(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護コントローラ（１０）が使用中に動作可能に関連付けられる第１の端子（１４）と、ＤＣ電力ネットワーク（２２）内の前記第１の端子（１４）と第２の端子（２０）との間にあるＤＣ電力伝送導管（１８）に沿った設定点（１６）との間に延在する保護ゾーン（１２）内の故障を特定するためのＤＣ距離保護コントローラ（１０）であって、
（ｉ）前記第１の端子（１４）における前記ＤＣ電力伝送導管（１８）の測定電圧値および測定電流値をそれぞれのサンプリング対（３８）として周期的に取得し、
（ｉｉ）各サンプリング対（３８）について、前記対応する測定電圧値から故障成分電圧値を隔離し、前記対応する測定電流値から故障成分電流値を隔離し、それぞれの対応する隔離対（４０）を規定し、
（ｉｉｉ）故障成分電圧値および故障成分電流値の各隔離対（４０）から前記ＤＣ電力伝送導管（１８）に沿った前記設定点（１６）における前記ＤＣ電力伝送導管（１８）の故障成分動作電圧を計算し、
（ｉｖ）所与の計算された故障成分動作電圧を、測定電圧値および測定電流値のより早いサンプリング対（３８）からの履歴測定電圧値から得られた履歴電圧値と比較し、
（ｖ）前記所与の計算された故障成分動作電圧が比較される前記履歴電圧値より大きい場合、前記保護ゾーン（１２）内の故障を特定する、
ようにプログラムされたＤＣ距離保護コントローラ（１０）。
【請求項２】
フィルタ（４８）を前記各サンプリング対（３８）の前記測定電圧値および前記測定電流値に適用することによって、測定電圧値および測定電流値の各サンプリング対（３８）に関する故障成分電圧値および故障成分電流値を隔離するようにプログラムされた、
請求項１記載のＤＣ距離保護コントローラ（１０）。
【請求項３】
それぞれの計算された故障成分動作電圧と履歴電圧値の振幅を比較するようにプログラムされた、
請求項１または２記載のＤＣ距離保護コントローラ（１０）。
【請求項４】
所与の計算された故障成分動作電圧を、前記所与の故障成分動作電圧の基礎となる前記サンプリング対（３８）が取得された時刻の前の所定の期間に取得された履歴測定電圧値から導出された対応する履歴電圧値と比較するようにプログラムされた、
請求項１乃至３のいずれか１項記載のＤＣ距離保護コントローラ（１０）。
【請求項５】
前記所定の時間は、少なくとも５ミリ秒である、
請求項４記載のＤＣ距離保護コントローラ（１０）。
【請求項６】
前記設定点（１６）は、前記ＤＣ電力伝送導管（１８）に沿って前記伝送導管（１８）の全長の８０％から９５％の間で前記第１の端子（１４）から間隔をおいて配置される、
請求項１乃至５のいずれか１項記載のＤＣ距離保護コントローラ（１０）。
【請求項７】
前記ＤＣ電力伝送導管（１８）の抵抗−インダクタンスモデル、分散パラメータ線モデル、および周波数に依存する分散パラメータ線モデルの１つを使用して、故障成分電圧値および故障成分電流値の対応する隔離対から所与の故障成分動作電圧を計算するようにプログラムされた、
請求項１乃至６のいずれか１項記載のＤＣ距離保護コントローラ（１０）。
【請求項８】
外部トリップ信号（６２）を受信したら関連する保護装置（３４）を動作させるようにさらにプログラムされた、
請求項１乃至７のいずれか１項記載のＤＣ距離保護コントローラ（１０）。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項記載の少なくとも１つのＤＣ距離保護コントローラ（１０）を含むＤＣ電力ネットワーク（２２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流（ＤＣ）距離保護コントローラおよび少なくとも１つのそのようなコントローラを含むＤＣ電力ネットワークに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＣグリッドのようなＤＣ電力ネットワークは、典型的には、電力変換器とそれぞれ動作可能に関連付けられて、ＤＣ電力伝送ネットワークをそれぞれの交流（ＡＣ）ネットワークと相互接続することができる複数の端子を含む。
【０００３】
端子のそれぞれの対は、伝送線またはケーブルのようなＤＣ電力伝送導管によって相互接続される。遮断器およびリレーなどの保護装置は、ＤＣ電力ネットワークを保護するために、故障が発生した場合に１つまたは複数の保護コントローラによって動作させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第２００５／０９４３３５号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、保護コントローラが使用中に動作可能に関連付けられる第１の端子と、ＤＣ電力ネットワーク内の第１の端子と第２の端子との間にあるＤＣ電力伝送導管に沿った設定点との間に延在する保護ゾーン内の故障を特定するためのＤＣ距離保護コントローラが提供され、保護コントローラは、
