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公開番号2024053325
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-15
出願番号2022159515
出願日2022-10-03
発明の名称直流電流遮断装置
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人弁理士法人志賀国際特許事務所
主分類H01H 9/54 20060101AFI20240408BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】直流送電線を接続するときに機械式接点の溶着を防止することができる直流電流遮断装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の直流電流遮断装置は、複数の直流送電線と、第1の直流バスと、第2の直流バスと、遮断消費部と、制御部とを持つ。複数の直流送電線のそれぞれは、第1の機械式接点と第1の転流回路とが直列に接続された第1の補助線路と、第2の機械式接点と第2の転流回路とが直列に接続された第2の補助線路とに分岐されている。第1の直流バスは、第1の補助線路が接続されている。第2の直流バスは、第2の補助線路が接続されている。遮断消費部は、電流を遮断可能な半導体遮断器と、エネルギー消費要素とを有する。制御部は、課電された第1の直流送電線に、課電されていない第2の直流送電線を第1の直流バスおよび第2の直流バスを介して導通させる際に、第1の機械式接点および第2の機械式接点と、半導体遮断器とを制御する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
所定の分岐点で、第１の機械式接点と第１の転流回路とが直列に接続された第１の補助線路と、第２の機械式接点と第２の転流回路とが直列に接続された第２の補助線路とに分岐された複数の直流送電線と、
複数の前記第１の補助線路が接続された第１の直流バスと、
複数の前記第２の補助線路が接続された第２の直流バスと、
前記第１の直流バスと前記第２の直流バスとの間に直列に接続され、少なくとも前記第１の直流バス側から前記第２の直流バス側に流れる電流を遮断可能な半導体遮断器と、少なくとも前記半導体遮断器の両端の間のエネルギーを消費するエネルギー消費要素とを有する遮断消費部と、
前記第１の機械式接点、前記第２の機械式接点、前記第１の転流回路、前記第２の転流回路、および前記半導体遮断器を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、課電された前記直流送電線である第１の直流送電線に、課電されていない少なくとも一つの他の前記直流送電線である第２の直流送電線を前記第１の直流バスおよび前記第２の直流バスを介して導通させる際に、前記第１の機械式接点および前記第２の機械式接点の開極状態および閉極状態と、前記半導体遮断器の導通状態および非導通状態とを制御する、
直流電流遮断装置。
続きを表示（約 2,600 文字）【請求項２】
前記制御部は、前記第１の直流送電線に前記第２の直流送電線を前記第１の直流バスおよび前記第２の直流バスを介して導通させる際に、
前記第１の転流回路と前記第２の転流回路とのそれぞれを、電流を転流させない非転流状態にさせた状態で、
前記第１の直流送電線の前記第２の補助線路に属する前記第２の機械式接点を開極状態にさせ、
次に前記第２の直流送電線の前記第２の補助線路に属する前記第２の機械式接点を閉極状態にさせ、
次に前記半導体遮断器を、電流を遮断しない第１の導通状態にさせ、
次に前記第２の直流送電線の前記第１の補助線路に属する前記第１の機械式接点と、前記第１の直流送電線の前記第２の補助線路に属する前記第２の機械式接点とを閉極状態にさせ、
次に前記半導体遮断器を、電流を遮断する第１の非導通状態にさせる、
請求項１に記載の直流電流遮断装置。
【請求項３】
前記半導体遮断器は、さらに、前記第２の直流バス側から前記第１の直流バス側に流れる電流を遮断可能であり、
前記制御部は、前記第１の直流送電線に前記第２の直流送電線を前記第１の直流バスおよび前記第２の直流バスを介して導通させる際に、前記半導体遮断器が遮断する電流の方向に基づいて、前記第１の機械式接点および前記第２の機械式接点の開極状態および閉極状態と、前記半導体遮断器の導通状態および非導通状態とを制御する、
請求項１に記載の直流電流遮断装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１の直流送電線に前記第２の直流送電線を前記第１の直流バスおよび前記第２の直流バスを介して導通させる際に、
前記半導体遮断器が前記第１の直流バス側から前記第２の直流バス側に流れる電流を遮断する場合には、
前記第１の転流回路と前記第２の転流回路とのそれぞれを、電流を転流させない非転流状態にさせた状態で、
前記第１の直流送電線の前記第２の補助線路に属する前記第２の機械式接点を開極状態にさせ、
次に前記第２の直流送電線の前記第２の補助線路に属する前記第２の機械式接点を閉極状態にさせ、
次に前記半導体遮断器を、電流を遮断しない第１の導通状態にさせ、
次に前記第２の直流送電線の前記第１の補助線路に属する前記第１の機械式接点と、前記第１の直流送電線の前記第２の補助線路に属する前記第２の機械式接点とを閉極状態にさせ、
次に前記半導体遮断器を、電流を遮断する第１の非導通状態にさせ、
前記半導体遮断器が前記第２の直流バス側から前記第１の直流バス側に流れる電流を遮断する場合には、
前記第１の転流回路と前記第２の転流回路とのそれぞれを、電流を転流させない非転流状態にさせた状態で、
前記第１の直流送電線の前記第１の補助線路に属する前記第１の機械式接点を開極状態にさせ、
次に前記第２の直流送電線の前記第１の補助線路に属する前記第１の機械式接点を閉極状態にさせ、
