JP2023080872A - 直流母線装置、変電所、直流送電システム - Google Patents

Abstract

【課題】直流母線およびマルチポート直流遮断器自身に事故が発生しても、送電を継続できる直流母線構成を提供する。【解決手段】直流母線装置２００は、第１マルチポート直流遮断器２１０ａおよび第２マルチポート直流遮断器２１０ｂを備える。マルチポート直流遮断器２１０は、（Ｍ＋１）個のローカルポートＰと、直流母線２１２と、（Ｍ＋１）個の高速開閉器２１４と、（Ｍ＋１）個の補助断路器２１６と、直流遮断器２１８と、を含む。第１マルチポート直流遮断器２１０ａと第２マルチポート直流遮断器２１０ｂそれぞれの対応するローカルポート同士は接続される。第１マルチポート直流遮断器２１０ａのｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）のローカルポートと第２マルチポート直流遮断器２１０ｂのｊ番目のローカルポートは、ｊ番目のグローバルポートと接続される。【選択図】図１

Description

本発明は，直流送電システムにおける変電所内の直流母線構成に関する。

従来、直流遮断器を適用した多端子直流送電システムがある（たとえば、特許文献１参照。）。これは、直流送電システム内で事故が発生した際に、直流遮断器により事故が発生した直流送電線を切り離すことができる。これにより、健全な直流送電線への事故の波及を回避できる。

また、単一の半導体遮断器と複数の機械式断路器とを組み合わせることにより構成される直流遮断器（以降、マルチポート直流遮断器と表記する）がある（たとえば、特許文献２参照。）。多端子直流送電システムでは、一般に直流母線に隣接して複数の直流遮断器が配置されるが、マルチポート直流遮断器はこれらをひとつの装置で代替することができる。その結果、直流母線を簡略化できる。

特許第６８１１９０１号公報 国際公開ＷＯ２０１９／０３５１８０号 特開２０１３－０１７３６６号公報

ところが、従来のマルチポート直流遮断器では、直流母線およびマルチポート直流遮断器自身に事故が発生した際に、この事故を除去することができない。具体的には、直流母線に事故が発生した際には、当該直流母線に接続されるすべてのポートを遮断する必要がある。ところが、マルチポート直流遮断器を用いた場合、複数あるポートを同時に遮断することはできない。そのため、当該直流母線に接続される設備（たとえば電力変換器）は、直流母線とともに停止してしまい、再起動をすることはできない。そのため、事故の発生した直流母線が停止し、当該直流母線を介した送電が停止するという問題がある。

交流送電システムでは、変電所の交流母線に事故が発生した際に、送電を継続するために、二重母線方式が用いられるが（たとえば、特許文献３参照。）、安定した送電のためにも、直流送電システムにおいても母線の二重化が望まれている。

本開示は、このような課題を鑑みてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、直流母線およびマルチポート直流遮断器自身に事故が発生しても、送電を継続できる直流母線構成を提供することを目的とする。

本開示のある態様の直流母線装置は、Ｍ個（Ｍ≧２）のグローバルポートと、第１直流母線と、第２直流母線と、（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器と、（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器と、（Ｍ＋１）個の第１補助断路器と、（Ｍ＋１）個の第２補助断路器と、第１直流遮断器と、第２直流遮断器と、を備える。（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器それぞれの第１端は第１直流母線と接続される。ｉ番目（ｉ＝１，２，…Ｍ＋１）の第１補助断路器の第１端は、ｉ番目の第１高速開閉器の第２端と接続される。（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器それぞれの第１端は第２直流母線と接続される。ｉ番目（ｉ＝１，２，…Ｍ＋１）の第２補助断路器の第１端は、ｉ番目の第２高速開閉器の第２端と接続される。ｉ番目の第１補助断路器の第２端とｉ番目の第２補助断路器の第２端は互いに接続される。第１直流遮断器は、第１直流母線と（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器それぞれの第２端の間に接続され、第２直流遮断器は、第２直流母線と（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器それぞれの第２端の間に接続される。ｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）の第１補助断路器の第２端とｊ番目の第２補助断路器の第２端は、ｊ番目のグローバルポートと接続される。

