(57)【要約】  ＤＣ電力ネットワーク（１２）内のＤＣ送電媒体（２０）を保護するためのＤＣ距離保護機構（１０；６０；８０；９０；１００；１１０）は、使用時にＤＣ送電媒体（２０）に結合される保護デバイス（１６；６４；８４；９４；１０４；１１４）を備える。保護デバイス（１６；６４；８４；９４；１０４；１１４）は、ＤＣ送電媒体（２０）を電気的障害から保護する。ＤＣ距離保護機構（１０；６０；８０；９０；１００；１１０）はまた、ＤＣ送電媒体（２０）の電流（ｉm）および電圧（ｕm）を選択的に測定するための測定装置をも含む。ＤＣ距離保護機構（１０；６０；８０；９０；１００；１１０）はまた、（ｉ）測定された電流（ｉm）および電圧（ｕm）を使用してＤＣ送電媒体（２０）の動作電圧（ｕop）を計算し、（ｉｉ）計算された動作電圧（ｕop）と測定された電圧（ｕm）；との間の過渡比較を実行し、（ｉｉｉ）過渡比較が所定の基準を満たす場合に、保護デバイス（１６；６４；８４；９４；１０４；１１４）を動作させてＤＣ送電媒体（２０）を保護するようにプログラムされたコントローラ（２２；６２；８２；９２；１０２；１１２）をも含む。【選択図】図１
2018521613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣ電力ネットワーク（１２）内のＤＣ送電媒体（２０）を保護するＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）であって、
使用時にＤＣ送電媒体（２０）に結合される保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）であり、前記保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）は、前記ＤＣ送電媒体（２０）を電気的障害から保護するように動作可能である、保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）と、
前記ＤＣ送電媒体（２０）の電流（ｉm)および電圧（ｕm)を選択的に測定するための測定装置と、
（ｉ）前記測定された電流（ｉm)および電圧（ｕm)を使用して前記ＤＣ送電媒体（２０）の動作電圧（ｕop)を計算し、
（ｉｉ）前記計算された動作電圧（ｕop)と前記測定された電圧（ｕm)との間の過渡比較を実行し、
（ｉｉｉ）前記過渡比較が所定の基準を満たす場合、前記保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）を動作させて前記ＤＣ送電媒体（２０）を保護する
ようにプログラムされているコントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）と
を備える、ＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項２】
前記保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）、前記測定装置および前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）の各々は、使用時に、前記ＤＣ送電媒体（２０）が配置されている関連するＤＣ電力ネットワーク（１２）の第１の端子（２４）に動作可能に関連付けられ、前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）は、前記ＤＣ送電媒体（２０）の第１の点（２６）における前記ＤＣ送電媒体（２０）の動作電圧（ｕop)を計算するようにプログラムされ、前記第１の点（２６）は、前記関連するＤＣ電力ネットワーク（１２）の前記第１の端子（２４）と第２の端子（３０）との間に延在する前記ＤＣ送電媒体（２０）の第１の部分（２８）に位置する、請求項１に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項３】
前記第１の点（２６）は、前記第１の部分（２８）の全長の８０％から９５％の間だけ前記第１の端子（２４）から離間している、請求項２に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項４】
前記保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）、前記測定装置および前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）の各々は、使用時に、前記ＤＣ送電媒体（２０）が配置されている関連するＤＣ電力ネットワーク（１２）の第１の端子（２４）に動作可能に関連付けられ、前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）は、前記ＤＣ送電媒体（２０）の第２の点（３６）における前記ＤＣ送電媒体（２０）の動作電圧（ｕop)を計算するようにプログラムされ、前記第２の点（３６）は、前記関連するＤＣ電力ネットワーク（１２）の第２の端子（３０）と第３の端子（４０）との間に延在する前記ＤＣ送電媒体（２０）の第２の部分（３８）に位置し、前記第２の端子（３０）は、前記ＤＣ送電媒体（２０）の第１の部分（２８）によって、前記ＤＣ電力ネットワーク（１２）の前記第１の端子（２４）から離間されている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項５】
前記第２の点（３６）は、前記第２の部分（３８）の全長の２０％から５０％の間だけ前記第２の端子（３０）から離間している、請求項４に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項６】
前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）は、前記ＤＣ送電媒体（２０）の以下のモデル、すなわち、
