JP2018206539A - DC blocking device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流遮断装置に係り、特に、機械式遮断器の電流を遮断するために、補助回路を用いた直流遮断装置に関する。 The present invention relates to a DC circuit breaker, and more particularly, to a DC circuit breaker using an auxiliary circuit to interrupt a current of a mechanical circuit breaker.
直流送配電システムは、交流のシステムに比べて、損失やシステムの簡素化,直流負荷との接続の容易性,高調波や三相不平衡,同期,無効電力など交流に起因する問題を回避できることなどの利点があり、注目されている。 Compared with AC systems, DC transmission / distribution systems can avoid problems caused by AC, such as loss, simplification of the system, ease of connection to DC loads, harmonics, three-phase unbalance, synchronization, reactive power, etc. Has gained attention, such as.
一方、短絡や地絡などの事故が発生した際、直流送配電システムでは交流システムと比較して電流遮断が難しいという問題がある。交流システムでは、交流電流が電源周波数の半周期ごとに零となることを利用し、交流電流の零点で遮断器を開くことで比較的容易に事故電流を遮断できる。 On the other hand, when an accident such as a short circuit or a ground fault occurs, the DC transmission / distribution system has a problem that it is difficult to interrupt the current compared to the AC system. In the AC system, the AC current is zero every half cycle of the power supply frequency, and the accident current can be interrupted relatively easily by opening the circuit breaker at the zero point of the AC current.
しかし、直流送配電システムでは電源周波数の半周期ごとに電流が零にならないため、機械式遮断器を開いても、その接点間にアークが発生し、遮断ができない、もしくは遮断に長い時間がかかる。また、そのアークにより、遮断器の寿命が短くなる問題もある。 However, in the DC power transmission and distribution system, the current does not become zero every half cycle of the power supply frequency. Therefore, even if the mechanical circuit breaker is opened, an arc is generated between the contacts and cannot be interrupted, or it takes a long time to interrupt. . There is also a problem that the life of the circuit breaker is shortened by the arc.
直流送配電システムに利用される直流遮断装置には、主に、機械式,半導体式,機械と半導体のハイブリッド式の3種類が存在している。 There are mainly three types of DC interrupters used in DC power transmission and distribution systems: mechanical, semiconductor, and hybrid of machine and semiconductor.
機械式は、空気遮断器や真空遮断器,ガス遮断器など機械的に線路を開放するものである。LC共振回路などを併設し、電流遮断するものも存在する(例えば、非特許文献1の図1及び図2)。機械接点のため、通常の導通時は定常損失が発生しない特長が有る。 The mechanical type mechanically opens the line such as an air circuit breaker, a vacuum circuit breaker, or a gas circuit breaker. Some have an LC resonance circuit or the like to cut off current (for example, FIGS. 1 and 2 of Non-Patent Document 1). Because it is a mechanical contact, there is a feature that steady loss does not occur during normal conduction.
半導体式は、半導体スイッチを用いて遮断器を構成したもので、アークの発生がなく、高速に遮断できる特長を持つ(例えば、非特許文献1の図3)。一方、送配電線路の電流が常に半導体スイッチを流れるため、定常損失が発生する問題がある。 The semiconductor type is a circuit breaker configured by using a semiconductor switch, and has an advantage that it can be interrupted at high speed without generating an arc (for example, FIG. 3 of Non-Patent Document 1). On the other hand, there is a problem in that steady loss occurs because the current in the transmission and distribution line always flows through the semiconductor switch.
ハイブリッド式は、機械式遮断器と半導体式遮断器を組み合わせて構成されたもので、両者の特長を併せ持っている。図19は特許文献1で示されるハイブリッド式の遮断器の構成である。
The hybrid type is a combination of a mechanical circuit breaker and a semiconductor circuit breaker, and has both features. FIG. 19 shows a configuration of a hybrid circuit breaker disclosed in
機械式遮断器101,および、半導体スイッチング素子を逆直列して構成された半導体スイッチ104をオンすることで、定常時は直流電流を流すことができる。短絡などによる過電流を検出すると、半導体スイッチ104をオフすると同時に、複数の半導体スイッチ102を直列接続することによって構成された転流回路110をオンする。これにより、事故電流を機械式遮断器101が含まれる経路から、転流回路110に転流する。転流が完了すると、機械式遮断器101に流れる電流がゼロになるため、アークを発生させることなく機械式遮断器101を開くことができる。
By turning on the
その後、転流回路110をオフする事で直流の遮断を完了させる。非線形抵抗素子103は、転流回路110をオフすることで、主回路が持つインダクタンスが保持していたエネルギーによって回路両端に発生する過電圧を制限する。
Thereafter, the
図20は特許文献2で示されるハイブリッド式遮断器の構成である。図20のハイブリット式遮断器は、機械式遮断器201と、半導体スイッチ202と、電力変換装置210と、非線形抵抗203と、を備える。電力変換装置210は、半導体スイッチング素子とコンデンサによって構成されるHブリッジ回路204を一つもしくは直列に複数接続することによって構成される。
FIG. 20 shows a configuration of a hybrid circuit breaker disclosed in
図20のハイブリット式遮断器は、機械式遮断器201をオンすることで、通常時には直流電流を流すことができる。短絡などによる過電流を検出すると、半導体スイッチ202をオンし、また、電力変換装置210によって機械式遮断器201に流れる事故電流をゼロにするように電流出力することで、機械式遮断器201にアークを発生させることなく、回路を開くことができる。
The hybrid circuit breaker of FIG. 20 can flow a direct current during normal operation by turning on the
しかし、機械式遮断器はその遮断にアーク発生を伴う問題があり、遮断速度や遮断器の寿命に悪影響を与える。また、遮断までにかかる時間が非常に長い問題もある。一方、半導体式遮断器は、通常動作時に定常損失が発生する問題がある。 However, the mechanical circuit breaker has a problem that an arc is generated in the interruption, which adversely affects the breaking speed and the life of the breaker. There is also a problem that it takes a very long time to shut off. On the other hand, the semiconductor circuit breaker has a problem that steady loss occurs during normal operation.
ハイブリッド式遮断器は、機械式,半導体式と比較し両方の利点を持ち、直流遮断器に求められる低損失,高速遮断を実現することが可能になる。 The hybrid circuit breaker has both advantages compared to the mechanical type and semiconductor type, and can realize the low loss and high speed circuit breaker required for a DC circuit breaker.
しかし、特許文献1で示される手法は直流システムが通常動作している場合、主電流が半導体スイッチ104を必ず通過するため定常損失が発生するという問題がある。半導体式の遮断器と比較し、半導体スイッチ104を構成する半導体素子の耐電圧は小さくてよい。そのため、特許文献1は導通損失の小さなスイッチング素子を利用でき、定常損失は小さくなる。しかし、機械式遮断器に比べれば、定常損失が発生するデメリットがある。
However, the technique disclosed in
一方、特許文献2で示される手法は、通常時は機械式遮断器201のみに電流が流れるため、定常損失をほぼゼロにすることができる。しかし、電力変換装置210を構成するHブリッジ回路204のコンデンサを充電しておく必要があり、外部から電源供給する機構が必要になる。また、多数の半導体スイッチが必要で、回路構成も複雑である。
On the other hand, in the method shown in
以上示したようなことから、定常時の主回路電流による定常損失が無く、また機械スイッチを遮断するために事故電流を相殺する電流を発生させる電源の供給を外部から供給する必要がない、かつ、低損失で、構成の簡単なハイブリッド式の直流遮断装置を提供することが課題となる。 As described above, there is no steady loss due to the main circuit current at the time of steady state, and it is not necessary to supply a power supply for generating a current that cancels the accident current to shut off the mechanical switch, and Therefore, it is an object to provide a hybrid direct current circuit breaker with low loss and simple configuration.
