JP2018190612A - DC blocking device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To block a DC current even when the system voltage is high, in a DC blocking device.SOLUTION: A mechanical circuit breaker CB is connected between the + terminal of a first DC system 1 and the + terminal of a second DC system 2. A capacitor Ca is connected between the common connection point of the + terminal of the first DC system 1 and the mechanical circuit breaker CB, and the - terminal of the first DC system 1. One end of a buffer reactor Lz is connected to the common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the second DC system 2. One or more than one chopper cells C are connected between the other end of the buffer reactor Lz and the common connection point of the - terminal of the first DC system 1 and the - terminal of the second DC system 2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、モジュラー・マルチレベル・カスケード変換器(MMCC)を使用した直流遮断装置に関する。   The present invention relates to a DC circuit breaker using a modular multilevel cascade converter (MMCC).

従来から直流電流を遮断する直流遮断装置が知られている。直流電流は交流電流と異なり零点が生じないため、機械遮断器を開極した際に発生するアークを消弧できないという課題がある。そこで、機械遮断器開極時の電流を補助回路に迂回させることで電流の零点を作り出し、アークを消弧する方法が考えられる。   2. Description of the Related Art Conventionally, a DC interrupting device that interrupts a DC current is known. Since the direct current does not generate a zero point unlike the alternating current, there is a problem that the arc generated when the mechanical circuit breaker is opened cannot be extinguished. Therefore, a method of creating a zero point of the current by diverting the current when the mechanical circuit breaker is opened to the auxiliary circuit and extinguishing the arc can be considered.

しかし、機械遮断器開極時の電流を補助回路に迂回される方法では、短絡事故発生時など大電流を遮断する際、補助回路の素子に系統電圧と同等、またはそれ以上の電圧が印加される。   However, in the method in which the current at the time of opening the mechanical circuit breaker is bypassed to the auxiliary circuit, a voltage equal to or higher than the system voltage is applied to the elements of the auxiliary circuit when a large current is interrupted, such as when a short circuit accident occurs. The

系統電圧が10kV以上と高い場合は、高耐圧のコンデンサやダイオードを使用するか、または、複数直列にして耐圧を高くする必要があり、部品点数やコストが増加する。直列接続を選択する場合は各素子の電圧分担を均等にする追加回路が必要となる。   When the system voltage is as high as 10 kV or higher, it is necessary to use a high withstand voltage capacitor or diode or to increase the withstand voltage by connecting a plurality of capacitors in series, which increases the number of parts and cost. When a series connection is selected, an additional circuit that equalizes the voltage sharing of each element is required.

また、素子の直列接続により補助回路のインピーダンスが増加すれば、電流を迂回させる効果が低下し、結果として機械遮断器に電流零点を作り出せず電流遮断に失敗する恐れが高まってしまう。   Further, if the impedance of the auxiliary circuit increases due to the series connection of the elements, the effect of diverting the current is reduced, and as a result, the possibility of failing to interrupt the current without generating a current zero point in the mechanical circuit breaker increases.

トランスを使用せず高圧系統に直接接続できる電力変換回路としてモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器(MMCC)がある。この回路の特徴は図2(a)(b)に示すチョッパセルCやブリッジセルBをカスケード接続したモジュールでアームを構成する点にあり、セル接続台数を増加することでより高い電圧を扱うことができる。MMCCを直流遮断装置に応用した例として特許文献1が開示されている。   There is a modular multilevel cascade converter (MMCC) as a power conversion circuit that can be directly connected to a high voltage system without using a transformer. The feature of this circuit is that an arm is formed by modules in which chopper cells C and bridge cells B shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) are connected in cascade, and a higher voltage can be handled by increasing the number of connected cells. it can. Patent Document 1 is disclosed as an example in which MMCC is applied to a DC interrupter.

