特許 7600430 直流遮断装置、直流遮断装置の制御装置、直流遮断装置の制御方法、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】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】直流遮断装置、直流遮断装置の制御装置、直流遮断装置の制御方法、及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01H 33/59 20060101AFI20241209BHJP

【ＦＩ】

H01H33/59 B

【請求項の数】 16

(21)【出願番号】P 2023557861

(86)(22)【出願日】2021-11-02

(86)【国際出願番号】 JP2021040391

(87)【国際公開番号】W WO2023079592

(87)【国際公開日】2023-05-11

【審査請求日】2024-01-25

(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】江尻 開

(72)【発明者】

【氏名】星野 俊弘

(72)【発明者】

【氏名】金谷 和長

(72)【発明者】

【氏名】石黒 崇裕

【審査官】内田 勝久

(56)【参考文献】

【文献】特公昭５１－０２３０１５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特許第６３２８３５６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開平０５－０８１９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３８６７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｈ ３３／２８ － ３３／５９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直流線路に挿入され、遮断対象電流が一方向及び逆方向に流れる主遮断器と、
前記主遮断器に対して並列に接続される梯子回路と、を備え、
前記梯子回路は、３個以上の枝部が直列に接続された２個以上の縦木部と、
前記２個以上の縦木部のそれぞれにおける前記枝部同士の節点のうち、互いに対応する前記節点同士の間に介在される横木部と、を備え、
前記枝部のうちの複数が開閉器を含み、
前記横木部は、蓄電部を含む、
直流遮断装置。

【請求項2】

前記主遮断器に並列に接続される補助回路を更に備える、
請求項１に記載の直流遮断装置。

【請求項3】

前記枝部は、リアクトル、コンデンサ、または抵抗のうち少なくともいずれか１つを更に含む、
請求項１または２に記載の直流遮断装置。

【請求項4】

前記横木部は、リアクトルまたはエネルギー吸収ユニットのうち少なくともいずれか１つを更に含む、
請求項１から３のうちいずれか１項に記載の直流遮断装置。

【請求項5】

前記開閉器は、ギャップスイッチ、真空開閉器、ガス開閉器、または半導体素子のうち少なくともいずれか１つを含む、
請求項１から４のうちいずれか１項に記載の直流遮断装置。

【請求項6】

前記主遮断器は、真空遮断器またはガス遮断器のうち少なくともいずれか１つを含んで構成される、請求項１から５のうちいずれか１項に記載の直流遮断装置。

【請求項7】

前記主遮断器に並列に配置されたエネルギー吸収ユニットを更に備える、
請求項１から６のうちいずれか１項に記載の直流遮断装置。

【請求項8】

前記主遮断器は、複数の遮断ユニットを備え、
前記遮断ユニットは、前記真空遮断器またはガス遮断器のうち少なくともいずれか１つと、エネルギー吸収ユニットと、が互いに並列に接続された回路を含む、
請求項６に記載の直流遮断装置。

【請求項9】

直流線路に挿入される主遮断器と、
前記主遮断器に対して並列に接続される梯子回路と、を備え、
前記梯子回路は、３個以上の枝部が直列に接続された２個以上の縦木部と、
前記２個以上の縦木部のそれぞれにおける前記枝部同士の節点のうち、互いに対応する前記節点同士の間に介在される横木部と、を備え、
前記枝部のうちの複数が開閉器を含み、
前記横木部は、蓄電部を含み、
前記主遮断器は、真空遮断器またはガス遮断器のうち少なくともいずれか１つを含んで構成され、
前記主遮断器は、複数の遮断ユニットを備え、
前記遮断ユニットは、前記真空遮断器またはガス遮断器のうち少なくともいずれか１つと、エネルギー吸収ユニットと、が互いに並列に接続された回路を含む、
直流遮断装置。

【請求項10】

請求項１から９のうちいずれか１項に記載の直流遮断装置における前記開閉器を開閉制御する制御部を備える、
直流遮断装置の制御装置。

【請求項11】

前記制御部は、前記主遮断器に流れる遮断対象電流に重畳させる電流の向き、周波数、または大きさのうち少なくともいずれか１つを変更するように、前記開閉器を制御する、
請求項１０に記載の直流遮断装置の制御装置。

【請求項12】

直流線路に挿入される主遮断器と、
前記主遮断器に対して並列に接続される梯子回路と、を備え、
前記梯子回路は、３個以上の枝部が直列に接続された２個以上の縦木部と、
前記２個以上の縦木部のそれぞれにおける前記枝部同士の節点のうち、互いに対応する前記節点同士の間に介在される横木部と、を備え、
前記枝部のうちの複数が開閉器を含み、
前記横木部は、蓄電部を含む、
直流遮断装置における前記開閉器を開閉制御する制御部を備え、
前記制御部は、遮断対象電流が前記主遮断器を一方向に流れる場合に、第１開閉パターンで前記開閉器を制御し、前記開閉器をすべて開放させた後、第２開閉パターンで前記開閉器を制御し、
前記第１開閉パターンは、２個以上の前記縦木部における第１縦木部及び第２縦木部に含まれる複数の前記開閉器を、前記第１縦木部における奇数番目及び前記第２縦木部における偶数番目の前記開閉器を開放し、前記第１縦木部における偶数番目及び前記第２縦木部における奇数番目の前記開閉器を閉鎖するパターンであり、
前記第２開閉パターンは、２個以上の前記縦木部における第１縦木部及び第２縦木部に含まれる複数の前記開閉器を、前記第１縦木部における偶数番目及び前記第２縦木部における奇数番目の前記開閉器を開放し、前記第１縦木部における奇数番目及び前記第２縦木部における偶数番目の前記開閉器を閉鎖するパターンである、
直流遮断装置の制御装置。

