(57)【要約】【課題】直流遮断装置において、系統電圧が高い場合でも直流電流を遮断する。【解決手段】第１直流系統１の＋端子と第２直流系統２の＋端子との間に機械遮断器ＣＢが接続される。第１直流系統１の＋端子と機械遮断器ＣＢの共通接続点と、第１直流系統１の−端子との間にコンデンサＣａが接続される。機械遮断器ＣＢと第２直流系統２との共通接続点にバッファリアクトルＬｚの一端が接続される。バッファリアクトルＬｚの他端と第１直流系統１の−端子と第２直流系統２の−端子の共通接続点との間に１つまたは複数のチョッパセルＣが接続される。【選択図】図１
2018190612.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１直流系統の＋端子と第２直流系統の＋端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第１直流系統の＋端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第１直流系統の−端子との間に接続されたコンデンサと、
前記機械遮断器と前記第２直流系統の＋端子の共通接続点と、前記第１直流系統の−端子と前記第２直流系統の−端子の共通接続点との間に１つ接続され、または、複数直列接続されたチョッパセルと、
前記チョッパセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、
前記チョッパセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第１スイッチングデバイスと、
前記一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第２スイッチングデバイスと、
前記第１スイッチングデバイスの他端と前記他方の接続端子との間に接続された第１セルコンデンサと、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
【請求項２】
第１直流系統の−端子と第２直流系統の−端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第１直流系統の−端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第１直流系統の＋端子との間に接続されたコンデンサと、
前記機械遮断器と前記第２直流系統の−端子の共通接続点と、前記第１直流系統の＋端子と前記第２直流系統の＋端子の共通接続点との間に１つ接続され、または、複数直列接続されたチョッパセルと、
前記チョッパセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、
前記チョッパセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第１スイッチングデバイスと、
前記一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第２スイッチングデバイスと、
前記第１スイッチングデバイスの他端と前記他方の接続端子との間に接続された第１セルコンデンサと、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
【請求項３】
前記チョッパセルに、直列接続された１つ、または、複数のブリッジセルを備え、
前記ブリッジセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第３スイッチングデバイスと、
前記第３スイッチングデバイスに直列に接続された第４スイッチングデバイスと、
前記第３スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第５スイッチングデバイスと、
前記第４スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第６スイッチングデバイスと、
前記第３，第５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第４，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２セルコンデンサと、
前記第２セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、
を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の直流遮断装置。
【請求項４】
第１直流系統の＋端子と第２直流系統の＋端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第１直流系統の＋端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第１直流系統の−端子との間に接続されたコンデンサと、
前記機械遮断器と前記第２直流系統の＋端子の共通接続点と、前記第１直流系統の−端子と前記第２直流系統の−端子の共通接続点との間に１つ接続され、または、複数直列接続されたブリッジセルと、
前記ブリッジセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、
前記ブリッジセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第３スイッチングデバイスと、
前記第３スイッチングデバイスに直列に接続された第４スイッチングデバイスと、
前記第３スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第５スイッチングデバイスと、
前記第４スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第６スイッチングデバイスと、
前記第３，第５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第４，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２セルコンデンサと、
前記第２セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
【請求項５】
第１直流系統の−端子と第２直流系統の−端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第１直流系統の−端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第１直流系統の＋端子との間に接続されたコンデンサと、
前記機械遮断器と前記第２直流系統の−端子の共通接続点と、前記第１直流系統の＋端子と前記第２直流系統の＋端子の共通接続点との間に１つ接続され、または、複数直列接続されたブリッジセルと、
前記ブリッジセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、
前記ブリッジセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第３スイッチングデバイスと、
前記第３スイッチングデバイスに直列に接続された第４スイッチングデバイスと、