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第1,第2直流系統間における直流線路の正極と負極との間に並列接続された複数のコンデンサと、前記複数のコンデンサに対して、それぞれ直列に接続された抵抗および半導体スイッチと、前記複数のコンデンサを直列接続する直列経路と、前記直列経路の各コンデンサ間に設けられた中間半導体スイッチと、前記直列経路に設けられたインダクタと、を有する電力変換回路と、前記電力変換回路と前記第1直流系統の正極または負極との間に接続された第1機械式遮断器と、備えたことを特徴とする。 The present invention has been devised in view of the conventional problems, and one aspect thereof includes a plurality of capacitors connected in parallel between a positive electrode and a negative electrode of a DC line between the first and second DC systems. A resistor and a semiconductor switch connected in series to the plurality of capacitors, a series path connecting the plurality of capacitors in series, an intermediate semiconductor switch provided between the capacitors of the series path, A power conversion circuit having an inductor provided in a series path; and a first mechanical circuit breaker connected between the power conversion circuit and a positive electrode or a negative electrode of the first DC system. And
また、その一態様として、第1,第2直流系統間における直流線路の負極に一端が接続され、第1抵抗と第1半導体スイッチを直列接続した第1アームスイッチ部と、一端が前記第1アームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の正極と接続された第1コンデンサと、を有する第1コンデンサアームと、前記直流線路の正極に一端が接続され、第2抵抗と第2半導体スイッチを直列接続した第2アームスイッチ部と、一端が前記第2アームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の負極に接続された第2コンデンサと、を有する第2コンデンサアームと、前記第1コンデンサと前記第1アームスイッチ部の共通接続点と、前記第2コンデンサと前記第2アームスイッチ部の共通接続点と、を接続し、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサを直列接続する直列経路と、前記直列経路の各コンデンサ間に直列接続された中間半導体スイッチと、前記直列経路に設けられたインダクタと、を備えた電力変換回路と、前記電力変換回路と前記第1直流系統の正極または負極との間に接続された第1機械式遮断器と、を備えたことを特徴とする。 As one aspect thereof, one end is connected to the negative electrode of the DC line between the first and second DC systems, a first arm switch unit in which a first resistor and a first semiconductor switch are connected in series, and one end is the first. A first capacitor arm having a first capacitor connected to the other end of the arm switch unit and having the other end connected to the positive electrode of the DC line; one end connected to the positive electrode of the DC line; A second arm switch unit in which second semiconductor switches are connected in series; and a second capacitor having one end connected to the other end of the second arm switch unit and the other end connected to the negative electrode of the DC line. A second capacitor arm, a common connection point of the first capacitor and the first arm switch unit, a common connection point of the second capacitor and the second arm switch unit, and the first capacitor And a power converter circuit comprising: a series path connecting the second capacitor in series; an intermediate semiconductor switch connected in series between the capacitors of the series path; and an inductor provided in the series path; And a first mechanical circuit breaker connected between the conversion circuit and the positive or negative electrode of the first DC system.
また、他の態様として、第1,第2直流系統間における直流線路の負極に一端が接続され、第1抵抗と第1半導体スイッチとを直列接続した第1アームスイッチ部と、一端が前記第1アームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の正極と接続された第1コンデンサと、を有する第1コンデンサアームと、前記直流線路の正極に一端が接続され、正極半導体スイッチを有する正極アームスイッチ部と、前記直流線路の負極に一端が接続され、負極半導体スイッチを有する負極アームスイッチ部と、前記正極アームスイッチ部の他端と前記負極アームスイッチ部の他端との間に接続された第2〜第n−1コンデンサと、を有する1つ、または、複数の第2〜第n−1コンデンサアームと(n=3以上の整数)、前記直流線路の正極に一端が接続され、第n抵抗と第n半導体スイッチとを直列接続した第nアームスイッチ部と、一端が前記第nアームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の負極に接続された第nコンデンサと、を有する第nコンデンサアームと、前記第1〜第nコンデンサを直列接続する直列経路と、前記直列経路の各コンデンサ間に設けられた中間半導体スイッチと、前記直列経路に設けられたインダクタと、を備えた電力変換回路と、前記電力変換回路と第1直流系統の正極または負極との間に接続された第1機械式遮断器と、を備えたことを特徴とする。 Moreover, as another aspect, one end is connected to the negative electrode of the DC line between the first and second DC systems, a first arm switch unit in which a first resistor and a first semiconductor switch are connected in series, and one end is the first A first capacitor arm having a first capacitor connected to the other end of the one-arm switch unit and having the other end connected to the positive electrode of the DC line; and one end connected to the positive electrode of the DC line; A positive electrode arm switch unit having one end connected to the negative electrode of the DC line, a negative electrode arm switch unit having a negative electrode semiconductor switch, and the other end of the positive electrode arm switch unit and the other end of the negative electrode arm switch unit One or a plurality of second to n-1 capacitor arms (n = an integer greater than or equal to 3) having a second to n-1 capacitor connected to the positive electrode of the DC line An n-th arm switch unit having an end connected and an n-th resistor and an n-th semiconductor switch connected in series, one end connected to the other end of the n-th arm switch unit, and the other end connected to the negative electrode of the DC line An nth capacitor arm, a series path connecting the first to nth capacitors in series, an intermediate semiconductor switch provided between the capacitors of the series path, and the series path A power conversion circuit including the provided inductor; and a first mechanical circuit breaker connected between the power conversion circuit and a positive electrode or a negative electrode of the first DC system. .
また、他の態様として、第1,第2直流系統間における直流線路の負極に一端が接続され、第1抵抗と第1半導体スイッチとを直列接続した第1アームスイッチ部と、一端が前記第1アームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の正極と接続された第1コンデンサと、を有する第1コンデンサアームと、前記直流線路の正極に一端が接続され、第2抵抗と第2半導体スイッチとを直列接続した第2アームスイッチ部と、一端が前記第2アームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の負極に接続された第2コンデンサと、を有する第2コンデンサアームと、前記第1抵抗と前記第1半導体スイッチの共通接続点と前記第2抵抗と前記第2半導体スイッチの共通接続点との間に抵抗と中間コンデンサとを直列接続した中間コンデンサアームと、前記第1コンデンサ、前記中間コンデンサ、前記第2コンデンサを直列接続する直列経路と、前記直列経路の前記第1コンデンサと前記中間コンデンサの間,および、前記中間コンデンサと前記第2コンデンサの間に各々設けられた中間半導体スイッチと、前記直列経路に設けられたインダクタと、を備えた電力変換回路と、前記電力変換回路と前記第1直流系統の正極または負極との間に接続された第1機械式遮断器と、を備えたことを特徴とする。 Moreover, as another aspect, one end is connected to the negative electrode of the DC line between the first and second DC systems, a first arm switch unit in which a first resistor and a first semiconductor switch are connected in series, and one end is the first A first capacitor arm having a first capacitor connected to the other end of the one-arm switch unit and having the other end connected to the positive electrode of the DC line; one end connected to the positive electrode of the DC line; A second arm switch unit in which a first semiconductor switch and a second semiconductor switch are connected in series; a second capacitor having one end connected to the other end of the second arm switch unit and the other end connected to the negative electrode of the DC line; A resistor and an intermediate capacitor are connected in series between a second capacitor arm having a common connection point of the first resistor and the first semiconductor switch, and a common connection point of the second resistor and the second semiconductor switch. A capacitor arm; a series path connecting the first capacitor, the intermediate capacitor, and the second capacitor in series; and between the first capacitor and the intermediate capacitor in the series path; and the intermediate capacitor and the second capacitor. Connected between the power conversion circuit and the positive or negative electrode of the first DC system, the power conversion circuit including an intermediate semiconductor switch provided between the power supply circuit and the inductor provided in the series path. And a first mechanical circuit breaker.
また、その一態様として、前記中間コンデンサアームを複数設け、前記複数の中間コンデンサアームの各中間コンデンサ間に中間半導体スイッチを接続したことを特徴とする。 Further, as one aspect thereof, a plurality of the intermediate capacitor arms are provided, and an intermediate semiconductor switch is connected between the intermediate capacitors of the plurality of intermediate capacitor arms.
また、その一態様として、前記第1機械式遮断器の前記第1直流系統側の正負極間に直流コンデンサを設けたことを特徴とする。 Moreover, as one aspect thereof, a DC capacitor is provided between the positive and negative electrodes on the first DC system side of the first mechanical circuit breaker.
また、その一態様として、前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記半導体スイッチをオフし、前記中間半導体スイッチをオンし、前記第1機械式遮断器に流れる電流が所定値以下になった後、前記第1機械式遮断器に開放状態とすることを特徴とする。 As one aspect thereof, when a current flows from the first DC system to the second DC system, and an accident occurs in the second DC system, the semiconductor switch is turned off, and the intermediate semiconductor switch is turned off. It is turned on, and after the current flowing through the first mechanical circuit breaker becomes a predetermined value or less, the first mechanical circuit breaker is opened.
また、その一態様として、前記電力変換回路と前記第2直流系統の正極または負極との間に接続された第2機械式遮断器を備えたことを特徴とする。 Moreover, as one aspect thereof, a second mechanical circuit breaker connected between the power conversion circuit and a positive electrode or a negative electrode of the second DC system is provided.
