JP2019033608A - 事故除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】事故除去に際して健全極の電力変換器の動作モードを参照して電力変換器の制御変更が必要な場合にのみ電力変換器への電力指令値を変更することにより、電力融通の停止を最小限にしつつ確実な事故除去が可能な事故除去装置を提供する。
【解決手段】事故除去装置１４は、直流送電システムの電力変換器が順変換動作であることを判定する比較器１５と、事故端且つ健全極であることを判定するＡＮＤ回路１６と、順変換動作中で事故端且つ健全極である電力変換器に対し電力指令値の変更指令を出力するＡＮＤ回路１７と、順変換動作を停止させる変更指令値を演算する演算部１８と、演算部１８が求めた変更指令値を電力変換器に出力する制御変更部１９と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、多極構成の直流送電システムに適用される事故除去装置に関する。

直流送電システムは、隣接国の交流系統同士、あるいは都市部の交流系統から離島の交流系統までといった長い距離を、直流電力によって低損失で送電する技術として注目を集めている。直流送電システムは、交流系統から得た電量を交流から直流に変換し、直流系統で長距離送電を行い、直流から交流に戻して、別の交流系統へと送るシステムである。

直流送電システムには、系統端子間を連系する電力変換器が設けられている。電力変換器は、交流から直流へ、あるいは直流から交流へ電力を変換して、電力系統間で自由に電力を授受することができる。電力変換器が行う電力変換動作の動作モードには次の２つがある。１つの動作モードは交流から直流への電力を変換する順変換動作であり、もう１つの動作モードは直流から交流へ電力を変換する逆変換動作である。

直流送電システムの運用方式は、極数を１とした単極構成と、極数を２以上とした多極構成とでは異なる。多極構成の直流送電システムでは、直流系統と交流系統との間に複数台の電力変換器を設置することで極毎に独立して運用することができる。そのため、直流事故が発生した場合に事故極の電力変換器の運転を停止させたとしても、事故極以外の健全極の電力変換器は運転を継続することができ、電力融通が可能である。

特開２０１５―１４２４６６号公報

多極構成の直流送電システムで直流事故が発生した場合、健全極の電力変換器が運転を継続することで電力融通を実現する。しかし、健全極から事故極に直流電流が流入して、事故極での事故除去が不能となる恐れがある。その結果、健全な電力変換器の運転も停止させるほかなく、電力融通を停止せざるを得ない状況となる。そこで多極構成の直流送電システムでは、事故極への電流流入は回避して事故除去は確実に行い、且つ電力変換器の運転継続をできるだけ維持して電力融通の停止を最小限に抑えることが要請されている。

本実施形態は、事故除去に際して健全極の電力変換器の動作モードを参照して電力変換器の制御変更が必要な場合にのみ電力変換器への電力指令値を変更することにより、電力融通の停止を最小限にしつつ確実な事故除去が可能な事故除去装置を提供することを課題とする。

本実施形態は、電力変換器が複数設置され少なくとも２極から構成された直流送電システムに適用される事故除去装置であって、直流事故発生時に前記電力変換器への電力指令値を変更する制御変更部を備えている。

第１の実施形態が適用される直流送電システムのブロック図 第１の実施形態の電力変換器の回路構成図 第１の実施形態の回路構成図 第１の実施形態における事故発生時の電流経路(電力変換器が順変換動作) 第１の実施形態における事故発生時の電流経路(電力変換器が逆変換動作) 第２の実施形態が適用される直流送電システムのブロック図 第２の実施形態の回路構成図

(第１の実施形態)
(構成)
(構成の概要)
以下、本発明に係る第１の実施形態の構成について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。図１に示すように、直流送電システム１は、多極構成の直流送電システムであって、３つの交流系統１１〜１３の両端間が電力変換器(２極×３端子で合計６台)によって連系されている。第１の実施形態は、このような直流送電システム１に適用される事故除去装置１４である。

６台の電力変換器とは、交流系統１１に接続される２１Ｐ、２１Ｎ、交流系統１２に接続される２２Ｐ、２２Ｎ、交流系統１３に接続される２３Ｐ、２３Ｎである。電力変換器２１Ｐ、２１Ｎは電力変換器２１、電力変換器２２Ｐ、２２Ｎは電力変換器２２、電力変換器２３Ｐ、２３Ｎは電力変換器２３とも記載する。