次に前記半導体遮断器を、電流を遮断しない第２の導通状態にさせ、
次に前記第２の直流送電線の前記第２の補助線路に属する前記第２の機械式接点と、前記第１の直流送電線の前記第１の補助線路に属する前記第１の機械式接点とを閉極状態にさせ、
次に前記半導体遮断器を、電流を遮断する第２の非導通状態にさせる、
請求項３に記載の直流電流遮断装置。
【請求項５】
前記半導体遮断器は、
少なくとも一つの半導体スイッチング素子、および少なくとも一つの電流整流素子を備える複数の半導体スイッチ部が互いに同じ向きで直列に接続され、
第１の導通状態のときに第１端側から第２端側に流れる電流を許容し、
第１の非導通状態のときに前記第１端側から前記第２端側に流れる電流を遮断し、
前記第１端側が前記第１の直流バスに接続され、
前記第２端側が前記第２の直流バスに接続される、
請求項１または請求項２に記載の直流電流遮断装置。
【請求項６】
前記半導体遮断器は、
少なくとも一つの半導体スイッチング素子、および少なくとも一つの電流整流素子を備える複数の半導体スイッチ部が互いに逆向きで直列に接続され、
第１の導通状態のときに第１端側から第２端側に流れる電流を許容し、
第１の非導通状態のときに前記第１端側から前記第２端側に流れる電流を遮断し、
第２の導通状態のときに前記第２端側から前記第１端側に流れる電流を許容し、
第２の非導通状態のときに前記第２端側から前記第１端側に流れる電流を遮断し、
前記第１端側が前記第１の直流バスに接続され、
前記第２端側が前記第２の直流バスに接続される、
請求項３または請求項４に記載の直流電流遮断装置。
【請求項７】
前記半導体遮断器は、
少なくとも一つの半導体スイッチング素子、および少なくとも一つの電流整流素子を備える半導体スイッチ部を含む複数のレグ部と、少なくとも一つの蓄電要素とが並列接続されたブリッジ回路が直列に接続され、
第１の導通状態のときに第１端側から第２端側に流れる電流を許容し、
第１の非導通状態のときに前記第１端側から前記第２端側に流れる電流を遮断し、
第２の導通状態のときに前記第２端側から前記第１端側に流れる電流を許容し、
第２の非導通状態のときに前記第２端側から前記第１端側に流れる電流を遮断し、
前記第１端側が前記第１の直流バスに接続され、
前記第２端側が前記第２の直流バスに接続される、
請求項３または請求項４に記載の直流電流遮断装置。
【請求項８】
前記レグ部は、複数の前記半導体スイッチ部を直列接続した直列回路である、
請求項７に記載の直流電流遮断装置。
【請求項９】
前記レグ部は、少なくとも一つの半導体スイッチ部と、少なくとも一つの電流整流素子とを直列接続した直列回路である、
請求項７に記載の直流電流遮断装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、直流電流遮断装置に関する。
続きを表示（約 3,500 文字）【背景技術】
【０００２】
直流電流遮断装置は、直流送電システムにおいて、直流送電線に流れる電流を遮断するものである。直流送電システムは、従来の交流送電システムに比べ、長距離大電力送電に適用した場合に、低コストで設置可能であり、かつ電力損失が少ない高効率なシステムを構築することが可能である。しかしながら、直流送電システムにおいて送電する直流電流は、従来の交流送電システムにおいて送電する交流電流と比べると、系統事故したときに容易に遮断することができない。つまり、直流送電システムでは、事故が発生した直流送電線を単純な機械接点式の遮断器によって遮断することは難しい。これは、交流電流では、電流がゼロを横切る点（電流ゼロ点）が周期的に存在するのに対して、直流電流では、電流ゼロ点が存在しないためである。このため、直流送電システムでは、直流送電線で事故が発生した際に、この直流送電線に属する機械接点式の遮断器によって事故が発生した直流送電線（事故回線）を遮断することができるように、直流電流遮断装置によって能動的に電流ゼロ点を作る必要がある。このため、能動的に機械接点式の遮断器に電流ゼロ点を作る様々な構成の直流電流遮断装置が検討されている。
【０００３】
直流電流遮断装置の一つの形態として、機械接点式の遮断器と、半導体素子で構成した半導体遮断器などとを組み合せて構成したものがある。これはハイブリッド方式の直流電流遮断装置と呼ばれるものである。ハイブリッド方式の直流電流遮断装置では、発生して事故によって機械接点式の遮断器に流れる電流（事故電流）を自己消弧が可能な半導体素子に転流させて電流ゼロ点を能動的に作ることで機械接点式の遮断器を電気的に遮断された状態に移行させ、この状態において半導体遮断器で事故電流を遮断する。
【０００４】
ハイブリッド方式の直流電流遮断装置において、機械接点式の遮断器や、半導体遮断器、事故電流を半導体遮断器に転流させる転流回路（転流素子）は、直流送電線に対して設けられる。このため、複数の直流送電線を備える直流送電システムに適用されるハイブリッド方式の直流電流遮断装置では、直流送電線に応じた数の機械接点式の遮断器や、半導体遮断器、転流回路が設けられることになる。しかしながら、半導体遮断器や転流回路を構成する半導体部品は、ハイブリッド方式の直流電流遮断装置の中でもコストが高い部品である。これは、直流送電システムにおいて直流送電線により送電する電圧が高いため、直流送電線以上の耐圧を持つ高耐圧の半導体部品を採用する必要があるからである。このため、多端子のハイブリッド方式の直流電流遮断装置において、半導体遮断器を複数の直流送電線で共有する構成のものが考えられている。
【０００５】
