WO2022249337A1 - 直流配電システム - Google Patents

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power distribution
discharge
energy storage
short
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Inventor
寿夫 松木
孝途 東井
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00—Circuit arrangements for dc mains or dc distribution networks

Definitions

  • This application relates to a DC power distribution system.
  • Patent Document 1 a DC power supply device having a capacitor and a secondary battery that supply power to a load when an abnormality occurs in the normal power supply.
  • Patent Document 1 power can be supplied to the load even when an abnormality occurs. That is, by supplying power from the capacitor to a short-time high-power load and supplying power from the secondary battery to a long-time low-power load, the capacity of the secondary battery can be reduced. Power can be efficiently supplied to the load.
  • Patent Document 1 requires a secondary battery, which may increase the size of the DC power supply.
  • a secondary battery which may increase the size of the DC power supply.
  • the present application was made to solve the above-mentioned problems, and provides a DC power distribution system that allows continuous operation of the load from the occurrence of an abnormality until the power supply is restored after removing the abnormality using a circuit breaker or the like. .
  • the DC power distribution system disclosed in the present application is a DC power distribution system including a DC system having short-circuit current interrupting means, and includes a DC load device connected to the DC system and performing at least one of power running and regenerative operation.
  • the DC load device has energy storage means and discharge suppression means for suppressing discharge from the energy storage means.
  • the means is characterized in that it operates to suppress the discharge of the energy storage means to continuously operate the DC load device with the energy stored in the energy storage means.
  • the DC load device since the DC load device has the discharge suppression means, the energy stored in the energy storage means is maintained until the power supply is restored after the abnormality is removed by the circuit breaker or the like from the occurrence of the abnormality. Continuous operation of the DC load device can be performed by
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a DC power distribution system according to an embodiment
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a DC load device according to an embodiment
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a DC power distribution system in which a DC load device has no discharge prevention means and an energy storage element is directly connected to the DC system
  • FIG. FIG. 2 is a diagram showing a configuration in which discharge suppressing means according to Embodiment 1 is a reactor
  • FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit of a DC power distribution system when a short circuit fault occurs
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration in which discharge suppressing means according to Embodiment 2 is a semiconductor switching element and detects and controls system voltage
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration in which discharge suppressing means according to Embodiment 2 is a semiconductor switching element and detects and controls system current;
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration in which a discharge suppressing means according to Embodiment 3 connects a bypass switch and a resistor in parallel;
  • FIG. 13 is a diagram showing a configuration in which discharge suppressing means according to Embodiment 4 is a boost chopper circuit;
  • 2 is a hardware configuration diagram of a control device according to an embodiment;
  • FIG. 1 is a diagram showing a DC power distribution system according to an embodiment of the present application.
  • the DC power distribution system of FIG. 1 has a DC power supply 101, short-circuit current interrupters 103A and 103B, feeders 102A and 102B for distributing DC voltage, DC load devices 104A connected to the feeders 102A and 102B, 104B.
  • the short-circuit current interrupting units 103A and 103B have a function of disconnecting the circuit when an excessive current flows, and can use, for example, a mechanical circuit breaker or fuse. Both circuit breakers and fuses may be combined.
  • the short-circuit current interrupting units 103A and 103B are connected to interrupt an excessive current that flows when a short-circuit accident occurs in its own feeder.
  • the DC power supply 101 is used, but an AC/DC converter that inputs AC and outputs DC, or a DC/DC converter that converts a DC voltage into another DC voltage may be used. good too.
  • the number of feeders 102A, 102B and the number of DC load devices 104A, 104B is two, it is sufficient if there are more than one.
  • the discharge suppressing means 201 is connected for the purpose of suppressing the discharge of the energy storage element 202 when an abnormality such as a short-circuit accident occurs in the DC system.
  • an abnormality such as a short-circuit accident occurs in the DC system.
  • FIG. 3 shows a configuration of a comparative example of a DC power distribution system in which the DC load devices 301A and 301B have no discharge suppressing means and the energy storage elements 202A and 202B are directly connected to the DC system.
