JP2022012760A - 直流電流遮断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電流検出器の故障を早期に検出し、故障がある場合には速やかにシステムを保護停止させることができる直流電流遮断装置を提供することである。【解決手段】実施形態の直流電流遮断装置は、機械式接点または電気式接点と、半導体遮断器と、転流回路と、複数の電流検出器と、制御装置とを持つ。制御装置は、複数の電流検出器の検出値に基づいて機械式接点または電気式接点、半導体遮断器、および転流回路を制御し、直流電流遮断装置を流れる直流電流を遮断する。また、制御装置は、複数の電流検出器のうち一部または全部の電流検出器の検出値の変化度合いまたは、他の電流検出器の検出値との関係に基づいて複数の電流検出器のうち一部または全部に異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていると判定した場合、直流電流を遮断するための一連の動作を停止する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、直流電流遮断装置に関する。

近年、送電システムにおいて直流送電を行うことについて検討・導入が進められている。直流送電システムは、従来の交流送電システムに比べ、長距離大電力送電に適用した場合に、低コストで設置可能であり且つ送電損失が少ない高効率システムを構築することが可能である。その一方、直流送電においては系統事故の発生した個所を遮断・隔離することが難しい。直流電流では、電流がゼロを横切る点（ゼロ点）が生じないため、機械式接点では電流を容易に遮断できないためである。これを解決するため、様々な直流電流遮断装置が検討されている。

直流電流遮断装置を運転する際には、内部の電流情報を動作の制御に用いるために、電流を検出することが重要となる。しかし直流電流遮断装置は平常時には導通状態を保ち、直流送電線に事故が発生した場合にのみ遮断動作するものであるため、平常時には特段の動作が発生しない。したがって、電流検出に故障が発生していても、それを検知できるのは事故が発生した時である。事故時に正常に回線を遮断するためには、電流検出器の故障をいち早く検出する必要がある。

特開２０１６－１６２７１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、電流検出器の故障を早期に検出し、故障がある場合には速やかにシステムを保護停止させることができる直流電流遮断装置を提供することである。

実施形態の直流電流遮断装置は、機械式接点または電気式接点と、半導体遮断器と、転流回路と、複数の電流検出器と、制御装置とを持つ。半導体遮断器は、前記機械式接点または電気式接点と並行に設けられている。転流回路は、前記機械式接点または電気式接点を流れる電流を前記半導体遮断器に転流させる。制御装置は、前記複数の電流検出器の検出値に基づいて前記機械式接点または電気式接点、前記半導体遮断器、および前記転流回路を制御し、前記直流電流遮断装置を流れる直流電流を遮断する。また、前記制御装置は、前記複数の電流検出器のうち一部または全部の前記電流検出器の検出値の変化度合いまたは、他の電流検出器の検出値との関係に基づいて前記複数の電流検出器のうち一部または全部に異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていると判定した場合、前記直流電流を遮断するための一連の動作を停止する。

第１の実施形態の直流電流遮断装置１の構成の一例を示す図。 直流電流遮断装置１の動作について説明するための図。 直流電流遮断装置１の動作について説明するための図。 直流電流遮断装置１の動作について説明するための図。 変形例の直流電流遮断装置１Ａの構成の一例を示す図。 上位制御装置２００と制御装置１００との関係を示す図。 遮断動作時において制御装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャート。 転流回路１１の他の構成例を示す図。 第２の実施形態に係る直流電流遮断装置１Ｂの構成の一例を示す図。 第３の実施形態に係る直流電流遮断装置１Ｃの構成の一例を示す図。

以下、実施形態の直流電流遮断装置を、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態の直流電流遮断装置１の構成の一例を示す図である。例えば、図の左側には送電設備が存在し、図の右側には需要家が存在する。この場合、通常であれば左側から右側に直流電流が流れる。電流遮断装置１は、例えば、転流回路１１、機械接点式の断路器１２、遮断器１３、半導体遮断器１４、アレスタ１５、ダイオード１６、リアクトル１７、補助断路器１８、および制御装置１００を備える。電流遮断装置１には、電流検出器Ｓ１～Ｓ６が取り付けられている。電流検出器Ｓ１～Ｓ６のそれぞれの検出値は制御装置１００に入力される。

