JP7423567B2 - 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、直流送電を行う直流送電システムについて検討・導入が進められている。直流送電システムは、従来の交流送電システムに比べ、長距離大電力送電に適用した場合に、低コストで設置可能であり且つ電力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。その一方、複数の発電端子を連系した直流送電システムにおいては系統事故の発生した個所を遮断・隔離することが難しい。直流電流では、電流がゼロを横切る点（ゼロ点）が生じないため、機械式接点では電流を容易に遮断できないためである。これを解決するため、様々な構成の直流電流遮断装置が検討されている。直流電流遮断装置は、直流送電線で事故が発生した際に、この直流送電線に属する直流電流遮断器を開極することで事故回線を切り離し、健全回線による送電を維持するものである。

直流電流遮断装置では、直流送電を行う直流送電線に機械接点式の断路器や、遮断器、補助断路器などが接続され、さらに、直流送電線で発生した事故によって流れる直流電流（事故電流）を半導体遮断器に転流させることによって電流ゼロ点を作る転流回路が、遮断器に接続されている。ところで、転流回路において、直流送電線で発生した事故による事故電流を半導体遮断器に転流させるためには、転流回路が備えるコンデンサに予め充電（初期充電）をしておく必要がある。

転流回路が備えるコンデンサに初期充電をする一般的な方法としては、例えば、直流電流遮断装置に接続された外部電源により出力された電圧を転流回路が備えるコンデンサに充電する方法が考えられる。しかしながら、この方法では、外部電源からの電圧を変圧器によって変圧したり、さらに整流器によって整流したりする必要がある。そして、これらの構成要素は高耐圧であることが必要となる。このため、外部電源からの電圧を変圧器や整流器を介してコンデンサに充電する方法では、直流電流遮断装置が大型化し、コストも高くなってしまう。

国際公開第２０１９／０３５１８０号

本発明が解決しようとする課題は、直流電流遮断装置が備える転流回路内のコンデンサを予め充電するための構成を小規模な回路構成で実現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、複数の直流送電線と、半導体遮断器と、複数の第１の線路と、第１の直流バスと、複数の第２の線路と、第２の直流バスと、電流抑制要素と、制御装置と、を持つ。複数の第１の線路のそれぞれは、それぞれの前記直流送電線に対応し、少なくとも蓄電要素と、前記蓄電要素を通過しない経路で電流を通過させる内部機械式接点とを含み、対応する前記直流送電線に流れる電流を転流させる第１の転流回路と、前記第１の転流回路に直列に接続された第１の機械式接点とを有する。第１の直流バスは、それぞれの前記第１の線路における前記第１の機械式接点の前記第１の転流回路と接続された側とは逆側の一極と、前記半導体遮断器の第１端とを接続する。複数の第２の線路のそれぞれは、それぞれの前記直流送電線に対応し、前記第１の転流回路と同様の構成の第２の転流回路と、前記第２の転流回路に直列に接続された、前記第１の機械式接点と同様の構成の第２の機械式接点とを有する。第２の直流バスは、それぞれの前記第２の線路における前記第２の機械式接点の前記第２の転流回路と接続された側とは逆側の一極と、前記半導体遮断器の前記第１端と逆側の第２端とを接続する。電流抑制要素は、前記半導体遮断器の前記第２端側に第３の機械式接点を介して接続され、前記第３の機械式接点と接続された側とは逆側の一端が前記直流送電線の負極に接続、あるいは接地されている。制御装置は、少なくとも、前記第１の転流回路、前記第１の機械式接点、前記第２の転流回路、前記第２の機械式接点、前記半導体遮断器、および前記第３の機械式接点を制御し、前記蓄電要素を充電させる。

第１の実施形態に係る直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。 第１の実施形態の転流回路の構成の一例を示す図。 第１の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第１の動作について説明するための図（その１）。 第１の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第１の動作について説明するための図（その２）。 第１の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第２の動作について説明するための図（その１）。 第１の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第２の動作について説明するための図（その２）。 第１の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第３の動作について説明するための図（その１）。 第１の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第３の動作について説明するための図（その２）。 第１の実施形態の直流電流遮断装置において転流回路内を流れる電流の経路の一例を示す図。 第２の実施形態に係る直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。 第２の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第１の動作について説明するための図（その１）。 第２の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第１の動作について説明するための図（その２）。 第２の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第２の動作について説明するための図（その１）。 第２の実施形態の直流電流遮断装置における初期充電の第２の動作について説明するための図（その２）。

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）
図１は、第１の実施形態に係る直流電流遮断装置の構成の一例を示す図である。図１には、複数の直流送電線ＬＮ（直流送電線ＬＮ－１～ＬＮ－ｎ）の節点部分に構成する直流電流遮断装置１の一例を示している。直流電流遮断装置１は、例えば、半導体遮断器１０と、複数の断路器２０（断路器２０－１－１～２０－１－ｎ、および断路器２０－２－１～２０－２－ｎ）と、複数の転流回路３０（転流回路３０－１－１～３０－１－ｎ、および転流回路３０－２－１～３０－２－ｎ）と、複数の補助断路器４０（補助断路器４０－１～４０－ｎ）と、機械接点１００と、機械接点１１０と、電流抑制要素１２０と、制御装置２００と、を備える。

直流電流遮断装置１では、それぞれの直流送電線ＬＮに補助断路器４０が直列に接続されている。そして、直流電流遮断装置１では、それぞれの直流送電線ＬＮが所定の分岐点で二つの線路に分岐し、分岐したそれぞれの線路に、断路器２０と転流回路３０とが直列に接続され、対応する直流バスＢに接続されている。それぞれの直流バスＢは、半導体遮断器１０に接続されている。例えば、直流送電線ＬＮ－１では、送電側に補助断路器４０－１の第１極ｆ－１が接続され、補助断路器４０－１の第１極ｅ－１側が二つの線路に分岐している。そして、直流送電線ＬＮ－１では、分岐した一方の線路の補助断路器４０－１の第１極ｅ－１側に転流回路３０－１－１の第１端ａ－１－１が接続され、転流回路３０－１－１の第２端ｂ－１－１が断路器２０－１－１の第１極ｃ－１－１に接続され、断路器２０－１－１の第２極ｄ－１－１が直流バスＢ－１に接続されている。さらに、直流送電線ＬＮ－１では、分岐した他方の線路の補助断路器４０－１の第１極ｅ－１側に転流回路３０－２－１の第２端ｂ－２－１が接続され、転流回路３０－２－１の第１端ａ－２－１が断路器２０－２－１の第２極ｄ－２－１に接続され、断路器２０－２－１の第１極ｃ－２－１が直流バスＢ－２に接続されている。直流送電線ＬＮ－２や直流送電線ＬＮ－ｎも同様である。分岐したそれぞれの線路において断路器２０と転流回路３０とが直列に接続された直列回路の構成は、「アーム」と呼ばれる構成である。直流電流遮断装置１では、それぞれの直流送電線ＬＮにおいて分岐した同じ方向のアームを構成する断路器２０が、対応する直流バスＢを介して互いに接続されている。直流電流遮断装置１において、それぞれの直流バスＢは、半導体遮断器１０を介して接続されている。このため、直流電流遮断装置１における通常の送電においては、それぞれの直流送電線ＬＮに属するそれぞれのアームを通って電流が流れる。つまり、二つの断路器２０と二つの転流回路３０とのそれぞれを通って電流が流れる。直流バスＢ－１に接続されるアームが構成された線路は、特許請求の範囲における「第１の線路」の一例であり、直流バスＢ－２に接続されるアームが構成された線路は、特許請求の範囲における「第２の線路」の一例である。

半導体遮断器１０は、第１端ｇ側から第２端ｈ側に流れる電流を遮断する。半導体遮断器１０は、例えば、互いに直列に接続された複数（図１には二つのみを示している）の半導体スイッチ部の直列回路と、アレスタとを備え、直列回路とアレスタとが並列に接続されている。半導体スイッチ部のそれぞれは、互いに並列に接続された半導体スイッチング素子とダイオードとを備える。より具体的には、半導体スイッチ部では、ダイオードのカソードと半導体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半導体スイッチング素子のエミッタとが接続されている。半導体スイッチング素子のゲートは、制御装置２００によって制御（制御電圧または制御電流が印加）される。つまり、半導体遮断器１０は、制御装置２００によってオンまたはオフのいずれかの状態に制御される。半導体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（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）などのスイッチング素子である。半導体スイッチング素子は、ＩＧＢＴに限定されず、自己消弧を実現可能な半導体スイッチング素子であれば、いかなるスイッチング素子であってもよい。アレスタは、半導体スイッチ部の直列回路がオフ状態に制御された場合に、直流送電線ＬＮのインダクタンス分のエネルギーに起因して発生するサージエネルギーを消費（吸収）する。この構成により、半導体遮断器１０は、制御装置２００による半導体スイッチ部のオンまたはオフのいずれかの状態への制御に応じて、第１端ｇと第２端ｈとの間に流れる電流を許容、あるいは阻止（遮断）する。直流電流遮断装置１では、半導体遮断器１０の第１端ｇが直流バスＢ－１に接続され、第２端ｈが、機械接点１００を介して直流バスＢ－２に接続されている。より具体的には、半導体遮断器１０の第２端ｈは、機械接点１００の第１極ｉに接続され、機械接点１００の第２極ｊが、対応するそれぞれの断路器２０－２の第１極ｃ－２が接続された直流バスＢ－２に接続されている。さらに、半導体遮断器１０の第２端ｈは、機械接点１１０の第２極ｌに接続されている。半導体遮断器１０のオン状態は、特許請求の範囲における「導通状態」の一例であり、半導体遮断器１０のオフ状態は、特許請求の範囲における「非導通状態」の一例である。

