JP5844012B1 - 保護装置および保護システム - Google Patents

Abstract

交流系統（１，１Ａ）と直流送電系統との間に設けられた電力変換器（５）の保護装置（１０）は、交流系統に接続された変圧器（４）と、交流電力を直流電力に変換可能な電力変換器（５）との間の交流電流値の入力を受け付け、電力変換器（５）からの直流電力が供給される直流線路（９１，９２）と、電力変換器（５）との間に設けられたロゴスキーコイル（８１，８２）により検出される直流電流の変化率の入力を受け付け、当該交流電流値と当該変化率とに基づいて、電力変換器（５）または直流線路（９１，９２）に事故が発生したか否かを判断し、判断結果に基づいて、電力変換器（５）を保護するための情報を出力する。

Description

本開示は、保護装置および保護システムに関し、特に、交流系統と直流送電系統との間に設けられる電力変換器の保護装置、および直流送電系統の保護システムに関する。

電力用のスイッチング素子を応用した電力変換器は、スイッチング素子の大容量化および高速化に伴い、その適用範囲が拡大している。たとえば、電力用スイッチング素子としては、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor）などがある。このような電力変換器の保護装置として、ロゴスキーコイルを用いた技術が開示されている。

特開２００１−１６９５３３号公報（特許文献１）には、ロゴスキーコイルを応用してスイッチング素子の保護装置を構成した電力変換装置が開示されている。この電力変換装置は、スイッチング素子に流れる主回路電流の時間変化を検出するロゴスキーコイルと、このロゴスキーコイルの端子電圧に基づき、スイッチング素子に短絡電流が流れていることを検出する短絡検出器とを備えている。

特開２００１−１６９５３３号公報

たとえば、上記のような電力変換器は、交流電力と直流電力の間の変換を行なうために直流送電システムに適用される。直流送電システムにおいては、電力変換器内部あるいは直流線路での事故発生時には直流線路および電力変換器に大電流が流れる。そのため、電力変換器内のスイッチング素子の損傷を防ぐため、より正確かつ高速に事故を検出し除去することが望まれる。

上述したように、特許文献１に開示された電力変換器では、その保護のために、電力変換器内を流れる電流の時間変化を検出するロゴスキーコイルが設けられている。しかしながら、たとえば、自励式の電力変換器を用いた直流送電システムにおいては、電力変換器内に流れる電流には直流成分だけでなく交流成分も含まれる。そのため、常に、交流成分の時間変化の影響を受けてしまうことから、ロゴスキーコイルのみでは、電力変換器内の事故判定を正確に行なうことができないという問題がある。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、交流系統と直流送電系統との間に設けられる電力変換器を保護するために、より正確かつ高速に事故を検出し除去することが可能な保護装置、および直流送電系統の保護システムを提供することである。

ある実施の形態に従うと、交流系統と直流送電系統との間に設けられた電力変換器の保護装置が提供される。保護装置は、交流系統に接続された変圧器と、交流電力を直流電力に変換可能な電力変換器との間の交流電流値の入力を受け付ける電流入力部と、電力変換器からの直流電力が供給される直流線路と、電力変換器との間に設けられた空芯コイルにより検出される直流電流の変化率の入力を受け付ける電流変化率入力部と、電流入力部により受け付けられた交流電流値と、電流変化率入力部により受け付けられた変化率とに基づいて、電力変換器または直流線路に事故が発生したか否かを判断する事故判断部と、事故判断部の判断結果に基づいて、電力変換器を保護するための情報を出力する出力部とを備える。

