JPH0320976B2

JPH0320976B2 -

Info

Publication number: JPH0320976B2
Application number: JP4031683A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Egashira
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1983-03-09
Filing date: 1983-03-09
Publication date: 1991-03-20
Also published as: JPS59165925A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、交流電力（以下AC電力と称す）、直
流電力（以下DC電力と称す）を単一の送電線網
に重畳させて輸送することのできる送受電装置に
係り、特に、AC送電線網とDC送電線網の一体化
をはかり、さらに、これまで困難とされていた
DC系しや断システムを改良することによつて、
AC電力とDC電力の統一的運用を可能にする
AC／DC多重送電線網の送受電装置に関するもの
である。

本発明は若干特殊な分野に属するものであるか
ら、従来例として確立したものは存在しないが、
AC電力を同一の送電線に重畳させる装置として、
例えば、東京電機大学出版局、昭和52年３月発行
に係る文献『直流送電』町田武彦著のP30図2.6の
ようなものがある。これを、本明細書の中で、理
解しやすいように若干アレンジして第１図ａとし
て説明する。

まず、交流と直流の重畳送電の利点としては、
次のものが上げられる。

(a) 開発困難な直流しや断器が不要で、第１図ｂ
のように分岐負荷が自由にとれる。

(b) 交流系の安定度による送電容量の限界以上に
直流電力を重畳できるので、長距離送電に適し
ている。

(c) 第１図ｃのように交流線路を利用するので、
新しく直流線路を必要としない。

第１図ａにおいて、AC系回路は三層交流回路
を示している。１はAC電源、２は送電側の変圧
器で、３は送電側の変圧器２の一次側コイル、４
は変圧器２の二次側コイル、５は多重送電線、６
は受電側の変圧器で、７は受電側の変圧器６の一
次側コイル、８は変圧器６の二次側コイル、９は
AC負荷、１２は接地である。

４０はDC電源を阻止するためのブロツクコン
デンサである。

一方、１０はDC電源、４１は送電側の直流連
結用変圧器、４３はそのコルである。

４３はDC電圧平滑用のDCリアクトルである。
１１はDC負荷であり、このDC負荷は、DC電源
１０と対称的に受電側の直流連結用変圧器４４の
中性点と接地１２の間に接続されている。

次に作用について説明する。

三相交流電力は、送電側の変圧器２からブロツ
クコンデンサ４０を介して受電側の変圧器６に送
られ、交流負荷９で消費される。

直流電力は送電側の直流連結変圧器４１から
DCリアクトル４３を介して受電側の直流連結用
変圧器４４に送られ、その中性点に接続された負
荷１１で消費される。DC電源の交流用変圧器２，
６への流入は、ブロツクコンデンサ４０によつて
阻止される。

また、交流電圧のDC電源１０への干渉は、三
相交流が平衡している場合、直流連結用変圧器４
１，４４の中性点電位が零になることによつて阻
止される。

また、直流連結用変圧器は、その巻線のインダ
クタンスによつてAC電流の流入を抑制する働き
を有する。

多重送電線５において、電流はAC負荷電流と
DC負荷電流の重畳した送電電流となり、電位は
AC電圧とDC電圧と重畳したものとなる。

しかしながら、第１ａ図の回路は次のような欠
点を持つている。

(a) 交流電力がブロツクコンデンサ４０を介して
送られるため負荷９の変動により受電端の電圧
が大きく変化する。

(b) 三相負荷９が平衡していない場合、直流連結
用変圧器４１，４４の中性点に零相電圧が発生
し直流負荷の電圧が変動する。

(c) 多重送電線の地絡の場合、直流連結用変圧器
４１，４４の中性点の電位が上昇し、AC系か
らDC系への地絡電流の流れ込みによる事故の
可能性がある。

(d) DC電流によつて、直流連結用変圧器４１，
４４の磁気回路が飽和するのを防止するため、
巨大な鉄心が必要となる。もし、磁気回路が飽
和すると過大な交流電流が流入し、事故になる
可能性がある。このため、直流連結用変圧器が
極めて高価なものとなる。

本発明は、上記のようなAC／DC多重送受電装
置の欠点を除去するためになされたもので、LC
直列共振回路をACフイルター、LC並列共振回路
をDCフイルターとして利用することにより、AC
系統とDC系統を電気的に分離して、AC系統と
DC系統を過渡的な相互干渉を除去したAC／DC
多重送電線の送受電装置を提供することを目的と
している。

第２図は、本発明の基本回路図で、三相交流を
単相表記したものである。第２図において、１は
AC電源、２は送電用変圧器、３はこの変圧器２
の一次側コイル、４は変圧器２の二次側コイル、
１３はコンデンサ、１４はリアクトルである。コ
ンデンサ１３とリアクトル１４は、ACの周波数
で直列共振の関係である。ACの受電側は、ACの
送電側と対称形に構成されている。すなわち、９
はAC負荷、６は受電用変圧器、８はこの変圧器
６の二次側コイル、７はその変圧器６の一次側コ
イル、１３はコンデンサ、１４はリアクトルで、
ACの周波数で直列共振関係にある。

一方、１０はDC電源、１５はコンデンサ、１
６はリアクトルである。このコンデンサ１５とリ
アクトル１６は、ACの周波数で並列共振の関係
にある。同様に受電側では１１はDC負荷で、コ
ンデンサ１５とリアクトル１６は前述の並列共振
回路である。５は多重送電線で、AC／DC送電装
置ＡとAC／DC受電装置Ｂを連系している。１７
は多重送電線５に入れられたしや断器である。