抵抗−インダクタンスモデル、
分散パラメータラインモデル、および
周波数依存分散パラメータラインモデル
のうちの１つを使用して動作電圧（ｕop)を計算するようにプログラムされている、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項７】
前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）は、
前記電圧（ｕm)の大きさの比較、および、
前記電圧（ｕm)の相関
のうちの１つを使用して、前記計算された動作電圧（ｕop)と前記測定された電圧（ｕm)との間の過渡比較を実行するようにプログラムされている、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項８】
前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）は、前記電圧（ｕm)を相関させるときに、結果もたらされる相関係数（Ｒcor）を閾値（Ｒset）と比較し、前記相関係数（Ｒcor）が前記閾値（Ｒset）未満である場合に前記保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）を動作させるようにプログラムされている、請求項７に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項９】
前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）は、前記ＤＣ送電媒体（２０）内の前記第１の点（２６）における第１の計算された動作電圧（ｕop)に関する第１の過渡比較が、所定の基準を満たす場合、または、前記ＤＣ送電媒体（２０）内の前記第２の点（３６）における第２の計算された動作電圧（ｕop)に関する第２の過渡比較が、所定の基準を満たす場合に、前記保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）を動作させるようにプログラムされている、請求項２もしくは請求項３に従属するときの請求項４、または、当該請求項４に従属する任意のさらなる請求項に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項１０】
前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）は、前記第２の過渡比較が前記所定の基準を満たすときに、前記保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）の動作を遅延させるようにさらにプログラムされている、請求項９に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項１１】
前記コントローラ（２２、６２、８２、９２、１０２、１１２）は、外部トリップ信号の受信時に前記保護デバイス（１６、６４、８４、９４、１０４、１１４）を動作させるようにさらにプログラムされている、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の複数のＤＣ距離保護機構（１０、６０、８０、９０、１００、１１０）を備える、ＤＣ電力ネットワーク（１２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流電流（ＤＣ）距離保護機構および複数のそのような機構を含むＤＣ電気回路網に関する。
【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、各々がＤＣ送電網をそれぞれの交流（ＡＣ）ネットワークと相互接続するための電力変換器と動作可能に関連付けられている複数の端子を含む。
【０００３】
それぞれの端子対は、伝送線路またはケーブルのようなＤＣ送電媒体の一部分によって相互接続される。回路遮断器およびリレーなどの保護デバイスが、障害が発生した場合にＤＣ電力ネットワークを保護するために作動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１４／０５３１７４号
【発明の概要】
【０００５】
本発明の第１の態様によれば、ＤＣ電力ネットワーク内のＤＣ送電媒体を保護するＤＣ距離保護機構が提供され、ＤＣ距離保護機構は、使用時にＤＣ送電媒体に結合される保護デバイスであって、
保護デバイスは、ＤＣ送電媒体を電気的障害から保護するように動作可能である、保護デバイスと、
ＤＣ送電媒体の電流および電圧を選択的に測定するための測定装置と、
（ｉ）測定された電流および電圧を使用してＤＣ送電媒体の動作電圧を計算し、
（ｉｉ）計算された動作電圧と測定された電圧との間の過渡比較を実行し、
（ｉｉｉ）過渡比較が所定の基準を満たす場合、保護デバイスを動作させてＤＣ送電媒体を保護する
ようにプログラムされているコントローラと
を備える、ＤＣ距離保護機構が提供される。
【０００６】
本発明のＤＣ距離保護機構は、保護デバイスの障害およびその後の動作の検出を可能にし、すなわち、これはＤＣ送電媒体の測定された電流および電圧が得られることのみを必要とするような、計算された動作電圧と測定された電圧との間の過渡比較によるものである。
【０００７】
このような測定は、局所的に、すなわちＤＣ送電媒体の特定の部分に関連するコントローラおよび保護デバイスに直に隣接して得ることができ、そのため、本発明は、そうでなければコントローラおよび保護デバイスから遠く離れて発生する障害の表示を提供するために必要とされるであろう１つまたは複数の遠隔要素との通信リンクを確立する必要なしにＤＣ送電媒体の全長を保護することができる。
【０００８】