また、その一態様として、前記第2機械式遮断器の前記第2直流系統側の正負極間に直流コンデンサを設けたことを特徴とする。 Moreover, as one aspect thereof, a DC capacitor is provided between the positive and negative electrodes on the second DC system side of the second mechanical circuit breaker.
本発明によれば、定常時の主回路電流による定常損失がほとんど無く、また機械スイッチを遮断するために事故電流を相殺する電流を発生させる電源の供給を外部から供給する必要がない、かつ、低損失で、構成の簡単なハイブリッド式の直流遮断装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, there is almost no steady loss due to the main circuit current at the time of steady state, and it is not necessary to supply a power supply for generating a current that cancels the accident current in order to shut off the mechanical switch, and It is possible to provide a hybrid direct current circuit breaker with low loss and simple configuration.
以下、本願発明の直流遮断装置の実施形態1〜8を図1〜図18に基づいて詳述する。
Hereinafter,
[実施形態1]
本実施形態1の直流遮断装置の構成を図1に示す。第1,第2直流系統10,20間における直流線路に、第1機械式遮断器1,および、電力変換回路6が挿入される。電力変換回路6は、第1コンデンサアーム2aおよび第2コンデンサアーム2bと、中間半導体スイッチ5と、インダクタ7と、で構成される。
[Embodiment 1]
The configuration of the DC interrupter according to
第1コンデンサアーム2aは、直流線路の正極と負極との間に第1コンデンサ3aと第1アームスイッチ部4aを直列に接続することによって構成される。第1アームスイッチ部4aは第1抵抗41aおよび第1半導体スイッチ42aを直列に接続することによって構成される。第1アームスイッチ部4aは、片方向の電流を制御し、その逆方向への電流は導通する機能を持つ。第1アームスイッチ部4aの第1抵抗41aと第1半導体スイッチ42aの接続順序はどのような順序でも良い。
The
第2コンデンサアーム2bは、直流線路の正極と負極との間に第2アームスイッチ部4bと第2コンデンサ3bを直列に接続することによって構成される。第1コンデンサアーム2aと第2コンデンサアーム2bは、第1,第2コンデンサ3a,3bと第1,第2アームスイッチ部4a,4bの接続の順序が2線の直流線路の極性に対して、逆になるように接続される。
The
例えば、第1コンデンサアーム2aは直流線路の正極側に第1コンデンサ3a,負極側に第1アームスイッチ部4aが接続され、第2コンデンサアーム2bは直流線路の正極側に第2アームスイッチ部4b,負極側に第2コンデンサ3bが接続される。ただし、第1,第2アームスイッチ部4a,4bが導通を制御できる電流方向は、いずれも直流線路の正極側から負極側への方向である。
For example, the
それぞれの第1,第2コンデンサアーム2a,2bの第1,第2コンデンサ3a,3bと第1,第2アームスイッチ部4a,4bの共通接続点Mの間を接続し、第1コンデンサ3a,第2コンデンサ3bを直列接続する直列経路を形成する。この直列経路には、中間半導体スイッチ5およびインダクタ7が設けられる。ここで中間半導体スイッチ5は、第2コンデンサアーム2bから第1コンデンサアーム2aの方向への電流が制御できる極性(逆方向は導通)に接続する。
Between the first and
第1,第2半導体スイッチ42a,42bおよび中間半導体スイッチ5は一方向へ導通し、そのオン・オフを制御できるスイッチング素子と、それに対して逆並列にダイオードを接続することによって構成される。片方向への電流の導通を制御し、それと逆方向への電流を導通させるスイッチング素子の構成であれば、どのような種類の半導体スイッチング素子を用いても良い。
The first and
第1,第2半導体スイッチ42a,42bおよび中間半導体スイッチ5は、定常状態および遮断時などの過渡状態において発生しうる最大の直流線路間の電圧に耐えられるような耐電圧を持つ半導体スイッチを適用する。また、その構成は、複数の半導体スイッチング素子を直列・並列して構成しても良い。複数直列とした場合、その電圧バランスを調整するような補助回路(例えば各半導体スイッチと並列に同じ値の抵抗を挿入するなど)を備えても良い。
As the first and
第1機械式遮断器1は、図1では直流線路正極側に接続されているが負極側でも良い。第1機械式遮断器1は、オフ状態において、定常状態及び遮断時や事故時等における過渡状態などにおいて直流線路間に発生する最大の直流電圧に耐えられる耐電圧となる。
The first
第1,第2抵抗41a,41bや第1,第2コンデンサ3a,3b,第1機械式遮断器1も複数の素子で構成しても良い。第1,第2コンデンサ3a,3bの容量は第1機械式遮断器1に流れる事故電流を相殺させるに足りる大きさとするのが望ましい。第1,第2抵抗41a,41bは第1,第2コンデンサ3a,3bの充電用であり、比較的大きな値とするのが望ましい。
The first and
以下、本実施形態1における直流遮断装置の動作を説明する。本実施形態1では、基本的に第1機械式遮断器1のある第1直流系統10側に直流電圧源を有し、第2直流系統20側の端子間に負荷が接続され、かつ、短絡や地絡の事故は第2直流系統20側において発生する事を想定している。
Hereinafter, the operation of the DC interrupter in
直流線路に事故がない定常動作時においては、第1機械式遮断器1をオン状態とし、また、第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンとする。また、中間半導体スイッチ5はオフ状態としておく。
At the time of steady operation in which there is no accident on the DC line, the first
このとき直流電流は、第1直流系統10側から第1機械式遮断器1および正負の直流線路を通って第2直流系統20側に流れる。第1,第2コンデンサアーム2a,2bには、第1,第2アームスイッチ部4a,4b,第1,第2コンデンサ3a,3bを介して電流が流れ、第1,第2コンデンサ3a,3bがそれぞれ第1系統電圧VDC1(=第2系統電圧VDC2)と等しくなるまで充電される。
At this time, the direct current flows from the first DC system 10 side to the second DC system 20 side through the first
直流線路に地絡・短絡等が発生した場合の動作を図2,図3に基づいて説明する。短絡によって発生した事故電流isを図示しない直流電流検出器で検出する。例えば、第1機械式遮断器1に流れる電流(以下、機械式遮断器通過電流と称する)i1を検出し、それが閾値以上になった場合に事故と判定する(図2の時刻T1)。 The operation when a ground fault or short circuit occurs in the DC line will be described with reference to FIGS. A fault current is generated due to a short circuit is detected by a DC current detector (not shown). For example, a current flowing through the first mechanical circuit breaker 1 (hereinafter referred to as a mechanical circuit breaker passing current) i1 is detected, and when it exceeds a threshold value, an accident is determined (time T1 in FIG. 2).
それに伴って第1,第2コンデンサアーム2a,2bの第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオフする(時刻T1)。第1,第2半導体スイッチ42a,42bの遮断が完了した後、中間半導体スイッチ5をオンする(時刻T2)。
Accordingly, the first and
これにより、第1,第2コンデンサアーム2a,2bの第1,第2コンデンサ3a,3bは中間半導体スイッチ5によって直流線路の正負極間に直列接続された形となり、電力変換回路6は最大で2≡VDC1の電圧を直流端子間に発生させる。
As a result, the first and
その結果、第1機械式遮断器1には事故電流isと逆方向の共振電流icが流れ、機械式遮断器通過電流i1(=is−ic)は減少を開始する。機械式遮断器1を開路操作し(時刻T3)、第1機械式遮断器1の物理的な開路動作の完了後(時刻T4)もアーク放電により開路した端子間に電流が流れ続ける。しかし、共振電流icが増加し事故電流isと等しくなると、機械式遮断器通過電流i1がゼロとなるため、アーク放電が切れ、第1機械式遮断器1の開路が完了する(時刻T5)。
As a result, a resonance current ic in the direction opposite to the fault current is flows through the first
第1機械式遮断器1の開路操作を開始するタイミングは、機械式遮断器通過電流i1が零に至る前に物理的に開路状態となり、充分遮断状態を維持できるタイミングで良い。従って、図2では中間半導体スイッチ5をONした時刻T2の後に、第1機械式遮断器1の開路操作を開始しているが、機械式遮断器通過電流i1がゼロに至る前に充分遮断状態を維持できるのであれば、時刻T2の前に開路動作を開始してもよい。
The timing at which the opening operation of the first
開路完了後、直流線路での地絡・短絡等の障害が取り除かれた場合に復帰する際のシーケンスを図4に示す。時刻T1で中間半導体スイッチ5をまずオフし、次に時刻T2で第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンする。その後、第1機械式遮断器1をオン(時刻T3→時刻T4)する。これにより第1,第2コンデンサ3a,3bが第1系統電圧VDC1に充電され、次の遮断動作を実施する準備が完了する。
FIG. 4 shows a sequence for returning after completion of the opening of the circuit when a fault such as a ground fault or a short circuit in the DC line is removed. At time T1, the
以上示したように、本実施形態1における直流遮断装置によれば、直流遮断装置における定常時の電流による損失を無くすことができる。(第1機械式遮断器1の抵抗損失をゼロと仮定した場合)
また、事故電流isを相殺する電流の電源を外部から供給する必要がない。さらに、低損失、構成が簡単なハイブリッド式の直流遮断装置を提供することが可能となる。
As described above, according to the DC interrupting device of the first embodiment, it is possible to eliminate the loss due to the steady-state current in the DC interrupting device. (When resistance loss of the first
Further, it is not necessary to supply a power source with a current that cancels the accident current is from the outside. Furthermore, it is possible to provide a hybrid type DC circuit breaker having a low loss and a simple configuration.
