特開 2023-99913 直流電流遮断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023099913

(43)【公開日】2023-07-14

(54)【発明の名称】直流電流遮断装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20230707BHJP

   H01H 33/59 20060101ALI20230707BHJP

   H01H 9/54 20060101ALI20230707BHJP

   H02H 3/087 20060101ALI20230707BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 301D

H01H33/59 B

H01H9/54 A

H02H3/087

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022000132

(22)【出願日】2022-01-04

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】児山 裕史

(72)【発明者】

【氏名】石黒 崇裕

【テーマコード（参考）】

5G004

5G028

5G034

5G165

【Ｆターム（参考）】

5G004AA04

5G004AB01

5G004BA03

5G028AA22

5G028FB03

5G028FB06

5G034AA08

5G165CA02

5G165CA05

(57)【要約】

【課題】複数の極を持つ直流送電システムに適用される、小規模な部品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。
【解決手段】実施形態の直流電流遮断装置は、半導体遮断器と、複数の第１の転流回路と、複数の第２の転流回路と、第１の電流開閉要素と、第２の電流開閉要素と、を持つ。複数の第１の転流回路は、第１の端子に繋がる第１の正極線と、第２の端子に繋がる第２の正極線との間に流れる電流を選択的な向きで流す。複数の第２の転流回路は、第３の端子に繋がる第１の負極線と、第４の端子に繋がる第２の負極線との間に流れる電流を選択的な向きで流す。第１の電流開閉要素は、第１の転流回路を介して第１の正極線と第２の正極線との間に流れる電流を半導体遮断器に流す、あるいは阻止する。第２の電流開閉要素は、第２の転流回路を介して第１の負極線と第２の負極線との間に流れる電流を半導体遮断器に流す、あるいは阻止する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体遮断器と、
第１の端子に繋がる直流送電線である第１の正極線と、第２の端子に繋がる直流送電線である第２の正極線との間に流れる電流を選択的な向きで流す複数の第１の転流回路と、
第３の端子に繋がる直流送電線である第１の負極線と、第４の端子に繋がる直流送電線である第２の負極線との間に流れる電流を選択的な向きで流す複数の第２の転流回路と、
前記第１の転流回路を介して前記第１の正極線と前記第２の正極線との間に流れる電流を前記半導体遮断器に流す、あるいは阻止する第１の電流開閉要素と、
前記第２の転流回路を介して前記第１の負極線と前記第２の負極線との間に流れる電流を前記半導体遮断器に流す、あるいは阻止する第２の電流開閉要素と、
を備える直流電流遮断装置。

【請求項2】

いずれかの前記直流送電線に事故が発生した際に、
前記事故が発生した直流送電線である事故回線に繋がる前記第１の電流開閉要素、あるいは前記第２の電流開閉要素のいずれか一方から前記半導体遮断器に電流を流し、
前記事故回線に繋がる前記第１の転流回路、あるいは前記第２の転流回路のいずれか一方は、前記事故回線に流れる電流を前記半導体遮断器に向けて流す、
請求項１に記載の直流電流遮断装置。

【請求項3】

前記第１の電流開閉要素は、少なくとも一以上の機械式接点であり、
前記第２の電流開閉要素は、少なくとも一以上の機械式接点である、
請求項１または請求項２に記載の直流電流遮断装置。

【請求項4】

前記第１の電流開閉要素は、少なくとも一以上のサイリスタであり、
前記第２の電流開閉要素は、少なくとも一以上のサイリスタである、
請求項１または請求項２に記載の直流電流遮断装置。

【請求項5】

前記第１の電流開閉要素と前記第２の電流開閉要素とのそれぞれは、前記半導体遮断器に電流が流入する側に少なくとも一以上のダイオードが配置され、前記半導体遮断器から電流が流出する側に少なくとも一以上のサイリスタが配置される、
請求項１または請求項２に記載の直流電流遮断装置。

【請求項6】

前記第１の電流開閉要素と前記第２の電流開閉要素とのそれぞれは、前記半導体遮断器に電流が流入する側に少なくとも一以上のサイリスタが配置され、前記半導体遮断器から電流が流出する側に少なくとも一以上のダイオードが配置される、
請求項１または請求項２に記載の直流電流遮断装置。

【請求項7】

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は、第１の機械式接点とブリッジ回路とを並列接続した並列回路と、少なくとも一以上の第１の機械式接点と、を直列接続した構成であり、
前記ブリッジ回路は、少なくとも一以上の半導体スイッチング素子と電圧源とを互いに接続した構成である、
請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の直流電流遮断装置。

【請求項8】

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は、機械式接点と、少なくとも一以上の自己消弧型の半導体スイッチング素子とを直列接続した直列回路である、
請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の直流電流遮断装置。

【請求項9】

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は、第１の機械式接点とブリッジ回路とを並列接続した並列回路と、少なくとも一以上の第１の機械式接点と、を直列接続した構成であり、
前記ブリッジ回路は、少なくとも一以上の半導体スイッチング素子と、少なくとも一以上のダイオードと、電圧源とを互いに接続した構成である、
請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の直流電流遮断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、直流電流遮断装置に関する。

【背景技術】

【0002】

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、か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。

【0003】

直流電流遮断装置の一つの方式として、ハイブリッド方式がある。ハイブリッド方式の直流電流遮断装置は、主に機械式接点と半導体遮断器を備える。定常送電のとき、ハイブリッド方式の直流電流遮断装置は、機械式接点を通して直流電流を通電する。一方、事故回線を遮断するとき、ハイブリッド方式の直流電流遮断装置は、何らかの転流手段によって遮断する直流送電線に流れる直流電流を半導体遮断器に転流させ、半導体遮断器によって直流電流を遮断する。これにより、ハイブリッド方式の直流電流遮断装置では、定常送電時に直流電流の損失を低減し、遮断時には、高速に事故回線を遮断することができる。

【0004】

近年、例えば、正極と負極との複数の極を持つ直流送電システムの検討や導入も進められている。複数の極を持つ直流送電システムは、例えば、接地レベルを中性点とし、この中性点とそれぞれの極の直流送電線との間に極性が異なる直流電流を流す。これにより、複数の極を持つ直流送電システムでは、中性点には直流電流が流れず、それぞれの直流送電線の間で直流電流が流れる。つまり、複数の極を持つ直流送電システムは、二回線分の直流送電を行うことができる。複数の極を持つ直流送電システムでは、中性点を持つことにより、それぞれの極の直流送電線に接続される構成要素に必要な耐圧を低く抑える（ここでは、半分にする）ことができる。

【0005】

しかしながら、複数の極を持つ直流送電システムにおいてハイブリッド方式の直流電流遮断装置を適用する場合、それぞれの極の直流送電線に対してハイブリッド方式の直流電流遮断装置を接続する必要があった。このため、複数の極を持つ直流送電システムでは、直流送電を行う極の数が増えるほど、ハイブリッド方式の直流電流遮断装置の数が増加し、直流送電システムの部品規模が大きくなってしまう可能性があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】国際公開第２０１９／０３５１８０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、複数の極を持つ直流送電システムに適用される、小規模な部品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。

【課題を解決するための手段】

【0008】

実施形態の直流電流遮断装置は、半導体遮断器と、複数の第１の転流回路と、複数の第２の転流回路と、第１の電流開閉要素と、第２の電流開閉要素と、を持つ。複数の第１の転流回路は、第１の端子に繋がる直流送電線である第１の正極線と、第２の端子に繋がる直流送電線である第２の正極線との間に流れる電流を選択的な向きで流す。複数の第２の転流回路は、第３の端子に繋がる直流送電線である第１の負極線と、第４の端子に繋がる直流送電線である第２の負極線との間に流れる電流を選択的な向きで流す。第１の電流開閉要素は、前記第１の転流回路を介して前記第１の正極線と前記第２の正極線との間に流れる電流を前記半導体遮断器に流す、あるいは阻止する。第２の電流開閉要素は、前記第２の転流回路を介して前記第１の負極線と前記第２の負極線との間に流れる電流を前記半導体遮断器に流す、あるいは阻止する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る直流電流遮断装置が適用される直流送電システムの構成の一例を示す図。

