(57)【要約】【課題】  電力変換装置の保護装置は、アームの過電流を検出した場合、交流系統との間に接続されている遮断器を開き、電力変換装置の運転を停止することで自身を保護する機能を持っているのが一般的である。しかし、１アームのみ短絡した場合は、交流系統側に直流電流が流れることにより電流が途切れなくなり、安全に遮断器を開放できない問題があった。【解決手段】  保護装置は、アーム過電流検出後、直流系統を介して接続されている他の電力変換装置を先に交流系統から遮断し、その後時間を置いてから、自らを交流系統から遮断する様にした。あるいは、アーム過電流検出後、全ての単位変換器の電圧出力をほぼ０[Ｖ]とし、全てのアームが上下短絡に近い状況になる様にした後で電力変換装置を交流系統から遮断する様にした。【選択図】図１
2015142466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子と蓄電部を含んだ単位変換器を有し、前記単位変換器は、前記スイッチング素子の動作により前記蓄電部を充放電させるものであって、前記単位変換器を複数直列に接続して単位変換器群とし、前記単位変換器群を並列に接続し、前記並列接続部を直流端子とし、前記単位変換器群の各々を遮断器を介して第一の交流系統に接続して、第一の交流系統との間で交流／直流電力変換する第一の電力変換システムと、前記第一の電力変換システムと同様の構成で、第二の交流系統に遮断機を介して接続されている第二の電力変換システムがあり、第一・第二の電力変換システムの直流部を接続して、第一・第二の交流系統の間で電力を融通する電力変換システムにおいて、前記第一の単位変換器群に流れる直流電流分の前記単位変換器群間のアンバランスが所定以上になった場合に、直流出力端子を介して接続されている第二の電力変換システムの遮断器を遮断する信号を出力し、その後に前記第一の電力変換システム側の遮断器を遮断する信号を出力することを特徴とする電力変換システム。
【請求項２】
請求項１において、前記交流系統は、電圧が所定の周期の交流電圧であり、ある一つの単位変換器群を流れる電流の前記所定の周期分の移動平均が、別の単位変換器群を流れる電流の前記所定の周期分の移動平均と逆方向である場合に前記遮断する信号を出力することを特徴とする電力変換システム。
【請求項３】
請求項２において、前記単位変換器群は３つであり、前記単位変換器群のうちの２つの互いの前記移動平均の積を演算し、前記演算に基づいて前記遮断する信号を出力することを特徴とする電力変換システム。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかにおいて、前記蓄電部はコンデンサであり、前記スイッチング素子は、第１のスイッチング素子と、第２のスイッチング素子として構成され、前記単位変換器は、第１の端子および第２の端子を有し、前記第１のスイッチング素子は、前記第１の端子と前記第２の端子との間に前記コンデンサに蓄積された蓄積エネルギ源を出力可能とするものであり、前記第２のスイッチング素子は、前記第１の端子と前記第２の端子とを短絡可能とするものであり、前記単位変換器群に流れる電流が所定値を越えている場合に、全て或いは所定の選択の単位変換器が前記第１の端子と前記第２の端子とを短絡する様に前記第２のスイッチング素子に指令を送ることを特徴とする電力変換システム。
【請求項５】
請求項４において、前記単位変換器群に流れる直流電流分の前記単位変換器群間のアンバランスが所定以上になり、且つ、前記単位変換器群に流れる電流が所定値を越えている場合に、前記遮断する信号を出力するともに、前記単位変換器が前記第１の端子と前記第２の端子とを短絡する様に前記第２のスイッチング素子に指令を送ることを特徴とする電力変換システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかにおいて、前記単位変換器の蓄電部の電圧を検出するセンサを設け、前記センサの出力に基づいて前記単位変換器を制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１において、前記直流端子は、第１の直流端子と第２の直流端子から構成され、一次巻線、第１の二次巻線、および、第２の二次巻線が巻かれた複数の鉄心を備えた変圧器と、前記一次巻線は、前記遮断器を介して第一の交流系統に接続され、前記単位変換器群の一端は前記第１の直流端子に接続され、他端はそれぞれ前記第１の二次巻線の一端に接続され、前記第１の二次巻線の他端は、それぞれ異なる相の鉄心に巻かれた前記第２の二次巻線の一端に接続され、前記第２の二次巻線の他端は、第２の直流端子に接続されている第一の電力変換システムと、前記第一の電力変換システムと同様の構成で、第二の交流系統に遮断機を介して接続されている第二の電力変換システムがあり、第一・第二の電力変換システムの直流部を接続して、第一・第二の交流系統の間で電力を融通する電力変換システムにおいて、前記単位変換器群に流れる電流が所定値を越えた場合に、第二の電力変換システム側の交流遮断機を開放する信号を出力した後、第一の電力変換システム側の前記遮断器を開放する遮断信号を出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項１において、前記交流系統は、各々、前記単位変換器群の中点に接続されることを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
スイッチング素子と蓄電部を含んだ単位変換器を有し、前記単位変換器は、前記スイッチング素子の動作により前記蓄電部を充放電させるものであって、前記単位変換器を複数直列に接続して単位変換器群とし、前記単位変換器群を並列に接続し、前記並列接続部を直流端子とし、前記単位変換器群の各々を遮断器を介して交流系統に接続し、前記直流端子は他の遮断機を介して他の電力変換装置に接続され、前記交流系統の電力を前記直流端子を介して他の電力変換器に送電する直流送電システムであって、前記単位変換器群に流れる直流電流分の前記単位変換器群間のアンバランスが所定以上になった場合に、直流出力端子を介して接続されている他の電力変換装置が接続される交流系統側の遮断器を遮断する信号を出力し、その後に前記遮断器を遮断する信号を出力することを特徴とする直流送電システム。
【請求項１０】
スイッチング素子と蓄電部を含んだ単位変換器を有し、前記単位変換器は、前記スイッチング素子の動作により前記蓄電部を充放電させるものであり、前記単位変換器を複数直列に接続して単位変換器群とし、前記単位変換器群を並列に接続し、前記並列接続部を直流端子とし、前記単位変換器群の各々を遮断器を介して交流系統に接続した電力変換システムを制御する電力変換システムの制御方法であって、前記単位変換器群に流れる直流電流分の前記単位変換器群間のアンバランスが所定以上になった場合に、直流出力端子を介して接続されている他の電力変換装置が接続される交流系統側の遮断器を遮断する信号を出力し、その後に前記遮断器を遮断する信号を出力する電力変換システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換システム、直流送電システム及び電力変換装置の保護方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、交流を直流に或いは直流を交流に変換する電力変換装置が多く用いられている。
この種の電力変換装置は高電圧の分野にも応用されている。その場合に、例えば、半導体スイッチング素子とコンデンサを含んだ単位変換器を利用して、各単位変換器においてスイッチング素子を動作させることでコンデンサの蓄電エネルギーを出力するようにし、この単位変換器を複数直列に接続するように用いる。このような構成であれば高い電圧に耐えられる。
【０００３】
このように単位変換器を直列に接続して単位変換器群を構成したものを利用する場合、例えば、この単位変換器群を並列接続して、各々の単位変換器群の一部分に交流端子を形成し、一方、単位変換器群の並列接続端を直流端子とする。この交流端子は電力系統と接続される。そして、各単位変換器の動作を制御することで、各々単位変換器群に流れる電流を制御して、交流系統と直流端子の間で電力変換を行う。すなわち、各々の単位変換器群に交流端子が接続される交流系統の周波数に応じて決まる周期的な電流が流れるように制御することで、複数の相を扱いながら、直流端子と交流端子の間で電力変換を行う。
【０００４】
このような技術は、例えば、特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２３３４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、電力変換装置では、例えば、直流送電線或い電力変換装置の一部に、落雷の影響で短絡回路が形成され、短絡電流が流れた等の場合に備えて、交流系統とは遮断器を介して接続される。すなわち、単位変換器群の過電流を検出した場合、交流系統との間に接続されている遮断器を開いて保護する機能を持っている。
【０００７】
しかし、例えば、複数並列に接続される単位変換器群のうちの１群のみ短絡した場合は、単位変換器群の間で電流のバランスを失って、交流系統側に直流電流が流れる場合がある。遮断器に直流電流が流れることにより電流が途切れなくなり、安全に遮断器を開放できないという問題があった。
【０００８】
本発明の目的は、電力変換器或いは電力変換器の周りで発生した事故による例え単位変換器群の間で電流のバランスを失ったとしても、安全に遮断器を開放することができる電力変換システム、直流送電システム及び電力変換システムの制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