  • the present embodiment has a discharge suppressing means 201 as shown in FIG. That is, by connecting the discharge suppressing means 201, it is possible to suppress the voltage drop of the sound feeder 102A due to the discharge current due to the short circuit accident, so there is an advantage that the DC load device 301A of the sound feeder 102A can continue to operate.
  • FIG. 4 shows the configuration of the discharge suppressing means 201.
  • the discharge suppressing means 201 is composed of a reactor 401 .
  • the reactor 401 suppresses a steep rise of the discharge current, thereby preventing discharge of the energy storage element 202 .
  • the reactor 401 is inserted only on one side of the DC bus in the drawing, it may be inserted on both sides.
  • FIG. 5 shows an equivalent circuit diagram when a short circuit accident occurs.
  • a case where a short-circuit accident occurs in the feeder 102B will be described.
  • the impedance from the healthy feeder 102A to the point of occurrence of the short-circuit accident is assumed to be only resistance, assuming that the reactor 401 of the discharge suppressing means 201 and the capacitor of the energy storage element 202A are sufficiently large.
  • the DC load device 104 is simulated by the current source 502 .
  • a circuit equation from the occurrence of a short circuit is expressed by the following equation (1).
  • s is the Laplace operator
  • L is the inductance of the reactor
  • Is is the short-circuit current flowing from the capacitor to the fault point
  • C is the capacitance of the energy storage element 202A (capacitor)
  • Vdc0 is the fault occurrence time of the energy storage element 202A. is the voltage of
  • the following formula (2) is obtained by obtaining the short-circuit current from the formula (1).
  • the short-circuit current in the time domain is represented by the following equations (3), (4) and (5) according to the circuit constants. in the case of, is represented by
  • the capacitor voltage of the energy storage element 202A is represented by the following equation (6).
  • vC is the capacitor voltage
  • IL is the load current.
  • the energy storage element (capacitor) 202A determines the capacitance C so that the power conversion device 203 can maintain the minimum voltage or higher at which the power conversion device 203 does not stop until the short-circuit current interrupter 103B clears the fault by interruption. Therefore, assuming that the minimum voltage required for the operation of the power conversion device 203 is Vdcmin and the time from the occurrence of an accident to its removal is Tb , the following equation is derived from equations (7), (8), and (9): Conditional expressions (10), (11), and (12) are obtained.
  • the inductance L of the discharge suppression means 201 and the capacitance C of the energy storage element 202 may be determined so as to satisfy the above equations (10), (11) and (12).
  • the DC load device 104 may operate to limit power to the load 204 so that continuous operation can be performed when an accident occurs. In that case, the load current IL will be smaller, so less capacitance can be required for the energy storage element 202 .
  • the discharge suppressing means 201 is an inductance, but it may be a semiconductor switching element.
  • FIG. 6 shows a diagram in which a semiconductor switching element 601 is used as the discharge suppressing means 201 .
  • a control device 603 controls the semiconductor switching element 601 of the discharge suppressing means.
  • the controller 603 receives the DC power supply voltage V dcsys detected by the voltage detector 602 .
  • the semiconductor switching element 601 is turned on to operate, and when an abnormality occurs and the DC power supply 101 instantaneously drops, the semiconductor switching is activated when the DC power supply voltage drops below a predetermined value. Discharge is prevented by turning off the element 601 . Also, when the DC power supply voltage returns to a predetermined value or higher after the fault is cleared, the semiconductor switching element 601 is turned on.
  • FIG. 6 the voltage of the DC power supply 101 is detected and the semiconductor switching element 601 is controlled, but a method of detecting and controlling the DC bus current is also possible.
  • FIG. 7 shows a case where a semiconductor switching element 601 is used as the discharge suppressing means 201 and controlled based on the DC bus current.
  • the controller 603 receives the DC bus current I_dcsys detected by the current detector 701 .
  • the semiconductor switching element 601 is turned on to operate.
  • the semiconductor switching element 601 is turned off when the DC bus current exceeds a predetermined value. Discharging is prevented by turning it off. Also, when the DC bus current decreases to a predetermined value or less after the fault is cleared, the semiconductor switching element 601 is turned on.
  • the semiconductor switching element 601 is controlled by detecting the DC power supply 101 or the DC bus current, but it may be controlled based on other feeder voltage and current information. Also, in the figure, the semiconductor switching element is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), but it may be a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor).