前記第３スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第５スイッチングデバイスと、
前記第４スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第６スイッチングデバイスと、
前記第３，第５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第４，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２セルコンデンサと、
前記第２セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
【請求項６】
セルモジュール電流の検出値がセルモジュール電流指令値と等しくなるように、電流制御を行うことを特徴とする請求項１〜５のうち何れかに記載の直流遮断装置。
【請求項７】
前記第１直流系統から前記第２直流系統に電流が流れており、前記第２直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第１スイッチングデバイスをＯＮ，前記第２スイッチングデバイスをＯＦＦにし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、
前記第２直流系統から前記第１直流系統に電流が流れており、前記第１直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第１スイッチングデバイスをＯＦＦ，前記第２スイッチングデバイスをＯＮし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする請求項１または２記載の直流遮断装置。
【請求項８】
前記第１直流系統から前記第２直流系統に電流が流れており、前記第２直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第１スイッチングデバイスをＯＮ，前記第２スイッチングデバイスをＯＦＦにし、前記ブリッジセルの前記第３，第６スイッチングデバイスをＯＮ，前記第４，第５スイッチングデバイスをＯＦＦし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、
前記第２直流系統から前記第１直流系統に電流が流れており、前記第１直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第１スイッチングデバイスをＯＦＦ，前記第２スイッチングデバイスをＯＮし、前記ブリッジセルの前記第３，第６スイッチングデバイスをＯＦＦ，前記第４，第５スイッチングデバイスをＯＮし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする請求項３記載の直流遮断装置。
【請求項９】
前記第１直流系統から前記第２直流系統に電流が流れており、前記第２直流系統で事故が発生した場合は、前記ブリッジセルの前記第３，第６スイッチングデバイスをＯＮ，前記第４，第５スイッチングデバイスをＯＦＦし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、
前記第２直流系統から前記第１直流系統に電流が流れており、前記第１直流系統で事故が発生した場合は、前記ブリッジセルの前記第３，第６スイッチングデバイスをＯＦＦ，前記第４，第５スイッチングデバイスをＯＮし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする請求項４または５記載の直流遮断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モジュラー・マルチレベル・カスケード変換器（ＭＭＣＣ）を使用した直流遮断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から直流電流を遮断する直流遮断装置が知られている。直流電流は交流電流と異なり零点が生じないため、機械遮断器を開極した際に発生するアークを消弧できないという課題がある。そこで、機械遮断器開極時の電流を補助回路に迂回させることで電流の零点を作り出し、アークを消弧する方法が考えられる。
【０００３】
しかし、機械遮断器開極時の電流を補助回路に迂回される方法では、短絡事故発生時など大電流を遮断する際、補助回路の素子に系統電圧と同等、またはそれ以上の電圧が印加される。
【０００４】
系統電圧が１０ｋＶ以上と高い場合は、高耐圧のコンデンサやダイオードを使用するか、または、複数直列にして耐圧を高くする必要があり、部品点数やコストが増加する。直列接続を選択する場合は各素子の電圧分担を均等にする追加回路が必要となる。
【０００５】
また、素子の直列接続により補助回路のインピーダンスが増加すれば、電流を迂回させる効果が低下し、結果として機械遮断器に電流零点を作り出せず電流遮断に失敗する恐れが高まってしまう。
【０００６】
トランスを使用せず高圧系統に直接接続できる電力変換回路としてモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器（ＭＭＣＣ）がある。この回路の特徴は図２（ａ）（ｂ）に示すチョッパセルＣやブリッジセルＢをカスケード接続したモジュールでアームを構成する点にあり、セル接続台数を増加することでより高い電圧を扱うことができる。ＭＭＣＣを直流遮断装置に応用した例として特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−１４９２１３号公報
【特許文献２】特開２０１１−１８２５１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の構成では、電流路に単相変圧器の一次巻線があるため、正常時においても一次巻線に電流が流れ続け、単相変圧器の銅損が発生するという問題がある。また、電流が一定ではない場合、電流の時間変化に応じて単相変圧器の鉄損も発生する。そのため、直流遮断装置の定常損失は零にはならない。
【０００９】
また、一次巻線には電流増加速度を制限する効果がある。しかし、短絡発生時には大電流が流れるため、変圧器の磁気飽和を防ぐため鉄心断面積を大きくする必要があり、重量が増加するという問題もある。
【００１０】
