特許 7297615 系統事故検出システム、系統事故検出方法、及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-16

(45)【発行日】2023-06-26

(54)【発明の名称】系統事故検出システム、系統事故検出方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H02J 3/36 20060101AFI20230619BHJP

   H02J 1/00 20060101ALI20230619BHJP

   G01R 31/08 20200101ALI20230619BHJP

【ＦＩ】

H02J3/36

H02J1/00 301D

G01R31/08

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019166991

(22)【出願日】2019-09-13

(65)【公開番号】P2021045005

(43)【公開日】2021-03-18

【審査請求日】2022-02-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【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】河内 駿介

(72)【発明者】

【氏名】直井 伸也

(72)【発明者】

【氏名】川崎 圭

(72)【発明者】

【氏名】飯尾 尚隆

(72)【発明者】

【氏名】中山 慶一

【審査官】赤穂 嘉紀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１７８１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５３－０５７４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６２３４６４７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平１０－３０４５６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０４６６４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｊ ３／００－５／００

Ｈ０２Ｊ １／００－１／１６

Ｇ０１Ｒ ３１／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

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複数の直流送電線のうち、事故を検出する対象とする対象直流送電線の端部に設けられ、前記対象直流送電線と大地との間に接続される並列キャパシタと、
前記並列キャパシタを流れる電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器により検出された電流値に対する演算を行った結果に基づいて、前記対象直流送電線における事故の有無を判定する事故判定装置と、
前記直流母線と前記対象直流送電線との間に接続される抵抗と、
を備える系統事故検出システム。

【請求項2】

前記直流母線と前記対象直流送電線との間に接続されるリアクトルを更に備える、
請求項１に記載の系統事故検出システム。

【請求項3】

前記電流検出器は、繰り返し前記並列キャパシタを流れる電流値を検出し、
前記事故判定装置は、前記電流検出器により第１タイミングで検出された電流値と、前記第１タイミングとは異なる第２タイミングで検出された電流値との差分が、第１閾値よりも大きい場合に、前記対象直流送電線に事故が生じたと判定する、
請求項１または２に記載の系統事故検出システム。

【請求項4】

前記電流検出器は、繰り返し前記並列キャパシタを流れる電流値を検出し、
前記事故判定装置は、前記検出された電流の変化率が、第２閾値よりも大きい場合に、前記対象直流送電線に事故が生じたと判定する、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の系統事故検出システム。

【請求項5】

前記電流検出器は、繰り返し前記並列キャパシタを流れる電流値を検出し、
前記事故判定装置は、前記検出された電流の周波数を導出し、前記電流の周波数における第３閾値よりも大きい周波数成分のレベルが、第４閾値より大きい場合に、前記対象直流送電線に事故が生じたと判定する、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の系統事故検出システム。

【請求項6】

交流と正極直流と負極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複数の直流送電線のうち、事故を検出する対象の対象正極直流送電線の端部に設けられ、前記対象正極直流送電線と大地との間に接続される正極並列キャパシタと、
前記複数の直流送電線のうち、事故を検出する対象の対象負極直流送電線の端部に設けられ、前記対象負極直流送電線と大地との間に接続される負極並列キャパシタと、
前記対象正極直流送電線と、前記対象負極直流送電線との間に接続される極間並列キャパシタと、
前記正極並列キャパシタを流れる電流値を検出する正極電流検出器と、
前記負極並列キャパシタを流れる電流値を検出する負極電流検出器と、
前記極間並列キャパシタを流れる電流値を検出する極間電流検出器と、
前記正極電流検出器、前記負極電流検出器、及び前記極間電流検出器のそれぞれにより検出された電流値に対する演算を行った結果に基づいて、前記対象正極直流送電線、及び前記対象負極直流送電線における事故の有無を判定する事故判定装置と、
を備える系統事故検出システム。

【請求項7】

前記正極電流検出器、前記負極電流検出器、及び前記極間電流検出器のそれぞれは、繰り返し電流値を検出し、
前記事故判定装置は、前記正極電流検出器、前記負極電流検出器、及び前記極間電流検出器のそれぞれにより検出された電流の変化率のうち、前記正極電流検出器により検出された電流の変化率が最も大きく、且つ、第５閾値よりも大きい場合に、前記対象正極直流送電線に事故が生じたと判定する、
請求項６に記載の系統事故検出システム。

【請求項8】

前記正極電流検出器、前記負極電流検出器、及び前記極間電流検出器のそれぞれは、繰り返し電流値を検出し、
前記事故判定装置は、前記正極電流検出器、前記負極電流検出器、及び前記極間電流検出器のそれぞれにより検出された電流の変化率のうち、前記負極電流検出器により検出された電流の変化率が最も大きく、且つ、第６閾値よりも大きい場合に、前記対象負極直流送電線に事故が生じたと判定する、
請求項６、又は請求項７に記載の系統事故検出システム。

【請求項9】

前記正極電流検出器、前記負極電流検出器、及び前記極間電流検出器のそれぞれは、繰り返し電流値を検出し、
前記事故判定装置は、前記正極電流検出器、前記負極電流検出器、及び前記極間電流検出器のそれぞれにより検出された電流の変化率のうち、前記極間電流検出器により検出された電流の変化率が最も大きく、且つ、第７閾値よりも大きい場合に、前記対象正極直流送電線、及び前記対象負極直流送電線の正負極間に事故が生じたと判定する、
請求項６から請求項８の何れか一項に記載の系統事故検出システム。