本開示によると、交流系統と直流送電系統との間に設けられた電力変換器を保護するために、より正確かつ高速に事故を検出し除去することが可能となる。

本実施の形態に従う直流送電系統の保護システムの全体構成の一例を示す図である。 本実施の形態に従う保護システムの動作を説明するための図である。 本実施の形態に従う保護システムの動作を説明するための図である。 本実施の形態に従う保護システムの動作を説明するための図である。 本実施の形態に従う保護装置の機能ブロック図である。 本実施の形態に従う保護装置の処理手順を示すフローチャートである。 本実施の形態に従う保護装置を適用した多端子直流送電系統の例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜全体構成＞
図１は、本実施の形態に従う直流送電系統の保護システムの全体構成の一例を示す図である。図１を参照して、直流送電系統は、交流母線１，１Ａにそれぞれ接続された交流系統２，２Ａを直流線路９１，９２により連系させた２端子直流送電系統である。

交流母線１は、遮断器３および変圧器４を介して電力変換器５の交流端子に接続されている。交流母線１Ａは、遮断器３Ａおよび変圧器４Ａを介して電力変換器５Ａの交流端子に接続されている。

電力変換器５は、交流系統２と、直流送電系統の電力線路である直流線路９１，９２との間に設けられる。電力変換器５Ａは、直流送電系統の電力線路である直流線路９１，９２と、交流系統２Ａとの間に設けられる。具体的には、電力変換器５，５Ａの正極側端子には直流線路９１が接続され、電力変換器５の負極側端子には直流線路９２が接続されている。たとえば、電力変換器５，５Ａがそれぞれ順変換器，逆変換器として機能する場合には、電力変換器５により変圧器４からの交流電力が直流電力に変換され、この変換された直流電力が直流線路９１，９２を介して直流送電される。そして、その受電端において電力変換器５Ａにより直流電力が交流電力に変換されて変圧器４Ａに供給される。なお、電力変換器５，５Ａがそれぞれ逆変換器，順変換器として機能する場合には、上記と逆の変換動作が行われる。

電力変換器５，５Ａは、有効電力と無効電力とを独立して制御できる自励式の電圧型電力変換器で構成されている。電力変換器５，５Ａの構成単位であるセルは、たとえば、トランジスタ素子の一例であるＩＧＢＴと、このＩＧＢＴに逆並列に接続されるダイオードとを含む２つのスイッチング素子から構成される。２つのスイッチング素子は直列に接続されており、この直列接続されたスイッチング素子の両端にコンデンサが接続される。スイッチング素子の両端から引き出された端子がセル端子となる。

変圧器４と電力変換器５との間には電流検出器７が設けられている。電流検出器７は、変圧器４と電力変換器５との間に流れる交流電流を検出し、その交流電流の電流値を過電流リレー２０に入力する。過電流リレー２０は、当該入力された電流値を示す情報を保護装置１０に送信する。典型的には、当該情報は、電流値を特定するためのディジタル情報として送信される。過電流リレー２０は、たとえば、交流過電流継電器または地絡過電流継電器で構成されている。

電力変換器５と直流線路９１との間にはロゴスキーコイル８１が設けられ、電力変換器５と直流線路９２との間にはロゴスキーコイル８２が設けられている。ロゴスキーコイルは、ホールＣＴなどとは異なり鉄芯を持たない空芯コイルであるため、応答速度が速く、小型軽量である。また、出力電圧レベルがホールＣＴよりも大きく、ホール素子のような微細な電子部品も不要であるので、耐ノイズ性が良好で温度変化などの影響も受けにくい。

電流変化率リレー３１，３２は、それぞれロゴスキーコイル８１，８２の端子間電圧の入力を受け付ける。ロゴスキーコイルの端子間電圧は電流の変化率に比例するため、電流変化率リレー３１は、電力変換器５と直流線路９１との間の直流電流の変化率を検出でき、電流変化率リレー３２は、電力変換器５と直流線路９２との間の直流電流の変化率を検出できる。電流変化率リレー３１，３２は、たとえば、直流過電流継電器である。

また、電流変化率リレー３１，３２は、それぞれ検出した変化率を示す情報を保護装置１０に送信する。典型的には、当該情報は、検出した変化率を特定するためのディジタル情報として送信される。