特開2016−149213号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-149213 特開2011−182517号公報JP 2011-182517 A

特許文献1の構成では、電流路に単相変圧器の一次巻線があるため、正常時においても一次巻線に電流が流れ続け、単相変圧器の銅損が発生するという問題がある。また、電流が一定ではない場合、電流の時間変化に応じて単相変圧器の鉄損も発生する。そのため、直流遮断装置の定常損失は零にはならない。   In the configuration of Patent Document 1, since the primary winding of the single-phase transformer is in the current path, there is a problem that current continues to flow through the primary winding even during normal operation, and copper loss of the single-phase transformer occurs. Further, when the current is not constant, the iron loss of the single-phase transformer also occurs according to the time change of the current. For this reason, the steady loss of the DC interrupter does not become zero.

また、一次巻線には電流増加速度を制限する効果がある。しかし、短絡発生時には大電流が流れるため、変圧器の磁気飽和を防ぐため鉄心断面積を大きくする必要があり、重量が増加するという問題もある。   Further, the primary winding has an effect of limiting the current increase rate. However, since a large current flows when a short circuit occurs, it is necessary to increase the cross-sectional area of the iron core in order to prevent magnetic saturation of the transformer, and there is a problem that the weight increases.

以上示したようなことから、直流遮断装置において、系統電圧が高い場合でも直流電流を遮断することが課題となる。   As described above, in the DC interrupting device, it becomes a problem to interrupt the DC current even when the system voltage is high.

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第1直流系統の+端子と第2直流系統の+端子との間に接続された機械遮断器と、前記第1直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の−端子との間に接続されたコンデンサと、前記機械遮断器と前記第2直流系統の+端子の共通接続点と、前記第1直流系統の−端子と前記第2直流系統の−端子の共通接続点との間に1つ接続され、または、複数直列接続されたチョッパセルと、前記チョッパセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、前記チョッパセルは、一方の接続端子に一端が接続された第1スイッチングデバイスと、前記一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第2スイッチングデバイスと、前記第1スイッチングデバイスの他端と前記他方の接続端子との間に接続された第1セルコンデンサと、を備えたことを特徴とする。   The present invention has been devised in view of the conventional problems, and one aspect thereof is a mechanical circuit breaker connected between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system, A capacitor connected between a common terminal of the first DC system and the mechanical circuit breaker, and a negative terminal of the first DC system; a mechanical terminal and the second terminal of the second DC system And a chopper cell connected in series between the common connection point of the first DC system and the common connection point of the second terminal of the second DC system, or a plurality of series connected chopper cells, and in series with the chopper cell. A buffer reactor, and the chopper cell includes a first switching device having one end connected to one connection terminal, and a second switching connected between the one connection terminal and the other connection terminal. A device and the first switch Characterized in that and a first cell capacitor connected between the other end of the quenching device and the other connection terminal.

また、他の態様として、第1直流系統の−端子と第2直流系統の−端子との間に接続された機械遮断器と、前記第1直流系統の−端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子との間に接続されたコンデンサと、前記機械遮断器と前記第2直流系統の−端子の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子と前記第2直流系統の+端子の共通接続点との間に1つ接続され、または、複数直列接続されたチョッパセルと、前記チョッパセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、前記チョッパセルは、一方の接続端子に一端が接続された第1スイッチングデバイスと、前記一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第2スイッチングデバイスと、前記第1スイッチングデバイスの他端と前記他方の接続端子との間に接続された第1セルコンデンサと、を備えたことを特徴とする。   As another aspect, a mechanical circuit breaker connected between the-terminal of the first DC system and the-terminal of the second DC system, and a common connection of the-terminal of the first DC system and the mechanical circuit breaker A capacitor connected between a point and a positive terminal of the first DC system, a common connection point of the mechanical circuit breaker and a negative terminal of the second DC system, a positive terminal of the first DC system, and the One chopper cell connected between the common connection points of the + terminals of the second DC system, or a plurality of chopper cells connected in series, and a buffer reactor connected in series to the chopper cell, the chopper cell, A first switching device having one end connected to a connection terminal; a second switching device connected between the one connection terminal and the other connection terminal; and the other end of the first switching device and the other connection. Terminal Characterized in that and a first cell capacitor connected between the.