直流電流遮断装置１の第１端である節点ｄと第２端である節点ｃは、断路器１２と遮断器１３が直列に接続された第１線路と、半導体遮断器１４とアレスタ１５が並列に接続され、更にダイオード１６が直列に接続された第２線路とで並列に接続されている。また、第１線路における断路器１２と遮断器１３との間の節点ａと、第２線路におけるダイオード１６のカソード側の節点ｂとを接続する第３線路には、転流回路１１が設けられている。

転流回路１１は、例えば、コンデンサ１１Ａ、ダイオード１１Ｂ、スイッチング部１１Ｃ、およびサイリスタ１１Ｄを備え、それらが図示する形態で接続されている。スイッチング部１１Ｃは、それぞれ、互いに並列に接続されたスイッチング素子とダイオードとを備える。サイリスタ１１Ｄは、オフ状態において、流れる電流を双方向に阻止し、オン状態において、節点ａから節点ｂに向けて流れる電流を許容し、その逆向きの電流を阻止する。転流回路１１のスイッチング部１１Ｃのオン・オフ制御は、制御装置１００によって行われる。

断路器１２と遮断器１３は、制御装置１００によって開極状態または閉極状態のいずれかに制御される。

半導体遮断器１４は、例えば、互いに直列に接続された複数（図では４つ）のスイッチング部を備える。スイッチング部は、それぞれ、互いに並列に接続されたスイッチング素子とダイオードとを備える。具体的には、ダイオードのカソードと、スイッチング素子のコレクタとが互いに接続され、ダイオードのアノードと、スイッチング素子のエミッタとが接続されている。スイッチング素子は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子である。スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限定されず、自己消弧を実現可能なスイッチング素子であれば、いかなる素子でもよい。半導体遮断器１４のスイッチング素子のオン・オフ制御は、制御装置１００によって行われる。

アレスタ１５は、半導体遮断器１４がオフ状態に制御されることにより、直流送電線ＤＬのインダクタンス１９の分のエネルギーに起因して発生するサージエネルギーを吸収する。ダイオード１６は、節点ｄから節点ｂに流れる電流を許容し、その逆向きの電流を阻止する。

制御装置１００は、例えば、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより以下の機能を実現するものである。制御装置１００の機能のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。プログラムは、予めＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。

図２～図４を参照し、直流電流遮断装置１の動作について説明する。図２におけるＣＬ１は、通常送電時における電流の流れを示している。直流送電線ＤＬの電流は、第１端ｄ、節点ａ、および第２端ｃを通り、節点ｂを通らずに流れる。

図３におけるＣＬ２は、直流電流遮断装置１の遮断動作時の第１段階における電流の流れを示している。例えば、制御装置１００は、上位の制御システムから遮断指示信号を受信すると、断路器１２と遮断器１３とを開極状態にし、転流回路１１を（スイッチング部１１Ｃを）オン状態にする。断路器１２と遮断器１３とを開極状態にしただけでは、接点間にアークが生じるため、断路器１２も遮断器１３も電気的に遮断された状態にはならない。しかしながら、転流回路１１がオン状態になると、転流回路１１は、コンデンサ１１Ａに蓄電されている電荷を放電し、コンデンサ１１Ａの正極からスイッチング部１１Ｃ－１（本図の説明においてのみハイフン以下の符号を示す）、節点ｂ、遮断器１３、節点ａ、スイッチング部１１Ｃ－２、を順に経てコンデンサ１１Ａの負極に至る回路を形成する。この回路が形成されるのは、リアクトル１７に対して上述した向きによってダイオード１６が接続されていることにより、節点ｂから節点ｄに流れる電流が阻止されるためである。この回路を還流する電流は、遮断器１３において通常送電時と同様に流れようとする電流と逆方向の電流であるため、遮断器１３に生じたアークを打ち消すように作用する。この結果、遮断器１３に流れる電流がゼロになり、遮断器１３が電気的にも遮断状態となる。

図４におけるＣＬ３は、直流電流遮断装置１の遮断動作時の第２段階における電流の流れを示している。図３に示す状態となった後、制御装置１００は、半導体遮断器１４をオン状態にし、転流回路１１をオフ状態にする。すると、コンデンサ１１Ａに蓄電されている電荷による電圧が、断路器１２を流れ続ける電流を減少させる方向に印加される。これによって、断路器１２を流れる電流が減少し、半導体遮断器１４の側の第２線路に転流する。最終的に断路器１２を流れる電流が全て半導体遮断器１４の側の第２線路に転流され、断路器１２を流れる電流がゼロになるため、断路器１２が電気的にも遮断状態となる。

