特開 2024-119209 電力供給システム

(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】P2024119209

(43)【公開日】2024-09-03

(54)【発明の名称】電力供給システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 1/00 20060101AFI20240827BHJP

   H02H 3/087 20060101ALI20240827BHJP

   H02J 1/02 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

H02J1/00 301D

H02H3/087

H02J1/02

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023025951

(22)【出願日】2023-02-22

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】深野 達雄

【テーマコード（参考）】

5G004

5G165

【Ｆターム（参考）】

5G004AA05

5G004AB01

5G004BA01

5G004BA03

5G004CA02

5G004DA01

5G165AA05

5G165BB08

5G165CA05

5G165LA02

5G165NA01

5G165NA03

(57)【要約】

【課題】直流の電力線間を接続する直流送電系統において、短絡等の事故検出を迅速かつ確実に行うことを可能にした電力供給システムを提供する。
【解決手段】直流で電力を供給する電力供給システムであって、複数の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）と、複数の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）が接続される中継点に繋がれたリアクトルＬ（Ｌａ～Ｌｄ）と、リアクトルＬ（Ｌａ～Ｌｄ）の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）が繋がれた端子とは反対側の端子に繋がれたキャパシタを含むフィルタ１２と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流で電力を供給する電力供給システムであって、
複数の電力線と、
前記複数の電力線が接続される中継点に繋がれたリアクトルと、
前記リアクトルの前記電力線が繋がれた端子とは反対側の端子に繋がれたキャパシタを含むフィルタと、
を備えることを特徴とする電力供給システム。

【請求項2】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
前記フィルタは、前記リアクトルに印加される１ｋＨｚ以上の周波数を有する電圧振動成分を減衰させるローパスフィルタであることを特徴とする電力供給システム。

【請求項3】

請求項１に記載の電力供給システムであって、
正極側の前記電力線と負極側の前記電力線の２線間を地絡する、又は、前記２線間に短絡検出器を接続したことを特徴とする電力供給システム。

【請求項4】

請求項１～請求項３のいずれか1項に記載の電力供給システムであって、
前記リアクトルは、前記複数の電力線のうち少なくとも２つに共通に接続された１つのリアクトルであることを特徴とする電力供給システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力供給システムに関する。

【背景技術】

【0002】

高電圧直流系の送電システムにおいて短絡等の事故区間を検出する技術として、電力線の両端に線路と直列にリアクトルを挿入する技術（直列リアクトル方式）が開示されている（非特許文献１）。当該直列リアクトル方式では、直列に繋がれたリアクトルの電力線路側における電圧の変化率を測定する。電力線の線路内において系統事故が発生した場合、事故により生じたサージ電圧により電力線の電圧は急峻に変化するので、リアクトルによってサージ電圧が平滑化される作用を用いて事故の検出を行う。

【0003】

また、交流と直流とを互いに変換する電力変換器の直流側に接続される直流母線に接続される直流の電力線において、並列キャパシタと電流検出器と事故判定装置を備えた送電システムが開示されている（特許文献１）。並列キャパシタは直流の電力線の端部において電力線と接地との間に接続される。電流検知器は、並列キャパシタに流れる電流を検知する。事故判定装置は、電流検知器により検出された電流値に対して演算を行い、電力線の事故の有無を判定する。なお、直流の母線と電力線との間にリアクトルを接続し、並列キャパシタと共にローパスフィルタを構成してもよいとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－４５００５号公報

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】J. Sneath, and A. D. Rajapakse, IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 31, No. 3 (2016), pp.973-981.

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、直流高電圧の送電系に関して、直列リアクトル方式では事故によって電力線に重畳する電圧振動成分が減衰し難く、事故の検出が困難な場合がある。また、直列リアクトルが多く挿入されると事故による電圧振動成分が複雑化するため、電力線に繋がる機器類の誤動作を招くおそれがある。また、並列キャパシタを用いた技術では、電力線間の短絡は検出の対象外である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１つの態様は、直流で電力を供給する電力供給システムであって、複数の電力線と、前記複数の電力線が接続される中継点に繋がれたリアクトルと、前記リアクトルの前記電力線が繋がれた端子とは反対側の端子に繋がれたキャパシタを含むフィルタと、を備えることを特徴とする。