以上示したようなことから、直流遮断装置において、系統電圧が高い場合でも直流電流を遮断することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第１直流系統の＋端子と第２直流系統の＋端子との間に接続された機械遮断器と、前記第１直流系統の＋端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第１直流系統の−端子との間に接続されたコンデンサと、前記機械遮断器と前記第２直流系統の＋端子の共通接続点と、前記第１直流系統の−端子と前記第２直流系統の−端子の共通接続点との間に１つ接続され、または、複数直列接続されたチョッパセルと、前記チョッパセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、前記チョッパセルは、一方の接続端子に一端が接続された第１スイッチングデバイスと、前記一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第２スイッチングデバイスと、前記第１スイッチングデバイスの他端と前記他方の接続端子との間に接続された第１セルコンデンサと、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、他の態様として、第１直流系統の−端子と第２直流系統の−端子との間に接続された機械遮断器と、前記第１直流系統の−端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第１直流系統の＋端子との間に接続されたコンデンサと、前記機械遮断器と前記第２直流系統の−端子の共通接続点と、前記第１直流系統の＋端子と前記第２直流系統の＋端子の共通接続点との間に１つ接続され、または、複数直列接続されたチョッパセルと、前記チョッパセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、前記チョッパセルは、一方の接続端子に一端が接続された第１スイッチングデバイスと、前記一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第２スイッチングデバイスと、前記第１スイッチングデバイスの他端と前記他方の接続端子との間に接続された第１セルコンデンサと、を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、その一態様として、前記チョッパセルに、直列接続された１つ、または、複数のブリッジセルを備え、前記ブリッジセルは、一方の接続端子に一端が接続された第３スイッチングデバイスと、前記第３スイッチングデバイスに直列に接続された第４スイッチングデバイスと、前記第３スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第５スイッチングデバイスと、前記第４スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第６スイッチングデバイスと、前記第３，第５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第４，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２セルコンデンサと、前記第２セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
また、他の態様として、第１直流系統の＋端子と第２直流系統の＋端子との間に接続された機械遮断器と、前記第１直流系統の＋端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第１直流系統の−端子との間に接続されたコンデンサと、前記機械遮断器と前記第２直流系統の＋端子の共通接続点と、前記第１直流系統の−端子と前記第２直流系統の−端子の共通接続点との間に１つ接続され、または、複数直列接続されたブリッジセルと、前記ブリッジセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、前記ブリッジセルは、一方の接続端子に一端が接続された第３スイッチングデバイスと、前記第３スイッチングデバイスに直列に接続された第４スイッチングデバイスと、前記第３スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第５スイッチングデバイスと、前記第４スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第６スイッチングデバイスと、前記第３，第５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第４，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２セルコンデンサと、前記第２セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、他の態様として、第１直流系統の−端子と第２直流系統の−端子との間に接続された機械遮断器と、前記第１直流系統の−端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第１直流系統の＋端子との間に接続されたコンデンサと、前記機械遮断器と前記第２直流系統の−端子の共通接続点と、前記第１直流系統の＋端子と前記第２直流系統の＋端子の共通接続点との間に１つ接続され、または、複数直列接続されたブリッジセルと、前記ブリッジセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、前記ブリッジセルは、一方の接続端子に一端が接続された第３スイッチングデバイスと、前記第３スイッチングデバイスに直列に接続された第４スイッチングデバイスと、前記第３スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第５スイッチングデバイスと、前記第４スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第６スイッチングデバイスと、前記第３，第５スイッチングデバイスの共通接続点と前記第４，第６スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第２セルコンデンサと、前記第２セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、を備えたことを特徴とする。
【００１６】
また、その一態様として、セルモジュール電流の検出値がセルモジュール電流指令値と等しくなるように、電流制御を行うことを特徴とする。
【００１７】
また、その一態様として、前記第１直流系統から前記第２直流系統に電流が流れており、前記第２直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第１スイッチングデバイスをＯＮ，前記第２スイッチングデバイスをＯＦＦにし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、前記第２直流系統から前記第１直流系統に電流が流れており、前記第１直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第１スイッチングデバイスをＯＦＦ，前記第２スイッチングデバイスをＯＮし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする。
【００１８】
また、他の態様として、前記第１直流系統から前記第２直流系統に電流が流れており、前記第２直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第１スイッチングデバイスをＯＮ，前記第２スイッチングデバイスをＯＦＦにし、前記ブリッジセルの前記第３，第６スイッチングデバイスをＯＮ，前記第４，第５スイッチングデバイスをＯＦＦし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、前記第２直流系統から前記第１直流系統に電流が流れており、前記第１直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第１スイッチングデバイスをＯＦＦ，前記第２スイッチングデバイスをＯＮし、前記ブリッジセルの前記第３，第６スイッチングデバイスをＯＦＦ，前記第４，第５スイッチングデバイスをＯＮし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする。
