JP2021069155A

JP2021069155A - 直流送電システムの保護制御装置及び方法

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Publication number: JP2021069155A
Application number: JP2019191256A
Authority: JP
Inventors: 徹吉原; Toru Yoshihara; 邦彦富安; Kunihiko Tomiyasu
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2019-10-18
Filing date: 2019-10-18
Publication date: 2021-04-30
Anticipated expiration: 2039-10-18
Also published as: JP7277337B2; EP3809551A1

Abstract

【課題】自端情報のみで、線路事故と母線事故を区別して検出し、かつ、線路事故の場合には、事故線路を同定できる直流送電システムの保護制御装置及び方法を提供する。【解決手段】交流を直流に変換する自励式変換装置と、自励式変換装置の直流端子に接続される直流母線と、直流母線と複数の直流線路を接続するための複数の直流遮断器と、自励式変換装置の交流端子と交流系統を接続するための交流遮断器を含み対称単極構成の直流送電システムの保護制御装置であって、直流母線の正又は負の各端子に流入する電流の和から直流母線の正又は負の端子における母線事故を検知して前記複数の直流遮断器と前記交流遮断器を開放し、前記直流線路の正又は負の各端子における対地電位から前記直流線路の線路事故を検知して事故検知した直流線路の直流遮断器を開放することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、再生可能エネルギー電源などの発電システムを、電力変換器および直流送電線を介して交流系統に連系する直流送電システムの保護制御装置及び方法に関する。

長距離送電や、海底送電の高効率化のために、直流送電システム（ＨＶＤＣ：ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＤｉｒｅｃｔＣｕｒｒｅｎｔ）が用いられる。

一般の電力系統は交流系統であるので、直流送電システムでは、交流系統の電力を交直変換器で直流に変換して送電する。

直流送電システムに用いられる交直変換器は、古くはサイリスタを用いた他励式交直変換器が主流であったが、近年は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を用いた自励式交直変換器の導入が増加しており、自励式直流送電システムを形成している。

自励式直流送電システムに用いる交直変換器は、高調波が少なく、大容量化や高電圧化に適した方式として、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：ＭｏｄｕｌａｒＭｕｌｔｉｌｅｖｅｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を適用する事例が増加している。

また、直流送電システムの送電形態として、従来は、２つの地点を１対１でつなぐ１対１送電が主流であったが、近年、直流送電システムの大規模化、大容量化が進み、送電形態も、３つの地点以上を接続する、多端子直流送電システムが注目を浴びている。

係る直流送電システムにおける事故発生時に、事故区間を同定し選択的に切り離し保護するための保護制御装置として、特許文献１が知られている。特許文献１の方法では、直流線路の両端の電流を監視し、両電流検出器の電流検出値の電流差が規定値を超えたときに、直流線路事故を判定する。

特開２００６−２８８０９９号公報

多端子直流送電システムの運用上の課題として、直流線路事故時におけるシステム全体の運転継続がある。

直流線路事故時における、システム全体の運転継続の基本的な考え方は、従来の交流系統と同様であり、事故区間を選択的かつ高速に切り離し、残る健全部分で運転継続を図るものである。

交流系統と異なり、多端子直流送電システムは、交直変換器を介して、相互接続する。係る交直変換器の過電流・過電圧保護および事故波及防止のため、一般に、事故発生から数ｍｓ程度で、事故区間を選択的に切り離す必要がある。

しかしながらこの点に関して、特許文献１の方法は、直流線路の両端の電流を監視する必要があり、事故発生から数ｍｓ程度で、事故区間を選択的に切り離すことを実現するためには、高速かつ同期をとった通信手段が必要となり、高コストであることを免れない。

また、特許文献１は、直流線路の事故についてのみ言及しており、直流母線での事故検出方法については言及されていない。

以上のことから本発明においては、自端情報のみで、線路事故と母線事故を区別して検出し、かつ、線路事故の場合には、事故線路を同定できる直流送電システムの保護制御装置及び方法を提供することを目的とする。

