CN106160540A - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

提供一种在多重逆变器结构中在1台逆变器单元故障时能够降低低次的输入电流谐波的电力变换装置。将3台以上包括单相逆变器的单元串联连接而成的3组串联电路连接于多绕组变压器的3组具有N个电压相位的次级侧绕组，在各单元的输出侧设置短路开关，具备在单元故障时对相应的单元的短路开关进行接通控制的统一控制装置，统一控制装置将逆变器单元分为发生故障的单元所属的串联电路的正常的单元组成的第一群、不包括发生故障的单元的两组串联电路中的电压相位与发生故障的单元相同的两个单元组成的第二群以及剩余的单元的第三群，将第一群的单元的输出电压控制为相等的等电压，将第二群和第三群中的至少一方的输出电压控制为与等电压不同的电压。

Description

电力变换装置

技术领域

本发明涉及一种具有多重逆变器装置结构的电力变换装置。

背景技术

作为这种具有多重逆变器装置结构的电力变换装置，例如已知专利文献1和专利文献2所记载的结构。

在专利文献1所记载的以往例中，如图7所示，是如下的多重逆变器装置：包括具有多个次级绕组的输入变压器101，将多个单位逆变器单元102串联连接n级(例如n＝3)来构成U相电路103U、V相电路103V以及W相电路103W，并与输入变压器101相组合来向3相负载供给电力。而且，输入变压器101在次级侧具有3n(例如3n＝9)组多相绕组，将各相中相位偏移的变压器101的次级绕组连接于n级的各相的单位逆变器单元来构成多重逆变器装置。

在此，如图8所示，单位逆变器单元102具有单相逆变器的结构，其至少具备：正变换部105，其将所输入的3相交流变换为直流，包括6个二极管；以及逆变换部106，其将由该正变换部105变换得到的直流变换为单相交流，包括4个半导体开关元件。

在该多重逆变器装置中，在输出各相的第n级的3台逆变器单元的输入端子上，连接有变压器的次级侧绕组的电压相位各偏移电角度20°的端子，作为电力变换装置整体而实现了与18脉冲整流相当的输入电流谐波降低效果。

而且，在单位逆变器单元的输出侧设置有在单位逆变器单元发生故障时用于绕开该逆变器单元的开关。

记载了以下内容：在该情况下，在1台逆变器单元发生故障时，接通设置于该逆变器所属的第n级的3台逆变器单元的输出侧的开关来绕开这3台逆变器单元，使其它逆变器单元运转来进行动作。由此，在1台逆变器单元发生故障时，也能够实现仍保持与18脉冲整流相当的输入电流谐波降低效果的部分运转。在该以往例中，逆变器单元的串联数为3，与变压器次级侧绕组的三种电压相位(0°，20°，40°)分别连接的运转的逆变器单元的台数在无故障的健全时各有3台，在1台逆变器单元发生故障时是各为2台，台数相同，因此无论在哪种情况下都能够实现与18脉冲整流相当的输入电流谐波降低效果。

另外，在专利文献2所记载的以往例中，公开了以下内容：在1台逆变器单元发生故障时，使该逆变器单元的输出短路来绕开该逆变器单元，使用其它逆变器单元来进行部分运转。但是，没有考虑进行该部分运转时的电流谐波降低效果。

专利文献1：日本特开平11-122943号公报

专利文献2：日本特开2000-60142号公报

发明内容

发明要解决的问题

然而，在上述专利文献1所记载的以往例中，在逆变器单元的串联数为4以上时存在以下问题：在1台逆变器单元发生故障的情况下，相对于健全时而言，输入电流谐波的低次分量大幅增加。

对此，以逆变器单元串联5台而共计15台的情况为例，结合图9来进行说明。在该情况下，作为变压器次级侧绕组的电压相位，将5种(0°，12°，24°，36°，48°)电压相位设置3组，在3组电压相位不同的次级绕组上依序连接U相逆变器单元U101、V相逆变器单元V101、W相逆变器单元W101、U相逆变器单元U102、V相逆变器单元V102、W相逆变器单元W102、U相逆变器单元U103…W相逆变器单元W105。在此，由3台同一标记的逆变器单元形成1个单元框，从而形成5个单元框。在不存在发生故障的逆变器单元的健全时，能够实现与30脉冲整流相当的降低了输入电流谐波的电力变换装置。然后，在1台逆变器单元、例如U102发生故障的情况下，绕开图9中以点线包围的包括发生故障的逆变器单元U102的同一单元框的3台逆变器单元U102、V102以及W102的输出，利用剩余12台逆变器单元来继续运转，在该专利文献1所记载的以往例的思考方式下，在变压器次级侧绕组的5种电压相位中，

1)与相同电压相位的变压器次级侧绕组连接而运转的逆变器单元为2台的电压相位是36°、48°以及0°这3种电压相位(由于已将发生故障的逆变器单元所属的第n(＝2)级的3台逆变器单元停止)

2)与相同电压相位的变压器次级侧绕组连接而运转的逆变器单元为3台的电压相位是12°和24°这2种电压相位，

1)和2)中运转的逆变器单元台数不同，因此无法如健全时那样与30脉冲整流相当，低次的输入电流谐波会增加。

若以同样的方式思考，则在专利文献1所记载的方法中，只有在逆变器单元的串联数与输出相的数量、即3相等的3串联的情况下才在1台逆变器单元故障时低次的输入电流谐波不增加。若变为4串联以上，则存在与健全时相比而言输入电流谐波的低次分量大幅增加的问题。

