CN102771038A - 电力转换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种电力转换装置。在控制将使用了半导体开关元件的多个单元连接成级联状而构成的电力转换装置的情况下，虽然需要在多个单元与中央控制装置之间进行通信，但是由于单元数的增大而导致通信的信息量及信息处理的负荷增大。本发明的技术问题在于减小在各单元与中央控制装置之间进行通信的信息量。本发明的电力转换装置具备将多个单元连接成级联状而构成的桥臂，具备从主电路向与构成所述单元的中央控制装置进行通信的单元控制装置供给电力的功能。在本发明的电力转换装置中，通过从主电路供给各单元的单元控制装置的电力，从而在各单元的主要部件发生故障时无法与相应单元的单元控制装置进行通信，故由中央控制装置能识别相应单元发生了故障。

Description

电力转换装置
技术领域
本发明涉及使多个单位转换器级联连接而成的电力转换器，涉及检测所述单位转换器的异常的技术。
背景技术
模块化多电平转换器(MMC)以及级联多模块化转换器(CMC)是使用Insulated Gate Bipolar Transistor(IGBT)等的可进行接通/断开控制的开关元件，能够输出所述开关元件的耐压以上的电压的电路方式，是期待应用于直流输电系统(HVDC)、无功功率补偿装置(STATCOM)、电机驱动逆变器等的电路方式。
非专利文献1公开了MMC的电路方式。
根据非专利文献1，MMC是将多个单位转换器(以下称为“单元”)串联(级联)连接而构成的。各单元例如是双向斩波器电路，具备开关元件和直流电容器。各单元至少经由2端子而与外部连接，并能将所述2端子间的电压控制在该单元所具有的直流电容器的电压或零。
在对各单元进行PWM控制的情况下，通过适当地偏移向各单元给予的三角波载波的相位，从而能够将MMC的输出电压波形变为多电平波形。由此，与2电平转换器相比，能够降低高次谐波成分。
作为MMC的特征而举出：各单元具有进行自单元的控制的单元控制装置，所述单元控制装置与进行全部单元的控制的中央控制装置进行通信。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：萩原誠·赤木泰文：「モジユラ一·マルチレベル变换器(M M C)のP W M制御法と動作検証」、電気学会論文誌D、128巻7号、pp.957-965。
发明内容
发明所要解决的技术问题
如前述那样在控制MMC的情况下，需要在多个单元与中央控制装置之间进行通信。随着单元数的增大而通信的信息量及信息处理的负荷增大。在通信的信息量及信息处理的负荷增大、且在运算周期内必要运算没有完成的情况下，无法进行正常控制。
由此，要求降低在各单元与中央控制装置之间通信的信息量。
本发明的目的在于：在将使用了半导体开关元件的单元连接成级联状而构成的电力转换装置中，减低在各单元与中央控制装置之间通信的信息量。
用于解决技术问题所采用的技术方案
通过具备使多个单元连接成级联状而构成的多个桥臂，并具有从主电路向与中央控制装置进行通信的单元控制装置供给电力的功能的电力转换装置，从而能够实现上述目的。
为了解决上述技术问题，本发明的一种电力转换装置，具备被级联连接的多个单元，所述电力转换装置的特征在于具备：自给电源，其从主电路向各所述单元供给电力。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述电力转换装置具备中央控制装置和对所述单元进行控制的单元控制装置，从所述自给电源供给该单元控制装置的电源。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述单元具备：主电路，其由开关元件和直流电容器构成；和直流电压传感器，其检测所述直流电容器的电压；栅极驱动器，其接收来自所述单元控制装置的栅极脉冲并使开关元件接通/断开，所述单元控制装置接收来自所述中央控制装置的信号而生成所述开关元件的栅极脉冲，所述自给电源向所述单元控制装置和栅极驱动器供给电源。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述中央控制装置和各单元控制装置经由光纤电缆被菊链连接。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述中央控制装置和各单元控制装置经由光纤电缆被星形接线连接。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述单元的主电路具备开关元件和直流电容器，在中央控制装置与单元控制装置之间通信用于判别所述单元的所述直流电容器或开关元件发生了故障的信号。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述中央控制装置根据与所述单元控制装置无法取得通信这一情况而判定出该单元的直流电容器或开关元件发生了故障。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述自给电源从直流电容器供给。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述自给电源从施加于开关元件的电压供给。