本開示のある態様の直流母線装置は、Ｍ個（Ｍ≧２）のグローバルポートと、第１マルチポート直流遮断器と、第２マルチポート直流遮断器と、を備える。第１マルチポート直流遮断器および第２マルチポート直流遮断器はそれぞれ、（Ｍ＋１）個のローカルポートと、直流母線と、（Ｍ＋１）個の高速開閉器と、（Ｍ＋１）個の補助断路器と、直流遮断器と、を含む。（Ｍ＋１）個の高速開閉器それぞれの第１端は直流母線と接続される。（Ｍ＋１）個の補助断路器それぞれの第１端は、（Ｍ＋１）個の高速開閉器の対応するひとつの第２端と接続される。（Ｍ＋１）個の補助断路器それぞれの第２端は、（Ｍ＋１）個のローカルポートの対応するひとつと接続される。直流遮断器の第１端は直流母線と接続され、直流遮断器の第２端は（Ｍ＋１）個の高速開閉器それぞれの第２端と接続される。第１マルチポート直流遮断器と第２マルチポート直流遮断器それぞれの対応するローカルポート同士は接続される。第１マルチポート直流遮断器のｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）のローカルポートと第２マルチポート直流遮断器のｊ番目のポートは、ｊ番目のグローバルポートと接続される。

本開示のある態様に係る直流送電システム用の直流母線装置によれば、直流母線のいずれかひとつに事故が発生しても、当該直流母線を停止させ、設備を別の健全な直流母線に切り替えた後、送電を継続することが可能になる。

実施形態に係る直流母線装置のブロック図である。 マルチポート直流遮断器の構成例を示す回路図である。 実施形態に係る直流送電システムのブロック図である。 図４（ａ）～（ｄ）は、図２のマルチポート直流遮断器の遮断操作を説明する図である。 直流送電システムの遮断操作の１ステップを説明する図である。 直流送電システムの遮断操作の１ステップを説明する図である。 直流送電システムの遮断操作の１ステップを説明する図である。 直流送電システムの復旧操作の第１ステップを説明する図である。 直流送電システムの復旧操作の第２ステップを説明する図である。 シミュレーションを行った直流送電システムのシステム構成を示すブロック図である。 第２直流母線の事故時の波形図である。 事故後の復旧操作における波形図である。

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。この概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、すべての実施形態の重要な要素を特定することも、一部またはすべての態様の範囲を線引きすることも意図していない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

一実施形態に係る直流母線装置は、Ｍ個（Ｍ≧２）のグローバルポートと、第１直流母線と、第２直流母線と、（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器と、（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器と、（Ｍ＋１）個の第１補助断路器と、（Ｍ＋１）個の第２補助断路器と、第１直流遮断器と、第２直流遮断器と、を備える。（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器それぞれの第１端は第１直流母線と接続される。ｉ番目（ｉ＝１，２，…Ｍ＋１）の第１補助断路器の第１端は、ｉ番目の第１高速開閉器の第２端と接続される。（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器それぞれの第１端は第２直流母線と接続される。ｉ番目（ｉ＝１，２，…Ｍ＋１）の第２補助断路器の第１端は、ｉ番目の第２高速開閉器の第２端と接続される。ｉ番目の第１補助断路器の第２端とｉ番目の第２補助断路器の第２端は互いに接続される。第１直流遮断器は、第１直流母線と（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器それぞれの第２端の間に接続され、第２直流遮断器は、第２直流母線と（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器それぞれの第２端の間に接続される。ｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）の第１補助断路器の第２端とｊ番目の第２補助断路器の第２端は、ｊ番目のグローバルポートと接続される。

一実施形態において、直流母線装置は、（Ｍ＋１）番目の第１補助断路器の第２端と（Ｍ＋１）番目の第２補助断路器の第２端の間を接続する母線連絡リアクトルをさらに備えてもよい。

一実施形態において、直流母線装置は、Ｍ個のリアクトルをさらに備えてもよい。ｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）のリアクトルの第１端は、ｊ番目のグローバルポートと接続され、ｊ番目のリアクトルの第２端は、ｊ番目の第１補助断路器の第２端およびｊ番目の第２補助断路器の第２端と接続されてもよい。

一実施形態において、第１直流母線、（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器、（Ｍ＋１）個の第１補助断路器、第１直流遮断器は、第１マルチポート直流遮断器としてユニット化されており、第２直流母線、（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器、（Ｍ＋１）個の第２補助断路器、第２直流遮断器は、第２マルチポート直流遮断器としてユニット化されていてもよい。

一実施形態において、直流母線装置が使用される直流電力系統が正常であるとき、第１直流遮断器および第２直流遮断器をオフ状態とし、（Ｍ＋１）番目の第１高速開閉器、第１高速開閉器、第１補助断路器、第２高速開閉器、第２補助断路器をオン状態とし、ｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）の第１高速開閉器および第１補助断路器のセットと、ｊ番目の第２高速開閉器および第２補助断路器のセットと、を相補的にオン状態またはオフ状態としてもよい。

