JP2016077135A - Power conversion device and control method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、交流電源からの電力を直流電力に変換する電力変換装置および制御方法に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device and a control method for converting power from an AC power source into DC power.
単相交流を電源とする鉄道車両の駆動方式として、交流架線の交流から直流を経由して交流の電力へ変換する間接変換方式が一般的に用いられている。間接変換方式は、交流架線からの電圧を降圧する変圧器と、交流電力と直流電力との変換を行うコンバータと、所望の電圧および周波数の交流電圧を出力してモータを可変速制御するインバータとからなる。交流架線の周波数は16.7から60Hzのものが広く普及しており、上記間接変換方式における変圧器もその周波数にあわせて設計される。変圧器における電圧が一定とすると、動作周波数が小さいほど変圧器の鉄心を通過する磁束が大きくなる。よって、動作周波数が小さい場合、変圧器の鉄心における磁気飽和を避けるために、大きな鉄心が必要となり変圧器が大型化する。鉄道車両に搭載する電機品の中で、特に変圧器は大型化する傾向がある。 As a driving method for a railway vehicle using a single-phase alternating current as a power source, an indirect conversion method is generally used in which the alternating current of an AC overhead wire is converted into alternating current power via direct current. The indirect conversion method includes a transformer that steps down the voltage from the AC overhead wire, a converter that converts AC power and DC power, an inverter that outputs an AC voltage having a desired voltage and frequency and controls the motor at a variable speed, Consists of. The frequency of the AC overhead wire is widely used in the range of 16.7 to 60 Hz, and the transformer in the indirect conversion method is also designed according to the frequency. Assuming that the voltage at the transformer is constant, the magnetic flux passing through the iron core of the transformer increases as the operating frequency decreases. Therefore, when the operating frequency is small, a large iron core is required to avoid magnetic saturation in the iron core of the transformer, and the transformer becomes large. Among electrical components mounted on railway vehicles, transformers in particular tend to be large.
一方で、交流架線の電圧の周波数で動作する変圧器を必要としない駆動方式が提案されている。例えば、特許文献1では、モジュール化した電力変換器セルを複数用いて、交流架線から受電できる駆動方式が開示されている。これらの電力変換セルのそれぞれは、交流電力を直流電力に変換する変換部と、絶縁型の直流電力を直流電力に変換するコンバータ(以下DC/DCコンバータと呼ぶ)とからなる。
On the other hand, a drive system that does not require a transformer that operates at the frequency of the voltage of the AC overhead wire has been proposed. For example,
また、特許文献2では、並列接続された複数のコンバータを備える電動機駆動装置において、電動機駆動装置が緊急停止する場合に、コンバータとインバータとをつなぐ直流部分(以下DCリンクと呼ぶ)におけるフィルタコンデンサの過電圧を抑制する装置が開示されている。
Further, in
特許文献1で開示される駆動方式では、絶縁型のDC/DCコンバータの動作周波数は、数百から数千Hz以上に設定される。この絶縁型のDC/DCコンバータに用いられる変圧器は、動作周波数の高周波化によって従来の変圧器よりも大幅に小型化が可能となる。しかしながら、従来のシステムに対して、電力変換モジュールの数だけDCリンクの数が増加してしまう。したがって、従来と同様の方法でDCリンクの過電圧抑制機能を実現する場合、放電回路の数が増大して装置の大型化を招いてしまう。しかしながら、特許文献1では、DCリンクにおけるフィルタコンデンサの過電圧の抑制については特に検討されていない。
In the driving method disclosed in
また、特許文献2では、DCリンクに直流電圧の脈動を平滑化するフィルタコンデンサが並列接続されている。また、フィルタコンデンサの過電圧を抑制するための放電回路が、フィルタコンデンサと並列接続されている。DCリンクの過電圧を検知したときや、半導体素子の動作不良を検知したときは、フィルタコンデンサを抵抗で短絡し、速やかにフィルタコンデンサの電荷を放電させる保護動作を行う。しかしながら、電動機駆動装置が緊急停止する場合に、DC/DCコンバータの入力部に並列接続された直流充電部であるフィルタコンデンサの電荷を放電する方法については検討されていない。
Moreover, in
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、複数の電力変換セルを用いて交流電源からの電力を直流電力に変換する電力変換装置において、DC/DCコンバータの入力部に並列接続されたフィルタコンデンサの過電圧を抑制できる保護装置を備えた電力変換装置および制御方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems. In a power conversion apparatus that converts power from an AC power source into DC power using a plurality of power conversion cells, the input of the DC / DC converter is provided. An object of the present invention is to obtain a power conversion device and a control method including a protection device capable of suppressing an overvoltage of a filter capacitor connected in parallel to the unit.
この発明に係る電力変換装置は、交流電力が入力される第1の入力部、直流電力が出力される第1の出力部、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し交流電力を直流電力に変換するN個(Nは2以上の整数)の第1の電力変換部と、第1の入力部のそれぞれに並列に接続され短絡および開放を切り替えるN個の短絡スイッチと、第1の出力部のそれぞれに並列に接続されたN個の分散抵抗と、第1の出力部のそれぞれに並列に接続されたN個の一次フィルタコンデンサと、第1の出力部のそれぞれに接続され直流電力が入力されるN個の電力変換体入力端、および直流電力が出力される電力変換体出力端を具備し直流電力を直流電力に変換する電力変換体と、電力の供給および遮断を切り替える主開閉器とを備え、N個の第1の入力部は、主開閉器を介して直列に接続され、一次フィルタコンデンサまたは半導体素子の異常に基づいて一次フィルタコンデンサを保護対象とし、主開閉器および保護対象となった一次フィルタコンデンサに接続される第1の電力変換部と接続された短絡スイッチをオン、または主開閉器をオフする制御を行う保護装置とをさらに備えたものである。 The power conversion device according to the present invention includes a first input unit to which AC power is input, a first output unit to which DC power is output, and a plurality of semiconductor elements that perform switching. The AC power is converted to DC power. N (N is an integer of 2 or more) first power conversion units to be converted, N short-circuit switches that are connected in parallel to each of the first input units and switch between short-circuit and open-circuit, and a first output unit N distributed resistors connected in parallel with each other, N primary filter capacitors connected in parallel with each of the first output units, and DC power connected to each of the first output units. A power converter that has N power converter input terminals and a power converter output terminal that outputs DC power, and that converts DC power into DC power, and a main switch that switches between supply and interruption of power N first inputs Are connected in series via the main switch, and the primary filter capacitor is to be protected based on the abnormality of the primary filter capacitor or the semiconductor element, and the first switch capacitor is connected to the main switch and the primary filter capacitor to be protected. And a protection device that performs control to turn on a short circuit switch connected to one power conversion unit or turn off a main switch.
また、この発明に係る制御方法は、前記電力変換装置における制御方法であって、一次フィルタコンデンサ、または半導体素子の異常に基づいて一次フィルタコンデンサを保護対象とする保護対象設定ステップを保護装置が行い、保護対象設定ステップが行われた場合には、主開閉器をオンまたはオフする主開閉器制御ステップと、主開閉器制御ステップにおいて主開閉器をオンする場合に、保護対象となった一次フィルタコンデンサに接続される第1の電力変換部と接続された短絡スイッチをオンする短絡スイッチ制御ステップとを保護装置がさらに行うものである。 The control method according to the present invention is a control method in the power converter, wherein the protection device performs a protection target setting step for protecting the primary filter capacitor or the primary filter capacitor based on an abnormality of the semiconductor element. When the protection target setting step is performed, the main switch control step for turning the main switch on or off, and the primary filter that is the protection target when the main switch is turned on in the main switch control step The protective device further performs a short-circuit switch control step of turning on the short-circuit switch connected to the first power conversion unit connected to the capacitor.
上記のように構成された電力変換装置は、保護装置によって、一次フィルタコンデンサが保護対象となった場合には、保護対象となった一次フィルタコンデンサの電荷を分散抵抗で消費させる制御を行うため、DC/DCコンバータの入力部に並列接続された一次フィルタコンデンサの過電圧を抑制できる。 In the power converter configured as described above, when the primary filter capacitor is to be protected by the protection device, in order to perform control to consume the charge of the primary filter capacitor that has been protected by the dispersion resistor, The overvoltage of the primary filter capacitor connected in parallel to the input part of the DC / DC converter can be suppressed.
以下、この発明の各実施の形態の電力変換装置および制御方法について、鉄道車両に用いられる電力変換装置を一例として説明するが、この発明に係る電力変換装置および制御方法は、鉄道車両の用途に限らず、交流電源から受電する他の用途に用いられるものであってもよい。 Hereinafter, the power conversion device and the control method according to each embodiment of the present invention will be described by taking a power conversion device used for a railway vehicle as an example. However, the power conversion device and the control method according to the present invention are used for a railway vehicle. Not limited to this, it may be used for other applications that receive power from an AC power supply.
実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1に係る電力変換装置の回路図である。図1の電力変換装置100は、電力変換回路50と、保護装置32とを備える。電力変換回路50は、3個の電力変換セルである第1の電力変換セル8a、第2の電力変換セル8bおよび第3の電力変換セル8cと、1個の電力変換体12と、主開閉器6と、連系リアクトル5と、受電端3と、接地電位4と、正母線端1−1と、負母線端2−1と、集中抵抗10と、放電スイッチ11とを備える。なお、第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cの個数は、この限りではなく2個以上あればよい。その個数は、電源から交流電力を受電する受電端3と受電端3の電位の基準となる接地電位4との間の電圧である交流架線の電圧、並びに第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cを構成する半導体素子(図示せず)の耐電圧に応じて決定される。
FIG. 1 is a circuit diagram of a power conversion apparatus according to
第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cのそれぞれは、交流電力を直流電力に変換(以下AC/DC変換と呼ぶ)する第1の電力変換部14と、一対の端子8−1および8−2からなる電力変換セル入力端と、一対の端子8−3および8−4からなる電力変換セル出力端と、両端子間の短絡および開放を切り替える短絡スイッチ7と、分散抵抗16と、一次フィルタコンデンサ20とを具備している。
Each of the first, second, and third
第1の電力変換部14は、一対の端子14−1および14−2からなる第1の入力部、一対の端子14−3および14−4からなる第1の出力部並びにスイッチングを行う複数の半導体素子(図示せず)を有している。
The first
電力変換体12は、それぞれ一対の端子12−1および12−2からなる3個の電力変換体入力端並びに一対の端子12−3および12−4からなる1個の電力変換体出力端を具備している。そして、電力変換体12は、各電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2に入力される直流電力を、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に出力される直流電力に変換する。
The
さらに、電力変換体12は、直流電力を直流電力に変換(以下DC/DC変換と呼ぶ)する3個の第2の電力変換部15、3個の二次フィルタコンデンサ21および両端子間の短絡および開放を切り替える3個の分離スイッチ9を具備している。なお、電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2の個数は、3個に限らず、電力変換セルの個数と同じであればよい。同様に、第2の電力変換部15の個数も、3個に限らず、電力変換セルの個数と同じであればよい。
Furthermore, the
第2の電力変換部15は、一対の端子15−1および15−2からなる第2の入力部、一対の端子15−3および15−4からなる第2の出力部並びにスイッチングを行う複数の半導体素子(図示せず)を有している。そして、第2の電力変換部15は、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2に入力される直流電力を、第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に出力される直流電力に変換する。
The second
第1の電力変換セル8aにおける電力変換セル入力端の一方の端子8−1は、受電端3に接続されている。第3の電力変換セル8cにおける電力変換セル入力端の他方の端子8−2は、接地電位4に接続されている。なお、電力変換セルがN個(Nは2以上の整数)ある場合には、第1の電力変換セル8aにおける電力変換セル入力端の一方の端子8−1は、受電端3に接続され、第Nの電力変換セルにおける電力変換セル入力端の他方の端子8−2は、接地電位4に接続されている。
One terminal 8-1 at the power conversion cell input end of the first
第1の電力変換セル8aにおける電力変換セル入力端の他方の端子8−2は、第2の電力変換セル8bにおける電力変換セル入力端の一方の端子8−1に接続されている。そして、第2の電力変換セル8bにおける電力変換セル入力端の他方の端子8−2は、第3の電力変換セル8cにおける電力変換セル入力端の一方の端子8−1に接続されている。なお、電力変換セルがN個(Nは2以上の整数)ある場合には、第K(Kは1からN−1の整数)の電力変換セルにおける電力変換セル入力端の他方の端子8−2は、第K+1の電力変換セルにおける電力変換セル入力端の一方の端子8−1に接続されている。
The other terminal 8-2 at the power conversion cell input end in the first
各電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2は、対応する電力変換セル8a、8b、8cにおける電力変換セル出力端の一対の端子8−3および8−4に接続されている。すなわち、各電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2は、電力変換セル8a、8b、8cのいずれかにおける電力変換セル出力端の一対の端子8−3および8−4にのみ接続されている。また、各電力変換体入力端の一方の端子12−1と、対応する電力変換セル8a、8b、8cにおける電力変換セル出力端の一方の端子8−3とが、直流電力の正極側として同極性で接続されている。各電力変換体入力端の他方の端子12−2と、対応する電力変換セル8a、8b、8cにおける電力変換セル出力端の他方の端子8−4とが、直流電力の負極側として同極性で接続されている。
A pair of terminals 12-1 and 12-2 at each power converter input end are connected to a pair of terminals 8-3 and 8-4 at the power conversion cell output end in the corresponding
電力変換体出力端の正極側の端子12−3は、直流電力で駆動される負荷31に直流電力の正極を出力する正母線端1−1に、正母線1によって接続されている。電力変換体出力端の負極側の端子12−4は、負荷31に直流電力の負極を出力する負母線端2−1に、負母線2によって接続されている。負荷31は、例えば主電動機を駆動するインバータ、並びに照明および空調などへの電源を供給するインバータである。
The positive terminal 12-3 of the power converter output terminal is connected by a
主開閉器6は、受電端3から受電された交流電力の供給および遮断を切り替える。主開閉器6は、高電圧かつ大電流を遮断する必要がある。よって、主開閉器6は、電流遮断能力が高い遮断器と、電路を切り離すための断路器とを組み合わせて構成される。また、主開閉器6は、受電端3と第1の電力変換セル8aにおける電力変換セル入力端の一方の端子8−1との間に接続されている。受電端3で受電された交流電力は、主開閉器6を介して、各第1、第2および第3の電力変換セル8a、8bおよび8cの電力変換セル入力端8−1、8−2に供給される。なお、主開閉器6は、接地電位4と第3の電力変換セル8cにおける入力端の他方の端子8−2との間に接続されてもよい。
The
連系リアクトル5は、主開閉器6と、第1の電力変換セル8aの電力変換セル入力端の一方の端子8−1との間に接続されている。なお、連系リアクトル5は、接地電位4と第3の電力変換セル8cにおける入力端の他方の端子8−2との間に接続されてもよい。
The
第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cの短絡スイッチ7のそれぞれは、同じ電力変換セルにおいて、電力変換セル入力端の一対の端子8−1および8−2と、第1の入力部の一対の端子14−1および14−2とのそれぞれに接続されている。
Each of the short-
よって、第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cの各電力変換セル入力端の一対の端子8−1および8−2は、同じ電力変換セルにおいて、第1の入力部の一対の端子14−1および14−2に接続されている。
Therefore, the pair of terminals 8-1 and 8-2 at the input terminals of the power conversion cells of the first, second, and third
ACポート17は、第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cのそれぞれにおいて、電力変換セル入力端の一対の端子8−1および8−2から、第1の入力部の一対の端子14−1および14−2までの回路を指す。
In each of the first, second, and third
第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cの分散抵抗16のそれぞれは、同じ電力変換セルにおいて、第1の出力部の一対の端子14−3および14−4と、電力変換セル出力端の一対の端子8−3および8−4とのそれぞれに接続されている。
Each of the distributed
第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cの一次フィルタコンデンサ20のそれぞれは、同じ電力変換セルにおいて、第1の出力部の一対の端子14−3および14−4と、電力変換セル出力端の一対の端子8−3および8−4とのそれぞれに接続されている。なお、分散抵抗16および一次フィルタコンデンサ20は、図1の配置に限らず、同じ電力変換セルにおいて互いの配置が入れ替えられても良い。
Each of the
また、第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cのそれぞれにおいて、第1の出力部の一方の端子14−3と、電力変換セル出力端の一方の端子8−3とが、直流電力の正極側として同極性で接続されている。第1の出力部の他方の端子14−4と、電力変換セル出力端の他方の端子8−4とが、直流電力の負極側として同極性で接続されている。
In each of the first, second, and third
各第2の入力部の一対の端子15−1および15−2は、対応する電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2に接続されている。すなわち、各第2の入力部の一対の端子15−1および15−2は、いずれかの電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2にのみ接続されている。また、各第2の入力部の一方の端子15−1と、対応する各電力変換体入力端の一方の端子12−1とが、直流電力の正極側として同極性で接続されている。各第2の入力部の他方の端子15−2と、対応する各電力変換体入力端の他方の端子12−2とが、直流電力の負極側として同極性で接続されている。 The pair of terminals 15-1 and 15-2 of each second input unit is connected to the pair of terminals 12-1 and 12-2 at the corresponding power converter input end. That is, the pair of terminals 15-1 and 15-2 of each second input unit is connected only to the pair of terminals 12-1 and 12-2 at any power converter input end. Moreover, one terminal 15-1 of each 2nd input part and one terminal 12-1 of each corresponding power converter input terminal are connected by the same polarity as the positive electrode side of DC power. The other terminal 15-2 of each second input section and the other terminal 12-2 of each corresponding power converter input end are connected with the same polarity as the negative electrode side of the DC power.
