JPWO2020039580A1 - 直流遮断装置 - Google Patents

Abstract

直流遮断装置（１）は、直流線路（２４）に挿入される主遮断器（１２）、主遮断器に並列に接続される共振回路（３０）、及び共振回路を介して主遮断器に並列に接続されるＭＯＳＡ（２）を備える。共振回路は、第１、第２、第３及び第４の開閉器（４，５，６，７）、コンデンサ（３）、及びリアクトル（１６）を備える。第１の開閉器と第２の開閉器とが直列に接続された第１回路部（３２）と、第３の開閉器と第４の開閉器とが直列に接続された第２回路部（３３）とは並列に接続される。第１の開閉器と第２の開閉器との接続点（３４ａ）と、第３の開閉器と第４の開閉器との接続点（３４ｂ）との間にコンデンサが接続されてブリッジ回路（３１）を構成する。ブリッジ回路とリアクトルとは直列に接続される。

Description

本発明は、直流電流を遮断する直流遮断装置に関する。

高電圧直流（Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ：以下「ＨＶＤＣ」と表記）送電の実現に向け、近年、高電圧直流遮断装置（以下、単に「直流遮断装置」と呼ぶ）の開発が各国で加速している。ＨＶＤＣ送電では、送電線に高電圧の直流電流が流れる。直流電流は、交流電流と異なり電流零点が存在しない。このため、直流電流を遮断するには、主遮断器の極間に強制的に電流零点を形成することが行われる。下記特許文献１には、コンデンサ及びリアクトルからなる転流回路を備え、当該転流回路から主遮断器に共振性の電流を重畳することで電流零点を形成し、当該電流零点で直流電流の遮断を行う技術が開示されている。転流回路は、「共振回路」とも呼ばれる。また、この技術による遮断方式は、「強制消弧方式」と呼ばれる。

直流遮断装置の主遮断器は、事故電流の遮断後、系統の送電再開が行われるように即座に投入される。この制御は、「高速度再閉路」と呼ばれる。

特開昭５８−３４５２５号公報

上記特許文献１を含む従来の強制消弧方式の直流遮断装置では、１回目の遮断を行った後、高速度再閉路後の２回目の遮断のために、高速度再閉路用の追加の共振回路を必要としていた。追加の共振回路を必要とする理由は、１回目の遮断後から２回目の遮断までの例えば数百ｍｓ以内の時間内に、１回目の遮断で使用したコンデンサを規定電圧まで再充電することが困難であったためである。一方、共振回路は、高電圧のコンデンサバンクを含むため、機器の規模が大きくなり、コンパクト化を妨げる大きな要因であった。このため、追加の共振回路を必要としない直流遮断装置の開発が求められていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、追加の共振回路を設けることなく、ＨＶＤＣ送電における高速度再閉路の動作責務に対応できる直流遮断装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る直流遮断装置は、直流線路に挿入される主遮断器、主遮断器に並列に接続される共振回路、及び共振回路を介して主遮断器に並列に接続されるエネルギー吸収ユニットを備える。共振回路は、第１、第２、第３及び第４の開閉器、コンデンサ、及びリアクトルを備える。第１の開閉器と第２の開閉器とが直列に接続された第１回路部と、第３の開閉器と第４の開閉器とが直列に接続された第２回路部とは並列に接続される。第１の開閉器と第２の開閉器との接続点と、第３の開閉器と第４の開閉器との接続点との間にコンデンサが接続されてブリッジ回路を構成する。ブリッジ回路とリアクトルとは直列に接続される。

本発明に係る直流遮断装置は、追加の共振回路を設けることなく、ＨＶＤＣ送電における高速度再閉路の動作責務に対応できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る直流遮断装置の回路構成例を示す図 実施の形態１における制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図 実施の形態１に係る直流遮断装置の充電動作の説明に供する第１の図 実施の形態１に係る直流遮断装置の充電動作の説明に供する第２の図 実施の形態１に係る直流遮断装置の充電動作の説明に供する第３の図 実施の形態１に係る直流遮断装置の充電動作の説明に供する第４の図 実施の形態１に係る直流遮断装置の事故時の動作の説明に供する第１の図 実施の形態１に係る直流遮断装置の高速度再閉路実施時の動作の説明に供する時系列の波形図 実施の形態１に係る直流遮断装置の事故時の動作の説明に供する第２の図 図８のＡ部を拡大した波形図 実施の形態１に係る直流遮断装置における事故遮断直後の充電経路の説明に供する第１の図 実施の形態１に係る直流遮断装置における事故遮断直後の充電経路の説明に供する第２の図 実施の形態２に係る直流遮断装置の回路構成例を示す図 実施の形態３に係る直流遮断装置の回路構成例を示す図 実施の形態３に係る直流遮断装置の動作説明に供するシーケンス図 実施の形態４に係る直流遮断装置の回路構成例を示す図 実施の形態４に係る直流遮断装置の動作説明に供する波形図 実施の形態４に係る直流遮断装置における共振電流の経路の説明に供する図