一実施形態に係る変電所は、上述のいずれかの直流母線装置と、交流母線と、直流母線装置の第１直流母線と交流母線の間に接続される第１交直変換器と、直流母線装置の第２直流母線と交流母線の間に接続される第２交直変換器と、を備えてもよい。

（実施形態）

以下、好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施形態は、開示および発明を限定するものではなく例示であって、実施形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも開示および発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂに接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合や、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

また本明細書において、電圧信号、電流信号などの電気信号、あるいは抵抗、キャパシタなどの回路素子に付された符号は、必要に応じてそれぞれの電圧値、電流値、あるいは抵抗値、容量値を表すものとする。

（対象システムの構成）
図１は、実施形態に係る直流母線装置２００のブロック図である。直流母線装置２００は、複数（Ｍ個、ただしＭ≧２）のグローバルポートＰｇ_１～Ｐｇ_Ｍを備える。グローバルポートＰｇ_１～Ｐｇ_Ｍには、交直変換器や、変電所などの設備が接続される。

直流母線装置２００は、主として、第１マルチポート直流遮断器２１０ａ、第２マルチポート直流遮断器２１０ｂを備える。

第１マルチポート直流遮断器２１０ａは、（Ｍ＋１）個のローカルポート（以下、単にポートともいう）Ｐａ_０～Ｐａ_Ｍ、第１直流母線２１２ａ、（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器２１４ａ_０～２１４ａ_Ｍ、（Ｍ＋１）個の第１補助断路器２１６ａ_０～２１６ａ_Ｍ、第１直流遮断器２１８ａを備える。

（Ｍ＋１）個の高速開閉器２１４ａ_０～２１４ａ_Ｍそれぞれの第１端は第１直流母線２１２ａと接続される。

（Ｍ＋１）個の補助断路器２１６ａ_０～２１６ａ_Ｍそれぞれの第１端は、（Ｍ＋１）個の高速開閉器２１４ａ_０～２１４ａ_Ｍの対応するひとつの第２端と接続される。つまり、ｉ番目（ｉ＝１，２，…Ｍ＋１）の第１補助断路器２１６ａ_ｉの第１端は、ｉ番目の第１高速開閉器２１４ａ_ｉの第２端と接続される。（Ｍ＋１）個の補助断路器２１６ａ_０～２１６ａ_Ｍそれぞれの第２端は、（Ｍ＋１）個のローカルポートＰａ_０～Ｐａ_Ｍの対応するひとつと接続される。つまりｉ番目の補助断路器２１６ａ_ｉの第２端は、ｉ番目のローカルポートＰａ_ｉと接続される。直流遮断器２１８ａは、第１高速開閉器２１４ａの転流経路上に設けられる。具体的には第１直流遮断器２１８ａの第１端は、第１直流母線２１２ａと接続され、直流遮断器２１８ａの第２端は、（Ｍ＋１）個の高速開閉器２１４ａ_０～２１４ａ_Ｍそれぞれの第２端と接続される。

以上が第１マルチポート直流遮断器２１０ａの構成である。第２マルチポート直流遮断器２１０ｂは、（Ｍ＋１）個のローカルポートＰｂ_０～Ｐｂ_Ｍ、第２直流母線２１２ｂ、（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器２１４ｂ_０～２１４ｂ_Ｍ、（Ｍ＋１）個の第２補助断路器２１６ｂ_０～２１６ｂ_Ｍ、第２直流遮断器２１８ｂを備え、第１マルチポート直流遮断器２１０ａと同様に構成される。

第１マルチポート直流遮断器２１０ａと第２マルチポート直流遮断器２１０ｂそれぞれの対応するローカルポートＰａ、Ｐｂ同士は接続されている。

第１マルチポート直流遮断器２１０ａのｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）のローカルポートＰａ_ｊおよび第２マルチポート直流遮断器２１０ｂのｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）のローカルポートＰｂ_ｊは、ｊ番目のグローバルポートＰｇ_ｊと接続される。第１マルチポート直流遮断器２１０ａの（Ｍ＋１）番目のローカルポートＰａ_０および第２マルチポート直流遮断器２１０ｂの（Ｍ＋１）番目のローカルポートＰｂ_０は、いずれのグローバルポートＰｇとも接続されない。

