CN111033923A - 直流电流切断装置 - Google Patents

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Abstract

实施方式的直流电流切断装置设置于至少第一直流输电线路和第二直流输电线路在第一结点相互电连接的直流输电电路。第一辅助线路电连接于上述第一直流输电线路的第一位置。第二辅助线路电连接于上述第二直流输电线路的第二位置。第一单元设置于电连接在供上述第一辅助线路以及上述第二辅助线路电连接的第二结点与上述第一结点之间的共用辅助线路。第二单元分别设置于第一线路和第二线路，该第一线路是上述第一直流输电线路或者上述第一辅助线路，该第二线路是上述第二直流输电线路或者上述第二辅助线路。上述第一单元以及上述第二单元中的一方是半导体切断器、另一方是朝上述半导体切断器换流的换流装置。

Description

直流电流切断装置
技术领域
本发明的实施方式涉及直流电流切断装置。
背景技术
直流电流切断装置是将在直流输电线路中流动的电流切断的装置。作为其形态之一，公知有具备半导体开关的直流电流切断装置。在利用多个系统的直流输电线路输送直流电力的直流输电电路中，存在具有连接有多个直流输电线路的结点的直流输电电路。在该结点附近，针对每个直流输电线路设置有直流电流切断装置，因此存在所连接的直流输电线路越多则结构越复杂的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2011/57675号小册子
发明内容
发明所要解决的课题
本发明所要解决的课题在于，更简单地构成用于在多个直流输电线路的结点处将在某一直流输电线路流过的事故电流切断的直流电流切断装置。
用于解决课题的手段
实施方式的直流电流切断装置设置于至少第一直流输电线路和第二直流输电线路在第一结点相互电连接的直流输电电路。直流电流切断装置具有第一机械式断路器、第二机械式断路器、第一辅助线路、第二辅助线路、共用辅助线路、第一单元、第二单元。第一机械式断路器设置于上述第一直流输电线路。第二机械式断路器设置于上述第二直流输电线路。第一辅助线路电连接于第一位置，上述第一位置在上述第一直流输电线路中相对于上述第一机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置。第二辅助线路电连接于第二位置，上述第二位置在上述第二直流输电线路中相对于上述第二机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置。共用辅助线路电连接在第二结点与上述第一结点之间，上述第二结点供上述第一辅助线路以及上述第二辅助线路电连接。第一单元设置于上述共用辅助线路。第二单元分别设置于第一线路和第二线路，该第一线路是上述第一直流输电线路或者上述第一辅助线路，该第一线路是上述第二直流输电线路或者上述第二辅助线路。上述第一单元以及上述第二单元中的一方是具有至少1个半导体开关元件而能够将电流切断的半导体切断器。上述第一单元以及上述第二单元中的另一方是换流装置，当满足预定的条件的情况下，上述换流装置进行换流以使得在上述第一直流输电线路或者上述第二直流输电线路中流动的电流朝上述半导体切断器流动。
附图说明
图1是第一实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。
图2A是示出实施方式中的半导体切断器的构成例的图。
图2B是示出实施方式中的半导体切断器的构成例的图。
图3A是示出实施方式中的换流装置的例子的图。
图3B是示出实施方式中的换流装置的例子的图。
图3C是示出实施方式中的换流装置的例子的图。
图4是第二实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。
图5是第三实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。
图6是示出实施方式的转换器的构成图。
图7是第四实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。
图8A是示出实施方式中的换流装置的构成例的图。
图8B是示出实施方式中的换流装置的构成例的图。
图9是第五实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。
图10是第六实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。
图11是第七实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。
图12是实施方式的谐振电路的构成图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式的直流电流切断装置进行说明。另外，在以下的说明中，对具有相同或者相当的功能的结构标注相同的附图标记。进而，有时省略上述结构的重复说明。
(第一实施方式)
参照图1对第一实施方式所涉及的直流电流切断装置进行说明。图1是实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。
图1所示的直流电流切断装置1具备：机械式断路器2－1至2－3、变流器3－1至3－3、半导体切断器(S)4、整流装置(整流元件)5－1至5－3、换流装置(C)7－1至7－3、控制部9。另外，机械式断路器2－1至2－3是机械接点式电流断路器的一例。
应用直流电流切断装置1的直流输电电路包含直流输电线路11至13、以及供直流输电线路11至13电接合的结点j(第一结点)。直流输电线路11至13分别与3个系统对应，在结点j相互电连接。直流输电线路11是第一直流输电线路的一例，直流输电线路12是第二直流输电线路的一例，直流输电线路13是第三直流输电线路的一例。例如，直流输电线路11至13的图1中未示出的一方的端部相互连接于不同的连接对象(未图示)。
直流输电线路11至13例如与直流输电电路的正极对应。另外，在以下的说明中，如图1所示有时省略直流输电电路的负极侧的记载。
在直流输电线路11设置有机械式断路器2－1，在直流输电线路12设置有机械式断路器2－2，在直流输电线路13设置有机械式断路器2－3。直流输电线路2－1是第一机械式断路器的一例，直流输电线路2－2是第二机械式断路器的一例，直流输电线路2－3是第三机械式断路器的一例。例如，机械式断路器2－1所被配置的位置是直流输电线路11的端部。机械式断路器2－2和2－3也同样。另外，在以下的说明中，有时将以同样方式构成的机械式断路器2－1至2－3一并称为机械式断路器2。其他结构也同样。
另外，在直流输电线路11至13的各直流输电线分别设置的机械式断路器2的个数并不限于针对每个直流输电线路设置一个，也可以为多个。
另外，虽然省略图示，但在直流输电线路11至13，可以在其另一方的端部分别设置有与机械式断路器2同样的机械接点式电流断路器。这样的机械式断路器2可以作为线路开闭器(Line Switch)使用。
在直流输电线路11至13分别流过的稳态电流、以及因对地短路、短路等导致的异常电流由后述的直流电流切断装置1切断。
在直流输电线路11设置有用于检测在直流输电线路11流动的电流的变流器3－1。在直流输电线路12设置有检测在直流输电线路12流动的电流的变流器3－2。在直流输电线路13设置有检测在直流输电线路13流动的电流的变流器3－3。例如，变流器3－1配置在距合流点j3－1较近、且远离结点j的方向的位置。另外，图1所示的变流器3－1的位置是以合流点j3－1为基准而远离结点j的方向的位置，是示出一例的位置。变流器3－2与变流器3－3也同样。变流器3－1至3－3分别输出与所检测到的电流的电流值相关的检测结果、或者表示检测到的电流的过电流状态的检测结果。
直流电流切断装置1还具备共用辅助线路20、辅助线路21(第一辅助线路)、辅助线路22(第二辅助线路)、辅助线路23(第三辅助线路)。另外，在共用辅助线路20和辅助线路21至23至少未设置机械式断路器2等机械接点式电流断路器。
例如，辅助线路21的第一端电连接于合流点j3－1(第一位置)，该合流点j3－1在直流输电线路11中位于相对于机械式断路器2－1而与结点j相反侧的位置。辅助线路22的第一端电连接于合流点j3－2(第二位置)，该合流点j3－2在直流输电线路12中位于相对于机械式断路器2－2而与结点j相反侧的位置。辅助线路23的第一端电连接于合流点j3－3(第三位置)，该合流点j3－3在直流输电线路13中位于相对于机械式断路器2－3而与结点j相反侧的位置。辅助线路21的第二端、辅助线路22的第二端、辅助线路23的第二端电连接于结点j2(第二结点)。
共用辅助线路20将结点j与结点j2之间电连接。在共用辅助线路20设置有半导体切断器4。半导体切断器4是第一单元的一例。另外，半导体切断器4的详细情况将在后面叙述。
在上述的辅助线路21至23分别至少设置有第二单元。换流装置7－1至7－3可以相互为相同结构。换流装置7是第二单元的一例。例如，在辅助线路21设置有整流装置5－1和换流装置7－1，在辅助线路22设置有整流装置5－2和换流装置7－2，在辅助线路23设置有整流装置5－3和换流装置7－3。