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • MOSFET Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • the power conversion device of the healthy feeder 102A can be continuously operated from the time of the accident until it is cut off. You can get a power distribution system.
  • Embodiment 3 the semiconductor switching element 601 is used as the discharge suppressing means 201, but a configuration in which a bypass switch and a resistor are connected in parallel may be used.
  • FIG. 8 shows a configuration in which the discharge suppressing means 201 is configured by connecting a bypass switch 801 and a resistor 802 in parallel. By turning on the bypass switch 801 during normal operation and turning off the bypass switch 801 when an accident occurs, the resistor 802 suppresses the current in the healthy feeder and prevents discharge.
  • the discharge suppressing means 201 shown in this embodiment may operate as an initial charging circuit for the DC load device 104 . That is, when the DC power supply 101 is connected while the power converter 203 is in operation, or when an abnormality occurs due to an accident or the like and the voltage of the energy storage element 202 drops, the energy storage element 202 needs to be charged. . However, if the energy storage element 202 is connected to a DC power supply while the voltage of the energy storage element 202 is low, a transiently large charging current may be generated, which may damage the device. Therefore, the resistor 802 is inserted to suppress the charging current. After charging is completed, the bypass switch 801 is turned on to prevent loss due to the resistor 802 . Bypass switch 801 may be configured by a semiconductor switching element or a relay. Regarding the control of the bypass switch 801, as in the case of the second embodiment, it may be controlled based on the voltage and current information of the DC system or feeder.
  • the discharge suppressing means 201 has a configuration in which the bypass switch 801 and the resistor 802 are connected in parallel, and is controlled according to the current and voltage at the time of the accident.
  • a DC power distribution system capable of continuously operating 203 can be obtained.
  • the discharge suppression means 201 is configured by connecting the resistor 802 and the bypass switch 801 in parallel, but it may be a boost chopper circuit.
  • FIG. 9 shows a diagram in which the discharge suppressing means 201 is a boost chopper circuit.
  • the boost chopper circuit boosts the bus voltage and supplies it to the DC load device.
  • a smoothing capacitor 901 is connected in parallel to a DC bus, and the positive terminal of the parallel connection point is the point where the collector terminal of the semiconductor switching element 903 and the emitter terminal of the semiconductor switching element 904 are connected in series via a reactor 902. Connected.
  • the emitter terminal of the semiconductor switching element 903 is connected to the negative terminal of the DC bus, and the smoothing capacitor 905 on the DC power supply side is connected to the collector terminal of the semiconductor switching element 904 and the collector terminal of the semiconductor switching element 903.
  • the input voltage V in detected by the voltage detector 906 and the output voltage V out detected by the voltage detector 907 are input to the control device 908 to generate gate signals G1 and G2 for the semiconductor switching elements 904 and 903 .
  • the current may be used instead of the voltage for control.
  • the boost chopper may be controlled based on the DC system or feeder voltage and current information.
  • the semiconductor switching elements may be MOSFETs instead of IGBTs.
  • the power converter of the healthy feeder can be continuously operated from the time of the fault until the power is cut off. system can be obtained.
  • FIG. It is composed of a processor 1000 and a storage device 2000.
  • the storage device 2000 includes a volatile storage device such as a random access memory and a non-volatile auxiliary storage device such as a flash memory.
  • an auxiliary storage device such as a hard disk may be provided instead of the flash memory.
  • Processor 1000 controls discharge suppressing means 201 by executing a program input from storage device 2000 .
  • the program is input to the processor 1000 from the auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • the processor 1000 may output data such as calculation results to the volatile storage device of the storage device 2000, or may store the data in the auxiliary storage device via the volatile storage device.
