JP5449625B1

JP5449625B1 - 電力変換装置

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Publication number: JP5449625B1
Application number: JP2013529239A
Authority: JP
Inventors: 敏信武田; 弘基伊藤; 邦夫菊池; 健次亀井; 和順田畠; 正樹平塚; 翔常世田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-06
Filing date: 2013-03-06
Publication date: 2014-03-19
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Abstract

複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統において、設備の小型化、低コスト化を図りつつ、事故発生後の運転再開までの時間を短縮可能な電力変換装置を得ること。電源系統１と直流送電系統との間で電力変換を行う変換器３と、変換器３と直流線路６との間に接続されたリアクトル４と、直流線路６の端部に設けられ、限流回路１５と断路器１２とが直列接続され、限流回路１５に開閉器１６が並列接続され構成された接地開閉部とを備え、通常の直流送電を行う定常運転時には、断路器１２を開制御、開閉器１６を閉制御しておき、直流線路６の事故発生時において、電源系統１と変換器３との間の送電遮断後に断路器１２を投入し、事故点（アーク部）７のアークが消滅した後に、開閉器１６を開放し、リアクトル４に残留するエネルギーが限流回路１５で消費された後に、断路器１２を開放して、運転を再開するようにした。

Description

本発明は、複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統に適用される電力変換装置に関する。

自励式変換器を適用した直流送電系統においては、直流線路の事故発生時には、変換器の交流側に具備された交流遮断器を遮断して電力供給を止め、事故点のアークが消弧し、アーク部の絶縁耐力が回復した後に、交流遮断器を投入して運転再開される。直流送電系統に限らず、事故発生から運転再開までの時間を短くして送電停止時間を短くすることが望まれている。

事故発生後の運転再開までの時間を短くして高速再起動を実現する技術としては、例えば、直流線路に事故回復用の遮断器を設け、地絡事故時に遮断器を投入して直流線路を接地し、事故点のアークを強制的に消弧する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開昭５９−２０９０１６号公報

しかしながら、上記従来技術では、直流線路の両端に遮断器を設ける必要があり、設備が大型化、高コスト化すると共に、管理や運用が難しいといった問題がある。遮断器に代えて、断路器を用いることも考えられるが、この場合には、アーク部の絶縁耐力が回復しても、断路器を流れる電流が十分に減衰してから断路器を開放して運転再開する必要があるため、遮断器を用いた構成よりも運転再開までの時間が長くなる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統において、設備の小型化、低コスト化を図りつつ、事故発生後の運転再開までの時間を短縮可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる電力変換装置は、複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統に適用される電力変換装置であって、前記電源系統と前記直流線路との間に接続されて電力変換を行う変換器と、前記変換器と直流線路との間に接続されたリアクトルと、限流回路と断路器とが直列接続され、前記限流回路に開閉器が並列接続され構成された接地開閉部と、を備え、前記接地開閉部は、少なくとも前記リアクトルと前記直流線路との間に接続されたことを特徴とする。

本発明によれば、複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統において、設備の小型化、低コスト化を図りつつ、事故発生後の運転再開までの時間を短縮することができる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の一構成例を示す図である。図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置における地絡事故発生時の動作例を説明する図である。図３は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用した２端子直流送電系統の例を示す図である。図４は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用した多回線直流送電系統の例を示す図である。図５は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用した非ループ型多端子直流送電系統の例を示す図である。図６は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用したループ型多端子直流送電系統の例を示す図である。図７は、直流線路を複数の線路に分割して構成した２端子直流送電系統の変形例を示す図である。図８は、図７に示す構成における実施の形態１にかかる電力変換装置の作用効果を説明する図である。図９は、実施の形態２にかかる電力変換装置の一構成例を示す図である。図１０は、実施の形態２にかかる電力変換装置における地絡事故発生時の動作例を説明する図である。図１１は、実施の形態３にかかる電力変換装置の一構成例を示す図である。図１２は、実施の形態３にかかる電力変換装置における地絡事故発生時の動作例を説明する図である。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる電力変換装置について説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる電力変換装置の一構成例を示す図である。図１に示す例では、電源系統１と直流線路６との間に、遮断器２を介して実施の形態１にかかる電力変換装置１００が接続されている。