以下に、本発明の実施の形態に係る直流遮断装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下では、電気的な接続を単に「接続」と称して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る直流遮断装置の回路構成例を示す図である。図２は、実施の形態１における制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示す図である。

実施の形態１に係る直流遮断装置１は、主たる構成部として、主遮断器１２と、共振回路３０と、避雷器（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｕｒｇｅ Ａｒｒｅｓｔｏｒｓ：以下、「ＭＯＳＡ」と表記）２と、制御部１０２とを備える。ＭＯＳＡ２は、エネルギー吸収ユニットの例示である。主遮断器１２は、正極性側の直流線路２４に挿入される。

主遮断器１２は、断路器１５及び交流直流変換器（図１では「ＡＣ／ＤＣ」と表記）１４を介して交流系統１３と接続されている。交流直流変換器１４は、交流系統１３から印加される交流を直流に変換する電力変換器である。断路器１５は、直流線路２４に設置された主遮断器１２を交流系統１３から切り離すための開閉器である。図１では、負極性側の直流線路２６にも断路器１８と、直流遮断装置１９とを設ける構成を示している。なお、負極性側の直流遮断装置１９の基本的な構成は正極性側の直流遮断装置１と同様であるため、図１では、詳細な構成の図示は省略している。

直流線路２４には、矢印で示す経路の電流が流れる。この電流を「主遮断器電流」と呼び、「Ｉｂ」で表す。ここで、矢印の指す方向を電流の「正」と定義する。この定義により、便宜的に紙面の左側を「上流」と呼び、紙面の右側を「下流」と呼ぶ。

共振回路３０は、直流線路２４に事故電流が流れた場合、当該事故電流に重畳させる共振性電流を生成する回路である。共振回路３０は、第１の開閉器４、第２の開閉器５、第３の開閉器６及び第４の開閉器７と、コンデンサ３と、リアクトル１６とを備える。第１の開閉器４と第２の開閉器５は、直列に接続されて第１回路部３２を構成する。第３の開閉器６と第４の開閉器７とは、直列に接続されて第２回路部３３を構成する。第１回路部３２と第２回路部３３とは並列に接続される。第１の開閉器４と第２の開閉器５との接続点３４ａと、第３の開閉器６と第４の開閉器７との接続点３４ｂとの間にコンデンサ３が接続される。第１回路部３２と、第２回路部３３と、コンデンサ３とによってブリッジ回路３１が構成される。また、共振回路３０において、ブリッジ回路３１とリアクトル１６とは直列に接続される。なお、図１では、第２の開閉器５と第４の開閉器７との接続点３６ｂにリアクトル１６の一端が接続され、リアクトル１６の他端が主遮断器１２から見て直流線路２４の下流側に接続される構成を示しているが、これに限定されない。第１の開閉器４と第３の開閉器６との接続点３６ａにリアクトル１６の一端が接続され、リアクトル１６の他端が主遮断器１２から見て直流線路２４の上流側に接続される構成でもよい。

主遮断器１２は、機械式のスイッチにより構成することを想定している。主遮断器１２の一例は、電流遮断能力の高い真空バルブであるが、真空バルブ以外の開閉器を主遮断器として使用してもよい。また、第１の開閉器４、第２の開閉器５、第３の開閉器６及び第４の開閉器７についても、機械式のスイッチにより構成することを想定している。電流遮断能力の高い真空バルブはそれぞれの一例であるが、真空バルブ以外の開閉器を使用してもよい。

ＭＯＳＡ２は、共振回路３０と共に、主遮断器１２に並列に接続される。回路的には、ＭＯＳＡ２とリアクトル１６とによる直列回路が、主遮断器１２に並列に接続される。

ブリッジ回路３１の接続点３４ａには、第１のスイッチである充電スイッチ８を介して第１の充電抵抗である充電抵抗９が接続され、ブリッジ回路３１の接続点３４ｂには、第２のスイッチである充電スイッチ１０を介して第２の充電抵抗である充電抵抗１１が接続されている。充電スイッチ８，１０の一例は、断路器である。これにより、コンデンサ３の一端は充電スイッチ８に接続され、コンデンサ３の他端は充電スイッチ１０に接続される。図１では、充電抵抗９の一端が充電スイッチ８に接続され、充電抵抗９の他端が接地される構成を示しているが、充電スイッチ８と充電抵抗９の接続順序を逆にしてもよい。即ち、充電抵抗９の一端が接続点３４ａに接続され、充電抵抗９の他端が充電スイッチ８を介して接地される構成でもよい。充電スイッチ１０及び充電抵抗１１の構成も同様である。