另外，在专利文献2中，没有考虑进行部分运转时的输入电流谐波降低效果，因此同样存在产生大的低次的输入电流谐波的问题。

因此，本发明是着眼于上述以往例的问题而完成的，其目的在于提供一种在具有3串联以上的多重逆变器结构的情况下在1台逆变器单元故障时能够实现低次的输入电流谐波的降低的电力变换装置。

用于解决问题的方案

为了达到上述目的，本发明的一个方式所涉及的电力变换装置具备：3组串联电路，各所述串联电路是将N台逆变器单元串联连接而得到的，该逆变器单元至少具有将三相交流输入变换为直流输出的正变换部以及将该正变换部的直流输出变换为单相交流输出并输出该单相交流输出的逆变换部，其中，N为3以上的正整数；多绕组变压器，其具有初级侧绕组和3组次级侧绕组，在3组次级侧绕组上分别连接3组串联电路，其中，所述初级侧绕组被输入三相交流，所述3组次级侧绕组分别具有各间隔电角度(60/N)°的包含电角度0°的N个电压相位；短路开关，其设置于各逆变器单元的输出侧；以及统一控制装置，其在逆变器单元故障时对发生故障的逆变器单元的短路开关进行接通控制，其中，统一控制装置在对一个发生故障的逆变器单元的短路开关进行了接通控制时，将逆变器单元分为由该发生故障的逆变器单元所属的串联电路的正常的逆变器单元组成的第一群、由不包括发生故障的逆变器单元的2组串联电路中的电压相位与发生故障的逆变器单元相同的2个逆变器单元组成的第二群以及由剩余的逆变器单元组成的第三群，将第一群的逆变器单元的输出电压控制为相等的等电压，将第二群和所述第三群中的至少一方的输出电压控制为与等电压不同的电压。

发明的效果

根据本发明的一个方式，即使在有1台逆变器单元发生故障的情况下，也能够进行降低了低次的输入电流谐波的部分运转。

附图说明

图1是表示本发明的一个方式所涉及的电力变换装置的第一实施方式的框图。

图2是说明第一实施方式中的电压控制状态的图。

图3是表示本发明的一个方式所涉及的电力变换装置的第一实施例的框图。

图4是说明第一实施例中的电压控制状态的图。

图5是说明本发明的一个方式所涉及的电力变换装置的第二实施方式中的电压控制状态的图。

图6是表示本发明的一个方式所涉及的电力变换装置的第二实施例的框图。

图7是表示以往例的使逆变器单元为3串联的情况的电路图。

图8是表示以往例的逆变器单元的具体结构的电路图。

图9是表示以往例的使逆变器单元为5串联的情况的电路图。

附图标记说明

10：系统电源；11：多绕组变压器；12：交流感应电动机；U1～UN、V1～VN、W1～WN：逆变器单元；21：正变换部；22：电容器；23：逆变换部；24：控制电路；30：统一控制装置；30a～30c：乘法器。

具体实施方式

接着，参照附图来说明本发明的一个实施方式。在下面的附图记载中，对同一或类似的部分标注同一或类似的标记。其中，附图是示意性的。

另外，下面示出的实施方式用于例示用于使本发明的技术思想具体化的装置、方法，本发明的技术思想并没有将构成部件的构造、配置等指定为下述的构造、配置等。本发明的技术思想能够在权利要求书中记载的权利要求所规定的技术范围内追加各种变更。

[第一实施方式]

首先，说明表示本发明的一个方式的电力变换装置的第一实施方式。

如图1所示，电力变换装置具有在初级侧绕组上连接有系统电源10的、由多重绕组的三相变压器构成的多绕组变压器11，在该多绕组变压器11中进行系统电压的绝缘和降压。该多绕组变压器11以抑制初级侧的谐波电流为目的，设置有3组次级侧绕组，各组中包含的(多个)次级侧绕组的电压相位相互错开。

在本第一实施方式中，是以下的N串联多重逆变器结构：多绕组变压器11的次级绕组的电压相位有N(N为3以上的正整数)种(0°，+(60/N)°，+2(60/N)°，…，+(N-1)(60/N)°)，各电压相位是针对三相的各相设置的。在此，U相用次级绕组Lu1～LuN和W相用次级绕组Lw1～LwN被设定成电角度沿顺时针方向依次变大，V相用次级绕组Lv1～LvN被设定成电角度沿顺时针方向依次变小。

在该多绕组变压器11的次级绕组Lu1～LuN、Lv1～LvN以及Lw1～LwN上，连接有构成U相串联电路SCu的N台串联连接的U相用的逆变器单元U1、U2、……UN、构成V相串联电路SCv的N台串联连接的V相用的逆变器单元V1、V2、……VN以及构成W相串联电路SCw的N台串联连接的W相用的逆变器单元W1、W2、……WN。各相的串联电路SCu、SCv以及SCw的输出例如被连接到交流感应电动机12。

关于各逆变器单元U1～UN、V1～VN以及W1～WN，以逆变器单元U1为代表来进行说明，如图1所示，逆变器单元U1具备：正变换部21，其将从多绕组变压器11的次级侧供给的三相交流输入变换为直流输出，包括二极管转换器；电容器22，其使该正变换部21的直流输出平滑化；以及逆变换部23，其包括并联连接于该电容器22的两端之间的单相逆变器。

