JP2018014836A - Ｄｃ−ｄｃコンバータ及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンバータモジュールの一部が故障によって停止した場合でも運転継続可能なこと。【解決手段】本発明のＤＣ−ＤＣコンバータは、上記課題を解決するために、ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの第１のコンバータユニットが直列に接続されると共に、第２のコンバータユニットが並列に接続されて構成され、１つのＤＣ−ＤＣコンバータモジュールは、第１のコンバータユニットの故障を検知し、故障した第１のコンバータユニットが存在するＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを停止するモジュールコントローラと、第１のコンバータユニットの故障が検知された際に、その故障が検知された第１のコンバータユニットが存在するＤＣ−ＤＣコンバータモジュールと他のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを電気的に接続するスイッチと、故障した第１のコンバータユニットを回路から電気的に切り離す遮断器とを備えていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明はＤＣ−ＤＣコンバータ及びその運転方法に係り、特に、複数のＤＣ−ＤＣコンバータモジュールで構成されるものに好適なＤＣ−ＤＣコンバータ及びその運転方法に関する。

風力発電装置は、自然エネルギーを利用したクリーンな発電方式であり、地球環境改善の観点から世界的に導入普及が進んでいる。この風力発電装置は、個々の出力が小さいために、複数の風力発電装置をウィンドファームとして設け、これらの出力を纏めて電力系統網に接続している。また、風況（風の強弱）や土地の制約或いは騒音や景観等の影響によって設置場所が制限されるため、ウィンドファームから電力系統網への送電距離が長くなる傾向にある。

このような遠隔地に設置された大規模ウィンドファームの送電方法としては、交流送電に比べて送電損失の少ない直流送電が有効である。ウィンドファームを直流送電系統に連系するためには、風車の回転エネルギーによって得られた交流出力を直流に変換し、更に、直流変換された電圧を所定の送電電圧に昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータが必要となる。

このようなＤＣ−ＤＣコンバータの先行技術文献として、特許文献１を挙げることができる。

この特許文献１には、複数ある絶縁型ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの第１の端子の各々が並列に接続され、第２の端子各々が直列に接続されたＤＣ−ＤＣコンバータの構成とその制御方法が開示されている。

特開２０１５−６０６６号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示されているＤＣ−ＤＣコンバータの構成では、ＤＣ−ＤＣコンバータが複数のコンバータモジュールで構成された場合、コンバータモジュールの一部が故障すると、故障の様相によっては、ＤＣ−ＤＣコンバータ全体を一旦停止しなければならないという問題があった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、コンバータモジュールの一部が故障によって停止した場合でも運転継続可能なＤＣ−ＤＣコンバータ及びその運転方法を提供することにある。

本発明のＤＣ−ＤＣコンバータは、上記目的を達成するために、第１のコンバータユニットと第２のコンバータユニットから成るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを複数備え、それぞれの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの前記第１のコンバータユニットが直列に接続されると共に、それぞれの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの前記第２のコンバータユニットが並列に接続されて構成されるＤＣ−ＤＣコンバータであって、１つの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールは、前記第１又は第２のコンバータユニットの故障を検知し、故障した前記第１又は第２のコンバータユニットが存在する前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを停止するモジュールコントローラと、少なくとも前記第１又は第２のコンバータユニットの故障が検知された際に、その故障が検知された前記第１又は第２のコンバータユニットが存在する前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールと他の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを電気的に接続するスイッチと、故障した少なくとも前記第１又は第２のコンバータユニットを回路から電気的に切り離す遮断器とを備えていることを特徴とする。

