JP2018064433A - 直流送電設備 - Google Patents

Abstract

【課題】交直変換器及び直流遮断器の増設を抑え、信頼性が向上した直流送電設備を提供する。
【解決手段】直流送電線１０Ａ及び直流送電線１０Ｂと、第１交直変換器２０及び第２交直変換器３０と、第１交直変換器２０に接続された交流電源２１と、第２交直変換器３０に接続された交流系統３１と、第１交直変換器２０と直流送電線１０Ａとをオン又はオフにすることが可能な断路器４０Ａ、及び第１交直変換器２０と直流送電線１０Ｂとをオン又はオフにすることが可能な断路器４０Ｂと、第２交直変換器３０と直流送電線１０Ａ及び直流送電線１０Ｂとの間を遮断可能な直流遮断器５０と、を備え、直流送電線１０Ａに事故が発生した後、直流送電線１０Ａに接続された直流遮断器５０Ａ及び断路器４０Ａはオフにし、事故が生じていない直流送電線１０Ｂに接続された断路器４０Ｂをオンにする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、二回線以上の直流送電線を備えた直流送電設備に関する。

近年、再生可能エネルギーの一つとして洋上風力発電の普及が進んでいる。洋上風力発電においては、洋上で発電された交流電力を陸上の電力系統に送電するが、長距離を海底ケーブルで送電する場合は、送電方式として直流送電が採用されている。主な理由として、従来の３相交流による送電よりも、直流送電のほうが高効率、低コストであることが挙げられる。

図１は、従来の直流送電設備の概略図である。図１（ａ）に示す直流送電設備１００は、複数の風力発電装置の集合体（いわゆるウィンドファーム）である洋上の風力発電設備（交流電源１０２）と、陸上の交流系統１０３とを直流送電線１０１で接続した構成を有している。交流電源１０２は交流遮断器１０４、変圧器１０５及び交直変換器１０６を介して直流送電線１０１に接続され、交流系統１０３も交流遮断器１０４、変圧器１０５及び交直変換器１０６を介して直流送電線１０１に接続されている。

このように直流送電線が一回線の場合、事故が発生すると、交流遮断器１０４が開放され、事故箇所が復旧するまで送電が停止するという問題がある。

図１（ｂ）に示す直流送電設備１００Ａは、直流送電線１０１が２回線に冗長化されている。このため、一方の直流送電線１０１に事故が生じ、交流遮断器１０４が開放して送電が停止しても、他方の直流送電線１０１で送電が可能となる。

しかしながら、このような冗長化では、交直変換器１０６は、直流送電線１０１の両端に一対必要となる。図１（ｂ）の例では、直流送電線１０１は二回線あるので、交直変換器１０６は二対必要となる。交直変換器１０６は特に高価であるので、図１（ｂ）の直流送電設備１００Ａは実際には、採用しがたい。

図１（ｃ）に示すような直流送電設備１００Ｂは、直流送電線１０１を並列にし、交流電源１０２と交流系統１０３のそれぞれに交直変換器１０６を接続した構成である（例えば、特許文献１参照）。このような構成によれば、直流送電線１０１を複数回線に増設しても、交直変換器１０６を増設する必要はない。しかしながら、直流送電線１０１に、事故区間を切り離すための直流遮断器１０７が別途必要になる。直流遮断器１０７は、一回線の直流送電線１０１につき、両端に一対必要となる。このため、直流送電線１０１を冗長化すると、直流遮断器１０７も増設する必要がある。この直流遮断器１０７は高価であるので、可能な限り使用する数を低減することが望まれている。

図１（ｄ）に示す直流送電設備１００Ｃは、３地点の交流電源１０２が連系される場合である。上記の方法によって連系を行おうとすると、３つの直流母線１０８が必要になる。それぞれの直流送電区間の両端に一対の直流遮断器１０７が必要になるため、一回線の直流送電線１０に対して六つの直流遮断器１０７が必要となる。複数地点の交流電源１０２が連系されるような直流送電設備１００Ｃでは、それぞれの交流電源１０２に対して直流母線１０８と直流遮断器１０７が必要になるため、多くの直流遮断器１０７が必要となる。この直流遮断器１０７は高価であるので、可能な限り使用する数を低減することが望まれている。

なお、このような問題は、洋上風力発電に限定されず、交流電源から交流系統に交直変換して送電する直流送電設備においても同様に存在する。

特許第５４４９６２５号公報

本発明は、このような事情に鑑み、交直変換器及び直流遮断器の増設を抑え、信頼性が向上した直流送電設備を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１の態様は、２回線以上の直流送電線と、第１交直変換器及び第２交直変換器と、第１交直変換器に接続された交流電源と、第２交直変換器に接続された交流系統と、前記第１交直変換器と複数の前記直流送電線のそれぞれとをオン又はオフにすることが可能な複数の断路器と、前記第２交直変換器と前記直流送電線との間を遮断可能な直流遮断器と、を備え、通常時において、前記断路器の一つは前記第１交直変換器と前記直流送電線とをオンにし、その他の前記断路器は前記第１交直変換器と前記直流送電線とをオフにし、前記直流送電線に事故が発生した後、事故が生じた前記直流送電線に接続された前記直流遮断器及び前記断路器はオフにし、事故が生じていない前記直流送電線に接続された何れか一つの前記断路器をオンにすることを特徴とする直流送電設備にある。

第１の態様では、直流送電線に事故が生じても、送電の停止を一時的なものとすることができ、事故による停電の影響は軽減され、従来と同等の信頼性が実現される。また、本発明に係る直流送電設備は、冗長化のために直流送電線を増設しても、交直変換器の増設数及び直流遮断器の増設数を抑えることができ、高価な交直変換器及び直流遮断器を低減して低コスト化を図ることができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する直流送電設備において、複数の前記第１交直変換器と、複数の前記第１交直変換器のそれぞれに接続された複数の前記交流電源と、前記第１交直変換器のそれぞれと、前記直流送電線とをオン又はオフにすることが可能な複数の前記断路器と、を備えることを特徴とする直流送電設備にある