断路器２０は、機械接点式のスイッチである。断路器２０は、制御装置２００によって開極または閉極のいずれかの状態に制御される。断路器２０は、制御装置２００によって閉極に制御された場合、第１極ｃと第２極ｄとの間に流れる電流を許容し、制御装置２００によって開極に制御された場合、第１極ｃと第２極ｄとの間に流れる電流を阻止する。断路器２０は、遮断器を備えてもよい。直流バスＢ－１に接続されるアームを構成する断路器２０－１は、特許請求の範囲における「第１の機械式接点」の一例であり、直流バスＢ－２に接続されるアームを構成する断路器２０－２は、特許請求の範囲における「第２の機械式接点」の一例である。

転流回路３０は、第１端ａと第２端ｂとの間に流れる電流の向きを切り替える（転流する）。転流回路３０は、例えば、半導体スイッチ部とコンデンサとが互いに接続されたブリッジ回路と、遮断器とを備え、これらの構成要素が互いに並列に接続された並列回路である。半導体スイッチ部のそれぞれは、例えば、互いに並列に接続された半導体スイッチング素子とダイオードとを備える。図２は、第１の実施形態の転流回路３０の構成の一例を示す図である。図２の（ａ）に示した転流回路３０ａは、図１に示した構成の転流回路３０である。図２の（ａ）に示した転流回路３０ａは、例えば、四つの半導体スイッチ部３０２（半導体スイッチ部３０２－１～３０２－４）と、コンデンサ３０４とが互いに接続されたフルブリッジ回路と、遮断器３０６とを備える。図２の（ｂ）に示した転流回路３０ｂは、例えば、四つの半導体スイッチ部３０２（半導体スイッチ部３０２－１～３０２－４）と、コンデンサ３０４とが互いに接続されたフルブリッジ回路と、遮断器３０６と、二つのサイリスタ３０８（サイリスタ３０８－１および３０８－２）と、を備える。転流回路３０ｂは、転流回路３０ａと同様のフルブリッジ回路と遮断器３０６との並列回路の両端の間に、サイリスタ３０８－１とサイリスタ３０８－２とが、互いに逆向きで並列に接続されている。転流回路３０が備える半導体スイッチ部３０２のオン状態およびオフ状態は、制御装置２００によって制御される。つまり、転流回路３０は、制御装置２００による半導体スイッチ部３０２のオンまたはオフのいずれかの状態への制御に応じて、第１端ａと第２端ｂとの間に流れる電流を転流させる。転流回路３０が備える遮断器３０６の開極および閉極は、制御装置２００によって制御される。遮断器３０６は、制御装置２００によって閉極に制御された場合、第１端ａと第２端ｂとの間に流れる電流を、フルブリッジ回路を通さずに通過、つまり、フルブリッジ回路をバイパスさせ、制御装置２００によって開極に制御された場合、第１端ａと第２端ｂとの間に流れる電流を、フルブリッジ回路を通過させる。転流回路３０ｂが備えるサイリスタ３０８のゲートは、制御装置２００によって制御（制御電流が印加）される。これにより、転流回路３０ｂでは、制御装置２００によるサイリスタ３０８－１およびサイリスタ３０８－２の制御によって、第１端ａと第２端ｂとを短絡させることができる。言い換えれば、転流回路３０ｂは、制御装置２００の制御によって、第１端ａと第２端ｂとの間に流れる電流を、フルブリッジ回路を通さずに通過、つまり、フルブリッジ回路をバイパスさせることができる。転流回路３０ｂにおいてフルブリッジ回路をバイパスさせる構成要素は、サイリスタ３０８に限定されない。例えば、転流回路３０ｂにおいてフルブリッジ回路をバイパスさせる構成要素として、サイリスタ３０８の代わりに、自励式の半導体スイッチング素子を備えてもよい。直流バスＢ－１に接続されるアームを構成する転流回路３０－１は、特許請求の範囲における「第１の転流回路」の一例であり、直流バスＢ－２に接続されるアームを構成する転流回路３０－２は、特許請求の範囲における「第２の転流回路」の一例である。コンデンサ３０４は、特許請求の範囲における「蓄電要素」の一例であり、遮断器３０６は、特許請求の範囲における「内部機械式接点」の一例である。サイリスタ３０８は、特許請求の範囲における「短絡要素」の一例である。

補助断路器４０は、機械接点式のスイッチである。補助断路器４０は、制御装置２００によって開極または閉極のいずれかの状態に制御される。補助断路器４０は、制御装置２００によって閉極に制御された場合、第１極ｅと第２極ｆとの間に流れる電流を許容し、制御装置２００によって開極に制御された場合、第１極ｅと第２極ｆとの間に流れる電流を阻止する。

機械接点１００は、機械接点式のスイッチである。機械接点１００は、制御装置２００によって開極または閉極のいずれかの状態に制御される。機械接点１００は、制御装置２００による開極または閉極のいずれかの状態への制御に応じて、第１極ｉと第２極ｊとの間を接続の状態、あるいは非接続（開放）の状態にする。機械接点１００は、特許請求の範囲における「第４の機械式接点」の一例である。

機械接点１１０は、機械接点式のスイッチである。機械接点１１０は、制御装置２００によって開極または閉極のいずれかの状態に制御される。機械接点１１０は、制御装置２００による開極または閉極のいずれかの状態への制御に応じて、第１極ｋと第２極ｌとの間を接続の状態、あるいは非接続（開放）の状態にする。機械接点１１０の第２極ｌは、電流抑制要素１２０の第１端に接続されている。機械接点１１０は、特許請求の範囲における「第３の機械式接点」の一例である。

電流抑制要素１２０は、第１端と第２端との間に流れる電流、つまり、半導体遮断器１０の第２端ｈから機械接点１１０を介して流れてきた電流を抑制する。電流抑制要素１２０の第２端は、直流送電線ＬＮの負極、あるいは接地端に接続されている。図１には、電流抑制要素１２０の第２端が接地されている場合を示している。電流抑制要素１２０は、例えば、抵抗である。電流抑制要素１２０は、抵抗に限定されず、電流を抑制する構成であれば、いかなる構成であってもよい。例えば、電流抑制要素１２０は、リアクトルや、抵抗とリアクトルとが直列に接続された構成であってもよい。また、機械接点１１０と電流抑制要素１２０との位置関係は逆であってもよい。

制御装置２００は、半導体遮断器１０、断路器２０、転流回路３０、補助断路器４０、および機械接点１００を制御することにより、直流電流遮断装置１における直流送電線ＬＮの遮断および導通を制御する。さらに、制御装置２００は、これらの構成要素に加えて、機械接点１１０を制御することにより、転流回路３０における転流の機能を実現するために必要なコンデンサ３０４への充電（初期充電）を制御する。制御装置２００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより以下の機能を実現するものである。制御装置２００の機能のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。制御装置２００の機能のうち一部または全部は、専用のＬＳＩによって実現されてもよい。プログラムは、予め制御装置２００が備えるＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体が制御装置２００が備えるドライブ装置に装着されることで制御装置２００が備える記憶装置にインストールされてもよい。

［直流電流遮断装置１におけるコンデンサ３０４への初期充電の第１の動作］
ここで、図３および図４を参照して、例えば、直流送電線ＬＮ－１が課電されているときに、制御装置２００が、直流バスＢ－１側に接続されている転流回路３０－１－１が備えるコンデンサ３０４（以下、「コンデンサ３０４－１－１」という）を初期充電させる動作の一例について説明する。図３および図４には、制御装置２００によってそれぞれの構成要素が制御された状態における、直流電流遮断装置１内の電流の流れを示している。制御装置２００は、以下のような手順でそれぞれの構成要素の開極、閉極、オン、オフを制御することにより、コンデンサ３０４－１－１を初期充電する。