そこで本発明では、交流を直流に変換する自励式変換装置と、自励式変換装置の直流端子に接続される直流母線と、直流母線と複数の直流線路を接続するための複数の直流遮断器と、自励式変換装置の交流端子と交流系統を接続するための交流遮断器を含み対称単極構成の直流送電システムの保護制御装置であって、直流母線の正又は負の各端子に流入する電流の和から直流母線の正又は負の端子における母線事故を検知して前記複数の直流遮断器と前記交流遮断器を開放し、前記直流線路の正又は負の各端子における対地電位から前記直流線路の線路事故を検知して事故検知した直流線路の直流遮断器を開放することを特徴とする。

本発明によれば、自端情報のみで、線路事故と母線事故を区別して検出し、かつ、線路事故の場合には、事故線路を同定できる直流送電システムの保護制御装置及び方法を提供することができる。

本発明の実施例における直流送電変換所の構成例を示す図。本発明の実施例における直流母線の電気的な接続構成例を示す図。本発明の実施例における交直変換器の構成例を示す図。本発明の実施例における単位変換器の構成例を示す図。本発明の実施例における直流線路事故の検出方法および保護制御を示す図。直流母線事故の発生時における直流母線１０７周りの電気回路を示す図。本発明の実施例における直流母線事故検出部の構成例を示す図。直流線路事故の発生時における直流線路周りの電気回路を示す図。直流線路事故の発生時における対地電位の時間変化の概念を示す図。本発明の実施例における直流線路事故検出部の構成例を示す図。本発明の実施例における直流遮断器制御部の構成例を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。なお、以下の実施例は本発明の一形態を示すものであり、本発明は要旨を逸脱しない限り、他の形態を含むものである。

以下の説明で、特に断りがない限り、「交流」は三相交流を指す。また、以降の説明で、説明を簡単にするために、電圧の値について、数値を用いて説明する。電圧の値は、全て任意単位（ａｒｂｉｔｒａｒｙｕｎｉｔ）にて表記し、単位は［ａ．ｕ．］である。なお、数値については、本発明の実施の一例を示すために使用するものであり、本発明の実施例について、その数値を限定するものではない。

本発明の実施例を図１から図１１を用いて説明する。まず図１について説明する。

図１は、本発明を適用可能な直流送電システムにおける主たる構成部としての直流送電変換所の構成例であり、直流送電変換所１０２において、１つの交流系統１０１と複数回線（図１は２回線を例示）の直流線路１０３Ｘ、１０３Ｙが、交直変換器１０６を介して接続される場合を例に示している。

本発明の実施例における直流送電変換所１０２は、一般に対称単極構成と呼ばれる構成であり、直流側の２本の線路（１０３Ｘについて１０３Ｘｐと１０３Ｘｎ、１０３Ｙについて１０３Ｙｐと１０３Ｙｎ）のうち、片方（１０３Ｘについて１０３Ｘｐ、１０３Ｙについて１０３Ｙｐ）の対地電位を大略１．０［ａ．ｕ．］になるよう制御し、もう片方（１０３Ｘについて１０３Ｘｎ、１０３Ｙについて１０３Ｙｎ）の対地電位を大略−１．０［ａ．ｕ．］になるよう制御する方式である。

以降、本明細書では、直流側の２本の線路のうち、大略１．０［ａ．ｕ．］に保たれる線路、および、当該線路に接続される機器などを「正側」の線路や機器と呼称して記号ｐを付し、大略−１．０［ａ．ｕ．］に保たれる線路、および、当該線路に接続される機器などを「負側」の線路や機器と呼称して記号ｎを付して区別表記するものとする。また本明細書では、２回線の一方を回線Ｘ、他方を回線Ｙとして説明する。

図１の直流送電システムは、交流系統１０１、直流送電変換所１０２、直流回線１０３Ｘ、直流回線１０３Ｙから構成される。

直流送電変換所１０２は、交流母線１０４、交流遮断器１０５、交直変換器１０６、直流母線１０７、直流リアクトル１０８、直流遮断器１０９（直流回線Ｘの正側直流遮断器１０９Ｘｐ、直流回線Ｘの負側直流遮断器１０９Ｘｎ、直流回線Ｙの正側直流遮断器１０９Ｙｐ、直流回線Ｙの負側直流遮断器１０９Ｙｎ）から構成される。

直流回線１０３Ｘは、正側線路１０３Ｘｐと負側線路１０３Ｘｎから構成され、直流回線１０３Ｙは、正側線路１０３Ｙｐと負側線路１０３Ｙｎから構成される。

本発明の実施例における直流遮断器１０９は、外部から遮断器の開放指令ないし投入指令を受けて、遮断器を開放ないし投入させることが可能な機器であり、例えば、半導体素子と抵抗から構成される半導体直流遮断器が適用可能である。