整流装置5－1在辅助线路21中朝向允许因直流输电线路11所涉及的换流而导致的电流朝辅助线路21流动的方向设置。整流装置5－2在辅助线路22中朝向允许因直流输电线路12所涉及的换流而导致的电流朝辅助线路22流动的方向设置。整流装置5－3在辅助线路23中朝向允许因直流输电线路13所涉及的换流而导致的电流朝辅助线路23流动的方向设置。
例如，关于实施方式的整流装置5－1的方向，允许因直流输电线路11所涉及的换流而导致的电流流动的方向是指：与换流装置7换流后的电流所流动的方向一致、在辅助线路21中从结点j2朝向合流点j3－1的方向。整流装置5－1沿该方向流过有顺向电流。上述情况对于整流装置5－2和整流装置5－3也同样。
换流装置7－1在满足预定的条件的情况下动作以使得在直流输电线路11流动的电流朝半导体切断器4流动。换流装置7－2在满足预定的条件的情况下动作以使得在直流输电线路12流动的电流朝半导体切断器4流动。换流装置7－3在满足预定的条件的情况下动作以使得在直流输电线路13流动的电流朝半导体切断器4流动。例如，上述的预定的条件是指：变流器3－1至3－3中的任一个检测到的电流的电流值超过预先确定的阈值。在该情况下，换流装置7－1至7－3中的满足上述的预定的条件的换流装置按照上述方式换流。关于换流装置7的详细情况将在后面叙述。
另外，若构成为不会朝与因换流装置7换流而导致的电流所流动的方向相反的方向流动，则也可以不设置整流装置5。
控制部9基于变流器3－1至3－3各自的检测结果对直流电流切断装置1的各部进行控制。例如，控制部9针对机械式断路器2－1至2－3和上述的第一单元以及第二单元，将各自的状态控制为将电流切断的状态即切断状态和允许电流流过的状态即接通状态。实施方式中的第一单元是半导体切断器4。实施方式中的第二单元是换流装置7。
接着，对实施方式中的直流电流切断装置1的各部的更具体的结构依次进行说明。
首先，参照图2A和图2B对实施方式中的半导体切断器进行说明。图2A和图2B是示出实施方式中的半导体切断器的构成例的图。
图2A所示的半导体切断器4A是半导体切断器4的一例。半导体切断器4A具备超过所需要的耐压的级数的并联电路单元4U。例如，多个并联电路单元4U串联连接。并联电路单元4U具备半导体开关元件41和放电器40。半导体开关元件41和放电器40相互并联连接。
图2B所示的半导体切断器4B是半导体切断器4的一例。半导体切断器4B具备超过所需要的耐压的级数的半导体开关元件41串联连接而成的半导体开关元件列41S和放电器40。半导体开关元件列41S整体与放电器40并联连接。
上述的半导体切断器4A和4B具备：至少多个半导体开关元件41的组；以及与多个半导体开关元件41的组的任一个并联连接的放电器40。
半导体切断器4A和4B具备串联连接的多个半导体开关元件41。例如，半导体切断器4A和4B的半导体开关元件41具备并联连接的IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)41a和整流器41b。在各半导体开关元件41中，IGBT 41a的发射极与整流器41b的阳极连接、IGBT 41a的集电极与整流器41b的阴极连接。另外，IGBT41a也可以是IEGT(Injection Enhanced Gate Transistor，电子注入增强栅晶体管)。另外，半导体切断器4A和4B可以具备至少1个半导体开关元件41。整流器41b是整流元件的一例。
在半导体切断器4A和4B中，串联连接的多个半导体开关元件41使其极性的朝向一致而进行排列。
例如，串联连接的相邻的第k个半导体开关元件41的IGBT 41a的发射极与第(k+1)个半导体开关元件41的IGBT 41a的集电极相互连接，该连接按该顺序反复进行。例如，串联连接的半导体开关元件41中的位于端部的第1个半导体开关元件41(IGBT 41a)的集电极与图1的结点j连接。同样，串联连接的相邻的第k个半导体开关元件41的整流器41b的阳极与第(k+1)个半导体开关元件41的整流器41b的阴极相互连接，该连接按该顺序反复进行。例如，串联连接的整流器41b中的位于端部的第1个整流器41b的阴极与图1的结点j连接。
在半导体切断器4A和4B中，若将IGBT 41a设为切断状态、整流器41b处于反向偏压状态，则半导体切断器4A和4B成为切断状态，通过使使IGBT 41a过渡至接通状态，半导体切断器4A和4B成为导通状态。
另外，半导体切断器4具备至少1个半导体开关元件41和与至少1个半导体开关元件41并联连接的放电器40。另外，半导体切断器4可以是上述的半导体切断器4A和4B中的任一个，也可以是其他形态。
另外，图2B所示的半导体开关元件列41S的多个也可以相互并联连接。即、在半导体切断器4中，多个半导体开关元件41可以并联连接。在该情况下，多个半导体开关元件41的极性的朝向一致。遵照上述的排列方法的半导体切断器4也可以使串联或者并联连接的半导体开关元件41的极性的朝向一致而朝向相同方向，仅朝向特定的一个方向。
接着，参照图3A至图3C对实施方式中的换流装置进行说明。图3A至图3C是示出实施方式中的换流装置的构成例的图。图3A至图3C所示的换流装置7的一例具备1个半导体开关元件72、或者串联或并联连接的多个半导体开关元件。半导体开关元件72包含于多个半导体开关元件。半导体开关元件72等半导体开关元件例如是IGBT或IEGT等。接着，示出更具体的一例。
图3A所示的换流装置7A是换流装置7的一例。换流装置7A具备电容器71、引脚701、引脚702。引脚701和引脚702分别具备1个以上半导体开关元件72和1个以上整流器73。图3A所示的引脚701和引脚702中，1个半导体开关元件72和1个整流器73串联连接。在该情况下，换流装置7A具备至少1个电容器71、2个半导体开关元件72、2个整流器73。整流器73是整流元件的一例。
在换流装置7A中，引脚701、引脚702、至少1个电容器71形成配置在连接点j73与连接点j74之间、且相互并联连接的半桥单元。引脚701和引脚702中的半导体开关元件72与整流器73的连接点j71、j72分别与半桥单元的外部连接。在上述的连接点j71、j72分别与换流装置7的外部连接的情况下，连接点j71电连接于结点j3(图1)。连接点j72电连接于结点j2(图1)。这样的换流装置7A被称为桥式。
上述的半导体开关元件72例如具备并联连接的1个IGBT 72a和1个整流器72b。在各半导体开关元件72中，IGBT 72a的发射极连接于整流器72b的阳极，IGBT 72a的集电极连接于整流器72b的阴极。另外，IGBT 72a也可以是IEGT。
在换流装置7A的情况下，电容器71由未图示的充电单元充电以使得连接点j73的电位比连接点j74的电位高。在2个半导体开关元件72均为切断状态的情况下，电容器71的充电状态被保持。若2个半导体开关元件72均变为接通状态，则电容器71与半桥单元的外部连接而成为能够放电的状态。
并且，图3B所示的换流装置7B是换流装置7的一例。换流装置7B具备电容器71和半导体开关元件72。换流装置7B中，电容器71与半导体开关元件72的集电极在连接点j75串联连接。串联连接后的半导体开关元件72的连接点j71与电容器71的连接点j72分别与换流装置7的外部连接。例如，半导体开关元件72的连接点j71与结点j3(图1)连接、电容器71的连接点j72与结点j2(图1)连接。
在换流装置7B的情况下，电容器71由未图示的充电单元充电以使得连接点j75侧的电位比连接点j72侧的电位高。
并且，图3C所示的换流装置7C是换流装置7的一例。换流装置7C具备引脚703、引脚704、至少1个电容器71。引脚703和引脚704是2个以上的开关元件串联连接的引脚的一例。另外，引脚703和引脚704分别可以为1个以上，当分别具有2个以上的情况下，可以使他们并联连接。
换流装置7C包含引脚703、引脚704、至少1个电容器71配置在连接点j73与连接点j74之间、且相互并联连接的全桥单元。例如，在引脚703中，具备1个以上半导体开关元件72和1个以上半导体开关元件75。在图3C所示的引脚703中，1个半导体开关元件72与1个半导体开关元件75串联连接。将引脚703中的半导体开关元件72与半导体开关元件75确定为连接点j72。关于引脚704也与引脚703同样。将引脚704中的半导体开关元件72与半导体开关元件74确定为连接点j71。例如，连接点j71、j72分别连接于全桥单元的外部。在上述的连接点j71、j72分别连接于换流装置7的外部的情况下，引脚704的连接点j72与结点j2(图1)电连接，引脚703的连接点j71与结点j3(图1)电连接。这样的换流装置7C被称为全桥式。
另外，半导体开关元件72、74、75为同种元件。例如，半导体开关元件72具备并联连接的IGBT 72a和整流器72b。在各半导体开关元件72中，IGBT 72a的发射极连接于整流器72b的阳极、IGBT 72a的集电极连接于整流器72b的阴极。另外，IGBT 72a也可以是IEGT。