上述の機能性は、例えば、数百キロメートルのかなりの長さのＤＣ送電媒体が、１つまたは複数の遠隔要素との通信が信頼できないこと、または、通信が確立されたときの情報を受信する結果もたらされる遅延が、関連する保護デバイスを有意義な保護を提供するのに十分迅速に動作させることができないことを意味するときに、特に望ましい。
【０００９】
さらに、局所的な電流および電圧測定のみに依存することにより、本発明の保護機構は、保護デバイスを、例えば障害発生の１ミリ秒以内と非常に迅速に動作させることができる。
【００１０】
好ましくは、保護デバイス、測定装置およびコントローラの各々は、使用時に、ＤＣ送電媒体が配置されている関連するＤＣ電力ネットワークの第１の端子に動作可能に関連付けられ、コントローラは、ＤＣ送電媒体の第１の点におけるＤＣ送電媒体の動作電圧を計算するようにプログラムされ、第１の点は、関連するＤＣ電力ネットワークの上記第１の端子と第２の端子との間に延在するＤＣ送電媒体の第１の部分に位置する。
【００１１】
前述の構成は、望ましくは、例えばＤＣグリッドの一部を形成し得るなど、ＤＣ送電媒体の第１の部分を保護する。
【００１２】
任意選択的に、第１の点は、第１の部分の全長の８０％から９５％の間だけ第１の端子から離間している。
【００１３】
前述の方法で第１の点を配置することは、ＤＣ送電媒体の第１の部分内の障害と、例えばＤＣグリッドのさらなる部分を形成し得るＤＣ送電媒体の何らかの他の部分の障害とを確実に区別するのに役立つ。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態では、保護デバイス、測定装置およびコントローラの各々は、使用時に、ＤＣ送電媒体が配置されている関連するＤＣ電力ネットワークの第１の端子に動作可能に関連付けられ、コントローラは、ＤＣ送電媒体の第２の点におけるＤＣ送電媒体の動作電圧を計算するようにプログラムされ、第２の点は、関連するＤＣ電力ネットワークの第２の端子と第３の端子との間に延在するＤＣ送電媒体の第２の部分に位置し、第２の端子は、ＤＣ送電媒体の第１の部分によって、ＤＣ電力ネットワークの上記第１の端子から離間されている。
【００１５】
上記第２の点でＤＣ送電媒体の動作電圧を計算するようにコントローラをプログラムすることは、有利には、ＤＣ送電媒体の第１の部分内の、すなわち第１の端子と第２の端子との間に延在するような障害と、第２の端子と第３の端子との間のＤＣ送電媒体の第２の部分内の障害とを区別するのにさらに役立つ。
【００１６】
第２の点は、第２の部分の全長の２０％から５０％の間で第２の端子から離間していてもよい。
【００１７】
前述のように第２の点を配置することは、望ましくは、ＤＣ送電媒体の前述の第１の部分内の障害と、第２の端子と第３の端子との間のＤＣ送電媒体の上記第２の部分内の障害とを確実に区別するのに役立つ。
【００１８】
任意選択的に、コントローラは、ＤＣ送電媒体の以下のモデル、すなわち、
抵抗−インダクタンスモデル、
分散パラメータラインモデル、および
周波数依存分散パラメータラインモデル
のうちの１つを使用して動作電圧を計算するようにプログラムされる。
【００１９】
前述のモデルの各々は、ＤＣ送電媒体の全長に従って、ＤＣ送電媒体の性能特性に近似する方法に関して所望の正確度を提供する。
【００２０】
好ましくは、コントローラは、
上記電圧の大きさの比較、および、
上記電圧の相関
のうちの１つを使用して、計算された動作電圧と測定された電圧との間の過渡比較を、実行するようにプログラムされる。
【００２１】
このような過渡比較は、例えば、プログラム可能マイクロコントローラなどの形態のコントローラによって容易に実行することができる。
【００２２】
コントローラは、上記電圧を相関させるときに、結果もたらされる相関係数を閾値と比較し、相関係数が当該閾値未満である場合に保護デバイスを動作させるようにプログラムすることができる。
【００２３】
このような方法でコントローラをプログラミングすることは、コントローラが、ＤＣ送電媒体の第１の部分内の障害と、ＤＣ送電媒体の何らかの他の部分内の障害との間で確実かつ繰り返し区別することが可能であることを確実にするのに役立ち、それによって、保護デバイスの望ましくない動作が回避される。
【００２４】
本発明のさらに好ましい実施形態では、コントローラは、ＤＣ送電媒体内の第１の点における第１の計算された動作電圧に関する第１の過渡比較が、所定の基準を満たす場合、または、ＤＣ送電媒体内の第２の点における第２の計算された動作電圧に関する第２の過渡比較が、所定の基準を満たす場合に、保護デバイスを動作させるようにプログラムされる。
【００２５】
上記のようにプログラムされたコントローラを有することにより、本発明のＤＣ距離保護機構は、ＤＣ送電媒体の第１の部分内の障害と第２の部分内の障害との間で区別し、例えばＤＣ送電媒体の第２の部分に関連付けられる本発明によるさらなるＤＣ距離機構に対するバックアップ保護として作用する、本発明のＤＣ距離保護機構のオプションを提供することが可能になる。
【００２６】
コントローラは、第２の過渡比較が所定の基準を満たすときに、保護デバイスの動作を遅延させるようにさらにプログラムすることができる。
【００２７】
このようにコントローラを構成することは、本発明のものと本質的に同一の第２のＤＣ距離保護機構によって保護されているＤＣ送電媒体の第２の部分に障害が発生した場合に、保護デバイスの誤動作を回避するのに役立つ。
【００２８】
任意選択的に、コントローラは、外部トリップ信号の受信時に保護デバイスを動作させるようにさらにプログラムされる。
【００２９】
このような構成は、ＤＣ電力ネットワーク内の遠隔端子間の適度な通信が可能である状況において、本発明の保護機構の機能性を有利に拡張する。
【００３０】
本発明の第２の態様によれば、上述したような複数のＤＣ距離保護機構を備えるＤＣ電力ネットワークが提供される。
【００３１】
このようなＤＣ電力ネットワークは、そこに含まれるＤＣ距離保護機構に関連する利点を共有する。