直流母線装置２００はさらに、母線連絡リアクトルＬ_０と、Ｍ個の入出力リアクトルＬ_１～Ｌ_Ｍと、を備える。母線連絡リアクトルＬ_０は、第１マルチポート直流遮断器２１０ａの第１ローカルポートＰａ_０と第２マルチポート直流遮断器２１０ｂの第２ローカルポートＰｂ_０とを接続する。ｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）の入出力リアクトルＬ_ｊの一端は、対応するグローバルポートＰｇ_ｊと接続され、その他端は対応する第１ローカルポートＰａ_ｊおよび第２ローカルポートＰｂ_ｊと接続される。リアクトルＬ_０～Ｌ_Ｍは、事故電流を抑制するために挿入される。

図２は、マルチポート直流遮断器２１０＃（＃＝ａ，ｂ）の構成例を示す回路図である。マルチポート直流遮断器２１０＃は、複数のポート（ローカルポート）Ｐ＃を有し、それぞれのポートＰ＃は、高速開閉器２１４＃、補助断路器２１６＃を介して直流母線２１２＃に接続される。またマルチポート直流遮断器２１０＃は、ひとつの直流遮断器２１８を有し、各ポートＰ＃とは転流経路２２０＃を介して接続される。転流経路２２０＃は、ダイオードを含んでもよい。各ポートＰ＃には送電線や交直変換器などの設備が接続される。また各ポートＰ＃と送電線や交直変換器などの設備との間には、事故電流を抑制するための電流制限リアクトルＬ_＃が直列に接続される。

高速開閉器２１４＃は、高速断路器２４０と半導体スイッチ２４２の直列接続で構成してもよい。

マルチポート直流遮断器２１０＃は、正常時にはアクティブなポートＰ＃に接続される高速開閉器２１４＃と補助断路器２１６＃がオン状態（閉）とされ、これらを介して直流母線２１２＃とポートＰ＃の間の電流を流す。

マルチポート直流遮断器２１０＃の各要素は、図示しないコントローラにより制御される。直流母線装置２００全体のコントローラが、マルチポート直流遮断器２１０の各要素を制御してもよいし、変電所１００全体のコントローラが、マルチポート直流遮断器２１０の各要素を制御してもよい。後述のように、２つのマルチポート直流遮断器２１０ａ，２１０ａは協調して動作する必要があるため、マルチポート直流遮断器２１０ａ，２１０ｂそれぞれがコントローラを含む場合には、２つのコントローラ間で協調制御するための仕組みを追加すればよい。

以上が直流母線装置２００の構成である。この直流母線装置２００によれば、直流母線のいずれかひとつに事故が発生しても、当該直流母線を停止させ、設備を別の健全な直流母線に切り替えた後、送電を継続することが可能になる。

図３は、実施形態に係る直流送電システム２のブロック図である。この直流送電システム２は、複数の変電所１００＿１～１００＿３の間で、複数の直流送電線（以下、単に送電線という）６＿１～６＿４を介して直流送電を行う。

各変電所１００＿１～１００＿３はそれぞれ、交流系統４＿１～４＿３と接続されている。変電所１００は、交流母線１０２、交流遮断器１０４，１０６、交直変換器１１０，１１２、直流母線１２０、直流遮断器１２２，１２４を備える。

図１の直流母線装置２００は、直流母線１２０および直流遮断器１２２，１２４として機能する。図３では、変電所１００＿３に、直流母線装置２００が採用されている。

変電所１００＿３は、交流母線１０２、第１交流遮断器１０４、第２交流遮断器１０６、第１交直変換器１１０、第２交直変換器１１２および直流母線装置２００を備える。

交流母線１０２は、交流系統４＿３と接続される。第１交流遮断器１０４は、第１交直変換器１１０のＡＣ側と、交流母線１０２の間に接続される。第２交流遮断器１０６は、第２交直変換器１１２のＡＣ側と交流母線１０２の間に接続される。

本実施形態において、直流母線装置２００のグローバルポートＰｇの個数Ｍは６であり、直流母線装置２００は、７（＝Ｍ＋１）個のローカルポートＰ＃（＃＝ａ，ｂ）を有するマルチポート直流遮断器２１０ａ、２１０ｂで構成される。

直流母線装置２００のグローバルポートＰｇ_１、Ｐｇ_２は、送電線６＿１，６＿２を介して変電所１００＿１と接続される。直流母線装置２００のグローバルポートＰｇ_３は、第１交直変換器１１０の直流側と接続される。直流母線装置２００のグローバルポートＰｇ_４、Ｐｇ_５は、送電線６＿３，６＿４を介して変電所１００＿２と接続される。直流母線装置２００のグローバルポートＰｇ_６は、第２交直変換器１１２の直流側と接続される。