保護装置１０は、過電流リレー２０および電流変化率リレー３１，３２から送信された情報に基づいて、電力変換器５（および直流線路９１，９２）を保護するための処理を実行する。たとえば、保護装置１０は、当該情報に基づいて、電力変換器５内部、あるいは直流線路９１，９２において事故が発生したか否かを判定し、事故が発生した場合には電力変換器５に動作の停止指令を送信した後、遮断器３に遮断指令を送信する。なお、保護装置１０の具体的な処理内容については後述する。

典型的には、保護装置１０は、マイクロコンピュータを主体として構成されており、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）を含み、ＣＰＵが図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリに格納されたデータおよびプログラムを実行することによって実現される。なお、保護装置１０は、ＣＰＵによって実行される命令に基づく処理を実現するための回路などのハードウェアで構成されていてもよい。

＜動作概要＞
次に、上述したような構成を有する直流送電系統の保護システムの動作概要について説明する。まず、直流線路９１または直流線路９２で事故が発生した場合の保護システムの動作概要について説明する。なお、説明の容易化のため、ここでは、直流線路９１で時刻ｔ１において事故が発生した場合について説明する。

図１を参照して、直流線路９１で事故が発生すると、直流線路９１，９２に流れる電流が急激に増大する。具体的には、電力変換器５側から直流線路９１側に流れる電流が急激に増大する。このとき、電流検出器７では急激な電流の増大が検出され、ロゴスキーコイル８１，８２では端子間電圧の急激な変化が検出される。

図２は、本実施の形態に従う保護システムの動作を説明するための図である。具体的には、図２において、横軸は時刻ｔであり、縦軸は変圧器４と電力変換器５との間の交流電流の実効値Ｉｒｍｓを示している。図２を参照して、事故が発生した時刻ｔ１において実効値Ｉｒｍｓが急激に増大していることがわかる。

図３は、本実施の形態に従う保護システムの動作を説明するための図である。具体的には、図３において、横軸は時刻ｔであり、縦軸は電力変換器５と直流線路９１との間の直流電流の電流変化率Ｒ１を示している。電力変換器５と直流線路９２との間の直流電流の電流変化率Ｒ２も同様な傾向となる。本実施の形態では、電力変換器５から直流線路９１に電流が流れる方向を正方向とし、直流線路９１から電力変換器５に電流が流れる方向を負方向とする。この場合、直流線路９２から電力変換器５に電流が流れる方向が正方向となり、電力変換器５から直流線路９２に電流が流れる方向が負方向となる。

図３を参照すると、事故が発生した時刻ｔ１において電流変化率Ｒ１が正方向に急激に変化（すなわち、ロゴスキーコイル８１の端子間電圧が正方向に急激に変化）していることがわかる。

再び、図１を参照して、保護装置１０は、過電流リレー２０を介して変圧器４と電力変換器５との間の交流電流値を示す情報（ここでは、実効値Ｉｒｍｓを示す情報）の入力を受け付け、電流変化率リレー３１を介して電力変換器５と直流線路９１との間の直流電流の電流変化率Ｒ１を示す情報の入力を受け付ける。保護装置１０は、これらの情報に基づいて、実効値Ｉｒｍｓが基準閾値Ｉｓ以上であり、かつ電流変化率Ｒ１の絶対値が基準変化率Ｒｓ以上になったと判断する。また、保護装置１０は、電流変化率Ｒ１の極性が正であるため、電力変換器５から直流線路９１に流れる電流が増大したと判断する。

このことから、保護装置１０は、直流線路９１で事故が発生したと判断して、電力変換器５に動作の停止指令を送信し、遮断器３に遮断指令を送信する。具体的には、保護装置１０は、電力変換器５に動作の停止指令を送信してから遮断器３に遮断指令を送信する。そのため、電力変換器５の動作が停止した後、遮断器３が開放されて電力変換器５が交流系統２から切り離される。これにより、電力変換器５が動作中に遮断器３が開放されることによる直流送電系統への悪影響を防止することができる。