以下、本発明の作用を説明する。多重送電線５
に、AC電圧とDC電圧が重畳していると考える。
コンデンサ１３とリアクトル１４はAC周波数で
直列共振関係にあるので、AC電源１から見れば、
インピーダンス零である。一方、DC電源から見
れば、コンデンサ１３があれからインピーダンス
無限大である。従つて、コンデンサ１３、リアク
トル１４の直列共振回路を流れる電流はAC電流
のみである。

同様に、コンデンサ１５、リアクトル１６は
AC周波数で並列共振関係にあるので、AC電源１
から見れば、インピーダンス無限大である。一
方、DC電源１０から見れば、リアクトル１６の
インピーダンスは零である。従つて、コンデンサ
１５、リアクトル１６の並列共振回路に流れる電
流はDC電流のみである。この結果、AC負荷９に
はAC電源１の電圧が、DC負荷１１にはDC電源
１０に電圧が印加されることになる。

多重送電線５の送電線路電圧と、線路電流は、
第３図、第４図に示す波形となる。即ち、多重送
電線５の線路電圧と線路電流は、AC電源電圧と
DC電源電圧、AC負荷電流とDC負荷電流の重畳
となることがわかる。ここで注目すべくきこと
は、AC電流の波高値がDC電流よりも大きい場合
には、電流零点が存在することである。これは、
DC系のしや断にとつては、きわめて重要である。

第２図の実施例は、AC系回路と、DC系回路が
電気的に分離されているために、第１図ａの欠点
ａ〜ｄを克服している。それは、第１図ａのDC
電源１０が、直流連結用変圧器４１を介して多重
送電線５に接続されているのに対し、第２図の実
施例回路では、DC電源１０はリアクトルのみを
介して接続されていることが、決定的な理由とな
つている。

次に、第５図は第２図に示した本発明の基本回
路を出発点として、LCの抵抗分による共振回路
の共振ずれを考慮し、しや断器１７の開閉時、
AC系統、DC系統起動時、多重送電線５の地絡時
等の過渡現象のシユミレーシヨンをくりかえして
改良したAC／DC多重送電線の送受電装置であ
る。

第５図において第２図と同一構成要素には同一
符号を付してその説明を省略する。第５図におい
て、まずAC電力送電装置（以下ACSと記すこと
である）２５の構成から説明する。１５₂₅はコン
デンサ、１６₂₅はリアクトルで、このコンデンサ
１５₂₅及びリアクトル１６₂₅はAC周波数で共振
する並列共振回路を構成する。２２₂₅は抵抗で、
上記並列共振回路と直列に接続されている。２５
₂₅は並列共振回路投入スイツチで、１３₂₅はコン
デンサで、このコンデンサ１３₂₅に並列にAC短
絡電流抑制用の酸化亜鉛素子２４₂₅が接続されて
いる。１４₂₅はリアクトルである。３１₂₅は
ACS25のリアクトル１４₂₅に接続される断路器で
ある。

次にAC電力受電装置（以下ACRと記すことあ
り）１６の構成を説明する。１７₂₆は負荷用のし
や断器、２３₂₆は投入スイツチで、１５₂₆はコン
デンサ、１６₂₆はリアクトルで、これらコンデン
サ１５₂₆とリアクトル１６₂₆とはAC周波数で共
振する並列共振回路を構成する。２５₂₆は抵抗
で、上記並列共振回路と直列に接続されている。
１３₂₆はコンデンサで、このコンデンサ１３₂₆に
並列にAC短絡電流抑制用の酸化亜鉛素子２４₂₆
が接続されている。１４₂₆はリアクトル、３１₂₆
は断路器である。

次に、DC電力送電装置（以下DCSと記すこと
あり）２７の構成を説明する。１８₂₇はAC電力
送電装置１５の起動時に、DC電源１０₂₇に流れ
込むコンデンサ１５₂₅の突入電流を抑制するリア
クトルである。１９₂₇は多重送電線５のしや断器
１７₂₉のしや断時のリアクトル１８₂₇の逆起電力
を抑制する酸化亜鉛素子である。１５₂₇はコンデ
ンサ、１６₂₇はリアクトルで、これらコンデンサ
１５₂₇とリアクトル１６₂₇とはAC周波数で共振
する並列共振回路を構成する。３１₂₇はAC電力
送電装置２５のリアクトル１４₂₅に接続される断
路器である。

次に、DC電力受電装置（以下DCRと記すこと
あり）２８の構成を説明する。３１ａはDC負荷
用の断路器である。２０₂₈はコンデンサ、２１₂₈
はリアクトルで、これらによりAC周波数で共振
する直列共振回路を構成する。２２₂₈は抵抗で、
コンデンサ２０₂₈の充電抵抗の役割を果たすもの
である。また、２３₂₈は抵抗２２₂₈のバイパスス
イツチである。１５₂₈はコンデンサ、１６₂₈はリ
アクトルで、これらによりAC周波数で共振する
並列共振回路を構成する。３１ｂは、AC電力受
電装置２６のリアクトル１４₂₆に接続される断路
器である。

次に、AC／DC多重送電線２９を説明する。５
は多重送電線である。１７₂₉は多重送電線５の電
流をしや断するしや断器である。

次に、電流零点調整負荷（以下ACZと記すこ
とあり）３０を説明する。２３₃₀は投入スイツチ
で、AC電力受電装置２６の投入スイツチ２３₂₆
に接続されている。１８₃₀はタツプ付のリアクト
ル負荷である。１９₃₀は多重送電線５のしや断器
１７₂₉のしや断時の、逆起電力を抑制するための
酸化亜鉛素子である。