また、地絡や短絡等の事故発生時は、電力変換回路6による共振電流icにより、素早く第1機械式遮断器1のアークを消し、第1機械式遮断器1を開放することが可能となる。
Further, when an accident such as a ground fault or a short circuit occurs, the arc of the first
[実施形態2]
本実施形態2における直流遮断装置の構成を図5に示す。本実施形態2は、実施形態1と電力変換回路6の構成が実施形態1とは異なる。
[Embodiment 2]
FIG. 5 shows the configuration of the DC interrupter according to the second embodiment. The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the first embodiment and the
電力変換回路6は、3つ以上の複数のコンデンサアームと、2つ以上の複数の中間半導体スイッチ5と、インダクタ7によって構成される。以下ではアーム数がn(n=3以上の整数)である時の場合について説明する。
The
電力変換回路6の両端に配置される第1コンデンサアーム2−1および第nコンデンサアーム2−nは、実施形態1の第1コンデンサアーム2aおよび第2コンデンサアーム2bと同じである。
The first capacitor arm 2-1 and the nth capacitor arm 2-n arranged at both ends of the
第2コンデンサアーム2−2から第n−1コンデンサアーム2−(n―1)は、直流線路の正極に接続された正極アームスイッチ部4cと、直流線路の負極に接続された負極アームスイッチ部4dと、正極アームスイッチ部4cと負極アームスイッチ部4dとの間に接続された第2〜第n−1コンデンサ3cによって構成される。
The second capacitor arm 2-2 to the (n-1) th capacitor arm 2- (n-1) include a positive arm switch unit 4c connected to the positive electrode of the DC line and a negative arm switch unit connected to the negative electrode of the DC line. 4d and the second to n-1th capacitors 3c connected between the positive arm switch unit 4c and the negative
正極アームスイッチ部4cは、直列接続された抵抗41cと正極半導体スイッチ42cと、を備える。負極アームスイッチ部4dは、直列接続された抵抗41dと負極半導体スイッチ42dとを備える。
The positive arm switch unit 4c includes a resistor 41c and a
第1コンデンサアーム2−1の第1コンデンサ3aと第1アームスイッチ部4aとの共通接続点Mと、その隣の第2コンデンサアーム2−2の正極アームスイッチ部4cと第2コンデンサ3cの共通接続点M1を、直列経路により接続する。直列経路には、中間半導体スイッチ5およびインダクタ7が設けられる。
The common connection point M between the
第2コンデンサアーム2−2の第2コンデンサ3cと負極アームスイッチ部4dの共通接続点M2と、その隣の第3コンデンサアーム2−3の正極アームスイッチ部4cと第3コンデンサ3cの共通接続点M1を、直列経路によって接続する。直列経路には、中間半導体スイッチ5およびインダクタ7が設けられる。
The common connection point M2 of the second capacitor 3c and the negative
以下、同様に第2コンデンサアーム2−2から第n−1コンデンサアーム2−(n−1)の間を直列経路で接続し、直列経路には中間半導体スイッチ5およびインダクタ7を設ける。第n−1コンデンサアーム2−(n−1)と第nコンデンサアーム2−nの間は、第n−1コンデンサアーム2−(n−1)の共通接続点M2と、第nコンデンサアーム2−nの共通接続点Mを直列経路で接続し、直列経路には中間半導体スイッチ5およびインダクタ7を設ける。
Similarly, the second capacitor arm 2-2 and the (n-1) th capacitor arm 2- (n-1) are connected by a series path, and the
第2コンデンサアーム2−2から第n−1コンデンサアーム2−(n−1)における正極,負極アームスイッチ部4c,4dの抵抗41c,41dは、それぞれのアームスイッチ部4c,4dに設けても良いし、片方(1つのアームスイッチ部4cまたは4d)に集約しても良い。また、個々の抵抗41c,41dの抵抗値は同じとする必要は無い。ただし、コンデンサアーム2毎の抵抗41c,41dによる抵抗値(抵抗41cの抵抗値と抵抗41dの抵抗値の和)は同じとするのが望ましい。同様に、中間半導体スイッチ5に直列に接続されるインダクタ7は、各中間半導体スイッチ5毎に配置しても、一つ、もしくは、いくつかに集約しても良い。
The
本実施形態2の動作および作用を説明する。基本的な動作・作用は、実施形態1と同様である。短絡発生時、すべての第1〜第nコンデンサアーム2−1〜2−nの第1,第2半導体スイッチ42a,42b,正極半導体スイッチ42c,負極半導体スイッチ42dをオフし、また、すべての中間半導体スイッチ5をオンする。
The operation and action of the second embodiment will be described. The basic operation / action is the same as in the first embodiment. When a short circuit occurs, the first and
これにより、すべての第1〜第nコンデンサ3a〜3cが直列接続され、電力変換回路6の両端には最大で第1系統電圧VDC1のn倍の電圧が発生する。この電圧源によって発生する電流(コンデンサ3a〜3cとインダクタ7による共振電流)によって、第1機械式遮断器1に流れる事故電流isの短絡電流を相殺し、機械式遮断器通過電流i1を零とすることで、アークを遮断する。その後の動作は実施形態1と同様である。
As a result, all the first to n-
以上示したように、本実施形態2によれば、実施形態1と同様の作用効果を奏する。また、実施形態1と比較して、電力変換回路6の出力電圧を高くすることができ、素早く共振電流icを大きくすることができる。その結果、素早く機械式遮断器通過電流i1(=is−ic)を減少させることができるため、より早く第1機械式遮断器1のアークを消弧し、第1機械式遮断器1を開放できる。
As described above, according to the second embodiment, the same operational effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, compared with the first embodiment, the output voltage of the
[実施形態3]
本実施形態3における直流遮断装置の構成を図6に示す。本実施形態3は、電力変換回路6の両端に第1機械式遮断器1aおよび第2機械式遮断器1bを配置したものである。図6では、実施形態1の電力変換回路6の両端に第1,第2機械式遮断器1a,1bを設けているが、実施形態2の電力変換回路6の両端に第1,第2機械式遮断器1a,1bを設けても良い。
[Embodiment 3]
FIG. 6 shows the configuration of the DC interrupter according to the third embodiment. In the third embodiment, the first
以下、本実施形態3の動作および作用を図7,図8に基づいて説明する。本実施形態3では、直流電圧源を第1直流系統10側,第2直流系統20側のいずれかまたは両方に設けてもよく、また事故電流の方向も限定しない。 Hereinafter, the operation and action of the third embodiment will be described with reference to FIGS. In the third embodiment, the DC voltage source may be provided on either or both of the first DC system 10 side and the second DC system 20 side, and the direction of the accident current is not limited.