正变换部21在正极侧线Lp和负极侧线Ln之间将例如6个二极管D1～D6两两串联连接来构成全波整流电路。

另外，逆变换部23具有将连接于正极侧线Lp和负极侧线Ln之间的例如由IGBT构成的4个半导体开关元件Q1～Q4两两串联连接后并联连接于正极侧线Lp和负极侧线Ln之间而成的结构。对各半导体开关元件Q1～Q4反并联地连接有二极管D7～D10。

而且，构成逆变换部23的一方的半导体开关元件Q1和Q2的连接点连接于其它相的逆变器单元V1和W1侧，另一方的半导体开关元件Q3和Q4的连接点连接于串联连接的同相的逆变器单元U2的逆变换部23中的一方的半导体开关元件Q1和Q2之间。

对构成逆变换部23的各半导体开关元件Q1～Q4进行开关控制，使得输出电压与输入到内部的控制电路24的单元输出电压指令一致。

并且，最终级的逆变器单元UN、VN以及WN的另一方的半导体开关元件Q3和Q4的连接点连接于作为负载的例如交流感应电动机12。

在作为各逆变器单元U1～UN、V1～VN以及W1～WN的逆变换部23的输出侧的半导体开关元件Q3和Q4的连接点与半导体开关元件Q1和Q2的连接点之间连接有旁路用的短路开关SWu1～SWuN、SWv1～SWvN以及SWw1～SWwN，这些短路开关设于各逆变器单元的外侧。

从对电力变换装置整体进行控制的统一控制装置30向各逆变器单元U1～UN、V1～VN以及W1～WN的控制电路24输入各相的电力指令，在逆变器单元故障时通过统一控制装置30对各短路开关SWu1～SWuN、SWv1～SWvN以及SWw1～SWwN进行接通控制。

在全部逆变器单元U1～UN、V1～VN以及W1～WN均正常的健全时，该统一控制装置30计算将用于对交流感应电动机12进行驱动控制的U相输出电压指令Vu*、V相输出电压指令Vv*以及W相输出电压指令Vw*乘以1/N(N为各相的逆变器单元数)后得到的值Vu*/N、Vv*/N以及Vw*/N，来作为针对各逆变器单元U1～UN、V1～VN以及W1～WN的单元输出电压指令Vu1～VuN、Vv1～VvN、Vw1～VwN，将计算出的单元输出电压指令Vu1～VuN、Vv1～VvN、Vw1～VwN输出到各逆变器单元的控制电路24。因此，电力变换装置在健全时实现与N×6脉冲整流相当的输入电流谐波降低效果。

另外，在检测出逆变器单元U1～UN、V1～VN以及W1～WN的某一个发生故障时，统一控制装置30输出将与发生故障的逆变器单元Xi(X＝U，V，W、i＝1～N)对应的短路开关SWxi(x＝u，v，w、i＝1～N)控制为接通状态的开关信号，并且生成针对除发生故障的逆变器单元Xi以外的正常的逆变器单元的、故障时的单元电压指令，将所生成的故障时的单元电压指令输出到各逆变器单元U1～UN、V1～VN以及W1～WN中的除发生故障的逆变器单元Xi以外的各逆变器单元的控制电路24。

在此，统一控制装置30如以下那样生成故障时的单元电压指令。

首先，将逆变器单元分类为由发生故障的1台逆变器单元Xi所属的串联电路的正常的(N-1)台逆变器单元构成的第一群、由不包括所述发生故障的逆变器单元的两组串联电路中的输入电压相位与所述发生故障的逆变器单元Xi相同的两个逆变器单元构成的第二群、以及由剩余的逆变器单元构成的第三群。

例如，如图1所示，当假设U相串联电路SCu的电压相位为(60/N)°的逆变器单元U2发生故障时，第一群由包括发生故障的逆变器单元U2的U相串联电路SCu的正常的逆变器单元U1、U3～UN这(N-1)台逆变器单元构成。

另外，第二群由不包括发生故障的逆变器单元U2的V相串联电路SCv的电压相位为(60/N)°的逆变器单元V(N-1)和W相串联电路SCw的电压相位为(60/N)°的逆变器单元W2这2台逆变器单元构成。

并且，第三群由剩余的逆变器单元V1～V(N-2)、VN这(N-1)台逆变器单元以及W1、W3～WN这(N-1)台逆变器单元构成。

针对发生故障的逆变器单元U2，使短路开关SWu2为接通状态，并且使从控制电路24向逆变换部23的控制信号的输出停止。

因此，在U相串联电路SCu中，对正常的(N-1)台逆变器单元U1、U3～UN进行驱动，在V相串联电路SCv和W相串联电路SCw中，分别对正常的N台逆变器V1～VN和W1～WN进行驱动。

另外，当将三相输出设为U相、V相、W相、将与电压相位相同的次级绕组连接的U相、V相以及W相的3台逆变器单元设为同一小组时，形成第一小组～第N小组。

在1台逆变器单元发生故障时，为了以避免输入电流谐波的低次分量相对于健全时增加的方式进行部分运转，需要使包括发生故障的逆变器单元U2的U相串联电路SCu与不包括发生故障的逆变器单元U2的V相串联电路SCv(或W相串联电路SCw)的总输出电压相等。