【図2】第１の実施形態の直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。

【図3】第１の具体例の直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。

【図4】第１の具体例の直流電流遮断装置の動作について説明するための図（その１）。

【図5】第１の具体例の直流電流遮断装置の動作について説明するための図（その２）。

【図6】第１の具体例の直流電流遮断装置の動作について説明するための図（その３）。

【図7】第１の具体例の直流電流遮断装置の動作について説明するための図（その４）。

【図8】第２の具体例の直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。

【図9】転流回路の別の構成の一例を示す図。

【図10】第３の具体例の直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。

【図11】第４の具体例の直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。

【図12】第２の実施形態に係る直流電流遮断装置が適用される直流送電システムの構成の一例を示す図。

【図13】第２の実施形態の直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0010】

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。

【0011】

（第１の実施形態）
［直流送電システムの構成］
図１は、第１の実施形態に係る直流電流遮断装置（ＤＣＣＢ：Direct Current Circuit Breaker）が適用される直流送電システムの構成の一例を示す図である。図１には、互いに送電を行う複数（図１では三つ）の交流系統の送受電端の間を双極の直流送電線で接続した構成の直流送電システム１の一例を示している。直流送電システム１は、例えば、接地レベルを中性点とし、この中性点を基準とした正極と負極との異なる複数の極性を持つ直流電流を送電する、つまり、二回線分の直流送電を行う直流送電システムである。直流送電システム１における正極とは、中性点の電位を低電位側とし、直流送電線の電位を高電位側として表す極性である。直流送電システム１における負極とは、中性点の電位を高電位側とし、直流送電線の電位を低電位側として表す極性である。直流送電システム１では、直流電流の送電において、中性点には直流電流が流れず、正極側の直流送電線の電位と、負極側の直流送電線の電位との電位差に応じた直流電流が送電される。このため、直流送電システム１では、直流電流を送電するためにそれぞれの構成要素に要求される耐圧が、対応する一方の極に直流電流を流すために必要な耐圧となるなり、中性接地点を持たずに二つの直流送電線間の電位差に応じた直流電流を流す直流送電システムに比べて低く抑えることができる。より具体的には、直流送電システム１では、中性接地点を持たずに二つの直流送電線間の電位差に応じた直流電流を流す直流送電システムの半分の耐圧となる。

【0012】

直流送電システム１は、例えば、三つの交流系統ＡＣ（交流系統ＡＣ－１～ＡＣ－３）と、六つの電力変換器１０（電力変換器１０－Ｐ－１～１０－Ｐ－３、１０－Ｎ－１～１０－Ｎ－３）と、三つの直流電流遮断装置２０（直流電流遮断装置２０－１～２０－３）とを備える。図１においては、それぞれの構成要素の符号の後に「－（ハイフン）」と文字とを付して、それぞれの構成要素が対応する直流電力（直流電流）の極性を表している。より具体的には、「－Ｐ」を付した構成要素が正極側の直流電流に対応し、「－Ｎ」を付した構成要素が負極側の直流電流に対応することを表している。さらに、図１においては、それぞれの構成要素の符号の最後に「－（ハイフン）」と数字とを付して、それぞれの構成要素の対応関係を表している。直流送電システム１では、例えば、電力変換器１０－Ｐ－１～１０－Ｐ－３のそれぞれが、正極側の直流電流に対応し、電力変換器１０－Ｎ－１～１０－Ｎ－３のそれぞれが、負極側の直流電流に対応する。直流送電システム１では、例えば、電力変換器１０－Ｐ－１および電力変換器１０－Ｎ－１と、直流電流遮断装置２０－１とが交流系統ＡＣ－１に対応する。同様に、直流送電システム１では、例えば、電力変換器１０－Ｐ－２および電力変換器１０－Ｎ－２と、直流電流遮断装置２０－２とが交流系統ＡＣ－２に対応し、電力変換器１０－Ｐ－３および電力変換器１０－Ｎ－３と、直流電流遮断装置２０－３とが交流系統ＡＣ－３に対応する。以下の説明においては、それぞれの構成要素が対応する直流電力（直流電流）の極性や、それぞれの構成要素の対応関係を区別しない場合には、それぞれの構成要素の符号に付したハイフンと文字や数字とを省略する。

【0013】

直流送電システム１において、対応するそれぞれの構成要素同士は、近隣に配置（設置）される。直流送電システム１では、交流系統ＡＣ－１と、交流系統ＡＣ－２と、交流系統ＡＣ－３との間で互いに送受電を行う。

【0014】

交流系統ＡＣのそれぞれは、交流電力を送電する送電設備である。交流系統ＡＣは、送電されてきた交流電力を、接続された先に存在する需要家に送電する。交流系統ＡＣは、発電設備であってもよい。

【0015】

電力変換器１０のそれぞれは、交流側に入力された交流電力（交流電流）を直流電力（直流電流）に変換して直流側に出力する、あるいは、直流側に入力された直流電力（直流電流）を交流電力（交流電流）に変換して交流側に出力する、交直変換器の一種である。電力変換器１０－１～１０－３のそれぞれは、例えば、交流／直流（ＡＣ／ＤＣ）コンバーターである。電力変換器１０は、例えば、交流系統ＡＣにより出力された三相の交流電流を、正極側の直流電流、あるいは負極側の直流電流に変換して、直流電流遮断装置２０側に出力する。電力変換器１０は、例えば、直流電流遮断装置２０側より供給された正極側の直流電流、あるいは負極側の直流電流を三相の交流電流に変換して、交流系統ＡＣ側に出力する。電力変換器１０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半導体スイッチ部で構成されたハーフブリッジ回路を用いてアームを構成するモジュラーマルチレベル変換器（Modular Multilevel Converter：ＭＭＣ）である。

【0016】

直流電流遮断装置２０のそれぞれは、電力変換器１０により出力された直流電流を送電する直流送電線ＬＮが接続される。図１に示した直流送電システム１では、電力変換器１０のそれぞれが、直流電流遮断装置２０－１～直流電流遮断装置２０－３を介して、互いに対応する直流送電線ＬＮによって接続されている。より具体的には、直流送電システム１では、直流電流遮断装置２０－１と直流電流遮断装置２０－２とが正極側の直流送電線ＬＮ－Ｐ－１と、負極側の直流送電線ＬＮ－Ｎ－１とによって接続されている。同様に、直流送電システム１では、電力変換器１０のそれぞれが、直流電流遮断装置２０－２と直流電流遮断装置２０－３とを介して、正極側の直流送電線ＬＮ－Ｐ－２と、負極側の直流送電線ＬＮ－Ｎ－２とによって接続され、直流電流遮断装置２０－１と直流電流遮断装置２０－３とを介して、正極側の直流送電線ＬＮ－Ｐ－３と、負極側の直流送電線ＬＮ－Ｎ－３とによって接続されている。これにより、直流送電システム１では、電力変換器１０のそれぞれが、直流電流遮断装置２０－１と、直流電流遮断装置２０－２と、直流電流遮断装置２０－３と、互いに接続された直流送電線ＬＮを介して、互いに直流電流を送電する。直流送電線ＬＮ－Ｐ－１は、「第１の正極線」の一例であり、直流送電線ＬＮ－Ｐ－３は、「第２の正極線」の一例であり、直流送電線ＬＮ－Ｎ－１は、「第１の負極線」の一例であり、直流送電線ＬＮ－Ｎ－３は、「第２の負極線」の一例である。

【0017】

それぞれの直流電流遮断装置２０は、接続されたいずれかの直流送電線ＬＮで事故が発生した際に、例えば、直流送電システム１における上位側の制御装置（不図示）や直流電流遮断装置２０の制御装置（不図示）からの指示に応じて、系統事故（以下、単に「事故」という）が発生した直流送電線ＬＮ（事故回線）との接続点（接続端子）を電気的に遮断する。これにより、直流送電システム１では、事故回線を切り離し、健全回線による送電を維持する。

【0018】

不図示の上位側の制御装置や直流電流遮断装置２０の不図示の制御装置（以下、それぞれの制御装置を区別せずに、「上位制御装置」という）は、直流電流遮断装置２０が備えるそれぞれの構成要素を制御することにより、直流電流遮断装置２０における直流送電線ＬＮの遮断および導通を制御する。上位制御装置は、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。上位制御装置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。上位制御装置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、予め上位制御装置が備える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、記憶媒体が上位制御装置が備えるドライブ装置に装着されることで上位制御装置が備える記憶装置にインストールされてもよい。