また、その一態様として、前記チョッパセルに、直列接続された1つ、または、複数のブリッジセルを備え、前記ブリッジセルは、一方の接続端子に一端が接続された第3スイッチングデバイスと、前記第3スイッチングデバイスに直列に接続された第4スイッチングデバイスと、前記第3スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第5スイッチングデバイスと、前記第4スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第6スイッチングデバイスと、前記第3,第5スイッチングデバイスの共通接続点と前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第2セルコンデンサと、前記第2セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、を備えたことを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the chopper cell includes one or a plurality of bridge cells connected in series, and the bridge cell includes a third switching device having one end connected to one connection terminal; A fourth switching device connected in series to the three switching devices, a fifth switching device connected between the other end of the third switching device and the other connection terminal, and a connection between the fourth switching device and the other A second cell capacitor connected between a common connection point of the sixth switching device connected between the terminal and the third and fifth switching devices and a common connection point of the fourth and sixth switching devices And a non-linear resistance connected in parallel to the second cell capacitor.

また、他の態様として、第1直流系統の+端子と第2直流系統の+端子との間に接続された機械遮断器と、前記第1直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の−端子との間に接続されたコンデンサと、前記機械遮断器と前記第2直流系統の+端子の共通接続点と、前記第1直流系統の−端子と前記第2直流系統の−端子の共通接続点との間に1つ接続され、または、複数直列接続されたブリッジセルと、前記ブリッジセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、前記ブリッジセルは、一方の接続端子に一端が接続された第3スイッチングデバイスと、前記第3スイッチングデバイスに直列に接続された第4スイッチングデバイスと、前記第3スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第5スイッチングデバイスと、前記第4スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第6スイッチングデバイスと、前記第3,第5スイッチングデバイスの共通接続点と前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第2セルコンデンサと、前記第2セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、を備えたことを特徴とする。   As another aspect, a mechanical circuit breaker connected between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system, and a common connection of the + terminal of the first DC system and the mechanical circuit breaker A capacitor connected between a point and a negative terminal of the first DC system, a common connection point of the mechanical circuit breaker and the positive terminal of the second DC system, a negative terminal of the first DC system, and the A bridge cell connected to a common connection point of the-terminal of the second DC system, or a plurality of bridge cells connected in series; and a buffer reactor connected in series to the bridge cell, the bridge cell comprising: A third switching device having one end connected to one connection terminal, a fourth switching device connected in series to the third switching device, and the other end of the third switching device and the other connection terminal. Close to The fifth switching device, the sixth switching device connected between the fourth switching device and the other connection terminal, the common connection point of the third and fifth switching devices, and the fourth and sixth A second cell capacitor connected between a common connection point of the switching devices, and a non-linear resistance connected in parallel to the second cell capacitor.

また、他の態様として、第1直流系統の−端子と第2直流系統の−端子との間に接続された機械遮断器と、前記第1直流系統の−端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子との間に接続されたコンデンサと、前記機械遮断器と前記第2直流系統の−端子の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子と前記第2直流系統の+端子の共通接続点との間に1つ接続され、または、複数直列接続されたブリッジセルと、前記ブリッジセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、前記ブリッジセルは、一方の接続端子に一端が接続された第3スイッチングデバイスと、前記第3スイッチングデバイスに直列に接続された第4スイッチングデバイスと、前記第3スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第5スイッチングデバイスと、前記第4スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第6スイッチングデバイスと、前記第3,第5スイッチングデバイスの共通接続点と前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第2セルコンデンサと、前記第2セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、を備えたことを特徴とする。   As another aspect, a mechanical circuit breaker connected between the-terminal of the first DC system and the-terminal of the second DC system, and a common connection of the-terminal of the first DC system and the mechanical circuit breaker A capacitor connected between a point and a positive terminal of the first DC system, a common connection point of the mechanical circuit breaker and a negative terminal of the second DC system, a positive terminal of the first DC system, and the A bridge cell connected to a common connection point of the + terminals of the second DC system, or a plurality of bridge cells connected in series; and a buffer reactor connected in series to the bridge cell, the bridge cell comprising: A third switching device having one end connected to one connection terminal, a fourth switching device connected in series to the third switching device, and the other end of the third switching device and the other connection terminal. Close to The fifth switching device, the sixth switching device connected between the fourth switching device and the other connection terminal, the common connection point of the third and fifth switching devices, and the fourth and sixth A second cell capacitor connected between a common connection point of the switching devices, and a non-linear resistance connected in parallel to the second cell capacitor.