【0008】

また、前記フィルタは、前記リアクトルに印加される１ｋＨｚ以上の周波数を有する電圧振動成分を減衰させるローパスフィルタであることを特徴とする。

【0009】

また、正極側の前記電力線と負極側の前記電力線の２線間を地絡する、又は、前記２線間に短絡検出器を接続したことを特徴とする。

【0010】

また、前記リアクトルは、前記複数の電力線のうち少なくとも２つに共通に接続された１つのリアクトルであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、直流の電力線間を接続する直流送電系統において、短絡等の事故検出を迅速かつ確実に行うことを可能にした電力供給システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態における電力供給システムの基本構成を示す図である。

【図2】第１の実施の形態における電力供給システムの基本構成を示す図である。

【図3】第１の実施の形態における電力供給システムの構成を示す図である。

【図4】フィルタの構成例を示す図である。

【図5】フィルタの構成例を示す図である。

【図6】第２の実施の形態における電力供給システムの基本構成を示す図である。

【図7】第２の実施の形態における電力供給システムの構成を示す図である。

【図8】第３の実施の形態における電力供給システムの構成を示す図である。

【図9】第３の実施の形態における電力供給システムの具体的な構成を示す図である。

【図10】第３の実施の形態における電力供給システムの構成の別例を示す図である。

【図11】第３の実施の形態における電力供給システムの具体的な構成の別例を示す図である。

【図12】第４の実施の形態における電力供給システムの構成を示す図である。

【図13】第４の実施の形態における電力供給システムの構成の別例を示す図である。

【図14】第５の実施の形態における電力供給システムの構成を示す図である。

【図15】電流検出器の構成例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態における電力供給システム１００の基本構成は、図１に示すように、電力線１０（１０ａ～１０ｄ）及びフィルタ１２を含んで構成される。

【0014】

図１に示すように、電力供給システム１００では、直流で電力を供給する複数本の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）が接続される中継点において、電圧振動成分を減衰させるフィルタ１２が接続されている点において特徴を有する。

【0015】

一部の電力線１０は、交流／直流変換器を介して交流発電機に接続された母線に繋がり、母線から供給される直流の電力を負荷へ供給するために用いられてもよい。電力供給システム１００では、様々な場所に電力を供給するために複数の電力線１０が張り巡らされている。複数の電力線１０は、中継点において互いに繋がれている。

【0016】

当該基本構成では、電力線１０（１０ａ～１０ｄ）は、直流の正極（＋）側の電力線としている。ただし、電力線１０（１０ａ～１０ｄ）は、直流の負極（－）側の電力線としてもよい。

【0017】

第１の実施の形態における電力供給システム１００の具体的な構成例は、図２に示すように、電力線１０（１０ａ～１０ｄ）、フィルタ１２及びリアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄを含んで構成される。

【0018】

電力線１０と中継点との間には、それぞれリアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄが接続される。リアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄは、電力線１０において短絡等の系統事故が生じた場合に、系統事故によって生ずるサージ電圧により電力線１０の電圧が急峻に変化することを緩和する。

【0019】

電力供給システム１００では、中継点にフィルタ１２が接続される。すなわち、リアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄの電力線１０が繋がれた端子とは反対側の端子はループ状に接続され、当該ループ内にフィルタ１２が接続される。フィルタ１２は、１ｋＨｚ以上の周波数を有する電圧振動成分を減衰させるローパスフィルタとすることが好適である。

【0020】

図３は、電力供給システム１００に、事故検出用の電流検出器１４（１４ａ～１４ｄ）を接続した構成を示す。電流検出器１４（１４ａ～１４ｄ）は、電力線１０の各々に対してリアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄの中継点とは反対側の端子側に接続される。電流検出器１４は、キャパシタと電流検出回路を含んで構成され、キャパシタに流れ込む電流の電流値を電流検出回路で検出する。電力線１０に事故が発生した場合、電力線１０に流れる電流が変動するので当該変動を電流検出器１４によって検出することができる。

【0021】

中継点にフィルタ１２を設けることによって、リアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄを挿入したことによって誘起される電圧振動を従来よりも迅速に減衰させることができる。これによって、電流検出器１４による事故検出をより迅速かつ確実に検出することが可能となる。

【0022】

図４及び図５は、フィルタ１２の具体的な構成例を示す。図４に示すフィルタ１２は、抵抗ＲとキャパシタＣを直列に接続した構成を有する。図５に示すフィルタ１２は、抵抗Ｒの一端をキャパシタＣを介して接地した構成を有する。抵抗Ｒの抵抗値とキャパシタＣの容量値を調整することによってフィルタ１２として所望の特性を得ることができる。