为此，当将第一群的逆变器单元的输出电压(基波)的大小设为E、将第二群的逆变器单元的输出电压(基波)的大小设为αE、将第三群的逆变器单元的输出电压(基波)的大小设为βE时，由于U相串联电路SCu由第一群的(N-1)台逆变器单元构成，V相串联电路SCv(或W相串联电路SCw)包括1台第二群的逆变器单元、包括(N-1)台第三群的逆变器单元，因此需要使下述(1)式成立。

E×(N-1)台＝αE×1台+βE×(N-1)台…(1)

根据该式(1)，用下述式(2)来表示α和β的关系。

α＝(N-1)(1-β)…(2)

另外，在1台逆变器单元发生故障时，为了避免低次的输入电流谐波增加，需要使包括发生故障的逆变器单元U2的故障小组(第二小组)的正常的2台逆变器单元V(N-1)、W2与除此以外的正常小组的3台逆变器单元(U1、VN、W1；U3、V(N-2)、W3；U4、V(N-3)、W4；…；UN、V1、WN)的总输出有效电力相等。

在此，故障小组由第二群的2台逆变器单元构成。另一方面，正常小组必然包括第三群的逆变器单元V1～V(N-2)、VN中的1台和W1、W3～WN中的1台这共计2台逆变器单元以及第一群的逆变器单元U1、U3～UN中的1台逆变器单元。

因此，为了使故障小组与正常小组的总输出有效电力相等，在将第一群的逆变器单元的输出有效电力设为W时，需要使下述式(3)成立。

αW×2台＝W×1台+βW×2台…(3)

根据该式(3)，用下述式(4)来表示α与β的关系。

2α＝1+2β…(4)

此外，各逆变器单元的输出电流的大小是相等的，因此逆变器单元输出的有效电力与逆变器单元输出电压成正比。

当像这样使故障小组与正常小组的输出有效电力相等时，能够使流过多绕组变压器11的次级绕组的电流的总安匝数相等，因此能够由此降低低次的输入电流谐波。

当根据式(2)和式(4)来求出α和β时，成为下述式(5)和式(6)。

α＝3(N-1)/(2N)…(5)

β＝(2N-3)/(2N)…(6)

通过满足这些式(5)和式(6)，能够避免输入电流谐波的低次分量相比于健全时增加，即使在1台逆变器单元故障时也能够进行部分运转。

在此，当对式(5)和式(6)进行求解时，仅在N＝0时α、β相等的条件成立，在本实施方式中设想的N为3以上的整数的情况下，α≠β始终成立。

因此，要使得在1台逆变器单元发生故障时也可以在利用其它逆变器单元进行部分运转时降低低次的输入电流谐波，其必要条件是：在第一群～第三群中，使同一群的逆变器单元的输出电压的大小相同，对于不同的群的输出的大小而言，使至少一个群的输出的大小不同于其它群的输出的大小。

因而，通过满足上述的式(5)和式(6)，即，当将第一群的逆变器单元的输出电压的大小设为E时，使第二群的逆变器单元的输出电压的大小为[3(N-1)/2N]E、使第三群的1台逆变器单元的输出电压的大小为[(2N-3)/2N]E，由此能够发挥与健全时同等的输入电流谐波降低效果。

因此，如第一实施方式那样，在次级绕组的种类数为N的情况下，在作为一例、与电压相位为(60/N)°的变压器次级侧绕组连接的逆变器单元U2发生故障时，在统一控制装置30中，如图2所示，将与发生故障的逆变器单元U2的逆变换部23的输出侧连接的短路开关SWu2控制为接通状态，并且停止向逆变器单元U2的控制电路24输出单元输出电压指令Vu2来停止逆变器单元U2的运转。

另外，通过统一控制装置30，将设置于其它逆变器单元的逆变换部23的输出侧的短路开关控制为断开状态。

并且，U相串联电路SCu是发生故障的逆变器单元U2所属的相，因此被设定为第一群，统一控制装置30针对正常的剩余(N-1)台逆变器单元U1和U3～UN，使用乘法器30a对U相输出电压指令Vu*乘以1/(N-1)来计算等输出电压指令Vu*/(N-1)，将等输出电压指令Vu*/(N-1)作为单元输出电压指令Vu1和Vu3～VuN输出到逆变器单元U1和U3～UN。

另外，统一控制装置30判断为V相串联电路SCv不是发生故障的逆变器单元U2所属的相，将变压器次级侧绕组的电压相位与发生故障的逆变器单元U2相同的逆变器单元V(N-1)设定为第二群，使用乘法器30a来计算V相输出电压指令Vv*的、与针对U相用的进行运转的逆变器单元的等输出电压指令的大小相等的等输出电压指令Vv*/(N-1)，并使用乘法器30b来计算对所计算出的等输出电压指令Vv*/(N-1)乘以α[＝3(N-1)/2N]后得到的值，将该值作为针对逆变器单元V(N-1)的单元输出电压指令Vv(N-1)输出到控制电路24。

并且，统一控制装置30将V相串联电路SCv的剩余的逆变器单元V1～V(N-2)和VN设定为第三群，使用乘法器30c来计算对通过乘法器30a计算出的V相输出电压指令Vv*的等输出电压指令Vv*/(N-1)乘以β[＝(2N-3)/2N]后得到的值，将该值作为针对逆变器单元V1～V(N-2)和VN的单元输出电压指令Vv1～Vv(N-2)和VvN输出到逆变器单元V1～V(N-2)和VN的控制电路24。