また、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの運転方法は、上記目的を達成するために、第１のコンバータユニットと第２のコンバータユニットから成るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを複数備え、それぞれの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの前記第１のコンバータユニットが直列に接続されると共に、それぞれの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの前記第２のコンバータユニットが並列に接続されて構成されるＤＣ−ＤＣコンバータを運転するに当たって、１つの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールは、モジュールコントローラで前記第１又は第２のコンバータユニットの故障を検知すると共に、故障した前記第１又は第２のコンバータユニットが存在する前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを停止させ、少なくとも前記第１又は第２のコンバータユニットの故障が検知された際に、その故障が検知された前記第１又は第２のコンバータユニットが存在する前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールと他の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールをスイッチで電気的に接続し、かつ、故障した少なくとも前記第１又は第２のコンバータユニットを遮断器で回路から電気的に切り離すことを特徴とする。

本発明によれば、コンバータモジュールの一部が故障によって停止した場合でも運転継続が可能となる。

本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例１を示す概略構成図である。 本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例１に用いられるモジュールコントローラと中央制御装置を示す制御ブロック図である。 本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例１に用いられるモジュールコントローラを構成するモジュール停止操作部における処理の流れを示すフローチャートである。 本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例１に用いられる中央制御装置を構成する搬送波位相調整部における処理の流れを示すフローチャートである。 本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例１に用いられるモジュールコントローラを構成する搬送波作成部の構成を示す演算ブロック図である。 本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例１に用いられるモジュールコントローラを構成するゲートパルス作成部の構成を示す演算ブロック図である。 図６に示すゲートパルス作成部におけるゲートパルスの作成方法を説明するための図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明のＤＣ−ＤＣコンバータ及びその運転方法を説明する。

図１に、本発明のＤＣ−ＤＣコンバータの実施例１の概略構成を示す。

該図に示す如く、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータは、第１のコンバータユニット１１と第２のコンバータユニット１６から成るＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０を複数備え、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０の第１のコンバータユニット１１が直列に接続されると共に、それぞれのＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０の第２のコンバータユニット１６が並列に接続されて構成されている。

そして、本実施例での１つのＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０は、第１のコンバータユニット１１の故障を検知し、故障した第１のコンバータユニット１１が存在するＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０を停止するモジュールコントローラ１００と、第１のコンバータユニット１１の故障が検知された際に、その故障が検知された第１のコンバータユニット１１が存在するＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０と他のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０を電気的に接続するバイパススイッチ１２と、故障した第１のコンバータユニット１１を回路から電気的に切り離す第１のコンバータユニット遮断器１３と、第１のコンバータユニット１１と第１のコンバータユニット遮断器１３の間には、故障が検知された第１のコンバータユニット１１を機械的に脱着する第１のコンバータユニット脱着部１４ａと、第２のコンバータユニット１６と第２のコンバータユニット遮断器１７の間には、故障が検知された第２のコンバータユニット１６を機械的に脱着する第２のコンバータユニット脱着部１８ａとを備えて概略構成されている。

即ち、複数台で構成されるＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０は、第１のコンバータユニット１１と第２のコンバータユニット１６が、高周波トランス１５を介して接続される絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータであり、高圧側端子２０には、各ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０のバイパススイッチ１２、第１のコンバータユニット遮断器１３、第１のコンバータユニット脱着部１４ａを介して第１のコンバータユニット１１が直列に接続されている。一方、低圧側端子３０には、第２のコンバータユニット遮断器１７、第２のコンバータユニット脱着部１８ａを介して第２のコンバータユニット１６が並列に接続されている。

なお、第１のコンバータユニット１１と高周波トランス１５の間には第１のコンバータユニット脱着部１４ｂが、第２のコンバータユニット１６と高周波トランス１５の間には第２のコンバータユニット脱着部１８ｂが配置されている。

第１のコンバータユニット１１と第２のコンバータユニット１６は、ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子で構成される交直電力変換器、或いはダイオード整流器を備えている。半導体スイッチング素子のオン・オフは、モジュールコントローラ１００によって制御される。また、第１及び第２のコンバータユニット１１及び１６は、半導体スイッチング素子やダイオードなどの故障を検知し、その故障信号をモジュールコントローラ１００に伝送する機能を有している。