【請求項10】

コンピュータが、
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複数の直流送電線のうち、事故を検出する対象とする対象直流送電線の端部に設けられ、前記対象直流送電線と大地との間に接続される並列キャパシタ及び前記直流母線と前記対象直流送電線との間に接続される抵抗を流れる電流値を検出し、
前記検出された電流値に対する演算を行った結果に基づいて、前記対象直流送電線における事故の有無を判定する、
系統事故検出方法。

【請求項11】

コンピュータに、
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複数の直流送電線のうち、事故を検出する対象とする対象直流送電線の端部に設けられ、前記対象直流送電線と大地との間に接続される並列キャパシタ及び前記直流母線と前記対象直流送電線との間に接続される抵抗を流れる電流値を検出させ、
前記検出された電流値に対する演算を行った結果に基づいて、前記対象直流送電線における事故の有無を判定させる、
プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、系統事故検出システム、系統事故検出方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

多端子ＨＶＤＣ（High-Voltage Direct Current）システムにおいて、直流系統に事故が発生した場合において、事故が発生した区間（事故区間）を検出できる保護システムが求められている。これにより、ＨＶＤＣ系統において事故が発生した場合に、事故区間の線路のみを直流遮断器（ＤＣＣＢ（Direct Current Circuit Breaker））により解列することができ、残りの健全な系統で送電を続けることが可能となる。したがって、ＨＶＤＣシステムの停止範囲を最小限に留め、ＨＶＤＣシステムの接続先となる交流系統への影響を軽減できる。

【0003】

ＨＶＤＣシステムにおいては、変換器に用いられている半導体素子の過電流保護の観点から、ごく短い時間で、ＨＶＤＣシステムにおける事故区間の検出、及び解列（除去）を行うことが必要である。一般的に、ＨＶＤＣシステムでは、事故発生から、５ｍｓ程度の時間での事故区間の除去が望ましいとされている。

【0004】

交流系統においては、通常、線路両端の差動電流を用いた事故区間の検出が用行われている。この差動電流を用いた手法は、通信に時間を要するため、ＨＶＤＣシステムにおける事故区間の検出には不向きである。ＨＶＤＣシステムにおいては、交流系統より高速に、事故区間を検出する手法が求められている。

【0005】

ＨＶＤＣ系統における、事故区間を検出する技術としては、直流送電線の両端に、線路と直列となるようにリアクトルを挿入する手法(直列リアクトル方式)が開示されている。直列リアクトル方式では、直列リアクトルの線路側における電圧の変化率を測定する。当該直流送電線の線路内で系統事故が発生した場合(内部事故の場合)、事故により発生したサージ電圧により電圧は急峻に変化する。一方、当該直流送電線の外、つまり他の直流送電線の線路内において事故が発生した場合(外部事故の場合)には、他の直流送電線に接続された直列リアクトルを通過した後のサージ電圧が検出されるため、電圧の変化は比較的緩やかとなる。このような電圧の変化率の違いにより、事故が当該直流送電線に発生したものか否かを判定することができる。この技術では、直流線路に挿入された直列リアクトルにより、サージ電圧が平滑化される作用を用いて事故検出を行う。

【0006】

しかし、サージ電圧を平滑化するような、インダクタンスが大きい直列リアクトルを直流線路に挿入すると、直流側の電圧、及び電流の制御に悪影響を及ぼす懸念がある。特に、長距離を送電する場合、送電線路自体のリアクタンスが大きい。この場合、送電線路自体のリアクタンスと、事故区間の検出用の直列リアクトルとの合成により、直流側の電流制御が遅れることから問題になりやすいと考えられる。一方、短距離を送電する場合、送電線路自体のリアクタンスが小さい。この場合、送電線路自体のリアクタンスでは区間外事故で発生したサージ電圧を平滑化させる効果が見込めないため、事故区間を検出する精度を維持する必要からインダクタンスが大きな直列リアクトルを挿入する必要がある。このため、制御の安定性に影響を及ぼす懸念があった。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0007】

【文献】J. Sneath, A. D. Rajapakse “Fault Detection and Interruption in an Earthed HVDC Grid Using ROCOV and Hybrid DC Brakers”, IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, Vol. 31, No. 3, June 2016

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、ＨＶＤＣシステムにおいて、直列リアクトル方式を用いることなく、直流系統において事故が発生した区間を特定することができる系統事故検出システム、系統事故検出方法、及びプログラムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

実施形態の系統事故検出システムは、並列キャパシタと、電流検出器と、事故判定装置を持つ。並列キャパシタは、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複数の直流送電線のうち、事故を検出する対象とする対象直流送電線の端部に設けられ、前記対象直流送電線と大地との間に接続される。電流検出器は、前記並列キャパシタを流れる電流値を検出する。事故判定装置は、前記電流検出器により検出された電流値に対する演算を行った結果に基づいて、前記対象直流送電線における事故の有無を判定する。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】第１の実施形態の系統事故検出システムが適用される電力システム１の構成の例を示すブロック図。

