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公開番号2025161558
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-24
出願番号2024064852
出願日2024-04-12
発明の名称電力変換装置及び直流送電システム
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H02M 7/48 20070101AFI20251017BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】事故事象での誤動作を避けつつ、健全極の運転継続性の低下を抑制することができる電力変換装置及び直流送電システムを提供することである。
【解決手段】実施形態の電力変換装置は、電力変換器と、スイッチング制御部と、保護制御部と、を持つ。電力変換器は、複数のコンデンサと、コンデンサの充放電を切り替え可能な複数のスイッチング素子と、を有する。スイッチング制御部は、電力変換器に設けられたスイッチング素子を制御する。保護制御部は、他の極で発生した事故に起因する事故波及を検知した場合に、電力変換器のスイッチング素子を一時的にゲートブロックさせる。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
高電位側と低電位側との直流送電線の組を少なくとも２組有し、各組の相対的な高電位側と低電位側との何れか一方の直流送電線を、他の組の高電位側と低電位側との何れか一方と共有した多極構成に設けられ、
前記各組の高電位側と低電位側との直流送電線の間にそれぞれ設けられ、
複数のコンデンサと、前記コンデンサの充放電を切り替え可能な複数のスイッチング素子と、を有する電力変換器と、
前記電力変換器に設けられた前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御部と、
他の極で発生した事故に起因する事故波及を検知した場合に、前記電力変換器の前記スイッチング素子を一時的にゲートブロックさせる保護制御部と、
を備える電力変換装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記保護制御部は、高電位側と低電位側との直流送電線の間に流れる直流電流と所定の電流基準値とを比較する第１比較器を備える請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記保護制御部は、前記コンデンサの電圧であるコンデンサ電圧と所定の電圧基準値とを比較する第２比較器を備える請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記保護制御部は、前記第１比較器の比較結果と前記第２比較器の比較結果とを演算する第１演算器を備え、
前記第１演算器は、前記第１比較器の比較結果が、前記直流電流が前記電流基準値よりも大きいことを示すものであり、且つ、前記第２比較器の比較結果が、前記コンデンサ電圧が前記電圧基準値よりも大きいことを示すものである場合に、前記事故波及を検知したことを示す信号を出力する、
請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記電力変換装置は、事故が発生した場合に、その旨を示す事故信号を送信する送信部を備え、
前記保護制御部は、他の前記電力変換装置から送信されてくる前記事故信号と、前記第１演算器から出力される信号とを演算する第２演算器を備え、
前記第２演算器は、前記第１演算器から出力される信号が、前記事故波及を検知したことを示す信号である場合、又は、前記事故信号が入力された場合に、前記電力変換器の前記スイッチング素子を一時的にゲートブロックさせる指令を出力する、
請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記保護制御部は、前記電力変換器の前記スイッチング素子を一時的にゲートブロックさせた後に、前記事故が発生した前記他の極における交流遮断器の開放を確認し、又は前記交流遮断器の開放に要する時間が経過した場合に、前記ゲートブロックを解除させる、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】
高電位側と低電位側との直流送電線の組を少なくとも２組有し、各組の相対的な高電位側と低電位側との何れか一方の直流送電線を、他の組の高電位側と低電位側との何れか一方と共有した多極構成であり、
前記各組の高電位側と低電位側との直流送電線の間にそれぞれ設けられた請求項１から請求項６の何れか一項に記載の電力変換装置を備える、