電力変換器２１Ｐ、２２Ｐ、２３Ｐは、極１の電力変換器であり、電力変換器２１Ｎ、２２Ｎ、２３Ｎは、極２の電力変換器である。ＰとＮの２極ある電力変換器２１、２２、２３はそれぞれ、双極間電極線５１〜５３によって接続されており、双極間電極線５１、５２、５３の端部は全てグランドに接続されている。

図１に示すように、交流系統１１〜１３と各電力変換器２１〜２３との間には、交流系統遮断器であるACCBが直列に接続されている。電力変換器２1ＰにはACCB1ｐが、電力変換器２1ＮにはACCB1ｎが、電力変換器２２ＰにはACCB2ｐが、電力変換器２２ＮにはACCB2ｎが、電力変換器２２ＰにはACCB3ｐが、電力変換器２３ＮにはACCB3ｎが、それぞれ接続されている。

電力変換器２１〜２３には、直流送電線３を介して直流系統遮断器であるDCCBが直列に接続されている。電力変換器２１ＰにはDCCB1pが、変換器２２ＰにはDCCB2ｐが、電力変換器２３ＰにはDCCB3ｐが、それぞれ接続されている。また、電力変換器２1ＮにはDCCB1ｎが、電力電力変換器２２ＮにはDCCB2ｎが、電力変換器２３ＮにはDCCB3ｎがそれぞれ接続されている。DCCB1p〜DCCB3p同士は相互に接続され、DCCB1ｎ〜DCCB3ｎ同士も相互に接続されている。

(電力変換器)
電力変換器２１〜２３は、モジュラーマルチレベルコンバータ(以下、ＭＭＣと呼ぶ)からなり、例えば図２のような回路構成を有している。ＭＭＣは、単位変換器であるチョッパセルＣによって入力電圧を分圧するような高電圧向け電力変換器である。チョッパセルＣは、ハーフブリッジ回路を構成したハーフブリッジコンバータである。ハーフブリッジ回路は、セルコンデンサ６と２つの自己消弧型のスイッチング素子７とを並列に接続してなる。

ＭＭＣでは、チョッパセルＣを多段接続することで上アーム８Ａ及び下アーム８Ｂが構成される。上アーム８Ａの上端部及び下アーム８Ｂの下端部のそれぞれに、直流端子が接続される。上アーム８Ａの下端部及び下アーム８Ｂの上端部は、リアクタンス成分を有するバッファリアクトル９を介して、上下に直列接続される。上アーム８Ａの下端部及び下アーム８Ｂの上端部間にはバッファリアクトル９を介して変圧器１０が接続され、変圧器１０には交流端子が接続される。なお、バッファリアクトル９は、リアクタンス成分を持ったトランスに変更してもよい。

以上のＭＭＣでは、チョッパセルＣに接続されたスイッチング素子７のオンまたはオフにより、セルコンデンサ６の出力電圧が決まる。セルコンデンサ６の電圧を出力する場合はスイッチング素子７の上側をオン、セルコンデンサ６の電圧を出力しない場合はオフする。電力変換器２１〜２３は、各チョッパセルＣのセルコンデンサ６の電圧をスイッチング素子７でチョッピングすることで疑似的な交流出力を得て、交流と直流の電力変換を行う。

(保護装置)
図１に示すように、直流送電システム１には、保護装置４が備え付けられている。保護装置４は、各電力変換器２１〜２３の運転状況などを把握して、直流送電システム１全体を管理、保護する装置である。保護装置４は、直流事故の発生時に各電力変換器２１〜２３の自端事故判定信号及び自極事故判定信号を各電力変換器２１〜２３に出力する。

保護装置４は、自端事故判定信号として、自端が事故端の場合は１を出力し、自端が健全端の場合は０を出力する。保護装置４は、自極事故判定信号として、自極が事故極の場合は１を出力し、自極が健全極の場合は０を出力する。

(事故除去装置)
保護装置４には事故除去装置１４が接続されている。図１では、電力変換器２１Ｎに備え付けられた事故除去装置１４だけを示すが、６台の電力変換器２１〜２３の全てに事故除去装置１４が備え付けられている。事故除去装置１４は、保護装置４からの自端事故判定信号と自極事故判定信号を入力信号とし、変更指令値を出力信号として電力変換器２１〜２３を制御して事故を除去する装置である。