尚、図中、Ｖ１〜Ｖ７は各部の電圧をＩ１，Ｉ
４，Ｉ５，Ｉ７は各部の電流を、V_BはAC／DC
多重送電線２９のしや断器１７₂₉の極間電圧を、
I_Lは多重送電線５の電流を示す記号である。

さて、本実施例の詳細なる作用、動作を説明す
る前に、本発明の全体像を明らかにする意味で、
第５図の送受電装置によるシユミレーシヨン結果
を、第６図乃至第１７図に示しておく。本シユミ
レーシヨンに使用した定数等は、各機器の製作実
績を参考にして、できるかぎり現実的で経済的な
値とした。

本シユミレーシヨンの基本的な想定条件は以下
の通りである。

AC系 AC電源電圧 550kV／√３ AC定格電流 2000A 周波数 60Hz DC系 DC電源電圧＋250kV DC 定格電流 1200A AC／DC 多重送電線線路長 100Km サージインピーダンス 300Ω サージの伝搬速度 300m/μs まず、AC電力の送受電装置について説明する。
AC電力送電装置２５において、コンデンサ１３
₂₅のキヤパシタンスをCs、リアクトル１４₂₅のイ
ンダクタンスをLsとする。同様に、AC電力受電
装置２６において、コンデンサ１３₂₆のキヤパシ
タンスをCr、リアクトル１４₂₆のインダクタンス
をLrとする。また、多重送電線５のインダクタ
ンスをＬ１とすると、AC電源の周波数をｆとす
る時、次の関係が成立する。

(2πf)²(Ls+Ll+Lr)CsCr／Cs＋Cr＝１即ち、AC電源１とAC負荷９との間のインダク
タンスＬ、コンデンサＣは直列共振関係にあり、
インピーダンスは零である。従つて、線路の抵抗
を無視すれば、第６図のAC電源電圧Ｖ１は第９
図のAC負荷電圧Ｖ４に等しくなる。

一方、DC電流は、AC電力送受電装置２５，２
６のそれぞれのコンデンサ１３₂₅，１３₂₆によつ
て、定常状態ではカツトされる。

第７図に示すように送電側コンデンサ電圧Ｖ２
は、DC電源電圧＋250kVのバイアスがかかつた
ものとなる。さらに第８図に示すように受電側コ
ンデンサ電圧Ｖ３は、第７図の送電側コンデンサ
電圧Ｖ２が、送電側と受電側のリアクトル１４
₂₅，１４₂₆と多重送電電線５のインダクタンス成
分によつて降下したことを示している。しかし、
それは受電側のコンデンサ１３₂₆によつて、電源
電圧Ｖ１と同等まで再び上昇させられ、第９図に
示すような負荷電圧Ｖ４となる。なお、この時第
１０図のAC電源電流Ｉ１と、第１２図のAC負荷
電流Ｉ４は、当然等しいことになる。第１１図の
多重送電線電流I_Lは、第１２図に示したAC負荷
電流Ｉ４に、第１７図に示したDC負荷電流Ｉ７
が重畳したものとなる。ここで、AC負荷電流Ｉ
４の波高値が、DC負荷電流Ｉ７よりも大きな場
合には、電流零点が存在することがわかる。従つ
て、この電流零点を利用して、DC系をしや断す
ることができる。

次に、第１８図〜第２１図は、AC／DC多重送
電線２９のしや断器１７₂₉によつて第１１図の多
重送電線電流I_Lを250〔ｍｓ〕でしや断したシユミ
レーシヨン結果を示す。

第１８図はAC負荷電圧Ｖ４で、しや断後数サ
イクル、コンデンサ１３₂₆の充電電荷の放電によ
り減衰性の振動電圧が発生している。この振動電
圧の周波数は、AC電源の周波数60Hzにほぼ等し
くなつている。

第１９図はDC負荷電圧Ｖ７で、しや断後150
〔ｍｓ〕程度、コンデンサの充電電荷の放電がみ
られる。

第２０図は多重送電線５の電流I_Lで、250〔ｍ
ｓ〕の電流零点しや断されていることがわかる。

第２１図はAC／DC多重送電線２９のしや断器
１７₂₉の電流しや断後の極間電圧である。ここ
で、しや断器１７₂₉の開放時の定常状態における
極間電圧の最大値は、下記の通りとなる。

しや断器の成否の重要な役割を果す再起電圧
は、直線的に上昇しており、その上昇峻度は
dv／dt＝0.35kV／μsであり、500kV用交流しや
断器の実力から考えてまつたく問題がない。

また、しや断直後の線路電圧の波高値が、定常
時の極間電圧＋754.5kVの65％にすぎないこと
も、しや断を有利に導く条件となつている。この
しや断現象に関して重要なことは、AC電力送電
装置１５におけるリアクトル１４₂₅の回路上の位
置である。

即ち、第２図の本発明の基本回路のAC送電側
のリアクトル１４においては、多重送電線５に流
れる電流が零点になつた時、DC負荷電流Idを打
消す電流−Idが流れていることになる。従つて、
多重送電線５のしや断時には、リアクトル１４に
１／２LID²の電磁エネルギーが残留し、これが急激
な再起電圧となつて、しや断器１７の電源側の極
にあらわれるため、しや断条件がきわめて悪くな
るという問題を含んでいる。

