JP5946810B2 - 電力システム及びその運転方法、並びに電力システムの制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力システム及びその運転方法、並びに電力システムの制御装置に関する。

高圧直流（ＨＶＤＣ：Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）システムは、電力システムの一部として用いられており、交流電力を直流電力に変換して伝送する機能を有する。
具体的には、ＨＶＤＣシステムは、順変換器（ＳＥＣ：Ｓｅｎｄｉｎｇ Ｅｎｄ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と、直流送電路と、逆変換器（ＲＥＣ：Ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ Ｅｎｄ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）とを有している。順変換器は、交流電力を直流電力に変換して直流送電路に供給し、逆変換器は、直流送電路から受け取った直流電圧を交流電圧に変換する。

ところで近年、発電システムやＨＶＤＣシステムには、ＦＲＴ（Ｆａｕｌｔ
Ｒｉｄｅ Ｔｈｒｏｕｇｈ）要求を満たすことが求められている。すなわち、発電システムやＨＶＤＣシステムには、瞬間的な停電（瞬時電圧低下（Ｆａｕｌｔ））が発生しても、それを乗り越えること（Ｒｉｄｅ−Ｔｈｒｏｕｇｈ）が求められている。

このようなＦＲＴ要求を満たすために、特許文献１が開示するＨＶＤＣシステムの制御方法によれば、制御装置は、瞬時電圧低下に起因する直流送電路での電圧上昇を検知すると、順変換器の交流側の交流電圧を低下させる保護動作を順変換器に実行させる。
また、特許文献１には、順変換器の交流側の交流電圧を低下させるために、風力発電機からＨＶＤＣシステムに供給される電力を減少させることが記載されている。具体的には、特許文献１には、風力発電機のロータシャフトのトルク制御や、翼のピッチ角制御について記載されている。

米国特許出願公開第２０１２／０３００５１０号明細書

特許文献１に記載されたＨＶＤＣシステムの制御方法のように、順変換器の交流側の交流電圧を低下させた場合、発電システムによって供給される交流電圧と有効電力の関係を表すＰ−Ｖ曲線において安定な運転点が無くなり、電圧崩壊が生じて発電システムがトリップ（停止）する虞がある。つまり、ＨＶＤＣシステムはＦＲＴ要求を満たしても、発電システムがＦＲＴ要求を満たすことができない虞がある。
そして、このような虞は、特許文献１に記載されているように発電システムから順変換器に供給される電力を減少させても、電力の減少量や減少速度が順変換器の交流側の交流電圧の低下量や低下速度に追いつかないことがあるため、なお存在する。

本発明の少なくとも一実施形態の目的は、順変換器の保護動作による発電システムのトリップが抑制される電力システム及び電力システムの運転方法、並びに電力システムの制御装置を提供することである。

本発明の少なくとも一実施形態に係る電力システムは、
送電端に対し交流電力を供給するように構成された少なくとも１つの発電システムと、
前記送電端に対し交流送電路を介して接続される受電端を有し、前記交流電力を直流電力に変換するように構成された順変換器と、
直流送電路を介して前記順変換器に接続され、前記直流電力を交流電力に変換するように構成された逆変換器と、
前記直流送電路の直流電圧が閾値を超えて上昇したときに前記受電端での交流電圧を低下させる保護動作を前記順変換器に実行させるように構成された保護装置と、
前記順変換器の保護動作に対応して、前記送電端への無効電力の供給量を増大させる安定化動作を前記少なくとも１つの発電システムに実行させるように構成された制御装置と
を備える。

この構成によれば、順変換器の保護動作に対応して、発電システムが安定化動作を実行し、発電システムから送電端に無効電力が供給される。このため、送電端における交流電圧と有効電力の関係を表すＰ−Ｖ曲線において安定な運転点が確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記少なくとも１つの発電システムは少なくとも１つの風力発電装置を含み、
前記少なくとも１つの風力発電装置は、風力を利用して発電するように構成された巻線界磁同期発電機を有する同期発電機付き風力発電装置からなり、
前記制御装置は、前記巻線界磁同期発電機の界磁制御を行うことにより前記同期発電機付き風力発電装置に前記安定化動作を実行させるように構成されている。

この構成によれば、巻線界磁同期発電機の界磁制御を行うことにより、巻線界磁同期発電機が出力する無効電力を迅速に増加させることができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記少なくとも１つの発電システムは複数の風力発電装置を含み、
前記制御装置は、前記複数の風力発電装置のうちから選択された少なくとも１つの風力発電装置に前記安定化動作を実行させるように構成されている。

この構成によれば、複数の風力発電装置のうちから選択された少なくとも１つの風力発電装置に安定化動作を実行させることで、送電端に必要十分な無効電力を供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記制御装置は、前記複数の風力発電装置の各々における有効電力の発電量に基づいて、前記複数の風力発電装置のうちから、前記安定化動作を実行する前記少なくとも１つの風力発電装置を選択するように構成されている。

