JP6822977B2 - 直流または直流に関する保護方式の改善 - Google Patents

直流または直流に関する保護方式の改善 Download PDF

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Description

本発明は、直流（ＤＣ）保護方式および複数のそのような方式を含むＤＣ電力ネットワークに関する。
ＤＣグリッドなどのＤＣ電力ネットワークは、一般的に複数の端子を含み、その各々が電力変換器と動作可能に関連付けられて、ＤＣ電力伝送ネットワークとそれぞれの交流（ＡＣ）ネットワークとを相互接続することができる。
それぞれの対になった端子は、伝送線路またはケーブルのようなＤＣ電力伝送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は、ＤＣ電力ネットワークの保護に障害が発生した場合に動作する。
国際公開第２０１５０４３６４４号パンフレット
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電力伝送媒体を保護するためのＤＣ保護方式が提供され、ＤＣ保護方式は、
使用時にＤＣ電力伝送媒体に結合される保護デバイスであって、ＤＣ電力伝送媒体を電気的障害から保護するように動作可能な保護デバイスと、
ＤＣ電力伝送媒体の少なくとも１つの電気的性質を選択的に測定する測定装置と、
（ｉ）測定された電気的性質または測定された各電気的性質、例えば電圧または電流から導出された順方向進行波と逆方向進行波とを比較することによって、電気的障害の方向を判定し、
（ｉｉ）測定された電気的性質または測定された各電気的性質から導出された第１の周波数成分と第２の周波数成分とを比較することによって、電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかを判定し、ここで第１の周波数成分は第２の周波数成分よりも高く、
（ｉｉｉ）電気的障害の方向の判定および／または電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかの判定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電力伝送媒体を保護する
ようにプログラムされたコントローラと
を備える。
本発明のＤＣ保護方式は、障害の検出および保護デバイスのその後の動作を、すなわち電気的障害の方向および／またはタイプを識別するための適切な値の比較として、取得されるＤＣ電力伝送媒体の測定された電気的性質のみを必要とする方法で可能にする。
このような測定は、局所的に、すなわちＤＣ電力伝送媒体に関連付けられたコントローラおよび保護デバイスの直ぐ近くで取得することができるため、本発明は、さも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つ以上の遠隔要素との通信リンクを確立する必要なく、ＤＣ電力伝送媒体を保護することができる。
上述の機能性は、かなりの長さ、例えば数百ｋｍのＤＣ電力伝送媒体が、１つ以上の遠隔要素との通信が信頼できないことを意味する場合、または通信確立後の情報受信における結果的な遅延が、関連する保護デバイスを意味のある保護を提供するのに十分な速さで動作させることができないようであることを意味する場合に、特に望ましい。
さらに、局所的な電圧および電流測定のみに依存することにより、本発明の保護方式は保護デバイスを非常に迅速に、例えば障害が発生してから０．５ミリ秒以内に、動作させることが可能になる。
したがって、本発明のＤＣ保護方式において上記のコントローラを設けることによって、絶対選択性および迅速な応答時間を有する非ユニットＤＣ保護方式をもたらす。
好ましくは、コントローラは、測定された電気的性質または測定された各電気的性質をＤＣ電力伝送媒体のサージインピーダンスまたはアドミッタンスと組み合わせることによって、測定された電気的性質または測定された各電気的性質から各進行波を導出するようにプログラムされる。
コントローラの上記の特徴は、保護デバイスを動作させる際に望ましくない遅延をもたらす可能性がある遠隔要素との通信を必要とせずに、進行波の導出を可能にする。
より好ましくは、コントローラは、測定された電気的性質または測定された各電気的性質を正およびゼロシーケンス成分に変換することによって、また、正およびゼロシーケンス成分をＤＣ電力伝送媒体の正およびゼロシーケンスのサージインピーダンスまたはアドミッタンスとそれぞれ組み合わせることによって、測定された電気的性質または測定された各電気的性質から各進行波を導出するようにプログラムされてもよい。これにより、二極ＤＣ電力伝送媒体の２つの導体の相互インダクタンスおよびアドミッタンスのデカップリングが可能になる。
電気的障害の方向、すなわち順方向または逆方向は、以下のようにして判定することができる。
