JP2016134996A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、互いに直列に接続された複数台のセル変換器からなる電力変換装置に係り、特に、セル変換器の故障時等に当該セル変換器をバイパスする技術に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device including a plurality of cell converters connected in series with each other, and more particularly to a technique for bypassing the cell converter in the event of a failure of the cell converter.
モジュラー・マルチレベルコンバータ(MMC)は、IGBTなどのオン・オフ制御可能なスイッチング素子と直流コンデンサとで構成されたセル変換器の出力端子を互いに直列に接続することで、スイッチング素子の耐圧以上の電圧を出力できる回路方式であり、直流送電システム(HVDC)や無効電力補償装置(STATCOM)などへの応用が期待されている回路方式である。 A modular multi-level converter (MMC) connects the output terminals of cell converters composed of switching elements, such as IGBTs, which can be turned on and off, and DC capacitors in series with each other. It is a circuit system that can output a voltage, and is a circuit system that is expected to be applied to a direct current power transmission system (HVDC), a reactive power compensator (STATCOM), and the like.
例えば、特許文献1によれば、MMCは複数のセル変換器を直列(カスケード)接続して構成されている。各セル変換器は、スイッチング素子と直流コンデンサから構成された主回路と、他のセル変換器とカスケード接続するための外部端子と、外部端子の両端に接続するバイパス手段と、主回路の直流コンデンサからエネルギーを得てバイパス手段等を駆動する自給電源とを有する。 For example, according to Patent Document 1, the MMC is configured by connecting a plurality of cell converters in series (cascade). Each cell converter includes a main circuit composed of a switching element and a DC capacitor, an external terminal for cascading with other cell converters, bypass means connected to both ends of the external terminal, and a DC capacitor for the main circuit. A self-powered power source that obtains energy from and drives the bypass means and the like.
そして、スイッチング素子をオンオフ制御することにより、外部端子間の電圧を、該セル変換器の有する直流コンデンサの電圧か、または零に制御できる。バイパス手段は、セル変換器が故障した場合に当該セル変換器の出力を短絡可能なノーマリーオンの短絡スイッチであり、この短絡スイッチによって故障したセル変換器の出力は短絡されるため、セル変換器が故障してもシステムとして運転継続させることも可能である。 Then, by controlling on / off of the switching element, the voltage between the external terminals can be controlled to the voltage of the DC capacitor of the cell converter or zero. The bypass means is a normally-on short-circuit switch that can short-circuit the output of the cell converter when the cell converter fails, and the output of the failed cell converter is short-circuited by the short-circuit switch. It is also possible to continue operation as a system even if the device breaks down.
地上の接地点などの接地電位に対して、例えば、最大で数百kVの高電位差を持つ可能性があるセル変換器に対して地上の電源からバイパス手段やスイッチング素子の駆動装置やセル制御装置等のセル変換器内の電気機器への直接給電は、数百kVの絶縁耐圧を持った給電線や絶縁変圧器をセル変換器毎に用意する必要が有り、コスト・サイズ面で非常に困難である。従って、セル変換器内において、自給電源からの駆動電源で操作されるバイパス手段により故障したセル変換器を短絡してシステムの運転継続を図る方式は、絶縁設計も簡便となりMMCでは一般的な給電方法と言える。 With respect to a ground potential such as a grounding point on the ground, for example, a cell converter that may have a high potential difference of several hundreds kV at the maximum, a bypass means or a switching device driving device or a cell control device from a ground power supply Direct power supply to electrical devices in cell converters such as power converters with a dielectric strength of several hundred kV is required for each cell converter, which is very difficult in terms of cost and size. It is. Therefore, in the cell converter, the system for continuing the operation of the system by short-circuiting the failed cell converter by the bypass means operated by the drive power supply from the self-supplied power supply also simplifies the insulation design and is a general power supply in the MMC. It's a method.