事故除去装置１４には、復帰制御部２０が設置されている。復帰制御部２０は、直流事故発生後に事故箇所でアークのない零電流状態が所定の時間を経過したことを判定して、順変換運転停止中の電力変換器２１〜２３に対し事故前と同様の電力指令値を出力する。復帰制御部２０は、例えば、外部のシステムからの監視信号などに基づいて、零電流状態での所定時間の経過を判定するように構成されている。

図３は、事故除去装置１４の回路構成を示している。事故除去装置１４は、比較器１５、ＡＮＤ回路１６、１７、演算部１８、制御変更部１９により構成される。これらの構成要素のうち、ＡＮＤ回路１６は事故箇所から規定される電力変換器２１〜２３の状態(自端が事故端か健全端か、及び自極が事故極か健全極か)を判定する部分である。ＡＮＤ回路１７は比較器１５の比較結果及びＡＮＤ回路１６の判定結果から順変換動作中で事故端且つ健全極である電力変換器２１〜２３を判定する部分である。

(比較器)
比較器１５は、予め設定された閾値Pと、電力変換器２１〜２３への現在の電力指令値Pdcを入力して、両者の比較して、比較結果を出力する。比較器１５は、PよりPdcが大きい場合は１を出力、小さい場合は０を出力する。Pdcが１を出力する場合は順変換動作が行われており、０を出力する場合は逆変換動作が行われていることを示す。比較器１５は、閾値Pと電力変換器２１〜２３への電力指令値Pdcを比較することで、自端の電力変換器２１〜２３の電力変換動作が順変換動作であることを判定する。

(ＡＮＤ回路)
ＡＮＤ回路１６は、保護装置４からの自端事故判定信号と自極事故判定信号の論理演算結果を反転させた信号が入力信号となる。ＡＮＤ回路１６は、自端事故判定信号と、自極事故判定信号を反転させた信号との論理積を出力する。自端が事故端で事故極の場合は、ＡＮＤ回路１６への入力信号は、自端事故判定信号が１、自極事故判定信号の論理演算結果を反転させた信号が０となり、論理積の演算結果は０となる。ＡＮＤ回路１６では、入力する２つの信号が共に１の場合以外は、論理積の演算結果は０となる。

ＡＮＤ回路１６は、保護装置４から入力する自端事故判定信号と自極事故判定信号の論理演算結果を反転させた信号に基づいて、自端の電力変換器２１〜２３の状態を判定する部分である。ＡＮＤ回路１６は、自端の電力変換器２１〜２３の属する端子が事故箇所から切り離されていない事故端であり、且つ自端の電力変換器２１〜２３の属する極が直流事故の発生していない健全極であることを判定する。

ＡＮＤ回路１７は、比較器１５の出力信号とＡＮＤ回路１６の出力信号を入力信号とし、これらの信号に基づいて、電力変換器２１〜２３への電力指令値の変更指令１又は０を演算部１８に出力する。ＡＮＤ回路１７での論理演算方法はＡＮＤ回路１６のそれと同様である。

(演算部)
ＡＮＤ回路１７の出力した変更指令が１であれば、演算部１８は、電力変換器２１〜２３の順変換動作を停止させる変更指令値を演算する。演算部１８は、予め設定された複数の段階を経て所定の電力指令値まで変更するように変更指令値を演算する。例えば、演算部１８が電力指令値を１から０まで２段階で変更する場合、まず１から０．５に変更する変更指令値を求め、次に０．５から０に変更する変更指令値を求めるようにする。

(制御変更部)
制御変更部１９は、直流事故発生時に電力変換器２１〜２３への電力指令値を変更する部分であり、演算部１８が求めた変更指令値を電力変換器２１〜２３に出力する。制御変更部１９が変更指令値を出力する電力変換器２１〜２３は、順変換動作中で事故端且つ健全極であって、変更指令値に従って電力変換器２１〜２３の順変換動作を停止させる。

制御変更部１９による順変換動作の停止制御には、単に電力変換器２１〜２３の順変換動作を停止するだけにとどまらず、順変換動作から逆変換動作への変更制御も含まれる。なお、電力変換器２１〜２３は、順変換動作を停止した時でも交流側の無効電力運転は継続が可能である。

(作用)
図１の直流送電システム１では、交流系統１１から交流系統１２や交流系統１３に電力供給する場合、電力変換器２１は順変換動作となり、その他の電力変換器２２、２３は逆変換動作となる。また、交流系統１２と交流系統１３から交流系統１１に電力供給する場合は、電力変換器２１〜２３の動作が上記と逆転して、電力変換器２１が逆変換動作となり、電力変換器２２、２３が順変換動作となる。