この構成によれば、有効電力の発電量に基づいて安定化動作を実行する少なくとも１つの風力発電装置を選択することにより、送電端に必要十分な無効電力を確実に供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記少なくとも１つの発電システムは複数の発電システムからなり、
前記制御装置は、前記送電端から前記発電システムの各々までの送電距離に基づいて、前記発電システムのうちから前記安定化動作を実行させる発電システムを選択するように構成されている。

この構成によれば、送電距離に基づいて安定化動作を実行する少なくとも１つの発電システムを選択することにより、送電端に必要十分な無効電力を確実に供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記少なくとも１つの発電システムは複数の発電システムからなり、
前記制御装置は、前記複数の発電システムの各々の運転情報を収集するように構成されるとともに、収集された前記運転情報に基づいて、前記発電システムのうちから前記安定化動作を実行させる発電システムを選択するように構成されている。

この構成によれば、制御装置が、収集された運転情報に基づいて安定化動作を実行させる発電システムを選択することにより、送電端に必要十分な無効電力を確実に供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
電力システムは、前記受電端での交流電圧に関連する情報を取得するように構成されたセンサを更に備え、
前記制御装置は、前記センサによって取得された情報に基づいて、前記少なくとも１つの発電システムに前記安定化動作を実行させるように構成されている。

この構成によれば、受電端での交流電圧に関連する情報に基づいて、少なくとも１つの発電システムに安定化動作を実行させることにより、順変換器の保護動作に的確に対応して、送電端に無効電力を供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記センサは、前記受電端での前記交流電圧を測定するように構成された電圧計からなる。
この構成によれば、受電端での交流電圧に基づいて、少なくとも１つの発電システムに安定化動作を実行させることにより、順変換器の保護動作に的確に対応して、送電端に無効電力を供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記制御装置は、前記保護動作に対応して、前記送電端に供給する有効電力を減少させる出力低減動作を前記少なくとも一つの発電システムに実行させるように構成されている。

保護動作は、受電端での交流電圧を低下させる動作であるのに対し、安定化動作は、受電端での交流電圧を上昇させる動作である。従って、安定化動作と保護動作は相反する作用を有し、安定化動作を優先しすぎると、保護動作の作用が抑制されてしまう。ここで、安定化動作は、受電端での交流電圧の急速な低下により送電端での電圧と有効電力とのバランスが崩れ、発電システムの運転点が短期間失われることを防止することを目的としている。安定化動作によって保護動作の初期に運転点を確保することができれば、安定化動作以外の方法で運転点を維持することが可能である。そこでこの構成では、安定化動作に加え、出力低減動作を実行することで、送電端での電圧と有効電力とのバランスを図って運転点を維持し、安定化動作が保護動作に与える影響を解消している。この結果として、直流送電路や順変換器が過電圧から確実に保護されながら、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記制御装置は、前記受電端での交流電圧及び前記直流送電路での直流電圧のうち一方又は両方に応じて、前記送電端に供給する有効電力を減少させるように構成されている。

この構成によれば、受電端での交流電圧及び前記直流送電路での直流電圧のうち一方又は両方に応じて、送電端に供給する有効電力を減少させるように構成されているので、発電システムから送電端を介して受電端に供給される電力と、順変換器から直流送電路に供給される電力との間でバランスを的確に確保することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記少なくとも１つの発電システムは複数の発電システムからなり、
前記複数の発電システムの各々は、洋上に配置された複数の風力発電装置を含み、
前記順変換器は洋上に配置され、
前記逆変換器は陸上に配置され、
前記直流送電路の少なくとも一部は海に敷設されている。

この構成によれば、洋上に配置された複数の風力発電装置から、直流送電路を介して陸上に電力を効率的に送電しながら、ＦＲＴ要求を満たすことができる。

本発明の少なくとも一実施形態の電力システムの運転方法は、
送電端に対し交流電力を供給するように構成された少なくとも１つの発電システムと、
前記送電端に対し交流送電路を介して接続される受電端を有し、前記交流電力を直流電力に変換するように構成された順変換器と、
直流送電路を介して前記順変換器に接続され、前記直流電力を交流電力に変換するように構成された逆変換器と、
前記直流送電路の直流電圧が閾値を超えて上昇したときに前記受電端での交流電圧を低下させる保護動作を前記順変換器に実行させるように構成された保護装置とを備える電力システムの運転方法において、
前記順変換器の保護動作に対応して、前記送電端への無効電力の供給量を増大させる安定化動作を前記少なくとも１つの発電システムに実行させる安定化動作ステップ
を備える。

