JP7418671B1 - 直流遮断器 - Google Patents

Abstract

電線路（３０）に対して直流リアクトル（２５）と直列に接続された直流遮断器（１００）は、直列接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の遮断器ユニット（１０１～１０Ｎ）と、コントローラ（１０５）とを備える。各遮断器ユニット（１０１～１０Ｎ）は、並列接続された遮断器及び避雷器を含む。コントローラ（１０５）は、直流遮断器（１００）に対する遮断指令（Ｓｔｒｐ）を検知したときに、Ｎ個の遮断器ユニット（１０１～１０Ｎ）のうちのＭ個（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の遮断器ユニットに対して開放指令（Ｓ１～ＳＮ）を生成する。Ｍの値は、直流リアクトル（２５）及びＮ個の遮断器ユニット（１０１～１０Ｎ）の直列回路（１５０）の電線路側及び母線側の電圧の少なくとも一方に基づいて可変に設定される。

Description

本開示は、直流遮断器に関する。

世界的な洋上風力発電の急拡大、発電地域から需要地への長距離電力輸送等のニーズ等より、多端子高電圧直流（ＨＶＤＣ）送電の注目が高まっている。多端子ＨＶＤＣ送電では、系統事故が発生した際、大規模な停電を防ぐために、直流遮断器（ＤＣＣＢ）によって、事故が発生した線路を健全な線路から切り離す必要がある。

例えば、特開昭６２－１１３３２６号公報（特許文献１）には、複数の転流スイッチ（遮断器）を直列接続するとともに、各転流スイッチと並列に酸化亜鉛等を主成分とする非線形抵抗を接続した直流遮断器の構成が記載されている。

特許文献１の直流遮断器によれば、転流スイッチを複数個直列接続することで、遮断可能な電圧（耐圧）を増大させて、ＨＶＤＣ送電等の高電圧用途への適性を高めることができる。

特開昭６２－１１３３２６号公報

特許文献１では、直流遮断器の遮断動作時には、複数個の転流スイッチの各々をほぼ同時に開放することが記載されている。そして、並列接続された非線形抵抗によって、開放された各転流スイッチの極間に発生する過電圧が制限されることで、絶縁破壊を生じさせることなく遮断可能な直流遮断器が構成できることが記載されている。

しかしながら、多端子ＨＶＤＣシステムでは、地絡・短絡事故において急激に立上る事故電流の傾きを緩和させる目的で直流リアクトルが直流遮断器に対して直列に接続される構成が採用されることがある。直流遮断器による遮断動作時に、直流遮断器の構成部品である避雷器によって抑制される電圧に起因して、直流遮断器及び直流リアクトルを含む周辺機器に高電圧が発生する虞がある。これにより、対地絶縁距離の確保によって機器が大型化することや構成機器の高耐圧化のためにコストが上昇することが懸念される。

本開示は、このような問題点を解決するためになされたものであって、本開示の目的は、複数個の遮断器ユニットが直列接続される構成を有する直流遮断器において、遮断動作時における直流遮断器の対地電圧やその周辺機器に発生する過電圧を抑制することである。

本発明のある局面では、直流遮断器が提供される。電線路に対して直流リアクトルと直列に接続された直流遮断器は、直列接続されたＮ個（Ｎは２以上の整数）の遮断器ユニットと、第１及び第２の電圧検出器と、制御器とを備える。各遮断器ユニットは、並列接続された遮断器及び避雷器を含む。第１及び第２の電圧検出器は、直流リアクトル及びＮ個の遮断器ユニットの直列回路の母線側及び電線路側の電圧を測定する。制御器は、Ｎ個の遮断器ユニットの遮断器の開放指令を生成する。制御器は、直流遮断器に対する遮断指令を検知したときに、直列回路の母線側電圧及び電線路側電圧の少なくとも一方に基づいて、Ｎ個の遮断器ユニットのうちの可変に設定されるＭ個（Ｍは１以上Ｎ以下の整数）の遮断器ユニットの前記遮断器を開放する。

本開示によれば、複数個の遮断器ユニットが直列接続される構成を有する直流遮断器において、複数個の遮断器ユニットのうちの開放される個数を可変に制御することで、遮断動作時における直流遮断器の対地電圧やその周辺機器に発生する過電圧を抑制することができる。

本実施の形態に係る直流遮断器の適用例として示される多端子ＨＶＤＣ送電システムの構成例を説明する概念図である。 図１と対比されるＨＶＤＣ送電システムの構成例を説明する概念図である。 直流遮断器の基本構成を示す概略的な回路図である。 図３に示された直流遮断器の動作波形図の一例である。 図３に避雷器の電流－電圧特性の一例を説明する概念図である。 高電圧化された直流遮断器の構成を示す概略的な回路図である。 図６に示された直流遮断器の閉状態の回路図である。 図６に示された直流遮断器の全数開放状態の回路図である。 図６に示された直流遮断器の一部開放状態の回路図である。 比較例に係る遮断動作の動作波形図の一例である。 本実施の形態に係る遮断動作の動作波形図の一例である。 本実施の形態に係る直流遮断器の構成を説明するブロック図である。 本実施の形態に係る直流遮断器の遮断動作を説明するフローチャートである。 図１０に示された直流遮断器の正極遮断時における遮断器の開放個数の設定例を説明する第１の概念図である。 図１０に示された直流遮断器の正極遮断時における遮断器の開放個数の設定例を説明する第２の概念図である。 図１０に示された直流遮断器の負極遮断時における遮断器の開放個数の設定例を説明する概念図である。 本実施の形態に係る直流遮断器のバリエーションを説明する第１の図である。 本実施の形態に係る直流遮断器のバリエーションを説明する第２の図である。 本実施の形態に係る直流遮断器のバリエーションを説明する第３の図である。 本実施の形態に係る直流遮断器のバリエーションを説明する第４の図である。 図１５Ｃでの遮断器の開放個数の設定例を説明する概念図である。 図１５Ｄでの遮断器の開放個数の設定例を説明する第１の概念図である。 図１５Ｄでの遮断器の開放個数の設定例を説明する第２の概念図である。 遮断動作時における通電方向の検出処理の詳細を説明する概念図である。

以下に、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では、図中の同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。

（直流遮断器の適用例）
図１は、本実施の形態に係る直流遮断器の適用例として示される多端子送電システムの構成例を説明する概念図である。

図１を参照して、多端子ＨＶＤＣ送電システム１Ａは、送受電するＨＶＡＣ系統１０Ａ～１０Ｄ、電力変換するＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａ～２０Ｄと、ＤＣ電力を伝送する電線路３１～３４とを備える。電線路３１～３４の各々は、ケーブル又は架空送電線によって構成することができる。

電線路３１は、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａ及び２０Ｂの間を接続し、電線路３２は、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａ及び２０Ｃの間を接続する。同様に、電線路３３は、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ｃ及び２０Ｄの間を接続し、電線路３４は、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ｂ及び２０Ｄの間を接続する。

多端子ＨＶＤＣ送電システム１Ａでは、事故発生時に電力を遮断するための交流遮断器（ＡＣＣＢ）１５Ａ～１５Ｄと、直流遮断器１００Ａ～１００Ｈとが設けられる。交流遮断器１５Ａ～１５Ｄは、ＨＶＡＣ系統１０Ａ～１０ＤとＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａ～２０Ｄとの間にそれぞれ接続される。

直流遮断器１００Ａ及び１００Ｂは、電線路３１の両端に配置される。具体的には、直流遮断器１００Ａは、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａと電線路３１との間に配置され、直流遮断器１００Ｂは、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ｂと電線路３１との間に配置される。同様に、直流遮断器１００Ｃ及び１００Ｄは、電線路３２の両端に配置され、直流遮断器１００Ｅ及び１００Ｆは、電線路３３の両端に配置され、直流遮断器１００Ｇ及び１００Ｈは、電線路３４の両端に配置される。

この様に、多端子ＨＶＤＣ送電システム１Ａは、三カ所以上の電力変換器２０（ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａ～２０Ｄを総称するもの）の間を複数の電線路で接続することで、送電網を形成する。又、ＤＣ電力を伝送する各電線路３１～３４には、システム内で地絡・短絡事故発生時における事故電流の急激な立上りを緩和させる目的で、図示しない直流リアクトルが介挿接続されるケースが多い。この場合には、直流リアクトルは、各直流遮断器１００（１００Ａ～１００Ｇを総称するもの）に対して直列に接続される。