また、例えば、特許文献2によれば、直流送電システムにおいて雷等によりプラス電位の線路とマイナス電位の線路との間が短絡する直流短絡事故が発生した時に、セル変換器を直流短絡循環電流から保護する手段を開示している。各セル変換器は、スイッチング素子と直流コンデンサから構成された主回路と、他のセル変換器とカスケード接続するための外部端子と、スイッチング素子と逆並列に接続されたフリーホイールダイオードと、このフリーホイールダイオードと並列に接続されたバイパス手段を有する。そして、バイパス手段は、直流短絡事故が発生した場合、フリーホイールダイオードの代わりに直流短絡循環電流を流す半導体エレメントであり、この半導体エレメントを直流短絡循環電流に対して大きな電流容量を有するものにすれば、セル変換器を直流短絡循環電流から保護することも可能である。
Further, for example, according to
特許文献1の場合、具体的には、セル変換器105毎にバイパス手段としてノーマリーオンの短絡スイッチ209が出力端子に並列に接続されている。自給電源208は、直流コンデンサ203と並列に接続され、短絡スイッチ209の駆動電力を自給電源208から供給する。従って、セル変換器105が停止した場合、自給電源208から駆動電力が供給されなくなるため、短絡スイッチ209が自己オンすることでセル変換器105の出力が短絡され、セル変換器105が1台故障しても電力変換装置として運転継続させることが可能となる。 In the case of Patent Document 1, specifically, a normally-on short-circuit switch 209 is connected in parallel to the output terminal as a bypass means for each cell converter 105. The self-power supply 208 is connected in parallel with the DC capacitor 203 and supplies drive power for the short-circuit switch 209 from the self-power supply 208. Accordingly, when the cell converter 105 is stopped, the driving power is not supplied from the self-supply power source 208. Therefore, the output of the cell converter 105 is short-circuited by the short-circuit switch 209 being turned on, and one cell converter 105 fails. Even in this case, it is possible to continue operation as a power conversion device.
このように、短絡スイッチ209が自己オンした状態では直流コンデンサ203には電流が流れない、つまり直流コンデンサ203にはエネルギーが蓄積されないので自給電源208から短絡スイッチ209に駆動電力が供給されない。そのため、短絡スイッチ209は自己では再度オフすることが出来ず、再度オフさせるにはシステムを運転停止させた状態で自給電源208以外の電源手段を用いて行う必要がある。 As described above, when the short-circuit switch 209 is in a self-ON state, no current flows through the DC capacitor 203, that is, no energy is stored in the DC capacitor 203, so that no driving power is supplied from the self-supply power source 208 to the short-circuit switch 209. For this reason, the short-circuit switch 209 cannot be turned off again by itself. To turn it off again, it is necessary to use a power supply means other than the self-power supply 208 in a state where the system is stopped.
また、仮に、直流送電システムに適用した場合で直流短絡事故が発生した時は、短絡スイッチ209をオンさせて短絡循環電流をバイパスすることが出来るが、一旦、短絡スイッチ209をオンさせてしまうと前述したように自己では再度オフすることが出来ず、直流短絡循環電流が除去されても全てのセル変換器がバイパス状態のままで保持されることになり、出力電圧が低下してシステムの運転が継続出来なくなってしまう。 If a DC short-circuit accident occurs when applied to a DC power transmission system, the short-circuit switch 209 can be turned on to bypass the short-circuit circulation current, but once the short-circuit switch 209 is turned on. As described above, it cannot be turned off again by itself, and even if the DC short circuit circulating current is removed, all cell converters will be held in the bypass state, and the output voltage will drop and the system will operate. Will not be able to continue.
また、特許文献2の構成において、セル変換器が故障した場合の保護を図ろうとする場合、バイパス手段は、直流送電システムにおいて直流短絡事故が発生した時の直流短絡循環電流に対してセル変換器の保護が出来るようにスイッチング素子と逆並列に接続され片方向の電流しか流すことが出来ない構造であるため、セル変換器が故障してもセル変換器の出力が片方向の電流が流れる期間つまり半周期しか短絡されないのでシステムの運転を継続することが出来なくなってしまう。
Further, in the configuration of
以上のように、特許文献1では、セル変換器の故障に対してシステムの継続運転を補償する保護動作は可能であるが、当該故障したセル変換器を復帰させるときはシステムの運転停止が欠かせない。また、直流短絡事故に対しては、システムの運転を継続しての保護動作は不可能となる。
また、特許文献2では、直流送電システムにおける、雷等の一過性の直流短絡事故時の保護動作は可能であるが、セル変換器の故障に対しては、確実な保護動作が補償できない。
As described above, in Patent Document 1, a protective operation for compensating the continuous operation of the system against a failure of the cell converter is possible, but it is necessary to stop the operation of the system when returning the failed cell converter. I wo n’t. In addition, for a DC short-circuit accident, it is impossible to perform a protection operation by continuing the operation of the system.
