JP6109649B2 - DC current interrupter - Google Patents

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本発明の実施形態は、直流電流遮断装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a direct current interruption device.

近年、風力発電、太陽光発電、太陽熱発電などの再生可能エネルギーの普及が促進されているが、より大電力の再生可能エネルギーでまかなうためには、洋上風力発電、砂漠地帯での太陽光発電や太陽熱発電が検討され始めている。   In recent years, the spread of renewable energy such as wind power generation, solar power generation, and solar thermal power generation has been promoted, but in order to cover higher-power renewable energy, offshore wind power generation, solar power generation in desert areas, etc. Solar power generation is beginning to be considered.

洋上風力発電においては、洋上発電された電力を消費地である都市まで海底ケーブルで大電力送電したり、アフリカや中国大陸奥部の砂漠地で発電された大電力を例えばヨーロッパや沿岸地帯の大都市まで長距離にわたって高効率に送電することが必要になってくる。   In offshore wind power generation, large amounts of offshore generated power are transmitted to the cities where they are consumed by submarine cables, or large amounts of power generated in desert areas in the back of Africa and the mainland of China are used for example in Europe and coastal areas. It is necessary to transmit power efficiently over long distances to cities.

このような要求に対応処するためには、従来の三相交流による電力送電よりも、直流送電のほうが高効率、かつコストを抑えながら設置することが可能になるため、直流送電網の構築が検討され始めている。   In order to respond to such demands, DC power transmission can be installed more efficiently and at a lower cost than conventional three-phase AC power transmission. Being started.

直流送電においては、発電された交流電力を直流送電用の直流に変換するコンバータや送電されてきた直流を都市内の電力設備内にて交流に変換するインバータなどの電力変換装置が必要になる。この場合、交流電力系統内にコンバータ、インバータのスイッチングに伴う高調波成分が流出しないように、正弦波に近い電圧波形を出力することができるモジュラーマルチレベル変換器回路などの検討・実用化が進められている。   In DC power transmission, a power converter such as a converter that converts generated AC power into DC for DC power transmission or an inverter that converts transmitted DC power into AC in a power facility in a city is required. In this case, studies and commercialization of modular multi-level converter circuits that can output a voltage waveform close to a sine wave so that harmonic components associated with switching of converters and inverters do not flow into the AC power system will proceed. It has been.

ところで、直流送電システムは、長距離大電力の送電に適用する場合、従来の交流送電システムに比べて、低コストで設置可能であり、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。しかし、落雷などによって系統事故が発生したとき、その系統事故の事故発生点を迅速に遮断することが難しい制約がある。   By the way, the DC power transmission system can be installed at a lower cost than the conventional AC power transmission system when applied to long-distance high-power transmission, and a high-efficiency system with less transmission loss can be constructed. . However, when a system accident occurs due to a lightning strike, there is a restriction that it is difficult to quickly shut off the point of the system accident.

交流送電システムは、機械接点式遮断器により、交流電流が交流周波数50Hzまたは60Hzの半サイクルごとにゼロを横切る点を利用して高速に電流遮断することができるのに対して、直流送電システムでは直流電流がゼロを横切る点が無いため、機械接点式遮断器では直流電流を迅速に遮断できない為である。   In the AC power transmission system, the mechanical contact breaker can cut off the current at a high speed using a point where the AC current crosses zero every half cycle of the AC frequency 50 Hz or 60 Hz. This is because there is no point where the DC current crosses zero, and therefore the mechanical contact breaker cannot quickly interrupt the DC current.

通常、電力送電網を構築する場合、事故発生点を送電網から高速に切り離して健全な送電網だけで運転継続しなければならない要求が発生することが想定されるが、前述するように系統事故時に事故電流を高速に遮断できない制約があると、以上のような直流送電網を構築できなくなってしまう。   Normally, when constructing a power transmission network, it is assumed that there will be a requirement that the accident point should be separated from the power transmission network at a high speed and the operation should be continued only with a healthy power transmission network. If there is a restriction that sometimes cannot cut off the accident current at high speed, it becomes impossible to construct a DC power transmission network as described above.

そこで、従来、図5に示すように、直流送電網の送電線101の所要個所に、複数個のH形ブリッジユニット103,…を直列接続した構成の直流電流遮断装置が提案されている。各H形ブリッジユニット103は、自己消弧能力を持つ例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等のスイッチング素子をそれぞれ2個直列接続した2つのレグ103a,103bとコンデンサ103cとを並列接続した回路構成である。   Therefore, as shown in FIG. 5, a DC current interrupting device having a configuration in which a plurality of H-shaped bridge units 103,... Are connected in series at a required portion of a transmission line 101 of a DC transmission network has been proposed. Each H-type bridge unit 103 has a circuit configuration in which two legs 103a and 103b each having two switching elements such as IGBTs (insulated gate bipolar transistors) having self-extinguishing capability connected in series and a capacitor 103c are connected in parallel. is there.