【００３２】
次に、以下の図面を参照して、非限定的な例によって、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】
【００３３】
【図１】本発明のそれぞれの実施形態による複数のＤＣ距離保護機構を含むＤＣ電力ネットワークの概略図である。
【図２】図１に示すＤＣ距離保護機構の各々の一部を形成するコントローラの概略図である。
【図３】図２に示すコントローラの一部を形成する動作電圧計算ブロックの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１に概略的に示されるように、本発明の第１の実施形態によるＤＣ距離保護機構が、参照番号１０で全体的に示され、ＤＣグリッド１４の形態のＤＣ電力ネットワーク１２の一部を形成する。
【００３５】
第１のＤＣ距離保護機構１０は、図示の実施形態では回路遮断器１８である第１の保護デバイス１６を含むが、リレーなどの他のタイプの保護デバイスも可能である。保護デバイス１６すなわち回路遮断器１８は、使用時にＤＣ送電媒体２０に電気的に結合され、すなわちＤＣ送電媒体２０と直列に配置され、ＤＣ送電媒体２０を電気的障害から保護するように動作可能である。
【００３６】
ＤＣ距離保護機構１０はまた、ＤＣ送電媒体２０の電流および電圧を選択的に測定することができる第１の測定装置（図示せず）を含む。
【００３７】
さらに、ＤＣ距離保護機構１０は、
（ｉ）測定された電流および電圧を使用してＤＣ送電媒体２０の動作電圧を計算し、
（ｉｉ）計算された動作電圧と測定された電圧との間の過渡比較を実行し、
（ｉｉｉ）過渡比較が所定の基準を満たす場合に、第１の保護デバイス１６を動作させてＤＣ送電媒体２０を保護する
ようにプログラムされた第１のコントローラ２２を含む。
【００３８】
より具体的には、第１の保護デバイス１６、第１の測定装置および第１のコントローラ２２の各々は、ＤＣ電力ネットワーク１２の第１の端子２４と動作可能に関連付けられ、第１のコントローラ２２は、ＤＣ送電媒体２０内の第１の点２６におけるＤＣ送電媒体２０の動作電圧ｕop1を計算するようにプログラムされる。
【００３９】
第１の点２６は、ＤＣ電力ネットワーク１２、すなわちＤＣグリッド１４の第１の端子２４と第２の端子３０との間に延在しているＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８にある。図示の実施形態では、ＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８は、第１の伝送線路３２によって、より詳細には第１の双極伝送線路３４、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路によって画定される。他の実施形態（図示せず）では、ＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８は代わりに、双極であってもなくてもよく、単極であってもよい、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の伝送ケーブルによって画定されてもよい。第１の部分２８はまた、単極伝送線路によって画定することもできる。
【００４０】
第１の点２６は、第１の部分２８の全長、すなわち第１の双極伝送線路３４の全長の８０％と９５％との間だけ第１の端子２４から離間しており、それによって、第１の点は、第１の端子２４からの第１の距離ＤSet1のところにある。
【００４１】
前述に加えて、第１のコントローラ２２はまた、ＤＣ送電媒体２０の第２の点３６におけるＤＣ送電媒体２０の動作電圧ｕop2を計算するようにもプログラムされている。
【００４２】
第２の点３６は、ＤＣ電力ネットワーク１２の第２の端子３０と第３の端子４０との間に延在しているＤＣ送電媒体２０の第２の部分３８にある。
【００４３】
ＤＣ送電媒体２０の第２の部分３８は、同様に、第２の双極伝送線４４の形態の第２の伝送線路４２によって画定される。本発明のさらなる実施形態では、第２部分３８は、単極性であってもよく、伝送ケーブルまたは他の媒体によって画定されてもよい。
【００４４】
第２の点３６は、第２の端子３０から、ＤＣ送電媒体２０の第２の部分３８の全長、すなわち第２の双極伝送線路４４の全長の２０％と５０％との間だけ離間されている。その結果、第２の点３６は、第１の端子２４から離れた第２の距離ＤSet2のところにあり、第２の距離ＤSet2は、ＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８の全長と、上述の第２部分３８の長さの２０％〜５０％とから構成される。
【００４５】
第１のコントローラ２２は、第１の点２６および第２の点３６の各々におけるＤＣ送電媒体２０の動作電圧ｕop1、ｕop2を別々に計算するようにプログラムされている。このような計算は、第１の端子２４、すなわち第１のコントローラ２２が動作可能に関連付けられている端子において測定される電流および電圧値を利用する。
【００４６】
ＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８および第２の部分３８の各々は、それぞれの双極伝送線路３４，４４によって画定されるため、正電圧ｕmP（ｎ）および正電流ｉmP（ｎ）ならびに負電圧ｕmN（ｎ）および負電流ｉmN（ｎ）の測定サンプルを得ることができる。その上、サンプリング周期Ｔｓは、例えば、Ｔｓ＝１／９６０００秒によって与えられ得る。
【００４７】
このような正および負のサンプルが採取されるべきである場合、その後、第１のコントローラ２２が、以下の位相モード変換に従って、第１の正モードm1（「空中」モードとしても知られ得る）および第２のゼロモードｍ0（「アース」モードとしても知られ得る）の各々について電圧値ｕm1、ｕm0および電流値ｉm1、ｉm0を計算する必要がある。
