| 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 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023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。
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。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
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。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。
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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】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。
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