（ｉ）第１の端子におけるＤＣ電力伝送導管の測定電圧値および測定電流値をそれぞれのサンプリング対として周期的に取得し、
（ｉｉ）各サンプリング対について、対応する測定電圧値から故障成分電圧値を隔離し、対応する測定電流値から故障成分電流値を隔離し、それぞれの対応する隔離対を規定し、
（ｉｉｉ）故障成分電圧値および故障成分電流値の各隔離対からＤＣ電力伝送導管に沿った設定点におけるＤＣ電力伝送導管の故障成分動作電圧を計算し、
（ｉｖ）所与の計算された故障成分動作電圧を、測定電圧値および測定電流値のより早いサンプリング対からの履歴測定電圧値から得られた履歴電圧値と比較し、
（ｖ）所与の計算された故障成分動作電圧が比較される履歴電圧値より大きい場合、保護ゾーン内の故障を特定する、ようにプログラムされている。
【０００６】
故障成分電圧値および故障成分電流値をそれぞれの対応する測定電圧値および測定電流値から隔離するコントローラの提供は、故障が発生したかどうかの初期表示を提供し、その後の故障の性質、すなわち故障が関連するＤＣ電力伝送導管の保護ゾーン内で発生したかどうかの評価を可能にする。
【０００７】
一方、続いて、故障成分電圧値および故障成分電流値の各隔離対から設定点における故障成分動作電圧を計算することにより、故障の性質の判定が容易になる、すなわち履歴測定電圧値と比較する方法によってある意味それは信頼性があり繰り返しが可能である。
【０００８】
さらに、第１の端子で得られた測定電圧値および測定電流値のみに依存し、そのような測定電圧値および測定電流値に基づいて計算された故障成分動作電圧は、本発明のＤＣ距離保護コントローラが、所与のＤＣ電力ネットワークの１つまたは複数の他の部分からの遠隔測定に依存する必要なく、保護ゾーン内の故障を特定することを可能にする。
【０００９】
したがって、このようなコントローラは、ＤＣ電力ネットワークの上記の遠隔部との複雑で信頼できない通信リンクの必要性、およびそのような遠隔通信に関連する通信時間遅延を補償する必要性を回避する。
【００１０】
さらに、所与の計算された故障成分動作電圧と既に測定された履歴測定電圧値との比較にコントローラを依存させることにより、コントローラが、超高速すなわち１ミリ秒以内に保護ゾーン内の故障を特定することを可能にし、したがって、保護測定、例えば関連する保護装置の動作もまた、非常に迅速にすなわち５ミリ秒以内に実行することを可能にする。
【００１１】
好ましくは、コントローラは、フィルタを上記の各サンプリング対の測定電圧値および測定電流値に適用することによって、測定電圧値および測定電流値の各サンプリング対に関する故障成分電圧値および故障成分電流値を隔離するようにプログラムされる。
【００１２】
このようなステップは、必要な対応する故障成分電圧値および故障成分電流値のみを残すように、測定電圧値および測定電流値のそれぞれから他のすべての要素を確実かつ繰り返して除去する。
【００１３】
任意選択により、コントローラは、それぞれの計算された故障成分動作電圧と履歴電圧値の振幅を比較するようにプログラムされる。
【００１４】
このような比較は、例えばプログラム可能なマイクロコントローラなどのような形式のコントローラによって容易に実行することができる。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態では、コントローラは、所与の計算された故障成分動作電圧を、上記の所与の故障成分動作電圧の基礎となるサンプリング対が取得された時刻の前の所定の期間に取得された履歴測定電圧値から導出された対応する履歴電圧値と比較するようにプログラムされる。
【００１６】
好ましくは、所定の時間は、少なくとも５ミリ秒である。
【００１７】
上記の特徴は、所与の計算された故障成分動作電圧が比較される履歴測定電圧値が、そうでなければそのような比較の結果に悪影響を与える可能性がある故障成分によって汚染されていないことを保証するのを補助することによって、保護コントローラが保護ゾーン内の故障を正確に特定するのを助ける。
【００１８】
本発明の好ましい実施形態では、設定点は、ＤＣ電力伝送導管に沿って上記の伝送導管の全長の８０％から９５％の間で第１の端子から間隔をおいて配置される。
【００１９】
上述のようにＤＣ電力伝送導管の途中に設定点を定めることは、ＤＣ電力伝送導管の大部分、すなわち上記の伝送導管の９５％までを保護する保護ゾーンを定める。
【００２０】
保護コントローラは、ＤＣ電力伝送導管の抵抗−インダクタンスモデル、分散パラメータ線モデル、および周波数に依存する分散パラメータ線モデルの１つを使用して、故障成分電圧値および故障成分電流値の対応する隔離対から所与の故障成分動作電圧を計算するようにプログラムされてもよい。
【００２１】