図４に示す状態の後、制御装置１００は、半導体遮断器１４をオフ状態にする。これによって、直流電流遮断装置１を流れる電流が遮断される。遮断後、直流送電線ＤＬのインダクタンス１９の分のエネルギーは、アレスタ１５で消費される。その後、補助断路器１８が開極状態にされることで、遮断動作が完了する。

制御装置１００は、例えば、上記説明した遮断動作を、電流検出器Ｓ１～Ｓ６のそれぞれの検出値に基づいて進行させる。ところが、前述したように通常送電時において制御装置１００は特段の制御を行わないため、電流検出器Ｓ１～Ｓ６の検出値も特段に変化するものではなく、遮断動作時に初めて異常を検知するということが生じ得る。直流電流遮断装置１の遮断動作においては制御タイミングの正確さが要求されるため、電流検出器の故障を早期に検出し、故障がある場合には速やかにシステムを保護停止させることが望ましい。

そこで、制御装置１００は、以下に説明するように、複数の電流検出器Ｓ１～Ｓ６のうち一部または全部の電流検出器の検出値の変化度合いまたは、他の電流検出器の検出値との関係に基づいて、複数の電流検出器Ｓ１～Ｓ６のうち一部または全部に異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていると判定した場合、直流電流を遮断するための一連の動作を停止する。なお、直流電流遮断装置１は複数の電流検出器Ｓ１～Ｓ６の全てを備えている必要は無く、一部の電流検出器が省略されてもよいし、他の箇所に別の電流検出器が設けられてもよい。

「一連の動作を停止する」とは、例えば、転流回路１１のスイッチング部１１Ｃと、半導体遮断器１４のスイッチング素子に与える全てのゲート信号をオフにすることを意味する。また、「一連の動作を停止する」際に、制御装置１００は、直流電流を遮断するための一連の動作を指示する上位制御装置２００（後述）と通信し、複数の電流検出器Ｓ１～Ｓ６のうち一部または全部に異常が生じている旨の情報を、上位制御装置２００に送信してもよい。

制御装置１００は、以下に示す判定処理Ａ～Ｅのうち一部または全部、或いは他の種類の判定処理を実行する。

（判定処理Ａの第1例）
制御装置１００は、転流回路１１の状態をオフ状態からオン状態に、或いはオン状態からオフ状態に切り替えることで生じる、転流回路１１を流れる電流の変化期間における、転流回路１１を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いに基づいて、転流回路１１を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する。例えば、転流回路１１の状態をオフ状態からオン状態に切り替えた場合、一定期間の間、転流回路１１を流れる電流は、制御サイクルの到来ごとに一定に近い傾き（変化率）で増加する。オン状態からオフ状態に切り替えた場合はその逆である。この状態が継続する時間は実験等で予め求められており、制御装置１００は、例えば転流回路１１の状態を切り替えた時点を起点として、上記求められた時間よりも若干短い時間が経過する時点までを電流の変化期間として、上記の判定を行う。「転流回路１１を流れる電流を検出可能な電流検出器」とは、例えば、電流検出器Ｓ３、Ｓ５、Ｓ２のうち一部または全部である。制御装置１００は、電流検出器Ｓ２を判定の対象とする場合、電流検出器Ｓ２の検出値は転流回路１１を流れる電流が増加するのに応じて低下するものであるため、電流検出器Ｓ２の検出値の低下量を判定の対象とする。