（手順１－１）：まず、制御装置２００は、初期充電する転流回路３０－１－１が接続されている直流送電線ＬＮ－１に属する補助断路器４０－１を閉極させ、直流送電線ＬＮ－１から分岐して転流回路３０－１－１が接続されている線路（以下、「分岐線路ＢＬ－１－１」という）に属する断路器２０－１－１を閉極させる。そして、制御装置２００は、転流回路３０－１－１が備える遮断器３０６を開極させる。さらに、制御装置２００は、直流送電線ＬＮ－１から分岐した直流バスＢ－２側の線路（以下、「分岐線路ＢＬ－２－１」という）に属する断路器２０－２－１を含む、直流電流遮断装置１が備える他の断路器２０、つまり、分岐線路ＢＬ－１－１に属する断路器２０－１－１以外の断路器２０を開極させる。そして、制御装置２００は、機械接点１００を開極させ、機械接点１１０を閉極させる。これにより、直流電流遮断装置１では、図３に示すような状態になる。制御装置２００は、機械接点１００を開極させてもよいが、閉極させた状態のままにしてもよい。これは、直流電流遮断装置１では、直流バスＢ－２側のそれぞれの線路に断路器２０－２が接続されているため、コンデンサ３０４－１－１を初期充電させる際に直流送電線ＬＮ－１からの電力が、他の転流回路３０に課電されることはないからである。

（手順１－２）：次に、制御装置２００は、半導体遮断器１０が備える半導体スイッチ部をオン状態にする。これにより、直流送電線ＬＮ－１からの電力による電流が、図４に示すような経路を通って流れる。より具体的には、直流送電線ＬＮ－１から、補助断路器４０－１、転流回路３０－１－１、断路器２０－１－１、直流バスＢ－１、半導体遮断器１０、機械接点１１０、電流抑制要素１２０を通って、接地された箇所に電流が流れる。このとき、転流回路３０－１－１内では、半導体スイッチ部３０２－２を構成するダイオード、コンデンサ３０４－１－１、および半導体スイッチ部３０２－１を構成するダイオードを通って、電流が流れる。これにより、電流が流れる経路中にあるコンデンサ３０４－１－１に、流れた電流に応じた電荷が初期充電される。

（手順１－３）：その後、コンデンサ３０４－１－１の初期充電が完了した後、制御装置２００は、半導体遮断器１０が備える半導体スイッチ部をオフ状態にする。これにより、直流電流遮断装置１では、直流送電線ＬＮ－１からの電流の流れが停止し、コンデンサ３０４－１－１が充電されなくなる。このコンデンサ３０４－１－１の初期充電が完了したか否かは、制御装置２００が、例えば、コンデンサ３０４－１－１の両端の電圧を検出する電圧検出器（不図示）が検出した検出値（電圧値）の情報を取得して判定する。制御装置２００は、不図示の電圧検出器から取得した検出値の情報が、転流回路３０－１－１における転流の機能を実現するために必要な所定の電圧値に達したことを表している場合に、コンデンサ３０４－１－１の初期充電が完了したと判定する。所定の電圧値は、必ずしも直流送電線ＬＮ－１に課電されている電圧値でなくてもよい。つまり、直流送電線ＬＮ－１の電圧値よりも低くてもよい。制御装置２００におけるコンデンサ３０４－１－１の初期充電が完了したか否かの判定方法は、不図示の電圧検出器から検出値の情報を取得する方法に限定されず、コンデンサ３０４－１－１に所定量の電荷が充電されたことを判定することができる方法であれば、いかなる方法であってもよい。例えば、制御装置２００は、コンデンサ３０４－１－１の初期充電を開始してからの経過時間に基づいて、コンデンサ３０４－１－１の初期充電が完了したことを判定してもよい。

（手順１－４）：次に、制御装置２００は、コンデンサ３０４－１－１の初期充電を開始する際に閉極させていた機械接点１１０、断路器２０－１－１、および補助断路器４０－１を開極させる。これにより、直流電流遮断装置１では、コンデンサ３０４－１－１に充電された電荷が保持される。機械接点１００を開極させていた場合、制御装置２００は、機械接点１００を閉極させる。

このような構成および手順によって、直流電流遮断装置１では、課電されている直流送電線ＬＮ－１の電力によって、直流送電線ＬＮ－１から分岐した直流バスＢ－１側の分岐線路ＢＬ－１－１に属する転流回路３０－１－１が備えるコンデンサ３０４－１－１を初期充電することができる。その後、制御装置２００は、同様の手順を繰り返すことによって、課電されている直流送電線ＬＮ－２や直流送電線ＬＮ－ｎからの電力で、それぞれの直流送電線ＬＮから分岐した直流バスＢ－１側の線路（以下、「分岐線路ＢＬ－１」という）に属する転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を初期充電することができる。半導体遮断器１０では、コンデンサ３０４を初期充電する際にそれぞれの直流送電線ＬＮから電流が流れた線路中のインダクタンス成分に蓄積されたサージエネルギーによって、しばらくの間、電流が流れ続ける場合もあるが、このサージエネルギーは、アレスタによって消費される。その際にもコンデンサ３０４に電流が流れ、コンデンサ３０４の電圧が上昇するので、それを見越して早めに半導体遮断器１０の半導体スイッチ部をオフ状態にしてもよい。

［直流電流遮断装置１におけるコンデンサ３０４への初期充電の第２の動作］
次に、図５および図６を参照して、例えば、直流送電線ＬＮ－１が課電されているときに、制御装置２００が、直流バスＢ－２側に接続されている転流回路３０－２－１が備えるコンデンサ３０４（以下、「コンデンサ３０４－２－１」という）を初期充電させる動作の一例について説明する。図５および図６には、制御装置２００によってそれぞれの構成要素が制御された状態における、直流電流遮断装置１内の電流の流れを示している。制御装置２００は、以下のような手順でそれぞれの構成要素の開極、閉極、オン、オフを制御することにより、コンデンサ３０４－２－１を初期充電する。

（手順２－１）：まず、制御装置２００は、初期充電する転流回路３０－２－１が接続されている直流送電線ＬＮ－１に属する補助断路器４０－１を閉極させ、転流回路３０－２－１が接続されている分岐線路ＢＬ－２－１に属する断路器２０－２－１を閉極させる。そして、制御装置２００は、転流回路３０－２－１が備える遮断器３０６を開極させる。さらに、制御装置２００は、分岐線路ＢＬ－１－１に属する断路器２０－１－１を開極させる。直流電流遮断装置１において、直流バスＢ－２側に接続されている転流回路３０－２が備えるコンデンサ３０４を初期充電させる場合、直流送電線ＬＮ－１からの電流を他の直流送電線ＬＮに属するそれぞれの構成要素を通過させる。ここでは、直流送電線ＬＮ－１からの電流を直流送電線ＬＮ－２に属する構成要素を通過させるものとする。このため、制御装置２００は、直流送電線ＬＮ－２に属する断路器２０－１－２および断路器２０－２－２と、転流回路３０－１－２および転流回路３０－２－２が備えるそれぞれの遮断器３０６とを閉極させる。制御装置２００は、直流電流遮断装置１が備える他の断路器２０は、開極させておく。そして、制御装置２００は、機械接点１００を開極させ、機械接点１１０を閉極させる。これにより、直流電流遮断装置１では、図５に示すような状態になる。

（手順２－２）：次に、制御装置２００は、半導体遮断器１０が備える半導体スイッチ部をオン状態にする。これにより、直流送電線ＬＮ－１からの電力による電流が、図６に示すような経路を通って流れる。より具体的には、直流送電線ＬＮ－１から、補助断路器４０－１、転流回路３０－２－１、断路器２０－２－１、直流バスＢ－２、断路器２０－２－２、転流回路３０－２－２、転流回路３０－１－２、断路器２０－１－２、直流バスＢ－１、半導体遮断器１０、機械接点１１０、電流抑制要素１２０を通って、接地された箇所に電流が流れる。このとき、転流回路３０－２－１内では、半導体スイッチ部３０２－３を構成するダイオード、コンデンサ３０４－２－１、および半導体スイッチ部３０２－４を構成するダイオードを通って、電流が流れる。これにより、電流が流れる経路中にあるコンデンサ３０４－２－１に、流れた電流に応じた電荷が初期充電される。一方、転流回路３０－２－２および転流回路３０－１－２内では、遮断器３０６を通って、電流が流れる。つまり、電流は、転流回路３０－２－２および転流回路３０－１－２のそれぞれが備えるフルブリッジ回路をバイパスして通過する。このため、転流回路３０－２－２および転流回路３０－１－２のそれぞれが備えるコンデンサ３０４は、初期充電されない。

（手順２－３）：その後、コンデンサ３０４－２－１の初期充電が完了した後、制御装置２００は、半導体遮断器１０が備える半導体スイッチ部をオフ状態にする。これにより、直流電流遮断装置１では、直流送電線ＬＮ－１からの電流の流れが停止し、コンデンサ３０４－２－１が充電されなくなる。

（手順２－４）：次に、制御装置２００は、コンデンサ３０４－２－１の初期充電を開始する際に閉極させていた機械接点１１０、断路器２０－２－１、補助断路器４０－１、断路器２０－１－２、断路器２０－２－２、転流回路３０－１－２が備える遮断器３０６、および転流回路３０－２－２が備える遮断器３０６を開極させる。これにより、直流電流遮断装置１では、コンデンサ３０４－２－１に充電された電荷が保持される。制御装置２００は、機械接点１００を閉極させる。