なお、保護装置１０は、電力変換器５および遮断器３のそれぞれに、当該停止指令および当該遮断指令を同時に送信してもよい。この場合でも、遮断器３が閉成状態から開放状態になるまでに時間がかかるため、電力変換器５の動作が停止した後、遮断器３が開放されて電力変換器５が交流系統２から切り離されることになる。また、保護装置１０は、直流線路９１で事故が発生した旨をディスプレイ（図示しない）などに表示してもよい。

次に、電力変換器５内で事故が発生した場合の保護システムの動作概要について説明する。なお、ここでは、電力変換器５内で時刻ｔ１において事故が発生した場合について説明する。

図１を参照して、電力変換器５内で事故が発生すると、直流線路９１から電力変換器５に流れる電流が急激に増大する。このとき、直流線路９１で事故が発生した場合と同様に、電流検出器７では図２に示すような急激な電流の増大が検出される。すなわち、時刻ｔ１において実効値Ｉｒｍｓが急激に増大する。なお、ロゴスキーコイル８１，８２でも急激な端子間電圧の変化が検出されるが、図４に示すようにその変化方向が図３の場合とは逆方向となる。

図４は、本実施の形態に従う保護システムの動作を説明するための図である。具体的には、図４において、横軸は時刻ｔであり、縦軸は電力変換器５と直流線路９１との間の直流電流の電流変化率Ｒ１を示している。電力変換器５と直流線路９２との間の直流電流の電流変化率Ｒ２も同様な傾向となる。図４を参照して、時刻ｔ１において電流変化率Ｒ１が負方向に急激に変化（すなわち、ロゴスキーコイル８１の端子間電圧が負方向に急激に変化）していることがわかる。

再び、図１を参照して、保護装置１０は、過電流リレー２０を介して変圧器４と電力変換器５との間の交流電流値を示す情報（ここでは、実効値Ｉｒｍｓを示す情報）の入力を受け付け、電流変化率リレー３１を介して電力変換器５と直流線路９１との間の直流電流の電流変化率Ｒ１を示す情報の入力を受け付ける。保護装置１０は、これらの情報に基づいて、実効値Ｉｒｍｓが基準閾値Ｉｓ以上であり、かつ電流変化率Ｒ１の絶対値が基準変化率Ｒｓ以上になったと判断する。また、保護装置１０は、電流変化率Ｒ１の極性が負であるため、直流線路９１から電力変換器５に流れる電流が増大したと判断する。

このことから、保護装置１０は、電力変換器５内で事故が発生したと判断して、電力変換器５に動作の停止指令を送信し、遮断器３に遮断指令を送信する。これにより、電力変換器５の動作が停止した後、遮断器３が開放されて電力変換器５が交流系統２から切り離される。また、保護装置１０は、電力変換器５内で事故が発生した旨をディスプレイなどに表示してもよい。

上記のように、保護装置１０は、直流線路９１，９２または電力変換器５内での事故の発生を検出した場合には電力変換器５の動作を停止させてから遮断器３を開放させるため、事故電流による電力変換器５の損傷を防ぐことができる。

また、保護装置１０は、変圧器４と電力変換器５との間の交流電流の電流値、および電力変換器５と直流線路９１，９２との間の直流電流の変化率の両方を考慮して事故の発生を判断するため、より正確に事故を検出することができる。さらに、保護装置１０は、電力変換器５と直流線路９１，９２との間の直流電流の変化の向きにより、事故区間が直流線路９１，９２なのか電力変換器５内なのかを判断することもできる。これにより、保護装置１０は、直流線路および電力変換器の事故を確実に検出して事故区間を除去することができる。

