JP7242575B2 - 直流電流遮断装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、直流電流遮断装置に関する。

近年、複数の直流送電線路で構成された直流系統による電力の送電が行われている。直流系統においては事故が発生した場合、特定の送電線路のみを遮断し、残りの送電線路によって電力の送電を継続する場合がある。これについて、機械式接点と半導体遮断器の双方を備え、直流送電線路に流れる電流を遮断する直流電流遮断装置に関する技術が知られている。

ところで、直流電流遮断装置は、機械式接点と、半導体遮断器との他、転流回路を備える場合がある。この直流電流遮断装置は、機械式接点に流れる電流を、転流回路を動作させることによって半導体遮断器に転流させ、半導体遮断器で電流を遮断することによって、特定の送電線路を遮断する。転流回路の中には、機械式接点に流れる電流を半導体遮断器に転流させる際に、機械式接点の電極間のアークを消弧するように電流を流すようにコンデンサを放電するものがある。これによって、機械式接点は、電気的にも機械的にも開状態に制御され、機械式接点に流れる電流を半導体遮断器に転流させることができる。このような転流回路においては、直流電流遮断装置が特定の送電線路を遮断するためには、少なくとも初期状態の遮断動作時において、転流回路が備えるコンデンサが充電されていることが求められる。

しかしながら、転流回路は電圧が非常に高い直流送電線と同じ系に存在するため、充電のために直流電圧を供給可能な外部電源には、大型の絶縁トランスが必要となり、このような大型の絶縁トランスの設置や製造が困難である場合があった。

特開２０１６－１６２７１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、転流回路が備えるコンデンサを簡便に充電す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、第１機械式接点と、第２機械式接点と、転流回路と、充電回路と、半導体遮断器を持つ。第１機械式接点は、直流系統を構成する第１直流送電線路に第１端子が接続される。第２機械式接点は、前記直流系統を構成する第２直流送電線路に第２端子が接続される。転流回路は、コンデンサを有する。充電回路は、前記コンデンサを充電する。半導体遮断器は、第１端子が前記第１直流送電線路に接続され、第２端子が前記第２直流送電線路に接続される。前記第１機械式接点の第２端子と、前記第２機械式接点の第１端子と、前記転流回路の第１端子とが互いに接続され、前記第２機械式接点の第２端子と、前記半導体遮断器の第２端子と、前記転流回路の第２端子とが互いに接続され、前記転流回路の第１端子と、前記直流系統の正極電位よりも電圧の低い端子との間に、前記充電回路が接続されている。

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である。 第１の実施形態に係る直流電流遮断装置１のコンデンサＣの充電状態の一例を示す図である。 第１の実施形態に係る制御部１００が各部を制御するタイミングと、コンデンサ電圧の経時変化との関係の一例を示すグラフである。 第２の実施形態の直流電流遮断装置１ａの構成の一例を示す図である。 第２の実施形態に係る制御部１００が各部を制御するタイミングと、コンデンサ電圧の経時変化との関係の一例を示すグラフである。 直流電流遮断装置１が第１直流送電線路ＬＮ１と、第２直流送電線路ＬＮ２とを電気的に遮断させる場合の一連の動作の一例を示すフローチャートである。 変形例１の直流電流遮断装置１ａの構成の一例を示す図である。 変形例２の直流電流遮断装置１の構成の一例を示す図である。 スイッチング部３２０によりバイパスされた直流系統電流の経路の一例を示す図である。 変形例３の直流電流遮断装置１の構成の一例を示す図である。 変形例４の直流電流遮断装置１ａの構成の一例を示す図である。 第３の実施形態に係る直流電流遮断装置１の構成の一例を示す図である。

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）
［構成］
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。直流電流遮断装置１は、直流系統を構成する直流送電線路のうち、第１直流送電線路ＬＮ１と、第２直流送電線路ＬＮ２とを電気的に導通させ、または遮断する装置である。以降の説明において、第１直流送電線路ＬＮ１における直流電圧を第１電圧ＶＤＣ１と記載し、第２直流送電線路ＬＮ２における直流電圧を第２電圧ＶＤＣ２と記載する。第１電圧ＶＤＣ１や第２電圧ＶＤＣ２は、例えば、数十～数百［ｋＶ］程度の電圧である。例えば、第１直流送電線路ＬＮ１側には、送電設備が存在し、第２直流送電線路ＬＮ２側には、需要家が存在する。この場合、通常、第１電圧ＶＤＣ１が第２電圧ＶＤＣ２よりも大きい電圧となる。したがって、通常であれば第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２の方向に直流系統電流が流れる。

図１に示される通り、直流電流遮断装置１は、例えば、断路器１０と、機械式遮断器２０と、転流回路３０と、半導体遮断器４０と、アレスタ５０と、ダイオード６０と、リアクトル７０と、充電回路８０と、制御部１００とを備える。断路器１０は、「第１機械式接点」の一例であり、機械式遮断器２０は、「第２機械式接点」の一例である。断路器１０は、第１端子１０ａと、第２端子１０ｂとを備える。機械式遮断器２０は、第１端子２０ａと、第２端子２０ｂとを備える。転流回路３０は、第１端子３０ａと、第２端子３０ｂとを備える。充電回路８０は、開閉器８２と、抵抗素子８４とを備える。開閉器８２は、第１端子８２ａと、第２端子８２ｂと備える。第１端子８２ａは、抵抗素子８４を介して、第１電圧ＶＤＣ１や第２電圧ＶＤＣ２よりも電圧の低い電位に接続される。以下、第１電圧ＶＤＣ１や第２電圧ＶＤＣ２よりも電圧の低い電位が、接地電位である場合について説明する。したがって、第１端子８２ａは、抵抗素子８４を介して接地電位と同電位、又は略同電位の端子（不図示）に接続される。

断路器１０の第１端子１０ａは、第１直流送電線路ＬＮ１に接続される。図示するリアクトルＬ１は、第１直流送電線路ＬＮ１が有するインダクタンス成分を仮想的に示すものである。断路器１０の第２端子１０ｂと、機械式遮断器２０の第１端子２０ａと、転流回路３０の第１端子３０ａと、開閉器８２の第２端子８２ｂとは、互いに接続されている。

なお、直流電流遮断装置１（断路器１０）は、補助断路器ＭＳを介して第１直流送電線路ＬＮ１に接続されてもよい。以下、断路器１０が補助断路器ＭＳを介して第１直流送電線路ＬＮ１に接続される場合について説明する。補助断路器ＭＳは、第１端子ＭＳａと、第２端子ＭＳｂとを備える。第１端子ＭＳａは、第１直流送電線路ＬＮ１に接続され、第２端子ＭＳｂと、第１端子１０ａとは、互いに接続される。

機械式遮断器２０の第２端子２０ｂは、第２直流送電線路ＬＮ２に接続される。また、第２端子２０ｂと、第２端子３０ｂとの間には、リアクトル７０が接続される。

半導体遮断器４０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（以下、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）等の半導体スイッチング素子である。ただし、スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限定されない。スイッチング素子は、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。以降の説明では、スイッチング素子がＩＧＢＴである場合について説明する。また、以降の説明において、スイッチング部のスイッチング素子のエミッタを、「スイッチング部のエミッタ」とも記載し、スイッチング部のスイッチング素子のコレクタを、「スイッチング部のコレクタ」とも記載する。