このような構成および手順によって、直流電流遮断装置１では、課電されている直流送電線ＬＮ－１の電力によって、直流送電線ＬＮ－１から分岐した直流バスＢ－２側の分岐線路ＢＬ－２－１に属する転流回路３０－２－１が備えるコンデンサ３０４－２－１を初期充電することができる。その後、制御装置２００は、同様の手順を繰り返すことによって、課電されている直流送電線ＬＮ－２や直流送電線ＬＮ－ｎからの電力で、それぞれの直流送電線ＬＮから分岐した直流バスＢ－２側の線路（以下、「分岐線路ＢＬ－２」という）に属する転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を初期充電することができる。

そして、制御装置２００は、直流電流遮断装置１における通常の送電の制御を行い、仮にいずれかの直流送電線ＬＮに事故が発生した場合には、その直流送電線ＬＮ（事故回線）を遮断させる。

［直流電流遮断装置１における直流送電線ＬＮの遮断の動作］
ここで、参考として、例えば、直流送電線ＬＮ－１～ＬＮ－ｎが、直流バスＢ－１および直流バスＢ－２を介して互いに接続されて送電しているとき（ここでは、直流送電線ＬＮ－ｎから直流送電線ＬＮ－１および直流送電線ＬＮ－２に電流が流れているものとする）に、直流送電線ＬＮ－１において事故が発生した場合を例として、制御装置２００が、直流送電線ＬＮ－１を遮断させる動作について説明する。

直流送電線ＬＮ－１～ＬＮ－ｎがそれぞれの直流バスＢを介して互いに接続されて送電しているときの初期状態は、断路器２０および補助断路器４０が全て閉極され、転流回路３０が備える遮断器３０６はが全て閉極され、転流回路３０が備える半導体スイッチ部３０２および半導体遮断器１０はオフ状態である。このため、直流電流遮断装置１では、直流バスＢ－１側および直流バスＢ－２側の全てのアームを通って、直流送電線ＬＮ－ｎから直流送電線ＬＮ－１および直流送電線ＬＮ－２に電流が流れている。ここで、直流送電線ＬＮ－１に事故が発生すると、まず、制御装置２００は、事故が発生した直流送電線ＬＮ－１に属する直流バスＢ－１側の断路器２０－１－１と、転流回路３０－１－１が備える遮断器３０６を開極させ、事故が発生していない直流送電線ＬＮ－２や直流送電線ＬＮ－ｎに属する直流バスＢ－２側の断路器２０－２と、転流回路３０－２が備える遮断器３０６を開極させ、遮断器３０６を開極させたそれぞれの転流回路３０が備えるフルブリッジ回路をオン状態にする。これにより、直流電流遮断装置１では、フルブリッジ回路をオン状態にした転流回路３０が備えるコンデンサ３０４の電荷が放電されて、開極させた遮断器３０６に逆向きの電流が流れ、電流ゼロ点が発生する。次に、制御装置２００は、半導体遮断器１０をオン状態にし、遮断器３０６を開極させてオン状態にしたそれぞれの転流回路３０が備えるフルブリッジ回路をオフ状態にする。これにより、直流電流遮断装置１では、直流送電線ＬＮ－ｎに属する直流バスＢ－１側のアーム、直流バスＢ－１、半導体遮断器１０、直流バスＢ－２、直流送電線ＬＮ－１に属する直流バスＢ－２側のアームを通る経路で、直流送電線ＬＮ－ｎから直流送電線ＬＮ－１に流れる電流が流れるようになる。そして、制御装置２００は、半導体遮断器１０をオフ状態にする。これにより、直流電流遮断装置１では、事故が発生した直流送電線ＬＮ－１の電流が遮断される。その後、直流電流遮断装置１では、直流送電線ＬＮ－１のインダクタンス分のサージエネルギーが、半導体遮断器１０が備えるアレスタによって消費される。最後に、制御装置２００は、直流送電線ＬＮ－１の電流が完全にゼロになったら、事故が発生した直流送電線ＬＮ－１に属する直流バスＢ－２側の断路器２０－２－１と、補助断路器４０－１とを開極させ、直流送電線ＬＮ－１の遮断を完了する。そして、制御装置２００は、事故が発生していない直流送電線ＬＮ－２や直流送電線ＬＮ－ｎに属する直流バスＢ－２側の転流回路３０が備える遮断器３０６と、断路器２０－２とを閉極させる。このように、直流電流遮断装置１における直流送電線ＬＮの遮断の動作では、事故が発生した直流送電線ＬＮに属する転流回路３０が備える遮断器３０６、断路器２０、および補助断路器４０を開極させることによって事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断し、事故が発生していない他の直流送電線ＬＮにおける送電を維持する。

［直流電流遮断装置１におけるコンデンサ３０４への初期充電の第３の動作］
ところで、第２の動作では、転流回路３０－２－１が備えるコンデンサ３０４－２－１を初期充電させる際に、直流送電線ＬＮ－２に属するそれぞれの構成要素を閉極させて、直流バスＢ－２側から直流バスＢ－１側に電流を通過させている。このため、直流電流遮断装置１では、制御装置２００がそれぞれの転流回路３０が備える遮断器３０６の開極および閉極を制御することにより、電流を通過させる経路中にある複数のコンデンサ３０４を同時に初期充電させることができる。ここで、図７および図８を参照して、例えば、直流送電線ＬＮ－１が課電されているときに、制御装置２００が、複数のコンデンサ３０４を同時に初期充電させる動作の一例について説明する。ここでは、制御装置２００が、直流送電線ＬＮ－１および直流送電線ＬＮ－２に属するそれぞれの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を同時に初期充電させる場合について説明する。ここでは、直流送電線ＬＮ－１からの電力で直流送電線ＬＮ－ｎに属する転流回路３０が備えるコンデンサ３０４は初期充電させないものとする。図７および図８には、制御装置２００によってそれぞれの構成要素が制御された状態における、直流電流遮断装置１内の電流の流れを示している。制御装置２００は、以下のような手順でそれぞれの構成要素の開極、閉極、オン、オフを制御することにより、複数のコンデンサ３０４を同時に初期充電する。

（手順３－１）：まず、制御装置２００は、課電されている直流送電線ＬＮ－１に属する補助断路器４０－１を閉極させ、初期充電する転流回路３０が接続されているそれぞれの分岐線路ＢＬに属する断路器２０を閉極させる。ここでは、初期充電する転流回路３０－１－１が接続されている断路器２０－１－１と、転流回路３０－２－１が接続されている断路器２０－２－１と、転流回路３０－１－２が接続されている断路器２０－１－２と、転流回路３０－２－２が接続されている断路器２０－２－２とのそれぞれを閉極させる。そして、制御装置２００は、転流回路３０－１－１、転流回路３０－２－１、転流回路３０－１－２、転流回路３０－２－２が備える遮断器３０６を開極させる。そして、制御装置２００は、直流送電線ＬＮ－１からの電力で初期充電させない直流送電線ＬＮ－ｎに属する断路器２０－１－ｎおよび断路器２０－２－ｎと、転流回路３０－１－ｎおよび転流回路３０－２－ｎが備えるそれぞれの遮断器３０６とを含む、直流電流遮断装置１が備える他の断路器２０および他の転流回路３０が備える遮断器３０６は、開極させておく。そして、制御装置２００は、機械接点１００を開極させ、機械接点１１０を閉極させる。これにより、直流電流遮断装置１では、図７に示すような状態になる。ここで、直流送電線ＬＮ－ｎに属するいずれかの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４も同時に初期充電する場合、制御装置２００は、直流送電線ＬＮ－ｎに属する断路器２０－１－ｎおよび断路器２０－２－ｎを閉極させ、初期充電させる転流回路３０が備える遮断器３０６を開極させ、初期充電させない転流回路３０が備える遮断器３０６を閉極させてもよい。

（手順３－２）：次に、制御装置２００は、半導体遮断器１０が備える半導体スイッチ部をオン状態にする。これにより、直流送電線ＬＮ－１からの電力による電流が、図８に示すような経路を通って流れる。より具体的には、直流送電線ＬＮ－１から、補助断路器４０－１、転流回路３０－１－１、断路器２０－１－１を通って直流バスＢ－１に流れる。さらに、補助断路器４０－１から流れた電流は、転流回路３０－２－１、断路器２０－２－１を通って、直流バスＢ－２に流れ、直流バスＢ－２から、直流送電線ＬＮ－２に属するそれぞれの断路器２０と転流回路３０とを通って直流バスＢ－１に流れる。直流バスＢ－１に流れた電流は、半導体遮断器１０、機械接点１１０、電流抑制要素１２０を通って、接地された箇所に電流が流れる。このとき、遮断器３０６が開極されている転流回路３０内では、半導体スイッチ部３０２－２を構成するダイオード、または半導体スイッチ部３０２－３を構成するダイオード、コンデンサ３０４、および半導体スイッチ部３０２－１を構成するダイオード、または半導体スイッチ部３０２－４を構成するダイオードを通って、電流が流れる。これにより、電流が流れる経路中にあるそれぞれのコンデンサ３０４に、流れた電流に応じた電荷が同時に初期充電される。ここで、直流送電線ＬＮ－ｎに属するいずれかの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４も同時に初期充電するために遮断器３０６が開極されている転流回路３０でも同様に電流が流れるが、初期充電させないために遮断器３０６が閉極されている転流回路３０内では、遮断器３０６を通ることによりフルブリッジ回路をバイパスして、電流が通過する。このため、遮断器３０６が閉極されている転流回路３０が備えるコンデンサ３０４は、初期充電されない。