内部DCリンク18は、各第1の出力部の一対の端子14−3および14−4から、同じ電力変換セルにおける電力変換セル出力端の一対の端子8−3および8−4に対応する電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2に接続された第2の入力部の一対の端子15−1および15−2までの回路を指す。 The internal DC link 18 has power corresponding to the pair of terminals 8-3 and 8-4 at the power conversion cell output end in the same power conversion cell from the pair of terminals 14-3 and 14-4 of each first output unit. The circuit to a pair of terminal 15-1 and 15-2 of the 2nd input part connected to a pair of terminal 12-1 and 12-2 of a converter input terminal is pointed out.
各第2の出力部の一対の端子15−3および15−4は、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に接続されている。また、各第2の出力部の一方の端子15−3と、電力変換体出力端の一方の端子12−3とが、直流電力の正極側として同極性で接続されている。各第2の出力部の他方の端子15−4と、電力変換体出力端の他方の端子12−4とが、直流電力の負極側として同極性で接続されている。 The pair of terminals 15-3 and 15-4 of each second output unit is connected to the pair of terminals 12-3 and 12-4 at the output end of the power converter. Also, one terminal 15-3 of each second output section and one terminal 12-3 of the power converter output terminal are connected with the same polarity as the positive side of the DC power. The other terminal 15-4 of each second output unit and the other terminal 12-4 of the power converter output end are connected with the same polarity as the negative electrode side of the DC power.
二次フィルタコンデンサ21のそれぞれは、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4と、各第2の出力部の一対の端子15−3および15−4とのそれぞれに接続されている。すなわち、二次フィルタコンデンサ21のそれぞれは、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に接続され、かつ、いずれかの第2の出力部の一対の端子15−3および15−4にのみ接続されている。
Each of the
分離スイッチ9のそれぞれは、電力変換体出力端の一方の端子12−3と、各二次フィルタコンデンサ21との間に接続されている。かつ、分離スイッチ9のそれぞれは、電力変換体出力端の一方の端子12−3と、各第2の出力部の一方の端子15−3との間に接続されている。すなわち、分離スイッチ9のそれぞれは、電力変換体出力端の一方の端子12−3と、いずれかの第2の出力部の一方の端子15−3との間にのみ接続されている。なお、分離スイッチ9は、図1の配置に限らず、分離スイッチ9のそれぞれは、電力変換体出力端の他方の端子12−4と、各二次フィルタコンデンサ21との間に接続されてもよい。かつ、分離スイッチ9のそれぞれは、電力変換体出力端の他方の端子12−4と、各第2の出力部の他方の端子15−4との間に接続されてもよい。すなわち、分離スイッチ9のそれぞれは、電力変換体出力端の他方の端子12−4と、いずれかの第2の出力部の他方の端子15−4との間にのみ接続されてもよい。
Each of the separation switches 9 is connected between one terminal 12-3 at the output end of the power converter and each
また、分離スイッチ9には、半導体素子の故障が発生したとき、当該半導体素子を含む第2の電力変換部15を、正母線1または負母線2から切り離す機能がある。
In addition, the
放電スイッチ11は、両端子間の短絡および開放を切り替える。集中抵抗10と放電スイッチ11とが互いに直列接続された直列接続体13は、正母線端1−1および負母線端2−1と、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4とのそれぞれに接続されている。
The
DCポート19は、各第2の出力部の一対の端子15−3および15−4から、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4までの回路を指す。
The
以上から、電力変換装置100は、交流電力が入力される第1の入力部の一対の端子14−1および14−2、直流電力が出力される第1の出力部の一対の端子14−3および14−4、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し交流電力を直流電力に変換するN個(Nは2以上の整数)の第1の電力変換部14と、第1の入力部の一対の端子14−1および14−2のそれぞれに並列に接続され短絡および開放を切り替えるN個の短絡スイッチ7と、第1の出力部の一対の端子14−3および14−4のそれぞれに並列に接続されたN個の分散抵抗16と、第1の出力部の一対の端子14−3および14−4のそれぞれに並列に接続されたN個の一次フィルタコンデンサ20と、第1の出力部の一対の端子14−3および14−4のそれぞれに接続され直流電力が入力されるN個の電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2、および直流電力が出力される電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4を具備し直流電力を直流電力に変換する電力変換体12と、電力の供給および遮断を切り替える主開閉器6とを備えている。N個の第1の入力部の一対の端子14−1および14−2は、主開閉器6を介して直列に接続されている。
From the above, the
また、電力変換装置100は、集中抵抗10と、短絡および開放を切り替える放電スイッチ11とをさらに備えている。電力変換体12は、短絡および開放を切り替えるN個の分離スイッチ9と、対応する電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2に接続され直流電力が入力される第2の入力部の一対の端子15−1および15−2、分離スイッチ9を介して電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に接続され直流電力が出力される第2の出力部の一対の端子15−3および15−4、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し直流電力を直流電力に変換するN個の第2の電力変換部15と、第2の出力部の一対の端子15−3および15−4のそれぞれに1個ずつ並列に接続されたN個の二次フィルタコンデンサ21とをさらに具備している。集中抵抗10と放電スイッチ11とが互いに直列接続された直列接続体13は、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に並列に接続されている。
Moreover, the
次に、第1の電力変換部14の構成および動作について説明する。図2は、本実施の形態に係る第1の電力変換部の回路図である。図2において、いずれかの第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cにおける第1の電力変換部14は、MOS−FETなどの4個の半導体素子27a、27b、27c、27dを用いたブリッジ回路で構成されている。第1の電力変換部14では、半導体素子27a、27bが直列接続され、半導体素子27c、27dが直列接続されて、さらにこの2組の半導体素子が並列に接続されている。そして、半導体素子27aから27dのスイッチングにより交流電力を整流し直流電力に変換する。よって、第1の電力変換部14は、AC/DC変換するコンバータとして動作する。
Next, the configuration and operation of the first
図3は、本実施の形態に係る第1の電力変換部のキャリアシフトPWMを説明する図である。図3の横軸は、時間を表す。図3の縦軸は、信号のレベルを表す。図3に示す三角波比較方式のPWM制御であるキャリアシフトPWMは、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dのスイッチングのタイミングを決定する方法の一例である。図3において、正相信号波36と逆相信号波37は、ACポート17に発生すべき交流電圧に基づいて演算される。逆相信号波37は、正相信号波36の正負を反転したものである。そして、正相信号波36と搬送波35との大小関係の比較に基づいて、半導体素子27aと27bとのそれぞれのオンおよびオフ状態が制御される。また、逆相信号波37と搬送波35との大小関係の比較に基づいて、半導体素子27cと27dとのそれぞれのオンおよびオフ状態が制御される。
FIG. 3 is a diagram for explaining the carrier shift PWM of the first power conversion unit according to the present embodiment. The horizontal axis in FIG. 3 represents time. The vertical axis in FIG. 3 represents the signal level. The carrier shift PWM which is the triangular wave comparison type PWM control shown in FIG. 3 is an example of a method for determining the switching timing of the
このとき、半導体素子27aおよび27bは、相補的にオンおよびオフ制御される。すなわち、半導体素子27aがオンされている場合は、半導体素子27bはオフされており、半導体素子27aがオフされている場合は、半導体素子27bはオンされている。同様に、半導体素子27cおよび27dも、相補的にオンおよびオフ制御される。ただし、内部DCリンク18の短絡を防ぐため、上下の半導体素子27aおよび27b、または27cおよび27dのいずれにもオン信号が与えられない期間であるデッドタイム期間を予め設けている。上記のような第1の電力変換部14であるコンバータの制御方法は、一般にユニポーラPWM変調と呼ばれる。
At this time, the
ACポート17に出力すべき交流電圧は次のように演算する。すべてのACポート17および連系リアクトル5は、受電端3と接地電位4との間で直列接続されている。よって、架線電圧Vsと、第i番目(i=1〜n、nは2以上の整数)のACポート17に出力される電圧Viと連系リアクトル5の両端電圧VLとの間には、次の関係式が成り立つ。
The AC voltage to be output to the
ここで、ドットは、その変数がベクトル量であることを示す。さらに、虚数単位をj、連系リアクトル5のインピーダンスをX、架線電流をIsとすると、式(1)は次式のように変形できる。
Here, the dot indicates that the variable is a vector quantity. Furthermore, when the imaginary unit is j, the impedance of the
図4は、本実施の形態に係る第1の電力変換部の動作を説明するベクトル図である。鉄道車両の電力変換装置100では、一般的に電源の力率が1となるようにコンバータを制御する。つまり、架線電圧Vsと架線電流Isとが同相となるように第1の電力変換部14を制御する。
FIG. 4 is a vector diagram illustrating the operation of the first power conversion unit according to the present embodiment. In
このとき、式(2)の関係を図示すると、図4に示されるベクトル図で表せる。したがって、内部DCリンク18の電圧が一定となるように架線電流Isの大きさを制御すると、ACポート17に出力すべき電圧V1からVnの総和が一意に定まる。
At this time, the relationship of equation (2) can be represented by the vector diagram shown in FIG. Therefore, if the magnitude of the overhead wire current Is is controlled so that the voltage of the internal DC link 18 is constant, the sum of the voltages V1 to Vn to be output to the
ところで、第1の電力変換部14をユニポーラPWM変調とし、架線の力率が1となるように制御する場合、ACポート17の電圧の基本波振幅は、内部DCリンク18の電圧よりも小さくなる。また、内部DCリンク18の定格電圧は、第1の電力変換部14および第2の電力変換部15を構成する半導体素子の耐電圧によって制約される。このため、内部DCリンク18の定格電圧は、半導体素子の耐電圧に対して半分程度の値と設定するのが一般的である。
By the way, when the first
さらに、図4のベクトル図において、ACポート17の電圧の総和は、架線電圧Vsよりも大きくする必要があることがわかる。したがって、内部DCリンク18の定格電圧をEm、半導体素子27aから27dの耐電圧をVCES、電力変換セルの個数をNとすると、以下のような制約がある。
Furthermore, in the vector diagram of FIG. 4, it can be seen that the sum of the voltages of the
式(3)は、架線電圧Vsが大きいほど、また半導体素子の耐電圧VCESが小さいほど、必要な電力変換セルの個数Nが多くなることを示す。PWM変調度の上限と一部の電力変換セルが停止したときの継続運転を考慮して、実際のNの値は、式(3)で計算される値に2から3だけ加算したものとしている。 Equation (3) shows that the number N of necessary power conversion cells increases as the overhead wire voltage Vs increases and the withstand voltage V CES of the semiconductor element decreases . Considering the upper limit of the PWM modulation degree and the continuous operation when some power conversion cells are stopped, the actual value of N is obtained by adding 2 to 3 to the value calculated by the equation (3). .