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述自给电源具备：由多个分压用供电电容器构成的串联体、以及对各所述分压用供电电容器的电压进行调整的电压调整电路，该各电压调整电路的输出被并联连接。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述电压调整电路具备检测各分压用供电电容器的电压并调整各所述电压调整电路的输出的功能。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述自给电源具备：供电电容器，其蓄积电力；放电防止二极管，其防止该供电电容器的放电；限制电阻，其限制从所述主电路流入所述自给电源的电流；电压限制部件，其将所述供电电容器的电压控制为固定电压；以及电压调整电路，其调整所述供电电容器的电压。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述电压调整电路具备多个输出端子，与该电压调整电路的输出端子并联地连接备用电容器，针对该备用电容器的放电时间常数给予差异。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，在所述单元的输出端子连接常接通(normally on)的短路开关，从所述自给电源供给所述短路开关的驱动电力。
进而，本发明在电力转换装置中的特征在于，所述中央控制装置具备在各单元之中的一个单元发生了故障的情况下确定该发生了故障的单元的部件，向该发生了故障的单元以外的单元传输使各单元的单元控制装置与中央控制装置之间的通信的传输延迟时间取得平衡的信号。
发明效果
即便不设置各单元主要部件的故障位，在将多个单元连接成级联状而构成的电力转换装置中，通过从主电路供给各单元的单元控制装置的电力，从而在各单元主要部件发生了故障之时与相应单元的单元控制装置无法通信，故能够由中央控制装置识别相应单元发生了故障的情形。
由此，本发明在将使用了半导体开关元件的单元连接成级联状而构成的电力转换装置中，能够实现减小在各单元与中央控制装置之间进行通信的信息量。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的电力转换装置的电路图。
图2是表示本发明的第1实施方式的单元的电路图。
图3是表示本发明的第2实施方式的电力转换装置的电路图。
图4是表示本发明的第3实施方式的单元的电路图。
图5是表示本发明的第4实施方式的自给电源的电路图。
图6是表示本发明的第5实施方式的自给电源的电路图。
图7是表示本发明的第6实施方式的电压调整电路的电路图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
实施例1
下面，说明实施本发明的第一方式。
在实施例1中，实现了即便不将构成单元的直流电容器的故障的故障位发送至中央控制装置也能检测直流电容器的故障的结构。
以下，利用图1、图2来叙述实施例1的构成。
在本实施例中，假定各单元105的构成为斩波器单元。其中，本发明也可适用于全桥单元。
另外，在本实施例中，作为本发明的电力转换装置103而采取与三相电力系统互联的三相MMC。其中，本发明也适用于与单相系统互联的单相MMC、驱动电机的MMC。
另外，本发明也适用于级联·多电平转换器(CMC)。
电力转换装置103经由变压器102而与三相电力系统101互联。
电力转换装置103的U点、V点、W点被连接在变压器102的2次侧。
另外，在电力转换装置103的P点与N点之间连接了负荷装置112。
本实施例中的电力转换装置103与三相电力系统101进行交流电力的授受。
另外，电力转换装置103与负荷装置112进行直流电力的授受。在这里，负荷装置112代表性示出直流负荷、电机驱动逆变器的直流传输线(link)、直流电源等。
在本实施例中，将三相电力系统101的相电压分别称作VR、VS、VT。将流经变压器102的2次侧的各相的电流分别称作IU、IV、IW。
在本实施例中，说明变压器102的2次侧(连接了电力转换装置103的一侧)的中性点被接地的情形。
电力转换装置103是将多个单元105级联连接而构成的。
详细内容在后面叙述，各单元105是具备直流电容器的双向斩波器电路(参照图2)。各单元105至少经由2端子而与外部电路进行连接，并将所述2端子之间的电压能控制在直流电容器电压或零。
在本实施例中，将所述2端子之间的电压称作单元的输出电压或单元电压。
如图1所示，将1个或多个单元105级联连接而构成的电路称作转换器桥臂104。在本实施例中，设1个转换器桥臂104包括N个单元105。另外，将流经各转换器桥臂104的电流称作桥臂电流，如图1所示定义为IUH、IVH、IWH、IUL、IVL、IWL。
电力转换装置103是将6个转换器桥臂104和6个电抗器106如图1所示那样连接而构成的。
中央控制装置107控制电力转换装置103整体。中央控制装置107图1中位于被接地在以GND点表示的接地点处的电位。
交流电压传感器108检测系统相电压VR、VS、VT，并将其瞬时值信号传输至中央控制装置107。
