JP2015156740A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】変換器を多重化した電力変換装置において、コンパクトおよび低コストに電力変換装置の冗長救済を実現する。【解決手段】電力変換装置１は、一次巻線が電力系統２に直列に多重接続される複数の変圧器２１〜２４と、変圧器２１〜２４の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう複数の変換器２５〜２８とを備える。変換器２５〜２８の直流電圧端子は相互に独立し、かつ、複数の平滑コンデンサ２９〜３２がそれぞれ接続される。電力変換装置１は、変換器２５〜２８の各々が出力する直流電圧が所定の値になるように、各変換器における電力変換を制御する変換器制御部１１と、変換器２５〜２８の少なくとも１つが故障した場合、故障した変換器と対応する変圧器の二次巻線とを切り離すことにより、残りの変換器を用いて電力変換装置の冗長救済を行なうための冗長制御部８０とをさらに備える。【選択図】図１

Description

この発明は、電力変換装置に関し、特に、変圧器で多重化された電力変換装置の冗長救済に関する。

電力変換装置においては、変換器を多重化することによって、変換器容量を大きくするだけでなく、出力を合成することにより、出力電圧波形に含まれる高調波を低減し、その結果系統に流出する高調波電流を低減することができる。

変換器を多重化する方法は様々存在するが、変圧器で多重化すると、交流側が変圧器で絶縁されるため、各変換器の直流側を共通化できるという利点がある。しかしながら、変換器の多重数が増加する場合には、直流回路の配線インダクタンスと各変換器が持つ平滑コンデンサとの間で共振が発生することがあり、対策が必要となる。このため、たとえば特開昭６３−２１７９７８号公報（特許文献１）には、直流回路の共振を抑制するための手段として、インバータ入力電流に含まれる高調波成分が相殺し合って小さくなるようにインバータキャリア位相をずらし、直流回路の共振周波数を高調波成分の周波数にほぼ一致させることで共振を抑制する構成が開示されている。

特開昭６３−２１７９７８号公報

上述した直流回路を共通とする電力変換装置においては、多重化された複数の変換器のうちのいずれかが故障した場合に、直流回路を介して故障した変換器へ電流が流れ込むのを防止するために、残りの健全な変換器すべての運転を停止させる。このため、電力変換装置は運転を継続できなくなる。そこで、従来では、故障した電力変換装置を救済する冗長救済を行なうために、上記の直流回路を共通化した電力変換装置を複数個用意し、複数個の電力変換装置を電力系統に対して互いに並列に接続させる構成が採用されていた。すなわち、従来は、電力変換装置単位で冗長救済を行なうため、いずれかの電力変換装置が故障したときの冗長性を形成できるように複数個の電力変換装置を用意しなければならず、装置の大型化およびコスト上昇が問題となっていた。

この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、変換器を多重化した電力変換装置において、コンパクトおよび低コストに電力変換装置の冗長救済を実現することである。

この発明のある局面に従う電力変換装置は、交流電力系統に連系される電力変換装置である。電力変換装置は、一次巻線が交流電力系統に直列に多重接続される複数の変圧器と、複数の変圧器の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう複数の変換器とを備える。複数の変換器の直流電圧端子は相互に独立し、かつ、複数の平滑コンデンサがそれぞれ接続される。電力変換装置は、各複数の変換器における電力変換を制御する変換器制御部と、複数の変換器の少なくとも１つが故障した場合、故障した変換器と対応する変圧器の二次巻線とを切り離すことにより、残りの変換器を用いて電力変換装置の冗長救済を行なうための冗長制御部とをさらに備える。

この発明の別の局面に従う電力変換装置は、第１の交流電力系統と第２の交流電力系統との間で電力の融通を行なう電力変換装置である。電力変換装置は、一次巻線が第１の交流電力系統に直列に多重接続される複数の第１の変圧器と、複数の第１の変圧器の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう複数の第１の変換器と、一次巻線が第２の交流電力系統に直列に多重接続される複数の第２の変圧器と、複数の第２の変圧器の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう複数の第２の変換器とを備える。複数の第１の変換器の直流電圧端子は相互に独立し、かつ、複数の平滑コンデンサがそれぞれ接続される。複数の第２の変換器の直流電圧端子は相互に独立し、かつ、複数の平滑コンデンサがそれぞれ接続される。電力変換装置は、複数の第１の変換器における電力変換を制御する第１の変換器制御部と、複数の第２の変換器における電力変換を制御する第２の変換器制御部と、複数の第１の変換器の少なくとも１つが故障した場合に、故障した第１の変換器と対応する第１の変圧器の二次巻線とを切り離すとともに、故障した第１の変換器に接続される第２の変換器と対応する第２の変圧器の二次巻線とを切り離すことにより、残りの第１の変換器および第２の変換器を用いて電力変換装置の冗長救済を行なうための冗長制御部とをさらに備える。

この発明によれば、変換器を多重化した電力変換装置において、コンパクトおよび低コストに電力変換装置の冗長救済を実現することができる。

この発明の実施の形態に係る電力変換装置の全体構成図である。 第１変換器および第２変換器の具体的な回路構成を示す図である。 図１における変換器制御部の制御構造を示すブロック図である。 冗長制御部による電力変換装置の冗長救済を説明する図である。 第１変換器、平滑コンデンサおよび第２変換器の切り離しをさらに説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る電力変換装置における冗長救済の処理手順を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態の変更例に係る電力変換装置の全体構成図である。 この発明の実施の形態の変更例に係る電力変換装置における冗長救済の処理手順を説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態に係る電力変換装置の全体構成図である。図１を参照して、この発明の実施の形態に係る電力変換装置は、代表的には、非同期交流系統や異周波交流系統の電力授受に用いられるＢＴＢ（Back to Back）システムに適用される。具体例では、５０−６０Ｈｚ周波数変換装置などがある。

電力変換装置１は、交流周波数が互いに異なる電力系統２および電力系統３の間に接続される。電力変換装置１は、交流電圧検出器１２，５２と、電流検出器１３，５３と、直流電圧検出器１４と、第１開閉器ＳＷ１と、第３開閉器ＳＷ３と、電力変換部１０と、変換器制御部１１，５１と、冗長制御部８０とを備える。

交流電圧検出器１２は、電力系統２の交流電圧を検出し、検出結果を変換器制御部１１へ出力する。電流検出器１３は、電力系統２を流れる電流を検出し、検出結果を変換器制御部１１へ出力する。第１開閉器ＳＷ１は、電力系統２と電力変換部１０とを繋ぐ接続線上に設けられる。第１開閉器ＳＷ１は、冗長制御部８０からの制御信号ＳＥ１に応答して導通／非導通（オン／オフ）されることにより、電力変換部１０と電力系統２との間の電力供給経路を導通／遮断する。