また、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dのそれぞれのスイッチング周期をTsとすると、各第1の電力変換部14の搬送波35は、Ts/2Nずつ時間的にシフトして演算される。こうすることで、架線電流Isの高調波は大幅に低減される。
Further, assuming that each switching cycle of the
次に、第2の電力変換部15の構成および動作について説明する。図5は、本実施の形態に係る第2の電力変換部にハーフブリッジ形回路を適用した例の回路図である。図5において、電力変換体12における第2の電力変換部15のそれぞれは、MOS−FETなどの4個の半導体素子28aから28dを用いたブリッジ回路と、絶縁変圧器26とで構成されている。第2の電力変換部15では、半導体素子28a、28bが直列接続され、一次フィルタコンデンサ20a、20bが直列接続され、さらにこれらの1組の半導体素子と1組の一次フィルタコンデンサ20とが並列に接続されている。また、半導体素子28c、28dが直列接続され、二次フィルタコンデンサ21a、21bが直列接続され、さらにこれらの1組の半導体素子と1組の二次フィルタコンデンサ21とが並列に接続されている。また、一次フィルタコンデンサ20a、20b、および二次フィルタコンデンサ21a、21bは、直流電圧の脈動分を平滑する機能を有する。
Next, the configuration and operation of the second
内部DCリンク18から供給された直流電力は、半導体素子28aと28bとの間から絶縁変圧器26の一次側26−1へ、一次フィルタコンデンサ20aと20bとの間から一次側26−1へ交流電力として供給される。また、絶縁変圧器26の一次側26−1から二次側26−2へ供給された交流電力は、二次側26−2から半導体素子28cと28dとの間へ、二次側26−2から二次フィルタコンデンサ21aと21bとの間へ供給され、DCポート19へ供給される。そして、半導体素子28aから28dのスイッチングにより直流電力を直流電力に変換する。
The DC power supplied from the internal DC link 18 is exchanged from between the
また、上記とは反対に、第2の電力変換部15は、直流電力をDCポート19から内部DCリンク18へ変換することも可能である。よって、第2の電力変換部15は、双方向に直流電力を伝送することができ、絶縁変圧器26によって一次側26−1と二次側26−2とが電気的に絶縁されている。すなわち、第2の電力変換部15は、いわゆる双方向絶縁型DC/DCコンバータとなっている。
In contrast to the above, the second
図6は、本実施の形態に係る第2の電力変換部にフルブリッジ形回路を適用した例の回路図である。図6に示されるように、第2の電力変換部15は、フルブリッジ形回路となっていてもよい。図6において、電力変換体12における第2の電力変換部15のそれぞれは、MOS−FETなどの8個の半導体素子28aから28hを用いたブリッジ回路と、絶縁変圧器26とで構成されている。第2の電力変換部15では、半導体素子28a、28bが直列接続され、半導体素子28c、28dが直列接続されて、さらにこの2組の半導体素子が並列に接続されている。半導体素子28e、28fが直列接続され、半導体素子28g、28hが直列接続されて、さらにこの2組の半導体素子が並列に接続されている。また、一次フィルタコンデンサ20a、20b、および二次フィルタコンデンサ21a、21bの機能は、図5と同様である。
FIG. 6 is a circuit diagram of an example in which a full bridge circuit is applied to the second power conversion unit according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the second
内部DCリンク18から供給された直流電力は、半導体素子28aと28bとの間から絶縁変圧器26の一次側26−1へ、半導体素子28cと28dとの間から一次側26−1へ交流電力として供給される。また、絶縁変圧器26の一次側26−1から二次側26−2へ供給された交流電力は、二次側26−2から半導体素子28eと28fとの間へ、二次側26−2から半導体素子28gと28hとの間へ供給され、DCポート19へ供給される。そして、半導体素子28aから28hのスイッチングにより直流電力を直流電力に変換する。
The DC power supplied from the internal DC link 18 is AC power from between the
また、上記とは反対に、第2の電力変換部15は、直流電力をDCポート19から内部DCリンク18へ変換することも可能である。よって、第2の電力変換部15は、双方向に直流電力を伝送することができ、絶縁変圧器26によって一次側26−1と二次側26−2とが電気的に絶縁されている。すなわち、第2の電力変換部15は、いわゆる双方向絶縁型DC/DCコンバータとなっている。
In contrast to the above, the second
図7は、本実施の形態に係る第2の電力変換部15にハーフブリッジ直列共振形回路を適用した例の回路図である。図7に示されるように、第2の電力変換部15は、いわゆる共振形のコンバータであってもよい。図7の第2の電力変換部15の回路構成は、図5の第2の電力変換部15の回路構成に対して、直列共振キャパシタ29が、半導体素子28aおよび28bの間と、絶縁変圧器26の一次側26−1との間に接続されている点で異なる。また、一次フィルタコンデンサ20a、20b、および二次フィルタコンデンサ21a、21bの機能は、図5と同様である。
FIG. 7 is a circuit diagram of an example in which a half-bridge series resonant circuit is applied to the second
よって、第2の電力変換部15は、双方向に直流電力を伝送することができ、絶縁変圧器26によって一次側26−1と二次側26−2とが電気的に絶縁されている。すなわち、第2の電力変換部15は、いわゆる双方向絶縁型DC/DCコンバータとなっている。
Therefore, the second
なお、第2の電力変換部15は、上記の3つの回路構成に限らず、双方向に直流電力を伝送することができ、絶縁変圧器26によって一次側26−1と二次側26−2が電気的に絶縁されているものであればよい。
The second
第2の電力変換部15の絶縁変圧器26は、数百Hz以上の高周波で動作する。絶縁変圧器26における電圧が一定とすると、動作周波数が大きいほど絶縁変圧器26の鉄心を通過する磁束が小さくなる。よって、鉄心の材料によって許容される磁束密度が決まっており、同じ磁束密度で比較すると鉄心の断面積を小さくすることができるので、絶縁変圧器26の鉄心を小型化できる。このため、絶縁変圧器26は、架線電圧の周波数で動作する従来システムの変圧器に比べて、大幅に小型および軽量となる。
The
第2の電力変換部15は、負荷31に必要な電力の変動に応じて電力の伝送量を調整する。そして、正母線1と負母線2との間の電圧、すなわち二次フィルタコンデンサ21の電圧が一定となるように制御される。特に、第2の電力変換部15が、図5および図7に示すような二次フィルタコンデンサ21aおよび21bの中間点を必要とするハーフブリッジ構成である場合、二次フィルタコンデンサ21a、21bに隣接する半導体素子28c、28dが短絡故障を起こすと、二分割された二次フィルタコンデンサ21a、21bのいずれか一方にDCポート19の電圧が印加されることとなる。よって、二次フィルタコンデンサ21a、21bの耐電圧を極力小さく設計しつつ、故障発生時でも健全な電力変換セルで運転を継続できる冗長性を確保するためには、電力変換装置100の動作中であっても、必要に応じて分離スイッチ9を作動させることによって、第2の電力変換部15が正母線1または負母線2から切り離されることが望ましい。また、電力変換装置100では、第2の電力変換部15がそれぞれ並列に接続されるため、第2の電力変換部のそれぞれが独立して運転可能である。
The second
また、図5、図7において、一次フィルタコンデンサ20aおよび20bと、二次フィルタコンデンサ21aおよび21bとは、電荷を放電するとき、一次フィルタコンデンサ20aおよび20bの両方と、二次フィルタコンデンサ21aおよび21bの両方とを放電することになる。よって、以下では、一次フィルタコンデンサ20aおよび20bは、1つの一次フィルタコンデンサ20として扱い、二次フィルタコンデンサ21aおよび21bは、1つの二次フィルタコンデンサ21として扱う。
5 and 7, the
次に、保護装置32、集中抵抗10、分散抵抗16および放電スイッチ11の機能について述べる。集中抵抗10、分散抵抗16および放電スイッチ11は、一次フィルタコンデンサ20と、二次フィルタコンデンサ21との過電圧抑制に関する装置である。
Next, functions of the
保護装置32は、保護対象となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電力変換回路50上の位置に基づいて、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子および第2の電力変換部15の半導体素子のオンおよびオフを切り替える制御を行う。
The
電力変換装置100を含むシステムを緊急停止するときや、半導体素子が故障したとき、地絡・短絡・混触などの装置の故障が発生したときには、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方に過電圧が生じる可能性がある。また、一次フィルタコンデンサ20または二次フィルタコンデンサ21の電荷が予期せぬ経路で放電されることによって、故障の範囲が拡大する可能性がある。よって、保護装置32は、上記のような状態において、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方を保護対象とし、保護対象となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の充電経路を断ち、電荷を抵抗で消費して、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の過電圧を抑制し、故障の範囲が拡大するのを防止する機能を有する。
When the system including the
過電圧抑制の観点では、保護対象となった二次フィルタコンデンサ21の電荷を放電させる抵抗、すなわち集中抵抗10の抵抗値は、小さいほど良い。集中抵抗10と、二次フィルタコンデンサ21とからなる直列回路の時定数は、集中抵抗10の抵抗値と、二次フィルタコンデンサ21との静電容量の積で表される。よって、集中抵抗10の抵抗値が小さいほど時定数も小さくなり、二次フィルタコンデンサ21の電荷が速やかに放電される。しかし、二次フィルタコンデンサ21の放電速度が速いほど、瞬間的に集中抵抗10で消費される電力が大きくなる。このため、集中抵抗10の温度上昇が大きくなり、発熱に堪えうる構造とするために集中抵抗10が大型となる。
From the viewpoint of suppressing overvoltage, the resistance for discharging the charge of the
また、過電圧抑制が必要でない場合には、集中抵抗10は、電力変換装置100の回路から切り離されるのが望ましい。電力変換装置100全体が正常に動作している場合には、二次フィルタコンデンサ21の電圧が一定となるように電力変換装置100が制御される。しかし、集中抵抗10が、二次フィルタコンデンサ21と常に接続されていると、集中抵抗10の抵抗値に逆比例し集中抵抗10にかかる電圧の二乗に比例する電力損失が発生してしまう。
Further, when overvoltage suppression is not necessary, the
図8は、本実施の形態に係る電力変換装置の別の構成の回路図である。図8の電力変換回路51の回路構成は、第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cのそれぞれにおいて、図1の電力変換装置100の回路構成の分散抵抗16の代わりに、集中抵抗10aと放電スイッチ11aとが直列接続された直列接続体13aが、第1の出力部の一対の端子14−3および14−4、並びに電力変換セル出力端の一対の端子8−3および8−4のそれぞれに接続されている点で異なる。図8において、従来のシステムと比べて第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cの個数だけ、独立した直流充電部である一次フィルタコンデンサ20の数が多い。これらのすべてに対して、十分に高速な一次フィルタコンデンサ20の放電を達成できる集中抵抗10aと、正常運転時にその集中抵抗10aを切り離しておくための放電スイッチ11aとを備える必要があるため、電力変換装置101が大型となる。
FIG. 8 is a circuit diagram of another configuration of the power conversion device according to the present embodiment. The
そこで、図1の電力変換装置100は、正母線1と負母線2との間に十分に抵抗値の小さな集中抵抗10と、内部DCリンク18に集中抵抗10よりも大きな抵抗値をもつ分散抵抗16とを備えている。具体的には、すべての二次フィルタコンデンサ21の静電容量の合計と集中抵抗10の抵抗値とから計算される時定数が、1秒未満となるように決定する。一方で、各電力変換セルにおいて、一次フィルタコンデンサ20の静電容量と分散抵抗16の抵抗値とから計算される時定数は、1分以上であってもよい。分散抵抗16の抵抗値が十分に大きければ、分散抵抗16に常に電圧が印加されているとしても、分散抵抗16の損失は、電力変換装置100全体の損失に対して無視できる程度となる。よって、図8のような放電スイッチ11aも不要となり、電力変換装置100を小型化できる。
Therefore, the
なお、電力変換装置100が正常に動作しているとき、主開閉器6はオン、短絡スイッチ7はすべてオフ、分離スイッチ9はすべてオン、放電スイッチ11はオフとなっている。
When the
このため、電力変換装置100全体が正常に運転しているときは、放電スイッチ11に電流が流れず損失も発生しない。よって、放電スイッチ11には、スイッチング速度が速いサイリスタなどの半導体素子が適している。
For this reason, when the
次に、保護装置32の動作の説明を行う。図9は、本実施の形態に係る電力変換装置100の保護動作を示す説明図である。図9において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23aが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図9において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20、並びに第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cのそれぞれに接続される第2の電力変換部15のそれぞれに接続され保護対象となった二次フィルタコンデンサ21を、保護対象22としている。
Next, the operation of the
本実施の形態の保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合には、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22と定める。具体的には、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電圧をそれぞれ検知する電圧センサ(図示せず)で検知された一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電圧値を監視する。一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電圧値が予め定められた値を超えた場合には、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の状態を異常と判定し、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の異常に基づいて一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22とする。そして、保護装置32は、すべての半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフし、放電スイッチ11をオンし、主開閉器6をオフする制御を行う。また、保護装置32は、すべての短絡スイッチ7をオンまたはオフし、すべての分離スイッチ9をオンする制御を行って、それぞれのオンまたはオフの状態を保つ。主開閉器6がオフされているとき、短絡スイッチ7はオンされていてもオフされていてもよい。ただし、スイッチの動作回数が増えると、メンテナンスの頻度が増したりスイッチの寿命が低下する可能性があるので、短絡スイッチ7は直前の状態を保持するのが望ましい。この結果、図9の放電経路23aのように、すべての二次フィルタコンデンサ21の電荷は、二次フィルタコンデンサ21に並列接続された集中抵抗10によって速やかに消費される。そして、すべての一次フィルタコンデンサ20の電荷は、一次フィルタコンデンサ20に並列接続された分散抵抗16によって緩やかに消費される。
The
図10は、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作を示すフローチャートである。図10において、まず、本実施の形態による電力変換装置100の運転が開始される。その後、ステップS201において、保護装置32は、電力変換装置100の保護動作が必要かを常時監視し、保護動作が必要な場合(Yes)は、保護対象設定ステップS202に進む。なお、保護動作が必要ではない場合(No)は、ステップS201を繰り返す。そして、電力変換装置100の保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合には、保護対象設定ステップS202を行い、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22と定める。次に、保護装置32は、主開閉器制御ステップS203を行い、主開閉器6をオフする。次に、保護装置32は、半導体素子制御ステップS204を行い、すべての半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフする。次に保護装置32は、放電スイッチ制御ステップS205を行い、放電スイッチ11をオンする。最後に保護装置32は、短絡スイッチ制御ステップS206を行い、すべての短絡スイッチ7のオンまたはオフの状態を保持する。その後、保護装置32はステップS201へ戻り、電力変換装置100の保護動作が必要かを監視する状態へ移行する。
FIG. 10 is a flowchart showing the protection operation of the power conversion device according to the present embodiment. In FIG. 10, first, the operation of the
受電端3からの電流経路を断つため、主開閉器制御ステップS203は、1番目に優先的に行われる。また、一般的に、機械的なスイッチと比べて半導体素子の方がオンおよびオフ状態の切り替えに要する時間が短いので、半導体素子制御ステップS204は、2番目に優先的に行われる。さらに、放電スイッチ11をオンすることで保護対象22の電圧を即座に下げる効果があることから、放電スイッチ制御ステップS205は、3番目に優先的に行われる。したがって、上述のフローに従って電力変換装置100の保護動作を保護装置32が行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の過電圧をより速やかに抑制することができる。
In order to cut off the current path from the power receiving end 3, the main switch control step S203 is preferentially performed first. In general, the semiconductor element control step S204 is preferentially performed second because the time required for switching the on / off state of the semiconductor element is shorter than that of the mechanical switch. Furthermore, since the voltage of the
なお、保護装置32が主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205を行うのは、同時であってもよい。また、主開閉器6、放電スイッチ11、短絡スイッチ7のオンおよびオフが切り替わるのに要する時間を考慮して、主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205、および短絡スイッチ制御ステップS206を行う順序は、図10に示す順序に限らず、互いに入れ替わってもよい。また、保護動作の開始前におけるオンおよびオフの状態を保護動作中においても保持できる場合には、短絡スイッチ制御ステップS206を行わなくてもよい。
The
なお、上述の保護動作中において、分離スイッチ9のオン状態が保持されている。
During the above-described protection operation, the
また、電力変換装置100が正常に動作しているときは、架線電圧の波高値よりも、一次フィルタコンデンサ20の電圧の総和の方が大きい。したがって、回路に異常がなければ、すべての半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフするだけで、一次フィルタコンデンサ20が充電されるのは抑止できる。しかし、一次フィルタコンデンサ20は受電端3との間で電気的に絶縁されていないので、短絡または地絡による回路の故障が発生していると、一次フィルタコンデンサ20が予期せず充電される可能性がある。よって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生して一次フィルタコンデンサ20が保護対象22となった場合には、主開閉器6をオフする制御を行う。さらに、すべての半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフする。なお、主開閉器6がオフされていれば、短絡スイッチ7はオンされてもよいし、オフされてもよい。
Moreover, when the
また、二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合には、負荷31から回生される電力が蓄積して二次フィルタコンデンサ21の電圧がさらに上昇するのを防ぐため、保護対象22となった二次フィルタコンデンサ21の電荷は、速やかに放電される必要がある。よって、保護装置32は、二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生して二次フィルタコンデンサ21が保護対象22となった場合には、放電スイッチ11およびすべての分離スイッチ9をオンする制御を行う。なお、放電スイッチ11およびすべての分離スイッチ9をオンすれば、保護対象22となったすべての二次フィルタコンデンサ21の電荷を集中抵抗10で消費できる。
In addition, when an overvoltage occurs in the
以上に述べた保護装置32の制御によって、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生して一次フィルタコンデンサ20が保護対象22となった場合には、主開閉器6をオフする制御を行うことによって、内部DCリンク18への電流経路を断つことができる。さらに一次フィルタコンデンサ20の電荷を分散抵抗16で消費させることができる。このため、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制することができる。よって、複数の電力変換セルを用いた交流電源からの電力を直流電力に変換する電力変換装置100において、DC/DCコンバータである第2の電力変換部15の第2の入力部の一対の端子15−1および15−2に並列接続された一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制できる。
When the overvoltage is generated in the
また、保護装置32は、二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生して二次フィルタコンデンサ21が保護対象22となった場合には、放電スイッチ11およびすべての分離スイッチ9をオンする制御を行うことによって、保護対象22となったすべての二次フィルタコンデンサ21の電荷を集中抵抗10で消費させることができる。このため、保護対象22となったすべての二次フィルタコンデンサ21の過電圧を抑制することができる。
Further, the
したがって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方に過電圧が発生して、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方が保護対象22となった場合には、主開閉器6、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよびすべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフする。かつ、保護装置32は、放電スイッチ11およびすべての分離スイッチ9をオンする制御を行う。これらの制御によって、一次フィルタコンデンサ20の電荷を分散抵抗16で消費させ、二次フィルタコンデンサ21の電荷を集中抵抗10で消費させることができる。このため、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方の過電圧を抑制することができる。
Therefore, in the
なお、保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを除く第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフし、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを除く第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフしてもよい。これらの動作によっても、上述と同様の効果を奏することができる。
The
実施の形態2.
