2022 Fiscal Year Annual Research Report
洋上直流システムにおける風力発電機へのMMCの適用に関する研究
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20K04453
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| Research Institution | Ritsumeikan University |
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Principal Investigator |
柿ヶ野 浩明 立命館大学, 理工学部, 教授 (30437371)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 洋上風力発電 / 直流送電 / MMC |
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| Outline of Annual Research Achievements |
地球温暖化や化石燃料依存低減を背景に，洋上風力発電の導入がヨーロッパを中心に進んでいる。洋上風力の発電電力を需要の多い地域に送る方法として，多端子直流送電システムが検討されている。さらに，多端子直流送電システムの構成として，中圧直流集電方式が提案されている。この場合，風車内には，風力発電の出力を低圧直流に変換する交直変換器と，それを中圧直流に昇圧する変換器の2つが必要となる。そこで，風車内の交直変換器にモジュラーマルチレベルコンバータ(MMC)を用いることで，風車内の変換器を1つにすることができ，小型・軽量化やコスト低減が期待できる。本研究は，風力発電機の交直変換器にMMCを適用した場合の制御法を明らかにし，シミュレーションと実験により検証することを目的とする。
洋上風力発電の同期発電機に接続する交直変換器にMMCを適用した場合について，実験による検証を行うためのミニモデルの構築を行った。ミニモデルの構築では，三段のMMCを作成し商用系統（三相，60Hz）と接続して交直変換の実験を行い，直流電流制御および直流電圧制御について想定通りの動作を確認した。
つぎに，一段のMMCを発電機として用いる同期機と接続し交直変換を行う実験を行った。直流キャパシタ電圧制御の動作を確認した。さらに，同期機の回転速度を400rpmに制御した状態で，誘導機を用いてトルクを0 Nmから1 Nmまで変化させたところ，問題なく動作することを確認した。
併行して，海底直流ケーブルによって接続された2台のウインドタービン間について，送電線のインピーダンスを考慮に入れたシステムの相互干渉の検証を行った。風速のランプ変化およびステップ変化に対しても相互干渉が起きることなく制御が可能であることをシミュレーションによって確認した。
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