另外，换流装置7C形成为全桥式，但也可以利用其一部分的半导体开关元件而作为半桥式发挥功能。例如，在换流装置7C中，也可以形成为，关于半导体开关元件72，设为切换IGBT 72a的导通状态的控制的对象，关于半导体开关元件74、75，将各自所具有的IGBT维持在切断状态，从而利用整流器。或者，换流装置7C也可以具有引脚703和引脚704中的任一方以及电容器71。
关于换流装置7C的情况下的电容器71的充电，可以通过与换流装置74A同样的方法进行充电。
这样，换流装置7A、7B、7C均形成为，在直流输电电路运转时，电容器71以所期望的极性被充电至所期望的电压的直流电压。例如，换流装置7在开始换流之前，以能够开始换流的程度使连接点j71的电位比连接点j72的电位高。另外，在前述的图1等的构成图中，在换流装置7的端子的附近标注“+”标记，表示换流装置7处于以该端子相比另一方的端子为高电位的方式被充电的状态。在以下的说明中也同样。
图3A至图3C分别示出的换流装置7呈现出1级的结构，但并不限制将该1级的结构多级串联地相连而构成。
此处，对实施方式的直流电流切断装置1的作用进行说明。
控制部9在直至在直流输电线路11至13中的任一个产生系统事故为止的稳态动作时，将机械式断路器2－1至2－3控制为接通状态、将半导体切断器4(第一单元)与所有的换流装置7(第二单元)控制为切断状态。在直流输电线路11至13的各个流动的电流通过机械式断路器2－1至2－3的各个流动。
当在直流输电线路11至13中的任一个产生了系统事故的情况下，控制部9将在产生了系统事故的至少1个直流输电线路流动的电流按照下述的步骤切断。此处，如图1所示，假定在直流输电线路12产生了系统事故的情况而进行说明。因上述的系统事故而流过有事故电流IA。
首先，基于变流器3－2检测到的事故电流IA的检测结果，控制部9检测为产生了系统事故。
控制部9若检测到系统事故，则使半导体切断器4过渡至接通状态，使与产生了系统事故的直流输电线路12对应的换流装置7－2过渡至能够动作的状态(接通状态)。由此，通过结点j和j2，形成在换流装置7－2、整流装置5－2、机械式断路器2－2、半导体切断器4中环绕一周的闭回路CC1。若在通过结点j、j2、j3－2的闭回路CC1中流过有电流Icc，则在机械式断路器2－2流过的事故电流IA被抵消，产生大致零电流状态。
如上所述，隶属于产生了系统事故的直流输电线路12的机械式断路器2－2存在于包含换流装置7－2的上述的闭回路CC1内。在机械式断路器2－2流过的事故电流IA被换流装置7－2换流，流过有电流Ic。若像这样机械式断路器2－2成为零电流状态，则能够使机械式断路器2－2过渡至切断状态。
接着，控制部9使已成为零电流状态的机械式断路器2－2过渡至切断状态，然后使半导体切断器4成为切断状态。通过使半导体切断器4成为切断状态，在半导体切断器4的两端产生的能量由放电器40消耗。
控制部9在使机械式断路器2－2过渡至切断状态后，停止换流装置7－2的动作。
通过上述的步骤，直流电流切断装置1能够将在产生了系统事故的直流输电线路12中流过的电流切断。
另外，上述的动作在为其他直流输电线路的情况下也同样。如上所述，半导体切断器4为1个，相对于各直流输电线共用化。这样，即便在直流输电线路11至13中的任一个直流输电线产生了系统事故的情况下，能够利用1个半导体切断器4将产生了系统事故的直流输电线切离。
此处，举出实施方式的比较例，对实施方式所涉及的直流电流切断装置1的优越性进行说明。
为了从输电网(直流输电电路)的多个直流输电线路中仅将产生了事故的1个直流输电线路切断，若使用比较例的直流电流切断装置CE，则需要夹着输电网(直流输电电路)的直流输电线路而在其两端分别设置直流电流切断装置CE。
在这样的比较例的直流电流切断装置CE中，随着直流输电线路变多而直流电流切断装置CE的个数也变多。在这样的比较例的直流电流切断装置CE中，直流输电线路越多则越无法简单地构成。
与此相对，实施方式的直流电流切断装置1在直流输电线路11至13中共用1个半导体切断器4。由此，无需伴随着直流输电线路的系统数的增加而追加半导体切断器4的个数。实施方式的直流电流切断装置1与上述的比较例相比能够更简单地构成，所应用的直流输电线路的系统数越多则其优越性越高。
根据实施方式，相对于在直流输电线路11至13分别单独地连接直流电流切断装置CE的比较例，能够削减半导体切断器4的个数，进而能够减少半导体开关元件的部件数量，能够实现直流电流切断装置1的低成本、小型化。例如，在应用于n回路的直流输电线路的结点的情况下，通过将半导体切断器4共用化而能够削減的半导体切断器4的个数为(n－1)个。需要确保绝缘耐压的半导体切断器4所内置的半导体开关元件的部件数量多，通常较昂贵。这样，能够削减半导体切断器4的个数的直流电流切断装置1中的成本和降低的效果比较大。
另外，实施方式的直流电流切断装置1相对于比较例具备上述的优点，但能够将系统事故的事故电流高速切断这点没变。
另外，对在以下的实施方式中共通的事项进行说明。
实施方式的结构只是示出一例，连接于结点的直流输电线路的系统数并不限制于上述的事例，也能够应用于连接有任意系统数的直流输电线路的结点、或结点机械分离地配置的情况。例如，直流电流切断装置1也能够应用于2个或者4个以上的直流输电线路的结点、或分离配置的2个结点。
另外，换流装置7也可以多个串联连接而形成。并且，至少1个以上的换流装置7的一部分或者全部也可以由全桥式构成。
并且，关于将半导体切断器4形成为切断状态时的能量，若低至无需放电器40的程度，则也可以不具备放电器40。关于半导体切断器4，可以将半导体开关元件的极性构成为双方向型，也可以构成为一方向型。
并且，在图1的直流输电线路11设置的机械式断路器2－1的个数为1个，但也可以为多个，也可以将在直流输电线路11设置的机械接点式电流断路器串并联连接。
根据实施方式，直流电流切断装置1设置于至少直流输电线路11与直流输电线路12在结点j相互电连接的直流输电电路。直流电流切断装置1具有机械式断路器2－1、机械式断路器2－2、辅助线路21、辅助线路22、共用辅助线路20、第一单元、第二单元。机械式断路器2－1设置于直流输电线路11。机械式断路器2－1设置于直流输电线路12。辅助线路21电连接于在直流输电线路11中相对于机械式断路器2－1位于与结点j相反侧的位置的合流点j3－1。辅助线路22电连接于在直流输电线路12中相对于机械式断路器2－2位于与结点j相反侧的位置的合流点j3－2。共用辅助线路20电连接于供辅助线路21以及辅助线路22电连接的结点j2与结点j之间。第一单元设置于共用辅助线路20。第二单元分别设置于第一线路和第二线路，该第一线路是直流输电线路11或者辅助线路21，该第二线路是直流输电线路12或者辅助线路22。第一单元以及第二单元中的一方是具有至少1个半导体开关元件且能够将电流切断的半导体切断器4。第一单元以及第二单元中的另一方是当满足预定的条件的情况下进行换流以使得在直流输电线路11或者直流输电线路12流过的电流朝半导体切断器4流动的换流装置7。由此，能够更简单地构成用于在多个直流输电线的结点处将在任一直流输电线流过的事故电流切断的直流电流切断装置1。
并且，直流输电电路具有与结点j电连接的直流输电线路13。直流电流切断装置1还具备：设置于直流输电线路13的机械式断路器2－3；以及电连接于在直流输电线路13中相对于机械式断路器2－3位于与结点j相反侧的位置的合流点j3－3的辅助线路23。第二单元还设置于第三线路，该第三线路是直流输电线路13或者辅助线路23。由此，关于直流电流切断装置1，即便在至少包含直流输电线路的直流输电电路中也能够更简单地构成。
并且，第一单元是半导体切断器4，第二单元是换流装置7，由此，半导体切断器4能够将各直流输电线路的电流切断。由此，与分别独立地设置半导体切断器4的情况相比能够削减半导体切断器4的个数。
并且，关于换流装置7，通过在辅助线路21和辅助线路22分别设置，能够针对每个直流输电线路进行换流。
并且，整流装置5－1设置于辅助线路21，且按照允许从直流输电线路11由换流装置7换流的电流流动的朝向设置。整流装置5－2设置于辅助线路21，且按照允许因直流输电线路11所涉及的换流而导致的电流流动的朝向设置，由此，能够不限制换流、而限制与换流不同方向的电流。
并且，关于换流装置7，通过具备1个半导体开关元件、或者串联或并联连接的多个半导体开关元件，能够通过半导体开关元件的动作来控制换流开始。
并且，换流装置7能够构成为将全桥单元串联连接1个或者2个以上而成的全桥式，该全桥单元通过多个半导体开关元件串联连接的引脚(703，704)或者1个以上半导体开关元件与1个以上整流元件串联连接的引脚(701，702)中的任意2个引脚、以及至少1个电容器并联连接而成。
并且，换流装置7能够构成为将半桥单元串联连接1个或者2个以上而成的桥式，该半桥单元通过多个半导体开关元件串联连接的引脚或者至少1个半导体开关元件和至少1个整流元件串联连接的引脚中的任意1个、以及至少1个电容器并联连接而成。