本発明の実施形態では、コントローラは、測定された電気的性質または測定された各電気的性質から導出された順方向および逆方向進行波の進行波ノルム値を取得するようにプログラムされてもよい。コントローラは、取得された順方向および逆方向進行波の進行波ノルム値の比較を行って、電気的障害の方向を判定するようにプログラムされてもよい。取得された順方向および逆方向進行波の進行波ノルム値の比較は、各進行波がＤＣ電力伝送媒体の一端からＤＣ電力伝送媒体の他端まで伝搬するのに要する時間の２倍の持続時間内に行われてもよい。
コントローラの上記構成は、局所的測定を使用して電気的障害の方向を識別するための信頼できる手段を提供する。
本発明のさらなる実施形態では、コントローラは、各進行波を修正して障害前成分を除去するようにプログラムされてもよい。コントローラは、修正された順方向および逆方向進行波から進行波ノルム値を取得するようにプログラムされてもよい。これにより、取得された進行波ノルム値の比較の精度が向上し、電気的障害の方向を識別することができる。
・順方向進行波の進行波ノルム値と逆方向進行波の進行波ノルム値との比が、順方向の障害の存在を示す所定の閾値を超える場合、および／または
・進行波ノルム値のいずれかが、障害の存在を示す所定の閾値を超える場合、
電気的障害の方向の判定は、所定の基準を満たし得る。
このようにプログラムされたコントローラは、本発明のＤＣ保護方式がその保護機能を実行する能力を有利に改善する。
順方向および逆方向進行波は、進行電圧波または進行電流波であってもよい。
本発明の実施形態では、コントローラは、測定された電気的性質または測定された各電気的性質から導出された第１の周波数成分および第２の周波数成分の周波数成分ノルム値を取得するようにプログラムされてもよく、コントローラは、取得した周波数成分ノルム値の比較を行って、電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかを判定するようにプログラムされてもよい。
コントローラの上記構成は、局所的測定を使用して電気的障害のタイプを識別するための信頼できる手段を提供する。
本発明のさらなる実施形態では、電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかの判定は、第１の周波数成分の周波数成分ノルム値と第２の周波数成分の周波数成分ノルム値との比が、内部障害の存在を示す所定の閾値を超える場合に、所定の基準を満たし得る。
このようにプログラムされたコントローラは、本発明のＤＣ保護方式がその保護機能を実行する能力を有利に改善する。
各周波数成分は、限定されるものではないが、
・測定された電気的性質または測定された各電気的性質の周波数成分、
・測定された電気的性質または測定された各電気的性質から変換されたシーケンス成分の周波数成分、
・測定された電気的性質または測定された各電気的性質から導出された順方向または逆方向進行波の周波数成分、または
・測定された電気的性質または測定された各電気的性質から導出された正またはゼロシーケンスの順方向または逆方向進行波の周波数成分
であってもよい。
各ノルム値は、二乗平均平方根値、絶対平均値または別の次数のノルム値であってもよい。
本発明の好ましい実施形態では、電気的障害の方向の判定と、電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかの判定は、電気的障害が順方向の障害および／または内部障害として識別される場合に、所定の基準を満たす。このようにコントローラをプログラムすることは、本発明のＤＣ保護方式の絶対選択性を有益に高める。
本発明のさらに別の実施形態では、コントローラは、内部障害の存在を示す外部信号を受信したときに、保護デバイスを動作させてＤＣ電力伝送媒体を保護するようにさらにプログラムされてもよい。
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における中程度の通信が可能である状況で、本発明のＤＣ保護方式の機能性を有利に拡張する。
本発明の第２の態様によれば、上述したような複数のＤＣ保護方式を備えるＤＣ電力ネットワークが提供される。
そのようなＤＣ電力ネットワークは、そこに含まれるＤＣ保護方式に関連する利点を共有する。
本発明の好ましい実施形態を、非限定的な例として、添付図面を参照して説明する。
本発明のそれぞれの実施形態による複数のＤＣ保護方式を含むＤＣ電力ネットワークの概略図である。 図１に示す各ＤＣ保護方式の一部を形成するコントローラの概略図である。 図２に示すコントローラの一部を形成する障害方向検出サブユニット２６の概略図を示す。 図２に示すコントローラの一部を形成する内部障害検出サブユニットの概略図を示す。
本発明の第１の実施形態によるＤＣ保護方式は、符号１０で全体的に示し、図１に概略的に示すように、ＤＣグリッドの形態でＤＣ電力ネットワーク１２の一部を形成する。
第１のＤＣ保護方式１０は、図示の実施形態では回路遮断器である第１の保護デバイス１４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。第１の保護デバイス１４、すなわち回路遮断器は、使用時にＤＣ電力伝送媒体１６に電気的に結合され、すなわちＤＣ電力伝送媒体１６と直列に配置され、ＤＣ電力伝送媒体１６を電気的障害から保護する、すなわち回路遮断器をトリップしてＤＣ電力伝送媒体１６内部の電気的障害を除去するように動作可能である。