上述のモデルのそれぞれは、上記の伝送導管の全長に従ってＤＣ電力伝送導管の性能特性に近似する方法に関して所望の精度を提供する。
【００２２】
本発明の別の好ましい実施形態では、保護コントローラは、外部トリップ信号を受信したら関連する保護装置を動作させるようにさらにプログラムされる。
【００２３】
このような構成は、例えばＤＣ電力ネットワーク内の遠隔端末間の適度な通信が可能な状況で、本発明の保護コントローラの機能性を有利に拡張させる。
【００２４】
本発明の第２の態様によれば、上記のいずれか記載の少なくとも１つのＤＣ距離保護コントローラを含むＤＣ電力ネットワークが提供される。
【００２５】
そのようなＤＣ電力ネットワークは、そこに含まれるＤＣ距離保護コントローラまたはＤＣ距離保護コントローラのそれぞれに関連する利点を共有する。
【００２６】
次に、以下の図面を参照して、非限定的な例として、本発明の好ましい実施形態の簡単な説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１および第２の実施形態のそれぞれによる第１および第２のＤＣ距離保護コントローラを含むＤＣ電力ネットワークの概略図である。
【図２】図１に示す第１の保護コントローラの概略図である。
【図３ａ】第１の保護コントローラによってカバーされる保護ゾーン内の第１の故障の場合の第１の保護コントローラの動作を概略的に示す図である。
【図３ｂ】第１の保護コントローラによってカバーされる保護ゾーン外の第２の故障の場合の第１の保護コントローラの動作を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の第１の実施形態によるＤＣ距離保護コントローラは、全体的に参照符号１０で示されている。
【００２９】
第１の保護コントローラ１０は、第１の保護コントローラ１０が使用中に動作可能に関連付けられている第１の端子１４と、ＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６との間に延びる保護ゾーン１２内の故障を特定するように配置される。
【００３０】
ＤＣ電力伝送導管１８は、上述した第１の端子１４と第２の端子２０との間に位置し、第１の端子１４と第２の端子２０の両方が、図１に概略的に示されるようにＤＣグリッド２４の形態を有するＤＣ電力ネットワーク２２の一部を形成する。設定点１６は、設定点１６が第１の端子１４からＤＳｅｔの距離に位置するように、第１のＤＣ電力伝送導管１８の全長の８０％から９５％の間、好ましくは９０％から９５％の間で第１の端子１４から間隔をおいて配置される。一方、第１の端子１４は、第１の電力変換器２８を介して接続された第１のＡＣネットワーク２６を有し、第２の端子２０は、第２の電力変換器３２を介して接続された第２のＡＣネットワーク３０を有する。
【００３１】
第１の保護コントローラ１０はまた、図示の実施形態では回路遮断器３６であるが、リレーなどの他のタイプの保護装置であってもよい第１の保護装置３４と使用中に動作可能に関連している。第１の保護装置３４すなわち回路遮断器３６は、第１のＤＣ電力伝送導管１８内の保護ゾーン１２を保護するように動作可能であり、より詳細には、第１の端子１４から、つまり第１の端子１４に接続された第１のＡＣネットワーク２６から保護ゾーン１２を隔離するように動作可能である。
【００３２】
図２を参照すると、第１の保護コントローラ１０は、
（ｉ）第１の端子１４におけるＤＣ電力伝送導管１８の測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍをそれぞれのサンプリング対３８として周期的に取得し、
（ｉｉ）各サンプリング対３８について、対応する測定電圧値ｕｍから故障成分電圧値Δｕｍを隔離し、対応する測定電流値ｉｍから故障成分電流値Δｉｍを隔離し、それぞれの対応する隔離対４０を規定し、
（ｉｉｉ）故障成分電圧値Δｕｍおよび故障成分電流値Δｉｍの各隔離対４０からＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６におけるＤＣ電力伝送導管１８の故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算し、
（ｉｖ）所与の計算された故障成分動作電圧Δｕｏｐを、測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍのより早いサンプリング対３８からの履歴測定電圧値ｕｍ’から得られた履歴電圧値ｕｈと比較し、
（ｖ）所与の計算された故障成分動作電圧Δｕｏｐが比較される履歴電圧値ｕｈより大きい場合、保護ゾーン１２内の故障を特定する、ようにプログラムされている。
【００３３】
