(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流を出力する連系用コンバータと、該連系用コンバータで変換した直流電圧を所定の
送電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される交流
系統側のＤＣ／ＡＣコンバータとを有するとともに、前記連系用コンバータと前記ＤＣ／
ＤＣコンバータとの間で直流集電系統が形成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ
／ＡＣコンバータとの間を接続する送電線で直流送電系統が形成され、さらに前記ＤＣ／
ＡＣコンバータの交流側で交流系統が形成されている直流送電システムであって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御系が、前記直流集電系統の電圧を検出して所定の集電
電圧指令値になるよう前記直流集電系統の電圧を制御するための集電電圧制御量を出力す
る集電電圧制御手段と、前記直流送電系統の電圧を検出して所定の送電電圧指令値になる
よう前記直流送電系統の電圧を制御するための送電電圧制御量を出力する送電電圧制御手
段と、前記集電電圧制御量または前記送電電圧制御量のいずれか一方に基づく制御量を前
記ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電力制御量として出力する選択手段とを備えており、
定常時には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記直流集電系統の電圧を制御するとともに
、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが前記直流送電系統の電圧を制御する一方、
交流事故時には、前記連系用コンバータが前記直流集電系統の電圧を制御するとともに
、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記直流送電系統の電圧を制御することを特徴とする直流
送電システム。
【請求項２】
請求項１に記載する直流送電システムにおいて、
前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系
統の電圧との偏差に基づき生成された前記送電電圧制御量に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ
を最大出力とする最大位相角制御量を加算するとともに、加算した位相角制御量を前記集
電電圧制御量の上限とし、前記集電電圧制御量を、前記定常時の前記電力制御量として出
力するとともに、前記送電電圧制御量を、前記交流事故時の前記電力制御量として出力す
ることを特徴とする直流送電システム。
【請求項３】
請求項１に記載する直流送電システムにおいて、
前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系
統の電圧との偏差に所定の送電電圧マージンを加算するとともに、前記送電電圧マージン
を加算した送電電圧制御量を前記集電電圧制御量の上限とし、前記集電電圧制御量を、前
記定常時の前記電力制御量として出力するとともに、前記送電電圧制御量を、前記交流事
故時の前記電力制御量として出力することを特徴とする直流送電システム。
【請求項４】
請求項１に記載する直流送電システムにおいて、
前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系
統の電圧との偏差に所定の送電電圧マージンを加算するとともに、前記送電電圧マージン
を加算した送電電圧制御量と、前記集電電圧制御量のうちいずれか小さい制御量を前記電
力制御量として出力する最小値選択手段であることを特徴とする直流送電システム。
【請求項５】
請求項２または請求項３に記載する直流送電システムにおいて、
前記送電電圧制御手段は、比例制御により前記送電電圧制御量を生成するとともに、前
記集電電圧制御手段は、比例・積分制御により前記集電電圧制御量を生成するものである
ことを特徴とする直流送電システム。
【請求項６】
直流を出力する連系用コンバータと、該連系用コンバータで変換した直流電圧を所定の送電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される交流系統側のＤＣ／ＡＣコンバータとを有するとともに、前記連系用コンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間で直流集電系統が形成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間を接続する送電線で直流送電系統が形成され、さらに前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側で交流系統が形成されている直流送電システムであって、
前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御系が、前記直流集電系統の電圧である集電電圧に対して所定の昇圧比を乗じた値と、前記直流送電系統の電圧である送電電圧との偏差を低減するように生成された電力制御量で前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、
定常時には、前記ＤＣ／ＡＣコンバータによって前記送電電圧を既定値に制御する一方、