另外，统一控制装置30判断为W相串联电路SCw不是发生故障的逆变器单元U2所属的相，将变压器次级侧绕组的电压相位与发生故障的逆变器单元U2相同的逆变器单元W2设定为第二群，使用乘法器30a来计算W相输出电压指令Vw*的、与针对U相用的进行运转的逆变器单元的等输出电压指令的大小相等的等输出电压指令Vw*/(N-1)，并使用乘法器30b来计算对所计算出的等输出电压指令Vw*/(N-1)乘以α[＝3(N-1)/2N]后得到的值，将该值作为针对逆变器单元W2的单元输出电压指令Vw2输出到控制电路24。

并且，统一控制装置30将W相串联电路SCw的剩余的逆变器单元W1、W3～WN设定为第三群，使用乘法器30c来计算对通过乘法器30a计算出的W相输出电压指令Vw*的等输出电压指令Vw*/(N-1)乘以β[＝(2N-3)/2N]后得到的值，将该值作为针对逆变器单元W1和W3～WN的单元输出电压指令Vw1和Vw3～VwN输出到逆变器单元W1和W3～WN的控制电路24。

通过这样，能够使发生故障的逆变器单元U2所属的U相串联电路SCu与不包括发生故障的逆变器单元U2的V相串联电路SCv及W相串联电路SCw的输出电压的大小一致，并且在按同一电压相位对逆变器单元进行分组时，能够使故障小组(U2、V(N-1)、W2)与正常小组(除U2、V(N-1)、W2以外的小组)的输出有效电力相等，从而能够发挥与健全时相同的与N×6脉冲整流相当的输入电流谐波降低效果。即，在N×6脉冲整流中，会产生表示为N×6×n±1(n为正整数)的((N×6×1-1)次、(N×6×1+1)次、(N×6×2-1)次、(N×6×2+1)次…)的输入电流谐波。因而，能够降低(N×6×1-2)次以下的输入电流谐波。因此，能够不招致随着谐波电流的增加所产生的对电力设备的不良影响(例如，谐波降低滤波器的烧损等)地进行部分运转。

(第一实施例)

接着，结合图3和图4来说明将第一实施方式中的次级绕组的种类数N设为5的情况下的第一实施例。

在本第一实施例中，是N＝5的5串联多重逆变器结构，关于多绕组变压器11的与三相的各相对应的次级侧绕组Lu1～Lu5、Lv1～Lv5以及Lw1～Lw5，每个相具有各偏移将电角度60°除以串联数N＝5而得到的电角度12°的0°、12°、24°、36°、48°这5种电压相位。在此，U相用次级绕组Lu1～Lu5和W相用次级绕组Lw1～Lw5被设定成电角度沿顺时针方向依次变大，V相用次级绕组Lv1～Lv5被设定成电角度沿顺时针方向依次变小。

在全部逆变器单元U1～U5、V1～V5以及W1～W5均正常的健全时，统一控制装置30计算将用于对交流感应电动机12进行驱动控制的U相输出电压指令Vu*、V相输出电压指令Vv*以及W相输出电压指令Vw*乘以1/N(N为各相的逆变器单元数)、即1/5后得到的值，来作为针对各逆变器单元U1～U5、V1～V5以及W1～W5的单元输出电压指令Vu1～Vu5、Vv1～Vv5、Vw1～Vw5，将计算出的单元输出电压指令Vu1～Vu5、Vv1～Vv5、Vw1～Vw5输出到各逆变器单元U1～U5、V1～V5以及W1～W5的控制电路24。因此，电力变换装置在健全时实现与30脉冲整流相当的输入电流谐波降低效果。

另一方面，当与第一实施方式同样地假设逆变器单元U2发生故障时，在统一控制装置30中，如图3所示，将与发生故障的逆变器单元U2的逆变换部23的输出侧连接的短路开关SWu2控制为接通状态，并且停止向逆变器单元U2的控制电路24输出单元输出电压指令Vu2来停止逆变器单元U2的运转。

另外，通过统一控制装置30，将设置于其它逆变器单元的逆变换部23的输出侧的短路开关控制为断开状态。

并且，U相串联电路SCu是发生故障的逆变器单元U2所属的相，因此被设定为第一群，统一控制装置30针对正常的剩余4台逆变器单元U1和U3～U5，利用乘法器30a对U相输出电压指令Vu*乘以1/(N-1)＝1/(5-1)＝1/4来计算等输出电压指令Vu*/4，将该等输出电压指令Vu*/4作为单元输出电压指令Vu1和Vu3～Vu5输出到逆变器单元U1和U3～U5的控制电路24。

另外，统一控制装置30判断为V相串联电路SCv不是发生故障的逆变器单元U2所属的相，将变压器次级侧绕组的电压相位与发生故障的逆变器单元U2相同的逆变器单元V4设定为第二群，利用乘法器30b对通过乘法器30a计算出的等输出电压指令Vv*/4乘以α＝1.2([α＝3(5-1)/(2·5)])，将计算得到的值作为单元输出电压指令Vv4输出到逆变器单元V4的控制电路24。