第２の態様では、直流送電線に事故が生じても、送電を停止させないことができる。このように事故による停電の影響を回避するとともに、従来と同等の信頼性が実現される。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載する直流送電設備において、前記直流送電線に事故が発生したときにおいて、事故が生じた前記直流送電線に接続された前記断路器はオフにし、一回線に直流電力が集中しないよう、事故が生じていない前記直流送電線に接続された前記断路器をオンにすることを特徴とする直流送電設備にある。

第３の態様では、停電から送電を再開した後に、電流容量を超える直流電力が直流送電線に送電されることを抑制することができる。

本発明の第４の態様は、第１から第３の何れか一つの態様に記載する直流送電設備において、複数の前記直流送電線が接続される直流母線を備え、前記直流送電線は、前記直流遮断器を介して前記直流母線に接続されていることを特徴とする直流送電設備にある。

第４の態様では、直流送電線に事故が生じたときの影響範囲を直流母線を越えて波及させないことができ、事故を除去するまでの間に停止させる交流電源の台数を低減することができる。

本発明によれば、交直変換器及び直流遮断器の増設を抑え、信頼性が向上した直流送電設備が提供される。

従来技術に係る直流送電設備の概略図である。 実施形態１に係る直流送電設備の概略図である。 実施形態１に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態２に係る直流送電設備の概略図である。 実施形態２に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態２に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態３に係る直流送電設備の概略図である。 実施形態３に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態３に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態４に係る直流送電設備の概略図である。 実施形態４に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態４に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態５に係る直流送電設備の概略図である。 実施形態５に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態５に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態６に係る直流送電設備の概略図である。 実施形態６に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。 実施形態６に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。

〈実施形態１〉
図２は、本実施形態に係る直流送電設備の概略図である。
直流送電設備１は、二回線の直流送電線１０と、第１交直変換器２０と、第２交直変換器３０と、交流電源２１と、交流系統３１と、断路器４０と、直流遮断器５０と、を備えている。さらに、直流送電設備１は、交流遮断器６０及び変圧器６１を備えている。

直流送電線１０は、正極線と負極線の一対からなる電線である。図では、一本の実線で、正極線と負極線の一対からなる直流送電線１０の一回線を表している。本実施形態では二回線の直流送電線１０を用いているが、二回線以上であれば本数は問わない。二回線のうちの一方を直流送電線１０Ａ、他方を直流送電線１０Ｂとも称し、これらを区別しない時は直流送電線１０と総称する。

第１交直変換器２０は交流電源２１側の交直変換器であり、第２交直変換器３０は交流系統３１側の交直変換器であり、何れも、交流電力と直流電力とを相互に変換可能な装置である。本実施形態では、一つの交流電源２１が接続されているが、複数の交流電源が一つの第１交直変換器２０に接続されていてもよい。第１交直変換器２０には、交流遮断器６０及び変圧器６１を介して交流電源２１が接続されている。また、第２交直変換器３０には、交流遮断器６０及び変圧器６１を介して交流系統３１が接続されている。

直流送電線１０の一端側には、二回線の直流送電線１０のそれぞれに断路器４０が設けられている。二個のうちの一方を断路器４０Ａ、他方を断路器４０Ｂとも称し、これらを区別しない時は断路器４０と総称する。

断路器４０は、無負荷状態で開路を行う開閉装置であり、第１交直変換器２０と、複数の直流送電線１０のそれぞれとをオン又はオフにすることが可能となっている。すなわち、断路器４０Ａの開閉により、第１交直変換器２０は直流送電線１０Ａに対してオン又はオフとなり、断路器４０Ｂの開閉により、第１交直変換器２０は直流送電線１０Ｂに対してオン又はオフとなる。断路器４０の開閉動作についての詳細は後述する。

直流送電線１０の他端側には、二回線の直流送電線１０のそれぞれに直流遮断器５０が接続され、これらの直流遮断器５０は、共通の直流母線５１に接続されている。そして、各直流遮断器５０は、直流母線５１を介して、共通した一つの第２交直変換器３０に接続されている。

直流遮断器５０は、直流送電線１０の事故時に、事故電流を遮断する能力を持つ開閉装置である。二個のうちの一方を直流遮断器５０Ａ、他方を直流遮断器５０Ｂとも称し、これらを区別しない時は直流遮断器５０と総称する。

直流送電線１０に事故が生じていない通常時では、直流遮断器５０は、直流送電線１０と第２交直変換器３０とを接続した状態である。直流送電線１０に事故が生じたときは、直流遮断器５０は、事故の生じた直流送電線１０を直流母線５１から遮断した状態となる。直流遮断器５０の開閉動作についての詳細は後述する。

交流遮断器６０は、第１交直変換器２０と交流電源２１との間の交流送電線や、第２交直変換器３０と交流系統３１との間の交流送電線の事故時に、事故電流を遮断する能力を持つ開閉装置である。交流遮断器６０の開閉動作についての詳細は後述する。

上述した断路器４０や直流遮断器５０、交流遮断器６０は、図示しない制御装置により開閉動作が制御される。制御装置は、直流送電線１０に事故が発生したことを検知可能である。制御装置は、事故が発生した時に、それらの断路器４０等の開閉動作を制御することで、事故が発生した直流送電線１０を切り離す。このような断路器４０等の開閉動作の制御について詳細に説明する。

図３は、本実施形態に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。
図３（ａ）は、事故が発生する前、すなわち通常時の状態を示している。通常時では、制御装置は、断路器４０の一つである断路器４０Ａをオン（図では「閉」）、その他の断路器Ｂをオフ（図では「開」）とする。また、直流遮断器５０は何れもオンとする。