マルチポート直流遮断器２１０＃の１番目～６番目のローカルポートＰ＃１～Ｐ＃６は、一般ポートであり、直流母線を送電線と接続し、または直流母線を交直変換器と接続するために用いられる。各送電線および各交直変換器は、２本の直流母線のうち一方のみに接続される。

マルチポート直流遮断器２１０＃の７番目のローカルポートＰ＃_０は、第１直流母線２１２ａと第２直流母線２１２ｂを接続して一体運用するための母線連絡ポートとして利用される。正常時には、母線連絡ポートに対応する第１高速開閉器２１４ａ_０、第１補助断路器２１６ａ_０、第２高速開閉器２１４ｂ_０、第２補助断路器２１６ｂ_０をオン状態（閉状態）で運用する。

同じ変電所１００＿１に対応付けられる２つのグローバルポートＰｇ_１，Ｐｇ_２の一方を、２本の直流母線２１２ａ，２１２ｂの一方に、２つのグローバルポートＰｇ_１，Ｐｇ_２の他方を、２本の直流母線２１２ａ，２１２ｂの他方に割り当てる。具体的には、ｉ番目のグローバルポートＰｇ_ｉを、第１直流母線２１２ａに割り当てる場合、第１高速開閉器２１４ａ_ｉ、第１補助断路器２１６ａ_ｉがオン状態（閉状態）とされ、ｉ番目のグローバルポートＰｇ_ｉを、第２直流母線２１２ｂに割り当てる場合、第２高速開閉器２１４ｂ_ｉ、第２補助断路器２１６ｂ_ｉがオン状態（閉状態）とされる。

以上が直流送電システム２の構成である。続いてその動作を説明する。

はじめに、マルチポート直流遮断器２１０＃の動作を説明する。

図４（ａ）～（ｄ）は、図２のマルチポート直流遮断器２１０の遮断操作を説明する図である。図４（ａ）に示すように、ポートＰｊの先の設備（たとえば送電線）で事故が発生したとする。この場合、図４（ｂ）に示すように、当該ポート（事故ポート）Ｐｊの高速開閉器２１４を開放する。これによって直流遮断器２１８に事故電流を転流する。この際、高速開閉器２１４を、半導体スイッチ２４２と高速断路器２４０で構成した場合には、半導体スイッチ２４２を先にオフ状態に移行して電流を直流遮断器２１８側へ転流した後、電流がゼロとなった高速断路器２４０を開放するとよい。これに伴い、事故ポートＰｊと直流遮断器２１８の間にある転流経路２２０がオンする。たとえば転流経路２２０をダイオードで形成すれば自動的に転流経路２２０がオン状態に遷移する。

次に、図４（ｃ）に示すように、直流遮断器２１８を開放することにより、事故電流をゼロまで限流する。事故電流がゼロとなると、転流経路２２０がオフとなる。そして、事故電流がゼロに達した後に、図４（ｄ）に示すように、事故ポートＰｊの補助断路器２１６を開放することにより、事故の発生した設備を切り離し、他のポートから絶縁することができる。直流遮断器２１８は、次の遮断に備えて再び閉路する。

続いて、図３の直流送電システム２における遮断操作を説明する。

（事故電流の遮断操作）
以下では、変電所１００＿３の直流母線２１２ｂに事故が発生した場合を想定し、事故電流の遮断操作について説明する。先に述べたように、マルチポート直流遮断器２１０では、複数のポートを同時に遮断することはできない。そこで、事故が発生した直流母線２１２ｂを含む第２マルチポート直流遮断器２１０ｂで事故を遮断するのではなく、他方の第１マルチポート直流遮断器２１０ａを用いて事故を遮断する。

図５は、直流送電システム２の遮断操作の１ステップを説明する図である。図５には、第２直流母線２１２ｂに事故が発生したときの変電所１００＿３における処理が示される。第２直流母線２１２ｂに事故が発生すると、第１直流母線２１２ａから、母線連絡ポート２１３（２１４ａ_０，２１６ａ_０，Ｌ_０，２１６ｂ_０，２１４ｂ_０）を介して、第２直流母線２１２ｂの事故点へと、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ１}が流入する。

第１マルチポート直流遮断器２１０ａは、母線連絡ポート２１３に流れる電流の増加によって、事故の発生を検出し、ローカルポートＰａ_０を事故ポートと認識する。そしてローカルポートＰａ_０を対象として遮断動作を行う。