半導体遮断器４０において、スイッチング部のエミッタと、当該スイッチング部に隣り合うスイッチング部のコレクタとが接続されている。半導体遮断器４０は、第１端子４０ａと、第２端子４０ｂとを備える。第１端子４０ａには、半導体遮断器４０が備える複数のスイッチング部のうち、端部のスイッチング部のコレクタと、当該コレクタに並列に接続されるダイオードのカソードとが接続される。第２端子４０ｂには、半導体遮断器４０が備える複数のスイッチング部のうち、他の端部のスイッチング部のエミッタと、当該エミッタに並列に接続されるダイオードのアノードとが接続される。

半導体遮断器４０の第１端子４０ａと、第２端子ＭＳｂと、第１端子１０ａとは、互いに接続される。これにより、半導体遮断器４０は、補助断路器ＭＳを介して第１直流送電線路ＬＮ１に接続される。また、半導体遮断器４０の第２端子４０ｂは、ダイオード６０のアノードに接続されている。ダイオード６０のカソードと、第２端子３０ｂと、リアクトル７０の一端とが互いに接続されている。以降の説明において、半導体遮断器４０が備えるスイッチング素子がオン状態であることを、「半導体遮断器４０が閉状態」であるとも記載し、半導体遮断器４０が備えるスイッチング素子がオフ状態であることを、「半導体遮断器４０が開状態」であるとも記載する。

アレスタ５０は、第１直流送電線路ＬＮ１（この一例では、補助断路器ＭＳ）と、ダイオード６０との間に、半導体遮断器４０と互いに並列に接続されている。アレスタ５０は、半導体遮断器４０が開状態に制御されることにより発生するサージエネルギーを吸収する。アレスタ５０は、「避雷器」の一例である。

上述した接続関係により、ダイオード６０は、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２の方向に流れる電流を許容し、第２直流送電線路ＬＮ２の方向から第１直流送電線路ＬＮ１の方向に流れる電流を遮断する。

転流回路３０は、例えば、複数のダイオード（図示するダイオード３１０ａ，３１０ｂ）と、複数のスイッチング部（スイッチング部３２０ａ，３２０ｂ）と、コンデンサＣと、サイリスタ３５とを備える。コンデンサＣは、例えば、有極性のコンデンサである。スイッチング部３２０ａ，３２０ｂは、それぞれ、スイッチング素子と、ダイオードとを備える。スイッチング部３２０ａ，３２０ｂが備えるスイッチング素子と、ダイオードとは、互いに並列に接続されている。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。

コンデンサＣは、正極と負極を有する。以下、コンデンサＣの正極と負極との間に生じる電圧を「コンデンサ電圧」とも記載し、転流回路３０のうちコンデンサＣの正極と同電位の回路を「転流回路３０の正極」とも記載し、転流回路３０のうちコンデンサＣの負極端子と同電位の回路を「転流回路３０の負極」とも記載する。ダイオード３１０ａとスイッチング部３２０ａとは、記載の順序によって、転流回路３０の正極と負極の間に直列に接続され、スイッチング部３２０ｂとダイオード３１０ｂとは、記載の順序によって、転流回路３０の正極と負極の間に直列に接続される。ダイオード３１０ａのアノードと、スイッチング部３２０ａのコレクタとが互いに接続されている。スイッチング部３２０ｂのエミッタと、ダイオード３１０ａのカソードとが互いに接続されている。ダイオード３１０ａのカソードと、スイッチング部３２０ｂのコレクタと、コンデンサＣの正極とが互いに接続されている。スイッチング部３２０ａのエミッタと、ダイオード３１０ｂのアノードと、コンデンサＣの負極とが互いに接続されている。

ダイオード３１０ａのアノードと、スイッチング部３２０ａのコレクタとの接続点には、転流回路３０の第１端子３０ａが設けられる。スイッチング部３２０ｂのエミッタと、ダイオード３１０ｂのカソードとの接続点には、転流回路３０の第２端子３０ｂが設けられる。サイリスタ３５のアノードと、転流回路３０の第１端子３０ａとは、互いに接続され、サイリスタ３５のカソードと、転流回路３０の第２端子３０ｂとは、互いに接続される。

上述した接続関係により、サイリスタ３５は、オフの状態において、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２方向に流れる電流、および第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１の方向に流れる電流の双方を阻止する。また、サイリスタ３５は、オンの状態において、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２の方向に流れる電流を許容し（つまり、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２の方向に電気的に導通させ）、第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１の方向に流れる電流を阻止する。

充電回路８０の開閉器８２は、制御部１００によって開閉状態が制御され、開状態において、転流回路３０と接地電位との接続を切り離し、閉状態において、転流回路３０と接地電位とを接続させる。また、開閉器８２は、閉状態において、第１直流送電線路ＬＮ１又は第２直流送電線路ＬＮ２から転流回路３０を介して直流系統電流を流し、コンデンサＣを充電させる。開閉器８２は、「第３機械式接点」の一例である。

制御部１００は、補助断路器ＭＳ、断路器１０、機械式遮断器２０、半導体遮断器４０、及び開閉器８２の開閉制御、サイリスタ３５のオンとオフの切り替え制御、並びに転流回路３０の動作の制御（つまり、スイッチング部３２０ａ，３２０ｂの開閉制御）等を行う。

直流電流遮断装置１によって第１直流送電線路ＬＮ１と、第２直流送電線路ＬＮ２とが電気的に導通されている状態（以下、通常導通状態）において、各部は以下のような状態となっている。
・補助断路器ＭＳ：閉状態
・断路器１０：閉状態
・機械式遮断器２０：閉状態
・半導体遮断器４０：開状態
・サイリスタ３５：オフの状態
・転流回路３０：オフの状態
・転流回路３０が備えるコンデンサＣ：充電された状態
・開閉器８２：開状態

これにより、通常導通状態において直流系統電流は、第１直流送電線路ＬＮ１から、補助断路器ＭＳ、断路器１０、及び機械式遮断器２０を経由する経路ｒｔ１を介して第２直流送電線路ＬＮ２まで流れる。

直流電流遮断装置１によって第１直流送電線路ＬＮ１と、第２直流送電線路ＬＮ２とを電気的に遮断させる場合、制御部１００は、制御システム（不図示）から遮断指示信号を受信する。制御システムは、例えば、各電力系統間の電力の供給（融通）を制御するシステムであり、直流系統に異常等が生じた場合、対象の直流電流遮断装置１（制御部１００）に遮断指示信号を送信する。遮断指示信号は、例えば、第１直流送電線路ＬＮ１と、第２直流送電線路ＬＮ２とを電気的に遮断させることを指示する信号である。直流系統の異常とは、例えば、直流送電線路に生じる地絡や短絡等の事故によって生じる異常である。制御部１００は、制御システムから遮断指示信号を受信した場合、断路器１０と、機械式遮断器２０とを開状態に制御し、転流回路３０（スイッチング部３２０ａ，３２０ｂ）をオンの状態に制御する。

上述した制御部１００の制御によって、直流電流遮断装置１の断路器１０と、機械式遮断器２０とは、機械的に開状態に制御されるが、接点を単に切り離しても接点間にアークが生じて電流は流れ続けるため、電気的に遮断することができない。この状態で、制御部１００が転流回路３０を動作させることにより、転流回路３０が備えるスイッチング部３２０ａ，３２０ｂは、オンの状態に制御される。すると、転流回路３０は、コンデンサＣに蓄電される電力を放電し、コンデンサＣの正極からスイッチング部３２０ｂ、リアクトル７０、機械式遮断器２０、およびスイッチング部３２０ａを介してコンデンサＣの負極までの経路ｒｔ２を電流が還流する回路を形成する。この回路が形成されるのは、リアクトル７０に対して上述した向きによってダイオード６０が接続されていることにより、第２直流送電線路ＬＮ２の方向から第１直流送電線路ＬＮ１の方向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、機械式遮断器２０において第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２の方向に流れる電流と逆方向の電流であるため、機械式遮断器２０に生じたアークを打ち消すように作用する。この結果、機械式遮断器２０に流れる電流がゼロになり、機械式遮断器２０が電気的な遮断状態となる。