并且，控制部9针对机械式断路器2、第一单元、第二单元，分别将各自的状态控制为将电流切断的状态即切断状态、和电流流过的状态即接通状态。控制部9在直至在直流输电线路11或者直流输电线路12产生系统事故为止的稳态动作时，将机械式断路器2－1或者2－2控制为接通状态，将单元和第二单元控制为切断状态。控制部9在产生了系统事故的情况下使第一单元、以及与直流输电线路11和直流输电线路12中的产生了系统事故的直流输电线路对应的第二单元过渡至接通状态，由此使在隶属于产生了系统事故的直流输电线路的机械式断路器2、且为机械式断路器2－1至2－3中的任一个机械式断路器2中流过的电流成为大致零电流状态，使成为大致零电流状态的机械式断路器2过渡至切断状态，之后将第一单元和与产生了系统事故的直流输电线路对应的第二单元形成为切断状态。由此，能够以更简单地结构实施将在产生了系统事故的直流输电线路中流动的电流切断的作业。
并且，在实施方式的直流输电电路中，无需在直流输电线路11至13设置半导体切断器4或换流装置7等半导体装置就能够构成。若为这样的结构，则在稳态动作时不会产生因上述的半导体装置而导致的导通损失。并且，越是在稳态动作时流过有比较大的电流的直流输电电路，则其效果越显著。
另外，实施方式的机械式断路器2－1至2－3也可以不具备并联连接的放电器。
(第二实施方式)
参照图4对第二实施方式所涉及的直流电流切断装置进行说明。图4是实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。以与图1的不同点为中心进行说明。
图4所示的直流电流切断装置1具备：机械式断路器2－1至2－3、变流器3－1至3－3、半导体切断器4－1至4－3、整流装置5、换流装置7、控制部9。
在应用直流电流切断装置1的直流输电电路中包含：直流输电线路11至13、以及供直流输电线路11至13电接合的结点j2(第一结点)。
直流电流切断装置1还具备：共用辅助线路20、辅助线路21(第一辅助线路)、辅助线路22(第二辅助线路)、辅助线路23(第三辅助线路)。
例如，辅助线路21的第一端电连接于在直流输电线路11中相对于机械式断路器2－1而位于与结点j2相反侧的位置的合流点j3－1(第一位置)。辅助线路22与辅助线路23也同样。辅助线路21的第二端、辅助线路22的第二端、辅助线路23的第二端电连接于结点j(第二结点)。
共用辅助线路20电连接于结点j与结点j2之间。在共用辅助线路20设置有整流装置5和换流装置7。换流装置7是第一单元的一例。
在辅助线路21设置有半导体切断器4－1、在辅助线路22设置有半导体切断器4－2、在辅助线路23设置有半导体切断器4－3。半导体切断器4－1至4－3是第二单元的一例。即、第二单元至少分别设置于辅助线路21和辅助线路22。并且，第二单元还设置于辅助线路23。这样，第二单元可以在各辅助线路分别设置。
整流装置5以与换流装置7电串联的方式与换流装置7一起设置于共用辅助线路20。整流装置5朝向允许因直流输电线路11至13中的任一个所涉及的换流而导致的电流朝共用辅助线路20流动的朝向设置。
换流装置7在满足预定的条件的情况下动作，以使得在直流输电线路11中流动的电流朝半导体切断器4－1至4－3中的任一个半导体切断器流动。
另外，允许因直流输电线路11所涉及的换流而导致的电流流动的朝向是指在共用辅助线路20中从结点j2朝向结点j的方向。整流装置5沿该方向流过有顺向电流。
此处，对实施方式的直流电流切断装置1的作用进行说明。
如图4所示，假定在直流输电线路12产生系统事故的情况而进行说明。因上述的系统事故而流过有事故电流IA。
控制部9若检测到系统事故，则使半导体切断器4－2过渡至接通状态，使与产生了系统事故的直流输电线路12对应的换流装置7过渡至能够动作的状态(接通状态)。由此，通过结点j和j2，形成有在换流装置7、整流装置5、半导体切断器4－2、机械式断路器2－2中环绕一周的闭回路。若在通过结点j、j2、j3－2的闭回路流过有电流Icc，则在机械式断路器2－2中流过的事故电流IA被抵消，成为大致零电流状态。另外，大致零电流状态包含因电流Icc和事故电流IA导致的合成电流成为0的状态(零电流状态)。在机械式断路器2－2中流过的事故电流IA被换流装置7－2换流而流过有电流Ic。
接着，控制部9使已成为零电流状态的机械式断路器2－2过渡至切断状态，然后使半导体切断器4－2成为切断状态。通过使半导体切断器4－2成为切断状态，在半导体切断器4－2的两端产生的能量被放电器40消耗。
控制部9在使已成为零电流状态的机械式断路器2－2过渡至切断状态后，使换流装置7的动作停止。
通过上述的步骤，直流电流切断装置1能够将在产生了系统事故的直流输电线路12中流过的电流切断。
另外，上述的动作在其他的直流输电线的情况下也同样。换流装置7为1个，相对于各直流输电线共用化。这样，即便在直流输电线路11至13中的任一个直流输电线产生了系统事故的情况下，1个换流装置7能够用于将产生了系统事故的直流输电线切离。
根据实施方式，除了能够起到与第一实施方式同样的效果之外，第一单元为换流装置7、第二单元为半导体切断器4、半导体切断器4在辅助线路21和辅助线路22分别设置，由此，为了将各直流输电线路的电流切断，能够共用换流装置7。由此，与在各直流输电线路分别独立地设置换流装置7的情况相比，能够削减换流装置7的个数。
并且，整流装置5以允许因换流而导致的电流流动的朝向与换流装置7(第一单元)电串联设置，由此能够不限制换流而限制与换流不同方向的电流。
(第三实施方式)
参照图5和图6对第三实施方式所涉及的直流电流切断装置进行说明。图5是实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。以与图1的不同点为中心进行说明。
图5所示的直流电流切断装置1具备：机械式断路器2－1和2－2、变流器3－1和3－2、半导体切断器4、整流装置5－1和5－2、换流装置7－1和7－2、控制部9、转换器10。另外，转换器10可以是直流电流切断装置1外部的装置。
在应用直流电流切断装置1的直流输电电路中包含直流输电线路11、12、14、以及供直流输电线路11、12、14电接合的结点j(第一结点)。
直流电流切断装置1还具备共用辅助线路20、辅助线路21(第一辅助线路)、辅助线路22(第二辅助线路)。
在实施方式的直流输电电路中，代替第一实施方式的直流输电线路13而直流输电线路14连接于结点j。直流输电线路14的第一端连接于结点j(第一结点)、第二端连接于转换器10的直流侧端子。
在转换器10的交流侧端子连接有三相交流输电线路15，经由三相交流输电线路15而连接有发电机(G)10G。例如，发电机10G是3相交流发电机等。
图6中示出转换器10的结构。图6是示出实施方式的转换器的构成图。转换器10具备交流直流转换部10A、变压器10B、交流切断器10C。交流直流转换部10A进行交流电力与直流电力的双方向转换。这样的转换器10在三相交流输电线路15侧端子与直流输电线路14侧端子之间进行电力的相互转换。
控制部9基于变流器3－1和3－2的检测结果对直流电流切断装置1的各部进行控制。控制部9也可以还基于变流器3－1和3－2的检测结果对转换器10进行控制。另外，在图5所示的结构部中，省略控制部9与转换器10之间的连接的记载。
本实施方式的直流输电电路与前述的第一实施方式对应。直流电流切断装置1以与第一实施方式同样的方式发挥作用。
根据实施方式，除了能够起到与第一实施方式同样的效果之外，也能够应用于将发电机10G等经由转换器10连接于结点j的直流输电电路。由此，能够提高可适用的直流输电电路的构成的自由度，并且，与在直流输电线路11、12分别独立地连接直流电流切断装置的情况相比较，能够削减半导体切断器4。
(第四实施方式)
参照图7和图8A、图8B对第四实施方式所涉及的直流电流切断装置进行说明。图7是实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。以与图1的不同点为中心进行说明。
图7所示的直流电流切断装置1具备：机械式断路器2－1至2－3、变流器3－1至3－3、半导体切断器4、整流装置5－1至5－3、换流装置7T－1至7T－3、控制部9。
在应用图7所示的直流电流切断装置1的直流输电电路中包含：直流输电线路11至13、以及供直流输电线路11至13电接合的结点j(第一结点)。
直流电流切断装置1还具备：共用辅助线路20、辅助线路21(第一辅助线路)、辅助线路22(第二辅助线路)、辅助线路23(第三辅助线路)。
直流电流切断装置1具备设置于共用辅助线路20的第一单元。直流电流切断装置1具备在直流输电线路11(第一线路)、直流输电线路12(第二线路)、直流输电线路13(第三线路)分别设置的第二单元。半导体切断器4是第一单元的一例，换流装置7T－1至7T－3是第二单元的一例。
例如，如图7所示，在直流输电线路11设置有机械式断路器2－1和换流装置7T－1、在直流输电线路12设置有机械式断路器2－2和换流装置7T－2、在直流输电线路13设置有机械式断路器2－3和换流装置7T－3。例如，机械式断路器2－1配置在直流输电线路11的端部、机械式断路器2－2配置在直流输电线路12的端部、机械式断路器2－3配置在直流输电线路13的端部。另外，在直流输电线路11至13的各直流输电线分别设置的机械式断路器2－1至2－3的个数并不限于一个，也可以为多个。