スイッチング素子と蓄電部を含んだ単位変換器を有し、前記単位変換器は、前記スイッチング素子の動作により前記蓄電部を充放電させるものであって、前記単位変換器を複数直列に接続して単位変換器群とし、前記単位変換器群を並列に接続し、前記並列接続部を直流端子とし、前記単位変換器群の各々を遮断器を介して第一の交流系統に接続して、第一の交流系統との間で交流／直流電力変換する第一の電力変換システムと、前記第一の電力変換システムと同様の構成で、第二の交流系統に遮断機を介して接続されている第二の電力変換システムがあり、第一・第二の電力変換システムの直流部を接続して、第一・第二の交流系統の間で電力を融通する電力変換システムにおいて、前記第一の単位変換器群に流れる直流電流分の前記単位変換器群間のアンバランスが所定以上になった場合に、直流出力端子を介して接続されている第二の電力変換システムの遮断器を遮断する信号を出力し、その後に前記第一の電力変換システム側の遮断器を遮断する信号を出力するように構成した。
【００１０】
具体的には、保護装置は、アーム過電流検出後、単位変換器群の短絡状態を検知して、直流系統を介して接続されている他の電力変換装置を先に交流系統から遮断し、その後時間を置いてから、自らを交流系統から遮断する様にした。あるいは、上記保護装置は、アーム過電流検出後、全ての単位変換器の電圧出力をほぼ０[Ｖ]とし、全てのアームが上下短絡に近い状況になる様にした後で電力変換装置を交流系統から遮断する様にした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、電力変換装置において、簡単な構成で、適切に、交流系統側に流れる電流が途切れ、電力変換装置を交流系統から遮断できることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に於ける直流送電システムを示す概略の構成図である。
【図２】第１の実施形態に於ける電力変換装置の直流電流を示す波形図である。
【図３】第１の実施形態に於ける交流系統の電流／電圧を示す波形図である。
【図４】第１の実施形態に於ける双方向チョッパ型単位変換器の回路構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態に於ける制御・保護装置の論理構成を示す図である。
【図６】第１の実施形態に於ける制御・保護装置の論理構成を示す図である。
【図７】第２の実施形態に於ける制御・保護装置の論理構成を示す図である。
【図８】第２の実施形態に於ける制御・保護装置の論理構成を示す図である。
【図９】第１の実施形態に於ける保護部の論理構成を示す図である。
【図１０】第３の実施形態に於ける直流送電システムの概略の構成を示す図である。
【図１１】第３の実施形態に於ける制御・保護装置の論理構成を示す図である。
【図１２】第４の実施形態に於ける制御・保護装置の論理構成を示す図である。
【図１３】第３の実施形態に於ける保護部の論理構成を示す図である。
【図１４】第３の実施形態に於ける電力変換装置１０１ａの電流・電圧波形を示す図である。
【図１５】第３の実施形態に於ける電力変換装置１０２ａの電流・電圧波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態の構成）
【００１５】
図１は、第１の実施形態に於ける直流送電システム１００を示す概略の構成図である。
【００１６】
第１の実施形態の直流送電システム１００は、電力変換装置１０２ａと電力変換装置１０２ｂと遮断器１２１ａと遮断器１２１ｂと遮断器操作部１５３とを備えている。第１の実施形態の直流送電システム１００は、交流系統１０１ａと交流系統１０１ｂの間に、遮断器１２１ａと電力変換装置１０２ａと電力変換装置１０２ｂと遮断器１２１ｂが直列に接続され、これら４つが遮断器操作部１５３と接続されて構成されている。
【００１７】
電力変換装置１０２ａは、正の直流端子Ｐａ（出力端子）と負の直流端子Ｎａ（出力端子）とを備えている。電力変換装置１０２ｂは、正の直流端子Ｐｂと負の直流端子Ｎｂとを備えている。電力変換装置１０２ａと電力変換装置１０２ｂとの間は、正の直流端子Ｐａと正の直流端子Ｐｂとが接続され、更に負の直流端子Ｎａと負の直流端子Ｎｂとが接続されている。これら正の直流端子Ｐａ，Ｐｂの接続と、負の直流端子Ｎａ，Ｎｂとの接続とは、直流系統（直流送電線路）を構成している。ここで、直流端子Ｐａ，Ｐｂの電圧は、直流端子Ｎａ，Ｎｂの電圧よりも高いものとする。直流端子Ｐａと直流端子Ｎａとの間には、直流電圧ＶＤＣが印加されている。直流系統には、電力変換装置１０２ａの直流端子Ｐａから電力変換装置１０２ｂの直流端子Ｐｂの方向に、またはその逆方向に直流電流Ｉｄｃを流すことができる。以下、電力変換装置１０２ａの直流端子Ｐａから電力変換装置１０２ｂの直流端子Ｐｂの方向に直流電流Ｉｄｃを流す場合について、各端子の入力・出力の呼称を付する。正の直流端子Ｐａと負の直流端子Ｎａとは、電力変換装置１０２ａの直流出力部を構成している。
【００１８】
電力変換装置１０２ａは、故障信号用端子Ｈａ（出力端子）を備えている。電力変換装置１０２ｂは、故障信号用端子Ｈｂを備えている。これらの端子は、故障信号線１５２ａおよび１５２ｂを介して、遮断器操作部１５３に接続されている。
【００１９】
電力変換装置１０２ａは、入力端子である一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔを備えている。これら一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔは、遮断器１２１ａを介して交流系統１０１ａの各相に接続されている。一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔは、電力変換装置１０２ａの交流入力部を構成している。なお、遮断器１２１ａへの遮断信号は、遮断器操作部１５３から、信号線１５４ａを通して送信される。
【００２０】
電力変換装置１０２ｂは、入力端子である直流端子Ｐｂ，Ｎｂと、出力端子である一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔ（不図示）とを備えている。電力変換装置１０２ｂは、これら一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔ（不図示）によって、遮断器１２１ｂを介して交流系統１０１ｂの各相に接続されている。なお、遮断器１２１ｂへの遮断信号は、遮断器操作部１５３から、信号線１５４ｂを通して送信される。
【００２１】
第１の実施形態の直流送電システム１００は、例えば、交流系統１０１ａの電力を交流系統１０１ｂに供給するものである。直流送電システム１００は、電力変換装置１０２ａに於いて、一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔと直流端子Ｐａ，Ｎａとの間で交流を直流に変換し、直流系統を介して接続される電力変換装置１０２ｂに於いて、入力端子である直流端子Ｐｂ，Ｎｂと、出力端子である一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔ（不図示）との間で直流を交流に変換する。
【００２２】
遮断器１２１ａは、電力変換装置１０２ａと、交流系統１０１ａとの間の回路を接続するか、あるいは切り離す機能を持つ。遮断器１２１ａは、信号線１５４ａによって遮断器操作部１５３に接続され、遮断器操作部１５３によって制御される。
【００２３】
遮断器１２１ｂは、電力変換装置１０２ｂと、交流系統１０１ｂとの間の回路を接続するか、あるいは切り離す機能を持つ。遮断器１２１ｂは、信号線１５４ｂによって遮断器操作部１５３に接続され、遮断器操作部１５３によって制御される。
【００２４】
なお、本実施例では遮断器１２１ａを電力変換装置１０２ａの外側に設けているが、電力変換装置１０２ａの内側、変圧器１０３ａの二次側に設けてもよい。また、遮断器１２１ｂを電力変換装置１０２ｂの外側に設けているが、電力変換装置１０２ｂの内側、変圧器１０３ｂの二次側に設けてもよい。
【００２５】
次に電力変換装置１０２ａ，１０２ｂの構成について説明するが、これらは、ほぼ同一構成なので、ここでは電力変換装置１０２ａを中心に説明する。
【００２６】
電力変換装置１０２ａは、変圧器１０３と、交流電圧センサ１１０と、Ｒ相レグ１０４Ｒと、Ｓ相レグ１０４Ｓと、Ｔ相レグ１０４Ｔと、制御・保護装置１１２と、ゲート信号線１１３と、コンデンサ電圧検出線１１４と、直流電圧センサ１１５とを備えている。
【００２７】
Ｒ相レグ１０４Ｒは、第１のアームである正側のアーム１０５ＲＰと、第２のアームである負側のアーム１０５ＲＮとを備え、これらが直列接続されている。Ｒ相の正側のアーム１０５ＲＰは、単位変換器群１０６ＲＰと、アーム電流センサ１１１と、リアクトル１０７ＲＰとを備え、これらが直列接続されている。Ｒ相の負側のアーム１０５ＲＮは、単位変換器群１０６ＲＮと、アーム電流センサ１１１と、リアクトル１０７ＲＮとを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群１０６ＲＰと単位変換器群１０６ＲＮとは、それぞれＭ個（Ｍは２以上の自然数である。）の双方向チョッパ型単位変換器１０８（単位変換器）が直列接続されている。各双方向チョッパ型単位変換器１０８は、制御・保護装置１１２が生成した信号によって動作する。
【００２８】
