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脱炭素社会の電力安定供給を支える高信頼度の直流送電系統の研究

Research Project

Project/Area Number 21K04018
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 21010:Power engineering-related
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

佐野 憲一朗  東京工業大学, 工学院, 助教 (60589307)

Project Period (FY) 2021-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2021: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000)
Keywords直流送電システム / 直流系統 / 直流遮断器 / 瞬時電圧低下 / 運転継続 / 多重化 / 信頼度 / 直流送電 / 洋上風力発電 / パワーエレクトロニクス
Outline of Research at the Start

再生可能エネルギーの大規模導入と電力融通拡大を背景に,電力系統の広域連系が進められている。将来的には,既存の交流電力系統を補う形で,直流送電による基幹送電系統(直流系統)を構築するという構想が描かれている。一方で,重要な社会インフラである基幹送電系統には,設備の故障時にも送電を継続できる高い信頼度が求められる。ところが直流送電では,ネットワークを構築した際に高い信頼度を実現する方法が確立されていない。そこで本研究では,設備故障時にも送電を継続できる高信頼度の直流系統構築技術の確立を目的とする。そのために,送電設備の多重化技術や,直流遮断器と交直変換器の協調制御技術を開発し,有効性を検証する。

Outline of Annual Research Achievements

再生可能エネルギーの大規模導入と需給調整のための電力融通拡大を背景に,電力系統の広域連系が進められている。これに伴い,大容量長距離送電に適した直流送電の導入が世界的に活発化している。また将来的には,既存の複数の電力系統をつなぐ形で,直流送電による基幹送電系統(直流系統)を構築するという構想が描かれている。一方で,重要な社会インフラである基幹送電系統には,設備の故障時にも送電を継続できる高い信頼度が求められる。交流による既存の基幹送電系統では,ネットワーク全体として高い信頼度を実現してきた。ところが直流送電では,ネットワークを構築した際に高い信頼度を実現する方法が確立されていない。そこで本研究では,単一設備故障時にも送電を継続できる高信頼度の直流系統構築技術を確立することを目的に,【実施内容1】直流系統の信頼度向上に向けた多重化方法の開発,および【実施内容2】直流系統故障に対する交直変換器の運転継続性能の向上について取り組んでいる。
これまでの研究では,短期間での実用化を念頭に直流遮断器を用いない方式と,中長期的な実用化を目指し直流遮断器を用いた方式の2方式を対象に検討を実施した。直流遮断器を用いない方式については,洋上風力発電用の双極直流送電システムを対象とし,片極の送電線故障時に変換器による電流遮断と断路器による再構成を組み合せた運転継続方法を考案し,シミュレーションによる検証結果を学術論文で発表した。直流遮断器を用いた方式については,3端子・スケールダウン構成の模擬直流系統設備を構成して実験を行った。その結果,直流送電線故障時における発電設備の運転継続および陸上交流系統間の送電継続が可能となることを実験で検証した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

【実施内容1:直流系統の信頼度向上に向けた多重化方法の開発】本項目では,設備故障時の信頼度向上を目的として,送電経路の多重化技術の開発に取り組んでいる。今年度は,双極直流送電システムに断路器を付加し,これにより直流送電で連系された風力発電設備の運転継続性能を向上するための方法を開発した。特に送電線故障後の再起動の高速化と3端子構成のシステムへ拡張時の適用可能性の検討に取り組んだ。2端子構成における発電設備の運転継続性能の検証結果は学術論文に取りまとめ,IEEE Transactions on Power Electronics誌に掲載となった。

【実施内容2:直流系統故障に対する交直変換器の運転継続性能の向上】本項目では,直流系統の故障に起因する直流瞬時電圧低下に対する,交直変換器の運転継続性能の向上を図ることを目的として,交直変換器の制御法の開発に取り組んでいる。昨年度に引き続き,スケールダウン構成の模擬直流系統設備を用いて,直流送電線故障時における発電設備の運転継続性能を実験で検証した。今年度は,洋上風力発電設備1~2端子と陸上交流系統2端子を結ぶ多端子構成のシステムにおいて,送電線故障時におけるすべての端子の運転継続ができることをシミュレーションおよび実験で確認し,この成果について国内会議で報告した。