また、その一態様として、セルモジュール電流の検出値がセルモジュール電流指令値と等しくなるように、電流制御を行うことを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, the current control is performed so that the detected value of the cell module current becomes equal to the cell module current command value.

また、その一態様として、前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第1スイッチングデバイスをON,前記第2スイッチングデバイスをOFFにし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、前記第2直流系統から前記第1直流系統に電流が流れており、前記第1直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第1スイッチングデバイスをOFF,前記第2スイッチングデバイスをONし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする。   Further, as one aspect thereof, when a current flows from the first DC system to the second DC system and an accident occurs in the second DC system, the first switching device of the chopper cell is turned ON, When the second switching device is turned off and the mechanical circuit breaker passage current becomes lower than a predetermined value, the mechanical circuit breaker is opened, and current flows from the second DC system to the first DC system, When an accident occurs in the first DC system, the first switching device of the chopper cell is turned OFF, the second switching device is turned ON, and the mechanical circuit breaker passing current becomes lower than a predetermined value. The circuit breaker is opened.

また、他の態様として、前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第1スイッチングデバイスをON,前記第2スイッチングデバイスをOFFにし、前記ブリッジセルの前記第3,第6スイッチングデバイスをON,前記第4,第5スイッチングデバイスをOFFし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、前記第2直流系統から前記第1直流系統に電流が流れており、前記第1直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第1スイッチングデバイスをOFF,前記第2スイッチングデバイスをONし、前記ブリッジセルの前記第3,第6スイッチングデバイスをOFF,前記第4,第5スイッチングデバイスをONし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする。   As another aspect, when a current flows from the first DC system to the second DC system and an accident occurs in the second DC system, the first switching device of the chopper cell is turned ON, When the second switching device is turned off, the third and sixth switching devices of the bridge cell are turned on, the fourth and fifth switching devices are turned off, and the current passing through the mechanical circuit breaker becomes lower than a predetermined value. When the mechanical circuit breaker is opened and a current flows from the second DC system to the first DC system, and an accident occurs in the first DC system, the first switching device of the chopper cell is turned off. The second switching device is turned on, the third and sixth switching devices of the bridge cell are turned off, the fourth and fifth switches ON the Gudebaisu, mechanical breaker pass current, characterized in that opening the mechanical breaker when it becomes lower than a predetermined value.

また、他の態様として、前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記ブリッジセルの前記第3,第6スイッチングデバイスをON,前記第4,第5スイッチングデバイスをOFFし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、前記第2直流系統から前記第1直流系統に電流が流れており、前記第1直流系統で事故が発生した場合は、前記ブリッジセルの前記第3,第6スイッチングデバイスをOFF,前記第4,第5スイッチングデバイスをONし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする。   As another aspect, when a current flows from the first DC system to the second DC system, and an accident occurs in the second DC system, the third and sixth switching devices of the bridge cell. Is turned on, the fourth and fifth switching devices are turned off, and the mechanical circuit breaker is opened when the current passing through the mechanical circuit breaker becomes lower than a predetermined value. From the second DC system to the first DC system If a fault occurs in the first DC system, the third and sixth switching devices of the bridge cell are turned off, the fourth and fifth switching devices are turned on, and a mechanical circuit breaker is turned on. The mechanical circuit breaker is opened when the passing current becomes lower than a predetermined value.