【図2】第１の実施形態の直流系統１００に系統事故が発生した場合の電流の流れを説明する図。

【図3】第１の実施形態の電力システム１が行う処理の流れを示すフローチャート。

【図4】従来の直列リアクトル方式の直流系統における直列リアクトルを流れる電流特性を示す図。

【図5】従来の直流系統における微小なリアクトルのみが作用する場合におけるサージ電圧特性を示す図。

【図6】第１の実施形態の直流系統１００の並列キャパシタ３６を流れる電流特性を示す図。

【図7】第２の実施形態の電力システム１Ａの構成の例を示すブロック図。

【図8】第３の実施形態の電力システム１Ｂの構成の例を示すブロック図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、実施形態の系統事故検出システム、系統事故検出方法、及びプログラムを、図面を参照して説明する。以下では、実施形態の系統事故検出システムが適用される電力システム１が、三端子以上の端子を持つ多端子直流送電システムである場合を例示して説明する。しかしながら、これに限定されることはない。実施形態の系統事故検出システムは、二端子の直流送電システムにも、適用することができる。

【0012】

図１は、実施形態の系統事故検出システムが適用される電力システム１の構成の例を示すブロック図である。本実施形態の電力システム１において、直流系統は、単極構成である。すなわち、直流系統は、正極または負極のみで構成される。

【0013】

電力システム１は、例えば、交流系統１０（交流系統１０－１、１０－２）と、電力変換器２０（電力変換器２０－１、２０－２）と、直流系統１００とを備える。ここで、直流系統１００は、「系統事故検出システム」の一例である。

【0014】

電力システム１では、交流系統１０及び直流系統１００が、電力変換器２０を介して接続する。交流系統１０は、交流電源、及び交流送電線などにより構成された交流の電力系統である。電力変換器２０は、交流電力と直流電力とを相互に変換する変換器であって、例えば自励式電力変換器である。

【0015】

直流系統１００は、直流母線３０（直流母線３０－１、３０－２）と、直流遮断器３１（直流遮断器３１－１～３１－４）と、リアクトル３２（リアクトル３２－１～３２－４）と、直流送電線３３（直流送電線３３－１～３３－３）と、事故検出装置３４（事故検出装置３４－１～３４－４）と、電流検出器３５（電流検出器３５－１～３５－４）と、並列キャパシタ３６（並列キャパシタ３６－１～３６－４）とを備える。ここで、直流送電線３３のそれぞれは、「対象直流送電線」の一例である。また、事故検出装置３４は、「事故判定装置」の一例である。

【0016】

直流母線３０は、電力変換器２０の直流側に接続される。直流母線３０には、直流遮断器３１及びリアクトル３２を介して、複数の直流送電線３３が接続される。

【0017】

具体的に、直流母線３０－１には、直流遮断器３１－１及びリアクトル３２－１を介して、直流送電線３３－１が接続される。また、直流母線３０－１には、直流遮断器３１－３及びリアクトル３２－３を介して、直流送電線３３－３が接続される。直流母線３０－２には、直流遮断器３１－２及びリアクトル３２－２を介して、直流送電線３３－１が接続される。また、直流母線３０－２には、直流遮断器３１－４及びリアクトル３２－４を介して、直流送電線３３－３が接続される。

【0018】

なお、直流送電線３３－３の他端（直流母線３０－１と接続する側とは異なる側の端部）は、例えば、別端子（図示しない直流母線）に接続される。また、直流送電線３３－３の他端（直流母線３０－２と接続する端部側とは異なる側の端部）は、例えば、別端子（図示しない直流母線）に接続される。

【0019】

直流遮断器３１は、直流母線３０と直流送電線３３との間に接続される。直流遮断器３１は、事故検出装置３４による制御に応じて、直流母線３０と直流送電線３３との間を電気的に接続又は遮断する。

【0020】

リアクトル３２は、直流母線３０と直流送電線３３との間に接続される。リアクトル３２は、例えば、直流母線３０と直流送電線３３との間を流れる電流のリップル（脈動）分を平滑化する平滑化リアクトルである。

【0021】

本実施形態において、リアクトル３２は、直流事故検出を目的としたものではない。すなわち、リアクトル３２は、事故時に発生する、変化の激しい電圧及び電流（例えば、落雷時に発生するサージ電圧、及びサージ電流）を平滑化する目的に用いられるものではない。リアクトル３２は、事故が発生していない平常時において、ほぼ一定の状態の電圧が維持されている状況下で生じるリップルを平滑化するものであればよく、直流事故検出に用いられる直列リアクトルと比較して、インダクタンスの小さなリアクトルである。

【0022】

直流送電線３３は、直流電力を送電する。直流電力での送電は、交流電力での送電と比較して電力の損失を抑制できることから、特に大容量、且つ長距離の送電に適用される。

【0023】

事故検出装置３４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実現される。これらの構成要素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。プログラムは、予め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、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

【0024】

事故検出装置３４は、直流送電線３３において発生した事故を検出する。具体的に、事故検出装置３４－１は、直流送電線３３－１において発生した事故を検出する。事故検出装置３４－２は、直流送電線３３－１において発生した事故を検出する。事故検出装置３４－３は、直流送電線３３－３において発生した事故を検出する。事故検出装置３４－４は、直流送電線３３－４において発生した事故を検出する。