【請求項13】

前記制御部は、遮断対象電流が前記主遮断器を前記一方向とは逆方向に流れる場合に、前記第２開閉パターンで前記開閉器を制御し、前記開閉器をすべて開放させた後、前記第１開閉パターンで前記開閉器を制御する、
請求項１２に記載の直流遮断装置の制御装置。

【請求項14】

直流線路に挿入される主遮断器と、
前記主遮断器に対して並列に接続される梯子回路と、を備え、
前記梯子回路は、３個以上の枝部が直列に接続された２個以上の縦木部と、
前記２個以上の縦木部のそれぞれにおける前記枝部同士の節点のうち、互いに対応する前記節点同士の間に介在される横木部と、を備え、
前記枝部のうちの複数が開閉器を含み、
前記横木部は、蓄電部を含む、
直流遮断装置における前記開閉器を開閉制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記主遮断器に流れる遮断対象電流の大きさまたは向きのうち少なくとも１つに基づいて、閉鎖する前記開閉器を調整する、
直流遮断装置の制御装置。

【請求項15】

直流線路に挿入される主遮断器と、
前記主遮断器に対して並列に接続される梯子回路と、を備え、
前記梯子回路は、３個以上の枝部が直列に接続された２個以上の縦木部と、
前記２個以上の縦木部のそれぞれにおける前記枝部同士の節点のうち、互いに対応する前記節点同士の間に介在される横木部と、
開閉器を開閉制御する制御部と、を備え、
前記枝部のうちの複数が前記開閉器を含み、
前記横木部は、蓄電部を含む、
直流遮断装置の制御装置のコンピュータが、
前記制御部は、遮断対象電流が前記主遮断器を一方向に流れる場合に、第１開閉パターンで前記開閉器を制御し、前記開閉器をすべて開放させた後、第２開閉パターンで前記開閉器を制御し、
前記第１開閉パターンは、２個以上の前記縦木部における第１縦木部及び第２縦木部に含まれる複数の前記開閉器を、前記第１縦木部における奇数番目及び前記第２縦木部における偶数番目の前記開閉器を開放し、前記第１縦木部における偶数番目及び前記第２縦木部における奇数番目の前記開閉器を閉鎖するパターンであり、
前記第２開閉パターンは、２個以上の前記縦木部における第１縦木部及び第２縦木部に含まれる複数の前記開閉器を、前記第１縦木部における偶数番目及び前記第２縦木部における奇数番目の前記開閉器を開放し、前記第１縦木部における奇数番目及び前記第２縦木部における偶数番目の前記開閉器を閉鎖するパターンである、
直流遮断装置の制御方法。

【請求項16】

直流線路に挿入される主遮断器と、
前記主遮断器に対して並列に接続される梯子回路と、を備え、
前記梯子回路は、３個以上の枝部が直列に接続された２個以上の縦木部と、
前記２個以上の縦木部のそれぞれにおける前記枝部同士の節点のうち、互いに対応する前記節点同士の間に介在される横木部と、
開閉器を開閉制御する制御部と、を備え、
前記枝部のうちの複数が前記開閉器を含み、
前記横木部は、蓄電部を含む、
直流遮断装置の制御装置のコンピュータに、
前記制御部は、遮断対象電流が前記主遮断器を一方向に流れる場合に、第１開閉パターンで前記開閉器を制御し、前記開閉器をすべて開放させた後、第２開閉パターンで前記開閉器を制御させ、
前記第１開閉パターンは、２個以上の前記縦木部における第１縦木部及び第２縦木部に含まれる複数の前記開閉器を、前記第１縦木部における奇数番目及び前記第２縦木部における偶数番目の前記開閉器を開放し、前記第１縦木部における偶数番目及び前記第２縦木部における奇数番目の前記開閉器を閉鎖するパターンであり、
前記第２開閉パターンは、２個以上の前記縦木部における第１縦木部及び第２縦木部に含まれる複数の前記開閉器を、前記第１縦木部における偶数番目及び前記第２縦木部における奇数番目の前記開閉器を開放し、前記第１縦木部における奇数番目及び前記第２縦木部における偶数番目の前記開閉器を閉鎖するパターンである、
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、直流遮断装置、直流遮断装置の制御装置、直流遮断装置の制御方法、及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

高電圧直流送電の実現に向け、近年、高電圧直流遮断装置（以下、単に「直流遮断装置」と呼ぶ）の開発が進んでいる。直流遮断装置には、直流線路で発生した事故を遮断する主遮断器と、主遮断器に流れる電流を打ち消す高周波電流を供給する転流回路（共振回路ともいう）を備えるものがある（例えば、特許文献１参照）。この方式は、強制消弧方式と呼ばれる。この種の直流遮断装置としては、高速度再閉路を行うものがあり、高速度再閉路後に事故遮断を行う強制消弧方式の直流遮断装置として、従来、複数の共振回路を備える技術（例えば、特許文献２参照）や、共振回路としてブリッジ回路を備える技術（例えば、特許文献３参照）がある。

【0003】

しかし、複数の共振回路を備える技術では、共振回路の数が増えるため、装置のコンパクト化を妨げる原因となる。また、ブリッジ回路を備える技術では、コンデンサの全電圧に耐えることのできる開閉器が複数必要であり、やはりコンパクト化を妨げる原因となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開昭５８－３４５２５号公報

【文献】特許第６３２８３５６号公報

【文献】特許第６５０９４６６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、構造をコンパクトにすることができる直流遮断装置、直流遮断装置の制御装置、直流遮断装置の制御方法、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】