なお図１内の記号表記に関して、交直変換器１０６と直流母線１０７の電気的な接続点のうち、正側の接続点をＢｐと表記し、負側の接続点をＢｎと表記し、直流母線１０７と直流リアクトル１０８の電気的な接続点のうち、直流回線Ｘの正側線路１０３Ｘｐに接続される電気的な接続点をＬｘｐ０と表記し、直流回線Ｘの負側線路１０３Ｘｎに接続される電気的な接続点をＬｘｎ０と表記し、直流回線Ｙの正側線路１０３Ｙｐに接続される電気的な接続点をＬｙｐ０と表記し、直流回線Ｙの負側線路１０３Ｙｎに接続される電気的な接続点をＬｙｎ０と表記し、直流回線Ｘの正側直流遮断器１０９Ｘｐと直流回線Ｘの正側線路１０３Ｘｐの電気的な接続点をＬｘｐと表記し、直流回線Ｘの負側直流遮断器１０９Ｘｎと直流回線Ｘの負側線路１０３Ｘｎの電気的な接続点をＬｘｎと表記し、直流回線Ｙの正側直流遮断器１０９Ｙｐと直流回線Ｙの正側線路１０３Ｙｐの電気的な接続点をＬｙｐと表記し、直流回線Ｙの負側直流遮断器１０９Ｙｎと直流回線Ｙの負側線路１０３Ｙｎの電気的な接続点をＬｙｎと表記するものとする。

また、図１内の電流および電圧に関する記号として、接続点Ｂｐを流れる電流をＩｂｐと表記し、接続点Ｂｎを流れる電流Ｉｂｎと表記し、接続点Ｌｘｐ０を流れる電流をＩｘｐと表記し、接続点Ｌｘｎ０を流れる電流をＩｘｎと表記し、接続点Ｌｙｐ０を流れる電流をＩｙｐと表記し、接続点Ｌｙｎ０を流れる電流をＩｙｎと表記し、接続点Ｌｙｐの対地電位をＶｙｐと表記し、接続点Ｌｙｎの対地電位をＶｘｎと表記する。

図２に直流母線１０７の電気的な接続構成を示す。これによれば直流母線１０７は正側の直流母線１０７Ｐと負側の直流母線１０７Ｎで構成され、正負の各母線に複数の直流回線１０３Ｘ、１０３Ｙが接続されている。図２内の記号は、図１の記号と同様である。なおキルヒホッフ則より、ＩｂｐはＩｘｐとＩｙｐの和と等しく、ＩｂｎはＩｘｎとＩｙｎの和と等しい。

次に、本発明の実施例における交直変換器１０６の構成例を、図３を用いて説明する。図３における交直変換器の構成例は、一般にモジュラーマルチレベル変換器と呼ばれる構成である。

図３の交直変換器は単位変換器３０１、アーム３０２、リアクトル３０３、Ａ相交流接続端３０４ａ、Ｂ相交流接続端３０４ｂ、Ｃ相交流接続端３０４ｃ、直流正側接続端３０５ａ、直流負側接続端３０５ｂから構成される。なお直流正側接続端３０５ａは図２の接続点Ｂｐに対応し、直流負側接続端３０５ｂは図２の接続点Ｂｎに対応している。

交直変換器には、図３の電力変換器の他に、遮断器や変圧器など、本発明の実施形態を逸脱しない範囲で、他の電気設備や保護装置を備えていてもよい。またアーム３０２は単位変換器３０１の直列接続回路であり、図２では、単位変換器３０１をＮ個直列接続した場合を例にあげている。

図３では、アーム３０２を６組構成し、そのうち３組の一端をそれぞれ異なるリアクトル３０３に電気的に接続し、もう一端を直流正側接続端３０５ａに電気的に接続する。この３つのリアクトルをリアクトル第１組と呼称する。残りの３組の一端をそれぞれ異なるリアクトル３０３に電気的に接続し、もう一端を直流負側接続端３０５ｂに電気的に接続する。この３つのリアクトルをリアクトル第２組と呼称する。