【0025】

ここで想定される事故は、直流送電線３３を流れる電流が急激に変化する事故であって、例えば、落雷により発生する地絡事故である。事故検出装置３４は、電流検出器３５により検出された電流値を取得し、取得した電流値に基づいて、直流送電線３３において事故が発生したか否かを判定する。事故検出装置３４は、直流送電線３３において事故が発生したと判定した場合、その事故が発生した直流送電線３３の端部に設けられた直流遮断器３１に動作指令を出力し、直流母線３０と直流送電線３３との間を電気的に遮断させる。これにより、電力システム１から事故区間のみを解列させると共に、残りの健全な系統で送電を継続させ、システムの停止範囲を最小限に留める。

【0026】

並列キャパシタ３６は、直流送電線３３の端部において、直流送電線３３と大地との間に接続される。具体的に、並列キャパシタ３６－１は、直流送電線３３－１における直流母線３０－１側の端部において、直流送電線３３－１と大地との間に接続される。並列キャパシタ３６－２は、直流送電線３３－１における直流母線３０－２側の端部において、直流送電線３３－１と大地との間に接続される。並列キャパシタ３６－３は、直流送電線３３－３における直流母線３０－１側の端部において、直流送電線３３－３と大地との間に接続される。並列キャパシタ３６－４は、直流送電線３３－４における直流母線３０－２側の端部において、直流送電線３３－４と大地との間に接続される。

【0027】

電流検出器３５は、並列キャパシタ３６を流れる電流値を検出し、検出した電流値を事故検出装置３４に出力する。具体的に、電流検出器３５－１は、並列キャパシタ３６－１を流れる電流値を検出し、検出した電流値を事故検出装置３４－１に出力する。電流検出器３５－２は、並列キャパシタ３６－２を流れる電流値を検出し、検出した電流値を事故検出装置３４－２に出力する。電流検出器３５－３は、並列キャパシタ３６－３を流れる電流値を検出し、検出した電流値を事故検出装置３４－３に出力する。電流検出器３５－４は、並列キャパシタ３６－４を流れる電流値を検出し、検出した電流値を事故検出装置３４－４に出力する。

【0028】

図２は、第１の実施形態の直流系統１００に系統事故が発生した場合の電流の流れを説明する図である。図２に示すように、落雷などにより事故点Ａに地絡事故（系統事故）が発生したとする。この例では、事故点Ａは、直流系統１００の直流送電線３３－１の内部の地点である。

【0029】

地絡事故が発生すると、サージ現象が発生する。サージ現象は、落雷などにより瞬間的に高電圧の電流が流れることである。サージ現象は、例えば、数十［μｓ］から数十［ｍｓ］に及び、平常時と比較して高い周波数帯域の成分を有する現象として現れる。平常時においては、地絡事故は発生していない。このため、定格電圧の近傍のほぼ一定の電圧が維持されている。

【0030】

事故点Ａにおいてサージ現象が発生すると、直流送電線３３－１の端部、直流母線３０－１、及び３０－２の両方向に向かってサージ電流が流れる。サージ電流は、サージ現象に伴って瞬間的に発生する、高い周波数帯域の成分を有する電流である。

【0031】

本実施形態では、このような地絡事故に伴って直流送電線３３－１の端部を流れるサージ電流の高周波成分を、リアクトル３２ではなく、並列キャパシタ３６側に流すようにする。

【0032】

具体的に、直流系統１００において、サージ電流を並列キャパシタ３６側に流すために、リアクトル３２のインピーダンスＺ_Ｌと比較して、並列キャパシタ３６のインピーダンスＺ_Ｃが十分小さくなるように設計する。すなわち、以下の（１）式を満たすようにする。

【0033】

Ｚ_Ｌ≫Ｚ_Ｃ …（１）
但し、Ｚ_Ｌ＝２πｆＬ
Ｚ_Ｃ＝１／（２πｆＣ）

【0034】

ここで、（１）式において、Ｚ_Ｌはリアクトル３２のインピーダンス、Ｚ_Ｃは並列キャパシタ３６のインピーダンス、Ｌはリアクトル３２のインダクタンス、Ｃは並列キャパシタ３６のキャパシタンス、ｆはサージ電流の周波数を示す。

【0035】

例えば、系統事故の検出を１［ｍｓ］以内に行おうとした場合、周波数ｆ＝１０００［Ｈｚ］以上の領域で、Ｚ_Ｌ≫Ｚ_Ｃとなる必要がある。（１）式において、インダクタンスＬ＝１［ｍＨ］と仮定した場合において、Ｚ_Ｌ＞１０×Ｚ_Ｃとなる条件を求めると、キャパシタンスＣ＞２５．３［μＦ］となる。

【0036】

このような条件を満たすインピーダンスＺ_Ｃを持つ並列キャパシタ３６を接続させることにより、直流送電線３３－１において地絡事故が発生した場合、事故点Ａから直流送電線３３の両方の端部に向かって流れるサージ電流は、リアクトル３２側よりも、並列キャパシタ３６側に流れる。これにより、電流検出器３５は、並列キャパシタ３６に流れるサージ電流を検出する。