本発明によれば、直流遮断装置において、系統電圧が高い場合でも直流電流を遮断することが可能となる。   According to the present invention, in a DC interruption device, it is possible to interrupt a DC current even when the system voltage is high.

実施形態1における直流遮断装置を示す回路図。FIG. 2 is a circuit diagram showing a DC interrupter in Embodiment 1. チョッパセルとブリッジセルを示す回路図。The circuit diagram which shows a chopper cell and a bridge cell. 実施形態1におけるセルコンデンサの充電動作を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a charging operation of the cell capacitor in the first embodiment. 実施形態1におけるセルコンデンサの充電電流の減少を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a decrease in charging current of the cell capacitor in the first embodiment. 実施形態1における第2直流系統短絡時の遮断動作を示す図。The figure which shows the interruption | blocking operation | movement at the time of the 2nd DC system short circuit in Embodiment 1. FIG. 実施形態1における第1直流系統短絡時の遮断動作を示す図。The figure which shows the interruption | blocking operation | movement at the time of the 1st DC system short circuit in Embodiment 1. FIG. 実施形態2における直流遮断装置を示す回路図。FIG. 5 is a circuit diagram showing a DC interrupter in Embodiment 2. 実施形態2における第2直流系統短絡時の遮断動作を示す図。The figure which shows the interruption | blocking operation | movement at the time of the 2nd DC system short circuit in Embodiment 2. FIG. 実施形態2における第1直流系統短絡時の遮断動作を示す図。The figure which shows the interruption | blocking operation | movement at the time of the 1st DC system short circuit in Embodiment 2. 実施形態2における第2直流系統短絡時のシミュレーション条件を示す図。The figure which shows the simulation conditions at the time of the 2nd DC system short circuit in Embodiment 2. FIG. 実施形態2におけるシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result in Embodiment 2. FIG. 実施形態2における第1直流系統短絡時のシミュレーション条件を示す図。The figure which shows the simulation conditions at the time of the 1st DC system short circuit in Embodiment 2. FIG. 実施形態2におけるシミュレーション結果を示す図。The figure which shows the simulation result in Embodiment 2. FIG. 実施形態3における直流遮断装置を示す回路図。FIG. 5 is a circuit diagram showing a DC interrupter in Embodiment 3. 実施形態3における直流遮断装置の制御部を示すブロック図。The block diagram which shows the control part of the DC circuit breaker in Embodiment 3. FIG. セル4台の場合のキャリア三角波と起動信号を示す図。The figure which shows a carrier triangular wave and starting signal in the case of four cells.

以下、本願発明における直流遮断装置の実施形態1〜3を図1〜図15に基づいて詳述する。   Hereinafter, Embodiments 1 to 3 of the DC circuit breaker according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.

[実施形態1]
図1に本実施形態1における直流遮断装置3の主回路構成を示す。図1に示すように、本実施形態1における直流遮断装置3は、機械遮断器CBと、コンデンサCaと、バッファリアクトルLzと、n台のチョッパセルCと、電流検出器4と、を備える。
[Embodiment 1]
FIG. 1 shows a main circuit configuration of the DC interrupter 3 in the first embodiment. As shown in FIG. 1, the DC breaker 3 in Embodiment 1 includes a mechanical breaker CB, a capacitor Ca, a buffer reactor Lz, n chopper cells C, and a current detector 4.

第1直流系統1の+端子と第2直流系統2の+端子との間に機械遮断器CBが接続される。第1直流系統1の+端子と機械遮断器CBの共通接続点と、第1直流系統1の−端子との間にコンデンサCaが接続される。   A mechanical circuit breaker CB is connected between the + terminal of the first DC system 1 and the + terminal of the second DC system 2. A capacitor Ca is connected between the + terminal of the first DC system 1 and the common connection point of the mechanical circuit breaker CB and the-terminal of the first DC system 1.