図２には、図１の多端子ＨＶＤＣ送電システム１Ａと対比される二端子ＨＶＤＣ送電システム１Ｂの構成例が示される。

図２を参照して、二端子ＨＶＤＣ送電システム１Ｂは、二カ所のＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａ及び２０Ｂの間を電線路３０Ｘによって接続することで送電網を形成する。ＨＶＡＣ系統１０ＡからのＡＣ電力をＨＶＡＣ系統１０Ｂへ送電する場合、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａは、電線路３０Ｘへ出力されたＤＣ電力をＡＣ電力へ変換してＨＶＡＣ系統１０Ｂへ送電出力する。

二端子ＨＶＤＣ送電システム１Ｂでは、ＨＶＡＣ系統１０Ａ及び１０Ｂと、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａ及び２０Ｂとの間に、交流遮断器１５Ａ及び１５Ｂがそれぞれ配置される。事故時における事故電流遮断、又は、メンテナンス時における負荷電流遮断においては、交流遮断器１５Ａ及び１５Ｂによって電流遮断して、ＡＣ／ＤＣ変換器２０Ａ及び２０Ｂも停止させる。例えば、二端子ＨＶＤＣ送電システム１Ｂでは、電線路３０Ｘに地絡等の事故が発生すると、交流遮断器１５Ａ，１５Ｂが開放されて電線路３０Ｘによる送電が停止されるので、完全に停電することになる。

再び図１を参照して、多端子ＨＶＤＣ送電システム１Ａでは、各電線路３１～３４の両端に直流遮断器１００が配置されているので、事故が発生した電線路のみを送電網から切り離すことができる。

例えば、電線路３２に事故が発生した場合には、直流遮断器１００Ｃ及び１００Ｄを開放することで、電線路３２を送電網から切り離すことができる。これにより、電線路３１，３３，３４は正常送電できるので、図２の様な、システム全体に波及する大規模停電を回避することができる。一方で、直流遮断器１００には、ＨＶＤＣ送電に対応する高電圧の遮断能力が求められることになる。

（直流遮断器の基本構成及び動作）
図３には、直流遮断器の基本構成を示す概略的な回路図が示され、図４には、図３に示された直流遮断器の動作波形図の一例が示される。

直流遮断器１００は、図３に示される遮断器ユニット１００Ｕを基本要素とする。遮断器ユニット１００Ｕは、並列接続された、遮断器１１０及び避雷器１２０を含む。

図３を参照して、遮断器１１０が閉状態である定常時には、遮断対象であるライン電流Ｉｌｉｎｅは、経路Ｐ１に流れる。直流電流は交流電流と異なり、時間経過に応じた周期的な電流零点が形成されないため、他励発振方式や半導体方式等の方式で電流零点を遮断部に形成する必要がある。

図４の例では、時刻ｔａにおいて遮断指令が発せられると、当該何れかの方式で電流ゼロ点が形成された時刻ｔｂにおいて、遮断器１１０が開放される。時刻ｔａ以前、及び、時刻ｔａ～ｔｂ間では、図３の経路Ｐ１にライン電流Ｉｌｉｎｅが流れる。

遮断器１１０の開放による電流遮断後は、回路に残留する電磁エネルギーが過渡遮断電圧（ＴＩＶ：Transient Interruption Voltage）として、開状態の遮断器１１０の極間に印加される。図４には、同じ時間軸上に、遮断器１１０の極間電圧に相当するＶｕｎｉｔ、及び、避雷器１２０で消散されたエネルギーＷｍｒの概略的な波形図が示されている。

尚、以下では、遮断器１１０の閉状態を、遮断器ユニット１００Ｕの閉状態とも称し、遮断器１１０の開状態及び開放を、遮断器ユニット１００Ｕの開状態及び開放とも称することとする。

図５には、避雷器１２０の電流－電圧特性の一例が示される。避雷器１２０は、特許文献１での非線形抵抗に相当する。図４中のＶｕｎｉｔは、図５に示された避雷器１２０の電流－電圧特性に従って、開状態の遮断器１１０の極間に印加される。

そして、遮断器１１０の極間に印加される電圧が、予め定められた制限電圧Ｖｌｉｍに達すると、回路電流は、図３の経路Ｐ２に転流されることになる。遮断器１１０開放後のＴＩＶの最大値に相当する制限電圧Ｖｌｉｍは、一般的には、多端子ＨＶＤＣシステム電圧の１．５倍程度に設定される。例えば、多端子ＨＶＤＣシステム電圧（系統電圧）が１．０［ｐｕ］＝３２０「ｋＶ］とすると、制限電圧Ｖｌｉｍは、一般的には、１．５［ｐｕ］＝４８０「ｋＶ］程度に設定される。

これにより、遮断器１１０の極間電圧を系統電圧よりも高くすることで、避雷器１２０を介して流れるライン電流Ｉｌｉｎｅが限流されて、直流遮断器１００の開放による電流遮断が完了する。

直流遮断器１００が開放されるケースには、代表的には、事故時における事故電流遮断と、メンテナンス時における負荷電流遮断とが含まれる。図５中には、負荷電流遮断の際の避雷器１２０の動作点Ａと、事故電流遮断の際の避雷器１２０の動作点Ｂとが併せて示される。負荷電流遮断時と事故電流遮断時との間で、遮断電流は異なるものの避雷器１２０に発生するＴＩＶに大きな差は無いことが理解される。

図６には、直流遮断器を高電圧化するための構成例が示される。
例えば、直流遮断器１００は、直列接続されたＮ個（Ｎ：２以上の整数）の遮断器ユニット１０１～１０Ｎを含む様に構成されることにより、高電圧化が可能になる。遮断器ユニット１０１～１０Ｎの各々は、図３に示された遮断器ユニット１００Ｕと同等に構成される。

例えば、８０［ｋＶ］定格の遮断器ユニットを４個直列接続することで（Ｎ＝４）、定格３２０［ｋＶ］のＨＶＤＣシステムへ適用可能な直流遮断器１００を構成することができる。以下、本実施の形態では、直流遮断器１００は、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの直列接続体を具備している。更に、遮断器ユニット１０１～１０Ｎの各々の定格電圧のＮ倍が、系統電圧、即ち、１．０［ｐｕ］に相当し、遮断器ユニット１０１～１０Ｎの各々の制限電圧ＶｌｉｍのＮ倍が、系統電圧の１．５［ｐｕ］に相当するものとして説明を進める。

図７Ａには、図６の直流遮断器１００の閉状態、即ち、遮断指令生成前の定常状態での回路図が示される。

図７Ａを参照して、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎと、電力変換器２０との間には、直流リアクトル２５が接続される。即ち、電力変換器２０間を接続する電線路３０（図１の電線路３１～３４を総称するもの）に対して、直流遮断器１００は、直流リアクトル２５と直列に介挿接続されている。

定常時には、遮断器ユニット１０１～１０Ｎの各々は閉状態である。従って、電線路３０の電流は遮断されておらず、電線路３０を流れるライン電流Ｉｌｉｎｅが発生している。図７Ａの例では、電力変換器２０から電線路３０へ流れる電流方向を正方向（Ｉｌｉｎｅ＞０）としている。

このとき、直流遮断器１００の全体での極間電圧Ｖｃｂはゼロである。極間電圧Ｖｃｂは、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎのそれぞれの遮断器１１０における極間電圧の総和に相当する。

後程詳細に説明する様に、本実施の形態に係る直流遮断器１００では、遮断指令の生成に応じた遮断動作において、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎのうちの、可変に設定されるＭ個（Ｍ：１≦Ｍ≦Ｎの整数）の遮断器ユニットが開放される。

図７Ｂには、直流遮断器１００の遮断指令に応じた遮断動作による全数遮断状態を示す回路状態が示される。即ち、図７Ｂでは、Ｍ＝Ｎの状態が示される。

Ｍ＝Ｎの状態では、直流遮断器１００の遮断指令に応じて、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの全てが開放される。この結果、直流遮断器１００極間電圧Ｖｃｂは、遮断器ユニット１００Ｕ（図３）の制限電圧Ｖｌｉｍ（図４）のＮ倍となる。

図７Ｃには、直流遮断器１００の遮断動作による一部遮断状態を示す回路状態が示される。図７Ｃでは、特に、Ｍ＝１の状態が示される。

Ｍ＝１の状態では、直流遮断器１００の遮断指令に応じて、１個の遮断器ユニット１０１のみが開放され、遮断器ユニット１０２～１０Ｎは閉状態に維持される。この結果、直流遮断器１００の極間電圧Ｖｃｂは、遮断器ユニット１００Ｕ（図３）の制限電圧Ｖｌｉｍ（図４）の１倍となる。

図７Ａ～図７Ｃに共通に示される様に、以下では、各部の電圧として、直流遮断器１００（Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎ）と直流リアクトル２５との直列回路１５０の両端について、電線路３０側の第１端の対地電圧をライン電圧Ｖｌと称するとともに、電力変換器２０側、即ち、母線側の第２端の対地電圧を母線電圧Ｖｂと称する。

