JP6515588B2 - 共振抑制装置及び共振抑制方法 - Google Patents
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Description
大規模な風力発電施設では、電力系統に、例えば、風力発電機、LCフィルタ、RCフィルタ、変圧器、架空線、集電ケーブル、長距離ケーブル、キャパシタバンク、分路リアクトルなどが含まれているのが普通である。風力発電機の種類としては、DFIG(Doubly-Fed Induction Generator:二重給電誘導発電機)やフルコンバータなどコンバータを用いて連系するものを含む。
下記に示す特許文献2には、配電系アクティブフィルタ装置を配電線路の所定の箇所に装備し、高調波拡大現象を抑制するとともに、配電線路の全てのノードにおける高調波電圧を、所定の設定値以下に抑制するようにした配電系アクティブフィルタ装置が記載されている。
一般的な系統を例えば、テブナンの定理やノートンの定理を用いて簡易系統に近似させ、その近似した系統に対して、上記特許文献1における共振抑制装置を適用しても、上記のように新たな共振が発生するおそれがある。仮にその系統における共振周波数や電力設備のインピーダンスが既知であれば、抑制する手立てを講じることが考えられる。しかしながら、既知の定理を用いて近似した系統における共振周波数や電力設備のインピーダンスを把握することは非常に困難なことである。
このように電力設備のインピーダンスが変化した場合の新たな共振現象が障壁となり、上記特許文献1に開示された手法では、共振の抑制効果が小さくなってしまうという課題があった。
前記第1の電力設備または前記第2の電力設備の少なくとも一方より入力された電流の高調波成分に第1の伝達関数を乗算した値から、前記電力系統より入力された電圧の高調波成分に第2の伝達関数を乗算した値を減算して電流指令値を生成する電流指令値生成部を有し、
前記電流指令値生成部は、前記電力変換部に前記電流指令値を入力して前記補償電流を供給させる、
ことを特徴とする。
前記第1の電力設備または前記第2の電力設備の少なくとも一方より入力された電流の高調波成分に第1の伝達関数を乗算した値から、前記電力系統より入力された電圧の高調波成分に第2の伝達関数を乗算した値を減算して電流指令値を生成する電流指令値生成部と、
前記電流指令値に基づき前記電力線へ補償電流を供給する前記電力変換部と、
を有することを特徴とする。
前記第1の電力設備または前記第2の電力設備の少なくとも一方より入力された電流の高調波成分に第1の伝達関数を乗算した値から、前記電力系統より入力された電圧の高調波成分に第2の伝達関数を乗算した値を減算して電流指令値を生成し、
前記電流指令値に対して所定の電力変換を行うことで前記電力線へ補償電流を供給する、
ことを特徴とする。
図1は、本発明の実施形態に係る共振抑制装置1を備えたシステム構成概要を説明する図である。図1において本発明の実施形態に係る共振抑制装置1は、第1の所定のインピーダンスを有する給電系統(第2の電力設備、以下では単に“給電系統”と称す)110と、第2の所定のインピーダンスを有するウィンドファーム(Wind Farm)から成る系統(第1の電力設備、以下では単に“ウィンドファーム”と称す)120とから成る電力系統100において、給電系統110とウィンドファーム120とを接続する電力線の所望の接続点(以下、“設置点”という)に並列接続されて成るものである。
先行技術として例示した上記特許文献1の共振抑制装置は、以下に記述する目的を達成するためのものである。
(b)共振点が変化する場合であっても、適切な伝達関数を用いて共振を抑制する。
加算部15には、補償電流iとそれに対する電流指令値IC*とが入力される。電力変換装置16には、加算部15の出力として電流指令値IC*と補償電流iとの差(IC*−i)が入力される。
図7において、共振抑制装置50が設置される前の電力系統では、図示の共振抑制装置50が開放であり、給電系統のインピーダンスZS1と、ウィンドファームのインピーダンスZS2の和ZS1+ZS2が小さくなる場合に、直列共振によって系統全体の高調波電流が大きくなる。なお当業者にとってウィンドファームは、多数の風力タービンを1ヶ所に設置して大規模な発電を行えるようにした施設のことと理解されている。
この点をさらに考察すると、例えばウィンドファームのインピーダンスZS2が共振点を持つ場合に、ウィンドファームが共振回路を形成し、高調波が拡大するおそれがある。
図8は、一般的な系統の例をテブナンの定理を用いて簡易系統に変換した場合の系統の構成例を示す図である。図8に示すように、テブナンの定理を用いて簡易系統に近似できたとしても、系統を簡易化した電力設備に共振回路が含まれる場合には、新たな共振現象の発生が懸念される。
以上までの説明で本発明の共振抑制装置における前提技術の説明を終え、これ以降は、本発明の実施形態に係る共振抑制装置1の説明を行うことにする。本発明の実施形態に係る共振抑制装置1は、図6で示した計測電圧VSを用いて電流指令値Ic *を生成して系統全体の共振現象を抑制したときに、個々の電力設備によって副次的に発生する共振現象をさらに抑制することができる。