図11は、この発明を実施するための実施の形態2に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図11において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23bが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図11において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20、並びに第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cのそれぞれに接続される第2の電力変換部15のそれぞれに接続され保護対象となった二次フィルタコンデンサ21を、保護対象22としている。また、図11における38の記号は、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行う第1、第2および第3の電力変換セル8a、8b、8cの第2の電力変換部15を表す。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to the second embodiment for carrying out the present invention. The
分散抵抗16は、一次フィルタコンデンサ20との時定数が1分以上となる集中抵抗10よりも大きな抵抗値に設定されるため、実施の形態1の図1の構成において、全ての半導体素子がオフしていると、一次フィルタコンデンサ20の放電に要する時間が長くなるおそれがある。
Since the
さらに、実施の形態1または実施の形態2の保護装置32では、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電を行う際に、負荷31への電力供給が停止している。そして再び負荷31への電力供給を開始するときは、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の初充電が必要となる。
Furthermore, in the
初充電とは、受電端3から一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21へ至る充電経路に抵抗器を介するなどして、突入電流が流れるのを抑制しつつ、第1の電力変換部14および第2の電力変換部15が、制御可能な電圧まで一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を充電する手順である。さらに、一次フィルタコンデンサ20の電圧と二次フィルタコンデンサ21との電圧に差がある場合、第2の電力変換部15を制御開始したときに、第2の電力変換部15を構成する半導体素子や絶縁変圧器26に突入電流が生じてしまう。このため、負荷31への電力供給を開始するまで、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電および初充電に時間を要する。
The initial charging means that the first
したがって、本実施の形態の保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合には、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22と定める。そして、保護装置32は、第1の電力変換部14を構成する半導体素子27aから27dをすべてオフし、次に放電スイッチ11をオンし、主開閉器6をオフする制御を行う。かつ、すべての短絡スイッチ7をオンまたはオフし、すべての分離スイッチ9をオンする制御を行って、それぞれのオンまたはオフの状態を保つ。このとき、すべての第2の電力変換部15は、一次フィルタコンデンサ20の電荷が二次フィルタコンデンサ21へ移動するように、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達して、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオンおよびオフする制御を行う。この結果、図11の放電経路23bのように、すべての二次フィルタコンデンサ21の電荷は、二次フィルタコンデンサ21に並列接続された集中抵抗10で放電され、すべての一次フィルタコンデンサ20の電荷は、一次フィルタコンデンサ20に並列接続された分散抵抗16で消費されるのに加えて、その大部分の電荷が、集中抵抗10で放電される。
Therefore, when the overvoltage occurs in the
ここで、図10を参照して、本実施の形態に係る電力変換装置100の保護動作を説明する。図10において、まず、本実施の形態による電力変換装置100の運転が開始される。その後、ステップS201において、保護装置32は、電力変換装置100の保護動作が必要かを常時監視し、保護動作が必要な場合(Yes)は、保護対象設定ステップS202に進む。なお、保護動作が必要ではない場合(No)は、ステップS201を繰り返す。そして、電力変換装置100の保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合には、保護対象設定ステップS202を行い、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22と定める。次に保護装置32は、主開閉器制御ステップS203を行い、主開閉器6をオフする。次に保護装置32は、半導体素子制御ステップS204を行い、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフし、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力が伝達するように、すべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンまたはオフを制御する。次に保護装置32は、放電スイッチ制御ステップS205を行い、放電スイッチ11をオンする。最後に保護装置32は、短絡スイッチ制御ステップS206を行い、すべての短絡スイッチ7のオンまたはオフの状態を保持する。その後、保護装置32はステップS201へ戻り、電力変換装置100の保護動作が必要かを監視する状態へ移行する。
Here, with reference to FIG. 10, the protection operation of
受電端3からの電流経路を断つため、主開閉器制御ステップS203は、1番目に優先的に行われる。また、一般的に、機械的なスイッチと比べて半導体素子の方がオンおよびオフ状態の切り替えに要する時間が短いので、半導体素子制御ステップS204は、2番目に優先的に行われる。さらに、放電スイッチ11をオンすることで保護対象22の電圧を即座に下げる効果があることから、放電スイッチ制御ステップS205は、3番目に優先的に行われる。したがって、上述のフローに従って電力変換装置100の保護動作を保護装置32が行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の過電圧をより速やかに抑制することができる。
In order to cut off the current path from the power receiving end 3, the main switch control step S203 is preferentially performed first. In general, the semiconductor element control step S204 is preferentially performed second because the time required for switching the on / off state of the semiconductor element is shorter than that of the mechanical switch. Furthermore, since the voltage of the
なお、保護装置32が主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205を行うのは、同時であってもよい。また、主開閉器6、放電スイッチ11、短絡スイッチ7のオンおよびオフが切り替わるのに要する時間を考慮して、主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205、および短絡スイッチ制御ステップS206を行う順序は、図10に示す順序に限らず、互いに入れ替わってもよい。また、保護動作の開始前におけるオンおよびオフの状態を保護動作中においても保持できる場合には、短絡スイッチ制御ステップS206を行わなくてもよい。なお、上述の保護動作中において、分離スイッチ9のオン状態が保持されている。
The
次に、一次フィルタコンデンサ20の電荷を二次フィルタコンデンサ21へ移動させる具体的な動作を、図5、図12を用いて説明する。
Next, a specific operation of moving the charge of the
図12は、本実施の形態に係る放電時の第2の電力変換部の半導体素子の動作タイミングを示す説明図である。図12において、横軸は、時間を表し、縦軸は、半導体素子28aから28dのオンまたはオフ状態を表す。図12において、半導体素子28aおよび28bには、一定周波数かつ一定通流率となるオンおよびオフのスイッチング指令を与える。半導体素子28cおよび28dには、常にオフのスイッチング指令を与えておく。そして、図5に示されるように、絶縁変圧器26の一次側26−1の端子には、一次フィルタコンデンサ20の電圧が第2の入力部の一対の端子15−1および15−2を介して矩形波状に印可される。半導体素子28cおよび28dは、ダイオード整流器として動作するため、絶縁変圧器26の二次側26−2の交流電力が、直流電力に変換されて、この直流電力による電荷が、第2の出力部の一対の端子15−3および15−4を介して二次フィルタコンデンサ21に蓄積される。さらに、二次フィルタコンデンサ21の電荷が、集中抵抗10で放電される。この結果、集中抵抗10の両端子に係る電圧が下がるのに合わせて、一次フィルタコンデンサ20の電圧が低下する。このため、一次フィルタコンデンサ20を速やかに放電することができる。
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the operation timing of the semiconductor element of the second power conversion unit during discharge according to the present embodiment. In FIG. 12, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the on or off state of the
また、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20または二次フィルタコンデンサ21が過電圧となった場合には、上記と同様の制御を行うことによって、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20または二次フィルタコンデンサ21の過電圧を抑制できる。
Further, when the
したがって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方に過電圧が発生して一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方が保護対象22となった場合には、主開閉器6およびすべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、放電スイッチ11およびすべての分離スイッチ9をオンする制御を行う。かつ、保護装置32は、すべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを切り換えてすべての第2の入力部の一対の端子15−1および15−2からすべての第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行う。これらの制御によって、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
Therefore, in the
さらに、本実施の形態の保護装置32の制御によって、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生した場合には、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の電荷を、抵抗値の小さい集中抵抗10で消費させることができるため、分散抵抗16で消費させる場合よりも、一次フィルタコンデンサ20の電荷の放電に要する時間を短縮できる。
Furthermore, when an overvoltage occurs in the
なお、保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを除く第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフしてもよい。また、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを除く第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを切り換えて第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行ってもよい。これらの動作によっても、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続された一次フィルタコンデンサ20の電荷の放電に要する時間の短縮を除いて、上述と同様の効果を奏することができる。
The
実施の形態3.
図13は、この発明を実施するための実施の形態3に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図13において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23c、残充電部24a、充電経路25aが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図13において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20を、保護対象22としている。また、図13における30の記号は、第1の電力変換部14がダイオード整流器として動作している状態を表す。また、図13における38の記号は、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行う第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15を表す。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to Embodiment 3 for carrying out the present invention. The
本実施の形態では、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生した場合に、当該箇所の過電圧抑制を行ったあと、実施の形態2で述べた初充電を必要とせずに、速やかに負荷31への電力供給を再開する方法を提示する。例として、第1の電力変換セル8aの一次フィルタコンデンサ20で過電圧が生じたときの動作を説明する。
In the present embodiment, when an overvoltage occurs in the
まず、保護装置32は、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20を保護対象22と定める。そして、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15は、実施の形態2と同様に、一次フィルタコンデンサ20の電荷が二次フィルタコンデンサ21へ移動させるように、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達して、第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを制御する。そして、残りの第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフし、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフする。
First, the
次に、保護装置32は、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7をオンする。そして、残りの第2および第3の電力変換セル8b、8cの短絡スイッチ7をオフする。また、保護装置32は、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aに接続される第2の電力変換部15に接続された分離スイッチ9をオンする。そして、残りの分離スイッチ9をオフする。また、保護装置32は、放電スイッチ11をオンし、主開閉器6をオンする制御を行って、それぞれのオンまたはオフの状態を保つ。この結果、図13の放電経路23cのように、第1の電力変換セル8aに接続される第2の電力変換部15に接続された二次フィルタコンデンサ21が集中抵抗10によって速やかに放電される。保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の電荷は、分散抵抗16で消費されるのに加えて、その大部分の電荷が、集中抵抗10で消費される。
Next, the
よって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生して一次フィルタコンデンサ20が保護対象22となった場合には、主開閉器6および保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する電力変換セルの短絡スイッチ7をオンする制御を行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の電荷を分散抵抗16で消費させ、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制できる。
Therefore, the
このとき、図13の残充電部24aのように、第2および第3の電力変換セル8b、8cに接続される第2の電力変換部15に接続された二次フィルタコンデンサ21は、電流経路が断たれているため、この二次フィルタコンデンサ21は、充電されたままとなる。また、第2および第3の電力変換セル8b、8cの一次フィルタコンデンサ20の電荷は、分散抵抗16によって緩やかに放電されていく。一方で、図13の充電経路25aのように、主開閉器6および第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7がオンとなっているので、第2および第3の電力変換セル8b、8cの第1の電力変換部14が、ダイオード整流器30として動作する。このため、第2および第3の電力変換セル8b、8cの一次フィルタコンデンサ20の電圧の和が、架線電圧の振幅と等しくなる電圧に維持される。
At this time, the
第1の電力変換セル8aの一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電が完了したあとは、放電スイッチ11をオフし、すべての分離スイッチ9のオンおよびオフ状態を反転する。第2および第3の電力変換セル8b、8cの一次フィルタコンデンサ20と、第2および第3の電力変換セル8b、8cに接続される第2の電力変換部15に接続された二次フィルタコンデンサ21とが充電されているため、これらの保護対象22とならなかった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21によって、負荷31への電力供給が再開できる状態となる。
After the discharge of the
したがって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生して一次フィルタコンデンサ20が保護対象22となった場合には、主開閉器6および放電スイッチ11をオンする制御を行う。かつ、保護装置32は、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する電力変換セルの短絡スイッチ7をオンして、残りの短絡スイッチ7をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する電力変換セルに接続される第2の電力変換部15に接続された分離スイッチ9をオンして、残りの分離スイッチ9をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する電力変換セルに接続された第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを切り換えて第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達して、残りの第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフする制御を行う。主開閉器6および保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7をオンする制御を行うことによって、実施の形態1と同様に、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制することができる。
Therefore, the
また、実施の形態2と同様に、本実施の形態の保護装置32の制御によって、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生した場合には、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の電荷を、抵抗値の小さい集中抵抗10で消費させることができるため、分散抵抗16で消費させる場合よりも、一次フィルタコンデンサ20の電荷の放電に要する時間を短縮できる。
Similarly to the second embodiment, when an overvoltage is generated in the
また、本実施の形態によれば、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が生じたとき、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20および当該一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aに接続される第2の電力変換部15に接続された二次フィルタコンデンサ21の電荷を放電することができる。そして、負荷31への電力供給を再開するときの保護対象22とならなかった一次フィルタコンデンサ20、および当該一次フィルタコンデンサ20を具備する第2、第3の電力変換セル8b、8cに接続される第2の電力変換部15に接続された二次フィルタコンデンサ21の初充電を不要とでき、負荷31への電力供給が寸断される時間を短くできる。
Further, according to the present embodiment, when an overvoltage occurs in the
なお、保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを除く第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフしてもよい。また、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを除く第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを切り換えて第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行ってもよい。これらの動作によっても、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続された一次フィルタコンデンサ20の電荷の放電に要する時間の短縮を除いて、上述と同様の効果を奏することができる。
The
実施の形態4.
図14は、この発明を実施するための実施の形態4に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図14において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23dが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図14において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20を、保護対象22としている。また、図14における34aおよび34bの記号は、第1の電力変換セル8aにおいてオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14、およびオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有し第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15をそれぞれ表す。
FIG. 14 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to the fourth embodiment for carrying out the present invention. The
実施の形態2および実施の形態3に示す一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の過電圧抑制の制御は、一次フィルタコンデンサ20のエネルギーを集中抵抗10で消費させるように、第2の電力変換部15を制御している。しかしながら、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hや、半導体素子28aから28hを駆動するゲートドライバに故障が発生した場合、正常にオンおよびオフの切り替え制御ができなくなる。この場合、実施の形態2および実施の形態3に示した方法は実行できない。
The control of overvoltage suppression of the
また、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、受電端3からの交流電流が、一次フィルタコンデンサ20に流れて、一次フィルタコンデンサ20が過電圧となる可能性がある。上記の場合、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子に接続された内部DCリンク18への電流経路を断たなければならない。また、電力変換装置100の運転状態によっては、負荷31から正母線1および負母線2へ回生される電力を消費しなければならない。
In addition, when the
本実施の形態の保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、オンおよびオフの切り替え制御不能となった第1の電力変換セル8aの半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続された一次フィルタコンデンサ20、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続される第1の電力変換部14と接続された一次フィルタコンデンサ20を保護対象22とする。例えば、保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hのオンおよびオフの切り替えを制御するゲートドライバ(図示せず)からの信号を受けて、半導体素子の状態が正常か異常かを判定する。あるいは、半導体素子と同じパッケージに組み込まれた保護回路(図示せず)からの信号を受けて、半導体素子の状態が正常か異常かを判定する。半導体素子の異常を検知する方法にはいくつかの種類があり、その種類について本実施の形態では特に限定しない。そして、保護装置32は、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を除くすべての半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、放電スイッチ11をオンし、主開閉器6をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、すべての短絡スイッチ7をオンまたはオフし、すべての分離スイッチ9をオンする制御を行って、それぞれのオンまたはオフの状態を保つ。
In the
ここで、図10を参照して、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作を説明する。図10において、まず、本実施の形態による電力変換装置100の運転が開始される。その後、ステップS201において、保護装置32は、電力変換装置100の保護動作が必要かを常時監視し、保護動作が必要な場合(Yes)は、保護対象設定ステップS202に進む。なお、保護動作が必要ではない場合(No)は、ステップS201を繰り返す。そして、電力変換装置100の保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、保護対象設定ステップS202を行い、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続された一次フィルタコンデンサ20、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続される第1の電力変換部14と接続された一次フィルタコンデンサ20を、保護対象22と定める。次に、保護装置32は、主開閉器制御ステップS203を行い、主開閉器6をオフする。次に、保護装置32は、半導体素子制御ステップS204を行い、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を除く、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよびすべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフする。次に、保護装置32は、放電スイッチ制御ステップS205を行い、放電スイッチ11をオンする。最後に、保護装置32は、短絡スイッチ制御ステップS206を行い、すべての短絡スイッチ7のオンまたはオフの状態を保持する。その後、保護装置32はステップS201へ戻り、電力変換装置100の保護動作が必要かを監視する状態へ移行する。
Here, with reference to FIG. 10, the protection operation of the power conversion device according to the present embodiment will be described. In FIG. 10, first, the operation of the
受電端3からの電流経路を断つため、主開閉器制御ステップS203は、1番目に優先的に行われる。また、一般的に、機械的なスイッチと比べて半導体素子の方がオンおよびオフ状態の切り替えに要する時間が短いので、半導体素子制御ステップS204は、2番目に優先的に行われる。さらに、放電スイッチ11をオンすることで保護対象22の電圧を即座に下げる効果があることから、放電スイッチ制御ステップS205は、3番目に優先的に行われる。したがって、上述のフローに従って電力変換装置100の保護動作を保護装置32が行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧をより速やかに抑制することができる。
In order to cut off the current path from the power receiving end 3, the main switch control step S203 is preferentially performed first. In general, the semiconductor element control step S204 is preferentially performed second because the time required for switching the on / off state of the semiconductor element is shorter than that of the mechanical switch. Furthermore, since the voltage of the
なお、保護装置32が主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205を行うのは、同時であってもよい。また、主開閉器6、放電スイッチ11、短絡スイッチ7のオンおよびオフが切り替わるのに要する時間を考慮して、主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205、および短絡スイッチ制御ステップS206を行う順序は、図10に示す順序に限らず、互いに入れ替わってもよい。また、保護動作の開始前におけるオンおよびオフの状態を保護動作中においても保持できる場合には、短絡スイッチ制御ステップS206を行わなくてもよい。これらの制御によって、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。なお、上述の保護動作中において、分離スイッチ9のオン状態が保持されている。
The
また、本実施の形態によれば、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子がある場合には、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生するのを未然に防ぐことができる。また、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子と、残りの半導体素子とによって、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21が短絡するのを防ぐことができる。
Further, according to the present embodiment, when there is a semiconductor element that cannot be switched on and off, it is possible to prevent overvoltage from occurring in the
また、図14では、第1の電力変換セル8aにおける第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dと、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hとの両方が、オンおよびオフの切り替え制御不能となっているが、いずれか一方の半導体素子が切り替え制御不能となった場合でも、切り替え制御不能となった半導体素子を除くすべての半導体素子をオフすれば、同様の効果を奏する。
Further, in FIG. 14, both the
実施の形態5.