  • 101 DC power supply
  • 102A, 102B feeder
  • 103A, 103B short-circuit current interrupter
  • 104, 104A, 104B DC load device
  • 201 discharge suppressing means
  • 202, 202A energy storage element
  • 203 power converter
  • 204 load
  • 401, 902 reactor
  • 601, 903, 904 semiconductor switching element
  • 801 bypass switch
  • 603, 908 control device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Direct Current Feeding And Distribution (AREA)

Abstract

直流電源（１０１）に連系される直流負荷装置（１０４）が放電抑制手段（２０１）を有し、直流系統で異常が発生した場合でも、直流負荷装置（１０４）におけるエネルギー蓄積要素（２０２）の放電を防止し、異常発生から遮断器（１０３Ａ、１０３Ｂ）等による異常除去を行い、電源が復帰するまでの間、エネルギー蓄積要素（２０２）の蓄積エネルギーにより、直流負荷装置（１０４）の継続運転が可能な直流配電システムを提供する。

Description

直流配電システム
　本願は、直流配電システムに関するものである。
　近年、脱炭素化を背景に、太陽光発電の導入が進んでおり、直流マイクログリッド等の直流配電が注目されている。直流配電では、以下のような恐れがある。
（１）直流系統での短絡事故等の異常が発生した場合、直流系統の電圧が一時的に低下し、負荷が継続運転できない。
（２）負荷のキャパシタ等のエネルギー蓄積要素が放電し、事故除去後、復帰するまで時間を要する。
　上述の恐れに対し、常用電源に異常が発生した場合に電力を負荷に供給するキャパシタと二次電池を有する直流電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１の方法で、異常発生時も負荷に電力を供給することが可能である。すなわち、短時間大電力負荷に対してはキャパシタから電力を供給し、長時間小電力負荷に対しては二次電池から電力を供給することで、二次電池の容量を削減することができ、負荷に対して効率的に電力を供給することができる。
特開２００６－８１３３０号公報
　しかし、特許文献１に記載の方法では、二次電池を必要とするため、直流電源装置が大型化するおそれがある。また、直流母線での事故に対しては、二次電池の直流電圧の低下に対応できない恐れがある。
　本願は、上述のような問題を解決するためになされたもので、異常発生から遮断器等による異常除去を行い電源が復帰するまでの間、負荷の継続運転が可能な直流配電システムを提供する。
　本願に開示される直流配電システムは、短絡電流遮断手段を有する直流系統を含む直流配電システムであって、直流系統に接続され、少なくとも力行および回生動作のいずれかの動作を行う直流負荷装置を備え、直流負荷装置は、エネルギー蓄積手段とエネルギー蓄積手段からの放電を抑制する放電抑制手段とを有し、直流系統で異常が発生した場合に、短絡電流遮断手段を遮断するまでの間、放電抑制手段は、エネルギー蓄積手段の放電を抑制するように動作することにより、エネルギー蓄積手段に蓄積されたエネルギーで、直流負荷装置を継続的に動作することを特徴とする。
　本願に開示される直流配電システムによれば、直流負荷装置が放電抑制手段を有しているため、異常発生から遮断器等による異常除去を行い電源が復帰するまでの間、エネルギー蓄積手段のエネルギーにより直流負荷装置の継続運転をすることができる。
実施の形態に係る直流配電システムの概略構成図である。 実施の形態に係る直流負荷装置の概略構成図である。 直流負荷装置に放電防止手段がなく、エネルギー蓄積要素が直流系統に直接接続された直流配電システムの構成を示す図である。 実施の形態１に係る放電抑制手段がリアクトルである構成を示す図である。 短絡事故が発生した際の直流配電システムの等価回路を示す図である。 実施の形態２に係る放電抑制手段が半導体スイッチング素子であり、系統電圧を検出し制御する構成を示す図である。 実施の形態２に係る放電抑制手段が半導体スイッチング素子であり、系統電流を検出し制御する構成を示す図である。 実施の形態３に係る放電抑制手段がバイパススイッチと抵抗を並列接続した構成を示す図である。 実施の形態４に係る放電抑制手段が昇圧チョッパ回路である構成を示す図である。 実施の形態に係る制御装置のハードウエア構成図である。