【００４８】
【数１】
2018521613.tif 000003
式中、
ｕmPは正極線の測定電圧であり、
ｉmPは正極線の測定電流であり、
ｕmNは負極線の測定電圧であり、
ｉmNは負極線の測定電流である。
【００４９】
単極伝送線路またはケーブルによって画定されるＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８および第２の部分３８に動作可能に関連付けられる本発明の実施形態では、第１のコントローラ２２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い。
【００５０】
上述の位相モード変換に続いて、第１のコントローラ２２は、その後、第１の点２６におけるＤＣ送電媒体２０の第１の動作電圧ｕop1と、第２の点３６におけるＤＣ送電媒体２０の第２の動作電圧ｕop2とを別個に計算するようにプログラムされる。
【００５１】
図示の実施形態では、第１のコントローラ２２は、ＤＣ送電媒体２０の抵抗−インダクタンスモデルを使用して、第１の動作電圧ｕop1および第２の動作電圧ｕop2の各々を計算するようにプログラムされている。このようなモデルは、第１の双極伝送線路３４および第２の双極伝送線路４４の各々が比較的短く、例えば、約１００ｋｍ未満（またはＤＣ送電媒体２０が代わりに地下伝送ケーブルによって画定される場合は約３０ｋｍ未満）である場合に、特に適切である、すなわち、所望の正確度をもたらす。
【００５２】
より具体的には、第１のコントローラ２２は、図２に示すような第１の動作電圧計算ブロック４６1および第２の動作電圧計算ブロック４６2を含み、それらの各々は、前述の位相モード変換および第１の動作電圧ｕop1および第２の動作電圧ｕop2のうちの対応する一方の計算を取り扱う。
【００５３】
第１の動作電圧ｕop1および第２の動作電圧ｕop2のこのような計算の各々は、微分方程式に基づいており、
【００５４】
【数２】
2018521613.tif 000004
これは、以下によって実施することができる。
【００５５】
【数３】
2018521613.tif 000005
ここで、
ｕopは、それぞれの第１の点２６または第２の点３６における対応する正動作電圧ｕop1またはゼロモード動作電圧ｕop0を与え、
ｕmは正モード測定電圧ｕm1またはゼロモード測定電圧ｕm0であり、
ｉmは正モード測定電流ｉm1またはゼロモード測定電流ｉm0であり、
Ｒsetは、第１の端子２４から対応する第１の点２６または第２の点３６へのＤＣ送電媒体２０の抵抗であり、すなわち、
Ｒset1は、第１の端子２４から第１の点２６までのＤＣ送電媒体２０、すなわち第１の双極伝送線路３４の第１の部分２８の抵抗であり、
Ｒset2は、第１の部分２８全体の抵抗に、第２の端子３０から第２の点３６までのＤＣ送電媒体２０、すなわち第２の双極伝送線路４４の第２の部分３８の抵抗を加えた抵抗であり、
Ｌsetは、第１の端子２４から対応する第１の点２６または第２の点３６へのＤＣ送電媒体２０のインダクタンスであり、すなわち、
Ｌset1は、第１の端子２４から第１の点２６までのＤＣ送電媒体２０、すなわち第１の双極伝送線路３４の第１の部分２８のインダクタンスであり、
Ｌset2は、第１の部分２８全体のインダクタンスに、第２の端子３０から第２の点３６までのＤＣ送電媒体２０、すなわち第２の双極伝送線路４４の第２の部分３８のインダクタンスを加えた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の各々は、例えば、ＤＣ電力ネットワーク１２のオペレータによって与えられるような、ＤＣ送電媒体２０上の技術データ、ならびに、第１の端子２４からの対応する第１の点２６および第２の点３６の既知の第１の距離ＤSet1および第２の距離ＤSet2から確立することができる。
【００５７】
その後、ＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８および第２の部分３８の各々は、それぞれの双極伝送線路３４，４４によって画定されるため、第１のコントローラ２２は、伝送線路３４，４４の正および負の線の各々の実際の動作電圧ｕopP，ｕopNを決定する必要がある。
【００５８】
第１のコントローラ２２は、前述の位相モード変換を逆にすることによって、すなわち、以下に従って、これを行うようにプログラムされている。
【００５９】
【数４】
2018521613.tif 000006
ここでも、単極伝送線路またはケーブルによって画定されるＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８および第２の部分３８に動作可能に関連付けられる本発明の実施形態では、第１のコントローラ２２は、上述の逆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い。
【００６０】
第１のコントローラ２２の動作電圧計算ブロック４６1，４６2の各々が実行するようにプログラムされている動作の概要が、図３に概略的に示されている。
【００６１】
具体的には、図３は、各動作電圧計算ブロック４６1，４６2が、
正モードm1およびゼロモードm0の各々について電圧ｕm1，ｕm0および電流値ｉm1、ｉm0を計算する位相モード変換サブブロック４８と、
対象のそれぞれの第１の点２６または第２の点３６における正モード動作電圧ｕop1およびゼロモード動作電圧ｕop0を与える電圧計算サブブロック５０と、
上記対象の第１の点２６または第２の点３６における正および負の線の各々の実際の動作電圧ｕopP，ｕopNを決定する逆相モード変換サブブロック５２と
を含むことを示している。
【００６２】