これに対し、第５図の実施例による多重送受電
装置では、電源側のリアクトル１４₂₅と多重送電
線５に流れる電流は同一であるから、第２１図の
しや断結果が示すように、斯かる問題は解決され
ている。

第５図の送電側、受電側のリアクトル１４₂₅，
１４₂₆は、機能としては、AC電力送受電装置２
５，２６に属するものであるが、設置の場所から
言つて、むしろ多重送電線５の一部に含まれるも
のである。従つて、リアクトル１４₂₅，１４₂₆
は、線路の中間に集中して入れてもよいし、何ケ
所に分散配置しても何ら問題は生じない。要する
に、AC電力送受電装置２５，２６のコンデンサ
１３₂₅，１３₂₆と直列共振関係さえ保てば良いの
である。

次に、AC電力送受電装置２５，２６のコンデ
ンサ１３₂₅，１３₂₆に並列に使用されている酸化
亜鉛素子２４₂₅，２４₂₆の効果について説明す
る。多重送電線５が地絡した場合、地絡地点によ
つては、LC直列共振が成立し、巨大なAC地絡電
流が流れる場合が考えられる。このとき、DC系
統の地絡電流は、各リアクトル１８₂₇，１６₂₇，
１４₂₅等の多くのリアクトルを経由して流れるた
め、AC系統に比較して、きわめてゆつくりと増
大する。従つて、地絡時に、地絡電流の電流零点
を生じさせるためのAC電流はそう多くは必要と
しない。むしろ、LC共振地点での巨大な地絡電
流を、いかに限流するかが重要な課題となる。酸
化亜鉛素子２４₂₅，２４₂₆は、このための限流作
用をさせるものである。

即ち、地絡電流が増大すれば、送電側のコンデ
ンサ１３₂₅の端子電圧が上昇し、あらかじめ設定
された電圧値を越えると、酸化亜鉛素子２４₂₅の
抵抗が急激に低下し、LC直列共振がくずれ、リ
アクトル１４₂₅が限流リアクトルとして作用す
る。酸化亜鉛素子２４₂₅のかわりに、コンデンサ
１３₂₅の端子電圧がある電圧値以上になつた場合
に放電するギヤツプ、あるいはスイツチを考えれ
ば、一層理解し易いあろう。

要するに、断か亜鉛素子２４₂₅は、コンデンサ
１３₂₅の端子電圧にあるところで急激に変化する
可変インピーダンスであれば原理的には同様の効
果が得られるが本実施例では、酸化亜鉛素子２４
₂₅の放電の応答性と連続的を重視して選定したも
のである。また、受電側のコンデンサ１３₂₆の酸
化亜鉛素子２４₂₆は、受電用変圧器６側の地絡事
故度を想定して入れたもので、前述と同様の効果
をもたらすものである。

次に、AC電力送受電装置２５，２６中の、投
入スイツチ２３₂₅，２３₂₆で変圧器２，６に接続
されるコンデンサ１５₂₅，１５₂₆、リアクトル１
６₂₅，１６₂₆のLC並列共振回路と抵抗２２₂₅，２
２₂₆の回路について説明する。この回路は、
AC／DCの起動等の過渡状態時に必要な回路であ
る。ここではAC系統を運転中にDC系統を起動す
る場合を例にとつて説明する。

DC系統が定常運転状態になるためには、コン
デンサ１３₂₅，１３₂₆が＋250kVに充電される必
要がある。ところが、AC電力送受電装置２５，
２６のコンデンサ１３₂₅，１３₂₆は、いずれも大
きなインダクタンスを有す変圧器２，６のコイル
４，７を通じて設置されている。

これに、DC電源１０₂₇より充電電流を流すと、
その充電電流は、抵抗成分がきわめて小さいため
に、減衰のきわめてゆつくりした周期の長い振動
電流となる。このため、コンデンサ１３₂₅，１３
₂₆の充電電圧は＋250kVになかなか安定しない。
この問題を、AC送電を中断することなく解決す
るためには、変圧器２，６のコイル４，７と並列
に抵抗を入れれば良いが、コンデンサ１３₂₅，１
３₂₆の充電速度をあげるために抵抗を小さくする
と、抵抗にはAC系から巨大な電力が注入される
ため、その熱容量も巨大なものとなる。この回路
は、こられを解決したものである。

まず、コンデンサ１５₂₅，１５₂₆とリアクトル
１６₂₅，１６₂₆はAC周波数で共振する並列共振
回路であるから、AC電流は少ししか流さない。
従つて、抵抗２２₂₅，２２₂₆には、コンデンサ１
３₂₅，１３₂₆の充電電流のみがリアクトル１６を
経由して流れるため、その抵抗値は十分に小さく
できしかも熱容量は小さなものとすることができ
る。即ち、AC運転状態でコンデンサ１３₂₅，１
３₂₆の高速充電が可能となる。また本実施例は、
多重送電線５のしや断時においても、LC回路の
過渡的振動成分を減速されるのにきわめて有効で
ある。

さらに、DC系統過度電流を、変圧器２，６コ
イル４，７にほとんど流さないために、AC系統
への過渡的影響を除去することができる。第２２
図乃至第２４図は、第５図のAC／DC多重送電線
２９のしや断器１７₂₉を250〔ｍｓ〕で投入した時
のシユミレーシヨン結果を示す。ここで各電源は
AC／DC全電圧起動、負荷はAC／DC同時接続と
した。本実施例の高速充電回路により、投入後わ
ずか100〔ｍｓ〕程度で定常状態に達することがよ
くわかる。