電力変換装置１００は、電源系統１と直流線路６を含む直流送電系統との間で電力変換を行う変換器３を具備し、その変換器３と直流線路６との間に、リアクトル４と断路器５とが直列接続され構成されている。本実施の形態では、さらに、直流線路６の端部に、直流線路６の事故発生時に事故点のアークを強制的に消弧する接地開閉部１８が設けられている。

接地開閉部１８は、限流回路１５と断路器１２とが直列接続され、限流回路１５に開閉器１６が並列接続され構成されている。

限流回路１５は、例えば、抵抗、コンデンサ、リアクトル、あるいは超電導素子のうちの１つ、または複数を含み構成されている。

この限流回路１５は、直流線路６が地絡してアークが発生した事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０が開閉器１６および断路器１２が閉じられた接地開閉部１８により強制的に消弧された後に、開閉器１６が開放されることによりリアクトル４に残留したエネルギーを消費して、図１に示す電流９を減衰する機能を有している。

なお、図１に示す例では、電源系統１が交流電源系統であり、遮断器２が交流遮断器、変換器３が交流−直流変換器である例を示したが、電源系統１が太陽光発電のような直流電源等の分散型電源系統や電力貯蔵要素であってもよく、この場合には、遮断器２が直流遮断器、変換器３が直流−直流変換器であればよい。

つぎに、実施の形態１にかかる電力変換装置１００の接地開閉部１８の動作について、図１および図２を参照して説明する。

図２は、実施の形態１にかかる電力変換装置における地絡事故発生時の動作例を説明する図である。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。図２に示す実線は、リアクトル４に流れる電流９の挙動を示し、図２に示す破線は、事故点（アーク部）７を流れるアーク電流１０の挙動を示している。

通常の直流送電を行う定常運転時には、断路器１２は開制御され、開閉器１６は閉制御されている。

図２に示す時刻ｔ０において直流線路６に地絡事故が発生すると、時刻ｔ１において遮断器２が開放され変換器３が停止するが、その後もリアクトル４に残留したエネルギーにより電流が流れ続ける。

ここで、リアクトル４のインダクタンス成分をＬＤＣＬ、抵抗成分をＲＤＣＬ、直流線路のインダクタンス成分をＬＬ、抵抗成分をＲＬ、事故点（アーク部）７のインダクタンス成分をＬＡ、抵抗成分をＲＡとすると、各パラメータの大きさは以下のように表すことができる。

ＬＤＣＬ＞＞ＬＬ＞＞ＬＡ
ＲＡ＞ＲＤＣＬ
ＲＬ＞ＲＤＣＬ

この場合、時刻ｔ１以降に流れるアーク電流１０の減衰時定数τ１０は、下記（１）式のように表すことができる。

τ１０＝（ＬＤＣＬ＋ＬＬ＋ＬＡ）／（ＲＤＣＬ＋ＲＬ＋ＲＡ）
≒ＬＤＣＬ／（ＲＤＣＬ＋ＲＬ＋ＲＡ） …（１）

本実施の形態では、事故発生後に断路器１２を閉制御することにより時刻ｔ２において断路器１２が投入される。

時刻ｔ２以降に流れるアーク電流１０の減衰時定数τ１０’、および電流９の減衰時定数τ９は、下記（２），（３）式のように表すことができる。

τ１０’＝（ＬＬ＋ＬＡ）／（ＲＬ＋ＲＡ）≒ＬＬ／（ＲＬ＋ＲＡ） …（２）
τ９＝（ＬＤＣＬ＋ＬＬ）／（ＲＤＣＬ＋ＲＬ）
≒ＬＤＣＬ／（ＲＤＣＬ＋ＲＬ） …（３）

上記した各パラメータの関係から、τ１０’＜τ１０となり、時刻ｔ２以降は事故点（アーク部）７を流れるアーク電流１０が急速に減少する（図２の破線）。一方、τ９＞τ１０となるので、リアクトル４に残留したエネルギーの消費は時刻ｔ２以前よりも少なくなる。

リアクトル４にエネルギーが残留した状態では、事故点（アーク部）７の絶縁耐力が回復しても、断路器１２を開放して運転を再開することができない。したがって、本実施の形態では、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流が消滅（アーク消弧）した後の時刻ｔ３において、開閉器１６を開制御して電流９を限流回路１５に転流させ、リアクトル４に残留したエネルギーを消費させる。