図15は、この発明を実施するための実施の形態5に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図15において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23e、残充電部24b、充電経路25bが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図15において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20を、保護対象22としている。また、図15における30の記号は、第1の電力変換部14がダイオード整流器として動作している状態を表す。また、図15における34aおよび34bの記号は、第1の電力変換セル8aにおいてオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14、およびオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有し第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15をそれぞれ表す。
FIG. 15 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to the fifth embodiment for carrying out the present invention. The
オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子があるとき、以下の保護動作を行う。例として、第1の電力変換セル8aにおいて第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dと、第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hとが、オンおよびオフの切り替え制御不能となったときの動作を説明する。
When there is a semiconductor element that cannot be switched on and off, the following protection operation is performed. As an example, in the first
本実施の形態の保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続された一次フィルタコンデンサ20、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続された第1の電力変換セル8aの一次フィルタコンデンサ20を保護対象22とする。かつ、保護装置32は、主開閉器6および放電スイッチ11をオンする制御を行う。かつ、保護装置32は、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7をオンして、残りの第2、第3の電力変換セル8b、8cの短絡スイッチ7をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aに接続される第2の電力変換部15に接続された分離スイッチ9をオンして、残りの分離スイッチ9をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を除く半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフする制御を行う。主開閉器6および保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7をオンする制御を行うことによって、実施の形態1と同様に、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制することができる。
In the
本実施の形態によれば、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子がある場合には、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20および当該一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aに接続される第2の電力変換部15に接続された二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生するのを未然に防ぐことができる。また、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子と、残りの半導体素子とによって、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21が短絡するのを防ぐことができる。
According to the present embodiment, when there is a semiconductor element that cannot be switched on and off, the
また、本実施の形態によれば、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20または当該一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aに接続される第2の電力変換部15に接続された二次フィルタコンデンサ21を放電することができる。そして、負荷31への電力供給を再開するときの保護対象22とならなかった一次フィルタコンデンサ20、および当該一次フィルタコンデンサ20を具備する第2、第3電力変換セル8b、8cに接続される第2の電力変換部15に接続された二次フィルタコンデンサ21の初充電を不要とでき、負荷31への電力供給が寸断される時間を短くできる。
Further, according to the present embodiment, when the
また、図15では、第1の電力変換セル8aにおける第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dと、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hとの両方が、オンおよびオフの切り替え制御不能となっているが、いずれか一方の半導体素子が切り替え制御不能となった場合でも、切り替え制御不能となった半導体素子を除くすべての半導体素子をオフすれば、同様の効果を奏する。
In FIG. 15, both the
実施の形態6.
図16は、この発明を実施するための実施の形態6に係る電力変換装置の回路図である。本実施の形態に係る電力変換装置102は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図16において、電力変換装置102は、集中抵抗10の温度を監視する温度監視装置33をさらに備えている。
FIG. 16 is a circuit diagram of a power conversion apparatus according to
保護装置32は、過電圧抑制のために電力変換装置102を停止して、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電荷の放電が完了した情報を温度監視装置33に出力する。温度監視装置33は、この放電完了情報を受けた後に、集中抵抗10の温度を、例えば温度センサ(図示せず)で取得する。そして、温度監視装置33は、取得した温度の値tを保護装置32に出力する。
The
保護装置32は、過電圧抑制のために電力変換装置102が停止して、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電荷を放電した後に、温度監視装置33から入力された温度tの値が、設計で予め定められた値以下であるかを判定する。そして、保護装置32は、温度tの値が設計で予め定められた値以下である場合には、電力変換装置102の運転を再開し、負荷31に電力を供給する制御を行う。保護装置32は、温度tの値が設計で予め定められた値を超過している場合には、電力変換装置102の運転を再開せず、予め定められた時間の経過後に、温度監視装置33に放電完了情報を再度出力する。温度監視装置33は、上述と同様に、この放電完了情報を受けた後に再び集中抵抗10の温度を取得する。したがって、保護装置32は、集中抵抗10の温度が、設計で予め定められた値以下になるまでは、上述の制御を繰り返すため、電力変換装置102の運転を再開しないことになる。
In the
以下では、設計で予め定められた温度の閾値の決め方を述べる。過電圧抑制のために一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電荷の放電を行うと、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電荷は、集中抵抗10で消費されるため、集中抵抗10が発熱する。集中抵抗10の温度が最も上昇する場合として、実施の形態2の保護装置32による制御によって、すべての一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電荷を、集中抵抗10で高速放電した場合が考えられる。このときの温度上昇幅と集中抵抗10の耐用温度とに基づいて、電力変換装置102の運転再開の可否を判別する温度の閾値が、設計で予め定められる。
In the following, a method for determining a temperature threshold predetermined by design will be described. When the charges of the
したがって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電荷を放電した後に、温度監視装置33が監視した集中抵抗10の温度が予め定められた温度以下の場合には、負荷31に電力を供給する制御を行うことによって、集中抵抗10およびその周辺機器が焼損するのを未然に防ぐことができる。
Therefore, the
実施の形態7.
図17は、この発明を実施するための実施の形態7に係る電力変換装置の回路図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図17において、電力変換体12は、それぞれ一対の端子12−1および12−2からなる3個の電力変換体入力端、それぞれ一対の端子12−3および12−4からなる1個の電力変換体出力端、DC/DC変換する1個の第2の電力変換部15並びに1個の二次フィルタコンデンサ21を具備している。そして、電力変換体12は、各電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2に入力される直流電力を、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に出力される直流電力に変換する。
FIG. 17 is a circuit diagram of a power converter according to
第2の電力変換部15は、それぞれ一対の端子15−1および15−2からなる3個の第2の入力部、一対の端子15−3および15−4からなる第2の出力部並びにスイッチングを行う複数の半導体素子(図示せず)を有している。そして、第2の電力変換部15は、各第2の入力部の一対の端子15−1および15−2に入力される直流電力を、第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に出力される直流電力に変換する。なお、第2の入力部の個数は、3個に限らず、電力変換セルの個数と同じであればよい。
The second
各第2の入力部の一対の端子15−1および15−2は、対応する電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2に接続されている。すなわち、各第2の入力部の一対の端子15−1および15−2は、いずれかの電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2にのみ接続されている。また、各第2の入力部の一方の端子15−1と、対応する電力変換体入力端の一方の端子12−1とが、直流電力の正極側として同極性で接続されている。各第2の入力部の他方の端子15−2と、対応する電力変換体入力端の他方の端子12−2とが、直流電力の負極側として同極性で接続されている。 The pair of terminals 15-1 and 15-2 of each second input unit is connected to the pair of terminals 12-1 and 12-2 at the corresponding power converter input end. That is, the pair of terminals 15-1 and 15-2 of each second input unit is connected only to the pair of terminals 12-1 and 12-2 at any power converter input end. Moreover, one terminal 15-1 of each 2nd input part and one terminal 12-1 of a corresponding power converter input terminal are connected by the same polarity as the positive electrode side of DC power. The other terminal 15-2 of each second input unit and the other terminal 12-2 of the corresponding power converter input end are connected with the same polarity as the negative electrode side of the DC power.
第2の出力部の一対の端子15−3および15−4は、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に接続されている。また、第2の出力部の一方の端子15−3と、電力変換体出力端の一方の端子12−3とが、直流電力の正極側として同極性で接続されている。第2の出力部の他方の端子15−4と、電力変換体出力端の他方の端子12−4とが、直流電力の負極側として同極性で接続されている。 The pair of terminals 15-3 and 15-4 of the second output unit are connected to the pair of terminals 12-3 and 12-4 at the output end of the power converter. Moreover, one terminal 15-3 of the second output unit and one terminal 12-3 of the power converter output end are connected with the same polarity as the positive electrode side of the DC power. The other terminal 15-4 of the second output unit and the other terminal 12-4 of the output end of the power converter are connected with the same polarity as the negative side of the DC power.
二次フィルタコンデンサ21は、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4と、第2の出力部の一対の端子15−3および15−4とのそれぞれに接続されている。
The
DCポート19は、第2の出力部の一対の端子15−3および15−4から、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4までの回路を指す。
The
以上から、電力変換装置100は、集中抵抗10と、短絡および開放を切り替える放電スイッチ11とをさらに備えている。電力変換体12は、対応する電力変換体入力端の一対の端子12−1および12−2に接続され直流電力が入力されるN個の第2の入力部の一対の端子15−1および15−2、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に接続され直流電力が出力される第2の出力部の一対の端子15−3および15−4、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し直流電力を直流電力に変換する1個の第2の電力変換部15と、第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に並列に接続された1個の二次フィルタコンデンサ21とをさらに具備している。集中抵抗10と放電スイッチ11とが互いに直列接続された直列接続体13は、電力変換体出力端の一対の端子12−3および12−4に並列に接続されている。
As mentioned above, the
次に第2の電力変換部15の構成および動作について説明する。図18は、本実施の形態に係る第2の電力変換部にハーフブリッジ形回路を適用した例の回路図である。図18において、電力変換体12における第2の電力変換部15のそれぞれは、MOS−FETなどの8個の半導体素子28aから28hを用いたブリッジ回路と、絶縁変圧器26とで構成されている。第2の電力変換部15では、半導体素子28a、28bが直列接続され、半導体素子28c、28dが直列接続され、半導体素子28e、28fが直列接続されている。
Next, the configuration and operation of the second
また、一次フィルタコンデンサ20a、20bが互いに直列に接続されて、さらにこれらの1組の半導体素子28a、28bと1組の一次フィルタコンデンサ20a、20bとが、並列に接続されている。さらに、1組の半導体素子28c、28dと1組の一次フィルタコンデンサ20c、20dとが並列に接続され、1組の半導体素子28e、28fと1組の一次フィルタコンデンサ20e、20fとが並列に接続されている。内部DCリンク18から供給された直流電力は、半導体素子28aと28bとの間から絶縁変圧器26の一次側26−1へ、一次フィルタコンデンサ20aと20bとの間から一次側26−1へ交流電力として供給される。同様に、半導体素子28cと28dとの間から一次側26−1へ、一次フィルタコンデンサ20cと20dとの間から一次側26−1へ、さらに同様に、半導体素子28eと28fとの間から一次側26−1へ、一次フィルタコンデンサ20eと20fとの間から一次側26−1へ交流電力として供給される。
The
また、絶縁変圧器26の一次側26−1から二次側26−2に供給された交流電力は、二次側26−2から半導体素子28gと28hとの間へ、二次側26−2から二次フィルタコンデンサ21aと21bとの間へ供給され、DCポート19へ供給される。そして、半導体素子28aから28hのスイッチングにより直流電力を直流電力に変換する。また、上記とは反対に、第2の電力変換部15は、直流電力をDCポート19から内部DCリンク18へ変換することも可能である。よって、第2の電力変換部15は、双方向に直流電力を伝送することができ、絶縁変圧器26によって一次側26−1と二次側26−2とが電気的に絶縁されている。すなわち、第2の電力変換部15は、いわゆる双方向絶縁型DC/DCコンバータとなっている。
Also, the AC power supplied from the primary side 26-1 to the secondary side 26-2 from the
なお、第2の電力変換部15は、図18の構成に限らず、双方向に直流電力を伝送することができ、絶縁変圧器26によって一次側26−1と二次側26−2とが電気的に絶縁されているものであればよい。また、二次側26−2が一つになるため、絶縁変圧器26を小型化できる。
Note that the
次に、保護装置32の動作の説明を行う。図19は、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。図19において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23fが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図19において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20、および第2の電力変換部15に接続され保護対象となった二次フィルタコンデンサ21を、保護対象22としている。
Next, the operation of the
本実施の形態の保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合には、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22と定める。具体的には、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電圧をそれぞれ検知する電圧センサ(図示せず)で検知された一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電圧値を監視する。一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の電圧値が予め定められた値を超えた場合には、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の状態を異常と判定し、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の異常に基づいて一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22とする。そして、保護装置32は、すべての半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフし、次に放電スイッチ11をオンし、主開閉器6をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、すべての短絡スイッチ7をオンまたはオフする制御を行って、それぞれのオンおよびオフの状態を保つ。この結果、図19の放電経路23fのように、二次フィルタコンデンサ21の電荷は、二次フィルタコンデンサ21に並列接続された集中抵抗10によって速やかに消費される。そして、一次フィルタコンデンサ20の電荷は、一次フィルタコンデンサ20に並列接続された分散抵抗16によって緩やかに消費される。
The
ここで、図10を参照して、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作を説明する。図10において、まず、本実施の形態による電力変換装置100の運転が開始される。その後、ステップS201において、保護装置32は、電力変換装置100の保護動作が必要かを常時監視し、保護動作が必要な場合(Yes)は、保護対象設定ステップS202に進む。なお、保護動作が必要ではない場合(No)は、ステップS201を繰り返す。そして、電力変換装置100の保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合には、保護対象設定ステップS202を行い、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22と定める。次に、保護装置32は、主開閉器制御ステップS203を行い、主開閉器6をオフする。次に、保護装置32は、半導体素子制御ステップS204を行い、すべての半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフする。次に、保護装置32は、放電スイッチ制御ステップS205を行い、放電スイッチ11をオンする。最後に、保護装置32は、短絡スイッチ制御ステップS206を行い、すべての短絡スイッチ7のオンまたはオフの状態を保持する。その後、保護装置32はステップS201へ戻り、電力変換装置100の保護動作が必要かを監視する状態へ移行する。
Here, with reference to FIG. 10, the protection operation of the power conversion device according to the present embodiment will be described. In FIG. 10, first, the operation of the
受電端3からの電流経路を断つため、主開閉器制御ステップS203は、1番目に優先的に行われる。また、一般的に、機械的なスイッチと比べて半導体素子の方がオンおよびオフ状態の切り替えに要する時間が短いので、半導体素子制御ステップS204は、2番目に優先的に行われる。さらに、放電スイッチ11をオンすることで保護対象22の電圧を即座に下げる効果があることから、放電スイッチ制御ステップS205は、3番目に優先的に行われる。したがって、上述のフローに従って電力変換装置100の保護動作を保護装置32が行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の過電圧をより速やかに抑制することができる。
In order to cut off the current path from the power receiving end 3, the main switch control step S203 is preferentially performed first. In general, the semiconductor element control step S204 is preferentially performed second because the time required for switching the on / off state of the semiconductor element is shorter than that of the mechanical switch. Furthermore, since the voltage of the
なお、保護装置32が主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205を行うのは、同時であってもよい。また、主開閉器6、放電スイッチ11、短絡スイッチ7のオンおよびオフが切り替わるのに要する時間を考慮して、主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205、および短絡スイッチ制御ステップS206を行う順序は、図10に示す順序に限らず、互いに入れ替わってもよい。また、保護動作の開始前におけるオンおよびオフの状態を保護動作中においても保持できる場合には、短絡スイッチ制御ステップS206を行わなくてもよい。
The
なお、上述の保護動作中において、分離スイッチ9のオン状態が保持されている。
During the above-described protection operation, the
また、図19では、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生しているが、一次フィルタコンデンサ20だけに過電圧が発生した場合でも、上述の制御を行うことによって、実施の形態1と同様の効果を奏する。
In FIG. 19, overvoltage is generated in the
また、保護装置32は、二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生して、二次フィルタコンデンサ21が保護対象22となった場合には、放電スイッチ11をオンする制御を行うことによって、保護対象22となった二次フィルタコンデンサ21の電荷を集中抵抗10で消費させ、保護対象22となった二次フィルタコンデンサ21の過電圧を抑制できる。
Further, the
したがって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方に過電圧が発生して、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方が保護対象22となった場合には、主開閉器6、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、放電スイッチ11をオンする制御を行う。これらの制御によって、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
Therefore, in the
なお、本実施の形態の電力変換装置100に、実施の形態6の温度監視装置33を適用しても良い。この構成によって、実施の形態6と同様の効果を得られる。
Note that the
実施の形態8.