　以下、本願に係る直流配電システムの好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、同一内容および相当部については同一符号を配し、その詳しい説明は省略する。以降の実施形態も同様に、同一符号を付した構成について重複した説明は省略する。
実施の形態１．
　図１は、本願の実施の形態に係る直流配電システムを示す図である。図１の直流配電システムは、直流電源１０１と、短絡電流遮断部１０３Ａ、１０３Ｂを有し、直流電圧を配電する各フィーダ１０２Ａ、１０２Ｂと、各フィーダ１０２Ａ、１０２Ｂに接続される直流負荷装置１０４Ａ、１０４Ｂによって構成される。
　短絡電流遮断部１０３Ａ、１０３Ｂは、過大な電流が流れた際に、回路を切り離す機能を有し、例えば機械式の遮断器またはヒューズなどを使用することができる。遮断器とヒューズの両方を組み合わせても良い。短絡電流遮断部１０３Ａ、１０３Ｂは、自身のフィーダで短絡事故が発生した際に流れる過大な電流を遮断するために接続される。また、本実施の形態では、直流電源１０１としたが、交流を入力とし、直流を出力とするＡＣ／ＤＣ変換器、または直流電圧を別の直流電圧に変換するＤＣ／ＤＣ変換器を用いてもよい。また、フィーダ１０２Ａ，１０２Ｂ、および直流負荷装置１０４Ａ、１０４Ｂの台数を２としたが、複数であればよい。
　直流負荷装置１０４（１０４Ａ、１０４Ｂの総称）は、図２に示すように、放電抑制手段２０１、エネルギー蓄積手段であるエネルギー蓄積要素２０２、電力変換装置２０３、負荷２０４によって構成される。負荷２０４の例として、照明負荷、空調設備、およびエレベータなどの動力負荷、太陽光発電などの発電設備、またはバッテリーなどの蓄電設備がある。また電力変換装置２０３により、少なくとも力行動作および回生動作のいずれかを行うようにしてもよい。
　放電抑制手段２０１は、直流系統で短絡事故等の異常が発生した際に、エネルギー蓄積要素２０２が放電するのを抑制する目的で接続される。放電抑制手段２０１の詳細な説明の前に、放電抑制手段２０１の必要性について、図３を用いて説明する。
　図３は、直流負荷装置３０１Ａ、３０１Ｂに放電抑制手段がなく、エネルギー蓄積要素２０２Ａ、２０２Ｂが直流系統に直接接続された直流配電システムの比較例の構成を示している。
　図３において、電力変換装置２０３Ｂの半導体スイッチング素子が短絡したことを想定する。この場合、直流電源１０１から直流負荷装置３０１Ｂに過大な短絡電流３０２が供給される。また、健全動作していたフィーダ（健全フィーダ）１０２Ａからも同様に短絡電流３０３が、短絡した電力変換装置２０３Ｂに向かって流れる。これにより、健全フィーダ１０２Ａのエネルギー蓄積要素２０２Ａが放電し、短絡電流遮断部１０３Ｂによって事故が発生したフィーダ１０２Ｂを直流系統から遮断するまでの間、直流電圧が一時的に低下する。
　その結果、比較例では、健全フィーダ１０２Ａが継続運転できないという問題が生じる。この放電電流を抑制するために、本実施の形態では、図２のように、放電抑制手段２０１を有している。すなわち、放電抑制手段２０１を接続することにより、短絡事故による放電電流によって健全フィーダ１０２Ａの電圧低下を抑制できるため、健全フィーダ１０２Ａの直流負荷装置３０１Ａは動作を継続することができるという利点がある。
　図４は放電抑制手段２０１の構成を示している。放電抑制手段２０１はリアクトル４０１で構成される。図３に示したような短絡事故が発生した際、リアクトル４０１により放電電流の急峻な立上りを抑制することで、エネルギー蓄積要素２０２の放電を防止する。なお、図では直流母線の片側にのみリアクトル４０１を挿入したが、両側に挿入してもよい。
　ここで、放電抑制手段２０１のインダクタンスおよびエネルギー蓄積要素２０２のキャパシタンス決定方法について説明する。図５に短絡事故が発生した場合の等価回路図を示す。ここでは、フィーダ１０２Ｂで短絡事故が発生した場合について説明する。健全フィーダ１０２Ａから短絡事故発生点までのインピーダンスは、放電抑制手段２０１のリアクトル４０１およびエネルギー蓄積要素２０２Ａのキャパシタが充分大きいとして、抵抗のみとする。また、直流負荷装置１０４を電流源５０２で模擬する。
　短絡事故発生時からの回路方程式は以下の式（１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ｓはラプラス演算子、Ｌはリアクトルのインダクタンス、Ｉｓはキャパシタから事故点に流れる短絡電流、Ｃはエネルギー蓄積要素２０２Ａ（キャパシタ）のキャパシタンス、Ｖｄｃ０はエネルギー蓄積要素２０２Ａの事故発生時の電圧である。