バイパススイッチ１２は、故障した第１のコンバータユニット１１の直流部を短絡するスイッチである。また、第１のコンバータユニット遮断器１３は、故障した第１のコンバータユニット１１を電気的に切り離すスイッチである。第１のコンバータユニット脱着部１４ａ、１４ｂは、故障した第１のコンバータユニット１１を物理的（機械的）に脱着できる機構である。

第２のコンバータユニット遮断器１７は、故障した第２のコンバータユニット１６を電気的に切り離すスイッチである。第２のコンバータユニット脱着部１８ａ、１８ｂは、故障した第２のコンバータユニット１６を物理的（機械的）に脱着できる機構である。

バイパススイッチ１２と、第１及び第２のコンバータユニット遮断器１３及び１７は、モジュールコントローラ１００からのオン・オフ信号によって開閉操作される。

図１に示す中央制御装置２００は、ＤＣ−ＤＣコンバータ全体を統括的に制御する機能を有し、各モジュールコントローラ１００に制御指令値を伝送する。

モジュールコントローラ１００と中央制御装置２００は、アナログ・デジタル信号の入出力ポート、マイクロプロセッサ、通信機能等を備えたデジタル制御演算装置である。

次に、図２を用いて、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるモジュールコントローラ１００と中央制御装置２００について説明する。

図２に示す如く、複数で構成されるモジュールコントローラ１００には、それぞれにモジュール停止操作部１０１、搬送波作成部１０２、ゲートパルス作成部１０３を備えている。なお、各変数名（ＧＢ、ＧＰ１、ＧＰ２、ＧＰ３、ＧＰ４、ＭＳ、ＳＴＷ、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＴＨ、ＹＢ）の末尾のｎは、各ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０の識別番号を示すものである。

モジュール停止操作部１０１では、ユニット故障信号ＹＢｎを入力とし、バイパススイッチ１２のオン・オフ信号ＳＷ１ｎと、第１のコンバータユニット１１の第１のコンバータユニット遮断器１３のオン・オフ信号ＳＷ２ｎと、第２のコンバータユニット１６の第２のコンバータユニット遮断器１７のオン・オフ信号ＳＷ３ｎをそれぞれのスイッチに出力し、ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０のスイッチングを停止するためのゲートブロック信号ＧＢｎを、ゲートパルス作成部１０３に出力する。また、ユニット故障により、該当の識別番号のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０が停止したことを意味するモジュール停止信号ＭＳｎを、中央制御装置２００を構成する搬送波位相調整部２０３に伝送する。

搬送波作成部１０２では、搬送波位相調整部２０３からの位相角ＴＨｎに応じて、搬送波ＳＴＷｎを作成し、ゲートパルス作成部１０３に出力する。

ゲートパルス作成部１０３では、中央制御装置２００を構成する変調波変換部２０２からの４つの変調波ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、ＤＴ４と搬送波ＳＴＷｎに基づいて、第１のコンバータユニット１１、若しくは第２のコンバータユニット１６の半導体スイッチング素子をオン・オフするためのゲートパルスＧＰ１ｎ、ＧＰ２ｎ、ＧＰ３ｎ、ＧＰ４ｎを作成する。

中央制御装置２００を構成するコンバータ制御部２０１は、ＤＣ−ＤＣコンバータの直流電圧や電流などの出力を制御する機能を有し、これらの出力を所定の値に制御するための変調波指令ＤＴ０を変調波変換部２０２に出力する。

変調波変換部２０２では、コンバータ制御部２０１からの変調波指令ＤＴ０を、下記の式１、式２、式３及び式４を用いて４つの変調波指令ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、ＤＴ４に変換する。

ＤＴ１＝０.２５−０.２５×ＤＴ０ （式１）
ＤＴ２＝０.７５−０.２５×ＤＴ０ （式２）
ＤＴ３＝０.２５＋０.２５×ＤＴ０ （式３）
ＤＴ４＝０.７５＋０.２５×ＤＴ０ （式４）
搬送波位相調整部２０３では、モジュール停止操作部１０１からのモジュール停止信号ＭＳｎを入力とし、各ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０の搬送波位相角ＴＨｎを演算する。