その後、制御部１００は、半導体遮断器４０を閉状態に制御する。これにより、直流系統電流は、第１直流送電線路ＬＮ１から補助断路器ＭＳ、断路器１０、転流回路３０、及びリアクトル７０を介して第２直流送電線路ＬＮ２まで流れる経路から、第１直流送電線路ＬＮ１から半導体遮断器４０、ダイオード６０、及びリアクトル７０を介して第２直流送電線路ＬＮ２まで流れる経路ｒｔ３に転流する。そして、制御部１００は、半導体遮断器４０を開状態に制御する。半導体遮断器４０が開状態に制御されることに伴って発生するサージエネルギーは、アレスタ５０によって吸収される。これにより、直流電流遮断装置１は、第１直流送電線路ＬＮ１と、第２直流送電線路ＬＮ２とを電気的に遮断することができる。

このように、直流電流遮断装置１が第１直流送電線路ＬＮ１と第２直流送電線路ＬＮ２とを電気的に遮断するには、転流回路３０が動作して経路ｒｔ２に電流を還流させることが求められる。また、転流回路３０が電流を還流させるには、少なくとも初期状態の遮断動作時において、予めコンデンサＣが充電されていることが求められる。初期状態とは、例えば、直流電流遮断装置１が設置された時や、直流電流遮断装置１の運用開始時等のタイミングであって、これまでに直流電流遮断装置１が遮断動作を行っていない状態である。初期状態以外のコンデンサＣが充電される場合の詳細については、後述する第３の実施形態において説明する。以下、初期状態のコンデンサＣが充電される場合の直流電流遮断装置１の状態について説明する。

［コンデンサＣの充電状態（その１）］
図２は、第１の実施形態に係る直流電流遮断装置１のコンデンサＣの充電状態の一例を示す図である。図２に示すように、第１の実施形態の制御部１００は、初期状態のコンデンサＣを充電するに際して、直流電流遮断装置１の各部を、以下のような状態に制御する。
・補助断路器ＭＳ：閉状態
・断路器１０：開状態
・機械式遮断器２０：開状態
・半導体遮断器４０：閉状態→開状態
・サイリスタ３５：オフの状態
・転流回路３０：オフの状態
・転流回路３０が備えるコンデンサＣ：充電されていない状態
・開閉器８２：閉状態

これにより、図２の状態において、直流系統電流は、第１直流送電線路ＬＮ１から、補助断路器ＭＳ、半導体遮断器４０、ダイオード６０、スイッチング部３２０ｂのダイオード、コンデンサＣ、スイッチング部３２０ａのダイオード、開閉器８２、及び抵抗素子８４を経由する経路ｒｔ４を介して接地電位まで流れる。直流系統電流が、経路ｒｔ４を流れることに伴い、コンデンサＣが充電される。

図３は、第１の実施形態に係る制御部１００が各部を制御するタイミングと、コンデンサ電圧の経時変化との関係の一例を示すグラフである。図３の波形Ｗ１１は、コンデンサ電圧の経時変化を示す波形であって、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。波形Ｗ１２は、半導体遮断器４０の開閉（非導通／導通）状態を示す波形である。波形Ｗ１３は、開閉器８２の開閉状態を示す波形である。

波形Ｗ１３が示すように、開閉器８２は、時刻ｔ０からコンデンサ電圧が所定の電圧となる時刻ｔ２までの間、閉状態に制御され、時刻ｔ２において開状態に制御される。また、波形Ｗ１２が示すように、半導体遮断器４０は、時刻ｔ０～ｔ１までの間、閉状態に制御され、時刻ｔ１において開状態に制御される。

半導体遮断器４０が時刻ｔ１において開状態に制御された以降も、コンデンサ電圧が上昇するのは、半導体遮断器４０が閉状態に制御された際に、第１直流送電線路ＬＮ１が有するインダクタンス成分（つまり、リアクトルＬ１）に蓄えられる磁気エネルギーによって直流系統電流がアレスタ５０を通して流れるためである。制御部１００は、例えば、リアクトルＬ１の大きさと、直流系統電圧（又は、直流系統電流）の大きさと、コンデンサＣに現在充電されている電力量（以下、残充電容量）と、半導体遮断器４０が開状態とされた時のアレスタ５０の消費電力とに基づいて、コンデンサＣが所定の充電容量まで充電されるのに必要な電力容量を算出する。制御部１００は、算出した電力容量に基づいて、半導体遮断器４０を閉状態とする時間（つまり、半導体遮断器４０のスイッチング素子をオン状態とする時間）を導出する。

制御部１００は、導出した時間に基づいて（この場合、時刻ｔ０～ｔ１）、半導体遮断器４０を閉状態に制御する。所定の充電容量とは、例えば、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでに必要な電力量であって、転流回路３０の動作時に、機械式遮断器２０を電気的に開状態に制御可能なだけ、経路ｒｔ２に電流を還流させるのに必要な電力量である。これにより、波形Ｗ１１が示すように、コンデンサ電圧は、時刻ｔ０から所定の電圧まで上昇し、時刻ｔ２において充電が終了し、所定の電圧となる。

［第１の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の直流電流遮断装置１は、第１機械式接点（この一例では、断路器１０）と、機械式遮断器２０と、転流回路３０と、充電回路８０と、半導体遮断器４０を持つ。断路器１０は、直流系統を構成する第１直流送電線路ＬＮ１に第１端子１０ａが接続される。機械式遮断器２０は、直流系統を構成する第２直流送電線路ＬＮ２に第２端子２０ｂが接続される。転流回路３０は、コンデンサＣを有する。充電回路８０は、コンデンサＣを充電する。半導体遮断器４０は、第１端子（この一例では、半導体遮断器４０の端部に位置するスイッチング部のコレクタ）が第１直流送電線路ＬＮ１に接続され、第２端子（この一例では、半導体遮断器４０の他の端部に位置するスイッチング部のエミッタ）が第２直流送電線路ＬＮ２に接続される。断路器１０の第２端子１０ｂと、機械式遮断器２０の第１端子２０ａと、転流回路３０の第１端子３０ａとが互いに接続され、機械式遮断器２０の第２端子２０ｂと、半導体遮断器４０の第２端子と、転流回路３０の第２端子３０ｂとが互いに接続され、転流回路３０の第１端子３０ａと、直流系統の正極電位よりも電圧の低い電位（この一例では、接地電位）との間に、充電回路８０が接続されている。これにより、本実施形態の直流電流遮断装置１は、外部電源を用いることなく、転流回路３０が備えるコンデンサＣを簡便に充電することができる。

（第２の実施形態）
以下、図面を参照し、第２の実施形態の直流電流遮断装置１ａについて説明する。第１の実施形態では、制御部１００は、コンデンサＣが所定の電圧まで充電されたところで開閉器８２を開状態にし、コンデンサＣの充電を終了する場合について説明した。第２の実施形態では、コンデンサＣが所定の電圧以上に過充電されることを抑制する仕組みについて説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。