Further, in
この発明は、以上のような従来の課題を解決するためになされたもので、セル変換器の故障に対しても直流短絡事故に対しても、確実な保護動作が可能であり、システムとしての運転継続も可能となる電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, and is capable of reliable protection against a cell converter failure and a DC short-circuit accident. An object of the present invention is to provide a power converter capable of continuing operation.
この発明に係る電力変換装置は、互いに直列に接続された複数台のセル変換器からなる電力変換装置であって、各セル変換器は、スイッチング素子とコンデンサとから構成された主回路、この主回路を外部に導出するための一対の外部端子、この一対の外部端子の間を短絡可能なバイパス手段、スイッチング素子をオンオフ制御することにより一対の外部端子とコンデンサとの間で電力変換を行うゲート駆動装置、およびコンデンサの電圧を入力してゲート駆動装置に給電する自己給電装置を備えた電力変換装置において、
非接触電力伝送方式により接地電位から各セル変換器のバイパス手段に駆動電力を供給する非接触給電装置を備えたものである。
A power conversion device according to the present invention is a power conversion device including a plurality of cell converters connected in series to each other, and each cell converter includes a main circuit including a switching element and a capacitor, A pair of external terminals for deriving the circuit to the outside, bypass means capable of short-circuiting between the pair of external terminals, and a gate for performing power conversion between the pair of external terminals and the capacitor by controlling on / off of the switching element In the power conversion device including the driving device and the self-feeding device that inputs the voltage of the capacitor to feed the gate driving device,
A non-contact power feeding device that supplies driving power from the ground potential to the bypass means of each cell converter by a non-contact power transmission system is provided.
この発明に係る電力変換装置は、以上のように、非接触電力伝送方式により接地電位から各セル変換器のバイパス手段に駆動電力を供給する非接触給電装置を備えたので、セル変換器の故障に対しても直流短絡事故に対しても、確実な保護動作が可能であり、システムとしての運転継続も可能となる。 As described above, the power conversion device according to the present invention includes the non-contact power supply device that supplies drive power from the ground potential to the bypass means of each cell converter by the non-contact power transmission method. Therefore, it is possible to perform a reliable protection operation against a DC short-circuit accident, and it is possible to continue operation as a system.
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による電力変換装置の構成を示す図である。電力変換装置は、互いに直列に(カスケード)接続されたセル変換器100a、100b、100c・・・を備えている。以下、代表して、セル変換器100aを同100としてその構成について説明する。
Embodiment 1 FIG.
1 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. The power conversion device includes
IGBTなどのオン・オフ制御可能なスイッチング素子1a、1bが互いに直列に接続されこれにコンデンサ2が接続されて主回路20を構成している。なお、各スイッチング素子1a、1bには、それぞれダイオードが逆並列に接続されている。この主回路20は、一対の外部端子X1、X2により外部に導出され、他のセル変換器100b、100cと接続される。そして、これら外部端子X1、X2には、バイパス手段5が接続されている。
Switching
更に、主回路20のコンデンサ2の電圧を入力し、後述するゲート駆動装置4およびその他セル変換器100内の機器に給電する自己給電装置3を備えている。
なお、自己給電装置3としては、主回路20の動作で変動するコンデンサ2の高電圧を一定の低電圧に変換するDC/DCコンバータで構成するのが普通である。
Furthermore, a self-power feeding device 3 is provided that inputs the voltage of the
The self-feeding device 3 is usually constituted by a DC / DC converter that converts the high voltage of the
ゲート駆動装置4は、第一給電線6を介して自己給電装置3から給電される電力に基づき、スイッチング素子1a、1bをオンオフ制御することにより一対の外部端子X1、X2とコンデンサ2との間で電力変換を行い、外部端子X1、X2の間に、コンデンサ2の電圧または零電圧を出力する。
The
バイパス手段5は、正常時は開放状態で、セル変換器100の故障や直流短絡事故時に、それを検出して短絡動作し、外部端子X1、X2間を短絡する。そして、このバイパス手段5は、送電側給電装置7と受電側給電装置8とからなる非接触給電装置により、接地電位から駆動電力の供給を受けて動作する。
The bypass means 5 is in an open state when it is normal, and when a failure of the cell converter 100 or a DC short-circuit accident occurs, it is detected and short-circuited to short-circuit between the external terminals X1 and X2. The bypass means 5 operates by receiving drive power from the ground potential by a non-contact power feeding device including the power transmission side
送電側給電装置7と受電側給電装置8との間に必要な空間絶縁距離を確保することで絶縁仕様を満足させつつ、非接触電力伝送方式により送電側給電装置7から受電側給電装置8へ非接触駆動電力9を伝送する。
この非接触電力伝送方式は、古くは20世紀初頭から開発が始まったとされるが、その伝送エネルギーはごく低いものであった。その後、伝送効率、伝送エネルギー、離反距離の増大に向けた開発が進められ21世紀に入って実用例が拡大している。
By securing a necessary space insulation distance between the power transmission side
This non-contact power transmission system is said to have been developed from the beginning of the 20th century, but its transmission energy was very low. Since then, developments for increasing transmission efficiency, transmission energy, and separation distance have been promoted, and practical examples have expanded in the 21st century.