第１の保護コントローラ１０は、第１の端子１４に動作可能に関連付けられ、上記の第１の端子１４におけるＤＣ電力伝送導管１８の電流および電圧を選択的に測定することができる測定装置（図示せず）を介して、ＤＣ電力伝送導管１８の測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍを周期的に取得する。
【００３４】
図示の実施形態では、第１のＤＣ電力伝送導管１８は、第１の伝送線４２、より詳細には第１のバイポーラ伝送線４４、すなわち異なる極性で動作する２つの導体（図示せず）を組み込んだ伝送線によって規定される。他の実施形態（図示せず）では、代わりに、第１のＤＣ電力伝送導管１８は、バイポーラであってもなくてもよく、モノポーラであってもよい、すなわち単一の極性で動作する単一の導体を組み込んでもよい第１の地下伝送ケーブルによって規定されてもよい。第１のＤＣ電力伝送導管１８は、モノポーラ伝送線によって規定することもできる。
【００３５】
第１のバイポーラ伝送線４４に関して、測定装置は、正極性で動作するバイポーラ伝送線４４の第１の導体の正極電圧ｕｍＰの測定サンプル、および、負極性で動作するバイポーラ伝送線４４の第２の導体の負極電圧ｕｍＮの測定サンプルを周期的に取る。このような各測定サンプルは、各例において、第１の端子１４を規定するダブルバスバー（図示せず）のそれぞれのバスバーにおいてグラウンドに関して取られる。
【００３６】
一方、測定装置は、同様に、第１の端子１４において、第１の端子１４と第２の端子２０との間の第１の導体を流れる正極電流ｉｍＰの測定サンプル、および、第１の端子１４と第２の端子２０との間の第２の導体を流れる負極電流ｉｍＮの測定サンプルを周期的に取る。
【００３７】
測定装置によって採用されるサンプリング周期Ｔｓは、例えば、Ｔｓ＝１／９６０００秒によって与えることができる。
【００３８】
このような正および負のサンプルが取られるので、その後、図示の実施形態では、第１の保護コントローラ１０は、
【００３９】
【数１】
0006767478.tif 000002
【００４０】
の位相モード変換に従って、（「エアリアル」モードとしても知られ得る）正モード電圧値ｕｍ＋の形態で直接測定された電圧値ｕｍに相当するもの、および、正モード電流値ｉｍ＋の形態で直接測定された電流値ｉｍに相当するものを追加的に計算する必要がある。
ここで、
ｕｍＰは正極導管の測定電圧であり、
ｕｍＮは負極導管の測定電圧であり、
ｉｍＰは正極導管の測定電流であり、
ｉｍＮは負極導管の測定電流である。
【００４１】
上述の位相モード変換を実行するために、第１の保護コントローラ１０は、図２に示すように、位相モード変換ブロック４６を含む。
【００４２】
モノポーラ伝送線またはケーブルによって規定されるＤＣ電力伝送導管１８と動作可能に関連付けられる本発明の実施形態では、第１の保護コントローラ１０は、上述の位相モード変換を実行するようにプログラムされる必要はなく、測定装置から直接取得された測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍを代わりに使用することができる。したがって、このような実施形態における第１の保護コントローラ１０は、上述した位相モード変換ブロック４６を省略することができる。
【００４３】
したがって、第１の保護コントローラ１０は、測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍ、すなわち等価正モード電圧値ｕｍ＋および電流値ｉｍ＋のそれぞれのサンプリング対３８を取得する。
【００４４】
その後、第１の保護コントローラ１０は、測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍの各サンプリング対３８に関して、電圧故障成分および電流故障成分をそれぞれ隔離する。より詳細には、保護コントローラ１０は、対応する各測定電圧値ｕｍから故障成分電圧値Δｕｍを隔離し、対応する各測定電流値ｉｍから故障成分電流値Δｉｍを隔離し、これにより、故障成分電圧値Δｕｍおよび故障成分電流値Δｉｍの対応する隔離対４０をそれぞれ規定する。
【００４５】
保護コントローラ１０は、フィルタ、より詳細にはハイパスフィルタを適用することによってこのような隔離を実行するようにプログラムされ、そのために保護コントローラ１０はフィルタブロック４８を含む。フィルタブロック４８は、故障成分電圧値Δｕｍおよび故障成分電流値Δｉｍの上述のそれぞれの隔離対４０を
【００４６】
【数２】
0006767478.tif 000003
【００４７】
に従って生成する。
ここで、
Ｍは、選択された窓内のサンプルの数であり、選択された窓のサンプルが取得される長さによって決定される。
【００４８】
一例として、窓はＭ＝５ｍｓ／Ｔｓとなるように５ミリ秒であってもよく、Ｔｓは例えば１／９６０００秒のサンプリング周期であり、これによって、Ｍ＝０．００５×９６０００となり、Ｍ＝４８０となる。しかしながら、異なるサンプリング周期および／または窓長が使用されてもよい。