　式（１）より、短絡電流を求めると、以下の式（２）が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　式（２）より、時間領域での短絡電流は回路定数に応じて、以下の式（３）、式（４）、および式（５）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 で表される。ここで、ｉｓは時間領域での短絡電流、tは事故発生時からの時間である。
　また、エネルギー蓄積要素２０２Ａのキャパシタ電圧は以下の式（６）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 ここで、vＣはキャパシタ電圧、ＩＬは負荷電流である。
　式（３）、式（４）、式（５）、式（６）より、回路定数に応じたキャパシタ電圧は以下の式（７）、式（８）、式（９）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
 で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
 で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000015
 で表される。
　短絡電流遮断部１０３Ｂが、遮断により事故除去するまでの間、エネルギー蓄積要素（キャパシタ）２０２Ａは、電力変換装置２０３が停止しない最低電圧以上を維持できるようキャパシタンスＣを決定する。したがって、電力変換装置２０３の動作に必要な最低電圧をＶｄｃｍｉｎとし、事故発生から除去までの時間をＴｂとすると、式（７）、式（８）、式（９）より、以下の式（１０）、式（１１）、式（１２）の条件式が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000016
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000017
 で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000018
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000019
 で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000020
 の場合、
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000021
 で表される。
　上記式（１０）、式（１１）、式（１２）を満たすように、放電抑制手段２０１のインダクタンスＬおよびエネルギー蓄積要素２０２のキャパシタンスＣを決定すればよい。なお、事故発生時に、継続運転できるよう、直流負荷装置１０４は、負荷２０４への電力を制限するように動作してもよい。その場合、負荷電流ＩＬは小さくなるため、エネルギー蓄積要素２０２に必要なキャパシタンスは小さくすることができる。
　以上より、放電抑制手段２０１をリアクトルとし、上記式（１０）、式（１１）、式（１２）を満たすように放電抑制手段２０１のインダクタンスＬおよびエネルギー蓄積要素２０２のキャパシタンスＣを決定することで、事故発生時から遮断するまでの間、健全フィーダ１０２Ａの電力変換装置２０３を継続運転可能な直流配電システムを得ることができる。
実施の形態２．
　実施の形態１では、放電抑制手段２０１をインダクタンスとしたが、半導体スイッチング素子としてもよい。
　図６に放電抑制手段２０１を半導体スイッチング素子６０１とする場合の図を示す。放電抑制手段の半導体スイッチング素子６０１は制御装置６０３によって制御される。制御装置６０３は、電圧検出器６０２によって検出された直流電源の電圧Ｖｄｃｓｙｓを入力とする。
　通常動作時は、半導体スイッチング素子６０１をオンにして動作させ、異常が発生し、直流電源１０１の瞬時低下が生じた場合、直流電源電圧が予め定められた値以下になった際に、半導体スイッチング素子６０１をオフとすることで、放電を防止する。また、事故除去後に直流電源電圧が予め定められた値以上に復帰した際に、半導体スイッチング素子６０１をオンする。
　図６では直流電源１０１の電圧を検出し、半導体スイッチング素子６０１を制御する方法としたが、直流母線電流を検出し、制御する方法も可能である。
　図７に放電抑制手段２０１を半導体スイッチング素子６０１とし、直流母線電流に基づいて制御する場合を示す。制御装置６０３は、電流検出器７０１によって検出された直流母線電流Ｉｄｃｓｙｓを入力とする。
　通常動作時は、半導体スイッチング素子６０１をオンにして動作させ、異常が発生し、直流母線電流が増加した場合、直流母線電流が予め定められた値以上になった際に、半導体スイッチング素子６０１をオフとすることで、放電を防止する。また、事故除去後に直流母線電流が予め定められた値以下に減少した際に、半導体スイッチング素子６０１をオンする。