更に、直流遮断器１００（Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎ）の両端のうち、直流リアクトル２５と接続される第１端（ノードＮｘ）の対地電圧を電圧Ｖｘと称する。

（直流遮断器の遮断動作の比較例）
次に、直流遮断器１００の遮断動作の比較例を説明する。当該比較例は、特許文献１に記載された様に、遮断指令に応じて、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの全てを同時に開放するものである。即ち、直流遮断器１００は、遮断指令を検知すると、どの様なケースであっても、図７Ｂに示された全数開放状態が形成される様に遮断動作を実行する。

図８には、比較例に係る遮断動作の動作波形図の一例が示される。図８（ａ）には、事故電流遮断時の動作波形図の一例が示される。

図８（ａ）を参照して、定常状態である時刻ｔ０では、母線電圧Ｖｂ及びライン電圧Ｖｌは、電線路３０によって伝送される系統電圧の定格値相当の１．０［ｐｕ］であり、かつ、直流遮断器１００は図７Ａに示した定常状態であるので、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの全てが閉状態である。従って、直流遮断器１００の極間電圧Ｖｃｂ＝０であり、電圧Ｖｘ＝１．０［ｐｕ］である。更に、ライン電流Ｉｌｉｎｅは、定常値に収束しており、直流リアクトル２５の両端間に生じるリアクトル電圧Ｖｄｃｒ＝０である。

時刻ｔ０よりも後の時刻ｔｘにおいて、電線路３０に地絡事故が発生する。これに応じて、事故の非発生側である母線電圧Ｖｂは１．０［ｐｕ］に維持される一方で、事故側のライン電圧Ｖｌは低下する。又、ライン電流Ｉｌｉｎｅが定常時から上昇する。

このとき、直流遮断器１００は図７Ａの状態のままであるので、電圧Ｖｘについても、ライン電圧Ｖｌと同様に低下する。これに応じて、直流リアクトル２５の両端には、母線電圧Ｖｂと、ライン電圧Ｖｌ（電圧Ｖｘ）との電圧差が印加されるので、リアクトル電圧Ｖｄｃｒは１．０［ｐｕ］に上昇する。

時刻ｔｘで発生した地絡事故が図示しない過電流検出リレー等によって検知されると、直流遮断器１００の遮断指令が生成される。直流遮断器１００では、時刻ｔ１において、当該遮断指令に応答して、図７Ｂに示した全数開放状態が形成される。即ち、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの全数が開放される。

これに応じて、直流遮断器１００の極間電圧Ｖｃｂが、各遮断器ユニット１０１～１０Ｎの制限電圧Ｖｌｉｍ（定格値の約１．５倍）の総和である１．５［ｐｕ］程度まで上昇することで、回路電圧が系統電圧よりも高くなる。即ち、Ｖｌｉｍ・Ｎは約１．５［ｐｕ］である。これにより、ライン電流Ｉｌｉｎｅは、避雷器１２０に転流されることで徐々に減少し、最終的には、事故電流が遮断される（Ｉｌｉｎｅ＝０）。この際に、Ｖｌ＝０に対して、Ｖｘ＝１．５［ｐｕ］程度まで上昇する（Ｖｘ＝Ｖｌ＋Ｖｃｂ）ので、リアクトル電圧Ｖｄｃｒは－０．５［ｐｕ］程度となる。

図８（ｂ）には、比較例に係る遮断動作による負荷電流遮断時の動作波形図の一例が示される。例えば、事故が発生していない状況において、直流遮断器１００に対してメンテナンスのための遮断指令が生成されることによって、負荷電流遮断のケースが発生する。

図８（ｂ）を参照して、負荷電流遮断時には、地絡事故が発生していないため、母線電圧Ｖｂ及びライン電圧Ｖｌの両方が１．０［ｐｕ］程度であり、両者の電圧差が小さい状態から、直流遮断器１００に対して遮断指令が入力される。比較例では、直流遮断器１００は、負荷電流遮断時にも、図７Ｂに示された全数開放状態が形成される遮断動作を実行する。

従って、時刻ｔ１において、図８（ａ）と同様に、遮断指令に応答して、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの全数が開放される（図７Ｂ）。これにより、直流遮断器１００の極間電圧Ｖｃｂは、図８（ａ）と同様にＶｌｉｍ・Ｎ＝１．５［ｐｕ］程度に上昇するので、ライン電圧Ｖｌが約１．０［ｐｕ］であるのに対して、Ｖｘ＝２．５［ｐｕ］程度に上昇する（Ｖｘ＝Ｖｌ＋Ｖｃｂ）。この結果、リアクトル電圧Ｖｄｃｒは、電圧Ｖｘ及び母線電圧Ｖｂの電圧差に従って－１．５［ｐｕ］程度となる。

この様に、比較例では、負荷電流遮断の際に全数開放状態（図７Ｂ）を形成することで、電圧Ｖｘが事故電流遮断時の１．５［ｐｕ］よりも高い、２，５［ｐｕ］程度まで上昇する。更に、直流リアクトル２５の両端に印加される電圧差についても、０．５［ｐｕ］から１，５［ｐｕ］まで上昇する。

電圧Ｖｘは、電流遮断時における直流遮断器１００の対地電圧に相当するので、電圧Ｖｘ（対地電圧）の上昇に対応するための対地絶縁距離の確保、及び、直流リアクトル２５の耐圧上昇に対応するために、機器の大型化及び高コスト化が懸念される。

（本実施の形態に係る直流遮断器の遮断動作）
上記の点を解消するために、本実施の形態に係る直流遮断器の遮断動作では、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎのうちの開放される遮断器ユニットの個数（開放個数Ｍ）が可変に制御される。具体的には、遮断指令の生成時において、直列回路１５０の両端に印加されている電圧が大きいときにはＭを大きく制御する一方で、当該電圧が小さいときにはＭは小さく制御される。

図９には、本実施の形態に係る遮断動作の動作波形図の一例が示される。図９（ａ）には、図８（ａ）と同様の事故電流遮断時における動作波形図が示される。事故遮断時時には、時刻ｔｘでの事故発生に応答した遮断指令の発生時において、ライン電圧Ｖｌが低下しているので、直列回路１５０の両端の電圧、即ち、母線電圧Ｖｂ及びライン電圧Ｖｌの電圧差が大きい。

このため、事故遮断時には、Ｍ＝Ｎ、即ち、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの全てを開放する様に、遮断指令に応じた制御が実行される。従って、図９（ａ）の時刻ｔｘ以降での波形図は、図８（ａ）と同様である。図８（ａ）で説明した様に、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの全てを開放しても、Ｖｘの最大値は１．５［ｐｕ］程度であり、リアクトル電圧Ｖｄｃｒの絶対値も１．０［ｐｕ］より大きくならない。

図９（ｂ）には、図８（ｂ）と同様の負荷電流遮断時における動作波形図が示される。負荷電流遮断時時には、メンテナンス等のための遮断指令の発生時において、ライン電圧Ｖｌは殆ど低下していないので、直列回路１５０の両端の電圧、即ち、母線電圧Ｖｂ及びライン電圧Ｖｌの電圧差が小さい。この様なケースで、Ｍ＝Ｎとして制御を行うと、図８（ｂ）に示した様に、事故遮断時と比較して、電圧Ｖｘが上昇するとともに、リアクトル電圧Ｖｄｃｒの絶対値が増大してしまう。

このため、負荷電流遮断時には、Ｍ＜Ｎとして、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎのうちの一部のみを開放する様に、遮断指令に応じた遮断動作が実行される。図９（ｂ）には、Ｍ＝１としたとき、即ち、遮断指令に応じて図７Ｃに示された回路状態が形成されたときの波形図が示される。

従って、図９（ｂ）では、時刻ｔ１において、１個の遮断器ユニット１０１のみが開放されるので（Ｍ＝１）、直流遮断器１００の極間電圧Ｖｃｂは、遮断器ユニット１００Ｕの１個分の制限電圧Ｖｌｉｍとなり、図８（ａ）及び図９（ａ）でのＶｃｂは、Ｖｌｉｍ・Ｎとなる。即ち、図９（ｂ）でのＶｃｂ＝Ｖｌｉｍは、１．５［ｐｕ」に相当するＶｌｉｍ・Ｎの（１／Ｎ）倍に抑制される。

従って、時刻ｔ１において、電圧Ｖｘは、Ｖｌｉｍ・Ｍ（ここではＭ＝１）程度しか上昇しない。又、リアクトル電圧Ｖｄｃｒについても、Ｖｌｉｍ・Ｍ（ここではＭ＝１）程度しか低下しない。