交流事故時には、前記ＡＣ／ＤＣコンバータによって前記集電電圧を既定値に制御することを特徴とする直流送電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流送電システムに関し、特に発電した電力をＡＣ／ＤＣ変換し、さらにＤＣ／ＤＣコンバータにより昇圧して直流送電する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば洋上風力発電システムにおいては、洋上から陸上まで送電するシステムとして直流送電システムが提案されている。かかる直流送電システムでは、図１０に示すように、例えば風力発電設備０１で発電した交流を、連系用コンバータ０２を介して変圧器０３で昇圧し、その後ＡＣ／ＤＣコンバータ０４で直流に変換して送電線０５により高圧で直流送電している。交流系統側では、ＤＣ／ＡＣコンバータ０６で交流に変換するとともに変圧器０７で所定の電圧に降圧して交流機器０８に供給している。ここで、交流機器０８には交流負荷のほか、交流負荷に並列に接続され、電圧変動を抑制するための発電機等が含まれる。当該直流送電システムに風力発電設備０１等、発電量が変動する可能性がある発電設備を用いた場合には、システム全体での発電量を平準化する必要があるからである。
【０００３】
かかる従来技術の直流送電システムにおける制御の態様を図１１に示す。同図（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。同図（ａ）に示すように、定常時には、ＡＣ／ＤＣコンバータ０４が電力制御、ＤＣ／ＡＣコンバータ０６が送電線０５で形成される直流送電系統の送電電圧制御を行う。ここで、ＤＣ／ＡＣコンバータ０６と交流機器０８との間で形成される交流系統に、落雷等で送電不能になる等の交流事故が発生した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ０４が送電電圧制御を行うように切り替わることで、直流送電系統の電圧を維持しながら待機し、事故除去後（通常は１００ｍｓ程度で行われる）に、送電を高速に再開する。
【０００４】
かかる従来の直流送電システムに対し、昇圧用の変圧器０２を用いることなくＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して直流送電する直流送電システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
かかる直流送電システムは、洋上の浮体に発電設備とともに重量物である昇圧用の変圧器を設置する必要がなく、その代わりに遙かに軽量なＤＣ／ＤＣコンバータを設置すれば良いので、特に洋上風力発電システムにおいて注目されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００３−５０１９９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、例えば特許文献１に示すようなＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムでは、ＤＣ／ＤＣコンバータが、ＡＣ／ＤＣコンバータとＤＣ／ＤＣコンバータとの間で形成される直流集電系統の電圧を制御するとともに、負荷側のＤＣ／ＡＣコンバータが送電線で形成される直流送電系統の電圧を制御するように構成することが考えられる。この制御を適用すると、落雷等で送電不能になる等の交流事故が負荷側で発生した場合には、ＤＣ／ＡＣコンバータは直流送電系統の電力を交流系統へ送り出すことができなくなり、直流送電系統の電圧が上昇する。直流送電系統の電圧が過剰に上昇すれば、直流送電システムが停止に至り、送電を再開するまで時間を要する。交流事故除去後に、送電を高速に再開するためには、交流事故期間中においても、直流送電系統の電圧を維持し続けなければならない。
【０００８】
しかしながら、特許文献１をはじめ、ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する従来技術に係る直流送電システムでは、交流事故時の制御に関しての対策を開示するものは存在しない。
【０００９】
本発明は、上記従来技術に鑑み、ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムにおいて、定常時と事故時の制御モードを適確かつ円滑に切り替えることができる直流送電システム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】
【００１０】
上記目的を達成する本発明の第１の態様は、直流を出力する連系用コンバータと、該連系用コンバータで変換した直流電圧を所定の送電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される交流系統側のＤＣ／ＡＣコンバータとを有するとともに、前記連系用コンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間で直流集電系統が形成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間を接続する送電線で直流送電系統が形成され、さらに前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側で交流系統が形成されている直流送電システムであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御系が、前記直流集電系統の