図20は、この発明を実施するための実施の形態8に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態7と異なる。図20において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23gが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図20において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20、および第2の電力変換部15に接続され保護対象となった二次フィルタコンデンサ21を、保護対象22としている。また、図20における38の記号は、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行う第2の電力変換部15を表す。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 20 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to the eighth embodiment for carrying out the present invention. The
本実施の形態の保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合には、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22と定める。そして、保護装置32は、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをすべてオフし、次に放電スイッチ11をオンし、主開閉器6をオフする制御を行う。かつ、すべての短絡スイッチ7をオンまたはオフする制御を行って、それぞれのオンまたはオフの状態を保つ。このとき、第2の電力変換部15は、一次フィルタコンデンサ20の電荷が二次フィルタコンデンサ21へ移動するように、すべての第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達して、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを制御する。この結果、図20の放電経路23gのように、二次フィルタコンデンサ21の電荷は、二次フィルタコンデンサ21に並列接続された集中抵抗10によって速やかに消費される。そして、一次フィルタコンデンサ20の電荷は、一次フィルタコンデンサ20に並列接続された分散抵抗16で消費されるのに加えて、その大部分の電荷が、集中抵抗10で消費される。
The
また、図20では、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生しているが、二次フィルタコンデンサ21に過電圧が発生した場合でも、上述の制御を行うことによって、実施の形態7と同様の効果を奏する。
In FIG. 20, overvoltage is generated in the
また、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生して、一次フィルタコンデンサ20が保護対象22となった場合には、主開閉器6をオフする制御を行うことによって、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20への充電経路を断ち、電荷を分散抵抗16で消費させ、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制できる。
The
したがって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方に過電圧が発生して、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の少なくともいずれか一方が保護対象22となった場合には、主開閉器6およびすべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、放電スイッチ11をオンする制御を行う。かつ、保護装置32は、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを切り替えて、すべての第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行う。これらの制御によって、実施の形態7と同様の効果を奏することができる。
Therefore, in the
さらに、本実施の形態の保護装置32の制御によって、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生した場合には、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の電荷を、抵抗値の小さい集中抵抗10で消費させることができるため、分散抵抗16で消費させる場合よりも、一次フィルタコンデンサ20の電荷の放電に要する時間を短縮できる。
Furthermore, when an overvoltage occurs in the
なお、本実施の形態の電力変換装置100に、実施の形態6の温度監視装置33を適用しても良い。この構成によって、実施の形態6と同様の効果を得られる。
Note that the
実施の形態9.
図21は、この発明を実施するための実施の形態9に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図21において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23h、残充電部24c、充電経路25cが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図21において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20を、保護対象22としている。また、図21における30の記号は、第1の電力変換部14がダイオード整流器として動作している状態を表す。
FIG. 21 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to the ninth embodiment for carrying out the present invention. The
本実施の形態では、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生した場合に、当該箇所の過電圧抑制を行ったあと、実施の形態2で述べた初充電を必要とせずに、速やかに負荷31への電力供給を再開する方法を提示する。例として、第1の電力変換セル8aの一次フィルタコンデンサ20で過電圧が生じたときの動作を説明する。
In the present embodiment, when an overvoltage occurs in the
まず、保護装置32は、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20を保護対象22と定める。そして、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよびすべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフする。また、主開閉器6およびすべての分離スイッチ9をオンし、放電スイッチ11をオフする。さらに、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7をオンし、残りの第2及び第3の電力変換セル8b、8cの短絡スイッチ7はオフの状態を保持する。この結果、図21の放電経路23hのように、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の電荷は、分散抵抗16で消費される。
First, the
よって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生して一次フィルタコンデンサ20が保護対象22となった場合には、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する電力変換セル8aの短絡スイッチ7をオンする制御を行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20への充電経路を断ち、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制できる。
Therefore, when the overvoltage occurs in the
このとき、図21の残充電部24cのように、二次フィルタコンデンサ21は、電流経路が断たれているため、充電されたままとなる。また、第2および第3の電力変換セル8b、8cの一次フィルタコンデンサ20の電荷は、分散抵抗16によって緩やかに放電されていく。一方で、図21の充電経路25cのように、主開閉器6および第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7がオンとなっているので、第2および第3の電力変換セル8b、8cの第1の電力変換部14が、ダイオード整流器30として動作する。このため、第2および第3の電力変換セル8b、8cの一次フィルタコンデンサ20の電圧の和が、架線電圧の振幅と等しくなる電圧に維持される。
At this time, the
第2および第3の電力変換セル8b、8cの一次フィルタコンデンサ20と、すべての二次フィルタコンデンサ21とが充電されているため、これらの保護対象22とならなかった一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21によって、負荷31への電力供給が再開できる状態となる。
Since the
したがって、保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生して一次フィルタコンデンサ20が保護対象22となった場合には、主開閉器6およびすべての分離スイッチ9をオンする制御を行う。かつ、保護装置32は、放電スイッチ11をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する電力変換セル8aの短絡スイッチ7、すなわち保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20に接続される第1の電力変換部14と接続された短絡スイッチ7をオンして、残りの短絡スイッチ7をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよびすべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフする制御を行う。ここで、図10を参照して、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作を説明する。図10において、まず、本実施の形態による電力変換装置100の運転が開始される。その後、ステップS201において、保護装置32は、電力変換装置100の保護動作が必要かを常時監視し、保護動作が必要な場合(Yes)は、保護対象設定ステップS202に進む。なお、保護動作が必要ではない場合(No)は、ステップS201を繰り返す。そして、電力変換装置100の保護装置32は、一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生した場合には、保護対象設定ステップS202を行い、過電圧となった一次フィルタコンデンサ20を保護対象22と定める。次に、保護装置32は、主開閉器制御ステップS203を行い、主開閉器6のオン状態を保持する。次に、保護装置32は、半導体素子制御ステップS204を行い、すべての半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hをオフする。次に、保護装置32は、放電スイッチ制御ステップS205を行い、放電スイッチ11のオフ状態を保持する。最後に、保護装置32は、短絡スイッチ制御ステップS206を行い、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20に接続される第1の電力変換部14と接続される短絡スイッチ7をオンし、それ以外のすべての短絡スイッチ7をオフする。その後、保護装置32はステップS201へ戻り、電力変換装置100の保護動作が必要かを監視する状態へ移行する。
Therefore, the
一般的に、機械的なスイッチと比べて半導体素子の方がオンおよびオフ状態の切り替えに要する時間が短いので、半導体素子制御ステップS204は、1番目に優先的に行われる。また、本実施の形態に係る電力変換装置100の保護動作では、主開閉器6および放電スイッチ11は、直前のオンまたはオフの状態が保持されるため、どの順番で行われてもよい。したがって、上述のフローに従って電力変換装置100の保護動作を保護装置32が行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧をより速やかに抑制することができる。
In general, since the time required for switching the on and off states of the semiconductor element is shorter than that of the mechanical switch, the semiconductor element control step S204 is performed first. Moreover, in the protection operation of the
なお、保護装置32が主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205を行うのは、同時であってもよい。また、主開閉器6、放電スイッチ11、短絡スイッチ7のオンおよびオフが切り替わるのに要する時間を考慮して、主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205、および短絡スイッチ制御ステップS206を行う順序は、図10に示す順序に限らず、互いに入れ替わってもよい。なお、上述の保護動作中において、分離スイッチ9のオン状態が保持されている。
The
これらの制御によって、実施の形態1と同様に、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制することができる。また、本実施の形態によれば、負荷31への電力供給を再開するときの保護対象22とならなかった一次フィルタコンデンサ20、および二次フィルタコンデンサ21の初充電を不要とでき、負荷31への電力供給が寸断される時間を短くできる。なお、保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを除く第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフし、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを除く第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフしてもよい。これらの動作によっても、上述と同様の効果を奏することができる。
By these controls, as in the first embodiment, it is possible to suppress the overvoltage of the
実施の形態10.
図22は、この発明を実施するための実施の形態10に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図22において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23iが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図22において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20を保護対象22としている。また、図22における38の記号は、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行う第2および第3の電力変換セル8b、8cに接続された第2の電力変換部15を表す。また、図22における34aおよび34bの記号は、第1の電力変換セル8aにおいてオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14、およびオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有し第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15をそれぞれ表す。
FIG. 22 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to the tenth embodiment for carrying out the present invention. The
実施の形態2では、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達するように第2の電力変換部15を制御することによって、すべての一次フィルタコンデンサ20およびすべての二次フィルタコンデンサ21の放電に要する時間を短縮する方法を示した。しかし、第2の電力変換部15にオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hがあるとき、その第2の電力変換部15を、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達するように制御することができない。
In the second embodiment, the second power is transmitted from the pair of terminals 15-1 and 15-2 of the second input section to the pair of terminals 15-3 and 15-4 of the second output section. A method of shortening the time required for discharging all the
したがって、本実施の形態による電力変換装置100の保護装置32は、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子があるとき、次のような保護動作を行う。例として、第1の電力変換セル8aにおいて第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dと、第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hとが、オンおよびオフの切り替え制御不能となったときの動作を説明する。
Therefore,
半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hのいずれかがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続された一次フィルタコンデンサ20、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続された第1の電力変換セル8aの一次フィルタコンデンサ20、すなわちオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続される第1の電力変換部14と接続された一次フィルタコンデンサ20を保護対象22とする。かつ、保護装置32は、主開閉器6をオフする制御を行う。かつ、保護装置32は、放電スイッチ11およびすべての分離スイッチ9をオンする制御を行う。かつ、保護装置32は,オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを除く、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフする制御を行う。かつ、保護装置32は,オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを除く、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを切り替えて、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行う。ここで、図10を参照して、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作を説明する。図10において、まず、本実施の形態による電力変換装置100の運転が開始される。その後、ステップS201において、保護装置32は、電力変換装置100の保護動作が必要かを常時監視し、保護動作が必要な場合(Yes)は、保護対象設定ステップS202に進む。なお、保護動作が必要ではない場合(No)は、ステップS201を繰り返す。そして、電力変換装置100の保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、保護対象設定ステップS202を行い、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続された一次フィルタコンデンサ20、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続される第1の電力変換部14と接続された一次フィルタコンデンサ20を、保護対象22と定める。次に、保護装置32は、主開閉器制御ステップS203を行い、主開閉器6をオフする。次に、保護装置32は、半導体素子制御ステップS204を行い、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を除く、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dをオフする。また、保護装置32は、同じく半導体素子制御ステップS204において、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを除く、すべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンまたはオフし、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力が伝達するように制御する。次に、保護装置32は、放電スイッチ制御ステップS205を行い、放電スイッチ11をオンする。最後に、保護装置32は、短絡スイッチ制御ステップS206を行い、すべての短絡スイッチ7のオンまたはオフの状態を保持する。その後、保護装置32はステップS201へ戻り、電力変換装置100の保護動作が必要かを監視する状態へ移行する。
When any one of the
受電端3からの電流経路を断つため、主開閉器制御ステップS203は、1番目に優先的に行われる。また、一般的に、機械的なスイッチと比べて半導体素子の方がオンおよびオフ状態の切り替えに要する時間が短いので、半導体素子制御ステップS204は、2番目に優先的に行われる。さらに、放電スイッチ11をオンすることで保護対象22の電圧を即座に下げる効果があることから、放電スイッチ制御ステップS205は、3番目に優先的に行われる。したがって、上述のフローに従って電力変換装置100の保護動作を保護装置32が行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧をより速やかに抑制することができる。
In order to cut off the current path from the power receiving end 3, the main switch control step S203 is preferentially performed first. In general, the semiconductor element control step S204 is preferentially performed second because the time required for switching the on / off state of the semiconductor element is shorter than that of the mechanical switch. Furthermore, since the voltage of the
なお、保護装置32が主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205を行うのは、同時であってもよい。また、主開閉器6、放電スイッチ11、短絡スイッチ7のオンおよびオフが切り替わるのに要する時間を考慮して、主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205、および短絡スイッチ制御ステップS206を行う順序は、図10に示す順序に限らず、互いに入れ替わってもよい。また、保護動作の開始前におけるオンおよびオフの状態を保護動作中においても保持できる場合には、短絡スイッチ制御ステップS206を行わなくてもよい。なお、上述の保護動作中において、分離スイッチ9のオン状態が保持されている。
The
本実施の形態によると,主開閉器6をオフする制御を行うことによって、実施の形態1と同様に、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制することができる。また,オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを除く、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフを切り替えて、第2の入力部の一対の端子15−1および15−2から第2の出力部の一対の端子15−3および15−4に電力を伝達する制御を行うことによって、実施の形態2と同様の効果を奏することができる。
According to the present embodiment, by performing the control to turn off the
また、図22では、第1の電力変換セル8aにおける第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dと、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hとの両方が、オンおよびオフの切り替え制御不能となっているが、いずれか一方の半導体素子がオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合でも、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を除くすべての半導体素子をオフすれば、同様の効果を奏する。
In FIG. 22, both the
実施の形態11.