図１において、「Ｖｃ」は、コンデンサ３を充電することによって、コンデンサ３の両端に表れる電圧を示している。コンデンサ３の両端に表れる電圧を「コンデンサ端子間電圧」と呼ぶ。なお、矢印の指す方向を電圧を「正」とする。即ち、コンデンサ３において、接続点３４ａ側の電圧が接続点３４ｂ側の電圧よりも高いときを、コンデンサ端子間電圧Ｖｃの「正」と定義する。コンデンサ３を正極性に充電するときは、充電スイッチ８が開放され、充電スイッチ１０が閉じられる。コンデンサ３を負極性に充電するときは、充電スイッチ１０が開放され、充電スイッチ８が閉じられる。充電時の動作の詳細については、後述する。

また、図１において、「Ｖｂ」は、主遮断器１２の極間に表れる電圧を示している。主遮断器１２の極間に表れる電圧を「極間電圧」と呼ぶ。なお、矢印の指す方向を電圧の「正」とする。即ち、主遮断器１２において、上流側の電圧が下流側の電圧よりも高いときを、極間電圧Ｖｂの「正」と定義する。

更に、図１には、地絡事故を想定した事故点１７が示されている。図中の「Ｉｒ」は、事故点１７で地絡事故が起こった場合に共振回路３０のコンデンサ３から主遮断器１２に重畳される共振性の電流を示している。この電流を、「共振電流」と呼び、矢印の指す方向を共振電流Ｉｒの「正」と定義する。なお、事故時の動作については、後述する。

制御部１０２は、主遮断器１２、第１の開閉器４、第２の開閉器５、第３の開閉器６及び第４の開閉器７、並びに充電スイッチ８，１０の開閉を制御する。なお、主遮断器１２、第１の開閉器４、第２の開閉器５、第３の開閉器６及び第４の開閉器７、充電スイッチ８，１０、並びに断路器１５，１８を総称して、「スイッチ」と呼ぶ場合がある。

制御部１０２の機能を実現する場合には、図２に示すように、演算を行うプロセッサ２００、プロセッサ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。各スイッチの開閉を制御するためのプログラムは、メモリ２０２に保持される。制御部１０２は、インタフェース２０４を介して必要な情報の授受を行い、メモリ２０２で保持されているプログラムをプロセッサ２００に実行させることにより、後述する制御を実施する。

なお、プロセッサ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ２０２とは、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリが該当する。

次に、実施の形態１に係る直流遮断装置１の充電動作について、図３から図６の図面を参照して説明する。なお、以下に示す動作は、制御部１０２の制御によって行われる。説明の簡略化のため、以下の説明では、制御の主体である、制御部１０２の記載は、適宜省略する。

図３は、実施の形態１に係る直流遮断装置１の充電動作の説明に供する第１の図である。図３において、各スイッチの状態は、第１の開閉器４は「開」、第２の開閉器５は「閉」、第３の開閉器６は「開」、第４の開閉器７は「開」、充電スイッチ８は「開」、充電スイッチ１０は「閉」、主遮断器１２は「閉」、断路器１５は「閉」である。この場合、断路器１５、主遮断器１２、リアクトル１６、第２の開閉器５、コンデンサ３、充電スイッチ１０及び充電抵抗１１の経路で電流が流れ、コンデンサ３が正極性で充電される。

図４は、実施の形態１に係る直流遮断装置１の充電動作の説明に供する第２の図である。図４において、各スイッチの状態は、第１の開閉器４は「閉」、第２の開閉器５は「開」、第３の開閉器６は「開」、第４の開閉器７は「開」、充電スイッチ８は「開」、充電スイッチ１０は「閉」、断路器１５は「閉」である。なお、主遮断器１２は「閉」又は「開」の何れでもよい。この場合、断路器１５、第１の開閉器４、コンデンサ３、充電スイッチ１０及び充電抵抗１１の経路で電流が流れ、コンデンサ３が正極性で充電される。

図５は、実施の形態１に係る直流遮断装置１の充電動作の説明に供する第３の図である。図５において、各スイッチの状態は、第１の開閉器４は「開」、第２の開閉器５は「開」、第３の開閉器６は「開」、第４の開閉器７は「閉」、充電スイッチ８は「閉」、充電スイッチ１０は「開」、主遮断器１２は「閉」、断路器１５は「閉」である。この場合、断路器１５、主遮断器１２、リアクトル１６、第４の開閉器７、コンデンサ３、充電スイッチ８及び充電抵抗９の経路で電流が流れ、コンデンサ３が負極性で充電される。