本願発明は、高電圧仕様のこの種電力変換装置における保護動作を担うバイパス手段の駆動方式に、この非接触電力伝送方式を創造的に適用することで、従来からの課題を解決するものである。
非接触電力伝送の具体的な方式としては、磁束を媒介とする電磁誘導を用いた電磁誘導方式、電磁界の共鳴現象を利用した電磁界共鳴方式、電力を電磁波に変換してアンテナを介して伝送する電波方式、更には、レーザー光線を利用したレーザー方式等が存在する。
しかし、いずれも伝送電力には限界が避けられず、本願装置への適用にあたってもその低減化が重要で、説明の便宜上、この非接触給電装置7、8に要求される伝送電力の低減策については、主として後段の実施の形態2以降で説明するものとし、以下、図1のバイパス手段5に戻り、その具体例につき説明する。
The present invention solves the conventional problems by creatively applying this non-contact power transmission system to the drive system of the bypass means responsible for the protective operation in this type of power converter of high voltage specification. .
Specific methods for contactless power transmission include electromagnetic induction using electromagnetic induction through magnetic flux, electromagnetic resonance using electromagnetic resonance, and converting power into electromagnetic waves via an antenna. There are a radio system for transmission, and a laser system using a laser beam.
However, in both cases, there is an unavoidable limit to the transmission power, and it is important to reduce the transmission power when applied to the device of the present application. For convenience of explanation, the transmission power reduction measures required for the non-contact
図2は、バイパス手段5の一例としての機械スイッチ11を用いる場合の内部構成を示す。
機械スイッチ11を用いたものは、金属接点を有し、真空式スイッチや電磁式スイッチも含まれ、双方向に電流を流すことが出来る。受電側給電装置8から第二給電線10を通じて励磁コイル等で構成された機械スイッチ用駆動装置12に駆動エネルギーを与えることで、機械スイッチ11を短絡動作もしくは開放動作させることが出来る。
FIG. 2 shows an internal configuration when a
The one using the
図3は、バイパス手段5の一例としての半導体スイッチ13を用いる場合の内部構成を示す。
半導体スイッチ13は、サイリスタやIGBT等の高速スイッチング可能なスイッチング素子13a、13bを互いを逆並列に接続して構成することにより、双方向に電流を流すことが出来る。受電側給電装置8から第二給電線10を通じて電子回路で構成された半導体スイッチ用駆動装置14に駆動エネルギーを与えることで、半導体スイッチ13を短絡動作もしくは開放動作させることが出来る。
FIG. 3 shows an internal configuration when using the
The
次に、電力変換装置におけるバイパス手段5による保護動作について説明する。本発明での理解を容易とするため、先の課題の欄でも簡単に触れたが、先ず、従来の場合の保護動作を図4、図5を参照して説明する。
Next, the protection operation by the
図4は、特許文献1に示された従来例の構成によるバイパス手段の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
同図(a)のセル変換器故障時は、既述したように、セル変換器の故障で自給電源から駆動電力が供給されなくなり、バイパス手段が自己オンすることでセル変換器の出力が短絡され、バイパス手段に環流することで電流が減衰し、その時点で故障は終了する。このように、セル変換器が1台故障しても電力変換装置として運転継続が可能となる。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation timing of the bypass means according to the configuration of the conventional example shown in Patent Document 1.
When the cell converter in FIG. 5A fails, as described above, drive power is not supplied from the self-supplied power supply due to the cell converter failure, and the output of the cell converter is short-circuited when the bypass means is turned on. Then, the current is attenuated by circulating to the bypass means, and the failure ends at that time. Thus, even if one cell converter fails, the operation as a power converter can be continued.