本発明の他の実施形態（図示せず）では、第１のコントローラ２２は、代わりに、ＤＣ送電媒体２０の分散パラメータラインモデル、または、ＤＣ送電媒体２０の周波数依存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、第１の点２６および第２の点３６の一方または他方における動作電圧ｕopを計算するようにプログラムすることができる。
【００６３】
第１のコントローラ２２が、ＤＣ送電媒体２０の分散パラメータラインモデルを使用して動作電圧ｕop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、例えば５０Ｈｚ、または１００Ｈｚのような１つの代表周波数のパラメータと同じであると仮定され、それによって、以下のようになり、
Ｕop（ｔ−Ｔp）＝［Ｋpｆm（ｔ−２Ｔp）；ｂm（ｔ）／Ｋp］／２
式中、
ｕopは動作電圧であり、
ｆmは保護デバイス１６の位置における、すなわち第１の端子２４における電圧前進波であり、
ｂmは保護デバイス１６の位置における、すなわち第１の端子２４における電圧後進波であり、
ｆmおよびｂmは以下の式で与えられ、
【００６４】
【数５】
2018521613.tif 000007
式中、
【００６５】
【数６】
2018521613.tif 000008
は、必要に応じて、第１の伝送線路３２および／または第２の伝送線路４２の単位当たりのインピーダンスｚ（オーム／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り、
【００６６】
【数７】
2018521613.tif 000009
であり、式中、ω0は代表周波数、すなわちＤＣ電力ネットワーク１２が動作している周波数であり、
【００６７】
【数８】
2018521613.tif 000010
は、保護デバイス１６が配置されている場所、すなわち第１の端子２４から、対象の対応する第１の点２６または第２の点３６までの伝搬時間であり、Ｄsetは、第１の端子２４からの第１の点２６または第２の点３６のｋｍ単位の均等な距離、すなわち、上述した第１の距離Ｄset1または第２の距離Ｄset2であり、
【００６８】
【数９】
2018521613.tif 000011
は保護デバイス１６が配置されている場所、すなわち第１の端子２４から対象の対応する第１の点２６または第２の点３６までの減衰係数である。
【００６９】
上述した性能値はここでも、例えば、ＤＣ電力ネットワーク１２のオペレータによって与えられる技術データ、ならびに、第１の端子２４からの第１の点２６および第２の点３６の既知の第１の距離ＤSet1および第２の距離ＤSet2から確立することができる。
【００７０】
これに代えて、第１の伝送線路３２および第２の伝送線路４２が歪んでいない場合には、上記の主な式を再び利用することができるが、代わりに以下のパラメータを計算することができる。
【００７１】
【数１０】
2018521613.tif 000012
はサージインピーダンスであり、Ｌはインダクタンス（Ｈ／ｋｍ）であり、Ｃは伝送線路３２，４２の単位長さあたりのキャパシタンス（Ｆ／ｋｍ）であり、
Ｔz＝０であり、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、
【００７２】
【数１１】
2018521613.tif 000013
は、保護デバイス１６が配置されている場所、すなわち第１の端子２４から対象の対応する第１の点２６または第２の点３６までの伝搬時間であり、
Ｋp＝ｅｘｐ（−ＲＤset／Ｚc）は、保護デバイス１６が配置されている場所、すなわち第１の端子２４から対象の対応する第１の点２６または第２の点３６までの減衰係数であり、Ｒは伝送線路３２，３４の単位長さ当たりの抵抗（オーム／ｋｍ）である。
【００７３】
同様に、これらの性能値はここでも、例えば、ＤＣ電力ネットワーク１２のオペレータによって与えられる技術データ、ならびに、第１の端子２４からの第１の点２６および第２の点３６の既知の第１の距離ＤＳｅｔ1および第２の距離ＤＳｅｔ2から確立することができる。
【００７４】
いずれにせよ、第１コントローラの２２が、ＤＣ送電媒体２０の分散パラメータラインモデルを使用して動作電圧ｕopを計算するようにプログラムされることは、線路内を進行する電圧波形の任意の伝搬時間遅延を考慮することができるため、より長い伝送線路３２，４２、すなわち約１００ｋｍと２００ｋｍとの間（またはＤＣ送電媒体２０が地中ケーブルによって画定されている場合には約３０ｋｍと８０ｋｍとの間）の線路にとって有用である。
【００７５】
第１のコントローラ２２が、ＤＣ送電媒体２０の周波数分散パラメータラインモデルを使用して動作電圧ｕopを計算するようにプログラムされている他の実施形態では、第１のコントローラ２２は、まず、以下の式に従って前進波ｆmおよび後進波ｂmを計算し、
ｆm（ｔ）＝ｕm（ｔ）＋Ｚc（ｔ）＊ｉm（ｔ）
ｂm（ｔ）＝ｕm（ｔ）−Ｚc（ｔ）＊ｉm（ｔ）
式中、
Ｚc（ｔ）は、周波数に依存し、以下によって周波数領域において記述することができるサージインピーダンスであり、
【００７６】
【数１２】
2018521613.tif 000014
Ｚc0はサージインピーダンスの定数部分であり、
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。
【００７７】
前述のａkおよびｂk係数は、例えば、ＤＣ電力ネットワーク１２のオペレータによって提供されるものとしてのＤＣ送電媒体２０に関する技術データからＣａｒｌｓｏｎの式によって計算することができる。
【００７８】
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。
【００７９】
次に、第１のコントローラ２２は、以下の式に従って、対象の第１の点２６または第２の点３６における前進波ｆopおよび後進波ｂopを計算し、
ｆop（ｔ−ＴpSet）＝ｆm（ｔ−２ＴpSet）＊ｈset（ｔ）