另外，电流传感器109检测各桥臂电流IUH、IVH、IWH、IUL、IVL、IWL，并将其瞬时值信号传输至中央控制装置107。
中央控制装置107具备一个或两个光收发器110，各光收发器110经由光纤电缆111而与各单元的单元控制装置204进行通信。
中央控制装置107检测系统相电压VR、VS、VT、桥臂电流IUH、IVH、IWH、IUL、IVL、IWL，并基于这些信息来决定向各单元105发送的输出电压指令值，并将所述输出电压指令值发送至各单元105。中央控制装置107大致以一定周期来进行该一系列动作。将该周期称作控制周期。
中央控制装置107通过进行上述的一系列动作来控制桥臂电流IUH、IVH、IWH、IUL、IVL、IWL，由此与三相电力系统101进行电力的授受。
中央控制装置107经由光收发器110和光纤电缆111而将输出电压指令值发送至各单元的单元控制装置204。
另外，在本实施例中，所述单元控制装置204具备2个光收发器205，经由光纤电缆111而与所述中央控制装置107、或相邻的其他单元控制装置204进行通信。
另外，本实施例的各单元控制装置204具有：在与下一单元控制装置204或中央控制装置107的通信完成了的时点传达向前一单元控制装置或中央控制装置的通信完成了这一功能、以及在与下一单元控制装置204或中央控制装置107的通信没有完成的情况下相反地传达无法通信这一功能。
另外，所述单元控制装置204基于从所述中央控制装置107或相邻的其他单元控制装置204经由光纤电缆111传送来的自单元105的输出电压指令值、以及自单元的直流电容器203的电压VC的信息，生成用于开关元件201和202的栅极脉冲。
另外，在本实施例中，在单元台数为6N的情况下，由第6N单元发送出的光串行信号帧被返回至中央控制装置107。
接着，利用图2来说明单元105的构成。
单元105的主电路是由高电位侧开关元件201、低电位侧开关元件202、直流电容器203构成的双向斩波器电路。将直流电容器203的电压称作VC。其中，直流电容器203也可以是电池等的直流电压源。
另外，将高电位侧开关元件201和低电位侧开关元件202总称作开关元件。
在本实施例中，将开关元件201、202设为IGBT，但是本发明也适用于开关元件201、202为Gate-Turn-Off Thysistor(GTO)、Gate-Commutated Turn-off Thyristor(GCT)、Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor(MOSFET)、其他接通断开控制元件的情况。
各单元105具备单元控制装置204、自给电源208，单元控制装置204经由光收发器205和光纤电缆111而与相邻的其他单元105的单元控制装置204或中央控制装置107连接。
本发明的特征在于具备向单元控制装置204供给电源的自给电源208，关于其效果在后面叙述。
单元控制装置204生成用于驱动开关元件201、202的栅极脉冲，并将其发送至栅极驱动器206。
栅极驱动器206在开关元件201、202的栅极与发射极之间施加适当的电压，而使开关元件201、202导通或截止。
直流电压传感器207检测直流电容器电压VC，并将其瞬时值信号传输至单元控制装置204。
各单元控制装置204的电位是与各单元204的低电位侧开关元件202的发射极端子相同的电位，在图2中用G(CELL)点来表示该点。
另外，所述单元控制装置204基于从所述中央控制装置107经由光纤电缆111传送来的自单元105的输出电压指令值、以及自单元的直流电容器203的电压VC的信息，生成用于开关元件201、202用的栅极脉冲。
另外，自给电源208与直流电容器203并联连接，并向所述单元控制装置204供给电源。另外，所述自给电源208也可以向栅极驱动器206供给电源。另外，所述自给电源208因为从直流电容器203供给电力，所以在电压VC为某一电压(Vm)以下时停止动作。
在本实施例中，由于来自中央控制装置的信号与各单元控制装置串行地通信，所以与所通信的信号的信息量成比例地蓄积信号传输延迟时间。在1个控制周期内没有完成全部单元的信号处理的情况下，无法正常地控制所述电力转换器103。因而，削减所通信的信号的信息量是非常重要的。
以下，对本实施例中的信号的传输延迟进行叙述。
在本实施例中，菊链连接光纤电缆，因而直到某一单元控制装置204向相邻的其他单元控制装置204传输信号为止，会产生延迟时间。
由于所有单元使用光纤电缆被菊链连接，所以在远离中央控制装置107的单元中，蓄积单元之间的信号传输的延迟。因此，直到从中央控制装置107向各单元传递控制信号为止的延迟时间，由于每个单元的不同而不同。
因此，确保因菊链连接引起的由于每个单元的不同而不同的延迟时间的平衡是重要的。
在这里，定义单元编号。单元编号是各单元105的单元控制装置204被保存于其内部的信息。
单元编号是指从中央控制装置107到该单元105的、基于光纤电缆111～114的菊链连接的次序。将该单元编号为K的单元105称作第K单元。第K单元是从中央控制装置107中第K个接收信息的单元。
以下，说明延迟平衡时间TB。
延迟平衡时间TB是指用于使从中央控制装置107向各单元105的信号传输延迟时间大致相等的时间，由于每个单元的不同而具有不同的值。