電圧を検出して所定の集電電圧指令値になるよう前記直流集電系統の電圧を制御するための集電電圧制御量を出力する集電電圧制御手段と、前記直流送電系統の電圧を検出して所定の送電電圧指令値になるよう前記直流送電系統の電圧を制御するための送電電圧制御量を出力する送電電圧制御手段と、前記集電電圧制御量または前記送電電圧制御量のいずれか一方に基づく制御量を前記ＤＣ／ＤＣコンバータに対する電力制御量として出力する選択手段とを備えており、定常時には、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記直流集電系統の電圧を制御するとともに、前記ＤＣ／ＡＣコンバータが前記直流送電系統の電圧を制御する一方、交流事故時には、前記連携用コンバータが前記直流集電系統の電圧を制御するとともに、前記ＤＣ／ＤＣコンバータが前記直流送電系統の電圧を制御することを特徴とする直流送電システムにある。
【００１１】
本態様によれば、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータで直流集電系統の電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＡＣコンバータで直流送電系統の電圧を制御する。一方、交流事故時には、ＤＣ／ＡＣコンバータによる直流送電系統の電圧制御機能が喪失されるので、代わりにＤＣ／ＤＣコンバータで直流送電系統の電圧を制御する。同時に、直流集電系統の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータに代わってＡＣ／ＤＣコンバータが制御する。
【００１２】
この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムにおいて、定常時のみならず、交流事故時にも所定の直流集電系統の電圧および直流送電系統の電圧の制御を円滑かつ継続的に行なうことができる。
【００１３】
本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する直流送電システムにおいて、前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系統の電圧との偏差に基づき生成された前記送電電圧制御量に、前記ＤＣ／ＤＣコンバータを最大出力とする最大位相角制御量を加算するとともに、加算した位相角制御量を前記集電電圧制御量の上限とし、前記集電電圧制御量を、前記定常時の前記電力制御量として出力するとともに、前記送電電圧制御量を、前記交流事故時の前記電力制御量として出力することを特徴とする直流送電システムにある。
【００１４】
本態様によれば、最大位相角制御量を送電電圧制御量に加算し、加算した制御量を集電電圧制御量の上限としているので、定常時には前記上限の値よりも小さい集電電圧制御量が選択される。この結果、定常時には、集電電圧制御量に基づく電力制御量でＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流集電系統の電圧が制御される。
【００１５】
一方、交流事故時には送電電圧制御量が集電電圧制御量よりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量に基づく電力制御量でＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流送電系統の電圧が制御される。
【００１６】
本発明の第３の態様は、第１の態様に記載する直流送電システムにおいて、前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系統の電圧との偏差に所定の送電電圧マージンを加算するとともに、前記送電電圧マージンを加算した送電電圧制御量を前記集電電圧制御量の上限とし、前記集電電圧制御量を、前記定常時の前記電力制御量として出力するとともに、前記送電電圧制御量を、前記交流事故時の前記電力制御量として出力することを特徴とする直流送電システムにある。
【００１７】
本態様によれば、送電電圧指令値と直流送電系統の電圧との偏差に送電電圧マージンを加算し、加算した制御量を集電電圧制御量の上限としているので、定常時には集電電圧制御量が前記上限の値よりも小さくなる。この結果、定常時には、集電電圧制御量に基づく電力制御量でＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流集電系統の電圧が制御される。
【００１８】
一方、交流事故時には送電電圧制御量が集電電圧制御量よりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量に基づく電力制御量でＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流送電系統の電圧が制御される。
【００１９】
本発明の第４の態様は、第１の態様に記載する直流送電システムにおいて、前記選択手段は、前記送電電圧制御手段における前記送電電圧指令値と前記直流送電系統の電圧との偏差に所定の送電電圧マージンを加算するとともに、前記送電電圧マージンを加算した送電電圧制御量と、前記集電電圧制御量のうちいずれか小さい制御量を前記電力制御量として出力する最小値選択手段であることを特徴とする直流送電システムにある。
【００２０】