制御装置１００は、電流の変化期間における、転流回路１１を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の制御サイクルごとの傾き（直前の制御サイクルに対する変化率）が閾値未満である場合、当該電流検出器に異常が生じていると判定する。これに代えて、制御装置１００は、電流の変化期間における、検出値（同上）の各制御サイクルに対応する移動平均値の傾きが閾値未満である場合、当該電流検出器に異常が生じていると判定してもよい。また、制御装置１００は、電流の変化期間における、検出値（同上）を最小二乗法などで直線近似した直線の傾きが閾値未満である場合、当該電流検出器に異常が生じていると判定してもよい。同様の趣旨である限り、制御装置１００は、如何なる手法で電流検出器に異常が生じているか否かを判定してよい。閾値は、コンデンサ１１Ａの電圧と、前述したスイッチング部１１Ｃ－１、節点ｂ、遮断器１３、節点ａ、スイッチング部１１Ｃ－２、を順に経てコンデンサ１１Ａの負極に至る回路のインダクタンス（主にリアクトル１７による）から求められる電流の傾きの設計値に基づいて、予め計算され設定されている。電流検出器Ｓ３、Ｓ５、Ｓ２のそれぞれを判定の対象とする場合、それらに対する閾値は共通であってよい。

（判定処理Ａの第２例）
制御装置１００は、転流回路１１の状態をオフ状態からオン状態に、或いはオン状態からオフ状態に切り替えた前後における、転流回路１１を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いに基づいて、転流回路１１を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定してもよい。「切り替えた前後における（中略）変化度合い」とは、例えば、転流回路１１の状態をオン状態にする直前の制御サイクルにおける検出値と、オン状態にすることによる電流変化が収束するのに十分な時間が経過した時点の制御サイクルにおける検出値との差分または変化率（いずれも絶対値）を意味する。転流回路１１をオン状態からオフ状態にする場合も同様である。以下、そのような意味であるものとして「切り替えた前後における変化度合い」なる語を用いて説明する。

制御装置１００は、転流回路１１の状態を切り替えた前後における、転流回路１１を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いが閾値未満である場合、当該電流検出器に異常が生じていると判定する。閾値は、予め実験等により求められ設定されている。電流検出器Ｓ３、Ｓ５、Ｓ２のそれぞれを判定の対象とする場合、それらに対する閾値は共通であってよい。

（判定処理Ａの拡張）
転流回路１１は、互いに直列に接続された複数の子転流回路を含んでもよい。図５は、変形例の直流電流遮断装置１Ａの構成の一例を示す図である。図示するように転流回路１１は、子転流回路１１－１、１１－２、…、１１－ｎを含む（ｎは２以上の自然数）。係る構成の場合、一部の子転流回路は遮断動作の際にオン状態にされず、待機状態のまま放置される場合がある。また、直流送電線の状況に応じて全ての子転流回路を、遮断動作の際にオン状態にする可能性もあるし、直流電流遮断装置１Ａの設置される環境に応じて一部の子転流回路のみオン状態にするか全ての子転流回路をオン状態にするかを切り替える場合もあり得る。すなわち、制御装置１００Ａは、遮断動作の際に、ｋ個（ｎ≧ｋ）の子転流回路をオン状態にする。そして、制御装置１００Ａは、判定処理Ａの第１例、第２例のいずれかを実行する場合において、転流回路１１を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合い（電流の傾き、移動平均値または近似した直線の傾き、状態変化前後の変化度合い等）と、複数の子転流回路のうち状態を変更した子転流回路の数ｋに応じた閾値との比較に基づいて、転流回路を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する。この場合の閾値は、一つの子転流回路のみオン状態にする場合の閾値をＴｒｅｆとすると、Ｔｒｅｆ×ｋで求められる。

（判定処理Ｂの第１例）
制御装置１００は、半導体遮断器１４の状態をオフ状態からオン状態に、或いはオン状態からオフ状態に切り替えることで生じる、半導体遮断器１４を流れる電流の変化期間における、半導体遮断器１４を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いに基づいて、半導体遮断器１４を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する。例えば、半導体遮断器１４の状態をオフ状態からオン状態に切り替えた場合、一定期間の間、半導体遮断器１４を流れる電流は、制御サイクルの到来ごとに一定に近い傾き（変化率）で増加する。オン状態からオフ状態に切り替えた場合はその逆である。この状態が継続する時間は実験等で予め求められており、制御装置１００は、例えば半導体遮断器１４の状態を切り替えた時点を起点として、上記求められた時間よりも若干短い時間が経過する時点までを電流の変化期間として、上記の判定を行う。「半導体遮断器１４を流れる電流を検出可能な電流検出器」とは、例えば、電流検出器Ｓ４である。電流検出器Ｓ４は、半導体遮断器１４とアレスタ１５が並列に接続されている部分の半導体遮断器１４側に設けられてもよい。制御装置１００は、判定処理Ａの第１例と同様に、半導体遮断器１４を流れる電流の変化期間における、電流検出器Ｓ４の検出値の変化度合い（電流の傾き、移動平均値または近似した直線の傾き等）が閾値未満である場合、電流検出器Ｓ４に異常が生じていると判定する。閾値は、判定処理Ａの第１例と同様に、コンデンサ１１Ａの電圧と、電流経路のインダクタンスに基づいて、予め計算され設定されている。