ＤＣ保護方式１０はまた、ＤＣ電力伝送媒体１６の電圧および電流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。
さらに、ＤＣ保護方式１０は、図２に示すように、第１のコントローラ１８を含み、第１のコントローラ１８は、
（ｉ）測定された電圧および電流から導出された順方向進行波と逆方向進行波とを比較することによって電気的障害の方向を判定し、
（ｉｉ）第１の周波数成分の周波数が第２の周波数成分の周波数よりも高い場合に、測定された電圧および電流から導出される第１の周波数成分と第２の周波数成分とを比較することによって、電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかを判断し、
（ｉｉｉ）電気的障害の方向の判定および電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかの判定が所定の基準を満たす場合に、第１の保護デバイス１４を動作させてＤＣ電力伝送媒体１６を保護する
ようにプログラムされている。
図示の実施形態では、第１のコントローラ１８は、電気的障害の方向の判定および電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかの判定は、電気的障害が順方向の障害かつ内部障害として識別される場合に所定の基準を満たすようにプログラムされている。
第１の保護デバイス１４、第１の測定装置および第１のコントローラ１８の各々は、ＤＣ電力ネットワーク１２の第１の端子２０と動作可能に関連付けられている。
図示の実施形態では、ＤＣ電力伝送媒体１６は、第１の伝送線路、より具体的には第１の二極伝送線路、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規定される。他の実施形態（図示せず）では、ＤＣ電力伝送媒体１６は代わりに二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むことができる第１の伝送ケーブルによって規定されてもよい。ＤＣ電力伝送媒体１６はまた、単極伝送線路によって規定することもできる。ＤＣ電力伝送媒体１６が単極伝送ケーブルまたは線路によって規定される場合、第１の測定装置は、ＤＣ電力伝送媒体１６の電圧および電流を選択的に測定するように構成される。
ＤＣ電力伝送媒体１６は二極伝送線路によって規定されるため、正極導体の正電圧ｕmPおよび正電流ｉmPの測定サンプルおよび負極導体の負電圧ｕmNおよび負電流ｉmNの測定サンプルを取得することができる。また、サンプリング周期Ｔｓは、例えば、
Ｔｓ＝１／９６０００秒
で求められてもよい。
ＤＣ電力伝送媒体１６の２つの導体の相互インダクタンスおよびアドミッタンスを切り離すために、以下のように、測定された電圧ｕmP、ｕmNは正およびゼロシーケンスの電圧成分ｕm1、ｕm0に変換され、測定された電流ｉmP、ｉmNは正およびゼロシーケンスの電流成分ｉm1、ｉm0に変換される。
図２の符号２２に示すように、第１のコントローラ１８は、測定された電圧ｕmP、ｕmNおよび電流ｉmP、ｉmNの正およびゼロシーケンス成分ｕm1、ｕm0、ｉm1、ｉm0を、ＤＣ電力伝送媒体１６の正およびゼロシーケンスのサージインピーダンスｚc1、ｚc0およびアドミッタンスｙc1、ｙc0とそれぞれ組み合わせることによって、順方向および逆方向の電圧波および電流波ｆm1、ｆm0、ｂm1、ｂm0を導出するようにプログラムされる。
（正シーケンスの進行電圧波）
（ゼロシーケンスの進行電圧波）
（正シーケンスの進行電流波）
（ゼロシーケンスの進行電流波）
ここで、ｆm1は正シーケンスの順方向進行電圧波または電流波であって、
ｂm1は正シーケンスの逆方向電圧波または電流波であって、
ｆm0はゼロシーケンスの順方向進行電圧波または電流波であって、
ｂm0はゼロシーケンスの逆方向進行電圧波または電流波であって、
は時間領域における正シーケンスのサージインピーダンスであって、
は時間領域におけるゼロシーケンスのサージインピーダンスであって、
は時間領域における正シーケンスのサージアドミッタンスであって、
は時間領域におけるゼロシーケンスのサージアドミッタンスであって、
ここで、
Ｒ1およびＲ0はそれぞれＤＣ電力伝送媒体１６の長さ当たりの正シーケンスの抵抗およびゼロシーケンスの抵抗であって、
Ｌ1およびＬ0はそれぞれＤＣ電力伝送媒体１６の長さ当たりの正シーケンスのインダクタンスおよびゼロシーケンスのインダクタンスであって、
Ｃ1およびＣ0はそれぞれＤＣ電力伝送媒体１６の長さ当たりの正シーケンスの容量およびゼロシーケンスの容量である。
上記の式の記号＊は畳み込み演算を意味する意図を有するものと理解されよう。