【0037】

事故検出装置３４は、電流検出器３５により検出された電流値に基づいて、系統事故が発生したか否か、すなわち、並列キャパシタ３６にサージ電流が流れたか否かを判定する。具体的に、事故検出装置３４は、電流検出器３５により検出された電流値を所定の周期で取得し、取得した電流値に基づいて、並列キャパシタ３６に流れる電流値に対する演算を行う。ここでの電流値に対する演算は、少なくとも電流の急激な変化を捉えられるものであればよく、例えば、電流の変化幅、変化率、周波数、移動平均などである。事故検出装置３４は、電流値に対する演算を行った結果に基づいて、直流送電線３３に事故が発生したか否かを判定する。

【0038】

事故検出装置３４は、例えば、前回検出された電流値と、今回検出された電流値との差分（変化幅）を算出し、算出した差分と予め定められた所定の閾値と比較する。事故検出装置３４は、算出した差分が閾値よりも大きい場合、並列キャパシタ３６にサージ電流が流れており、直流送電線３３－１において地絡事故が発生したと判定する。一方、事故検出装置３４は、算出した差分が閾値よりも小さい場合、直流送電線３３－１において地絡事故が発生していないと判定する。

【0039】

事故検出装置３４は、例えば、前回検出された電流値と、今回検出された電流値と、これらの電流値を取得した時間間隔（サンプリング周期）に基づいて、電流の変化率を算出する。事故検出装置３４は、算出した変化率と予め定められた所定の閾値と比較し、変化率が閾値よりも大きい場合、並列キャパシタ３６にサージ電流が流れており、直流送電線３３－１において地絡事故が発生したと判定する。一方、事故検出装置３４は、算出した変化率が閾値よりも小さい場合、直流送電線３３－１において地絡事故が発生していないと判定する。

【0040】

事故検出装置３４は、例えば、検出された電流の時系列変化データの周波数成分を算出する。事故検出装置３４は、時系列変化データに所定の周波数よりも大きい高周波成分が、所定の閾値よりも多く含まれている場合、直流送電線３３－１において地絡事故が発生したと判定する。一方、事故検出装置３４は、時系列変化データに含まれる高周波成分が、所定の閾値よりも少ない場合、直流送電線３３－１において地絡事故が発生していないと判定する。事故検出装置３４は、例えば、時系列変化データに、所定の周波数のみを通過させるフィルタ処理を施すことにより、時系列変化データの周波数成分を算出する。

【0041】

事故検出装置３４は、系統事故の発生の有無を判定する演算の過程において、ノイズ除去を目的として移動平均等の平滑化処理（フィルタ処理）を用いてもよい。また、事故検出装置３４は、算出した電流の変化幅と変化率など、複数の算出結果を組合せた結果に基づいて、系統事故の有無を判定してもよい。

【0042】

なお、平常時において、直流送電線３３は、定格電圧近傍のほぼ一定状態の電圧で運転される。このため、運転を開始した直後に流れる電流（充電電流）を除いて、並列キャパシタ３６には電流がほとんど流れない。

【0043】

図３は、第１の実施形態の直流系統１００が行う処理の流れを示すフローチャートである。まず、事故検出装置３４は、電流検出器３５から並列キャパシタ３６を流れる電流値を取得する（ステップＳ１０）。次に、事故検出装置３４は、取得した電流値に基づいて、電流値に対する演算を行い（ステップＳ１１）、演算を行った結果に基づいて、系統事故の有無を判定する（ステップＳ１２）。事故検出装置３４は、例えば、電流の変化幅や変化率、高周波成分などを算出し、算出結果に基づいて、並列キャパシタ３６にサージ電流が流れたと判定した場合に、系統事故が発生したと判定する。事故検出装置３４は、系統事故が発生したと判定した場合、直流遮断器３１に動作指令を出力する（ステップＳ１３）。

【0044】

以上、説明したように、第１の実施形態の直流系統１００は、並列キャパシタ３６と、電流検出器３５と、事故検出装置３４とを備える。並列キャパシタ３６は、直流送電線３３の端部に、直流送電線３３と大地との間に接続される。電流検出器３５は、並列キャパシタ３６を流れる電流を検出する。事故検出装置３４は、電流検出器３５により検出された電流値に対する演算を行った結果に基づいて、直流送電線３３に系統事故が発生したか否かを判定する。これにより、第１の実施形態の直流系統１００では、直列リアクトル方式を用いることなく、直流系統において事故が発生した区間を特定することができる。

【0045】

ここで、図４～図６を用いて、第１の実施形態の効果を説明する。図４は、系統事故を検出する方法として直列リアクトル方式が適用された、従来の直流系統における直列リアクトルを流れる電流特性を示す図である。図４の横軸は時間、縦軸は直列リアクトルを流れる電流値を示す。図４に示すように、インダクタンスの大きな直列リアクトルを、直流送電線に直列に接続させた場合、平常時であれば、直流送電線には、電流値がほぼ一定の直流電流が流れるべきであるが、インダクタンスの大きな直列リアクトルを設けたことで、電流が振動的となり、安定的に運転できていないことが確認できる。すなわち、インダクタンスの大きな直列リアクトルを用いた直列リアクトル方式では、直流系統側の制御が不安定化する懸念がある。