第２２図のAC負荷電圧Ｖ４の初期においては、
LC直列共振回路の過渡的な共振ずれにより、電
圧降下が生じるために、電圧が低下している。

また第２３図のようにDC負荷電圧Ｖ７の初期
においては、DC電力受電装置２８のコンデンサ
１５₂₈、リアクトル１６₂₈の並列共振回路の過渡
的な共振ずれにより、AC系統からの電流の流入
が見られる。

第２４図のように、多重送電線電流I_Lの初期に
おいては、DC系からのAC電力受電装置２６のコ
ンデンサ１３₂₆及びDC電力受電装置２８のコン
デンサ２０₂₈の充電電流の重畳により電流零点が
浮動していることが解る。充電電流の大きさは、
コンデンサ１３₂₆の段階的充電や充電抵抗の大き
さ等をコントロールすることにより制御すること
がでるので、電流零点を制御することができる。

次に電流零点調整負荷３０を説明する。AC負
荷電流I₄の波高値が、DC負荷電流I7よりも小さ
い場合、多重送電線５の電流I_Lは、電流零点を生
じず、多重送電線５のしや断は困難となる。例え
ば、AC受電側が無負荷状態の時等がこれにあた
る。

電流零点調整負荷３０は、このために考えられ
た補助保護装置で、要するにAC負荷電流I₄を強
制的に流すことにより、多重送電線５の電流に電
流零点を作り出し、しや断を可能とさせるもので
ある。その負荷としては、どんなインピーダンス
負荷でも良いが、熱容量の関係から一応リアクト
ル負荷１８₃₀とした。このリアクトル負荷１８₃₀
にタツプ等を設けて、DC負荷電流I₇を僅かに越
える波高値を有するAC電流を流してやれば、多
重送電線５のしや断はきわめて円滑に行うことが
できる。

電流零調整負荷３０の投入時には、AC電力送
受電装置２５，２６の高速充電回路を構成するコ
ンデンサ１５₂₅，１５₂₆、リアクトル１６₂₅，１
６₂₆及び抵抗２２₂₅，２２₂₆を同時に投入すると、
しや断後の過渡的安定性が向上する。また酸化亜
鉛素子１９₃₀は、しや断後のリアクトル負荷１８
₃₀の逆起電力を抑制するためのものである。この
酸化亜鉛素子１９₃₀は、常時は回路から切り離さ
れているので、制限電圧を低く設定できることが
特徴である。

次に、DC電力送電装置２７について説明する。
コンデンサ１５₂₇とリアクトル１６₂₇は、ACの
周波数で共振する並列共振回路である。従つて、
定常時は、AC電流はわずかしか流さない。しか
し、DC電流においては、リアクトルのインピー
ダンスは零と考えられるから、DC電流は、DC電
源１０₂₇より各リアクトル１８₂₇，１６₂₇，１４
₂₅を経由して多重送電線５に流れ込む。

DC電力送電装置２７を運転中、AC電力送電装
置２５を全電圧起動すると、AC電圧の印加位相
によつて、第５図のＶ２−Ｖ５間に最大550／√
３×√２＝449kV_crestの電位差を瞬時的に発生す
る可能性がある。この時、サイリスタバルブで構
成されるDC電源１０₂₇の順方向アームにはコン
デンサ１５₂₇の突入電流（フラツシユ電流）が流
れる。ここで、もしリアクトル１８₂₇がなけれ
ば、突入電流の急激な電流変化di／dtによつて、
サイリスタが破損する場合が考えられる。

そこでリアクトル１８₂₇は、この突入電流の大
きさと電流変化を緩和するためのものである。こ
のリアクトル１８₂₇と並列に接続された酸化亜鉛
素子１９₂₇は、多重送電線５のしや断時の逆起電
力を抑制するためのものである。この酸化亜鉛素
子１９は、常時は電圧がほとんどかからないの
で、制限電圧を低くできることが特徴である。ま
た、リアクトル１６₂₇の逆起電力は、コンデンサ
１５₂₇によつて緩和吸収されるため問題とならな
い。いわば、コンデンサ１５₂₇、リアクトル１６
₂₇の並列共振回路は、逆起電力低減フイルターで
ある。

次に、DC電力受電装置２８について説明する。
コンデンサ１５₂₈とリアクトル１６₂₈は、AC周
波数で共振する並列共振回路である。一方、コン
デンサ２０₂₈とリアクトル２１₂₈はAC周波数で
共振する直列共振回路である。

今、抵抗２２₂₈のバイパススイツチ２３₂₈を閉
じて考えると、並列共振回路はAC電流をブロツ
クし、DC電流を通す性質をもち、直列共振回路
は、DC電流をブロツクしAC電流を通す性質を持
つているから、これらを図示の通り何段か組み合
わせれば、共振ずれによるAC成分をカツトして、
きわめて純化されたDC負荷電圧が得られること
になる。そこで第１３図乃至第１７図に、この
DC系統のシユミレーシヨン結果より得られた波
形図を示す。

第１３図はDC電源電圧V5で＋250〔kV〕であ
る。第１４図は第１フイルター電圧Ｖ６である。
コンデンサ１５₂₈、リアクトル１６₂₈の抵抗成分
等による共振ずれによつて、AC電圧がリツプル
として重畳していることがわかる。