Ｓ相レグ１０４Ｓは、第１のアームである正側のアーム１０５ＳＰと、第２のアームである負側のアーム１０５ＳＮとを備え、これらが直列接続されている。Ｓ相の正側のアーム１０５ＳＰは、単位変換器群１０６ＳＰと、アーム電流センサ１１１と、リアクトル１０７ＳＰとを備え、これらが直列接続されている。Ｓ相の負側のアーム１０５ＳＮは、単位変換器群１０６ＳＮと、アーム電流センサ１１１と、リアクトル１０７ＳＮとを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群１０６ＳＰと単位変換器群１０６ＳＮとは、それぞれＭ個の双方向チョッパ型単位変換器１０８が直列接続されている。
【００２９】
Ｔ相レグ１０４Ｔは、第１のアームである正側のアーム１０５ＴＰと、第２のアームである負側のアーム１０５ＴＮとを備え、これらが直列接続されている。Ｔ相の正側のアーム１０５ＴＰは、単位変換器群１０６ＴＰと、アーム電流センサ１１１と、リアクトル１０７ＴＰとを備え、これらが直列接続されている。Ｔ相の負側のアーム１０５ＴＮは、単位変換器群１０６ＴＮと、アーム電流センサ１１１と、リアクトル１０７ＴＮとを備えている。単位変換器群１０６ＴＰと単位変換器群１０６ＴＮとは、それぞれＭ個の双方向チョッパ型単位変換器１０８が直列接続されている。
【００３０】
なお、Ｒ相レグ１０４Ｒ、Ｓ相レグ１０４Ｓ、Ｔ相レグ１０４Ｔを特に区別しないときには、単にレグ１０４と記載する。レグ１０４は、交流の相ごとに設置されている。これらは基本的に同一構成である。各レグ１０４の後ろに付した記号Ｒ，Ｓ，Ｔは、交流の各相を意味している。各レグ１０４は、入力端子と出力端子との間で、交流を直流に、または、直流を交流に変換する変換回路である。
【００３１】
同様に、アーム１０５ＲＰ，１０５ＲＮ，１０５ＳＰ，１０５ＳＮ，１０５ＴＰ，１０５ＴＮを特に区別しないときには、単にアーム１０５と記載する。単位変換器群１０６ＲＰ，１０６ＲＮ，１０６ＳＰ，１０６ＳＮ，１０６ＴＰ，１０６ＴＮを特に区別しないときには、単に単位変換器群１０６と記載する。リアクトル１０７ＲＰ，１０７ＲＮ，１０７ＳＰ，１０７ＳＮ，１０７ＴＰ，１０７ＴＮを特に区別しないときには、単にリアクトル１０７と記載する。
【００３２】
第１の実施形態に於いて、各アーム１０５の単位変換器群１０６は、双方向チョッパ型の単位変換器が採用されている。しかし、これに限られず、各アーム１０５の単位変換器群１０６は、フルブリッジ型の単位変換器など他の型の単位変換器を採用してもよい。
【００３３】
アーム電流センサ１１１の出力側は、制御・保護装置１１２に接続されている。アーム電流センサ１１１は、各アーム１０５に流れる電流を検知して、制御・保護装置１１２に出力するものである。アーム電流センサ１１１は、アーム１０５ＲＰ，１０５ＳＰ，１０５ＴＰに流れる電流を検知する。アーム電流センサ１１１は、アーム１０５ＲＮ，１０５ＳＮ，１０５ＴＮの各々に流れる電流を各々別々に検知する。別々に検出するためには各相毎に別々の接続線で接続してもよいし、また、シリアル通信として各相で異なるアドレスを付して識別するようにしてもよい。
【００３４】
ゲート信号線１１３は、双方向チョッパ型単位変換器１０８と制御・保護装置１１２とを接続するものである。制御・保護装置１１２は、ゲート信号線１１３によって、双方向チョッパ型単位変換器１０８の動作を制御する。制御・保護装置１１２は、各相毎に指令を送信し、双方向チョッパ型単位変換器１０８は、受信した指令を搬送波と比較してＰＷＭ信号を作り出して自己のスイッチング素子をオン／オフ制御する。搬送波は、同じ相の隣り合う双方向チョッパ型単位変換器１０８と所定の位相差を持つように生成される。
【００３５】
コンデンサ電圧検出線１１４は、双方向チョッパ型単位変換器１０８と制御・保護装置１１２とを接続されている。制御・保護装置１１２は、コンデンサ電圧検出線１１４によって、双方向チョッパ型単位変換器１０８の状態を検知する。各コンデンサの電圧は、各双方向チョッパ型単位変換器１０８のアドレスを付していずれかが識別できるようにシリアル通信で制御・保護装置１１２に送られる。
【００３６】
交流電圧センサ１１０は、遮断器１２１ａの二次側に接続されている。交流電圧センサ１１０の出力側は、制御・保護装置１１２に接続されている。交流電圧センサ１１０は、交流系統１０１ａの系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴを検知して、制御・保護装置１１２に出力するものである。
【００３７】
変圧器１０３は、一次側に印加された三相交流電圧を変圧して、二次側に出力するものである。変圧器１０３の一次側は、遮断器１２１ａを介して、交流系統１０１ａに接続されている。第１の実施形態では、交流系統１０１ａ側のノードを変圧器１０３の一次側と定義し、一次側端子をＲ，Ｓ，Ｔと記載する。
【００３８】
変圧器１０３の２次側は、それぞれＲ相レグ１０４Ｒと、Ｓ相レグ１０４Ｓと、Ｔ相レグ１０４Ｔとに接続されている。第１の実施形態では、これらの接続点を、端子Ｒａ，Ｓａ，Ｔａと記載する。
【００３９】
制御・保護装置１１２は、交流出力部の一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔ、または、直流出力部の正の直流端子Ｐａと負の直流端子Ｎａに所定の出力を得られるように、直流出力部（Ｐａ，Ｎａ）と交流出力部（Ｒ，Ｓ，Ｔ）との間で電力変換を行う指令を生成するものである。すなわち、直流出力部の正の直流端子Ｐａと負の直流端子Ｎａに所定の出力を得られるように、各双方向チョッパ型単位変換器１０８に指令を送る。また、各アーム１０５に流れる電流を監視し、直流送電システム１００における短絡・地絡などの故障を検出し、故障信号ＣＢＴａ’を、故障信号送信線１５２ａを介して遮断器操作部１５３に送信する。
【００４０】
なお制御・保護装置１１２ａと１１２ｂは、信号線１５５を介して故障信号を相互に通信している。１１２ａから１１２ｂには故障信号ＧＢａ（ゲートブロック）が、１１２ｂから１１２ａには故障信号ＧＢｂが送信される。
【００４１】
次に、遮断器操作部１５３について説明する。
【００４２】
遮断器操作部１５３は、電力変換装置１０２ａの端子Ｈａ、および電力変換装置１０２ｂの端子Ｈｂと、故障信号線１５２ａおよび１５２ｂを介して接続されている。また、遮断器１２１ａおよび１２１ｂを動作させて回路を遮断するための信号線１５４ａおよび１５４ｂを出力している。詳細については後述する。
【００４３】
端子Ｒａは、Ｒ相レグ１０４Ｒの上側のアーム１０５ＲＰと下側のアーム１０５ＲＮとが接続されているノード（接続ノード）に接続されている。アーム１０５ＲＰの一端は、直流端子Ｐａに接続されている。アーム１０５ＲＰの他端は、アーム１０５ＲＮの一端と端子Ｒａとに接続されている。アーム１０５ＲＮの他端は、直流端子Ｎａに接続されている。交流系統１０１ａ側から端子Ｒａに流れる電流を、系統電流ＩＲと定義する。
【００４４】
端子Ｓａは、Ｓ相レグ１０４Ｓの上側のアーム１０５ＳＰと下側のアーム１０５ＳＮとが接続されているノード（接続ノード）に接続されている。アーム１０５ＳＰの一端は、直流端子Ｐａに接続されている。アーム１０５ＳＰの他端は、アーム１０５ＳＮの一端と端子Ｓａとに接続されている。アーム１０５ＳＮの一端は、直流端子Ｎａに接続されている。交流系統１０１ａ側から端子Ｓａに流れる電流を、系統電流ＩＳと定義する。
【００４５】
端子Ｔａは、Ｔ相レグ１０４Ｔの上側のアーム１０５ＴＰと下側のアーム１０５ＴＮとが接続されているノード（接続ノード）に接続されている。アーム１０５ＴＰの一端は、直流端子Ｐａに接続されている。アーム１０５ＴＰの他端は、アーム１０５ＴＮの一端と端子Ｔａとに接続されている。アーム１０５ＴＮの一端は、直流端子Ｎａに接続されている。交流系統１０１ａ側から端子Ｔａに流れる電流を、系統電流ＩＴと定義する。
【００４６】
アーム１０５ＲＰに於いて、単位変換器群１０６ＲＰが出力する電圧は、出力電圧ＶＲＰとする。単位変換器群１０６ＲＰに流れる電流は、アーム電流ＩＲＰとする。アーム電流ＩＲＰは、アーム電流センサ１１１によって検知される。アーム電流ＩＲＰは、端子Ｒａから直流端子Ｐａの方向が正である。
【００４７】
アーム１０５ＲＮに於いて、単位変換器群１０６ＲＮが出力する電圧は、出力電圧ＶＲＮとする。単位変換器群１０６ＲＮに流れる電流は、アーム電流ＩＲＮとする。アーム電流ＩＲＮは、アーム電流センサ１１１によって検知される。アーム電流ＩＲＮは、直流端子Ｎａから端子Ｒａの方向が正である。
【００４８】
アーム１０５ＳＰに於いて、単位変換器群１０６ＳＰが出力する電圧を出力電圧ＶＳＰとする。単位変換器群１０６ＳＰに流れる電流は、アーム電流ＩＳＰとする。アーム電流ＩＳＰは、アーム電流センサ１１１によって検知される。アーム電流ＩＳＰは、端子Ｓａから直流端子Ｐａの方向が正である。
【００４９】
アーム１０５ＳＮに於いて単位変換器群１０６ＳＮが出力する電圧を出力電圧ＶＳＮとする。単位変換器群１０６ＳＮに流れる電流は、アーム電流ＩＳＮとする。アーム電流ＩＳＮは、アーム電流センサ１１１によって検知される。アーム電流ＩＳＮは、直流端子Ｎａから端子Ｓａの方向が正である。
【００５０】
アーム１０５ＴＰに於いて、単位変換器群１０６ＴＰが出力する電圧を出力電圧ＶＴＰとする。単位変換器群１０６ＴＰに流れる電流は、アーム電流ＩＴＰとする。アーム電流ＩＴＰは、アーム電流センサ１１１によって検知される。アーム電流ＩＴＰは、端子Ｔａから直流端子Ｐａの方向が正である。
【００５１】
アーム１０５ＴＮに於いて、単位変換器群１０６ＴＮが出力する電圧を出力電圧ＶＴＮとする。単位変換器群１０６ＴＮに流れる電流は、アーム電流ＩＴＮとする。アーム電流ＩＴＮは、アーム電流センサ１１１によって検知される。アーム電流ＩＴＮは、直流端子Ｎａから端子Ｔａの方向が正である。
【００５２】
図２は、第１の実施形態に於ける電力変換装置１０２ａの直流電流を示す波形図である。
【００５３】
