XTAP 例題集
例題名

自励式 HVDC モデル(ハーフブリッジ MMC)分

パワーエレクトロニクス

野番号

HVDC-03(1)町田武彦編著，「直流送電工学」，東京電機大学出版局(2) 菊間俊明，竹中清，高崎昌洋｢フルブリッジセルを用いたモジュラーマルチ

文

献

レベル変換器による直流送電システムの制御保護方式 -直流事故時の事故電流を抑制可能な制御方式の提案-｣，電力中央研究所 研究報告 R11021, (2012).
(3) 菊間俊明，他，｢2 重 Y 結線モジュラーマルチレベル変換器の制御法｣，電気学会論文誌 D，Vol. 133, No. 9, pp. 917-927 (2013).
本モデルは基本的な制御系，及び保護系を備えているため，本モデルをコピーし，定格値を変更することで，その他のシミュレーションに応用することが可能である。
本例題では Modular Multilevel Converter(MMC)を用いた直流送電システムの回概要路シミュレーションを行う。本例題は自励式 HVDC(HVDC-02)の例題と同等の構成であるが，変換器回路が MMC 回路に置き換えられている。本例題では変換器の潮流反転，直流本線地絡事故を行った場合のシミュレーション波形を示す。
例題としていくつかの MMC モデルを作成している。

MMC に関する簡易解説
MMC に関して以下に簡易な解説を行う。詳細な解説に関しては，参考文献を参照のこと。同一セル（モジュール）を多段接続することにより構成する変換器を MMC (Modular MultilevelConverter)と呼ぶ。セルにはハーフブリッジセルを用いるものと，フルブリッジ（単相インバータ）セルを用いるものがある。本例題では，ハーフブリッジ MMC のモデルを扱う。MMC は，セルの段数が多くなると回路中の素子数が膨大となるため，計算コストが非常に大きくなるという問題がある。この問題に対し，スイッチング動作を平均化してモデル化した平均化モデルが用いられる場合もある。本例題では，①ハーフブリッジ MMC 平均化モデル(HVDC-03A)②ハーフブリッジ MMC 詳細モデル(HVDC-03B)
2 種類のモデルを扱う。
なお，詳細モデルと比較し平均化モデルの方が非常に高速なため，特に明確な理由がない場合は平均化モデルの使用を推奨する。MMC の制御に関しては，参考文献として示した文献で用いた制御の組み合わせ，応用した制御を用いている。

はじめに・モデルの使い方
MMC モデルを使用するのに必要な各パラメータは末尾の表を参照のこと。また，の有効電力
出 力 を 変 更 す る 場 合 ， 一 番 上 位 の 部 品 階 層 か ら 一 つ 下 の 階 層 に あ る ” MASTER_VSC1” 内の”Pdorder”を変更すること。

解析回路・解析条件
図 1 に解析回路を示す。
潮流反転

図 1 解析回路

・定格機器容量: 50 MW (55.9 MVA)，1 次側定格電圧: 66 kV，2 次側定格電圧: 56 kV，直流電圧:125 kV である。
・直流送電システムは系統の短絡容量模擬のインピーダンスを介して系統(66 kV)と連系されてい2る。
・本シミュレーションでは①潮流反転，②直流本連地絡事故のシミュレーションを行う。シミュ
レーション時刻 t = 0.5 秒で電力指令値を変更し潮流反転を開始する。t = 0.8 秒で地絡事故が発生し，その後遮断器により除去される。

解析結果
図 2，図 3 に潮流反転時の直流コンデンサ電圧，直流電流を示す。また，図 4，図 5 に潮流反転時の端子 1，端子 2 から出力される有効電力，無効電力を示す。本シミュレーションでは各端子の無効電力制御は交流側定電圧制御(ACAVR)を行っており，変換器の端子電圧が 1.0 p.u.に近づくように無効電力の制御を行う。

図 2 直流コンデンサ電圧（全セル平均値） [p.u.] （基準電圧は 125 kV）

5004003002001000-100-200-300-400-500

0.30.40.50.6

時間 [s]

図 3 直流電流 [A]30.70.8図 4 有効電力 [p.u.] 青線：端子 1，赤線：端子 2 （基準容量は 55.9 MVA）
10.50-0.5-10.40.50.60.70.8

時間 [s]

図 5 無効電力 [p.u.]

青線：端子 1，赤線：端子 2（基準容量は 55.9 MVA）

t=0.5 秒の時点で電力指令値が 45 MW(0.8 p.u.)から－45 MW(-0.8 p.u.)に切り替わり潮流反転が開始される。順変換器側(Rectifier)が有効電力制御を行い，もう一方の系統に送る電力を決定し，逆変換器側(Inverter)が直流電圧制御を行い，直流電圧を決定する。
また，図 6 に直流事故時の直流コンデンサ電圧，図 7 に直流事故時の系統側出力電流を示す。
t = 0.8 秒で直流事故が発生する。システムが直流事故を検出後，変換器はゲートブロック（GB）→遮断器開放の操作を行うため，事故期間中は変換器から大きな電流が出力されるものの，遮断器開放後は系統側出力電流が 0 になる。

4図 6 直流コンデンサ電圧 [p.u.] 青線：端子 1，赤線：端子 2 （基準電圧は 125 kV）(値は 6 アームのコンデンサ電圧の平均値)

図 7 系統側出力電流 [A]5モデルの各パラメータとその内容を示す。なお，端子 2 の設定については，端子 1 と変数名が同じで末尾の 1 が 2 に置き換わっただけであるので，ここでは割愛する。

共Name

UnitItem

Rate_PW

定格有効電力Rate_Vdc

V

定格直流電圧SSRelayOffTimes

シミュレーション開始時のリレー不動作時間

FlagInitialize-

初期化用フラグ（シミュレーションを定常状態から開始するために使用する）
定常状態から開始する場合は 1 を入力

V_ThirdOrderp.u.