接着，参照图8A和图8B对实施方式中的换流装置进行说明。图8A和图8B是示出实施方式中的换流装置的构成例的图。图8A和图8B所示的换流装置7T的一例具备1个半导体开关元件72、或者串联或并联连接的多个半导体开关元件。半导体开关元件72包含于多个半导体开关元件。半导体开关元件72等半导体开关元件例如是IGBT或IEGT等。接着，示出更具体的一例。
图8A所示的换流装置7D是换流装置7T的一例。换流装置7D具备1个半导体开关元件75。半导体开关元件75具备并联连接的IGBT 75a和整流器75b。在各半导体开关元件75中，IGBT 75a的发射极连接于整流器75b的阳极、IGBT 75a的集电极连接于整流器75b的阴极。另外，IGBT 75a也可以是IEGT。换流装置7的连接点j71、j72分别与换流装置7T的外部连接。例如，连接点j71与机械式断路器2－1(图7)等电连接。连接点j72与结点j(图7)电连接。
图8B所示的换流装置7E是换流装置7T的一例。换流装置7E具备引脚703、引脚704、至少1个电容器71。换流装置7E具备与前述的换流装置7C同样的结构。但是，换流装置7E与换流装置7C的连接对象不同。
将引脚703中的半导体开关元件72和半导体开关元件75确定为连接点j71。关于引脚704也与引脚703同样。将引脚704中的半导体开关元件72和半导体开关元件74确定为连接点j72。例如，连接点j71、j72分别与全桥单元的外部连接。当上述的连接点j71、j72分别与换流装置7E的外部连接的情况下，引脚704的连接点j72与结点j(图7)电连接、引脚703的连接点j72与机械式断路器2(图7)等电连接。这样的换流装置7E被称为全桥式。
此处，对实施方式的直流电流切断装置1的作用进行说明。
控制部9在直至在直流输电线路11至13中的任一个产生系统事故为止的稳态动作时，将机械式断路器2－1至2－3和所有的换流装置7T(第二单元)控制为接通状态，将半导体切断器4(第一单元)控制为切断状态。在直流输电线路11中流动的电流通过机械式断路器2－1和换流装置7T－1流动。在直流输电线路12中流动的电流通过机械式断路器2－2和换流装置7T－2流动。在直流输电线路13中流动的电流通过机械式断路器2－3和换流装置7T－3流动。
当在直流输电线路11至13中的任一个产生了系统事故的情况下，控制部9根据以下的步骤将在产生了系统事故的至少1个直流输电线路中流动的电流切断。此处，如图1所示，假定在直流输电线路12产生了系统事故的情况进行说明。因上述的系统事故而流过有事故电流IA。
首先，基于变流器3－2检测到的事故电流IA的检测结果，控制部9检测到产生了系统事故这一情况。
控制部9若检测到系统事故，则使半导体切断器4过渡至接通状态，并且使与产生了系统事故的直流输电线路12对应的换流装置7T－2动作以使其成为切断状态或者使所流过的电流成为零。
例如，作为第一方法，在使换流装置7T－2成为切断状态的情况下，朝通过结点j和j2的路径换流而使得流过有电流Ic，形成为在机械式断路器2－2中流过的事故电流IA的大致零电流状态。
或者，作为第二方法，在以使得在换流装置7T－2中流过的电流成为零的方式进行动作的情况下，换流装置7T－2例如使得通过结点j和j2而在将换流装置7－2、半导体切断器4、整流装置5－2、机械式断路器2－2环绕一周的闭回路中流过有电流Icc。若在通过结点j和j2的闭回路流过有电流Icc，则在机械式断路器2－2中流过的事故电流IA被抵消，产生大致零电流状态。
通过上述的任一种方法，在机械式断路器2－2中流过的事故电流IA被朝半导体切断器4换流而流过有电流Ic。若像这样在机械式断路器2－2和换流装置7－2中流过的电流成为零电流状态，则能够使机械式断路器2－2过渡至切断状态。
接着，控制部9使已成为零电流状态的机械式断路器2－2过渡至切断状态，然后使半导体切断器4成为切断状态。通过使半导体切断器4成为切断状态，在半导体切断器4的两端产生的能量被放电器40消耗。
另外，控制部9也可以在事故电流IA被朝半导体切断器4换流后使换流装置7－2过渡至切断状态或者停止动作的状态。
通过上述的步骤，直流电流切断装置1能够将在产生了系统事故的直流输电线路12中流过的电流切断。
根据实施方式，除了能够起到与第一实施方式同样的效果之外，换流装置7T在直流输电线路11中的合流点j3－1与结点j之间即第一区间、以及直流输电线路12中的合流点j3－2与结点j之间即第二区间分别设置，由此，在换流装置7T－1设置于直流输电线路11、换流装置7T－2设置于直流输电线路12的直流输电电路中，直流电流切断装置1能够将在直流输电线路11或者直流输电线路12中流过的电流切断。并且，通过在直流输电线路11中的合流点j3－3与结点j之间即第三区间进一步设置换流装置7T，由此在换流装置7T－3设置于直流输电线路13的直流输电电路中，直流电流切断装置1能够将在直流输电线路13中流过的电流切断。另外，图7所示的区间Sec1是第一区间的一例、区间Sec2是第二区间的一例、区间Sec3是第三区间的一例。
并且，整流装置5－1设置于辅助线路21，且以允许换流装置7从直流输电线路11换流后的电流流过的朝向设置。整流装置5－2设置于辅助线路22，且以允许换流装置7从直流输电线路11换流后的电流流过的朝向设置，由此，能够不限制换流而限制与换流不同方向的电流。
另外，换流装置7T具有使在各直流输电线流过的电流朝半导体切断器4换流的功能，构成为至少连续地流过有额定电流。这样的换流装置7T的结构并不限定于图8A、图8B所示的结构。例如，图8A所示的换流装置7D的半导体开关元件75形成为能够控制单方向的电流的导通状态，但也可以形成为能够控制双方向的电流的导通状态。
并且，关于半导体切断器4，可以将半导体开关元件41形成为能够控制单方向的电流的导通状态，也可以形成为能够控制双方向的电流的导通状态。这样的半导体切断器4可以具有能够双方向导通的状态或者仅能够在一个方向导通的状态中的任一种导通状态。
并且，控制部9针对机械式断路器2、半导体切断器4、换流装置7T分别控制将电流切断的状态即切断状态和电流流过的状态即接通状态的各个状态。控制部9在直至在直流输电线路11或者直流输电线路12产生系统事故为止的稳态动作时动作以使得机械式断路器2和换流装置7T成为接通状态、使得半导体切断器4成为切断状态。控制部9在产生了系统事故的情况下使半导体切断器4过渡至接通状态，由此将电流朝半导体切断器4换流。此外，控制部9使已成为大致零电流状态的机械式断路器2－1或者2－2过渡至切断状态，之后使半导体切断器4成为切断状态。由此，能够通过将以在稳态动作时流过直流输电线路11或者直流输电线路12的电流的方式配置的换流装置7T－1或者7T－2形成为切断状态而开始换流。
(第五实施方式)
参照图9对第五实施方式所涉及的直流电流切断装置进行说明。图9是实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。以与图1的不同点为中心进行说明。
图9所示的直流电流切断装置1具备：机械式断路器2－1至2－3、机械式断路器2A－1至2A－3、变流器3－1至3－3、半导体切断器4、整流装置5－1至5－3、换流装置7－1至7－3、控制部9。机械式断路器2A－1是第四机械式断路器的一例、机械式断路器2A－2是第五机械式断路器的一例、机械式断路器2A－3是第六机械式断路器的一例。
在应用直流电流切断装置1的直流输电电路中包含：直流输电线路11至13、以及供直流输电线路11至13电接合的结点j(第一结点)。
直流电流切断装置1还具备：共用辅助线路20、辅助线路21(第一辅助线路)、辅助线路22(第二辅助线路)、辅助线路23(第三辅助线路)、辅助线路24(第四辅助线路)、辅助线路25(第五辅助线路)、辅助线路26(第六辅助线路)。
机械式断路器2A－1在直流输电线路11中相对于机械式断路器2－1设置于与结点j相反侧的位置。机械式断路器2A－2在直流输电线路12中相对于机械式断路器2－2设置于与结点j相反侧的位置。机械式断路器2A－3在直流输电线路13中相对于机械式断路器2－3设置于与结点j相反侧的位置。
例如，在直流输电线路11中，机械式断路器2是具有将电流切断的功能的切断器、机械式断路器2A是具有高耐压的断路器。
辅助线路24的第一端与直流输电线路11中相对于机械式断路器2A－1而位于与结点j相反侧的位置的合流点j5－1(第四位置)、结点j2电连接。辅助线路25的第一端与直流输电线路12中相对于机械式断路器2A－2而位于与结点j相反侧的位置的合流点j5－2(第五位置)、结点j2电连接。辅助线路26的第一端与直流输电线路13中相对于机械式断路器2A－3而位于与结点j相反侧的位置的合流点j5－3(第六位置)、结点j2电连接。辅助线路24的第二端、辅助线路25的第二端、辅助线路26的第二端与结点j2(第二结点)电连接。即、辅助线路21设置于在直流输电线路11中位于机械式断路器2－1和机械式断路器2A－1之间的合流点j3－1与结点j2之间，并与合流点j3－1和结点j2电连接。辅助线路22和辅助线路23也同样。