（手順３－３）：その後、それぞれのコンデンサ３０４の初期充電が完了した後、制御装置２００は、半導体遮断器１０が備える半導体スイッチ部をオフ状態にする。これにより、直流電流遮断装置１では、直流送電線ＬＮ－１からの電流の流れが停止し、それぞれのコンデンサ３０４が充電されなくなる。

（手順３－４）：次に、制御装置２００は、それぞれのコンデンサ３０４の初期充電を同時に開始する際に閉極させていた機械接点１１０、それぞれの断路器２０（ここでは、断路器２０－１－１、断路器２０－２－１、断路器２０－１－２、および断路器２０－２－２）、補助断路器４０－１を開極させる。これにより、直流電流遮断装置１では、それぞれのコンデンサ３０４に充電された電荷が保持される。制御装置２００は、機械接点１００を閉極させる。ここで、直流送電線ＬＮ－ｎに属するいずれかの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４も同時に初期充電するために断路器２０－１－ｎと断路器２０－２－ｎとを閉極させていた場合には、この断路器２０－１－ｎおよび断路器２０－２－ｎと、初期充電させない転流回路３０が備える遮断器３０６とも開極させる。

このような構成および手順によって、直流電流遮断装置１では、課電されている直流送電線ＬＮ－１の電力によって、複数の転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を同時に初期充電することができる。

ところで、複数のコンデンサ３０４を同時に初期充電させる場合、それぞれのコンデンサ３０４においてすでに充電されている電荷量や、それぞれのコンデンサ３０４や線路のインピーダンスの特性のばらつきなどの要因によって、コンデンサ３０４の充電電圧がばらつくことが考えられる。この場合、制御装置２００が、初期充電が完了したと判定するタイミングがコンデンサ３０４ごとに異なることも考えられる。この場合、制御装置２００は、いずれかのコンデンサ３０４の初期充電が完了した後、手順３－３において半導体遮断器１０が備える半導体スイッチ部を一旦オフ状態にし、初期充電が完了したコンデンサ３０４を備える転流回路３０の遮断器３０６を閉極させた後、つまり、初期充電が完了したコンデンサ３０４をバイパスした状態にして、初期充電が完了していないコンデンサ３０４に対する初期充電の制御を再開すればよい（つまり、手順３－１から再度行えばよい）。

しかし、制御装置２００は、手順３－３において半導体遮断器１０が備える半導体スイッチ部をオフ状態にすることなく、初期充電が完了したコンデンサ３０４を備える転流回路３０内を流れる電流の経路を変えることによって、それぞれのコンデンサ３０４ごとに、初期充電を完了させることもできる。

図９は、第１の実施形態の直流電流遮断装置１において転流回路３０内を流れる電流の経路の一例を示す図である。図９の（ａ）には、転流回路３０ａが備えるコンデンサ３０４を充電させる際に流れる電流の経路の一例を示し、図９の（ｂ）には、転流回路３０ａが備えるフルブリッジ回路、つまり、コンデンサ３０４をバイパスさせる際に流れる電流の経路の一例を示し、図９の（ｃ）には、転流回路３０ａが備えるコンデンサ３０４の初期充電が完了した場合において変更させた電流の経路の一例を示している。図９の（ｄ）には、転流回路３０ｂが備えるコンデンサ３０４の初期充電が完了した場合において変更させた電流の経路の一例を示している。転流回路３０ｂにおいてコンデンサ３０４を充電させる際に流れる電流の経路と、コンデンサ３０４をバイパスさせる際に流れる電流の経路とは、転流回路３０ａと同様であるため、図９においては、この場合の図示を省略している。図９の（ａ）～（ｄ）に示したそれぞれの経路は、転流回路３０ａや転流回路３０ｂが、直流バスＢ－１側に接続された転流回路３０（例えば、転流回路３０－１－１）である場合の一例である。

図９の（ａ）に示したように、直流バスＢ－１側に接続され、遮断器３０６が開極されている転流回路３０では、コンデンサ３０４を初期充電させる場合、半導体スイッチ部３０２－２を構成するダイオード、コンデンサ３０４、および半導体スイッチ部３０２－１を構成するダイオードを通って、電流が流れる（初期充電の第１の動作における手順１－２や、初期充電の第３の動作における手順３－２を参照）。一方、図９の（ｂ）に示したように、遮断器３０６が閉極されて、コンデンサ３０４をバイパスさせる転流回路３０では、遮断器３０６を通って、電流が流れる（初期充電の第２の動作における手順２－２や、初期充電の第３の動作における手順３－２を参照）。

ここで、直流電流遮断装置１が備える転流回路３０が転流回路３０ａの構成である場合、制御装置２００は、図９の（ａ）に示したように電流を流して初期充電させているコンデンサ３０４において初期充電が完了したときに、半導体スイッチ部３０２－３をオン状態にする。これにより、転流回路３０ａでは、半導体スイッチ部３０２－２を構成するダイオード、半導体スイッチ部３０２－３を構成する半導体スイッチング素子の経路を通って、電流が流れるようになる。これにより、制御装置２００は、複数のコンデンサ３０４を初期充電していたときにいずれかのコンデンサ３０４の初期充電が完了した場合、半導体スイッチ部３０２－３をオン状態にすることによって、遮断器３０６を開極するのとは別の方法で、転流回路３０ａ内を流れる電流の経路を、初期充電が完了したコンデンサ３０４をバイパスさせる経路に変更することができる。コンデンサ３０４の初期充電が完了したときにオン状態にする半導体スイッチ部３０２は、半導体スイッチ部３０２－４であってもよい。この場合、転流回路３０ａでは、半導体スイッチ部３０２－４を構成する半導体スイッチング素子、半導体スイッチ部３０２－１を構成するダイオードの経路を通って、電流が流れるようになる。

さらに、直流電流遮断装置１が備える転流回路３０が転流回路３０ｂの構成である場合、制御装置２００は、図９の（ａ）に示したように電流を流して初期充電させているコンデンサ３０４において初期充電が完了したときに、サイリスタ３０８－１をオン状態にする。これにより、転流回路３０ｂでは、フルブリッジ回路を通って流れていた電流が、サイリスタ３０８－１を通って流れるようになる。これにより、制御装置２００は、複数のコンデンサ３０４を初期充電していたときにいずれかのコンデンサ３０４の初期充電が完了した場合、サイリスタ３０８－１をオン状態にすることによって、遮断器３０６を開極するのとは別の方法で、転流回路３０ｂ内を流れる電流の経路を、初期充電が完了したコンデンサ３０４をバイパスさせる経路に変更することができる。

これらのことにより、直流電流遮断装置１では、複数のコンデンサ３０４を同時に初期充電させた場合でも、先に初期充電が完了したコンデンサ３０４に対する充電が継続されて、このコンデンサ３０４が過充電の状態になってしまったり、過充電によってコンデンサ３０４が破損してしまったりするのを防止することができる。

上記説明したように、第１の実施形態の直流電流遮断装置１によれば、課電されている直流送電線ＬＮからの電力で、直流電流遮断装置１が備えるそれぞれの転流回路３０内のコンデンサ３０４を初期充電することができる。さらに、第１の実施形態の直流電流遮断装置１では、直流電流遮断装置１が備える複数の転流回路３０内のコンデンサ３０４を同時に初期充電させることもできる。しかも、第１の実施形態の直流電流遮断装置１においてコンデンサ３０４を初期充電するために設ける構成要素は、機械接点１００、機械接点１１０、および電流抑制要素１２０が一つずつでよい。つまり、第１の実施形態の直流電流遮断装置１では、小規模な回路を追加することによって、それぞれの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を初期充電する機能を実現することができる。

直流電流遮断装置１の構成は、図１に示した構成に限定されない。直流電流遮断装置１は、図４や、図６、図８に示すような経路と同様の経路で電流を流すことができる構成であれば、いかなる構成であってもよい。つまり、直流電流遮断装置１の構成は、図４や、図６、図８に示した経路と同様の経路で導通させることができる構成であれば、図１に示した構成要素以外の他の構成要素が経路中に設けられていてもよい。例えば、事故が発生した場合における電流の変化を抑制するための直流リアクトルがそれぞれの直流送電線ＬＮの線路中に接続されている構成にしてもよい。例えば、それぞれのアームを構成する断路器２０と転流回路３０などの直列の接続関係は逆でもよい。