初期状態において、第1機械式遮断器1aおよび第2機械式遮断器1bは開路状態とする。また、第1,第2コンデンサ3a,3bはいずれも放電されているとする。このとき、第1,第2半導体スイッチ42a,42bをいずれもオンしておく。また、中間半導体スイッチ5はオフしておく。
In the initial state, the first
次に、第1機械式遮断器1aを閉路にする。これにより2つの第1,第2コンデンサ3a,3bが第1,第2アームスイッチ部4a,4bを介していずれも第1系統電圧VDC1に充電される。充電が完了したら、第2機械式遮断器1bを閉路する。以上の手順により、第1直流系統10と、第2直流系統20を導通させる前に、第1,第2コンデンサ3a,3bを充電することができる。第1機械式遮断器1aと第2機械式遮断器1bの投入順序は逆にしても良い。
Next, the first
次に、第2直流系統20側で短絡が発生したときの動作を図7,図8に基づいて説明する。ここで、第1機械式遮断器1aを通過する電流を第1機械式遮断器通過電流i1aと表現している。この場合の動作は、短絡発生の検出まで、実施形態1における動作と同様である。ただし、短絡電流の方向の検出が必要である。短絡電流が直流線路の正側において、第1直流系統10側から第2直流系統20側へ流れていた場合、以下の動作を実施する。
Next, the operation when a short circuit occurs on the second DC system 20 side will be described with reference to FIGS. Here, the current passing through the first
第1,第2半導体スイッチ42a,42bをいずれもオフし(時刻T1)、次に中間半導体スイッチ5をオンする(時刻T2)。第1機械式遮断器1aをオフする(時刻T3〜T4)。電力変換回路6の直流線路両端の電圧が第1系統電圧VDC1より高くなり、事故電流isを相殺する共振電流icが流れる。その結果、第1機械式遮断器通過電流i1aが減少し、第1機械式遮断器1aのアークが切れることで遮断される。
Both the first and
その後、第2機械式遮断器1bをオフする(時刻T6〜T7)。第1,第2機械式遮断器1a,1bをオフ状態を確認し、中間半導体スイッチ5をオフした後に、第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンしても良い。その場合、第1,第2抵抗41a,41bによって、第1,第2コンデンサ3a,3bに充電されたエネルギーが放出される。
Thereafter, the second
第1直流系統10側で短絡が発生したときの動作を説明する。事故電流が直流線路の正極側において、第2直流系統20側から第1直流系統10側へ流れていた場合、以下の動作を実施する。第1,第2半導体スイッチ42a,42bをいずれもオフし、次に中間半導体スイッチ5をオンする。
An operation when a short circuit occurs on the first DC system 10 side will be described. When the accident current flows from the second DC system 20 side to the first DC system 10 side on the positive electrode side of the DC line, the following operation is performed. Both the first and
また、第2機械式遮断器1bをオフする。電力変換回路6の直流線路両端の電圧が第2系統電圧VDC2より高くなり、事故電流isを相殺する共振電流icが流れる。その結果、第2機械式遮断器通過電流i1b(=is−ic)は減少し、第2機械式遮断器1bのアークが切れることで遮断される。
Further, the second
その後、第1機械式遮断器1aをオフする。第1,第2機械式遮断器1a,1bをオフし遮断を確認し、中間半導体スイッチ5をオフした後に、第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンしても良い。その場合、第1,第2抵抗41a,41bによって、第1,第2コンデンサ3a,3bに充電されたエネルギーが放出される。
Thereafter, the first
復帰シーケンスは、実施形態1の図4の復帰シーケンス例と同じであるが、初期充電シーケンス同様、第1機械式遮断器1aと第2機械式遮断器1bとでタイミングをずらす動作を行う。
The return sequence is the same as the example of the return sequence shown in FIG. 4 of the first embodiment. However, like the initial charging sequence, the first
以上の第1,第2機械式遮断器1a,1b及び第1,第2半導体スイッチ42a,42b,中間半導体スイッチ5の動作は、実施形態2に対して、第1,第2機械式遮断器1a,1bを電力変換回路6の両端に設けた場合でも同様である。
The operations of the first and second
以上示したように、本実施形態3によれば、実施形態1,2と同様の作用効果を奏する。また、短絡電流の方向に寄らず、電流を遮断できる。 As described above, according to the third embodiment, the same operational effects as those of the first and second embodiments can be obtained. Further, the current can be cut off regardless of the direction of the short circuit current.
また、初期状態から第1,第2機械式遮断器1a,1bを投入する際、既に線路に短絡が発生していたとしても、両直流線路が閉路される前に電力変換回路6のコンデンサの充電が可能になる。その結果、第1,第2機械式遮断器1a,1bが完全に投入された際にすぐに遮断動作を実行でき、事故に対する保護性能が向上する。
In addition, when the first and second
[実施形態4]
本実施形態4における直流遮断装置の構成を図9に示す。本実施形態4は、実施形態3に対し、第1機械式遮断器1aの第1直流系統10側の正負極間および第2機械式遮断器1bの第2直流系統20側の正負極間に、直流コンデンサ8aおよび直流コンデンサ8bを設けたものである。本実施形態4は、第1,第2実施形態の第1機械式遮断器1aに対しても同様に適用できる。
[Embodiment 4]
FIG. 9 shows the configuration of the DC interrupter according to the fourth embodiment. The fourth embodiment differs from the third embodiment between the positive and negative electrodes on the first DC system 10 side of the first
本実施形態4の動作および作用を説明する。基本的な開路動作は実施形態3における動作と同様であるため説明は省略する。 The operation and action of the fourth embodiment will be described. Since the basic circuit opening operation is the same as the operation in the third embodiment, the description thereof is omitted.
直流コンデンサ8aは、遮断動作時に機能する。例えば、第2直流系統20側で短絡が発生し、第1機械式遮断器1aの遮断動作を行う場合について説明する。電力変換回路6の第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオフし、その後、中間半導体スイッチ5をオンすることで、電力変換回路6が正・負の直流線路両端に電圧を発生させる。
The
そのとき、共振電流は電力変換回路6の正側から第1機械式遮断器1aを通り、直流コンデンサ8aと、第1直流系統10側とに別れ、電力変換回路6の負極側に流れる。第1直流系統10側は内部インピーダンスや線路のインダクタンスを含むインピーダンスにより電流が制限される。
At that time, the resonance current passes through the first
一方、直流コンデンサ8aは、電力変換回路6の電圧変化にともなって過渡的に低いインピーダンスとなるため、瞬間的に大きな電流が流れやすい。結果として、第1直流系統10側の電源又は負荷への電流を抑制すると共に、第1機械式遮断器1aへの共振電流を素早く大きくすることができる。
On the other hand, the
その結果、第1機械式遮断器1aの開放速度を速くすることができる。また、第1機械式遮断器1aが開放された後、第1直流系統10側の電源又は負荷の線路インピーダンスが有するエネルギーを、直流コンデンサ8aが吸収することで、電圧上昇を抑制する事ができる。
As a result, the opening speed of the first
以上の動作・作用は直流コンデンサ8bおよび第2機械式遮断器1b側も同様である。
The above operation / action is the same for the
以上示したように、本実施形態4によれば、実施形態1〜3と同様の作用効果を奏する。また、第1,第2機械式遮断器1a,1bに流れる短絡電流に対して、電力変換回路6から流れる共振電流の増加を早くすることで、第1,第2機械式遮断器1a,1bの遮断をより高速化できる。
As described above, according to the fourth embodiment, the same operational effects as those of the first to third embodiments are obtained. Further, the first and second
[実施形態5]
本実施形態5における直流遮断装置を図10に示す。本実施形態5における直流遮断装置は、第1,第2直流系統10,20間における直流線路に電力変換回路6を設ける。また、電力変換回路6と第1直流系統10との間に第1機械式遮断器1を設ける。第1機械式遮断器1は正極、負極のいずれの線路に挿入しても良い。
[Embodiment 5]
FIG. 10 shows a DC cutoff device according to the fifth embodiment. In the DC interrupter in
電力変換回路6は、第1コンデンサアーム2aと、第2コンデンサアーム2bと、中間コンデンサ21と、抵抗22と、中間半導体スイッチ5と、インダクタ7と、を有する。
The
第1コンデンサアーム2aは、第1,第2直流系統10,20間における直流線路の正極と負極との間に第1コンデンサ3aと第1アームスイッチ部4aを直列接続することによって構成される。第1アームスイッチ部4aは、第1抵抗41aおよび第1半導体スイッチ42aを直列接続することにより構成される。第1コンデンサ3aは一端が第1アームスイッチ部4aに接続され、他端が直流線路の正極または負極に接続される。図10では、第1コンデンサ3aの他端は直流線路の正極に接続されている。
The
第2コンデンサアーム2bは、第1,第2直流系統10,20間における直流線路の正極と負極との間に第2コンデンサ3bと第2アームスイッチ部4bを直列接続することによって構成される。第2アームスイッチ部4bは、第2抵抗41bおよび第2半導体スイッチ42bを直列接続することによって構成される。第2コンデンサ3bは一端が第2アームスイッチ部4bに接続され、他端が直流線路の正極または負極のうち第1アームスイッチ部4aの第1コンデンサ3aとは逆側に接続される。図10では、第2コンデンサ3bの他端は直流線路の負極に接続される。
The
第1抵抗41aと第1半導体スイッチ42aの共通接続点と、第2抵抗41bと第2半導体スイッチ42bの共通接続点と、の間には中間コンデンサアームが接続される。中間コンデンサアームは抵抗22と中間コンデンサ21と抵抗22を直列接続することによって構成される。
An intermediate capacitor arm is connected between the common connection point of the
第1コンデンサ3aと中間コンデンサ21、および、中間コンデンサ21と第2コンデンサ3bを接続し、第1,中間,第2コンデンサ3a,21,3bを直列接続する直列経路を形成する。この直列経路には、第1コンデンサ3aと中間コンデンサ21の間,および、中間コンデンサ21と第2コンデンサ3bの間に中間半導体スイッチ5とインダクタ7が設けられる。
The
中間半導体スイッチ5は、片方向の電流の導通・遮断を制御し、その逆方向への電流は導通する機能を有する。中間半導体スイッチ5の導通・遮断を制御できる電流方向は、直流線路の負側から正側とする。
The
第1,第2半導体スイッチ42a,42bの通電・導通を制御できる電流極性は、直流線路の正極側から負極側とする。
The current polarity that can control energization / conduction of the first and
第1,第2抵抗41a,41b,抵抗22は第1,第2,中間コンデンサ3a,3b,21を充電するための抵抗である。第1,第2半導体スイッチ42a,42bは、想定される直流電圧最大値に耐えられる耐電圧をもつ半導体スイッチを適用する。第1,第2半導体スイッチ42a,42bは、複数の半導体スイッチング素子を直列、又は、並列に接続して構成してもよく、またスイッチング素子の種類は特定のものに限定されるものではない。インダクタ7は各中間半導体スイッチ5に直列に設ける必要は無く、必要に応じて一つのインダクタにまとめても良い。
The first and
本実施形態5における動作および作用を説明する。本実施形態5では、基本的に第1機械式遮断器1のある第1直流系統10側に直流電圧源を有し、第2直流系統20側の端子間に負荷が接続され、かつ、短絡や地絡の事故は第2直流系統20側において発生する事を想定している。
The operation and action in the fifth embodiment will be described. In the fifth embodiment, a DC voltage source is basically provided on the first DC system 10 side where the first