并且，统一控制装置30将V相串联电路SCv的剩余的逆变器单元V1～V3和V5设定为第三群，利用乘法器30c对通过乘法器30a计算出的等输出电压指令Vv*/4乘以β＝0.7(β＝[(2·5-3)/(2·5)])，将计算得到的值作为单元输出电压指令Vv1～Vv3和Vv5输出到逆变器单元V1～V3和V5的控制电路24。

另外，统一控制装置30判断为W相串联电路SCw不是发生故障的逆变器单元U2所属的相，将变压器次级侧绕组的电压相位与发生故障的逆变器单元U2相同的逆变器单元W2设定为第二群，利用乘法器30a来对W相输出电压指令Vw*乘以1/4，由此计算与U相用的进行运转的逆变器单元的输出电压指令的大小相等的等输出电压指令Vw*/4，并利用乘法器30b对该等输出电压指令Vw*/4乘以α＝1.2([α＝3(5-1)/(2·5)])，将计算得到的值作为单元输出电压指令Vw2输出到逆变器单元W2的控制电路24。

并且，统一控制装置30将W相串联电路SCw的剩余的逆变器单元W1和W3～W5设定为第三群，利用乘法器30c对通过乘法器30a计算出的等输出电压指令Vw*/4乘以β＝0.7(β＝[(2·5-3)/(2·5)])，将计算得到的值作为单元输出电压指令Vw1和Vw3～Vw5输出到逆变器单元W1和W3～W5的控制电路24。

通过这样，能够使发生故障的逆变器单元U2所属的U相串联电路SCu与不包括发生故障的逆变器单元U2的V相串联电路SCv及W相串联电路SCw的输出电压一致，并且能够使故障小组(第二小组)与正常小组(第一小组、第三小组～第五小组)的输出有效电力相等，从而能够发挥与健全时相同的与30脉冲整流相当的输入电流谐波降低效果。即，在30脉冲整流中，会产生表示为30n±1(n为正整数)的29次、31次、59次、61次…的输入电流谐波，从而能够降低28次以下的输入电流谐波。因此，能够不招致随着谐波电流的增加所产生的对电力设备的不良影响(例如，谐波降低滤波器的烧损等)地进行部分运转。

[第二实施方式]

接着，结合图5来说明作为本发明的一个方式的电力变换装置的第二实施方式。

前述的第一实施方式的条件为：在1台逆变器单元发生故障时，使发生故障的逆变器单元所属的串联电路与不包括发生故障的逆变器单元的串联电路的输出电压一致，并且使故障小组与正常小组的输出有效电力相等，来避免与健全时相比输入电流谐波的低次分量增加，在本第二实施方式中放宽前述的第一实施方式的条件，而设为以下条件：使低次的输入电流谐波与专利文献1所记载的以往例相比而言同等或降低。

即，在专利文献1所记载的以往例中，在1台逆变器单元发生故障的情况下，使包括发生故障的逆变器单元的同一单元框的全部逆变器单元停止，由此，在同一电压相位的小组中，在健全时利用3台逆变器单元进行运转，而在故障时利用2台逆变器单元进行运转，输出有效电力下降为健全时的2/3。

为了使低次的输入电流谐波与该专利文献1所记载的以往例同等或比以往例降低，如果使在发生故障的逆变器单元所属的故障小组中运转的2台逆变器单元的总输出有效电力与在除此以外的正常小组中运转的3台逆变器单元的总输出有效电力之比为作为专利文献1所记载的以往例的情况下的输出有效电力之比的2/3以上且小于1的值，则能够使低次的输入电流谐波与以往例同等或者比以往例降低。

即，在第一实施方式中，关于在发生故障的逆变器单元所属的故障小组中运转的2台逆变器单元的总输出有效电力与在除此以外的正常小组中运转的3台逆变器单元的总输出有效电力之比，通过将前述的式(4)的两边除以(1+2β)来形成两者之比，由此能够表示为下述式(7)。

2α/(1+2β)＝1…(7)

为了放宽使低次的输入电流谐波与专利文献1所记载的以往例同等或者比以往例降低的条件，只要式(7)的左边处于小于1且作为以往例的输出有效电力之比的2/3以上的范围内即可，满足条件的不等式为下述式(8)。

2/3≤[2α/(1+2β)]<1…(8)

如果进一步满足前述的式(2)，则能够使总的输出电压在三相中平衡。因此，当将式(2)代入式(8)来形成与α相关的不等式时，求出下述式(9)。

3(N-1)/(3N-1)≤α<3(N-1)/2N…(9)

因而，通过设定满足该式(9)的α并将所设定的α代入所述式(2)来计算β，能够使低次的输入电流谐波与前述的专利文献1所记载的以往例同等或者比以往例降低。

本第二实施方式的电路结构为与第一实施方式中的图1完全相同的电路结构。

而且，若与第一实施方式同样地以逆变器单元U2发生故障的情况为例来进行说明则如下：在统一控制装置30中，只要计算满足前述的式(9)的α，将计算出的α代入前述的式(2)来计算β，使用所计算出的α和β来如图5所示那样计算输出电压指令即可。

即，在发生故障的逆变器单元U2所属的U相串联电路SCu中，将除发生故障的逆变器单元U2以外的正常的逆变器单元U1和U3～UN设定为第一群，针对各逆变器单元U1和U3～UN的控制电路24，计算利用乘法器30a对U相输出电压指令Vu*乘以1/(N-1)而得到的单元输出电压指令Vu1和Vu3～VuN，将该单元输出电压指令Vu1和Vu3～VuN输出到控制电路24。