　なお、図７では放電抑制手段２０１の制御装置６０３を電力変換装置２０３とは別に設けたが、電力変換装置２０３の制御装置からの信号としてもよい。また、図では直流電源１０１または直流母線電流を検出し、半導体スイッチング素子６０１を制御する方法としたが、他のフィーダの電圧、電流情報に基づいて、制御する方法としてもよい。また、図では半導体スイッチング素子をＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）としたが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｔｏｒ）としてもよい。
　以上より、放電抑制手段２０１を半導体スイッチング素子６０１とし、事故時の電流電圧に応じて制御することで、事故発生時から遮断するまでの間、健全フィーダ１０２Ａの電力変換装置を継続運転可能な直流配電システムを得ることができる。
実施の形態３．
　実施の形態２では、放電抑制手段２０１を半導体スイッチング素子６０１としたが、バイパススイッチと抵抗を並列接続した構成としてもよい。
　図８に放電抑制手段２０１をバイパススイッチ８０１と抵抗８０２を並列接続した構成の場合の図を示す。通常動作時は、バイパススイッチ８０１をオンにし、事故が発生した場合は、バイパススイッチ８０１をオフにすることで、抵抗８０２によって、健全フィーダの電流を抑制し、放電を防止する。
　なお、本実施の形態で示した放電抑制手段２０１は、直流負荷装置１０４の初期充電回路として動作するようにしてもよい。すなわち、電力変換装置２０３の運転時に直流電源１０１を接続する場合、または事故などにより異常が発生して、エネルギー蓄積要素２０２の電圧が低下した場合等は、エネルギー蓄積要素２０２を充電する必要がある。しかし、エネルギー蓄積要素２０２の電圧が低い状態で直流電源に接続すると、過渡的に大きな充電電流が発生し、機器が故障する恐れがあるため、抵抗８０２を挿入し、充電電流を抑制する。充電完了後は抵抗８０２による損失発生を防ぐため、バイパススイッチ８０１をオンにする。なお、バイパススイッチ８０１は、半導体スイッチング素子あるいはリレーにより構成してもよい。バイパススイッチ８０１の制御に関しては、実施の形態２の場合と同様に、直流系統またはフィーダの電圧、電流情報に基づいて制御してもよい。
　以上より、放電抑制手段２０１をバイパススイッチ８０１と抵抗８０２を並列接続した構成とし、事故時の電流電圧に応じて制御することで、事故発生時から遮断するまでの間、健全フィーダの電力変換装置２０３を継続運転可能な直流配電システムを得ることができる。
実施の形態４．
　実施の形態３では、放電抑制手段２０１を抵抗８０２とバイパススイッチ８０１を並列接続した構成としたが、昇圧チョッパ回路としてもよい。
　図９に放電抑制手段２０１を昇圧チョッパ回路とした場合の図を示す。昇圧チョッパ回路は母線電圧を昇圧し、直流負荷装置に供給する。昇圧チョッパ回路は、直流母線に平滑コンデンサ９０１が並列接続され、並列接続点の正の端子はリアクトル９０２を介して半導体スイッチング素子９０３のコレクタ端子および半導体スイッチング素子９０４のエミッタ端子を直列接続した点に接続される。半導体スイッチング素子９０３のエミッタ端子は直流母線の負の端子に接続され、直流電源装置側の平滑コンデンサ９０５は半導体スイッチング素子９０４のコレクタ端子および半導体スイッチング素子９０３のコレクタ端子に接続された構成となっている。
　電圧検出器９０６によって検出された入力電圧Ｖｉｎおよび電圧検出器９０７によって検出された出力電圧Ｖｏｕｔを制御装置９０８の入力とし、半導体スイッチング素子９０４、９０３のゲート信号Ｇ１、Ｇ２を生成する。なお、実施の形態２または３同様、電圧でなく、電流により制御してもよい。
　通常動作時は、半導体スイッチング素子９０３，９０４をスイッチングし、昇圧動作を行い、事故が発生した場合は、入力電圧Ｖｉｎの低下を検出し、半導体スイッチング素子９０３，９０４をそれぞれオフとすることで、健全フィーダの電流を抑制し、放電を防止する。
　なお、実施の形態２と同様、直流系統またはフィーダの電圧、電流情報に基づいて昇圧チョッパを制御してもよい。半導体スイッチング素子については、ＩＧＢＴではなく、ＭＯＳＦＥＴとしてもよい。
　以上より、放電抑制手段２０１を昇圧チョッパ回路とし、事故時の電流、電圧に応じて制御することで、事故発生時から遮断するまでの間、健全フィーダの電力変換装置を継続運転可能な直流配電システムを得ることができる。