図23は、この発明を実施するための実施の形態11に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。本実施の形態に係る電力変換装置100は、以下に述べる点で、実施の形態1と異なる。図23において、保護装置32による制御を行った場合の一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21の放電経路23j、残充電部24d、充電経路25dが太線で示されている。また、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。図23において、第1の電力変換セル8aにおいて保護対象となった一次フィルタコンデンサ20を、保護対象22としている。また、図23における30の記号は、第1の電力変換部14がダイオード整流器として動作している状態を表す。また、図23における34aおよび34bの記号は、第1の電力変換セル8aにおいてオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14、およびオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有し第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15をそれぞれ表す。
FIG. 23 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to the eleventh embodiment for carrying out the present invention. The
本実施の形態の保護装置32は、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子があるとき、以下の保護動作を行う。例として、第1の電力変換セル8aにおいて第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dと、第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hとが、オンおよびオフの切り替え制御不能となったときの動作を説明する。
The
本実施の形態の保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続された一次フィルタコンデンサ20、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続された第1の電力変換セル8aの一次フィルタコンデンサ20、すなわちオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続される第1の電力変換部14と接続された一次フィルタコンデンサ20を保護対象22とする。そして、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを除くすべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27d、およびオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを除くすべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフする。また、主開閉器6およびすべての分離スイッチ9をオンし、放電スイッチ11をオフする。さらに、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7をオンし、残りの第2及び第3の電力変換セル8b、8cの短絡スイッチ7はオフの状態を保持する。ここで、図10を参照して、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作を説明する。図10において、まず、本実施の形態による電力変換装置100の運転が開始される。その後、ステップS201において、保護装置32は、電力変換装置100の保護動作が必要かを常時監視し、保護動作が必要な場合(Yes)は、保護対象設定ステップS202に進む。なお、保護動作が必要ではない場合(No)は、ステップS201を繰り返す。そして、電力変換装置100の保護装置32は、半導体素子27aから27dおよび半導体素子28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合には、保護対象設定ステップS202を行い、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続された一次フィルタコンデンサ20、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続される第1の電力変換部14と接続された一次フィルタコンデンサ20を、保護対象22と定める。次に、保護装置32は、主開閉器制御ステップS203を行い、主開閉器6のオン状態を保持する。次に、保護装置32は、半導体素子制御ステップS204を行い、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を除く、すべての第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよびすべての第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hをオフする。次に、保護装置32は、放電スイッチ制御ステップS205を行い、放電スイッチ11のオフ状態を保持する。最後に、保護装置32は、短絡スイッチ制御ステップS206を行い、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20に接続される第1の電力変換部14と接続される短絡スイッチ7をオンし、それ以外のすべての短絡スイッチ7をオフする。その後、保護装置32はステップS201へ戻り、電力変換装置100の保護動作が必要かを監視する状態へ移行する。
In the
一般的に、機械的なスイッチと比べて半導体素子の方がオンおよびオフ状態の切り替えに要する時間が短いので、半導体素子制御ステップS204は、1番目に優先的に行われる。また、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作では、主開閉器6および放電スイッチ11は、直前のオンまたはオフの状態が保持されるため、どの順番で行われてもよい。したがって、上述のフローに従って電力変換装置100の保護動作を保護装置32が行うことにより、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧をより速やかに抑制することができる。
In general, since the time required for switching the on and off states of the semiconductor element is shorter than that of the mechanical switch, the semiconductor element control step S204 is performed first. Moreover, in the protection operation of the power conversion device according to the present embodiment, the
なお、保護装置32が主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205を行うのは、同時であってもよい。また、主開閉器6、放電スイッチ11、短絡スイッチ7のオンおよびオフが切り替わるのに要する時間を考慮して、主開閉器制御ステップS203、半導体素子制御ステップS204、放電スイッチ制御ステップS205、および短絡スイッチ制御ステップS206を行う順序は、図10に示す順序に限らず、互いに入れ替わってもよい。本実施の形態によれば、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20を具備する第1の電力変換セル8aの短絡スイッチ7、すなわち保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20に接続される第1の電力変換部14と接続された短絡スイッチ7をオンする制御を行うことによって、実施の形態1と同様に、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20の過電圧を抑制することができる。なお、上述の保護動作中において、分離スイッチ9のオン状態が保持されている。
The
また、本実施の形態によれば、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子がある場合には、保護対象22となった一次フィルタコンデンサ20に過電圧が発生するのを未然に防ぐことができる。また、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子と、残りの半導体素子とによって、一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21が短絡するのを防ぐことができる。
Further, according to the present embodiment, when there is a semiconductor element that cannot be switched on and off, it is possible to prevent an overvoltage from occurring in the
また、本実施の形態によれば、負荷31への電力供給を再開するときの保護対象22とならなかった一次フィルタコンデンサ20、二次フィルタコンデンサ21の初充電を不要とでき、負荷31への電力供給が寸断される時間を短くできる。
Further, according to the present embodiment, it is possible to eliminate the initial charging of the
また、図23では、第1の電力変換セル8aにおける第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dと、第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hとの両方が、オンおよびオフの切り替え制御不能となっているが、いずれか一方の半導体素子がオンおよびオフの切り替え制御不能となった場合でも、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を除くすべての半導体素子をオフすれば、同様の効果を奏する。
In FIG. 23, both the
なお、図10において保護動作を実施後に、再び保護動作を行うときは、実施の形態1、2、4、7、9、10、11で述べた保護動作の内、実施した保護動作とは異なる保護動作を保護対象22に応じて行ってもよい。
In FIG. 10, when the protection operation is performed again after the protection operation is performed, the protection operation described in the first, second, fourth, seventh, ninth, tenth, and eleventh embodiments is different from the performed protection operation. The protection operation may be performed according to the
実施の形態12.
図24は、この発明を実施するための実施の形態12に係る電力変換装置の保護動作を示す説明図である。図24において、主開閉器6、短絡スイッチ7、分離スイッチ9、放電スイッチ11、第1の電力変換部14の半導体素子27aから27dおよび第2の電力変換部15の半導体素子28aから28hのオンおよびオフの文字は、それぞれのオンおよびオフの状態を表している。また、図24における34aおよび34bの記号は、第1の電力変換セル8aにおいてオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14、およびオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有し第1の電力変換セル8aに接続された第2の電力変換部15をそれぞれ表す。
FIG. 24 is an explanatory diagram showing a protection operation of the power conversion device according to the twelfth embodiment for carrying out the present invention. In FIG. 24, the
本実施の形態では、実施の形態4、または実施の形態10に示す手順によって電力変換装置100が停止したあと、負荷31への電力の供給を再開する手順を図25に示す。図25は、本実施の形態に係る電力変換装置の保護動作を示すフローチャートである。図25において、まず、本実施の形態による電力変換装置100の保護動作が開始される。そして、電力変換装置100の保護装置32は、半導体素子27aから27d、28aから28hがオンおよびオフの切り替え制御不能となって、放電スイッチ11をオンしたとき、二次フィルタコンデンサ21の電圧値を電圧センサ(図示せず)から取得する。そして、ステップS208において、電力変換装置100の二次フィルタコンデンサ21が放電が完了したかどうかを常時監視し、放電が完了した場合(Yes)には、保護対象放電確認ステップS209に進む。なお、放電が完了していない場合(No)には、ステップS208を繰り返す。保護装置32は、二次フィルタコンデンサ21の電圧値が所定の値を下回ったときに、すべての一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を保護対象22から外す、保護対象放電確認ステップS209を行う。次に、保護装置32は、始動前放電スイッチ制御ステップS210を行い、放電スイッチ11をオフする。次に、保護装置32は、始動前分離スイッチ制御ステップS211を行い、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続される第2の電力変換部15と接続された分離スイッチ9、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続された分離スイッチ9をオフし、残りのすべての分離スイッチ9をオンする。次に、保護装置32は、始動前短絡スイッチ制御ステップS212を行い、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27dを有する第1の電力変換部14に接続された短絡スイッチ7、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子28aから28hを有する第2の電力変換部15に接続される第1の電力変換部14と接続された短絡スイッチ7をオンし、残りのすべての短絡スイッチ7をオフする。その後、電力変換装置100の始動準備が完了となる。
In the present embodiment, FIG. 25 shows a procedure for restarting the supply of power to the
上記の制御によって、オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子27aから27d、28aから28hへの充電経路を断つことができる。この状態で、主開閉器6をオンして一次フィルタコンデンサ20および二次フィルタコンデンサ21を初充電(初充電回路は図示せず)すれば、負荷31への電力の供給を再開できる状態となる。
With the above control, the charging path from the
なお、保護装置32が、始動前放電スイッチ制御ステップS210、始動前分離スイッチ制御ステップS211、および始動前短絡スイッチ制御ステップS212を行うのは、同時であってもよい。また、始動前放電スイッチ制御ステップS210、始動前分離スイッチ制御ステップS211、および始動前短絡スイッチ制御ステップS212を行う順序は、図25に示す順序に限らず、互いに入れ替わってもよい。また、二次フィルタコンデンサ21が保護対象22でなかった場合でも、一次フィルタコンデンサ20を保護対象22から外せばよい。
The
また、主開閉器6は、保護対象放電確認ステップS209のときのオフの状態を保持していればよい。
Moreover, the
1 正母線、1−1 正母線端、2 負母線、2−1 負母線端、3 受電端、4 接地電位、5 連系リアクトル、6 主開閉器、7 短絡スイッチ、8a 第1の電力変換セル、8b 第2の電力変換セル、8c 第3の電力変換セル、9 分離スイッチ、10,10a 集中抵抗、11,11a 放電スイッチ、12 電力変換体、12−1,12−2 電力変換体入力端の一対の端子、12−3,12−4 電力変換体出力端の一対の端子、13,13a 直列接続体、14 第1の電力変換部、14−1,14−2 第1の入力部の一対の端子、14−3,14−4 第1の出力部の一対の端子、15 第2の電力変換部、15−1,15−2 第2の入力部の一対の端子、15−3,15−4 第2の出力部の一対の端子、16 分散抵抗、17 ACポート、18 内部DCリンク、19 DCポート、20,20a,20b 一次フィルタコンデンサ、21,21a,21b 二次フィルタコンデンサ、22 保護対象、23a,23b,23c,23d,23e,23f,23g,23h,23i,23j 放電経路、24a,24b,24c,24d 残充電部、25a,25b,25c,25d 充電経路、26 絶縁変圧器、26−1 一次側、26−2 二次側、27a,27b,27c,27d,28a,28b,28c,28d,28e,28f,28g,28h 半導体素子、29 直列共振キャパシタ、30 ダイオード整流器、31 負荷、32 保護装置、33 温度監視装置、34a オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を有する第1の電力変換部、34b オンおよびオフの切り替え制御不能となった半導体素子を有する第2の電力変換部、35 搬送波、36 正相信号波、37 逆相信号波、38 第2の入力部から第2の出力部に電力を伝達する制御を行う第2の電力変換部、50,51 電力変換回路、100,101,102 電力変換装置。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Positive bus line, 1-1 Positive bus line end, 2 Negative bus line, 2-1 Negative bus line end, 3 Power receiving end, 4 Ground potential, 5 Reactor, 6 Main switch, 7 Short circuit switch, 8a 1st power conversion Cell, 8b second power conversion cell, 8c third power conversion cell, 9 separation switch, 10, 10a lumped resistor, 11, 11a discharge switch, 12 power converter, 12-1, 12-2 power converter input A pair of terminals at the ends, 12-3, 12-4 A pair of terminals at the output end of the power converter, 13, 13a Series connection body, 14 First power converter, 14-1, 14-2 First input section A pair of terminals, 14-3, 14-4 a pair of terminals of the first output unit, 15 a second power conversion unit, 15-1, 15-2 a pair of terminals of the second input unit, 15-3 15-4 A pair of terminals of the second output unit, 16 Distributed resistor, 17 AC port, 18 DC link, 19 DC port, 20, 20a, 20b Primary filter capacitor, 21, 21a, 21b Secondary filter capacitor, 22 Protection target, 23a, 23b, 23c, 23d, 23e, 23f, 23g, 23h, 23i, 23j Discharge path, 24a, 24b, 24c, 24d Remaining charge unit, 25a, 25b, 25c, 25d Charge path, 26 Insulation transformer, 26-1 Primary side, 26-2 Secondary side, 27a, 27b, 27c, 27d, 28a, 28b, 28c, 28d, 28e, 28f, 28g, 28h Semiconductor element, 29 series resonant capacitor, 30 diode rectifier, 31 load, 32 protection device, 33 temperature monitoring device, 34a ON / OFF switching control disabled 1st power conversion part which has a semiconductor element, 34b ON and OFF switching The second power conversion unit having the semiconductor element that has been disabled, 35 carrier wave, 36 normal phase signal wave, 37 negative phase signal wave, 38 Control for transmitting power from the second input unit to the second output unit Second power conversion unit to perform, 50, 51 Power conversion circuit, 100, 101, 102 Power conversion device.
Claims (15)
前記第1の入力部のそれぞれに並列に接続され短絡および開放を切り替えるN個の短絡スイッチと、
前記第1の出力部のそれぞれに並列に接続されたN個の分散抵抗と、
前記第1の出力部のそれぞれに並列に接続されたN個の一次フィルタコンデンサと、
前記第1の出力部のそれぞれに接続され直流電力が入力されるN個の電力変換体入力端、および直流電力が出力される電力変換体出力端を具備し直流電力を直流電力に変換する電力変換体と、
電力の供給および遮断を切り替える主開閉器とを備え、
N個の前記第1の入力部は、前記主開閉器を介して直列に接続され、
前記一次フィルタコンデンサまたは前記半導体素子の異常に基づいて前記一次フィルタコンデンサを保護対象とし、前記主開閉器および前記保護対象となった前記一次フィルタコンデンサに接続される第1の電力変換部と接続された前記短絡スイッチをオン、または前記主開閉器をオフする制御を行う保護装置とをさらに備える電力変換装置。 A first input unit to which AC power is input, a first output unit to which DC power is output, and a plurality of semiconductor elements that perform switching, and N (N is 2 or more) that converts AC power into DC power First power conversion unit),
N short-circuit switches connected in parallel to each of the first input units to switch between short-circuit and open-circuit;
N distributed resistors connected in parallel to each of the first output units;
N primary filter capacitors connected in parallel to each of the first output sections;
Power that is connected to each of the first output units and has N power converter input terminals to which DC power is input, and a power converter output terminal from which DC power is output, and that converts DC power to DC power A conversion body,
A main switch that switches between power supply and shut-off,
N pieces of the first input units are connected in series via the main switch,
The primary filter capacitor is to be protected based on an abnormality of the primary filter capacitor or the semiconductor element, and is connected to the main switch and a first power conversion unit connected to the primary filter capacitor to be protected. And a protection device that performs control to turn on the short-circuit switch or turn off the main switch.
前記電力変換体は、
短絡および開放を切り替えるN個の分離スイッチと、
対応する前記電力変換体入力端に接続され直流電力が入力される第2の入力部、前記分離スイッチを介して前記電力変換体出力端に接続され直流電力が出力される第2の出力部、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し直流電力を直流電力に変換するN個の第2の電力変換部と、
前記第2の出力部のそれぞれに1個ずつ並列に接続されたN個の二次フィルタコンデンサとをさらに具備し、
前記集中抵抗と前記放電スイッチとが互いに直列接続された直列接続体は、前記電力変換体出力端に並列に接続され、
前記保護装置は、
前記二次フィルタコンデンサまたは前記半導体素子の異常に基づいて前記二次フィルタコンデンサを前記保護対象とし、
前記放電スイッチおよびすべての前記分離スイッチをオンする制御を行う請求項1に記載の電力変換装置。 It further comprises a lumped resistor and a discharge switch that switches between short circuit and open,
The power converter is
N separation switches for switching between short circuit and open circuit;
A second input unit connected to the corresponding power converter input terminal and receiving DC power; a second output unit connected to the power converter output terminal via the separation switch and outputting DC power; And N second power conversion units that have a plurality of semiconductor elements that perform switching and convert DC power into DC power;
N secondary filter capacitors connected in parallel, one to each of the second output units,
The series connection body in which the concentrated resistor and the discharge switch are connected in series with each other is connected in parallel to the output end of the power converter,
The protective device is
Based on the abnormality of the secondary filter capacitor or the semiconductor element, the secondary filter capacitor is the protection target,
The power conversion device according to claim 1, wherein control is performed to turn on the discharge switch and all the separation switches.
前記電力変換体は、
対応する前記電力変換体入力端に接続され直流電力が入力されるN個の第2の入力部、前記電力変換体出力端に接続され直流電力が出力される第2の出力部、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し直流電力を直流電力に変換する1個の第2の電力変換部と、
前記第2の出力部に並列に接続された1個の二次フィルタコンデンサとをさらに具備し、
前記集中抵抗と前記放電スイッチとが互いに直列接続された直列接続体は、前記電力変換体出力端に並列に接続され、
前記保護装置は、
前記一次フィルタコンデンサまたは前記二次フィルタコンデンサの異常に基づいて前記一次フィルタコンデンサおよび前記二次フィルタコンデンサの少なくともいずれか一方を前記保護対象とし、
前記主開閉器をオフし、
前記放電スイッチをオンする制御を行う請求項1に記載の電力変換装置。 It further comprises a lumped resistor and a discharge switch that switches between short circuit and open,
The power converter is
N second input units connected to the corresponding power converter input terminals and receiving DC power, second output units connected to the power converter output terminals and outputting DC power, and switching A second power conversion unit that has a plurality of semiconductor elements to perform and converts DC power to DC power;
A secondary filter capacitor connected in parallel to the second output unit;
The series connection body in which the concentrated resistor and the discharge switch are connected in series with each other is connected in parallel to the output end of the power converter,
The protective device is
Based on abnormality of the primary filter capacitor or the secondary filter capacitor, at least one of the primary filter capacitor and the secondary filter capacitor is the protection target,
Turn off the main switch,
The power converter according to claim 1 which performs control which turns on said discharge switch.
前記主開閉器、オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第1の電力変換部の前記半導体素子、並びにオンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第2の電力変換部の前記半導体素子をオフし、
前記放電スイッチおよびすべての前記分離スイッチをオンする制御を行う請求項2に記載の電力変換装置。 The protection device, when at least one of the primary filter capacitor and the secondary filter capacitor is the protection target,
The main switch, the semiconductor element of the first power conversion unit excluding the semiconductor element that is disabled to switch on and off, and the semiconductor element that is not controlled to switch on and off. Turning off the semiconductor element of the power converter of No. 2,
The power conversion device according to claim 2, wherein control is performed to turn on the discharge switch and all the separation switches.