本態様によれば、送電電圧指令値と直流送電系統の電圧との偏差に送電電圧マージンを加算し、加算した制御量を送電電圧制御量としているので、通常時には集電電圧制御量が常に送電電圧制御量よりも小さくなる。この結果、通常時には、集電電圧制御量に基づく電力制御量が選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータが駆動されて直流集電系統の電圧が制御される。
【００２１】
一方、交流事故時には送電電圧制御量が集電電圧制御量よりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量に基づく電力制御量が選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータにより直流送電系統の電圧が制御される。
【００２２】
本発明の第５の態様は、第２または第３の態様に記載する直流送電システムにおいて、
前記送電電圧制御手段は、比例制御により前記送電電圧制御量を生成するとともに、前記集電電圧制御手段は、比例・積分制御により前記集電電圧制御量を生成するものであることを特徴とする直流送電システムにある。
【００２３】
本態様によれば、集電電圧制御量を比例・積分制御により生成するようにしたので、集電電圧指令値と直流集電系統の電圧との偏差を除去することで、定常時の直流集電系統の電圧を所定値に正確に制御することができる。一方、送電電圧制御量は、比例制御により生成するようにしたので、交流事故時の制御モードから定常時の制御モードに移行する際の制御遅れを生起することはない。この結果、交流事故からの復旧を円滑に行なわせることができる。
【００２４】
本発明の第６の態様は、直流を出力する連系用コンバータと、該連系用コンバータで変換した直流電圧を所定の送電電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータと、該ＤＣ／ＤＣコンバータと接続される交流系統側のＤＣ／ＡＣコンバータとを有するとともに、前記連系用コンバータと前記ＤＣ／ＤＣコンバータとの間で直流集電系統が形成され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータと前記ＤＣ／ＡＣコンバータとの間を接続する送電線で直流送電系統が形成され、さらに前記ＤＣ／ＡＣコンバータの交流側で交流系統が形成されている直流送電システムであって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータの制御系が、前記直流集電系統の電圧である集電電圧に対して所定の昇圧比を乗じた値と、前記直流送電系統の電圧である送電電圧との偏差を低減するように生成された電力制御量で前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御して、
定常時には、前記ＤＣ／ＡＣコンバータによって前記送電電圧を既定値に制御する一方、
交流事故時には、前記ＡＣ／ＤＣコンバータによって前記集電電圧を既定値に制御することを特徴とする直流送電システムにある。
【００２５】
本態様によれば、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータが直流集電系統の電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＡＣコンバータが直流送電系統の電圧を制御する。一方、交流系統で事故が発生した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータが直流集電系統の電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータが直流送電系統の電圧を制御する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、ＤＣ／ＤＣコンバータで所定の直流送電電圧まで昇圧して送電する直流送電システムにおいて、定常時のみならず、交流事故時にも所定の直流集電系統の電圧および直流送電系統の電圧の制御を円滑かつ継続的に行なうことができる。したがって、重量物である昇圧用の変圧器を送電側に配設することなく軽量な設備であるＤＣ／ＤＣコンバータで代替させることができるので、例えば洋上に設置する風力発電機等の発電設備で発電した電力を直流送電する場合に好適なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態に係る直流送電システムを示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御の態様を示す説明図で、（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御系を示すブロック図である。
【図４】図３に示す制御系のさらに具体的な第１の実施例を示すブロック図である。
【図５】具体的な伝達関数を与えた図４に示す制御系のブロック線図である。
【図６】図３に示す制御系のさらに具体的な第２の実施例を示すブロック図である。
【図７】図３に示す制御系のさらに具体的な第３の実施例を示すブロック図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御の態様を示す説明図で、（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御系を示すブロック図である。
【図１０】従来技術に係る直流送電システムを示すブロック図である。
【図１１】従来技術に係る直流送電システムにおける制御の態様を示す説明図で、（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００２９】