【0006】

実施形態の直流遮断装置は、主遮断器と、梯子回路と、を持つ。主遮断器は、直流線路に挿入される。梯子回路は、前記主遮断器に対して並列に接続される。前記梯子回路は、２個以上の縦木部と、横木部と、を持つ。２個以上の縦木部は、３個以上の枝部が直列に接続される。横木部は、前記２個以上の縦木部のそれぞれにおける前記枝部同士の節点のうち、互いに対応する前記節点同士の間に介在される。前記枝部のうちの複数が開閉器を含む。前記横木部は、蓄電部を含む。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】直流遮断装置１００の回路図。

【図2】補助回路部２の複数の例を並べて示す図。

【図3】梯子回路部３における枝部５の複数の例を並べて示す図。

【図4】横木部の実施形態を示す回路図。

【図5】直流遮断装置１００の回路構成の一例を示す図。

【図6】制御部１０１により制御される直流遮断装置１００における動作波形の例を示す図。

【図7】全横木部コンデンサを使用して逆電流を重畳した場合の電流Ｉｂ及び電圧Ｖｂの時間変化を示す図。

【図8】全横木部コンデンサの一部を使用して逆電流を重畳した場合の電流Ｉｂ及び電圧Ｖｂの時間変化を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の直流遮断装置、直流遮断装置の制御装置、直流遮断装置の制御方法、及びプログラムを、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を示す。それら構成の重複する説明は省略する場合がある。

【0009】

図１は、直流遮断装置１００の回路図である。直流遮断装置１００は、例えば、主遮断器１と、補助回路部２と、梯子回路部３と、制御部１０１と、を備える。補助回路部２及び梯子回路部３は、主遮断器１に対して並列に接続される。補助回路部２は、主遮断器１及び梯子回路部３の構成次第では、省略されていてもよい。

【0010】

主遮断器１は、例えば、真空遮断器を備える。主遮断器１は、例えば、ガス遮断器を備えてもよく、真空遮断器とガス遮断器を組み合わせて構成されていてもよい。主遮断器１には、可飽和リアクトルが直列に接続されていてもよい。可飽和リアクトルは、１個でもよいし複数でもよい。直流遮断装置１００は、エネルギー吸収ユニットを備えてもよい。この場合、真空遮断器やガス遮断器は、エネルギー吸収ユニットの各々または複数に対して並列に接続されてもよい。エネルギー吸収ユニットは、過剰なエネルギー、例えば電力を吸収するユニットである。エネルギー吸収ユニットは、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）素子が直列及び並列に組み合わされた避雷器（ＭＯＳＡ：Metal Oxide Surge Arrestors)として構成される。避雷器における酸化亜鉛素子は、直列のみまたは並列のみとされていてもよい。

【0011】

主遮断器１は、例えば、複数の遮断ユニットを備え、遮断ユニットは、真空遮断器またはガス遮断器のうち少なくともいずれか１つと、エネルギー吸収ユニットと、が互いに並列に接続された回路を含んでいてもよい。また、遮断ユニットは、真空遮断器またはガス遮断器のうち少なくともいずれか１つ及びエネルギー吸収ユニットに対して互いに並列に接続された分圧回路を更に含んでいてもよい。この場合の分圧回路は、例えば、複数の遮断ユニットにおける真空遮断器またはガス遮断器の極間に生じる極間電圧を均等または不均等に分圧するように動作する回路でよい。

【0012】

複数の可飽和リアクトルは、例えば直列に接続される。主遮断器１における左側には、例えば発電所などの電力供給源が接続され、右側には、負荷が接続される。以下の説明において、電力供給源が接続される側を上流側、負荷が接続される側を下流側という。

【0013】

図２は、補助回路部２の複数の例を並べて示す図である。補助回路部２は、例えば、リアクトル２１及びエネルギー吸収ユニット２２を組み合わせて構成される。補助回路部２は、リアクトル２１またはエネルギー吸収ユニット２２のいずれかでもよいし、これらの複数を組み合わせて構成されてもよい。

【0014】

図２の最左部に第１例として示される第１補助回路部２Ａは、２個のリアクトル２１と、１つのエネルギー吸収ユニット２２を備える。２個のリアクトル２１は、主遮断器１の上流側と梯子回路部３の上流側を結ぶ配線と、主遮断器１の下流側と梯子回路部３の下流側を結ぶ配線と、にそれぞれ配置される。主遮断器１の上流側と梯子回路部３の上流側を結ぶ配線に配置されたリアクトル２１と主遮断器１を結ぶ配線にエネルギー吸収ユニット２２の一端が接続され、主遮断器１の下流側と梯子回路部３の下流側を結ぶ配線に配置されたリアクトル２１と梯子回路部３を結ぶ配線にエネルギー吸収ユニット２２の他端が接続される。

【0015】

図２の左から２番目に第２例として示される第２補助回路部２Ｂは、２個のリアクトル２１と、１つのエネルギー吸収ユニット２２を備える。２個のリアクトル２１は、主遮断器１の上流側と梯子回路部３の上流側を結ぶ配線に直列に配置される。２個のリアクトル２１を結ぶ配線にエネルギー吸収ユニット２２の一端が接続され、主遮断器１の下流側と梯子回路部３の下流側を結ぶ配線にエネルギー吸収ユニット２２の他端が接続される。

【0016】

図２の左から３番目に第３例として示される第３補助回路部２Ｃは、１つのリアクトル２１と、１つのエネルギー吸収ユニット２２を備える。リアクトル２１は、主遮断器１の上流側と梯子回路部３の上流側を結ぶ配線に配置される。リアクトル２１と主遮断器１の上流側を結ぶ配線にエネルギー吸収ユニット２２の一端が接続され、主遮断器１の下流側と梯子回路部３の下流側を結ぶ配線にエネルギー吸収ユニット２２の他端が接続される。