ここで、複数個のH形ブリッジユニット103,…を直列接続した理由は、1個のH形ブリッジユニット103を構成する半導体スイッチング素子の耐電圧が小さいので、送電線101の直流線路電圧に相当する耐電圧をもたすために、複数個のH形ブリッジユニット103,…を直列接続したものである。   Here, the reason why the plurality of H-type bridge units 103 are connected in series is equivalent to the DC line voltage of the power transmission line 101 because the withstand voltage of the semiconductor switching elements constituting one H-type bridge unit 103 is small. In order to have a withstand voltage, a plurality of H-shaped bridge units 103,... Are connected in series.

図5の直流電流遮断装置は、定常動作時、各H形ブリッジユニット103,…のレグ103a,103bの所要の半導体スイッチング素子をオンして定常動作時の直流電流を流し、系統事故の発生時には当該半導体スイッチング素子をオフし、半導体スイッチング素子の自己消弧能力を活用して直流事故電流でも高速に遮断する。その結果、将来の直流送電システムにおいても、事故時の直流電流を高速に遮断することが可能となった。   The DC current interrupting device of FIG. 5 turns on the required semiconductor switching elements of the legs 103a, 103b of each H-shaped bridge unit 103, ... during normal operation, and flows DC current during normal operation, and when a system fault occurs. The semiconductor switching element is turned off, and the self-extinguishing capability of the semiconductor switching element is utilized to cut off the DC fault current at high speed. As a result, it became possible to cut off the direct current at the time of an accident at a high speed even in the future direct current transmission system.

しかしながら、以上のような高速遮断が可能な回路構成では、送電する電力全てが常時複数のHブリッジユニット103,…の半導体スイッチング素子を通過することになるため、大きな導通損失が発生し、ひいては遮断装置の容量増大、多数の半導体スイッチング素子の電流通過に伴う送電損失の増加によって通常運転時の送電効率の低下を招き、高コスト、遮断装置の大型化は避けられない。   However, in the circuit configuration capable of high-speed interruption as described above, since all of the transmitted power always passes through the semiconductor switching elements of the plurality of H bridge units 103,. The increase in the capacity of the device and the increase in power transmission loss due to the passage of current through a large number of semiconductor switching elements lead to a decrease in power transmission efficiency during normal operation, resulting in high costs and an increase in the size of the interrupting device.

そこで、以上のような問題を解決するために、図6に示すような直流電流遮断装置が提案されている。   Therefore, in order to solve the above problems, a DC current interrupting device as shown in FIG. 6 has been proposed.

この直流電流遮断装置は、直流送電網の送電線101の所要個所に、機械接点式電流遮断器104と補助半導体遮断器105の直列接続回路と、半導体遮断器106とを並列に接続した回路構成である。   This DC current interrupting device has a circuit configuration in which a serial connection circuit of a mechanical contact type current interrupter 104 and an auxiliary semiconductor circuit breaker 105 and a semiconductor circuit breaker 106 are connected in parallel to a required portion of a transmission line 101 of a DC power transmission network. It is.

この直流電流遮断装置によれば、定常動作時には、機械接点式電流遮断器104及び補助半導体遮断器105をオン状態にし、半導体遮断器106をオフ状態に設定する。このとき、通常の直流電流は、機械接点式電流遮断器104と補助半導体遮断器105の直列回路を通って流れる。   According to this DC current interrupting device, at the time of steady operation, the mechanical contact current interrupter 104 and the auxiliary semiconductor circuit breaker 105 are turned on, and the semiconductor circuit breaker 106 is set off. At this time, a normal DC current flows through a series circuit of the mechanical contact type current breaker 104 and the auxiliary semiconductor breaker 105.

一方、系統事故発生時には、補助半導体遮断器105をオフすると同時に並列接続の半導体遮断器106をオンする。これにより、事故電流はすべて並列接続の半導体遮断器106に流れ始める。その後、機械接点式電流遮断器104に流れる電流がゼロになった時点で、機械接点式電流遮断器104を切り離して絶縁耐圧を確保できるような状態にし、並列接続側の半導体遮断器106をオフすることにより、事故電流を遮断する。   On the other hand, when a system fault occurs, the auxiliary semiconductor circuit breaker 105 is turned off and the parallel-connected semiconductor circuit breaker 106 is turned on at the same time. As a result, all fault currents begin to flow through the parallel-connected semiconductor circuit breakers 106. After that, when the current flowing through the mechanical contact type current breaker 104 becomes zero, the mechanical contact type current breaker 104 is disconnected to ensure a dielectric strength, and the semiconductor breaker 106 on the parallel connection side is turned off. To cut off the accident current.

このような直流電流遮断装置は、定常動作時の導通損失は補助半導体遮断器105の導通損失だけであるので、図5に示す直流電流遮断装置に比べて導通損失を低減することができるが、未だ補助半導体遮断器105の導通損失が発生してしまう問題があり、未だ改善する余地がある。   Such a DC current interrupting device can reduce the conduction loss compared to the DC current interrupting device shown in FIG. 5 because the conduction loss during steady operation is only the conduction loss of the auxiliary semiconductor circuit breaker 105. There is still a problem that conduction loss of the auxiliary semiconductor circuit breaker 105 occurs, and there is still room for improvement.