図６は、実施の形態１に係る直流遮断装置１の充電動作の説明に供する第４の図である。図６において、各スイッチの状態は、第１の開閉器４は「開」、第２の開閉器５は「開」、第３の開閉器６は「閉」、第４の開閉器７は「開」、充電スイッチ８は「閉」、充電スイッチ１０は「開」、断路器１５は「閉」である。なお、主遮断器１２は「閉」又は「開」の何れでもよい。この場合、断路器１５、第３の開閉器６、コンデンサ３、充電スイッチ８及び充電抵抗９の経路で電流が流れ、コンデンサ３が負極性で充電される。

上述のように、実施の形態１に係る直流遮断装置１は、主遮断器１２の状態に応じて、第１の開閉器４、第２の開閉器５、第３の開閉器６及び第４の開閉器７のうちの何れか１台と、充電スイッチ８及び充電スイッチ１０のうちの何れかを「閉」の状態に制御することで、コンデンサ３を正極性又は負極性で充電することができる。また、コンデンサ３への充電が完了すると、第１の開閉器４、第２の開閉器５、第３の開閉器６、第４の開閉器７、充電スイッチ８、及び充電スイッチ１０は、全て「開」の状態に制御される。これにより、コンデンサ３には、系統電圧相当の電圧が充電された状態で保持される。

次に、実施の形態１に係る直流遮断装置１の事故時の動作について、図７を参照して説明する。図７は、実施の形態１に係る直流遮断装置１の事故時の動作の説明に供する第１の図である。

事故点１７で地絡事故が起こった場合、上記で定義した主遮断器電流Ｉｂの正の向きの事故電流が流れる。事故電流が流れると、制御部１０２は、第２の開閉器５及び第３の開閉器６を「閉」に制御する。また、事故電流を遮断するため、主遮断器１２を「開」に制御する。第２の開閉器５及び第３の開閉器６は、ブリッジ回路３１において、向かい合う対辺同士の２台の開閉器である。すると、図７に示されるように、上記で定義した正の向きの共振電流Ｉｒが主遮断器１２に重畳される。これにより、事故電流に電流零点が形成され、当該電流零点もしくはその近くの電流点で事故電流を遮断することができる。なお、図７は、コンデンサ３が正極性で充電されているときの動作であるが、コンデンサ３が負極性で充電されている場合には、第１の開閉器４及び第４の開閉器７を「閉」に制御すればよい。第１の開閉器４及び第４の開閉器７も、ブリッジ回路３１における向かい合う対辺同士の２台の開閉器である。

次に、実施の形態１に係る直流遮断装置１の高速度再閉路実施時の動作について、図１、図８から図１２の図面を参照して説明する。図８は、実施の形態１に係る直流遮断装置１の高速度再閉路実施時の動作の説明に供する時系列の波形図である。図９は、実施の形態１に係る直流遮断装置１の事故時の動作の説明に供する第２の図である。図１０は、図８のＡ部を拡大した波形図である。図１１は、実施の形態１に係る直流遮断装置１における事故遮断直後の充電経路の説明に供する第１の図である。図１２は、実施の形態１に係る直流遮断装置１における事故遮断直後の充電経路の説明に供する第２の図である。

図８には、上段側から順に、コンデンサ端子間電圧Ｖｃ、主遮断器電流Ｉｂ、共振電流Ｉｒ、極間電圧Ｖｂの波形が示されている。これらの波形は、高速度再閉路を繰り返し行い、３回目まで遮断を行った場合を想定した各部の電流波形又は電圧波形である。

まず、初期状態として、コンデンサ３は、コンデンサ端子間電圧Ｖｃが負であることから、負極性で充電されていることが分かる。そして、時刻Ａにおいて、事故が発生すると、時刻Ｂにおいて、制御部１０２からの開極指令が直流遮断装置１に入力され、主遮断器１２が「開」、第１の開閉器４及び第４の開閉器７が「閉」に制御される。事故電流及び共振電流Ｉｒが流れる様子が図９に示されている。図７と比較すると、コンデンサ３の充電極性と、「閉」に制御されている開閉器とが異なっている。本制御により、主遮断器１２に流れる事故電流に零点が形成され、主遮断器１２を流れる事故電流は遮断される。