（判定処理Ｂの第２例）
制御装置１００は、半導体遮断器１４の状態をオフ状態からオン状態に、或いはオン状態からオフ状態に切り替えた前後における、半導体遮断器１４を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いに基づいて、半導体遮断器１４を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定してもよい。制御装置１００は、判定処理Ａの第２例と同様に、半導体遮断器１４の状態を切り替えた前後における、電流検出器Ｓ４の検出値の変化度合いが閾値未満である場合、電流検出器Ｓ４に異常が生じていると判定する。閾値は、判定処理Ａの第２例と同様に、予め実験等により求められ設定されている。

（判定処理Ｃ）
制御装置１００は、断路器１２を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値および半導体遮断器１４を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の和と、直流電流遮断装置１の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値が一致しているか否かに基づいて、それらの電流検出器に異常が生じているか否かを判定する。「断路器１２を流れる電流を検出可能な電流検出器」とは、例えば、電流検出器Ｓ１であり、「半導体遮断器１４を流れる電流を検出可能な電流検出器」とは、例えば、電流検出器Ｓ４であり、「直流電流遮断装置１の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器」とは、例えば、電流検出器Ｓ６である。「一致している」とは、両者の差が種々の理由で生じ得る誤差の範囲内であることを含んでも良い。

（判定処理Ｄ）
制御装置１００は、三以上の線路が接続される節点に接続された三以上の線路のそれぞれを流れる電流を検出可能な三以上の電流検出器の検出値がキルヒホッフの第１法則（節点に流れ込む電流と流出する電流の総和は等しい）を満たさない場合に、三以上の線路のそれぞれを流れる電流を検出可能な三以上の電流検出器のいずれかに異常が生じていると判定する。三以上の線路が接続される節点とは、例えば、節点ａであり、節点ａに接続された三以上の線路のそれぞれを流れる電流を検出可能な三以上の電流検出器は、電流検出器Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３である。制御装置１００は、電流検出器Ｓ１の検出値と、電流検出器Ｓ２、Ｓ３の検出値の和とが一致しているか否かに基づいて、それらの電流検出器に異常が生じているか否かを判定する。また、三以上の線路が接続される節点とは、例えば、節点ｂであり、節点ｂに接続された三以上の線路のそれぞれを流れる電流を検出可能な三以上の電流検出器は、電流検出器Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５である。制御装置１００は、電流検出器Ｓ３、Ｓ４の検出値の和と、電流検出器Ｓ５の検出値とが一致しているか否かに基づいて、それらの電流検出器に異常が生じているか否かを判定する。また、三以上の線路が接続される節点とは、例えば、節点ｃであり、節点ｃに接続された三以上の線路のそれぞれを流れる電流を検出可能な三以上の電流検出器は、電流検出器Ｓ２、Ｓ５、Ｓ６である。制御装置１００は、電流検出器Ｓ２、Ｓ５の検出値の和と、電流検出器Ｓ６の検出値とが一致しているか否かに基づいて、それらの電流検出器に異常が生じているか否かを判定する。

（判定処理Ｅ）
制御装置１００は、上位制御装置２００から取得した直流電流遮断装置１の全体に流れる電流の値と、直流電流遮断装置１の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値とを比較することで、直流電流遮断装置１の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する。図６は、上位制御装置２００と制御装置１００との関係を示す図である。上位制御装置２００は、直流送電線ＤＬや直流電流遮断装置１などシステム全体の情報を統括する装置である。上位制御装置２００と制御装置１００はネットワークＮＷを介して通信する。ネットワークＮＷは、ＷＡＮ（Wide Area Network）やＬＡＮ（Local Area Network）、インターネット、公衆回線、光ファイバーや電気ケーブルによる直接接続等である。上位制御装置２００は、直流送電線ＤＬに流れる電流を検出する電流検出器２１０の検出値を取得し、これをネットワークＮＷを介して制御装置１００に伝送する。