国際公開第2011/12174号パンフレットInternational Publication No. 2011/12174 Pamphlet 国際公開第2011/57674号パンフレットInternational Publication No. 2011/57674 Pamphlet

本発明が解決しようとする課題は、直流事故電流を高速に遮断する機能を有し、かつ設備容量及び導通損失の低減によって高効率・低コストの直流電流遮断装置を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a high-efficiency and low-cost DC current interrupting device having a function of interrupting a DC fault current at high speed and reducing the equipment capacity and conduction loss.

上記課題を解決するために、実施形態に係る直流電流遮断装置は、直流送電網の送電線の所要個所に設置され、当該送電線の事故点を高速に切り離す直流電流遮断装置であって、
機械接点を持ち、当該機械接点が切り離された状態で事故点を切り離すのに必要な直流電圧に耐える絶縁耐圧を持ったメカ遮断器と、自己消弧能力を持つスイッチング素子をエミッタ同士を接続することで少なくとも2個直列接続された半導体遮断器と、自己消弧能力を持つスイッチング素子を2個直列に接続した2つのレグとコンデンサとを並列に接続してH形ブリッジユニットとし、当該H形ブリッジユニットを1つまたは2つ以上直列接続したH形ブリッジユニット群とを備え、前記メカ遮断器を定常動作時電流経路に配置し、かつ前記半導体遮断器と前記H形ブリッジユニット群とを直列に接続して前記定常動作時電流経路に並列接続される事故時電流経路に配置する直流電流遮断装置である。
In order to solve the above problems, a DC current interrupting device according to an embodiment is a DC current interrupting device that is installed at a required portion of a transmission line of a DC power transmission network and disconnects an accident point of the transmission line at high speed.
A mechanical circuit breaker with a withstand voltage that can withstand the DC voltage necessary to isolate the accident point with a mechanical contact and a switching element with self-extinguishing capability connected to each other. Thus, at least two semiconductor circuit breakers connected in series, two legs connected in series with two switching elements having self-extinguishing capability, and a capacitor are connected in parallel to form an H-shaped bridge unit. An H-type bridge unit group in which one or more bridge units are connected in series, the mechanical circuit breaker is arranged in a current path during steady operation, and the semiconductor breaker and the H-type bridge unit group are connected in series. And a DC current interrupting device arranged in an accident current path connected in parallel to the steady operation current path.

直流送電システムに適用される直流電流遮断装置の一実施の形態を示す構成図。The lineblock diagram showing one embodiment of the direct-current interruption device applied to a direct-current power transmission system. 図1の直流電流遮断装置の動作検証を行うシミュレーション回路の構成図。The block diagram of the simulation circuit which performs operation | movement verification of the direct-current interrupter of FIG. 図2に示すシミュレーション回路によるシミュレーション結果を説明する図。The figure explaining the simulation result by the simulation circuit shown in FIG. 直流送電システムに適用される直流電流遮断装置の他の実施の形態を示す構成図。The block diagram which shows other embodiment of the direct-current interrupting device applied to a direct-current power transmission system. 従来の直流電流遮断装置の構成図。The block diagram of the conventional direct current interruption device. 従来の他の直流電流遮断装置の構成図。The block diagram of the other conventional DC current interrupting device.

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
(実施の形態1)
図1は実施の形態1に係る直流電流遮断装置の構成を示す図である。
直流電流遮断装置は、従来と同様に直流送電網の送電線11の所要個所に設置される。
直流電流遮断装置は、定常(通常)動作時電流経路となる機械接点式電流遮断器(以下、メカ遮断器と呼ぶ)13からなる定常動作時電流経路に対して、事故時電流経路となる半導体遮断器14とH形ブリッジユニット16との直列回路が並列に接続された構成である。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a DC current interrupting device according to the first embodiment.
The DC current interrupting device is installed at a required portion of the transmission line 11 of the DC power transmission network as in the conventional case.
The DC current interrupting device is a semiconductor that becomes a current path at the time of an accident with respect to a current path at the time of steady operation that is composed of a mechanical contact type current circuit breaker (hereinafter referred to as a mechanical circuit breaker) 13 that becomes a current path during normal (normal) operation. A series circuit of the circuit breaker 14 and the H-shaped bridge unit 16 is connected in parallel.

メカ遮断器13は、機械接点を有し、当該機械接点が切り離された状態において事故点を切り離すのに必要な直流電圧に耐える絶縁耐圧を持つように構成されている。   The mechanical circuit breaker 13 has a mechanical contact, and is configured to have a withstand voltage that can withstand a DC voltage necessary for disconnecting an accident point in a state where the mechanical contact is disconnected.

半導体遮断器14は、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等のような自己消弧能力を持った2個直列接続された半導体スイッチング素子14a,14bを備えている。2個の半導体スイッチング素子14a,14bとしては、エミッタ同士が共通接続されているが、半導体スイッチング素子は2個以上であってもよく、特に個数を限定するものではない。   The semiconductor circuit breaker 14 includes two semiconductor switching elements 14a and 14b connected in series and having a self-extinguishing capability such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a bipolar transistor, and a field effect transistor. As the two semiconductor switching elements 14a and 14b, the emitters are commonly connected, but the number of semiconductor switching elements may be two or more, and the number is not particularly limited.