交流電圧検出器５２は、電力系統３の交流電圧を検出し、検出結果を変換器制御部５１へ出力する。電流検出器５３は、電力系統３を流れる電流を検出し、検出結果を変換器制御部５１へ出力する。第３開閉器ＳＷ３は、電力系統３と電力変換部１０とを繋ぐ接続線上に設けられる。第３開閉器ＳＷ３は、冗長制御部８０からの制御信号ＳＥ３に応答してオン／オフされることにより、電力変換部１０と電力系統３との間の電力供給経路を導通／遮断する。

電力変換部１０は、複数の相（たとえば三相とする）を有する電力系統２と、複数の相（三相）を有する電力系統３との間に接続される。電力変換部１０は、電力系統２に第１変圧器２１〜２４を介して連系され、もう一方の電力系統３に第２変圧器６１〜６４を介して連系されている。電力変換部１０は、第１変圧器２１〜２４と、第１変換器２５〜２８と、平滑コンデンサ２９〜３２と、第２変換器６５〜６８と、第２変圧器６１〜６４と、第２開閉器ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｄと、第４開閉器ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｄとを含む。

第１変圧器２１〜２４の一次巻線は電力系統２に接続されている。各第１変圧器２１〜２４の一次巻線は、各相直列接続されて星型結線されており、各第１変換器２５〜２８の交流電圧を各相直列合成した電圧が電力系統２に出力される。第１変圧器２１〜２４の二次巻線の各相の一端３３には、第１変換器２５〜２８の各相電力変換回路交流出力端子がそれぞれ接続される。第１変圧器２１〜２４の二次巻線の各相のもう一端３４には、平滑コンデンサ２９〜３２に接続された別の電力変換回路の各相交流出力端子が接続されて、多相フルブリッジ回路を構成している。

たとえば後に説明するように、第１変圧器２１の二次巻線各相の一端３３には、平滑コンデンサ２９の直流電圧を交流に変換する第１変換器２５の電力変換回路が接続される。第１変圧器２１の二次巻線各相のもう一端３４には、平滑コンデンサ２９の直流電圧を交流に変換する電力変換回路が接続される。第１変圧器２１の二次巻線に接続される２つの電力変換回路の直流回路は共通である。

第１変換器２５〜２８の各々は、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-Off thyristor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの自己消弧形素子を用いた電力変換器で構成されている。第１変換器２５〜２８の直流電圧端子には、平滑コンデンサ２９〜３２がそれぞれ接続されている。平滑コンデンサ２９〜３２は相互に接続されておらず、互いに独立している。直流電圧検出器１４は、第１変換器２５〜２８の直流電圧端子の直流電圧を検出し、検出結果を変換器制御部１１，５１へ出力する。

第２変換器６５〜６８の各々は、第１変換器２５〜２８と同様に、ＧＣＴやＩＧＢＴ等の自己消弧形素子を用いた電力変換器で構成されている。第２変換器６５〜６８の直流電圧端子には、平滑コンデンサ２９〜３２にそれぞれ接続されている。第２変換器６５〜６８の交流電圧端子は第２変圧器６１〜６４の二次巻線にそれぞれ接続されている。第２変圧器６１〜６４の一次巻線は電力系統３に接続されている。

このように、電力変換部１０は、第１変換器２５〜２８の直流電圧端子と第２変換器６５〜６８の直流電圧端子とを接続した構成となっている。電力変換部１０は、一方の電力系統２（または電力系統３）から他方の電力系統３（または電力系統２）へ電力を融通する。具体的には、電力系統２から電力系統３へ電力を融通する場合、第１変換器２５〜２８は、第１変圧器２１〜２４からそれぞれ供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換し、変換した直流電圧を平滑コンデンサ２９〜３２にそれぞれ供給する。第２変換器６５〜６８は、平滑コンデンサ２９〜３２が保持する直流電圧を所望の交流電圧にそれぞれ変換する。第２変圧器６１〜６４は、変換された交流電圧を電力系統３に供給する。一方、電力系統３から電力系統２へ電力を融通する場合、第２変換器６５〜６８は、第２変圧器６１〜６４からそれぞれ供給される交流電圧を所望の直流電圧に変換し、変換した直流電圧を平滑コンデンサ２９〜３２にそれぞれ供給する。第１変換器２５〜２８は、平滑コンデンサ２９〜３２が保持する直流電圧を所望の交流電圧にそれぞれ変換する。第１変圧器２１〜２４は、変換された交流電圧を電力系統２に供給する。なお、いずれの場合においても、直流回路には融通電力による大きな直流電流が流れる。

第２開閉器ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｄは、第１変圧器２１〜２４の二次巻線と第１変換器２５〜２８の交流電圧端子との間にそれぞれ接続される。第２開閉器ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｄの各々は、冗長制御部８０から与えられる制御信号ＳＥ２に応答してオン／オフされることにより、対応する第１変換器の交流電圧端子と対応する第１変圧器の二次巻線とを電気的に接続／遮断する。

第４開閉器ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｄは、第２変換器６５〜６８の交流電圧端子と第２変圧器６１〜６４の二次巻線との間にそれぞれ接続される。第４開閉器ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｄの各々は、冗長制御部８０から与えられる制御信号ＳＥ４に応答してオン／オフされることにより、対応する第２変換器の交流電圧端子と対応する第２変圧器の二次巻線とを電気的に接続／遮断する。

図２は、第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８の具体的な回路構成を示す図である。第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８は回路構成が同じであるため、図２では代表的に第１変換器２５の回路構成を説明する。

図２を参照して、第１変換器２５は、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２と、ダイオードＤ１１〜Ｄ２２とを含む。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２は、たとえばＧＣＴであるが、自己消弧型のスイッチング素子であればこれに限定されるものではない。ダイオードＤ１１〜Ｄ２２は、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２にそれぞれ逆並列接続される。

平滑コンデンサ２９は、直流回路にコンデンサＣ１を１個接続した構成となっており、直流電圧を平滑化する。直列接続された２個のスイッチング素子（たとえばＳ１１，Ｓ１２）と当該２個のスイッチング素子にそれぞれ逆並列接続される２個のダイオードＤ１１，Ｄ１２とは、１つの電力変換回路を構成する。三相の場合、平滑コンデンサ２９には６つの電力変換回路が並列に接続される。このうちの３つの電力変換回路の交流電圧端子は第１変圧器２１の各相二次巻線の一方端３３に接続され、残りの電力変換回路の交流電圧端子は第１変圧器２１の各相二次巻線の他方端３４に接続される。すなわち、各相二次巻線の両端には電力変換回路の交流出力端子がそれぞれ接続されており、２つの電力変換回路によって二次巻線から供給される交流電圧が直流電圧に変換される。