同図(b)は直流短絡事故の発生を想定したもので、直流短絡事故の発生で各セル変換器のバイパス手段をオンさせ短絡循環電流をバイパスすることが出来るが、一旦オンしたバイパス手段は再度オフすることは出来ない。従って、直流短絡事故が除去されても、すべてのセル変換器がバイパス状態のままで保持されるため、出力電圧が低下して電力変換装置として運転の継続が出来なくなる。 The figure (b) assumes the occurrence of a DC short-circuit accident. By the occurrence of a DC short-circuit accident, the bypass means of each cell converter can be turned on to bypass the short-circuit circulation current. It cannot be turned off again. Therefore, even if the DC short-circuit accident is removed, since all the cell converters are held in the bypass state, the output voltage is lowered and the operation as the power converter cannot be continued.
図5は、特許文献2に示された従来例の構成によるバイパス手段の動作タイミングを示すタイミングチャートである。
同図(a)はセル変換器の故障を想定したもので、バイパス手段は、既述したように、スイッチング素子と逆並列に接続され片方向の電流しか流せない構造であるため、セル変換器が故障しても印加電圧の半周期に相当する期間しか短絡されず、セル変換器の故障は継続して電力変換装置として運転の継続が出来なくなる。
FIG. 5 is a timing chart showing the operation timing of the bypass means according to the configuration of the conventional example shown in
FIG. 6A assumes a cell converter failure. Since the bypass means is connected in reverse parallel to the switching element and can flow only one-way current, as described above, the cell converter Even if a failure occurs, only a period corresponding to a half cycle of the applied voltage is short-circuited, and the failure of the cell converter continues and the operation as a power conversion device cannot be continued.
同図(b)の直流短絡事故発生時は、直流短絡事故の発生でバイパス手段がオンした後、上記半周期に相当する期間内に直流短絡事故が除去されると、同期間終了でバイパス手段がオフに復帰し電力変換装置として運転継続が可能となる。 When the DC short-circuit accident shown in FIG. 5B occurs, if the DC short-circuit accident is removed within the period corresponding to the half cycle after the bypass means is turned on due to the occurrence of the DC short-circuit accident, Is turned off, and the operation as a power conversion device can be continued.
以上のように、セル変換器故障および直流短絡事故発生の両者において、電力変換装置としての運転継続を前提とする、バイパス手段による保護動作は、図4、5の従来のいずれの場合においても実現することができない。更に、前者図4の特許文献1のものでは、一旦オンしたバイパス手段は、他の別電源を用意して駆動電力を供給しなければオフ状態に復帰させることが出来ないという不具合がある。 As described above, in both the cell converter failure and the DC short-circuit accident occurrence, the protective operation by the bypass means, which is based on the continuation of the operation as the power conversion device, is realized in any of the conventional cases of FIGS. Can not do it. Further, in the former one of FIG. 4 of FIG. 4, there is a problem that the bypass means once turned on cannot be returned to the OFF state unless another power source is prepared and driving power is supplied.
この発明の実施の形態1による電力変換装置は、この実現を可能とするもので、以下、図6のタイミングチャートを参照して説明する。
同図(a)は、セル変換器故障時のバイパス手段5の動作を示す。セル変換器100が故障すると、これを図示しない検出器が探知し、自己給電装置3とは別に設けられた送電側給電装置7から送電された非接触駆動電力9を受電側給電装置8で受電し、第二給電線10を通じてバイパス手段5を短絡動作させる。
The power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention enables this realization, and will be described below with reference to the timing chart of FIG.
FIG. 4A shows the operation of the bypass means 5 when the cell converter is faulty. When the cell converter 100 breaks down, a detector (not shown) detects this, and the
バイパス手段5の駆動電力を自己給電装置3から得ていないため、同図(a)に示すように、セル変換器100の故障が終了すると、バイパス手段5を開放動作させることが可能である。
従って、この時点で、電力変換装置は元の電力容量の状態での運転継続が可能となる。
Since the drive power of the bypass means 5 is not obtained from the self-power feeding device 3, the bypass means 5 can be opened when the failure of the cell converter 100 is completed, as shown in FIG.
Therefore, at this time, the power conversion device can continue operation in the state of the original power capacity.