多極構成の直流送電システム１において、直流系統で事故が発生した場合、まず各極の状態を事故極と健全極に分けることができる。事故極とは、自極の直流系統本線または帰線で事故が発生した極を示し、健全極は事故極以外を示す。事故極は単極同様の事故除去を行うが、健全極は連系する交流系統への影響を最小化するためになるべく運転を継続する必要がある。

また、直流送電システム１の電力変換器は事故端と健全端とに分けることができる。事故端は自端が事故箇所から切り離されていない端子であり、健全端は自端が事故箇所から切り離されている端子である。自端の電力変換器２１〜２３は、事故端か健全端か、及び自極の電力変換器２１〜２３は、事故極か健全極かが、事故箇所から規定される。このような電力変換器２１〜２３の状態を判定する部分、すなわち自極が事故端且つ健全極かを判定する部分が、ＡＮＤ回路１６である。

(順変換動作時の事故除去)
電力変換器２１が順変換動作する場合、つまり交流系統１１から交流系統１２、１３に電力供給する場合の事故除去装置１４の動作について説明する。電力変換器２１Ｐと直流系統遮断器であるDCCB1pとの間の直流送電線３に、地絡事故などの直流事故が発生したとする(図１参照)。このとき、電力変換器２１が事故端となり、それ以外の電力変換器２２、２３は健全端となる。また、事故端のうち、電力変換器２１Ｐが事故極であり、電力変換器２１Ｎは健全極である。

(順変換動作する電力変換器の動作現象)
順変換動作する電力変換器２１Ｐ、２１Ｎの動作現象について図４を用いて説明する。図４に示すように、電力変換器２１Ｐは事故端且つ事故極である。そのため、地絡事故の発生から間もなく過電流保護が働き、スイッチング素子７をゲートブロックの状態とする。また、直流系統遮断器DCCB1pと交流系統遮断器ACCB1pは開路状態とする。直流系統遮断器DCCBの開路により、健全端且つ事故極からの事故電流を遮断する。これらによって、電力変換器２１Ｐの交流側や電力変換器２２、２３側から、事故箇所への事故電流供給は停止する。なお、直流系統遮断器DCCBは、事故端と地絡箇所の事故電流を遮断できればよく、必ずしもDCCB1pである必要ない。

しかし、図４に示すように、電力変換器２１Ｐがゲートブロックしても、電力変換器２１Ｎから地絡箇所を経由する電流は０Aにならない。なぜなら、電力変換器２１Ｎの直流送電線３側から双極間電極線５１側へ流れる向きの直流電流が、電力変換器２１Ｐ内部の逆並列ダイオードを通流するからである(図４の点線矢印参照)。

電力変換器２１Ｎと地絡箇所を経由する電流を零にするためには、電力変換器２１Ｎの直流送電線３側から双極間電極線５１側へ流れる向きの直流電流を停止する必要がある。すなわち、直流系統の事故発生時、事故端且つ健全極且つ順変換動作する電力変換器２１Ｎを停止する必要がある。

(事故除去装置の動作)
直流事故発生直後の電力変換器２１Ｐ、２１Ｎでの事故除去装置１４の動作を説明する。事故除去装置１４が保護装置４から入力する信号のうち、電力変換器２１Ｐの自端事故判定信号は１、自極事故判定信号は１である。そのため、事故除去装置１４では、電力変換器２１Ｐの自端事故判定信号と自極事故判定信号の反転結果は１と０なり、ＡＮＤ回路１６の論理演算結果は０となる。電力変換器２１Ｐは順変換動作のため、比較器１５の直流電力指令値Pdcは閾値Pより大きくなり、比較器１５は１を出力する。

よって、比較器１５の出力信号１とＡＮＤ回路１６の出力信号０の論理演算結果から、ＡＮＤ回路１７は０を出力する。このように、順変換動作中の電力変換器２１Ｐが事故端且つ事故極であれば、ＡＮＤ回路１７は演算部１８に０を送信する。ＡＮＤ回路１７から０を受信した演算部１８は、電力変換器２１Ｐに順変換動作を停止させる変更指令値を演算することはなく、制御変更部１９は、変更指令値を電力変換器２１Ｐに出力することもない。