図の縦軸は、電流値を示している。図の横軸は、時間を示している。この図は、電力変換装置１０２ａが、交流系統１０１ａの系統電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴから得られる有効電力を、０．６[ｐｕ]の直流電流Ｉｄｃに変換していることを示している。
【００５４】
図３（ａ），（ｂ）は、第１の実施形態に於ける交流系統１０１ａの電流／電圧を示す波形図である。
【００５５】
図３（ａ）は、第１の実施形態に於ける交流系統１０１ａの電流の波形を示すグラフである。
【００５６】
図３（ａ）の縦軸は、交流系統１０１ａの電流値（瞬時値）を示している。図３（ａ）の横軸は、図３（ｂ）と共通する時間を示している。
【００５７】
図３（ａ）のグラフは、交流系統１０１ａの系統電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴのピーク値が０．８２[ｐｕ]であることを示している。
【００５８】
図３（ｂ）は、第１の実施形態に於ける交流系統１０１ａの電圧の波形を示すグラフである。
【００５９】
図３（ｂ）の縦軸は、交流系統１０１ａの電圧値（瞬時値）を示している。図３（ｂ）の横軸は、図３（ａ）と共通する時間を示している。
【００６０】
図３（ｂ）のグラフは、変圧器１０３の２次側相電圧をＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴと定義した時のＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの電圧波形を示している。
【００６１】
図４は、第１の実施形態に於ける双方向チョッパ型単位変換器１０８の回路構成を示す図である。
【００６２】
ここでは、アーム１０５ＲＰの中の双方向チョッパ型単位変換器１０８について説明する。なお、アーム１０５ＳＰ、アーム１０５ＴＰ、アーム１０５ＲＮ、アーム１０５ＳＮ、アーム１０５ＴＮが備える双方向チョッパ型単位変換器１０８についても、アーム１０５ＲＰの中の双方向チョッパ型単位変換器１０８と同様に構成されている。
【００６３】
アーム１０５ＲＰは、単位変換器群１０６ＲＰと、自身に流れるアーム電流ＩＲＰを検出するアーム電流センサ１１１と、リアクトル１０７ＲＰとが直列接続されて構成されている。アーム１０５ＲＰの一端は、端子Ｒａに接続されている。アーム１０５ＲＰの他端は、直流端子Ｐａに接続されている。単位変換器群１０６ＲＰは、複数の双方向チョッパ型単位変換器１０８を備え、これらが直列接続されて構成されている。
【００６４】
双方向チョッパ型単位変換器１０８は、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈとハイサイド環流ダイオード２０２Ｈの並列回路と、ローサイドスイッチング素子２０１Ｌとローサイド環流ダイオード２０２Ｌの並列回路と、エネルギ蓄積手段であるコンデンサ２０３と、駆動部であるゲートドライバ２０５と、コンデンサ２０３の両端電圧を計測する電圧センサ２０４とを備えている。双方向チョッパ型単位変換器１０８は、ゲート信号線１１３と、コンデンサ電圧検出線１１４とを介して制御・保護装置１１２（図１参照）に接続されている。双方向チョッパ型単位変換器１０８の正側の端子２０８（第１の端子）は、他の双方向チョッパ型単位変換器１０８の負側の端子２０９（第２の端子）、または、直流端子Ｐａに接続されている。双方向チョッパ型単位変換器１０８の負側の端子２０９（第２の端子）は、他の双方向チョッパ型単位変換器１０８の正側の端子２０８、または、リアクトル１０７ＲＰの一端に接続されている。
【００６５】
ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈとハイサイド環流ダイオード２０２Ｈの並列回路と、ローサイドスイッチング素子２０１Ｌとローサイド環流ダイオード２０２Ｌの並列回路とが直列に接続されて、直列スイッチング回路を構成している。
【００６６】
ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈのコレクタは、コンデンサ２０３の一端と、電圧センサ２０４の一端とに接続されている。コンデンサ２０３の他端と、電圧センサ２０４の他端とは、負側の端子２０９に接続されている。すなわち、コンデンサ２０３の一端と他端との間には、電圧センサ２０４が並列に接続されている。コンデンサ２０３の両端に印加されている電圧は、電圧センサ２０４で検出され、コンデンサ電圧ＶＣｊｋとして信号線１１４で制御・保護装置に転送される。コンデンサ電圧ＶＣなどに付した記号ｊｋのうち、ｊはアーム１０５の種別（ｊ＝ＲＰ，ＳＰ，ＴＰ，ＲＮ，ＳＮ，ＴＮ）を示し、ｋはそのアーム１０５に於ける順番１，２，…，Ｍを示している。
【００６７】
ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈのコレクタは更に、ハイサイド環流ダイオード２０２Ｈのカソードに接続されている。ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈのエミッタは、ハイサイド環流ダイオード２０２Ｈのアノードに接続され、更にローサイドスイッチング素子２０１Ｌのコレクタにも接続されている。
【００６８】
ローサイドスイッチング素子２０１Ｌのコレクタは、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈのエミッタと、ローサイド環流ダイオード２０２Ｌのカソードとに接続されている。ローサイドスイッチング素子２０１Ｌのエミッタは、ローサイド環流ダイオード２０２Ｌのアノードと、負側の端子２０９とに接続されている。
【００６９】
双方向チョッパ型単位変換器１０８の正側の端子２０８は、ローサイドスイッチング素子２０１Ｌのコレクタとハイサイドスイッチング素子２０１Ｈのエミッタとの接続ノードに接続されている。
【００７０】
ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈとローサイドスイッチング素子２０１Ｌとは、端子２０８（第１の端子）と端子２０９（第２の端子）との間に、コンデンサ２０３に蓄積された蓄積エネルギー源を出力可能とするものである。すなわち、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈとローサイドスイッチング素子２０１Ｌとは、端子２０８（第１の端子）と端子２０９（第２の端子）との間に、コンデンサ２０３の両端電圧を出力可能とする。
【００７１】
ゲートドライバ２０５は、ゲート信号線１１３を介して制御・保護装置１１２に接続されている。ゲートドライバ２０５の出力側は、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈのゲートとエミッタにそれぞれ接続され、更にローサイドスイッチング素子２０１Ｌのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。
【００７２】
ゲートドライバ２０５は、この双方向チョッパ型単位変換器１０８の駆動部であり、制御・保護装置１１２の指令によって制御され、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈと、ローサイドスイッチング素子２０１Ｌのオンとオフとを切り替えることによって、正側の端子２０８と負側の端子２０９との間に、コンデンサ２０３の電圧を出力可能とし、出力電圧Ｖｊｋを制御するものである。ここで制御・保護装置１１２（図１）は、変流器２０７から得られた電力が所定値以上となるように指令を生成して、ゲートドライバ２０５を制御する。
【００７３】
ハイサイド環流ダイオード２０２Ｈと、ローサイド環流ダイオード２０２Ｌは、コンデンサ電圧ＶＣｊｋに対して電流を流さない方向に直列に接続されている。ハイサイド環流ダイオード２０２Ｈに並列に接続されたハイサイドスイッチング素子２０１Ｈと、ローサイド環流ダイオード２０２Ｌに並列に接続されたローサイドスイッチング素子２０１Ｌとは、スイッチング状態がオンの時にコンデンサ電圧ＶＣｊｋを放電する方向に取り付けられている。
【００７４】
第１の実施形態では、既に説明の通り、コンデンサ電圧ＶＣなどに付した記号ｊｋのうち、ｊはアーム１０５の種別（ｊ＝ＲＰ，ＳＰ，ＴＰ，ＲＮ，ＳＮ，ＴＮ）を示し、ｋはそのアーム１０５に於ける順番１，２，…，Ｍを示している。
【００７５】
第１の実施形態では、コンデンサ２０３の電圧が高い方に接続されている素子は、ハイサイドと記載し、記号Ｈを付与する。コンデンサ２０３の電圧が低い方に接続されている素子を、ローサイドと記載し、記号Ｌを付与する。
【００７６】
ローサイドスイッチング素子２０１Ｌのコレクタとエミッタとの間には、双方向チョッパ型単位変換器１０８から出力される出力電圧Ｖｊｋが印加されている。
【００７７】
第１の実施形態に於いて、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈとローサイドスイッチング素子２０１Ｌには、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が採用されている。しかし、これに限られず、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈとローサイドスイッチング素子２０１Ｌには、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）、ＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）、その他のオン・オフ制御が可能な素子を採用してもよい。
【００７８】