図４は、第２の実施形態の直流電流遮断装置１ａの構成の一例を示す図である。直流電流遮断装置１ａは、直流電流遮断装置１が備える構成に加えて、サイリスタ９０を更に備える。サイリスタ９０のカソードと、転流回路３０の第１端子３０ａと、開閉器８２の第２端子８２ｂと、断路器１０の第２端子１０ｂと、機械式遮断器２０の第１端子２０ａとが互いに接続される。また、サイリスタ９０のアノードと、ダイオード６０のカソードと、転流回路３０の第２端子３０ｂと、リアクトル７０の一端とが互いに接続される。

上述したように、制御部１００は、直流電流遮断装置１の各部を制御し、直流系統電流を、経路ｒｔ４を介して接地電位まで流し、コンデンサＣを充電させる。次に、制御部１００は、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたか否かを判定する。制御部１００は、例えば、これまでにコンデンサＣに充電された充電容量の推定結果や、コンデンサＣの正極と負極との間に生じる電圧を検出する検出部（不図示）の検出結果に基づいて、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたか否かを判定する。制御部１００は、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたと判定した場合、サイリスタ９０をオン状態に制御し、転流回路３０に流れる直流系統電流をサイリスタ９０によってバイパスする。

これにより、図４の状態において、直流系統電流は、第１直流送電線路ＬＮ１から、補助断路器ＭＳ、半導体遮断器４０、ダイオード６０、サイリスタ９０、開閉器８２、及び抵抗素子８４を経由する経路ｒｔ５を介して接地電位まで流れる。直流系統電流が、経路ｒｔ５を流れることに伴い、コンデンサＣが充電されない。

図５は、第２の実施形態に係る制御部１００が各部を制御するタイミングと、コンデンサ電圧の経時変化との関係の一例を示すグラフである。図５の波形Ｗ２１は、コンデンサ電圧の経時変化を示す波形であって、縦軸は電圧を示し、横軸は時間を示す。波形Ｗ２２は、半導体遮断器４０の開閉（非導通／導通）状態を示す波形である。波形Ｗ２３は、開閉器８２の開閉状態を示す波形である。波形Ｗ２４は、サイリスタ９０のオン／オフ状態を示す波形である。

波形Ｗ２４が示すように、サイリスタ９０は、コンデンサ電圧が所定の電圧となる時刻ｔ２において、オン状態に制御される。また、開閉器８２は、時刻ｔ３において第１直流送電線路ＬＮ１が有するインダクタンス成分（つまり、リアクトルＬ１）に蓄えられる磁気エネルギーによって流れる直流系統電流がなくなる、又は小さくなることにより、機械的にも電気的にも開状態に制御される。

上述したように、時刻ｔ０～ｔ１の間、半導体遮断器４０が閉状態に制御されたことに伴い、第１直流送電線路ＬＮ１が有するインダクタンス成分に蓄えられる磁気エネルギーによって、経路ｒｔ４には、直流系統電流が流れる。ここで、リアクトルＬ１に蓄えられる磁気エネルギーの大きさによっては、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電された後でも、制御部１００が開閉器８２を機械的に開状態に制御する際にアークが発生し、電気的に開状態に制御できない場合がある。この場合、経路ｒｔ４に直流系統電流が流れ続けるため、コンデンサ電圧が所定の電圧以上に充電されてしまう場合がある。制御部１００は、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたと判定した場合、サイリスタ９０をオン状態に制御し、転流回路３０に流れる直流系統電流をサイリスタ９０によって経路ｒｔ５にバイパスすることによって、コンデンサ電圧が所定の電圧以上充電されることを抑制することができる。

［動作フロー］
図６は、直流電流遮断装置１がコンデンサＣを充電する場合の一連の動作の一例を示すフローチャートである。まず、制御部１００は、初期状態のコンデンサＣを充電するに際して、補助断路器ＭＳを閉状態に制御する（ステップＳ１００）。次に、制御部１００は、開閉器８２を閉状態に制御する（ステップＳ１０２）。次に、制御部１００は、半導体遮断器４０を閉状態に制御する（ステップＳ１０４）。

制御部１００は、半導体遮断器４０を閉状態に制御してから所定の時間（この一例では、時刻ｔ０～ｔ１）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１０６）。制御部１００は、例えば、リアクトルＬ１の大きさと、直流系統電圧（又は、直流系統電流）の大きさと、コンデンサＣの残充電容量と、半導体遮断器４０が開状態とされた時のアレスタ５０の消費電力とに基づいて、コンデンサＣが所定の充電容量まで充電されるのに必要な電力容量を算出し、算出した電力容量に基づいて、半導体遮断器４０を閉状態とする所定の時間を導出する。制御部１００は、所定の時間が経過するまでの間、待機する。制御部１００は、半導体遮断器４０を開状態に制御してから所定の時間が経過したと判定する場合、半導体遮断器４０を開状態に制御する（ステップＳ１０８）。

次に、制御部１００は、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたか否かを判定する（ステップＳ１１０）。制御部１００は、例えば、これまでにコンデンサＣに充電された充電容量の推定結果や、コンデンサＣの正極と負極との間に生じる電圧を検出する検出部（不図示）の検出結果に基づいて、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたか否かを判定する。制御部１００は、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されるまでの間、待機する。制御部１００は、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたと判定した場合、サイリスタ９０をオン状態に制御する（ステップＳ１１２）。これにより、転流回路３０を流れる直流系統電流をサイリスタ９０によってバイパスするため、コンデンサＣが過充電されなくなる。

次に、制御部１００は、開閉器８２を開状態に制御する（ステップＳ１１４）。上述したように、リアクトルＬ１に蓄えられる磁気エネルギーの大きさによっては、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電された後でも、制御部１００が開閉器８２を機械的に開状態に制御する際にアークが発生し、電気的に開状態に制御できない場合がある。この場合、リアクトルＬ１に蓄えられる磁気エネルギーが消費されるまでの間、直流系統電流は、経路ｒｔ５を流れる。リアクトルＬ１に蓄えられる磁気エネルギーが十分に消費された場合、アークが裁断され、又は電流のゼロ点によってアークが消弧し、開閉器８２は、電気的にも機械的にも開状態となる（ステップＳ１１４）。サイリスタ９０は、開閉器８２が電気的にも機械的も開状態に制御され、経路ｒｔ５を直流系統電流が流れなくなることにより、オフ状態となる（ステップＳ１１６）。

なお、上述した第１の実施形態のように、直流電流遮断装置１がサイリスタ９０を備えない場合には、図６に示すフローチャートのうち、ステップＳ１１２の処理、と、ステップＳ１１６の処理が行われなくてもよい。この場合、制御部１００は、開閉器８２が機械的にも電気的にも開状態に制御される時間を考慮して、半導体遮断器４０を閉状態とする所定の時間を導出する。

［第２の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の直流電流遮断装置１ａは、転流回路３０の第２端子３０ｂと、転流回路３０と充電回路８０との接続点との間に、転流回路３０と互いに並列に接続されるスイッチング素子（この一例では、サイリスタ９０）を更に備え、制御部１００は、コンデンサＣの充電状態に基づいて、サイリスタ９０を開状態から閉状態に制御して、サイリスタ９０に流れる直流系統電流をバイパスする。ここで、コンデンサ電圧が所定の電圧以上となるまでコンデンサＣが充電されると、転流回路３０の動作時に、適切なタイミングで機械式遮断器２０が開状態にできなかったり、コンデンサやコンデンサの周辺素子（例えば、ダイオードやスイッチング部）が破損したりする場合がある。これに関して、本実施形態の直流電流遮断装置１ａは、コンデンサＣが過充電されることを抑制することにより、コンデンサＣやコンデンサＣの周辺素子が破損することを抑制できる。