【0019】

［直流電流遮断装置の構成］
次に、直流電流遮断装置２０の構成の一例について説明する。図２は、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０の構成の一例を示す図である。図２には、対応する直流送電線ＬＮの節点部分に構成する直流電流遮断装置２０の一例を示している。図２に示した直流電流遮断装置２０は、例えば、直流電流遮断装置２０－１の一例である。直流電流遮断装置２０では、例えば、電力変換器１０が変換して出力する正極側の直流電流の送電線（これも、直流送電線ＬＮである）が電力変換器１０側の端子ｂ１に接続され、他の直流電流遮断装置２０側の端子ａ１あるいは端子ａ２に正極側の直流送電線ＬＮ－Ｐが接続される。直流電流遮断装置２０では、例えば、電力変換器１０が変換して出力する負極側の直流電流の送電線（これも、直流送電線ＬＮである）が電力変換器１０側の端子ｂ２に接続され、他の直流電流遮断装置２０側の端子ａ３あるいは端子ａ４に負極側の直流送電線ＬＮ－Ｎが接続される。端子ａ１は、「第１の端子」の一例であり、端子ａ２は、「第２の端子」の一例であり、端子ａ３は、「第３の端子」の一例であり、端子ａ４は、「第４の端子」の一例である。

【0020】

直流電流遮断装置２０は、例えば、複数の転流回路２０１（転流回路２０１－１～２０１－８）と、複数の電流開閉要素２０２（電流開閉要素２０２－１～２０２－４）と、一つの半導体遮断器２０３と、を備える。直流電流遮断装置２０は、接続された正極側の直流送電線ＬＮ－Ｐおよび負極側の直流送電線ＬＮ－Ｎの遮断に用いる構成要素である半導体遮断器２０３を、全ての直流送電線ＬＮで共有する構成である。この構成により、直流電流遮断装置２０では、半導体遮断器２０３をそれぞれの直流送電線ＬＮごとに複数備える構成よりも、直流電流遮断装置２０、さらには直流送電システム１のサイズ（部品規模）を低減することができる。

【0021】

転流回路２０１のそれぞれは、両端に接続された直流送電線ＬＮの間、あるいは電流開閉要素２０２に流れる直流電流の向き、あるいは大きさを切り替える（転流する）。転流回路２０１は、構成要素（以下、「転流要素」という）として、例えば、半導体スイッチング素子とダイオードとが互いに並列に接続された半導体スイッチ部を備える。転流回路２０１が備える半導体スイッチ部のオン状態およびオフ状態は、例えば、直流送電システム１における不図示の上位制御装置によって制御される。つまり、転流回路２０１は、上位制御装置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、両端に接続された直流送電線ＬＮの間、あるいは電流開閉要素２０２に流れる直流電流を転流させる。

【0022】

転流回路２０１－１は、端子ａ１と電流開閉要素２０２－１との間に直列接続され、不図示の上位制御装置による制御に応じて、端子ａ１と電流開閉要素２０２－１との間に流れる正極側の直流電流を転流させる。転流回路２０１－２は、端子ａ１と電流開閉要素２０２－２との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、端子ａ１と電流開閉要素２０２－２との間に流れる正極側の直流電流を転流させる。転流回路２０１－３は、端子ａ２と電流開閉要素２０２－１との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、端子ａ２と電流開閉要素２０２－１との間に流れる正極側の直流電流を転流させる。転流回路２０１－４は、端子ａ２と電流開閉要素２０２－２との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、端子ａ２と電流開閉要素２０２－２との間に流れる正極側の直流電流を転流させる。転流回路２０１－５は、端子ａ３と電流開閉要素２０２－３との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、端子ａ３と電流開閉要素２０２－３との間に流れる負極側の直流電流を転流させる。転流回路２０１－６は、端子ａ３と電流開閉要素２０２－４との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、端子ａ３と電流開閉要素２０２－４との間に流れる負極側の直流電流を転流させる。転流回路２０１－７は、端子ａ４と電流開閉要素２０２－３との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、端子ａ４と電流開閉要素２０２－３との間に流れる負極側の直流電流を転流させる。転流回路２０１－８は、端子ａ４と電流開閉要素２０２－４との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、端子ａ４と電流開閉要素２０２－４との間に流れる負極側の直流電流を転流させる。転流回路２０１－１、転流回路２０１－２、転流回路２０１－３、および転流回路２０１－４は、「第１の転流回路」の一例であり、転流回路２０１－５、転流回路２０１－６、転流回路２０１－７、および転流回路２０１－８は、「第２の転流回路」の一例である。

【0023】

電流開閉要素２０２のそれぞれは、両端に接続された直流送電線ＬＮの間に流れる直流電流を許容（直流電流が流れる方向を制限）、あるいは阻止する。電流開閉要素２０２の開状態および閉状態は、例えば、直流送電システム１における不図示の上位制御装置によって制御される。つまり、電流開閉要素２０２は、上位制御装置による開状態または閉状態のいずれかの状態への制御に応じて、両端に接続された直流送電線ＬＮの間に直流電流が流れることを許容する（流れる方向を制限する）、あるいは流れを阻止する。

【0024】

電流開閉要素２０２－１は、転流回路２０１－１および転流回路２０１－３と、電流開閉要素２０２－３および半導体遮断器２０３との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、転流回路２０１－１および転流回路２０１－３側から半導体遮断器２０３側に正極側の直流電流が流れるのを許容し、電流開閉要素２０２－３側あるいは半導体遮断器２０３側から転流回路２０１－１および転流回路２０１－３側に電流が流れるのを阻止する。電流開閉要素２０２－２は、転流回路２０１－２および転流回路２０１－４と、電流開閉要素２０２－４および半導体遮断器２０３との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、半導体遮断器２０３側から転流回路２０１－２および転流回路２０１－４側に正極側の直流電流が流れるのを許容し、転流回路２０１－２および転流回路２０１－４側から半導体遮断器２０３側あるいは電流開閉要素２０２－４側に電流が流れるのを阻止する。電流開閉要素２０２－３は、転流回路２０１－５および転流回路２０１－７と、電流開閉要素２０２－１および半導体遮断器２０３との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、転流回路２０１－５および転流回路２０１－７側から半導体遮断器２０３側に負極側の直流電流が流れるのを許容し、電流開閉要素２０２－１側あるいは半導体遮断器２０３側から転流回路２０１－５および転流回路２０１－７側に電流が流れるのを阻止する。電流開閉要素２０２－４は、転流回路２０１－６および転流回路２０１－８と、電流開閉要素２０２－２および半導体遮断器２０３との間に直列接続され、上位制御装置による制御に応じて、半導体遮断器２０３側から転流回路２０１－６および転流回路２０１－８側に負極側の直流電流が流れるのを許容し、転流回路２０１－６および転流回路２０１－８側から半導体遮断器２０３側あるいは電流開閉要素２０２－２側に電流が流れるのを阻止する。電流開閉要素２０２－１および転流回路２０１－２は、「第１の電流開閉要素」の一例であり、電流開閉要素２０２－３および転流回路２０１－４は、「第２の電流開閉要素」の一例である。電流開閉要素２０２－１、転流回路２０１－２、電流開閉要素２０２－３、および転流回路２０１－４は、「電流開閉要素」の一例である。

【0025】

半導体遮断器２０３は、両端の間に流れる直流電流を許容、あるいは阻止（遮断）する。図２には、半導体遮断器２０３の構成の一部を示している。図２に示した半導体遮断器２０３は、例えば、互いに同じ向きで直列に接続された複数の半導体スイッチ部（図２には二つの半導体スイッチ部のみを示している）の直列回路と、アレスタとが並列に接続された構成である。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。半導体遮断器２０３が備える半導体スイッチ部のオン状態およびオフ状態は、例えば、直流送電システム１における上位制御装置（不図示）によって制御される。つまり、半導体遮断器２０３は、不図示の上位制御装置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、両端の間に流れる直流電流を許容、あるいは阻止（遮断）する。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備える複数の半導体スイッチ部がオフ状態に制御された場合に、接続された直流送電線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２０３は、上位制御装置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、両端の間に流れる直流電流を許容、あるいは阻止（遮断）する。