図１は本発明の実施の形態に係る直流送電システムを示すブロック図である。同図に示すように、かかる直流送電システムでは、例えば風力発電設備等の発電設備１で発電した交流をＡＣ／ＤＣコンバータ２で直流に変換した後、ＤＣ／ＤＣコンバータ３で所定の直流電圧に昇圧して送電線４により直流送電している。負荷側では、ＤＣ／ＡＣコンバータ５で交流に変換するとともに変圧器６で所定の電圧に降圧して交流負荷等の交流機器７に供給している。ここで、交流機器７には交流負荷のほか、交流負荷に並列に接続され、電圧変動を抑制するための発電機等が含まれる。当該直流送電システムに風力発電設備等の発電量が変動する可能性がある発電設備１を用いた場合には、システム全体での発電量を平準化する必要があるからである。
【００３０】
＜第１の実施の形態＞
かかる直流送電システムに係る第１の実施の形態における制御の態様を図２に示す。同図（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時であり、図１と同一部分には、同一番号を付している。ここで、ＡＣ／ＤＣコンバータ２とＤＣ／ＤＣコンバータ３との間で直流集電系統Ｉが形成され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３とＤＣ／ＡＣコンバータ５との間を接続する送電線４で直流送電系統IIが形成され、さらに前記ＤＣ／ＡＣコンバータ５と交流機器７との間で交流系統IIIが形成されている。
【００３１】
図２（ａ）に示すように、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が直流集電系統Ｉの電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＡＣコンバータ５が直流送電系統IIの電圧を制御する。一方、交流系統IIIで事故が発生した場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が直流集電系統Ｉの電圧を制御するとともに、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が直流送電系統IIの電圧を制御する。ちなみに、交流系統IIIで事故が発生した場合には、交流系統IIIに対して電力を送り出すことができなくなり、ＤＣ／ＡＣコンバータ５による直流送電系統IIの電圧の制御が不可能になる。
【００３２】
かかる定常時から交流事故時への切り替えは次のような制御系により実現している。図３は本形態におけるモード切り替えを行なうためのＤＣ／ＤＣコンバータの制御系を示すブロック図である。同図に示すように、本制御系は、集電電圧制御手段１１、送電電圧制御手段１２および選択手段１３からなる。集電電圧制御手段１１は、直流集電系統Ｉ（図２参照；以下同じ）の電圧を検出して所定の集電電圧指令値ｖmvdc refになるよう直流集電系統Ｉの電圧を制御するための集電電圧制御量θmを出力する。送電電圧制御手段１２は、直流送電系統（図２参照；以下同じ）の電圧を検出して所定の送電電圧指令値ｖhvdc refになるよう直流送電系統IIの電圧を制御するための送電電圧制御量θhを出力する。
選択手段１３は、集電電圧制御量θmまたは送電電圧制御量θhのいずれか一方に基づく制御量をＤＣ／ＤＣコンバータ３（図２参照；以下同じ）に対する電力制御量Δθdcpとして出力する。さらに詳言すると、集電電圧制御手段１１は、集電電圧指令値ｖmvdc refと、実測した直流集電系統Ｉの電圧である集電電圧検出値ｖmvdcとの偏差に所定の伝達関数Ｇmvdcを掛けて集電電圧制御量θmを生成するとともに、送電電圧制御手段１２は、送電電圧指令値ｖhvdc refと、実測した直流送電系統IIの電圧である送電電圧検出値ｖhvdcとの偏差に所定の伝達関数Ｇhvdcを掛けて送電電圧制御量θhを生成する。選択手段１３は、定常時には集電電圧制御量θmに基づく電力制御量Δθdcpで、交流事故時には送電電圧制御量θhに基づく電力制御量ΔθdcpでＤＣ／ＤＣコンバータ３の導通角を制御する。
【００３３】
かかる選択手段１３は、定常時に集電電圧制御量θmに基づく電力制御量Δθdcpを選択する一方、交流事故時に送電電圧制御量θhに基づく電力制御量Δθdcpを選択する選択機能を有するものであれば特に制限はない。
【００３４】
なお、ＤＣ／ＡＣコンバータ５は、送電電圧制御手段１２と同様の構成の制御手段を備える。そして、定常時にはＤＣ／ＡＣコンバータ５が送電電圧制御を行う。この結果、送電電圧は規定範囲に保持される。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、送電電圧が規定範囲に保持されていることにより定常時と判断し、集電電圧制御を選択する。かくして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の送電電圧制御手段１２による送電電圧制御と、ＤＣ／ＡＣコンバータ５による送電電圧制御とが干渉することはない。
【００３５】
一方、交流事故時にはＤＣ／ＡＣコンバータ５の送電電圧制御が無効になる。この結果、送電電圧が上昇する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、送電電圧の上昇により交流事故時と判断し、送電電圧制御を選択する。このとき、ＤＣ／ＡＣコンバータ５の送電電圧制御は無効であるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の送電電圧制御手段１２による送電電圧制御と、ＤＣ／ＡＣコンバータ５による送電電圧制御とが干渉することはない。