このような通常時では、交流電源２１で発電された交流電力は、第１交直変換器２０によって直流電力に変換され、直流送電線１０Ａを経由して第２交直変換器３０に送電される。そして、第２交直変換器３０では直流電力は交流電力に変換され、交流系統３１に送電される。

図３（ｂ）は、事故が発生したときの状態を示している。ここでは、直流送電線１０Ａに事故が生じたとする。制御装置は、事故発生時では、事故が生じた直流送電線１０Ａに接続された直流遮断器５０Ａをオフとし、また、交流電源２１側の交流遮断器６０をオフとする。これにより、事故が発生した直流送電線１０Ａは切り離され、事故電流は遮断される。

図３（ｃ）は、事故発生後から送電再開までの状態を示している。制御装置は、事故発生後に事故電流を遮断した後、事故が生じた直流送電線１０Ａに接続された断路器４０Ａをオフとし、事故が生じていない直流送電線１０Ｂに接続された断路器４０Ｂをオンにし、交流電源２１側の交流遮断器６０をオンにする。これにより、交流電源２１から直流送電線１０Ｂを介して交流系統３１へ送電が再開される。

本実施形態に係る直流送電設備１によれば、直流遮断器５０Ａがオフになってから（図３（ｂ）参照）、断路器４０Ｂがオンとなって健全な直流送電線１０Ｂに切り替わるまでの間（図３（ｃ）参照）、送電は一時的に停止する。しかしながら、停止時間は、数分程度の短時間に抑えることができるので、事故による停電の影響は軽減され、従来と同等の信頼性が実現される。

また、本実施形態に係る直流送電設備１によれば、二回線の直流送電線１０に対して一対の第１交直変換器２０及び第２交直変換器３０ですむ。図１（ｂ）に示した従来例では、二回線の直流送電線１０に対して二対の交直変換器が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１は、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、交直変換器の増設数を抑えることができ、高価な交直変換器を低減して低コスト化を図ることができる。

さらに、本実施形態に係る直流送電設備１によれば、一回線の直流送電線１０に対して一つの直流遮断器５０ですむ。図１（ｃ）に示した従来例では、一回線の直流送電線１０に対して二つの直流遮断器が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１は、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、直流遮断器５０の増設数を抑えることができ、高価な直流遮断器を低減して低コスト化を図ることができる。

〈実施形態２〉
実施形態１では、直流送電線１０に一つの交流電源２１と第１交直変換器２０とが接続されていたが、このような態様に限定されない。複数の交流電源２１と第１交直変換器２０とが直流送電線１０に接続されていてもよい。

図４は、本実施形態に係る直流送電設備の概略図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態に係る直流送電設備１Ａは、二回線の直流送電線１０に、複数の交流電源２１が第１交直変換器２０を介して接続されている構成が実施形態１と異なる。

本実施形態では、第１交直変換器２０は３つあり、それらを第１交直変換器２０−１、第１交直変換器２０−２、第１交直変換器２０−３と称し、それらを区別しない場合は、第１交直変換器２０と総称する。また、交流電源２１は３つあり、それらを交流電源２１−１、交流電源２１−２、交流電源２１−３と称し、それらを区別しない場合は、交流電源２１と総称する。

また、複数の第１交直変換器２０のそれぞれに対応して、複数の断路器４０が設けられている。具体的には、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ａとをオン又はオフにする断路器４０Ａ−１、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ｂとをオン又はオフにする断路器４０Ｂ−１が設けられている。第１交直変換器２０−２についても同様に、断路器４０Ａ−２及び断路器４０Ｂ−２が設けられ、第１交直変換器２０−３についても同様に、断路器４０Ａ−３及び断路器４０Ｂ−３が設けられている。

図５及び図６は、本実施形態に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。
図５は、通常時の状態を示している。通常時においては、３つの交流電源２１は、二回線の直流送電線１０に分散して電力を送電するように、断路器４０の開閉制御がされている。具体的には、制御装置は、断路器４０Ａ−１及び断路器４０Ａ−３をオンとし、断路器４０Ｂ−２をオンとし、その他の断路器をオフとしている。

このような通常時においては、交流電源２１−１及び交流電源２１−３は、直流送電線１０Ａを介して第２交直変換器３０に送電し、交流電源２１−２は、直流送電線１０Ｂを介して第２交直変換器３０に送電している。

図６（ａ）は、事故が発生したときの状態を示している。ここでは、直流送電線１０Ａに事故が生じたとする。制御装置は、事故発生時では、事故が生じた直流送電線１０Ａに接続された直流遮断器５０Ａをオフとし、また、直流送電線１０Ａに接続していた交流電源２１−１及び交流電源２１−３の交流遮断器６０をオフとする。これにより、事故が発生した直流送電線１０Ａは切り離され、事故電流は遮断される。

図６（ｂ）は、事故発生後から送電再開までの状態を示している。制御装置は、事故発生後に事故電流を遮断した後、事故が生じた直流送電線１０Ａに接続された断路器４０Ａ−１及び断路器４０Ａ−３をオフとし、事故が生じていない直流送電線１０Ｂに接続された断路器４０Ｂ−１及び断路器４０Ｂ−３をオンにする。さらに、交流電源２１−１及び交流電源２１−３の交流遮断器６０をオンにする。これにより、交流電源２１−１及び交流電源２１−３から直流送電線１０Ｂを介して交流系統３１へ送電が再開される。