しかしながら、もう一段、LC並列共振回路と
LC直列共振回路とで構成される第２フイルター
を接続すると、第２フイルター電圧、即ち負荷電
圧Ｖ７は第１５図に示すような、完全に平滑な
DC電圧となる。このように、フイルタを多段に
接続することにより、必要に応じてDC電圧の純
化が行われる。第１６図のDC電源電流I₅は、AC
系統からの共振ずれの電流の流入が見られる。も
し、この電流の平滑化を望むならば、DC電力受
電装置２８で使用したフイルターを付加すれば良
い。

第１７図はDC負荷電流I₇で、当然第１５図の
DC負荷電圧に対応したものとなることが解る。
抵抗２２₂₈は、コンデンサ２０₂₈の充電抵抗で、
通常、非振動の充電電流が得られるよう抵抗値が
選定されている。バイパススイツチ２３₂₈は、充
電完了後にこれを閉じれることにより、AC系統
のインピーダンスを極力小さくしてリツプル性の
AC電流を除去するためのものである。また、本
実施例回路のしや断、投入等の過渡状態時におい
て、バイパススイツチ２３₂₈を開いて抵抗２２₂₈
を挿入すれば、LC回路の過渡的振動成分を減衰
させるのにもきわめて有効である。

さて、今までは第５図の回路に限定して説明し
てきたが、本発明の各部装置は本来的に相互に独
立したものである。例えば、第５図において、
DC電力送電装置２７とDC電力受電装置２８の位
置を入れかえてみても、これまでの説明がそのま
ま成立することがわかる。即ち、上記の場合に
は、多重送電線５の電流のDC成分が逆方向に流
れるだけにすぎない。

そこで、第５図の各部装置２５〜３０を分解
し、多重送電線網を構成することを考えることに
する。まず、これから考えようとする多重送電線
網は、任意の地絡点において、常にAC電流の波
高値がDC電流よりも大なる関係が成立すること
により、常に地絡電流の電流零点が存在し得る多
重送電線網であることを明らかにしておく。これ
は、これまでに説明したように、地絡電流のしや
断が必ず可能な多重送電線網に他ならない。

ここで、その多重送電線網の定常状態におい
て、多重送電線に流れる線路電流によつて、多重
後電線網の個々の多重送電線を下記のように分類
する。

(a) AC系多重送電線定常状態において電流零
点が存在する多重送電線 (b) DC系多重送電線定常状態において電流零
点が存在する多重送電線むろん、ある特定の多重送電線が、AC系、DC
系の負荷電流の状態によつて、AC系からDC系の
多重送電線に変化したり、またその逆の場合をあ
りうる。

ここで、多重送電線の定常時のしや断を考える
場合、これまでの結果からAC系多重送電線の場
合は問題ない。問題なのは、DC系多重送電線で
ある。このしや断は、すでに説明したように、第
５図の電流零点調整負荷３０を使用して、一次的
にDC系多重送電線をAC系多重送電線に変化させ
て行なうのも一つの方法である。

しかしながら、AC電力受電装置の多重送電線
網内における配置は、経済的な観点から制約され
たものになるので、必ずしも任意の多重送電線を
電流零点調整負荷のみAC系にするには十分でな
い場合が考えられる。

さらに、第５図の実施例においては、DC負荷
電流のしや断のために、例え高速度再閉路によつ
ても、AC負荷電流の瞬時停電を余儀なくされる
という欠陥もある。ここで、地絡を短絡スイツチ
で強性的に起してしや断する方法も考えられる
が、定常電流のしや断方法としては、円滑なしや
断と系統の過渡的安定性を確保し、設備の損傷と
劣化を防止する上で適当ではない。この課題に答
えて創作したものが、電流零点調整装置である。
この装置は、機能的には、第５図のAC電力受電
装置１６と電流零点調整負荷３０の合体装置か
ら、AC電力の受電機能を除電したもので、DC系
負荷電流しや断のための専用装置としての機能を
有しており、第２５図はその構成を示す。

第２５図において、第５図と同一構成部分には
同一符号を付す。DC電力を多重送電線５でDCR
２８に送電している。従つて多重送電線５は、
DC系多重送電線である。３４は電流零点調整装
置である。３１は断路器、３２はコンデンサであ
る。２３₃₄は投入スイツチである。１５₃₄はコン
デンサ、１６₃₄はリアクトルで、AC周波数で共
振する並列共振回路である。２２₃₄は充電抵抗で
ある。３３はコンデンサ３２のもれ電流補償用の
高抵抗である。２３₃₄は抵抗３３のバイパススイ
ツチである。１８₃₄はリアクトルで、１９₃₄はし
や断器１７₂₅のしや断時のリアクトル１８₃₄の逆
起電力を抑制するための酸化亜鉛素子である。

上記電流零点調整装置３４の作用については、
AC電力受電装置２６と電流零点調整負荷３０で
説明した通りであるから省略し、若干の相違点の
みに説明を加える。電力損失を押えるためには、
コンデンサ３２を充電後回路から切り離しておく
のが望ましい。

しかしながら、コンデンサ３２の電荷は自身の
もれ抵抗によつて徐々に低減してゆく。コンデン
サ３２の電荷があまりに減つた状態で、本装置を
接続し、リアクトル１８₃₄にAC電流を流すと、
直流電源よりコンデンサ３２に充電電流が重畳し
て流れるため、電流零点が、例えば、極端な場合
であるが、第２４図のように浮動する可能性があ
る。抵抗３３は、これを防止するための抵抗で、
コンデンサのもれ電流に相当する電流を多重送電
線５から供給するための、きわめて高抵抗の充電
抵抗である。従つて、電流零点調整装置３４の定
常時の電力損失は無視できるものである。スイツ
チ２３₃₄は、コンデンサ３２を高速充電する時
に、高抵抗３３をバイパスするためのものであ
る。