第１変換器２５〜２８はそれぞれ、第１変圧器２１〜２４の二次巻線から供給された交流電圧を所望の直流電圧に変換する。この変換過程において、第１変圧器２１〜２４の二次巻線に流れる交流電流が直流電流に変換されて平滑コンデンサ２９〜３２にそれぞれ流れる。このとき、第１変換器２５の直流電流は、対応する平滑コンデンサ２９にのみ流れ、他の平滑コンデンサ３０〜３２に直接流れ込む横流は発生しない。残りの第１変換器２６〜２８においても同様に、各々の直流電流は対応する平滑コンデンサ３０〜３２にのみ流れる。

第２変換器６５〜６８においても同様に、各々が対応する平滑コンデンサ２９〜３２の直流電圧を所望の交流電圧に変換する過程において、各々の直流電流は対抗する平滑コンデンサ２９〜３２にのみ流れる。

図１に戻って、変換器制御部１１は、第１変換器２５〜２８における電力変換を制御する。本実施の形態では、変換器制御部１１は、第１変換器２５〜２８の各々を構成するスイッチング素子の制御方式として、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を適用する。変換器制御部１１は、電流検出器１３から電力系統２を流れる電流の検出値を受け、直流電圧検出器１４から第１変換器２５〜２８の直流電圧端子の直流電圧の検出値を受ける。変換器制御部１１は、これらの検出値に基づいて、ＰＷＭ制御によって、第１変換器２５〜２８を制御するためのゲートパルス信号ＧＣ１１〜ＧＣ１４を生成する。変換器制御部１１は、生成したゲートパルス信号ＧＣ１１〜ＧＣ１４を第１変換器２５〜２８にそれぞれ出力する。なお、図１では、ゲートパルス信号ＧＣ１１〜ＧＣ１４をまとめてゲートパルス信号ＧＣ１と表記している。

変換器制御部５１は、第２変換器６５〜６８における電力変換を制御する。変換器制御部５１は、電流検出器５３から電力系統３を流れる電流の検出値を受け、直流電圧検出器１４から第２変換器６５〜６８の直流電圧端子の直流電圧の検出値を受ける。変換器制御部５１は、これらの検出値に基づいて、ＰＷＭ制御によって、第２変換器６５〜６８を制御するためのゲートパルス信号ＧＣ２１〜ＧＣ２４を生成する。変換器制御部５１は、生成したゲートパルス信号ＧＣ２１〜ＧＣ２４を第２変換器６５〜６８にそれぞれ出力する。なお、図１では、ゲートパルス信号ＧＣ２１〜ＧＣ２４をまとめてゲートパルス信号ＧＣ２と表記している。

図３は、図１における変換器制御部１１の制御構造を示すブロック図である。変換器制御部１１および変換器制御部５１は制御構造が基本的に同じであるため、図３では代表的に変換器制御部１１の制御構造を説明する。

図３を参照して、変換器制御部１１は、電圧位相検出部９１と、有効無効電流検出部９２と、直流電圧制御部９３と、個別直流電圧制御部９４と、無効電流制御部９５と、有効電流制御部９６と、電圧基準値生成部９７と、ゲートパルス信号生成部９８〜１０１と、キャリア信号生成部１０２とを含む。

変換器制御部１１は、交流電圧検出器１２によって検出された交流電圧、電流検出器１３によって検出された電流、および直流電圧検出器１４によって検出された直流電圧に基づいて、各第１変換器２５〜２８のスイッチング素子をスイッチングさせることにより、第１変換器２５〜２８の直流電圧が同一になるように制御する。

具体的には、電圧位相検出部９１は、交流電圧検出器１２により検出された電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗから電圧位相θを検出する。検出した電圧位相θは電圧位相基準とされる。有効無効電流検出部９２は、電流検出器１３により検出された電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと、電圧位相検出部９１から出力される電圧位相基準とに基づいて、電力変換部１０から電力系統２へ出力される有効無効電流Ｉｑ，Ｉｄを検出する。

直流電圧制御部９３は、直流電圧検出器１４により検出された第１変換器２５〜２８の直流電圧Ｖｄｃと直流電圧指令値Ｖｄｃ＊とから、直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓおよび有効電流指令値Ｉｑ＊を演算する。

個別直流電圧制御部９４は、直流電圧検出器１４により検出された第１変換器２５〜２８の直流電圧Ｖｄｃと、有効無効電流検出部９２で検出される有効電流Ｉｑおよび無効電流Ｉｄと、直流電圧制御部９３で演算された直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓとから、第１変換器２５〜２８の直流電圧が互いに等しくなるように、第１変換器２５〜２８の電圧補正値ΔＶｄｃ１ｄ〜ΔＶｄｃ４ｄ，ΔＶｄｃ１ｑ〜ΔＶｄｃ４ｑをそれぞれ求める。

無効電流制御部９５は、有効無効電流検出部９２により検出される無効電流Ｉｄが指令値Ｉｄ＊と一致するように、電力変換部１０から出力される電圧のうち無効電流と同位相成分である無効電圧基準値Ｖｄ＊を演算する。つまり無効電流制御部９５では、電力変換部１０から出力される交流電圧のうち無効電流に関わる成分を制御する。

有効電流制御部９６は、有効無効電流検出部９２により検出される有効電流Ｉｑが指令値Ｉｑ＊と一致するように、電力変換部１０から出力される電圧のうち有効電流と同位相成分である有効電圧基準値Ｖｑ＊を演算する。つまり有効電流制御部９６は、電力変換部１０から出力される交流電圧のうち有効電流に関わる成分を制御する。

電圧基準値生成部９７は、無効電流制御部９５にて算出される無効電圧基準値Ｖｄ＊と、有効電流制御部９６にて算出される有効電圧基準値Ｖｑ＊と、個別直流電圧制御部９４にて算出される電圧補正値ΔＶｄｃ１ｄ〜ΔＶｄｃ４ｄ，ΔＶｄｃ１ｑ〜ΔＶｄｃ４ｑと、電圧位相検出部９１から出力される電圧位相基準とから、第１変換器２５〜２８からそれぞれ出力される電圧である出力交流電圧基準値Ｖ１ｕ＊〜Ｖ４ｕ＊，Ｖ１ｖ＊〜Ｖ４ｖ＊，Ｖ１ｗ＊〜Ｖ４ｗ＊を演算する。