在实施例1中，从中央控制装置107发送出的光串行信号通过6N台单元105，再次返回到中央控制装置107。
因此，中央控制装置107能够测量光串行信号通过6N台单元的时间(全部延迟时间)TD。
例如，能够在中央控制装置107以及各单元控制装置204的初始化时，中央控制装置107使用用于延迟时间测定的试验用光串行信号帧来测量全部延迟时间TD，并将TD的数字值以光串行的方式传输至全部单元。
由此，所有的单元105具有全部单元(6N台)的全部延迟时间TD的信息。另外，各单元具有自单元是第几个单元的信息(单元编号K)。
在这里，若设第K单元的延迟平衡时间为TB(K)，则通过用下式来给出TB(K)，从而能够使从中央控制装置107向各单元105的信号传输延迟时间大致相等。
〔式1〕
TB(K)＝(1-K/6N)·TD
接着，说明本发明的效果。本发明的特征在于：通过使用自给电源208向单元控制装置204供给电力，从而即便在中央控制装置107中不设置直流电容器的以上信号也能够检测故障。以下，进行详细说明。
以下，作为一例，叙述各单元105之中的1个单元例如第H个单元的直流电容器电压降低了的情况下的故障检测法。
若第H个单元的直流电容器电压降低、且低于一定电压(Vm)，则所述自给电源208无法向所述单元控制装置204供给电力。
由于所述单元控制装置204没有供给电力，所以无法与中央控制装置107或相邻的其他单元控制装置进行通信。
因而，第H个单元控制装置无法向第H-1个单元控制装置或中央控制装置传达通信已完成。由此，第H-1个单元控制装置相反地经由各单元控制装置向中央控制装置107传递第H个单元控制装置无法通信。
中央控制装置107通过检测出与第H个单元控制装置无法通信，从而能够判定出第H个单元控制装置的直流电容器的异常。
由此，无需以通信的方式始终监视直流电压的状态，能够进行通信位的有效利用。
而且，在本实施例中，在中央控制装置107具备2个光收发器的情况下，中央控制装置107通过实施与基于通常的次序的通信(从第1个单元向第6N个单元的通信)相反的通信(从6N个单元向第1个单元的通信)，即便在1台单元停止了的情况下，通过使单元级数具有冗长性从而可以继续运转。
以下，叙述本实施例中的、1台单元停止了的情况下的继续运转方法。
在1台单元停止了的情况下，如果双向(如从第1个单元向第6N个单元的通信、以及从第6N个单元向第1个单元的通信这两个通信)地进行通信，则可以向停止了的单元以外的各单元进行通信。
其中，全部台单元运转了的情况和1台单元停止了的情况的延迟平衡时间TB不同。
因而，中央控制装置在检测到第H个单元停止了之时，再次设定各单元的延迟平衡时间。
例如，在第H个单元停止了之际，在将全部台运转了的情况下的延迟平衡时间设为TB的情况下，从正向开始进行通信的第K个单元(第1个～第H-1个单元)的延迟平衡时间TB1(K)，通过设为式2的值，从而能够使从中央控制装置107向各单元105的信号传输延迟时间大致相等。
〔式2〕
TB1(K)＝{2(H-1)-K}·TD/6N
另外，从反向开始进行通信的第K个单元(从第H+1个～第6N个单元)的延迟平衡时间TB2(K)，通过设为式3的值，从而能够使从中央控制装置107向各单元105的信号传输延迟时间大致相等。
〔式3〕
TB2(K)＝{18N-2(H+1)-K}·TD/6N
另外，将短路开关209与单元的输出并联连接，从所述自给电源208供给所述短路开关的驱动电力即可。
短路开关209是在所述单元105发生故障的情况下使所述单元105的输出短路的部件，在没有来自所述自给电源208的驱动电力的情况下，是使所述单元105的输出短路的常接通型的开关。
若所述自给电源208停止，则通过所述短路开关209而异常单元的输出被短路，所以通过使单元的级数具有冗余性，从而即便单元发生故障作为系统也可以继续运转。
另外，作为本实施例的其他效果，由于能够从主电路供给单元控制装置204以及栅极驱动器206的电力，所以无需通过绝缘变压器等取得与对地电位的绝缘，能够使得单元小型化、轻量化。该效果与上述的故障位的有无的构成无关。
实施例2
下面说明实施本发明的第2方式。在实施例1中，是将中央控制装置和各单元控制装置的通信联成一串、即所谓的菊链方式，但是在实施例2中不同，如图3所示是中央控制装置单独与各单元控制装置进行通信的所谓的星形接线方式。
以下，在实施例2的构成中，仅说明与实施例1的构成不同的部分。
图3是表示本发明的第2实施方式的电路图。
中央控制装置107具备6N个光收发器110，从光收发器110经由光纤电缆111向各单元105发送输出电压指令值。
在本实施例中，由于从中央控制装置107向各单元的单元控制装置204并行地传输信号，所以必要的光收发器的个数增加。通过应用于本实施例的电力转换装置303，从而能够削减信号的信息量，所以能够使用信号处理能力低且价格低的光收发器，故谋求了装置的低成本化。
接着，对本发明的效果进行说明。在本实施例中，也使用自给电源208向单元控制装置204供给电力，因而关于单元的直流电容器的异常，即便在中央控制装置中不设置信号，也能检测故障。以下，进行更详细的说明。
举出在各单元105之中的1个单元的直流电容器电压VC降低了的情况的例子来进行说明(以后，将直流电容器电压降低了的单元105称作异常单元)。