双方向チョッパ型単位変換器１０８は、コンデンサ電圧ＶＣｊｋ（ｊ＝ＲＰ，ＳＰ，ＴＰ，ＲＮ，ＳＮ，ＴＮ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）を検出する電圧センサ２０４を備えている。電圧センサ２０４の出力側は、コンデンサ電圧検出線１１４を介して制御・保護装置１１２（図１参照）に接続されている。
【００７９】
双方向チョッパ型単位変換器１０８のゲートドライバ２０５は、制御・保護装置１１２（図１参照）からゲート信号線１１３を介して伝送されたゲート信号ＧＨｊｋに基づき、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加し、ゲート信号ＧＬｊｋに基づいて、ローサイドスイッチング素子２０１Ｌのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加する。
【００８０】
以下、双方向チョッパ型単位変換器１０８の出力電圧Ｖｊｋと、ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈとローサイドスイッチング素子２０１Ｌとのオン・オフ状態との関係を説明する。
【００８１】
ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈがオン状態であり、ローサイドスイッチング素子２０１Ｌがオフ状態である場合、双方向チョッパ型単位変換器１０８のアーム電流Ｉｊ（ｊ＝ＲＰ，ＳＰ，ＴＰ，ＲＮ，ＳＮ，ＴＮ）に関わらず、出力電圧Ｖｊｋは、概ねコンデンサ電圧ＶＣｊｋと等しくなる。
【００８２】
ハイサイドスイッチング素子２０１Ｈがオフ状態であり、ローサイドスイッチング素子２０１Ｌがオン状態である場合、アーム電流Ｉｊに関わらず、出力電圧Ｖｊｋは、概ね零と等しくなる。
【００８３】
制御・保護装置１１２には、電力変換装置１０２ａ，１０２ｂの双方が備える交流電圧センサ１１０と、直流電圧センサ１１５と、各アーム電流センサ１１１から信号が取り込まれている。
【００８４】
制御・保護装置１１２は、コンデンサ電圧検出線１１４を介して、双方向チョッパ型単位変換器１０８のコンデンサ電圧ＶＣｊｋｌ（ｊ＝ＲＰ，ＳＰ，ＴＰ，ＲＮ，ＳＮ，ＴＮ、ｋ＝１，２，…，Ｍ、ｌ＝ａ，ｂ）を取り込んでいる。
【００８５】
図５は、第１の実施形態に於ける制御・保護装置１１２の論理構成を示す図である。制御・保護装置１１２は、制御部３００、保護部３２０、ゲートパルス出力部３４０から構成される。
【００８６】
制御部３００は、アーム電流ＩＲＰ，ＩＳＰ，ＩＴＰ，ＩＲＮ，ＩＳＮ，ＩＴＮを取り込んで、電力変換装置１０２からの入力信号を所定の指令値に近づける様、ゲート信号ＧＨｊｋｃ，ＧＬｊｋｃを生成し、ゲートパルス出力部３４０に出力する。なお、ｊはアーム１０５の種別（ｊ＝ＲＰ，ＳＰ，ＴＰ，ＲＮ，ＳＮ，ＴＮ）を示し、ｋはそのアーム１０５に於ける順番１，２，…，Ｍを示している。本発明は、制御部３００の構成に依存しないので、制御部３００の中身についての説明は省略する。
【００８７】
保護部３２０は、アーム電流が閾値を越えた場合、ゲートブロック信号ＧＢａと遮断器トリップ信号ＣＢＴ’を出力する。ＧＢａはゲートパルス出力部３４０および信号線１５５に、ＣＢＴ’は信号線１５２に出力される。詳細については後述する。
【００８８】
最後に、ゲートパルス出力部３４０の動作について説明する。
【００８９】
ゲートパルス出力部３４０は、制御部３００から送信されたゲート信号ＧＨｊｋｃ，ＧＬｊｋｃをそのままゲート信号ＧＨｊｋ，ＧＬｊｋとして信号線１１３に出力する。ただし、保護部３２０からＧＢａ信号が出力された時、またはＧＢｂ信号を入力した場合は、ＧＨｊｋｃ，ＧＬｊｋｃの出力を無視し、ゲート信号をゲート停止信号に変更して送信する。
【００９０】
次に、保護部３２０の構造を図９を用いて説明する。
【００９１】
絶対値演算器９０１および最大値演算器９０２は、３アームの電流最大値Ｉｍａｘを（１）式にて演算する。
【００９２】
〔数１〕
Imax＝max(|IRP|,|ISP|,|ITP|,|IRN|,|ISN|,|ITN|)  …  数１
【００９３】
比較器９０３は、アーム過電流閾値Ｉｔｈとアーム電流最大値Ｉｍａｘを比較し、ＩｍａｘがＩｔｈを上回った時に過電流信号ＯＣを出力する。
【００９４】
信号保持回路９０４は、過電流信号ＯＣの入力を一定時間（保持回路にリセット信号が入力されるまで）保持し、ゲートブロック信号ＧＢａとして出力する。
【００９５】
移動平均９０５は、各アーム電流Ｉｊのｔａｃ[ｓ]間の平均値を計算し、直流成分Ｉｊｄｃとして出力する。なお、ｔａｃ[ｓ]は交流系統１０１の交流一周期分の長さとする。
【００９６】
積算器９０６、比較器９０７、論理和演算器９０８は、三相のアームに異なる向きで直流成分が流れているかを判定している。
【００９７】
もしＩＲＰｄｃ、ＩＳＰｄｃ、ＩＴＰｄｃが全て同一符号であれば、異常が無いと判断する。この時、直流系統に流れる電流が大きい場合、直流系統の異常と考えられる。この時は、９０６の出力が全て正、９０７の出力が０となる。
【００９８】
一方、全て同一符号でない場合は、アームが短絡故障していると考えられる。この時は、９０６の出力が負になるものがあり、９０７の出力が１となるものがある。９０８は、Ｐ側またはＮ側のいずれかで、アームを構成する単位変換器群の短絡故障を検出した場合、ＡＣｆｌａｇ信号を出力する。
【００９９】
論理積演算器９０９は、ＯＣの信号保持結果ＧＢａとＡＣｆｌａｇの論理積を演算している。即ち、アーム過電流を検出し、それがアーム短絡故障によるものであれば、信号ＯＣ２を出力する。
【０１００】
信号ＯＣ２は、ｔａｃ[ｓ]遅延回路９１０、およびｔａｃ[ｓ]保持回路を経て、遮断器トリップ信号ＣＢＴ’として出力される。
【０１０１】
以上が、制御・保護装置１１２の説明である。
【０１０２】
次に、遮断器操作部１５３の構成について図６を用いて簡単に説明する。
【０１０３】
遮断器操作部１５３は、電力変換装置１０２ａおよび１０２ｂから遮断信号ＣＢＴａ’およびＣＢＴｂ’を入力し、それを元に遮断信号１５４ａおよび１５４ｂを出力する。
【０１０４】
遮断器操作部１５３は、論理和演算器４０１を２つ持ち、いずれもＣＢＴａ’とＣＢＴｂ’のいずれかを入力した時に、信号を出力する。片方の論理和演算器４０１は信号線１５４ａを介して信号ＣＢＴａを、もう片方は信号線１５４ｂを介して信号ＣＢＴｂを出力する。
【０１０５】
ただし、電力変換装置１０２ａから遮断器１２１ａへの信号は、遮断器１２１ｂへの信号よりｔｄ[ｓ]遅らせる。同様に、電力変換装置１０２ｂから遮断器１２１ｂへの信号も、遮断器１２１ａへの信号より遅らせる。そのため、遅延回路４０２を設ける。
【０１０６】
以上が、第１の実施形態の構成の説明である。
【０１０７】
なお、本実施形態は、アーム短絡事故時に健全側・事故発生側双方の遮断器を開放するが、事故発生側の遮断器開放を遅らせていることに特徴がある。
【０１０８】
（第１の実施形態の動作の説明）
次に、第１の実施形態の動作を図５、図６、図９を用いて説明する。
【０１０９】
通常運転時、アーム電流Ｉｊはいずれも閾値Ｉｔｈより小さい。そのため、信号ＯＣは出力されず、ＣＢＴ、ＧＢも出力されない。そのため、遮断器１２１ａ、１２１ｂは閉じた状態で運転し、ゲート信号ＧＨｊｋ，ＧＬｊｋも出力される。
【０１１０】
ここで、１アーム短絡した場合、例えば電力変換装置１０２ａの端子ＰａとＲａが短絡した場合を考える。すると、ＰａからＲａの向きに多大な短絡電流が流れ、|ＩＲＰ|が大きな値となる。
【０１１１】
この時、電力変換装置１０２ａにおいて、Ｉｍａｘ＞Ｉｔｈとなり、比較器９０３はＯＣ信号を、保持回路９０４はＧＢａ信号を出力し、ゲート信号ＧＨｊｋ，ＧＬｊｋがオフになる（ゲートブロック）。
【０１１２】
また、端子Ｓａ、ＴａからはＰａの方向に短絡電流が流れるので、ＩＲＰの符号とＩＳＰ・ＩＴＰの符号は逆になる（このように短絡電流が流れてＩＲＰの符号とＩＳＰ・ＩＴＰの符号は逆になるような現象を相間電流のアンバランスと規定する）。そのため、ＡＣｆｌａｇ信号が出力され、ＣＢＴ’信号も出力される。しかし、遮断器の開放はゲートブロックに比べて遅れが大きい。この遅れをｔｃｂ[ｓ]とする。
【０１１３】
ゲートブロック後、セルの電流は端子２０９から２０８の一方向にのみ流れる。何故なら、スイッチング素子２０１Ｈ、２０１Ｌはともにオフで、ダイオード２０２Ｈにはコンデンサ２０３に蓄積された電圧により逆電圧がかけられているので、ダイオード２０２Ｌにしか電流が流れないためである。
【０１１４】
そのため、短絡していないアームには、下から上、ＮａおよびＮｂ端子から流入して交流端子Ｒａ、Ｓａ、Ｔａ、Ｒｂ、Ｓｂ、Ｔｂから流出する方向、および交流端子Ｒａ、Ｓａ、Ｔａ、Ｒｂ、Ｓｂ、Ｔｂから流入してＰａおよびＰｂ端子に流出する方向にしか電流が流れない。Ｎ側の端子には電流の流入元が無いため、Ｎ側アームには電流が流れない。一方、Ｐ側のアームの場合、１０５ＳＰａ、１０５ＴＰａ、１０５ＲＰｂ、１０５ＳＰｂ、１０５ＴＰｂに関しては交流端子Ｒｂ、Ｓｂ、Ｔｂ、Ｓａ、ＴａからＰａ、Ｐｂの方向にしか電流を流すことができない。一方１０５ＲＰａは短絡しているため、双方向に電流が流れる。そのため、交流端子Ｒｂ、Ｓｂ、Ｔｂ、Ｓａ、Ｔａから直流端子Ｐａを経由して交流端子Ｒａの方向に電流が流れる。
【０１１５】
以上より、ＩＲＰａ＜０[Ａ]であることが分かる。また、アーム１０５ＳＰａ、１０５ＴＰａの場合、ダイオード２０２Ｌに順電圧がかけられている時にＩＳＰａ＞０[Ａ]、ＩＴＰａ＞０[Ａ]、逆電圧がかけられている時にＩＳＰａ＝０[Ａ]、ＩＴＰａ＝０[Ａ]となる。これに加え、電力変換器１０２ｄは全てのアームにおいて下から上にしか電流が流れないので、Ｉｄｃ＜０[Ａ]となる。
【０１１６】
系統に流れる電流は、変圧器１０３がＹ−Δ結線とし、励磁電流、損失、系統の零相電流を無視すると（３）〜（５）式で表される。