第１変換器２５への出力を例として、電圧基準値生成部９７の機能をさらに説明する。電圧基準値生成部９７は、無効電流制御部９５で算出された無効電圧基準値Ｖｄ＊と、有効電流制御部９６で算出された有効電圧基準値Ｖｑ＊とに、個別直流電圧制御部９４で算出された第１変換器２５の電圧補正値ΔＶｄｃ１ｄ，ΔＶｄｃ１ｑをそれぞれ加算することにより、系統電圧と同位相であるＶ１ｄ＊と、Ｖ１ｄ＊とは位相が９０度異なるＶ１ｑ＊とを算出する。そして、Ｖ１ｄ＊およびＶ１ｑ＊を、静止座標系の三相に変換することにより、出力交流電圧基準値Ｖ１ｕ＊，Ｖ１ｖ＊，Ｖ１ｗ＊を演算する。

キャリア信号生成部１０２は、電圧位相検出部９１から出力される電圧位相基準に基づいて、電力系統２の周波数を算出する。キャリア信号生成部１０２は、算出された電力系統２の周波数に基づいて、ＰＷＭ制御で用いられるキャリア信号の周波数を演算し、その演算した周波数のキャリア信号を発生する。なお、キャリア信号は、三角波やのこぎり波によって構成することができる。電力系統２の周波数に対するキャリア信号の周波数の比をｎ倍（ｎは２以上の整数）とした場合、ＰＷＭ制御において、電圧指令の１周期に含まれるキャリア信号のパルス数はｎ個となる。

詳細には、キャリア信号生成部１０２は、第１変換器２５のためのゲートパルス信号ＧＣ１１の生成に用いるキャリア信号セットＣＳ１と、第１変換器２６のためのゲートパルス信号ＧＣ１２の生成に用いるキャリア信号セットＣＳ２と、第１変換器２７のためのゲートパルス信号ＧＣ１３の生成に用いるキャリア信号セットＣＳ３と、第１変換器２８のためのゲートパルス信号ＧＣ１４の生成に用いるキャリア信号セットＣＳ４とを生成する。図３では、キャリア信号セットＣＳ１〜ＣＳ４をまとめてキャリア信号セットＣＳと表記している。

たとえば三相の場合、図２に示したように、第１変換器２５〜２８の各々は６つの電力変換回路で構成される。よって、１つのキャリア信号セットＣＳは６個のキャリア信号からなる。キャリア信号数は（１つのキャリア信号セット当たりのキャリア信号数×多重数）である。本実施の形態のように４段直列多重の電力変換装置の場合、キャリア信号数は６×４＝２４個となる。

キャリア信号生成部１０２は、複数のキャリア信号に位相差を設ける。これにより、第１変換器２５〜２８の出力電圧に含まれる高調波成分を低減することができる。位相差は（３６０°／キャリア信号数）で決定される。４段直列多重の電力変換装置の場合、位相差は３６０°／２４＝１５°に決定される。キャリア信号生成部１０２は、各キャリア信号セットＣＳ１〜ＣＳ４について、６つのキャリア信号を１５°の位相差で配置する。

ゲートパルス信号生成部９８〜１０１は、キャリア信号生成部１０２により生成されたキャリア信号セットＣＳ１〜ＣＳ４を用いたＰＷＭ制御によって、電力変換部１０が出力交流電圧基準値Ｖ１ｕ＊〜Ｖ４ｕ＊，Ｖ１ｖ＊〜Ｖ４ｖ＊，Ｖ１ｗ＊〜Ｖ４ｗ＊に相当する電圧を出力するために、ゲートパルス信号ＧＣ１１〜ＧＣ１４を生成する。ゲートパルス信号生成部９８〜１０１は、生成したゲートパルス信号ＧＣ１１〜ＧＣ１４を第１変換器２５〜２８の電力変換回路を構成するスイッチング素子にそれぞれ出力する。

上述したように、電力変換部１０は、同じ構成である第１変換器２５〜２８を第１変圧器２１〜２４を通じて直列多重接続して、電力系統２に連系している。これによれば、直列接続であるため、第１変換器２５〜２８の出力電流が共通となる。さらに、すべての第１変換器２５〜２８は同じ構成であり、かつ、第１変圧器２１〜２４の変圧比は同じである。このため、第１変換器２５〜２８の出力電流はほぼ同じ値となる。さらに、第１変換器２５〜２８の出力電圧に関して、第１変換器２５〜２８の電圧基準値（Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）は共通であるため、第１変換器２５〜２８の出力電圧もほぼ同じ値となる。この結果、第１変換器２５〜２８の出力有効電力は略同じ値となる。

次に、直流電圧制御部９３および個別直流電圧制御部９４について、さらに説明する。
（直流電圧制御部９３）
平滑コンデンサ２９〜３２の充放電により直流電圧を制御するためには、平滑コンデンサ２９〜３２に入出力する直流電流を変化させる。直流電流が変化することは有効電力が変化することになるので、変換器制御部１１は有効電流指令値Ｉｑ＊を変化させる。具体的には、直流電圧制御部９３は、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と、第１変換器２５〜２８の直流電圧Ｖｄｃから算出される直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓとの偏差を小さくするような有効電流指令値Ｉｑ＊を求める。

上述したように、第１変換器２５〜２８の出力電力が略同じ値であるので、第１変換器２５〜２８の直流電圧も略同じ値となる。したがって、直流電圧制御部９３において直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と比較される直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓは、第１変換器２５〜２８の直流電圧の合計値でもよいし、直流電圧の平均値でもよい。または、第１変換器２５〜２８のうちから選択した任意の変換器の直流電圧でもよい。

（個別直流電圧制御部９４）
第１変換器２５〜２８にそれぞれ接続されている平滑コンデンサ２９〜３２の電圧は略同じ値であるが、変換器の損失や電圧検出器、電流検出器の検出誤差、およびＰＷＭによるスイッチングタイミングのばらつき等の要因により、実際には同じ値ではない可能性がある。したがって、個別直流電圧制御部９４は、第１変換器２５〜２８の各々の直流電圧と直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓとの偏差を補正する。

上述したように、直流電圧の制御を行なうには、有効電力を変化させる。有効電力を変化させるには、電圧を変化させる方法と、電流を変化させる方法とがある。本実施の形態では、電力変換部１０は直列多重構成であるため、第１変換器２５〜２８の出力電流を個別に変化させることができない。そのため、第１変換器２５〜２８の出力電圧を変化させる。つまり、第１変換器２５〜２９に共通の出力電圧（電圧基準値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）に対して、第１変換器ごとに個別に算出された電圧補正値ΔＶｄｃ１ｄ〜ΔＶｄｃ４ｄ，ΔＶｄｃ１ｑ〜ΔＶｄｃ４ｑを加算することによって出力交流電圧基準値Ｖ１ｕ＊〜Ｖ４ｕ＊，Ｖ１ｖ＊〜Ｖ４ｖ＊，Ｖ１ｗ＊〜Ｖ４ｗ＊を調整することにより、出力電圧を変化させる。