【００４９】
次に、第１の保護コントローラ１０は、故障成分電圧値Δｕｍおよび故障成分電流値Δｉｍの各隔離対４０から、ＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６におけるＤＣ電力伝送導管１８の故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算するようにプログラムされる。
【００５０】
保護コントローラ１０は、ＤＣ電力伝送導管１８の抵抗−インダクタンスモデルを使用してそれぞれの故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算するようにプログラムされる。そのようなモデルは、特に適している、すなわち第１のバイポーラ伝送線４４が比較的短い、例えば約１００ｋｍ未満（またはＤＣ電力伝送導管１８が代わりに地下伝送ケーブルによって規定される場合は、約３０ｋｍ未満）の場合に、所望の精度を提供する。
【００５１】
第１の保護コントローラ１０は、
【００５２】
【数３】
0006767478.tif 000004
【００５３】
の微分方程式に基づいて、故障成分電圧値Δｕｍおよび故障成分電流値Δｉｍの対応する隔離対４０からの様々な故障成分動作電圧Δｕｏｐのそれぞれの計算を処理する故障成分動作電圧計算ブロック５０を含む。
これは、
【００５４】
【数４】
0006767478.tif 000005
【００５５】
によって実装することができる。
ここで、
Ｒｓｅｔは、ＤＣ電力伝送導管１８に沿った第１の端子１４から設定点１６までのＤＣ電力伝送導管１８の部分の抵抗であり、
Ｌｓｅｔは、ＤＣ電力伝送導管１８に沿った第１の端子１４から設定点１６までのＤＣ電力伝送導管１８の部分のインダクタンスである。
【００５６】
上述した抵抗値Ｒｓｅｔおよびインダクタンス値Ｌｓｅｔのそれぞれは、例えばＤＣ電力ネットワーク２２のオペレータによって提供されるようなＤＣ電力伝送導管１８上の技術データ、および第１の端子１４からの設定点１６の知られている距離ＤＳｅｔから確立されてもよい。
【００５７】
本発明の他の実施形態（図示せず）では、代わりに、第１の保護コントローラ１０は、ＤＣ電力伝送導管１８の分散パラメータ線モデルまたはＤＣ電力伝送導管１８の周波数に依存する分散パラメータ線モデルのいずれかを使用することによって、ＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６におけるそれぞれの故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算するようにプログラムされてもよい。
【００５８】
保護コントローラ１０が、ＤＣ電力伝送導管１８の分散パラメータ線モデルを使用してそれぞれの故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算するようにプログラムされている実施形態では、周波数のパラメータは、Δｕｏｐ（ｔ−Ｔｐ）＝［ＫｐΔｆｍ（ｔ−２Ｔｐ）＋Δｂｍ（ｔ）／Ｋｐ］／２となるように、１つの代表周波数、例えば５０Ｈｚまたは１００Ｈｚのパラメータと同じであると仮定する。
ここで、
Δｆｍは、第１の保護装置３４の位置、すなわち第１の端子１４における順方向電圧進行波であり、
Δｂｍは、第１の保護装置３４の位置、すなわち第１の端子１４における逆方向電圧進行波である。
【００５９】
ΔｆｍとΔｂｍは
【００６０】
【数５】
0006767478.tif 000006
【００６１】
によって与えられる。
ここで、
【００６２】
【数６】
0006767478.tif 000007
【００６３】
は、第１のバイポーラ伝送線４４の単位当たりのインピーダンスｚ（ｏｈｍ／ｋｍ）およびアドミッタンスｙ（Ｓ／ｋｍ）によって計算されるサージインピーダンスである。
【００６４】
【数７】
0006767478.tif 000008
【００６５】
ω０は、代表周波数、すなわちＤＣ電力ネットワーク２２が動作している周波数である。
【００６６】
【数８】
0006767478.tif 000009
【００６７】
は、第１の保護装置３４が配置されている場所、すなわち第１の端子１４からＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６までの伝搬時間であり、ＤＳｅｔは、第１の端子１４からの設定点１６のｋｍの等価距離である。
【００６８】
【数９】
0006767478.tif 000010
【００６９】
は、第１の保護装置３４が配置されている場所、すなわち第１の端子１４からＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６までの減衰係数である。
【００７０】