【0023】

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態における電力供給システム１０２は、図６に示すように、電力線１０（１０ａ～１０ａ）、電力線１６（１６ａ～１６ｄ）、フィルタ１２及び電流検出器１４（１４ａ～１４ｄ）を含んだ基本構成を有する。

【0024】

電力供給システム１０２は、直流で電力を供給する複数本の正極（＋）側の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）と複数の負極（－）側の電力線１６（１６ａ～１６ｄ）を組み合わせた構成である。複数本の正極（＋）側の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）が接続される中継点において、電圧振動成分を減衰させるフィルタ１２が接続されている。また、複数本の負極（－）側の電力線１６（１６ａ～１６ｄ）が接続される中継点において、電圧振動成分を減衰させるフィルタ１２が接続されている。

【0025】

電力供給システム１０２では、正極（＋）側の電力線１０と負極（－）側の電力線１６との間に電流検出器１４が接続される。すなわち、正極（＋）側の電力線１０ａと、当該電力線１０ａと対になる負極（－）側の電力線１６ａと、の間に電流検出器１４ａが接続される。同様に、正極（＋）側の電力線１０ｂと、当該電力線１０ｂと対になる負極（－）側の電力線１６ｂと、の間に電流検出器１４ｂが接続され、正極（＋）側の電力線１０ｃと、当該電力線１０ｃと対になる負極（－）側の電力線１６ｃと、の間に電流検出器１４ｃが接続され、正極（＋）側の電力線１０ｄと、当該電力線１０ｄと対になる負極（－）側の電力線１６ｄと、の間に電流検出器１４ｄが接続される。

【0026】

図７は、電力供給システム１０２の具体的な構成を示す。電力線１０と中継点との間には、それぞれリアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄが接続される。リアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄは、電力線１０において短絡等の系統事故が生じた場合に、系統事故によって生ずるサージ電圧により電力線１０の電圧が急峻に変化することを緩和する。また、電力線１６と中継点との間にも、それぞれリアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄが接続される。リアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄは、電力線１６において短絡等の系統事故が生じた場合に、系統事故によって生ずるサージ電圧により電力線１６の電圧が急峻に変化することを緩和する。

【0027】

また、中継点にはフィルタ１２が接続される。すなわち、リアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄの電力線１０が繋がれた端子とは反対側の端子はループ状に接続され、当該ループ内にフィルタ１２が接続される。

【0028】

電流検出器１４（１４ａ～１４ｄ）は、電力線１０及び電力線１６の各々に対してリアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄの中継点とは反対側の端子側に接続される。電流検出器１４は、第１の実施の形態と同様に、キャパシタと電流検出回路を含んで構成することができ、キャパシタに流れ込む電流の電流値を電流検出回路で検出する。電力線１０又は電力線１６に事故が発生した場合、電力線１０又は電力線１６に流れる電流が変動するので当該変動を電流検出器１４によって検出することができる。

【0029】

本実施の形態においても、フィルタ１２は、１ｋＨｚ以上の周波数を有する電圧振動成分を減衰させるローパスフィルタとすることが好適である。中継点にフィルタ１２を設けることによって、リアクトルＬａ，Ｌｂ，Ｌｃ，Ｌｄを挿入したことによって誘起される電圧振動を従来よりも迅速に減衰させることができる。これによって、電流検出器１４による事故検出をより迅速かつ確実に検出することが可能となる。

【0030】

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態における電力供給システム１０４は、図８に示すように、電力線１０（１０ａ～１０ｄ）、フィルタ１２及びリアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５を含んで構成される。

【0031】

リアクトルＬ１～リアクトルＬ５は、直列に接続される。また、直列に接続されたリアクトルＬ１～リアクトルＬ５の両端部は、フィルタ１２を介して接続されてループ状の回路を構成する。

【0032】

電力線１０ａは、リアクトルＬ１とリアクトルＬ２の接続点に接続される。電力線１０ｂは、リアクトルＬ２とリアクトルＬ３との接続点に接続される。電力線１０ｃは、リアクトルＬ３とリアクトルＬ４との接続点に接続される。電力線１０ｄは、リアクトルＬ４とリアクトルＬ５の接続点に接続される。リアクトルＬ１～リアクトルＬ５は、電力線１０において短絡等の系統事故が生じた場合に、系統事故によって生ずるサージ電圧により電力線１０の電圧が急峻に変化することを緩和する。