この構成によれば、順変換器の保護動作に対応して、発電システムが安定化動作を実行し、発電システムから送電端に無効電力が供給される。このため、送電端における交流電圧と有効電力の関係を表すＰ−Ｖ曲線において安定な運転点が確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
前記少なくとも１つの発電システムは少なくとも１つの風力発電装置を含み、
前記少なくとも１つの風力発電装置は、風力を利用して発電するように構成された巻線界磁同期発電機を有する同期発電機付き風力発電装置からなり、
前記安定化動作ステップにおいて、前記巻線界磁同期発電機の界磁制御を行うことにより前記同期発電機付き風力発電装置に前記安定化動作を実行させる。

この構成によれば、巻線界磁同期発電機の界磁制御を行うことにより、巻線界磁同期発電機が出力する無効電力を迅速に増加させることができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、
電力システムの運転方法は、前記安定化動作ステップの後に、前記送電端に供給する有効電力を減少させる出力低減動作を前記少なくとも一つの発電システムに実行させる出力低減ステップを更に備える。

この構成によれば、安定化動作を少なくとも１つの発電システムに実行させた後に、出力低減動作を少なくとも一つの発電システムに実行させることで、発電システムから送電端を介して受電端に供給される電力と、順変換器から直流送電路に供給される電力との間でバランスを確保することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システムのトリップが抑制される。

本発明の少なくとも一実施形態の電力システムの制御装置は、
送電端に対し交流電力を供給するように構成された少なくとも１つの発電システムと、
前記送電端に対し交流送電路を介して接続される受電端を有し、前記交流電力を直流電力に変換するように構成された順変換器と、
直流送電路を介して前記順変換器に接続され、前記直流電力を交流電力に変換するように構成された逆変換器と、
前記直流送電路の直流電圧が閾値を超えて上昇したときに前記受電端での交流電圧を低下させる保護動作を前記順変換器に実行させるように構成された保護装置とを備える電力システムの制御装置であって、
前記順変換器の保護動作に対応して、前記送電端への無効電力の供給量を増大させる安定化動作を前記少なくとも１つの発電システムに実行させるように構成されている。

この構成によれば、順変換器の保護動作に対応して、発電システムが安定化動作を実行し、発電システムから送電端に無効電力が供給される。このため、送電端における交流電圧と有効電力の関係を表すＰ−Ｖ曲線において安定な運転点が確保され、発電システムのトリップが抑制される。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、順変換器の保護動作による発電システムのトリップが抑制される電力システム及び電力システムの運転方法、並びに電力システムの制御装置が提供される。

幾つかの実施形態に係る電力システムの構成を概略的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る電力システムの制御装置が実行する制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 幾つかの実施形態における送電端での交流電圧と有効電力との関係を示すＰ−Ｖ曲線を、発電システムから供給される有効電力とともに示すグラフであり、（ａ）は正常状態、（ｂ）は順変換器が保護動作を実行した直後、そして、（ｃ）は発電システムが安定化動作を実行した直後のＰ−Ｖ曲線を示すグラフである。 幾つかの実施形態に係る発電システムの構成を、制御装置とともに概略的に示す図である。 巻線界磁同期発電機における励磁電流と電機子電流との関係を示すグラフである。 幾つかの実施形態に係る発電システムの構成を、制御装置とともに概略的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る電力システムの制御装置が実行する制御方法の概略的な手順を示すフローチャートである。 幾つかの実施形態に係る電力システムの構成を概略的に示す図である。 幾つかの実施形態に係る風力発電装置の構成を概略的に示す図であり、（ａ）は巻線誘導形同期発電機を有する構成を示し、（ｂ）は巻線界磁同期発電機が主軸に直結されている構成を示している。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状及びその相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は、幾つかの実施形態に係る電力システムの全体構成を概略的に示す図である。
電力システムは、少なくとも１つの発電システム１０と、順変換器１２と、逆変換器１４と、保護装置１６と、制御装置１８とを有する。

発電システム１０は、送電端２０に対し交流電力を供給するように構成されている。
順変換器１２は交直変換器である。順変換器１２は受電端２２を有し、受電端２２は送電端２０に対し交流送電路２４を介して接続される。なお、発電システム１０と送電端２０との間には、送電用変圧器２６が設けられていてもよく、順変換器１２と送電端２０との間には、変換用変圧器２８が設けられていてもよい。

逆変換器１４は直交変換器である。逆変換器１４は、直流送電路３０を介して順変換器１２に接続され、直流電力を交流電力に変換するように構成されている。順変換器１２から出力された交流電力は、交流送電路３２を介して需用者に送られる。なお、交流送電路３２には、変換用変圧器３４が設けられていてもよい。

保護装置１６は、直流送電路３０の直流電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｔｈ１を超えて上昇したときに、受電端２２での交流電圧を低下させる保護動作を順変換器１２に実行させるように構成されている。幾つかの実施形態では、直流送電路３０の直流電圧Ｖｄｃの上昇を検知するために、直流送電路３０に電圧計３６が接続され、電圧計３６によって測定された直流電圧Ｖｄｃが保護装置１６に入力される。