【００８０】
【数１３】
2018521613.tif 000015
式中、
ＴｐSetは、保護デバイス１６が配置されている場所、すなわち第１の端子２４から、対応する第１の点２６または第２の点３６の位置までの最小伝搬時間であり、
ｈset（ｔ）は、保護デバイス１６が配置されている場所、すなわち第１の端子２４から、対象の対応する第１の点２６または第２の点３６の位置までの進行波の伝播関数であり、これは以下によって周波数領域において記述することができ、
【００８１】
【数１４】
2018521613.tif 000016
式中、
ｃkおよびｄkは、伝播関数Ｈset（ｓ）の係数である。前述のｃkおよびｄk係数はここでも、ＤＣ電力ネットワーク１２のオペレータによって提供される技術データからＣａｒｌｓｏｎの式によって計算することができる。
【００８２】
最後に、第１のコントローラ２２は、以下に従って動作電圧を計算する。
Ｕop＝ｆop＋ｂop
第１のコントローラ２２が、ＤＣ送電媒体２０の周波数依存分散パラメータラインモデルを使用して動作電圧ｕopを計算するようにプログラムされることは、このような長さの伝送線路における進行波の波形を、相当程度まで歪める波形周波数依存パラメータ（例えば、表皮効果など）を考慮に入れることができるため、超長距離伝送線路３２，４２、すなわち約２００ｋｍ長を超える（またはＤＣ送電媒体２０が地下ケーブルによって画定されている場合には８０ｋｍ長を超える）線にとって有用である。
【００８３】
一方、図示されている実施形態に戻ると、第１のコントローラ２２は、電圧ｕop，ｕmの大きさの比較を使用して、計算された動作電圧ｕopと測定された電圧ｕmとの間の過渡比較を実行するようにプログラムされる。
【００８４】
より詳細には、第１のコントローラ２２は、第１の点２６および第２の点３６の各々について、上記大きさの比較を実行するための対応する第１の過渡位相比較ブロック５４1および第２の過渡位相比較ブロック５４2を含む。
【００８５】
さらにより詳細には、ＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８および第２の部分３８の各々が、それぞれの双極伝送線路３４，４４によって規定されるため、各上記過渡位相比較ブロック５４1，５４2は、以下の比較を実行する。
【００８６】
【数１５】
2018521613.tif 000017
【００８７】
【数１６】
2018521613.tif 000018
式中、
【００８８】
【数１７】
2018521613.tif 000019
はＲＭＳ値、すなわち、以下によって与えられるようなものであり、
【００８９】
【数１８】
2018521613.tif 000020
式中、
Ｗは時間窓長であり、例えば時間窓が０．５ｍｓであり、サンプリング周期Ｔｓが上記のように１／９６０００である場合、窓長は以下によって与えられる。
Ｗ＝０．０００５／（１／９６０００）＝４８
本発明の他の実施形態では、
【００９０】
【数１９】
2018521613.tif 000021
は絶対値の和を示すことができ、すなわち、以下によって与えられるようなものであり、
【００９１】
【数２０】
2018521613.tif 000022
式中、
Ｗはここでも時間窓長である。
【００９２】
いずれの場合も、過渡比較が所定の基準を満たす場合、すなわち、前述の比較のうちの１つが真である場合、
【００９３】
【数２１】
2018521613.tif 000023
または
【００９４】
【数２２】
2018521613.tif 000024
第１のコントローラ２２は第１の保護デバイス１６を動作させる。
【００９５】
単極伝送線路またはケーブルによって画定されるＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８および第２の部分３８と動作可能に関連付けられる本発明の他の実施形態では、第１のコントローラ２２の対応する第１の過渡位相比較ブロック５４1または第２過渡位相比較ブロック５４2は、第１の保護デバイス１６を動作させるか否かを決定するために、以下のより単純な大きさ比較を実行するだけでよい。
【００９６】
【数２３】
2018521613.tif 000025
本発明の同様のそのような単極実施形態では、第１のコントローラ２２は代わりに、電圧ｕop，ｕmの相関を使用して、計算された動作電圧ｕopと測定された電圧ｕmとの間の過渡比較を実行するようにプログラムされてもよい。
【００９７】
このようにプログラミングされる結果として、このような第１のコントローラ２２は、動作電圧ｕopと測定電圧ｕm信号とを相関させて、以下の形式の相関係数を確立する。
【００９８】
【数２４】
2018521613.tif 000026
式中、
Ｗはここでも時間窓長である。
【００９９】
その後、そのような第１のコントローラ２２は、結果もたらされる相関係数ＲCorを閾値Ｒsetと比較し、相関係数ＲCorが閾値Ｒsetを下回る場合、すなわち、所定の基準がＲCor（ｎ）＜Ｒsetである場合に第１の保護デバイス１６を動作させる。
【０１００】
一例として、Ｒsetは−０．５の値を有してもよい。
【０１０１】
正の動作電圧ｕopPと正の測定電圧ｕmPのそれぞれの相関、または負の動作電圧ｕopNと負の測定電圧ｕmNとの相関はまた、本発明の他の実施形態においてはコントローラによって実行されてもよい。
【０１０２】
図示および上記で詳述した実施形態に戻ると、すなわち、第１のコントローラ２２が、ＤＣ送電媒体２０の第１の点２６における第１の計算された動作電圧ｕop1との第１の過渡比較を実行し、ＤＣ送電媒体２０の第２の点３６における第２の計算された動作電圧ｕop2との第２の過渡比較も実行するようにプログラムされている実施形態に戻ると、第１のコントローラ２２は、使用時に、第１の過渡比較または第２の過渡比較のいずれかが所定の基準を満たす、すなわち前述の大きさの比較を満たす場合に、第１の保護デバイス１６を動作させるようにプログラムされている。