【0026】

直流電流遮断装置２０では、半導体遮断器２０３が備える半導体スイッチ部を構成するダイオードのカソードに電流開閉要素２０２－１および電流開閉要素２０２－３が接続され、ダイオードのアノードに電流開閉要素２０２－２および電流開閉要素２０２－４が接続されている。従って、半導体遮断器２０３は、電流開閉要素２０２－１および電流開閉要素２０２－３側から電流開閉要素２０２－２および電流開閉要素２０２－４に流れる直流電流を、オン状態のときに許容し、オフ状態のときに遮断する。

【0027】

［直流電流遮断装置の第１の具体例］
次に、直流電流遮断装置２０の第１の具体例の構成について説明する。図３は、第１の具体例の直流電流遮断装置２０の構成の一例を示す図である。図３に示した第１の具体例の直流電流遮断装置２０は、転流回路２０１が、例えば、機械式接点と双方向Ｈブリッジ回路とが並列に接続された並列回路２０１１と、機械式接点とが直列に接続された構成であり、電流開閉要素２０２が機械式接点である。並列回路２０１１が備える双方向Ｈブリッジ回路は、四つの半導体スイッチ部と、一つのコンデンサとが互いに接続されている。双方向Ｈブリッジ回路が備える半導体スイッチング素子も、半導体遮断器２０３が備える半導体スイッチ部の半導体スイッチング素子と同様に、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子である。ただし、転流回路２０１が備える半導体スイッチ部の半導体スイッチング素子は、半導体遮断器２０３が備える半導体スイッチ部の半導体スイッチング素子よりも耐圧が低いものであってもよい。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。並列回路２０１１は、「並列回路」の一例であり、並列回路２０１１を構成する機械式接点は、「第１の機械式接点」の一例であり、並列回路２０１１を構成する双方向Ｈブリッジ回路は、「ブリッジ回路」の一例である。双方向Ｈブリッジ回路が備える半導体スイッチ部は、「半導体スイッチング素子」の一例であり、双方向Ｈブリッジ回路が備えるコンデンサは、「電圧源」の一例である。

【0028】

［第１の具体例の直流電流遮断装置２０における直流送電線ＬＮの遮断の動作］
ここで、図４～図７を参照して、例えば、第１の具体例の直流電流遮断装置２０が直流電流遮断装置２０－１であり、端子ａ２に接続された直流送電線ＬＮ－Ｐ－３から端子ａ１に接続された直流送電線ＬＮ－Ｐ－１に正極側の直流電流が流れているときに、直流送電線ＬＮ－Ｐ－１において事故が発生した場合を例として、直流電流遮断装置２０が直流送電線ＬＮ－Ｐ－１を遮断させる動作の一例について説明する。このとき、端子ａ３に接続された直流送電線ＬＮ－Ｎ－１と端子ａ４に接続された直流送電線ＬＮ－Ｎ－３とに流れる負極側の直流電流の経路には事故が発生していないものとする。図４～図７には、第１の具体例の直流電流遮断装置２０が直流送電線ＬＮ－Ｐ－１を遮断させる動作における直流電流遮断装置２０内の直流電流の流れを示している。図４～図７では、端子ｂ１および端子ｂ２に流れる直流電流、つまり、対応する電力変換器１０－Ｐ－１と電力変換器１０－Ｎ－１とのそれぞれの電力変換器１０側に流れる直流電流の図示を省略している。

【0029】

直流電流遮断装置２０における定常の送電状態（初期状態）において、全ての転流回路２０１が備える機械式接点は閉極され、全ての電流開閉要素２０２が備える機械式接点は開極されている。この場合、直流電流遮断装置２０では、図４に示すように、端子ａ２に入力された正極側の直流電流が、正極側の転流回路２０１－１～２０１－４のそれぞれを通って端子ａ１に流れ、端子ａ３に入力された負極側の直流電流が、負極側の転流回路２０１－５～２０１－８のそれぞれを通って端子ａ４に流れる。

【0030】

ここで、直流送電線ＬＮ－Ｐ－１に事故が発生した場合、不図示の上位制御装置は、以下のような手順で直流電流遮断装置２０が備える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、事故が発生した直流送電線ＬＮ－Ｐ－１を遮断する。

【0031】

（手順１）：まず、上位制御装置は、事故が発生した直流送電線ＬＮ－Ｐ－１の極、つまり正極側の電流開閉要素２０２－１および電流開閉要素２０２－２を閉極させる。そして、上位制御装置は、転流回路２０１－１および転流回路２０１－４が備えるそれぞれの機械式接点を開極させる。つまり、上位制御装置は、転流回路２０１－１および転流回路２０１－４が備える並列回路２０１１内の機械式接点と、並列回路２０１１に直列接続された機械式接点との二つの機械式接点を開極させる。この場合でも、直流電流遮断装置２０では、図５に示すように、事故が発生した正極側において、転流回路２０１－１～２０１－４のそれぞれを通って、正極側の直流電流が端子ａ２から端子ａ１に流れている状態である。これは、それぞれの機械式接点を開極させただけでは、それぞれの機械式接点におけるそれぞれの接点間に生じたアークによって、直流送電線ＬＮ－Ｐ－１を電気的に遮断させた状態（遮断状態）にはならないからである。この場合でも、直流電流遮断装置２０では、図５に示すように、事故が発生していない側の負極側の直流電圧は、定常の送電状態から変わらずに、転流回路２０１－５～２０１－８のそれぞれを通って端子ａ３から端子ａ４に流れている。

【0032】

（手順２）：次に、上位制御装置は、転流回路２０１－１および転流回路２０１－４が備える並列回路２０１１内の双方向Ｈブリッジ回路を構成するそれぞれの半導体スイッチング素子のうち二つをオン状態にし、並列回路２０１１内の機械式接点に流れる電流を打ち消す。これにより、直流電流遮断装置２０では、転流回路２０１－１および転流回路２０１－４が備える並列回路２０１１内の機械式接点の接点間に生じたアークが消弧される。

【0033】

（手順３）：次に、上位制御装置は、転流回路２０１－１および転流回路２０１－４が備える並列回路２０１１内の双方向Ｈブリッジ回路を構成するそれぞれの半導体スイッチング素子をオフ状態にし、半導体遮断器２０３が備えるそれぞれの半導体スイッチング素子をオン状態にする。これにより、直流電流遮断装置２０では、図６に示すように、端子ａ２に入力された正極側の直流電流が、転流回路２０１－３、電流開閉要素２０２－１、半導体遮断器２０３、電流開閉要素２０２－２、転流回路２０１－２のそれぞれを通って端子ａ１に流れる。つまり、直流電流遮断装置２０では、端子ａ２に入力された正極側の直流電流が、半導体遮断器２０３に転流する。言い換えれば、直流電流遮断装置２０では、発生した事故による事故電流が、半導体遮断器２０３に転流する。この場合でも、直流電流遮断装置２０では、図６に示すように、事故が発生していない側の負極側の直流電圧は、定常の送電状態から変わらずに、転流回路２０１－５～２０１－８のそれぞれを通って端子ａ３から端子ａ４に流れている。

【0034】

（手順４）：次に、上位制御装置は、半導体遮断器２０３が備えるそれぞれの半導体スイッチング素子をオフ状態にする。これにより、直流電流遮断装置２０では、図７に示すように、事故が発生した直流送電線ＬＮ－Ｐ－１が遮断される。つまり、直流電流遮断装置２０では、端子ａ２から、事故が発生した直流送電線ＬＮ－Ｐ－１が接続されている端子ａ１への正極側の直流電流の流れが遮断される。そして、上位制御装置は、事故が発生した直流送電線ＬＮ－Ｐ－１を電気的に隔離する動作を完了する。この場合でも、直流電流遮断装置２０では、図７に示すように、事故が発生していない側の負極側の直流電圧は、定常の送電状態から変わらずに、転流回路２０１－５～２０１－８のそれぞれを通って端子ａ３から端子ａ４に流れている。つまり、直流電流遮断装置２０では、事故が発生していない側での送電は維持されている。