上述の性能値は、ＤＣ電力ネットワーク２２のオペレータによって提供される技術データ、および第１の端子１４からの設定点１６までの知られている距離ＤＳｅｔから再び確立され得る。
【００７１】
代替として、第１の伝送線４２、すなわち第１のバイポーラ伝送線４４に歪みがない場合には、上記の主方程式を再度利用することができるが、代わりに以下のパラメータが計算されてもよい。
【００７２】
【数１０】
0006767478.tif 000011
【００７３】
はサージインピーダンスであり、Ｌは第１の伝送線４２の単位長さ当たりのインダクタンス（Ｈ／ｋｍ）であり、Ｃは第１の伝送線４２の単位長さ当たりのキャパシタンス（Ｆ／ｋｍ）である。
Ｔｚ＝０、すなわちサージインピーダンスの位相シフトは無視される。
【００７４】
【数１１】
0006767478.tif 000012
【００７５】
は、第１の保護装置３４が配置されている場所、すなわち第１の端子１４からＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６までの伝搬時間である。
Ｋｐ＝ｅｘｐ（−ＲＤＳｅｔ／Ｚｃ）は、第１の保護装置３４が配置されている場所、すなわち第１の端子１４からＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６までの減衰係数であり、Ｒは、第１の伝送線４２の単位長さ当たりの抵抗（ｏｈｍ／ｋｍ）である。
【００７６】
同様に、これらの性能値は、ＤＣ電力ネットワーク２２のオペレータによって提供される技術データ、および第１の端子１４からの設定点１６までの知られている距離ＤＳｅｔから再び確立され得る。
【００７７】
いずれにしても、ＤＣ電力伝送導管１８の分散パラメータ線モデルを用いてそれぞれの故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算するようにプログラムされた第１の保護コントローラ１０は、線内の電圧波形進行の任意の伝搬時間遅延を考慮することができるので、より長い伝送線４２、すなわち約１００ｋｍから２００ｋｍ（またはＤＣ電力伝送導管１８が地下ケーブルによって規定されている場合には約３０ｋｍから８０ｋｍ）の線に有用である。
【００７８】
第１の保護コントローラ１０が、ＤＣ電力伝送導管１８の周波数分散パラメータ線モデルを用いてそれぞれの故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算するようにプログラムされたさらなる実施形態では、保護コントローラ１０は、まず、
【００７９】
【数１２】
0006767478.tif 000013
【００８０】
に従って順方向進行波Δｆｍ（ｔ）および逆方向進行波Δｂｍ（ｔ）を計算する。
ここで、
Ｚｃ（ｔ）は周波数依存のサージインピーダンスであり、周波数領域では
【００８１】
【数１３】
0006767478.tif 000014
【００８２】
によって表すことができる。
Ｚｃ０はサージインピーダンスの一定部分であり、
ａｋおよびｂｋは周波数領域Ｚｃ（ｚ）におけるサージインピーダンスの係数である。
【００８３】
上述のａｋおよびｂｋの係数は、カールソンの方程式によって、例えばＤＣ電力ネットワーク２２のオペレータによって提供されるようなＤＣ電力伝送導管１８上の技術データから計算することができる。
【００８４】
一方、記号＊は畳み込みの数学的演算を表し、サージインピーダンスＺｃは３次であると仮定することができる。
【００８５】
次に、保護コントローラ１０は、
【００８６】
【数１４】
0006767478.tif 000015
【００８７】
に従って設定点１６における順方向進行波ｆｏｐおよび逆方向進行波ｂｏｐを計算する。
ここで、
ＴｐＳｅｔは、第１の保護装置３４が配置されている場所、すなわち第１の端子１４からＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６までの最小伝搬時間である。
ｈｓｅｔ（ｔ）は、第１の保護装置３４が配置されている場所、すなわち第１の端子１４からＤＣ電力伝送導管１８に沿った設定点１６までの進行波の伝搬関数であり、周波数領域では
【００８８】
【数１５】
0006767478.tif 000016
【００８９】
によって表すことができる。
ｃｋおよびｄｋは伝搬関数Ｈｓｅｔ（ｚ）の係数である。
【００９０】
上述のｃｋおよびｄｋの係数は、再び、カールソンの方程式によって、ＤＣ電力ネットワーク２２のオペレータによって提供される技術データから計算することができる。
【００９１】
最後に、保護コントローラ１０は、Δｕｏｐ＝Δｆｏｐ＋Δｂｏｐに従って、それぞれの故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算する。
【００９２】