機械遮断器CBと第2直流系統2の+端子の共通接続点にはバッファリアクトルLzの一端が接続される。バッファリアクトルLzの他端と第1直流系統1の−端子と第2直流系統2の−端子の共通接続点との間には1つ、または、複数の図2(a)に示すチョッパセルCがカスケード接続される。ここではチョッパセルCの台数をn台とする。チョッパセルCの台数nはセル内の部品の耐圧と第1系統電圧Vdcに基づいて定められる。   One end of the buffer reactor Lz is connected to a common connection point between the mechanical circuit breaker CB and the + terminal of the second DC system 2. Between the other end of the buffer reactor Lz and the common connection point of the negative terminal of the first DC system 1 and the negative terminal of the second DC system 2, one or a plurality of chopper cells C shown in FIG. Cascade connection. Here, the number of chopper cells C is n. The number n of chopper cells C is determined based on the breakdown voltage of the components in the cell and the first system voltage Vdc.

第1直流系統1は、第1系統電圧Vdcが印加される。図1では、直流電圧源5と、リアクトル6で示している。第2直流系統2は、第2系統電圧Vlが印加される。図1では、直流電圧源7とリアクトル8で示しているが、負荷でもよい。また、第2直流系統2に流れる電流Ilを検出する電流検出器4が設けられる。   The first system voltage Vdc is applied to the first DC system 1. In FIG. 1, a DC voltage source 5 and a reactor 6 are shown. The second DC voltage 2 is applied to the second DC system 2. In FIG. 1, a DC voltage source 7 and a reactor 8 are shown, but a load may be used. Further, a current detector 4 for detecting a current Il flowing in the second DC system 2 is provided.

チョッパセルCは、図2(a)に示すように、一方の接続端子に一端が接続された第1スイッチングデバイスS1と、一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第2スイッチングデバイスS2と、第1スイッチングデバイスS1の他端と他方の接続端子との間に接続されたセルコンデンサCcと、を備える。   As shown in FIG. 2A, the chopper cell C includes a first switching device S1 having one end connected to one connection terminal, and a second switching connected between the one connection terminal and the other connection terminal. A device S2; and a cell capacitor Cc connected between the other end of the first switching device S1 and the other connection terminal.

各チョッパセルCにはコンデンサ電圧を検出する電圧検出器を接続する。k番目のセルコンデンサ電圧をVckとする。   Each chopper cell C is connected to a voltage detector that detects a capacitor voltage. Let the kth cell capacitor voltage be Vck.

以下、本実施形態1における直流遮断装置の動作を説明する。まず、正常時は機械遮断器CBを閉じ、セルコンデンサCcを充電して待機する。各セルコンデンサ電圧の合計は第1系統電圧Vdcを上回るように充電する必要がある。今、セルコンデンサ電圧平均値をVcavgと置き、Vck≒Vcavgと仮定する。   Hereinafter, the operation of the DC interrupter in Embodiment 1 will be described. First, when normal, the mechanical circuit breaker CB is closed, and the cell capacitor Cc is charged and waits. It is necessary to charge so that the sum of the cell capacitor voltages exceeds the first system voltage Vdc. Now, the cell capacitor voltage average value is set as Vcavg, and Vck≈Vcavg is assumed.

(k+1)Vcavg>Vdc>kVcavgを満たす場合、セルコンデンサ電圧の高い方からn−k台のチョッパセルCの第2スイッチングデバイスS2をONする。これにより、バッファリアクトルLzにはVdc−kVcavgの電圧が印加され、セルモジュール電流Izは以下の(1)式で表される傾きで図1の下向き(+端子側から−端子側)に流れ始める。   When (k + 1) Vcavg> Vdc> kVcavg is satisfied, the second switching devices S2 of the n−k chopper cells C are turned ON from the higher cell capacitor voltage. As a result, a voltage of Vdc−kVcavg is applied to the buffer reactor Lz, and the cell module current Iz starts to flow downward (from the positive terminal side to the negative terminal side) in FIG. 1 with a slope represented by the following equation (1). .