この半導体遮断器14には、半導体遮断器14に一定電圧以上の電圧が印加されたときに導通する機能を有する非線形素子アレスタ15が並列に接続されている。   The semiconductor circuit breaker 14 is connected in parallel with a non-linear element arrester 15 having a function of conducting when a voltage higher than a certain voltage is applied to the semiconductor circuit breaker 14.

前記H形ブリッジユニット16は複数個直列に接続されている。各H形ブリッジユニット16は、具体的には,自己消弧能力を持つ2個の例えばIGBT等の半導体スイッチング素子をそれぞれ直列接続した2つのレグ16a,16bとコンデンサ16cとが並列接続された回路構成となっている。なお、H形ブリッジユニット16は2個直列に接続しているが、2個以上であってもよく、特に個数は限定しない。   A plurality of the H-shaped bridge units 16 are connected in series. Specifically, each H-type bridge unit 16 is a circuit in which two legs 16a and 16b each having a self-extinguishing capability, for example, two semiconductor switching elements such as IGBTs connected in series and a capacitor 16c are connected in parallel. It has a configuration. Although two H-shaped bridge units 16 are connected in series, two or more H-shaped bridge units 16 may be used, and the number is not particularly limited.

次に、以上のような直流電流遮断装置の作用について説明する。   Next, the operation of the DC current interrupting device as described above will be described.

直流電流遮断装置は、定常動作時には、メカ遮断器13をオン状態、半導体遮断器14及びH形ブリッジユニット16,16をオフ状態として動作させる。直流送電網の送電線11を利用して電力融通する場合、通常電流は、送電線11の上流側からメカ遮断器13を通って送電線11の下流側へ流れる。   At the time of steady operation, the DC current interrupter operates with the mechanical circuit breaker 13 turned on and the semiconductor circuit breaker 14 and the H-shaped bridge units 16 and 16 turned off. When power is interchanged using the transmission line 11 of the DC transmission network, the normal current flows from the upstream side of the transmission line 11 to the downstream side of the transmission line 11 through the mechanical circuit breaker 13.

一方、系統事故発生時は、半導体遮断器14の半導体スイッチング素子14a,14bをオン状態に移行させるとともに、H形ブリッジユニット16,16の出力電圧制御により前記メカ遮断器13に流れる電流を略ゼロとなるような制御を行う。   On the other hand, when a system fault occurs, the semiconductor switching elements 14a and 14b of the semiconductor circuit breaker 14 are turned on, and the current flowing through the mechanical circuit breaker 13 is substantially zero by the output voltage control of the H-type bridge units 16 and 16. Control is performed as follows.

以下、メカ遮断器13に流れる電流をゼロにする制御について説明する。   Hereinafter, the control which makes the electric current which flows into the mechanical circuit breaker 13 zero is demonstrated.

メカ遮断器13を流れる電流IdcMは例えば電流センサー(図示せず)にて検出される。検出された電流IdcMと、予め設定される事故発生検出用しきい値IdcJIKOとを比較し、検出電流IdcMが事故発生検出用しきい値IdcJIKOを超えたとき、半導体遮断器14の半導体スイッチング素子14a,14bのゲート信号をオフからオンに切り替えるとともに、H形ブリッジユニット16,16の出力電圧VHを、次のような制御アルゴリズムに基づいて演算し出力する。   The current IdcM flowing through the mechanical circuit breaker 13 is detected by, for example, a current sensor (not shown). The detected current IdcM is compared with a preset accident occurrence detection threshold value IdcJIKO. When the detected current IdcM exceeds the accident occurrence detection threshold value IdcJIKO, the semiconductor switching element 14a of the semiconductor circuit breaker 14 is detected. , 14b is switched from off to on, and the output voltage VH of the H-type bridge units 16, 16 is calculated and output based on the following control algorithm.

VH=G(s)×(IdcM−0)
但し、上式において、G(s)は制御ゲイン、sはラプラス演算子である。G(s)は制御ゲインであって、例えば一般的な比例積分制御を行う。
VH = G (s) × (IdcM-0)
In the above equation, G (s) is a control gain, and s is a Laplace operator. G (s) is a control gain, and for example, general proportional integral control is performed.

すなわち、各H形ブリッジユニット16の各レグ16a,16bの半導体スイッチング素子を予め定めるオン・オフ時間の比(duty)に従ってパルス幅変調制御を実行することにより、メカ遮断器13に流れる電流IdcMが略ゼロとなるように制御し続ける。つまり、各レグ16a,16bの半導体スイッチング素子をパルス幅変調制御を実施することによりH形ブリッジユニット16,16の出力電圧VHを可変出力する。   That is, by performing pulse width modulation control on the semiconductor switching elements of the legs 16a and 16b of each H-shaped bridge unit 16 according to a predetermined on / off time ratio (duty), the current IdcM flowing through the mechanical circuit breaker 13 is Continue to control to be almost zero. That is, the output voltage VH of the H-type bridge units 16 and 16 is variably output by performing pulse width modulation control on the semiconductor switching elements of the legs 16a and 16b.