【0035】

このような手順によって、直流電流遮断装置２０では、不図示の上位制御装置が、事故が発生した直流送電線ＬＮが接続されている側の極に属する転流回路２０１や電流開閉要素２０２と、半導体遮断器２０３との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って、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断する。このときも、直流電流遮断装置２０では、事故が発生していない側の極における送電を維持することができる。ここで、直流電流遮断装置２０が、例えば、正極側および負極側にさらに別の直流送電線ＬＮを接続することができる構成である場合、事故が発生した極側においても、事故が発生した直流送電線ＬＮを介さない送電は維持することができる。

【0036】

そして、直流電流遮断装置２０では、正極側と負極側とで半導体遮断器２０３を共有しているため、半導体遮断器２０３をそれぞれの直流送電線ＬＮごとに複数備える構成よりも、直流電流遮断装置２０、さらには直流送電システム１の部品点数を大幅に削減し、サイズを低減することができる。

【0037】

上述した直流電流遮断装置２０における直流送電線ＬＮ－Ｐ－１の遮断動作の一例では、正極側の直流電流が端子ａ２から端子ａ１に向かって流れる場合について説明した。しかし、正極側の直流電流は、図４～図７に示した向きと反対方向、つまり、端子ａ１から端子ａ２に向かって流れる場合もある。この場合でも、上位制御装置は、発生した事故による事故電流を半導体遮断器２０３に転流させるように制御すればよい。より具体的には、上位制御装置は、手順１において、転流回路２０１－２および転流回路２０１－３が備えるそれぞれの機械式接点を開極させて、手順２において、転流回路２０１－２および転流回路２０１－３が備える並列回路２０１１内の双方向Ｈブリッジ回路を構成するそれぞれの半導体スイッチング素子をオン状態にする。そして、上位制御装置は、手順３において、転流回路２０１－２および転流回路２０１－３が備える並列回路２０１１内の双方向Ｈブリッジ回路を構成するそれぞれの半導体スイッチング素子をオフ状態にし、半導体遮断器２０３が備えるそれぞれの半導体スイッチング素子をオン状態にして、事故電流を半導体遮断器２０３に転流させる。その後、上位制御装置は、手順４において、半導体遮断器２０３が備えるそれぞれの半導体スイッチング素子をオフ状態にして、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断すればよい。

【0038】

［直流電流遮断装置の第２の具体例］
次に、直流電流遮断装置２０の第２の具体例の構成について説明する。図８は、第２の具体例の直流電流遮断装置２０の構成の一例を示す図である。図８に示した第２の具体例の直流電流遮断装置２０（以下、「直流電流遮断装置２１」という）では、転流回路２０１の構成が、第１の具体例の直流電流遮断装置２０が備える転流回路２０１の構成から変わっている。直流電流遮断装置２１が備える転流回路２０１（以下、「転流回路２１１」という）は、例えば、複数の半導体スイッチ部（図８には二つの半導体スイッチ部のみを示している）が互いに逆向きで直列に接続された直列回路２１１１と、機械式接点とが直列に接続された構成である。直列回路２１１１が備える半導体スイッチ部を構成する半導体スイッチング素子も、第１の具体例の直流電流遮断装置２０の転流回路２０１が備える半導体スイッチ部の半導体スイッチング素子と同様に、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子である。この場合の半導体スイッチング素子も、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。直列回路２１１１は、「直列回路」の一例であり、直列回路２１１１を構成する半導体スイッチ部は、「自己消弧型の半導体スイッチング素子」の一例であり、機械式接点は、「機械式接点」の一例である。

【0039】

［第２の具体例の直流電流遮断装置２１における直流送電線ＬＮの遮断の動作］
直流電流遮断装置２１において事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断させる動作は、図４～図７を参照して説明した、第１の具体例の直流電流遮断装置２０において事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断させる動作と同様である。つまり、上位制御装置は、直流電流遮断装置２１でも、図４～図７に示したように事故電流を半導体遮断器２０３に転流させて、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断すればよい。従って、直流電流遮断装置２１における直流送電線ＬＮの遮断の動作に関する詳細な説明は省略する。ただし、直流電流遮断装置２１では、第１の具体例の直流電流遮断装置２０が備える転流回路２０１が、転流回路２１１に代わっている。そして、転流回路２１１内の直列回路２１１１では、転流回路２０１内の並列回路２０１１が備えていた機械式接点とＨブリッジ回路とを備えていない。このため、直流電流遮断装置２１では、上位制御装置が第１の具体例の直流電流遮断装置２０において制御していた、転流回路２０１が備える並列回路２０１１内の機械式接点を開極させる制御が省略され、Ｈブリッジ回路の半導体スイッチング素子のオン、オフ制御は、直列回路２１１１のオフ制御に置き換えられる。

【0040】

このようにして、直流電流遮断装置２１でも、第１の具体例の直流電流遮断装置２０と同様に、不図示の上位制御装置が、事故が発生した直流送電線ＬＮが接続されている側の極に属する転流回路２１１や電流開閉要素２０２と、半導体遮断器２０３との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って、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断することができる。このとき、直流電流遮断装置２１でも、事故が発生していない側の極における送電を維持することができる。

【0041】

転流回路２０１や転流回路２１１が備える転流要素の構成は、図３に示した第１の具体例の直流電流遮断装置２０において転流回路２０１が備える、機械式接点と双方向Ｈブリッジ回路とが並列に接続された並列回路２０１１と、機械式接点とが直列に接続された構成や、図８に示した直流電流遮断装置２１において転流回路２１１が備える、複数の半導体スイッチ部の直列回路２１１１と、機械式接点とが直列に接続された構成に限定されない。

【0042】

ここで、転流回路が備える転流要素の別の構成について説明する。図９は、転流回路２０１（転流回路２１１であってもよい）の別の構成の一例を示す図である。図９に示した転流回路２２１は、例えば、機械式接点と単方向Ｈブリッジ回路とが並列に接続された並列回路２２１１と、機械式接点とが直列に接続された構成である。並列回路２０１１が備える単方向Ｈブリッジ回路は、二つの半導体スイッチ部、二つのダイオード、および一つのコンデンサが互いに接続されている。単方向Ｈブリッジ回路が備える半導体スイッチ部を構成する半導体スイッチング素子も、第１の具体例の直流電流遮断装置２０の転流回路２０１や、直流電流遮断装置２１の転流回路２１１が備える半導体スイッチ部の半導体スイッチング素子と同様に、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）などのスイッチング素子である。この場合の半導体スイッチング素子も、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。並列回路２２１１は、「並列回路」の一例であり、並列回路２２１１を構成する機械式接点は、「第１の機械式接点」の一例であり、並列回路２２１１を構成する単方向Ｈブリッジ回路は、「ブリッジ回路」の一例である。単方向Ｈブリッジ回路が備える半導体スイッチ部は、「半導体スイッチング素子」の一例であり、単方向Ｈブリッジ回路が備えるコンデンサは、「電圧源」の一例である。

【0043】

転流回路が図９に示した転流回路２２１の構成に代わっても、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０（直流電流遮断装置２１も含む）は、不図示の上位制御装置が、上述したように事故が発生した直流送電線ＬＮが接続されている側の極に属する転流回路２２１や電流開閉要素２０２と、半導体遮断器２０３との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って、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断することができる。このとき、転流回路２２１を備える直流電流遮断装置２０（直流電流遮断装置２１も含む）でも、事故が発生していない側の極における送電を維持することができる。

【0044】

［直流電流遮断装置の第３の具体例］
次に、直流電流遮断装置２０の第３の具体例の構成について説明する。図１０は、第３の具体例の直流電流遮断装置２０の構成の一例を示す図である。図１０に示した第３の具体例の直流電流遮断装置２０（以下、「直流電流遮断装置２２」という）では、電流開閉要素２０２の構成が、第１の具体例の直流電流遮断装置２０が備える電流開閉要素２０２の構成から変わっている。直流電流遮断装置２２が備える電流開閉要素２０２（以下、「電流開閉要素２２２」という）は、例えば、サイリスタで構成される。電流開閉要素２２２は、複数のサイリスタが互いに同じ向きで直列に接続された構成であってもよい。サイリスタの向き、つまり、アノードとカソードとが接続される方向は、半導体遮断器２０３が直流電流を流す方向と同じ方向である。つまり、半導体遮断器２０３に直流電流が流入する側に配置される電流開閉要素２２２－１および電流開閉要素２２２－３では、カソードが半導体遮断器２０３側に接続され、半導体遮断器２０３から直流電流が流出する側に配置される電流開閉要素２２２－２および電流開閉要素２２２－４では、アノードが半導体遮断器２０３側に接続される。サイリスタのゲートは、例えば、直流送電システム１における不図示の上位制御装置によって制御される。電流開閉要素２２２は、上位制御装置によるサイリスタのゲートの制御に応じて、両端に接続された直流送電線ＬＮの間に流れる直流電流を許容、あるいは阻止する。