【0017】

図２の左から４番目に第４例として示される第４補助回路部２Ｄは、２個のリアクトル２１と、１つのエネルギー吸収ユニット２２を備える。２個のリアクトル２１は、主遮断器１の上流側と梯子回路部３の上流側を結ぶ配線と、主遮断器１の下流側と梯子回路部３の下流側を結ぶ配線と、にそれぞれ配置される。主遮断器１の上流側と梯子回路部３の上流側を結ぶ配線に配置されたリアクトル２１と梯子回路部３を結ぶ配線にエネルギー吸収ユニット２２の一端が接続され、主遮断器１の下流側と梯子回路部３の下流側を結ぶ配線に配置されたリアクトル２１と梯子回路部３を結ぶ配線にエネルギー吸収ユニット２２の他端が接続される。

【0018】

図２の左から５番目に第５例として示される第５補助回路部２Ｅは、１つのリアクトル２１のみを備える。リアクトル２１は、主遮断器１の上流側と梯子回路部３の上流側を結ぶ配線に設けられる。図２の左から６番目に描画される第６補助回路部２Ｆは、１つのエネルギー吸収ユニット２２のみを備える。エネルギー吸収ユニット２２の一端は、主遮断器１の上流側と梯子回路部３の上流側を結ぶ配線に接続され、エネルギー吸収ユニット２２の他端は、主遮断器１の下流側と梯子回路部３の下流側を結ぶ配線に接続される。

【0019】

補助回路部２は、上記の第１補助回路部２Ａ～第６補助回路部２Ｆのいずれかのように、それぞれが１つまたは複数組み合わされてまたは単独で用いられてよい。上記の第１補助回路部２Ａ～第６補助回路部２Ｆは、主遮断器１および梯子回路部３に対する接続を反転させたり、紙面上の左右を反転させたりしてもよいし、並列部分を直列としたり、直列部分を並列としたりしてもよい。

【0020】

梯子回路部３は、例えば、２個以上、例えば２個の縦木部４を備える。２個の縦木部４は、例えば、直列に接続された３個以上の枝部５を備える。隣接する枝部５同士の間には、それぞれ節点６が形成される。２個の縦木部４における枝部５及び節点６の数は、いずれも同数である。

【0021】

２個の縦木部４のそれぞれにおける互いに対応する節点６同士の間には、横木部７が接続される。対応する節点６同士は、例えば、２個の縦木部４において、同じ側から数えて同じ順番となる位置に配置される節点同士である。横木部７は、例えば、梯子回路部３内に２個以上設置される。

【0022】

図３は、梯子回路部３における枝部５の複数の例を並べて示す図である。枝部５は、例えば、開閉器５１、リアクトル５２、抵抗５３、コンデンサ５４のうちの一部または全部を組み合わせて構成される。枝部５は、例えば、開閉器５１、リアクトル５２、抵抗５３、コンデンサ５４のいずれかでもよいし、これらの複数を組み合わせて構成されてもよい。開閉器５１は、ギャップスイッチ、真空開閉器、ガス開閉器、半導体素子のいずれかでもよいし、これらの複数を組み合わせて構成されていてもよい。枝部５は、部分的にリアクトル、抵抗、コンデンサ、開閉器といった回路要素を接続しなくてもよい。

【0023】

図３の最左部に第１例として示される第１枝部５Ａは、開閉器５１のみにより構成される。図３の左から２番目に第２例として示される第２枝部５Ｂは、開閉器５１とリアクトル５２が直列に接続されて構成される。図３の左から３番目に第３例として示される第３枝部５Ｃは、直列に接続された開閉器５１及びリアクトル５２に対して、抵抗５３及びコンデンサ５４がいずれも並列に接続されて構成される。

【0024】

図３の左から４番目に第４例として示される第４枝部５Ｄは、並列に接続された開閉器５１、抵抗５３、及びコンデンサ５４の一端側に対して直列にリアクトル５２が接続されて構成される。図３の左から５番目に第５例として示される第５枝部５Ｅは、並列に接続された開閉器５１及びコンデンサ５４の一端側に対して直列にリアクトル５２が接続されて構成される。

【0025】

図３の左から６番目に第６例として示される第６枝部５Ｆは、直列に接続された開閉器５１及びリアクトル５２に対して、コンデンサ５４が並列に接続されて構成される。図３の左から７番目に第７例として示される第７枝部５Ｇは、抵抗５３とコンデンサ５４が並列に接続されて構成される。

【0026】

梯子回路部３に設けられる枝部５の数（開閉器５１の数）は、複数であるが、例えば、一度目の遮断と、再閉路後の二度目の遮断のみを考慮した場合には、４つ以上が必要である。また、梯子回路部３に６個以上の枝部５（開閉器５１）を設けることにより、梯子回路部３から主遮断器１に投入する電流の大きさを変えることができる。

【0027】

また、梯子回路部３における縦木部４は２本以上であるが、一度目の遮断と、再閉路後の二度目の遮断のみを考慮する場合には、枝部５（開閉器５１）は、各縦木部４に２つ以上設けることが必要である。また、各縦木部４にそれぞれ３個以上の枝部５（開閉器５１）を設けることにより、梯子回路部３から主遮断器１に投入する電流の大きさを変えることができる。