また、直流電流の変化率の検出には空芯コイルであるロゴスキーコイルが用いられているため、たとえば直流変流器等を用いる場合よりも高速な事故判定が可能となる。特に、電力変換器５が自励式電力変換器であることから、他励式電力変換器と比べて事故が発生したときに流れる電流の立ち上がりが急峻であるため高速な事故判定が要求される。保護装置１０によると、応答速度が速いロゴスキーコイルを用いていることから高速に事故判定を行なうことが可能であるため、自励式の電力変換器５の損傷を確実に防ぐことができる。また、高速な事故判定が可能となるため、事故発生による健全な電力系統への事故波及を最小限にとどめることもできる。

＜機能構成＞
図５は、本実施の形態に従う保護装置１０の機能ブロック図である。図５を参照して、保護装置１０は、電流入力部１１０と、電流変化率入力部１２０と、事故判断部１３０と、出力部１４０と、報知部１５０とを含む。これらの各機能は、保護装置１０のＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部はハードウェアで実現されるように構成されていてもよい。

電流入力部１１０は、交流系統２に接続された変圧器４と、交流電力を直流電力に変換可能な電力変換器５との間の交流電流値の入力を受け付ける。具体的には、電流入力部１１０は、過電流リレー２０から当該交流電流値を示す情報（たとえば、交流電流の実効値）を受信する。

電流変化率入力部１２０は、直流線路９１と電力変換器５との間に設けられたロゴスキーコイル８１により検出される直流電流の変化率、および直流線路９２と電力変換器５との間に設けられたロゴスキーコイル８２により検出される直流電流の変化率の入力を受け付ける。具体的には、電流変化率入力部１２０は、電流変化率リレー３１，３２を介してこれらの変化率を受信する。

事故判断部１３０は、電流入力部１１０により受け付けられた交流電流値と、電流変化率入力部１２０により受け付けられた変化率とに基づいて、電力変換器５または直流線路９１，９２に事故が発生したか否かを判断する。具体的には、事故判断部１３０は、当該交流電流値が基準閾値Ｉｓ以上であって、かつ、当該変化率が基準変化率Ｒｓ以上である場合に、電力変換器５または直流線路９１，９２に事故が発生したと判断する。なお、基準閾値Ｉｓおよび基準変化率Ｒｓは、保護装置１０のメモリに予め記憶されている。なお、事故判断部１３０は、応答速度の速いロゴスキーコイル８１，８２により検出される直流電流の変化率を用いて、電力変換器５または直流線路９１，９２に事故が発生したか否かを判断しているため、当該判断を高速に行なうことができる。

事故判断部１３０は、当該変化率の極性に基づいて、電力変換器５および直流線路９１のいずれに事故が発生したのかを判断することもできる（この場合、直流線路９２には事故が発生していないとする）。たとえば、事故判断部１３０は、当該変化率が正の場合（電力変換器５から直流線路９１に流れる電流が増大した場合）には、直流線路９１で事故が発生したと判断し、当該変化率が負の場合には、電力変換器５で事故が発生したと判断する。

出力部１４０は、事故判断部１３０の判断結果に基づいて、電力変換器５（および直流線路９１，９２）を保護するための情報を出力する。具体的には、出力部１４０は、電力変換器５または直流線路９１，９２に事故が発生した場合、電力変換器５の動作を停止するための停止指令を電力変換器５に出力することにより、電力変換器５の動作を停止させる。また、出力部１４０は、交流系統２と変圧器４との間に設けられた遮断器３に遮断指令を出力することにより、電力変換器５および直流線路９１，９２を保護する。より具体的には、出力部１４０は、電力変換器５に停止指令を出力した後、遮断器３に遮断指令を出力する。または、出力部１４０は、電力変換器５および遮断器３に、それぞれ停止指令および遮断指令を同時に出力する。これにより、事故電流による電力変換器５の損傷をより確実に防止することができる。