整流装置5－1在辅助线路24中朝向允许换流装置7从直流输电线路11换流的电流流过辅助线路24的朝向设置。整流装置5－2在辅助线路25中朝向允许换流装置7从直流输电线路12换流的电流流过辅助线路25的朝向设置。整流装置5－3在辅助线路26中朝向允许因直流输电线路13所涉及的换流而导致的电流流过辅助线路26的朝向设置。例如，整流装置5－1设置成使得沿从结点j2朝向合流点j5的方向流过有顺向电流。整流装置5－2与5－3也同样。
共用辅助线路20将结点j与结点j2之间电连接。在共用辅助线路20设置有半导体切断器4。另外，在共用辅助线路20中设置有半导体切断器4的位置是合流点j4与结点j2之间。另外，合流点j4配置于供辅助线路21至23和共用辅助线路20电连接的位置。
此处，对实施方式的直流电流切断装置1的作用进行说明。
控制部9在直至在直流输电线路11至13的任一个产生系统事故为止的稳态动作时将机械式断路器2－1至2－3和机械式断路器2A－1至2A－3控制为接通状态、将半导体切断器4(第一单元)和所有的换流装置7(第二单元)控制为切断状态。在直流输电线路11至13分别流过的电流通过机械式断路器2和机械式断路器2A的各个被传输。
当在直流输电线路11至13的任一个产生了系统事故的情况下，控制部9按照下述的步骤将在产生了系统事故的至少1个直流输电线路中流过的电流切断。此处，如图9所示，假定在直流输电线路12产生了系统事故的情况进行说明。由于上述的系统事故，在机械式断路器2－2和机械式断路器2A－2流过有事故电流IA。
首先，基于变流器3－2检测到的事故电流IA的检测结果，控制部9检测到产生了系统事故。
控制部9若检测到系统事故，则使半导体切断器4过渡至接通状态，使与产生了系统事故的直流输电线路12对应的换流装置7－2过渡至能够动作的状态(接通状态)。由此，形成有通过结点j而将换流装置7－2、机械式断路器2－2环绕一周的闭回路。若在通过结点j的闭回路流过有电流Icc，则在机械式断路器2－2流过的事故电流IA被抵消，产生大致零电流状态。
如上所述，隶属于产生了系统事故的直流输电线路12的机械式断路器2－2存在于包含换流装置7－2在内的上述闭回路内。在机械式断路器2－2中流过的事故电流IA被朝半导体切断器4换流，流过有通过整流装置5－2的电流Ic。若像这样机械式断路器2－2成为零电流状态，则能够使机械式断路器2－2过渡至切断状态。
接着，控制部9使已成为零电流状态的机械式断路器2－2过渡至切断状态。进一步，控制部9使已成为零电流状态的机械式断路器2A－2过渡至切断状态，然后使半导体切断器4成为切断状态。通过使半导体切断器4成为切断状态，在半导体切断器4的两端产生的能量被放电器40消耗。
另外，控制部9在事故电流IA被朝半导体切断器4换流后使换流装置7－2过渡至切断状态。
通过上述的步骤，直流电流切断装置1能够将在产生了系统事故的直流输电线路12中流过的电流切断。
另外，上述的动作在其他的直流输电线的情况下也同样。半导体切断器4为1个，相对于各直流输电线共用化。这样，即便在直流输电线路11至13中的任一个直流输电线产生了系统事故的情况下，能够利用1个半导体切断器4将产生了系统事故的直流输电线切离。
根据实施方式，除了能够起到与第一实施方式同样的效果之外，机械式断路器2A－1在直流输电线路11中设置于相对于机械式断路器2－1而与结点j相反侧的位置。机械式断路器2A－2在直流输电线路12中设置于相对于机械式断路器2－2而与结点j相反侧的位置。辅助线路24电连接于在直流输电线路11中相对于机械式断路器2A－1位于与结点j1相反侧的位置的合流点j5－1与结点j2。辅助线路25电连接于在直流输电线路12中相对于机械式断路器2A－2位于与结点j相反侧的位置的合流点j5－2与结点j2。由此，在具备机械式断路器2A－1、2A－2、机械式断路器2－1至2－2的直流输电电路中，能够将在直流输电线路11或者直流输电线路12中产生的事故电流IA朝包含辅助线路24或者辅助线路25的路径换流。
另外，实施方式中的第一单元是半导体切断器4、第二单元是换流装置7，由此，半导体切断器4能够将因直流输电线路11或者直流输电线路12所涉及的换流而导致的电流切断。
(第六实施方式)
参照图10对第六实施方式所涉及的直流电流切断装置进行说明。图10是实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。以与图1、图9的不同点为中心进行说明。
图10所示的直流电流切断装置1具备：机械式断路器2－1至2－3、机械式断路器2A－1至2A－3、变流器3－1至3－3、半导体切断器4、整流装置5－1至5－3、整流装置5A、换流装置7－1至7－3、控制部9。
辅助线路21的第一端电连接于在直流输电线路11中相对于机械式断路器2A－1而位于与结点j相反侧的位置的合流点j3－1(第一位置)。辅助线路22的第一端电连接于在直流输电线路12中相对于机械式断路器2A－2而位于与结点j相反侧的位置的合流点j3－2(第二位置)。辅助线路23的第一端电连接于在直流输电线路13中相对于机械式断路器2A－3而位于与结点j相反侧的位置的合流点j3－3(第三位置)。至少辅助线路21的第二端、辅助线路22的第二端、辅助线路23的第二端电连接于结点j2(第二结点)。
并且，辅助线路24电连接于在直流输电线路11中相对于机械式断路器2－1而位于与结点j相反侧的位置的合流点j5－1(第四位置)和结点j2。辅助线路25电连接于在直流输电线路12中相对于机械式断路器2－2而位于与结点j相反侧的位置的合流点j5－2(第五位置)和结点j2。辅助线路26电连接于在直流输电线路13中相对于机械式断路器2－3而位于与结点j相反侧的位置的合流点j5－3(第六位置)和结点j2。
机械式断路器2－1在直流输电线路11中设置于相对于机械式断路器2A－1而与结点j相反侧的位置。机械式断路器2－2在直流输电线路12中设置于相对于机械式断路器2A－2而与结点j相反侧的位置。机械式断路器2－3在直流输电线路13中设置于相对于机械式断路器2A－3而与结点j相反侧的位置。
机械式断路器2A－1是第一机械式断路器的一例、机械式断路器2A－2是第二机械式断路器的一例、机械式断路器2A－3是第三机械式断路器的一例。机械式断路器2－1是第四机械式断路器的一例、机械式断路器2－2是第五机械式断路器的一例、机械式断路器2－3是第六机械式断路器的一例。
在实施方式中，在共用辅助线路20中设置有半导体切断器4和整流装置5A的位置位于结点j与结点j2之间。另外，结点j2配置在供辅助线路21至26和共用辅助线路20电连接的位置。
实施方式的换流装置7例如能够应用前述的图3所示的换流装置7A、7B、7C。另外，换流装置7设置成其合流点j2侧相对于合流点j3－2侧为高电位。
此处，对实施方式的直流电流切断装置1的作用进行说明。
如图10所示，假定在直流输电线路12产生了系统事故的情况而进行说明。因上述的系统事故而流过有事故电流IA。
控制部9若检测到系统事故，则使半导体切断器4过渡至接通状态，使与产生了系统事故的直流输电线路12对应的换流装置7－2过渡至能够动作的状态(接通状态)。由此，形成有通过结点j而将换流装置7－2、整流装置5－2、机械式断路器2－2A环绕一周的闭回路。若在通过结点j的闭回路流过有电流Icc，则在机械式断路器2－2和机械式断路器2A－2中流过的事故电流IA被抵消，产生大致零电流状态。
如上所述，隶属于产生了系统事故的直流输电线路12的机械式断路器2－2存在于包含换流装置7－2的上述的闭回路内。在机械式断路器2－2中流过的事故电流IA被朝半导体切断器4换流，从而流过有通过整流装置5－2的电流Ic。若像这样机械式断路器2－2成为零电流状态，则能够使机械式断路器2－2过渡至切断状态。
接着，控制部9使已成为零电流状态的机械式断路器2－2过渡至切断状态。进一步，控制部9使已成为零电流状态的机械式断路器2A－2过渡至切断状态，然后使半导体切断器4成为切断状态。通过使半导体切断器4成为切断状态，在半导体切断器4的两端产生的能量被放电器40消耗。
另外，控制部9在事故电流IA被朝半导体切断器4换流、并使机械式断路器2－2和机械式断路器2A－2过渡至切断状态后，使换流装置7－2过渡至切断状态。
通过上述的步骤，直流电流切断装置1能够将在产生了系统事故的直流输电线路12中流过的电流切断。另外，上述的动作在其他的直流输电线的情况下也同样。
根据实施方式，除了能够起到与第一实施方式同样的效果之外，机械式断路器2A－1是第一机械式断路器的一例、机械式断路器2A－2是第二机械式断路器的一例、机械式断路器2－1是第四机械式断路器的一例、机械式断路器2－2是第五机械式断路器的一例，另外，第一单元是换流装置7、第二单元是半导体切断器4，由此，换流装置7能够使直流输电线路11或者直流输电线路12所涉及的电流换流。
(第七实施方式)