一方、事故除去装置１４が保護装置４から入力する信号のうち、電力変換器２１Ｎの自端事故判定信号は１、自極事故判定信号は０である。そのため、事故除去装置１４では、自端事故判定信号と自極事故判定信号の反転結果は共に１なり、ＡＮＤ回路１６の論理演算結果は１となる。電力変換器２１Ｎは順変換動作のため、比較器１５の直流電力指令値Pdcは閾値Pより大きくなり、比較器１５は１を出力する。

よって、比較器１５の出力信号１とＡＮＤ回路１６の出力信号１の論理演算結果から、ＡＮＤ回路１７は１を出力する。このように、順変換動作を行う電力変換器２１Ｎが事故端且つ健全極であれば、ＡＮＤ回路１７は演算部１８に１を送信する。ＡＮＤ回路１７から１を受信した演算部１８は、電力変換器２１Ｎの順変換動作を停止させる変更指令値を演算する。演算部１８は、予め設定された複数の段階を経て徐々に電力指令値が変わるように変更指令値を演算する。演算部１８は、電力指令値を０に変更するように変更指令値を演算する。

制御変更部１９は変更指令値を電力変換器２１Ｎに出力する。制御変更部１９は、変更指令値を電力変換器２１Ｎに送ることで、電力変換器２１Ｎの順変換動作を停止させる。また、制御変更部１９は電力変換器２１Ｎの順変換動作を逆変換動作に変更するように制御してもよい。

演算部１８は、徐々に電力指令値が変わるような変更指令値を求めているので、制御変更部１９は変更指令値に従い、電力変換器２１Ｎの順変換動作を徐々に変更あるいは停止させることができる。しかも、演算部１８が求めた変更指令値は、電力指令値を０に変更するものなので、制御変更部１９は電力変換器２１Ｎの順変換動作を確実に停止させることができる。なお、電力変換器２１Ｎは順変換動作を変更あるいは停止させるにせよ、交流側の無効電力運転は継続しても構わない。

直流事故発生後に事故箇所でアークのない零電流状態が予め設定された時間を経過した場合、復帰制御部２０は、この状態を判定する。そのため、復帰制御部２０は、順変換運転停止中の電力変換器２１Ｎに対し直流事故前と同様の電力指令値を出力する。したがって、電力変換器２１Ｎは順変換運転を再開することができる。

直流事故発生直後に逆変換動作を行う電力変換器２２、２３については同様の結果となるため、健全端で事故極である電力変換器２２Ｐと、健全端で健全極である電力変換器２２Ｎでの事故除去装置１４の動作について説明する。まず、電力変換器２２Ｐでの事故除去装置１４の動作について説明する。

事故除去装置１４が保護装置４から入力する信号のうち、電力変換器２２Ｐの自端事故判定信号は０、自極事故判定信号は１である。そのため、電力変換器２２Ｐの自端事故判定信号と自極事故判定信号の反転結果は、共に０となり、ＡＮＤ回路１６の論理演算結果は０となる。電力変換器２２Ｐは逆変換動作のため、比較器１５の直流電力指令値Pdcは閾値Pより小さくなり、比較器１５は０を出力する。

よって、比較器１５の出力信号０とＡＮＤ回路１６の出力信号０の論理演算結果から、ＡＮＤ回路１７は変更指令０を出力する。つまり、ＡＮＤ回路１７は電力変換器２２Ｐを事故端且つ健全極且つ順変換動作と判定していない。このとき、電力変換器２２Ｐが逆変換動作ではなく、順変換動作であったとしても、ＡＮＤ回路１７は変更指令０を出力することになり、同様である。ＡＮＤ回路１７から変更指令０を受信した演算部１８は、電力変換器２２Ｐに順変換動作を停止させる変更指令値を演算することはなく、制御変更部１９は、電力変換器２２Ｐに変更指令値を出力することもない。

続いて、電力変換器２２Ｎでの事故除去装置１４の動作について説明する。事故除去装置１４が保護装置４から入力する信号のうち、電力変換器２２Ｎの自端事故判定信号及び自極事故判定信号は共に０である。そのため、電力変換器２２Ｎの自端事故判定信号と自極事故判定信号の反転結果は、０と１となり、ＡＮＤ回路１６の論理演算結果は０となる。電力変換器２２Ｎは逆変換動作のため、比較器１５の直流電力指令値Pdcは閾値Pより小さくなり、比較器１５は０を出力する。