【０１１７】
〔数２〕
ＩＲ＝（ＩＲＰ−ＩＲＮ）／√３−（ＩＳＰ−ＩＳＮ）／√３  …  数３
【０１１８】
〔数３〕
ＩＳ＝（ＩＳＰ−ＩＳＮ）／√３−（ＩＴＰ−ＩＴＮ）／√３  …  数４
【０１１９】
〔数４〕
ＩＴ＝（ＩＴＰ−ＩＴＮ）／√３−（ＩＲＰ−ＩＲＮ）／√３  …  数５
【０１２０】
短絡電流は、|ＩＲＰ|が|ＩＳＰ|、|ＩＴＰ|に比べて大きいので、ＩＲ＜０[Ａ]のとき、ＩＴ＞０[Ａ]となる。また、ＩＳの向きは時間とともに変化する。
【０１２１】
一方、系統１０１ｂ側は、アーム短絡していないので、通常の三相交流に近い波形で電流が流れる。
【０１２２】
以上より、ゲートブロック後もアームおよび系統に短絡電流が流れる。この時、１２１ａに流れる電流の向きは、Ｒ相が常に電力変換装置１０２ａから交流系統１０１ａの方向、Ｔ相がその逆方向で、Ｓ相以外は電流が途切れることがない。Ｓ相遮断後、Ｒ相・Ｔ相の電流は減衰し、電流が途切れるようになるが、長い時間を要するため耐量の大きな遮断器でなければ１２１ａは安全に遮断することができない。
【０１２３】
一方、１２１ｂには通常の三相交流に近い電流が流れるので、各相とも交流半周期に一回電流が途切れるので、安全に遮断することができる。
【０１２４】
事故発生からｔｃｂ[ｓ]後、ＣＢＴｂが出力され、遮断器１２１ｂが開放される。この時、直流回路に電流が流れなくなり、Ｉｄｃ＝０[Ａ]となる。ここで、アーム１０５Ｓａおよび１０５Ｔａのダイオード２０２Ｌに逆電圧がかけられている時、ＩＳおよびＩＴが０[Ａ]となり、１２１ａは安全に遮断することができる。
【０１２５】
事故発生からｔｃｂ＋ｔｄ[ｓ]後、ＣＢＴａが出力され、遮断器１２１ａが開放される。
（第１の実施形態の効果）
【０１２６】
従来は、電力変換装置１０２ａで内部短絡などの過電流を検出した場合、遮断器１２１ａ、１２１ｂの両方に遮断信号を出力していた。そのため、本実施例のような１アーム短絡事故の時は、遮断器の耐量が小さい時に、短絡が起きている側の遮断器１２１ａを安全に開くことができなかった。
【０１２７】
そこで本実施形態では、短絡事故の起きていない電力変換装置１０２ｂにつながる遮断器１２１ｂから先に遮断することにより、次の（Ａ）のような効果を実現している。
【０１２８】
（Ａ）  直流送電システム１００の電力変換装置１０２ａ、１０２ｂのどちらかでアーム短絡事故が起きた場合、短絡側の電力変換装置の交流端子に接続される遮断器ではなく、短絡が起きている側の電力変換装置の交流端子に接続される遮断器１２１ｂを先に開くことにより、安全に直流送電システム１００を交流系統１０１ａおよび１０１ｂから遮断することができる。
（第２の実施形態の構成）
【０１２９】
第２の実施形態の直流送電システム１００の構成を説明をする。本実施例においては、第１の実施形態と共通に用いる図１、図４についての説明は省略し、第１の実施形態と異なる点のみを図７、図８を用いて説明する。
【０１３０】
図７は、第２の実施形態に於ける制御・保護装置１１２の論理構成を示す図である。第１の実施形態の制御・保護装置１１２（図５参照）と同一の要素には同一の符号を付与している。
【０１３１】
論理積演算器３１１は、ＣＢＴとＧＬｊｋの論理積を演算し、ＣＢＴが出力されている時には無条件でＧＬｊｋをオンにし、ＣＢＴが出力されていない時は論理積演算器３０６の演算結果をそのままＧＬｊｋとして出力する。
【０１３２】
図８は、第２の実施形態に於ける遮断器操作部１５３の論理構成を示す図である。これは、第１の実施形態の遮断器操作部１５３の論理構成を示す図６に代えて用いるものである。
【０１３３】
第二の実施形態では、電力変換装置１０２ａから受信した信号ＣＢＴａ’を、そのまま遮断信号ＣＢＴａとして遮断器１２１ａに送信する。また、電力変換装置１０２ｂから受信した信号ＣＢＴｂ’を、そのまま遮断信号ＣＢＴｂとして遮断器１２１ａに送信する。
【０１３４】
以上が、第２の実施形態の構成の説明である。
【０１３５】
なお、本実施形態は、遮断信号ＣＢＴが出力された時に、アーム短絡が起きた側の全てのアームのＬ側スイッチング素子をオンにし、全てのアームを短絡させるところに特徴がある。
【０１３６】
（第２の実施形態の動作）
次に、第２の実施形態に於ける直流送電システム１００ｃの構成並びに制御を採用したときに第１の実施形態と同様の効果が得られることについて説明する。
【０１３７】
１アーム短絡直後の動作は、第１の実施形態と同じである。１アーム短絡後、１０２ａと１０２ｂはともにゲートブロックし、ゲートブロック後もアームおよび系統に短絡電流が流れる。
【０１３８】
事故発生からｔａｃ[ｓ]後、系統電流ＩＲ、ＩＴが途切れることが無い状態でＣＢＴ’、ＧＢがともに出力される。
【０１３９】
しかし、これと同時に、６アーム全てのスイッチング素子２０１Ｌが全てオンし、全てのアームが短絡する。そのため、ＩＲ、ＩＳ、ＩＴは三相交流に近い短絡電流が流れる様になり１２１ａを安全に遮断することができる。
【０１４０】
本実施形態の効果は、第１の実施形態と同様である。
【０１４１】
（第３の実施形態の構成）
【０１４２】
図１０は、第３の実施形態に於ける直流送電システムの概略の構成を示す図である。
【０１４３】
第３の実施形態の直流送電システム１００ｂは、第１の実施形態および第２の実施形態と同様に、電圧型の電力変換装置１０２ｃ，１０２ｄを用いて構成されている。しかし、第３の実施形態の電力変換装置１０２ｃ，１０２ｄは、回路構成が第１の実施形態および第２の実施形態の電力変換装置１０２ａ，１０２ｂとは異なる。なお、電力変換装置１０２ｃ，１０２ｄ以外は図１と同じであり、説明を省略する。
【０１４４】
次に電力変換装置１０２ｃ，１０２ｄの構成について説明するが、これらは、ほぼ同一構成なので、ここでは電力変換装置１０２ｃを中心に説明する。
【０１４５】
電力変換装置１０２ｃは、交流電圧センサ１１０と、変圧器１３０と、各相のアーム１０５（Ｒ相のアーム１０５Ｒ、Ｓ相のアーム１０５Ｓ、Ｔ相のアーム１０５Ｔ）と、交流電流センサ１４０と、制御・保護装置１１２と、ゲート信号線１１３と、コンデンサ電圧検出線１１４と、直流電圧センサ１１５とを備えている。
【０１４６】
電力変換装置１０２ｃは、遮断器１２１ａを介して交流系統１０１ａに接続している。第３の実施形態では、変圧器１３０の交流系統１０１ａ側を１次側とし、各線を一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔとする。また、第３の実施形態では、変圧器１３０の各相の二次側の正側を、二次側正端子Ｒｂ，Ｓｂ，Ｔｂとし、変圧器１３０の各相の二次側の中性点は、二次側負端子Ｎｘ（負側の直流端子Ｎｃ）に接続されている。
【０１４７】
Ｒ相のアーム１０５Ｒは、単位変換器群１０６Ｒと、アーム電流センサ１１１とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群１０６Ｒは、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の双方向チョッパ型単位変換器１０８が直列接続されている。
【０１４８】
Ｓ相のアーム１０５Ｓは、単位変換器群１０６Ｓと、アーム電流センサ１１１とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群１０６Ｓは、Ｍ個の双方向チョッパ型単位変換器１０８が直列接続されている。
【０１４９】
Ｔ相のアーム１０５Ｔは、単位変換器群１０６Ｔと、アーム電流センサ１１１とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群１０６Ｔは、Ｍ個の双方向チョッパ型単位変換器１０８が直列接続されている。
【０１５０】
次に、変圧器１３０の内部の構成について説明する。
【０１５１】
変圧器１３０は、鉄心１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔと、巻線１３２ＲＡ，１３２ＲＢ，１３２ＲＣと、巻線１３２ＳＡ，１３２ＳＢ，１３２ＳＣと、巻線１３２ＴＡ，１３２ＴＢ，１３２ＴＣとを備え、更に、一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔと、二次側正端子Ｒｂ，Ｓｂ，Ｔｂと、二次側負端子Ｎｘを備えている。二次側負端子Ｎｘは、第２の直流端子である負側の直流端子Ｎｃに接続されている。
【０１５２】
鉄心１３１Ｒには、第１の二次巻線である巻線１３２ＲＢと、第２の二次巻線である巻線１３２ＳＣとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心１３１Ｒには更に、一次巻線である巻線１３２ＲＡが、巻線１３２ＳＣと同方向に巻かれている。
【０１５３】
鉄心１３１Ｓには、第１の二次巻線である巻線１３２ＳＢと、第２の二次巻線である巻線１３２ＴＣとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心１３１Ｓには更に、一次巻線である巻線１３２ＳＡが、巻線１３２ＴＣと同方向に巻かれている。
【０１５４】
鉄心１３１Ｔには、第１の二次巻線である巻線１３２ＴＢと、第２の二次巻線である巻線１３２ＲＣとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心１３１Ｔには更に、一次巻線である巻線１３２ＴＡが、巻線１３２ＲＣと同方向に巻かれている。
【０１５５】
変圧器１３０は、これら複数の鉄心１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔを備えている。
【０１５６】