変調率低減のための第 3 高調波注入量

CellNumPerArm-

MMC セルの 1 アーム当たりの段数(平均化モデルでは常に 1 を入力)

SystemFrequency1

Hz

系統周波数

Rate_S1

VA定格容量

Rate_V1_ltol1

V

変圧器 1 次側線間電圧実効値

Rate_V2_ltol1

V

変圧器 2 次側線間電圧実効値

PWMPulseNumber-

PWM パルス数(一周期あたり)

R_TransGND1Ω

変換器用変圧器の接地抵抗

H1s

静電定数

Flag_ACAVR1-

ACAVR フラグ(1:採用，0:不採用)，Flag_AQR との選択

Flag_AQR1-

AQR フラグ(1:採用，0:不採用)，Flag_ACAVR との選択

Vac_order1p.u.

交流電圧指令値(ACAVR 指令値)

Q_order1p.u.

無効電力指令値(AQR 指令値)

通定数

PWMPhase1

deg

PWM 搬送波の位相角

R_connect_pu1

p.u.

変換器用変圧器の抵抗

L_connect_pu1

p.u.

変換器用変圧器のインダクタンス

L_Arm_pu1

p.u.

アームリアクトルインダクタンス

L_DCK_pu1p.u.

L_DCA_pu1p.u.

直流リアクトルのインダクタンス（下側線路用）

Gain_ACR1-

ACR ゲイン直流リアクトルのインダクタンス（上側線路用）
インダクタンス値 = L_DCK_pu1 × 定格直流電圧 2 / 定格有効電力

T_ACR1s

ACR 時定数

Gain_APR1-

APR ゲインT_APR1s

APR 時定数

Lag_APR1s

APR 一次遅れ時定数

Gain_DCAVR1-DCAVR ゲイン

T_DCAVR1s

DCAVR 時定数

Gain_AQR1-

AQR ゲイン

T_AQR1s

AQR 時定数

Gain_ACAVR1-ACAVR ゲイン

T_ACAVR1s

ACAVR 時定数

Vmag1p.u.

電圧マージン

Pmag1p.u.

電力マージン

Lag_Margin1s

マージン切り替え時の一次遅れ時定数（切り替え速度）

6IinvLimit1

p.u.

変換器最大電流（分母は変換器定格）

K_DCFRD1-

直流事故検出リレーのゲイン（値が小さいほど敏感）

T_DCFRD1s

直流事故検出リレーの一次遅れ時定数

Threshold_DCOC1

p.u

直流過電流リレー閾値

Threshold_OC1p.u.

過電流リレー閾値

Threshold_DCOV1

p.u.

直流過電圧リレー閾値

Threshold_DCUV1

p.u.

直流不足電圧リレー閾値

Threshold_OV1

p.u.

交流過電圧リレー閾値

Threshold_UV1

p.u.

交流不足電圧リレー閾値

Threshold_OF1

p.u.

周波数上昇リレー閾値

Threshold_UF1

p.u.

周波数低下リレー閾値

VAMP_LAG1s

交流電圧検出の一次遅れ時定数

FREQ_LAG1s

周波数検出の一次遅れ時定数

RecoveryTime1-

故障リレー解除から実際の保護操作解除までの遅れ

GBTime1sGB 実施時間

NoDetectPeriod1s

起動時の一部リレー不動作時間

CalculationTime1s

制御周期

DeadTime1s

デッドタイム

Flag_DirectSample1-

電圧，電流量直接検出フラグ（3 種の中から選択）

Flag_AverageSample1-

電圧，電流量の移動平均による検出フラグ（3 種の中から選択）

Flag_PeakTopSample1-

電圧，電流量のピークトップ検出のフラグ（3 種の中から選択）

ChargeCircuitCloseTime1s

充電開始時刻（過渡状態からスタートなら負の大きい値を代入）

ChargeTime1s

充電時間

Control_StartDelay1s

充電終了から，制御系動作開始までの時間
電流絞り（電流ゼロ制御）を開始する時刻

ManualCL_Time1s

ManualGB_Time1s

ManuaCBT_Time1s（変換器保護を模擬する際に使用）
ゲートブロックを開始する時刻（変換器保護を模擬する際に使用）遮断器開放を開始する時刻（変換器保護を模擬する際に使用）

以上

7更日付新履

例題ファイル

歴変バージョン

更内容

部品名称（HVDC（MMC 変換器，ハーフブリッジ，平均化）→HVDC 用 MMC 変換器（ハーフブリッジ，平均2019/12/3

1.2化）と HVDC（MMC 変換器，ハーフブリッジ，詳細）→HVDC 用 MMC 変換器（ハーフブリッジ，詳細））を変
更2019/02/28

1.1

2018/06/21

1.0

HVDC モデルの不要なブロックを削除したため，HVDCモデルを再接続
初版作成

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