この結果、図９（ｂ）では、図８（ｂ）と比較すると、電圧Ｖｘの上昇、及び、直流リアクトル２５の両端に印加される電圧差の増大が抑制されることが理解される。これにより、対地絶縁距離の確保、及び、直流リアクトル２５の耐圧上昇に対応するための、機器の大型化及び高コスト化を抑制することができる。

図１０には、本実施の形態に係る直流遮断器の構成例を説明するブロック図が示される。

図１０を参照して、本実施の形態に係る直流遮断器１００は、直列接続されたＮ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎと、コントローラ１０５と、電圧検出器１１６ｂ、１１６ｘ、１１６ｌと、電流検出器１１７とを備える。

上述の様に、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎは、直流リアクトル２５と直列接続されて、直列回路１５０を構成する。直列回路１５０の両端のライン電圧Ｖｌ及び母線電圧Ｖｂは、電圧検出器１１６ｌ及び１１６ｂによってそれぞれ測定される。更に、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎと、直流リアクトル２５との接続ノードの電圧Ｖｘは、電圧検出器１１６ｘによって測定される。電圧Ｖｘを測定することで、母線電圧Ｖｂとの電圧差からリアクトル電圧Ｖｄｃｒを測定することができる。

電圧検出器１１６ｂ，１１６ｘ，１１６ｌの各々は、例えば、分圧比が既知の分圧回路によって構成される。コントローラ１０５は、電圧検出器１１６ｂ，１１６ｘ，１１６ｌによる分圧電圧（測定値）Ｖｂ♯，Ｖｘ♯，Ｖｌ♯と、上記分圧比とを用いて、母線電圧Ｖｂ、ライン電圧Ｖｌ、及び、電圧Ｖｘを取得することができる。即ち、電圧検出器１１６ｂ，１１６ｌは、「第１の電圧検出器」及び「第２の電圧検出器」の一実施例に対応する。

電流検出器１１７は、ライン電流Ｉｌｉｎｅの大きさ及び方向を検出できる。例えば、電流検出器１１７は、シャント抵抗等によって構成することができる。

コントローラ１０５は、遮断器ユニット１０１～１０Ｎの開放指令Ｓ１～ＳＮを生成することができる。遮断器ユニット１０１～１０Ｎは、開放指令Ｓ１～ＳＮが生成されていないときには閉状態に維持される一方で、開放指令Ｓ１～ＳＮの生成に応じて開放される。直流遮断器１００に対する遮断指令Ｓｔｒｐを受けると、当該遮断指令の検知時における、電圧及び電流情報を用いて、開放指令Ｓ１～ＳＮの生成を制御する。即ち、開放指令Ｓ１～ＳＮのうちの何個を生成するかによって、開放個数Ｍを可変に制御することができる。直流遮断器１００の遮断時の極間電圧Ｖｃｂは、Ｖｃｂ＝Ｍ・Ｖｌｉｍで示されるので、開放個数Ｍによって、極間電圧Ｖｃｂが可変に制御される。

図１１は、本実施の形態に係る直流遮断器の遮断動作を説明するフローチャートである。図１１に示された制御処理は、コントローラ１０５によって実行される。

コントローラ１０５は、ステップ（以下、単に「Ｓ」と表記する）１００では、遮断指令が検知されたか否かを判定する。例えば、外部の過電流リレー（図示せず）によって事故の発生が検知されたとき、或いは、メンテナンスのための遮断指令がマニュアル入力されたときに、遮断指令Ｓｔｒｐがコントローラ１０５に入力されることによって、Ｓ１００はＹＥＳ判定とされる。或いは、遮断指令は、コントローラ１０５が、ライン電流Ｉｌｉｎｅ等に基づいて自己生成することも可能である。遮断指令が検知されないときには、Ｓ１１０以降の処理は開始されない。

コントローラ１０５は、遮断指令が検知されると（Ｓ１００のＹＥＳ判定時）、Ｓ１１０により、各部の電流・電圧情報を取得する。例えば、図１０に示された電圧検出器１１６ｂ，１１６ｘ，１１６ｌ及び電流検出器１１７の測定値から、母線電圧Ｖｂ、ライン電圧Ｖｌ、電圧Ｖｘ、及び、ライン電流Ｉｌｉｎｅが取得される。

尚、Ｓ１１０では、母線電圧Ｖｂ、ライン電圧Ｖｌ、電圧Ｖｘ、及び、ライン電流Ｉｌｉｎｅのそれぞれについて、フィルタリングされた平滑値が取得されてもよい。

コントローラ１０５は、Ｓ１２０では、Ｓ１１０で取得されたライン電流Ｉｌｉｎｅの方向に基づいて、遮断する電流方向（即ち、遮断動作時の通電方向）を検出する。ステップＳ１２０では、ライン電流Ｉｌｉｎｅの方向が、電力変換器２０から電線路３０へ向かう場合には（Ｉｌｉｎｅ＞０）、通電方向が線路方向であると検出される。例えば、電線路３０に事故が発生した場合には、通電方向が線路方向であると検出される。

反対に、ライン電流Ｉｌｉｎｅの方向が、電線路３０から電力変換器２０へ向かう場合には（Ｉｌｉｎｅ＜０）、通電方向が母線方向であると検出される。例えば、母線側（電力変換器２０側）に事故が発生した場合には、通電方向が母線方向であると検出される。

又、図８（ｂ）及び図９（ｂ）で説明した負荷電流遮断時には、潮流及び逆潮流のいずれが生じているかによってライン電流Ｉｌｉｎｅの方向が変化する。このため、Ｓ１２０により、ライン電流Ｉｌｉｎｅの方向に応じて、通電方向が線路方向及び母線方向のいずれであるかが検出される。

更に、コントローラ１０５は、Ｓ２００により、母線電圧Ｖｂ及びライン電圧Ｖｌに基づいて、遮断動作における開放個数Ｎを設定する。この際に、遮断動作時の通電方向に応じて、開放個数Ｍを決定するためのロジックが切り換えられる。Ｓ２００は、Ｓ２１０、Ｓ２２０、及び、Ｓ２３０を有する。

コントローラ１０５は、Ｓ２１０により、Ｓ１２０で検出された、遮断動作時の通電方向に応じて処理を分岐させる。具体的には、通電方向が線路方向のときには、Ｓ２１０をＹＥＳ判定として、処理は、電線路３０側へ向かう電流を遮断する正極遮断のためのＳ２２０に進められる。これに対して、通電方向が母線方向のときには、Ｓ２１０をＹＥＳ判定として、処理は、母線側へ向かう電流を遮断する負極遮断のためのＳ２３０に進められる。

コントローラ１０５は、Ｓ２２０では、正極遮断の際のロジックに従って、開放個数Ｍを決定する。ここで、図１２及び図１３を用いて、正極遮断時の開放個数（Ｍ）の設定例を説明する。図１０の直流遮断器の正極遮断では、直流リアクトル２５から直流遮断器へ向かう方向の、直流リアクトル２５を上流側とする電流（Ｉｌｉｎｅ）を遮断するので、電圧Ｖｘの上昇に加えて、直流リアクトル２５の端子間に印加されるリアクトル電圧Ｖｄｃｒ（Ｖｄｃｒ＝Ｖｂ－Ｖｘ）の上昇についても考慮に入れて、開放個数Ｍを決定することが好ましい。

図１２は、図１０に示された直流遮断器の正極遮断時の開放個数（Ｍ）の設定例を説明する第１の概念図である。図１２には、電圧Ｖｘの過上昇を抑制するための開放個数（Ｍ）の設定例が示される。

図１２の横軸には、ライン電圧Ｖｌが示され、縦軸には、電圧ＶｘのＭ個の遮断器ユニット開放後における上昇後の値が示される。図１２の縦軸の電圧Ｖｘは、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）、及び、図９（ｂ）内での時刻ｔ１での電圧Ｖｘ（最大値）に相当する。

直流遮断器１００において、直流リアクトル２５のリアクトル電圧Ｖｄｃｒと、ライン電圧Ｖｌ、母線電圧Ｖｂ、及び、遮断動作で生じる極間電圧Ｖｃｂ（絶対値）との間には、正極遮断時の電流方向を考慮すると、Ｖｘ＝Ｖｌ＋Ｖｃｂの関係がある。

図１２には、Ｎ＝４の場合において、開放個数Ｍ＝１～４のときの電圧Ｖｘを示す特性線ＣＬＡ１～ＣＬＡ４がプロットされる。特性線ＣＬＡ１～ＣＬＡ４の各々は、遮断器ユニット１個分の制限電圧Ｖｌｉｍ（図４）と開放個数Ｍとの積を切片とする、ライン電圧Ｖｌの一次関数で示される。即ち、開放個数Ｍのときの電圧Ｖｘ（Ｍ）は、Ｖｃｂの大きさがＭ・Ｖｌｉｍであることを考慮して、下記の式（１）で示される。