報知部１５０は、事故判断部１３０により電力変換器５または直流線路９１，９２に事故が発生したと判断された場合に異常を報知する。具体的には、報知部１５０は、保護装置１０の管理者などに対して異常を報知する。報知部１５０が異常を報知する方法としては、保護装置１０に設けられた報知灯（図示しない）を点灯させる、スピーカ（図示しない）から警報音を発生させる、または保護装置１０の表示部（図示しない）に異常メッセージを表示させるなどの方法を採用ことができる。これにより、管理者は、電力変換器５を交流系統２から切り離すなどの対処を速やかに行なうことができる。

＜処理手順＞
図６は、本実施の形態に従う保護装置１０の処理手順を示すフローチャートである。典型的には、以下の各ステップは、保護装置１０のＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、保護装置１０は、常時、過電流リレー２０から送信される情報（ここでは、変圧器４と電力変換器５との間の交流電流の実効値Ｉｒｍｓ）と、電流変化率リレー３１，３２から送信される情報（ここでは、電力変換器５と直流線路９１との間の直流電流の電流変化率Ｒ１と、電力変換器５と直流線路９２との間の直流電流の電流変化率Ｒ２）とを監視しているものとする。なお、ここでは、直流線路９２では事故が発生していないものとする。

図６を参照して、保護装置１０は、実効値Ｉｒｍｓが基準閾値Ｉｓ以上か否かを判断する（ステップＳ１０）。実効値Ｉｒｍｓが基準閾値Ｉｓ未満の場合には（ステップＳ１０においてＮＯ）、保護装置１０は処理を終了する。一方、実効値Ｉｒｍｓが基準閾値Ｉｓ以上の場合には（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、保護装置１０は、電流変化率Ｒ１の絶対値または電流変化率Ｒ２の絶対値が基準変化率Ｒｓ以上か否かを判断する（ステップＳ１２）。

電流変化率Ｒ１の絶対値および電流変化率Ｒ２の絶対値が基準変化率Ｒｓ未満の場合には（ステップＳ１２においてＮＯ）、保護装置１０は処理を終了する。一方、電流変化率Ｒ１の絶対値または電流変化率Ｒ２の絶対値が基準変化率Ｒｓ以上の場合には（ステップＳ１２においてＹＥＳ）、保護装置１０は、電流変化率Ｒ１，Ｒ２の極性が正か否かを判断する（ステップＳ１４）。電流変化率Ｒ１，Ｒ２の極性が正の場合には（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、保護装置１０は、直流線路９１で事故が発生したと判断して当該事故の発生を報知する（ステップＳ１６）。一方、電流変化率Ｒ１，Ｒ２の極性が負の場合には（ステップＳ１４においてＮＯ）、保護装置１０は、電力変換器５内で事故が発生したと判断して当該事故の発生を報知する（ステップＳ１８）。

そして、保護装置１０は、動作停止指令を電力変換器５に送信し（ステップＳ２０）、遮断器３に遮断指令を送信して（ステップＳ２２）、処理を終了する。なお、保護装置１０は、ステップＳ２０およびステップＳ２２の処理を同時に実行してもよい。

＜多端子直流送電系統での適用例＞
上記では、２端子直流送電系統に用いられる電力変換器に保護装置１０を適用する構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、図７に示すような３つ以上の交流系統を直流線路で連系する多端子直流送電系統に用いられる電力変換器にも、保護装置１０を適用することができる。

図７は、本実施の形態に従う保護装置１０を適用した多端子直流送電系統の例を示す図である。図７を参照して、多端子直流送電系統は、交流母線１〜１Ｂにそれぞれ接続された交流系統２〜２Ｂを直流線路９１〜９１Ｂ，９２〜９２Ｂにより連系させた３端子直流送電系統である。分岐点Ｊにおいて正極側の直流線路９１は、複数の直流線路９１Ａ，９１Ｂに分岐され、負極側の直流線路９２は複数の直流線路９２Ａ，９２Ｂに分岐される。