直流送電システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置及び直流送電システムに関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統の安定度、信頼性、設備利用率の向上、或いは、再生可能エネルギーの普及等を目的として、直流送電（High Voltage Direct Current：ＨＶＤＣ）システムの導入が拡大している。このようなＨＶＤＣシステムのうち、両端で４台以上の自励式変換器に帰線を有する多極ＨＶＤＣシステムでは、直流側での地絡事故又は短絡事故が生じた場合でも健全極の運転継続が求められる。しかしながら、直流地絡事故時の事故電流により非接地側帰線電位に変動が生じると、同側の健全極本線の電位変動を引き起こす。この現象によって直流電圧が大幅に上昇すると、健全極変換器に流れる電流が急激に増加し、セルコンデンサ電圧が上昇することで変換器の保護停止を引き起こし、健全極の運転を継続できない虞がある。非接地側帰線電位の変動が大きすぎる場合には、健全極変換器の自端保護によって、速やかに一時的なゲートブロック（ＧＢ）をさせることで健全極の運転継続への影響を抑制可能であることが知られている。
【０００３】
以下の特許文献１には、自端保護として、セルコンデンサ過電圧となり得る異常な電流を直流電流の瞬時値と時間平均とから演算し、所定の閾値を超過したことを検出して直流送電線での事故監視をする方法が記載されている。この方法では、異常な電流のみで双極構成の健全極への事故波及を検知しようとする場合に、本来変換器が運転継続可能な場合であっても変換器をゲートブロックしてしまうことで却って運転継続性能を落としてしまう虞がある。以下の特許文献２には、直流側で事故が発生したとき、帰線の電位変動を抑制してゲートブロックさせることなく運転継続させる手法が記載されている。但し、直流側の事故で帰線電位の変動が大きすぎる場合には、電位変動の抑制制御ではセル過電圧を回避できない虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許第６３３６２３６号公報
特許第７３７９３９５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、事故事象での誤動作を避けつつ、健全極の運転継続性の低下を抑制することができる電力変換装置及び直流送電システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
実施形態の電力変換装置は、高電位側と低電位側との直流送電線の組を少なくとも２組有し、各組の相対的な高電位側と低電位側との何れか一方の直流送電線を、他の組の高電位側と低電位側との何れか一方と共有した多極構成に設けられ、各組の高電位側と低電位側との直流送電線の間にそれぞれ設けられる。実施形態の電力変換装置は、電力変換器と、スイッチング制御部と、保護制御部と、を持つ。電力変換器は、複数のコンデンサと、コンデンサの充放電を切り替え可能な複数のスイッチング素子と、を有する。スイッチング制御部は、電力変換器に設けられたスイッチング素子を制御する。保護制御部は、他の極で発生した事故に起因する事故波及を検知した場合に、電力変換器のスイッチング素子を一時的にゲートブロックさせる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
実施形態の電力変換装置を含む電力変換システムの構成の一例を示す図。
直流送電線に地絡事故が生じた場合の事象の一例を説明するための図。
実施形態の電力変換装置の構成の一例を示す図。
実施形態の電力変換器の構成の一例を示す図。
実施形態のセルの構成の一例を示す図。
実施形態の保護制御部の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、実施形態の電力変換装置及び直流送電システムを、図面を参照して説明する。
【０００９】
（実施形態）
図１は、実施形態の電力変換装置を含む電力変換システムの構成の一例を示す図である。電力変換システム１は、「直流送電システム」の一例である。図１に示す電力変換システム１は、第１交流系統Ｅ１と第２交流系統Ｅ２との間に接続される。電力変換システム１は、例えば、電力変換装置１０－１～１０－４、直流送電線２０－１～２０－３、変圧器３０－１～３０－４、及び交流遮断器４０－１～４０－４を備える。電力変換装置１０－１～１０－４は、交流系統と直流系統の連系点に設けられ、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを変換する。交流系統は、交流電源又は交流負荷、直流系統は、直流電源又は直流負荷であってもよい。
【００１０】
電力変換装置１０－１は、変圧器３０－１及び交流遮断器４０－１を介して第１交流系統Ｅ１と接続されており、第１交流系統Ｅ１からの交流電力を直流電力に変換する。また、電力変換装置１０－１は、電力変換装置１０－３側から直流送電線２０－１によって送電された直流電力を交流電力に変換して第１交流系統Ｅ１へ出力する。電力変換装置１０－２は、変圧器３０－２及び交流遮断器４０－２を介して第１交流系統Ｅ１と接続されており、第１交流系統Ｅ１からの交流電力を直流電力に変換する。また、電力変換装置１０－２は、電力変換装置１０－４側から直流送電線２０－２によって送電された直流電力を交流電力に変換して第１交流系統Ｅ１へ出力する。
（【００１１】以降は省略されています）

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