【0028】

図４は、横木部７の複数の例を並べて示す図である。横木部７は、例えば、コンデンサ７１、リアクトル７２、エネルギー吸収ユニット７３のうちの一部または全部を組み合わせて構成される。横木部７は、例えば、コンデンサ７１、リアクトル７２、エネルギー吸収ユニット７３のいずれかでもよいし、これらの複数を組み合わせて構成されてもよい。また、コンデンサ７１に対する予備充電回路などの充電回路が設けられていてもよい。コンデンサ７１は、蓄電部の一例である。

【0029】

図４の最左部に第１例として示される第１横木部７Ａは、コンデンサ７１を備える。図４の左から２番に第２例として示される第２横木部７Ｂは、コンデンサ７１及びリアクトル７２が直列に接続されて構成される。図４の左から３番に第３例として示される第３横木部７Ｃは、コンデンサ７１及びエネルギー吸収ユニット７３が並列に接続されて構成される。

【0030】

図４の左から４番に第４例として示される第４横木部７Ｄは、直列に接続されたコンデンサ７１及びリアクトル７２に対して、エネルギー吸収ユニット７３が並列に接続されて構成される。図４の左から５番に第５例として示される第５横木部７Ｅは、並列に接続されたコンデンサ７１及びエネルギー吸収ユニット７３に対して、リアクトル７２が直列に接続されて構成される。

【0031】

制御部１０１は、主遮断器１と、梯子回路部３に含まれる開閉器５１と、を開閉制御可能である。制御部１０１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（コンピュータ）等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開閉制御を実行する。また、制御部１０１は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって開閉制御を実行してもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって開閉制御を実行してもよい。プログラムは、予めコントローラのＨＤＤやフラッシュメモリ等の記憶装置（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等の着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体（非一過性の記憶媒体）がドライブ装置に装着されることで記憶装置にインストールされてもよい。プログラムは、記憶部に記憶されていてもよい。

【0032】

制御部１０１は、例えば、落雷などにより事故電流が遮断対象電流として発生した場合に、事故電流が発生した場所を系統から遮断し、その後、系統を迅速に再接続するように高速度再閉路する。制御部１０１は、主遮断器１が系統を遮断した後、系統を再接続したときに、主遮断器１に流れる事故電流に電流を重畳させる。制御部１０１は、主遮断器１に流れる事故電流に重畳させる電流の向き、周波数、または大きさのうちいずれか１つを変更するように、開閉器５１を制御する。コンデンサ７１に対する予備充電回路などの充電回路が設けられる場合には、充電の制御を制御部１０１が担ってもよい。

【0033】

次に、制御部１０１により制御される直流遮断装置１００の動作について説明する。補助回路部２及び梯子回路部３の構成を具体的に特定した直流遮断装置１００を用いて直流遮断装置１００の動作を説明する。図５は、直流遮断装置１００の回路構成の一例を示す図である。

【0034】

図５に示す直流遮断装置１００は、図１に示す直流遮断装置１００における補助回路部２及び梯子回路部３の構成を具体的に特定したものである。ここでは、直流遮断装置１００の動作の説明に先立ち、補助回路部２及び梯子回路部３の構成を具体的に特定した直流遮断装置１００の構成について説明する。

【0035】

図５に示す直流遮断装置１００は、補助回路部２として図２に示す第３補助回路部２Ｃを備える。第３補助回路部２Ｃには、リアクトル２１及びエネルギー吸収ユニット２２が含まれる。直流遮断装置１００の梯子回路部３は、第１縦木部４ａ～第３縦木部４ｃの３個の縦木部４を備える。

【0036】

第１縦木部４ａ及び第２縦木部４ｂにおける各枝部５としては、図３に示す第１枝部５Ａが選択される。第１枝部５Ａには、開閉器５１のみが含まれる。第１縦木部４ａ及び第２縦木部４ｂに挟まれた第３縦木部４ｃの各枝部５としては、図３に示す第７枝部５Ｇが選択される。第７枝部５Ｇには、抵抗５３及びコンデンサ５４が含まれる。横木部７としては、図４に示す第１横木部７Ａが選択されている。第１横木部７Ａには、コンデンサ７１が含まれる。

【0037】

以下の説明において、第１縦木部４ａにおける枝部５に含まれる開閉器５１を、上流側から順に第１開閉器５１ａ、第３開閉器５１ｃ、第５開閉器５１ｅ、第７開閉器５１ｇ、第９開閉器５１ｉとする。また、第２縦木部４ｂにおける枝部５に含まれる開閉器５１を、上流側から順に第２開閉器５１ｂ、第４開閉器５１ｄ、第６開閉器５１ｆ、第８開閉器５１ｈ、第１０開閉器５１ｊとする。

【0038】

また、第１縦木部４ａと第３縦木部４ｃの間に配置された横木部７に含まれるコンデンサ７１を、上流側から順に第１コンデンサ７１ａ、第３コンデンサ７１ｃ、第５コンデンサ７１ｅ、第７コンデンサ７１ｇとする。また、第２縦木部４ｂと第３縦木部４ｃの間に配置された横木部７に含まれるコンデンサ７１を、上流側から順に第２コンデンサ７１ｂ、第４コンデンサ７１ｄ、第６コンデンサ７１ｆ、第８コンデンサ７１ｈとする。

【0039】

図６は、制御部１０１により制御される直流遮断装置１００における動作波形の例を示す図である。系統を遮断する前の状態では、第１開閉器５１ａ～第１０開閉器５１ｊは、すべて開放された「開」の状態とされている。また、第１コンデンサ７１ａ～第８コンデンサ７１ｈ（以下、全横木部コンデンサ）は、全て図６の矢印のＹ１～Ｙ８向きを正として充電されている。全横木部コンデンサは、例えば図示しない予備充電回路を介して充電される。第３縦木部４ｃの枝部として選択された抵抗５３及びコンデンサ５４は、例えば、直流電圧や雷インパルス電圧、開閉サージ電圧に対する電圧分担を良好とする役割を担う。