ＤＣ電力伝送媒体１６が二極の代わりに単極である本発明の他の実施形態では、進行電圧波および進行電流波ｆm1、ｆm0、ｂm1、ｂm0を導出するために、測定された電圧および電流ｕmP、ｕmN、ｉmP、ｉmNの正およびゼロシーケンス成分ｕm1、ｕm0、ｉm1、ｉm0を使用する必要はない。このような実施形態では、代わりに、測定された電圧ｕmP、ｕmNおよび電流ｉmP、ｉmNを、ＤＣ電力伝送媒体１６のサージインピーダンスｚc1、ｚc0およびアドミッタンスｙc1、ｙc1とそれぞれ組み合わせることによって、進行電圧波ｆm1、ｆm0および進行電流波ｂm1、ｂm0を導出することができる。
進行電圧波ｆm1、ｆm0および進行電流波ｂm1、ｂm0の両方を導出することは必須ではなく、代わりに、走行電圧波または走行電流波のいずれかを導出するようにコントローラをプログラムしてもよいことが理解されよう。
第１のコントローラ１８の障害方向検出ユニット２４は、各々が電気的障害の方向を識別するように構成された２つの障害方向検出サブユニット２６を含む。任意選択的に、障害方向検出サブユニット２６は、特にＤＣ電力伝送媒体１６が二極ではなく単極である場合、単一の障害方向検出サブユニット２６で置き換えられてもよい。
第１の障害方向検出サブユニット２６は、正シーケンスの順方向および逆方向進行波ｆm1およびｂm1を受信し、第２の障害方向検出サブユニット２６は、ゼロシーケンスの順方向進行波ｆm0および逆方向進行波ｂm0を受信する。
各障害方向検出サブユニット２６は、図３の符号２８に示すように、各進行波（簡略化のため、例えば高域フィルタまたはデルタ技術またはウェーブレット変換またはウェーブレットフィルタバンクを適用することによって、または順方向進行波および逆方向進行波に微分演算を適用することによって、ｆm、ｂmと表記）を修正して進行波ｆm、ｂmから障害前成分を除去する。
一例として、各進行波ｆm、ｂmから障害前成分を除去するためにここでデルタ技術が使用され、
ｙ（ｎ）＝ｘ（ｎ）−ｘ（ｎ−Ｗ）
ここで、
ｘは進行波ｆm、ｂm；である入力信号であって、
ｙは修正された進行波Δｆm、Δｂmである出力信号であって、
Ｗは時間窓長であって、例えば時間窓が０．５ミリ秒で、サンプリング周期Ｔｓが上記のように１／９６０００である場合、時間窓長は
Ｗ＝０．０００５／（１／９６０００）＝４８
で求められる。
図３の符号３０に示すように、各障害方向検出サブユニット２６は次に、修正された進行波ΔＦm、Δｂmから進行波ノルム値Δｆm、ΔＢmを取得する。各進行波ノルム値ΔＦm、ΔＢmは、二乗平均平方根（ＲＭＳ）値、絶対平均値または他の次数ノルム値である。
一例として、ＲＭＳ値ΔＦm、ΔＢmは、所与の修正された進行波Δｆm、Δｂmから以下のように取得することができる。
ここで、ｘは所与の修正された進行波ΔＦm、Δｂmである入力信号であって、
ｙは取得されたＲＭＳ値ΔＦm、ΔＢmである出力信号であって、
Ｗはここでも時間窓長である。
続いて、各障害方向検出サブユニット２６は、取得された進行波ノルム値ΔＦm、ΔＢmを比較して、２つの条件が満たされているか否かを判定する。
第１の条件では、順方向進行波ｆmの進行波ノルム値ΔＦｍと逆方向進行波ｂmの進行波ノルム値ΔＢｍとの比Ｒfbが所定の閾値Ｒｓｅｔ１を超えていれば、順方向の障害の存在を示す。Ｒｓｅｔ１は［０、１］の範囲を有し、例えば０．１に設定することができる。
第２の条件では、取得された進行波ノルム値ΔＦm、ΔＢmのいずれかが所定の閾値（進行電圧波ノルム値についてはＵｓｅｔであり、進行電流波ノルム値についてはＩｓｅｔ）を超える場合、障害の存在を示す。Ｕｓｅｔは、例えば、サブユニット毎に０．１に設定することができ、Ｉｓｅｔは、例えば、サブユニット毎に０．０５に設定することができる。
取得された進行波ノルム値ΔＦm、ΔＢmの比較は、各進行波ｆm、ｂmがＤＣ電力伝送媒体１６の一端からＤＣ電力伝送媒体１６の他端まで伝搬するのに要する時間Ｔpの２倍の持続時間内に行われる。持続時間Ｔpは、ＤＣ電力伝送媒体１６の長さに所与の進行波ｆm、ｂmの速度を乗じることによって計算される。この比較は、持続時間Ｔpが経過した後にリセットされる。
第１の条件および第２の条件の両方が満たされる場合、対応する障害方向検出サブユニット２６は、順方向の障害の存在を示す第１の出力指示ＤＤＢ＿ＦＷＤを提供する。各障害方向検出サブユニット２６は、通常１ミリ秒に設定されるリセット遅延Ｔｄｓｅｔ１を有する。第１の条件および第２の条件の少なくとも一方が満たされない場合、対応する障害方向検出サブユニット２６は、電気的障害を逆方向の障害として識別する。
障害方向検出サブユニット２６の一方または両方が第１の出力指示ＤＤＢ＿ＦＷＤを提供する場合、障害方向検出ユニット２４は、電気的障害を順方向の障害として識別し、第１の出力指示ＤＤＢ＿ＦＷＤを第１のコントローラ１８のトリップロジックブロック３２に提供する。
このようにして、第１のコントローラ１８は、測定された電圧ｕmP、ｕmNおよび電流ｉmP、ｉmNから導出された順方向および逆方向進行波ｆm、ｂmの進行波ノルム値ΔＦm、ΔＢmを取得し、次に取得された進行波ノルム値ΔＦm、ΔＢmの比較を行って電気的障害の方向を識別する。