直流線路に事故がない定常動作時においては、第1機械式遮断器1をオン状態とする。また、第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンとし、中間半導体スイッチ5はオフ状態とする。
The first
このとき直流電流は、第1直流系統10側から第1機械式遮断器1および正負の直流線路を通って流れる。第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオン,中間半導体スイッチ5がオフの状態では、すべての第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21は直流線路の正極と負極の間に第1,第2抵抗41a,41b,抵抗22を介して並列に接続された状態となり、その結果、すべての第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21は第1系統電圧VDC1(=第2系統電圧VDC2)に充電される。
At this time, a direct current flows from the first direct current system 10 side through the first
直流線路に地絡・短絡等の事故が発生した場合の動作を図11,図12に基づいて説明する。短絡によって発生した過大な事故電流isを図示しない直流電流検出器で検出する。例えば、第1機械式遮断器1の線路に電流検出器を備え、機械式遮断器通過電流i1を監視し、一定の閾値以上の電流が流れたときに短絡と判断する。
The operation when an accident such as a ground fault or a short circuit occurs in the DC line will be described with reference to FIGS. An excessive accident current is generated due to a short circuit is detected by a DC current detector (not shown). For example, a current detector is provided on the line of the first
それに伴って、第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオフし(時刻T1)、その後すべての中間半導体スイッチ5をオンする(時刻T2)。また、第1機械式遮断器1を開路操作する(時刻T3〜T4)。
Accordingly, the first and
その結果、すべての第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21は直流線路の正極と負極の間に直列接続された形となり、電力変換回路6はコンデンサ3個の電圧を足し合わせた電圧(全ての第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21の電圧が第1系統電圧VDC1だった場合、3×VDC1)を直流線路間に発生させる。
As a result, all the first and
その結果、「電力変換回路6の両端の電圧≠第1機械式遮断器1側の第1系統電圧VDC1」となっている期間において、電力変換回路6から第1機械式遮断器1に共振電流icが供給される。共振電流icは第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21とインダクタ7によって共振する。
As a result, during the period in which “the voltage across the
この共振電流icが事故電流isと等しくなると、機械式遮断器通過電流i1(=is−ic)がゼロになる瞬間が発生し、開路操作によって発生していた第1機械式遮断器1のアークが消弧し、開路が完了する。
When this resonance current ic becomes equal to the accident current is, a moment occurs when the mechanical circuit breaker passage current i1 (= is-ic) becomes zero, and the arc of the first
開路完了後は、中間半導体スイッチ5および第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンしても良い。オンする事で、中間コンデンサ21およびインダクタ7のエネルギーを第1,第2抵抗41a,41bにより発散することができる。
After completion of the circuit opening, the
次に、図13に基づいて、本実施形態5の復帰シーケンスを説明する。時刻T1で中間半導体スイッチ5をまずオフし、次に時刻T2で第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンする。その後、第1機械式遮断器1をオン(時刻T3→時刻T4)する。これにより第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21が第1系統電圧VDC1に充電され、次の遮断動作を実施する準備が完了する。
Next, the return sequence of the fifth embodiment will be described with reference to FIG. At time T1, the
以上示したように、本実施形態5によれば、直流遮断装置における定常時の電流による損失を無くすことができる。(機械式遮断器の抵抗をゼロと仮定した場合)
また、電力変換回路6の共振電流により、素早く第1機械式遮断器1のアークを消弧し、第1機械式遮断器1を開放できる
[実施形態6]
本実施形態6における直流遮断装置を図14に示す。本実施形態6は、実施形態5と電力変換回路6の構成が異なる。
As described above, according to the fifth embodiment, it is possible to eliminate a loss due to a steady-state current in the DC interrupter. (Assuming the resistance of the mechanical breaker is zero)
Moreover, the arc of the first
FIG. 14 shows a DC circuit breaker according to the sixth embodiment. The sixth embodiment is different from the fifth embodiment in the configuration of the
本実施形態6は、第1アームスイッチ部4aと第2アームスイッチ部4bとの間に抵抗22,中間コンデンサ21,抵抗22を直列接続した中間コンデンサアームを複数並列接続したものである。電力変換回路6が備える第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21の数は合計で4つ以上となる。
In the sixth embodiment, a plurality of intermediate capacitor arms each having a
また、各コンデンサ21の間の直列経路には中間半導体スイッチ5およびインダクタ7が設けられる。インダクタ7は各中間半導体スイッチ5に備えても、一つのインダクタにまとめても良い。
An
本実施形態6における動作および作用を説明する。基本的な動作・作用は、実施形態5と同じである。 The operation and action in the sixth embodiment will be described. The basic operation / action is the same as in the fifth embodiment.
直流線路に事故がない定常動作時においては、第1機械式遮断器1をオン状態とする。また、第1,第2アームスイッチ部4a,4bの第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンとし、すべての中間半導体スイッチ5はオフとする。
The first
このとき直流電流は第1直流系統10側から第1機械式遮断器1および正負の直流線路を通って流れる。第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオン,中間半導体スイッチ5がオフの状態では、すべての第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21は、直流線路の正極と負極との間に第1,第2抵抗41a,41b,抵抗22を介して並列に接続された状態となり、すべての第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21は第1系統電圧VDC1(=第2系統電圧VDC2)に充電される。
At this time, DC current flows from the first DC system 10 side through the first
直流線路に地絡・短絡等が発生した場合、短絡電流を図示しない直流電流検出器で検出する。例えば、第1機械式遮断器1の線路に電流検出器を備え、機械式遮断器通過電流i1を監視し、一定の閾値以上の電流が流れたときに短絡と判断する。
When a ground fault or short circuit occurs in the DC line, the short circuit current is detected by a DC current detector (not shown). For example, a current detector is provided on the line of the first
短絡の判定にともなって、第1,第2アームスイッチ部4a,4bの第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオフする。その後、中間半導体スイッチ5をオンとする。また、第1機械式遮断器1を開路操作する。
With the determination of the short circuit, the first and
その結果、すべての第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21は直流線路の正極と負極の間に直列接続された形となり、電力変換回路6は直流線路間にすべてのコンデンサの電圧を足し合わせた電圧(第1,第2コンデンサ3a,3bと中間コンデンサ21の合計数をn個とし、第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21すべての電圧がVDC1の場合、n×VDC1)を直流線路間に発生させる。
As a result, all the first and
これにより、「電力変換回路6の両端の電圧≠第1機械式遮断器1側の第1系統電圧VDC1」となっている期間において、電力変換回路6から第1機械式遮断器1に共振電流icが供給される。共振電流icは第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21とインダクタ7によって共振する。
As a result, during the period in which “the voltage across the
第1機械式遮断器1に流れる電流は事故電流isと共振電流icが等しくなるとゼロになる瞬間が発生し、開路操作によって発生していた第1機械式遮断器1のアークが消弧し、開路が完了する。
When the accident current is and the resonance current ic become equal to each other, the current flowing through the first
開路完了後は、第1,第2半導体スイッチ42a,42bおよび中間半導体スイッチ5をオンしても良い。オンする事で、第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21およびインダクタ7のエネルギーを第1,第2抵抗41a,41bにより発散することができる。
After completion of the circuit opening, the first and
以上示したように、本実施形態6によれば、実施形態5と同様の作用効果を奏する。また、実施形態5に対して、電力変換回路6の出力電圧を高くすることができ、素早く共振電流を大きくすることができることで、より早く第1機械式遮断器1のアークを消弧し、第1機械式遮断器1を開放できる
[実施形態7]
本実施形態7の直流遮断装置を図15に示す。図15に示すように、本実施形態7は、実施形態5の電力変換回路6の両端に第1機械式遮断器1aおよび第2機械式遮断器1bを配置したものである。実施形態6の電力変換回路6の両端に第1機械式遮断器1aおよび第2機械式遮断器1bを配置しても良い。
As described above, according to the sixth embodiment, the same effects as those of the fifth embodiment are obtained. Further, the output voltage of the
FIG. 15 shows a DC interrupt device of the seventh embodiment. As shown in FIG. 15, in the seventh embodiment, the first
本実施形態7の動作および作用を図15に基づいて説明する。本実施形態7では、直流電圧源が第1直流系統10側,第2直流系統20側のいずれか、または両方に存在していてもよく、また事故電流isの方向も限定しない。 The operation and action of the seventh embodiment will be described with reference to FIG. In the seventh embodiment, the DC voltage source may be present on either the first DC system 10 side, the second DC system 20 side, or both, and the direction of the fault current is is not limited.