事故電流を遮断したことにより、交流系統１３とコンデンサ３との間で、交流系統１３の図示しないインダクタンスに残留した電磁エネルギーの授受が行われる。これにより、ブリッジ回路３１の両端には過電圧が発生する。一方、この過電圧は、第１の開閉器４、第２の開閉器５、第３の開閉器６及び第４の開閉器７のうちの少なくとも２つの開閉器を介し、コンデンサ３と接続されたＭＯＳＡ２によって抑制される。ＭＯＳＡ２によって抑制されたエネルギーは電流となり、ＭＯＳＡ２を介して事故点へと流れる。この電流は、「残留電流」と呼ばれる。図８において、破線の四角枠で示したＡ部の電流が、残留電流に相当する。図１０には、残留電流の拡大波形が示されているが、この残留電流は、ＭＯＳＡ２の漏れ抵抗、コンデンサ３、リアクトル１６を介して流れ続ける。そして、１回目の遮断から数百ｍｓ後と想定される高速度再閉路に備えるため、１回目の遮断時において「閉」に制御した第１の開閉器４及び第４の開閉器７を、時刻Ｃにおいて「開」に制御する。これにより、残留電流は遮断される。なお、第１の開閉器４、第２の開閉器５、第３の開閉器６及び第４の開閉器７は、投入機能だけでなく、遮断機能も備えた開閉器である。これらの一連の制御及び動作により、１回目の事故電流が除去される。また、コンデンサ３は系統から切り離されるので、コンデンサ端子間電圧Ｖｃは、次の遮断に備えて維持される。

図１１には、事故遮断直後におけるコンデンサ３の充電経路が示されている。前述の通り、１回目の遮断直後では、第１の開閉器４及び第４の開閉器７が「閉」に制御されている。このため、主遮断器１２が開極した直後は、図１１に示される状態となる。このとき、事故点１７に向かって、コンデンサ３に対する充電経路が形成される。充電経路は、図示の通り、第１の開閉器４、コンデンサ３、第４の開閉器７、リアクトル１６の順の経路となる。従って、コンデンサ３は、初期状態とは逆の極性である、正極性で充電される。

図８に戻り、高速度再閉路の動作説明を続ける。図８の時刻Ｄでは、高速度再閉路が実施される。図８では、事故が解消していない、もしくは事故が再発した場合を想定している。時刻Ｅでは、再度の遮断、即ち２回目の遮断が実施されている。ここで、コンデンサ３の充電電圧は、１回目遮断前の初期状態とは、逆の極性、即ち正極性となっている。このため、２回目の遮断では、時刻Ｅにおいて、主遮断器１２が「開」、第２の開閉器５及び第３の開閉器６が「閉」に制御される。なお、このときの様子は、図７に示した通りである。本制御により、主遮断器１２に流れる事故電流に零点が形成され、主遮断器１２を流れる事故電流は遮断される。なお、その後の動作、具体的には、時刻Ｆにおける残留電流の遮断、時刻Ｇにおける再々閉路、時刻Ｈにおける３回目の遮断、及び時刻Ｉにおける残留電流の遮断については、１回目の動作と、２回目の動作とが交互に繰り返される。

図１２には、事故遮断直後におけるコンデンサ３の図１１とは異なる充電経路が示されている。前述の通り、２回目の遮断では、第２の開閉器５及び第３の開閉器６が「閉」に制御されている。このため、主遮断器１２が開極した直後は、図１２に示される状態となる。このとき、事故点１７に向かって、コンデンサ３に対する充電経路が形成される。充電経路は、図示の通り、第３の開閉器６、コンデンサ３、第２の開閉器５、リアクトル１６の順の経路となる。従って、コンデンサ３は、１回目の遮断直後の状態とは逆の極性である負極性で充電される。

なお、現状、直流遮断装置に関する国際標準が存在しないため、直流遮断装置の動作責務は規定されていない。その一方で、これまでの国際的な調査結果に基づいて動作責務が規定されると考えた場合、直流遮断装置には、例えば事故発生から１０ｍｓ以内といった高速度の遮断動作が要求される可能性がある。従って、直流遮断装置が系統に投入されるまでには、コンデンサは充電されている必要がある。

実施の形態１に係る直流遮断装置１によれば、図４及び図６を用いて説明したように、主遮断器１２が開極状態でもコンデンサ３を正極性及び負極性で充電することができる。従って、実施の形態１に係る直流遮断装置１を使用すれば、直流遮断装置１が系統に投入されるまでの間において、コンデンサ３の充電を完了させておくことができる。

また、実施の形態１に係る直流遮断装置１によれば、図３から図６の図面を用いて説明したように、主遮断器１２が閉極状態とのときにコンデンサ３を正極性及び負極性で充電することができる。これにより、主遮断器１２が設置された直後にコンデンサ３を充電することができる。また、主遮断器１２が閉極状態である通常運転中に、コンデンサ３の追加充電を行うことができる。

更に、実施の形態１に係る直流遮断装置１によれば、コンデンサ３を正極性及び負極性の何れの極性でも充電できるので、状況に応じて適した充電極性を選択することができる。

以上説明したように、実施の形態１に係る直流遮断装置によれば、主遮断器に並列に接続される共振回路は、第１の開閉器と第２の開閉器とが直列に接続された第１回路部と、第３の開閉器と第４の開閉器とが直列に接続された第２回路部とが並列に接続されて構成される。また、第１の開閉器と第２の開閉器との接続点と、第３の開閉器と第４の開閉器との接続点との間にコンデンサが接続されたブリッジ回路が構成される。これにより、直流遮断装置が系統に投入されるまでの間において、コンデンサの充電を完了させておくことができるので、追加の共振回路を設けることなく、ＨＶＤＣ送電における高速度再閉路の動作責務に対応することが可能となる。