ＤＣ電力伝送導管１８の周波数に依存する分散パラメータ線モデルを使用してそれぞれの故障成分動作電圧Δｕｏｐを計算するようにプログラムされた第１の保護コントローラ１０は、超長距離伝送線４２、すなわち約２００ｋｍ以上の長さ（またはＤＣ電力伝送導管１８が地下ケーブルによって規定されている場合には８０ｋｍ以上の長さ）の線について、このような長さの伝送線における進行波の波形にかなりの歪みを与える周波数依存パラメータ（例えば表皮効果など）を考慮することができるので有用である。
【００９３】
一方、示された実施形態に戻って、保護コントローラ１０は、所与の計算された故障成分動作電圧Δｕｏｐ、より詳細には計算された各故障成分動作電圧Δｕｏｐを、測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍのより早いサンプリング対３８からの履歴測定電圧値ｕｍ’から得られた履歴電圧値ｕｈと比較するようにプログラムされる。
【００９４】
示された実施形態では、履歴電圧値ｕｈは、上記の履歴測定電圧値ｕｍ’、すなわち、第１の端子１４において得られたより早い測定電圧値ｕｍ’と同一であり、これから直接的に導かれる。
【００９５】
本発明の他の実施形態では、履歴電圧値ｕｈは、代わりに、ＤＣ電力伝送導管１８に沿った他のいくつかの点について計算された履歴算出電圧値によって与えられてもよい。このような状況では、履歴算出電圧値は、第１の端子１４において（より早いサンプリング対（３８）として）取得された対応する履歴測定電圧値および電流値から算出される、すなわちこれから得られる。
【００９６】
保護コントローラ１０は、所与の故障成分動作電圧Δｕｏｐの振幅を上記の履歴電圧ｕｈの振幅と比較するようにプログラムされた比較ブロック５２を含む。
【００９７】
示された実施形態では、保護コントローラ１０は、
【００９８】
【数１６】
0006767478.tif 000017
【００９９】
に従って、対応する故障成分動作電圧Δｕｏｐおよび履歴電圧値ｕｈのそれぞれから二乗平均平方根（ＲＭＳ）値｜｜Δｕｏｐ｜｜、｜｜ｕｈ｜｜を決定する振幅計算ブロック５４を使用して、これらのそれぞれの振幅｜｜  ｜｜を計算する。
Ｗは、サンプルセット中の例えば４８であるサンプルの数であり、すなわち、（保護コントローラ１０による高速の応答を保証するために）１／９６０００秒のサンプリング周期で０．５ミリ秒の窓長を設定することによって得られる。
【０１００】
本発明の他の実施形態では、振幅計算ブロック５４は、代わりに、絶対値の和、すなわち
【０１０１】
【数１７】
0006767478.tif 000018
【０１０２】
によって与えられる形態で振幅｜｜  ｜｜を決定することができる。
ここで、
Ｗは、再度、サンプルセット中のサンプルの数である。
【０１０３】
いずれの場合でも、保護コントローラ１０は、所与の計算された故障成分動作電圧｜｜Δｕｏｐ｜｜の振幅を、所与の計算された故障成分動作電圧｜｜Δｕｏｐ｜｜の上記の振幅が導出される測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍのサンプリング対３８が得られた、すなわち測定された時刻の前の所定の期間に取得された、すなわち測定された履歴測定電圧値ｕｍ’から導かれた、すなわちこれと同一の対応する履歴電圧値｜｜ｕｈ｜｜の振幅と比較するようにプログラムされている。
【０１０４】
所定の期間は、少なくとも５ミリ秒であり、図示の実施形態では１０ミリ秒である。所定の期間は、１０ミリ秒よりも短くてもよく、または１０ミリ秒より長くてもよい。
【０１０５】
いずれにしても、履歴電圧値ｕｈが導出される履歴測定電圧値ｕｍ’が、比較される故障成分動作電圧Δｕｏｐが取得される電圧値ｕｍおよび電流値ｉｍの１０ミリ秒前に得られることを確実にする実際的な方法は、履歴電圧値ｕｈの利用に遅延を導入することである。保護コントローラ１０は、履歴電圧値｜｜ｕｈ｜｜の振幅のさらなる利用を所望の１０ミリ秒保持する遅延ブロック５６を含むことによってこれを達成する。
【０１０６】
計算された故障成分動作電圧｜｜Δｕｏｐ｜｜の振幅が、対応する履歴電圧値｜｜ｕｈ｜｜の振幅よりも大きい場合、第１の保護コントローラ１０は、保護ゾーン１２内に故障があることを特定する。
【０１０７】
保護コントローラ１０によってカバーされる保護ゾーン１２内で第１の故障６０が生じている場合の第１の保護コントローラ１０のこのような動作は、図３（ａ）に概略的に示されている。
【０１０８】
より詳細には、第１の故障６０が発生する前に、第１の端子１４における測定電圧値は、次にそれぞれの履歴測定電圧値ｕｍ’が同様に通常動作電圧と等しいままであるように、関連するＤＣ電力伝送導管１８の通常動作電圧と等しいままである。したがって、履歴測定電圧値ｕｍ’から直接導出されたそれぞれの履歴電圧値ｕｈも通常動作電圧と等しいままである。このプレ故障期間中に得られた測定電圧値および測定電流値には故障成分はなく、したがって、設定点１６において計算された故障成分動作電圧｜｜Δｕｏｐ｜｜の振幅はゼロである。