そして、ほぼゼロとなった状態でメカ遮断器13をオフ状態とする。メカ遮断器13には電流が流れていないので機械式接点をオフ状態に設定しても、通常直流電流導通時のようにアークを引いて電流が流れ続けるようなことは発生せず、電流遮断能力のない遮路器を用いて電流遮断することも可能となる。   And the mechanical circuit breaker 13 is made into an OFF state in the state which became almost zero. Since no current flows through the mechanical circuit breaker 13, even if the mechanical contact is set to the OFF state, the current does not continue to flow by pulling the arc as in the normal DC current conduction, and the current interruption It is also possible to interrupt the current using an incapacitating circuit breaker.

この状態において、半導体遮断器14を構成する半導体スイッチング素子14a,14bのゲート信号をオンからオフに切り替えることにより、半導体遮断器14を流れていた事故電流が半導体遮断器14の自己消弧能力によって最終的に遮断される。   In this state, by switching the gate signals of the semiconductor switching elements 14a and 14b constituting the semiconductor circuit breaker 14 from on to off, the fault current flowing through the semiconductor circuit breaker 14 is caused by the self-extinguishing capability of the semiconductor circuit breaker 14. Eventually shut off.

次に、図2及び図3は前述した実施の形態1に係る直流電流遮断装置の有効性を説明するために実施したシミュレーション実施回路の構成及びシミュレーションの動作状態を表す図である。   Next, FIG. 2 and FIG. 3 are diagrams showing the configuration of the simulation execution circuit and the operation state of the simulation performed to explain the effectiveness of the DC current interrupting device according to Embodiment 1 described above.

シミュレーション実施回路は、電流送電網を模擬した回路構成の中に図1に示す直流電流遮断装置に接続し、この直流電流遮断装置に直流電圧320KVを印加した状態とした後、模擬化した電流送電網の送電線に雷などに起因する地絡事故を発生させたものである。なお、ここでは、4個のH形ブリッジユニット16を直列接続した構成となっている。   The simulation execution circuit is connected to the DC current interrupting device shown in FIG. 1 in a circuit configuration simulating a current transmission network, and after applying a DC voltage of 320 KV to the DC current interrupting device, the simulated current transmission is performed. A ground fault caused by lightning, etc. occurred on the transmission line of the network. Here, the four H-shaped bridge units 16 are connected in series.

図3(a)は半導体遮断器14をオフしたときの半導体遮断器両端電圧Vmain−brkの変化状態を表わしている。すなわち、半導体遮断器14をオフすると、半導体遮断器両端にはアレスタ15の設定電圧である500KV近くの電圧が表れ、その後、アレスタ15に電流が流れているので、アレスタ15で電力エネルギーが消費され尽くすまで
半導体遮断器14の両端電圧Vmain−brkが低下していく。つまり、半導体遮断器14がオフした後、アレスタ15の設定電圧500KVで、直流電流遮断装置の電圧はクランプされ、系統電圧320KVとの差分で事故電流は減衰する。
FIG. 3A shows a change state of the voltage Vmain-brk across the semiconductor circuit breaker when the semiconductor circuit breaker 14 is turned off. That is, when the semiconductor breaker 14 is turned off, a voltage close to 500 KV, which is the set voltage of the arrester 15, appears at both ends of the semiconductor breaker, and then current flows through the arrester 15, so that power energy is consumed in the arrester 15. The voltage Vmain-brk at both ends of the semiconductor circuit breaker 14 decreases until it is used up. That is, after the semiconductor circuit breaker 14 is turned off, the voltage of the DC current interrupting device is clamped at the set voltage 500 KV of the arrester 15, and the fault current is attenuated by the difference from the system voltage 320 KV.

図3(b)は系統事故発生時に半導体遮断器14をオンしたときのメカ遮断器電流isubと半導体遮断器電流imainとの合計となる直流線路電流ilinekの変化状態を表わしている。このとき、直流線路電流ilinekの頂点となった時点にて、半導体遮断器14がオフされている(図3(a)参照)。この図3(b)から直流線路電流ilinekは地絡事故発生後、3ms以内でゼロとなっている。従って、この直流電流遮断装置は、直流事故電流を高速で遮断することができる。   FIG. 3B shows a change state of the DC line current ilinek that is the sum of the mechanical circuit breaker current isub and the semiconductor circuit breaker current imain when the semiconductor circuit breaker 14 is turned on when a system fault occurs. At this time, the semiconductor circuit breaker 14 is turned off at the time when the peak of the DC line current ilinek is reached (see FIG. 3A). From FIG. 3B, the DC line current ilinek is zero within 3 ms after the occurrence of the ground fault. Therefore, this direct current interruption device can interrupt the direct current accident current at high speed.

図3(c)は4直列のH形ブリッジユニット16のコンデンサ16cの電圧Vcell−1〜Vcell−4k変化状態を表わしている。   FIG. 3C shows a change state of voltages Vcell-1 to Vcell-4k of the capacitor 16c of the 4-series H-type bridge unit 16.

図3(d)はH形ブリッジユニット16の動作開始タイミング、メカ遮断器13の開放及び半導体遮断器14の開放タイミングを表わしている。   FIG. 3D shows the operation start timing of the H-shaped bridge unit 16, the opening of the mechanical circuit breaker 13, and the opening timing of the semiconductor circuit breaker 14.

従って、この直流電流遮断装置は、系統事故発生時に前述した制御手順に従って制御すれば、図3(b)に示すように最終的に直流事故電流を高速に遮断することができる。   Therefore, if this DC current interrupting device is controlled according to the above-described control procedure when a system fault occurs, the DC fault current can be finally interrupted at high speed as shown in FIG.