まず、ローカルポートＰａ_０の高速開閉器２１４ａ_０を開き、直流遮断器２１８ａに事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ１}を転流させる。次に、直流遮断器２１８ａを開き、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ１}を限流する。

図６は、直流送電システム２の遮断操作の１ステップを説明する図である。図６には、第２直流母線２１２ｂに事故が発生したときの変電所１００＿１および１００＿２における処理が示される。

第２直流母線２１２ｂに事故が発生すると、送電線６＿２から、一般ポートを介して、第２直流母線２１２ｂの事故点へと、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ２}が流入する。変電所１００＿１内の直流母線１２０の直流遮断器１２４は、流れる電流の増加によって、事故の発生を検出する。その後、直流遮断器１２４を開き、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ２}を限流する。

また、第２直流母線２１２ｂに事故が発生すると、送電線６＿４から、一般ポートを介して、第２直流母線２１２ｂの事故点へと、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ３}が流入する。変電所１００＿２内の直流母線１２０の直流遮断器１２４は、流れる電流の増加によって、事故の発生を検出する。その後、直流遮断器１２４を開き、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ３}を限流する。

図７は、直流送電システム２の遮断操作の１ステップを説明する図である。図７には、第２直流母線２１２ｂに事故が発生したときの変電所１００＿３における処理が示される。第２直流母線２１２ｂに事故が発生すると、第２交直変換器１１２から、一般ポートを介して、第２直流母線２１２ｂの事故点へと、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ４}が流入する。

第２交直変換器１１２に隣接する第２交流遮断器１０６は、流れる電流ｉ_{ｆａｕｌｔ４}の増加によって、事故の発生を検出する。その後、第２交流遮断器１０６を開き、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ４}を限流する。

図５～図７に示される複数ステップの遮断操作を行うことにより、事故点に流入するすべての事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ１}～ｉ_{ｆａｕｌｔ４}は限流され、第２直流母線２１２ｂに流れる電流はゼロに至る。一方、第１直流母線２１２ａに接続される設備は事故の影響を受けずに送電を継続することができる。なお、図５～図７の処理は、独立に行われるものであり、その順序は特に限定されない。

（復旧操作）
続いて、図８および図９を参照し、遮断操作の後の復旧操作について説明する。復旧操作は、補助断路器２１６ａ、２１６ｂの切り替えによって行う。

図８は、直流送電システム２の復旧操作の第１ステップを説明する図である。

はじめに、事故が発生した第２直流母線２１２ｂ側の第２補助断路器２１６ｂをすべて開（オフ）状態とする。あわせて第２直流母線２１２ｂ側の高速開閉器２１４ｂをすべて開いてもよい。これにより、事故の発生した第２直流母線２１２ｂは他の設備から切り離される。

続いて、復旧対象の送電線６＿２、送電線６＿４、および交直変換器１１２が接続されているポートＰａ_２，Ｐａ_５，Ｐａ_６の、第１直流母線２１２ａ側の補助断路器２１６ａ_２，２１６ａ_５，２１６ａ_６および高速開閉器２１４ａ_２，２１４ａ_５，２１４ａ_６を閉じる。これにより、復旧対象の設備は第１直流母線２１２ａに接続される。

図９は、直流送電システム２の復旧操作の第２ステップを説明する図である。補助断路器の切り替え操作を行った後、図９に示すように、変電所１００＿１、変電所１００＿２の直流遮断器１２４、および変電所１００＿３内の交直変換器１１２に隣接する交流遮断器１０６を閉じる。これにより、送電線６＿２、送電線６＿４、交直変換器１１２を用いた送電が再開される。

以上の操作を行うことにより、事故電流の遮断操作にともない停止した設備についても、送電を再開することが可能になる。したがって、変電所１００＿３内の第２直流母線２１２ｂに事故が発生しても、送電の停止や送電電力の低下を回避できる。

（シミュレーション結果）
実施形態に係る直流母線装置２００およびそれを用いた変電所１００や直流送電システム２の有効性を確認するために、行ったシミュレーションについて説明する。

図１０は、シミュレーションを行った直流送電システム２のシステム構成を示すブロック図である。直流送電システム２は対称単極構成とし、第２直流母線２１２ｂにおける正負極間短絡事故を模擬した。波形は、交直変換器の定格電圧、定格電流、定格電力をそれぞれ１ｐｕとした単位法表示としている。