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図１０は、第２の実施形態に係る直流電流遮断装置の構成の一例を示す図である。図１０においては、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と共通する機能を有する構成要素については同一の符号を付している。図１０に示した直流電流遮断装置２は、例えば、半導体遮断器１０と、複数の断路器２０（断路器２０－１－１～２０－１－ｎ、および断路器２０－２－１～２０－２－ｎ）と、複数の転流回路３０（転流回路３０－１－１～３０－１－ｎ、および転流回路３０－２－１～３０－２－ｎ）と、複数の補助断路器４０（補助断路器４０－１～４０－ｎ）と、機械接点１００と、機械接点１１０と、電流抑制要素１２０と、制御装置２００と、を備える。直流電流遮断装置２は、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様の構成である。図１０に示した直流電流遮断装置２の構成では、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様に、機械接点１００を備えているが、直流電流遮断装置２では、機械接点１００が省略されてもよい。

直流電流遮断装置２には、交流電源Ｐが、電力変換装置ＰＣを介して直流バスＢ－１側に接続されている。交流電源Ｐは、所定の交流電力を出力する電源である。交流電源Ｐは、交流電力を発電する発電設備（例えば、風力発電設備）や交流系統であってもよい。電力変換装置ＰＣは、交流電源Ｐにより出力された交流電力を直流電力に変換する交直変換器である。電力変換装置ＰＣは、交流電圧を所定の直流電圧に変換して、直流電流遮断装置２が備える直流バスＢ－１側に出力する。直流電流遮断装置２は、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様に、直流バスＢを介して互いに接続された直流送電線ＬＮ同士での送電に加え、電力変換装置ＰＣから出力された直流電力のそれぞれの直流送電線ＬＮによる送電も行う。このため、直流電流遮断装置２は、それぞれの直流送電線ＬＮに接続されている転流回路３０内のコンデンサ３０４の初期充電を、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様に、課電されている直流送電線ＬＮからの電力で行うのに加えて、電力変換装置ＰＣから出力された直流電力でも行うことができる。

直流電流遮断装置２では、制御装置２００が、電力変換装置ＰＣによる直流電力の出力の制御も行う。制御装置２００は、例えば、電流制御や電圧制御によって、電力変換装置ＰＣからの直流電力の出力を制御する。

［直流電流遮断装置２におけるコンデンサ３０４への初期充電の第１の動作］
ここで、図１１および図１２を参照して、制御装置２００が、電力変換装置ＰＣから出力された直流電力で、直流バスＢ－１側に接続されている転流回路３０－１－１が備えるコンデンサ３０４－１－１を初期充電させる動作の一例について説明する。図１１および図１２には、制御装置２００によってそれぞれの構成要素が制御された状態における、直流電流遮断装置２内の電流の流れを示している。制御装置２００は、以下のような手順でそれぞれの構成要素の開極、閉極、オン、オフを制御することにより、コンデンサ３０４－１－１を初期充電する。

（手順４－１）：まず、制御装置２００は、初期充電する転流回路３０－１－１が接続されている直流送電線ＬＮ－１から分岐して転流回路３０－１－１が接続されている分岐線路ＢＬ－１－１に属する断路器２０－１－１を閉極させる。そして、制御装置２００は、転流回路３０－１－１が備える遮断器３０６を開極させる。さらに、制御装置２００は、直流送電線ＬＮ－１から分岐した直流バスＢ－２側の分岐線路ＢＬ－２－１に属する転流回路３０－２－１が備える遮断器３０６と、断路器２０－２－１とを閉極させる。つまり、制御装置２００は、分岐線路ＢＬ－２－１に属する転流回路３０－２－１が備えるフルブリッジ回路をバイパスして電流を通過させるようにする。制御装置２００は、直流電流遮断装置２が備える他の断路器２０、つまり、直流送電線ＬＮ－１に属する断路器２０－１－１および断路器２０－２－１以外の断路器２０と、補助断路器４０とを開極させる。そして、制御装置２００は、機械接点１１０を閉極させる。これにより、直流電流遮断装置２では、図１１に示すような状態になる。直流電流遮断装置２が機械接点１００を備えている場合、制御装置２００は、直流電流遮断装置２における通常の送電のときの状態と同様に、機械接点１００を閉極させた状態のままにしておく。

（手順４－２）：次に、制御装置２００は、電力変換装置ＰＣに直流電力を出力させる。これにより、電力変換装置ＰＣからの直流電力による電流が、図１２に示すような経路を通って流れる。より具体的には、電力変換装置ＰＣから、直流バスＢ－１、断路器２０－１－１、転流回路３０－１－１、転流回路３０－２－１、断路器２０－２－１、直流バスＢ－２（機械接点１００を含む）、機械接点１１０、電流抑制要素１２０を通って、接地された箇所に電流が流れる。このとき、転流回路３０－１－１内では、半導体スイッチ部３０２－３を構成するダイオード、コンデンサ３０４－１－１、および半導体スイッチ部３０２－４を構成するダイオードを通って、電流が流れる。これにより、電流が流れる経路中にあるコンデンサ３０４－１－１に、流れた電流に応じた電荷が初期充電される。一方、転流回路３０－２－１内では、遮断器３０６を通ることによりフルブリッジ回路、つまり、コンデンサ３０４をバイパスして、電流が通過する。このため、転流回路３０－２－１が備えるコンデンサ３０４－２－１は、初期充電されない。

（手順４－３）：その後、コンデンサ３０４－１－１の初期充電が完了した後、制御装置２００は、電力変換装置ＰＣに直流電力の出力を停止させる。これにより、直流電流遮断装置２では、電力変換装置ＰＣからの電流の流れが停止し、コンデンサ３０４－１－１が充電されなくなる。

（手順４－４）：次に、制御装置２００は、コンデンサ３０４－１－１の初期充電を開始する際に閉極させていた機械接点１１０、断路器２０－１－１、転流回路３０－２－１が備える遮断器３０６、断路器２０－２－１を開極させる。これにより、直流電流遮断装置２では、コンデンサ３０４－１－１に充電された電荷が保持される。

このような構成および手順によって、直流電流遮断装置２では、電力変換装置ＰＣから出力された直流電力によって、直流送電線ＬＮ－１から分岐した直流バスＢ－１側の分岐線路ＢＬ－１－１に属する転流回路３０－１－１が備えるコンデンサ３０４－１－１を初期充電することができる。その後、制御装置２００は、同様の手順を繰り返すことによって、電力変換装置ＰＣから出力された直流電力で、それぞれの直流送電線ＬＮから分岐した直流バスＢ－１側の分岐線路ＢＬ－１に属する転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を初期充電することができる。さらに、直流電流遮断装置２では、制御装置２００が、上述した手順と同様の手順によって、それぞれの直流送電線ＬＮから分岐した直流バスＢ－２側の分岐線路ＢＬ－２に属する転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を初期充電することもできる。この場合、制御装置２００は、上述した手順４－１において、分岐線路ＢＬ－１に属する転流回路３０－１が備える遮断器３０６と、分岐線路ＢＬ－２に属する転流回路３０－２が備える遮断器３０６との開極および閉極を逆にする。より具体的には、制御装置２００は、分岐線路ＢＬ－１に属する転流回路３０－１が備える遮断器３０６を閉極させて、フルブリッジ回路をバイパスして電流を通過させるようにし、分岐線路ＢＬ－２に属する転流回路３０－２が備える遮断器３０６を開極させて、コンデンサ３０４を初期充電させるようにする。さらに、直流電流遮断装置２では、制御装置２００が、上述した手順４－１において、分岐線路ＢＬ－１に属する転流回路３０－１が備える遮断器３０６と、分岐線路ＢＬ－２に属する転流回路３０－２が備える遮断器３０６との両方を開極させることにより、転流回路３０－１と転流回路３０－２とが備えるそれぞれのコンデンサ３０４を同時に初期充電させることもできる。

［直流電流遮断装置２におけるコンデンサ３０４への初期充電の第２の動作］
ここで、図１３および図１４を参照して、制御装置２００が、電力変換装置ＰＣから出力された直流電力で、複数のコンデンサ３０４を同時に初期充電させる動作の一例について説明する。ここでは、制御装置２００が、直流送電線ＬＮ－１および直流送電線ＬＮ－２に属するそれぞれの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を同時に初期充電させ、直流送電線ＬＮ－ｎに属する転流回路３０が備えるコンデンサ３０４は初期充電させないものとする。図１３および図１４には、制御装置２００によってそれぞれの構成要素が制御された状態における、直流電流遮断装置２内の電流の流れを示している。制御装置２００は、以下のような手順でそれぞれの構成要素の開極、閉極、オン、オフを制御することにより、複数のコンデンサ３０４を同時に初期充電する。

