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2022 Fiscal Year Research-status Report

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 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 – 2024-03-31
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
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。
本研究では,短期間での実用化を目指した直流遮断器を用いない方式と,中長期的な実用化を目指す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ている。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おける発電設備の運転継続方法を考案した。そして,シミュレーションによる検証を行った。直流遮断器を用いた方式については,スケールダウン構成の模擬直流系統設備を構成し,前年度に開発した制御法を実装して実験を行った。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性能を実験によって検証した。

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。これによれば,複雑で高価な直流遮断器を用いることなく,直流系統の信頼度を向上できる。送電線故障時における発電設備の運転継続性能をシミュレーションで確認した。この成果については電気学会の会議において報告した。また昨年度より取り組んでいきた平行二回線送電方式については,学術論文の査読が完了し,IEEE Transactions on Power Electronics 誌に掲載された。

【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きた。昨年度に引き続き,故障時においても変換器を運転継続できることをシミュレーションにより検証した。この結果は,国際会議で発表すると共に,学術論文の査読が完了してIEEJ Journal of Industry Applications 誌に掲載が決定した。また今年度より,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を行っている。この成果の一部については電気学会の会議で報告をした。

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】これまでに基本原理を確認した双極直流送電システムを対象とした運転継続手法について,得られた知見を論文に取りまとめ発表する。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】これまでは2端子構成の直流送電システムを対象としていたが,3~4端子の多端子直流送電システムを対象とした制御法の開発および実験による検証を実施する。また,これまでの実験により得られた知見を論文に取りまとめ,国際会議で報告する。

Causes of Carryover

既存の実験設備の転用により物品費を削減した。加えて,研究発表のための出張旅費を低減した。これらは,次年度の研究発表のための旅費に充当する予定である。

  • Research Products

    (15 results)

All 2023 2022 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] DC Fault Ride-Through Control of Half-Bridge MMCs for the HVDC Grid with DC Circuit Breakers2023

    • Author(s)
      Chiba Atsushi、Sano Kenichiro、Koyama Yushi、Sekiguchi Kei、Ishiguro Takahiro、Suzuki Daichi
    • Journal Title

      IEEJ Journal of Industry Applications

      Volume: 12 Pages: 281~288

    • DOI

      10.1541/ieejjia.22006950

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [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 Pages: 3812-3823

    • DOI

      10.1109/TPEL.2022.3225209

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 直流遮断器を用いた2回線直流送電の両極事故時送電継続手法2023

    • Author(s)
      千葉惇史,佐野憲一朗,児山裕史,関口慧,石黒崇裕,鈴木大地
    • Organizer
      令和5年電気学会全国大会
  • [Presentation] 2回線直流送電の両極事故時送電継続手法の実験検証2023

    • Author(s)
      北條励,榎本光芳,佐野憲一朗,児山裕史,関口慧,石黒崇裕,鈴木大地
    • Organizer
      令和5年電気学会全国大会
  • [Presentation] 低慣性系統の周波数低下に対する直流送電用変換器制御の影響2023

    • Author(s)
      上田拓海,佐野憲一朗
    • Organizer
      令和5年電気学会全国大会
  • [Presentation] 電力変換器の蓄積エネルギーを用いた仮想慣性制御による直流送電の系統周波数制御性の向上2023

    • Author(s)
      加藤竜樹,佐野憲一朗
    • Organizer
      令和5年電気学会全国大会
  • [Presentation] 双極直流送電の正極負極間での系統切替時における風力発電設備の運転継続法2023

    • Author(s)
      山花龍之介,佐野憲一朗,菅野純弥,福嶋純一
    • Organizer
      令和5年電気学会全国大会
  • [Presentation] Harmonic Analysis of Grid-Connected Inverters Based on Symmetrical Components2022

    • Author(s)
      Kenichiro Sano, Wang Xing
    • Organizer
      IEEE International Conference on Innovative Smart Grid Technologies Asia (ISGT Asia)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] A DC Fault Ride-Through Control of Half-Bridge MMCs for the HVDC Grid with DC Circuit Breakers2022

    • Author(s)
      Atsushi Chiba, Kenichiro Sano, Yushi Koyama, Kei Sekiguchi, Takahiro Ishiguro, Daichi Suzuki
    • Organizer
      International Power Electronics Conference (IPEC-Himeji ECCE Asia)
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 双極直流送電の直流線路事故に対する風力発電設備の運転継続法2022

    • Author(s)
      榎本 光芳, 佐野 憲一朗,菅野 純弥,福嶋 純一
    • Organizer
      電気学会 電力技術/電力系統技術合同研究会
  • [Presentation] 直流送電システムの直流電圧制御端子による疑似慣性制御 ―MMCのセルコンデンサの蓄積エネルギーを用いた手法―2022

    • Author(s)
      加藤 竜樹, 佐野 憲一朗
    • Organizer
      電気学会 電力技術/電力系統技術合同研究会
  • [Presentation] 連系インバータが系統の高調波電圧に与える影響の評価 ―インバータの対称分インピーダンスによる考察―2022

    • Author(s)
      Xing Wanbin, 佐野憲一朗
    • Organizer
      令和4年電気学会電力・エネルギー部門大会
  • [Remarks] 動画で見る東工大研究「高信頼直流送電システム~洋上風力発電の大規模導入に向けて」

    • URL

      https://educ.titech.ac.jp/ee/news/2022_04/062407.html

  • [Remarks] Highly reliable DC transmission system

    • URL

      https://educ.titech.ac.jp/ee/eng/news/2023_04/064227.html

  • [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
      特願2022-197774

URL: 

Published: 2023-12-25  

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