ここで、本実施の形態では、例えば、接地開閉部１８のインダクタンス成分をＬＧ、抵抗成分をＲＧとしたとき、各パラメータの大きさが以下となるように限流回路１５を構成する。

ＬＧ＜＜ＬＤＣＬ
ＲＧ＞＞ＲＡ＞ＲＤＣＬ
ＲＧ＞＞ＲＬ＞ＲＤＣＬ

この場合、時刻ｔ３以降に流れる電流９の減衰時定数τ９’は、下記（４）式のように表すことができる。

τ９’＝（ＬＤＣＬ＋ＬＧ）／（ＲＤＣＬ＋ＲＧ）
≒ＬＤＣＬ／（ＲＤＣＬ＋ＲＧ） …（４）

上記した各パラメータの関係から、τ９’＜τ１０となり、時刻ｔ３以降は電流９が急速に減少する（図２の実線）。

そして、アーク電流１０が消滅（アーク消弧）して事故点（アーク部）７の絶縁耐力の回復に要する時間が経過し、限流回路１５によりリアクトル４に残留したエネルギーが消費された後の時刻ｔ４において、断路器１２が開放するように断路器１２を開制御すると共に、断路器５を開閉制御し、遮断器２を開制御する。これにより、時刻ｔ５において遮断器２が投入され、運転が再開される。その後、開閉器１６を閉制御することにより、通常の直流送電を行う定常運転時の状態となる。

つまり、本実施の形態では、直流線路６の事故発生時において、電源系統１と変換器３との間の送電が遮断器２により遮断された後に、まず、断路器１２を投入し、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０を急速に消滅（アーク消弧）させる。その後、開閉器１６を開放してリアクトル４に残留するエネルギーを限流回路１５で急速に消費させる。このように制御することにより、事故発生後の運転再開までの時間を短縮することができる。

つぎに、実施の形態１にかかる電力変換装置１００の適用例について、図３〜図８を参照して説明する。

図３は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用した２端子直流送電系統の例を示す図である。また、図４は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用した多回線直流送電系統の例を示す図である。また、図５は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用した非ループ型多端子直流送電系統の例を示す図である。また、図６は、実施の形態１にかかる電力変換装置を適用したループ型多端子直流送電系統の例を示す図である。また、図７は、直流線路を複数の線路に分割して構成した２端子直流送電系統の変形例を示す図である。また、図８は、図７に示す構成における実施の形態１にかかる電力変換装置の作用効果を説明する図である。

２つの電源系統間で１つの直流線路６を介して連系する２端子直流送電系統に実施の形態１にかかる電力変換装置１００を適用する場合には、図３に示すように、直流線路６の両端に接地開閉部１８を接続して構成し、双方の接地開閉部１８に上述した動作を行わせるようにすればよい。

２つの電源系統間で複数の直流線路６を介して連系する多回線直流送電系統に実施の形態１にかかる電力変換装置１００を適用する場合には、図４（ａ）に示すように、各直流線路６の両端にそれぞれ接地開閉部１８を接続して構成してもよいし、図４（ｂ）に示すように、各直流線路６の接続点に接地開閉部１８を接続して構成してもよい。図４（ａ）に示す構成では、事故が発生した直流線路６に接続された接地開閉部１８のみ上述した動作を行わせることにより、事故発生後の運転再開までの時間を短縮することができる。また、図４（ｂ）に示す構成では、直流線路６の数に対し少ない接地開閉部１８で図４（ａ）と同様の効果を得ることができる。

分岐点Ａにおいて複数の直流線路６に分岐する非ループ型多端子直流送電系統に実施の形態１にかかる電力変換装置１００を適用する場合には、図５（ａ）に示すように、各直流線路６の変換器３側の端部にそれぞれ接地開閉部１８を接続して構成してもよいし、図５（ｂ）に示すように、図５（ａ）に示す構成に加えて、各直流線路６の分岐点Ａに接地開閉部１８を接続する構成としてもよい。図５（ｂ）に示す構成では、事故が発生した直流線路６に接続された接地開閉部１８のみ上述した動作を行わせることにより、事故発生後の運転再開までの時間を短縮することができる。