【0040】

制御部１０１は、直流系統で事故が発生した時に、第１開閉器５１ａ～第１０開閉器５１ｊのうち適した開閉器を閉鎖された「閉」の状態とする。ここでは、事故により主遮断器１に流れる事故電流が電流Ｉｂとなって図５中の矢印Ｙ１１の向きに流れた場合の制御部１０１による制御について説明する。

【0041】

例えば、時刻ｔ１において事故が発生すると、制御部１０１がこれを検知し、時刻ｔ２において主遮断器１を「開」とする。例えば、主遮断器１をガス遮断器や真空遮断器とした場合には、主遮断器１を「開」とした後、主遮断器１に電流零点が形成して電流遮断が完了するまでは、アーク放電により通電状態が維持される。

【0042】

続いて、時刻ｔ３に第１開閉器５１ａ、第４開閉器５１ｄ、第５開閉器５１ｅ、第８開閉器５１ｈ、及び第９開閉器５１ｉ（以下、第１グループ開閉器）を「閉」とする。第１グループ開閉器のうち、第１開閉器５１ａ、第５開閉器５１ｅ、及び第９開閉器５１ｉは、第１縦木部４ａにおける奇数番目の開閉器であり、第４開閉器５１ｄ及び第８開閉器５１ｈは、第２縦木部４ｂにおける偶数番目の開閉器である。

【0043】

このとき、第２開閉器５１ｂ、第３開閉器５１ｃ、第６開閉器５１ｆ、第７開閉器５１ｇ、及び第１０開閉器５１ｊ（以下、第２グループ開閉器）を「開」のままとする。第２グループ開閉器のうち、第３開閉器５１ｃ及び第７開閉器５１ｇは、第１縦木部４ａにおける偶数番目の開閉器であり、第２開閉器５１ｂ、第６開閉器５１ｆ、及び第１０開閉器５１ｊは、第２縦木部４ｂにおける奇数番目の開閉器である。第１グループ開閉器を「閉」とし、第２グループ開閉器を「開」とするパターンは、第１開閉パターンの一例である。

【0044】

第１グループ開閉器を「閉」とすることにより、第１グループ開閉器、全横木部コンデンサ、リアクトル２１、及び主遮断器１を含むループに、予め充電された全横木部コンデンサのそれぞれから電荷が放出される。

【0045】

全横木部コンデンサのそれぞれから電荷が放出されることによって、全横木部コンデンサのそれぞれから第１グループ開閉器とリアクトル２１と主遮断器１とを通過する共振電流が流れる。これにより、直流遮断装置１００では、事故電流である電流Ｉｂが流れる向きとは逆向きの振動電流が事故電流に重畳される。電流Ｉｂが流れる向きは、一方向の一例である。電流Ｉｂが流れる向きの逆向きは、逆方向の一例である。その結果、主遮断器１は、電流零点が形成されて電流遮断を完了することにより、遮断責務を果たす。

【0046】

このような制御により強制的に事故電流を遮断すると、系統に電磁エネルギーが残留することがある。この残留した電磁エネルギーは、横木部コンデンサを充電し、エネルギー吸収ユニット２２によって処理される。時刻ｔ３において第１グループ開閉器を閉として主遮断器１に電流零点が形成されると、矢印Ｙ２１に示すように、事故電流は電流Ｉｒとなって主遮断器１を除いた回路による転流回路に流れる。

【0047】

転流回路に流れる事故電流による電流Ｉｒは、第１グループ開閉器が「閉」である間は、予め充電されていた向きとは逆向きに全横木部コンデンサを充電する。リアクトル２１に誘起される電圧を無視すれば、全横木部コンデンサの充電電圧の和は主遮断器１の両端の電圧Ｖｂとほぼ等しく、エネルギー吸収ユニット２２はＶｂがある電圧値まで上昇した時刻からエネルギーの処理を開始する。

【0048】

時刻ｔ３において第１グループ開閉器を「閉」とした後、再閉路するまでの適した時刻ｔ４において、第１グループ開閉器を再度「開」とする。時刻ｔ４に第１グループ開閉器を再度「開」とすることで、全横木部コンデンサに流れる電流は遮断され、全横木部コンデンサの充電電圧Ｖｃを再度の事故処理に必要な電圧値に保つことができる。

【0049】

直流遮断装置１００は、時刻ｔ４において高速度再閉路するために、主遮断器１を再度「閉」にする。事故が継続していた場合、高速度再閉路後には主遮断器１には再度事故電流が流れる。この際、事故電流である電流Ｉｂの向きは高速度再閉路を実施する前の一度目の事故電流の向きと同一となる。

【0050】

制御部１０１は、電流Ｉｂが再度流れていることを検知し、時刻ｔ５にて主遮断器１を再び「開」として事故遮断（以下、二度目の事故遮断）する。二度目の事故遮断では、一度目に主遮断器１を「開」として事故遮断（以下、一度目の事故遮断）した場合と同様に、主遮断器１に電流零点が形成されるまではアーク放電により通電状態が維持される。

【0051】

続いて、時刻ｔ６に第２グループ開閉器を「閉」とし、第１グループ開閉器は「開」のままとする。第２グループ開閉器を「閉」とすることにより、第２グループ開閉器、全横木部コンデンサ、リアクトル２１、主遮断器１を含むループに、一度目の事故遮断により逆極性に充電された全横木部コンデンサから電荷が放出される。