【００１９】
また、他の態様として、前記第１直流系統から前記第２直流系統に電流が流れており、前記第２直流系統で事故が発生した場合は、前記ブリッジセルの前記第３，第６スイッチングデバイスをＯＮ，前記第４，第５スイッチングデバイスをＯＦＦし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、前記第２直流系統から前記第１直流系統に電流が流れており、前記第１直流系統で事故が発生した場合は、前記ブリッジセルの前記第３，第６スイッチングデバイスをＯＦＦ，前記第４，第５スイッチングデバイスをＯＮし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、直流遮断装置において、系統電圧が高い場合でも直流電流を遮断することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】実施形態１における直流遮断装置を示す回路図。
【図２】チョッパセルとブリッジセルを示す回路図。
【図３】実施形態１におけるセルコンデンサの充電動作を示す図。
【図４】実施形態１におけるセルコンデンサの充電電流の減少を示す図。
【図５】実施形態１における第２直流系統短絡時の遮断動作を示す図。
【図６】実施形態１における第１直流系統短絡時の遮断動作を示す図。
【図７】実施形態２における直流遮断装置を示す回路図。
【図８】実施形態２における第２直流系統短絡時の遮断動作を示す図。
【図９】実施形態２における第１直流系統短絡時の遮断動作を示す図。
【図１０】実施形態２における第２直流系統短絡時のシミュレーション条件を示す図。
【図１１】実施形態２におけるシミュレーション結果を示す図。
【図１２】実施形態２における第１直流系統短絡時のシミュレーション条件を示す図。
【図１３】実施形態２におけるシミュレーション結果を示す図。
【図１４】実施形態３における直流遮断装置を示す回路図。
【図１５】実施形態３における直流遮断装置の制御部を示すブロック図。
【図１６】セル４台の場合のキャリア三角波と起動信号を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本願発明における直流遮断装置の実施形態１〜３を図１〜図１５に基づいて詳述する。
【００２３】
［実施形態１］
図１に本実施形態１における直流遮断装置３の主回路構成を示す。図１に示すように、本実施形態１における直流遮断装置３は、機械遮断器ＣＢと、コンデンサＣａと、バッファリアクトルＬｚと、ｎ台のチョッパセルＣと、電流検出器４と、を備える。
【００２４】
第１直流系統１の＋端子と第２直流系統２の＋端子との間に機械遮断器ＣＢが接続される。第１直流系統１の＋端子と機械遮断器ＣＢの共通接続点と、第１直流系統１の−端子との間にコンデンサＣａが接続される。
【００２５】
機械遮断器ＣＢと第２直流系統２の＋端子の共通接続点にはバッファリアクトルＬｚの一端が接続される。バッファリアクトルＬｚの他端と第１直流系統１の−端子と第２直流系統２の−端子の共通接続点との間には１つ、または、複数の図２（ａ）に示すチョッパセルＣがカスケード接続される。ここではチョッパセルＣの台数をｎ台とする。チョッパセルＣの台数ｎはセル内の部品の耐圧と第１系統電圧Ｖｄｃに基づいて定められる。
【００２６】
第１直流系統１は、第１系統電圧Ｖｄｃが印加される。図１では、直流電圧源５と、リアクトル６で示している。第２直流系統２は、第２系統電圧Ｖｌが印加される。図１では、直流電圧源７とリアクトル８で示しているが、負荷でもよい。また、第２直流系統２に流れる電流Ｉｌを検出する電流検出器４が設けられる。
【００２７】
チョッパセルＣは、図２（ａ）に示すように、一方の接続端子に一端が接続された第１スイッチングデバイスＳ１と、一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第２スイッチングデバイスＳ２と、第１スイッチングデバイスＳ１の他端と他方の接続端子との間に接続されたセルコンデンサＣｃと、を備える。
【００２８】
各チョッパセルＣにはコンデンサ電圧を検出する電圧検出器を接続する。ｋ番目のセルコンデンサ電圧をＶｃｋとする。
【００２９】
以下、本実施形態１における直流遮断装置の動作を説明する。まず、正常時は機械遮断器ＣＢを閉じ、セルコンデンサＣｃを充電して待機する。各セルコンデンサ電圧の合計は第１系統電圧Ｖｄｃを上回るように充電する必要がある。今、セルコンデンサ電圧平均値をＶｃａｖｇと置き、Ｖｃｋ≒Ｖｃａｖｇと仮定する。
【００３０】
（ｋ＋１）Ｖｃａｖｇ＞Ｖｄｃ＞ｋＶｃａｖｇを満たす場合、セルコンデンサ電圧の高い方からｎ−ｋ台のチョッパセルＣの第２スイッチングデバイスＳ２をＯＮする。これにより、バッファリアクトルＬｚにはＶｄｃ−ｋＶｃａｖｇの電圧が印加され、セルモジュール電流Ｉｚは以下の（１）式で表される傾きで図１の下向き（＋端子側から−端子側）に流れ始める。
【００３１】
【数１】
2018190612.tif 000003
【００３２】
このセルモジュール電流Ｉｚは、セルコンデンサ電圧の低い方からｋ台のチョッパセルＣのセルコンデンサＣｃを充電する。あらかじめ定めた時間が経過した後は、全チョッパセルＣの第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。これによりバッファリアクトルＬｚにはＶｄｃ−ｎＶｃａｖｇの電圧が印加され、セルモジュール電流Ｉｚは以下の（２）式で表される傾きで減少し零になる。
【００３３】
【数２】
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【００３４】
このときの電流は全チョッパセルＣのセルコンデンサＣｃを充電する。以上の動作を繰り返し、セルコンデンサ電圧Ｖｃを所定の値に充電する。
【００３５】
この一連の動作により、セルコンデンサＣｃを充電するほか、セルコンデンサ電圧の低いセルの充電量が増加するため各セルのセルコンデンサ電圧Ｖｃを均等にすることができる。
【００３６】
図３，図４にｎ＝４すなわちチョッパセル４台における例を示す。この例では、各セルコンデンサ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４をＶｄｃ／３に充電することを考え、現時点でのセルコンデンサ電圧をＶｃ４＞Ｖｃ３＞Ｖｃ２＞Ｖｃ１とする。このときは図３に示すように一番上のチョッパセルＣの第２スイッチングデバイスＳ２をＯＮする。すると、セルモジュール出力電圧はＶｃ１＋Ｖｃ２＋Ｖｃ３となり、セルモジュール電流Ｉｚは以下の（３）式で表される傾きで下向き（＋端子側から−端子側）に増加する。
【００３７】
【数３】
2018190612.tif 000005
【００３８】