また、複数の直流線路６でループを形成するループ型多端子直流送電系統に実施の形態１にかかる電力変換装置１００を適用する場合には、図６（ａ）に示すように、各直流線路６の両端にそれぞれ接地開閉部１８を接続して構成してもよいし、図６（ｂ）に示すように、各直流線路６の接続点に接地開閉部１８を接続して構成してもよい。図６（ａ）に示す構成では、事故が発生した直流線路６に接続された接地開閉部１８のみ上述した動作を行わせることにより、事故発生後の運転再開までの時間を短縮することができる。また、図６（ｂ）に示す構成では、直流線路６の数に対し少ない接地開閉部１８で図６（ａ）と同様の効果を得ることができる。

また、図７に示すように、直流線路を複数の線路６−１，６−２に分割して２端子直流送電系統を構成し、線路６−１の変換器３側の端部に接地開閉部１８−１、線路６−２の変換器３側の端部に接地開閉部１８−２、各線路６−１，６−２の接続点に接地開閉部１８−３を接続することも可能である。

例えば、図８に示すように、線路６−２において事故が発生した場合には、事故点（アーク部）７を流れるアーク電流１０は、接地開閉部１８−３が動作することにより減衰して消弧し、リアクトル４に残留したエネルギーにより流れる電流９は、接地開閉部１８−１が動作することによりリアクトル４に残留したエネルギーが消費され減少する。

接地開閉部１８−１が接続された線路６−１の変換器３側の端部から事故点（アーク部）７までの距離をｄとし、図２に示す時刻ｔ２において接地開閉部１８−３の断路器１２が投入されることによりアーク電流１０が流れる線路６−２の長さをｘｄ（０＜ｘ＜１）とすると、各線路６−１，６−２の単位長さあたりのインダクタンス成分をＬＬ’、抵抗成分をＲＬ’とすると、接地開閉部１８−３の断路器１２の投入（図２の時刻ｔ２）以降に流れるアーク電流１０の減衰時定数τ１０−３’は、下記（５）式のように表すことができる。

τ１０−３’＝（ｘｄＬＬ’＋ＬＡ）／（ｘｄＲＬ’＋ＲＡ）
≒ｘｄＬＬ’／（ｘｄＲＬ’＋ＲＡ） …（５）

ここで、接地開閉部１８−３がない場合には、事故点（アーク部）７を流れるアーク電流１０は、接地開閉部１８−１が動作することにより消弧することとなるが、この場合に接地開閉部１８−１の断路器１２の投入（図２の時刻ｔ２）以降に流れるアーク電流１０の減衰時定数τ１０−１’は、下記（６）式のように表すことができる。

τ１０−１’＝（ｄＬＬ’＋ＬＡ）／（ｄＲＬ’＋ＲＡ）
≒ｄＬＬ’／（ｄＲＬ’＋ＲＡ） …（６）

０＜ｘ＜１であることから、（５），（６）式より、τ１０−３’＜τ１０−１’となる。つまり、接地開閉部１８−３を具備することにより、図２の時刻ｔ２以降に流れるアーク電流１０の減衰を早めることができ、事故発生後の運転再開までの時間をより短縮することができる。

図７および図８において説明した構成は、図４において説明した多回線直流送電系統、図５において説明した非ループ型多端子直流送電系統、および図６において説明したループ型多端子直流送電系統に適用することも可能である。つまり、各直流線路６を複数の線路に分割し、各線路の接続点に接地開閉部１８を設けることにより、上述した２端子直流送電系統、多回線直流送電系統、非ループ型多端子直流送電系統、およびループ型多端子直流送電系統の何れにおいても、事故発生後の運転再開までの時間をより短縮することができる。

また、直列線路６の分割数は、直列線路６の長さに応じて決定すればよく、例えば、直流送電系統を形成する各線路の長さを一定の長さ以下とすることにより、事故発生後の運転再開までの時間が一定時間以下とすることも可能である。

以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置によれば、複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する２端子直流送電系統、非ループ型多端子直流送電系統、ループ型多端子直流送電系統において、直流線路の端部に、直流線路の事故発生時に事故点のアークを強制的に消弧する接地開閉部を設け、その接地開閉部を、限流回路と断路器とを直列接続し、限流回路に開閉器を並列接続して構成したので、通常の直流送電を行う定常運転時には、断路器を開制御、開閉器を閉制御しておき、直流線路の事故発生時において、電源系統と変換器との間の送電が遮断器により遮断された後に、まず、断路器を投入し、事故点（アーク部）に流れるアーク電流を急速に消滅させ、その後、開閉器を開放してリアクトルに残留するエネルギーを限流回路で急速に消費させることができ、事故発生後の運転再開までの時間を短縮することができる。