（手順５－１）：まず、制御装置２００は、初期充電する転流回路３０が接続されているそれぞれの直流送電線ＬＮ（分岐線路ＢＬ）に属する断路器２０（ここでは、断路器２０－１－１、断路器２０－２－１、断路器２０－１－２、および断路器２０－２－２）を閉極させる。そして、制御装置２００は、初期充電する転流回路３０（ここでは、転流回路３０－１－１、転流回路３０－２－１、転流回路３０－１－２、および転流回路３０－２－２）が備える遮断器３０６を開極させる。さらに、制御装置２００は、初期充電させない転流回路３０が接続されているそれぞれの直流送電線ＬＮ（分岐線路ＢＬ）に属する断路器２０（ここでは、断路器２０－１－ｎおよび断路器２０－２－ｎ）と、初期充電させない転流回路３０（ここでは、転流回路３０－１－ｎおよび転流回路３０－２－ｎ）が備える遮断器３０６とを含む、直流電流遮断装置２が備える他の断路器２０および他の転流回路３０が備える遮断器３０６と、補助断路器４０とを開極させる。そして、制御装置２００は、機械接点１１０を閉極させる。これにより、直流電流遮断装置２では、図１３に示すような状態になる。直流電流遮断装置２が機械接点１００を備えている場合、制御装置２００は、機械接点１００を閉極させた状態のままにしておく。ここで、直流送電線ＬＮ－ｎに属するいずれかの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４も同時に初期充電する場合、制御装置２００は、直流送電線ＬＮ－ｎに属する断路器２０－１－ｎおよび断路器２０－２－ｎを閉極させ、初期充電させる転流回路３０が備える遮断器３０６を開極させ、初期充電させない転流回路３０が備える遮断器３０６を閉極させてもよい。

（手順５－２）：次に、制御装置２００は、電力変換装置ＰＣに直流電力を出力させる。これにより、電力変換装置ＰＣからの直流電力による電流が、図１４に示すような経路を通って流れる。より具体的には、電力変換装置ＰＣから、直流バスＢ－１に流れ、断路器２０－１－１、転流回路３０－１－１、転流回路３０－２－１、断路器２０－２－１を通って、直流バスＢ－２に流れる。さらに、直流バスＢ－１に流れた電流は、断路器２０－１－２、転流回路３０－１－２、転流回路３０－２－２、断路器２０－２－２を通って、直流バスＢ－２に流れる。そして、直流バスＢ－２（機械接点１００を含む）に流れた電流は、機械接点１１０、電流抑制要素１２０を通って、接地された箇所に電流が流れる。このとき、初期充電する転流回路３０内では、半導体スイッチ部３０２－３を構成するダイオード、コンデンサ３０４、および半導体スイッチ部３０２－４を構成するダイオードを通って、電流が流れる。これにより、電流が流れる経路中にあるコンデンサ３０４に、流れた電流に応じた電荷が初期充電される。ここで、直流送電線ＬＮ－ｎに属するいずれかの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４も同時に初期充電する場合、直流バスＢ－１に流れた電流は、断路器２０－１－ｎ、初期充電する転流回路３０内のフルブリッジ回路（コンデンサ３０４を含む）、初期充電しない、つまり、電流をバイパスする転流回路３０内の遮断器３０６、断路器２０－２－ｎを通って、直流バスＢ－２に流れる。

（手順５－３）：その後、初期充電する転流回路３０が備えるそれぞれのコンデンサ３０４の初期充電が完了した後、制御装置２００は、電力変換装置ＰＣに直流電力の出力を停止させる。これにより、直流電流遮断装置２では、電力変換装置ＰＣからの電流の流れが停止し、それぞれのコンデンサ３０４が充電されなくなる。

（手順５－４）：次に、制御装置２００は、それぞれのコンデンサ３０４の初期充電を開始する際に閉極させていた機械接点１１０、それぞれの断路器２０（ここでは、断路器２０－１－１、断路器２０－２－１、断路器２０－１－２、および断路器２０－２－２）、を開極させる。これにより、直流電流遮断装置２では、それぞれのコンデンサ３０４に充電された電荷が保持される。ここで、直流送電線ＬＮ－ｎに属するいずれかの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４も同時に初期充電するために断路器２０－１－ｎと断路器２０－２－ｎとを閉極させていた場合には、この断路器２０－１－ｎおよび断路器２０－２－ｎと、初期充電させない転流回路３０が備える遮断器３０６とも開極させる。

このような構成および手順によって、直流電流遮断装置２では、電力変換装置ＰＣから出力された直流電力によって、複数の転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を同時に初期充電することができる。

そして、制御装置２００は、直流電流遮断装置２における通常の送電の制御を行い、仮にいずれかの直流送電線ＬＮに事故が発生した場合には、その直流送電線ＬＮ（事故回線）を遮断させる。直流電流遮断装置２において、いずれかの直流送電線ＬＮに事故が発生した場合に事故回線を遮断させる動作は、直流電流遮断装置１と同様である。従って、直流電流遮断装置２における事故回線の遮断動作に関する再度の詳細な説明は省略する。

上記説明したように、第２の実施形態の直流電流遮断装置２によれば、直流バスＢ－１に接続されている、直流電流遮断装置２の外部の電力変換装置ＰＣから出力された直流電力で、直流電流遮断装置２が備えるそれぞれの転流回路３０内のコンデンサ３０４を初期充電することができる。そして、第２の実施形態の直流電流遮断装置２でも、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様に、直流電流遮断装置２が備える複数の転流回路３０内のコンデンサ３０４を同時に初期充電させることもできる。さらに、第２の実施形態の直流電流遮断装置２は、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様の手順によって、課電されている直流送電線ＬＮからの電力で、直流電流遮断装置２が備えるそれぞれの転流回路３０内のコンデンサ３０４を初期充電（同時も含む）することもできる。しかも、第２の実施形態の直流電流遮断装置２においても、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様に、コンデンサ３０４を初期充電するために設ける構成要素は、機械接点１００、機械接点１１０、および電流抑制要素１２０が一つずつでよい。つまり、コンデンサ３０４を初期充電するために設ける構成要素は、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様である。このため、第２の実施形態の直流電流遮断装置２でも、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様に、小規模な回路を追加することによって、それぞれの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を初期充電する機能を実現することができる。しかも、第２の実施形態の直流電流遮断装置２では、電力変換装置ＰＣから出力された直流電力で、それぞれの転流回路３０が備えるコンデンサ３０４を初期充電させることもできるため、この場合には、より高精度で安全にコンデンサ３０４を初期充電することができる。

直流電流遮断装置２の構成は、図１０に示した構成に限定されない。直流電流遮断装置２は、図１２や図１４に示すような経路と同様の経路で電流を流すことができる構成であれば、いかなる構成であってもよい。つまり、直流電流遮断装置２の構成は、図１２や図１４に示した経路と同様の経路で導通させることができる構成であれば、図１０に示した構成要素以外の他の構成要素が経路中に設けられていてもよい。例えば、第１の実施形態の直流電流遮断装置１と同様に、事故が発生した場合における電流の変化を抑制するための直流リアクトルがそれぞれの直流送電線ＬＮの線路中に接続されている構成にしてもよい。

上記に述べたとおり、各実施形態の直流電流遮断装置では、小規模な回路構成で、直流電流遮断装置が備える転流回路内のコンデンサを予め充電することができる。これにより、各実施形態の直流電流遮断装置では、仮に直流送電線で事故が発生した場合には、転流回路における転流の機能を実行させ、発生した事故による事故電流を半導体遮断器に転流させることができる。このことにより、各実施形態の直流電流遮断装置は、直流送電線を遮断させたり導通（接続）させたりする正常な動作を維持することができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、複数の直流送電線（ＬＮ）と、半導体遮断器（１０）と、それぞれの直流送電線に対応し、少なくとも蓄電要素（３０４）と、蓄電要素を通過しない経路で電流を通過させる内部機械式接点（３０６）とを含み、対応する直流送電線に流れる電流を転流させる第１の転流回路（３０－１）と、第１の転流回路に直列に接続された第１の機械式接点（２０－１）とを有する複数の第１の線路（ＢＬ－１）と、それぞれの第１の線路における第１の機械式接点の第１の転流回路と接続された側とは逆側の一極と、半導体遮断器の第１端とを接続する第１の直流バス（Ｂ－１）と、それぞれの直流送電線に対応し、第１の転流回路と同様の構成の第２の転流回路（３０－２）と、第２の転流回路に直列に接続された、第１の機械式接点と同様の構成の第２の機械式接点（２０－２）とを有する複数の第２の線路（ＢＬ－２）と、それぞれの第２の線路における第２の機械式接点の第２の転流回路と接続された側とは逆側の一極と、半導体遮断器の第１端と逆側の第２端とを接続する第２の直流バス（Ｂ－２）と、半導体遮断器の第２端側に第３の機械式接点（１１０）を介して接続され、第３の機械式接点と接続された側とは逆側の一端が直流送電線の負極に接続、あるいは接地された電流抑制要素（１２０）と、少なくとも、第１の転流回路、第１の機械式接点、第２の転流回路、第２の機械式接点、半導体遮断器、および第３の機械式接点を制御し、蓄電要素を充電させる制御装置（２００）と、を備えることにより、転流回路内の蓄電要素を予め充電するための構成を小規模な回路構成で実現することができる。