本実施形態に係る直流送電設備１Ａによれば、直流遮断器５０Ａがオフになってから（図６（ａ）参照）、断路器４０Ｂ−１及び断路器４０Ｂ−３がオンとなって健全な直流送電線１０Ｂに切り替わるまでの間（図６（ｂ）参照）においても、交流電源２１−２から直流送電線１０Ｂへの送電は続いている。このため、交流系統３１にとっては、送電される電力の一時的な変動はあるものの、送電は停止しない。このように事故による停電の影響を回避するとともに、従来と同等の信頼性が実現される。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ａによれば、二回線の直流送電線１０に対して、交流電源２１側は、その台数に応じて第１交直変換器２０を増設する必要があるが、交流系統３１側は、１台の第２交直変換器３０ですむ。図１（ｂ）に示した従来例では、二回線の直流送電線１０に対して、その本数分の第２交直変換器３０が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ａは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、交直変換器の増設数を抑えることができ、高価な交直変換器を低減して低コスト化を図ることができる。

さらに、本実施形態に係る直流送電設備１Ａによれば、一回線の直流送電線１０に対して一つの直流遮断器５０ですむ。図１（ｄ）に示した従来例では、それぞれの交流電源１０２に対して直流母線１０８と直流遮断器１０７が必要になるため、一回線の直流送電線１０に対して六つの直流遮断器が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ａは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、直流遮断器５０の増設数を抑えることができ、高価な直流遮断器を低減して低コスト化を図ることができる。

〈実施形態３〉
実施形態１及び実施形態２では、二回線の直流送電線１０を備えていたが、３回線以上であってもよい。
図７は、本実施形態に係る直流送電設備の概略図である。なお、実施形態１と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態に係る直流送電設備１Ｂは、三回線の直流送電線１０に、複数の交流電源２１が第１交直変換器２０を介して接続されている構成が実施形態１と異なる。

本実施形態では、直流送電線１０は三回線あり、それらを直流送電線１０Ａ、直流送電線１０Ｂ、直流送電線１０Ｃと称し、それらを区別しない場合は、直流送電線１０と総称する。また、直流遮断器５０は３台あり、それらを直流遮断器５０Ａ、直流遮断器５０Ｂ、直流遮断器５０Ｃと称し、それらを区別しない場合は、直流遮断器５０と総称する。直流送電線１０Ａ、直流送電線１０Ｂ、直流送電線１０Ｃのそれぞれは、直流遮断器５０Ａ、直流送電線１０Ｂ、直流送電線１０Ｃを介して直流母線５１に接続されている。

本実施形態では、第１交直変換器２０は４台あり、それらを第１交直変換器２０−１、第１交直変換器２０−２、第１交直変換器２０−３、第１交直変換器２０−４と称し、それらを区別しない場合は、第１交直変換器２０と総称する。また、交流電源２１は４台あり、それらを交流電源２１−１、交流電源２１−２、交流電源２１−３、交流電源２１−４と称し、それらを区別しない場合は、交流電源２１と総称する。

また、複数の第１交直変換器２０のそれぞれに対応して、複数の断路器４０が設けられている。具体的には、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ｂとをオン又はオフにする断路器４０Ｂ−１、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ｃとをオン又はオフにする断路器４０Ｃ−１が設けられている。第１交直変換器２０−２についても同様に、断路器４０Ｂ−２及び断路器４０Ｃ−２が設けられている。

第１交直変換器２０−３と直流送電線１０Ａとをオン又はオフにする断路器４０Ａ−３、第１交直変換器２０−３と直流送電線１０Ｂとをオン又はオフにする断路器４０Ｂ−３が設けられている。第１交直変換器２０−４についても同様に、断路器４０Ａ−４及び断路器４０Ｂ−４が設けられている。

図８及び図９は、本実施形態に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。
図８は、通常時の状態を示している。通常時においては、４つの交流電源２１は、三回線の直流送電線１０に分散して電力を送電するように、断路器４０の開閉制御がされている。具体的には、制御装置は、断路器４０Ｂ−１、断路器４０Ｃ−２、断路器４０Ａ−３、及び断路器４０Ｂ−４をオンとし、その他の断路器をオフとしている。

このような通常時においては、交流電源２１−１及び交流電源２１−４は、直流送電線１０Ｂを介して第２交直変換器３０に送電し、交流電源２１−２は、直流送電線１０Ｃを介して第２交直変換器３０に送電し、交流電源２１−３は、直流送電線１０Ａを介して第２交直変換器３０に送電している。

図９（ａ）は、事故が発生したときの状態を示している。ここでは、直流送電線１０Ｂに事故が生じたとする。制御装置は、事故発生時では、事故が生じた直流送電線１０Ｂに接続された直流遮断器５０Ｂをオフとし、また、直流送電線１０Ｂに接続していた交流電源２１−１及び交流電源２１−４の交流遮断器６０をオフとする。これにより、事故が発生した直流送電線１０Ｂは切り離され、事故電流は遮断される。

図９（ｂ）は、事故発生後から送電再開までの状態を示している。制御装置は、事故発生後に事故電流を遮断した後、事故が生じた直流送電線１０Ｂに接続された断路器４０Ｂ−１及び断路器４０Ｂ−４をオフとする。また、制御装置は、事故が生じていない直流送電線１０Ａに接続された断路器４０Ａ−４、事故が生じていない直流送電線１０Ｃに接続された断路器４０Ｃ−１をオンにする。さらに、交流電源２１−１及び交流電源２１−４の交流遮断器６０をオンにする。これにより、交流電源２１−１から直流送電線１０Ｃを介して交流系統３１へ送電が再開され、交流電源２１−４から直流送電線１０Ａを介して交流系統３１へ送電が再開される。