よって、比較器１５の出力信号０とＡＮＤ回路１６の出力信号０の論理演算結果から、ＡＮＤ回路１７は０を出力する。つまり、ＡＮＤ回路１７は電力変換器２２Ｎを事故端且つ健全極且つ順変換動作と判定しない。このとき、電力変換器２２Ｎが順変換動作であっても、ＡＮＤ回路１７の出力は０となり、同様である。ＡＮＤ回路１７から０を受信した演算部１８は、電力変換器２２Ｎに順変換動作を停止させる変更指令値を演算することはなく、制御変更部１９は、電力変換器２２Ｎに変更指令値を出力することもない。

以上述べたように、直流送電システム１に含まれる電力変換器２１〜２３において、健全極では事故端且つ順変換動作中の電力変換器２１Ｎのみが、順変換動作の継続を停止する。ただし、電力変換器２１Ｎは順変換動作の継続を停止しても、交流側の無効電力運転は継続することができる。

健全極である他の電力変換器２２Ｎ、２３Ｎは、そのいずれかを順変換動作とすることで、電力融通を継続することができる。ただし、順変換動作可能な電力変換器が存在しない場合は、交流系統１２、１３から電力供給することができないため、これらの電力変換器２２Ｎ、２３Ｎを運転停止しても良い。

(交流系統１２、１３から交流系統１１に電力供給する場合の事故除去)
交流系統１２、１３から交流系統１１に電力供給する場合の事故除去装置１４の動作について説明する。この場合は、前述したように、電力変換器２１が逆変換動作、電力変換器２２、２３が順変換動作となる。

(逆変換動作する電力変換器の動作現象)
逆変換動作する電力変換器２１Ｐ、２１Ｎの動作現象について図５を用いて説明する。図５に示すように、変換器保護と事故電流遮断のため、電力変換器２１Ｐのスイッチング素子７はゲートブロックの状態とし、直流系統遮断器DCCB1pと交流系統遮断器ACCB1pは開路状態になる。この状態では、電力変換器２１Ｎは、図５の電流経路によって逆変換動作の運転継続が可能となる。

逆変換動作の電力変換器２１Ｎは順変換動作時のように事故極への事故電流の供給に寄与しないために、電力指令値の変更は必要としない。なぜなら、電力変換器２１Ｎの双極間電極線５１側から直流送電線３側へ流れる向きの直流電流は、電力変換器２１Ｐ内部の逆並列ダイオードを通流しないからである(図５の実線の矢印参照)。

さらに、事故箇所から切り離された事故極の電力変換器２２Ｐ、２３Ｐと、他の健全極の電力変換器２２Ｎ、２３Ｎも運転を継続することができる。なお、直流系統遮断器DCCBを開路する場所により、事故端は変わるが、上記同様の動作を行えば、事故電流を遮断することができ、事故から復帰することが可能である。

(効果)
第１の実施形態に係る事故除去装置１４は、多極構成の直流送電システム１に適用されるものであり、電力変換器２１〜２３が順変換動作であることを判定する比較器１５と、順変換動作中で事故端且つ健全極であることを判定するＡＮＤ回路１６、１７と、順変換動作を停止させる変更指令値を演算する演算部１８と、変更指令値を電力変換器２１〜２３に出力する制御変更部１９と、を備えている。

このような第１の実施形態によれば、自端の電力変換器２１〜２３の動作モードが順変換動作であることを参照し、自端の電力変換器２１〜２３が事故端且つ健全極であるかによって、電力指令値の変更が必要であるか否かを判断する。そして、直流事故の発生後、制御変更部１９が事故端且つ健全極で順変換動作中の電力変換器２１〜２３に対して、変更指令値を送ることで電力変換器２１〜２３への電力指令値を変更し、順変換動作を停止させる。その結果、第１の実施形態では、健全極から事故極に直流電流が流入することがなく、事故を確実に除去することができる。また、健全端あるいは逆変換動作中の電力変換器２１〜２３に関しては運転を継続させることができるので、電力融通の停止を最小限に抑えることが可能である。

第１の実施形態では、演算部１８は、予め設定された複数の段階を経て所定の電力指令値まで変更する変更指令値を演算するので、制御変更部１９は、演算部１８の演算結果に従って電力変換器２１〜２３への電力指令値を段階的に変更する。したがって、順変換動作中の電力変換器２１〜２３は、順変換動作を徐々に停止あるいは変更することができる。