【0045】

直流電流遮断装置２２における直流送電線ＬＮの遮断の動作は、上位制御装置が、第１の具体例の直流電流遮断装置２０や第２の具体例の直流電流遮断装置２１における直流送電線ＬＮの遮断の動作と等価なものになるようにすればよい。従って、直流電流遮断装置２２における直流送電線ＬＮの遮断の動作に関する詳細な説明は省略する。

【0046】

直流電流遮断装置２２でも、第１の具体例の直流電流遮断装置２０や第２の具体例の直流電流遮断装置２１と同様に、不図示の上位制御装置が、事故が発生した直流送電線ＬＮが接続されている側の極に属する転流回路２０１や電流開閉要素２２２と、半導体遮断器２０３との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って、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断することができる。このとき、直流電流遮断装置２２でも、事故が発生していない側の極における送電を維持することができる。

【0047】

［直流電流遮断装置の第４の具体例］
次に、直流電流遮断装置２０の第４の具体例の構成について説明する。図１１は、第４の具体例の直流電流遮断装置２０の構成の一例を示す図である。図１１に示した第４の具体例の直流電流遮断装置２０（以下、「直流電流遮断装置２３」という）では、第３の具体例の直流電流遮断装置２２が備える正極側の二つの電流開閉要素２２２のうちの一方と、負極側の二つの電流開閉要素２２２のうちの一方とのそれぞれの構成が、電流開閉要素２３２にそれぞれ代わっている。図１１に示した直流電流遮断装置２３では、直流電流遮断装置２２が備える正極側の電流開閉要素２２２－１が電流開閉要素２３２－１に代わり、負極側の電流開閉要素２２２－３が電流開閉要素２３２－３に代わっている。直流電流遮断装置２３は、直流電流遮断装置２２が備える正極側の電流開閉要素２２２－２が電流開閉要素２３２－２に代わり、負極側の電流開閉要素２２２－４が電流開閉要素２３２－４に代わってもよい。電流開閉要素２３２は、例えば、ダイオードで構成される。電流開閉要素２３２は、複数のダイオードが互いに同じ向きで直列に接続された構成であってもよい。電流開閉要素２３２が備えるダイオードの向き、つまり、アノードとカソードとが接続される方向は、直流電流遮断装置２２が備える、対応する位置の電流開閉要素２２２と同じ向きである。つまり、直流電流遮断装置２３でも、電流開閉要素２３２が備えるダイオードの向きは、半導体遮断器２０３が直流電流を流す際に流れる電流と同じ方向である。つまり、半導体遮断器２０３に直流電流が流入する側に配置される電流開閉要素２２２－１および電流開閉要素２２２－３に代わる電流開閉要素２３２では、カソードが半導体遮断器２０３側に接続され、半導体遮断器２０３から直流電流が流出する側に配置される電流開閉要素２２２－２および電流開閉要素２２２－４に代わる電流開閉要素２３２では、アノードが半導体遮断器２０３側に接続される。電流開閉要素２３２は、上位制御装置による制御によらずに、両端に接続された直流送電線ＬＮの間に流れる直流電流を許容、あるいは阻止する。

【0048】

直流電流遮断装置２３における直流送電線ＬＮの遮断の動作は、上位制御装置が、第１の具体例の直流電流遮断装置２０や、第２の具体例の直流電流遮断装置２１、第３の具体例の直流電流遮断装置２２における直流送電線ＬＮの遮断の動作と等価なものになるようにすればよい。従って、直流電流遮断装置２３における直流送電線ＬＮの遮断の動作に関する詳細な説明は省略する。

【0049】

直流電流遮断装置２３でも、第１の具体例の直流電流遮断装置２０や、第２の具体例の直流電流遮断装置２１、第３の具体例の直流電流遮断装置２２と同様に、不図示の上位制御装置が、事故が発生した直流送電線ＬＮが接続されている側の極に属する転流回路２０１や電流開閉要素２２２と、半導体遮断器２０３との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って、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断することができる。このとき、直流電流遮断装置２３でも、事故が発生していない側の極における送電を維持することができる。

【0050】

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２０は、送受電端の間を正極と負極との双極の直流送電線ＬＮで接続した構成の直流送電システム１において、対応する直流送電線ＬＮの節点部分に配置される。そして、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０は、上位制御装置が、事故が発生した直流送電線ＬＮが接続されている側の極に属する転流回路２０１や電流開閉要素２０２と、半導体遮断器２０３との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って、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断する。このとき、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０では、事故が発生していない側の極における送電が維持される。

【0051】

しかも、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０では、正極側の直流送電線ＬＮの経路と、負極側の直流送電線ＬＮの経路とで、半導体遮断器２０３を共有する。つまり、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０は、半導体遮断器２０３をそれぞれの直流送電線ＬＮごとに複数備える構成ではなく、一つの半導体遮断器２０３をそれぞれの極で共有する構成である。これにより、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０では、少なくとも半導体遮断器２０３を構成するために要する部品点数（部品規模）を低減することができる。このことにより、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０を適用した直流送電システム１では、部品点数を大幅に削減し、サイズを低減することにより、設置するために必要な領域を小さくすることができる。

【0052】

直流電流遮断装置２０の構成は、図２に示した構成に限定されない。直流電流遮断装置２０は、定常の送電状態では、図４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、いずれかの直流送電線ＬＮで事故が発生した場合には、図５～図７に示すような経路で事故電流を半導体遮断器２０３に転流させてから、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断する構成であれば、いかなる構成であってもよい。つまり、直流電流遮断装置２０の構成は、図４～図７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２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、転流回路２０１や、電流開閉要素２０２、半導体遮断器２０３の構成を、直列または並列に接続した構成にしてもよい。

【0053】

直流電流遮断装置２０では、正極側と負極側とのそれぞれの直流送電線ＬＮの数が二つである、つまり、二回線である場合の構成を示したが、それぞれの極の回線数は、３回線以上であってもよい。直流電流遮断装置２０では、直流電流が、正極と負極との二極である場合の構成を示したが、直流電流の極数は、３極以上であってもよい。直流電流遮断装置２０では、正極側と負極側とのそれぞれで半導体遮断器２０３を共有する構成を示したが、それぞれの極の回線数が３回線以上である、または直流電流の極数が３極以上である場合、全ての回線あるいは極で半導体遮断器２０３を共有する構成でなくてもよい。つまり、少なくとも二回線あるいは二極で半導体遮断器２０３を共有する構成であれば、直流電流遮断装置２０や直流送電システム１を構成する際の部品点数を削減し、サイズを低減する効果が得られる。

【0054】

（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１２は、第２の実施形態に係る直流電流遮断装置（ＤＣＣＢ）が適用される直流送電システムの構成の一例を示す図である。図１２の（ａ）には、比較のため、第１の実施形態の直流送電システム１の構成の一例を示し、図１２の（ｂ）には、第２の実施形態の直流送電システム２の構成の一例を示している。ただし、図１２の（ａ）および図１２の（ｂ）には、比較を容易にするため、二つの交流系統ＡＣの間を双極の直流送電線ＬＮで接続した直流送電システムの一例を示している。

【0055】

上述したように、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０は、図１２の（ａ）に示した直流送電システム１のような、正極と負極との双極の直流送電線ＬＮ、言い換えれば、正極側および負極側のそれぞれで一つずつの直流送電線ＬＮで互いに送電を行う直流送電システムに対応する構成であった。

【0056】

これに対して、図１２の（ｂ）に示した直流送電システム２は、正極側および負極側の直流送電線ＬＮがそれぞれ二つずつ、つまり、二回線の構成である。以下の説明においては、この直流送電システム２の構成を「二双極」ともいう。