リアクトル第１組とリアクトル第２組を、電気的に１対１に接続し、３つの接続点とＡ相交流接続端３０４ａ、Ｂ相交流接続端３０４ｂ、Ｃ相交流接続端３０４ｃをそれぞれ電気的に接続する。

次に本発明の実施例における単位変換器３０１の構成例と動作を、図４を用いて説明する。図４の単位変換器は、Ｈ側スイッチング回路４０１、Ｌ側スイッチング回路４０２、コンデンサ４０３、Ｈ側接続端４０４、Ｌ側接続端４０５から構成される。

図４内の記号について、ｉはアーム３０２内における単位変換器３０１の番号であり、１からＮまでの整数である。ＶＣｉは、ｉ番目の単位変換器３０１のコンデンサ印加電圧であり、ＶＯｉは、ｉ番目の単位変換器３０１の出力電圧であり、ＳＷＨｉ、ＳＷＬｉはｉ番目の単位変換器２０１における、Ｈ側スイッチング回路４０１およびＬ側スイッチング回路４０２のオンオフ信号である。

Ｈ側スイッチング回路４０１およびＬ側スイッチング回路４０２は、ＳＷＨｉ、ＳＷＬｉに合わせて、スイッチング回路の両端を短絡もしくは開放状態に切り替える機能を有する。スイッチング回路は、自己消弧素子やダイオードなどを用いて実現可能である。

モジュラーマルチレベル変換器は、単位変換器の出力電圧を個別制御することで、機器構成および運用の許す範囲で、任意の交流電圧および直流電圧を出力可能である。

次に本発明の実施例における、直流線路事故の検出方法および保護制御の考え方について、図５を用いて説明する。

図５は、本発明の実施例における、直流送電システムの保護制御装置の構成図であり、直流母線事故検出部５０１（正側直流母線事故検出部５０１ｐと負側直流母線事故検出部５０１ｎ）、直流線路事故検出部５０２（Ｘ回線側直流線路事故検出部５０２ＸとＹ回線側直流線路事故検出部５０２Ｙ）、変換所保護制御部５０３と、直流遮断器制御部５０４から構成される。

図５内の記号として、Ｆｂｐは直流母線正側の事故検出フラグであり、Ｆｂｎは直流母線負側の事故検出フラグであり、Ｆｌｘは、直流線路Ｘでの事故検出フラグであり、Ｆｌｙは直流線路Ｙでの事故検出フラグである。いずれの事故検出フラグも、事故を検出した場合には１を、そうでない場合は０である。

以降、直流母線事故検出部５０１、直流線路事故検出部５０２、変換所保護制御部５０３と、直流遮断器制御部５０４について説明する。

なお図５に示す事故検出と保護制御を通じて、母線１０７における事故の場合には直流送電変換所１０２は、交流系統と直流系統の双方から遮断分離され、直流線路１０３における事故の場合には当該回線の直流線路のみが遮断分離されることが期待される。

以下、直流母線事故検出部５０１について、図６と図７を用いて説明する。なお直流母線事故検出部５０１は、正側直流母線事故検出部５０１ｐと負側直流母線事故検出部５０１ｎで構成されているが、これらは入力および出力が正側母線か負側母線かという点において相違するのみで同一回路構成とされている。まず、直流母線事故検出の基本思想について、図６を用いて説明する。

図６は、直流母線事故の発生時における、直流母線１０７周りの電気回路図である。図６では、直流母線の正側１０７ｐで地絡事故６０１が発生した場合を例に図示している。図６内の記号として、地絡事故点６０１に流れる電流をＩｂｆと表記する。

図２と比較すると、正側の線路１０７ｐでは、地絡事故電流Ｉｂｆの発生により、ＩｂｐはＩｘｐとＩｙｐの和と等しくならない。なお地絡事故点を含まない負側の線路ではＩｂｎはＩｘｎとＩｙｎの和と等しいことは言うまでもない。

本発明の実施例における直流母線事故検出は、交直変換所から直流母線に流入する電流と、直流母線から各直流線路に流入する電流の総和に差が生じることを利用して、直流母線事故を検出する。以上が図６の説明である。

次に、直流母線事故検出の基本思想を実現する直流母線事故検出部の構成例について図７を用いて説明する。

図７は、本発明の実施例における直流母線事故検出部の構成例であり、加算器７０１、減算器７０２、絶対値回路７０３、直流母線事故判定回路７０４から構成される。加算器７０１と減算器７０２において母線の正側、負側ごとに各端子電流のベクトル和を算出し、絶対値回路７０３で求めた絶対値の大きさが所定値以上であることを直流母線事故判定回路７０４で判断する。