（変形例１）
以下、図面を参照し、上述した実施形態の変形例１について説明する。上述した実施形態では、直流電流遮断装置１や、直流電流遮断装置１ａが一つの転流回路３０を備える場合について説明した。変形例１では、直流電流遮断装置１や、直流電流遮断装置１ａが複数の転流回路３０を備える場合について説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、変形例１では、直流電流遮断装置１ａの場合について説明するが、変形例１を直流電流遮断装置１に適応する場合には、直流電流遮断装置１ａの記載を直流電流遮断装置１に読み替えればよい。

図７は、変形例１の直流電流遮断装置１ａの構成の一例を示す図である。図７において、直流電流遮断装置１ａは、転流回路３０－１、転流回路３０－２、…、転流回路３０－ｎ（ｎは自然数）を備え、転流回路３０－１、転流回路３０－２、…、転流回路３０－ｎは、互いに直列に接続される。以下、転流回路３０－１、転流回路３０－２、…、転流回路３０－ｎを互いに区別しない場合には、単に転流回路３０と記載する。隣り合う転流回路３０は、第２端子３０ｂと、第１端子３０ａとが互いに接続される。複数の転流回路３０のうち、端部の転流回路３０の第１端子３０ａと、第２端子１０ｂと、第1端子２０ａと、第２端子８２ｂとは、互いに接続される。また、複数の転流回路３０のうち、他の端部の転流回路３０の第２端子３０ｂと、ダイオード６０のカソードと、サイリスタ９０のアノードと、リアクトル７０の一端とが互いに接続される。変形例１において、転流回路３０－１、転流回路３０－２、…、転流回路３０－ｎのそれぞれは、「転流ユニット」の一例であり、転流ユニットの集合が、転流回路３０の一例である。

［変形例１のまとめ］
以上説明したように、変形例１の直流電流遮断装置１ａは、開閉器８２が閉状態に制御された際に、複数の転流回路３０がそれぞれ備える、スイッチング部３２０ｂ、コンデンサＣ、スイッチング部３２０ａを経由する経路ｒｔ６を介して直流系統電流を接地電位まで流すことができる。これにより、各転流回路３０のコンデンサＣは、いずれも充電される。ここで、機械式遮断器２０を電気的に開状態にする際に転流回路３０が動作して経路ｒｔ２に電流を還流させるためには、多数のコンデンサＣを用いて高いコンデンサ電圧を得ることが求められる場合がある。変形例１の直流電流遮断装置１ａによれば、コンデンサＣを直列に接続することにより、複数のコンデンサＣの電圧の和によって、高いコンデンサ電圧を実現することができる。

（変形例２）
以下、図面を参照し、上述した実施形態の変形例２について説明する。上述した実施形態では、直流電流遮断装置１や、直流電流遮断装置１ａが第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２への一方向の直流系統電流を遮断する直流電流遮断装置である場合について説明した。変形例２では、直流電流遮断装置１や、直流電流遮断装置１ａが第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２への方向と、第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１への方向との双方向の直流系統電流を遮断する直流電流遮断装置である場合について説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、変形例２では、直流電流遮断装置１の場合について説明するが、変形例２を直流電流遮断装置１ａに適応する場合には、直流電流遮断装置１の記載を直流電流遮断装置１ａに読み替えればよい。

図８は、変形例２の直流電流遮断装置１の構成の一例を示す図である。図８において、直流電流遮断装置１は、複数の半導体遮断器４０と、複数のアレスタ５０とを備える。変形例２では、二つの半導体遮断器４０－１～４０－２と、二つのアレスタ５０とを備える場合について説明する。複数の半導体遮断器４０のうち、一部の半導体遮断器４０（この一例では、半導体遮断器４０－１）は、中点ＣＰから第２端子ＭＳｂ、及び第１端子１０ａの接続点までの間に接続され、第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１への方向の直流系統電流を許容し、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２への方向の直流系統電流を遮断する。また、複数の半導体遮断器４０のうち、他の一部の半導体遮断器４０（この一例では、半導体遮断器４０－２）は、中点ＣＰから第２端子３０ｂ、及びリアクトル７０の一端との接続点までの間に接続され、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２への方向の直流系統電流を許容し、第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１への方向の直流系統電流を遮断する。

具体的には、半導体遮断器４０－１の第１端子４０ａと、第２端子ＭＳｂと、第１端子１０ａとが、互いに接続され、半導体遮断器４０－１の第２端子４０ｂと、半導体遮断器４０－２の第２端子４０ｂとが、互いに接続され、半導体遮断器４０－２の第１端子４０ａと、第２端子３０ｂと、リアクトル７０の一端とが互いに接続される。中点ＣＰは、半導体遮断器４０－１の第２端子４０ｂと、半導体遮断器４０－２の第２端子４０ｂとの接続点である。

なお、上述では、中点ＣＰから第２端子ＭＳｂ、及び第１端子１０ａとの接続点までの間に、半導体遮断器４０－１のみが接続される場合について説明したが、これに限られない。中点ＣＰから第２端子ＭＳｂ、及び第１端子１０ａとの接続点までの間には、複数の半導体遮断器４０が接続されていてもよい。この場合、中点ＣＰから第２端子ＭＳｂ、及び第１端子１０ａとの接続点までの間に、複数の半導体遮断器４０が直列に接続される。この複数の半導体遮断器４０は、隣接する半導体遮断器４０の第２端子４０ｂと、第１端子４０ａとが互いに接続される。端部の半導体遮断器４０の第１端子４０ａと、第２端子ＭＳｂと、第１端子１０ａとが、互いに接続され、他の端部の半導体遮断器４０の第２端子４０ｂと、中点ＣＰとが互いに接続される。

また、上述では、中点ＣＰから第２端子３０ｂ、及びリアクトル７０の一端との接続点までの間には、半導体遮断器４０－２のみが接続される場合について説明したが、これに限られない。中点ＣＰから第２端子３０ｂ、及びリアクトル７０の一端との接続点までの間には、複数の半導体遮断器４０が接続されていてもよい。この場合、中点ＣＰから第２端子３０ｂ、及びリアクトル７０の一端との接続点までの間に、複数の半導体遮断器４０が直列に接続される。この複数の半導体遮断器４０は、隣接する半導体遮断器４０の第２端子４０ｂと、第１端子４０ａとが互いに接続される。端部の半導体遮断器４０の第１端子４０ａと、第２端子３０ｂと、及びリアクトル７０とが互いに接続され、他の端部の半導体遮断器４０の第２端子４０ｂと、中点ＣＰとが互いに接続される。

また、変形例２において直流電流遮断装置１ａが適応される場合、半導体遮断器４０－２が、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２への方向の直流系統電流を許容し、第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１への方向の直流系統電流を遮断するように接続されるため、直流電流遮断装置１ａは、ダイオード６０を備えていなくてもよい。

アレスタ５０－１と、アレスタ５０－２とは、第１直流送電線路ＬＮ１と、第２直流送電線路ＬＮ２との間に、互いに直列に接続され、且つ、半導体遮断器４０－１と、半導体遮断器４０－２とに、互いに並列に接続される。