初期状態において、第1機械式遮断器1aおよび第2機械式遮断器1bはオフ状態とする。また、第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21はいずれも放電されているとする。このとき、第1,第2アームスイッチ部4a,4bの第1,第2半導体スイッチ42a,42bをいずれもオンしておく。また、中間半導体スイッチ5は全てオフしておく。
In the initial state, the first
次に、第1機械式遮断器1aを閉路する。これにより3つの第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21がいずれも第1系統電圧VDC1に充電される。充電が完了したら、第2機械式遮断器1bを閉路する。
Next, the first
以上の手順により、第1直流系統10側と、第2直流系統20側を導通させる前に、第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21を充電することができる。これにより、万が一、第1,第2機械式遮断器1a,1bの投入直後に短絡が発生したり、直流線路に電源がなく、短絡が発生している状態が不明であったりした場合に、電力変換回路6が機能しない状態で過電流が発生するのを抑制できる。第1,第2機械式遮断器1a,1bの投入順序は逆にしても良い。
By the above procedure, the first and
次に、第2直流系統20側で短絡が発生したときの動作を図16に基づいて説明する。短絡発生の検出までは、実施形態5における動作と同様である。ただし、短絡電流の極性の検出が必要である。短絡電流が直流線路の正側において、第1直流系統10側から第2直流系統20側へ流れていた場合、以下の動作を実施する。 Next, the operation when a short circuit occurs on the second DC system 20 side will be described based on FIG. The operation until the detection of the occurrence of a short circuit is the same as the operation in the fifth embodiment. However, it is necessary to detect the polarity of the short-circuit current. When the short-circuit current flows from the first DC system 10 side to the second DC system 20 side on the positive side of the DC line, the following operation is performed.
第1,第2アームスイッチ部4a,4bの第1,第2半導体スイッチ42a,42bをいずれもオフし(時刻T1)、次に中間半導体スイッチ5を全てオンする(時刻T2)。また、第1機械式遮断器1aをオフする(時刻T3〜T4)。電力変換回路6の直流線路両端の電圧が第1系統電圧VDC1より高くなり、短絡電流を相殺する共振電流icが流れ、第1機械式遮断器通過電流i1aが減少する。その際に第1機械式遮断器1aのアークが消弧することで遮断される。
The first and
その後、第2機械式遮断器1bをオフする。両方の第1,第2機械式遮断器1a,1bのオフ状態を確認した後、第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンしても良い。その場合、第1,第2抵抗41a,41bによって、コンデンサ21に充電されたエネルギーが放出される。
Thereafter, the second
第1直流系統10側で短絡が発生したときの動作を説明する。短絡電流が直流線路の正側において、第2直流系統20側から第1直流系統10側へ流れていた場合、以下の動作を実施する。第1,第2アームスイッチ部4a,4bの第1,第2半導体スイッチ42a,42bをいずれもオフし、次に中間半導体スイッチ5をオンする。また、第2機械式遮断器1bをオフする。電力変換回路6の直流線路両端の電圧が第2系統電圧VDC2より高くなり、短絡電流を相殺する共振電流が流れ、第2機械式遮断器通過電流i1bが減少する。その際に第2機械式遮断器1bのアークが消弧することで遮断される。
An operation when a short circuit occurs on the first DC system 10 side will be described. When the short-circuit current flows from the second DC system 20 side to the first DC system 10 side on the positive side of the DC line, the following operation is performed. The first and
その後、第1機械式遮断器1aをオフする。両方の第1,第2機械式遮断器1a,1bのオフ状態を確認した後、第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンしても良い。その場合、第1,第2抵抗4a,4b,抵抗22によって、第1,第2コンデンサ3a,3b,中間コンデンサ21に充電されたエネルギーが放出される。
Thereafter, the first
次に、図17に基づいて、本実施形態7の復帰シーケンスを説明する。時刻T1で中間半導体スイッチ5をまずオフし、次に時刻T2で第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオンする。その後、第1機械式遮断器1aをオン(時刻T3→時刻T4)する。これにより第1,第2コンデンサ3a,3bが第1系統電圧VDC1に充電され、次の遮断動作を実施する準備が完了する。その後、第2機械式遮断器1bをオン(時刻T5〜T6)する。
Next, the return sequence of the seventh embodiment will be described with reference to FIG. At time T1, the
以上の第1,第2機械式遮断器1a,1b及び第1,第2半導体スイッチ42a,42b,中間半導体スイッチ5の動作は実施形態6に対して、第1,第2機械式遮断器1a,1bを電力変換回路6の両端に設けた場合でも同様である。
The operations of the first and second
以上示したように、本実施形態7によれば、短絡電流の方向に寄らず、電流を遮断できる。 As described above, according to the seventh embodiment, the current can be interrupted regardless of the direction of the short-circuit current.
また、初期状態から第1,第2機械式遮断器1a,1bを投入する際、既に線路に短絡が発生していたとしても、両直流線路が閉路される前に電力変換回路6の充電が可能になる。その結果、第1,第2機械式遮断器1a,1bが完全に投入された際にすぐに遮断動作を実行でき、事故に対する保護性能が向上する。
In addition, when the first and second
[実施形態8]
本実施形態8における直流遮断装置を図18に示す。図18に示すように、本実施形態8は、実施形態7に対して、第1,第2機械式遮断器1a,1bの第1直流系統10側,第2直流系統20側に、直流コンデンサ8a,8bを設けたものである。実施形態5,6の第1機械式遮断器1に対しても同様に適用できる。
[Embodiment 8]
FIG. 18 shows a DC circuit breaker according to the eighth embodiment. As shown in FIG. 18, the eighth embodiment is different from the seventh embodiment in that a DC capacitor is provided on the first DC system 10 side and the second DC system 20 side of the first and second
本実施形態8における直流遮断装置の動作および作用を説明する。基本的な開路動作は実施形態7における動作と同様であるので省略する。 The operation and action of the DC interrupter according to the eighth embodiment will be described. Since the basic circuit opening operation is the same as that in the seventh embodiment, a description thereof will be omitted.