Ｖｘ（Ｍ）＝Ｖｌ＋Ｖｃｂ＝Ｖｌ＋Ｍ・Ｖｌｉｍ …（１）
従って、電圧Ｖｘの設計上限電圧Ｖｍａｘと、特性線ＣＬＡ１～ＣＬＡ４との交点に従って、Ｖｘ（Ｍ）＜Ｖｍａｘを満たす範囲内で、Ｍが最大値となる様に、開放個数Ｍを決定することができる。設計上限電圧Ｖｍａｘは、例えば、１．５［ｐｕ］程度である。従って、以下では、Ｖｌｉｍ＝（１．５／４）［ｐｕ］とした、概略的な特性線が示される。設計上限電圧Ｖｍａｘは、「第１の許容上限電圧」の一実施例に対応する。

図１２に示される様に、Ｖｘ＝Ｖｍａｘと、式（１）に従う特性線ＣＬＡ４～ＣＬＡ１とのそれぞれの交点のｘ座標、即ちライン電圧Ｖｌの値をそれぞれＶ０、Ｖ１、Ｖ２、及びＶ３とすると、０≦Ｖｒｅｓ≦Ｖ０の電圧範囲ではＭ＝４に設定し、Ｖ０＜Ｖｌ≦Ｖ１の電圧範囲ではＭ＝３に設定することができる。同様に、Ｖ１＜Ｖｌ≦Ｖ２の電圧範囲ではＭ＝２に設定し、Ｖ２＜Ｖｒｅｓの電圧範囲ではＭ＝１に設定することができる。

図１３は、図１０に示された直流遮断器の正極遮断時の開放個数（Ｍ）の設定例を説明する第２の概念図である。図１３には、電圧Ｖｄｃｒの過上昇を抑制するための開放個数（Ｍ）の設定例が示される。

図１３の横軸には、図１２と同様に、ライン電圧Ｖｌが示され、縦軸には、リアクトル２ＶｄｃｒのＭ個の遮断器ユニット開放後における上昇後の値が示される。図１３の縦軸の電圧Ｖｘは、図８（ａ）、図８（ｂ）、図９（ａ）、及び、図９（ｂ）内での時刻ｔ１での電圧Ｖｄｃｒ（最大値）に相当する。図１０において、Ｖｄｃｒ＝Ｖｂ－Ｖｘとして、これに上述のＶｘ＝Ｖｌ＋Ｖｃｂを代入すると、リアクトル電圧Ｖｄｃｒについては、下記の式（２）が成立する。

Ｖｄｃｒ＝Ｖｂ－Ｖｘ＝Ｖｂ－Ｖｌ－Ｖｃｂ …（２）
図１０における正極遮断時は、電力変換器２０（母線側）を上流側とする電流方向であるので、遮断動作時の母線電圧Ｖｂは定格値Ｖｂ＊（例えば、１．０［ｐｕ］）とみなすことができる。

従って、図１３に示される様に、図１２と同様のＮ＝４の場合において、開放個数Ｍ＝１～４のときのリアクトル電圧Ｖｄｃｒを示す特性線ＣＬＢ１～ＣＬＢ４がプロットされる。

特性線ＣＬＢ１～ＣＬＢ４の各々は、上記式（２）において、母線電圧Ｖｂの定格値に相当する定数Ｖｂ＊（例えば、１．０［ｐｕ］）と、Ｖｃｂ＝Ｍ・Ｖｌｉｍとによって定められる切片を有する、ライン電圧Ｖｌの一次関数で示される。即ち、開放個数Ｍのときのリアクトル電圧Ｖｄｃｒ（Ｍ）は、下記の式（３）で示される。

Ｖｄｃｒ（Ｍ）＝－Ｖｌ＋（Ｖｂ＊－Ｍ・Ｖｌｉｍ） …（３）
従って、リアクトル電圧Ｖｄｃｒの設計限界電圧±ＶＸｍａｘと、特性線ＣＬＣ１～ＣＬＣ４との交点に従って、－ＶＸｍａｘ＜Ｖｄｃｒ（Ｍ）＜ＶＸｍａｘを満たす範囲内で、Ｍが最大値となる様に、開放個数Ｍを決定することができる。ＶＸｍａｘは、例えば、１．０［ｐｕ」程度である。ＶＸｍａｘは、「許容上限電圧」又は「第２の許容上限電圧」の一実施例に対応する。

例えば、リアクトル電圧Ｖｄｃｒの設計限界電圧±ＶＸｍａｘと、特性線ＣＬＢ１～ＣＬＢ４との交点に従って、－ＶＸｍａｘ＜Ｖｄｃｒ（Ｍ）＜ＶＸｍａｘを満たす範囲内で、Ｍが最大値となる様に、開放個数Ｍを決定することができる。図１３に示されている、特性線ＣＬＣ１及びＣＬＣ２のそれぞれと、設計限界電圧－ＶＸｍａｘとの交点のｘ座標（即ち、ライン電圧Ｖｌ）の値をそれぞれＶｘ及びＶｙとすると、Ｖｌ≦Ｖｘの電圧範囲ではＭ＝４に設定し、Ｖｘ＜Ｖｌ≦Ｖｙの電圧範囲ではＭ＝３に設定することができる。又、Ｖｌ＞Ｖｙの電圧範囲ではＭ＝２（又は、Ｍ＝１）に設定することができる。

この様に、正極遮断時には、遮断する電流の下流側の電圧情報であるライン電圧Ｖｌに基づいて、開放個数Ｍが求められる。概略的には、図１２及び図１３に共通する様に、ライン電圧Ｖｌが低く、直列回路１５０の両端の電圧差が大きい状態から遮断するときには、開放個数Ｍを多くして電圧遮断能力を確保することができる（図９（ａ））。一方で、ライン電圧Ｖｌが高く、直列回路１５０の両端の電圧差が小さい状態から遮断するときには、開放個数Ｍを少なくして直流リアクトルとＮ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎとの接続ノードの電圧Ｖｘ、及び、直流リアクトル２５の印加電圧の上昇を抑制することができる（図９（ｂ））。

但し、図１０の直流遮断器１００の正極遮断は、直流リアクトル２５を上流側とする電流を遮断するため、リアクトル電圧Ｖｄｃｒが上昇する方向の電流遮断となる。このため、ライン電圧Ｖｌと電圧Ｖｘとの関係（図１２）及びライン電圧ＶｌとリアクトルＶｄｃｒの関係（図１３）の両方に照らして、ライン電圧Ｖｌに基づいて開放個数Ｍが設定されている。

具体的には、Ｓ２２０では、ライン電圧Ｖｌに基づいて、図１２を用いて、Ｖｘ＜Ｖｍａｘを満たすＮ１が求められるとともに、図１３を用いて、－ＶＸｍａｘ＜Ｖｄｃｒ＜ＶＸｍａｘを満たすＮ２が求められる。更に、これらの最小値を求めるための、Ｎ＝ｍｉｎ（Ｎ１，Ｎ２）の演算によって、正極遮断時の開放個数Ｎを設定することができる。

コントローラ１０５は、Ｓ２３０では、負極遮断の際のロジックに従って、開放個数Ｍを決定する。

図１４には、図１０に示された直流遮断器の負極遮断時の開放個数（Ｍ）の設定例を説明する概念図が示される。

尚、図１０の直流遮断器の負極遮断では、直流遮断器１００から直流リアクトル２５へ向かう方向の、直流リアクトル２５を下流側とする電流（Ｉｌｉｎｅ）を遮断するので、電圧Ｖｘは低下する方向となる。従って、負極遮断時には、電圧Ｖｘの上昇については考慮せず、リアクトル電圧Ｖｄｃｒの上昇のみを考慮に入れて、開放個数Ｍを決定すればよい。

図１４の横軸には、母線電圧Ｖｂが示され、縦軸には、直流リアクトル２５の両端間に生じるリアクトル電圧Ｖｄｃｒが示される。

負極遮断時には、遮断する電流（Ｉｌｎｅ）の方向が正極遮断時とは反対であるので、直流遮断器１００の遮断時に生じる極間電圧Ｖｃｂの極性が、正極遮断時から反転される。従って、負極遮断時には、Ｖｘ＝Ｖｌ－Ｖｃｂとなるので、これを上述のＶｄｃｒ＝Ｖｂ－Ｖｘに代入すると、リアクトル電圧Ｖｄｃｒについて、下記の式（４）が成立する。