制御装置１８は、順変換器１２の保護動作に対応して、送電端２０への無効電力の供給量を増大させる安定化動作を少なくとも１つの発電システム１０に実行させるように構成されている。従って、制御装置１８は、少なくとも１つの発電システム１０における無効電力の発電量を調整するように構成された無効電力調整部３７を有する。幾つかの実施形態では、順変換器１２の保護動作を検知するために、交流送電路２４に電圧計３８が接続され、電圧計３８によって測定された交流電圧Ｖａｃが制御装置１８に入力される。
なお、保護動作に対応して安定化動作を実行させることには、保護動作の実行直後に安定化動作を実行させること以外に、保護動作の実行直前に安定化動作を実行させることや、保護動作の実行と同時に安定化動作を実行させることも含まれる。

ここで、図２は、制御装置１８が実行する電力システムの制御方法の一例の概略的な手順を示すフローチャートである。
図２の制御方法では、制御装置１８は、予め設定された閾値電圧Ｖｔｈ２を読み込む（読込ステップＳ１０）。それから、制御装置１８は、受電端２２の交流電圧Ｖａｃを取得し（交流電圧取得ステップＳ１２）、交流電圧Ｖａｃが読み込んだ閾値電圧Ｖｔｈ２を下回っているか否か判定する（判定ステップＳ１４）。

判定ステップＳ１４の結果、交流電圧Ｖａｃが閾値電圧Ｖｔｈ２を下回っている場合（はいの場合）、制御装置１８は、発電システム１０に安定化動作を実行させる（安定化動作実行ステップＳ１６）。
この後、制御装置１８は、再び受電端２２の交流電圧Ｖａｃを取得し（交流電圧取得ステップＳ１８）、閾値電圧Ｖｔｈ２を下回っているか否か判定する（判定ステップＳ２０）。
判定ステップＳ２０の結果、交流電圧Ｖａｃが閾値電圧Ｖｔｈ２を下回っている場合（はいの場合）、交流電圧Ｖａｃが閾値電圧Ｖｔｈ２を下回るまで、交流電圧取得ステップＳ１８と判定ステップ２０が繰り返される。

一方、判定ステップＳ２０の結果、交流電圧Ｖａｃが閾値電圧Ｖｔｈ２以上である場合（いいえの場合）、制御装置１８は発電システム１０の安定化動作を停止させ、一連の手順が終了する。また、判定ステップＳ１４の結果、交流電圧Ｖａｃが閾値電圧Ｖｔｈ２以上である場合（はいの場合）にも、一連の手順が終了する。
そして、一連の手順が終了すると、制御装置１８は、電力システムの稼働中、図２の制御方法を繰り返し実行する。

上述した電力システムによれば、逆変換器１４よりも需用者側で何らかの異常が発生し、直流送電路３０の直流電圧Ｖｄｃが閾値Ｖｔｈ１を超えて上昇すると、順変換器１２が保護動作を実行する。
ここで図３は、送電端２０での交流電圧と有効電力との関係を示すＰ−Ｖ曲線を、発電システム１０から供給される有効電力Ｐｓとともに示すグラフであり、（ａ）は正常状態、（ｂ）は順変換器１２が保護動作を実行した直後、そして、（ｃ）は発電システム１０が安定化動作を実行した直後のＰ−Ｖ曲線を示すグラフである。

図３（ａ）では、Ｐ−Ｖ曲線と有効電力Ｐｓとの交点（運転点）が存在しており、当然のことながら正常状態では、発電システム１０は安定に動作する。
これに対し、図３（ｂ）では、順変換器１２の保護動作により図３（ａ）に比べてＰ−Ｖ曲線の右方への膨らみが小さくなり、Ｐ−Ｖ曲線と有効電力Ｐｓとの交点（運転点）が存在していない。従って、順変換器１２が保護動作を実行すると、発電システム１０の動作が不安定になり、電圧崩壊が生じて発電システム１０がトリップする虞がある。

そこで、図１の電力システムや図２の電力システムの制御方法では、順変換器１２の保護動作に対応して、発電システム１０が安定化動作を実行する。安定化動作によって、発電システム１０から送電端２０に供給される無効電力が増大されると、図３（ｃ）に示したように、図３（ｂ）に比べてＰ−Ｖ曲線の右方への膨らみが大きくなり、送電端２０におけるＰ−Ｖ曲線と有効電力Ｐｓとの交点（運転点）が確保される。このため、順変換器１２の保護動作にかかわらずに発電システム１０の動作が安定し、発電システム１０のトリップが抑制される。

図４は、幾つかの実施形態に係る発電システム１０の構成を、制御装置１８とともに概略的に示す図である。
発電システム１０は、少なくとも１つの発電装置を有し、幾つかの実施形態では、図４に示したように、風力を利用して発電するように構成された少なくとも１つの風力発電装置４０を有する。
風力発電装置４０は、少なくとも１つの翼４２と、翼４２とともに回転するように構成された主軸４４と、主軸４４のトルクを利用して発電する発電機４６とを有する。