また、本実施の形態では、接地開閉部に遮断器を含まない構成であるので、設備の小型化、低コスト化を図ることができる。

また、事故点のアーク継続時間が短くなるため、アークによる設備の損傷を軽減することができる。

さらに、直流線路を複数の線路に分割し、各線路の接続点に接地開閉部を設けることにより、アーク電流の減衰を早めることができ、事故発生後の運転再開までの時間をより短縮することができる。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２にかかる電力変換装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

実施の形態２にかかる電力変換装置１００ａでは、接地開閉部１８ａは、放電ギャップ１３と限流回路１５と断路器１２とが直列接続され、限流回路１５に開閉器１６が並列接続され構成されている。

放電ギャップ１３は、機械的開閉要素である断路器１２よりも動作時間が早く、通電制御を行うことにより瞬時に通電状態とすることが可能である。したがって、本実施の形態では、通常の直流送電を行う定常運転時には、断路器１２を閉制御しておき、事故発生時には、放電ギャップ１３を通電制御することにより直流線路６を接地し、アーク電流１０を減衰させる。これにより、断路器１２を閉制御する実施の形態１よりも早く事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０を消滅（アーク消弧）させることができ、事故発生後の運転再開までの時間をさらに短縮することができる。

つぎに、実施の形態２にかかる電力変換装置１００ａの接地開閉部１８ａの動作について、図９および図１０を参照して説明する。

図１０は、実施の形態２にかかる電力変換装置における地絡事故発生時の動作例を説明する図である。図１０において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。図１０に示す実線は、リアクトル４に流れる電流９の挙動を示し、図１０に示す破線は、事故点（アーク部）７を流れるアーク電流１０の挙動を示している。

本実施の形態では、通常の直流送電を行う定常運転時には、断路器１２および開閉器１６は共に閉制御されている。

図１０に示す時刻ｔ０において直流線路６に地絡事故が発生すると、放電ギャップ１３を通電制御し、時刻ｔ２’において放電ギャップ１３が通電状態となる。これにより、時刻ｔ２’以降は事故点（アーク部）７を流れるアーク電流１０が急速に減少する（図１０の破線）。

時刻ｔ１において遮断器２が開放され変換器３が停止し、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０が消滅した後の時刻ｔ３において、開閉器１６を開制御して電流９を限流回路１５に転流させ、リアクトル４に残留したエネルギーを消費させる。

そして、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０が消滅して事故点（アーク部）７の絶縁耐力の回復に要する時間が経過し、限流回路１５によりリアクトル４に残留したエネルギーが消費されると、放電ギャップ１３が通電状態を維持できなくなり、時刻ｔ４において、断路器１２が開放するように断路器１２を開制御すると共に、断路器５を開閉制御し、遮断器２を開制御する。これにより、時刻ｔ５において遮断器２が投入され、運転が再開される。その後、断路器１２および開閉器１６を閉制御することにより、通常の直流送電を行う定常運転時の状態となる。

つまり、本実施の形態では、直流線路６の事故発生時において、まず、放電ギャップ１３を通電制御して、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０を急速に減少させる。そして、電源系統１と変換器３との間の送電が遮断器２により遮断され、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０が消滅した後に、開閉器１６を開放してリアクトル４に残留するエネルギーを限流回路１５で急速に消費させる。このように制御することにより、実施の形態１よりも早く事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０を消滅させることができ、事故発生後の運転再開までの時間をさらに短縮することができる。

なお、本実施の形態にかかる電力変換装置１００ａにおいても、実施の形態１と同様に、図３に示した２端子直流送電系統、図４に示した多回線直流送電系統、図５に示した非ループ型多端子直流送電系統、および図６に示したループ型多端子直流送電系統の何れに適用することも可能であり、また、図７および図８において説明したように、直流線路６を複数の線路に分割し、各線路の接続点に接地開閉部１８を設けることにより、事故発生後の運転再開までの時間をより短縮することができる。