【００３６】
また、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は、集電電圧制御手段１１と同様の構成の制御手段を備え、直流集電系統の電圧が上昇した場合のみこれを有効にする。すなわち、定常時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が集電電圧制御を行う。この結果、集電電圧は規定範囲に保持される。ＡＣ／ＤＣコンバータ２は、集電電圧が規定範囲に保持されていれば、集電電圧制御は無効になるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２による集電電圧制御とＤＣ／ＤＣコンバータ３による集電電圧制御が干渉することはない。
【００３７】
一方、交流事故時には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が送電電圧制御を行うため、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による集電電圧制御は無効になる。この結果、集電電圧が上昇する。そこで、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が、集電電圧の上昇を検出して集電電圧制御を有効とする。このとき、ＤＣ／ＤＣコンバータ３による集電電圧制御は無効であるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２による集電電圧制御とＤＣ／ＤＣコンバータ３による集電電圧制御が干渉することはない。
【００３８】
次に、定常時と交流事故時との切り替え動作を円滑かつ適確に行い得るように構成した実施例を説明しておく。なお、図４〜図７のうち、図３と同一部分には、同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００３９】
図４は、第１の実施例を示すブロック図である。同図に示すように、本実施例における集電電圧制御手段１１は、集電電圧指令値ｖmvdc refと直流集電系統Ｉの電圧の実測値である集電電圧検出値ｖmvdcとの偏差に伝達関数Ｇmvdcを掛けて集電電圧制御量θmを生成する。一方、送電電圧制御手段１２は、送電電圧指令値ｖhvdc refと直流送電系統IIの電圧の実測値である送電電圧検出値ｖhvdcとの偏差に伝達関数Ｇhvdcを掛けて送電電圧制御量θhを生成する。
【００４０】
本実施例においては、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を最大とする最大位相角制御量θdcp  maxを送電電圧制御量θhに加算して生成する位相角制御量Δθmax1で集電電圧制御量θmの上限を規定するようになっている。すなわち、位相角制御量Δθmax1を上限値とするリミッターが形成されている。この結果、位相角制御量Δθmax1が集電電圧制御量θmの上限となる。本実施例において、定常時には集電電圧制御量θmが上限値である位相角制御量Δθmax1を超えることはない。したがって、この場合は、集電電圧制御量θmが電力制御量ΔθdcpとしてＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動して直流集電系統Ｉの電圧を規定値に制御する。一方、交流事故時には、送電電圧指令値ｖhvdc refと送電電圧検出値ｖhvdcとの偏差が負方向で大きくなり送電電圧制御量θhが負の大きな値となるので、位相角制御量Δθmax1で規定される上限値が小さくなる結果、集電電圧制御量θmよりも小さくなる。かかる状態では、位相角制御量Δθmax1が電力制御量Δθdcpとして選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動して直流送電系統IIの電圧を規定値に制御する。本実施例においては、最大位相角制御量θdcp maxを送電電圧制御量θhに加算して生成する位相角制御量Δθmax1で集電電圧制御量θmの上限を規定するリミッターを形成することで集電電圧制御量θmまたは送電電圧制御量θhの何れか一方を選択する選択手段１３（図３参照）を構成している。なお、リミッターの下限値は通常零として設定しておく。ただ、発電設備側に蓄電池等を有する場合には、下限値を負の値とすることにより、蓄電池等の充電を行わせることもできる。
【００４１】
本実施例によれば、最大位相角制御量θdcp maxを送電電圧制御量θhに加算して位相角制御量Δθmax1を生成し、この位相角制御量Δθmax1を集電電圧制御量θmの上限としているので、通常時には前記上限の値よりも小さい集電電圧制御量θmが選択される。この結果、通常時には、集電電圧制御量θmに基づく電力制御量ΔθdcpでＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流集電系統Ｉの電圧が制御される。
【００４２】
一方、交流事故時には送電電圧制御量θhが集電電圧制御量θmよりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量θhに基づく制御量である位相角制御量Δθmax1でＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流送電系統IIの電圧が制御される。
【００４３】