実施の形態２．
図１３は、実施の形態２に係る直流遮断装置１Ａの回路構成例を示す図である。図１３に示す実施の形態２に係る直流遮断装置１Ａは、図１に示す実施の形態１の構成において、１台の主遮断器１２を、直列接続される２台の主遮断器１２ａ，１２ｂに置き換えたものである。負極性側の直流遮断装置１９も同様な構成とされるので、図１３では、直流遮断装置１９Ａと表記している。なお、その他の構成については、図１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

実施の形態２に係る直流遮断装置１Ａでは、第１の主遮断器である主遮断器１２ａを、例えば奇数回時の遮断用として用い、第２の主遮断器である主遮断器１２ｂを、例えば偶数回時の遮断用として用いる。無論、主遮断器１２ａと主遮断器１２ｂとの遮断順序を逆にしてもよい。即ち、第１の主遮断器である主遮断器１２ａを、偶数回時の遮断用として用い、第２の主遮断器である主遮断器１２ｂを、奇数回時の遮断用として用いる。何れにしても、主遮断器１２ａと主遮断器１２ｂとは、遮断及び投入の際に交互に使用される。

実施の形態１及び実施の形態２では、主遮断器１２は、機械式のスイッチにより構成することを想定している。一般的に、機械式のスイッチは、遮断動作である「閉」から「開」への移行動作が、投入動作である「開」から「閉」への移行動作よりも遅いと言われている。従って、投入指令が出力された後に遮断指令が出力される場合の高速度要求に対し、１台の主遮断器では、要求を満足できない場合が想定される。一方、実施の形態２のように、直列に接続される２台の主遮断器を備えている場合、閉極指令が出力されて１つが投入動作中であっても、もう１つに開極指令を出力することにより、主遮断器全体としての開極動作を高速化することが可能となる。

以上説明したように、実施の形態２に係る直流遮断装置１Ａによれば、主遮断器を直列に接続された２台の主遮断器で構成し、２台の前記主遮断器を遮断時及び投入時において交互に使用することとした。これにより、主遮断器全体としての開極動作を高速化することが可能となる。

実施の形態３．
図１４は、実施の形態３に係る直流遮断装置１Ｂの回路構成例を示す図である。図１４に示す実施の形態３に係る直流遮断装置１Ｂは、図１に示す実施の形態１の構成において、第１回路部３２を第１回路部３２Ａに置き換え、第２回路部３３を第２回路部３３Ａに置き換えたものである。図１４において、第１回路部３２Ａには、図１に示す第１回路部３２における１台の第１の開閉器４を直列接続される２台の第１の開閉器４ａ，４ｂに置き換え、１台の第２の開閉器５を直列接続される２台の第２の開閉器５ａ，５ｂに置き換えたものである。また、第２回路部３３における１台の第３の開閉器６を直列接続される２台の第３の開閉器６ａ，６ｂに置き換え、１台の第４の開閉器７を直列接続される２台の第４の開閉器７ａ，７ｂに置き換えたものである。即ち、図１４では、ブリッジ回路３１の各辺における開閉器が直列接続された２台に開閉器に置き替えられている。これらの置き換えにより、図１４に示す実施の形態３の構成では、ブリッジ回路３１がブリッジ回路３１Ａに置き替えられ、共振回路３０が共振回路３０Ａに置き替えられている。また、負極性側の直流遮断装置１９も同様な構成とされるので、図１４では、直流遮断装置１９Ｂと表記している。なお、その他の構成については、図１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１５は、実施の形態３に係る直流遮断装置１Ｂの動作説明に供するシーケンス図である。実施の形態３では、実施の形態２と同様に、投入指令が出力された後に遮断指令が出力される場合の高速度要求を想定する。

まず、図１５の上段部には、ブリッジ回路の各辺に１台の開閉器がある場合の当該１台の開閉器の動作シーケンスが示されている。開閉器が１台の場合、図示のように、投入動作の完了後でなければ遮断動作は開始されない。図示の例では、投入動作の完了後に遮断指令が出力されているが、仮に、投入動作の完了前に遮断指令が出力されたとしても、投入動作時間と遮断動作時間の和以下には短くできない。

これに対し、図１５の中段部及び下段部には、ブリッジ回路の各辺に２台の開閉器がある場合の当該２台の開閉器の動作シーケンスが示されている。開閉器が２台ある場合、１台を投入用の開閉器（以下「開閉器１」と呼ぶ）として使用し、２台の開閉器のうちのもう１台を遮断用の開閉器（以下「開閉器２」と呼ぶ）として使用する。このようにすると、通常時において、開閉器１は開極状態、開閉器２は閉極状態としておくことで、開閉器全体として開極状態とすることができる。