幾つかの実施形態では、風力発電装置４０は、主軸４４のトルクを発電機４６に伝達するための動力伝達機構として、油圧トランスミッション４８を有する。油圧トランスミッション４８は、主軸４４のトルクにより作動油の圧力を上昇させる油圧ポンプ５０と、作動油の圧力を利用して発電機４６の回転子を駆動する油圧モータ５２とを有する。

幾つかの実施形態では、発電機４６は巻線界磁同期発電機であり、風力発電装置４０は、励磁電流を調整するための励磁機５４と、風力発電装置４０の制御を行うように構成された風車制御器５６を有する。風車制御器５６は、励磁機５４を制御するための励磁制御部５８を有する。
ここで、図５は、巻線界磁同期発電機における励磁電流と電機子電流との関係を示すグラフである。図５に示したように、発電機４６が巻線界磁同期発電機の場合、励磁電流を増加させることにより遅れ電流が増大し、発電機４６から供給される遅れ無効電力を増大させることができる。
そこでこの構成では、制御装置１８の無効電力調整部３７が、順変換器１２の保護動作に対応して風車制御器５６に無効電力の発電量を増大させるように命令すると、風車制御器５６の励磁制御部５８が、励磁電流が増加するように励磁機５４の制御（界磁制御）を行う。

この構成によれば、安定化動作として巻線界磁同期発電機の界磁制御を行うことにより、巻線界磁同期発電機が出力する無効電力を迅速に増加させることができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、発電システム１０は複数の風力発電装置４０を含み、制御装置１８は、複数の風力発電装置４０のうちから選択された少なくとも１つの風力発電装置４０に安定化動作を実行させるように構成されている。

この構成によれば、複数の風力発電装置４０のうちから選択された少なくとも１つの風力発電装置４０に安定化動作を実行させることで、送電端２０に必要十分な無効電力を供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、制御装置１８は、複数の風力発電装置４０の各々における有効電力の発電量に基づいて、複数の風力発電装置４０のうちから、安定化動作を実行する少なくとも１つの風力発電装置４０を選択するように構成されている。

この構成によれば、有効電力の発電量に基づいて安定化動作を実行する少なくとも１つの風力発電装置４０を選択することにより、送電端２０に必要十分な無効電力を確実に供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。
幾つかの実施形態では、制御装置１８は、複数の風力発電装置４０のうちから、有効電力の発電量がより小さいものに、安定化動作を実行させる。

幾つかの実施形態では、電力システムは、複数の発電システム１０を有し、制御装置１８は、送電端２０から発電システム１０の各々までの送電距離に基づいて、発電システム１０のうちから安定化動作を実行させる発電システム１０を選択するように構成されている。

この構成によれば、送電距離に基づいて安定化動作を実行する少なくとも１つの発電システム１０を選択することにより、送電端２０に必要十分な無効電力を確実に供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、制御装置１８は、複数の発電システム１０のうちから、送電端２０までの送電距離がより短い発電システム１０に、安定化動作を実行させる。これにより、送電路のキャパシタンスによる損失が抑制され、送電端２０に必要十分な無効電力を確実に供給することができる。

図６は、幾つかの実施形態に係る発電システム１０の構成を、制御装置１８とともに概略的に示している。また、図７は、図６の電力システムにおいて、制御装置１８が実行する制御方法の一例の概略的な手順を示すフローチャートである。
図６に示したように、幾つかの実施形態では、制御装置１８は有効電力調整部６０を有し、有効電力調整部６０は、保護動作に対応して、送電端２０に供給する有効電力を減少させる出力低減動作を少なくとも一つの発電システム１０に実行させるように構成されている。

図７の制御方法では、制御装置１８は、安定化動作実行ステップＳ１６の後に、発電システム１０に出力低減動作を実行させているが（出力低減動作実行ステップＳ３０）、出力低減動作実行ステップＳ３０は、安定化動作実行ステップＳ１６と同時に実行されてもよい。
また、図７のフローチャートでは、制御装置１８は、安定化動作停止ステップＳ２２の後に、出力低減動作を停止させているが（出力低減動作停止ステップＳ３２）、出力低減動作停止ステップＳ３２は、安定化動作停止ステップＳ２２と同時に実行されてもよい。

保護動作は、受電端２２での交流電圧Ｖａｃを低下させる動作であるのに対し、安定化動作は、受電端２２での交流電圧Ｖａｃを上昇させる動作である。従って、安定化動作と保護動作は相反する作用を有し、安定化動作を優先しすぎると、保護動作の作用が抑制されてしまう。ここで、安定化動作は、受電端２２での交流電圧Ｖａｃの急速な低下により送電端２０での交流電圧と有効電力Ｐｓとのバランスが崩れ、発電システム１０の運転点が短期間失われることを防止することを目的としている。安定化動作によって保護動作の初期に運転点を確保することができれば、安定化動作以外の方法で運転点を維持することが可能である。