以上に説明したように、本実施の形態において、電力変換部１０は、直列多重接続された複数の変換器の各々に直流回路（平滑コンデンサ）を設けるとともに、変換器ごとの直流電圧を制御する構成となっている。このような構成とすることにより、第１変換器２５〜２８の直流電圧端子にそれぞれ接続された平滑コンデンサ２９〜３２の電圧ばらつきを抑えつつ、所望の交流電流を出力することができる。さらに、第１変換器２５〜２８の各々の直流電流は自らが接続されている平滑コンデンサにのみ流れるため、他の変換器への横流がない。これにより、直流回路を簡素にすることができ、多重数を変えても直流回路設計への影響がなく、容易に容量を増やすことができる。すなわち、直流回路の小型化および簡素化を図りつつ、装置容量を増加させることができる。

また、本実施の形態によれば、多重化する変換器ごとに直流回路を設けて分離するとともに、各変換器の直流電圧を制御する構成としたことにより、直流回路の配線インダクタンスと各変換器が持つ平滑コンデンサとの間に生じる共振によって系統に流出する高調波を抑制することができる。

さらに、本実施の形態に係る電力変換装置１によれば、直列多重接続される複数の変換器のうちの少なくとも１つが故障した場合において、健全な変換器の動作に悪影響を及ぼすことなく、故障した変換器を電力変換部１０から切り離すことができる。これにより、残りの変換器を用いて電力変換装置１の冗長救済を実現できる。

詳細には、直列多重接続される複数の変換器の直流回路を共通化した、従来の電力変換装置においては、当該複数の変換器のうちのいずれかが故障した場合、直流回路を介して故障した変換器へ電流が流れ込むのを防止するために、残りの健全な変換器すべての運転を停止させる。これにより、電力変換装置は運転を継続できなくなってしまう。そこで、従来では、故障した電力変換装置を救済する冗長救済を行なうために、上記の複数の変換器の直流回路を共通化した電力変換装置を複数個用意し、複数個の電力変換装置を電力系統に対して互いに並列に接続させる構成が採用されていた。この構成では、複数個の電力変換装置のうちの第１の電力変換装置から電力系統に電力を供給している場合に当該第１の電力変換装置の内部の変換器に故障が生じたときには、第２の電力変換装置から電力系統に電力を供給する。すなわち、従来は、電力変換装置単位で冗長救済を行なっているため、いずれかの電力変換装置が故障したときの冗長性を形成できるように複数個の電力変換装置を用意しなければならず、装置の大型化およびコスト上昇が問題となっていた。

これに対して、本実施の形態に係る電力変換装置１では、直列多重接続された複数の変換器の各々に直流回路を設けることにより、当該複数の変換器のうちのいずれかが故障した場合であっても、直流回路を介して故障した変換器へ電流が流れ込むことがない。そのため、以下に説明するように、故障した変換器を電力変換部１０から切り離すことで、健全な変換器を駆動させて電力変換装置の運転を継続することができる。すなわち、変換器単位で冗長救済を行なうことができる。よって、いずれかの変換器が故障したときの冗長性を形成するためには電力変換装置の多重数を増やすだけでよいことから、従来の電力変換装置と比較して、よりコンパクトおよび低コストに、電力変換装置の信頼性を確保することができる。

［電力変換装置の冗長救済］
以下、変換器の故障時における電力変換装置１の冗長救済について詳細に説明する。電力変換装置の冗長救済は冗長制御部８０によって行なわれる。

図４は、冗長制御部８０による電力変換装置の冗長救済を説明する図である。
図４を参照して、第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８の各々は、内部に異常の発生を検出するための監視回路を有している。この監視回路は、たとえば変換器を構成するスイッチング素子に過電流または過熱が検出されたとき、変換器の故障を示す故障信号ＢＤを生成し、その生成した故障信号ＢＤを冗長制御部８０へ出力する。以下の説明では、第１変換器２５内部の監視回路から故障信号ＢＤが出力された場合を想定する。

冗長制御部８０は、第１変換器２５から故障信号ＢＤを受けると、第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８の各々を構成するスイッチング素子（図２のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ２２）がスイッチング動作を停止（すべてオフ）するように、ゲート遮断信号ＧＢを生成する。これにより、第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８の各々は、スイッチング素子がオフ状態に固定された状態（停止状態）となる。

冗長制御部８０は、第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８を停止状態とすると、故障が発生した第１変換器２５と、平滑コンデンサ２９を介して第１変換器２５に接続される第２変換器６５とを電力変換部１０から切り離す。具体的には、冗長制御部８０は、最初に、第１開閉器ＳＷ１および第３開閉器ＳＷ３をオフするための制御信号ＳＥ１，ＳＥ３を生成し、生成した制御信号ＳＥ１，ＳＥ３を第１開閉器ＳＷ１および第３開閉器ＳＷ３へそれぞれ出力する。これにより、電力変換部１０と電力系統２，３との間の電力供給経路が遮断される。次に、冗長制御部８０は、故障が生じた第１変換器２５の交流電圧端子と第１変圧器２１の二次巻線の間に接続される第２開閉器ＳＷ２ａをオフするための制御信号ＳＥ２を生成し、生成した制御信号ＳＥ２を第２開閉器ＳＷ２ａへ出力する。また、冗長制御部８０は、第２変換器６５の交流電圧端子と第２変圧器６１の二次巻線との間に接続される第４開閉器ＳＷ４ａとをオフするための制御信号ＳＥ４を生成し、生成した制御信号ＳＥ４を第４開閉器ＳＷ４ａへ出力する。これにより、故障が生じた第１変換器２５と、第１変換器２５に接続される平滑コンデンサ２９および第２変換器６５とが電力変換部１０から切り離される。

図５は、第１変換器２５、平滑コンデンサ２９および第２変換器６５の切り離しをさらに説明するための図である。

図５を参照して、第１変圧器２１の各相二次巻線の一方端３３と、第１変圧器２１の各相二次巻線の他方端３４との間には、短絡スイッチＳＨ１が設けられている。短絡スイッチＳＨ１は、冗長制御部８０からの制御信号に応じて導通／非導通（オン／オフ）されることにより、第１変圧器２１の各相二次巻線の一方端３３と他方端３４との間を電気的に結合または切り離す。

第２変圧器６１の各相二次巻線の一方端６９と、第２変圧器６１の各相二次巻線の他方端７０との間には、短絡スイッチＳＨ２が設けられている。短絡スイッチＳＨ２は、冗長制御部８０からの制御信号に応じてオン／オフされることにより、第２変圧器６１の各相二次巻線の一方端６９と他方端７０との間を電気的に結合または切り離す。