次に、図３を用いて、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるモジュールコントローラ１００を構成するモジュール停止操作部１０１における処理の流れを説明する。

該図に示す如く、初めに、ステップＳ１０１−１で故障したユニットがあるか否かを判定する。ステップＳ１０１−１の判定で、故障したユニットがある場合（ＹＢｎ＝１の場合）は、ステップＳ１０１−２に進み、故障したユニットがない場合（ＹＢｎ＝０の場合）は、ステップＳ１０１−３の処理に進む。

ステップＳ１０１−２では、該当の識別番号のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０のゲートブロック信号ＧＢｎを０（ＯＮ：ゲートブロックの状態）に、バイパススイッチ１２のオン・オフ信号ＳＷ１ｎを１（閉入状態）に、第１のコンバータユニット１１の第１のコンバータユニット遮断器１３のオン・オフ信号ＳＷ２ｎを０（ゼロ：開放状態）に、第２のコンバータユニット１６の第２のコンバータユニット遮断器１７のオン・オフ信号ＳＷ３ｎを０（ゼロ：開放状態））、モジュール停止信号ＭＳｎを１（該当の識別番号のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０が停止している状態）にセットして、本処理を終了する。

ステップＳ１０１−３では、該当する識別番号のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０のゲートブロック信号ＧＢｎを１（ＯＦＦ：ゲートデブロックの状態）に、バイパススイッチ１２のオン・オフ信号ＳＷ１ｎを０（ゼロ：開放状態）に、第１のコンバータユニット１１の第１のコンバータユニット遮断器１３のオン・オフ信号ＳＷ２ｎを１（閉入状態）に、第２のコンバータユニット１６の第２のコンバータユニット遮断器１７のオン・オフ信号ＳＷ３ｎを１（閉入状態）に、モジュール停止信号ＭＳｎを０（該当の識別番号のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０が停止していない状態）にセットして、本処理を終了する。

次に、図４を用いて、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータに用いられる中央制御装置２００の搬送波位相調整部２０３における処理の流れを説明する。

該図に示す如く、初めに、ステップＳ２０３−１で、健全なＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０の台数をカウントするＣＮＴを０（ゼロ）にクリアする。次に、ステップＳ２０３−２で、該当の識別番号ｎのＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０が健全か否かを判定する。ステップＳ２０３−２の判定がＹｅｓ（モジュール停止信号ＭＳｎ＝０）ならば、ステップＳ２０３−３に進み、カウンタＣＮＴに１を加算する。ステップＳ２０３−２での判定がＮｏ（モジュール停止信号ＭＳｎ＝１）ならば、ステップＳ２０３−３の処理をスキップする。ステップＳ２０３−４では、モジュール停止信号ＭＳｎの識別番号が最後か否かを判定する。ステップＳ２０３−４の判定がＮｏならば、ステップＳ２０３−２の処理に戻り、ステップＳ２０３−４の判定がＹｅｓならば、ステップＳ２０３−５に進む。ステップＳ２０３−５では、健全モジュール間の搬送波の位相差ＤＴＨを算出する。

ステップＳ２０３−６では、位相差ＤＴＨの倍率を示すカウンタｉを０（ゼロ）にクリアする。ステップ２０３−７では、該当の識別番号ｎのＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０が健全か否かを判定する。ステップ２０３−７の判定がＹｅｓ（モジュール停止信号ＭＳｎ＝０）ならば、ステップＳ２０３−８で搬送波位相角ＴＨｎを算出し、ステップＳ２０３−９でカウンタｉに１を加算する。ステップＳ２０３-７での判定がＮｏ（モジュール停止信号ＭＳｎ＝１）ならば、ステップＳ２０３−８とＳ２０３−９の処理をスキップする。ステップＳ２０３−１０では、カウンタｉがカウンタＣＮＴから１を引いた値と等しいか否かを判定する。ステップＳ２０３−１０での判定がＮｏ（等しくない）ならば、ステップＳ２０３−７の処理に戻り、判定がＹｅｓ（等しい）ならば、本処理を終了する。