【0057】

直流送電システム２は、例えば、二つ交流系統ＡＣ（交流系統ＡＣ－１およびＡＣ－２）と、八つの電力変換器１０（電力変換器１０－Ｐ１－１、１０－Ｐ２－１、１０－Ｐ１－２、１０－Ｐ２－２、１０－Ｎ１－１、１０－Ｎ２－１、１０－Ｎ１－２、および１０－Ｎ２－２）と、二つの直流電流遮断装置２５（直流電流遮断装置２５－１および２５－２）とを備える。直流送電システム２においては、第１の実施形態の直流送電システム１が備える構成要素と同様の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。従って、直流送電システム２が備える構成要素において、第１の実施形態の直流送電システム１が備える構成要素と同様の構成や動作をする構成要素に関しての再度の詳細な説明は省略し、異なる構成や動作についてのみを説明する。

【0058】

図１２の（ｂ）に示した直流送電システム２においては、それぞれの構成要素の符号の後に「－（ハイフン）」と文字および数字とを付して、それぞれの構成要素が対応する直流電力（直流電流）の極性および極数を表している。より具体的には、「－Ｐ１」を付した構成要素が正極側の第１の直流電流に対応し、「－Ｐ２」を付した構成要素が正極側の第２の直流電流に対応し、「－Ｎ１」を付した構成要素が負極側の第１の直流電流に対応し、「－Ｎ２」を付した構成要素が負極側の第２の直流電流に対応することを表している。図１２の（ｂ）においても、それぞれの構成要素の符号の最後に付した「－（ハイフン）」と数字とは、第１の実施形態と同様に、それぞれの構成要素の対応関係を表している。以下の説明においても、それぞれの構成要素が対応する直流電力（直流電流）の極性および極数や、それぞれの構成要素の対応関係を区別しない場合には、それぞれの構成要素の符号に付したハイフンと文字や数字とを省略する。

【0059】

直流送電システム２においても、直流送電システム１と同様に、対応するそれぞれの構成要素同士は、近隣に配置（設置）される。直流送電システム２では、交流系統ＡＣ－１と、交流系統ＡＣ－２との間で、互いに二双極で送受電を行う。

【0060】

直流電流遮断装置２５のそれぞれは、直流電流遮断装置２０と同様に、対応する電力変換器１０により出力された直流電流を送電する直流送電線ＬＮが接続される。直流電流遮断装置２５は、正極側および負極側のそれぞれが二つずつの直流送電線ＬＮに対応する構成である。図１２の（ｂ）に示した直流送電システム２では、対応する電力変換器１０同士が、直流電流遮断装置２５－１および直流電流遮断装置２５－２を介して、互いに対応する直流送電線ＬＮによって接続されている。より具体的には、直流送電システム２では、電力変換器１０のそれぞれが、直流電流遮断装置２５－１と直流電流遮断装置２５－２とを介して、正極側の第１の直流送電線ＬＮ－Ｐ１および第２の直流送電線ＬＮ－Ｐ２と、負極側の第１の直流送電線ＬＮ－Ｎ１および第２の直流送電線ＬＮ－Ｎ２とによって接続されている。これにより、直流送電システム２では、電力変換器１０のそれぞれが、直流電流遮断装置２５－１と直流電流遮断装置２５－２と、互いに接続された二双極の直流送電線ＬＮを介して、互いに直流電流を送電する。

【0061】

それぞれの直流電流遮断装置２５も、接続されたいずれかの直流送電線ＬＮで事故が発生した際に、例えば、直流送電システム２における不図示の上位側の制御装置や直流電流遮断装置２５の不図示の制御装置などの上位制御装置からの指示に応じて、事故が発生した直流送電線ＬＮ（事故回線）との接続点（接続端子）を電気的に遮断する。これにより、直流送電システム２でも、事故回線を切り離し、健全回線による送電を維持する。

【0062】

［直流電流遮断装置の構成］
次に、直流電流遮断装置２５の構成の一例について説明する。図１３は、第２の実施形態の直流電流遮断装置２５の構成の一例を示す図である。図１３には、対応する直流送電線ＬＮの節点部分に構成する直流電流遮断装置２５の一例を示している。図１３に示した直流電流遮断装置２５は、例えば、直流電流遮断装置２５－１の一例である。直流電流遮断装置２５では、例えば、電力変換器１０－Ｐ１－１が変換して出力する正極側の第１の直流電流の送電線（これも、直流送電線ＬＮである）が電力変換器１０－Ｐ１－１側の端子ｂ１に接続され、他の直流電流遮断装置２５側の端子ａ１あるいは端子ａ２に正極側の第１の直流送電線ＬＮ－Ｐ１が接続される。直流電流遮断装置２５では、例えば、電力変換器１０－Ｐ２－１が変換して出力する正極側の第２の直流電流の送電線（これも、直流送電線ＬＮである）が電力変換器１０－Ｐ２－１側の端子ｂ３に接続され、他の直流電流遮断装置２５側の端子ａ５あるいは端子ａ６に正極側の第２の直流送電線ＬＮ－Ｐ２が接続される。直流電流遮断装置２５では、例えば、電力変換器１０－Ｎ１－１が変換して出力する負極側の第１の直流電流の送電線（これも、直流送電線ＬＮである）が電力変換器１０－Ｎ１－１側の端子ｂ２に接続され、他の直流電流遮断装置２５側の端子ａ３あるいは端子ａ４に負極側の第１の直流送電線ＬＮ－Ｎ１が接続される。直流電流遮断装置２５では、例えば、電力変換器１０－Ｎ２－１が変換して出力する負極側の第２の直流電流の送電線（これも、直流送電線ＬＮである）が電力変換器１０－Ｎ２－１側の端子ｂ４に接続され、他の直流電流遮断装置２５側の端子ａ７あるいは端子ａ８に負極側の第２の直流送電線ＬＮ－Ｎ２が接続される。

【0063】

直流電流遮断装置２５は、例えば、複数の転流回路２０１（転流回路２０１－１～２０１－１６）と、複数の電流開閉要素２０２（電流開閉要素２０２－１～２０２－８）と、一つの半導体遮断器２０３と、を備える。直流電流遮断装置２５においては、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０が備える構成要素と同様の機能を有する構成要素に同一の符号を付している。直流電流遮断装置２５が備えるそれぞれの構成要素は、備える数が異なるが、直流電流遮断装置２０が備える対応する構成要素を同様である。従って、直流電流遮断装置２５が備える構成要素に関しての再度の詳細な説明は省略する。

【0064】

直流電流遮断装置２５では、転流回路２０１－１～２０１－８と、電流開閉要素２０２－１～２０２－４との構成が、正極側の第１の直流送電線ＬＮ－Ｐ１および負極側の第１の直流送電線ＬＮ－Ｎ１に対応する直流電流遮断装置の構成である。直流電流遮断装置２５では、転流回路２０１－９～２０１－１６と、電流開閉要素２０２－５～２０２－８との構成が、正極側の第２の直流送電線ＬＮ－Ｐ２および負極側の第２の直流送電線ＬＮ－Ｎ２に対応する直流電流遮断装置の構成である。そして、直流電流遮断装置２５では、接続された正極側の第１の直流送電線ＬＮ－Ｐ１、第２の直流送電線ＬＮ－Ｐ２、負極側の第１の直流送電線ＬＮ－Ｎ１、および第２の直流送電線ＬＮ－Ｎ２の遮断に用いる構成要素である半導体遮断器２０３を、全ての直流送電線ＬＮで共有している構成である。この構成により、直流電流遮断装置２５でも、半導体遮断器２０３をそれぞれの直流送電線ＬＮごとに複数備える構成よりも、直流電流遮断装置２５、さらには直流送電システム２のサイズ（部品規模）を低減することができる。

【0065】

直流電流遮断装置２５における直流送電線ＬＮの遮断の動作は、上位制御装置が、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０における直流送電線ＬＮの遮断の動作と等価なものになるようにすればよい。従って、直流電流遮断装置２５における直流送電線ＬＮの遮断の動作に関する詳細な説明は省略する。

【0066】

直流電流遮断装置２５でも、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０と同様に、不図示の上位制御装置が、事故が発生した直流送電線ＬＮが接続されている側の極に属する転流回路２０１や電流開閉要素２０２と、半導体遮断器２０３との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って、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断することができる。このとき、直流電流遮断装置２５でも、事故が発生していない側の極における送電を維持することができる。さらに、直流電流遮断装置２５は、二双極の構成、つまり、正極側および負極側の直流送電線ＬＮが二回線の構成であるため、いずれか一つの直流送電線ＬＮに事故が発生したことによりその直流送電線ＬＮを遮断したとしても、残り直流送電線ＬＮを用いて、事故が発生していないときと等価な送電を維持することができる。