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。

１，２・・・直流電流遮断装置、１０・・・半導体遮断器、２０，２０－１－１，２０－２－１，２０－１－２，２０－２－２，２０－１－ｎ，２０－２－ｎ・・・断路器、３０，３０ａ，３０ｂ，３０－１－１，３０－２－１，３０－１－２，３０－２－２，３０－１－ｎ，３０－２－ｎ・・・転流回路、３０２，３０２－１，３０２－２，３０２－３，３０２－４・・・半導体スイッチ部、３０４・・・コンデンサ、３０６・・・遮断器、３０８，３０８－１，３０８－２・・・サイリスタ、４０，４０－１，４０－２，４０－ｎ・・・補助断路器、１００・・・機械接点、１１０・・・機械接点、１２０・・・電流抑制要素、２００・・・制御装置、ＬＮ，ＬＮ－１，ＬＮ－２，ＬＮ－ｎ・・・直流送電線、Ｂ，Ｂ－１，Ｂ－２・・・直流バス、ＢＬ，ＢＬ－１，ＢＬ－２・・・分岐線路、Ｐ・・・交流電源、ＰＣ・・・電力変換装置

Claims (9)

1. 複数の直流送電線と、
   半導体遮断器と、
   それぞれの前記直流送電線に対応し、少なくとも蓄電要素と、前記蓄電要素を通過しない経路で電流を通過させる内部機械式接点とを含み、対応する前記直流送電線に流れる電流を転流させる第１の転流回路と、前記第１の転流回路に直列に接続された第１の機械式接点とを有する複数の第１の線路と、
   それぞれの前記第１の線路における前記第１の機械式接点の前記第１の転流回路と接続された側とは逆側の一極と、前記半導体遮断器の第１端とを接続する第１の直流バスと、
   それぞれの前記直流送電線に対応し、前記第１の転流回路と同様の構成の第２の転流回路と、前記第２の転流回路に直列に接続された、前記第１の機械式接点と同様の構成の第２の機械式接点とを有する複数の第２の線路と、
   それぞれの前記第２の線路における前記第２の機械式接点の前記第２の転流回路と接続された側とは逆側の一極と、前記半導体遮断器の前記第１端と逆側の第２端とを接続する第２の直流バスと、
   前記半導体遮断器の前記第２端側に第３の機械式接点を介して接続され、前記第３の機械式接点と接続された側とは逆側の一端が前記直流送電線の負極に接続、あるいは接地された電流抑制要素と、
   少なくとも、前記第１の転流回路、前記第１の機械式接点、前記第２の転流回路、前記第２の機械式接点、前記半導体遮断器、および前記第３の機械式接点を制御し、前記蓄電要素を充電させる制御装置と、
   を備える直流電流遮断装置。
2. 前記制御装置は、課電された前記直流送電線である第１の直流送電線の電力で前記第１の転流回路が含む前記蓄電要素を充電させる際に、
   前記第１の直流送電線に対応する前記第１の機械式接点と前記第３の機械式接点とを閉極させ、前記第１の直流送電線に対応する前記第２の機械式接点を開極させ、充電させる前記蓄電要素を含む前記第１の転流回路の前記内部機械式接点を開極させた後に、前記半導体遮断器を導通状態にさせ、
   前記蓄電要素の充電が完了した後に、前記半導体遮断器を非導通状態にさせる、
   請求項１に記載の直流電流遮断装置。
3. 前記第２の直流バスにおける前記第２の機械式接点と前記半導体遮断器との接続を、接続の状態、あるいは非接続の状態にする第４の機械式接点、をさらに備える、
   請求項１または請求項２に記載の直流電流遮断装置。
4. 前記制御装置は、課電された前記直流送電線である第１の直流送電線の電力で前記第２の転流回路が含む前記蓄電要素を充電させる際に、
   前記第１の直流送電線に対応する前記第２の機械式接点と前記第３の機械式接点とを閉極させ、前記第１の直流送電線に対応する前記第１の機械式接点を開極させ、充電させる前記蓄電要素を含む前記第２の転流回路の前記内部機械式接点を開極させ、前記第１の直流送電線と異なる前記直流送電線である第２の直流送電線に対応する、前記第１の機械式接点と、前記第１の転流回路の前記内部機械式接点と、前記第２の機械式接点と、前記第２の転流回路の前記内部機械式接点とを閉極させ、前記第４の機械式接点を開極させた後に、前記半導体遮断器を導通状態にさせ、
   前記蓄電要素の充電が完了した後に、前記半導体遮断器を非導通状態にさせる、
   請求項３に記載の直流電流遮断装置。
5. 前記制御装置は、課電された前記直流送電線である第１の直流送電線の電力で前記第１の転流回路が含む前記蓄電要素、および前記第２の転流回路が含む前記蓄電要素を充電させる際に、
   前記第１の直流送電線に対応する前記第１の機械式接点と、前記第２の機械式接点と、前記第３の機械式接点とを閉極させ、充電させる前記蓄電要素を含む前記第１の転流回路と前記第２の転流回路とのそれぞれの前記内部機械式接点とを開極させ、前記第１の直流送電線と異なる前記直流送電線である第２の直流送電線に対応する、前記第１の機械式接点と前記第２の機械式接点とを閉極させ、前記第２の直流送電線に対応する、充電させる前記蓄電要素を含む前記第１の転流回路と前記第２の転流回路とのそれぞれの前記内部機械式接点とを開極させ、充電させない前記蓄電要素を含む前記第１の転流回路と前記第２の転流回路とのそれぞれの前記内部機械式接点とを閉極させ、前記第４の機械式接点を開極させた後に、前記半導体遮断器を導通状態にさせ、
   前記蓄電要素の充電が完了した後に、前記半導体遮断器を非導通状態にさせる、
   請求項３または請求項４に記載の直流電流遮断装置。
6. 複数の直流送電線と、
   半導体遮断器と、
   それぞれの前記直流送電線に対応し、少なくとも蓄電要素と、前記蓄電要素を通過しない経路で電流を通過させる内部機械式接点とを含み、対応する前記直流送電線に流れる電流を転流させる第１の転流回路と、前記第１の転流回路に直列に接続された第１の機械式接点とを有する複数の第１の線路と、
   それぞれの前記第１の線路における前記第１の機械式接点の前記第１の転流回路と接続された側とは逆側の一極と、前記半導体遮断器の第１端とを接続する第１の直流バスと、
   それぞれの前記直流送電線に対応し、前記第１の転流回路と同様の構成の第２の転流回路と、前記第２の転流回路に直列に接続された、前記第１の機械式接点と同様の構成の第２の機械式接点とを有する複数の第２の線路と、
   それぞれの前記第２の線路における前記第２の機械式接点の前記第２の転流回路と接続された側とは逆側の一極と、前記半導体遮断器の前記第１端と逆側の第２端とを接続する第２の直流バスと、
   前記半導体遮断器の前記第２端側に第３の機械式接点を介して接続され、前記第３の機械式接点と接続された側とは逆側の一端が前記直流送電線の負極に接続、あるいは接地された電流抑制要素と、
   少なくとも、前記第１の転流回路、前記第１の機械式接点、前記第２の転流回路、前記第２の機械式接点、および前記第３の機械式接点を制御し、前記蓄電要素を充電させる制御装置と、
   を備え、
   前記第１の直流バス側には、直流電力を出力する電力変換装置が接続されている、
   直流電流遮断装置。
7. 前記制御装置は、前記電力変換装置により変換された電力で前記蓄電要素を充電させる際に、
   前記第１の機械式接点と、前記第２の機械式接点と、前記第３の機械式接点とを閉極させ、充電させる前記蓄電要素を含む前記第１の転流回路および／または前記第２の転流回路の前記内部機械式接点を開極させ、充電させない前記蓄電要素を含む前記第１の転流回路および前記第２の転流回路の前記内部機械式接点を閉極させた後に、前記電力変換装置に変換した電力を出力させ、
   前記蓄電要素の充電が完了した後に、前記電力変換装置に変換した電力の出力を停止させる、
   請求項６に記載の直流電流遮断装置。
8. 前記第１の転流回路および前記第２の転流回路は、少なくとも一以上の半導体スイッチング素子、をさらに含み、
   前記制御装置は、前記蓄電要素に充電された電力に応じた電圧が所定の電圧値に達した場合、前記半導体スイッチング素子を制御して、前記蓄電要素を流れる電流の経路を、前記蓄電要素をバイパスさせる、
   請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の直流電流遮断装置。
9. 前記第１の転流回路および前記第２の転流回路は、前記蓄電要素の両端を短絡させる短絡要素、をさらに含み、
   前記制御装置は、前記蓄電要素に充電された電力に応じた電圧が所定の電圧値に達した場合、前記短絡要素を制御して、前記蓄電要素を流れる電流の経路を、前記蓄電要素をバイパスさせる、
   請求項１から請求項７のうちいずれか１項に記載の直流電流遮断装置。

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