図１１は、第２直流母線２１２ｂの事故時の波形図である。時刻０ｍｓにおいて事故が発生すると、母線連絡ポート２１３を流れる電流ｉ_Ｂｕｓが増加する。これにより、第１直流母線２１２ａのマルチポート直流遮断器２１０ａは事故を検出し、時刻５ｍｓに直流遮断器２１８ａが開いて事故電流の限流を開始した。これと同時に、第１直流母線２１２ａの電圧ｖ_ｂｕｓ１は１ｐｕまで回復した。

事故発生後、送電線６＿２の電流ｉ_Ｌ２についても増加する。これにより変電所１００＿１の直流遮断器１２４は事故を検知して、送電線６＿２の遮断を開始し、時刻３０ｍｓにｉ_Ｌ２はゼロに至った。送電線６＿２の遮断にともない、送電線６＿１を流れる電流は２ｐｕまで上昇する。これは、送電線６＿２の電流が送電線６＿１に振り替えられたことを意味する。以上と同様の操作が、送電線６＿３と送電線６＿４の間でも見られる。

また、変電所１００＿３において、交直変換器１１２は、事故後に直流電流ｉ_Ｂ２を流し続けるが、交流遮断器１０６が時刻０．１ｓに開放すると、直流電流ｉ_Ｂ２はゼロまで減少した。

以上の結果、事故電流ｉ_{ｆａｕｌｔ}は時刻０．１ｓにゼロまで限流される。ｐ_Ａ１，Ｐ_Ａ２，ｐ_Ｂ１，ｐ_Ｂ２，ｐ_Ｃ１，ｐ_Ｃ２はそれぞれ、交直変換器を流れる電力を示す。事故の遮断後，ｐ_Ａ１，ｐ_Ａ２，ｐ_Ｂ１は１ｐｕまで回復し、ｐ_Ｂ２は０ｐｕとなる。ｐ_Ｃ１とｐ_Ｃ２の合計値は３ｐｕとなり、事故前の送電電力４ｐｕの７５％まで送電電力は低下する。

図１２は、事故後の復旧操作における波形図である。事故の除去後、補助断路器の切り替えを行うことにより、変電所１００＿３内のすべての設備は第１直流母線２１２ａに接続される。時刻０ｓに補助断路器および直流遮断器が閉じると、ｉ_Ｌ１とｉ_Ｌ３が減少し、ｉ_Ｌ２とｉ_Ｌ４が増加する。これにより、送電線６＿２、送電線６＿４による送電が再開されたことがわかる。その後、０．７ｓから０．８ｓにかけて交直変換器１１２が起動して出力を１ｐｕまで増加させる。これにより、すべての電力は事故前と同じ値まで回復する。この結果から、直流母線に事故が発生しても、送電電力を元の状態まで回復できることを確認できる。

（変形例１）
直流母線装置２００を適用する変電所１００や直流送電システム２の構成は、実施形態で説明したそれに限定されない。

（変形例２）
マルチポート直流遮断器２１０のポート数は、直流母線装置２００を採用する変電所１００の規模、接続される変電所や交流系統の個数に応じて設計すればよい。

実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。

２ 直流送電システム
４ 交流系統
６ 直流送電線
１００ 変電所
１１０ 第１交直変換器
１１２ 第２交直変換器
Ｐｇ グローバルポート
１０２ 交流母線
１０４，１０６ 交流遮断器
１１０，１１２ 交直変換器
１２０ 直流母線
１２２，１２４ 直流遮断器
２００ 直流母線装置
２１０ マルチポート直流遮断器
２１０ａ 第１マルチポート直流遮断器
２１２ａ 第１直流母線
２１４ａ 第１高速開閉器
２１６ａ 第１補助断路器
２１８ａ 第１直流遮断器
Ｐａ 第１ローカルポート
２１０ｂ 第２マルチポート直流遮断器
２１２ｂ 第２直流母線
２１４ｂ 第２高速開閉器
２１６ｂ 第２補助断路器
２１８ｂ 第２直流遮断器
Ｐｂ 第２ローカルポート
Ｌo リアクトル

Claims (8)