另外，在V相串联电路SCv中，不包括发生故障的逆变器单元U2，因此将变压器次级侧绕组的电压相位与发生故障的逆变器单元U2相同的逆变器单元V(N-1)设定为第二群，利用乘法器30a对V相输出电压指令Vv*乘以1/(N-1)来计算出等输出电压指令Vv*/(N-1)之后，利用乘法器30b对等输出电压指令值Vv*/(N-1)乘以α来计算单元输出电压指令Vv(N-1)，将该单元输出电压指令Vv(N-1)输出到逆变器单元V(N-1)的控制电路24，针对剩余的逆变器单元V1～V(N-2)和VN，利用乘法器30c对从乘法器30a输出的等输出电压指令Vv*/(N-1)乘以β来计算单元输出电压指令Vv1～Vv(N-2)和VvN，将这些单元输出电压指令Vv1～Vv(N-2)和VvN输出到各逆变器单元的控制电路24。

同样地，在W相串联电路SCw中，不包括发生故障的逆变器单元U2，因此将变压器次级侧绕组的电压相位与发生故障的逆变器单元U2相同的逆变器单元W2设定为第二群，针对逆变器单元W2的控制电路24，利用乘法器30a对W相输出电压指令Vw*乘以1/(N-1)来计算出等输出电压指令Vw*/(N-1)之后，利用乘法器30b对等输出电压指令Vw*/(N-1)乘以α来计算单元输出电压指令Vw2，将该单元输出电压指令Vw2输出到逆变器单元W2的控制电路24，针对剩余的逆变器单元W1和W3～WN的控制电路24，利用乘法器30c对从乘法器30a输出的等输出电压指令Vw*/(N-1)乘以β来计算单元输出电压指令Vw1和Vw3～VwN，将这些单元输出电压指令Vw1和Vw3～VwN输出到各逆变器单元的控制电路24。

通过这样，能够使发生故障的逆变器单元U2所属的U相串联电路SCu与不包括发生故障的逆变器单元U2的V相串联电路SCv及W相串联电路SCw的输出电压一致，并且在按同一电压相位对逆变器单元进行分组时，能够使故障小组(U2、V(N-1)、W2)与正常小组(除U2、V(N-1)、W2以外的小组)各自的总输出有效电力之比相比于专利文献1的以往例更接近1，从而能够使输入电流谐波与该以往例相比而言同等或降低。

因而，在仅绕开发生故障的逆变器单元U2来进行部分运转时，能够使低次的输入电流谐波与前述的专利文献1所记载的以往例同等或比以往例降低。因此，能够进行降低了随着谐波电流的增加所产生的对电力设备的不良影响(例如，谐波降低滤波器的烧损等)的部分运转。

(第二实施例)

结合图6来说明将第二实施方式中的次级绕组的种类数N设为5的情况下的第二实施例。

在本实施例2中，是N＝5的5串联多重逆变器结构，电路结构具有与前述的实施例1的图3同样的结构，因此省略其详细说明。

在本第二实施例中，在全部逆变器单元U1～U5、V1～V5以及W1～W5均正常的健全时，统一控制装置30计算将用于对交流感应电动机12进行驱动控制的U相输出电压指令Vu*、V相输出电压指令Vv*以及W相输出电压指令Vw*乘以1/N(N为各相的逆变器单元数)、即1/5后得到的值，来作为针对各逆变器单元U1～U5、V1～V5以及W1～W5的单元输出电压指令Vu1～Vu5、Vv1～Vv5、Vw1～Vw5，将计算出的单元输出电压指令Vu1～Vu5、Vv1～Vv5、Vw1～Vw5输出到各逆变器单元U1～U5、V1～V5以及W1～W5的控制电路24。因此，电力变换装置在健全时实现与30脉冲整流相当的输入电流谐波降低效果。

另一方面，当与第一实施方式同样地假设逆变器单元U2发生故障时，在统一控制装置30中，如图3所示，将与发生故障的逆变器单元U2的逆变换部23的输出侧连接的短路开关SWu2控制为接通状态，并且停止向逆变器单元U2的控制电路24输出单元输出电压指令Vu2来停止逆变器单元U2的运转。

另外，通过统一控制装置30，将设置于其它逆变器单元的逆变换部23的输出侧的短路开关控制为断开状态。

另外，由于次级绕组的种类数N为5，因此统一控制装置30将N＝5代入前述的式(9)，由此α的选择范围为

0.86≤α<1.2…(10)。

在此，当例如选择1.1作为α时，将该α＝1.1代入式(2)，由此β为0.725。

并且，U相串联电路SCu是发生故障的逆变器单元U2所属的相，因此被设定为第一群，统一控制装置30针对正常的剩余4台的逆变器单元U1和U3～U5，利用乘法器30a对U相输出电压指令Vu*乘以1/(N-1)＝1/(5-1)＝1/4来计算等输出电压指令Vu*/4，将该等输出电压指令Vu*/4作为单元输出电压指令Vu1和Vu3～Vu5输出到逆变器单元U1和U3～U5的控制电路24。