参照图11和图12对第七实施方式所涉及的直流电流切断装置进行说明。图11是实施方式所涉及的直流电流切断装置的构成图。以与图10的不同点为中心进行说明。
图11所示的直流电流切断装置1具备机械式断路器2B－1至2B－3、机械式断路器2A－1至2A－3、变流器3－1至3－3、换流装置(C)7E－1至7E－3、谐振器(LC)8、控制部9。
对与第六实施方式的事例的区别进行整理。实施方式的直流电流切断装置1不具备半导体切断器(S)4、整流装置5－1至5－3、整流装置5A、辅助线路24至26，而是代替于此具备谐振器8。谐振器8是谐振电路的一例。并且，机械式断路器2和换流装置7的类别也分别不同。
在共用辅助线路20设置有谐振器8，谐振器8连接于结点j与j2之间。
图12是实施方式的谐振器8的构成图。如图12所示，谐振器8是包含电容器81和电抗器82的串联谐振电路的一例。以由电容器81和电抗器82确定的频率谐振。
如图11所示，在辅助线路21中设置有换流装置7E－1、在辅助线路22中设置有换流装置7E－2、在辅助线路23中设置有换流装置7E－3。例如，换流装置7E－1至7E－3由前述的图8B所示的全桥式的换流装置7E构成，构成为能够输出正负的电压。换流装置7E－1至7E－3以将谐振器8的电流振荡放大的方式动作。
例如，机械式断路器2B－1至2B－3相互由相同的构造构成，是具有将电流切断的功能的切断器。机械式断路器2A－1至2A－3相互由相同的构造构成，是具有高耐压特性的断路器。
此处，对实施方式的直流电流切断装置1的作用进行说明。
如图11所示，假定在直流输电线路12中产生了系统事故的情况进行说明。因上述的系统事故而流过有事故电流IA。
控制部9如前面所述若检测到系统事故，则使与产生了系统事故的直流输电线路12对应的换流装置7E－2过渡至能够动作的状态(接通状态)。由此，换流装置7E－2能够将谐振器8的谐振电流放大。在该情况下，形成有通过结点j并将谐振器8、换流装置7E－2、机械式断路器2B－2环绕一周的闭回路。在通过结点j的闭回路流过有因谐振而导致的电流Icc，若该电流Icc的振幅被放大，则在机械式断路器2B－2和机械式断路器2A－2中流过的事故电流IA被抵消，产生大致零电流状态。
如上所述，隶属于产生了系统事故的直流输电线路12的机械式断路器2B－2存在于包含换流装置7E－2的上述的闭回路内。在机械式断路器2B－2中流过的事故电流IA由换流装置7E－2限制，流过有通过换流装置7E－2的电流Ic。若像这样机械式断路器2B－2成为零电流状态，则能够使机械式断路器2B－2过渡至切断状态。
接着，控制部9使机械式断路器2B－2过渡至切断状态。通过使机械式断路器2B－2成为切断状态而在机械式断路器2B－2的电接点间产生的能量被放电器202消耗。
控制部9在使机械式断路器2B－2过渡至切断状态后，使换流装置7E－2的动作状态停止。
最后，控制部9使已成为零电流状态的机械式断路器2A－2过渡至切断状态。
通过上述的步骤，直流电流切断装置1能够将在产生了系统事故的直流输电线路12中流过的电流切断。
另外，上述的动作在其他的直流输电线的情况下也同样。谐振器8为1个，相对于各直流输电线共用化。由此，无需针对每个直流输电线设置谐振器8，能够更简单地构成。
并且，直流电流切断装置1构成为连1个半导体切断器4也不包含，代替于此追加的是谐振器8。谐振器8由无源部件的组合构成，与半导体切断器4相比能够更简单地构成。
另外，即便在直流输电线路11至13中的任一个直流输电线产生了系统事故的情况下，也能够将产生了系统事故的直流输电线切离。
根据实施方式，直流电流切断装置1除了能够起到与第一实施方式同样的效果之外，设置于至少直流输电线路11与直流输电线路12在结点j相互电连接的直流输电电路。直流电流切断装置1具有机械式断路器2B－1和2B－2、辅助线路21、辅助线路22、共用辅助线路20、谐振器8、换流装置7－1和7－2。机械式断路器2B－1设置于直流输电线路11。机械式断路器2B－1设置于直流输电线路12。辅助线路21电连接于在直流输电线路11中相对于机械式断路器2B－1位于与结点j相反侧的位置的合流点j3－1。辅助线路22电连接于在直流输电线路12中相对于机械式断路器2B－2位于与结点j相反侧的位置的合流点j3－2。共用辅助线路20电连接于供辅助线路21以及辅助线路22电连接的结点j2与结点j之间。谐振器8设置于共用辅助线路20，输出振荡的信号。换流装置7－1和7－2分别设置于第一线路和第二线路，该第一线路是直流输电线路11或者辅助线路21，该第二线路是直流输电线路12或者辅助线路22。换流装置7－1和7－2在满足预定的条件的情况下使在直流输电线路11或者直流输电线路12流过的电流换流。由此，换流装置7－1和7－2能够基于从谐振器8供给的信号而在所生成的电压超过预定的电压的情况下开始换流。
另外，控制部9针对机械式断路器2B和换流装置7分别对将电流切断的状态即切断状态和电流流过的状态即接通状态的各个状态进行控制。控制部9在直至在直流输电线路11或者直流输电线路12产生系统事故为止的稳态动作时使机械式断路器2B处于接通状态、使换流装置7处于切断状态而进行动作。控制部9在产生了系统事故的情况下使换流装置7－1或者7－2动作，形成使得在存在于包含谐振器8和换流装置7－1或者7－2的电流闭回路内、且隶属于发生了系统事故的直流输电线路的机械式断路器2所流过的电流大致为零的大致零电流状态，并使已成为大致零电流状态的机械式断路器2B－1或者2B－2过渡至切断状态，由此能够将产生了系统事故的直流输电线切离。
根据至少上述任一个实施方式，直流电流切断装置设置于至少第一直流输电线路和第二直流输电线路在第一结点相互电连接的直流输电电路。直流电流切断装置具有第一机械式断路器、第二机械式断路器、第一辅助线路、第二辅助线路、共用辅助线路、第一单元、第二单元。第一机械式断路器设置于上述第一直流输电线路。第二机械式断路器设置于上述第二直流输电线路。第一辅助线路电连接于在上述第一直流输电线路中相对于上述第一机械式断路器位于与上述第一结点相反侧的位置的第一位置。第二辅助线路电连接于在上述第二直流输电线路中相对于上述第二机械式断路器位于与上述第一结点相反侧的位置的第二位置。共用辅助线路电连接于供上述第一辅助线路以及上述第二辅助线路电连接的第二结点与上述第一结点之间。第一单元设置于上述共用辅助线路。第二单元分别设置于第一线路和第二线路，该第一线路是上述第一直流输电线路或者上述第一辅助线路，该第二线路是上述第二直流输电线路或者上述第二辅助线路。上述第一单元以及上述第二单元中的一方是具有至少1个半导体开关元件而能够将电流切断的半导体切断器。上述第一单元以及上述第二单元中的另一方是在满足预定的条件的情况下进行换流以使得在上述第一直流输电线路或者上述第二直流输电线路中流动的电流朝上述半导体切断器流动的换流装置。由此，能够更简单地构成用于在多个直流输电线的结点处将在任一直流输电线中流过的事故电流切断的直流电流切断装置。
对本发明几个实施方式进行了说明，但上述实施方式只不过是作为例子加以提示，并非意图限定发明的范围。上述实施方式能够以其他各种各样的方式加以实施，能够在不脱离发明的主旨的范围进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含于发明的范围或主旨中，同样也包含于技术方案所记载的发明及其等同的范围中。
另外，在上述的实施方式中，对在直流输电电路的正极侧设置机械式断路器2的事例进行了说明，但也并不限制代替正极侧而在负极侧设置机械式断路器2、或者在正极和负极的双方设置进行切断的机械式断路器2的做法。
附图标记说明
11，12，13，14…直流输电线路(直流输电线)
1…直流电流切断装置(直流电流切断装置)
2，2A，2B…机械式断路器(机械接点式电流断路器)
3…变流器
4…半导体切断器
40…放电器
41…半导体开关元件
43…辅助半导体切断器
5，5A…整流装置
7，7A，7B，7C，7D，7E，7T…换流装置
71…电容器
72，74，75…半导体开关元件
73…整流器
8…谐振电路
81…电容器
82…电抗器
9…直流电流切断装置
10…转换器
10A…半导体转换器
10B…变压器
10C…机械接点式电流断路器
10D…电容器
j，j2…结点
j3，j4，j5…合流点

Claims (20)

1.一种直流电流切断装置，设置于至少第一直流输电线路和第二直流输电线路在第一结点相互电连接的直流输电电路，
具备：
第一机械式断路器，设置于上述第一直流输电线路；
第二机械式断路器，设置于上述第二直流输电线路；
第一辅助线路，电连接于在上述第一直流输电线路中相对于上述第一机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置的第一位置；
第二辅助线路，电连接于在上述第二直流输电线路中相对于上述第二机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置的第二位置；
共用辅助线路，电连接于供上述第一辅助线路以及上述第二辅助线路电连接的第二结点与上述第一结点之间；
第一单元，设置于上述共用辅助线路；以及