従って、実施の形態1による直流電流遮断装置の構成によれば、定常動作時にメカ遮断器13だけを電力融通電流が流れるため、導通損失はメカ遮断器13のみでほとんど発生しなくなり、高効率な直流電流遮断装置を提供できる。   Therefore, according to the configuration of the DC current interrupting device according to the first embodiment, since the power interchange current flows only through the mechanical circuit breaker 13 during the steady operation, the conduction loss hardly occurs only by the mechanical circuit breaker 13 and is highly efficient. A direct current interruption device can be provided.

(実施の形態2)
図4は実施の形態2に係る直流電流遮断装置の構成を示す図である。
実施の形態2は、直流送電網の送電線11の所要個所に、例えば5つの直流電流遮断ユニット21,…を直列接続した直流電流遮断装置を設けた構成である。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of the DC current interrupting device according to the second embodiment.
The second embodiment has a configuration in which a DC current interrupting device in which, for example, five DC current interrupting units 21,... Are connected in series at a required portion of the transmission line 11 of the DC power transmission network.

これら直流電流遮断ユニット21の内部構成及び制御動作は、実施の形態1で説明した直流電流遮断装置とほぼ同一の構成及び制御動作であって、特に異なるところは、それぞれの直流電流遮断ユニット21の絶縁耐圧が実施の形態1の1/5となっていることである。   The internal configuration and control operation of these DC current interrupting units 21 are substantially the same configuration and control operation as those of the DC current interrupting device described in the first embodiment, and are particularly different in each DC current interrupting unit 21. That is, the withstand voltage is 1/5 of the first embodiment.

以上のような直流電流遮断装置の構成としたのは、次のような理由から実現したものである。すなわち、実施の形態2に係る直流電流遮断装置は、例えば実施の形態1の直流電流遮断装置において、電流送電網の送信線11の直流電圧が高くなるにしたがって必要絶縁耐圧が高くなることから、メカ遮断器13の構造(構成)を容易にするために発明したものである。   The configuration of the DC current interrupting device as described above is realized for the following reason. That is, the DC current interrupting device according to the second embodiment, for example, in the DC current interrupting device according to the first embodiment, the required withstand voltage increases as the DC voltage of the transmission line 11 of the current transmission network increases. It was invented to facilitate the structure (configuration) of the mechanical circuit breaker 13.

メカ遮断器13は、オフ時の絶縁耐圧確保のために接点間の距離を絶縁耐圧に応じて長く取る必要があるが、距離が長くなるに従いオフ動作完了までにかかる時間が長くなり、直流事故電流の遮断完了時間がそれに応じて長くなってしまう。   The mechanical circuit breaker 13 needs to take a longer distance between the contacts in accordance with the withstand voltage in order to ensure the withstand voltage at the time of off, but as the distance becomes longer, the time taken to complete the off operation becomes longer, resulting in a DC accident. The current interruption completion time becomes longer accordingly.

そこで、実施の形態2では、絶縁耐圧1/5のメカ遮断器13を直列に5個接続した構成をとることで、それぞれの接点間距離を短くして動作時間を短縮することを可能にしたものである。しかしながら、実施の形態1の回路構成におけるメカ遮断器13を単純に5分割回路に置き換えると、5つの遮断器間の動作時間のばらつきに起因して、電圧集中が起こり、絶縁耐圧が破壊されることが起こる懸念がある。これを解消するために、並列に接続する半導体遮断器14及びH形ブリッジユニット16も5分割してそれぞれ個別に接続することにより、動作時間のばらつきに起因した過電圧を抑制することが可能になる。   Therefore, in the second embodiment, it is possible to shorten the operation time by shortening the distance between the contacts by adopting a configuration in which five mechanical circuit breakers 13 having a dielectric strength of 1/5 are connected in series. Is. However, if the mechanical circuit breaker 13 in the circuit configuration of the first embodiment is simply replaced with a five-divided circuit, voltage concentration occurs due to variation in operating time between the five circuit breakers, and the breakdown voltage is destroyed. There are concerns that will happen. In order to solve this problem, the semiconductor breaker 14 and the H-type bridge unit 16 connected in parallel are also divided into five parts and connected individually, thereby suppressing overvoltage caused by variation in operation time. .

各ハイブリッド遮断器21のそれぞれのメカ遮断器13をオフした後、5つの半導体遮断器14,…のうち、4つの半導体遮断器14のみをオフにすると、直列回路全体でのアレスタ電圧は400kVとなり、事故電流減衰速度を、実施の形態1よりも遅くすることができる。これを利用して、事故電流の増加を抑制しながら事故電流継続を可能にして、事故地点同定など、系統運用に必要な事故電流の制御も可能になる。   After turning off each mechanical circuit breaker 13 of each hybrid circuit breaker 21, if only four semiconductor circuit breakers 14 are turned off among the five semiconductor circuit breakers 14,..., The arrester voltage in the entire series circuit is 400 kV. The accident current decay rate can be made slower than in the first embodiment. By using this, it is possible to continue the accident current while suppressing an increase in the accident current, and it is possible to control the accident current necessary for system operation such as identification of the accident point.