【０１０９】
したがって、所与の履歴電圧値｜｜ｕｈ｜｜の振幅、すなわちＤＣ電力伝送導管１８の通常の予想動作電圧の振幅は、対応する計算された故障成分動作電圧｜｜Δｕｏｐ｜｜の振幅よりも大きいので、保護コントローラ１０は、故障が発生したことを示さない。
【０１１０】
第１の故障６０が発生すると、故障成分電圧値Δｕｍおよび故障成分電流値Δｉｍの隔離対４０が保護コントローラ１０のフィルタブロック４８によって出力されるように、第１の端子１４における測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍのそれぞれに故障成分が現れる。このような隔離対４０は、図３（ａ）に示すように、対応する履歴電圧値ｕｈ、すなわち１０ミリ秒前に測定されたＤＣ伝送導管１８の通常動作電圧の振幅よりも大きな振幅を有する計算された故障成分動作電圧Δｕｏｐを上昇させる。その結果、保護コントローラ１０は、第１の故障６０が保護ゾーン１２内に発生したことを特定することができる。
【０１１１】
その後、保護コントローラ１０は、例えば第１のＡＣネットワーク２６から保護ゾーン１２を保護、すなわち隔離するために、トリップコマンド５８を発行することによって、第１の保護装置３４を動作させる。
【０１１２】
保護ゾーン１２の外側にある点で第２の故障６４がＤＣ電力伝送導管１８に発生したときの第１の保護コントローラ１０の動作が図３（ｂ）に概略的に示されている。
【０１１３】
再び、第１の故障６０が発生する前に、第１の端子１４での測定電圧値は、それぞれの履歴電圧値ｕｈが同様に通常動作電圧と等しいままであるように、関連するＤＣ電力伝送導管１８の通常動作電圧と等しいままである。測定電圧値および測定電流値には故障成分が存在しないので、設定点１６における計算された故障成分動作電圧｜｜Δｕｏｐ｜｜の振幅はゼロであり、保護コントローラ１０は故障が生じたことを示さない。
【０１１４】
第２の故障６４が保護ゾーン１２の外側に発生すると、故障成分はそれでも、第１の端子１４における測定電圧値ｕｍおよび測定電流値ｉｍのそれぞれに現れるので、故障成分電圧値Δｕｍおよび故障成分電流値Δｉｍの隔離対４０が保護コントローラ１０のフィルタブロック４８によって再び出力される。しかしながら、上述の隔離対４０から導出される計算された故障成分動作電圧Δｕｏｐは、図３（ｂ）に示すように、対応する履歴電圧値ｕｈの振幅、すなわち１０ミリ秒早く測定されたＤＣ伝送導管１８の通常動作電圧よりも小さい振幅を有する。その結果、保護コントローラ１０は、第２の故障６４が保護ゾーン１２の外側に発生したことを知ることができ、したがって、故障が発生したことを示さない。
【０１１５】
上記に加えて、第１の保護コントローラ１０は、例えば第１のＤＣ電力伝送導管１８の他端部において第２の端子２０に動作可能に関連付けられた第２の保護コントローラ７０から外部トリップ信号６２を受信すると第１の保護装置３４を動作させる。第２の保護コントローラ７０は、第１の保護コントローラ１０と非常に類似しており、同様に第２の端子２０から間隔をおいて配置され、第１の保護ゾーン１２と重なる第２の保護ゾーンを規定するさらなる設定点（図示せず）に関して、本質的に同じ方法で動作するようにプログラムされる。
【０１１６】
第２の保護コントローラ７０は、第２の保護ゾーンを第２の端子２０およびそれに接続された第２のＡＣネットワーク３０から隔離するさらなる回路遮断器３６の形態の第２の保護装置７２を動作させるようにさらに構成される。したがって、第１および第２の保護コントローラ１０、７０および関連する第１および第２の保護装置３４、７２は、第１のＤＣ電力伝送導管１８に対して重複する保護をともに提供する。
【符号の説明】
【０１１７】
１０  第１の保護コントローラ
１２  第１の保護ゾーン
１４  第１の端子
１６  設定点
１８  第１のＤＣ電力伝送導管
２０  第２の端子
２２  ＤＣ電力ネットワーク
２４  ＤＣグリッド
２６  第１のＡＣネットワーク
２８  第１の電力変換器
３０  第２のＡＣネットワーク
３２  第２の電力変換器
３４  第１の保護装置
３６  回路遮断器
３８  サンプリング対
４０  隔離対
４２  第１の伝送線
４４  第１のバイポーラ伝送線
４６  位相モード変換ブロック
４８  フィルタブロック
５０  故障成分動作電圧計算ブロック
５２  比較ブロック
５４  振幅計算ブロック
５６  遅延ブロック
５８  トリップコマンド
６０  第１の故障
６２  外部トリップ信号
６４  第２の故障
７０  第２の保護コントローラ
７２  第２の保護装置
【図１】
0006767478.tif 000019
【図２】
0006767478.tif 000020
【図３ａ】
0006767478.tif 000021
【図３ｂ】
0006767478.tif 000022