Figure 2018190612
Figure 2018190612

このセルモジュール電流Izは、セルコンデンサ電圧の低い方からk台のチョッパセルCのセルコンデンサCcを充電する。あらかじめ定めた時間が経過した後は、全チョッパセルCの第1,第2スイッチングデバイスS1,S2をOFFにする。これによりバッファリアクトルLzにはVdc−nVcavgの電圧が印加され、セルモジュール電流Izは以下の(2)式で表される傾きで減少し零になる。   The cell module current Iz charges the cell capacitors Cc of k chopper cells C from the cell capacitor voltage having the lowest value. After a predetermined time has elapsed, the first and second switching devices S1, S2 of all the chopper cells C are turned off. As a result, a voltage of Vdc−nVcavg is applied to the buffer reactor Lz, and the cell module current Iz decreases with a slope expressed by the following equation (2) and becomes zero.

Figure 2018190612
Figure 2018190612

このときの電流は全チョッパセルCのセルコンデンサCcを充電する。以上の動作を繰り返し、セルコンデンサ電圧Vcを所定の値に充電する。   The current at this time charges the cell capacitors Cc of all the chopper cells C. The above operation is repeated to charge the cell capacitor voltage Vc to a predetermined value.

この一連の動作により、セルコンデンサCcを充電するほか、セルコンデンサ電圧の低いセルの充電量が増加するため各セルのセルコンデンサ電圧Vcを均等にすることができる。   By this series of operations, the cell capacitor Cc is charged, and the amount of charge of a cell having a low cell capacitor voltage is increased, so that the cell capacitor voltage Vc of each cell can be equalized.

図3,図4にn=4すなわちチョッパセル4台における例を示す。この例では、各セルコンデンサ電圧Vc1〜Vc4をVdc/3に充電することを考え、現時点でのセルコンデンサ電圧をVc4>Vc3>Vc2>Vc1とする。このときは図3に示すように一番上のチョッパセルCの第2スイッチングデバイスS2をONする。すると、セルモジュール出力電圧はVc1+Vc2+Vc3となり、セルモジュール電流Izは以下の(3)式で表される傾きで下向き(+端子側から−端子側)に増加する。   3 and 4 show an example where n = 4, that is, four chopper cells. In this example, considering that the cell capacitor voltages Vc1 to Vc4 are charged to Vdc / 3, the current cell capacitor voltage is set to Vc4> Vc3> Vc2> Vc1. At this time, as shown in FIG. 3, the second switching device S2 of the uppermost chopper cell C is turned on. Then, the cell module output voltage becomes Vc1 + Vc2 + Vc3, and the cell module current Iz increases downward (from the positive terminal side to the negative terminal side) with a slope expressed by the following equation (3).

Figure 2018190612
Figure 2018190612

このセルモジュール電流Izにより、セルコンデンサCc1,Cc2,Cc3が充電される。あらかじめ定めた時間が経過した後は、全チョッパセルCの第1,第2スイッチングデバイスS1,S2をOFFにする。セルモジュール出力電圧はVc1+Vc2+Vc3+Vc4となり、下向きに流れていたセルモジュール電流Izは以下の(4)式で表される傾きで減少し零になる。   The cell capacitors Cc1, Cc2, and Cc3 are charged by the cell module current Iz. After a predetermined time has elapsed, the first and second switching devices S1, S2 of all the chopper cells C are turned off. The cell module output voltage becomes Vc1 + Vc2 + Vc3 + Vc4, and the cell module current Iz that has flowed downward decreases with a slope expressed by the following equation (4) and becomes zero.