この実施の形態2に係る直流電流遮断装置を用いれば、実施の形態1と同様に、定常動作時は、各ハイブリッド遮断器21のメカ遮断器13だけに電力融通電流が流れるため、メカ遮断器13のみとなって導通損失はほとんど発生しなくなり、高効率な直流電流遮断装置を提供することが可能になる。   If the DC current interrupting device according to the second embodiment is used, the power interchange current flows only to the mechanical circuit breaker 13 of each hybrid circuit breaker 21 during steady operation as in the first embodiment. Therefore, the conduction loss hardly occurs and only a high-efficiency DC current interrupting device can be provided.

よって、高電圧の直流送電システムに適用することが可能になるとともに、事故電流の減衰速度も調整することが可能になるため系統運用の容易化が可能になる。   Therefore, it can be applied to a high-voltage DC power transmission system, and the attenuation rate of the accident current can be adjusted, thereby facilitating system operation.

なお、上記実施の形態2においては、複数個の直流電流遮断ユニット21,…で構成されているが、これら直流電流遮断ユニット21,…の半導体遮断器14をオフする台数を制御することにより、事故電流を段階的に減少させるように動作させてもよい。   In the second embodiment, a plurality of DC current interrupting units 21,... Are configured, but by controlling the number of these DC current interrupting units 21,. You may operate | move so that an accident electric current may be reduced in steps.

その他、上記各実施の形態は、一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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。   In addition, each said embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

11…直流送電網の送電線、13…メカ遮断器(機械接点式電流遮断器)、14…半導体遮断器、14a,14b…自己消弧能力を持った半導体スイッチング素子、15…アレスタ、16…H形ブリッジユニット、16a,16b…レグ、16c…コンデンサ、21…直流電流遮断ユニット。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Transmission line of DC power transmission network, 13 ... Mechanical circuit breaker (mechanical contact type current breaker), 14 ... Semiconductor circuit breaker, 14a, 14b ... Semiconductor switching element with self-extinguishing capability, 15 ... Arrester, 16 ... H-shaped bridge unit, 16a, 16b ... leg, 16c ... capacitor, 21 ... DC current interruption unit.

Claims (5)

