| 研究課題/領域番号 |
21K04018
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分21010:電力工学関連
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
佐野 憲一朗 東京工業大学, 工学院, 助教 (60589307)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
2021年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
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| キーワード | 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 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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。
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| 研究実績の概要 |
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。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
【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。
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| 今後の研究の推進方策 |
【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。
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