「直流電流遮断装置１の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器」とは、例えば、電流検出器Ｓ６である。制御装置１００は、上位制御装置２００から取得した値と、電流検出器Ｓ６の検出値とが一致しない場合、電流検出器Ｓ６に異常が生じていると判定する。但し、上記の場合であっても、電流検出器Ｓ６の検出値が電流検出器Ｓ２、Ｓ５の検出値の和と一致している場合には、電流検出器２１０の方に異常が生じていると判定し、その旨を上位制御装置２００に送信してもよい。この場合、制御装置１００は、「一連の動作を停止する」ことを行わないようにしてもよいし、念のため行ってもよい。

図７は、遮断動作時において制御装置１００により実行される処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートの処理は、例えば、遮断動作が開始されたタイミングで、遮断動作に係る処理と並行して実行される。

まず、制御装置１００は、前述した判定処理Ｃ～Ｅを実行する（ステップＳ１００）。いずれかの判定処理において電流検出器に異常が生じていると判定した場合、制御装置１００は、直流電流を遮断するための一連の動作を停止し（ステップＳ１１４）、その旨を上位制御装置２００に通知する（ステップＳ１１６）。なお、ステップＳ１００の判定処理に関しては、遮断動作時以外にも行われてよいし、本フローチャートが実行されている間の任意のタイミングで行われてよい。遮断動作時以外に行われる場合、ステップＳ１１４の処理は省略されてよい。

判定処理Ｃ～Ｅの結果、電流検出器に異常が生じていないと判定した場合、制御装置１００は、転流回路１１がオフ状態からオン状態に変更されたか否かを判定する（ステップＳ１０２）。転流回路１１がオフ状態からオン状態に変更されると、制御装置１００は、判定処理Ａを実行する（ステップＳ１０４）。判定処理Ａにおいて電流検出器に異常が生じていると判定した場合、制御装置１００は、直流電流を遮断するための一連の動作を停止し（ステップＳ１１４）、その旨を上位制御装置２００に通知する（ステップＳ１１６）。

ステップＳ１０４の判定処理Ａの結果、電流検出器に異常が生じていないと判定した場合、制御装置１００は、転流回路１１がオン状態からオフ状態に変更されたか否かを判定する（ステップＳ１０６）。転流回路１１がオン状態からオフ状態に変更されると、制御装置１００は、再度判定処理Ａを実行する（ステップＳ１０８）。判定処理Ａにおいて電流検出器に異常が生じていると判定した場合、制御装置１００は、直流電流を遮断するための一連の動作を停止し（ステップＳ１１４）、その旨を上位制御装置２００に通知する（ステップＳ１１６）。

ステップＳ１０８の判定処理Ａの結果、電流検出器に異常が生じていないと判定した場合、制御装置１００は、半導体遮断器１４がオフ状態からオン状態に変更されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。半導体遮断器１４がオフ状態からオン状態に変更されると、制御装置１００は、判定処理Ｂを実行する（ステップＳ１１２）。判定処理Ｂにおいて電流検出器に異常が生じていると判定した場合、制御装置１００は、直流電流を遮断するための一連の動作を停止し（ステップＳ１１４）、その旨を上位制御装置２００に通知する（ステップＳ１１６）。

以下、第１の実施形態の変形例について説明する。図８は、変形例に係る転流回路１１＃１の構成の一例を示す図である。転流回路１１＃１は、図１等に示したダイオード１１Ｂが混在したハーフブリッジ回路ではなく、ダイオード１１Ｂに代えてスイッチング部１１Ｃが設けられたフルブリッジ回路である。なお、図８においてはサイリスタ１１Ｄの図示を省略している。

また、半導体遮断器１４は、同様の回路を逆向きにも接続した双方向型であってもよい。また、遮断器１３や半導体遮断器１４を、直列に複数設けてもよい。また、補助断路器１８は省略されてもよい。