直流送電網の送電線の所要個所に設置され、当該送電線の事故点を高速に切り離す直流電流遮断装置であって、
機械接点を持ち、当該機械接点が切り離された状態で事故点を切り離すのに必要な直流電圧に耐える絶縁耐圧を持ったメカ遮断器と、
自己消弧能力を持つスイッチング素子をエミッタ同士を接続することで少なくとも2個直列接続された半導体遮断器と、
自己消弧能力を持つスイッチング素子を2個直列に接続した2つのレグとコンデンサとを並列に接続してH形ブリッジユニットとし、当該H形ブリッジユニットを1つまたは2つ以上直列接続したH形ブリッジユニット群とを備え、
前記メカ遮断器を定常動作時電流経路に配置し、かつ前記半導体遮断器と前記H形ブリッジユニット群とを直列に接続して前記定常動作時電流経路に並列接続される事故時電流経路に配置することを特徴とする直流電流遮断装置。
A DC current interrupting device that is installed at a required location of a transmission line of a DC transmission network and disconnects the accident point of the transmission line at high speed,
A mechanical circuit breaker that has a mechanical withstand voltage and withstands the DC voltage necessary to isolate the accident point with the mechanical contact disconnected.
A semiconductor breaker in which at least two switching elements having self-extinguishing ability are connected in series by connecting the emitters;
Two legs with a self-extinguishing capability connected in series and a capacitor are connected in parallel to form an H-shaped bridge unit, and one or more H-shaped bridge units are connected in series. With a group of bridge units,
The mechanical circuit breaker is disposed in a current path during steady operation, and the semiconductor circuit breaker and the H-shaped bridge unit group are connected in series and disposed in a current path during an accident connected in parallel to the current path during steady operation. A direct current interrupting device characterized by:
請求項1に記載の直流電流遮断装置において、
定常動作時は、前記メカ遮断器をオン状態、前記半導体遮断器およびHブリッジユニット群をオフ状態に設定し、定常動作時の電流を前記メカ遮断器を通して流す手段と、
系統事故発生時は、前記半導体遮断器をオン状態に移行するとともに、前記Hブリッジユニット群の出力電圧制御により前記メカ遮断器に流れる電流を略ゼロとなるように制御する手段と、
前記メカ遮断器に流れる電流がゼロ電流状態となったとき、当該メカ遮断器をオフ状態に移行させた後、前記半導体遮断器で事故電流を遮断する手段と
を有することを特徴とする直流電流遮断装置。
The direct current interrupting device according to claim 1,
At the time of steady operation, the mechanical circuit breaker is turned on, the semiconductor breaker and the H-bridge unit group are set to an off state, and a current during steady operation flows through the mechanical circuit breaker;
When a system fault occurs, the semiconductor circuit breaker shifts to an on state, and the current flowing through the mechanical circuit breaker is controlled to be substantially zero by the output voltage control of the H bridge unit group; and
And a means for interrupting an accident current with the semiconductor circuit breaker after the mechanical circuit breaker is shifted to an off state when the current flowing through the mechanical circuit breaker is in a zero current state. Shut-off device.
直流送電網の送電線の所要個所に設置され、当該送電線の事故点を高速に切り離す直流電流遮断装置であって、
機械接点を持ち、当該機械接点が切り離された状態で事故点を切り離すのに必要な直流電圧に耐える絶縁耐圧を持ったメカ遮断器と、自己消弧能力を持つスイッチング素子をエミッタ同士を接続することで少なくとも2個直列接続された半導体遮断器と、この半導体遮断器に並列に接続され、一定電圧以上印加されたときに導通するアレスタと、自己消弧能力を持つスイッチング素子を2個直列に接続した2つのレグとコンデンサとを並列接続したH形ブリッジユニットを、1つまたは2つ以上直列接続したH形ブリッジユニット群とを備え、前記メカ遮断器を定常動作時電流経路に配置し、かつ前記アレスタを含む前記半導体遮断器と前記H形ブリッジユニット群とを直列に接続して前記定常動作時電流経路に並列接続される事故時電流経路に配置することによって直流電流遮断ユニットを構成し、
この直流電流遮断ユニットを少なくとも2個を直列接続して構成したことを特徴とする直流電流遮断装置。
A DC current interrupting device that is installed at a required location of a transmission line of a DC transmission network and disconnects the accident point of the transmission line at high speed,
A mechanical circuit breaker with a withstand voltage that can withstand the DC voltage necessary to isolate the fault point with a mechanical contact and a switching element with self-extinguishing capability connected to each other. Thus, at least two semiconductor circuit breakers connected in series, an arrester connected in parallel to the semiconductor circuit breaker and conducting when applied over a certain voltage, and two switching elements having self-extinguishing capability are connected in series. An H-type bridge unit in which two or more connected legs and a capacitor are connected in parallel, and one or more H-type bridge units connected in series; and the mechanical circuit breaker is arranged in a current path during steady operation, In addition, the semiconductor circuit breaker including the arrester and the H-shaped bridge unit group are connected in series and connected in parallel to the steady-state current path. Constitute a direct current blocking unit by placing,
A DC current interrupting device comprising at least two DC current interrupting units connected in series.
請求項3に記載の直流電流遮断装置において、
定常動作時は、前記各直流電流遮断ユニットにおける前記メカ遮断器をオン状態、前記半導体遮断器及び前記H形ブリッジユニットをオフ状態に設定し、定常動作時の電流を前記各メカ遮断器を通して流す手段と、
系統事故発生時は、前記半導体遮断器をオン状態に移行するとともに、前記H形ブリッジユニットの出力電圧制御により前記メカ遮断器に流れる電流を略ゼロとなるように制御する手段と、
前記メカ遮断器に流れる電流がゼロ電流状態となったとき、当該メカ遮断器をオフ状態に移行させた後、前記半導体遮断器で事故電流を遮断する手段と
を有することを特徴とする直流電流遮断装置。
In the direct current interruption device according to claim 3,
At the time of steady operation, the mechanical circuit breaker in each DC current breaker unit is set to an on state, the semiconductor breaker and the H-shaped bridge unit are set to an off state, and a current during steady operation is passed through the mechanical breaker. Means,
When a system fault occurs, the semiconductor circuit breaker is turned on, and the current flowing through the mechanical circuit breaker is controlled to be substantially zero by the output voltage control of the H-shaped bridge unit;
And a means for interrupting an accident current with the semiconductor circuit breaker after the mechanical circuit breaker is shifted to an off state when the current flowing through the mechanical circuit breaker is in a zero current state. Shut-off device.
請求項3に記載の直流電流遮断装置において、
定常動作時は、前記各直流電流遮断ユニットにおける前記メカ遮断器をオン状態、前記半導体遮断器及び前記H形ブリッジユニットをオフ状態に設定し、定常動作時の電流を前記各メカ遮断器を通して流す手段と、
系統事故発生時は、前記半導体遮断器をオン状態に移行するとともに、前記H形ブリッジユニットの出力電圧制御により前記メカ遮断器に流れる電流を略ゼロとなるように制御する手段と、
前記メカ遮断器に流れる電流がゼロ電流状態となったとき、当該メカ遮断器をオフ状態に移行させる手段と、
前記複数の直流電流遮断ユニットの半導体遮断器をオフにする台数を制御することにより事故電流を段階的に減少させるように動作させる手段と
を有することを特徴とする直流電流遮断装置。
In the direct current interruption device according to claim 3,
At the time of steady operation, the mechanical circuit breaker in each DC current breaker unit is set to an on state, the semiconductor breaker and the H-shaped bridge unit are set to an off state, and a current during steady operation is passed through the mechanical breaker. Means,
When a system fault occurs, the semiconductor circuit breaker is turned on, and the current flowing through the mechanical circuit breaker is controlled to be substantially zero by the output voltage control of the H-shaped bridge unit;
When the current flowing through the mechanical circuit breaker is in a zero current state, means for shifting the mechanical circuit breaker to an off state;
A DC current interrupting device comprising: means for controlling the number of semiconductor circuit breakers of the plurality of DC current interrupting units to be turned off so as to reduce the accident current stepwise.
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