図５に示すように、上記第１の実施例における送電電圧制御手段１２は、比例制御により送電電圧制御量θhを生成するとともに、集電電圧制御手段１１は、比例・積分制御により集電電圧制御量θmを生成するように伝達関数を選定するのが好ましい。
【００４４】
この場合には、集電電圧制御量θhを比例・積分制御により生成するようにしたので、集電電圧指令値ｖmvdc refと直流集電系統Ｉの集電電圧検出値ｖmvdcとの偏差を除去することができる。この結果、定常時の直流集電系統Ｉの電圧を所定値に正確に制御することができる。一方、送電電圧制御量ｖhvdc refは、比例制御により生成するようにしたので、交流事故時の制御モードから定常時の制御モードに移行する際の制御遅れを生起することはない。この結果、交流事故からの復旧を円滑に行なわせることができる。
【００４５】
図６は、第２の実施例を示すブロック図である。同図に示すように、本実施例における集電電圧制御手段１１は、第１の実施例のそれと同様である。一方、送電電圧制御手段１２は、送電電圧指令値ｖhvdc refと直流送電系統IIの電圧の実測値である送電電圧検出値ｖhvdcとの偏差に送電電圧マージンΔｖhvdc mを加算し、それに伝達関数Ｇhvdcを掛けて送電電圧制御量θhmを生成している。したがって、送電電圧制御量θhmは、第１の実施例の送電電圧制御量θhよりも送電電圧マージンΔｖhvdc mの分だけ大きな値となっている。
【００４６】
本実施例においては、送電電圧マージンΔｖhvdc mを送電電圧制御量θhに加算して生成する送電電圧制御量θhmで集電電圧制御量θmの上限を規定するようになっている。すなわち、送電電圧制御量θhmを上限値とするリミッターが形成されている。この結果、送電電圧制御量θhmが集電電圧制御量θmの上限となる。本実施例において、定常時には集電電圧制御量θmが上限値である送電電圧制御量θhmを超えることはない。したがって、この場合は、集電電圧制御量θmが電力制御量ΔθdcpとしてＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動して直流集電系統Ｉの電圧を規定値に制御する。一方、交流事故時には、送電電圧指令値ｖhvdc refと送電電圧検出値ｖhvdcとの偏差が負方向で大きくなり送電電圧制御量θhmが減少するので、送電電圧制御量θhmで規定される上限値が小さくなる。この結果、集電電圧制御量θmよりも小さくなる。かかる状態では、送電電圧制御量θhmが電力制御量Δθdcpとして選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を駆動して直流送電系統IIの電圧を規定値に制御する。本実施例においては、送電電圧マージンΔｖhvdc mが送電電圧制御量θhmに加算されている。すなわち、送電電圧制御量θhmで集電電圧制御量θmの上限を規定するリミッターを形成することで集電電圧制御量θmまたは送電電圧制御量θhmの何れか一方を選択する選択手段１３（図３参照）を構成している。なお、リミッターの下限値は通常零を設定しておく。ただ、発電設備側に蓄電池等を有する場合には、下限値を負の値とすることにより、蓄電池等の充電を行わせることもできる。
【００４７】
本実施例の場合も図５と同様に、集電電圧制御手段１１を比例・積分制御、送電電圧制御手段１２を比例制御とすることにより、図５の場合と同様の作用・効果を奏する。
【００４８】
本実施例によれば、送電電圧指令値ｖhvdc refと直流送電系統IIの送電電圧検出値ｖhvdcとの偏差に送電電圧マージンΔｖhvdc mを加算し、加算した値に基づく送電電圧制御量θhmを集電電圧制御量θmの上限としているので、通常時には集電電圧制御量θmが前記上限の値よりも小さくなる。この結果、通常時には、集電電圧制御量θmに基づく電力制御量ΔθdcpでＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流集電系統Ｉの電圧が制御される。
【００４９】
一方、交流事故時には送電電圧制御量θhmが集電電圧制御量θmよりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量θhmに基づく電力制御量ΔθdcpでＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流送電系統IIの電圧が制御される。
【００５０】
図７は、第３の実施例を示すブロック図である。同図に示すように、本実施例における集電電圧制御手段１１は、第１の実施例のそれと同様である。また、送電電圧制御手段１２は、第２の実施例のそれと同様である。したがって、集電電圧制御手段１１は集電電圧制御量θmを出力するとともに、送電電圧制御手段１２は、送電電圧制御量θhmを出力する。集電電圧制御量θmおよび送電電圧制御量θhmは、最小値選択手段１３Ａでいずれか小さい制御量が電力制御量Δθdcpとして出力される。
【００５１】
本実施例では、送電電圧指令値ｖhvdc refと直流送電系統IIの送電電圧検出値ｖhvdcとの偏差に送電電圧マージンΔｖhvdc mを加算し、加算した制御量に基づき送電電圧制御量θhmを生成しているので、通常時には集電電圧制御量θmが常に送電電圧制御量θhmよりも小さくなる。この結果、通常時には、集電電圧制御量θmに基づく電力制御量Δθdcpが選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が駆動されて直流集電系統Ｉの電圧が制御される。
【００５２】