よって、順変換動作の停止動作あるいは変更動作が急に行われることがなく、連系する交流系統１１、１２、１３の安定性を確保することができる。しかも、制御変更部１９は、最終的には電力指令値を０に変更するので、電力変換器２１〜２３の順変換動作を確実に停止することができる。

また、第１の実施形態では、直流事故発生後から予め設定された時間が経過したと復帰制御部２０が判定すると、復帰制御部２０は、順変換運転停止中の電力変換器２１〜２３に事故前と同様の電力指令値を出力する。したがって、事故電流が十分に低減した状態で直流送電システム１の運転再開を実現することができる。

その結果、復帰の直流線路再充電と同時に再度地絡する心配がなくなり、直流送電システム１を運用する際の信頼性が向上する。なお、直流送電システム１の復帰は、事故極より健全極を先に復帰させるようにしてもよい。これによって、連系する交流系統１１、１２、１３の安定性をより高める確保することが可能である。

(第２の実施形態)
(構成)
第２の実施形態は図６に示す直流送電システム１Ａに適用されるものである。図６に示した直流送電システム１Ａは、図１に示した直流送電システム１から直流系統遮断器DCCBを取り除いた構成となっている。

第２の実施形態に係る事故除去装置２４では、保護装置４からの入力信号として自端事故判定信号を他極事故判定信号に置き換えている。すなわち、事故除去装置２４では、自極事故判定信号と他極事故判定信号を入力信号とする。他の構成要素は、第１の実施形態と同様である。そのため、同一符号を付して説明は省略する。

図７は、第２の実施形態に係る事故除去装置２４の回路構成を示している。図７に示す事故除去装置２４において、図３で示した第１の実施形態の事故除去装置１４と異なる点は、比較器１５とＡＮＤ回路１７を削除し、ＡＮＤ回路１６の一入力である自端事故判定信号を、他極事故判定信号に置き換えた点である。つまり、事故除去装置２４では、自極事故検知信号の反転信号と他極事故判定信号がＡＮＤ回路１６の入力信号であり、その出力信号が変更指令となる。他極事故判定信号に関しては他極が健全極なら０、事故極なら１となる。なお、演算部１８の出力信号は電力変換器２１〜２３への電力指令値の変更指令１又は０となり、演算部１８における演算方法は第１の実施形態と同様である。

(作用と効果)
直流送電システム１Ａでは、直流送電線３から直流系統遮断器DCCBを削除したので、直流送電線３で地絡事故などの直流事故が発生すると、事故極では、直流送電線にDCCBがないので、事故電流が遮断できない。そのため、全ての交流系統遮断器ACCBを開路することで、事故極で事故電流を遮断する。また、順変換動作している健全極の電力変換器２１〜２３では、地絡箇所を経由する電流を供給するので、事故除去装置２４は、順変換動作中で且つ健全極の電力変換器２１〜２３に対して変更指令値を出力して、電流の供給を停止する。つまり、健全極且つ逆変換動作する電力変換器２１〜２３だけが運転継続可能となる。

しかし、直流事故の発生後は、電力供給源となる順変換動作の電力変換器２１〜２３は運転停止する。そのため、逆変換動作する電力変換器２１〜２３も運転停止する必要がある。したがって、事故除去装置２４では、全ての健全極の順変換動作と逆変換動作を停止させる。

図６に示すように、第２の実施形態にて、上記第１の実施形態と同様の運転且つ同様の箇所で地絡事故などの直流事故が発生したとする。さらに、地絡事故の発生から間もなく、事故極の全ての交流系統遮断器ACCBは開路とする。このとき、電力変換器２１Ｐ、２２Ｐ、２３Ｐの各事故除去装置２４は、他極事故判定信号が０、自極事故判定信号の反転信号が０、ＡＮＤ回路１６の出力が０となる。前述したように、他極事故判定信号に関しては他極が健全極なら０、事故極なら１となる。

電力変換器２１Ｎ、２２Ｎ、２３Ｎは、他極事故判定信号が１、自極事故判定信号の反転信号が１、ＡＮＤ回路１６の出力が１となる。よって、演算部１８では電力変換器２１Ｎ、２２Ｎ、２３Ｎの健全極において電力指令値の変更指令が１となり、制御変更部１９は電力変換器２１Ｎ、２２Ｎ、２３Ｎに関して順変換動作と逆変換動作を停止する変更指令値を出力する。なお、電力変換器２１Ｎ、２２Ｎ、２３Ｎは交流側の無効電力運転は継続できる。