若异常单元的直流电容器电压VC降低且低于Vm，则所述自给电源208停止，无法向所述单元控制装置204供给电力。
由于所述单元控制装置204没有供给电力，所以无法与中央控制装置107进行通信。
中央控制装置107在无法与异常单元进行通信的时点，能够判定出异常单元的直流电容器为异常。
中央控制装置107无需以通信的方式始终监视直流电容器的异常，能够进行通信位的有效利用。
另外，通过将短路开关209与单元的输出并联连接，从所述自给电源208供给所述短路开关的驱动电力，从而在1台单元停止了的情况下从所述自给电源208没有供给驱动电力，所以所述单元105的输出短路，即便1台单元发生故障作为系统也可以继续运转。
在本实施例中，虽然作为各单元105而采用了斩波器单元，但是本发明也可适用于全桥单元。
另外，在本实施例中，作为电力转换装置103而采用了与三相电力系统互联的三相MMC，但是本发明也可适用于与单相系统互联的单相MMC、或驱动电机的MMC。
另外，本发明也可适用于级联·多电平转换器(CMC)。
并且，作为本实施例的其他效果，由于能够从主电路供给单元控制装置204以及栅极驱动器206的电力，所以无需通过绝缘变压器等取得与对地电位的绝缘，能够使得单元小型化、轻量化。该效果与上述的故障位的有无的构成无关。
实施例3
下面说明实施本发明的第3方式。在实施例1中，从各单元的直流电容器经由自给电源供给单元控制装置的驱动电力，但是在本实施例中不同，从施加于开关元件的电压经由自给电源供给。
以下，在实施例3的构成中，仅说明与实施例1的构成不同的部分。
图4是表示本发明的第3实施方式的电路图。
高电位侧开关元件201以及低电位侧开关元件202在两个开关元件为OFF状态之时施加VC/2电压，在一个开关元件为ON状态之时施加VC和大致零的脉冲状的电压。
自给电源401利用施加于高电位侧开关元件201的电压来供给电力。另外，自给电源402利用施加于低电位侧开关元件202的电压来供给电力。
自给电源401向驱动高电位侧开关元件201的栅极驱动器403供给电力。
自给电源402向驱动低电位侧开关元件202的栅极驱动器404、单元控制装置204以及短路开关209供给电力。
接着，在本实施例中，叙述作为本申请特征的通过从自给电源向单元控制装置供给电力，从而在不以通信的方式始终监视也能够检测单元的开关元件的异常的情形。
下面叙述各单元105的低电位侧开关元件202发生短路故障的情况(以后，将开关元件发生故障的单元105称作故障单元)。
若故障单元的低电位侧开关元件202发生短路故障，则不向低电位侧开关元件施加电压，所述自给电源402停止，从而向所述单元控制装置204不供给电力。
由于所述单元控制装置204不供给电力，所以无法与中央控制装置107进行通信。
中央控制装置107在无法进行通信的时点，能够将故障单元判定是低电位侧开关元件故障。
另外，若从利用施加于高电位侧开关元件201的电压来供给电力的自给电源401供给单元控制装置204的电力，则在高电位侧开关元件发生了短路故障的情况下，自给电源401停止，向所述单元控制装置204不供给电力，所以无法与中央控制装置107进行通信，故中央控制装置107在无法进行通信的时点能够将故障单元判定是高电位侧开关元件故障。
如上述，中央控制装置107无需以通信的方式始终监视高电位侧开关元件201或低电位侧开关元件202的异常，所以能够有效利用通信位。
另外，在即便在单元发生故障之时也使本实施例的电力转换装置继续运转的情况下，将短路开关209与单元的输出并联连接，从所述自给电源401或所述自给电源402供给所述短路开关的驱动电力即可。
短路开关209是在所述单元105发生故障的情况下使所述单元105的输出短路的部件，是在没有来自所述自给电源401或402的驱动电力的情况下使所述单元105的输出短路的常接通型的开关。
若所述自给电源401或所述自给电源402停止，则通过所述短路开关209异常单元的输出被短路，所以通过使单元的级数具有冗余性，从而即便单元发生故障作为系统也可继续运转。
在本实施例中，虽然作为各单元105而采用斩波器单元，但是本发明也可适用于全桥单元。
另外，在本实施例中，作为电力转换装置103而采用了与三相电力系统互联的三相MMC，但是本发明也可适用于与单相系统互联的单相MMC、驱动电机的MMC。
另外，本发明也可适用于级联·多电平转换器(CMC)。并且，作为本实施例的其他效果，由于能够从主电路供给单元控制装置204以及栅极驱动器403或404的电力，所以无需通过绝缘变压器等取得与对地电位的绝缘，能够使得单元小型化、轻量化。该效果与上述的故障位的有无的构成无关。
实施例4
下面说明实施本发明的第4方式。本实施例是在实施例1、实施例2或实施例3中用到的自给电源的1例。
通过将本实施例适用于实施例1、实施例2或实施例3，从而即便不将构成单元的直流电容器的异常或开关元件的故障位发送至中央控制装置也能够进行检测。
图5是表示本发明的第4实施方式的电路图。
首先，在本发明的特征中，以从主电路向某一单元控制装置供给电力作为特征来说明自给电源500的构成。自给电源500在输入端子501与502之间连接放电防止二极管503、限制电阻504以及供电电容器505的串联体。与所述供电电容器并联地连接齐纳二极管等的电压限制部件506以及电压调整电路507。电压调整电路507的输出与输出端子508及509连接。