以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置によれば、放電ギャップと限流回路と断路器とを直列接続し、限流回路に開閉器を並列接続して接地開閉部を構成したので、通常の直流送電を行う定常運転時には、断路器および開閉器を共に閉制御しておき、直流線路の事故発生時において、まず、放電ギャップを通電制御して事故点（アーク部）に流れるアーク電流を急速に減少させることにより、実施の形態１よりも早く事故点（アーク部）に流れるアーク電流を消滅させることができ、事故発生後の運転再開までの時間をさらに短縮することができる。

また、実施の形態１と同様に、接地開閉部に遮断器を含まない構成であるので、設備の小型化、低コスト化を図ることができる。

また、実施の形態１よりも事故点のアーク継続時間が短くなるため、アークによる設備の損傷をより軽減することができる。

また、実施の形態１と同様に、直流線路を複数の線路に分割し、各線路の接続点に接地開閉部を設けることにより、アーク電流の減衰をさらに早めることができ、事故発生後の運転再開までの時間をより短縮することができる。

実施の形態３．
図１１は、実施の形態３にかかる電力変換装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

実施の形態３にかかる電力変換装置１００ｂでは、接地開閉部１８ｂは、半導体スイッチ素子１７と限流回路１５と断路器１２とが直列接続され、限流回路１５に開閉器１６が並列接続され構成されている。

半導体スイッチ素子１７としては、例えば、高速動作が可能なＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）あるいはＧＣＴサイリスタ（ＧａｔｅＣｏｍｍｕｔａｔｅｄＴｕｒｎ−ｏｆｆＴｈｙｒｉｓｔｏｒ：ゲート転流型ターンオフサイリスタ）等を用いて構成すればよい。

このように構成することにより、実施の形態２において説明した構成と同様に、半導体スイッチ素子１７の通電制御を行うことにより瞬時に通電状態とすることが可能である。

つぎに、実施の形態３にかかる電力変換装置１００ｂの接地開閉部１８ｂの動作について、図１１および図１２を参照して説明する。

図１２は、実施の形態３にかかる電力変換装置における地絡事故発生時の動作例を説明する図である。図１２において、横軸は時間を示し、縦軸は電流を示している。図１２に示す実線は、リアクトル４に流れる電流９の挙動を示し、図１２に示す破線は、事故点（アーク部）７を流れるアーク電流１０の挙動を示している。

本実施の形態では、通常の直流送電を行う定常運転時には、断路器１２および開閉器１６は共に閉制御され、半導体スイッチ素子１７は非通電制御されている。

図１２に示す時刻ｔ０において直流線路６に地絡事故が発生すると、半導体スイッチ素子１７を通電制御し、時刻ｔ２’において半導体スイッチ素子１７が通電状態となる。これにより、時刻ｔ２’以降は事故点（アーク部）７を流れるアーク電流１０が急速に減少する（図１２の破線）。

そして、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０が消滅して事故点（アーク部）７の絶縁耐力の回復に要する時間が経過し、限流回路１５によりリアクトル４に残留したエネルギーが消費されると、半導体スイッチ素子１７を非通電制御し、時刻ｔ４において、断路器１２が開放するように断路器１２を開制御すると共に、断路器５を開閉制御し、遮断器２を開制御する。これにより、時刻ｔ５において遮断器２が投入され、運転が再開される。その後、断路器１２および開閉器１６を閉制御することにより、通常の直流送電を行う定常運転時の状態となる。

つまり、本実施の形態では、直流線路６の事故発生時において、まず、半導体スイッチ素子１７を通電制御して、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０を急速に減少させる。そして、電源系統１と変換器３との間の送電が遮断器２により遮断され、事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０が消滅した後に、開閉器１６を開放してリアクトル４に残留するエネルギーを限流回路１５で急速に消費させる。このように制御することにより、実施の形態２と同様に、実施の形態１よりも早く事故点（アーク部）７に流れるアーク電流１０を消滅させることができ、事故発生後の運転再開までの時間をさらに短縮することができる。

なお、本実施の形態にかかる電力変換装置１００ｂにおいても、実施の形態１と同様に、図３に示した２端子直流送電系統、図４に示した多回線直流送電系統、図５に示した非ループ型多端子直流送電系統、および図６に示したループ型多端子直流送電系統の何れに適用することも可能であり、また、図７および図８において説明したように、直流線路６を複数の線路に分割し、各線路の接続点に接地開閉部１８を設けることにより、事故発生後の運転再開までの時間をより短縮することができる。