【0033】

図９は、電力供給システム１０４の具体的な構成を示す。電流検出器１４（１４ａ～１４ｄ）は、電力線１０の各々に対してリアクトルＬ１～リアクトルＬ５との接続点の近傍に接続される。電流検出器１４は、第１の実施の形態と同様に、キャパシタと電流検出回路を含んで構成することができ、キャパシタに流れ込む電流の電流値を電流検出回路で検出する。電力線１０に事故が発生した場合、電力線１０に流れる電流が変動するので当該変動を電流検出器１４によって検出することができる。

【0034】

本実施の形態においても、フィルタ１２は、１ｋＨｚ以上の周波数を有する電圧振動成分を減衰させるローパスフィルタとすることが好適である。フィルタ１２を設けることによって、リアクトルＬ１～リアクトルＬ５によって誘起される電圧振動を従来よりも迅速に減衰させることができる。これによって、電流検出器１４による事故検出をより迅速かつ確実に検出することが可能となる。

【0035】

なお、図１０に示すように、リアクトルＬ１～リアクトルＬ５を１つのリアクトルＬで構成した電力供給システム１０６としてもよい。電力供給システム１０６では、１つのリアクトルＬをリアクトルＬ１～リアクトルＬ５に分割し、電力供給システム１０４と同様に電力線１０（１０ａ～１０ｄ）を接続した構成としている。電力供給システム１０６においても、図１１に示すように、電流検出器１４（１４ａ～１４ｄ）は、電力線１０の各々に対してリアクトルＬ１～リアクトルＬ５との接続点の近傍に接続すればよい。

【0036】

［第４の実施の形態］
第４の実施の形態における電力供給システム１０８は、図１２に示すように、電力線１０（１０ａ～１０ａ）、電力線１６（１６ａ～１６ｄ）、フィルタ１２及び電流検出器１４（１４ａ～１４ｄ）を含んだ基本構成を有する。

【0037】

電力供給システム１０８は、第３の実施の形態における電力供給システム１０４を２つ組み合わせた構成を有する。すなわち、直流で電力を供給する複数本の正極（＋）側の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）と複数の負極（－）側の電力線１６（１６ａ～１６ｄ）を組み合わせた構成である。複数本の正極（＋）側の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）が接続される中継点において、電圧振動成分を減衰させるフィルタ１２が接続されている。また、複数本の負極（－）側の電力線１６（１６ａ～１６ｄ）が接続される中継点において、電圧振動成分を減衰させるフィルタ１２が接続されている。

【0038】

電力供給システム１０８では、正極（＋）側の電力線１０と負極（－）側の電力線１６との間に電流検出器１４が接続される。すなわち、正極（＋）側の電力線１０ａと、当該電力線１０ａと対になる負極（－）側の電力線１６ａと、の間に電流検出器１４ａが接続される。同様に、正極（＋）側の電力線１０ｂと、当該電力線１０ｂと対になる負極（－）側の電力線１６ｂと、の間に電流検出器１４ｂが接続され、正極（＋）側の電力線１０ｃと、当該電力線１０ｃと対になる負極（－）側の電力線１６ｃと、の間に電流検出器１４ｃが接続され、正極（＋）側の電力線１０ｄと、当該電力線１０ｄと対になる負極（－）側の電力線１６ｄと、の間に電流検出器１４ｄが接続される。

【0039】

電流検出器１４は、キャパシタと電流検出回路を含んで構成することができ、キャパシタに流れ込む電流の電流値を電流検出回路で検出する。電力線１０又は電力線１６に事故が発生した場合、電力線１０又は電力線１６に流れる電流が変動するので当該変動を電流検出器１４によって検出することができる。

【0040】

なお、図１３に示すように、電力供給システム１０６を２つ組み合わせた電力供給システム１１０としてもよい。電力供給システム１１０は、リアクトルＬ１～リアクトルＬ５を１つのリアクトルＬにて構成した以外は電力供給システム１０８と同様に構成することができる。

【0041】

［第５の実施の形態］
図１４は、第５の実施の形態における電力供給システム１１２の構成を示す。電力供給システム１１２は、電力供給システム１００の電力線１０（１０ａ～１０ｄ）の各々に解列器１８（１８ａ～１８ｄ）を設けた構成としている。