上述したように、第１変換器２５から故障信号ＢＤを受けた場合には、冗長制御部８０は、第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８をゲート遮断した状態で第２開閉器ＳＷ２ａおよび第４開閉器ＳＷ４ａをオフすることにより、第１変換器２５、平滑コンデンサ２９および第２変換器６５を電力変換部１０から切り離す。その後、冗長制御部８０は、短絡スイッチＳＨ１をオンすることにより、第１変圧器２１の各相二次巻線の両端を短絡させる。これにより、故障が生じた第１変換器２５を電力系統２に接続するための第１変圧器２１は動作不能となる。冗長制御部８０はさらに、第２変圧器６１の各相二次巻線の両端を短絡させる。これにより、故障が生じた第１変換器２５に接続される第２変換器６５を電力系統３に接続するための第２変圧器６１は動作不能となる。

第１変圧器２１および第２変圧器６１を動作不能とした後、冗長制御部８０は、第１開閉器ＳＷ１および第３開閉器ＳＷ３を再びオン状態とする。これにより、電力変換装置１は再び電力系統２および電力系統３の間に接続される。上述した故障した変換器（第１変換器２５）の切り離し動作によって、電力変換装置１は４段直列多重から３段直列多重に切り替わっている。電力変換装置１は、残りの健全な第１変換器２６〜２８および第２変換器６６〜６８を用いて電力変換を継続する。具体的には、冗長制御部８０は、変換器制御部１１，５１に対して第１変換器２５の故障信号ＢＤを送信する。変換器制御部１１，５１は、第１変換器２５の故障信号ＢＤを受けると、第１変換器２５および第２変換器６５を除いた残りの第１変換器２６〜２８および第２変換器６６〜６８における電力変換を制御する。

図６は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置における冗長救済の処理手順を説明するフローチャートである。

図６を参照して、まず、ステップＳ０１では、冗長制御部８０は、電力変換部１０を構成する複数の変換器（第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８）のいずれかの故障が検出されているか否かを判断する。具体的には、冗長制御部８０は、各変換器における故障信号ＢＤの出力の有無を検出する。複数の変換器のいずれにも故障が検出されない場合（ステップＳ０１においてＮＯ）、冗長救済のための処理は終了する。

これに対して、複数の変換器のいずれかに故障が検出された場合（ステップＳ０１においてＹＥＳ）、冗長制御部８０は、故障が検出された変換器と、当該変換器に接続される平滑コンデンサおよび変換器とを電力変換部１０から切り離す。

具体的には、ステップＳ０２では、冗長制御部８０は、ゲート遮断信号ＧＢを生成して第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８に対して出力する。これにより、第１変換器２５〜２８および第２変換器６５〜６８はすべて停止状態となる。

次に、冗長制御部８０は、ステップＳ０３により、第１開閉器ＳＷ１および第３開閉器ＳＷ３をオフするための制御信号ＳＥ１，ＳＥ３を生成し、生成した制御信号ＳＥ１，ＳＥ３を第１開閉器ＳＷ１および第３開閉器ＳＷ３へ出力する。これにより、電力変換部１０と電力系統２，３との間の電力供給経路が遮断される。

ステップＳ０４では、冗長制御部８０は、故障が生じた第１変換器（もしくは、故障した第２変換器に接続される第１変換器）の交流電圧端子と、当該第１変換器に対応する第１変圧器の二次巻線との間に接続される第２開閉器（ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｄのいずれか）をオフするための制御信号ＳＥ２を生成し、生成した制御信号ＳＥ２を当該第２開閉器へ出力する。また、冗長制御部８０は、故障が生じた第２変換器（もしくは、故障した第１変換器に接続される第２変換器）の交流電圧端子と、当該第２変換器に対応する第２変圧器６１の二次巻線との間に接続される第４開閉器（ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｄのいずれか）をオフするための制御信号ＳＥ４を生成し、生成した制御信号ＳＥ４を当該第４開閉器へ出力する。これにより、故障が生じた第１変換器（または第２変換器）と、当該変換器に接続される平滑コンデンサおよび第２変換器（または第１変換器）とが電力変換部１０から切り離される。

次に、冗長制御部８０は、ステップＳ０５に進み、故障が生じた第１変換器（もしくは、故障した第２変換器に接続される第１変換器）に対応する第１変圧器に設けられた短絡スイッチＳＨ１（図５）をオンするための制御信号を生成する。冗長制御部８０はさらに、故障が生じた第２変換器（もしくは故障した第１変換器に接続される第２変換器）に対応する第２変圧器に設けられた短絡スイッチＳＨ２（図５）をオンするための制御信号を生成する。これにより、故障が生じた変換器およびこれに接続される変換器に対応する第１変圧器および第２変圧器は動作不能となる。

ステップＳ０６では、変換器制御部１１，５１は、電力変換装置１の多重数が切替えられたことに対応して、残りの健全な第１変換器および第２変換器の制御を変更する。具体的には、変換器制御部１１，５１において、キャリア信号生成部１０２は、切り替え後の電力変換装置１の多重数に応じて、キャリア信号の位相差を変更する。たとえば、電力変換装置１が４段直列多重から３段直列多重に切替えられた場合、使用するキャリア信号数は２４個から１８個に変更される。したがって、キャリア信号生成部１０２は、位相差を１５°から２０°に変更させる。これにより、多重数の切り替え後においても、多重数の切り替え前と同等に、健全な第１変換器および第２変換器の出力電圧に含まれる高調波成分を低減することができる。

ステップＳ０７では、冗長制御部８０は、第１開閉器ＳＷ１および第３開閉器ＳＷ３をオンするための制御信号ＳＥ１，ＳＥ３を生成し、生成した制御信号ＳＥ１，ＳＥ３を第１開閉器ＳＷ１および第３開閉器ＳＷ３へそれぞれ出力する。第１開閉器ＳＷ１および第３開閉器ＳＷ３が再びオン状態となることにより、電力変換装置１は再び電力系統２および電力系統３の間に接続される。