本実施形態に係る直流送電設備１Ｂによれば、直流遮断器５０Ｂがオフになってから（図９（ａ）参照）、断路器４０Ｃ−１及び断路器４０Ａ−４がオンとなって健全な直流送電線１０Ａ及び直流送電線１０Ｃに切り替わるまでの間（図９（ｂ）参照）においても、交流電源２１−２及び交流電源２１−３から直流送電線１０Ａ及び直流送電線１０Ｃへの送電は続いている。このため、交流系統３１にとっては、送電される電力の一時的な変動はあるものの、送電は停止しない。このように事故による停電の影響を回避するとともに、従来と同等の信頼性が実現される。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｂによれば、三回線の直流送電線１０に対して、交流電源２１側は、その台数に応じて第１交直変換器２０を増設する必要があるが、交流系統３１側は、１台の第２交直変換器３０ですむ。図１（ｂ）に示した従来例では、二回線の直流送電線１０に対して、その本数分の第２交直変換器３０が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ｂは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、交直変換器の増設数を抑えることができ、高価な交直変換器を低減して低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｂによれば、一回線の直流送電線１０に対して一つの直流遮断器５０ですむ。図１（ｄ）に示した従来例では、それぞれの交流電源１０２に対して直流母線１０８と直流遮断器１０７が必要になるため、一回線の直流送電線１０に対して六つの直流遮断器が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ｂは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、直流遮断器５０の増設数を抑えることができ、高価な直流遮断器を低減して低コスト化を図ることができる。

さらに、本実施形態に係る直流送電設備１Ｂによれば、三回線のうち一回線の直流送電線１０Ｂに事故が発生した際に、切り替える先を直流送電線１０Ａ及び直流送電線１０Ｃに分散させた。すなわち、交流電源２１−１及び交流電源２１−４からの変換された直流電力が、事故のない直流送電線１０Ａ及び直流送電線１０の何れかの一回線に集中しないように、断路器４０は制御される。これにより、停電から送電を再開した後に、電流容量を超える直流電力が直流送電線１０に送電されることを抑制することができる。

〈実施形態４〉
実施形態２では、直流送電線１０に交流電源２１と第１交直変換器２０とが接続されていたが、それらの間に直流母線が設けられていてもよい。
図１０は、本実施形態に係る直流送電設備の概略図である。なお、実施形態２と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の直流送電設備１Ｃでは、直流送電線１０は、二回線あり、それぞれは直流母線で２区間に分けられる。それらを直流送電線１０Ａ−１、直流送電線１０Ａ−２、直流送電線１０Ｂ−１、直流送電線１０Ｂ−２と称し、それらを区別しない場合は、直流送電線１０と総称する。

直流送電線１０Ａ−１は、直流遮断器５０Ａ−１を介して直流母線５２に接続され、直流送電線１０Ｂ−１は、直流遮断器５０Ｂ−１を介して直流母線５２に接続されている。
直流送電線１０Ａ−２は、両端の直流遮断器５０Ａ−２及び直流遮断器５０Ａ−３を介して直流母線５１及び直流母線５２を接続している。
直流送電線１０Ｂ−２は、両端の直流遮断器５０Ｂ−２及び直流遮断器５０Ｂ−３を介して直流母線５１及び直流母線５２を接続している。

本実施形態では、第１交直変換器２０は３つあり、それらを第１交直変換器２０−１、第１交直変換器２０−２、第１交直変換器２０−３と称し、それらを区別しない場合は、第１交直変換器２０と総称する。また、交流電源２１は３つあり、それらを交流電源２１−１、交流電源２１−２、交流電源２１−３と称し、それらを区別しない場合は、交流電源２１と総称する。

また、複数の第１交直変換器２０のそれぞれに対応して、複数の断路器４０が設けられている。具体的には、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ａ−１とをオン又はオフにする断路器４０Ａ−１、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ｂ−１とをオン又はオフにする断路器４０Ｂ−１が設けられている。第１交直変換器２０−２についても同様に、断路器４０Ａ−２及び断路器４０Ｂ−２が設けられている。第１交直変換器２０−３と直流送電線１０Ａ−２とをオン又はオフにする断路器４０Ａ−３、第１交直変換器２０−３と直流送電線１０Ｂ−２とをオン又はオフにする断路器４０Ｂ−３が設けられている。

図１１及び図１２は、本実施形態に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。
図１１は、通常時の状態を示している。通常時においては、３つの交流電源２１は、二回線の直流送電線１０に分散して電力を送電するように、断路器４０の開閉制御がされている。具体的には、制御装置は、断路器４０Ａ−１及び断路器４０Ａ−３をオンとし、断路器４０Ｂ−２をオンとし、その他の断路器をオフとしている。

このような通常時においては、交流電源２１−１及び交流電源２１−３は、直流送電線１０Ａを介して第２交直変換器３０に送電し、交流電源２１−２は、直流送電線１０Ｂを介して第２交直変換器３０に送電している。

図１２（ａ）は、事故が発生したときの状態を示している。ここでは、直流送電線１０Ａ−１に事故が生じたとする。制御装置は、事故発生時では、事故が生じた直流送電線１０Ａ−１に接続された直流遮断器５０Ａ−１をオフとし、また、直流送電線１０Ａ−１に接続していた交流電源２１−１の交流遮断器６０をオフとする。これにより、事故が発生した直流送電線１０Ａは切り離され、事故電流は遮断される。このとき、直流遮断器５０Ａ−１が遮断されているので、それ以外には事故電流が及ばない。例えば、実施形態２の図６（ａ）では、交流電源２１−３の交流遮断器６０も遮断する必要があったが、本実施形態では、遮断する必要はない。

図１２（ｂ）は、事故発生後から送電再開までの状態を示している。制御装置は、事故発生後に事故電流を遮断した後、事故が生じた直流送電線１０Ａ−１に接続された断路器４０Ａ−１をオフとし、事故が生じていない直流送電線１０Ｂ−１に接続された断路器４０Ｂ−１をオンにする。さらに、交流電源２１−１の交流遮断器６０をオンにする。これにより、交流電源２１−１から直流送電線１０Ｂ−１、さらには直流送電線１０Ａ−２及び直流送電線１０Ｂ−２を介して交流系統３１へ送電が再開される。