図５に、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるモジュールコントローラ１００を構成する搬送波作成部１０２の構成を示す。

該図において、乗算器１０２−１では、搬送波の周波数ＦＲＱ[Ｈｚ]と位相角１８０°とタイマ１０２−２のタイマ出力（時間をカウントする値）を乗算する。次に、１０２−３で搬送波位相角ＴＨｎにゲイン０.５を掛け、加算部１０２−４で、これらの値と位相角９０°を足し合わせる。

次に、加算部１０２−４で足し合わせた値を入力として１０２−５でＴａｎ、１０２−６でＡｒｃｔａｎの演算をし、この演算した値に加算部１０２−７で９０°のバイアス値を加える。

最後に、除算器１０２−８で加算部１０２−７の出力を１８０°で割算して搬送波ＳＴＷｎを作成する。搬送波ＳＴＷｎは、のこぎり波である。

図６に、本実施例のＤＣ−ＤＣコンバータに用いられるモジュールコントローラ１００を構成するゲートパルス作成部１０３を示す。

該図において、比較器１０３−１、１０３−２、１０３−３、１０３−４では、変調波ＤＴ１、ＤＴ２、ＤＴ３、ＤＴ４と搬送波ＳＴＷｎの大小関係を比較し、１または０（ゼロ）の値を出力する。

比較器１０３−１と比較器１０３−３の比較器Ａでは、変調波ＤＴ１（またはＤＴ３）の値が搬送波ＳＴＷｎの値より大きい時には０（ゼロ）、逆に変調波ＤＴ１（またはＤＴ３）の値が搬送波ＳＴＷｎの値以下の時には１を出力する。

比較器１０３−２と比較器１０３−４の比較器Ｂでは、変調波ＤＴ２（またはＤＴ４）の値が搬送波ＳＴＷｎの値より大きい時には１、逆に変調波ＤＴ２（またはＤＴ４）の値が搬送波ＳＴＷｎの値以下の時には０（ゼロ）を出力する。

論理回路１０３−５、１０３−６、１０３−７、１０３−８では、比較器Ａ及びＢの出力を組み合わせて半導体スイッチング素子のオン・オフ信号を作成する。

論理回路１０３−５と論理回路１０３−７のＡＮＤ回路では、比較器ＡとＢの出力が両方とも１の時に１（半導体スイッチング素子がオン）となり、それ以外の時は０(ゼロ)、即ち、半導体スイッチング素子がオフとなる信号を出力する。

論理回路１０３−６と論理回路１０３−８のＮＡＮＤ回路では、比較器ＡとＢの出力が両方とも１の時に０（ゼロ）、即ち、半導体スイッチング素子がオフとなり、それ以外の時は１（半導体スイッチング素子がオン）となる信号を出力する。

論理回路１０３−９、１０３−１０、１０３−１１、１０３−１２は、ゲートブロック信号ＧＢｎにより、ゲートパルス（半導体スイッチング素子のオン・オフ信号）ＧＰ１ｎ、ＧＰ２ｎ、ＧＰ３ｎ、ＧＰ４ｎを出力するか否かを決定する論理回路である。

次に、図７を用いて、図６に示すゲートパルス作成部１０３におけるゲートパルスの作成方法について説明する。

図７の波形は、上段より変調波ＤＴ４、ＤＴ３、ＤＴ２、ＤＴ１と搬送波（のこぎり波）ＳＴＷｎ、ゲートパルスＧＰ１ｎ、ＧＰ２ｎ、ＧＰ３ｎ、ＧＰ４ｎ、単相フルブリッジコンバータの出力電圧Ｖａｃである。