このセルモジュール電流Ｉｚにより、セルコンデンサＣｃ１，Ｃｃ２，Ｃｃ３が充電される。あらかじめ定めた時間が経過した後は、全チョッパセルＣの第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２をＯＦＦにする。セルモジュール出力電圧はＶｃ１＋Ｖｃ２＋Ｖｃ３＋Ｖｃ４となり、下向きに流れていたセルモジュール電流Ｉｚは以下の（４）式で表される傾きで減少し零になる。
【００３９】
【数４】
2018190612.tif 000006
【００４０】
このときの電流は全チョッパセルのセルコンデンサＣｃ１〜Ｃｃ４を充電する。以上の動作を繰り返し、セルコンデンサ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４をＶｄｃ／３に充電する。充電が完了すると、任意のチョッパセルＣ１台の第２スイッチングデバイスＳ２をＯＮしてもセルモジュール出力電圧は第１系統電圧Ｖｄｃになり、バッファリアクトルＬｚ印加電圧は零となるため、セルモジュール電流Ｉｚは流れない。そのため、充電が完了してもスイッチングデバイスのＯＮ状態を保持し続けてよい。この場合、充電完了の判定が不要になるため、第１系統電圧Ｖｄｃを検出しなくてよい。もちろん、第１系統電圧Ｖｄｃを検出して充電完了を判定しスイッチングデバイスをＯＦＦにしてもよい。
【００４１】
次に、短絡電流を遮断する動作を説明する。電流検出器４で検出された第２直流系統２に流れる電流Ｉｌの振幅から短絡が発生したことを検出し、第２直流系統２に流れる電流Ｉｌの符号から短絡が第１直流系統１と第２直流系統２のどちらで発生したかを検出する。
【００４２】
第２直流系統２で短絡が発生し、短絡電流が左（第1直流系統１）から右（第２直流系統２）へ流れている場合、全チョッパセルＣの第１スイッチングデバイスＳ１をＯＮする。これによりセルモジュールからｎＶｃａｖｇの電圧が出力され、バッファリアクトルＬｚにはＶｄｃ−ｎＶｃａｖｇの電圧が印加され上向き（セルモジュール側から＋端子側）に電流が流れる。
【００４３】
この電流の一部が第１直流系統１に接続されたコンデンサＣａに充電電流として流れ、機械遮断器ＣＢを通過する短絡電流を打ち消して機械遮断器通過電流Ｉｃｂの零点を作る。機械遮断器通過電流Ｉｃｂが所定値未満となった時点で機械遮断器ＣＢを開極する。この段階で、第２直流系統２の短絡電流はすべてセルモジュールが負担する。
【００４４】
これによりセルコンデンサＣｃは放電され、放電後は電流は第２スイッチングデバイスＳ２の逆並列ダイオードを通過する。その後、系統インピーダンスやダイオード電圧降下により短絡電流は減衰し零になる。
【００４５】
第１直流系統１で短絡が発生し、短絡電流が右（第２直流系統２）から左（第１直流系統１）へ流れている場合は、全チョッパセルＣの第２スイッチングデバイスＳ２をＯＮする。これによりセルモジュール出力電圧は零となり、バッファリアクトルＬｚには第２系統電圧Ｖｌの電圧が印加され下向き（＋端子側からセルモジュール側）に電流が流れる。
【００４６】
このとき、第１直流系統１に接続されたコンデンサＣａから機械遮断器ＣＢ→バッファリアクトルＬｚ→セルモジュールを経由して放電電流が流れる。この放電電流で機械遮断器ＣＢを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作る。機械遮断器通過電流Ｉｃｂが所定値未満となった時点で機械遮断器ＣＢを開極する。
【００４７】
この段階で、第１直流系統１の短絡電流はすべてセルモジュールに転流され、第２直流系統２から供給される。その後は全チョッパセルＣの第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２をＯＦＦすると、電流は第１スイッチングデバイスＳ１の逆並列ダイオードとセルコンデンサＣｃを通過しセルコンデンサＣｃが充電される。コンデンサ電圧がＶｄｃ／ｎまで充電されると、第２直流系統２からの電流は零になる。
【００４８】
なお、機械遮断器ＣＢが開極指令を受けてから実際に開極となるまでは時間遅れがある。本明細書では遮断、または、開極すると記載している場合、実際に開極した時を示すものとする。
【００４９】
図５，図６にチョッパセルＣが４台の場合における例を示す。各セルコンデンサ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４はＶｄｃ／３に充電されているとする。図５は短絡電流が左（第１直流系統１）から右（第２直流系統２）へ流れている場合である。
【００５０】
全チョッパセルＣの第１スイッチングデバイスＳ１をＯＮするとセルモジュールから４Ｖｄｃ／３の電圧が出力され、第１直流系統１に接続されたコンデンサＣａに充電電流が流れる。この充電電流により、機械遮断器ＣＢを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器ＣＢを開極する。
【００５１】
図６は短絡電流が右（第２直流系統２）から左（第１直流系統１）へ流れている場合であり、全チョッパセルＣの第２スイッチングデバイスＳ２をＯＮする。これによりセルモジュール出力電圧は零となり、第１直流系統１に接続されたコンデンサＣａから放電電流が流れる。この放電電流により、機械遮断器ＣＢを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器ＣＢを開極する。
【００５２】
なお、バッファリアクトルＬｚの位置は、図１に示す機械遮断器ＣＢと第２直流系統２の＋端子との共通接続点と１番上のチョッパセルとの間に限らなくともよい。コンデンサＣａと第２直流系統２の−端子との共通接続点と1番下のチョッパセルとの間に位置してもよいし、チョッパセル間の中間位置でもよい。
【００５３】
また、機械遮断器ＣＢは、図１の位置の代わりに、コンデンサＣａと第１直流系統１の−端子との共通接続点と１番下のチョッパセルと第１直流系統１の−端子との共通接続点の間に挿入してもよい。この場合、第１直流系統１の＋端子と第２直流系統２の＋端子は接続される。
【００５４】
以上示したように、本実施形態１における直流遮断装置３によれば、双方向の電流を遮断することが可能となる。また、特許文献１と比較して、定常時の電流路には変圧器やリアクトルなどを接続せず機械遮断器ＣＢのみを接続するため、電力損失が小さい。
【００５５】
また、チョッパセルＣにはバッファリアクトルＬｚが必要となるが、インダクタンスは小さくてよい（応答速度が必要であるため、小さくなければならない）。また、電流遮断時のセルモジュールのゲート操作はフィードフォワードで行うため、高速な遮断が可能となる。
【００５６】
また、本実施形態１によれば、系統電圧が高い場合でも、セル数を増加することで対応することができる。また、セル数を増加すれば、セルに使用する部品の耐電圧を低くすることができる。
【００５７】
また、セルコンデンサ電圧Ｖｃが均等になるよう動作するため、追加の電圧バランス回路が不要である。また、セルモジュール電流Ｉｚを検出する検出器や系統電圧を検出する検出器が不要である。
【００５８】
［実施形態２］
図７に本実施形態２における直流遮断装置３の主回路構成を示す。本実施形態２は、実施形態１のチョッパセルＣの１台をブリッジセルＢに変更した構成である。
【００５９】