次に、同図(b)は、直流短絡事故発生時のバイパス手段5の動作を示す。事故の発生により、スイッチング素子1bのフリーホイールダイオードに直流短絡循環電流が流れるとスイッチング素子1bが破損してしまうため、送電側給電装置7から送電された非接触駆動電力9を受電側給電装置8で受電し、第二給電線10を通じてバイパス手段5を短絡動作させ、直流短絡循環電流をバイパス手段5にも分流させることで、スイッチング素子1bの破損を防止する。
直流短絡循環電流が除去された場合、バイパス手段5を開放動作させることで電力変換装置を安全に運転継続させることも可能である。
Next, FIG. 4B shows the operation of the bypass means 5 when a DC short-circuit accident occurs. When a DC short circuit circulating current flows through the free wheel diode of the
When the DC short circuit circulating current is removed, the power converter can be safely operated continuously by opening the bypass means 5.
以上のように、この発明の実施の形態1による電力変換装置においては、非接触電力伝送方式により接地電位から各セル変換器100のバイパス手段5に駆動電力を供給する、送電側給電装置7と受電側給電装置8とからなる非接触給電装置を備えたので、セル変換器の故障に対しても直流短絡事故に対しても、確実な保護動作が可能であり、電力変換装置として、従って、システムとしての運転継続も可能となる。
As described above, in the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention, the power transmission side
実施の形態2.
実施の形態2以降は、先にも触れたように、非接触電力伝送方式では、その方式の種別に拘わらず、現段階では、伝送できる電力がまだまだ制約されることから、非接触給電装置7、8に要求される伝送電力の低減を図るものである。
In the second and subsequent embodiments, as described above, in the non-contact power transmission method, the power that can be transmitted is still limited at this stage regardless of the type of the method. , 8 is intended to reduce the transmission power required.
図7は、この発明の実施の形態2による電力変換装置の構成を示す図である。先の実施の形態1の場合と異なるのは、新たに設けた給電装置切換スイッチ16およびこれに関連する構成が異なるだけであるので、以下これらを中心に説明する。
給電装置切換スイッチ16は、バイパス手段5と受電側給電装置8との間に挿入されている。そして、この給電装置切換スイッチ16には、第二給電線10を介して受電側給電装置8からの出力と、これに加えて、第一給電線6を介して自己給電装置3からの出力とを入力可能な構成としている。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to
The power feeding
更に、バイパス手段5の接点可動部に設けられたマイクロスイッチ等のセンサから、バイパス手段5が短絡状態にあるか開放状態にあるかを示す状態信号15を給電装置切換スイッチ16に取り込む。そして、この状態信号15に応じて、バイパス手段5への駆動電力の供給元を、第二給電線10を介した非接触給電装置7、8または第一給電線6を介した自己給電装置3に切り換える。
Further, a
ここで、本願で対象とする電力変換装置で用いるバイパス手段5の特にその開閉特性に要求される特徴について説明する。
この種のバイパス手段5として第一義に要求される責務は、既述したとおり、セル変換器100の故障が発生したとき、それまで開放状態にある外部端子X1、X2間を速やかに短絡することでシステムとしての運転継続を可能とすることである。これに対し、一旦短絡状態となったバイパス手段5を開放する動作は、当該セル変換器100の故障が回復した段階で当該セル変換器100を元の回路に復帰させるためであり、短絡動作時に比べると低速の動作でよい。
Here, the characteristic requested | required by the opening / closing characteristic of the bypass means 5 used with the power converter device made into object by this application is demonstrated.
As described above, the duty that is primarily required as this type of bypass means 5 is to quickly short-circuit between the external terminals X1 and X2 that have been open until then when a failure of the cell converter 100 occurs. This is to enable continuous operation as a system. On the other hand, the operation of opening the bypass means 5 once short-circuited is for returning the cell converter 100 to the original circuit when the failure of the cell converter 100 is recovered. Compared to this, low-speed operation is sufficient.
即ち、この種のバイパス手段5にあっては、その短絡動作は高速動作が必要で従って比較的大きな駆動電力を要し、その開放動作は低速動作でよく従って比較的小さい駆動電力でよいと言える。
この点、電力・配電・変電系統において正常時短絡状態で使用される通常の遮断器が、事故時における線路の開放が第一義の責務であり、開放動作時に高速動作、従って大きな駆動電力を要するものであるのと大きく異なる。
That is, in this type of bypass means 5, the short-circuit operation requires a high speed operation, and therefore requires a relatively large drive power, and the open operation may be a low-speed operation and therefore may require a relatively small drive power. .