以上説明した第１の実施形態によれば、電流検出器の故障を早期に検出し、故障がある場合には速やかにシステムを保護停止させることができる。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図９は、第２の実施形態に係る直流電流遮断装置１Ｂの構成の一例を示す図である。第１実施形態と共通する機能を有する構成要素については同一の符号を付している。図中の左側から右側に流れる電流を遮断する場合において、第２の実施形態の制御装置１００Ｂは、断路器１２を開極状態にしてアークが生じた状態で、転流回路１１＃１と半導体遮断器１４をオン状態にする。すると図中時計回りの電流が生じ、これがアークの電流を打ち消すように作用するため断路器１２に電流ゼロ点が生じ、断路器１２を電気的遮断状態にすることができる。その後で、制御装置１００Ｂは、半導体遮断器１４と転流回路１１＃１をオフ状態にすることで直流電流遮断装置１Ｂを流れる直流電流を遮断する。制御装置１００Ｂは、電流検出器Ｓ１２について判定処理Ａ、Ｂを行い、電流検出器Ｓ１１、Ｓ１２、Ｓ１３について判定処理Ｃ～Ｅを行うことができる。

（第３の実施形態）
以下、第３の実施形態について説明する。図１０は、第３の実施形態に係る直流電流遮断装置１Ｃの構成の一例を示す図である。第１実施形態と共通する機能を有する構成要素については同一の符号を付している。第３の実施形態の直流電流遮断装置１Ｃは、転流回路１１＃２を備える。転流回路１１＃２は、スイッチング素子とダイオードが逆並列に設けられたスイッチングが、逆向きで直列に接続されたものである。転流回路１１＃２は、通常送電時においてオン状態に維持される。図中の左側から右側に流れる電流を遮断する場合において、第３の実施形態の制御装置１００Ｃは、断路器１２を開極状態にしてアークが生じた状態で、半導体遮断器１４をオン状態にした上で、転流回路１１＃２のスイッチング部のいずれかまたは双方をオフ状態にする。すると電流は半導体遮断器１４に転流する。その後で、制御装置１００Ｃは、半導体遮断器１４をオフ状態にすることで直流電流遮断装置１Ｃを流れる直流電流を遮断する。第３の実施形態の制御装置１００Ｃは、電流検出器Ｓ２２について判定処理Ａ、Ｂを行い、電流検出器Ｓ２１、Ｓ２２、Ｓ２３について判定処理Ｃ～Ｅを行うことができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、機械式接点または電気式接点（１２）と、機械式接点または電気式接点と並行に設けられた半導体遮断器（１４）と、機械式接点または電気式接点を流れる電流を半導体遮断器に転流させる転流回路（１１、１１＃１、１１＃２）と、複数の電流検出器（Ｓ１～Ｓ６、Ｓ１１～Ｓ１３、Ｓ２１～Ｓ２３）と、複数の電流検出器の検出値に基づいて機械式接点または電気式接点、半導体遮断器、および転流回路を制御し、直流電流遮断装置（１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ）を流れる直流電流を遮断する制御装置（１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ）と、を備え、制御装置は、複数の電流検出器のうち一部または全部の電流検出器の検出値の変化度合いまたは、他の電流検出器の検出値との関係に基づいて複数の電流検出器のうち一部または全部に異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていると判定した場合、直流電流を遮断するための一連の動作を停止することにより、電流検出器の故障を早期に検出し、故障がある場合には速やかにシステムを保護停止させることができる。

本発明のいくつか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り、発明の範囲を限定することは意図していない。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、置き換え、変更を行うことができる。これら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。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 直流電流遮断装置
１１、１１＃１、１１＃２ 転流回路
１１Ａ コンデンサ
１１Ｂ ダイオード
１１Ｃ スイッチング部
１１Ｄ サイリスタ
１２ 断路器
１３ 遮断器
１４ 半導体遮断器
１５ アレスタ
１６ ダイオード
１７ リアクトル
１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ 制御装置
ＤＬ 直流送電線

Claims (12)