そこで図６及び図７の構成では、発電システム１０が、安定化動作に加え、出力低減動作を実行する。出力低減動作は、図３（ｃ）では有効電力Ｐｓを左側に移動させるものであり、送電端２０での電圧と有効電力Ｐｓとのバランスを図って運転点を維持し、安定化動作が保護動作に与える影響を解消することができる。この結果として、直流送電路３０や順変換器１２が過電圧から確実に保護されながら、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、図６に示したように、油圧ポンプ５０及び油圧モータ５２は可変容量タイプであり、風車制御器５６は、油圧ポンプ５０及び油圧モータ５２のうち一方又は両方の容量を制御するように構成された容量制御部６２を有する。容量制御部６２は、油圧ポンプ５０及び油圧モータ５２ののうち一方又は両方の容量を制御することにより、油圧モータ５２から発電機４６に入力されるトルクを増減させ、発電機４６における有効電力Ｐｓの発電量を増減させることができる。従って、制御装置１８は、油圧ポンプ５０及び油圧モータ５２の容量制御を利用して、発電システム１０に出力低減動作を実行させることができる。

幾つかの実施形態では、図６に示したように、風力発電装置４０は、翼４２のピッチ角を調整するように構成されたピッチ角調整部６４を有し、風車制御器５６は、ピッチ角調整部６４を制御するピッチ角制御部６６を有する。ピッチ角制御部６６は、翼４２のピッチ角を制御することによって、主軸４４から油圧ポンプ５０に入力されるトルクを増減させ、発電機４６における有効電力Ｐｓの発電量を増減させることができる。従って、制御装置１８は、ピッチ角制御を利用して、発電システム１０に出力低減動作を実行させることができる。

図８は、幾つかの実施形態に係る電力システムの概略的な構成を示している。
図８に示したように、幾つかの実施形態では、電力システムは、複数の発電システム１０を有する。そして、制御装置１８は、複数の発電システム１０の各々の運転情報を収集するように構成された情報収集部６８を有し、収集された運転情報に基づいて、発電システム１０のうちから安定化動作を実行させる発電システム１０を選択するように構成されている。

この構成によれば、制御装置１８が、収集された運転情報に基づいて、安定化動作を実行させる発電システム１０を選択することにより、送電端２０に必要十分な無効電力を確実に供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、電力システムは、図８に示したように、発電システム１０の運転情報として発電システム１０の出力電圧を測定する電圧計７０を有していてもよい。

幾つかの制御装置では、電力システムは、複数の発電システム１０に対応して、図８に示したように複数の制御装置１８を有していてもよい。この場合、複数の制御装置１８は、他の制御装置１８から収集した運転情報に基づいて、制御下にある発電システム１０に安定化動作や出力低減動作を実行させることができる。
あるいは、複数の制御装置１８のうち一つの制御装置１８が中央制御装置として機能し、いずれかの発電システム１０に安定化動作や出力低減動作を実行させることができる。

幾つかの実施形態では、制御装置１８は、受電端２２での交流電圧Ｖａｃ及び直流送電路３０での直流電圧Ｖｄｃのうち一方又は両方に応じて、送電端２０に供給する有効電力を減少させるように構成されている。

この構成によれば、受電端２２での交流電圧Ｖａｃ及び直流送電路３０での直流電圧Ｖｄｃのうち一方又は両方に応じて、送電端２０に供給する有効電力を減少させるように構成されているので、発電システム１０から送電端２０を介して受電端２２に供給される電力と、順変換器１２から直流送電路３０に供給される電力との間でバランスを的確に確保することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、複数の発電システム１０の各々は、洋上に配置された複数の風力発電装置４０を含み、順変換器１２は洋上に配置され、逆変換器１４は陸上に配置され、直流送電路３０の少なくとも一部は海に敷設されている。

この場合、図８に例示したように、複数の発電システム１０の各々は、洋上ウインドファーム７２を構成している。制御装置１８及び送電用変圧器２６は、洋上ウインドファーム７２に対応して洋上に設置され、洋上変電所７４を構成している。制御装置１８は、ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ａｎｄ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ）と称される監視制御装置によって構成することができる。

順変換器１２及び変換用変圧器２８は、順変換器１２を制御するための順変換器制御装置７６とともに洋上に設置され、洋上変換所７８を構成している。なお、保護装置１６は、順変換器制御装置７６の一部であってもよい。逆変換器１４及び変換用変圧器３４は、逆変換器１４を制御するための逆変換器制御装置８０とともに陸上に設置され、陸上変換所８２を構成している。

この構成によれば、洋上に配置された複数の風力発電装置４０から、直流送電路３０を介して陸上に電力を効率的に送電しながら、ＦＲＴ要求を満たすことができる。

本発明は、上述した幾つかの実施形態に限定されることはなく、上述した幾つかの実施形態に変形を加えた形態や、上述した幾つかの実施形態を組み合わせた形態も含む。
例えば、幾つかの実施形態では、電力システムは、受電端２２での交流電圧Ｖａｃに関連する情報を取得するように構成されたセンサとして、電圧計３８を有していたけれども、センサはこれに限定されることはない。