本実施形態に係る直流送電設備１Ｃによれば、直流送電線１０Ａ−１は、直流遮断器５０Ａ−１を介して直流母線５２に接続されているので、直流送電線１０Ａ−１に事故が生じたときの影響範囲を直流母線５２を越えて波及させない。これにより、事故を除去するまでの間に停止させる交流電源の台数を低減することができる。このように事故による停電の影響を低減し、従来と同等の信頼性が実現される。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｃによれば、二回線の直流送電線１０に対して、交流電源２１側は、その台数に応じて第１交直変換器２０を増設する必要があるが、交流系統３１側は、１台の第２交直変換器３０ですむ。図１（ｂ）に示した従来例では、二回線の直流送電線１０に対して、その本数分の第２交直変換器３０が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ｃは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、交直変換器の増設数を抑えることができ、高価な交直変換器を低減して低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｃによれば、直流母線５１と直流母線５２との間の直流送電線１０Ａ−２及び直流送電線１０Ｂ−２については、両端に直流遮断器５０が必要となる。しかし、直流母線５２よりも末端側の直流送電線１０Ａ−１及び直流送電線１０Ｂ−１については、直流母線５２との間に一台の直流遮断器を設置するだけですむ。図１（ｄ）に示した従来例では、それぞれの交流電源１０２に対して直流母線１０８と直流遮断器１０７が必要になるため、一回線の直流送電線１０に対して六つの直流遮断器が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ｃは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、直流遮断器５０の増設数を抑えることができ、高価な直流遮断器を低減して低コスト化を図ることができる。

〈実施形態５〉
実施形態３では、三回線の直流送電線１０を備えていたが、これに直流母線をさらに設けてもよい。
図１３は、本実施形態に係る直流送電設備の概略図である。なお、実施形態３と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の直流送電設備１Ｄでは、直流送電線１０は三回線あり、うち２回線は直流母線で２区間に分けられる。それらを直流送電線１０Ａ、直流送電線１０Ｂ−１、直流送電線１０Ｂ−２、直流送電線１０Ｃ−１、直流送電線１０Ｃ−２と称し、それらを区別しない場合は、直流送電線１０と総称する。また、直流遮断器５０は８台あり、それらを直流遮断器５０Ａ−１、直流遮断器５０Ａ−２、直流遮断器５０Ｂ−１、直流遮断器５０Ｂ−２、直流遮断器５０Ｂ−３、直流遮断器５０Ｃ−１、直流遮断器５０Ｃ−２、直流遮断器５０Ｃ−３と称し、それらを区別しない場合は、直流遮断器５０と総称する。

直流送電線１０Ａは、直流遮断器５０Ａ−１及び直流遮断器５０Ａ−２を介して直流母線５１及び直流母線５２に接続されている。
直流送電線１０Ｂ−１は、直流遮断器５０Ｂ−１を介して直流母線５２に接続されている。直流送電線１０Ｂ−２は、両端の直流遮断器５０Ｂ−２及び直流遮断器５０Ｂ−３を介して直流母線５１及び直流母線５２を接続している。
直流送電線１０Ｃ−１は、直流遮断器５０Ｃ−１を介して直流母線５２に接続されている。直流送電線１０Ｃ−２は、両端の直流遮断器５０Ｃ−２及び直流遮断器５０Ｃ−３を介して直流母線５１及び直流母線５２を接続している。

本実施形態では、第１交直変換器２０は４台あり、それらを第１交直変換器２０−１、第１交直変換器２０−２、第１交直変換器２０−３、第１交直変換器２０−４と称し、それらを区別しない場合は、第１交直変換器２０と総称する。また、交流電源２１は４台あり、それらを交流電源２１−１、交流電源２１−２、交流電源２１−３、交流電源２１−４と称し、それらを区別しない場合は、交流電源２１と総称する。

また、複数の第１交直変換器２０のそれぞれに対応して、複数の断路器４０が設けられている。具体的には、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ｂ−１とをオン又はオフにする断路器４０Ｂ−１、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ｃ−１とをオン又はオフにする断路器４０Ｃ−１が設けられている。第１交直変換器２０−２についても同様に、断路器４０Ｂ−２及び断路器４０Ｃ−２が設けられている。

第１交直変換器２０−３と直流送電線１０Ａとをオン又はオフにする断路器４０Ａ−３、第１交直変換器２０−３と直流送電線１０Ｂ−２とをオン又はオフにする断路器４０Ｂ−３が設けられている。第１交直変換器２０−４についても同様に、断路器４０Ａ−４及び断路器４０Ｂ−４が設けられている。

図１４及び図１５は、本実施形態に係る直流送電設備の動作を示す概略図である。
図１４は、通常時の状態を示している。通常時においては、４つの交流電源２１は、三回線の直流送電線１０に分散して電力を送電するように、断路器４０の開閉制御がされている。具体的には、制御装置は、断路器４０Ｂ−１、断路器４０Ｃ−２、断路器４０Ａ−３、及び断路器４０Ｂ−４をオンとし、その他の断路器をオフとしている。

このような通常時においては、交流電源２１−１は直流送電線１０Ｂ−１を介して第２交直変換器３０に送電し、交流電源２１−４は直流送電線１０Ｂ−２を介して第２交直変換器３０に送電している。交流電源２１−２は、直流送電線１０Ｃ−１を介して第２交直変換器３０に送電し、交流電源２１−３は、直流送電線１０Ａを介して第２交直変換器３０に送電している。