Ｖｄｃｒ＝Ｖｂ＋Ｖｃｂ－Ｖｌ …（４）
ここで、上述の様に、Ｖｃｂ＝Ｍ・Ｖｌｉｍである。更に、電線路３０を上流側とする電流方向であるので、遮断動作時のライン電圧Ｖｌは定格値Ｖｌ＊（例えば、１．０［ｐｕ］）と見なすことができる。

従って、図１４に示される様に、図１２及び図１３と同様のＮ＝４の場合において、開放個数Ｍ＝１～４のときのリアクトル電圧Ｖｄｃｒを示す特性線ＣＬＣ１～ＣＬＣ４がプロットされる。

特性線ＣＬＣ１～ＣＬＣ４の各々は、上記式（４）において、ライン電圧Ｖｌを定格値に相当する定数Ｖｌ＊と、Ｖｃｂ＝Ｍ・Ｖｌｉｍとによって定められる切片を有する、母線電圧Ｖｂの一次関数で示される。即ち、開放個数Ｍのときのリアクトル電圧Ｖｄｃｒ（Ｍ）は、下記の式（５）で示される。

Ｖｄｃｒ（Ｍ）＝Ｖｂ＋（Ｍ・Ｖｌｉｍ－Ｖｌ＊） …（５）
従って、上述したリアクトル電圧Ｖｄｃｒの設計限界電圧±ＶＸｍａｘと、特性線ＣＬＣ１～ＣＬＣ４との交点に従って、－ＶＸｍａｘ＜Ｖｄｃｒ（Ｍ）＜ＶＸｍａｘを満たす範囲内で、Ｍが最大値となる様に、開放個数Ｍを決定することができる。

図１４に示されている、式（５）に従う特性線ＣＬＣ４及びＣＬＣ３のそれぞれと、設計上限電圧ＶＸｍａｘとの交点のｘ座標（即ち、母線電圧Ｖｂ）の値をそれぞれＶｘ′及びＶｙ′とすると、Ｖｂ≦Ｖｘ′の電圧範囲ではＭ＝４に設定し、Ｖｘ′＜Ｖｂ≦Ｖｙ′の電圧範囲ではＭ＝３に設定することができる。又、Ｖｂ＞Ｖｙ′の電圧範囲ではＭ＝２（又は、Ｍ＝１）に設定することができる。

従って、負極遮断時においても、遮断する電流の下流側の電圧情報である母線電圧Ｖｂに基づいて、開放個数Ｍが求められる。概略的には、図１４に示される様に、母線電圧Ｖｂが低く、直列回路１５０の両端の電圧差が大きい状態から遮断するときには、開放個数Ｍを多くして電圧遮断能力を確保することができる。一方で、母線電圧Ｖｂが高く、直列回路１５０の両端の電圧差が小さい状態から遮断するときには、開放個数Ｍを少なくしてリアクトル電圧Ｖｄｃｒの上昇を抑制することができる。この様に、負極遮断時には、母線電圧Ｖｂとリアクトル電圧Ｖｄｃｒとの関係に照らして、母線電圧Ｖｂに基づいて開放個数Ｍが設定される。

再び図１１を参照して、コントローラ１０５は、Ｓ２２０又はＳ２３０により、図１２及び図１３、又は、図１４で説明した様に、遮断指令に応答する遮断器ユニットの開放個数Ｍを決定すると、当該決定に応じて、開放指令Ｓ１～ＳＮの一部又は全部（即ち、Ｍ個分）を生成する。この様に、遮断動作時の通電方向に応じて選択された、遮断される電流の下流側の母線電圧Ｖｂ（正極遮断時）又はライン電圧Ｖｌ（負極遮断時）が低い程開放個数Ｍが多く設定される一方で、母線電圧Ｖｂ又はライン電圧Ｖｌが高い程開放個数Ｍが少なく設定される。

この結果、本実施の形態に係る直流遮断器によれば、複数（Ｎ個）の遮断器１１０（図３）が直列接続される構成で、直流リアクトル２５と直列接続されて用いられる場合に、開放される遮断器の個数（Ｍ）を可変制御することで、遮断動作時における電圧Ｖｘ（直流遮断器１００の対地電圧）及びリアクトル電圧Ｖｄｃｒの上昇を抑制することができる。この結果、遮断動作時における直流遮断器１００の対地電圧やその周辺機器に発生する過電圧を抑制することができる。

この様に、遮断指令検知時の実際のライン電圧Ｖｌ及び母線電圧Ｖｂの測定値を用いることにより、事故の発生状況、例えば、事故地点と直流遮断器１００の配置地点との位置関係に応じて変わってくる電線路３０上の電圧分布状態に対応して、直流遮断器１００での開放個数Ｎを実際の状況に応じて適切に設定することができる。

次に、図１５Ａ～図１５Ｄを用いて、本実施の形態に係る直流遮断器のバリエーションを説明する。

図１５Ａは、図８（ａ）、図９（ａ）、及び、図１０と同様に、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの電力変換器２０側に直流リアクトル２５が接続された構成において、電線路３０に事故が発生したときの回路図が示される。このときは、電線路３０に向かって流れる電流が遮断されるので、ライン電流Ｉｌｉｎｅの方向から遮断動作時の通電方向が線路方向と検出される。これにより、正極遮断時（Ｓ２２０）のロジック（図１２及び図１３）によって、ライン電圧Ｖｌと電圧Ｖｘとの関係、及び、ライン電圧ＶｌとリアクトルＶｄｃｒの関係の両方に照らして、ライン電圧Ｖｌに基づいて開放個数Ｍが設定される。

図１５Ｂには、図１５Ａと同様の構成において、電力変換器２０側で事故が発生したケースが示される。図１５Ｂのケースにおいては、電力変換器２０側に向かって流れる電流が遮断されるので、ライン電流Ｉｌｉｎｅの方向から遮断動作時の通電方向が線路方向と検出される。これにより、負極遮断時（Ｓ２３０）のロジック（図１４）によって、母線電圧Ｖｂとリアクトル電圧Ｖｄｃｒとの関係に照らして、母線電圧Ｖｂに基づいて開放個数Ｍが設定される。

図１５Ｃ及び図１５Ｄには、図１５Ａ及び図１５Ｂとは反対に、Ｎ個の遮断器ユニット１０１～１０Ｎの電線路３０側に直流リアクトル２５が接続された構成が示される。

図１５Ｃには、電線路３０に事故が発生したときの回路図が示される。図１５Ｃでは、図１５Ａと同様に、電線路３０側に向かって流れる電流が遮断される。従って、遮断動作時の通電方向が線路方向と検出されることにより、正極遮断時（Ｓ２２０）のロジックによって開放個数Ｍが設定される。

但し、図１５Ｃの正極遮断では、図１５Ａの正極遮断とは異なり、直流リアクトル２５を下流側とする電流（Ｉｌｉｎｅ）が遮断される。従って、図１５Ｂの負極遮断と同様に、電圧Ｖｘの上昇については考慮せず、リアクトル電圧Ｖｄｃｒの上昇のみを考慮に入れて、開放個数Ｍを決定すればよい。

図１６には、正極遮断となる図１５Ｃでの遮断器の開放個数の設定例を説明する概念図である。

図１５Ｃでは、通電方向により、リアクトル電圧Ｖｄｃｒと、ライン電圧Ｖｌ、母線電圧Ｖｂ、及び、遮断動作で生じる極間電圧Ｖｃｂとの間の関係は、Ｖｘ＝Ｖｌ＋Ｖｄｃｒ、かつ、Ｖｂ＝Ｖｘ＋Ｖｃｂで示される。従って、リアクトル電圧Ｖｄｃｒについては、下記の式（６）が成立する。

Ｖｄｃｒ＝Ｖｘ－Ｖｌ＝（Ｖｂ－Ｖｃｂ）－Ｖｌ＝－Ｖｌ＋Ｖｂ－Ｖｃｂ …（６）
従って、図１６に示される様に、図１２～図１４と同様のＮ＝４の場合において、開放個数Ｍ＝１～４のときのリアクトル電圧Ｖｄｃｒを示す特性線ＣＬＤ１～ＣＬＤ４がプロットされる。

特性線ＣＬＤ１～ＣＬＤ４の各々は、上記式（６）において、母線電圧Ｖｂの定格値に相当する定数Ｖｂ＊と、Ｖｃｂ＝Ｍ・Ｖｌｉｍとによって定められる切片を有する、ライン電圧Ｖｌの一次関数で示される。即ち、開放個数Ｍのときのリアクトル電圧Ｖｄｃｒ（Ｍ）は、下記の式（７）で示される。