例えば、制御装置１８は、保護装置１６が出力した保護動作の実行に関する情報（保護動作実行情報）を検知するセンサを有していてもよい。或いは、制御装置１８は、直流送電路３０の直流電圧Ｖｄｃの上昇に繋がるような需用者側における事故情報を検知するセンサを有していてもよい。また制御装置１８は、順変換器制御装置７６や逆変換器制御装置８０から、直流送電路３０の直流電圧Ｖｄｃの上昇に繋がるような需用者側の事故情報を直接受け取ってもよい。

なお、受電端２２での交流電圧Ｖａｃに関連する情報に基づいて、少なくとも１つの発電システム１０に安定化動作を実行させることにより、順変換器１２の保護動作に的確に対応して、送電端２０に無効電力を供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。
特に電圧計３８によれば、順変換器１２の保護動作に的確に対応して、送電端２０に無効電力を供給することができる。この結果として、安定な運転点が確実に確保され、発電システム１０のトリップが抑制される。

幾つかの実施形態では、風力発電装置４０は、発電機４６として巻線界磁同期発電機を有していたけれども、図９（ａ）に示したように巻線形誘導発電機を有していてもよい。図９（ａ）の構成はＤＦＩＧ（Ｄｏｕｂｌｅ−Ｆｅｄ
Ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｇｅｎｅｒａｏｒ）と称され、巻線形誘導発電機の巻線が、発電機側インバータ８６、ＤＣバス８８及び系統側インバータ９０からなる電力変換器を介して送電路に接続される。一方、発電機４６は、機械式ギヤからなるトランスミッション９１を介して主軸４４に連結される。

幾つかの実施形態では、風力発電装置４０の発電機４６としての巻線界磁同期発電機は、油圧トランスミッションを介して主軸４４に連結されていたが、図９（ｂ）に示したように、主軸４４に直結されていてもよい。この場合、巻線界磁同期発電機は、コンバータ９２、ＤＣバス９４及びインバータ９６からなる電力変換器を介して送電路に接続される。
また、図９（ｂ）の構成において、発電機４６は、永久磁石を用いた永久磁石同期発電機であってもよく、このような構成はＦＣ（Ｆｕｌｌ−Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）と称される。

図９（ａ）や（ｂ）に示した風力発電装置４０を用いた場合でも、制御装置１８が電力変換器を制御することによって、図４の風力発電装置４０と同様に、機械的な動作を要さずに電気的な動作のみで無効電力の供給量を変化させることができ、迅速に無効電力の供給量を変化させることができる。
ただし、図９（ａ）に示した風力発電装置４０に比べ、図４の風力発電装置４０は、無効電力の調整範囲が広く、より多くの無効電力を供給することができる。
また、図９（ｂ）に示した風力発電装置４０に比べ、図４の風力発電装置４０は、電力変換器を有していないため制御上の制約が少なく、大きな無効電力を瞬時に供給することができる。

最後に、発電システム１０の発電装置は、風力発電装置４０に限定されることはなく、発電システム１０は、火力発電装置、水力発電装置、原子力発電装置、太陽光発電装置及び潮力発電装置等を含んでいてもよい。

１０ 発電システム
１２ 順変換器
１４ 逆変換器
１６ 保護装置
１８ 制御装置
２０ 送電端
２２ 受電端
２４ 交流送電路
２６ 送電用変圧器
２８ 変換用変圧器
３０ 直流送電路
３２ 交流送電路
３４ 変換用変圧器
３６ 電圧計
３８ 電圧計
４０ 風力発電装置

Claims (16)