当該構成においては、過電流リレー２０Ａは、変圧器４Ａと電力変換器５Ａとの間に設けられた電流検出器７Ａから交流電流値の入力を受け付け、電流変化率リレー３１Ａ，３２Ａは、それぞれロゴスキーコイル８１Ａ，８２Ａの端子間電圧の入力を受け付ける。保護装置１０と同一の機能を有する保護装置１０Ａは、過電流リレー２０Ａおよび電流変化率リレー３１Ａ，３２Ａから送信された情報に基づいて、電力変換器５Ａおよび直流線路９１Ａ，９２Ａでの事故の発生の有無を判断する。事故が発生した場合には、保護装置１０Ａは、電力変換器５Ａに動作の停止指令を送信した後、遮断器３Ａに対して遮断指令を送信する。

また、同様に、過電流リレー２０Ｂは、変圧器４Ｂと電力変換器５Ｂとの間に設けられた電流検出器７Ｂから交流電流値の入力を受け付け、電流変化率リレー３１Ｂ，３２Ｂは、それぞれロゴスキーコイル８１Ｂ，８２Ｂの端子間電圧の入力を受け付ける。保護装置１０と同一の機能を有する保護装置１０Ｂは、過電流リレー２０Ｂおよび電流変化率リレー３１Ｂ，３２Ｂから送信された情報に基づいて、電力変換器５Ｂまたは直流線路９１Ｂ，９２Ｂでの事故の発生の有無を判断する。事故が発生した場合には、保護装置１０Ｂは、電力変換器５Ｂに動作の停止指令を送信した後、遮断器３Ｂに対して遮断指令を送信する。

上記のように多端子直流送電系統において保護装置を適用することにより、各電力変換器および各直流線路の事故を高速に検出することができる。そのため、事故が発生した電力変換器や直流線路のみを分離することが可能となり、事故発生後、速やかに健全な電力変換器や直流線路のみでの直流送電を実現することができる。

＜利点＞
本実施の形態によれば、電力変換器および直流線路での事故の発生を高速かつ正確に検出することにより、より早く事故を除去することが可能となる。そのため、事故電流による電力変換器の損傷を防ぐことができる。

本実施の形態によれば、電力変換器および直流線路のいずれで事故が発生したのかを判断することができるため、事故発生後の対処を的確に行なうことができる。

本実施の形態によれば、直流電流の変化率の検出にロゴスキーコイルが用いられていることから高速な事故判定が可能となるため、事故発生時の電流の立ち上がりが急峻な自励式の電力変換器であっても確実に事故電流による損傷を防止することができる。なお、事故発生時の電流の立ち上がりが緩やかな他励式の電力変換器を事故電流による損傷から保護できることは言うまでもない。

［その他の実施の形態］
上述した実施の形態では、保護装置１０は、過電流リレー２０を介して変圧器４と電力変換器５との間の交流電流値を示す情報を受信し、電流変化率リレー３１，３２を介して電力変換器５と直流線路９１，９２との間の直流電流の変化率を示す情報を受信する構成について説明したが、当該構成に限られない。たとえば、保護装置１０は、過電流リレー２０を介さずに電流検出器７で検出された交流電流値を直接受信してもよい。保護装置１０は、電流変化率リレー３１，３２を介さずにロゴスキーコイル８１，８２の端子間電圧の入力を直接受けて、直流電流の変化率を検出してもよい。また、保護装置１０は、過電流リレー２０および電流変化率リレー３１，３２の機能を有する構成であってもよい。

上述した実施の形態では、ロゴスキーコイル８１，８２の２つのロゴスキーコイルを用いる構成について説明したが、ロゴスキーコイル８１またはロゴスキーコイル８２を用いる構成であってもよい。たとえば、ロゴスキーコイル８１のみを用いる場合には、保護装置１０は、ロゴスキーコイル８１の端子間電圧から導出される電流変化率Ｒ１のみを用いて上述した処理を実行する。