ブリッジセルＢは、図２（ｂ）に示すように、一方の接続端子に第３スイッチングデバイスＳ３の一端が接続される。第３スイッチングデバイスＳ３に対して直列に第４スイッチングデバイスＳ４が接続される。第３スイッチングデバイスＳ３の他端と他方の接続端子との間に第５スイッチングデバイスＳ５が接続される。第４スイッチングデバイスＳ４と他方の接続端子との間に第６スイッチングデバイスＳ６が接続される。
【００６０】
第３，第５スイッチングデバイスＳ３，Ｓ５の共通接続点と第４，第６スイッチングデバイスＳ４，Ｓ６の共通接続点との間にセルコンデンサＣｃが接続される。セルコンデンサＣｃには非線形抵抗Ｒが並列接続される。
【００６１】
実施形態１において、第１直流系統１で短絡が発生した場合は全チョッパセルＣの第２スイッチングデバイスＳ２をＯＮしてセルモジュール出力電圧を零とする。しかし、実際にはバッファリアクトルＬｚや第１，第２スイッチングデバイスＳ１，Ｓ２において電圧降下が発生するため、セルモジュール出力電圧は零にはならない。特に、短絡箇所が機械遮断器ＣＢの直近だった場合はセルモジュール出力電圧が短絡後の第１系統電圧Ｖｄｃよりも大きくなってしまい、コンデンサＣａから放電電流が流れず機械遮断器ＣＢに電流の零点を作り出せず電流を遮断できなくなる恐れがある。
【００６２】
本実施形態２は上記問題に対処するため、チョッパセルＣの１台をブリッジセルＢに置き換えたものである。ブリッジセルＢはマイナスの電圧を出力することができる。
【００６３】
そのため、第１直流系統１で短絡が発生した時、チョッパセルＣは第２スイッチングデバイスＳ２をＯＮし、ブリッジセルＢでマイナスの電圧を出力することでセルモジュール出力電圧をマイナスにできる。このセルモジュール出力電圧により、第１直流系統１に接続されたコンデンサＣａを逆向きに充電し、その充電電流で機械遮断器ＣＢを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器ＣＢを開極することができる。
【００６４】
セルコンデンサ充電動作、第２直流系統２の短絡時の動作は実施形態１と同様である。
【００６５】
図８，図９に、本実施形態２における短絡電流の遮断動作を示す。図８は短絡電流が左（第１直流系統１）から右（第２直流系統２）へ流れている場合である。
【００６６】
全チョッパセルＣの第１スイッチングデバイスＳ１をＯＮ、ブリッジセルＢの第３，第６スイッチングデバイスＳ３，Ｓ６をＯＮするとセルモジュールから４Ｖｄｃ／３の電圧が出力され、第１直流系統１に接続されたコンデンサＣａに充電電流が流れる。この充電電流により、機械遮断器ＣＢを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器ＣＢを開極する。
【００６７】
図９は短絡電流が右（第２直流系統２）から左（第１直流系統１）へ流れている場合であり、全チョッパセルＣの第２スイッチングデバイスＳ２をＯＮ、ブリッジセルＢの第４，第５スイッチングデバイスＳ４，Ｓ５をＯＮする。これによりセルモジュール出力電圧は−Ｖｃ１（ブリッジセルＢの直流電圧）となり、第１直流系統１に接続されたコンデンサＣａから放電電流が流れる。この放電電流により、機械遮断器ＣＢを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器ＣＢを開極する。
【００６８】
本実施形態２の直流遮断装置３で短絡電流を遮断するシミュレーションを実施した。図１０に第２直流系統２が短絡した場合のシミュレーション条件を示す。
【００６９】
各チョッパセルＣ，ブリッジセルＢのコンデンサ容量は５００ｕＦ，充電電圧を５００Ｖとした。時刻０ｓｅｃにおいて負荷３Ω抵抗の両端を短絡し、機械遮断器通過電流Ｉｃｂが７５０Ａを超えたことを検出したら１．５ｍｓの遅延後に開極指令を機械遮断器ＣＢに入力する。ただし、アークを模擬するため機械遮断器ＣＢは開極指令入力後に機械遮断器通過電流Ｉｃｂが零にならないと開極しないものとする。
【００７０】
開極指令と同じタイミングでセルモジュールに所定のゲート信号（ＯＮ／ＯＦＦ指令信号）を入力する。機械遮断器通過電流Ｉｃｂが０．１ｍｓ間零であれば遮断が完了したと判断してブリッジセルＢのみゲート信号をＯＦＦにした。
【００７１】
図１１にシミュレーション結果を示す。時刻１．６ｍｓ付近でセルモジュール電流Ｉｚが増加し、機械遮断器通過電流Ｉｃｂは減少する。機械遮断器通過電流Ｉｃｂが零に達したところで機械遮断器ＣＢが開極され、遮断が完了する。
【００７２】
このとき、セルコンデンサ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃ４はセルモジュール電流Ｉｚにより放電され、零になる。その後、ブリッジセルＢのスイッチングデバイスのゲート信号をＯＦＦすることでブリッジセルＢのセルコンデンサＣｃ１のみが充電され、セルモジュール電流Ｉｚ，第２直流系統２を流れる電流Ｉｌは急速に減衰する。ブリッジセルＢのセルコンデンサＣｃ１のコンデンサ電圧Ｖｃ１は１５００Ｖで上昇しなくなるが、これは非線形抵抗Ｒが導通したためである。非線形抵抗Ｒには、印加電圧が１５００Ｖ未満のときに所定の抵抗値をもち、印加電圧が１５００Ｖ以上のときに抵抗値がほぼ零となる特性の抵抗を選定する。以上の動作により短絡電流は遮断される。
【００７３】
ブリッジセルＢのゲート信号をＯＦＦする際、ブリッジセルＢのスイッチングデバイスは３ｋＡ近くの電流を遮断しなければならない。しかし、セルコンデンサ電圧Ｖｃ１は零であるため零電圧スイッチングが成立し、スイッチング損失を小さく抑えることができる。チョッパセルＣについては、電流は第２スイッチングデバイスＳ２の逆並列ダイオードを通過するためゲート信号のＯＮ・ＯＦＦに関わらず動作波形は変わらない。
【００７４】
図１２に第１直流系統１が短絡した場合のシミュレーション条件を示す。条件は、図１０に比べて直流電源と負荷の位置を入れ替えただけである。
【００７５】
図１３にシミュレーション結果を示す。時刻１．６ｍｓ付近までの機械遮断器ＣＢの開極までの流れは図１１と同様であり、機械遮断器通過電流Ｉｃｂを遮断できている。ただし、短絡箇所の違いから電流の符号が異なる。
【００７６】
時刻１．６ｍｓ以降はブリッジセルＢのセルコンデンサ電圧Ｖｃ１だけが放電される。ブリッジセルＢのゲート信号をＯＦＦする際は、零電圧スイッチングが成立する。ブリッジセルＢのゲート信号のＯＦＦ後はセルコンデンサＣｃ１が充電され、セルモジュール電流Ｉｚ，第２直流系統２を流れる電流Ｉｌが減衰する。ブリッジセルＢのセルコンデンサ電圧Ｖｃ１は並列接続された非線形抵抗Ｒにより１５００Ｖ程度で充電が停止する。
【００７７】
第１直流系統１が短絡した場合、チョッパセルＣのコンデンサ電圧Ｖｃ２〜Ｖｃ４は放電されず５００Ｖを維持する。ここでゲート信号をＯＦＦすると４ｋＡ近くの電流を５００Ｖで遮断するため大きなスイッチング損失が発生しスイッチングデバイスが熱破損する恐れがある。そのため、電流が安全に遮断できるレベルまで減衰してからゲート信号をＯＦＦする必要がある。
【００７８】
実施形態１ではチョッパセルＣしかないためコンデンサ電圧において大電流を遮断しなければならないが、本実施形態２ではブリッジセルＢが零電圧で大電流を遮断できるため、セルのスイッチング損失を低減できる。
【００７９】