另外，统一控制装置30判断为V相串联电路SCv不是发生故障的逆变器单元U2所属的相，将变压器次级侧绕组的电压相位与发生故障的逆变器单元U2相同的逆变器单元V4设定为第二群，利用乘法器30b对通过乘法器30a计算出的等输出电压指令Vv*/4乘以α＝1.1，将计算得到的值作为单元输出电压指令Vv4输出到逆变器单元V4的控制电路24。

并且，统一控制装置30将V相串联电路SCv的剩余的逆变器单元V1～V3和V5设定为第三群，利用乘法器30c对通过乘法器30a计算出的等输出电压指令Vv*/4乘以β＝0.725，将计算得到的值作为单元输出电压指令Vv1～Vv3和Vv5输出到逆变器单元V1～V3和V5的控制电路24。

另外，统一控制装置30判断为W相串联电路SCw不是发生故障的逆变器单元U2所属的相，将变压器次级侧绕组的电压相位与发生故障的逆变器单元U2相同的逆变器单元W2设定为第二群，利用乘法器30a来对W相输出电压指令Vw*乘以1/4，由此计算与U相用的进行运转的逆变器单元的输出电压指令的大小相等的等输出电压指令Vw*/4，并利用乘法器30b对该等输出电压指令Vw*/4乘以α＝1.1，将计算得到的值作为单元输出电压指令Vw2输出到逆变器单元W2的控制电路24。

并且，统一控制装置30将W相串联电路SCw的剩余的逆变器单元W1和W3～W5设定为第三群，利用乘法器30c对通过乘法器30a计算出的等输出电压指令Vw*/4乘以β＝0.725，将计算得到的值作为单元输出电压指令Vw1和Vw3～Vw5来输出到逆变器单元W1和W3～W5的控制电路24。

通过这样，能够使发生故障的逆变器单元U2所属的U相串联电路SCu与不包括发生故障的逆变器单元U2的V相串联电路SCv及W相串联电路SCw的输出电压一致，并且能够使故障小组与正常小组的输出有效电力相等，从而能够发挥比以往例好的输入电流谐波降低效果。因此，能够进行降低了随着谐波电流的增加所产生的对电力设备的不良影响(例如，谐波降低滤波器的烧损等)的部分运转。在此，通过将α设定为0.86，能够取得三相的电压平衡并发挥与以往例相当的输入电流谐波降低效果。

此外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，说明了对交流感应电动机12进行驱动的情况，但是并不限定于此，在对交流同步电动机进行驱动的情况下也能够应用本发明。

另外，在上述第一实施方式和第二实施方式中，说明了利用二极管来构成逆变器单元的正变换部21的情况，但是并不限定于此，也可以使用利用了自消弧器件的自激式的整流器等。

并且，在上述第一实施方式和第二实施方式中，说明了利用乘法器30a～30c来生成单元输出电压指令的情况，但是并不限定于此，也可以应用微型计算机等运算处理装置并通过运算处理来计算单元输出电压指令。

并且，在上述第一实施方式和第二实施方式中，说明了多绕组变压器11的次级绕组Lv1～LvN的电压相位相对于其它次级绕组Lu1～LuN和Lw1～LwN沿相反方向改变电压相位的情况，但是并不限定于此，也可以使U相用的次级绕组Lu1～LuN或W相用的次级绕组Lw1～LwN沿与其它相的次级绕组相反的方向改变电压相位，还可以使各相的次级绕组的电压相位的变化方向均统一为顺时针方向或逆时针方向。

Claims (3)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：

3组串联电路，各所述串联电路是将N台逆变器单元串联连接而得到的，该逆变器单元至少具有将三相交流输入变换为直流输出的正变换部以及将该正变换部的直流输出变换为单相交流输出并输出该单相交流输出的逆变换部，其中，N为3以上的正整数；

多绕组变压器，其具有初级侧绕组和3组次级侧绕组，在所述3组次级侧绕组上分别连接所述3组串联电路，其中，所述初级侧绕组被输入三相交流，所述3组次级侧绕组分别具有各间隔电角度(60/N)°的包含电角度0°的N个电压相位；

短路开关，其设置于各所述逆变器单元的输出侧；以及

统一控制装置，其在所述逆变器单元故障时对发生故障的逆变器单元的短路开关进行接通控制，

其中，所述统一控制装置在对一个发生故障的逆变器单元的短路开关进行了接通控制时，将逆变器单元分为由该发生故障的逆变器单元所属的串联电路的正常的逆变器单元组成的第一群、由不包括所述发生故障的逆变器单元的2组串联电路中的电压相位与所述发生故障的逆变器单元相同的2个逆变器单元组成的第二群以及由剩余的逆变器单元组成的第三群，将所述第一群的逆变器单元的输出电压控制为相等的等电压，将所述第二群和所述第三群中的至少一方的逆变器单元的输出电压控制为大小与所述等电压不同的电压。

2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

在将所述第一群的各逆变器单元的输出电压设为E时，所述统一控制装置将所述第二群的各逆变器单元的输出电压的大小控制为[3(N-1)/2N]E，将所述第三群的各逆变器单元的输出电压的大小控制为[(2N-3)/2N]E。

3.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，

在将所述第一群的一台逆变器单元的输出电压设为E、将所述第二群的一台逆变器单元的输出电压设为αE、将所述第三群的一台逆变器单元的输出电压设为βE时，所述统一控制装置以满足以下关系的方式进行控制：

α＝(N-1)(1-β)

3(N-1)/(3N-1)≤α<3(N-1)/2N。