図１５（ａ）は、事故が発生したときの状態を示している。ここでは、直流送電線１０Ｂ−２に事故が生じたとする。制御装置は、事故発生時では、事故が生じた直流送電線１０Ｂ−２に接続された直流遮断器５０Ｂ−２及び直流遮断器５０Ｂ−３をオフとし、また、直流送電線１０Ｂ−２に接続していた交流電源２１−４の交流遮断器６０をオフとする。これにより、事故が発生した直流送電線１０Ｂ−２は切り離され、事故電流は遮断される。このとき、直流遮断器５０Ｂ−２及び直流遮断器５０Ｂ−３が遮断されているので、それ以外には事故電流が及ばない。例えば、実施形態３の図９（ａ）では、交流電源２１−１の交流遮断器６０も遮断する必要があったが、本実施形態では、遮断する必要はない。

図１５（ｂ）は、事故発生後から送電再開までの状態を示している。制御装置は、事故発生後に事故電流を遮断した後、事故が生じた直流送電線１０Ｂ−２に接続された断路器４０Ｂ−４をオフとする。また、制御装置は、事故が生じていない直流送電線１０Ａに接続された断路器４０Ａ−４をオンにする。さらに、交流電源２１−４の交流遮断器６０をオンにする。これにより、交流電源２１−４から直流送電線１０Ａを介して交流系統３１へ送電が再開される。

本実施形態に係る直流送電設備１Ｄによれば、直流送電線１０Ｂ−１は、直流遮断器５０Ｂ−２及び直流遮断器５０Ｂ−３を介して直流母線５１及び直流母線５２に接続されているので、直流送電線１０Ｂ−１に事故が生じたときの影響範囲を直流母線５２を越えて波及させない。これにより、事故を除去するまでの間に停止させる交流電源の台数を低減することができる。このように事故による停電の影響を低減し、従来と同等の信頼性が実現される。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｄによれば、直流遮断器５０Ｂ−２及び直流遮断器５０Ｂ−３がオフになってから（図１５（ａ）参照）、断路器４０Ａ−４がオンとなって健全な直流送電線１０Ａに切り替わるまでの間（図１５（ｂ）参照）においても、交流電源２１−１、交流電源２１−２及び交流電源２１−３から直流送電線１０Ａ、直流送電線１０Ｂ−１、直流送電線１０Ｃ−１及び直流送電線１０Ｃ−２への送電は続いている。このため、交流系統３１にとっては、送電される電力の一時的な変動はあるものの、送電は停止しない。このように事故による停電の影響を回避するとともに、従来と同等の信頼性が実現される。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｄによれば、複数回線の直流送電線１０に対して、交流電源２１側は、その台数に応じて第１交直変換器２０を増設する必要があるが、交流系統３１側は、１台の第２交直変換器３０ですむ。図１（ｂ）に示した従来例では、二回線の直流送電線１０に対して、その本数分の第２交直変換器３０が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ｄは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、交直変換器の増設数を抑えることができ、高価な交直変換器を低減して低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｄによれば、直流母線５１と直流母線５２との間の直流送電線１０Ａ、直流送電線１０Ｂ−２、及び直流送電線１０Ｃ−２については、両端に直流遮断器５０が必要となる。しかし、直流母線５２よりも末端側の直流送電線１０Ｂ−１及び直流送電線１０Ｃ−１については、直流母線５２との間に一台の直流遮断器を設置するだけですむ。図１（ｄ）に示した従来例では、それぞれの交流電源１０２に対して直流母線１０８と直流遮断器１０７が必要になるため、一回線の直流送電線１０に対して六つの直流遮断器が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ｄは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、直流遮断器５０の増設数を抑えることができ、高価な直流遮断器を低減して低コスト化を図ることができる。

〈実施形態６〉
実施形態５では、直流送電線１０の間に一本の直流母線５２を設けたが、複数本の直流母線５２を設けてもよい。
図１６は、本実施形態に係る直流送電設備の概略図である。なお、実施形態５と同一のものには同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

本実施形態の直流送電設備１Ｅでは、交流系統３１側の直流母線５１の他に、２本の直流母線５２を備えている。交流系統３１に近い一本の直流母線５２と、直流母線５１との間には、４回線の直流送電線１０が設けられており、それらを直流送電線１０Ａ、直流送電線１０Ｂ、直流送電線１０Ｃ、直流送電線１０Ｄと称する。他にも直流送電線１０が図１６に記載するように設けられている。また、直流送電線１０Ａ〜直流送電線１０Ｄの両端には、直流遮断器５０が設けられている。他にも直流遮断器５０が図１６に記載するように設けられている。

本実施形態では、複数の第１交直変換器２０があり、第１交直変換器２０−１、第１交直変換器２０−２、第１交直変換器２０−３、第１交直変換器２０−４と称し、それらを区別しない場合は、第１交直変換器２０と総称する。他にも第１交直変換器２０が図１６に記載するように設けられている。また、複数の交流電源２１があり、交流電源２１−１、交流電源２１−２、交流電源２１−３、交流電源２１−４と称し、それらを区別しない場合は、交流電源２１と総称する。他にも交流電源２１が図１６に記載するように設けられている。

また、複数の第１交直変換器２０のそれぞれに対応して、複数の断路器４０が設けられている。具体的には、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ａとをオン又はオフにする断路器４０Ａ−１、第１交直変換器２０−１と直流送電線１０Ｂとをオン又はオフにする断路器４０Ｂ−１が設けられている。
第１交直変換器２０−２についても同様に、断路器４０Ａ−２及び断路器４０Ｂ−２が設けられている。
第１交直変換器２０−３についても同様に、断路器４０Ａ−３及び断路器４０Ｂ−３が設けられている。
第１交直変換器２０−４についても同様に、断路器４０Ａ−３及び断路器４０Ｂ−４が設けられている。
また、他にも断路器４０が図１６に記載するように設けられている。

図１６は、通常時の状態を示している。通常時においては、複数の交流電源２１は、複数回線の直流送電線１０に分散して電力を送電するように、断路器４０の開閉制御がされている。例えば、制御装置は、断路器４０Ｂ−１、断路器４０Ａ−２、断路器４０Ｂ−３、及び断路器４０Ａ−４をオンとし、断路器４０Ａ−１、断路器４０Ｂ−２、断路器４０Ａ−３、及び断路器４０Ｂ−４をオフとしている。その他の断路器４０についても図１６に示すようにオン又はオフとする。