第二单元，分别设置于第一线路和第二线路，该第一线路是上述第一直流输电线路或者上述第一辅助线路，该第二线路是上述第二直流输电线路或者上述第二辅助线路，
上述第一单元以及上述第二单元中的一方是具有至少1个半导体开关元件而能够将电流切断的半导体切断器，
上述第一单元以及上述第二单元中的另一方是当满足预定的条件的情况下进行换流以使得在上述第一直流输电线路或者上述第二直流输电线路中流动的电流朝上述半导体切断器流动的换流装置。
2.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
上述直流输电电路具有电连接于上述第一结点的第三直流输电线路，
上述直流电流切断装置还具备：
第三机械式断路器，设置于上述第三直流输电线路；以及
第三辅助线路，电连接于在上述第三直流输电线路中相对于上述第三机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置的第三位置，
上述第二单元还设置于第三线路，该第三线路是上述第三直流输电线路或者上述第三辅助线路。
3.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
上述第一单元是上述半导体切断器，
上述第二单元是上述换流装置。
4.根据权利要求3所述的直流电流切断装置，其中，
上述换流装置分别设置于上述第一辅助线路和上述第二辅助线路。
5.根据权利要求4所述的直流电流切断装置，其中，
还具备：
第一整流元件，设置于上述第一辅助线路，且以允许上述换流装置换流后的电流流过的朝向设置；以及
第二整流元件，设置于上述第二辅助线路，且以允许上述换流装置换流后的电流流过的朝向设置。
6.根据权利要求3所述的直流电流切断装置，其中，
上述换流装置分别设置于上述第一直流输电线路中的上述第一位置与上述第一结点之间即第一区间、以及上述第二直流输电线路中的上述第二位置与上述第一结点之间即第二区间。
7.根据权利要求6所述的直流电流切断装置，其中，
还具备：
第一整流元件，设置于上述第一辅助线路，且以允许上述换流装置换流后的电流流过的朝向设置；以及
第二整流元件，设置于上述第二辅助线路，且以允许上述换流装置换流后的电流流过的朝向设置。
8.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
上述第一单元是上述换流装置，
上述第二单元是上述半导体切断器，且分别设置于上述第一辅助线路和上述第二辅助线路。
9.根据权利要求8所述的直流电流切断装置，其中，
还具备整流元件，该整流元件以允许上述换流装置换流后的电流流过的朝向与上述第一单元电串联地设置。
10.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
还具备：
第四机械式断路器，在上述第一直流输电线路中设置于相对于上述第一机械式断路器而与上述第一结点相反侧的位置；
第五机械式断路器，在上述第二直流输电线路中设置于相对于上述第二机械式断路器而与上述第一结点相反侧的位置；
第四辅助线路，电连接于在上述第一直流输电线路中相对于上述第四机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置的第四位置和上述第二结点；以及
第五辅助线路，电连接于在上述第二直流输电线路中相对于上述第五机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置的第五位置和上述第二结点。
11.根据权利要求10所述的直流电流切断装置，其中，
上述第一单元是上述半导体切断器，
上述第二单元是上述换流装置。
12.根据权利要求10所述的直流电流切断装置，其中，
在上述共用辅助线路中设置有上述半导体切断器的位置是上述第一辅助线路和上述第二辅助线路与上述共用辅助线路电连接的位置、与上述第二结点之间。
13.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
上述换流装置具备1个半导体开关元件、或者串联或并联连接的多个半导体开关元件。
14.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
上述换流装置通过将1个或者2个以上全桥单元串联连接而成，上述全桥单元通过将2个引脚与至少1个电容器并联连接而成，该2个引脚是将多个半导体开关元件串联连接的1个以上引脚或者将1个以上半导体开关元件和1个以上整流元件串联连接的1个以上引脚中的任意2个引脚。
15.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
上述换流装置通过将1个或2个以上半桥单元串联连接而成，上述半桥单元通过将1个引脚与至少1个电容器并联连接而成，该1个引脚是将多个半导体开关元件串联连接的引脚或者将至少1个半导体开关元件和至少1个整流元件串联连接的引脚中的任意1个引脚。
16.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
上述半导体切断器具有2个以上半导体开关元件，
该2个以上半导体开关元件以该2个以上半导体开关元件的极性的朝向一致的方式串联或者并联连接。
17.根据权利要求1所述的直流电流切断装置，其中，
还具备控制部，该控制部针对上述第一机械式断路器、上述第二机械式断路器、上述第一单元、上述第二单元，将各自的状态分别控制为将电流切断的状态即切断状态和电流流过的状态即接通状态，
上述控制部，
在直至在上述第一直流输电线路或者上述第二直流输电线路产生系统事故为止的稳态动作时，将上述第一机械式断路器和上述第二机械式断路器控制为接通状态，将上述第一单元和上述第二单元控制为切断状态，
在产生了上述系统事故的情况下，使上述第一单元、和与上述第一直流输电线路和上述第二直流输电线路中的产生了上述系统事故的直流输电线路对应的上述第二单元过渡至接通状态，由此形成使在隶属于产生了上述系统事故的直流输电线路的机械式断路器、且是上述第一机械式断路器和上述第二机械式断路器中的任一个机械式断路器中流过的电流大致为零的大致零电流状态，
使已成为上述大致零电流状态的上述机械式断路器过渡至切断状态，
使上述第一单元、和与产生了上述系统事故的直流输电线路对应的上述第二单元成为切断状态。
18.根据权利要求6所述的直流电流切断装置，其中，
还具备控制部，该控制部针对上述第一机械式断路器、上述第二机械式断路器、上述半导体切断器、上述换流装置，将各自的状态分别控制为将电流切断的状态即切断状态和电流流过的状态即接通状态，
上述控制部，
在直至在上述第一直流输电线路或者上述第二直流输电线路产生系统事故为止的稳态动作时，使上述第一机械式断路器、上述第二机械式断路器、上述换流装置成为接通状态而进行动作，使上述半导体切断器成为切断状态而进行动作，
在产生了上述系统事故的情况下，使上述半导体切断器过渡至接通状态并使上述换流装置过渡至切断状态，由此将电流朝上述半导体切断器换流，
使已成为大致零电流状态的上述第一机械式断路器和上述第二机械式断路器中的任一个过渡至切断状态，
使上述半导体切断器成为切断状态。
19.一种直流电流切断装置，设置于至少第一直流输电线路和第二直流输电线路在第一结点相互电连接的直流输电电路，
具备：
第一机械式断路器，设置于上述第一直流输电线路；
第二机械式断路器，设置于上述第二直流输电线路；
第一辅助线路，电连接于在上述第一直流输电线路中相对于上述第一机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置的第一位置；
第二辅助线路，电连接于在上述第二直流输电线路中相对于上述第二机械式断路器而位于与上述第一结点相反侧的位置的第二位置；
共用辅助线路，电连接于供上述第一辅助线路以及上述第二辅助线路电连接的第二结点与上述第一结点之间；
谐振器，设置于上述共用辅助线路，输出振荡的电流；以及
换流装置，分别设置于上述第一辅助线路和上述第二辅助线路，当满足预定的条件的情况下将在上述第一直流输电线路或者上述第二直流输电线路流动的电流换流。
20.根据权利要求19所述的直流电流切断装置，其中，
还具备控制部，该控制部针对上述第一机械式断路器、上述第二机械式断路器、上述换流装置，将各自的状态分别控制为将电流切断的状态即切断状态和电流流过的状态即接通状态，
上述控制部，
在直至在上述第一直流输电线路或者上述第二直流输电线路产生系统事故为止的稳态动作时，使上述第一机械式断路器和上述第二机械式断路器成为接通状态而进行动作，使上述换流装置成为切断状态而进行动作，
在产生了上述系统事故的情况下，使上述换流装置动作，形成使得在存在于包含上述谐振器和上述换流装置的电流闭回路内且隶属于产生了上述系统事故的直流输电线路的机械式断路器、并且是上述第一机械式断路器和上述第二机械式断路器中的至少任一个机械式断路器中流过的电流大致为零的大致零电流状态，
使已成为上述大致零电流状态的上述机械式断路器过渡至切断状态。
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