接着，说明自给电源500的动作。
根据构成及用途，向输入端子501、502施加几百V～几千V的直流电压或脉冲状的电压，对供电电容器505进行充电。放电防止二极管503防止被充电至所述供电电容器505的电荷放电。其中，如实施例1或实施例2所示那样，在输入电压视为大致一定的情况下也能够削减。
若所述供电电容器505的电压VCQ变为一定以上的电压Vlim，则电压限制部件506动作，将供电电容器505的电压大致限制为一定。若电压限制部件506动作、且供电电容器505的电压VCQ变为大致一定，则电压调整电路507动作。电压调整电路将供电电容器505的电压VCQ转换成负荷所必需的电压，并输出至输出端子508、509。
本发明的自给电源500，若施加于输入端子501、502的电压Vin变为Vlim以下，则不将供电电容器505的电压VCQ变为一定，电压调整电路507的动作停止，向输出端子508、509不输出电压。
由于向实施例1、实施例2或实施例3的单元控制装置204不供给电力，所以无法与中央控制装置107进行通信。
若认识到中央控制装置107无法进行通信，则判定出直流电容器203、高电位侧开关元件201、或低电位侧开关元件202发生异常。
如上述那样，中央控制装置107无需以通信的方式始终监视直流电容器203或开关元件201、202的异常，所以能够有效利用通信位。
另外，作为本发明的其他效果，由于能够从主电路供给单元控制装置及栅极驱动器的电力，所以无需通过绝缘变压器等取得与对地电位的绝缘，能够使得单元小型化、轻量化。此外，该效果与上述的故障位的有无的构成无关。
实施例5
下面说明实施本发明的第5方式。本实施例是在实施例1或实施例2中用到的自给电源的1例。
通过将本实施例适用于实施例1或实施例，从而即便不将构成单元的直流电容器的故障位发送至中央控制装置也能够进行检测。
另外，在本实施例中，由于因在实施例4中用到的限制电阻引起的损耗消失，所以能够低损耗地供给电力。
图6是表示本发明的第5实施方式的电路图。
另外，本实施例的特征在于：在本发明的特征即从主电路向某一单元控制装置供给电力的自给电源中，通过将构成自给电源的各电压调整电路的输出并联而使各电压调整电路的输出平衡，从而能够将分压供电电容器的电压平衡确保为一定，能够削减在实施例4中成为必要的限制电阻。
首先，说明自给电源600的构成。自给电源600在输入端子601与602之间连接了多个分压供电电容器603的串联体。所述各分压供电电容器603分别连接了电压调整电路604。所述各电压调整电路604的输出分别被并联连接，且与输出端子508、509连接。
接着，说明本发明的自给电源600的动作。
通过分压供电电容器603来分压被施加于输入端子601、602的电压Vin。所述各电压调整电路604将所述各分压供电电容器603的电压转换成栅极驱动器、或单元控制装置等的负荷为必要的电压，将各电压调整电路604的输出端子并联连接，从输出端子605、606供给电力。其中，电压调整电路604具有若输入电压变为一定以下(Vmin)则停止输出的功能。
由于各电压调整电路604将输出并联连接，所以所述各电压调整电路604的输出变得大致相等，所述分压供电电容器603的电压变得彼此大致相等。
另外，虽然在图6中并未图示，但是通过检测各分压供电电容器603的电压，并调整各电压调整电路604的输出，从而也能够进行各分压供电电容器603的电压平衡。
本发明的自给电源600在被施加于输入端子601、602的电压降低、且各分压供电电容器的电压变为Vmin以下之时，电压调整电路604的动作停止，从输出端子605、606不供给电力。
由此，向实施例1、实施例2的单元控制装置204不供给电力，所以无法与中央控制装置107进行通信。
若识别出无法与中央控制装置107进行通信，则判定出直流电容器203发生异常。
如上述那样，中央控制装置107无需以通信的方式始终监视直流电容器203的异常，能够有效利用通信位。
另外，作为本实施例的其他效果，由于能够从主电路供给单元控制装置及栅极驱动器的电力，所以无需通过绝缘变压器等取得与对地电位的绝缘，能够使得单元小型化、轻量化。此外，该效果与上述的故障位的有无的构成无关。
实施例6
下面说明实施本发明的第6方式。本实施例是在实施例4或实施例5中用到的电压调整电路的变形。
通过将本实施例适用于实施例4或实施例5，从而在电压调整电路停止之际能够降低栅极驱动器输出错误脉冲的可能性。
图7是表示本发明的第6实施方式的电路图。
另外，本实施例的特征在于：在本发明的特征即包括从主电路向单元控制装置能供给电力的自给电源在内的单元中，按照栅极驱动器比单元控制装置先停止的方式决定与电压调整电路的各输出连接的各备用(backup)电容器的静电容量。
首先，说明本实施例的构成。在从电压调整电路703向栅极驱动器供给电力的输出端子706与708之间并联连接备用电容器704，在从电压调整电路703向单元控制装置供给电力的输出端子707与708之间并联连接备用电容器705。