In this regard, a normal circuit breaker used in a normal short-circuit state in a power / distribution / transformer system is primarily responsible for opening the line in the event of an accident, and operates at high speed during open operation, and therefore requires a large amount of drive power. It is very different from what is required.
この発明の実施の形態2による電力変換装置は、上述した、この種バイパス手段5に要求される開閉特性の特徴に創造的に着目してなされたもので、状態信号15が短絡状態を示しているときは、給電装置切換スイッチ16は、第二給電線10を選択してバイパス手段5に接続し、この状態からバイパス手段5が開放指令を入力すると、第二給電線10を介した非接触給電装置7、8からの非接触駆動電力9により開放動作を行う。また、状態信号15が開放状態を示しているときは、給電装置切換スイッチ16は、第一給電線6を介した自己給電装置3からの駆動電力により短絡動作を行う。
The power conversion device according to the second embodiment of the present invention was made by creatively focusing on the characteristics of the opening / closing characteristics required for the above-described bypass means 5, and the
以上の構成により、非接触給電装置7、8は、バイパス手段5の短絡動作および開放動作の両者での駆動電力を供給する場合に比較して、必要な駆動電力が比較的小さい開放動作のみ駆動電力を供給すればすむので、非接触給電装置7、8に要求される伝送電力を大幅に低減でき、その適用が容易になるという効果がある。
また、自己給電装置3も、バイパス手段5の開放状態では、コンデンサ2から十分なエネルギーを得ているので、短絡指令時、バイパス手段5に必要な駆動電力を確実に供給することが出来る。そして、コンデンサ2の電圧が低減また0となりコンデンサ2から十分なエネルギーが得られない、バイパス手段5が短絡状態にあるときは、代わって非接触給電装置7、8がバイパス手段5に駆動電力を供給するので、開放指令時、バイパス手段5は、開放動作を支障なく実行することが出来る。
With the above configuration, the non-contact
Further, since the self-power feeding device 3 also obtains sufficient energy from the
即ち、バイパス手段5への駆動電力の供給方式に関して、非接触給電装置7、8と自己給電装置3とは、この種のバイパス手段5の開閉特性の特徴を有効に活かすことで極めて合理的な役割分担を果たしていると言える訳である。
That is, with respect to the method of supplying driving power to the bypass means 5, the non-contact
以上のように、この発明の実施の形態2による電力変換装置においては、バイパス手段5を、その短絡動作は比較的大きな駆動電力による高速動作を行い、開放動作は比較的小さな駆動電力による低速動作を行う開閉特性を備えたものとするとともに、バイパス手段5が短絡状態にあるときは、非接触給電装置7、8からバイパス手段5に駆動電力を供給し、バイパス手段5が開放状態にあるときは自己給電装置3からバイパス手段5に駆動電力を供給するよう、バイパス手段5の状態が短絡か開放かを示す状態信号15に応じてバイパス手段5への駆動電力の供給元を非接触給電装置7、8または自己給電装置3に切り換える給電装置切換スイッチ16を備えたので、バイパス手段5の短絡・開放の動作が支障なく確実になされるとともに、非接触給電装置7、8に要求される伝送電力を大幅に低減でき、その適用が容易になるという効果がある。
As described above, in the power conversion device according to the second embodiment of the present invention, the bypass means 5 performs a high-speed operation with a relatively large drive power in the short-circuit operation, and a low-speed operation with a relatively small drive power in the open operation. When the bypass means 5 is in a short-circuited state, driving power is supplied from the non-contact
実施の形態3.
図8は、この発明の実施の形態3による電力変換装置の構成を示す図である。
先の実施の形態2における図7に示す構成に加え、更に、図8に示す非接触給電指令装置17を付加することで、非接触給電装置7、8に要求される伝送電力の一層の低減を図ったものである。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 8 is a diagram showing a configuration of a power conversion device according to Embodiment 3 of the present invention.