1. Ｍ個（Ｍ≧２）のグローバルポートと、
   第１直流母線と、
   第２直流母線と、
   （Ｍ＋１）個の第１高速開閉器と、
   （Ｍ＋１）個の第２高速開閉器と、
   （Ｍ＋１）個の第１補助断路器と、
   （Ｍ＋１）個の第２補助断路器と、
   第１直流遮断器と、
   第２直流遮断器と、
   を備え、
   前記（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器それぞれの第１端は前記第１直流母線と接続され、
   ｉ番目（ｉ＝１，２，…Ｍ＋１）の第１補助断路器の第１端は、ｉ番目の第１高速開閉器の第２端と接続され、
   前記（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器それぞれの第１端は前記第２直流母線と接続され、
   ｉ番目（ｉ＝１，２，…Ｍ＋１）の第２補助断路器の第１端は、ｉ番目の第２高速開閉器の第２端と接続され、
   ｉ番目の第１補助断路器の前記第２端とｉ番目の第２補助断路器の前記第２端は互いに接続され、
   前記第１直流遮断器は、前記第１直流母線と前記（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器それぞれの前記第２端の間に接続され、
   前記第２直流遮断器は、前記第２直流母線と前記（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器それぞれの前記第２端の間に接続され、
   ｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）の第１補助断路器の前記第２端とｊ番目の第２補助断路器の前記第２端は、ｊ番目のグローバルポートと接続されることを特徴とする直流母線装置。
2. （Ｍ＋１）番目の第１補助断路器の前記第２端と（Ｍ＋１）番目の第２補助断路器の前記第２端の間を接続する母線連絡リアクトルをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の直流母線装置。
3. Ｍ個のリアクトルをさらに備え、
   ｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）のリアクトルの第１端は、ｊ番目のグローバルポートと接続され、
   ｊ番目のリアクトルの第２端は、ｊ番目の第１補助断路器の前記第２端およびｊ番目の第２補助断路器の前記第２端と接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の直流母線装置。
4. 前記第１直流母線、前記（Ｍ＋１）個の第１高速開閉器、前記（Ｍ＋１）個の第１補助断路器、前記第１直流遮断器は、第１マルチポート直流遮断器としてユニット化されており、
   前記第２直流母線、前記（Ｍ＋１）個の第２高速開閉器、前記（Ｍ＋１）個の第２補助断路器、前記第２直流遮断器は、第２マルチポート直流遮断器としてユニット化されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の直流母線装置。
5. 前記直流母線装置が使用される直流電力系統が正常であるとき、
   前記第１直流遮断器および前記第２直流遮断器をオン状態とし、
   （Ｍ＋１）番目の第１高速開閉器、第１高速開閉器、第１補助断路器、前記第２高速開閉器、前記第２補助断路器をオン状態とし、
   ｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）の前記第１高速開閉器および前記第１補助断路器のセットと、ｊ番目の前記第２高速開閉器および前記第２補助断路器のセットと、を相補的にオン状態またはオフ状態とすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の直流母線装置。
6. Ｍ個（Ｍ≧２）のグローバルポートと、
   第１マルチポート直流遮断器と、
   第２マルチポート直流遮断器と、
   を備え、
   前記第１マルチポート直流遮断器および前記第２マルチポート直流遮断器はそれぞれ、
   （Ｍ＋１）個のローカルポートと、
   直流母線と、
   （Ｍ＋１）個の高速開閉器と、
   （Ｍ＋１）個の補助断路器と、
   直流遮断器と、
   を含み、
   前記（Ｍ＋１）個の高速開閉器それぞれの第１端は前記直流母線と接続され、
   前記（Ｍ＋１）個の補助断路器それぞれの第１端は、前記（Ｍ＋１）個の高速開閉器の対応するひとつの第２端と接続され、前記（Ｍ＋１）個の補助断路器それぞれの第２端は、前記（Ｍ＋１）個のローカルポートの対応するひとつと接続されており、
   前記直流遮断器の第１端は前記直流母線と接続され、前記直流遮断器の第２端は前記（Ｍ＋１）個の高速開閉器それぞれの前記第２端と接続されており、
   前記第１マルチポート直流遮断器と前記第２マルチポート直流遮断器それぞれの対応するローカルポート同士は接続され、
   前記第１マルチポート直流遮断器のｊ番目（ｊ＝１，２，…Ｍ）のローカルポートと前記第２マルチポート直流遮断器のｊ番目のローカルポートは、ｊ番目のグローバルポートと接続されることを特徴とする直流母線装置。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の直流母線装置と、
   交流母線と、
   前記直流母線装置の前記第１直流母線と前記交流母線の間に接続される第１交直変換器と、
   前記直流母線装置の前記第２直流母線と前記交流母線の間に接続される第２交直変換器と、
   を備えることを特徴とする変電所。
8. 請求項７に記載の変電所を備えることを特徴とする直流送電システム。

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