なお、直流電流遮断装置１は、半導体遮断器４０－１の第１端子４０ａと、半導体遮断器４０－２の第２端子４０ｂとの間に、半導体遮断器４０－１、及び半導体遮断器４０－２と互いに並列に接続される一つのアレスタ５０を備える構成であってもよい。

また、変形例２の直流電流遮断装置１は、転流回路３０に代えて、転流回路３１を備える。転流回路３１は、複数のスイッチング部（スイッチング部３２０ａ～３２０ｄ）と、コンデンサＣと、サイリスタ３５とを備える。スイッチング部３２０ｃと、スイッチング部３２０ａとは、記載の順序によって、転流回路３０の正極と負極との間に直列に接続され、スイッチング部３２０ｂと、スイッチング部３２０ｄとは、記載の順序によって、転流回路３０の正極と負極との間に直列に接続される。スイッチング部３２０ｃのエミッタと、スイッチング部３２０ａのコレクタとが互いに接続されている。スイッチング部３２０ｂのエミッタと、スイッチング部３２０ｄのコレクタとが互いに接続されている。スイッチング部３２０ｃのコレクタと、スイッチング部３２０ｂのコレクタと、コンデンサＣの正極とが互いに接続されている。スイッチング部３２０ａのエミッタと、スイッチング部３２０ｄのエミッタと、コンデンサＣの負極とが互いに接続されている。スイッチング部３２０ｃは、「第１スイッチング部」の一例であり、スイッチング部３２０ａは、「第２スイッチング部」の一例であり、スイッチング部３２０ｂは、「第３スイッチング部」の一例であり、スイッチング部３２０ｄは、「第４スイッチング部」の一例である。

制御部１００は、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２の方向に流れる直流系統電流を遮断する際、補助断路器ＭＳ、断路器１０、機械式遮断器２０、半導体遮断器４０、及び開閉器８２の開閉制御、サイリスタ３５のオンとオフの切り替え制御、並びに転流回路３０の動作の制御（つまり、スイッチング部３２０ａ～３２０ｄの開閉制御）し、各部を以下のような状態に制御する。
・補助断路器ＭＳ：閉状態
・断路器１０：開状態
・機械式遮断器２０：開状態
・半導体遮断器４０：開状態
・サイリスタ３５：オフの状態
・転流回路３０のスイッチング部３２０ａ，３２０ｂ：オン状態
・転流回路３０のスイッチング部３２０ｃ，３２０ｄ：オフ状態
・開閉器８２：開状態

転流回路３０は、コンデンサＣに蓄電される電力を放電し、コンデンサＣの正極からスイッチング部３２０ｂ、リアクトル７０、機械式遮断器２０、およびスイッチング部３２０ａを介してコンデンサＣの負極までの経路を電流が還流する回路を形成する。この回路を還流する電流は、機械式遮断器２０において第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２の方向に流れる電流と逆方向の電流であるため、機械式遮断器２０に生じたアークを打ち消すように作用する。この結果、機械式遮断器２０に流れる電流がゼロになり、機械式遮断器２０が電気的な遮断状態となる。

一方、制御部１００は、第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１の方向に流れる直流系統電流を遮断する際、補助断路器ＭＳ、断路器１０、機械式遮断器２０、半導体遮断器４０、及び開閉器８２の開閉制御、サイリスタ３５のオンとオフの切り替え制御、並びに転流回路３０の動作の制御（つまり、スイッチング部３２０ａ～３２０ｄの開閉制御）し、各部を以下のような状態に制御する。
・補助断路器ＭＳ：閉状態
・断路器１０：開状態
・機械式遮断器２０：開状態
・半導体遮断器４０：開状態
・サイリスタ３５：オフの状態
・転流回路３０のスイッチング部３２０ａ，３２０ｂ：オフ状態
・転流回路３０のスイッチング部３２０ｃ，３２０ｄ：オン状態
・開閉器８２：開状態

転流回路３０は、コンデンサＣに蓄電される電力を放電し、コンデンサＣの正極からスイッチング部３２０ｃ、機械式遮断器２０、リアクトル７０、およびスイッチング部３２０ｄを介してコンデンサＣの負極までの経路を電流が還流する回路を形成する。この回路を還流する電流は、機械式遮断器２０において第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１の方向に流れる電流と逆方向の電流であるため、機械式遮断器２０に生じたアークを打ち消すように作用する。この結果、機械式遮断器２０に流れる電流がゼロになり、機械式遮断器２０が電気的な遮断状態となる。

［コンデンサＣの充電状態（その２）］
図８に示すように、変形例２の制御部１００は、初期状態のコンデンサＣを充電するに際して、直流電流遮断装置１の各部を、以下のような状態に制御する。
・補助断路器ＭＳ：閉状態
・断路器１０：開状態
・機械式遮断器２０：開状態
・半導体遮断器４０－１：閉状態→開状態
・半導体遮断器４０－２：開状態
・サイリスタ３５：オフの状態
・転流回路３０のスイッチング部３２０ａ～３２０ｄ：オフ状態
・転流回路３０が備えるコンデンサＣ：充電されていない状態
・開閉器８２：閉状態

これにより、図８の状態において、直流系統電流は、第１直流送電線路ＬＮ１から、補助断路器ＭＳ、半導体遮断器４０－１のスイッチング素子、半導体遮断器４０－２のダイオード、スイッチング部３２０ｂのダイオード、コンデンサＣ、スイッチング部３２０ａのダイオード、開閉器８２、及び抵抗素子８４を経由する経路ｒｔ７を介して接地電位まで流れる。直流系統電流が、経路ｒｔ７を流れることに伴い、コンデンサＣが充電される。制御部１００の半導体遮断器４０の開閉状態の制御と、開閉器８２との開閉状態の制御とは、上述した制御と同様であるため、説明を省略する。

なお、上述では、直流電流遮断装置１がサイリスタ９０を備え、制御部１００は、サイリスタ９０をオン状態に制御し、転流回路３０に流れる直流系統電流をサイリスタ９０によってバイパスする場合について説明したが、これに限られない。直流電流遮断装置１は、例えば、スイッチング部３２０ｃをオン状態に制御する、又はスイッチング部３２０ｄをオン状態に制御することによって、コンデンサＣに流れる直流系統電流をバイパスしてもよい。

図９は、スイッチング部３２０によりバイパスされた直流系統電流の経路の一例を示す図である。制御部１００は、例えば、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたと判定した場合、スイッチング部３２０ｃをオン状態に制御し、他のスイッチング部３２０ａ，３２０ｂ，３２０ｄをオフ状態に制御する。これにより、直流系統電流は、第１直流送電線路ＬＮ１から、補助断路器ＭＳ、半導体遮断器４０－１のスイッチング素子、半導体遮断器４０－２のダイオード、スイッチング部３２０ｂのダイオード、スイッチング部３２０ｃのスイッチング素子、開閉器８２、及び抵抗素子８４を経由する経路ｒｔ８を介して接地電位まで流れる。また、制御部１００は、例えば、コンデンサ電圧が所定の電圧となるまでコンデンサＣが充電されたと判定した場合、スイッチング部３２０ｄをオン状態に制御し、他のスイッチング部３２０ａ、３２０ｂ，３２０ｃをオフ状態に制御する。これにより、直流系統電流は、第１直流送電線路ＬＮ１から補助断路器ＭＳ、半導体遮断器４０－１のスイッチング素子、半導体遮断器４０－２のダイオード、スイッチング部３２０ｄのスイッチング素子、スイッチング部３２０ａのダイオード、開閉器８２、及び抵抗素子８４を経由する経路ｒｔ９を介して接地電位まで流れる。