図７内の記号として、｜ΔＩｂ｜は、交直変換所から直流母線に流入する電流Ｉｂと、直流母線から各直流線路に流入する電流の総和Ｉｘ＋Ｉｙの差分の絶対値を取った値である。既に述べたように、｜ΔＩｂ｜は、直流母線事故が発生していない場合は、大略０となるが、直流母線事故が発生した場合には、０にはならない。本発明の実施例では、｜ΔＩｂ｜が、予め定められたしきい値Ｉｂｔｈより上回った場合に、直流母線事故と判定する。

図７内の記号として、Ｆｂは直流母線事故の事故検出フラグであり、直流母線事故が起きていると判定された場合は１を、そうでない場合は０となる。

以上が図７の説明である。以上が、直流母線事故検出部５０１の説明である。

次に、直流線路事故検出部５０２について、図８から図１０を用いて説明する。まず、直流線路事故検出の基本思想について、図８と図９を用いて説明する。

図８は、直流線路事故の発生時における、直流線路周りの電気回路図である。図８は直流線路８０１とリアクトル８０２から構成される。図８では、直流線路８０１のＦ点で地絡事故が発生した場合を例に図示している。図８内の記号として、Ｆ点での対地電位をＶＦと表記し、直流線路８０１とリアクトル８０２の電気的な接続点Ｘでの対地電位をＶＬと表記する。

なお事故は直流線路の任意地点で発生するので、この点の電位を直接計測することが事実上困難であるため、一般には直流送電変換所１０２内の計測点である接続点Ｘで対地電位を計測している。

図９は、図８中のＦ点で、時刻ｔ０で地絡事故が起きた場合の、事故点電位ＶＦと計測点電位ＶＬの時間変化の概念図である。

まず、時刻ｔ０で地絡事故が起きると事故点電位ＶＦは０近傍まで低下する。事故点電位ＶＦの低下は、事故点Ｆを起点に伝搬し、電位の低下が直流送電変換所１０２内の計測点である接続点Ｘまでたどり着いた時点（時刻ｔ１）で計測点電位ＶＬは低下する。

またこの場合に、直流リアクトルと直流線路のインピーダンスが異なるため、事故点Ｘで電位の反射が発生する。以降、事故点Ｆと計測点Ｘの間で、電位の反射と伝搬が繰り返される。さらに現実の直流線路には抵抗成分があるため、計測点電位ＶＬは徐々に減衰し、最終的に０近傍に収束する。

つまり、直流線路事故に伴う対地電位の変化は、事故点Ｆを起点に伝搬し、事故点Ｆの両端の電位が最初に変化する。言い換えると、事故点Ｆの両端の直流送電変換所が、原理的に一番早く直流事故を検出できるため、該当区間のみを選択的に開放できる。以上が、直流線路事故検出の基本思想である。

次に、直流線路事故検出の基本思想を実現する直流線路事故検出部の構成例について図１０を用いて説明する。なお直流線路事故検出部５０２は、Ｘ回線側直流線路事故検出部５０２ＸとＹ回線側直流線路事故検出部５０２Ｙで構成されているが、これらは入力および出力がＸ回線かＹ回線かという点において相違するのみで同一回路構成とされている。

図１０の直流線路事故検出部５０２は、移動平均部１００１、減算器１００２、絶対値１００３、比較器１００４、直流線路事故判定部１００５から構成されている。この回路構成によれば、移動平均部１００１において入力とする正側電圧Ｖｐと負側電圧Ｖｎの夫々の時間平均値を求め、減算器１００２において平均値と現在値の差を求めることで時間変化分を算出し、絶対値回路１００３において絶対値とし、比較器１００４において差分の絶対値が大きい側の値を求め、直流線路事故判定部１００５において大きさが所定地以上であることをもってその直流回線における直流線路事故と判定する。なお上記構成は、いわゆる不足電圧継電器を構成したものであるが、不足電圧の変化率を監視する不足電圧変化率継電器としてもよい。