直流コンデンサ8aは、遮断動作時に機能する。例えば、第2直流系統20側で短絡が発生し、第1機械式遮断器1aの遮断動作を行う場合について説明する。第1,第2アームスイッチ部4a,4bの第1,第2半導体スイッチ42a,42bをオフし、その後、中間半導体スイッチ5をオンすることで、電力変換回路6が正・負の直流線路両端に電圧を発生させる。
The
そのとき、電流は電力変換回路6の正極側から第1機械式遮断器1aを通り、直流コンデンサ8aと、第1直流系統10の直流負荷側とに別れ、電力変換回路6の負極側に流れる。第1直流系統10は内部インピーダンスや線路のインダクタンスを含むインピーダンスにより電流が制限される。
At that time, the current passes through the first
一方、直流コンデンサ8aは、電力変換回路6の電圧変化にともなって過渡的に低いインピーダンスとなるため、瞬間的に大きな電流が流れやすくなる。結果として、第1直流系統10側の電源又は負荷への電流を抑制すると共に、第1機械式遮断器1aへの逆電流を素早く大きくすることができる。
On the other hand, since the
それにより、第1機械式遮断器1aの開放速度を速くすることができる。また、第1機械式遮断器1aが開放された後、第1直流系統10側の電源又は負荷の線路インピーダンスが有するエネルギーを、直流コンデンサ8aが吸収することで、第1直流系統10の電圧上昇を抑制する事が出来る。
Thereby, the opening speed of the first
以上の動作・作用は直流コンデンサ8bおよび第2機械式遮断器1b側も同様である。
The above operation / action is the same for the
以上示したように、本実施形態8によれば、機械式遮断器通過電流に対して、電力変換回路6が発生させる共振電流の増加を早くすることで、遮断をより高速化できる。
As described above, according to the eighth embodiment, the breaking can be further speeded up by increasing the resonance current generated by the
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。 Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.
1…機械式遮断器
2a,2b…コンデンサアーム
3a,3b,3c…コンデンサ
4a,4b…アームスイッチ部
41a,41b…抵抗
42a,42b…半導体スイッチ
5…中間半導体スイッチ
6…電力変換回路
7…インダクタ
8a,8b…直流コンデンサ
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記複数のコンデンサに対して、それぞれ直列に接続された抵抗および半導体スイッチと、
前記複数のコンデンサを直列接続する直列経路と、
前記直列経路の各コンデンサ間に設けられた中間半導体スイッチと、
前記直列経路に設けられたインダクタと、
を有する電力変換回路と、
前記電力変換回路と前記第1直流系統の正極または負極との間に接続された第1機械式遮断器と、
備えたことを特徴とする直流遮断装置。 A plurality of capacitors connected in parallel between the positive and negative electrodes of the DC line between the first and second DC systems;
A resistor and a semiconductor switch connected in series to each of the plurality of capacitors;
A series path connecting the plurality of capacitors in series;
An intermediate semiconductor switch provided between the capacitors of the series path;
An inductor provided in the series path;
A power conversion circuit having
A first mechanical circuit breaker connected between the power conversion circuit and a positive electrode or a negative electrode of the first DC system;
A direct current circuit breaker comprising:
前記直流線路の正極に一端が接続され、第2抵抗と第2半導体スイッチを直列接続した第2アームスイッチ部と、一端が前記第2アームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の負極に接続された第2コンデンサと、を有する第2コンデンサアームと、
前記第1コンデンサと前記第1アームスイッチ部の共通接続点と、前記第2コンデンサと前記第2アームスイッチ部の共通接続点と、を接続し、前記第1コンデンサと前記第2コンデンサを直列接続する直列経路と、
前記直列経路の各コンデンサ間に直列接続された中間半導体スイッチと、
前記直列経路に設けられたインダクタと、
を備えた電力変換回路と、
前記電力変換回路と前記第1直流系統の正極または負極との間に接続された第1機械式遮断器と、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。 One end is connected to the negative electrode of the DC line between the first and second DC systems, a first arm switch unit in which a first resistor and a first semiconductor switch are connected in series, and one end is connected to the other end of the first arm switch unit A first capacitor arm having a first capacitor connected and having the other end connected to the positive electrode of the DC line;
One end is connected to the positive electrode of the DC line, a second arm switch unit in which a second resistor and a second semiconductor switch are connected in series, one end is connected to the other end of the second arm switch unit, and the other end is the DC A second capacitor arm having a second capacitor connected to the negative electrode of the line;
A common connection point of the first capacitor and the first arm switch unit is connected to a common connection point of the second capacitor and the second arm switch unit, and the first capacitor and the second capacitor are connected in series. A series path to
An intermediate semiconductor switch connected in series between the capacitors of the series path;
An inductor provided in the series path;
A power conversion circuit comprising:
A first mechanical circuit breaker connected between the power conversion circuit and a positive electrode or a negative electrode of the first DC system;
A direct current circuit breaker comprising:
前記直流線路の正極に一端が接続され、正極半導体スイッチを有する正極アームスイッチ部と、前記直流線路の負極に一端が接続され、負極半導体スイッチを有する負極アームスイッチ部と、前記正極アームスイッチ部の他端と前記負極アームスイッチ部の他端との間に接続された第2〜第n−1コンデンサと、を有する1つ、または、複数の第2〜第n−1コンデンサアームと(n=3以上の整数)、
前記直流線路の正極に一端が接続され、第n抵抗と第n半導体スイッチとを直列接続した第nアームスイッチ部と、一端が前記第nアームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の負極に接続された第nコンデンサと、を有する第nコンデンサアームと、
前記第1〜第nコンデンサを直列接続する直列経路と、
前記直列経路の各コンデンサ間に設けられた中間半導体スイッチと、
前記直列経路に設けられたインダクタと、
を備えた電力変換回路と、
前記電力変換回路と第1直流系統の正極または負極との間に接続された第1機械式遮断器と、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。 A first arm switch unit in which one end is connected to the negative electrode of the DC line between the first and second DC systems, a first resistor and a first semiconductor switch are connected in series, and one end is the other end of the first arm switch unit A first capacitor arm having a first capacitor connected to the other end of the DC line and connected to the positive electrode of the DC line;
One end of the DC line is connected to the positive electrode and has a positive electrode arm switch unit having a positive electrode semiconductor switch, and one end of the DC line is connected to the negative electrode of the negative electrode arm switch unit having a negative electrode semiconductor switch and the positive electrode arm switch unit. One or a plurality of second to n-1 th capacitor arms connected between the other end and the other end of the negative arm switch unit, or a plurality of second to n-1 th capacitor arms (n = An integer greater than or equal to 3),
One end is connected to the positive electrode of the DC line, an n-th arm switch unit in which an n-th resistor and an n-th semiconductor switch are connected in series, one end is connected to the other end of the n-th arm switch unit, and the other end is An nth capacitor arm having an nth capacitor connected to the negative electrode of the DC line;
A series path connecting the first to n-th capacitors in series;
An intermediate semiconductor switch provided between the capacitors of the series path;
An inductor provided in the series path;
A power conversion circuit comprising:
A first mechanical circuit breaker connected between the power conversion circuit and a positive electrode or a negative electrode of the first DC system;
A direct current circuit breaker comprising:
前記直流線路の正極に一端が接続され、第2抵抗と第2半導体スイッチとを直列接続した第2アームスイッチ部と、一端が前記第2アームスイッチ部の他端に接続され、他端が前記直流線路の負極に接続された第2コンデンサと、を有する第2コンデンサアームと、
前記第1抵抗と前記第1半導体スイッチの共通接続点と前記第2抵抗と前記第2半導体スイッチの共通接続点との間に抵抗と中間コンデンサとを直列接続した中間コンデンサアームと、
前記第1コンデンサ、前記中間コンデンサ、前記第2コンデンサを直列接続する直列経路と、
前記直列経路の前記第1コンデンサと前記中間コンデンサの間,および、前記中間コンデンサと前記第2コンデンサの間に各々設けられた中間半導体スイッチと、
前記直列経路に設けられたインダクタと、
を備えた電力変換回路と、
前記電力変換回路と前記第1直流系統の正極または負極との間に接続された第1機械式遮断器と、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。 A first arm switch unit in which one end is connected to the negative electrode of the DC line between the first and second DC systems, a first resistor and a first semiconductor switch are connected in series, and one end is the other end of the first arm switch unit A first capacitor arm having a first capacitor connected to the other end of the DC line and connected to the positive electrode of the DC line;
One end is connected to the positive electrode of the DC line, a second arm switch unit in which a second resistor and a second semiconductor switch are connected in series, one end is connected to the other end of the second arm switch unit, and the other end is A second capacitor arm having a second capacitor connected to the negative electrode of the DC line;
An intermediate capacitor arm in which a resistor and an intermediate capacitor are connected in series between the common connection point of the first resistor and the first semiconductor switch, and the common connection point of the second resistor and the second semiconductor switch;
A series path connecting the first capacitor, the intermediate capacitor, and the second capacitor in series;
An intermediate semiconductor switch provided between the first capacitor and the intermediate capacitor in the series path and between the intermediate capacitor and the second capacitor;
An inductor provided in the series path;
A power conversion circuit comprising:
A first mechanical circuit breaker connected between the power conversion circuit and a positive electrode or a negative electrode of the first DC system;
A direct current circuit breaker comprising:
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