該図に示す如く、ゲートパルスＧＰ１ｎは、変調波ＤＴ１、ＤＴ２と搬送波ＳＴＷｎの関係がＤＴ１≦ＳＴＷｎ＜ＤＴ２となる時にオン状態となり、それ以外の条件ではオフ状態となる。ゲートパルスＧＰ２ｎは、ゲートパルスＧＰ１ｎに対してオン・オフの条件が逆となる。

また、ゲートパルスＧＰ３ｎは、変調波ＤＴ３、ＤＴ４と搬送波ＳＴＷｎの関係がＤＴ３≦ＳＴＷｎ＜ＤＴ４となる時にオン状態となり、それ以外の条件ではオフ状態となる。ゲートパルスＧＰ４ｎは、ゲートパルスＧＰ３ｎに対してオン・オフの条件が逆となる。

単相フルブリッジコンバータの出力電圧ＶａｃとゲートパルスＧＰ１ｎ、ＧＰ２ｎ、ＧＰ３ｎ、ＧＰ４ｎの関係は、ゲートパルスＧＰ１ｎとゲートパルスＧＰ４ｎがオンの時にＶａｃが＋Ｖｄｃ（直流電圧）となり、ゲートパルスＧＰ２ｎとゲートパルスＧＰ３ｎがオンの時に、単相フルブリッジコンバータの出力電圧Ｖａｃが−Ｖｄｃ（直流電圧）となる。波高値を±Ｖｄｃとする交流電圧Ｖａｃの幅は、変調波に応じて変えることができる。

なお、本実施例では、第１のコンバータユニット１１が故障した場合の例について説明したが、第２のコンバータユニット１６が故障した場合でも適用可能であり、この場合には、バイパススイッチ１２を第２のコンバータユニット１６側に設置すればよい。

このように、本実施例の複数のＤＣ−ＤＣコンバータモジュール１０で構成されるＤＣ−ＤＣコンバータ及びその運転方法は、モジュールコントローラ１００で故障したＤＣ−ＤＣコンバータユニットを検知し、該当するコンバータユニットのゲートパルスの停止操作やモジュール内に設けたバイパススイッチ１２と第１のコンバータユニット遮断器１３の開閉操作によって、故障したＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを速やかに停止、解列できるため、残りの健全なＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが運転を継続することができる。

また、コンバータモジュールの搬送波の位相角を運転台数に応じて算出するため、一部のモジュールが停止した状態においても直流リプルの変動を最小限に抑えることができる。

従って、本実施例によれば、コンバータモジュールの一部が故障によって停止した場合でも、運転継続可能なＤＣ−ＤＣコンバータが得られる。これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ及びこれを用いたシステムの稼働率が向上する。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成を置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１０…ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール、１１…第１のコンバータユニット、１２…バイパススイッチ、１３…第１のコンバータユニット遮断器、１４ａ、１４ｂ…第１のコンバータユニット脱着部、１５…高周波トランス、１６…第２のコンバータユニット、１７…第２のコンバータユニット遮断器、１８ａ、１８ｂ…第２のコンバータユニット脱着部、２０…高圧側端子、３０…低圧側端子、１００…モジュールコントローラ、１０１…モジュール停止操作部、１０２…搬送波作成部、１０３…ゲートパルス作成部、２００…中央制御装置、２０１…コンバータ制御部、２０２…変調波変換部、２０３…搬送波位相調整部。

Claims (14)