以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置によれば、半導体スイッチ素子と限流回路と断路器とを直列接続し、限流回路に開閉器を並列接続して接地開閉部を構成したので、通常の直流送電を行う定常運転時には、断路器および開閉器を共に閉制御、半導体スイッチ素子を非通電制御しておき、直流線路の事故発生時において、まず、半導体スイッチ素子を通電制御して事故点（アーク部）７に流れるアーク電流を急速に減少させることにより、実施の形態２と同様に、実施の形態１よりも早く事故点（アーク部）７に流れるアーク電流を消滅させることができ、事故発生後の運転再開までの時間をさらに短縮することができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる電力変換装置は、複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統に有用であり、特に、設備の小型化、低コスト化を図りつつ、事故発生後の運転再開までの時間を短縮する技術として適している。

１電源系統、２遮断器、３変換器、４リアクトル、５断路器、６直流線路、６−１，６−２線路、７事故点（アーク部）、９電流、１０アーク電流、１２断路器、１３放電ギャップ、１５限流回路、１６開閉器、１７半導体スイッチ素子、１８，１８−１，１８−２，１８−３，１８ａ，１８ｂ接地開閉部、１００，１００ａ，１００ｂ電力変換装置。

Claims

複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統に適用される電力変換装置であって、
前記電源系統と前記直流線路との間に接続されて電力変換を行う変換器と、
前記変換器と直流線路との間に接続されたリアクトルと、
限流回路と断路器とが直列接続され、前記限流回路に開閉器が並列接続され構成された接地開閉部と、
を備え、
前記接地開閉部は、少なくとも前記リアクトルと前記直流線路との間に接続されたことを特徴とする電力変換装置。
前記接地開閉部は、前記直流線路の事故発生時において、前記電源系統と前記変換器との間の送電遮断後に前記断路器が投入され、事故点のアークが消滅した後に、前記開閉器が開放され、前記リアクトルに残留するエネルギーが前記限流回路で消費された後に、前記断路器が開放されることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統に適用される電力変換装置であって、
前記電源系統と前記直流線路との間に接続されて電力変換を行う変換器と、
前記変換器と直流線路との間に接続されたリアクトルと、
放電ギャップと限流回路と断路器とが直列接続され、前記限流回路に開閉器が並列接続され構成された接地開閉部と、
を備え、
前記接地開閉部は、少なくとも前記リアクトルと前記直流線路との間に接続されたことを特徴とする電力変換装置。
前記接地開閉部は、前記直流線路の事故発生時において、前記電源系統と前記変換器との間の送電遮断前に前記放電ギャップが導通制御され、事故点のアークが消滅した後に、前記開閉器が開放され、前記リアクトルに残留するエネルギーが前記限流回路で消費された後に、前記断路器が開放されることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
複数の電源系統間を直流線路で接続して連系する直流送電系統に適用される電力変換装置であって、
前記電源系統と前記直流線路との間に接続されて電力変換を行う変換器と、
前記変換器と直流線路との間に接続されたリアクトルと、
半導体スイッチ素子と限流回路と断路器とが直列接続され、前記限流回路に開閉器が並列接続され構成された接地開閉部と、
を備え、
前記接地開閉部は、少なくとも前記リアクトルと前記直流線路との間に接続されたことを特徴とする電力変換装置。
前記接地開閉部は、前記直流線路の事故発生時において、前記電源系統と前記変換器との間の送電遮断前に前記半導体スイッチ素子が導通制御され、事故点のアークが消滅した後に、前記開閉器が開放され、前記リアクトルに残留するエネルギーが前記限流回路で消費された後に、前記断路器が開放されることを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
複数の前記直流線路が直列あるいは並列に接続されている場合に、前記各直流線路の接続点に前記接地開閉部がさらに設けられたことを特徴とする請求項１，３、または５の何れか一項に記載の電力変換装置。
前記限流回路は、抵抗、コンデンサ、リアクトル、あるいは超電導素子のうちの１つ、または複数を含み構成されたことを特徴とする請求項１，３、または５の何れか一項に記載の電力変換装置。