以下、鉄心１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔを特に区別しないときには、単に鉄心１３１と記載する。各巻線１３２ＲＡ〜１３２ＴＣを特に区別しないときには、単に巻線１３２と記載する。これらの巻線１３２は、各鉄心１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔに対して同じ方向に巻かれている。
【０１５７】
各鉄心１３１に於いて、図中の二次側正端子Ｒｂ，Ｓｂ，Ｔｂの方向にある端子を、正側端子と呼ぶ。図中の二次側負端子Ｎｘ（負側の直流端子Ｎｃ）の方向にある端子を、負側端子と呼ぶ。
【０１５８】
巻線１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡの正側端子は、それぞれ一次側端子Ｓ，Ｔ，Ｒに接続されている。巻線１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡの負側端子は、それぞれ一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔに接続され、デルタ結線（Δ結線）されている。すなわち、一次巻線である巻線１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡは、遮断器１２１ａの二次側にΔ結線で接続されている。
【０１５９】
第１の二次巻線である巻線１３２ＲＢ，１３２ＳＢ，１３２ＴＢの正側端子は、それぞれ異なる相の鉄心１３１に巻かれた第２の二次巻線である巻線１３２ＲＣ，１３２ＳＣ，１３２ＴＣの正側端子に接続されている。
【０１６０】
第１の二次巻線１３２ＲＢ，１３２ＳＢ，１３２ＴＢの負側端子は、それぞれ二次側正端子Ｒｂ，Ｓｂ，Ｔｂに接続されている。
【０１６１】
第２の二次巻線である巻線１３２ＲＣ，１３２ＳＣ，１３２ＴＣの負側端子は、全て二次側負端子Ｎｘ（負側の直流端子Ｎｃ）に接続されている。
【０１６２】
ここで、二次側正端子Ｒｂ，Ｓｂ，Ｔｂから二次側負端子Ｎｘ（負側の直流端子Ｎｃ）に向かって、同一の直流電流を流したときを考える。鉄心１３１Ｒに於いて、巻線１３２ＲＢに発生する磁束と、巻線１３２ＳＣに発生する磁束は、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。鉄心１３１Ｓに於いて、巻線１３２ＳＢに発生する磁束と、巻線１３２ＴＣに発生する磁束は、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。鉄心１３１Ｔに於いて、巻線１３２ＴＢに発生する磁束と、巻線１３２ＲＣに発生する磁束は、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。
【０１６３】
これにより、電力変換装置１０２ｃ，１０２ｄは、交流系統１０１ａ，１０１ｂの系統電流とは独立に、直流系統の電流Ｉｄｃを流すことができる。
【０１６４】
Ｒ相のアーム１０５Ｒの一端は、変圧器１３０の二次側正端子Ｒｂに接続されている。Ｒ相のアーム１０５Ｒの他端は、直流端子Ｐｃ（第１の直流端子）に接続されている。アーム１０５Ｒに於いて、単位変換器群１０６Ｒが出力する電圧は、出力電圧ＶＲａとする。アーム１０５Ｒには、二次側正端子Ｒｂから直流端子Ｐｃの方向に、アーム電流ＩＲａが流れる。出力電圧ＶＲａとアーム電流ＩＲａは、二次側正端子Ｒｂから直流端子Ｐｃの方向が正である。
【０１６５】
Ｓ相のアーム１０５Ｓの一端は、変圧器１３０の二次側正端子Ｓｂに接続されている。Ｓ相のアーム１０５Ｓの他端は、直流端子Ｐｃ（第１の直流端子）に接続されている。アーム１０５Ｓに於いて、単位変換器群１０６Ｓが出力する電圧は、出力電圧ＶＳａとする。アーム１０５Ｒには、二次側正端子Ｓｂから直流端子Ｐｃの方向に、アーム電流ＩＳａが流れる。出力電圧ＶＳａとアーム電流ＩＳａは、二次側正端子Ｓｂから直流端子Ｐｃの方向が正である。
【０１６６】
Ｔ相のアーム１０５Ｔの一端は、変圧器１３０の二次側正端子Ｔｂに接続されている。Ｔ相のアーム１０５Ｔの他端は、直流端子Ｐｃ（第１の直流端子）に接続されている。アーム１０５Ｔに於いて、単位変換器群１０６Ｔが出力する電圧は、出力電圧ＶＲａとする。アーム１０５Ｔには、二次側正端子Ｔｂから直流端子Ｐｃの方向に、アーム電流ＩＴａが流れる。出力電圧ＶＴａとアーム電流ＩＳａは、二次側正端子Ｔｂから直流端子Ｐｃの方向が正である。
【０１６７】
第３の実施形態では、各アーム１０５の他端が第１の直流端子である直流端子Ｐｃに接続され、変圧器１３０の二次側負端子Ｎｘが第２の直流端子である負側の直流端子Ｎｃに接続されている。しかし、これに限られず、各アーム１０５の他端が負側の直流端子Ｎｃに接続され、変圧器１３０の二次側負端子Ｎｘが正側の直流端子Ｐｃに接続されていてもよい。
【０１６８】
次に、制御・保護装置１１２の動作について簡単に説明する。なお、本実施形態では、変圧器１３０の巻数比（巻線１３２ＲＡ，１３２ＲＢ，１３２ＴＣ）、（巻線１３２ＳＡ，１３２ＳＢ，１３２ＲＣ）、（巻線１３２ＴＡ，１３２ＴＢ，１３２ＳＣ）が、それぞれ２：１：１である場合を想定して説明する。しかし、これに限られず、巻数比は、（Ｘ：１：１）であってもよい。これにより、電力変換装置１０２ｃ，１０２ｄは、系統電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを流すことなく、アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔに零相成分の電流を流すことができる。
【０１６９】
制御・保護装置１１２には、電力変換装置１０２ｃ，１０２ｄの双方が備える交流電圧センサ１１０と、直流電圧センサ１１５と、各アーム電流センサ１１１と、交流電流センサ１４０から信号が取り込まれている。
【０１７０】
制御・保護装置１１２は、コンデンサ電圧検出線１１４を介して、双方向チョッパ型単位変換器１０８のコンデンサ電圧ＶＣｊｋｌ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ、ｌ＝ｃ，ｄ）を取り込んでいる。
【０１７１】
制御・保護装置１１２の基本的な機能は、第１の実施形態と同様である。詳細については、後記する図１１で詳細に説明する。
【０１７２】
制御・保護装置１１２ｄの機能構成は、制御・保護装置１１２ｃと同一なので、以降の説明を省略する。
【０１７３】
図１１は、第３の実施形態に於ける制御・保護装置１１２ｃの論理構成を示す図である。１１２ｃは、制御部３００、保護部３３２０、ゲートパルス出力部３４０から構成される。
【０１７４】
制御部３００は、電力変換装置１０２ｃからの入力信号を所定の指令値に近づける様、ゲート信号ＧＨｊｋｃ，ＧＬｊｋｃを生成し、ゲートパルス出力部３３４０に出力する。なお、ｊはアーム１０５の種別（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ）を示し、ｋはそのアーム１０５に於ける順番１，２，…，Ｍを示している。本発明は、制御部３００の構成に依存しないので、制御部３００の中身についての説明は省略する。
【０１７５】
次に、保護部３３２０の動作について図１３を用いて説明する。
【０１７６】
絶対値演算器９０１および最大値演算器９０２は、３アームの電流最大値Ｉｍａｘを（６）式にて演算する。
【０１７７】
〔数５〕
Imax＝max(|IRa|,|ISa|,|ITa|)  …  数６
【０１７８】
比較器９０３は、アーム過電流閾値Ｉｔｈとアーム電流最大値Ｉｍａｘを比較し、ＩｍａｘがＩｔｈを上回った時に過電流信号ＯＣを出力する。
【０１７９】
信号保持回路９０４は、過電流信号ＯＣの入力を一定時間（保持回路にリセット信号が入力されるまで）保持し、ゲートブロック信号ＧＢａとして出力する。
【０１８０】
移動平均９０５は、各アーム電流Ｉｊのｔａｃ[ｓ]間の平均値を計算し、直流成分Ｉｊｄｃとして出力する。なお、ｔａｃ[ｓ]は交流系統１０１の交流一周期分の長さとする。
【０１８１】
積算器９０６、比較器９０７、論理和演算器９０８は、アームに異なる向きで直流成分が流れているかを判定している。
【０１８２】
もしＩＲａｄｃ、ＩＳａｄｃ、ＩＴａｄｃが全て同一符号であれば、異常が無いと判断する。このとき、直流系統に流れる電流が大きい場合、直流系統の異常と考えられる。この時は、９０６の出力が全て正、９０７の出力が０となる。
【０１８３】
一方、全て同一符号でない場合は、アームが短絡故障していると考えられる。この時は、９０６の出力が負になるものがあり、９０７の出力が１となるものがある。９０８は、アーム短絡故障を検出した場合、ＡＣｆｌａｇ信号を出力する。
【０１８４】
論理積演算器９０９は、ＯＣの信号保持結果ＧＢａとＡＣｆｌａｇの論理積を演算している。即ち、アーム過電流を検出し、それがアーム短絡故障によるものであれば、信号ＯＣ２を出力する。
【０１８５】
信号ＯＣ２は、ｔａｃ[ｓ]遅延回路９１０、およびｔａｃ[ｓ]保持回路を経て、遮断器トリップ信号ＣＢＴ’として出力される。
【０１８６】
ゲートパルス出力部３３４０の動作については、第一の実施形態と同様であり、説明を省略する。
【０１８７】
以上が、制御・保護装置１１２ｃの説明である。
【０１８８】
なお、本実施形態は、アーム短絡事故時に健全側・事故発生側双方の遮断器を開放するが、事故発生側の遮断器開放を遅らせていることに特徴がある。
【０１８９】
（第３の実施形態の動作の説明）
【０１９０】
以下、第３の実施形態の動作について、図１１、図１３を用いて説明する。なお、１０１ａの線間電圧実効値を１[ｐｕ]、周波数を６０[Ｈｚ]、変圧器１３０ａの巻線比３：１：１、二次側定格相電圧を０．３３[ｐｕ]、直流定格電圧を０．６３[ｐｕ]とし、アーム短絡事故前は電力融通無し、即ちＩｄｃ＝０[Ａ]とする。