1. 第１のコンバータユニットと第２のコンバータユニットから成るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを複数備え、それぞれの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの前記第１のコンバータユニットが直列に接続されると共に、それぞれの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの前記第２のコンバータユニットが並列に接続されて構成されるＤＣ−ＤＣコンバータであって、
   １つの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールは、前記第１又は第２のコンバータユニットの故障を検知し、故障した前記第１又は第２のコンバータユニットが存在する前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを停止するモジュールコントローラと、少なくとも前記第１又は第２のコンバータユニットの故障が検知された際に、その故障が検知された前記第１又は第２のコンバータユニットが存在する前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールと他の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを電気的に接続するスイッチと、故障した少なくとも前記第１又は第２のコンバータユニットを回路から電気的に切り離す遮断器とを備えていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
2. 請求項１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   前記第１のコンバータユニットと遮断器の間及び前記第２のコンバータユニットと遮断器の間には、故障が検知された前記第１又は第２のコンバータユニットを機械的に脱着する脱着部を備えていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
3. 請求項２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   前記第１のコンバータユニットは、該第１のコンバータユニットを脱着する前記脱着部と前記第１のコンバータユニットを切り離す前記遮断器及び前記スイッチを介して直列に接続されて高圧側端子に接続され、一方、前記第２のコンバータユニットは、該第２のコンバータユニットを脱着する前記脱着部と前記第２のコンバータユニットを切り離す前記遮断器を介して並列に接続されて低圧側端子に接続されていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   前記第１のコンバータユニットと前記第２のコンバータユニットは、高周波トランスを介して接続されていることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   前記スイッチ及び前記遮断器は、前記モジュールコントローラからのオン・オフ信号によって開閉操作されることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
6. 請求項５に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   前記モジュールコントローラには中央制御装置から制御指令値が伝送され、かつ、前記モジュールコントローラは、モジュール停止操作部と搬送波作成部及びゲートパルス作成部を備え、
   前記モジュール停止操作部では、ユニット故障信号を入力とし、前記スイッチのオン・オフ信号と、前記第１のコンバータユニットの前記遮断器のオン・オフ信号と、前記第２のコンバータユニットの前記遮断器のオン・オフ信号とをそれぞれ出力し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールのスイッチングを停止するためのゲートブロック信号を前記ゲートパルス作成部に出力すると共に、ユニット故障により前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが停止したモジュール停止信号を前記中央制御装置の搬送波位相調整部に伝送し、
   前記搬送波作成部では、前記中央制御装置の搬送波位相調整部からの位相角に応じて搬送波を作成して前記ゲートパルス作成部に出力し、
   前記ゲートパルス作成部では、前記中央制御装置の変調波変換部からの４つの変調波と前記搬送波に基づいて、前記第１又は第２のコンバータユニットの半導体スイッチング素子をオン・オフするためのゲートパルスを作成することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
7. 請求項６に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   前記中央制御装置の搬送波位相調整部は、前記モジュール停止操作部からのモジュール停止信号を入力として、前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの搬送波位相角を演算することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
8. 請求項６又は７に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   前記搬送波作成部は、作成する搬送波がのこぎり波であることを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
9. 請求項６乃至８のいずれか１項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
   前記変調波変換部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの出力を所定の値に制御する変調波指令を４つの変調波指令に変換することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
10. 請求項６乃至９のいずれか１項に記載のＤＣ−ＤＣコンバータにおいて、
    前記中央制御装置は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの直流電圧及び/又は電流の出力を制御する機能を有するコンバータ制御部を備え、前記コンバータ制御部は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータの直流電圧及び/又は電流の出力を所定の値に制御するための変調波指令を前記変調波変換部に出力することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータ。