【0046】

図５は、インダクタンスが微小な直列リアクトルのみが接続されている、従来の直流系統における直列リアクトルを流れるサージ電圧の特性を示す図である。図５の横軸は時間、縦軸は直列リアクトルに印加される電圧値を示す。図５では、外部事故（External Fault）が発生した場合と、内部事故（Internal Fault）が発生した場合とのそれぞれについて、サージ電圧の特性を示している。内部事故は、直列リアクトルが接続されている直流送電線の内部で発生した系統事故である。外部事故は、直列リアクトルが接続されている直流送電線とは異なる直流送電線で発生した系統事故である。図５に示すように、インダクタンスの小さい直列リアクトルのみが接続される場合、内部事故と外部事故とで、電圧波形に差異が生じず、内部事故と外部事故の判別が困難となる。なお、図５では、直流送電線３３から並列キャパシタ３６に向かう方向に印加される電圧を、正（プラス）とする。すなわち、電圧の印加に伴い図２に示すサージ電流の方向に電流が流れた場合、電圧値は減少する方向に変化する。

【0047】

図６は、第１の実施形態の並列キャパシタ３６を流れるサージ電流の特性を示す図である。図６の横軸は時間、縦軸は並列キャパシタ３６に流れる電流値を示す。図６では、外部事故（External Fault）が発生した場合と、内部事故（Internal Fault）が発生した場合とのそれぞれについて、サージ電流の特性を示している。図６では、直流送電線３３から並列キャパシタ３６に流れる電流を、正（プラス）とする。すなわち、図２に示すサージ電流の方向に電流が流れた場合、電流値は減少する。

【0048】

第１の実施形態においては、系統事故が発生した場合、事故区間の直流送電線３３の両端に設置された並列キャパシタ３６に急峻なサージ電流が流れる。その一方で、それ以外の箇所に設置された並列キャパシタ３６では、サージ電流のその急峻な立ち上がりが抑制された、変化が急峻でない電流が検出される。

【0049】

図６に示すように、内部事故の場合、事故発生時点Ｐにおいて、並列キャパシタ３６に流れる電流に、急峻な（傾きの絶対値が大きい）変化が検出される。一方、外部事故の場合、内部事故と比較して、急峻でない（傾きの絶対値が小さい）変化が検出される。事故検出装置３４は、この内部事故と外部事故との電流変化の傾きの違いに基づいて、系統事故が発生した場合における、事故が発生した地点（内部事故か外部事故か）を判定することができる。さらに、この傾きの違いが、事故発生時点Ｐの直後に顕著であることから、より高速な判定が可能となる。また、第１の実施形態で用いるリアクトル３２は、従来の直列リアクトル方式で用いられる事故検出用の直列リアクトル（例えば、図４で不安定となったケースで用いられているリアクトル）と比較して、大幅に小さいインダクタンスである。このため、リアクトル３２のインダクタンスに起因して、電流の制御が不安定となる懸念は生じない。また、並列キャパシタ３６を挿入することで、直流電圧の変動が抑制され、自励式の電圧源型の変換器を用いたシステムにおいて制御が安定化する。したがって、電圧変動などの外乱に対してロバストになる効果が得られる。

【0050】

また、第１の実施形態の直流系統１００では、直流母線３０と直流送電線３３との間に接続されるリアクトル３２を更に備えてもよい。これにより、直流母線３０と直流送電線３３との間を流れる電流のリップル（脈動）分を平滑化することが可能である。

【0051】

また、第１の実施形態の直流系統１００では、電流検出器３５は繰り返し並列キャパシタ３６を流れる電流を検出し、事故検出装置３４は、電流検出器３５により前回（「第１タイミング」の一例）で検出された電流値と、今回（「前記第１タイミングとは異なる第２タイミング」の一例）で検出された電流値との差分が、予め定められた所定の閾値（「第１閾値」の一例）よりも大きい場合に、直流送電線３３に事故が生じたと判定するようにしてもよい。

【0052】

また、第１の実施形態の直流系統１００では、電流検出器３５は繰り返し並列キャパシタ３６を流れる電流を検出し、事故検出装置３４は、検出された電流の変化率が、予め定められた所定の閾値（「第２閾値」の一例）よりも大きい場合に、直流送電線３３に事故が生じたと判定するようにしてもよい。

【0053】

また、第１の実施形態の直流系統１００では、電流検出器３５は繰り返し並列キャパシタ３６を流れる電流を検出し、事故検出装置３４は、検出された電流の周波数を導出し、電流の周波数における予め定められた所定の閾値（「第３閾値」の一例）よりも大きい周波数成分のレベルが、予め定められた所定の閾値（「第４閾値」の一例）よりも大きい場合に、直流送電線３３に事故が生じたと判定するようにしてもよい。

【0054】

これにより、直流系統１００では、並列キャパシタ３６を流れる電流の急峻な変化を捉えることができる。したがって、直流送電線３３に事故が生じたことを検知することが可能である。

【0055】

なお、上述した第１の実施形態では、直流送電線３３の端部にリアクトル３２が接続されている場合を例示して説明したが、これに限定されることはない。リアクトル３２の代替として、直流送電線３３の末端にブロッキングコイルが挿入されている場合、当該ブロッキングコイルのインダクタンスを用いて、サージ電流が並列キャパシタ３６に流れるように設計してもよい。

【0056】

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態では、リアクトル３２に代えて、直流遮断器３１の内部抵抗を用いる点において、上述した第１の実施形態と相違する。以下の説明では、上述した第１の実施形態と相違する構成についてのみ説明し、上述した第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略する。