1. 送電端に対し交流電力を供給するように構成された少なくとも１つの発電システムと、
   前記送電端に対し交流送電路を介して接続される受電端を有し、前記交流電力を直流電力に変換するように構成された順変換器と、
   直流送電路を介して前記順変換器に接続され、前記直流電力を交流電力に変換するように構成された逆変換器と、
   前記直流送電路の直流電圧が閾値を超えて上昇したときに前記受電端での交流電圧を低下させる保護動作を前記順変換器に実行させるように構成された保護装置と、
   前記順変換器の保護動作に対応して、前記送電端への無効電力の供給量を増大させる安定化動作を前記少なくとも１つの発電システムに実行させるように構成された制御装置と
   を備えることを特徴とする電力システム。
2. 前記少なくとも１つの発電システムは少なくとも１つの風力発電装置を含み、
   前記少なくとも１つの風力発電装置は、風力を利用して発電するように構成された巻線界磁同期発電機を有する同期発電機付き風力発電装置からなり、
   前記制御装置は、前記巻線界磁同期発電機の界磁制御を行うことにより前記同期発電機付き風力発電装置に前記安定化動作を実行させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力システム。
3. 前記少なくとも１つの発電システムは複数の風力発電装置を含み、
   前記制御装置は、前記複数の風力発電装置のうちから選択された少なくとも１つの風力発電装置に前記安定化動作を実行させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電力システム。
4. 前記制御装置は、前記複数の風力発電装置の各々における有効電力の発電量に基づいて、前記複数の風力発電装置のうちから、前記安定化動作を実行する前記少なくとも１つの風力発電装置を選択するように構成されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力システム。
5. 前記少なくとも１つの発電システムは複数の発電システムからなり、
   前記制御装置は、前記送電端から前記発電システムの各々までの送電距離に基づいて、前記発電システムのうちから前記安定化動作を実行させる発電システムを選択するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の電力システム。
6. 前記少なくとも１つの発電システムは複数の発電システムからなり、
   前記制御装置は、前記複数の発電システムの各々の運転情報を収集するように構成されるとともに、収集された前記運転情報に基づいて、前記発電システムのうちから前記安定化動作を実行させる発電システムを選択するように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の電力システム。
7. 前記受電端での交流電圧に関連する情報を取得するように構成された第１センサを更に備え、
   前記制御装置は、前記第１センサによって取得された情報に基づいて、前記少なくとも１つの発電システムに前記安定化動作を実行させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の電力システム。
8. 前記第１センサは、前記受電端での前記交流電圧を測定するように構成された電圧計からなる
   ことを特徴とする請求項７に記載の電力システム。
9. 前記制御装置は、前記保護動作に対応して、前記送電端に供給する有効電力を減少させる出力低減動作を前記少なくとも一つの発電システムに実行させるように構成されている
   ことを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の電力システム。
10. 前記制御装置は、前記受電端での交流電圧及び前記直流送電路での直流電圧のうち一方又は両方に応じて、前記送電端に供給する有効電力を減少させるように構成されている
    ことを特徴とする請求項９に記載の電力システム。
11. 前記少なくとも１つの発電システムは複数の発電システムからなり、
    前記複数の発電システムの各々は、洋上に配置された複数の風力発電装置を含み、
    前記順変換器は洋上に配置され、
    前記逆変換器は陸上に配置され、
    前記直流送電路の少なくとも一部は海に敷設されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の電力システム。
12. 前記順変換器の保護動作の実行に関する情報、または、前記直流送電路の直流電圧の情報に繋がるような需要者側の事故情報を検出するように構成された第２センサを更に備え、
    前記制御装置は、前記第２センサによって取得された情報に基づいて、前記少なくとも１つの発電システムに前記安定化動作を実行させるように構成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の電力システム。
13. 送電端に対し交流電力を供給するように構成された少なくとも１つの発電システムと、
    前記送電端に対し交流送電路を介して接続される受電端を有し、前記交流電力を直流電力に変換するように構成された順変換器と、
    直流送電路を介して前記順変換器に接続され、前記直流電力を交流電力に変換するように構成された逆変換器と、
    前記直流送電路の直流電圧が閾値を超えて上昇したときに前記受電端での交流電圧を低下させる保護動作を前記順変換器に実行させるように構成された保護装置とを備える電力システムの運転方法において、
    前記順変換器の保護動作に対応して、前記送電端への無効電力の供給量を増大させる安定化動作を前記少なくとも１つの発電システムに実行させる安定化動作ステップ
    を備えることを特徴とする電力システムの運転方法。
14. 前記少なくとも１つの発電システムは少なくとも１つの風力発電装置を含み、
    前記少なくとも１つの風力発電装置は、風力を利用して発電するように構成された巻線界磁同期発電機を有する同期発電機付き風力発電装置からなり、
    前記安定化動作ステップにおいて、前記巻線界磁同期発電機の界磁制御を行うことにより前記同期発電機付き風力発電装置に前記安定化動作を実行させる
    ことを特徴とする請求項１３記載の電力システムの運転方法。
15. 前記安定化動作ステップの後に、前記送電端に供給する有効電力を減少させる出力低減動作を前記少なくとも一つの発電システムに実行させる出力低減ステップを更に備える
    ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の電力システムの運転方法。
16. 送電端に対し交流電力を供給するように構成された少なくとも１つの発電システムと、
    前記送電端に対し交流送電路を介して接続される受電端を有し、前記交流電力を直流電力に変換するように構成された順変換器と、
    直流送電路を介して前記順変換器に接続され、前記直流電力を交流電力に変換するように構成された逆変換器と、
    前記直流送電路の直流電圧が閾値を超えて上昇したときに前記受電端での交流電圧を低下させる保護動作を前記順変換器に実行させるように構成された保護装置とを備える電力システムの制御装置であって、
    前記順変換器の保護動作に対応して、前記送電端への無効電力の供給量を増大させる安定化動作を前記少なくとも１つの発電システムに実行させるように構成されている
    ことを特徴とする電力システムの制御装置。

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