本実施形態２によれば実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、より確実に第２直流系統２から第１直流系統１に流れる短絡電流を遮断することができる。
【００８０】
また、実施形態１に対し、スイッチングデバイスは２個の追加でよい。また、第２直流系統２の短絡時の負荷電流を早く減衰させることができる。
【００８１】
また、第１直流系統１の短絡時に各セルのスイッチングデバイスをＯＦＦする際、ブリッジセルＢから先にＯＦＦすることによりセルスイッチング損失を低減することができる。
【００８２】
また、本実施形態２では、実施形態１の１つのチョッパセルＣをブリッジセルＢに置き換えたが、２以上のチョッパセルＣをブリッジセルＢに置き換えても、全てのチョッパセルＣをブリッジセルＢに置き換えても良い。
【００８３】
［実施形態３］
図１４に本実施形態３の主回路構成を示す。本実施形態３は、実施形態１にセルモジュール電流Ｉｚを検出する電流検出器９と電圧検出器１０を追加したものである。図１４では、電圧検出器１０を第１直流系統１に接続して第１系統電圧Ｖｄｃを検出しているが、第２直流系統２に接続して第２系統電圧Ｖｌを検出してもよい。
【００８４】
図１５に本実施形態３の電流制御ブロック構成を示す。本実施形態３の制御ブロックは、セルモジュール出力電流指令値演算部１１と、セルモジュール電流制御部１２と、出力電圧指令値補正部１３と、セルコンデンサ電圧制御部１４と、を備える。
【００８５】
セルモジュール出力電流指令値演算部１１は、減算器１５において、各相のセルコンデンサ電圧平均値Ｖｃａｖｇとセルコンデンサ平均電圧指令値Ｖｃ＊の偏差を求める。フィルタ１６は、偏差から急激な変化分を除去し、低周波の脈動を抽出する。アンプ１７は、フィルタ１６の出力にゲインＧｃをかけ、セルコンデンサＣｃ充電のための電流指令値を出力する。
【００８６】
スイッチＳＷ１は、電流指令値Ｉａと第２直流系統２に流れる電流Ｉｌの検出値を入力し、正常時は電流指令値Ｉａ、短絡発生時など電流を遮断するときは第２直流系統２に流れる電流Ｉｌの検出値を出力する。電流指令値Ｉａは外部から入力され、零固定の他、系統の共振抑制や負荷平準化、過負荷アシストなど目的に応じた値を外部で演算し入力してもよい。
【００８７】
加算器１８は、アンプ１７の出力にスイッチＳＷ１の出力を加算し、セルモジュール電流指令値Ｉ＊として出力する。
【００８８】
セルモジュール電流制御部１２は、微分器１９において、セルモジュール電流指令値Ｉ＊の現在の値と時間Δｔ前の値との差分を出力する。微分器１９は、後述する信号を入力しセルｎ台分のキャリア三角波の最大値の谷の部分（図１６のＡ点、すなわち起動信号パルスがある点）でのみ動作する。Δｔはキャリア三角波の１／ｎ周期である。なお、図１６は、セル４台構成の例を示したものである。よって、キャリア三角波が４種類ある。
【００８９】
アンプ２０は、微分器１９の出力にゲインＧｌをかける。アンプ２１は、セルモジュール電流指令値Ｉ＊にゲインＧｒをかける。加算器２２は、アンプ２０の出力とアンプ２１の出力を加算する。加算器２２の出力結果が、電圧指令値のフィードフォワード項となる。
【００９０】
減算器２３は、セルモジュール電流指令値Ｉ＊とセルモジュール電流Ｉｚの検出値との偏差を演算する。アンプ２４は減算器２３の出力（偏差）にゲインＧをかけ、電圧指令値を出力する。加算器２５は、加算器２２の出力とアンプ２４の出力と１とを加算する。加算器２５の出力がセルモジュールの出力電圧指令値Ｖ＊となる
出力電圧指令値補正部１３は、除算器２６において、セルコンデンサ電圧平均値Ｖｃａｖｇをセル台数で乗算し、その結果の逆数である１／ｎＶｃａｖｇを出力する。乗算器２７は、除算器２６の出力と第１系統電圧Ｖｄｃの積を演算する。乗算器２７の出力Ｖｄｃ／ｎＶｃａｖｇが振幅の補正係数となり、乗算器２８によりセルコンデンサの出力電圧指令値Ｖ＊との積が演算される。
【００９１】
セルコンデンサ電圧制御部１４は、減算器２９において、セルコンデンサ電圧Ｖｃの検出値とセルコンデンサ電圧平均値Ｖｃａｖｇとの偏差を演算する。セルコンデンサ電圧Ｖｃの検出値は、セルｎ台分の信号である（Ｖｃ１〜Ｖｃｎ）。
【００９２】
アンプ３０は、セルコンデンサ電圧Ｖｃの検出値とセルコンデンサ電圧平均値Ｖｃａｖｇとの偏差にゲインＧｃｉをかけ、電圧指令値を出力する。符号抽出器３１は、Ｉｚ＞０ならば１を、Ｉｚ＜０ならば−１を、Ｉｚ＝０ならば０を出力する。
【００９３】
乗算器３２は、アンプ３０の出力に、制御対象のセルと同じ相の符号抽出結果との積を演算する。乗算器３２の出力が各セルのコンデンサ電圧制御に必要な出力電圧指令の補正値である。加算器３３において、乗算器２８の出力と乗算器３２の出力とが加算され、ＰＷＭ変調器３４に出力される。
【００９４】
ＰＷＭ変調器３４で使用するキャリア三角波は、以下のようにＰＳ（フェーズシフト）によって生成される。
【００９５】
キャリア三角波生成器３５から出力されたキャリア三角波は、遅延器３６により、ｋ番目のセルに対して、三角波の位相を（ｋ−１）π／ｎだけ遅らせる。遅延器３６により、π／ｎずつ位相のずれたｎ本のキャリア三角波が生成される。ＰＷＭ変調器３４では、ｋ番目の三角波キャリアはｋ番目のセル電圧指令値と比較され、得られたゲート信号はｋ番目のセルに送られる。
【００９６】
キャリア三角波からは、以下のブロックを用いてセルモジュール電流制御部１２の微分器１９の起動信号を生成する。
【００９７】
最大値選択部ｍａｘは、遅延器３６から出力されるｎ本のキャリア三角波から値が最大のものを選択して出力する。微分器３７は、最大値選択部ｍａｘの出力を微分する。
【００９８】
比較器３８は、微分器３７の出力がプラスならば１を出力する。バッファＺ-1は微分器３７の出力を１演算時間だけ遅らせる。比較器３９はバッファＺ-1の出力がマイナスならば１を出力する。
【００９９】
ＡＮＤ素子４０は、比較器３８，３９の出力が両方１ならば１を出力する。ＡＮＤ素子４０は、キャリア三角波の最大値の傾きがマイナスからプラスに変化した直後に１演算時間だけ１を出力する。ＡＮＤ素子４０の出力はセルモジュール電流制御部１２内部の微分器１９に出力される。微分器１９はキャリア三角波最大値の谷の部分（図１６のＡ点）でのみ動作する。
【０１００】
以下、本実施形態３の回路の動作を説明する。電流を遮断する際、消弧したアークが再度発生し遮断に失敗する場合がある。これを防ぐため、特許文献１ではＰＩアンプによる電流制御を行い機械遮断器の零電流をある期間維持している。
【０１０１】
しかし、ＰＩアンプは応答が遅く、機械遮断器の電流が零になるまで時間がかかるという問題がある。本実施形態３は、実施形態１に電流制御を適用し、遮断失敗を防ぎ、かつ、応答の早い電流制御アンプを適用することで遮断にかかる時間を短縮した。
【０１０２】
まずは、セルコンデンサ電圧平均値Ｖｃａｖｇとセルコンデンサ平均電圧指令値Ｖｃ＊との偏差を演算し、ゲインＧｃをかけ、セルモジュール電流指令値Ｉ＊を求める。
【０１０３】
ゲインＧｃは、待機時間がそのまま充放電時間となり十分な余裕があるため、小さめの値を適当に設定してよい。
【０１０４】
フィルタ１６についてであるが、遮断動作中はコンデンサ電圧充放電よりも機械遮断器ＣＢの電流を零にすることが優先される。そのため、フィルタ１６を用いて遮断動作中におけるコンデンサ電圧の急激な変動を除去し、充放電を停止する。または、フィルタ１６を使用せずに短絡が発生したらゲインＧｃ＝０に設定してもよい。