上述した実施の形態では、電力変換器５が自励式の電力変換器である構成について説明したが、他励式の電力変換器であってもよい。

上述した実施の形態では、多端子直流送電系統が３端子直流送電系統である構成について説明したが、４端子以上の直流送電系統であってもよい。

上述の実施の形態として例示した構成は、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。

また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ，１Ｂ 交流母線、２，２Ａ，２Ｂ 交流系統、３，３Ａ，３Ｂ 遮断器、４，４Ａ，４Ｂ 変圧器、５，５Ａ，５Ｂ 電力変換器、７，７Ａ，７Ｂ 電流検出器、１０，１０Ａ，１０Ｂ 保護装置、２０，２０Ａ，２０Ｂ 過電流リレー、３１，３１Ａ，３１Ｂ，３２，３２Ａ，３２Ｂ 電流変化率リレー、８１，８１Ａ，８１Ｂ，８２，８２Ａ，８２Ｂ ロゴスキーコイル、９１，９１Ａ，９１Ｂ，９２，９２Ａ，９２Ｂ 直流線路、１１０ 電流入力部、１２０ 電流変化率入力部、１３０ 事故判断部、１４０ 出力部、１５０ 報知部。

Claims (8)

1. 直流送電系統を構成する直流線路と交流系統との間に設けられた電力変換器の保護装置であって、
   前記交流系統に接続された変圧器と、交流電力を直流電力に変換可能な前記電力変換器との間の交流電流値の入力を受け付ける電流入力部と、
   前記電力変換器からの直流電力が供給される前記直流線路と、前記電力変換器との間に設けられた空芯コイルにより検出される直流電流の変化率の入力を受け付ける電流変化率入力部と、
   前記電流入力部により受け付けられた前記交流電流値と、前記電流変化率入力部により受け付けられた前記変化率とに基づいて、前記電力変換器または前記直流線路に事故が発生したか否かを判断する事故判断部と、
   前記事故判断部の判断結果に基づいて、前記電力変換器を保護するための情報を出力する出力部とを備える、保護装置。
2. 前記事故判断部は、前記交流電流値が基準閾値以上であって、かつ、前記変化率が基準変化率以上である場合に、前記電力変換器または前記直流線路に事故が発生したと判断する、請求項１に記載の保護装置。
3. 前記事故判断部は、前記変化率の極性に基づいて、前記電力変換器および前記直流線路のいずれに事故が発生したのかを判断する、請求項１または請求項２に記載の保護装置。
4. 前記電力変換器または前記直流線路に事故が発生した場合、前記出力部は、前記交流系統と前記変圧器との間に設けられた遮断器に遮断指令を出力する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の保護装置。
5. 前記電力変換器または前記直流線路に事故が発生した場合、前記出力部は、前記電力変換器の動作を停止するための停止指令を前記電力変換器に出力する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の保護装置。
6. 前記電力変換器は、自励式電力変換器を含む、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の保護装置。
7. 前記直流送電系統は、３つ以上の前記交流系統を直流線路で連系する多端子直流送電系統を含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の保護装置。
8. 直流送電系統の保護システムであって、
   交流系統に接続された変圧器からの交流電力を直流電力に変換して、前記直流送電系統を構成する直流線路に供給可能な電力変換器と、
   前記電力変換器を保護するための保護装置とを備え、
   前記保護装置は、
   前記変圧器と前記電力変換器との間の交流電流値の入力を受け付ける電流入力部と、
   前記直流線路と前記電力変換器との間に設けられた空芯コイルにより検出される直流電流の変化率の入力を受け付ける電流変化率入力部と、
   前記電流入力部により受け付けられた前記交流電流値と、前記電流変化率入力部により受け付けられた前記変化率とに基づいて、前記電力変換器または前記直流線路に事故が発生したか否かを判断する事故判断部と、
   前記事故判断部の判断結果に基づいて、前記電力変換器を保護するための情報を出力する出力部とを含む、保護システム。

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