【０１０３】
さらに、第１のコントローラ２２は付加的に、第２の過渡比較が所定の基準を満たすときに、第１の保護デバイス１６の動作を遅延させるようにプログラムされる。そのような遅延は、約５〜１０ｍｓに及び得る。
【０１０４】
さらに、第１のコントローラ２２は、例えばＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８の他端にある第２の端子３０に関連付けられており、さらなる回路遮断器１８の形態の第２の保護デバイス６４を動作させるように構成されている第２のコントローラ６２からの外部トリップ信号５６を受信すると、第１の保護デバイス１６を動作させる。このようにして、第２のコントローラ６２および第２の保護デバイス６４は、第２の測定装置（図示せず）とともに、ＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８に対する重複保護を提供する第２のＤＣ保護機構６０をともに規定する。
【０１０５】
図１に示すＤＣ電力ネットワークはまたさらに、第３の端子４０と第１の端子２４との間に延在するＤＣ送電媒体２０の第３の部分６６をも含む。各端子２４，３０，４０は、前述のＤＣ電力ネットワーク１２、すなわち上述のＤＣグリッド１４を介して、対応する第１の電力変換器６８、第２の電力変換器７０または第３の電力変換器７２および関連する第１のＡＣネットワーク７４、第２のＡＣネットワーク７６または第３のＡＣネットワーク７８を電気的に相互接続する。
【０１０６】
第２の端子３０はまた、それと動作可能に関連付けられている第３のＤＣ保護機構８０をも有し、第３のＤＣ保護機構８０は、第３のコントローラ８２、（さらに別の回路遮断器１８の形態の）第３の保護デバイス８４、および第３の測定装置（図示せず）を含む。
【０１０７】
同様に、第３の端子４０は、それと動作可能に関連付けられている第４のＤＣ保護機構９０を有し、第４のＤＣ保護機構９０は同じく同様に、第４のコントローラ９２、（なお別の回路遮断器１８の形態の）第４の保護デバイス９４、および第４の測定装置（図示せず）を含む。
【０１０８】
第３のＤＣ保護機構８０および第４のＤＣ保護機構９０は、ＤＣ送電媒体２０の第２の部分３８に対する重複保護を提供する。
【０１０９】
第３の端子４０は、それと動作可能に関連付けられている第５のＤＣ保護機構１００（同等の第５のコントローラ１０２、第５の保護デバイス１０４（やはり回路遮断器１８）、および第５の測定装置（図示せず））を有し、一方で、第１の端子２４は、それと動作可能に関連付けられている第６のＤＣ保護機構１１０（同様に、同等の第６のコントローラ１１２、第６の保護デバイス１１４（やはり回路遮断器１８）、および第６の測定装置（やはり図示せず）を有する）を有する。
【０１１０】
第５のＤＣ保護機構１００および第６のＤＣ保護機構１１０は、ＤＣ送電媒体２０の第３の部分６６に対する重複保護を提供する。
【０１１１】
図１に示すＤＣ電力ネットワーク１２、すなわちＤＣグリッド１４の実施形態において、第２のＤＣ保護機構６０、第３のＤＣ保護機構８０、第４のＤＣ保護機構９０、第５のＤＣ保護機構１００および第６のＤＣ保護機構１１０の各々は、上述した第１のＤＣ保護機構１０と同一である。しかしながら、他の実施形態では、ＤＣ保護機構１０、６０、８０、９０、１００、１１０のうちの１つまたは複数は、本明細書に記載されている１つまたは複数の代替構成に従ってプログラムされている対応するコントローラ２２，６２、８２、９２、１０２、１１２を含んでもよい。しかし、いずれの場合でも、様々なＤＣ保護機構１０、６０、８０、９０、１００、１１０は互いと協働して、ＤＣ送電媒体２０の第１の部分２８、第２の部分３８および第３の部分６６に対する追加の重複保護を提供する。
【符号の説明】
【０１１２】
１０  ＤＣ距離保護機構
１２  ＤＣ電力ネットワーク
１４  ＤＣグリッド
１６  保護デバイス
１８  回路遮断器
２０  ＤＣ送電媒体
２２  第１のコントローラ
２４  第１の端子
２６  第１の点
２８  第１の部分
３０  第２の端子
３２  第１の伝送線路
３４  第１の双極伝送線路
３６  第２の点
３８  第２の部分
４０  第３の端子
４２  第２の伝送線路
４４  第２の双極伝送線路
４６1  第１の動作電圧計算ブロック
４６2  第２の動作電圧計算ブロック
４８  位相モード変換サブブロック
５０  電圧計算サブブロック
５２  逆位相モード変換サブブロック
５４1  第１の過渡位相比較ブロック
５４2  第２の過渡位相比較ブロック
５６  外部トリップ信号
６０  第２のＤＣ距離保護機構
６２  第２のコントローラ
６４  第２の保護デバイス
６６  第３の部分
６８  第１の電力変換器
７０  第２の電力変換器
７２  第３の電力線通信
７４  第１のＡＣネットワーク
７６  第２のＡＣネットワーク
７８  第３のＡＣネットワーク
８０  第３のＤＣ距離保護機構
８２  第３のコントローラ
８４  第３の保護デバイス
９０  第４のＤＣ距離保護機構
９２  第４のコントローラ
９４  第４の保護デバイス
１００  第５のＤＣ距離保護機構
１０２  第５のコントローラ
１０４  第５の保護デバイス
１１０  第６のＤＣ距離保護機構
１１２  第６のコントローラ
１１４  第６の保護デバイス
ＤSet1  第１の距離
ＤSet2  第２の距離
ｉm  電流
Ｒcor  相関係数
Ｒset  閾値
ｕm  電圧
ｕop  動作電圧
【図１】
2018521613.tif 000027
【図２】
2018521613.tif 000028
【図３】
2018521613.tif 000029
【国際調査報告】
2018521613.tif 000030
2018521613.tif 000031