このような通常時においては、交流電源２１−１及び交流電源２１−３は直流送電線１０Ｂを介して第２交直変換器３０に送電し、交流電源２１−２及び交流電源２１−４は直流送電線１０Ａを介して第２交直変換器３０に送電している。その他の交流電源２１についても同様に直流送電線１０を介して第２交直変換器３０に送電している。

図１７は、事故が発生したときの状態を示している。ここでは、直流送電線１０Ｂに事故が生じたとする。制御装置は、事故発生時では、事故が生じた直流送電線１０Ｂに接続された直流遮断器５０をオフとし、また、直流送電線１０Ｂに接続していた交流電源２１−１及び交流電源２１−３の交流遮断器６０をオフとする。これにより、事故が発生した直流送電線１０Ｂは切り離され、事故電流は遮断される。このとき、直流送電線１０Ｂの両端に接続された直流遮断器５０が遮断されているので、それ以外には事故電流が及ばない。

図１８は、事故発生後から送電再開までの状態を示している。制御装置は、事故発生後に事故電流を遮断した後、事故が生じた直流送電線１０Ｂに接続された断路器４０Ｂ−１及び断路器４０Ｂ−３をオフとする。また、制御装置は、事故が生じていない直流送電線１０Ａに接続された断路器４０Ａ−１及び断路器４０Ａ−３をオンにする。さらに、交流電源２１−１及び交流電源２１−３の交流遮断器６０をオンにする。これにより、交流電源２１−３及び交流電源２１−４から直流送電線１０Ａを介して交流系統３１へ送電が再開される。

このような本実施形態に係る直流送電設備１Ｅによれば、直流送電線１０Ｂは、直流遮断器５０を介して直流母線５１及び直流母線５２に接続されているので、直流送電線１０Ｂに事故が生じたときの影響範囲を直流母線５２を越えて波及させない。これにより、事故を除去するまでの間に停止させる交流電源の台数を低減することができる。このように事故による停電の影響を低減し、従来と同等の信頼性が実現される。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｅによれば、直流送電線１０Ｂの両端の直流遮断器５０がオフになってから（図１７参照）、断路器４０Ａ−１及び断路器４０Ａ−３がオンとなって健全な直流送電線１０Ａに切り替わるまでの間（図１８参照）においても、交流電源２１−１や交流電源２１−３以外の交流電源２１から直流送電線１０Ａ、直流送電線１０Ｃ、及び直流送電線１０Ｄを介して第２交直変換器３０への送電は続いている。このため、交流系統３１にとっては、送電される電力の一時的な変動はあるものの、送電は停止しない。このように事故による停電の影響を回避するとともに、従来と同等の信頼性が実現される。

また、本実施形態に係る直流送電設備１Ｅによれば、直流母線５１と直流母線５２との間、直流母線５２同士の間の直流送電線１０については、両端に直流遮断器５０が必要となる。しかし、最も交流系統３１から遠い直流母線５２よりも末端側の直流送電線１０については、直流母線５２との間に一台の直流遮断器を設置するだけですむ。図１（ｄ）に示した従来例では、それぞれの交流電源１０２に対して直流母線１０８と直流遮断器１０７が必要になるため、多くの交流電源１０２が接続される場合には一回線の直流送電線１０に対して多くの直流遮断器が必要となってしまう。このように、本実施形態に係る直流送電設備１Ｅは、冗長化のために直流送電線１０を増設しても、直流遮断器５０の増設数を抑えることができ、高価な直流遮断器を低減して低コスト化を図ることができる。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…直流送電設備、１０…直流送電線、２０…第１交直変換器、２１…交流電源、３０…第２交直変換器、３１…交流系統、４０…断路器、５０…直流遮断器、５１、５２…直流母線、６０…交流遮断器

Claims (4)

1. ２回線以上の直流送電線と、
   第１交直変換器及び第２交直変換器と、
   第１交直変換器に接続された交流電源と、
   第２交直変換器に接続された交流系統と、
   前記第１交直変換器と複数の前記直流送電線のそれぞれとをオン又はオフにすることが可能な複数の断路器と、
   前記第２交直変換器と前記直流送電線との間を遮断可能な直流遮断器と、を備え、
   通常時において、前記断路器の一つは前記第１交直変換器と前記直流送電線とをオンにし、その他の前記断路器は前記第１交直変換器と前記直流送電線とをオフにし、
   前記直流送電線に事故が発生した後、事故が生じた前記直流送電線に接続された前記直流遮断器及び前記断路器はオフにし、事故が生じていない前記直流送電線に接続された何れか一つの前記断路器をオンにする
   ことを特徴とする直流送電設備。
2. 請求項１に記載する直流送電設備において、
   複数の前記第１交直変換器と、
   複数の前記第１交直変換器のそれぞれに接続された複数の前記交流電源と、
   前記第１交直変換器のそれぞれと、前記直流送電線とをオン又はオフにすることが可能な複数の前記断路器と、
   を備えることを特徴とする直流送電設備。
3. 請求項２に記載する直流送電設備において、
   前記直流送電線に事故が発生したときにおいて、事故が生じた前記直流送電線に接続された前記断路器はオフにし、一回線に直流電力が集中しないよう、事故が生じていない前記直流送電線に接続された前記断路器をオンにする
   ことを特徴とする直流送電設備。
4. 請求項１から請求項３の何れか一項に記載する直流送電設備において、
   複数の前記直流送電線が接続される直流母線を備え、
   前記直流送電線は、前記直流遮断器を介して前記直流母線に接続されている
   ことを特徴とする直流送電設備。