Strategy for Future Research Activity

【実施内容1:直流系統の信頼度向上に向けた多重化方法の開発】双極直流送電システムの運転継続手法について,3端子構成のシステムへ拡張時のシミュレーション検証結果を学術論文に整理して発表する。また同手法の実用化に向けた諸課題の整理と解決策の検討を実施する。

【実施内容2:直流系統故障に対する交直変換器の運転継続性能の向上】3~4端子構成の多端子直流送電システムにおける制御法および実験による検証結果を学術論文に取りまとめて発表する。

Report

(3 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2024 2023 2022 2021 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 4 results) Presentation (21 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results) Remarks (3 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Journal Article] Reconfiguration of Bipolar HVDC System for Continuous Transmission Under DC Line Fault2024

    • Author(s)
      Enomoto Mitsuyoshi、Sano Kenichiro、Kanno Junya、Fukushima Junichi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Power Electronics

      Volume: 39 Issue: 7 Pages: 1-12

    • DOI

      10.1109/tpel.2024.3381218

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  • [Journal Article] Widespread Use of High-Voltage DC Transmission System and Future Inter-Regional Power Grids2023

    • Author(s)
      Sano Kenichiro
    • Journal Title

      The Journal of The Institute of Electrical Engineers of Japan

      Volume: 143 Issue: 9 Pages: 580-583

    • DOI

      10.1541/ieejjournal.143.580

    • ISSN
      1340-5551, 1881-4190
    • Year and Date
      2023-09-01
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    • Author(s)
      Chiba Atsushi、Sano Kenichiro、Koyama Yushi、Sekiguchi Kei、Ishiguro Takahiro、Suzuki Daichi
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 12 Issue: 3 Pages: 281-288

    • DOI

      10.1541/ieejjia.22006950

    • ISSN
      2187-1094, 2187-1108
    • Year and Date
      2023-05-01
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  • [Journal Article] Continuous Operation of Wind Power Plants Under Pole-to-Ground Fault in an HVDC System Consisting of Half-Bridge MMCs and Disconnecting Switches2023

    • Author(s)
      Enomoto Mitsuyoshi、Sano Kenichiro、Kanno Junya、Fukushima Junichi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Power Electronics

      Volume: 38 Issue: 3 Pages: 3812-3823

    • DOI

      10.1109/tpel.2022.3225209

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    • Author(s)
      Sano Kenichiro、Nakayama Hiro
    • Journal Title

      IEEE Access

      Volume: 9 Pages: 165219-165226

    • DOI

      10.1109/access.2021.3134248

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      山花龍之介,佐野憲一朗,菅野純弥,福嶋純一
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      Atsushi Chiba, Kenichiro Sano, Yushi Koyama, Kei Sekiguchi, Takahiro Ishiguro, Daichi Suzuki
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      International Power Electronics Conference (IPEC-Himeji ECCE Asia)
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      榎本 光芳, 佐野 憲一朗,菅野 純弥,福嶋 純一
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      加藤 竜樹, 佐野 憲一朗
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 送電制御装置、直流送電システム、及びプログラム2023

    • Inventor(s)
      榎本光芳,佐野憲一朗,福嶋純一,菅野純弥
    • Industrial Property Rights Holder
      東京工業大学,東京電力ホール ディングス
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2023-096536
    • Filing Date
      2023
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  • [Patent(Industrial Property Rights)] 送電制御装置、直流送電システム、及びプログラム2022

    • Inventor(s)
      榎本光芳,佐野憲一朗,菅野純弥,福嶋純一
    • Industrial Property Rights Holder
      東京工業大学,東京電力ホールディングス
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2022-197774
    • Filing Date
      2022
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URL: 

Published: 2021-04-28   Modified: 2024-12-25  

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