［変形例２のまとめ］
以上説明したように、変形例２の直流電流遮断装置１は、第１直流送電線路ＬＮ１から第２直流送電線路ＬＮ２の方向又は第２直流送電線路ＬＮ２から第１直流送電線路ＬＮ１の方向に流れる直流系統電流を、許容又は遮断しつつ、サイリスタ９０を用いなくても転流回路３０のスイッチング部３２０によってコンデンサＣに流れる直流系統電流をバイパスし、コンデンサ電圧が所定の電圧以上充電されることを抑制する。これにより変形例２の直流電流遮断装置１は、コンデンサＣやコンデンサＣの周辺素子が破損することを抑制できる。

（変形例３）
以下、図面を参照し、上述した実施形態の変形例３について説明する。上述した実施形態、及び変形例では、転流回路３０の第１端子３０ａと、充電回路８０の第１端子８２ａとが接続される場合について説明した。変形例３では、転流回路３０と充電回路８０との接続方法の他の例について説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、変形例３では、直流電流遮断装置１ａの場合について説明するが、変形例３を直流電流遮断装置１に適応する場合には、直流電流遮断装置１ａの記載を直流電流遮断装置１に読み替えればよい。

図１０は、変形例３の直流電流遮断装置１ａの構成の一例を示す図である。図１０において、転流回路３０のコンデンサＣの負極と、充電回路８０の第１端子８２ａとが接続される。

［コンデンサＣの充電状態（その３）］
図１０に示すように、第１の実施形態の制御部１００は、初期状態のコンデンサＣを充電するに際して、直流電流遮断装置１ａの各部を、以下のような状態に制御する。
・補助断路器ＭＳ：閉状態
・断路器１０：開状態
・機械式遮断器２０：開状態
・半導体遮断器４０：閉状態→開状態
・サイリスタ３５：オフの状態
・転流回路３０：オフの状態
・転流回路３０が備えるコンデンサＣ：充電されていない状態
・開閉器８２：閉状態

図１０の状態において、直流系統電流は、第１直流送電線路ＬＮ１から、補助断路器ＭＳ、半導体遮断器４０、ダイオード６０、スイッチング部３２０ｂのダイオード、コンデンサＣ、開閉器８２、及び抵抗素子８４を経由する経路ｒｔ１０を介して接地電位まで流れる。直流系統電流が、経路ｒｔ１０を流れることに伴い、コンデンサＣが充電される。制御部１００の半導体遮断器４０の開閉状態の制御と、開閉器８２との開閉状態の制御とは、上述した制御と同様であるため、説明を省略する。

［変形例３のまとめ］
これにより、変形例３の直流電流遮断装置１ａは、外部電源を用いることなく、転流回路３０が備えるコンデンサＣを簡便に充電することができる。

（変形例４）
以下、図面を参照し、変形例４について説明する。上述した変形例３では、直流電流遮断装置１ａや、直流電流遮断装置１ａが一つの転流回路３０を備える場合について説明した。変形例４では、変形例３の接続方法において、直流電流遮断装置１ａや、直流電流遮断装置１ａが複数の転流回路３０を備える場合について説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、変形例４では、直流電流遮断装置１ａの場合について説明するが、変形例４を直流電流遮断装置１ａに適応する場合には、直流電流遮断装置１ａの記載を直流電流遮断装置１ａに読み替えればよい。

図１１は、変形例４の直流電流遮断装置１ａの構成の一例を示す図である。図１１において、直流電流遮断装置１ａは、転流回路３０－１、転流回路３０－２、…、転流回路３０－ｎを備え、転流回路３０－１、転流回路３０－２、…、転流回路３０－ｎは、互いに直列に接続される。隣り合う転流回路３０は、第２端子３０ｂと、第１端子３０ａとが、互いに接続される。複数の転流回路３０のうち、端部の転流回路３０が備えるコンデンサＣの負極と、第２端子８２ｂとが互いに接続される。また、複数の転流回路３０のうち、他の端部の転流回路３０の第２端子３０ｂと、ダイオード６０のカソードと、サイリスタ９０のアノードと、リアクトル７０の一端とが互いにに接続される。

［変形例４のまとめ］
以上説明したように、変形例４の直流電流遮断装置１ａは、開閉器８２が閉状態に制御された際に、複数の転流回路３０のいずれもスイッチング部３２０ｂのダイオード、コンデンサＣを経由する経路ｒｔ１１に直流系統電流を流すことができ、各転流回路３０のコンデンサＣを充電することができる。変形例４の直流電流遮断装置１ａによれば、コンデンサＣを直列に接続することにより、複数のコンデンサＣの電圧の和によって、高いコンデンサ電圧を実現することができる。

（第３の実施形態）
以下、図面を参照し、第３の実施形態について説明する。上述した変形例３では、直流電流遮断装置１や、直流電流遮断装置１ａが初期状態の転流回路３０のコンデンサＣについて、充電を行う仕組みについて説明した。第３の実施形態では、初期状態以外の状態において、転流回路３０のコンデンサＣを充電する仕組みについて説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。また、第３の実施形態では、直流電流遮断装置１の場合について説明するが、第３の実施形態を直流電流遮断装置１ａに適応する場合には、直流電流遮断装置１の記載を直流電流遮断装置１ａに読み替えればよい。

図１２は、第３の実施形態に係る直流電流遮断装置１の構成の一例を示す図である。図１２において、直流電流遮断装置１には、変圧器２００が接続される。具体的には、転流回路３０のコンデンサＣの正極には、変圧器２００の第１端子２００ａが接続され、転流回路３０のコンデンサＣの負極には、変圧器２００の第２端子２００ｂが接続される。変圧器２００は、変圧器２００に接続される外部電源装置３００から供給される電力の電圧を、コンデンサＣの充電が可能な電圧に変換（変圧）する。外部電源装置３００は、例えば、直流系統が供給する電力以外の電力を供給する装置である。また、コンデンサＣの充電が可能な電圧とは、例えば、直流系統電圧よりも小さい電位差の電圧である。

変圧器２００は、変換した電圧を第１端子２００ａと第２端子２００ｂとの間に生じさせ、コンデンサＣを充電する。ここで、変圧器２００によって生じさせる電圧によってコンデンサＣが充電を完了する時間は、充電回路８０によってコンデンサＣが充電を完了する時間に比して長い時間であり、且つ予め定められた第１直流送電線路ＬＮ１と第２直流送電線路ＬＮ２とを再度導通させる（つまり、直流電流遮断装置１を再閉路させる）までの時間より短い時間である。したがって、外部電源装置３００から変圧器２００を介して供給される電力は、充電回路８０によって充電する際の電力よりも低い。変圧器２００は、「充電装置」の一例である。

制御部１００は、例えば、上述した処理によって初期状態のコンデンサＣが充電され、充電されたコンデンサＣを用いた転流回路３０の動作によって第１直流送電線路ＬＮ１と第２直流送電線路ＬＮ２とを遮断させる制御を行う。制御部１００は、第１直流送電線路ＬＮ１と第２直流送電線路ＬＮ２とを遮断させる制御を行った後、変圧器２００を制御して第１端子２００ａと第２端子２００ｂとの間に電圧を生じさせ、コンデンサＣを充電する。また、直流電流遮断装置１が遮断を待機している状態において、コンデンサＣの自然放電または放電抵抗による放電で低下した電圧を再充電することで、所定のコンデンサ電圧を維持する。