第１のコントローラ１８の内部障害検出ユニット３４は、各々が電気的障害のタイプを識別するように構成された２つの内部障害検出サブユニット３６を含む。任意選択的に、内部障害検出サブユニット３６は、特にＤＣ電力伝送媒体１６が二極ではなく単極である場合、単一の内部障害検出サブユニット３６で置き換えられてもよい。
図４に示すように、各内部障害検出サブユニット３６は、第１の周波数成分および第２の周波数成分の周波数成分ノルム値ΔＢmH、ΔＢmL、すなわち測定された電圧ｕP、ｕNおよび電流ｉP、ｉN。から導出された高周波数成分ΔｂmHおよび低周波数成分ΔｂmLを取得する。
より具体的には、高周波数成分ΔｂmHおよび低周波数成分ΔｂmLは、
・所与の測定された電圧ｕP、ｕNまたは電流ｉP、ｉN、
・所与の測定された電圧ｕP、ｕNまたは電流ｉP、ｉNの正またはゼロシーケンス成分ｕm1、ｕm0、ｉm1、ｉm0、
・所与の順方向または逆方向進行波ｆm、ｂm、または
・所与の正およびゼロシーケンスの順方向または逆方向進行波ｆm1、ｆm0、ｂm1、ｂm0
の形態の入力信号の周波数成分であってもよい。
より詳細には、第１の内部障害検出サブユニット３６は、正シーケンスの順方向または逆方向進行波ｆm1、ｂm1、正極導体の測定された電圧ｕPまたは電流ｉP、または測定された電圧ｕPまたは電流ｉPの正シーケンス成分ｕm1、ｉm1の形態で入力信号を受信するように構成され、第２の内部障害検出サブユニット３６は、ゼロシーケンスの順方向または逆方向進行波、負極導体の測定された電圧ｕNまたは電流ｉN、または測定された電圧ｕNまたは電流ｉNのゼロシーケンス成分ｕm0、ｉm0の形態で入力信号を受信するように構成される。
各内部障害検出サブユニット３６に対して、入力信号を高周波数バンドパスフィルタ３８および低周波数バンドパスフィルタ４０にそれぞれ通過させることによって、高周波数成分ΔｂmHおよび低周波数成分ΔｂmLが取得される。好ましくは、逆方向進行波ｂmが入力信号として選択され、基準順方向はＤＣバスからＤＣ電力伝送媒体１６までである。
図４に示す実施形態では、高周波数バンドパスフィルタ３８は１２〜２４ｋＨｚの周波数帯域を有し、低周波数バンドパスフィルタ４０は１．５〜３ｋＨｚの周波数帯域を有する。これらの周波数帯域値は、本発明の作用を説明するために単に選択されたものであり、高周波数バンドパスフィルタ３８の周波数帯域が低周波数バンドパスフィルタ４０よりも高い限りにおいて、他の周波数帯域値を使用してもよい。各バンドパスフィルタ３８、４０は、ウェーブレット変換、有限インパルス応答（ＦＩＲ）バンドパスフィルタバンク、または無限インパルス応答（ＩＩＲ）バンドパスフィルタとして実装することができる。
一例として、各バンドパスフィルタ３８、４０は、周波数応答の表現が以下の式で示されるゼロ極ベースのバンドパスフィルタとして設計され得る。
ここで、ｚ1＝ｅｘｐ（ｊ×２ｐｉ×ｆ１×Ｔｓ−σ１×Ｔｓ）は、より低い周波数ｆ１の極であり、例えばｆ１＝２ｋＨｚであって、
σ１＝５００はｆ１の減衰係数であって、
Ｚ2＝ｅｘｐ（ｊ×２ｐ×ｆ２×Ｔｓ−σ２×Ｔｓ）は高周波数ｆ２の極であり、例えばｆ２＝１２ｋＨｚであって、
σ２＝２５０はｆ２の減衰係数である。
２つのバンドパスフィルタ３８、４０のアルゴリズムは以下の通りである。
ΔｂmL（ｎ）＝ｂm（ｎ）−ｂm（ｎ−１）＋ａ1ΔｂmL（ｎ−１）−ａ2ΔｂmL（ｎ−２）
ΔｂmH（ｎ）＝ｂm（ｎ）−ｂm（ｎ−１）＋ｂ1ΔｂmH（ｎ−１）−ｂ2ΔｂmH（ｎ−２）
図４の符号４３に示すように、各内部障害検出サブユニット３６は、次に高周波数成分ΔｂmHおよび低周波数成分ΔｂmLから周波数成分ノルム値ΔＢmH、ΔＢmLを取得する。ここでも、各周波数成分ノルム値ΔＢmH、ΔＢmLは、二乗平均平方根（ＲＭＳ）値、絶対平均値または別の次数ノルム値であってもよい。
一例として、ＲＭＳ値ΔＢmH、ΔＢmLは、所与の周波数成分から以下のように取得することができる。
ここで、ｘは所与の周波数成分ΔｂmH、ΔｂmLである入力信号であって、
ｙは取得されたＲＭＳ値ΔＢmH、ΔＢmLである出力信号であって、
Ｗはここでも時間窓長である。
続いて、各内部障害検出サブユニット３６は、取得された周波数成分ノルム値ΔＢmH、ΔＢmLを比較して、高周波数成分ΔｂmHの周波数成分ノルム値ΔＢmHと低周波数成分ΔｂmLの周波数成分ノルム値ΔＢmLとの比が所定の閾値Ｒｓｅｔ２を超えているかどうか、すなわち以下の識別条件が満たされているかどうかを判定する。
高周波数成分ΔｂmHの周波数成分ノルム値ΔＢmHと低周波数成分ΔｂmLの周波数成分ノルム値ΔＢmLとの比が所定の閾値Ｒｓｅｔ２を超える場合、内部障害の存在を示す。Ｒｓｅｔ２は［０、１］の範囲を有し、例えば０．２に設定することができる。
上記の判別条件が満たされていない場合、対応する内部障害検出サブユニット３６は、内部障害の存在を示す第２の出力指示ＤＤＢ＿ＩＮＴＮＬを提供する。各内部障害検出サブユニット３６は、通常１ミリ秒に設定されるリセット遅延Ｔｄｓｅｔ２を有する。上記の判別条件が満たされていない場合、対応する内部障害検出サブユニット３６は、電気的障害を外部障害として識別する。