以上のように、第２の実施形態では、直流事故が発生すると、自極事故判定信号と他極事故判定信号を入力して、全ての健全極の順変換動作と逆変換動作を停止させる。したがって、直流送電線３から直流系統遮断器DCCBを削除した直流送電システム１Ａであっても、事故を確実に除去することができる。

なお、第２の実施形態でも、演算部１８が、予め設定された複数の段階を経て所定の電力指令値まで変更する変更指令値を演算することで、制御変更部１９が電力指令値を徐々に変更する制御を行うようにしてもよい。これにより、連系する交流系統の安定性を確保することができる。

また、第２の実施形態でも、復帰制御部２０を設けることで、直流事故の発生後から予め設定された時間が経過後、事故電流が十分に低減した状態で直流送電システム１の運転を再開することが可能である。そのため、復帰の直流線路再充電と同時に再度地絡することがなくなり、直流送電システム１Ａを運用する際の信頼性が向上する。

(他の実施形態)
本発明のいくつかの複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、制御変更部１９は、自己消弧型素子のゲート信号に用いて電力変換器への電力指令値を変更するようにしてもよい。このような実施形態によれば、ＭＭＣからなる電力変換器２１〜２３において、制御変更部１９を簡単に構成することができ、シンプルな構成の事故除去装置を実現することができる。

１、１Ａ…直流送電システム
３…直流送電線
４…保護装置
６…セルコンデンサ
７…スイッチング素子
８Ａ…上アーム
８Ｂ…下アーム
９…バッファリアクトル
１０…変圧器
１１、１２、１３…交流系統
１４、２４…事故除去装置
１５…比較器
１６、１７…ＡＮＤ回路
１８…演算部
１９…復帰判定部
２１Ｐ、２１Ｎ、２２Ｐ、２２Ｎ、２３Ｐ、２３Ｎ…電力変換器
５１、５２、５３…双極間電極線

Claims (10)

1. 電力変換器が複数設置され少なくとも２極から構成された直流送電システムに適用される事故除去装置であって、
   直流事故発生時に前記電力変換器への電力指令値を変更する制御変更部を備えた事故除去装置。
2. 予め設定された閾値と前記電力変換器への現在の電力指令値とを比較する比較部と、
   外部から自端事故判定信号及び自極事故判定信号を入力して事故箇所を判定する判定部と、を備え、
   前記制御変更部は、前記比較部の比較結果及び前記判定部の判定結果に基づいて前記電力変換器への電力指令値を変更する請求項１に記載の事故除去装置。
3. 前記判定部は、自端の電力変換器の属する端子が、事故箇所から切り離されていない事故端又は事故箇所から切り離す手段を有していない事故端であり、且つ自端の電力変換器の属する極が、事故の発生していない健全極であることを判定する請求項２に記載の事故除去装置。
4. 前記比較部は、比較結果に基づいて前記電力変換器が順変換動作であることを判定する請求項２または３に記載の事故除去装置。
5. 前記制御変更部は、前記電力変換器の順変換動作を停止させるように前記電力変換器への電力指令値を変更する請求項１〜４のいずれかに記載の事故除去装置。
6. 予め設定された複数の段階を経て所定の電力指令値まで変更する変更指令値を演算する演算部を備え、
   前記制御変更部は前記演算部の演算結果に従って前記電力変換器への電力指令値を変更する請求項１〜５のいずれかに記載の事故除去装置。
7. 前記制御変更部は電力指令値を０に変更する請求項１〜６のいずれかに記載の事故除去装置。
8. 直流事故発生後に事故箇所でアークのない零電流状態が所定の時間を経過したことを判定して、順変換運転停止中の前記電力変換器に対し事故前と同様の電力指令値を出力する復帰制御部を備えた請求項１〜７のいずれかに記載の事故除去装置。
9. 前記制御変更部は、自己消弧型素子のゲート信号により前記電力変換器への電力指令値を変更する請求項１〜８のいずれかに記載の事故除去装置。
10. 前記電力変換器はモジュラーマルチレベルコンバータからなる請求項１〜９のいずれかに記載の事故除去装置。

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