【0067】

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２５は、送受電端の間を正極と負極との双極の直流送電線ＬＮを二回線で接続した二双極の構成の直流送電システム２において、対応する直流送電線ＬＮの節点部分に配置される。そして、第２の実施形態の直流電流遮断装置２５でも、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０と同様に、上位制御装置が、事故が発生した直流送電線ＬＮが接続されている側の極に属する転流回路２０１や電流開閉要素２０２と、半導体遮断器２０３との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って、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断する。このとき、第２の実施形態の直流電流遮断装置２５では、事故が発生していない側の極における送電が維持される。さらに、第２の実施形態の直流電流遮断装置２５では、二回線の構成の直流送電線ＬＮのうち、事故が発生していない方の回線の直流送電線ＬＮを用いて、事故が発生していないときと等価な送電が維持される。

【0068】

しかも、第２の実施形態の直流電流遮断装置２５でも、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０と同様に、正極側の二回線の直流送電線ＬＮの経路と、負極側の二回線の直流送電線ＬＮの経路とで、半導体遮断器２０３を共有する。つまり、第２の実施形態の直流電流遮断装置２５でも、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０と同様に、半導体遮断器２０３をそれぞれの直流送電線ＬＮごとに複数備える構成ではなく、一つの半導体遮断器２０３をそれぞれの極で共有する構成である。これにより、第２の実施形態の直流電流遮断装置２５でも、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０と同様に、少なくとも半導体遮断器２０３を構成するために要する部品点数（部品規模）を低減することができる。このことにより、第２の実施形態の直流電流遮断装置２５を適用した直流送電システム２でも、第１の実施形態の直流電流遮断装置２０を適用した直流送電システム１と同様に、部品点数を大幅に削減し、サイズを低減することにより、設置するために必要な領域を小さくすることができる。

【0069】

直流電流遮断装置２５の構成は、図１３に示した構成に限定されない。直流電流遮断装置２５も、直流電流遮断装置２０と同様に、定常の送電状態では、図４に示すような経路と等価な経路で電流を流すことができ、いずれかの直流送電線ＬＮで事故が発生した場合には、図５～図７に示すような経路と等価な経路で事故電流を半導体遮断器２０３に転流させてから、事故が発生した直流送電線ＬＮを遮断する構成であれば、いかなる構成であってもよい。つまり、直流電流遮断装置２５の構成も、直流電流遮断装置２０と同様に、図４～図７に示した経路と等価な経路で導通させることができる構成であれば、図１３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、直流電流遮断装置２５でも、転流回路２０１や、電流開閉要素２０２、半導体遮断器２０３の構成を、直列または並列に接続した構成にしてもよい。

【0070】

直流電流遮断装置２５でも、直流電流遮断装置２０と同様に、正極側と負極側とのそれぞれの極の回線数は、３回線以上であってもよい。直流電流遮断装置２５でも、直流電流遮断装置２０と同様に、直流電流が、正極と負極との二極である場合の構成を示したが、直流電流の極数は、３極以上であってもよい。直流電流遮断装置２５でも、直流電流遮断装置２０と同様に、正極側と負極側とのそれぞれで半導体遮断器２０３を共有する構成を示したが、それぞれの極の回線数が３回線以上である、または直流電流の極数が３極以上である場合、全ての回線あるいは極で半導体遮断器２０３を共有する構成でなくてもよい。つまり、少なくとも二極および二回線で半導体遮断器２０３を共有する構成であれば、直流電流遮断装置２５や直流送電システム２を構成する際の部品点数を削減し、サイズを低減する効果が得られる。

【0071】

上記に述べたとおり、各実施形態の直流電流遮断装置は、送受電端の間を正極と負極との双極の直流送電線で接続した構成の直流送電システムにおいて、対応する直流送電線の節点部分に配置される。そして、各実施形態の直流電流遮断装置では、上位制御装置（不図示）が、事故が発生した直流送電線が接続されている側の極に属する転流回路や電流開閉要素と、半導体遮断器との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って、事故が発生した直流送電線を遮断する。このとき、各実施形態の直流電流遮断装置では、事故が発生していない側の極における送電が維持される。

【0072】

しかも、各実施形態の直流電流遮断装置では、正極側の直流送電線の経路と、負極側の直流送電線の経路とで、半導体遮断器を共有する。つまり、各実施形態の直流電流遮断装置は、半導体遮断器をそれぞれの直流送電線ごとに複数備える構成ではなく、一つの半導体遮断器をそれぞれの極で共有する構成である。これにより、各実施形態の直流電流遮断装置では、少なくとも半導体遮断器を構成するために要する部品点数（部品規模）を低減することができる。このことにより、各実施形態の直流電流遮断装置を適用した直流送電システムでは、部品点数を大幅に削減し、サイズを低減することにより、設置するために必要な領域を小さくすることができる。

【0073】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、半導体遮断器（２０３）と、第１の端子（ａ１）に繋がる直流送電線（ＬＮ）である第１の正極線（ＬＮ－Ｐ－１）と、第２の端子（ａ２）に繋がる直流送電線である第２の正極線（ＬＮ－Ｐ－３）との間に流れる電流を選択的な向きで流す複数の第１の転流回路（２０１－１、２０１－２、２０１－３、および２０１－４）と、第３の端子（ａ３）に繋がる直流送電線である第１の負極線（ＬＮ－Ｎ－１）と、第４の端子（ａ４）に繋がる直流送電線である第２の負極線（ＬＮ－Ｎ－３）との間に流れる電流を選択的な向きで流す複数の第２の転流回路（２０１－５、２０１－６、２０１－７、および２０１－８）と、前記第１の転流回路を介して前記第１の正極線と前記第２の正極線との間に流れる電流を前記半導体遮断器に流す、あるいは阻止する第１の電流開閉要素（２０２－１および２０１－２）と、前記第２の転流回路を介して前記第１の負極線と前記第２の負極線との間に流れる電流を前記半導体遮断器に流す、あるいは阻止する第２の電流開閉要素（２０２－３および２０１－４）と、を備えることにより、小規模な部品構成で、複数の極を持つ直流送電システムに適用される直流電流遮断装置を実現することができる。

【0074】

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。

【符号の説明】

【0075】

１，２・・・直流送電システム、１０，１０－Ｐ－１，１０－Ｐ－２，１０－Ｐ－３，１０－Ｎ－１，１０－Ｎ－２，１０－Ｎ－３，１０－Ｐ１－１，１０－Ｐ２－１，１０－Ｐ１－２，１０－Ｐ２－２，１０－Ｎ１－１，１０－Ｎ２－１，１０－Ｎ１－２，１０－Ｎ２－２・・・電力変換器、２０，２０－１，２０－２，２０－３，２１，２２，２３，２５，２５－１，２５－２・・・直流電流遮断装置、２０１，２０１－１，２０１－２，２０１－３，２０１－４，２０１－５，２０１－６，２０１－７，２０１－８，２０１－９，２０１－１０，２０１－１１，２０１－１２，２０１－１３，２０１－１４，２０１－１５，２０１－１６，２１１，２１１－１，２１１－２，２１１－３，２１１－４，２１１－５，２１１－６，２１１－７，２１１－８，２２１・・・転流回路、２０１１，２２１１・・・並列回路、２１１１・・・直列回路、２０２，２０２－１，２０２－２，２０２－３，２０２－４，２２２，２２２－１，２２２－２，２２２－３，２２２－４，２３２，２３２－１，２３２－３・・・電流開閉要素、２０３・・・半導体遮断器、ＬＮ，ＬＮ－Ｐ－１，ＬＮ－Ｐ－２，ＬＮ－Ｐ－３，ＬＮ－Ｎ－１，ＬＮ－Ｎ－２，ＬＮ－Ｎ－３，ＬＮ－Ｐ１，ＬＮ－Ｐ２，ＬＮ－Ｎ１，ＬＮ－Ｎ２・・・直流送電線、ＡＣ，ＡＣ－１，ＡＣ－２，ＡＣ－３・・・交流系統

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】