［第３の実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の直流電流遮断装置１が備える転流回路３０のコンデンサＣは、初期状態において充電されたコンデンサＣの電力が遮断制御に用いられた後に、変圧器２００が第１端子２００ａと第２端子２００ｂとの間に生じさせる電圧によってコンデンサＣを充電することにより、次回の遮断制御に備えたうえで、直流電流遮断装置１を再閉路させることができる。これにより、本実施形態の直流電流遮断装置１は、初期状態以降においても、第１直流送電線路ＬＮ１と第２直流送電線路ＬＮ２との遮断を適切に行いつつも、予め定められた再閉路のタイミングまでに再閉路することができる。

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…直流電流遮断装置、１０…断路器、２０…機械式遮断器、３０、３０－１、３０－２、３０－ｎ、３１…転流回路、１０ａ、２０ａ、３０ａ、４０ａ、８２ａ、２００ａ、ＭＳａ…第１端子、１０ｂ、２０ｂ、３０ｂ、４０ｂ、８２ｂ、２００ｂ、ＭＳｂ…第２端子、３５…サイリスタ、４０、４０－１、４０－２…半導体遮断器、５０、５０－１、５０－２…アレスタ、６０…ダイオード、７０…リアクトル、８０…充電回路、８２…開閉器、８４…抵抗素子、９０…サイリスタ、１００…制御部、２００…変圧器、３００…外部電源装置、３１０ａ、３１０ｂ…ダイオード、３２０、３２０ａ、３２０ｂ、３２０ｃ、３２０ｄ…スイッチング部、Ｃ…コンデンサ、ＬＮ１…第１直流送電線路、ＬＮ２…第２直流送電線路、ＭＳ…補助断路器

Claims (7)

1. 直流系統を構成する第１直流送電線路に第１端子が接続される第１機械式接点と、
   前記直流系統を構成する第２直流送電線路に第２端子が接続される第２機械式接点と、
   コンデンサを有する転流回路と、
   前記コンデンサを充電する充電回路と、
   第１端子が前記第１直流送電線路に接続され、第２端子が前記第２直流送電線路に接続される半導体遮断器とを備え、
   前記第１機械式接点の第２端子と、前記第２機械式接点の第１端子と、前記転流回路の第１端子とが互いに接続され、
   前記第２機械式接点の第２端子と、前記半導体遮断器の第２端子と、前記転流回路の第２端子とが互いに接続され、
   前記転流回路の第１端子と、前記直流系統の正極電位よりも電圧の低い端子との間に、前記充電回路が接続され、
   前記転流回路は、複数の転流ユニットを備え、
   前記複数の転流ユニットは、前記転流回路の第１端子と前記転流回路の第２端子との間に、直列に接続され、
   前記複数の転流ユニットのうち、端部の転流ユニットの第１端子が、前記第１機械式接点の第２端子と、前記第２機械式接点の第１端子とに互いに接続され、
   前記複数の転流ユニットのうち、他の端部の転流ユニットの第２端子が、前記第２機械式接点の第２端子と、前記半導体遮断器の第２端子とに互いに接続されている、
   直流電流遮断装置。
2. 直流系統を構成する第１直流送電線路に第１端子が接続される第１機械式接点と、
   前記直流系統を構成する第２直流送電線路に第２端子が接続される第２機械式接点と、
   コンデンサを有する転流回路と、
   前記コンデンサを充電する充電回路と、
   第１端子が前記第１直流送電線路に接続され、第２端子が前記第２直流送電線路に接続される半導体遮断器とを備え、
   前記第１機械式接点の第２端子と、前記第２機械式接点の第１端子と、前記転流回路の第１端子とが互いに接続され、
   前記第２機械式接点の第２端子と、前記半導体遮断器の第２端子と、前記転流回路の第２端子とが互いに接続され、
   前記転流回路の第１端子と、前記直流系統の正極電位よりも電圧の低い端子との間に、前記充電回路が接続され、
   前記転流回路は、前記第１直流送電線路と、前記第２直流送電線路との間を流れる双方向の電流を転流することができる回路である、
   直流電流遮断装置。
3. 前記転流回路が備えるスイッチング部の開閉状態を制御する制御部を更に備え、
   前記転流回路は、第１スイッチング部と、第２スイッチング部と、第３スイッチング部と、第４スイッチング部とを備え、
   前記第１スイッチング部と、前記第２スイッチング部とは、直列に接続され、
   前記第３スイッチング部と、前記第４スイッチング部とは、直列に接続され、
   前記第１スイッチング部および前記第２スイッチング部と、前記第３スイッチング部および前記第４スイッチング部と、前記コンデンサとは、前記転流回路の正極と負極との間に互いに並列に接続され、
   前記転流回路の第１端子は、前記第１スイッチング部と、前記第２スイッチング部との接続点に設けられ、
   前記転流回路の第２端子は、前記第３スイッチング部と、前記第４スイッチング部との接続点に設けられている、
   請求項２に記載の直流電流遮断装置。
4. 直流系統を構成する第１直流送電線路に第１端子が接続される第１機械式接点と、
   前記直流系統を構成する第２直流送電線路に第２端子が接続される第２機械式接点と、
   コンデンサを有する転流回路と、
   前記コンデンサを充電する充電回路と、
   第１端子が前記第１直流送電線路に接続され、第２端子が前記第２直流送電線路に接続される半導体遮断器とを備え、
   前記第１機械式接点の第２端子と、前記第２機械式接点の第１端子と、前記転流回路の第１端子とが互いに接続され、
   前記第２機械式接点の第２端子と、前記半導体遮断器の第２端子と、前記転流回路の第２端子とが互いに接続され、
   前記転流回路の第１端子と、前記直流系統の正極電位よりも電圧の低い端子との間に、前記充電回路が接続され、
   前記充電回路は、第３機械式接点を有し、
   前記第３機械式接点を閉状態に制御し、前記半導体遮断器を閉状態に制御して、前記直流系統から前記転流回路を介して前記直流系統の正極電位よりも電圧の低い端子に電流を流し、前記コンデンサを充電する制御部を更に備える、
   直流電流遮断装置。
5. 前記第１直流送電線路と、前記第２直流送電線路との間に、前記半導体遮断器と互いに並列に接続される避雷器と、
   前記半導体遮断器の開閉状態を制御する制御部を更に備え、
   前記避雷器には、前記制御部によって前記半導体遮断器が所定の時間だけ閉状態にされた後、開状態にされた場合、前記半導体遮断器に流れていた電流が流れ、
   前記コンデンサは、前記半導体遮断器、又は前記避雷器に流れる電流によって充電される、
   請求項１から４のうちいずれか一項に記載の直流電流遮断装置。
6. 前記転流回路の第２端子と、前記転流回路と前記充電回路との接続点との間に、前記転流回路と互いに並列に接続されるスイッチング素子と、
   前記スイッチング素子の開閉状態を制御する制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記コンデンサの充電状態に基づいて、前記スイッチング素子を開状態から閉状態に制御して、前記転流回路に流れる電流をバイパスする、
   請求項１から５のうちいずれか一項に記載の直流電流遮断装置。
7. 前記コンデンサの正極に接続される第１端子と、前記コンデンサの負極に接続される第２端子とを有する充電装置を更に備え、
   前記充電装置は、前記直流系統の正極と負極との間の電位差よりも小さい電位差を前記第１端子と前記第２端子との間に生じさせ、前記コンデンサを充電する、
   請求項１から６のうちいずれか一項に記載の直流電流遮断装置。

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