ステップＳ０８では、変換器制御部１１，５１は、残りの健全な第１変換器および第２変換器における電力変換をそれぞれ制御する。具体的には、直流電圧制御部９３（図３）は、健全な第１変換器の直流電圧Ｖｄｃから直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓを算出する。直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓは、健全な第１変換器の直流電圧の合計値でもよいし、直流電圧の平均値でもよい。または、健全な第１変換器のうちから選択した任意の変換器の直流電圧でもよい。直流電圧制御部９３は、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と、健全な第１変換器の直流電圧Ｖｄｃから算出される直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓとの偏差を小さくするような有効電流指令値Ｉｑ＊を求める。個別直流電圧制御部９４（図３）は、健全な第１変換器の各々の直流電圧と直流電圧代表値Ｖｄｃ＿ｓとの偏差を補正する。個別直流電圧制御部９４は、健全な第１変換器に共通の出力電圧（電圧基準値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊）に対して、第１変換器ごとに個別に算出された電圧補正値ΔＶｄｃｄ，ΔＶｄｃｑを加算することによって出力交流電圧基準値を調整する。これにより、変換器の故障が生じた場合であっても、健全な変換器を駆動させて電力変換装置１の運転を継続することができる。

なお、上述の実施の形態では、ステップＳ０６において、変更後の多重数に応じて複数のキャリア信号の位相差を変更する構成を示したが、これに加えて、またはこれに代えて、変換器制御部１１，５１は、変更後の多重数に応じて第１変圧器２１〜２４および第２変圧器６１〜６４における変圧比を変更する構成としてもよい。

本実施の形態において、第１変圧器２１〜２４の各々の電力系統２側の一次巻線は、各相直列接続されて星型結線され、第１変換器２５〜２８の各々の交流電圧を各相直列合成した電圧が電力系統２に出力される。具体的には、第１変圧器２１〜２４の各々は、一次巻線から段階的に引き出された接続点（タップ）のうちのいずれか１つを選択することにより、各第１変圧器の巻線比、すなわち変圧比を変更可能に構成される。これにより、対応する第１変換器から受けた電力がその変更された変圧比に応じた電圧に変換される。本実施の形態では、多重数に応じて第１変圧器２１〜２４の各々のタップを切り替えることにより、電力変換装置１は多重数の切り替え後においても、多重数の切り替え前と同等の電力を融通することができる。

この発明の実施の形態によれば、電力変換部は、直列多重接続された複数の変換器の各々に直流回路を設けるとともに、変換器ごとの直流電圧を制御する。このような構成とすることにより、直列多重接続される複数の変換器のうちの少なくとも１つが故障した場合においても、健全な変換器の動作に悪影響を及ぼすことなく、故障した変換器を電力変換部から切り離すことができる。これにより、残りの変換器を用いて電力変換装置の冗長救済を実現できる。すなわち、変換器単位で冗長救済を行なうため、いずれかの変換器が故障したときの冗長性を形成するためには電力変換装置の多重数を増やすだけでよいことから、従来の電力変換装置と比較して、よりコンパクトおよび低コストに、電力変換装置の信頼性を確保することができる。

［変更例］
なお、上述した実施の形態では、複数の変換器の交流側が変圧器で多重接続された電力換装置として、ＢＴＢシステムについて例示したが、この構成に限られることはない。

図７は、この発明の実施の形態の変更例に係る電力変換装置１Ａの全体構成図である。図７を参照して、本変更例に係る電力変換部１０Ａの構成は、図１の電力変換部１０において、第１変換器２５〜２８の直流電圧端子に、第２変換器６５〜６８の直流電圧端子に代えて、電源または負荷を接続する構成としたものである。本変更例に係る電力変換装置１Ａは、たとえば自励式ＳＶＣ（静止形無効電力補償装置）に適用される。なお、電力変換装置１Ａの構成は、電力変換部１０Ａの構成および冗長制御部８０Ａの制御構造を除いて、図１と同様であるので、詳細な説明は繰返さない。

図８は、本発明の実施の形態の変更例に係る電力変換装置１Ａにおける冗長救済の処理手順を説明するフローチャートである。

図８を参照して、まず、ステップＳ１１では、冗長制御部８０Ａは、電力変換部１０を構成する複数の第１変換器２５〜２８のいずれかの故障が検出されているか否かを判断する。具体的には、冗長制御部８０Ａは、各第１変換器２５〜２８における故障信号ＢＤの出力の有無を検出する。第１変換器２５〜２８のいずれにも故障が検出されない場合（ステップＳ１１においてＮＯ）、冗長救済のための処理は終了する。

これに対して、第１変換器２５〜２８のいずれかに故障が検出された場合（ステップＳ１１においてＹＥＳ）、冗長制御部８０Ａは、故障が検出された第１変換器を電力変換部１０から切り離す。

具体的には、ステップＳ１２では、冗長制御部８０Ａは、ゲート遮断信号ＧＢを生成して第１変換器２５〜２８に対して出力する。これにより、第１変換器２５〜２８はすべて停止状態となる。

次に、冗長制御部８０Ａは、ステップＳ１３により、第１開閉器ＳＷ１をオフするための制御信号ＳＥ１を生成し、生成した制御信号ＳＥ１を第１開閉器ＳＷ１へ出力する。これにより、電力変換部１０と電力系統２との間の電力供給経路が遮断される。

ステップＳ１４では、冗長制御部８０Ａは、故障が生じた第１変換器の交流電圧端子と、当該第１変換器に対応する第１変圧器の二次巻線との間に接続される第２開閉器（ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｄのいずれか）をオフするための制御信号ＳＥ２を生成し、生成した制御信号ＳＥ２を当該第２開閉器へ出力する。これにより、故障が生じた第１変換器が電力変換部１０から切り離される。

次に、冗長制御部８０Ａは、ステップＳ１５に進み、故障が生じた第１変換器に対応する第１変圧器に設けられた短絡スイッチＳＨ１（図５）をオンするための制御信号を生成する。これにより、故障が生じた第１変換器に接続される第１変圧器は動作不能となる。

ステップＳ１６では、変換器制御部１１は、電力変換装置１Ａの多重数が切替えられたことに対応して、残りの健全な第１変換器の制御を変更する。具体的には、変換器制御部１１において、キャリア信号生成部１０２は、切り替え後の電力変換装置１Ａの多重数に応じて、キャリア信号の位相差を変更する。なお、上述した実施の形態と同様に、ステップＳ１６において、キャリア信号の位相差を変更する構成に加えて、またはこれに代えて、変換器制御部１１は、変更後の多重数に応じて第１変圧器２１〜２４における変圧比を変更する構成としてもよい。

ステップＳ１７では、冗長制御部８０Ａは、第１開閉器ＳＷ１をオンするための制御信号ＳＥ１を生成し、生成した制御信号ＳＥ１を第１開閉器ＳＷ１へ出力する。第１開閉器ＳＷ１が再びオン状態となることにより、電力変換装置１Ａは再び電力系統２に連系される。

ステップＳ１８では、変換器制御部１１は、残りの健全な第１変換器における電力変換をそれぞれ制御する。これにより、変換器の故障が生じた場合であっても、健全な変換器を駆動させて電力変換装置１Ａの運転を継続することができる。