【0042】

解列器１８は、電力線１０を電力供給システム１１２の系統から切り離すためのスイッチを備える。解列器１８は、それぞれ同じ電力線１０に設けられた電流検出器１４によって当該電力線１０に生じた事故が検出された場合、当該事故検出を示す信号を受けて当該電力線１０を系統から切り離す。

【0043】

なお、電力供給システム１００以外の電力供給システム１０２～電力供給システム１１０においても電力線１０及び電力線１６に解列器１８を設ける構成としてもよい。

【0044】

解列器１８を設けることによって、事故が生じた電力線１０を電力供給システム１１２の系統から切り離すことができ、電力供給システムを安全に運用することができる。特に、フィルタ１２を設けた構成では、電流検出器１４による事故検出をより迅速かつ確実に検出することが可能となるので、電力供給システムをより安全に運用することができる。

【0045】

［電流検出器の構成］
電流検出器１４は、図１５の構成例に示すように、抵抗Ｒｐ１、抵抗Ｒｐ２、抵抗Ｒｍ１、抵抗Ｒｍ２、リアクトルＬｐ、リアクトルＬｍ、キャパシタＣｐ、キャパシタＣｍ及び電流センサＣＤを含んで構成することができる。

【0046】

電流検出器１４は、正極（＋）側の電力線１０（Ｖ＋）と負極（－）側の電力線１６（Ｖ－）との間に設けられる。

【0047】

抵抗Ｒｐ１の一端は電力線１０に接続され、他端は接地される。リアクトルＬｐとキャパシタＣｐは直列に接続されて、電力線１０と接地との間を繋ぐように抵抗Ｒｐ１に並列に接続される。抵抗Ｒｐ２の一端は電力線１０に接続され、他端は電流センサＣＤを介して接地される。

【0048】

抵抗Ｒｍ１の一端は電力線１６に接続され、他端は接地される。リアクトルＬｍとキャパシタＣｍは直列に接続されて、電力線１６と接地との間を繋ぐように抵抗Ｒｍ１に並列に接続される。抵抗Ｒｍ２の一端は電力線１６に接続され、他端は電流センサＣＤを介して接地される。

【0049】

電流検出器１４をこのような構成とすることによって、事故等によって電力線１０と電力線１６に生ずる電圧変化を電流の変化として電流センサＣＤで検出することができる。

【0050】

なお、正極（＋）側の電力線１０のみについて電流検知を行いたい場合には、抵抗Ｒｐ１、抵抗Ｒｐ２、リアクトルＬｐ、キャパシタＣｐ及び電流センサＣＤで構成される回路を用いればよい。また、負極（－）側の電力線１６のみについて電流検知を行いたい場合には、抵抗Ｒｍ１、抵抗Ｒｍ２、リアクトルＬｍ、キャパシタＣｍ及び電流センサＣＤで構成される回路を用いればよい。

【0051】

［発明の構成］
［構成１］
直流で電力を供給する電力供給システムであって、
複数の電力線と、
前記複数の電力線が接続される中継点に繋がれたリアクトルと、
前記リアクトルの前記電力線が繋がれた端子とは反対側の端子に繋がれたキャパシタを含むフィルタと、
を備えることを特徴とする電力供給システム。
［構成２］
構成１に記載の電力供給システムであって、
前記フィルタは、前記リアクトルに印加される１ｋＨｚ以上の周波数を有する電圧振動成分を減衰させるローパスフィルタであることを特徴とする電力供給システム。
［構成３］
構成１又は２に記載の電力供給システムであって、
正極側の前記電力線と負極側の前記電力線の２線間を地絡する、又は、前記２線間に短絡検出器を接続したことを特徴とする電力供給システム。
［構成４］
構成１～構成３のいずれか1項に記載の電力供給システムであって、
前記リアクトルは、前記複数の電力線のうち少なくとも２つに共通に接続された１つのリアクトルであることを特徴とする電力供給システム。

【符号の説明】

【0052】

１０（１０ａ～１０ｄ） 電力線、１２ フィルタ、１４（１４ａ～１４ｄ） 電流検出器、１６（１６ａ～１８ｄ） 電力線、１８（１８ａ～１８ｄ） 解列器、１００，１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２ 電力供給システム。

【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】

【図14】

【図15】