投入指令によって、開閉器１は「閉」に制御される。投入動作の完了前に遮断指令が出力された場合、開閉器１の投入動作完了を待たずに、開閉器２に遮断指令を出力できる。従って、投入指令が出力されてから遮断が完了するまでの時間を１台の開閉器の投入動作時間と１台の開閉器の遮断動作時間の和以下に短くできる。これにより、投入指令が出力された後に遮断指令が出力される場合の高速度要求に対応できる。

以上説明したように、実施の形態３に係る直流遮断装置１Ｂによれば、ブリッジ回路の各辺に配置された開閉器を直列に接続された２台の開閉器で構成し、２台の開閉器のうちの１台を投入用とし、２台の開閉器のうちのもう１台を遮断用とした。これにより、投入指令が出力された後に遮断指令が出力される場合の動作をより高速にすることができる。また、高速度再閉路時におけるコンデンサ３の充電時間をより短縮化することができる。

なお、実施の形態３では、ブリッジ回路の各辺に配置された開閉器を直列に接続された２台の開閉器とする構成を図１に示す実施の形態１に適用したが、当該構成を図１３に示す実施の形態２に適用してもよい。実施の形態２に適用することにより、実施の形態２の効果をも享受することができる。

実施の形態４．
図１６は、実施の形態４に係る直流遮断装置１Ｃの回路構成例を示す図である。図１６に示す実施の形態４に係る直流遮断装置１Ｃは、図１に示す実施の形態１の構成において、第１回路部３２を第１回路部３２Ｂに置き換え、第２回路部３３を第２回路部３３Ｂに置き換えたものである。図１６において、第１回路部３２Ｂの第２の開閉器５には、直列に接続されるリアクトル２０が追加されている。また、第２回路部３３Ｂの第３の開閉器６には、直列に接続されるリアクトル２１が追加されている。即ち、図１６では、ブリッジ回路３１Ｂにおける何れか１組の向かい合う対辺同士の各開閉器において、直列接続されるリアクトルが付加されている。なお、追加されるリアクトル２０，２１は、各開閉器の内部に構成されていてもよいし、各開閉器の外部で接続されていてもよい。以上の置き換えにより、図１６に示す実施の形態４の構成では、ブリッジ回路３１がブリッジ回路３１Ｂに置き替えられ、共振回路３０が共振回路３０Ｂに置き替えられている。また、負極性側の直流遮断装置１９も同様な構成とされるので、図１６では、直流遮断装置１９Ｃと表記している。なお、その他の構成については、図１と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して、重複する説明は省略する。

図１７は、実施の形態４に係る直流遮断装置１Ｃの動作説明に供する波形図である。図１７には、共振電流が重畳された主遮断器電流Ｉｂの波形が示されている。上段部には、電流が比較的大きいときの電流波形が示され、中段部及び下段部には、電流が比較的小さいときの電流波形が示されている。また、上段部及び中段部は、図１６の構成において、第１の開閉器４及び第４の開閉器７を「閉」に制御して、共振電流を重畳したときの電流波形である。一方、下段部は、図１６の構成において、第２の開閉器５及び第３の開閉器６を「閉」に制御して、共振電流を重畳したときの電流波形である。第２の開閉器５及び第３の開閉器６を使用する場合、リアクトル２０，２１を介して電流が流れる。このため、共振電流における電流の立ち上がり及び立ち下がりの傾きは、リアクトル２０，２１を介さない場合と比べて、緩やかになっている。

次に、例えば事故電流を遮断する場合、遮断電流が大きいため、図１７の上段部に示されるように、最初にゼロクロスを迎える電流零点における電流の傾きＫ１は、この後に説明する傾きＫ２よりも小さくなっている。一方、例えば負荷電流を遮断する場合、遮断電流は事故電流よりも小さいため、図１７の中段部に示されるように、最初にゼロクロスを迎える電流零点における電流の傾きＫ２は前述の傾きＫ１よりも大きくなっている。傾きＫ２が大きい場合、最初の電流零点で電流を遮断できないおそれがある。

これに対し、同じ負荷電流を遮断する場合、実施の形態４では、前述の通り、開閉器に直列接続されたリアクトルを通じて共振電流を流すこととしている。この場合、図１７の下段部に示されるように、共振電流波形自体が緩やかになり、傾きＫ３は小さくなる。これにより、最初の電流零点で電流を確実に遮断することができる。