　制御装置６０３、９０８のマイコンのハードウエアの一例を図１０に示す。プロセッサ１０００と記憶装置２０００から構成され、図示していないが、記憶装置２０００はランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１０００は、記憶装置２０００から入力されたプログラムを実行することにより、放電抑制手段２０１の制御を行う。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１０００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１０００は、演算結果等のデータを記憶装置２０００の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
　本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
１０１：直流電源、１０２Ａ、１０２Ｂ：フィーダ、１０３Ａ、１０３Ｂ：短絡電流遮断部、１０４、１０４Ａ、１０４Ｂ：直流負荷装置、２０１：放電抑制手段、２０２、２０２Ａ：エネルギー蓄積要素、２０３：電力変換装置、２０４：負荷、４０１、９０２：リアクトル、６０１、９０３、９０４：半導体スイッチング素子、８０１：バイパススイッチ、６０３、９０８：制御装置。

Claims (14)

  1. 　短絡電流遮断手段を有する直流系統を含む直流配電システムにおいて、
    　前記直流系統に接続され、少なくとも力行および回生動作のいずれかの動作を行う直流負荷装置を備え、
    　前記直流負荷装置は、エネルギー蓄積手段と前記エネルギー蓄積手段からの放電を抑制する放電抑制手段とを有し、
    　前記直流系統で異常が発生した場合に、前記短絡電流遮断手段を遮断するまでの間、前記放電抑制手段は、前記エネルギー蓄積手段の放電を抑制するように動作することにより、前記エネルギー蓄積手段に蓄積されたエネルギーで、前記直流負荷装置を継続的に動作することを特徴とする直流配電システム。
  2. 　前記短絡電流遮断手段は、ヒューズであることを特徴とする請求項１に記載の直流配電システム。
  3. 　前記短絡電流遮断手段は、遮断器であることを特徴とする請求項１に記載の直流配電システム。
  4. 　前記直流負荷装置は、負荷電力を制限することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の直流配電システム。
  5. 　前記放電抑制手段は、リアクトルであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の直流配電システム。
  6. 　前記放電抑制手段は、半導体スイッチであることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の直流配電システム。
  7. 　前記放電抑制手段は、前記直流系統の電圧および電流の少なくともいずれか一方に基づいて、前記半導体スイッチの制御を行うことを特徴とする請求項６に記載の直流配電システム。
  8. 　前記放電抑制手段は、抵抗とバイパススイッチから構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の直流配電システム。
  9. 　前記抵抗と前記バイパススイッチは、前記エネルギー蓄積手段の初期充電回路とすることを特徴とする請求項８に記載の直流配電システム。
  10. 　前記放電抑制手段は、前記直流系統の電圧および電流の少なくともいずれか一方に基づいて、前記バイパススイッチの制御を行うことを特徴とする請求項８または９に記載の直流配電システム。
  11. 　前記放電抑制手段は、チョッパ回路であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の直流配電システム。
  12. 　前記放電抑制手段は、前記直流系統の電圧または電流のうち、少なくともいずれか一方に基づいて、前記チョッパ回路の制御を行うことを特徴とする請求項１１に記載の直流配電システム。
  13. 　前記エネルギー蓄積手段はコンデンサであり、前記直流負荷装置を継続的に動作する最低電圧に基づいて、前記コンデンサの容量を決定していることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の直流配電システム。
  14. 　前記エネルギー蓄積手段はコンデンサであり、コンデンサの容量は、前記直流系統で異常が発生したときから前記短絡電流遮断手段によって遮断されるまでの間、前記直流負荷装置が継続的に動作する最低電圧以上となるように決定していることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の直流配電システム。
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