ここで、図１０内のΔＶｐ、ΔＶｎは、Ｖｐ、Ｖｎそれぞれから、移動平均部１００１にて計算される移動平均値の差を取った値である。図１０内の｜ΔＶＬ｜は、ΔＶｐ、ΔＶｎそれぞれの絶対値を取った値を比較し、大きいほうの値である。｜ΔＶＬ｜は、直流線路事故発生前は、大略０となるが、直流線路事故の発生時には、ＶｐないしＶｎが急変するため、０とならない。本発明の実施例では、｜ΔＶＬ｜が、予め定められたしきい値ＶＬｔｈより上回った場合に、直流母線事故と判定する。

また図１０内の記号として、ＦＬは直流母線事故の事故検出フラグであり、直流母線事故が起きていると判定された場合は１を、そうでない場合は０となる。以上が図１０の説明である。

なお、本発明の実施例では、ＶｐないしＶｎの急変を検出するため、｜ΔＶＬ｜を計算するのに移動平均を用いて計算したが、｜ΔＶＬ｜の計算方法としては、ハイパスフィルタや、その他の信号処理技術を用いてもよい。以上が、直流母線事故検出部５０２の説明である。

次に、変換所保護制御部５０３と直流遮断器制御部５０４について、説明する。本発明の実施例において、直流送電変換所１０２は、保護機器として、各直流線路１０３に直流遮断器１０９を備え、交直変換器１０６の交流端に交流遮断器１０５を備える構成である。

このため、直流線路事故時には、事故線路の直流遮断器を開放し、残る健全な直流線路で、送電を継続することが可能である。

一方、直流母線事故時には、直流遮断器の動作のみでは、事故点と直流送電変換所を切り離すことができないため、直流送電変換所の保護のため、当該直流送電変換所に接続されるすべての直流遮断器を開放し、交直変換器をゲートブロックし、交流遮断器を開放し、交流系統から直流母線事故点に向って流れる事故電流を遮断する必要がある。

以上のことから、図５に例示した変換所保護制御部５０３では、直流母線事故検出部５０１が直流母線事故を検出して直流母線事故検出信号Ｆｂｐ、Ｆｂｎを与えた時に、交直変換器１０６にゲートブロック指令を送信し、かつ交流遮断器１０５に開放指令を送信する。具体的には、ＦｂｐとＦｂｎの論理和が１の場合に、交直変換器にゲートブロック指令を送信し、交流遮断器に開放指令を送信する。

ただし、ここまでの処置は交流系統側における対策であることから、さらに図５に例示した直流遮断器制御部５０４に対しても直流母線事故検出信号Ｆｂｐ、Ｆｂｎを与える。直流母線事故検出信号Ｆｂｐ、Ｆｂｎを与えられた直流遮断器制御部５０４は、後述するように直流線路のすべてを開放すべく、すべての直流遮断器を開放する。これにより、母線１０７における事故の場合には直流送電変換所１０２は、交流系統と直流系統の双方から遮断分離されることになる。

本発明の実施例における直流遮断器制御部５０４の構成例を図１１に示す。

図１１に示すように、論理和計算部１１０１にて、ＦｂｐとＦｂｎとＦＬｘの論理和が１の場合には、直流線路Ｘに備えられた直流遮断器１０３Ｘｐと１０３Ｘｎに開放指令を与え、ＦｂｐとＦｂｎとＦＬｙの論理和が１の場合には、直流線路Ｙに備えられた直流遮断器１０３Ｙｐと１０３Ｙｎに開放指令を与える。

これにより、図５に示す事故検出と保護制御を通じて、母線１０７における事故の場合には直流送電変換所１０２は、交流系統と直流系統の双方から遮断分離され、直流線路１０３における事故の場合には当該回線の直流線路のみが遮断分離されることになる。

変換所保護制御部５０３と直流遮断器制御部５０４によって、直流母線事故時ないし直流線路事故時に、それぞれに対応した保護機器に指令を与え、動作させることが可能となる。以上が、変換所保護制御部５０３と直流遮断器制御部５０４の説明である。

なお、本発明の実施例の説明においては、直流送電変換所は、直流線路が２回線である構成を例に説明したが、直流線路は１回線でも、３回線以上であってもよく、本発明は適用可能である。