このように、本変更例に係る電力変換装置１Ａにおいても、多重化する複数の変換器のそれぞれ直流回路を設け、各変換器の直流電圧を制御する構成となっていることから、少なくとも１つの変換器が故障した場合においても、健全な変換器の動作に悪影響を及ぼすことなく、故障した変換器を電力変換部から切り離すことができる。これにより、残りの変換器を用いて電力変換装置の冗長救済を実現できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ 電力変換装置、２，３ 電力系統、１０，１０Ａ 電力変換部、１１，５１ 変換器制御部、１２，５２ 交流電圧検出器、１３，５３ 電流検出器、１４ 直流電圧検出器、２１〜２４ 第１変圧器、２５〜２８ 第１変換器、２９〜３２ 平滑コンデンサ、６１〜６４ 第２変圧器、６５〜６８ 第２変換器、８０，８０Ａ 冗長制御部、９１ 電圧位相検出部、９２ 有効無効電流検出部、９３ 直流電圧制御部、９４ 個別直流電圧制御部、９５ 無効電流制御部、９６ 有効電流制御部、９７ 電圧基準値生成部、９８〜１０１ ゲートパルス信号生成部、１０２ キャリア信号生成部、ＳＷ１ 第１開閉器、ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｄ 第２開閉器、ＳＷ３ 第３開閉器、ＳＷ４ａ〜ＳＷ４ｄ 第４開閉器、ＳＨ１，ＳＨ２ 短絡スイッチ。

Claims (6)

1. 交流電力系統に連系される電力変換装置であって、
   一次巻線が前記交流電力系統に直列に多重接続される複数の変圧器と、
   前記複数の変圧器の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう複数の変換器とを備え、
   前記複数の変換器の直流電圧端子は相互に独立し、かつ、複数の平滑コンデンサがそれぞれ接続され、
   各前記複数の変換器における電力変換を制御する変換器制御部と、
   前記複数の変換器の少なくとも１つが故障した場合、故障した前記変換器と対応する前記変圧器の二次巻線とを切り離すことにより、残りの前記変換器を用いて前記電力変換装置の冗長救済を行なうための冗長制御部とをさらに備える、電力変換装置。
2. 前記交流電力系統と前記複数の変圧器の一次巻線との間に設けられる第１の開閉器と、
   前記複数の変圧器の二次巻線と前記複数の変換器の交流電圧端子との間にそれぞれ設けられる複数の第２の開閉器と、
   各前記複数の変圧器の二次巻線間に接続される複数の短絡スイッチとをさらに備え、
   前記冗長制御部は、
   前記第１の開閉器をオフした状態で、前記故障した変換器に対応する前記第２の開閉器をオフするとともに、前記故障した変換器に対応する前記短絡スイッチをオフすることにより、前記故障した変換器を切り離し、
   前記故障した変換器を切り離した後、前記第１の開閉器をオン状態とする、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記変換器制御部は、
   各前記複数の変換器を構成するスイッチング素子をＰＷＭ制御するためのゲートパルス信号を生成するゲートパルス信号生成部と、
   前記複数の変換器にそれぞれ対応して、前記ＰＷＭ制御に用いるキャリア信号を複数生成するキャリア信号生成部とを含み、
   前記キャリア信号生成部は、前記複数のキャリア信号に位相差を設けるように構成され、前記冗長制御部が前記故障した変換器を切り離した場合には、切り替え後の多重数に応じて前記キャリア信号の位相差を変更する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記複数の変圧器の各々は、変圧比を変更可能に構成され、
   前記変換器制御部は、前記冗長制御部が前記故障した変換器を切り離した場合には、切り替え後の多重数に応じて前記複数の変圧器の変圧比を変更する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 第１の交流電力系統と第２の交流電力系統との間で電力の融通を行なう電力変換装置であって、
   一次巻線が前記第１の交流電力系統に直列に多重接続される複数の第１の変圧器と、
   前記複数の第１の変圧器の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう複数の第１の変換器と、
   一次巻線が前記第２の交流電力系統に直列に多重接続される複数の第２の変圧器と、
   前記複数の第２の変圧器の二次巻線にそれぞれ接続され、交流電力および直流電力の間で双方向の電力変換を行なう複数の第２の変換器とを備え、
   前記複数の第１の変換器の直流電圧端子は相互に独立し、かつ、複数の平滑コンデンサがそれぞれ接続され、
   前記複数の第２の変換器の直流電圧端子は相互に独立し、かつ、前記複数の平滑コンデンサがそれぞれ接続され、
   前記複数の第１の変換器における電力変換を制御する第１の変換器制御部と、
   前記複数の第２の変換器における電力変換を制御する第２の変換器制御部と、
   前記複数の第１の変換器の少なくとも１つが故障した場合に、故障した前記第１の変換器と対応する前記第１の変圧器の二次巻線とを切り離すとともに、前記故障した第１の変換器に接続される前記第２の変換器と対応する前記第２の変圧器の二次巻線とを切り離すことにより、残りの前記第１の変換器および前記第２の変換器を用いて前記電力変換装置の冗長救済を行なうための冗長制御部とをさらに備える、電力変換装置。
6. 前記第１の交流電力系統と前記複数の第１の変圧器の一次巻線との間に設けられる第１の開閉器と、
   前記複数の第１の変圧器の二次巻線と前記複数の第１の変換器の交流電圧端子との間にそれぞれ設けられる複数の第２の開閉器と、
   各前記複数の第１の変圧器の二次巻線間に接続される複数の第１の短絡スイッチと、
   前記第２の交流電力系統と前記複数の第２の変圧器の一次巻線との間に設けられる第３の開閉器と、
   前記複数の第２の変圧器の二次巻線と前記複数の第２の変換器の交流電圧端子との間にそれぞれ設けられる複数の第４の開閉器と、
   各前記複数の第２の変圧器の二次巻線間に接続される複数の第２の短絡スイッチとをさらに備え、
   前記冗長制御部は、
   前記第１の開閉器および前記第３の開閉器をオフした状態で、前記故障した第１の変換器に対応する前記第２の開閉器をオフするとともに、前記故障した第１の変換器に接続される前記第２の変換器に対応する前記第４の開閉器をオフし、かつ、前記故障した第１の変換器に対応する前記第１の短絡スイッチおよび前記故障した第１の変換器に接続される前記第２の開閉器に対応する前記第２の短絡スイッチをオフすることにより、前記故障した第１の変換器および前記故障した第１の変換器に接続される前記第２の変換器を切り離し、
   前記故障した第１の変換器および前記故障した第１の変換器に接続される前記第２の変換器を切り離した後、前記第１の開閉器および前記第３の開閉器をオン状態とする、請求項５に記載の電力変換装置。

Images