【0057】

図７は、第２の実施形態の電力システム１Ａの構成の例を示すブロック図である。図７に示すように、直流系統１００Ａは、直流遮断器３１Ａの内部に内部抵抗３１０を備える。

【0058】

直流系統１００Ａにおいて、並列キャパシタ３６のインピーダンスＺ_Ｃは、事故検出に関わる周波数より高周波の領域において、Ｚ_ＣＢ≫Ｚ_Ｃを満たすように設計される。ここで、Ｚ_ＣＢは内部抵抗３１０のインピーダンスである。

【0059】

なお、上記では、直流遮断器３１Ａの内部抵抗３１０を用いる場合を例示して説明したが、これに限定されない。系統事故に伴うサージ電流が、直流母線３０側ではなく、並列キャパシタ３６側に流れればよく、直流送電線３３の端部に、少なくとも何らかの抵抗が接続されていればよい。

【0060】

以上説明したとおり、第２の実施形態の直流系統１００Ａでは、直流送電線３３の端部に接続される抵抗を備える。これにより、系統事故に伴うサージ電流を並列キャパシタ３６に流すことができ、上述した効果と同様の効果を奏する。本実施形態では、リアクトル３２を省略することができ、システムコストを低減することが可能である。

【0061】

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態では、直流系統が双極構成である点において、上述した第１の実施形態と相違する。すなわち、本実施形態の直流系統１００Ｂは、正極及び負極の二極で構成される。以下の説明では、上述した第１の実施形態と相違する構成についてのみ説明し、上述した第１の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付して、必要がない限りその説明を省略する。

【0062】

図８は、第３の実施形態の電力システム１Ｂの構成の例を示すブロック図である。図８に示すように、電力システム１Ｂは、交流系統１０と、電力変換器２０Ｂと、直流系統１００Ｂとを備える。電力変換器２０Ｂは、交流系統１０における交流電力を、正極の直流電力（以下、正極直流電力という）、及び負極の直流電力（以下、負極直流電力という）に変換する。

【0063】

直流系統１００Ｂは、正極側直流系統５０と、負極側直流系統６０と、事故検出装置３４－６と、電流検出器３５－６と、並列キャパシタ３６－６とを備える。事故検出装置３４－６は、「事故判定装置」の一例である。電流検出器３５－６は、「極間電流検出器」の一例である。並列キャパシタ３６－６は、「極間並列キャパシタ」の一例である。

【0064】

正極側直流系統５０は、直流母線３０と、直流遮断器３１－１と、リアクトル３２－１と、直流送電線３３－１と、電流検出器３５－１と、並列キャパシタ３６－１とを備える。直流母線３０は、電力変換器２０の直流側に接続される。直流遮断器３１－１と、リアクトル３２－１と、直流送電線３３－１と、電流検出器３５－１と、並列キャパシタ３６－１の動作は、第１の実施形態と同様であるためその説明を省略する。ここで、直流送電線３３－１は、「対象正極直流送電線」の一例である。電流検出器３５－１は、「正極電流検出器」の一例である。並列キャパシタ３６－１は「正極並列キャパシタ」の一例である。

【0065】

負極側直流系統６０は、直流母線３００と、直流遮断器３１－５と、リアクトル３２－５と、直流送電線３３－５と、事故検出装置３４－６と、電流検出器３５－５と、並列キャパシタ３６－５とを備える。ここで、直流送電線３３－５は、「対象負極直流送電線」の一例である。電流検出器３５－５は「負極電流検出器」の一例である。並列キャパシタ３６－５は「負極並列キャパシタ」の一例である。

【0066】

直流母線３００は、電力変換器２０Ｂの負極の直流側に接続される。直流母線３００には、直流遮断器３１－５及びリアクトル３２－５を介して、直流送電線３３－５が接続される。直流送電線３３－５の端部には、直流送電線３３－５と大地との間に、並列キャパシタ３６－５、及び電流検出器３５－５が接続される。事故検出装置３４－５は、電流検出器３５－５、及び直流遮断器３１－５と接続される。

【0067】

直流母線３０と、直流母線３００との間に、並列キャパシタ３６－６、及び電流検出器３５－６が接続される。事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６と接続される。また、事故検出装置３４－６は、直流遮断器３１－１、及び３１－５と接続される。

【0068】

直流遮断器３１－５と、リアクトル３２－５と、直流送電線３３－５と、電流検出器３５－５、３５－６と、並列キャパシタ３６－５、３６－６の動作は、第１の実施形態と同様であるためその説明を省略する。

【0069】

事故検出装置３４－６は、直流送電線３３－１及び３３－５を監視対象とする。事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６により検出された電流値をそれぞれ取得する。

【0070】

正極側の直流送電線３３－１に地絡等の事故が発生すると、主に、並列キャパシタ３６－１にサージ電流が流れる。このため、事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１により検出された電流値に基づいて、第１の実施形態と同様に、直流送電線３３－１に系統事故が発生したか否かを判定する。事故検出装置３４－６は、直流送電線３３－１に系統事故が発生したと判定した場合、正極側の直流遮断器３１－１に動作指令を出力する。これにより、直流遮断器３１－１が開放される。