すべての前記第1の電力変換部の前記半導体素子、およびすべての前記第2の電力変換部の前記半導体素子をオフする制御を行う請求項3に記載の電力変換装置。 The protection device, when at least one of the primary filter capacitor and the secondary filter capacitor is the protection target,
The power conversion device according to claim 3, wherein control is performed to turn off the semiconductor elements of all the first power conversion units and the semiconductor elements of all the second power conversion units.
前記主開閉器並びにオンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第1の電力変換部の前記半導体素子をオフし、
前記放電スイッチおよびすべての前記分離スイッチをオンし、
オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第2の電力変換部の前記半導体素子のオンおよびオフを切り換えて前記第2の入力部から前記第2の出力部に電力を伝達する制御を行う請求項2に記載の電力変換装置。 The protection device, when at least one of the primary filter capacitor and the secondary filter capacitor is the protection target,
Turning off the semiconductor element of the first power conversion unit excluding the main switch and the semiconductor element that is incapable of switching on and off;
Turn on the discharge switch and all the isolation switches;
On / off switching of the semiconductor element of the second power conversion unit excluding the semiconductor element that has become uncontrollable switching on and off to transmit power from the second input unit to the second output unit The power converter according to claim 2 which performs control to perform.
すべての前記第1の電力変換部の前記半導体素子をオフし、
前記第2の電力変換部の前記半導体素子のオンおよびオフを切り換えてすべての前記第2の入力部から前記第2の出力部に電力を伝達する制御を行う請求項3に記載の電力変換装置。 The protection device, when at least one of the primary filter capacitor and the secondary filter capacitor is the protection target,
Turning off the semiconductor elements of all the first power converters;
4. The power conversion device according to claim 3, wherein the semiconductor device of the second power conversion unit is switched on and off to control transmission of power from all the second input units to the second output unit. 5. .
前記主開閉器およびすべての前記分離スイッチをオンし、
前記放電スイッチをオフし、
前記保護対象となった前記一次フィルタコンデンサに接続される第1の電力変換部と接続された前記短絡スイッチをオンして、残りの前記短絡スイッチをオフし、
オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第1の電力変換部の前記半導体素子、並びにオンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第2の電力変換部の前記半導体素子をオフする制御を行う請求項2に記載の電力変換装置。 The protection device, when the primary filter capacitor is the protection target, and the secondary filter capacitor is not the protection target,
Turn on the main switch and all the separation switches,
Turning off the discharge switch;
Turn on the short-circuit switch connected to the first power converter connected to the primary filter capacitor that is the protection target, and turn off the remaining short-circuit switch,
The semiconductor element of the first power conversion unit excluding the semiconductor element that has become uncontrollable switching on and off, and the second power conversion unit that excludes the semiconductor element uncontrollable to switch on and off The power conversion device according to claim 2 which performs control which turns off said semiconductor element.
オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を有する前記第1の電力変換部に接続された前記一次フィルタコンデンサ、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を有する前記第2の電力変換部に接続される第1の電力変換部と接続された前記一次フィルタコンデンサを前記保護対象とする制御を行う請求項4、6または8に記載の電力変換装置。 The protection device, when the semiconductor element can not be switched on and off,
The primary filter capacitor connected to the first power conversion unit having the semiconductor element that has become uncontrollable switching on and off, or the second having the semiconductor element that has become uncontrollable switching on and off The power converter according to claim 4, 6 or 8, wherein control is performed with the primary filter capacitor connected to the first power converter connected to the power converter as the protection target.
前記第1の入力部のそれぞれに並列に接続され短絡および開放を切り替えるN個の短絡スイッチと、
前記第1の出力部のそれぞれに並列に接続されたN個の分散抵抗と、
前記第1の出力部のそれぞれに並列に接続されたN個の一次フィルタコンデンサと、
前記第1の出力部のそれぞれに接続され直流電力が入力されるN個の電力変換体入力端、および直流電力が出力される電力変換体出力端を具備し直流電力を直流電力に変換する電力変換体と、
電力の供給および遮断を切り替える主開閉器とを備え、
N個の前記第1の入力部は、前記主開閉器を介して直列に接続されている電力変換装置における制御方法であって、
前記一次フィルタコンデンサ、前記二次フィルタコンデンサ、または前記半導体素子の異常に基づいて前記一次フィルタコンデンサおよび前記二次フィルタコンデンサの少なくとも一方を保護対象とする保護対象設定ステップを保護装置が行い、
前記保護対象設定ステップが行われた場合には、
前記主開閉器をオンまたはオフする主開閉器制御ステップと、
前記主開閉器制御ステップにおいて前記主開閉器をオンする場合に、前記保護対象となった前記一次フィルタコンデンサに接続される第1の電力変換部と接続された前記短絡スイッチをオンする短絡スイッチ制御ステップとを前記保護装置がさらに行う制御方法。 A first input unit to which AC power is input, a first output unit to which DC power is output, and a plurality of semiconductor elements that perform switching, and N (N is 2 or more) that converts AC power into DC power First power conversion unit),
N short-circuit switches connected in parallel to each of the first input units to switch between short-circuit and open-circuit;
N distributed resistors connected in parallel to each of the first output units;
N primary filter capacitors connected in parallel to each of the first output sections;
Power that is connected to each of the first output units and has N power converter input terminals to which DC power is input, and a power converter output terminal from which DC power is output, and that converts DC power to DC power A conversion body,
A main switch that switches between power supply and shut-off,
The N first input units are control methods in a power converter connected in series via the main switch,
The protection device performs a protection target setting step for protecting at least one of the primary filter capacitor and the secondary filter capacitor based on an abnormality of the primary filter capacitor, the secondary filter capacitor, or the semiconductor element,
When the protection target setting step is performed,
A main switch control step of turning on or off the main switch;
When the main switch is turned on in the main switch control step, a short-circuit switch control that turns on the short-circuit switch connected to the first power conversion unit connected to the primary filter capacitor that is the protection target. A control method in which the protection device further performs a step.
前記電力変換体は、
短絡および開放を切り替えるN個の分離スイッチと、
対応する前記電力変換体入力端に接続され直流電力が入力される第2の入力部、前記分離スイッチを介して前記電力変換体出力端に接続され直流電力が出力される第2の出力部、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し直流電力を直流電力に変換するN個の第2の電力変換部と、
前記第2の出力部のそれぞれに1個ずつ並列に接続されたN個の二次フィルタコンデンサとをさらに具備し、
前記集中抵抗と前記放電スイッチとが互いに直列接続された直列接続体は、前記電力変換体出力端に並列に接続されている前記電力変換装置における制御方法であって、
前記保護対象設定ステップが行われた場合には、
オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第1の電力変換部の前記半導体素子、並びにオンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第2の電力変換部の前記半導体素子をオフする半導体素子制御ステップと、
前記放電スイッチをオンする放電スイッチ制御ステップとを前記保護装置がさらに行い、
前記主開閉器制御ステップでは、前記主開閉器をオフする請求項10に記載の制御方法。 It further comprises a lumped resistor and a discharge switch that switches between short circuit and open,
The power converter is
N separation switches for switching between short circuit and open circuit;
A second input unit connected to the corresponding power converter input terminal and receiving DC power; a second output unit connected to the power converter output terminal via the separation switch and outputting DC power; And N second power conversion units that have a plurality of semiconductor elements that perform switching and convert DC power into DC power;
N secondary filter capacitors connected in parallel, one to each of the second output units,
The series connection body in which the lumped resistor and the discharge switch are connected in series with each other is a control method in the power conversion device connected in parallel to the power converter output terminal,
When the protection target setting step is performed,
The semiconductor element of the first power conversion unit excluding the semiconductor element that has become uncontrollable switching on and off, and the second power conversion unit that excludes the semiconductor element uncontrollable to switch on and off A semiconductor element control step of turning off the semiconductor element;
The protection device further performs a discharge switch control step of turning on the discharge switch,
The control method according to claim 10, wherein in the main switch control step, the main switch is turned off.
前記電力変換体は、
短絡および開放を切り替えるN個の分離スイッチと、
対応する前記電力変換体入力端に接続され直流電力が入力される第2の入力部、前記分離スイッチを介して前記電力変換体出力端に接続され直流電力が出力される第2の出力部、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し直流電力を直流電力に変換するN個の第2の電力変換部と、
前記第2の出力部のそれぞれに1個ずつ並列に接続されたN個の二次フィルタコンデンサとをさらに具備し、
前記集中抵抗と前記放電スイッチとが互いに直列接続された直列接続体は、前記電力変換体出力端に並列に接続されている前記電力変換装置における制御方法であって、
前記保護対象設定ステップが行われた場合には、
オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第1の電力変換部の前記半導体素子をオフし、オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第2の電力変換部の前記半導体素子のオンおよびオフを切り換えて前記第2の入力部から前記第2の出力部に電力を伝達する半導体素子制御ステップと、
前記放電スイッチをオンする放電スイッチ制御ステップとを前記保護装置がさらに行い、
前記主開閉器制御ステップでは、前記主開閉器をオフする請求項10に記載の制御方法。 It further comprises a lumped resistor and a discharge switch that switches between short circuit and open,
The power converter is
N separation switches for switching between short circuit and open circuit;
A second input unit connected to the corresponding power converter input terminal and receiving DC power; a second output unit connected to the power converter output terminal via the separation switch and outputting DC power; And N second power conversion units that have a plurality of semiconductor elements that perform switching and convert DC power into DC power;
N secondary filter capacitors connected in parallel, one to each of the second output units,
The series connection body in which the lumped resistor and the discharge switch are connected in series with each other is a control method in the power conversion device connected in parallel to the power converter output terminal,
When the protection target setting step is performed,
The second power excluding the semiconductor element in which the on / off switching control is disabled and the semiconductor element of the first power converter excluding the semiconductor element in which the on / off switching control is disabled. A semiconductor element control step of transmitting power from the second input section to the second output section by switching on and off the semiconductor element of the conversion section;
The protection device further performs a discharge switch control step of turning on the discharge switch,
The control method according to claim 10, wherein in the main switch control step, the main switch is turned off.
前記電力変換体は、
短絡および開放を切り替えるN個の分離スイッチと、
対応する前記電力変換体入力端に接続され直流電力が入力される第2の入力部、前記分離スイッチを介して前記電力変換体出力端に接続され直流電力が出力される第2の出力部、およびスイッチングを行う複数の半導体素子を有し直流電力を直流電力に変換するN個の第2の電力変換部と、
前記第2の出力部のそれぞれに1個ずつ並列に接続されたN個の二次フィルタコンデンサとをさらに具備し、
前記集中抵抗と前記放電スイッチとが互いに直列接続された直列接続体は、前記電力変換体出力端に並列に接続されている前記電力変換装置における制御方法であって、
前記保護対象設定ステップが行われ、かつ前記二次フィルタコンデンサが前記保護対象とならなかった場合には、
オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第1の電力変換部の前記半導体素子、並びにオンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を除く前記第2の電力変換部の前記半導体素子をオフする半導体素子制御ステップと、
前記放電スイッチをオフする放電スイッチ制御ステップとを前記保護装置がさらに行い、
前記主開閉器制御ステップでは、前記主開閉器をオンし、
前記短絡スイッチ制御ステップでは、前記保護対象となった前記一次フィルタコンデンサに接続される第1の電力変換部と接続された前記短絡スイッチをオンして、残りの前記短絡スイッチをオフする請求項10に記載の制御方法。 It further comprises a lumped resistor and a discharge switch that switches between short circuit and open,
The power converter is
N separation switches for switching between short circuit and open circuit;
A second input unit connected to the corresponding power converter input terminal and receiving DC power; a second output unit connected to the power converter output terminal via the separation switch and outputting DC power; And N second power conversion units that have a plurality of semiconductor elements that perform switching and convert DC power into DC power;
N secondary filter capacitors connected in parallel, one to each of the second output units,
The series connection body in which the lumped resistor and the discharge switch are connected in series with each other is a control method in the power conversion device connected in parallel to the power converter output terminal,
When the protection target setting step is performed and the secondary filter capacitor is not the protection target,
The semiconductor element of the first power conversion unit excluding the semiconductor element that has become uncontrollable switching on and off, and the second power conversion unit that excludes the semiconductor element uncontrollable to switch on and off A semiconductor element control step of turning off the semiconductor element;
The protection device further performs a discharge switch control step of turning off the discharge switch,
In the main switch control step, the main switch is turned on,
11. The shorting switch control step turns on the shorting switch connected to the first power conversion unit connected to the primary filter capacitor that is the protection target, and turns off the remaining shorting switches. The control method described in 1.
前記保護対象放電確認ステップが行われた場合には、
前記放電スイッチをオフする始動前放電スイッチ制御ステップと、
オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を有する前記第1の電力変換部に接続された前記短絡スイッチをオンして、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を有する前記第2の電力変換部に接続される前記第1の電力変換部と接続された前記短絡スイッチをオンして、残りの前記短絡スイッチをオフする始動前短絡スイッチ制御ステップと、
オンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を有する前記第1の電力変換部に接続される前記第2の電力変換部と接続された前記分離スイッチをオフして、またはオンおよびオフの切り替え制御不能となった前記半導体素子を有する前記第2の電力変換部に接続された前記分離スイッチをオフして、残りの前記分離スイッチをオンする始動前分離スイッチ制御ステップとを前記保護装置がさらに行う請求項14に記載の制御方法。
When the voltage value of the secondary filter capacitor is equal to or lower than a predetermined value, a protection target discharge confirmation step for removing the primary filter capacitor that is the protection target in the protection target setting step from the protection target; The protective device further performs,
When the protection target discharge confirmation step is performed,
A pre-starting discharge switch control step for turning off the discharge switch;
The semiconductor element having the semiconductor element in which the on / off switching control is disabled is turned on, or the semiconductor element in which the on / off switching control is disabled. A pre-starting short-circuit switch control step of turning on the short-circuit switch connected to the first power converter connected to the second power converter and turning off the remaining short-circuit switches;
Turn off the separation switch connected to the second power conversion unit connected to the first power conversion unit having the semiconductor element that has become uncontrollable on and off, or turn on and off The protective device includes a pre-startup separation switch control step of turning off the separation switch connected to the second power conversion unit having the semiconductor element that has become non-switchable and turning on the remaining separation switch. The control method according to claim 14 further performed.
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Cited By (6)
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---|---|---|---|---|
WO2017221417A1 (en) * | 2016-06-24 | 2017-12-28 | 株式会社日立製作所 | Gate drive circuit, power conversion apparatus, and railway vehicle |
JP2018014794A (en) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | 株式会社豊田中央研究所 | Power conversion circuit |
JP6537749B1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-07-03 | 三菱電機株式会社 | Self-feeding circuit and power converter |
JP6671545B1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-03-25 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
JP2020068559A (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 株式会社東芝 | Power converter |
US11271488B2 (en) * | 2019-07-25 | 2022-03-08 | Smart Wires Inc. | System and method for FACTS device bypass mode operation and diagnostics |
-
2015
- 2015-08-11 JP JP2015158815A patent/JP2016077135A/en active Pending
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2017221417A1 (en) * | 2016-06-24 | 2017-12-28 | 株式会社日立製作所 | Gate drive circuit, power conversion apparatus, and railway vehicle |
JPWO2017221417A1 (en) * | 2016-06-24 | 2018-08-16 | 株式会社日立製作所 | Gate drive circuit, power converter, and railway vehicle |
US10511301B2 (en) | 2016-06-24 | 2019-12-17 | Hitachi, Ltd. | Gate drive circuit, power conversion apparatus, and railway vehicle |
JP2018014794A (en) * | 2016-07-19 | 2018-01-25 | 株式会社豊田中央研究所 | Power conversion circuit |
JP6537749B1 (en) * | 2018-06-25 | 2019-07-03 | 三菱電機株式会社 | Self-feeding circuit and power converter |
WO2020003348A1 (en) * | 2018-06-25 | 2020-01-02 | 三菱電機株式会社 | Self-feeding circuit and power conversion device |
JP2020068559A (en) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 株式会社東芝 | Power converter |
JP6671545B1 (en) * | 2018-12-18 | 2020-03-25 | 三菱電機株式会社 | Power converter |
US11271488B2 (en) * | 2019-07-25 | 2022-03-08 | Smart Wires Inc. | System and method for FACTS device bypass mode operation and diagnostics |
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