図１８は、実施の形態４に係る直流遮断装置１Ｃにおける共振電流の経路の説明に供する図である。図１７の下段部の例は、図１８に示されるように、主遮断器電流Ｉｂの流れる方向と、共振電流Ｉｒの流れる方向とが同じ場合である。このような、電流重畳の仕方は「順極性」と呼ばれる。図１８の例が順極性となるのは、コンデンサ３が負極性で充電されているからである。コンデンサ３が正極性で充電されている場合、図１８とは逆の経路、即ち逆極性で共振電流Ｉｒを流すことができるので、電流零点を早く迎えることができる。

実施の形態４の構成の場合、実際の運用としては、例えば以下の運用とすることができる。
（１）事故電流を遮断する場合には、リアクトルが付加されている側の開閉器を使用して電流を遮断する。
（２）事故電流以外の電流を遮断する場合には、リアクトルが付加されていない側の開閉器を使用して電流を遮断する。

以上説明したように、実施の形態４に係る直流遮断装置１Ｃによれば、ブリッジ回路における何れか１組の向かい合う対辺同士の各開閉器に対して直列接続されるリアクトルが付加されるように構成した。これにより、事故電流以外の電流であっても最初の電流零点での電流遮断を確実に行うことができる。

なお、実施の形態４では、ブリッジ回路３１Ｂの１組の向かい合う対辺同士の開閉器に対して直列接続されるリアクトルを追加する構成を図１に示す実施の形態１に適用したが、当該構成を図１３に示す実施の形態２、及び図１４に示す実施の形態３に適用してもよい。実施の形態２及び実施の形態３に適用することにより、それぞれの実施の形態における効果をも享受することができる。

なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ 直流遮断装置、２ ＭＯＳＡ、３ コンデンサ、４ 第１の開閉器、５ 第２の開閉器、６ 第３の開閉器、７ 第４の開閉器、８，１０ 充電スイッチ、９，１１ 充電抵抗、１２ 主遮断器、１３ 交流系統、１４ 交流直流変換器、１５，１８ 断路器、１６ リアクトル、２４，２６ 直流線路、３０，３０Ａ，３０Ｂ 共振回路、３１，３１Ａ，３１Ｂ ブリッジ回路、３２，３２Ａ 第１回路部、３３，３３Ａ 第２回路部、３４ａ，３４ｂ，３６ａ，３６ｂ 接続点、１０２ 制御部、２００ プロセッサ、２０２ メモリ、２０４ インタフェース。

Claims (7)

1. 直流線路に挿入される主遮断器と、
   前記主遮断器に並列に接続される共振回路と、
   前記共振回路を介して前記主遮断器に並列に接続されるエネルギー吸収ユニットと、
   を備え、
   前記共振回路は、
   第１、第２、第３及び第４の開閉器と、コンデンサと、リアクトルとを備え、
   前記第１の開閉器と前記第２の開閉器とが直列に接続された第１回路部と、前記第３の開閉器と前記第４の開閉器とが直列に接続された第２回路部とが並列に接続され、
   前記第１の開閉器と前記第２の開閉器との接続点と、前記第３の開閉器と前記第４の開閉器との接続点との間に前記コンデンサが接続されてブリッジ回路を構成し、前記ブリッジ回路と前記リアクトルとが直列に接続される
   ことを特徴とする直流遮断装置。
2. 前記共振回路は、前記主遮断器に事故電流が流れた場合、前記ブリッジ回路における向かい合う対辺同士の開閉器を閉の状態に制御することを特徴とする請求項１に記載の直流遮断装置。
3. 前記コンデンサの一端に接続される第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチを介して接地される第１の充電抵抗と、
   前記コンデンサの他端に接続される第２のスイッチと、
   前記第２のスイッチを介して接地される第２の充電抵抗と、を備え、
   前記主遮断器の状態に応じて、前記第１の開閉器、前記第２の開閉器、前記第３の開閉器及び前記第４の開閉器のうちの何れか１台と、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチのうちの何れかを閉の状態に制御することで、前記コンデンサを正極性又は負極性で充電する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の直流遮断装置。
4. 前記主遮断器を直列に接続された２台の主遮断器で構成し、遮断時及び投入時において２台の前記主遮断器を交互に使用することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の直流遮断装置。
5. 前記ブリッジ回路の各辺に配置される開閉器を直列に接続された２台の開閉器で構成し、２台の開閉器のうちの１台を投入用として使用し、２台の開閉器のうちのもう１台を遮断用として使用することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の直流遮断装置。
6. 前記ブリッジ回路における何れか１組の向かい合う対辺同士の各開閉器に対して直列接続されるリアクトルが付加されていることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の直流遮断装置。
7. 事故電流を遮断する場合には、前記リアクトルが付加されている側の開閉器を使用して電流を遮断し、
   事故電流以外の電流を遮断する場合には、前記リアクトルが付加されていない側の開閉器を使用して電流を遮断する
   ことを特徴とする請求項６に記載の直流遮断装置。

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