【0071】

負極側の直流送電線３３－５に地絡等の事故が発生すると、主に、並列キャパシタ３６－５にサージ電流が流れる。このため、事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－５により検出された電流値に基づいて、第１の実施形態と同様に、直流送電線３３－５に系統事故が発生したか否かを判定する。事故検出装置３４－６は、直流送電線３３－５に系統事故が発生したと判定した場合、負極側の直流遮断器３１－５に動作指令を出力する。これにより、直流遮断器３１－５が開放される。

【0072】

ここで、正極側の直流送電線３３－１に系統事故が発生すると、実際には他の並列キャパシタ３６(並列キャパシタ３６－５、３６－６)にも若干量のサージ電流が流れる。また、負極側の直流送電線３３－５に系統事故が発生すると、他の並列キャパシタ３６(並列キャパシタ３６－１、３６－６)にも若干量のサージ電流が流れる。

【0073】

このため、事故検出装置３４‐６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６のそれぞれにより検出された電流値に基づいて、正極側の直流送電線３３－１、又は負極側の直流送電線３３－５のいずれに系統事故が発生したか判定するようにしてもよい。

【0074】

事故検出装置３４－６は、例えば、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６のそれぞれにより検出された電流変化率のうち、電流検出器３５－１により検出された電流変化率が最も大きく、且つ所定の閾値（「第５閾値」の一例）より大きい場合、正極側の直流送電線３３－１に系統事故が発生したと判定するようにしてもよい。

【0075】

同様な考え方に基づき、事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６のそれぞれにより検出された電流変化率のうち、電流検出器３５－５により検出された電流変化率が最も大きく、且つ所定の閾値（「第６閾値」の一例）より大きい場合、負極側の直流送電線３３－５に系統事故が発生したと判定するようにしてもよい。

【0076】

正負極間に短絡事故が発生した、つまり、正極側の直流送電線３３－１と、負極側の直流送電線３３－５とが短絡した場合、正負極間で短絡回路が形成され、大地を通る事故電流の回路は形成されない。このため、正負極間の系統事故が発生した場合、主に、並列キャパシタ３６－６にサージ電流が流れる。

【0077】

このため、事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－６により検出された電流値に基づいて、第１の実施形態と同様に、正負極間（つまり、直流送電線３３－１と３３－５）に系統事故が発生したか否かを判定する。事故検出装置３４－６は、正負極間に系統事故が発生したと判定した場合、正極側の直流遮断器３１－１、及び負極側の直流遮断器３１－５の双方に動作指令を出力する。これにより、直流遮断器３１－１、及び３１－５の双方が開放される。

【0078】

ここで、正負極間に系統事故が発生すると、実際には他の並列キャパシタ３６(並列キャパシタ３６－１、３６－５)にも若干量のサージ電流が流れる。このため、事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６のそれぞれにより検出された電流変化率のうち、電流検出器３５－６により検出された電流変化率が最も大きく、且つ所定の閾値（「第７閾値」の一例）より大きい場合、正負極間に系統事故が発生したと判定するようにしてもよい。

【0079】

以上説明したように、第３の実施形態の直流系統１００Ｂ（系統事故検出システム）は、双極構成であり、正極側と負極側との双方の直流送電線３３の間に、並列キャパシタ３６－６が接続される。事故検出装置３４－６は、正極側と負極側との双方の直流送電線３３を監視対象とする。事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６により検出された電流値に基づいて、正極側又は負極側の直流送電線３３における系統事故の発生の有無を判定する。これにより、第３の実施形態の直流系統１００Ｂでは、双極構成においても、上述した効果と同様の効果を奏する。

【0080】

また、第３の実施形態の直流系統１００Ｂでは、事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６のそれぞれにより検出された電流変化率のうち、電流検出器３５－１により検出された電流変化率が最も大きく、且つ所定の閾値（「第５閾値」の一例）より大きい場合、正極側の直流送電線３３－１に系統事故が発生したと判定する。
また、第３の実施形態の直流系統１００Ｂでは、事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６のそれぞれにより検出された電流変化率のうち、電流検出器３５－５により検出された電流変化率が最も大きく、且つ所定の閾値（「第６閾値」の一例）より大きい場合、負極側の直流送電線３３－５に系統事故が発生したと判定する。
また、第３の実施形態の直流系統１００Ｂでは、事故検出装置３４－６は、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６のそれぞれにより検出された電流変化率のうち、電流検出器３５－６により検出された電流変化率が最も大きく、且つ所定の閾値（「第７閾値」の一例）より大きい場合、正負極間に系統事故が発生したと判定する。これにより、第３の実施形態の直流系統１００Ｂでは、電流検出器３５－１、３５－５、及び３５－６のそれぞれにより検出された電流に基づいて、双極構成の直流系統において、系統事故が発生した箇所を精度よく特定することが可能である。

【0081】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、直流系統１００（系統事故検出システム）が、直流送電線３３と大地との間に接続される並列キャパシタ３６を備え、並列キャパシタ３６を流れる電流値に基づいて、直流送電線３３において系統事故が発生したか否かを判定する。これにより、直列リアクトル方式を用いることなく、直流系統において事故が発生した区間を特定することができる。

【0082】

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】

【0083】

１…電力システム、１０…交流系統、２０…電力変換器、３０…直流母線、３１…直流遮断器、３２…リアクトル、３４…事故検出装置、３５…電流検出器、３６…並列キャパシタ、１００…直流系統（系統事故検出システム）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】