In addition to the configuration shown in FIG. 7 in the second embodiment, a non-contact power
即ち、図に示すように、非接触給電指令装置17は、バイパス手段5の状態が短絡か開放かを示す状態信号15を入力し、状態信号15が短絡状態を示すときのみ、即ち、バイパス手段5が開放動作に向けた待機状態にあるときのみ非接触給電装置の送電側給電装置7に起動指令を出力する。
従って、状態信号15が開放状態を示しているとき、即ち、バイパス手段5が短絡動作に向けた待機状態にあるときは送電側給電装置7に起動指令を出力しない。従って、この間は、非接触給電装置7、8は、待機電力をも消費することがなくなり、非接触給電装置7、8に要求される責務が一層軽減され、その適用がより容易になされる訳である。
That is, as shown in the figure, the non-contact power
Therefore, when the
以上のように、この発明の実施の形態3による電力変換装置においては、バイパス手段5が短絡状態にあるときのみ送電側給電装置7に起動指令を出力する非接触給電指令装置17を備えたので、非接触給電装置7、8に要求される責務が一層軽減され、その適用がより容易になされる。
As described above, the power conversion device according to Embodiment 3 of the present invention includes the non-contact power
実施の形態4.
特別の図示は省略するが、先の実施の形態1の図3で説明した、バイパス手段5として半導体スイッチ13を使用する場合、そのスイッチング素子13a、13bに光トリガスイッチング素子を採用した光トリガ半導体スイッチとしたものである。
これに伴い、非接触給電装置は、この光トリガ半導体スイッチをオンオフ駆動する光駆動信号を伝送する光ファイバケーブルで構成する。
Although not specifically shown, when the
Along with this, the non-contact power feeding apparatus is configured by an optical fiber cable that transmits an optical drive signal for driving the optical trigger semiconductor switch on and off.
光ファイバケーブルは、一般に、高電位差が存在する部所間に介在させる設計は比較的容易であることから、この実施の形態4による電力変換装置においては、先の実施の形態2、3の採否に拘わらず、非接触給電装置の適用が容易となる利点がある。 In general, it is relatively easy to design an optical fiber cable between parts where a high potential difference exists. Therefore, in the power conversion device according to the fourth embodiment, whether or not the second and third embodiments are adopted is acceptable. Regardless of this, there is an advantage that the application of the non-contact power feeding device becomes easy.
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。 It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.
1a,1b スイッチング素子、2 コンデンサ、3 自己給電装置、
4 ゲート駆動装置、5 バイパス手段、6 第一給電線、7 送電側給電装置、
8 受電側給電装置、9 非接触駆動電力、10 第二給電線、11 機械スイッチ、
12 機械スイッチ用駆動装置、13 半導体スイッチ、
13a,13b スイッチング素子、14 半導体スイッチ用駆動装置、
15 状態信号、16 給電装置切換スイッチ、17 非接触給電指令装置、
20 主回路、100,100a〜100c セル変換器、X1,X2 外部端子。
1a, 1b switching element, 2 capacitor, 3 self-feeding device,
4 Gate drive device, 5 Bypass means, 6 First feed line, 7 Power transmission side feed device,
8 Power-receiving-side power supply device, 9 Non-contact driving power, 10 Second power supply line, 11 Mechanical switch,
12 drive device for mechanical switch, 13 semiconductor switch,
13a, 13b switching element, 14 driving device for semiconductor switch,
15 status signal, 16 power feeding device changeover switch, 17 contactless power feeding command device,
20 Main circuit, 100, 100a to 100c Cell converter, X1, X2 External terminal.
Claims (8)
前記各セル変換器は、スイッチング素子とコンデンサとから構成された主回路、この主回路を外部に導出するための一対の外部端子、この一対の外部端子の間を短絡可能なバイパス手段、前記スイッチング素子をオンオフ制御することにより前記一対の外部端子と前記コンデンサとの間で電力変換を行うゲート駆動装置、および前記コンデンサの電圧を入力して前記ゲート駆動装置に給電する自己給電装置を備えた電力変換装置において、
非接触電力伝送方式により接地電位から前記各セル変換器の前記バイパス手段に駆動電力を供給する非接触給電装置を備えたことを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device comprising a plurality of cell converters connected in series with each other,
Each cell converter includes a main circuit composed of a switching element and a capacitor, a pair of external terminals for deriving the main circuit to the outside, bypass means capable of short-circuiting between the pair of external terminals, and the switching Electric power provided with a gate driving device that performs power conversion between the pair of external terminals and the capacitor by controlling on / off of the element, and a self-feeding device that inputs the voltage of the capacitor and supplies power to the gate driving device In the conversion device,
A power conversion device comprising a non-contact power supply device that supplies driving power from a ground potential to the bypass means of each cell converter by a non-contact power transmission method.
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