一方、交流事故時には送電電圧制御量θhmが集電電圧制御量θmよりも小さくなる。この結果、交流事故時には、送電電圧制御量θhmに基づく電力制御量Δθdcpが選択され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により直流送電系統IIの電圧が制御される。
【００５３】
かかる本実施例においては、送電電圧マージンΔｖhvdc mを加算する構成と最小値選択手段１３Ａとが相俟って選択手段１３（図３参照）を構成している。
【００５４】
＜第２の実施の形態＞
図８は、本発明の第２の実施の形態に係る直流送電システムにおける制御の態様を示す説明図で、（ａ）が定常時、（ｂ）が交流事故時である。同図に示すように、かかる直流送電システムの各構成要素およびその接続構成自体は、図２に示す直流送電システムと同様である。そこで、図８中、図２と同一部分には、同一番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５５】
図８（ａ）に示すように、本形態における定常時には、送電電圧ｖhvdcがＤＣ／ＡＣコンバータ５によって規定値に制御される。また，ＤＣ／ＤＣコンバータ３は昇圧比Ｎdcを一定に保持するため、集電電圧ｖmvdc＝ｖhvdc／Ｎdcとなる。この結果、集電電圧ｖmvdcが既定の範囲内に制御されることになり、ＡＣ／ＤＣコンバータ２は電力制御を行うことになる。
【００５６】
一方、図８（ｂ）に示すように、事故時には、ＤＣ／ＡＣコンバータ５が送電電圧ｖhvdcを制御できなくなり、送電電圧ｖhvdcが上昇する。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は昇圧比Ｎdcを一定に保持するため、集電電圧ｖmvdcも一緒に上昇する。集電電圧ｖmvdcが既定の範囲を超えると、ＡＣ／ＤＣコンバータ２が集電電圧ｖmvdcの制御を開始する。この結果、集電電圧ｖmvdcのさらなる上昇は抑制される。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３は昇圧比Ｎdcを一定に保持するため、送電電圧ｖhvdcの上昇も抑制される。
【００５７】
交流事故が除去されると、ＤＣ／ＡＣコンバータ５による送電電圧ｖhvdcの制御が再び有効となり、直流送電系統４の送電電圧ｖhvdcが既定範囲内に抑制される。ここで、ＤＣ／ＤＣコンバータ３により、直流集電系統Ｉの集電電圧ｖmvdcも既定の範囲内に抑制されるため、ＡＣ／ＤＣコンバータ２の運転状態は、電力制御に切り替わる。
【００５８】
以上により、定常時および交流事故時のいずれにおいても、送電電圧ｖhvdcと集電電圧ｖmvdcを維持することができる。
【００５９】
図９は図８に示す直流送電システムにおける制御系を示すブロック図である。同図に示すように、本形態におけるＤＣ／ＤＣコンバータ３は、集電電圧ｖmvdcと送電電圧ｖhvdcの比率を、既定の昇圧比Ｎdcと一致するように常に動作させる。具体的には，集電電圧ｖmvdcに対して既定の昇圧比Ｎdcを乗じた値と、送電電圧ｖhvdcとの偏差を加算器２１で取り、これにゲインＧを乗じた大きさの電力制御量θdcpをＤＣ・ＤＣコンバータ３に供給している。なお、ＡＣ／ＤＣコンバータ２とＤＣ／ＡＣコンバータ５は、従来の制御と同様とする。
【００６０】
なお、図９に示す本形態では、加算器２１の出力である集電電圧ｖmvdcに昇圧比Ｎdcを乗じた値と、送電電圧ｖhvdcとの偏差にゲインＧを乗じて電力制御量θdcpとしているが、これに限るものではない。前記偏差を減じるように生成された電力制御量θdcpであれば、それ以上の限定はない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は直流電圧の昇圧を伴う直流送電およびその保守管理に関する産業分野において有効に利用することができる。
【符号の説明】
【００６２】
Ｉ                        直流集電系統
II                        直流送電系統
III                       交流系統
１                        発電設備
２                        ＡＣ／ＤＣコンバータ
３                        ＤＣ／ＤＣコンバータ
４                        送電線
５                        ＤＣ／ＡＣコンバータ
１１                        集電電圧制御手段
１２                        送電電圧制御手段
１３                        選択手段
１３Ａ                      最小値選択手段
ｖmvdc ref                  集電電圧指令値
ｖhvdc ref                  送電電圧指令値
ｖmvdc                      集電電圧検出値
ｖhvdc                      送電電圧検出値
θm                      集電電圧制御量
θh、θhm                  送電電圧制御量
Δθdcp                     電力制御量
Ｇmvdc、Ｇhvdc            伝達関数
【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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