この電流零点調整装置３４の基本的な役割は、
DC電流を打消すAC電流を流すことによつて、多
重送電線５を一時的にDC系統からAC系統に変
え、多重送電線５の円滑なしや断を達成すること
である。そして、そのしや断現象は、AC系多重
送電線のしや断現象と基本的に同一である。

かくして、この電流零点調整装置３４の設置に
よつて、多重送電線網が構成される。多重送電線
網の中で、定常時、純然たるAC電流またはDC電
流しか流れ得ない多重送電線５をフイーダー線と
定義する。具体的には、ACS２５，DCS２７，
DCR２８等から発する送電線である。ここで、
フイーダー線は、それを流れる電流の性質によつ
て決定されるので、送電線の流、短には無関係で
あることを注意しておく。このフイーダー線での
しや断を考えると、AC電力送受電装置は全く問
題なく、DC電力送電装置は直流電源（サイリス
タバルブ）のブロツクによつてしや断ができるか
ら、問題はDCR２８にみとなる。しかし、これ
も、電流零点調整装置３４によつてしや断が可能
となることは先に説明した通りである。

また、フイーダー線を除く、多重送電線５のし
や断は、電流零点調整装置３４の分散配置、また
は、AC電力受電装置に付加された電流零点調整
負荷３０によつてしや断が可能となる。以上か
ら、多重送電線網全域でのしや断が可能となる。

第２６図は、この考え方を概念的に表現したも
のである。第２６図において、１７はしや断器、
２５はAC電力送電装置（ACS）、２６はAC電力
受電装置（ACR）、２７はDC電力送電装置
（DCS）、２８はDC電力受電装置（DCR）であ
る。

また、３０は電流零点調整負荷（ACZ）、３４
は電流零点調整装置（DCS）、３５はAC／DC多
重送電線網、３６はフイーダー線、３７はAC／
DC送受電装置に連系されるAC送電網であり、勿
論DC電力との連系はAC／DC変換装置を通じて
行なわれる。

次に、ACS２５，ACR２６のLC直列共振の考
え方を説明する。第５図のAC系統の二端子間の
LC直列共振の考え方はきわめて明白であつたが、
多重送電線網となつた時、どう考えるかという問
題である。

きわめて簡単な考え方として、例えば第２６図
のフイーダー線３６を除く多重送電線網を一つの
AC電源と見なせば、フイーダー線３６のインダ
クタンスを含めたリアクトルとコンデンサの共振
をとれば良いことになる。

さらに、線路のリアクタンスをコンデンサで積
極的に補償する。いわゆる直列コンデンサの機能
を効果的に持たせるためには、多重送電線網の潮
流計算を実施して、リアクタンス及びコンデンサ
の最適値を選定する方法もある。

本実施例の説明においては、一応AC負荷の存
在を前提としてきたが、DCZ３４によつて、AC
負荷電流が多重電線網になくともしや断は達成で
きることは当然である。

従つて、本実施例のしや断方法は、DC専用送
電線網のしや断システムに利用できることは明ら
かである。この時のAC電源電圧は、DC送電電圧
に比較してきわめて低電圧で良く、要は、地絡時
において、DC電流値よりも大きな波高値を持つ
たAC電流を流しうる電流源でありさえすれば良
いのである。

最後に、本発明のAC／DC多重送電線網の送受
電装置の降下を下記に説明する。

(a) 電力郵送の経済的運用ができる。一般に、
DC送電は、長距離送電、大電力送電、ケーブ
ル送電においてAC送電にまさるといわれてい
る。逆に、AC送電は変換効率を考慮すると、
短距離送電、小電力送電においてDC送電にま
さると言える。本発明においては、AC／DC多
重送電線網の電力潮流に対応して、AC電力と
DC電力の分配を自由に変えることが出来るの
で、AC送電とDC送電のそれぞれの長所を生か
した経済的・効率的な電力輸送ができる。

(b) AC送電線とDC送電線の一体化ができるため
経済的である。送電線の建設は、巨額の資金を
必要とするが、今後益々発展するDC送電の送
電線を、DC専用線として建設することは経済
的に困難であるばかりでなく、特にDC電力の
大需要地域である都市部においては用地上の問
題も生じる。本発明の送受電装置によれば、既
設のAC送電線にDC電力を重畳させることがで
きる。また、本発明を配電線に適用すれば、負
荷の適性に応じてAC／DC電力の選択受電が可
能となる。

(c) DC系統のしや断が容易にできるために、DC
送電線の多様な送電線網が可能となる。DC送
電線網は、DC電流のしや断の困難性のために、
特に多端子分岐式の線路構成は、今だ実現され
るに至つていないが、本発明にて考察したしや
断方式によれば、これらの問題を一挙に解決
し、DC送電線網をAC送電線網と同格のレベル
まで引きあげることができる。

(d) 地絡電流のしや断が容易なため、事故に強い
送電線網が実現できる。DC送電線網が複雑
化すると、DC送電線の地絡、サイリスタバル
ブやフイルターの閃絡等の事故電流のしや断が
重要な課題となるが、本発明のAC／DC多重送
電線網においては、系として、地絡電流しや断
の能力を電流零点の確保によつて本質的に備え
ているため、事故電流のしや断において、他の
DCの送電線に比較して圧倒的に有利な条件を
有している。