【0052】

全横木部コンデンサから電荷が放出されることによって、全横木部コンデンサのそれぞれから第２グループ開閉器とリアクトル２１と主遮断器１とを通過する共振電流が流れる。これにより、直流遮断装置１００では、事故電流である電流Ｉｂとは逆向きの振動電流が事故電流に重畳される。その結果、主遮断器１は、電流零点が形成されて電流遮断を完了することにより、遮断責務を果たす。その後、一度目の事故遮断の場合と同様に、系統に残留する電磁エネルギーを処理する。

【0053】

また、事故により主遮断器１に流れる事故電流である電流Ｉｂが図６中の矢印の向きとは逆向きに流れた場合には、制御部１０１は、一度目の事故遮断として、第２グループ開閉器を「閉」とし、第１グループ開閉器を「開」のままとする。第１グループ開閉器を「開」とし、第２グループ開閉器を「閉」とするパターンは、第２開閉パターンの一例である。第２グループ開閉器を閉とすることで、第２グループ開閉器、全横木部コンデンサ、リアクトル２１、主遮断器１を含むループに、予め充電された全横木部コンデンサのそれぞれから電荷が放出される。

【0054】

全横木部コンデンサのそれぞれから電荷が放出されることによって、全横木部コンデンサのそれぞれから第２グループ開閉器とリアクトル２１と主遮断器１とを通過する共振電流が流れる。これにより、直流遮断装置１００では、事故電流とは逆向きの振動電流が事故電流に重畳される。その結果、主遮断器１は、電流零点が形成されて電流遮断を完了することにより、遮断責務を果たす。その後、系統に残留する電磁エネルギーを処理する。

【0055】

続いて、再閉路後に再度事故遮断が必要となった場合には、第１グループ開閉器を「閉」として、電流Ｉｂが図６中の矢印の向きに流れた場合における第１グループ開閉器と第２グループ開閉器の処理を入れ替えた場合と同様の二度目の事故遮断を実行する。その後、系統に残留する電磁エネルギーを処理する。

【0056】

制御部１０１は、事故電流である電流Ｉｂの向きを検知や予測することができない場合には、第１グループ開閉器または第２グループ開閉器のいずれかを閉として、主遮断器１に振動電流を重畳させる。この場合、主遮断器１は、振動電流は第一半波で主遮断器１に電流零点を形成する場合でも、第二半波で主遮断器１に電流零点を形成する場合でも遮断が成功するように構成される。

【0057】

以上の説明では転流回路から主遮断器１に重畳される共振電流により主遮断器１に形成される第一電流零点にて遮断が成功する場合について説明した。これに対して、主遮断器１は、第一電流零点での電流遮断には失敗したが、第二電流零点や第三電流零点にて成功する場合もある。

【0058】

次に、遮断対象電流として負荷電流を遮断するときの動作について説明する。事故電流を遮断するときには、全横木部コンデンサが帯電していた電荷を放出するが、負荷電流を遮断するときには、全横木部コンデンサの一部が、帯電していた電荷を放出する。制御部１０１は、主遮断器１に流れる負荷電流の大きさまたは向き、あるいはその両方に基づいて、閉鎖する開閉器５１を調整する。ここでは、全横木部コンデンサのうち、第５コンデンサ７１ｅ及び第６コンデンサ７１ｆが電荷を放出する例について説明する。

【0059】

図６中の矢印Ｙ１１の向きに負荷電流である電流Ｉｂが流れているときに遮断指令を受けた制御部１０１は、例えば第１開閉器５１ａ、第３開閉器５１ｃ、第５開閉器５１ｅ、第８開閉器５１ｈ、第１０開閉器５１ｊ（以下、第３グループ開閉器）を閉にし、第２開閉器５１ｂ、第４開閉器５１ｄ、第６開閉器５１ｆ、第７開閉器５１ｇ、第９開閉器５１ｉ（以下、第４グループ開閉器）を開のままとする。これにより、主遮断器１には、第３グループ開閉器、予め充電された第５コンデンサ７１ｅ及び第６コンデンサ７１ｆ、リアクトル２１、主遮断器１を含むループに、第５コンデンサ７１ｅ及び第６コンデンサ７１ｆのそれぞれから電荷が放出される。

【0060】

第５コンデンサ７１ｅ及び第６コンデンサ７１ｆのそれぞれから電荷が放出されることによって、第５コンデンサ７１ｅ及び第６コンデンサ７１ｆのそれぞれから第３グループ開閉器とリアクトル２１と主遮断器１とを通過する共振電流が流れる。これにより、直流遮断装置１００では、負荷電流である電流Ｉｂとは逆向きの振動電流が負荷電流に重畳される。その結果、主遮断器１に電流零点が形成される。主遮断器１に電流零点が形成される前の適切な時刻に主遮断器１を「開」とすることにより、主遮断器１は、電流零点が形成された時刻で電流遮断を完了し、遮断責務を果たす。

【0061】

図６中の矢印Ｙ１１の向きとは逆向きに負荷電流である電流Ｉｂが流れているときに遮断指令を受けた制御部１０１は、例えば第４グループを閉とし、第３グループ開閉器を開のままとする。これにより、主遮断器１には、第４グループ開閉器、予め充電された第５コンデンサ７１ｅおよび第６コンデンサ７１ｆ、リアクトル２１、主遮断器１を含むループに、第５コンデンサ７１ｅおよび第６コンデンサ７１ｆのそれぞれから電荷が放出される。