【０１９１】
また、過電流判定値Ｉｔｈ＝９[ｐｕ]、遮断器１２１ａおよび１２１ｂの遮断にかかる時間ｔｃｂ[ｓ]を７０[ｍｓ]、事故発生側の故障信号出力遅れ時間ｔｄ[ｓ]を３３[ｍｓ]とする。
【０１９２】
通常運転時、アーム電流Ｉｊはいずれも閾値Ｉｔｈより小さい。そのため、信号ＯＣは出力されず、ＣＢＴ、ＧＢも出力されない。そのため、遮断器１２１ａ、１２１ｂは閉じた状態で運転し、ゲート信号ＧＨｊｋ，ＧＬｊｋも出力される。この時の波形を、図１４・図１５の(ａ)に示す。
【０１９３】
ここで、１アーム短絡した場合、例えば電力変換装置１０２ａの端子ＰｃとＲｂが短絡した場合を考える。すると、ＰｃからＲｂの向きに多大な短絡電流が流れ、|ＩＲａ|が大きな値となる。
【０１９４】
この時、電力変換装置１０２ａにおいてＩｍａｘ＞Ｉｔｈとなり、比較器９０３はＯＣ信号を出力し、ゲート信号ＧＨｊｋ，ＧＬｊｋがオフになる（ゲートブロック）。
【０１９５】
また、端子Ｓａ、ＴａからはＰａの方向に短絡電流が流れるので、ＩＲＰの符号とＩＳＰ・ＩＴＰの符号は逆になる。そのため、ＡＣｆｌａｇ信号が出力され、ＣＢＴ’信号も出力される。しかし、遮断器の開放はゲートブロックに比べて遅れが大きい。
【０１９６】
ゲートブロック後、セルの電流は端子２０９から２０８の一方向にのみ流れる。何故なら、スイッチング素子２０１Ｈ、２０１Ｌはともにオフで、ダイオード２０２Ｈにはコンデンサ２０３に蓄積された電圧により逆電圧がかけられているので、ダイオード２０２Ｌにしか電流が流れないためである。
【０１９７】
そのため、短絡していないアームには、下から上、ＮｃおよびＮｄ端子から流入してＰｃおよびＰｄ端子から流出する方向にしか電流が流れない。短絡した１０５ＲＰａから電流が流出するため、交流端子Ｓｂ、Ｔｂから直流端子Ｐａを経由して交流端子Ｒａの方向に電流が流れる。
【０１９８】
以上より、ＩＲａ＜０[Ａ]であることが分かる。また、アーム１０５Ｓａ、１０５Ｔａの場合、ダイオード２０２Ｌに順電圧がかけられている時にＩＳａ＞０[Ａ]、ＩＴａ＞０[Ａ]、逆電圧がかけられている時にＩＳａ＝０[Ａ]、ＩＴａ＝０[Ａ]となる。これに加え、電力変換器１０２ｄは全てのアームにおいて下から上にしか電流が流れないので、Ｉｄｃ＜０[Ａ]となる。
【０１９９】
系統に流れる電流は、励磁電流と損失を無視すると（７）〜（９）式で表される。そのため、ＩＲ＜０[Ａ]となる一方、ＩＳ＞０[Ａ]、ＩＴ＞０[Ａ]となる。ここでＲは、変圧器１３０の一次側に対する二次側電圧の比で、本実施例においてはＲ＝１[pu]である。
【０２００】
〔数６〕
ＩＲ＝（ＩＲａ−Ｉｄｃ／３）・Ｒ  …  数７
【０２０１】
〔数７〕
ＩＳ＝（ＩＳａ−Ｉｄｃ／３）・Ｒ  …  数８
【０２０２】
〔数８〕
ＩＴ＝（ＩＴａ−Ｉｄｃ／３）・Ｒ  …  数９
【０２０３】
以上より、ゲートブロック後もアームおよび系統に短絡電流が流れる。この時、１２１ａには常に電流が流れ続け、途切れることが無い。そのため、１２１ａは安全に遮断することができない状態である。この時の波形を、図１４の(ｂ)に示す。
【０２０４】
一方、１２１ｂには通常の三相交流に近い電流が流れるので、各相とも交流半周期に一回電流が途切れるので、安全に遮断することができる。波形を、図１５の(ｂ)に示す。
【０２０５】
事故発生からｔｃｂ[ｓ]後、ＣＢＴｂが出力され、遮断器１２１ｂが開放される。この時、直流回路に電流が流れなくなり、Ｉｄｃ＝０[Ａ]となる。ここで、アーム１０５Ｓａおよび１０５Ｔａのダイオード２０２Ｌに逆電圧がかけられている時、ＩＳおよびＩＴが０[Ａ]となり、１２１ａは安全に遮断することができる。この時の波形を図１４・１５の(ｃ)に示す。
【０２０６】
事故発生からｔｃｂ＋ｔｄ[ｓ]後、ＣＢＴａが出力され、遮断器１２１ａが開放される。この時の波形を図１４・１５の(ｄ)に示す。
（第３の実施形態の効果）
【０２０７】
従来は、電力変換装置１０２ｃで内部短絡などの過電流を検出した場合、遮断器１２１ａ、１２１ｂの両方に遮断信号を出力していた。そのため、本実施例のような１アーム短絡事故の時は、遮断器の耐量が小さい時に、短絡が起きている側の遮断器１２１ａを安全に開くことができなかった。
【０２０８】
そこで本実施形態では、短絡事故の起きていない電力変換装置１０２ｄにつながる遮断器１２１ｂから先に遮断することにより、次の（Ａ）のような効果を実現している。
【０２０９】
（Ａ）  直流送電システム１００ｂの電力変換装置１０２ｃ、１０２ｄのどちらかでアーム短絡事故が起きた場合、短絡側の電力変換装置の交流端子に接続される遮断器ではなく、短絡が起きている側の電力変換装置の交流端子に接続される遮断器１２１ｂを先に開くことにより、安全に直流送電システム１００ｂを交流系統１０１ａおよび１０１ｂから遮断することができる。
（第４の実施形態の構成）
【０２１０】
第４の実施形態の直流送電システム１００ｃの構成を説明をする。本実施例においては、第３の実施形態と共通に用いる図１０、および図２の実施形態と共通に用いる図８についての説明は省略し、第２・第３の実施形態と異なる点のみを図１２を用いて説明する。
【０２１１】
図１２は、第４の実施形態に於ける制御・保護装置１１２の論理構成を示す図である。第３の実施形態の制御・保護装置１１２（図１１参照）と同一の要素には同一の符号を付与している。
【０２１２】
論理積演算器３１１は、ＣＢＴとＧＬｊｋの論理積を演算し、ＣＢＴが出力されている時には無条件でＧＬｊｋをオンにし、ＣＢＴが出力されていない時は論理積演算器３０６の演算結果をそのままＧＬｊｋとして出力する。
【０２１３】
以上が、第２の実施形態の構成の説明である。
【０２１４】
なお、本実施形態は、遮断信号ＣＢＴが出力された時に、アーム短絡が起きた側の全てのアームのＬ側スイッチング素子をオンにし、全てのアームを短絡させるところに特徴がある。
【０２１５】
（第４の実施形態の動作）
次に、第４の実施形態に於ける直流送電システム１００ｂの構成並びに制御を採用したときに第３の実施形態と同様の効果が得られることについて説明する。
【０２１６】
１アーム短絡直後の動作は、第３の実施形態と同じである。１アーム短絡後、１０２ｃと１０２ｄはともにゲートブロックし、ゲートブロック後もアームおよび系統に短絡電流が流れる。
【０２１７】
事故発生からｔａｃ[ｓ]後、系統電流が途切れることが無い状態でＣＢＴ’、ＧＢがともに出力される。
【０２１８】
しかし、これと同時に、３アーム全てのスイッチング素子２０１Ｌが全てオンし、全てのアームが短絡する。そのため、ＩＲ、ＩＳ、ＩＴは三相交流に近い短絡電流が流れる様になり１２１ａを安全に遮断することができる。
【０２１９】
本実施形態の効果は、第３の実施形態と同様である。
【符号の説明】
【０２２０】
１００，１００ｂ，１００ｃ  直流送電システム
１０１  交流系統
１０１ａ  交流系統  （第１の交流系統）
１０１ｂ  交流系統  （第２の交流系統）
１０２ａ，１０２ｂ  電力変換装置
１０２ｃ  電力変換装置  （第１の電力変換装置）
１０２ｄ  電力変換装置  （第２の電力変換装置）
１０３  変圧器
１０４  レグ
１０５ＲＰ，１０５ＳＰ，１０５ＴＰ  アーム  （第１のアーム）
１０５ＲＮ，１０５ＳＮ，１０５ＴＮ  アーム  （第２のアーム）
１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔ  アーム
１０６  単位変換器群
１０７  リアクトル
１０８  双方向チョッパ型単位変換器
１１０  交流電圧センサ
１１１  アーム電流センサ
１１２，１１２ａ，１１２ｃ，１１２ｄ  制御部
１１３  ゲート信号線
１１４  コンデンサ電圧検出線
１１５  直流電圧センサ
１２０  初充電装置
１２１  遮断器
１３０  変圧器
１３１  鉄心
１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡ  巻線  （一次巻線）
１３２ＲＢ，１３２ＳＢ，１３２ＴＢ  巻線  （第１の二次巻線）
１３２ＲＣ，１３２ＳＣ，１３２ＴＣ  巻線  （第２の二次巻線）
１４０  交流電流センサ
１５０，１５０ｃ  制御・保護装置
２０１Ｈ，２０１Ｌ  スイッチング素子
２０２Ｈ，２０２Ｌ  環流ダイオード
２０３  コンデンサ  （エネルギ蓄積手段）
２０４  電圧センサ
２０５  ゲートドライバ  （制御部）
２０８  端子
２０９  端子
Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ  正側の直流端子  （第１の直流端子：直流出力部）
Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ，Ｎｄ  負側の直流端子  （第２の直流端子：直流出力部）
Ｒ，Ｓ，Ｔ  一次側端子  （交流出力部）
【図１】
2015142466.tif 000003
【図２】
2015142466.tif 000004
【図３】
2015142466.tif 000005
【図４】
2015142466.tif 000006
【図５】
2015142466.tif 000007
【図６】
2015142466.tif 000008
【図７】
2015142466.tif 000009
【図８】
2015142466.tif 000010
【図９】
2015142466.tif 000011
【図１０】
2015142466.tif 000012
【図１１】
2015142466.tif 000013
【図１２】
2015142466.tif 000014
【図１３】
2015142466.tif 000015
【図１４】
2015142466.tif 000016
【図１５】
2015142466.tif 000017