内部障害検出ユニット３４は、内部障害検出サブユニット３６の一方または両方が第２の出力指示ＤＤＢ＿ＩＮＴＮＬを提供する場合、電気的障害を内部障害として識別し、第２の出力指示ＤＤＢ＿ＩＮＴＮＬを第１のコントローラ１８のトリップロジックブロック３２に提供する。
このようにして、第１のコントローラ１８は、測定された電圧ｕP、ｕNおよび電流ｉP、ｉNから導出された高周波数および低周波数成分ΔｂmH、ΔｂmLの周波数成分ノルム値ΔＢmH、ΔＢmLを取得し、次に取得された周波数成分ノルム値ΔＢmH、ΔＢmLの比較を行って、電気的障害のタイプを識別する。
先に述べたように、第１のコントローラ１８は、電気的障害の方向の判定および電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかの判定は、電気的障害が順方向の障害かつ内部障害として識別される場合に所定の基準を満たすようにプログラムされている。したがって、トリップロジックブロック３２が第１の出力指示ＤＤＢ＿ＦＷＤおよび第２の出力指示ＤＤＢ＿ＩＮＴＮＬの両方を受信すると、第１のコントローラ１８は、第１の保護デバイス１４を動作させてＤＣ電力伝送媒体１６を電気的障害から保護する。
さらに、第１のコントローラ１８は、例えばＤＣ電力伝送媒体１６の他端にある第２の端子４４に関連付けられ、またさらなる回路遮断器の形態で第２の保護デバイス１１４を動作させるように構成された第２のコントローラ１１８から、内部障害の存在を示す外部信号４２を受信すると、第１の保護デバイス１４を動作させる。このようにして、第２のコントローラ１１８および第２の保護デバイス１１４は、第２の測定装置（図示せず）と共に、ＤＣ電力伝送媒体１６のための重複するバックアップ保護を提供する第２のＤＣ保護方式１１０を規定する。
また、図１に示すＤＣ電力ネットワークは、第２の端子４４と第３の端子４６との間に延在する別のＤＣ電力伝送媒体１１６をさらに含む。
各端子２０、４４、４６は、前述のＤＣ電力ネットワーク１２、すなわち前述のＤＣグリッドを介して、対応する第１、第２または第３の電力変換器４８、５０、５２および関連する第１、第２または第３のＡＣネットワーク５４、５６、５８を電気的に相互接続する。
第２の端子４４はまた、動作可能に関連付けられている第３のＤＣ保護方式２１０を有し、第３のＤＣ保護方式２１０は、第３のコントローラ２１８と、（さらに別の回路遮断器の形態の）第３の保護デバイス２１４と、第３の測定装置（図示せず）とを含む。
同様に、第３の端子４６は、動作可能に関連付けられている第４のＤＣ保護方式３１０を有し、第４のＤＣ保護方式３１０は同様に、第４のコントローラ３１８と、（さらに別の回路遮断器の形態の）第４の保護デバイス３１４と、第４の測定装置（図示せず）とを含む。
第３のＤＣ保護方式２１０および第４のＤＣ保護方式３１０は、他のＤＣ電力伝送媒体１１６のための重複保護を提供する。
図１に示すＤＣ電力ネットワーク１２はまた、第３の端子４６と第１の端子２０との間に延出するさらなるＤＣ電力伝送媒体２１６をさらに含む。
第３の端子４６は、動作可能に関連付けられた第５のＤＣ保護方式４１０をさらに有し（同等の第５のコントローラ４１８と、第５の保護デバイス４１４（ここでも回路遮断器）と、第５の測定装置（図示せず）とを含む）、一方で第１の端子２０は、動作可能に関連付けられた第６のＤＣ保護方式５１０を有する（同様に、同等の第６のコントローラ５１８と、第６の保護デバイス５１４（ここでも回路遮断器）と、第６の測定装置（図示せず）とを備える）。
第５のＤＣ保護方式４１０および第６のＤＣ保護方式５１０は、さらなるＤＣ電力伝送媒体２１６のための重複保護を提供する。
図１に示すＤＣ電力ネットワーク１２すなわちＤＣグリッドの実施形態において、第２、第３、第４、第５および第６のＤＣ保護方式１１０、２１０、３１０、４１０、５１０の各々は、上記に説明した第１のＤＣ保護方式１０と同一である。
１０ ＤＣ保護方式
１４ 第１の保護デバイス
１６ ＤＣ電力伝送媒体
１８ 第１のコントローラ
２０ 第１の端子
２４ 障害方向検出ユニット
２６ 障害方向検出サブユニット
３２ トリップロジックブロック
３４ 内部障害検出ユニット
３６ 内部障害検出サブユニット
３８ 高周波数バンドパスフィルタ
４０ 低周波数バンドパスフィルタ
４４ 第２の端子
４６ 第３の端子
４８ 第１の電力変換器
５０ 第２の電力変換器
５２ 第３の電力変換器
５４ 第１のＡＣネットワーク
５６ 第２のＡＣネットワーク
５８ 第３のＡＣネットワーク
１１０ 第２のＤＣ保護方式
１１４ 第２の保護デバイス
１１６ ＤＣ電力伝送媒体
１１８ 第２のコントローラ
２１０ 第３のＤＣ保護方式
２１４ 第３の保護デバイス
２１６ ＤＣ電力伝送媒体
２１８ 第３のコントローラ
３１０ 第４のＤＣ保護方式
３１４ 第４の保護デバイス
３１８ 第４のコントローラ
４１０ 第５のＤＣ保護方式
４１４ 第５の保護デバイス
４１８ 第５のコントローラ
５１０ 第６のＤＣ保護方式
５１４ 第６の保護デバイス