Ｖｄｃｒ（Ｍ）＝－Ｖｌ＋（Ｖｂ＊－Ｍ・Ｖｌｉｍ） …（７）
式（７）は、式（３）と同じであるので、図１６の特性線ＣＬＤ１～ＣＬＤ４は、図１３の特性線ＣＬＢ１～ＣＬＢ４と同様である。この様に、図１５Ｃ（正極遮断時）では、Ｓ２２０（図１１）では、図１５Ａ（正極遮断時）でのライン電圧Ｖｌとリアクトル電圧Ｖｄｃｒの関係のみに照らして、ライン電圧Ｖｌに基づいて開放個数Ｍを設定することができる。

従って、図１５Ｃでは、Ｓ２２０（図１１）において、ライン電圧Ｖｌに基づいて、図１６を用いて、－ＶＸｍａｘ＜Ｖｄｃｒ＜ＶＸｍａｘを満たすＮを求めることにより、正極遮断時の開放個数Ｎを設定することができる。

図１５Ｄには、図１５Ｃとは反対に、電力変換器２０側に事故が発生したときの回路図が示される。図１５Ｄでは、図１５Ｂと同様に、電力変換器２０側に向かって流れる電流が遮断される。従って、遮断動作時の通電方向が母線方向と検出されることにより、負極遮断時（Ｓ２３０）のロジックによって開放個数Ｍが設定される。

但し、図１５Ｄの負極遮断では、図１５Ｂの負極遮断とは異なり、直流リアクトル２５を上流側とする電流（Ｉｌｉｎｅ）が遮断される。従って、図１５Ａの正極遮断と同様に、電圧Ｖｘの上昇に加えて、直流リアクトル２５の端子間に印加されるリアクトル電圧Ｖｄｃｒの上昇についても考慮に入れて、開放個数Ｍを決定することが好ましい。

図１７は、図１５Ｄでの遮断器の開放個数の設定例を説明する第１の概念図である。図１７には、電圧Ｖｘの過上昇を抑制するための開放個数（Ｍ）の設定例が示される。

図１５Ｄでは、電流方向を考慮すると、遮断動作で生じる極間電圧Ｖｃｂの向きが、図１５Ｃから反転するので、Ｖｄｃｒ＝Ｖｂ－Ｖｌ＋Ｖｃｂで示される。これをＶｘ＝Ｖｌ＋Ｖｄｃｒに代入して、電圧Ｖｘは、下記の式（８）で示すことができる。

Ｖｘ＝Ｖｌ＋Ｖｄｃｒ＝Ｖｂ＋Ｖｃｂ …（８）
図１７には、Ｎ＝４の場合において、開放個数Ｍ＝１～４のときの電圧Ｖｘを示す特性線ＣＬＥ１～ＣＬＥ４がプロットされる。特性線ＣＬＥ１～ＣＬＥ４の各々は、遮断器ユニット１個分の制限電圧Ｖｌｉｍ（図４）と開放個数Ｍとの積を切片とする、ライン電圧Ｖｌの一次関数で示される。即ち、開放個数Ｍのときの電圧Ｖｘ（Ｍ）は、下記の式（９）で示される。

Ｖｘ（Ｍ）＝Ｖｂ＋Ｍ・Ｖｌｉｍ …（９）
式（９）と式（１）との比較から、図１７の特性線ＣＬＥ１～ＣＬＥ４は、図１２の特性線ＣＬＡ１～ＣＬＡ４について、横軸をライン電圧Ｖｌから母線電圧Ｖｂに変更したものに相当することが理解される。

図１８は、図１５Ｄでの遮断器の開放個数の設定例を説明する第２の概念図である。図１８には、電圧Ｖｄｃｒの過上昇を抑制するための開放個数（Ｍ）の設定例が示されており、特に、図１８には、Ｎ＝４の場合において、開放個数Ｍ＝１～４のときのリアクトル電圧Ｖｄｃｒを示す特性線ＣＬＦ１～ＣＬＦ４がプロットされる。

上述の様に、図１５Ｄでは、Ｖｄｃｒ＝Ｖｂ－Ｖｌ＋Ｖｃｂの関係があるので、特性線ＣＬＥ１～ＣＬＥ４の各々は、遮断器ユニット１個分の制限電圧Ｖｌｉｍ（図４）と開放個数Ｍとの積を切片とする、母線電圧Ｖｂの一次関数で示される。即ち、開放個数Ｍのときのリアクトル電圧Ｖｄｃｒは、下記の式（１０）で示される。

Ｖｄｃｒ（Ｍ）＝Ｖｂ＋（Ｍ・Ｖｌｉｍ－Ｖｌ＊） …（１０）
式（９）は、式（５）と同じであるので、図１８の特性線ＣＬＦ１～ＣＬＦ４は、図１４の特性線ＣＬＣ１～ＣＬＣ４と同様である。

従って、図１５Ｄでは、Ｓ２３０（図１１）において、母線電圧Ｖｂに基づいて、図１７を用いて、Ｖｘ＜Ｖｍａｘを満たすＮ１が求められるとともに、図１８を用いて，－ＶＸｍａｘ＜Ｖｄｃｒ＜ＶＸｍａｘを満たすＮ２が求められる。更に、これらの最小値を求めるための、Ｎ＝ｍｉｎ（Ｎ１，Ｎ２）の演算によって、負極遮断時の開放個数Ｎを設定することができる。

この様に、図１５Ｃ及び図１５Ｄにおいても、遮断される電流の方向に基づいて、電流の下流側の電圧情報である、ライン電圧Ｖｌ（正極遮断時）又は母線電圧Ｖｂ（負極遮断時）を用いて、Ｎ個の遮断器ユニットのうちの開放個数Ｍ（Ｍ≦Ｎ）を適切に設定することができる。更に、遮断する電流が、直流リアクトル２５を上流側及び下流側のいずれとする方向であるかに応じて、リアクトル電圧Ｖｄｃｒ及び直流遮断器１００の対地電圧（電圧Ｖｘ）の過上昇を抑制することができる。

この様に、本実施の形態では、遮断する電流方向が、線路方向（電線路３０側を下流とする正極遮断）及び母線方向（電力変換器２０側を下流とする負極遮断）のいずれを下流側とするかの第１の情報と、直流リアクトル２５を上流側及び下流側のいずれであるかを示す第２の情報と組み合わせに応じて、通電方向の下流側の電圧からＭの値を決定するロジックを切換えることで、遮断動作時における電圧Ｖｘ（直流遮断器１００の対地電圧）及びリアクトル電圧Ｖｄｃｒの上昇を抑制することができる。

尚、開放個数Ｍの設定は、上述した図１２～図１４及び図１６～図１８の例に限定されるものではない。例えば、Ｓ１１０で取得されたライン電圧Ｖｌ及び母線電圧Ｖｂに基づいて、直列回路１５０の両端の電圧差が大きいときにＭを多くする一方で、小さいときにＭを少なくする様に、電圧差と開放個数Ｍとの対応関係を予め規定してもよい。

（通電方向の検出処理）
又、図３及び図４で説明した様に、遮断指令の生成時点から実際に遮断器１１０（図２）が開放されるまでには時間遅れが発生する一方で、本実施の形態では、遮断する電流の方向に応じて開放個数Ｍを決定するためのロジック（Ｓ２２０，Ｓ２３０）が切換えられる。このため、遮断指令を検知した時点でのライン電流Ｉｌｉｎｅをそのまま用いて、図１２のＳ１２０において通電方向（電流方向）を検出すると、実際に遮断器１１０が開放されるときとは反対に、通電方向を検出すること懸念される。

従って、Ｓ１２０では、図１９を用いて説明する様に、実際の遮断時における電流予測値を用いて通電方向を検出することが好ましい。

図１９は、遮断動作時における通電方向の検出処理の詳細を説明する概念図である。
図１９を参照して、時刻ｔａよりも前では、電力需給等により負のライン電流Ｉｌｉｎｅ、即ち、電線路３０側から電力変換器２０側の定常電流が生じている。この状態で、電線路３０側に事故が発生したことに応じて、コントローラ１０５に入力される遮断指令Ｓｔｒｐがローレベル（Ｌレベル）からハイレベル（Ｈレベル）に変化する。これにより、コントローラ１０５は、時刻ｔａにおいて、遮断指令を検知する。

このケースでは、電線路３０側に向かって流れる電流を遮断するので、時刻ｔａ以降では、ライン電流Ｉｌｉｎｅは、正方向へ向かって変化して、時刻ｔｃにおいて、方向が逆転する。この結果、実際に遮断器１１０が開放される時刻ｔｄでは、通電方向は線路方向であるので、図１２では、Ｓ２１０をＹＥＳ判定として、正極遮断のロジック（Ｓ２２０）に従って開放個数Ｍを決定することが好ましい。