(e) 逆流送電ができる。逆流送電とは、AC電力
を受電して、それをそのまま、DC電力に変換
して、AC電力を受電した同一の送電線に送り
返す送電形体であり、同時に、DC電力を受電
した送電線に、そのDC電力をAC電力に変換し
て送り返す送電形態でもある。これは本発明の
特徴的な利点で、DC変換所が、DC受電地域か
ら遠く離れている場合には、AC送電線とDC送
電線の重復をさける意味できわめて有効であ
る。

さらに、AC／DC多重送電線網のAC電力と
DC電力との電力エネルギーの分配を調整する
のみも有効である。

(f) 送変換装置の信頼製を高めることができる。
電力用逆変換装置の運転には、バルブの転流に
AC無効電力を必要とする。このため例えば北
海道−本州直流送電変換所の運転停止例にある
ように、DC受電側にてこの無効電力が得られ
ない場合には、逆変換は不可能となる。しかし
乍ら、本発明においては、この逆変換に必要な
AC無効電力をも、DC電力に重量させて送電さ
せることができるため、逆変換の信頼性を一段
と高めることができる。このことは、海峡横断
ケーブル等に、特に有効であることを意味して
いる。

(g) 直流専用送電線網のしや断システムに利用で
きる。本発明により、AC電力受電装置と電流
零点調整負荷を除けば、AC／DC多重送電によ
る直流しや断システムをそのまま生かした状態
で、直流専用電線網とすることができる。勿論
これまで困難とされていた多端子分岐式の線路
構成も自由にできる。

(h) ACに送電線における直列コンデンサ設備と
同様な効果がある。本発明は、送電線のインダ
クタンスを含めたLC直列共振回路をAC系統に
有しているために、送電線にインダクタンスを
補償する直列コンデンサ設備と同様な効果があ
る。

(i) AC系の地絡電流の限流効果がある。本発明
のAC送電系統のLC直列共振回路のコンデンサ
の両端に接続された酸化亜鉛素子の働きによ
り、短絡時に共振をずらし、リアクトルを限流
リアクトルとして作用させることによつて、地
絡電流を抑制することができる。これは、事故
電流のしや断を容易にし、系統の過渡的な安定
性を確保し、設備の損傷と劣化を防止する上で
きわめて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来より考えられて来たAC／DC多重
送電線の送受電装置の原理回路図、第２図は、本
発明のAC／DC多重送電線の送受電装置の基本回
路図、第３図及び第４図は、それぞれ第２図のシ
ユミレーシヨン結果に基づく線路電圧電流波形
図、第５図は、第２図の発明をさらに改善した本
発明の一実施例をなすAC／DC多重送電線の送受
電装置の全体構成図、第６図〜第２４図は、第５
図のシユミレーシヨン結果に基づく各部の電圧電
流波形図、第２５図は、本発明のAC／DC多重送
電線の送受電装置に適用される電流零点調整装置
の構成図、第２６図は、本発明の実施例による
AC／DC多重送電線の送受電装置で構成した
AC／DC多重送電線網の概念図である。１……AC電源、２……送電用変圧器、５……
多重送電線、６……受電用変圧器、９……AC負
荷、１０……DC電源、１１……DC負荷、１２…
…接地、１３……コンデンサ、１４……リアクト
ル、１５……コンデンサ、１６……リアクトル、
１７……しや断器、１８……リアクトル、１９…
…酸化亜鉛素子、２０……コンデンサ、２１……
リアクトル、２２……抵抗、２３……スイツチ、
２４……リアクトル、２５……AC電力送電装置、
２６……AC電力受電装置、２７……DC電力送電
装置、２８……DC電力受電装置、２９……AC／
DC多重送電線、３０……電流零点調整負荷、３
２……コンデンサ、３３……抵抗、３４……電流
零点調整装置、３５……AC／DC多重送電線網。
なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】

１送電線の送電側変圧器の二次コイルに過電圧
抑制器を有し上記交流周波数に共振する第１の直
列共振回路直列接続し、上記二次コイルの両端に
スイツチを介して交流周波数に共振する第１の並
列共振回路と抵抗とを直列に接続したAC電力送
電装置と、上記送電線の受電側変圧器の一次コイ
ルに過電圧抑制器を有し上記交流周波数に共振す
る第２の直列共振回路を直列接続し、上記一次コ
イルの両端にスイツチを介して上記交流周波数に
共振する第２の並列共振回路と抵抗とを直列に接
続したAC電力受電装置と、直流電源と上記交流
周波数に共振する第３の並列共振回路と過電圧抑
制器を並列接続した抑制リアクトルとの直列接続
回路を上記AC電力送電装置に対して並列に接続
したDC電力送電装置と、一端を接地した直流負
荷と上記交流周波数に共振する第４の並列共振回
路との直列接続回路を上記AC電力受電装置に対
して並列に接続し、上記第４の並列共振回路と大
地間に配置され、かつ、上記直流負荷と並列に上
記交流周波数に共振する第３の直列共振回路及び
バイパススイツチを有する抵抗の直列回路を複数
段接続したDC電力受電装置と、過電圧抑制器と
リアクトルと並列回路をスイツチを介して、上記
AC電力受電装置の第２の並列共振回路と抵抗と
の直列回路に並列に接続し該AC電力受電装置の
電圧零点を確保する電流零点調整装置とを備えた
AC／DC多重送電線網の送受電装置。