接着，说明本实施例的动作。电压调整电路703将被施加于输入端子701、702的电压转换成栅极驱动器及单元控制装置所必要的电压，经由输出端子706、708而向栅极驱动器供给电力，经由输出端子707、708向单元控制装置供给电力。通过如下那样选择备用电容器704、705的静电容量，从而在电压调整电路703停止了的情况下，使栅极驱动器比单元控制装置先停止，从而即便在单元控制装置停止之际输出了错误脉冲的情况下也可不误触发开关元件。
若将向栅极驱动器输出的电压设为VGD、将消耗的电力设为PGD、将向单元控制装置输出的电压设为VCC、将消耗的电力设为PCC，则备用电容器704及705的静电容量CGD、CCC满足式5的关系即可，备用电容器704的电压比备用电容器705的电压先降低。
〔式5〕
CGD＜[{PGD·(VCC)2}/PCC·(VGD)2]·CCC
如以上那样，通过决定各备用电容器的静电容量，从而在电压调整电路703停止了的情况下，能够使栅极驱动器比单元控制装置先停止，并且能够防止开关元件的误触发(点弧)。
产业上的可利用性
本发明也可适用于将交流电力暂时转换为直流电力的无功功率补偿装置(SVC、STATCOM)、电机驱动用电力转换装置、直流输电系统(HVDC)等的使用电力转换器的设备。
符号说明
101三相电力系统
102变压器
103、303电力转换装置
104转换器桥臂
105单元(单位转换器)
106电抗器
107中央控制装置
108交流电压传感器
109电流传感器
110、205光收发器
111光纤电缆
112负荷装置
201高电位侧开关元件
202低电位侧开关元件
203直流电容器
204单元控制装置
206、403、404栅极驱动器
207直流电压传感器
208、401、402、500、600自给电源
209短路开关
501、502、601、602、701、702输入端子
503放电防止二极管
504限制电阻
505供电电容器
506电压限制部件
507、604、703电压调整电路
508、509、605、706、707、708输出端子
603分压供电电容器
704、705备用电容器
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种电力转换装置，具备被级联连接的多个单元，所述电力转换装置的特征在于具备：
自给电源，其从主电路向各所述单元供给电力；
中央控制装置；和
单元控制装置，其对所述单元进行控制，
从所述自给电源供给该单元控制装置的电源。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述单元具备：
主电路，其由开关元件和直流电容器构成；
直流电压传感器，其检测所述直流电容器的电压；和
栅极驱动器，其接收来自所述单元控制装置的栅极脉冲并使开关元件接通/断开，所述单元控制装置接收来自所述中央控制装置的信号而生成所述开关元件的栅极脉冲，
所述自给电源向所述单元控制装置和栅极驱动器供给电源。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述中央控制装置和各单元控制装置经由光纤电缆被菊链连接。
4.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述中央控制装置和各单元控制装置经由光纤电缆被星形接线连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述单元的主电路具备开关元件和直流电容器，
在中央控制装置与单元控制装置之间通信用于判别所述单元的所述直流电容器或开关元件发生了故障的信号。
6.根据权利要求1至5任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述中央控制装置根据与所述单元控制装置无法取得通信这一情况而判定出该单元的直流电容器或开关元件发生故障。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述自给电源从直流电容器供给。
8.根据权利要求1至6任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述自给电源从施加于开关元件的电压供给。
9.根据权利要求1至7任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述自给电源具备：由多个分压用供电电容器构成的串联体；以及对各所述分压用供电电容器的电压进行调整的电压调整电路，
该各电压调整电路的输出被并联连接。
10.根据权利要求9所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电压调整电路具备检测各分压用供电电容器的电压并调整各所述电压调整电路的输出的功能。
11.根据权利要求1至8任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述自给电源具备：
供电电容器，其蓄积电力；
放电防止二极管，其防止该供电电容器的放电；
限制电阻，其限制从所述主电路流入所述自给电源的电流；
电压限制部件，其将所述供电电容器的电压控制为固定电压；以及
电压调整电路，其调整所述供电电容器的电压。