また給電系統(第2の電力設備)110に供給された電流IS(この電流を便宜的に“電源側電流”と称す)と、ウィンドファーム(第1の電力設備)120から供給された電流IL(この電流を便宜的に“負荷側電流”と称す)とが不図示の電流計により計測され、計測された電流ISまたは電流ILは電流指令値生成部130に入力される。共振抑制装置1を接続した結果、給電系統(第2の電力設備)110とウィンドファーム(第1の電力設備)120の両方に副次的に共振現象が発生するときは、計測電流ISと計測電流ILの両方が電流指令値生成部130に入力されてもよい。本発明の実施形態に係る電流指令値生成部130の詳細は後で説明する。
図2におけるゲインKvを決めるための第1のパラメータは、図1に示した電力系統において把握される、すべての電力設備のインピーダンスである。
そうしたうえで図1に示した共振抑制装置1の設置点から見た電力設備の高調波の発生量を把握し、目標となる高調波の含有率が所定の値、例えば10%以上含んでいるかを測定し得たならば、その高調波の含有率を所定の値以下、例えば3%以下になるゲインKvを、市販されている電力システムの過渡現象を解析するソフトウェア「EMTP」を用いたシミュレーションで決めるようにしている。
図4は、本発明の共振抑制装置を適用した場合の周波数解析結果の比較例を示す図である。図4において、共振抑制装置がない場合(No filtering)に比べて、特許文献1に記載の技術(Voltage detect method)は、共振のピークを下げているものの、本実施形態に係る発明(New method)は、特許文献1に記載の技術よりもさらに共振のピークを下げており、共振抑制の効果が高いことを図示内容から読み取ることができる。
100 電力系統
110 給電系統(第2の電力設備)
111 変圧器
120 ウィンドファーム(Wind Farm)(第1の電力設備)
121 ケーブル
122 風力発電機
130 電流指令値生成部
200 電力変換装置
211 第1のハイパスフィルタ
212 第2のハイパスフィルタ
220 乗算器
221 第1の乗算器(第2の伝達関数)
222 第2の乗算器(第1の伝達関数)
230 加算器
311 第1のハイパスフィルタ
312 第2のハイパスフィルタ
313 第3のハイパスフィルタ
320 乗算器
321 第1の乗算器(第2の伝達関数)
322 第2の乗算器(第1の伝達関数(a))
323 第3の乗算器(第1の伝達関数(b))
330 加算器
Claims (5)
- 第1の電力設備が電力線を介して第2の電力設備と接続される電力系統であって、該電力系統に発生する共振を、電力変換部より前記電力線へ補償電流を供給して抑制する共振抑制装置において、
前記第1の電力設備または前記第2の電力設備の少なくとも一方より入力された電流の高調波成分に第1の伝達関数を乗算した値から、前記電力系統より入力された電圧の高調波成分に第2の伝達関数を乗算した値を減算して電流指令値を生成する電流指令値生成部を有し、
前記電流指令値生成部は、前記電力変換部に前記電流指令値を入力して前記補償電流を供給させる、
ことを特徴とする共振抑制装置。 - 請求項1に記載の共振抑制装置において、
前記第2の電力設備に対して前記第1の電力設備が複数接続されており、
前記電流指令値生成部は、
前記複数の第1の電力設備および前記第2の電力設備のうち少なくとも2つの電力設備より入力された複数の電流の高調波成分のそれぞれに第1の伝達関数を乗算して足し合わせた値から、前記電力系統より入力された電圧の高調波成分に第2の伝達関数を乗算した値を減算して前記電流指令値を生成する、
ことを特徴とする共振抑制装置。 - 請求項2に記載の共振抑制装置において、
前記第1の伝達関数は、前記複数の第1の電力設備および前記第2の電力設備ごとに異なる、
ことを特徴とする共振抑制装置。 - 第1の電力設備が電力線を介して第2の電力設備と接続される電力系統であって、該電力系統に発生する共振を抑制する共振抑制装置において、
前記第1の電力設備または前記第2の電力設備の少なくとも一方より入力された電流の高調波成分に第1の伝達関数を乗算した値から、前記電力系統より入力された電圧の高調波成分に第2の伝達関数を乗算した値を減算して電流指令値を生成する電流指令値生成部と、
前記電流指令値に基づき前記電力線へ補償電流を供給する前記電力変換部と、
を有することを特徴とする共振抑制装置。 - 第1の電力設備が電力線を介して第2の電力設備と接続される電力系統であって、該電力系統に発生する共振を抑制する共振抑制方法において、
前記第1の電力設備または前記第2の電力設備の少なくとも一方より入力された電流の高調波成分に第1の伝達関数を乗算した値から、前記電力系統より入力された電圧の高調波成分に第2の伝達関数を乗算した値を減算して電流指令値を生成し、
前記電流指令値に対して所定の電力変換を行うことで前記電力線へ補償電流を供給する、
ことを特徴とする共振抑制方法。
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