【０１０５】
待機中はセルコンデンサ充電電流を出力し、コンデンサ電圧の維持を行う。必要であれば、系統の共振抑制や負荷平準化、過負荷アシストなど目的に応じた電流指令値Ｉａを外部から入力し、待機中に別の動作を行うこともできる。
【０１０６】
セルモジュール電流制御部１２について説明する。セルモジュール電流制御部１２は、一般的な電流制御部とフィードフォワード項で構成される。
【０１０７】
一般的な電流制御部は、セルモジュール電流Ｉｚの検出値とセルモジュール電流指令値Ｉ＊の偏差をゲインＧで増幅する。
【０１０８】
フィードフォワード項について説明する。短絡発生時に機械遮断器通過電流Ｉｃｂを零にするには、高速な電流制御が必要となる。そこで、バッファリアクトルＬｚの電圧・電流の関係から所望の電流出力に必要な電圧を計算し、フィードフォワードで出力することで高速化を実現する。バッファリアクトルをＬｚ、その寄生抵抗をＲｚと置くと、必要なセルモジュール出力電圧ｖ、ゲインＧｌ，Ｇｒは以下の（５）式で求められる。
【０１０９】
【数５】
2018190612.tif 000007
【０１１０】
ここで、ｖＬｚはバッファリアクトルＬｚの印加電圧を示す。以上の（５）式で得られたｖをセルモジュールの出力電圧指令値Ｖ＊とする。
【０１１１】
バッファＺ-1により、ある一定時間Δｔ前のセルモジュール電流指令値Ｉ＊を保持、現在の値との差分を演算することでΔＩ＊を求める。ここで、Δｔはセルモジュールの出力できる電圧パルスの最小単位、すなわち、キャリア三角波の１／ｎ周期とする。
【０１１２】
求めたΔＩ＊にゲインＧｌをかけ、電圧指令値として出力する。以上のフィードフォワード補償により、セルモジュール電流指令値Ｉ＊が変化してもキャリア三角波の１／ｎ周期後にはセルモジュール電流Ｉｚの検出値をセルモジュール電流指令値Ｉ＊にほぼ等しくすることができる。
【０１１３】
アンプ２４のゲインＧはセルモジュール電流Ｉｚの検出値とセルモジュール電流指令値Ｉ＊のずれを補正するのが目的であるため、小さくてよい。ただし、これだけではバッファリアクトルＬｚやスイッチングデバイスの寄生抵抗によりセルモジュール電流Ｉｚが減衰してしまう。そこで、セルモジュール電流指令値Ｉ＊にゲインＧｒをかけ寄生抵抗の電圧降下を推定、結果をセルモジュールの出力電圧指令値Ｖ＊に加算することで寄生抵抗の電圧降下を補償し電流の減衰を防ぐことができる。
【０１１４】
加算器２５では、フィードフォワード項として１を加算している。これは後段の補正係数Ｖｄｃ／ｎＶｃａｖｇをかけることで（５）式のＶｄｃ相当となる。セルモジュール電流指令値Ｉ＊が零の場合セルモジュールの出力電圧指令値Ｖ＊＝１となり、このときセルモジュールから第１系統電圧Ｖｄｃに等しい電圧を出力させセルモジュール電流Ｉｚの検出値を零にするためのものである。
【０１１５】
補正係数をかけた後、電圧指令値にはセル個別のコンデンサ電圧制御指令値が加算される。セル個別コンデンサ電圧制御は、特許文献２のものをそのまま適用することができる。セル個別のコンデンサ電圧Ｖｃ１〜Ｖｃｎの検出値とセルコンデンサ電圧平均値Ｖｃａｖｇの偏差をアンプ３０のゲインＧｃｉにより増幅する。
【０１１６】
次に、セルモジュール電流Ｉｚの検出値の符号によりアンプ出力を補正する。例えば、制御対象のセルコンデンサ電圧が過剰でアンプ出力がプラス、セルモジュール電流Ｉｚの検出値もプラスの場合、対象のセル出力電圧を増加すれば出力有効電力が増加しセルコンデンサを放電することができる。
【０１１７】
セル出力電圧を増加する必要があるため、加算すべきセル個別電圧制御指令値はプラスである。同じ条件でセルモジュール電流Ｉｚの検出値がマイナスの場合、対象のセル出力電圧を減少すれば入力される有効電力が減少しセルコンデンサ充電量を減少することができる。セル出力電圧を減少させるため、加算すべきセル個別電圧制御指令値はマイナスとなる。
【０１１８】
ｋ番目のセル出力電圧指令値は、以下の（６）式になる。
【０１１９】
【数６】
2018190612.tif 000008
【０１２０】
最後に、補正後の電圧指令値（加算器３３の出力）とキャリア三角波を比較し各セルのゲート指令を生成する。ここではキャリア三角波はフェーズシフト方式とし、位相を（ｋ−１）π／ｎずつずらしたものを用意する。
【０１２１】
このとき、すべてのキャリア三角波から最大値を抽出し谷の部分（図１６のＡ点）で起動信号を生成し、セルモジュール電流制御部１２内部の微分器１９に出力する。これにより、微分器１９はΔｔ前のセルモジュール電流指令値Ｉ＊と現在のセルモジュール電流指令値Ｉ＊の差分を演算、出力することができる。
【０１２２】
以上の構成により、正常時には電流指令値Ｉａ＝０ならばセルコンデンサを充放電して待機、または適切な電流指令値Ｉａを入力することで共振抑制などを行うことができる。短絡発生時など電流を遮断する場合は、スイッチＳＷ１が下に切り替わりセルモジュール電流Ｉｚの検出値と第２直流系統２に流れる電流Ｉｌの検出値が一致することで機械遮断器ＣＢの電流を零にすることができ、電流が遮断される。
【０１２３】
特許文献１との違いとして、特許文献１は（７）式による電流制御を行うがフィードフォワードに使用する微分項はセルモジュール電流Ｉｚの検出値である。そのため、実際に電流が出力されるまでは微分項は動作せず、遅延が生じてしまう。
【０１２４】
一方、本実施形態３では指令値を微分項に使用するため、電流が流れ出す前から微分項が動作しセルモジュールは必要な電圧を出力でき、応答速度を高めることができる。
【０１２５】
本実施形態３は、実施形態２と同様にチョッパセルＣをブリッジセルＢに変更することも可能である。
【０１２６】
以上示したように、本実施形態３によれば、実施形態１，２と同様の作用効果を奏する。
【０１２７】
また、本実施形態３は、特許文献１に対して、電流制御の応答が早く、キャリア三角波の１／ｎ周期で機械遮断器ＣＢの電流を零にでき、高速な遮断が可能となる。
【０１２８】
また、機械遮断器ＣＢの電流が零になる期間が長くなり、より確実に電流を遮断することができる。さらに、正常時には別途電流指令値Ｉａを入力することで、共振抑制や負荷平準化、過負荷の一時的なアシストなど別の機能を持たせることができる。
【０１２９】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【符号の説明】
【０１３０】
１…第１直流系統
２…第２直流系統
３…直流遮断装置
４…電流検出器
Ｌｚ…バッファリアクトル
Ｃ…チョッパセル
Ｂ…ブリッジセル
ＣＢ…機械遮断器
Ｃａ…コンデンサ
【図１】
2018190612.tif 000009
【図２】
2018190612.tif 000010
【図３】
2018190612.tif 000011
【図４】
2018190612.tif 000012
【図５】
2018190612.tif 000013
【図６】
2018190612.tif 000014
【図７】
2018190612.tif 000015
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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