５１８ 第６のコントローラ

Claims (15)

  1. ＤＣ電力ネットワーク内のＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）を保護するためのＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）であって、
    使用時に前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）に結合される保護デバイス（１４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４）であって、前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）を電気的障害から保護するように動作可能な前記保護デバイス（１４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４）と、
    前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）の少なくとも１つの電気的性質を選択的に測定する測定装置と、
    コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）であって、
    （ｉ）前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から導出された順方向進行波と逆方向進行波とを比較することによって、前記電気的障害の方向を判定し、
    （ｉｉ）前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から導出された第１の周波数成分と第２の周波数成分とを比較することによって、前記電気的障害が内部障害であるか外部障害であるかを判定し、ここで前記第１の周波数成分は前記第２の周波数成分よりも高く、
    （ｉｉｉ）前記電気的障害の方向の判定および前記電気的障害が前記内部障害であるか前記外部障害であるかの判定が所定の基準を満たす場合、前記保護デバイス（１４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４）を動作させて前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）を保護する
    ようにプログラムされた前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）と
    を備える、ＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  2. 前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質を前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）のサージインピーダンスまたはアドミッタンスと組み合わせることによって、前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から各進行波を導出するようにプログラムされている、請求項１に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  3. 前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質を正およびゼロシーケンス成分に変換することによって、また、前記正およびゼロシーケンス成分を、前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）の正およびゼロシーケンスの前記サージインピーダンスまたは前記アドミッタンスとそれぞれ組み合わせることによって、前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から前記各進行波を導出するようにプログラムされている、請求項２に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  4. 前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から導出された順方向および逆方向進行波ノルム値を取得するようにプログラムされ、前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、取得された前記順方向および前記逆方向進行波ノルム値の比較を行って、前記電気的障害の方向を判定するようにプログラムされている、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  5. 