【0062】

第５コンデンサ７１ｅおよび第６コンデンサ７１ｆのそれぞれから電荷が放出されることによって、第５コンデンサ７１ｅおよび第６コンデンサ７１ｆのそれぞれから第４グループ開閉器とリアクトル２１と主遮断器１とを通過する共振電流が流れる。これにより、直流遮断装置１００では、負荷電流とは逆向きの振動電流が負荷電流に重畳される。その結果、主遮断器１に電流零点が形成される。主遮断器１に電流零点が形成される前の適切な時刻に主遮断器１を「開」とすることにより、主遮断器１は、電流零点が形成された時刻で電流遮断を完了し、遮断責務を果たす。

【0063】

次に、主遮断器１により負荷電流を遮断するときに主遮断器１に流れる電流Ｉｂと主遮断器１に印加される電圧Ｖｂの時間変化の関係について説明する。ここでは、全横木部コンデンサを使用して主遮断器１に流れる負荷電流に逆電流を重畳した場合と、全横木部コンデンサの一部を使用して主遮断器１に流れる負荷電流に逆電流を重畳した場合について説明する。

【0064】

図７は、全横木部コンデンサを使用して逆電流を重畳した場合の電流Ｉｂ及び電圧Ｖｂの時間変化を示す図、図８は、全横木部コンデンサの一部を使用して逆電流を重畳した場合の電流Ｉｂ及び電圧Ｖｂの時間変化を示す図である。

【0065】

全横木部コンデンサの一部を使用して逆電流を重畳した場合には、全横木部コンデンサを使用して逆電流を重畳した場合と比較して、主遮断器１に印加される電圧Ｖｂが小さくなる。このため、全横木部コンデンサの一部を使用して逆電流を重畳した場合には、全横木部コンデンサを使用して逆電流を重畳した場合よりも、電流零点の後に主遮断器１に印加される過渡回復電圧を小さくすることができる。したがって、主遮断器１の遮断責務が軽減されるので、遮断に失敗する恐れを小さくすることができる。

【0066】

また、主遮断器１が遮断する事故電流が小さい場合には、直流遮断装置１００は、主遮断器１において事故電流に重畳させる逆電流の放出に用いるコンデンサ７１の数を削減してもよい。主遮断器１において事故電流に重畳させる逆電流の大きさを小さくすることにより、電流零点の後に主遮断器１に印加される過渡回復電圧の大きさも小さくなる。

【0067】

このため、主遮断器１の遮断責務が軽減され、遮断に失敗する恐れを低減できる。ただし、高速度再閉路の実施後に再度事故電流が流れた場合にも主遮断器１に電流零点を形成するため、制御部１０１は、「閉」とする開閉器５１を適切に選定し、接続されたコンデンサ７１により電流零点を形成するために十分な充電電圧を保つことが要求される。

【0068】

実施形態の直流遮断装置１００は、主遮断器１に対して並列に接続される梯子回路部３を備え、梯子回路部３における縦木部４は３個以上の開閉器５１を備え、横木部７は、コンデンサ７１を備える。このため、主遮断器１が一度目の事故遮断を行った後に再度「閉」としたときに、事故電流が主遮断器１に再度流れている場合に二度目の事故遮断を行う。

【0069】

直流遮断装置１００は、一度目の事故遮断の際に、二度目の事故遮断を行うための電力をコンデンサ７１に蓄電するので、高速度再閉路することができる。高速度再閉路の際に主遮断器１に電流を重畳させる回路は梯子回路部３である。直流遮断装置１００は、梯子回路部３を備えるので特許文献２に開示される技術のように、複数の共振回路を設ける必要はない。

【0070】

また、特許文献３に開示される技術のように、ブリッジ回路を設けるものではないため、コンデンサの全電圧に耐えることのできる開閉器を複数設ける必要もない。このように、複数の共振回路やコンデンサの全電圧に耐えることのできる開閉器を複数設ける必要もないので、装置全体のコンパクト化を図ることができる。よって、追加の共振回路を設けることなく、直流線路における高速度再閉路の動作責務にも対応しつつ、負荷電流を含む小電流の遮断にも、事故に伴う大電流の遮断にも対応することができる。

【0071】

また、特許文献３に開示されるブリッジ式の強制消弧方式の直流遮断装置では、ブリッジ回路から主遮断器に重畳される電流の大きさや周波数の特徴を制御することが難しい。このため、負荷電流の遮断や小規模な事故電流の遮断が容易ではない。

【0072】

この点、実施形態の直流遮断装置１００は、主遮断器１において事故電流に重畳させる逆電流の放出に用いるコンデンサ７１の数を削減することができる。したがって、負荷電流の遮断や小規模な事故電流の遮断にも容易に対応することができる。

【0073】

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、直流線路に挿入される主遮断器と、前記主遮断器に対して並列に接続される梯子回路と、を備え、前記梯子回路は、３個以上の枝部が直列に接続された２個以上の縦木部と、前記２個以上の縦木部のそれぞれにおける前記枝部同士の節点のうち、互いに対応する前記節点同士の間に介在される横木部と、を備え、前記枝部のうちの複数が開閉器を含み、前記横木部は、蓄電部を含む、直流遮断装置であることにより、構造をコンパクトにすることができる。

【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…主遮断器、２（２Ａ～２Ｆ）…補助回路部、３…梯子回路部、４（４ａ～４ｃ）…縦木部、５（５Ａ～５Ｇ）…枝部、６…節点、７（７Ａ～７Ｅ）横木部、２１，５２，７２…リアクトル、２２，７３…エネルギー吸収ユニット、５１（５１ａ～５１ｊ）…開閉器、５３…抵抗、５４，７１（７１ａ～７１ｈ）…コンデンサ、１００…直流遮断装置、１０１…制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】