11. 第１のコンバータユニットと第２のコンバータユニットから成るＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを複数備え、それぞれの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの前記第１のコンバータユニットが直列に接続されると共に、それぞれの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの前記第２のコンバータユニットが並列に接続されて構成されるＤＣ−ＤＣコンバータを運転するに当たって、
    １つの前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールは、モジュールコントローラで前記第１又は第２のコンバータユニットの故障を検知すると共に、故障した前記第１又は第２のコンバータユニットが存在する前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールを停止させ、少なくとも前記第１又は第２のコンバータユニットの故障が検知された際に、その故障が検知された前記第１又は第２のコンバータユニットが存在する前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールと他の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールをスイッチで電気的に接続し、かつ、故障した少なくとも前記第１又は第２のコンバータユニットを遮断器で回路から電気的に切り離すことを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの運転方法。
12. 請求項１１に記載のＤＣ−ＤＣコンバータの運転方法において、
    前記モジュールコントローラには中央制御装置から制御指令値が伝送され、かつ、前記モジュールコントローラは、モジュール停止操作部と搬送波作成部及びゲートパルス作成部を備え、
    前記モジュール停止操作部では、ユニット故障信号を入力とし、前記スイッチのオン・オフ信号と、前記第１のコンバータユニットの前記遮断器のオン・オフ信号と、前記第２のコンバータユニットの前記遮断器のオン・オフ信号とをそれぞれ出力し、前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールのスイッチングを停止するためのゲートブロック信号を前記ゲートパルス作成部に出力すると共に、ユニット故障により前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが停止したモジュール停止信号を前記中央制御装置の搬送波位相調整部に伝送し、
    前記搬送波作成部では、前記中央制御装置の搬送波位相調整部からの位相角に応じて搬送波を作成して前記ゲートパルス作成部に出力し、
    前記ゲートパルス作成部では、前記中央制御装置の変調波変換部からの４つの変調波と前記搬送波に基づいて、前記第１又は第２のコンバータユニットの半導体スイッチング素子をオン・オフするためのゲートパルスを作成することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの運転方法。
13. 請求項１２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータの運転方法において、
    前記モジュール停止操作部は、故障したユニットがあるか否かを判定する第１のステップと、該第１のステップで故障したユニットがある場合に進む第２のステップと、前記第１のステップで故障したユニットがない場合に進む第３のステップとを備え、
    前記第２のステップでは、該当の識別番号の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールのゲートブロック信号をゲートブロックの状態に、前記スイッチのオン・オフ信号を閉入状態に、前記第１のコンバータユニットの前記遮断器のオン・オフ信号を開放状態に、前記第２のコンバータユニットの前記遮断器のオン・オフ信号を開放状態に、前記モジュール停止信号を該当の識別番号の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが停止している状態にセットし、
    前記第３のステップでは、該当する識別番号の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールのゲートブロック信号をゲートデブロックの状態に、前記スイッチのオン・オフ信号を開放状態に、前記第１のコンバータユニットの前記遮断器のオン・オフ信号を閉入状態に、前記第２のコンバータユニットの前記遮断器のオン・オフ信号を閉入状態に、前記モジュール停止信号を該当の識別番号の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが停止していない状態にセットして処理を終了することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの運転方法。
14. 請求項１２に記載のＤＣ−ＤＣコンバータの運転方法において、
    前記中央制御装置の搬送波位相調整部は、健全な前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールの台数をカウントするカウンタ（ＣＮＴ）を０(ゼロ)にクリアする第１のステップと、該当の識別番号の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが健全か否かを判定する第２のステップと、該第２のステップでの判定がＹｅｓならば、前記カウンタ（ＣＮＴ）に１を加算する第３のステップと、前記モジュール停止信号の識別番号が最後か否かを判定する第４のステップと、該第４のステップでの判定がＮｏならば前記第２のステップに戻り、前記第４のステップでの判定がＹｅｓならば健全な前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュール間の搬送波の位相差（ＤＴＨ）を算出する第５のステップと、該第５のステップで算出した位相差（ＤＴＨ）の倍率を示すカウンタ（ｉ）を０（ゼロ）にクリアする第６のステプと、該当の識別番号の前記ＤＣ−ＤＣコンバータモジュールが健全か否かを判定する第７のステップと、該第７のステップでの判定がＹｅｓならば搬送波位相角（ＴＨｎ）を算出する第８のステップと、前記カウンタ（ｉ）に１を加算する第９のステップと、前記カウンタ（ｉ）が前記カウンタ（ＣＮＴ）から１を引いた値と等しいか否かを判定する第１０のステップとを備え、前記第１０のステップでの判定がＮｏ（等しくない）ならば、前記第７のステップに戻り、前記第１０のステップでの判定がＹｅｓ（等しい）ならば、処理を終了することを特徴とするＤＣ−ＤＣコンバータの運転方法。

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