1. 機械式接点または電気式接点と、
   前記機械式接点または電気式接点と並行に設けられた半導体遮断器と、
   前記機械式接点または電気式接点を流れる電流を前記半導体遮断器に転流させる転流回路と、
   複数の電流検出器と、
   前記複数の電流検出器の検出値に基づいて前記機械式接点または電気式接点、前記半導体遮断器、および前記転流回路を制御し、直流電流遮断装置を流れる直流電流を遮断する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記複数の電流検出器のうち一部または全部の前記電流検出器の検出値の変化度合いまたは、他の電流検出器の検出値との関係に基づいて前記複数の電流検出器のうち一部または全部に異常が生じているか否かを判定し、異常が生じていると判定した場合、前記直流電流を遮断するための一連の動作を停止する、
   直流電流遮断装置。
2. 前記複数の電流検出器は、前記転流回路を流れる電流を検出可能な電流検出器を含み、
   前記制御装置は、前記転流回路の状態を切り替えることで生じる、前記転流回路を流れる電流の変化期間における、前記転流回路を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いに基づいて、前記転流回路を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する、
   請求項１記載の直流電流遮断装置。
3. 前記複数の電流検出器は、前記転流回路を流れる電流を検出可能な電流検出器を含み、
   前記制御装置は、前記転流回路の状態を切り替えた前後における、前記転流回路を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いに基づいて、前記転流回路を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する、
   請求項１または２記載の直流電流遮断装置。
4. 前記転流回路は、互いに直列に接続された複数の子転流回路を含み、
   前記制御装置は、前記検出値の変化度合いと、前記複数の子転流回路のうち状態を変更した子転流回路の数に応じた閾値との比較に基づいて、前記転流回路を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する、
   請求項２または３記載の直流電流遮断装置。
5. 前記複数の電流検出器は、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器を含み、
   前記制御装置は、前記半導体遮断器の状態を切り替えることで生じる、前記半導体遮断器を流れる電流の変化期間における、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いに基づいて、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する、
   請求項１から４のうちいずれか１項記載の直流電流遮断装置。
6. 前記複数の電流検出器は、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器を含み、
   前記制御装置は、前記半導体遮断器の状態を切り替えた前後における、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の変化度合いに基づいて、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する、
   請求項１から５のうちいずれか１項記載の直流電流遮断装置。
7. 前記複数の電流検出器は、前記機械式接点または電気式接点を流れる電流を検出可能な電流検出器と、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器と、前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器とを含み、
   前記制御装置は、前記機械式接点または電気式接点を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値および前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の和と、前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値が一致しているか否かに基づいて、前記機械式接点または電気式接点を流れる電流を検出可能な電流検出器、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器、または前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する、
   請求項１から６のうちいずれか１項記載の直流電流遮断装置。
8. 前記複数の電流検出器は、三以上の線路が接続される節点に接続された前記三以上の線路のそれぞれを流れる電流を検出可能な三以上の電流検出器を含み、
   前記制御装置は、前記三以上の線路のそれぞれを流れる電流を検出可能な三以上の電流検出器の検出値がキルヒホッフの第１法則を満たさない場合に、前記三以上の線路のそれぞれを流れる電流を検出可能な三以上の電流検出器のいずれかに異常が生じていると判定する、
   請求項１から７のうちいずれか１項記載の直流電流遮断装置。
9. 前記複数の電流検出器は、前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器を含み、
   前記制御装置は、前記直流電流を遮断するための一連の動作を指示する上位制御装置と通信し、前記上位制御装置から取得した前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流の値と、前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値とを比較することで、前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器に異常が生じているか否かを判定する、
   請求項１から７のうちいずれか１項記載の直流電流遮断装置。
10. 前記複数の電流検出器は、前記機械式接点または電気式接点を流れる電流を検出可能な電流検出器と、前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器とを更に含み、
    前記制御装置は、前記上位制御装置から取得した前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流の値と、前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値とが相違し、且つ、前記機械式接点または電気式接点を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値および前記半導体遮断器を流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値の和と、前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流を検出可能な電流検出器の検出値が一致している場合、前記上位制御装置から取得した前記直流電流遮断装置の全体に流れる電流の値が異常である旨を、前記上位制御装置に通知する、
    請求項９記載の直流電流遮断装置。
11. 前記転流回路は、一以上のスイッチング素子を備え、
    前記制御装置は、前記直流電流を遮断するための一連の動作を停止する場合、前記転流回路と前記半導体遮断器に与える全てのゲート信号をオフにする、
    請求項１から１０のうちいずれか１項記載の直流電流遮断装置。
12. 前記制御装置は、
    前記直流電流を遮断するための一連の動作を指示する上位制御装置と通信し、
    前記直流電流を遮断するための一連の動作を停止する場合、前記複数の電流検出器のうち一部または全部に異常が生じている旨の情報を、前記上位制御装置に送信する、
    請求項１から１１のうちいずれか１項記載の直流電流遮断装置。

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