12.根据权利要求1至11任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电压调整电路具备多个输出端子，
与该电压调整电路的输出端子并联地连接备用电容器，
针对该备用电容器的放电时间常数给予差异。
13.根据权利要求1至12任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
在所述单元的输出端子连接常接通的短路开关，
从所述自给电源供给所述短路开关的驱动电力。
14.根据权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于，
所述中央控制装置具备在各单元之中的一个单元发生故障的情况下确定该发生了故障的单元的部件，
向该发生了故障的单元以外的单元传输使各单元的单元控制装置与中央控制装置之间的通信的传输延迟时间取得平衡的信号。

Claims (15)

1.一种电力转换装置，具备被级联连接的多个单元，所述电力转换装置的特征在于具备：
自给电源，其从主电路向各所述单元供给电力。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电力转换装置具备中央控制装置和对所述单元进行控制的单元控制装置，
从所述自给电源供给该单元控制装置的电源。
3.根据权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于，
所述单元具备：
主电路，其由开关元件和直流电容器构成；
直流电压传感器，其检测所述直流电容器的电压；和
栅极驱动器，其接收来自所述单元控制装置的栅极脉冲并使开关元件接通/断开，所述单元控制装置接收来自所述中央控制装置的信号而生成所述开关元件的栅极脉冲，
所述自给电源向所述单元控制装置和栅极驱动器供给电源。
4.根据权利要求1至3任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述中央控制装置和各单元控制装置经由光纤电缆被菊链连接。
5.根据权利要求1至3任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述中央控制装置和各单元控制装置经由光纤电缆被星形接线连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述单元的主电路具备开关元件和直流电容器，
在中央控制装置与单元控制装置之间通信用于判别所述单元的所述直流电容器或开关元件发生了故障的信号。
7.根据权利要求1至6任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述中央控制装置根据与所述单元控制装置无法取得通信这一情况而判定出该单元的直流电容器或开关元件发生故障。
8.根据权利要求1至7任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述自给电源从直流电容器供给。
9.根据权利要求1至7任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述自给电源从施加于开关元件的电压供给。
10.根据权利要求1至8任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述自给电源具备：由多个分压用供电电容器构成的串联体；以及对各所述分压用供电电容器的电压进行调整的电压调整电路，
该各电压调整电路的输出被并联连接。
11.根据权利要求10所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电压调整电路具备检测各分压用供电电容器的电压并调整各所述电压调整电路的输出的功能。
12.根据权利要求1至9任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述自给电源具备：
供电电容器，其蓄积电力；
放电防止二极管，其防止该供电电容器的放电；
限制电阻，其限制从所述主电路流入所述自给电源的电流；
电压限制部件，其将所述供电电容器的电压控制为固定电压；以及
电压调整电路，其调整所述供电电容器的电压。
13.根据权利要求1至12任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
所述电压调整电路具备多个输出端子，
与该电压调整电路的输出端子并联地连接备用电容器，
针对该备用电容器的放电时间常数给予差异。
14.根据权利要求1至14任一项所述的电力转换装置，其特征在于，
在所述单元的输出端子连接常接通的短路开关，
从所述自给电源供给所述短路开关的驱动电力。
15.根据权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于，
所述中央控制装置具备在各单元之中的一个单元发生故障的情况下确定该发生了故障的单元的部件，
向该发生了故障的单元以外的单元传输使各单元的单元控制装置与中央控制装置之间的通信的传输延迟时间取得平衡的信号。
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