上記した本発明の直流送電システムの保護制御装置及び方法によれば、直流送電変換所内で検知する電圧、電流のみから事故検知し、かつ直流送電変換所内外の事故を区分することができる。かつ内外の区分に応じて適切な遮断範囲、従って一部継続運転を可能とすることができる。さらに、直流送電変換所内で検知する電圧、電流のみから事故検知することで、外部設備からの情報について通信を介して得る必要がないので、高速な保護処理に貢献している。

１０１：交流系統
１０２：直流送電変換所
１０３Ｘ：直流回線Ｘ
１０３Ｙ：直流回線Ｙ
１０３Ｘｐ：直流回線Ｘの正側線路
１０３Ｘｎ：直流回線Ｘの負側線路
１０３Ｙｐ：直流回線Ｙの正側線路
１０３Ｙｎ：直流回線Ｙの負側線路
１０４：交流母線
１０５：交流遮断器
１０６：交直変換器
１０７：直流母線
１０８：直流リアクトル
１０９Ｘｐ：直流回線Ｘの正側直流遮断器
１０９Ｘｎ：直流回線Ｘの負側直流遮断器
１０９Ｙｐ：直流回線Ｙの正側直流遮断器
１０９Ｙｎ：直流回線Ｙの負側直流遮断器
３０１：単位変換器
３０２：アーム
３０３：リアクトル
３０４ａ：Ａ相交流接続端
３０４ｂ：Ｂ相交流接続端
３０４ｃ：Ｃ相交流接続端
３０５ａ：直流正側接続端
３０５ｂ：直流負側接続端
４０１：Ｈ側スイッチング回路
４０２：Ｌ側スイッチング回路
４０３：コンデンサ
４０４：Ｈ側接続端
４０５：Ｌ側接続端
５０１：直流母線事故検出部
５０２：直流線路事故検出部
５０３：変換所保護制御部
５０４：直流遮断器制御部
６０１：地絡事故
７０１：加算器
７０２：減算器
７０３：絶対値回路
７０４：直流母線事故判定
８０１：直流線路
８０２：リアクトル
１００１：移動平均部
１００２：減算器
１００３：絶対値回路
１００４：比較器
１００５：直流線路事故判定部
１１０１：論理和計算部

Claims

交流を直流に変換する自励式変換装置と、自励式変換装置の直流端子に接続される直流母線と、直流母線と複数の直流線路を接続するための複数の直流遮断器と、自励式変換装置の交流端子と交流系統を接続するための交流遮断器を含み対称単極構成の直流送電システムの保護制御装置であって、
前記直流母線の正又は負の各端子に流入する電流の和から前記直流母線の正又は負の端子における母線事故を検知して前記複数の直流遮断器と前記交流遮断器を開放し、前記直流線路の正又は負の各端子における対地電位から前記直流線路の線路事故を検知して事故検知した直流線路の前記直流遮断器を開放することを特徴とする直流送電システムの保護制御装置。
請求項１に記載の直流送電システムの保護制御装置であって、
前記直流母線の正又は負の端子における母線事故を検知したときに、前記自励式変換装置をゲートブロックすることを特徴とする直流送電システムの保護制御装置。
請求項１または請求項２に記載の直流送電システムの保護制御装置であって、
前記直流線路の正又は負の各端子における対地電位から前記直流線路の線路事故を検知するに際し、対地電位の絶対値の低下又は対地電位の絶対値の変化率を監視することを特徴とする直流送電システムの保護制御装置。
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の直流送電システムの保護制御装置であって、
前記直流母線の正又は負の端子における母線事故を検知するに際し、前記自励式変換装置から前記直流母線に流入する第１の電流と、前記直流遮断器と前記直流線路の接続点の第２の電流を検出し、第１の電流と第２の電流の差分に基づいて、前記直流母線での事故を検出することを特徴とする直流送電システムの保護制御装置。
交流を直流に変換する自励式変換装置と、自励式変換装置の直流端子に接続される直流母線と、直流母線と複数の直流線路を接続するための複数の直流遮断器と、自励式変換装置の交流端子と交流系統を接続するための交流遮断器を含み対称単極構成の直流送電システムの保護制御方法であって、
前記直流母線の正又は負の各端子に流入する電流の和から前記直流母線の正又は負の端子における母線事故を検知して前記複数の直流遮断器と前記交流遮断器を開放し、前記直流線路の正又は負の各端子における対地電位から前記直流線路の線路事故を検知して事故検知した直流線路の前記直流遮断器を開放することを特徴とする直流送電システムの保護制御方法。