前記取得された順方向および逆方向進行波の進行波ノルム値の比較は、各進行波が前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）の一端から前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）の他端まで伝搬するのに要する時間の２倍の持続時間内に行われる、請求項４に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  6. 前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記各進行波を修正して障害前成分を取り除くようにプログラムされ、前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記修正された順方向および逆方向進行波から前記進行波ノルム値を取得するようにプログラムされている、請求項４または請求項５に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  7. ・前記順方向進行波の進行波ノルム値と前記逆方向進行波の進行波ノルム値との比が、順方向の障害の存在を示す所定の閾値を超える場合、および／または
    ・前記進行波ノルム値のいずれかが、障害の存在を示す所定の閾値を超える場合、
    前記電気的障害の方向の判定が所定の基準を満たす、請求項４乃至６のいずれか１項に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  8. 前記順方向および逆方向進行波は、進行電圧波または進行電流波である、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  9. 前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から導出された前記第１の周波数成分および前記第２の周波数成分の周波数成分ノルム値を取得するようにプログラムされ、前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記取得された周波数成分ノルム値の比較を行って、前記電気的障害が前記内部障害であるか前記外部障害であるかを判定するようにプログラムされている、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  10. 前記電気的障害が前記内部障害であるか前記外部障害であるかの判定は、前記第１の周波数成分の周波数成分ノルム値と前記第２の周波数成分の周波数成分ノルム値との比が、前記内部障害の存在を示す所定の閾値を超える場合に、所定の基準を満たす、請求項９に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）であって、各周波数成分は、
    ・前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質の周波数成分、
    ・前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から変換されたシーケンス成分の周波数成分、
    ・前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から導出された前記順方向または逆方向進行波の周波数成分、または
    ・前記測定された電気的性質または前記測定された各電気的性質から導出された前記正またはゼロシーケンスの前記順方向または逆方向進行波の周波数成分
    である、ＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  12. 各ノルム値が二乗平均平方根値または絶対平均値である、請求項４乃至７、請求項９乃至１０のいずれか１項に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  13. 前記電気的障害の方向の判定と、前記電気的障害が前記内部障害であるか前記外部障害
    であるかの判定は、前記電気的障害が前記順方向の障害および／または前記内部障害として識別される場合に、前記所定の基準を満たす、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  14. 前記コントローラ（１８、１１８、２１８、３１８、４１８、５１８）は、前記内部障害の存在を示す外部信号を受信したときに、前記保護デバイス（１４、１１４、２１４、３１４、４１４、５１４）を動作させて、前記ＤＣ電力伝送媒体（１６、１１６、２１６）を保護するようにさらにプログラムされている、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）。
  15. 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の複数のＤＣ保護方式（１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０）を備えるＤＣ電力ネットワーク。
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