しかしながら、遮断指令Ｓｔｒｐが発生される時刻ｔａでのライン電流Ｉｌｉｎｅをそのまま用いてＳ１２０（図１２）の検出処理を行うと、通電方向を母線方向と検出することにより、負極遮断のロジック（Ｓ２３０）に従って開放個数Ｍを決定することが懸念される。

従って、Ｓ１２０での通電方向の検出処理は、遮断指令Ｓｔｒｐの検知後におけるライン電流Ｉｌｉｎｅの変化レートを算出し、時刻ｔｄにおけるライン電流Ｉｌｉｎｅに相当する電流予測値Ｉｓｈｔの正／負に基づいて実行されることが好ましい。

例えば、時刻ｔａ及びｔｂにおける電流検出器１１７による検出値Ｉｌｉｎｅ（ｔａ）及びＩｌｉｎｅ（ｔｂ）から電流変化レートＫｉｌｎを下記の式（１１）によって算出し、式（１２）によって電流予測値Ｉｓｈｔを求めることができる。式（１２）中のＴｄは、遮断指令Ｓｔｒｐを検知してから実際に遮断器１１０が開放されるまでの時間遅れであり、遮断器ユニットのスペック値として予め定めることができる。

Ｋｉｌｎ＝Ｉｌｉｎｅ（ｔｂ）－Ｉｌｉｎｅ（ｔａ）／（ｔｂ－ｔａ） …（１１）
Ｉｓｈｔ＝Ｔｄ・Ｋｉｌｎ＋Ｉｌｉｎｅ（ｔａ） …（１２）
Ｓ１２０では、式（５）で得られた電流予測値Ｉｓｈｔが正のとき（Ｉｓｈｔ＞０）のときには、通電方向が線路方向であると検出する一方で、電流予測値Ｉｓｈｔが負のとき（Ｉｓｈｔ＜０）のときには、通電方向が母線方向であると検出することができる。

図１９に従って検出された通電方向を用いて、Ｓ２００の処理を実行することで、遮断器１１０が実際に開放されるタイミングでの通電方向に従って開放個数Ｍを決定することができる。これにより、更に確実に過電圧を抑制することが可能となる。

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。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及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。

１Ａ，１Ｂ 送電システム、１０Ａ～１０Ｄ ＨＶＡＣ系統、１００Ｕ，１０１～１０Ｎ 遮断器ユニット、１５Ａ～１５Ｄ 交流遮断器、２０ 電力変換器、２０Ａ～２０Ｄ ＡＣ／ＤＣ変換器、２５ 直流リアクトル、３０，３０Ｘ，３１～３４ 電線路、１００，１００Ａ～１００Ｈ 直流遮断器、１０５ コントローラ、１１０ 遮断器、１１６ｂ，１１６ｌ，１１６ｘ 電圧検出器、１１７ 電流検出器、１２０ 避雷器、１５０ 直列回路、ＣＬ１～ＣＬ４，ＣＬＸ１～ＣＬＸ４ 特性線、Ｉｌｉｎｅ ライン電流、Ｐ１，Ｐ２ 経路、Ｓ１～ＳＮ 開放指令（遮断器）、Ｓｔｒｐ 遮断指令（直流遮断器）、Ｖｂ 母線電圧、Ｖｃｂ 極間電圧（直流遮断器）、Ｖｄｃｒ リアクトル電圧、Ｖｌ ライン電圧、Ｖｌｉｍ 制限電圧、Ｖｍａｘ 設計上限電圧。

Claims (9)

1. 電線路に対して直流リアクトルと直列に接続された直流遮断器であって、
   直列接続されたＮ個の遮断器ユニットを備え、
   前記Ｎは、２以上の整数であり、
   前記Ｎ個の遮断器ユニットの各々は、並列接続された遮断器及び避雷器を含み、
   前記直流遮断器は、
   前記直流リアクトル及び前記Ｎ個の遮断器ユニットの直列回路の母線側及び電線路側の電圧を測定するための第１及び第２の電圧検出器と、
   前記Ｎ個の遮断器ユニットの前記遮断器の開放指令を生成する制御器とを更に備え、
   前記制御器は、前記直流遮断器に対する遮断指令を検知したときに、前記直列回路の母線側電圧及び電線路側電圧の少なくとも一方に基づいて、前記Ｎ個の遮断器ユニットのうちの可変に設定されるＭ個の遮断器ユニットの前記遮断器を開放し、
   前記Ｍは、前記直流遮断器に対する遮断指令を検知したときの前記Ｎ個の遮断器ユニットの各々の前記遮断器が閉状態の下での前記母線側電圧及び前記電線路側電圧の少なくとも一方に応じて、１以上Ｎ以下の整数に決定される、直流遮断器。
2. 前記電線路に流れる電流を測定するための電流検出器を更に備え、
   前記制御器は、前記遮断指令を検知したときに、前記電流検出器によって検出されたライン電流に基づいて遮断動作時の通電方向を検出するとともに、前記母線側電圧及び前記電線路側電圧のうちの、検出した前記通電方向の下流側となる一方の電圧に基づいて、前記一方の電圧が低い程前記Ｍの値を大きい値に設定するととともに、前記一方の電圧が高い程前記Ｍを小さい値に設定する、請求項１記載の直流遮断器。
3. 前記制御器は、前記通電方向が前記直流リアクトルから前記直流遮断器へ向かう方向である場合には、前記Ｍ個の遮断器ユニットを開放したときの、前記直流リアクトルと前記Ｎ個の遮断器ユニットとの接続ノードの電圧が第１の許容上限電圧以下となり、かつ、前記Ｍ個の遮断器ユニットを開放したときの前記直流リアクトルの両端間のリアクトル電圧の絶対値が第２の許容上限電圧以下となる範囲内での前記Ｍの最大値となる様に、前記一方の電圧に基づいて前記Ｍの値を決定する、請求項２記載の直流遮断器。
4. 前記制御器は、前記通電方向が、前記直流リアクトルから前記直流遮断器へ向かう方向である場合には、前記Ｍ個の遮断器ユニットを開放したときに、前記接続ノードの電圧が前記第１の許容上限電圧以下となる範囲内での前記Ｍの最大値である第１の数と、前記Ｍ個の遮断器ユニットを開放したときに、前記リアクトル電圧の絶対値が前記第２の許容上限電圧以下となる範囲内での前記Ｍの最大値である第２の数との最小値に、前記一方の電圧に基づいて前記Ｍの値を決定する、請求項３記載の直流遮断器。
5. 前記制御器は、前記通電方向が前記直流遮断器から前記直流リアクトルへ向かう方向である場合には、前記Ｍ個の遮断器ユニットを開放したときの前記直流リアクトルの両端間のリアクトル電圧の絶対値が許容上限電圧以下となる範囲内での前記Ｍの最大値となる様に、前記一方の電圧に基づいて前記Ｍの値を決定する、請求項２記載の直流遮断器。
6. 前記制御器は、前記遮断指令を検知したときに、前記電流検出器によって検出された前記ライン電流の方向に基づいて遮断動作時の通電方向を検出するとともに、前記通電方向が前記母線及び前記電線路のいずれを下流側とするかの第１の情報と、前記通電方向が、前記直流遮断器から前記直流リアクトルへ向かう方向及び前記直流リアクトルから前記直流遮断器へ向かう方向のいずれであるかを示す第２の情報と組み合わせに応じて、前記一方の電圧から前記Ｍの値を決定するロジックを切換える、請求項２記載の直流遮断器。
7. 前記制御器は、前記遮断指令の検知時点での前記電流検出器による第１の検出値と、前記検知時点より後での前記電流検出器による第２の検出値とを用いて前記ライン電流の変化レートを算出するとともに、前記第１の検出値及び前記変化レートに基づいて前記遮断指令に応答して前記遮断器が実際に開放される時点での電流予測値を算出し、算出した前記電流予測値に従って前記通電方向を検出する、請求項２～６のいずれか１項に記載の直流遮断器。
8. 前記制御器は、前記遮断指令の検知時における、前記第１及び第２の電圧検出器によって検出された、前記直列回路の前記母線側及び前記電線路側の電圧差が大きい程前記Ｍを大きい値に設定し、前記電圧差が小さい程前記Ｍを小さい値に設定する、請求項１記載の直流遮断器。
9. 前記制御器は、事故電流を遮断するために前記遮断指令が生成されたときには、事故の非発生時の電流を遮断するために前記遮断指令が生成されたときと比較して、前記Ｍを大きい値に設定する、請求項１～６および８のいずれか１項記載の直流遮断器。

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