2018 Fiscal Year Research-status Report

Study of a bulk power system based on multi-terminal HVDC transmission systems

Research Project

Project/Area Number	18K04097
Research Institution	Tokyo 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)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	直流送電システム / 直流系統 / 系統事故解析 / 自励式変換器 / 直流遮断器 / 基幹送電系統
Outline of Annual Research Achievements	近年，洋上風力発電の導入に向け，多端子直流送電システム（多端子HVDC）の開発が行われている。将来的に普及した場合，これらは拡張および相互接続され，多端子HVDCによる基幹送電系統（直流系統）の構築に至る可能性も考えられる。しかし現状では，こうした直流系統が，基幹送電系統の要件を備えたものであるか否かが明らかではない。本研究では，多端子HVDCを拡張および相互接続することで，広域運用可能な基幹送電系統を実現するための基本概念の提示と検証を行うことを目的に，実施内容1：直流系統の構成法の検討，実施内容2：直流系統の制御・保護技術の開発，実施内容3：交直変換器の制御技術の開発，について取り組んでいる。これまでの研究では，短期的な実用化のための直流遮断器を用いない直流系統と，中長期的な実用化のための直流遮断器を用いた直流系統について検討を実施した。これらの基本回路構成を考案し，またこれらの直流系統に事故が発生した際の制御・保護技術の開発を行った。そして，シミュレーションに基づきその検証を実施した。また，直流系統に用いるような大容量の交直変換器が連系しても，交流系統側の電力品質を維持できる見込みが得られた。今後の研究では，スケールダウン構成の直流系統を構築し，これらの方式について実験的な検証を実施する予定である。こうした概念は体系的に整理された例はなく，学術的にも取り組む意義は大きい。本研究により直流系統の構築方法が明確になれば，今後導入される多端子HVDCを，将来の直流系統への拡張を見据えて設計できるようになり，長期に亘る設備の有効活用を可能にする。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 1: Research has progressed more than it was originally planned. Reason 【実施内容1：直流系統の構成法の検討】本項目では，広域連系にも対応できる直流系統の基本回路構成の開発を目的としている。今年度は，以下２つのシナリオを想定して開発を行った。１つ目は短期的な実用化を念頭に置き，直流遮断器が実用化されなくても構築可能な系統構成とした。２つ目は中長期的な実用化を念頭に置き，将来的に直流遮断器が実用化された際に構築可能となる系統構成とした。検討の結果，いずれの場合にも系統事故の波及防止と供給信頼度の確保が可能な回路構成を得られた。ただし，直流遮断器を用いた直流系統の方が，より高い相互接続方法と拡張性を備えることが明らかとなった。【実施内容2：直流系統の制御・保護技術の開発】本項目では，直流系統に事故が発生した際の，制御・保護技術の開発を目的としている。今年度は，直流遮断器を用いた直流系統について，直流線路に地絡・短絡事故が発生した際の制御・保護動作を開発し，シミュレーションで検証した。この検証結果は，電気学会において発表した。また，当初の計画に加え，要素技術である直流遮断器に関する技術調査を実施し，直流系統における直流遮断器の要件と方式間比較を実施した。この結果は電気学会論文誌にて発表した。【実施内容3：交直変換器の制御技術の開発】本項目では，大容量の交直変換器が交流系統に連系された際にも，交流系統側の電力品質を維持できる交直変換器の制御技術の開発を目的としている。今年度は，電力品質を低下させる要因について検討した結果，直流系統側の事故が交流系統側の電圧低下をもたらすことが明らかとなった。これを受け，直流系統側の事故時に交流系統側の電圧低下をもたらさない交直変換器の制御方法を考案し，シミュレーションで効果を検証した。また，当初の計画に加え，本検討を進める中で調査，検討を行った，交直変換器のシミュレーション技術に関しても発表を実施した。
Strategy for Future Research Activity	【実施内容1：直流系統の構成法の検討】前年度に考案した基本回路構成について，得られた知見を論文に取りまとめ，学会等で報告する。さらに，前年度のものをより一層具体化したシナリオを設定し，考案した基本回路構成を適用した場合の課題の抽出と改良を実施する。【実施内容2：直流系統の制御・保護技術の開発】直流遮断器を用いない直流系統について，直流線路に地絡事故および短絡事故が発生した際の制御・保護動作を開発し，シミュレーションによる検討を実施する。また，当初の計画ではシミュレーションによる検証のみを予定していたが，前年度に計画以上の進展が見られたことから，当初の計画に加えてスケールダウン構成の直流系統を構築し，実験的に制御・保護技術の検証を実施する方針で進めることとする。【実施内容3：交直変換器の制御技術の開発】前年度に考案した交直変換器の制御方法については，特許出願の後，シミュレーション結果と合わせて学会で発表する。また，当初の計画では，シミュレーションによる検証のみを予定していたが，前年度に計画以上の進展が見られたことから，当初の計画に加えてスケールダウン構成の直流系統を構築し，実験的に交直変換器の制御技術の検証を実施する方針で進めることとする。
Causes of Carryover	平成30年度に研究代表者の所属研究機関が変更となった。これに伴い，当初計画していた解析データ処理用ソフトウェアおよびワークステーションの購入の必要性が無くなった（新たな所属研究機関である東京工業大学にて既導入であったため）。この分の費用は平成31年度に実施する実験において，実験用設備および実験補助委託費に充当する予定である。