直流電流遮断装置は、直流送電線で事故が発生した際に、この直流送電線に属する機械接点式の遮断器を開極することで事故回線を切り離し、事故が発生していない直流送電線（健全回線）による送電を維持する。逆に、直流電流遮断装置では、例えば、発生した事故の改修が完了した直流送電線など、切り離されていた回線を健全回線に接続することも有り得る。この場合、直流電流遮断装置では、接続する直流送電線（投入回線）に属する機械接点式の遮断器を閉極することになる。しかしながら、例えば、投入回線と健全回線との間の電位差が大きい場合に、単に投入回線に属する機械接点式の遮断器を閉極してしまうと、投入回線に属する遮断器の機械式接点が溶着してしまう恐れがある。これは、健全回線から投入回線に流れ込む電流によって閉極しようとする機械式接点にアークが発生し、その熱で機械式接点の接点部分が溶着してしまうためである。機械接点式の遮断器において接点部分が溶着してしまうと、その後に機械式接点の開閉をすることができなくなり、直流電流遮断装置が正常に動作をすることができなくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特許第６８４５３３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、直流送電線を接続するときに機械式接点の溶着を防止することができる直流電流遮断装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の直流電流遮断装置は、複数の直流送電線と、第１の直流バスと、第２の直流バスと、遮断消費部と、制御部とを持つ。複数の直流送電線のそれぞれは、所定の分岐点で、第１の機械式接点と第１の転流回路とが直列に接続された第１の補助線路と、第２の機械式接点と第２の転流回路とが直列に接続された第２の補助線路とに分岐されている。第１の直流バスは、複数の前記第１の補助線路が接続されている。第２の直流バスは、複数の前記第２の補助線路が接続されている。遮断消費部は、前記第１の直流バスと前記第２の直流バスとの間に直列に接続され、少なくとも前記第１の直流バス側から前記第２の直流バス側に流れる電流を遮断可能な半導体遮断器と、少なくとも前記半導体遮断器の両端の間のエネルギーを消費するエネルギー消費要素とを有する。制御部は、前記第１の機械式接点、前記第２の機械式接点、前記第１の転流回路、前記第２の転流回路、および前記半導体遮断器を制御する。前記制御部は、課電された前記直流送電線である第１の直流送電線に、課電されていない少なくとも一つの他の前記直流送電線である第２の直流送電線を前記第１の直流バスおよび前記第２の直流バスを介して導通させる際に、前記第１の機械式接点および前記第２の機械式接点の開極状態および閉極状態と、前記半導体遮断器の導通状態および非導通状態とを制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
第１の実施形態に係る直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置が備える半導体遮断器およびアレスタの構成の変形例の一例を示す図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置の構成の具体例の一例を示す図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置が備える転流回路部内の転流回路の構成の一例を示す図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第１の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第１の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第１の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第１の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第１の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第１の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第２の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第２の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第２の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第２の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第２の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第２の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第３の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第３の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第３の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第３の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第３の動作について説明するための図。
第１の実施形態の直流電流遮断装置における第３の動作について説明するための図。
第２の実施形態に係る直流電流遮断装置の構成の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態の直流電流遮断装置を、図面を参照して説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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