Figure 2018190612
Figure 2018190612

このときの電流は全チョッパセルのセルコンデンサCc1〜Cc4を充電する。以上の動作を繰り返し、セルコンデンサ電圧Vc1〜Vc4をVdc/3に充電する。充電が完了すると、任意のチョッパセルC1台の第2スイッチングデバイスS2をONしてもセルモジュール出力電圧は第1系統電圧Vdcになり、バッファリアクトルLz印加電圧は零となるため、セルモジュール電流Izは流れない。そのため、充電が完了してもスイッチングデバイスのON状態を保持し続けてよい。この場合、充電完了の判定が不要になるため、第1系統電圧Vdcを検出しなくてよい。もちろん、第1系統電圧Vdcを検出して充電完了を判定しスイッチングデバイスをOFFにしてもよい。   The current at this time charges the cell capacitors Cc1 to Cc4 of all the chopper cells. The above operation is repeated to charge the cell capacitor voltages Vc1 to Vc4 to Vdc / 3. When charging is completed, the cell module output voltage becomes the first system voltage Vdc and the buffer reactor Lz applied voltage becomes zero even if the second switching device S2 of any one chopper cell C1 is turned on. Not flowing. Therefore, even if charging is completed, the ON state of the switching device may be kept. In this case, it is not necessary to detect the first system voltage Vdc because it is not necessary to determine the completion of charging. Of course, the first system voltage Vdc may be detected to determine completion of charging, and the switching device may be turned off.

次に、短絡電流を遮断する動作を説明する。電流検出器4で検出された第2直流系統2に流れる電流Ilの振幅から短絡が発生したことを検出し、第2直流系統2に流れる電流Ilの符号から短絡が第1直流系統1と第2直流系統2のどちらで発生したかを検出する。   Next, the operation for interrupting the short-circuit current will be described. A short circuit is detected from the amplitude of the current Il flowing through the second DC system 2 detected by the current detector 4, and the short circuit is detected from the sign of the current Il flowing through the second DC system 2 with the first DC system 1. 2 It detects which of the DC system 2 has occurred.

第2直流系統2で短絡が発生し、短絡電流が左(第1直流系統1)から右(第2直流系統2)へ流れている場合、全チョッパセルCの第1スイッチングデバイスS1をONする。これによりセルモジュールからnVcavgの電圧が出力され、バッファリアクトルLzにはVdc−nVcavgの電圧が印加され上向き(セルモジュール側から+端子側)に電流が流れる。   When a short circuit occurs in the second DC system 2 and a short circuit current flows from the left (first DC system 1) to the right (second DC system 2), the first switching devices S1 of all the chopper cells C are turned ON. Thereby, a voltage of nVcavg is output from the cell module, a voltage of Vdc−nVcavg is applied to the buffer reactor Lz, and a current flows upward (from the cell module side to the + terminal side).

この電流の一部が第1直流系統1に接続されたコンデンサCaに充電電流として流れ、機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消して機械遮断器通過電流Icbの零点を作る。機械遮断器通過電流Icbが所定値未満となった時点で機械遮断器CBを開極する。この段階で、第2直流系統2の短絡電流はすべてセルモジュールが負担する。   A part of this current flows as a charging current to the capacitor Ca connected to the first DC system 1, cancels the short-circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB, and creates a zero point of the mechanical circuit breaker passing current Icb. The mechanical circuit breaker CB is opened when the mechanical circuit breaker passage current Icb becomes less than a predetermined value. At this stage, the cell module bears all the short-circuit current of the second DC system 2.

これによりセルコンデンサCcは放電され、放電後は電流は第2スイッチングデバイスS2の逆並列ダイオードを通過する。その後、系統インピーダンスやダイオード電圧降下により短絡電流は減衰し零になる。   As a result, the cell capacitor Cc is discharged, and after discharging, the current passes through the antiparallel diode of the second switching device S2. Thereafter, the short-circuit current attenuates and becomes zero due to the system impedance and the diode voltage drop.

第1直流系統1で短絡が発生し、短絡電流が右(第2直流系統2)から左(第1直流系統1)へ流れている場合は、全チョッパセルCの第2スイッチングデバイスS2をONする。これによりセルモジュール出力電圧は零となり、バッファリアクトルLzには第2系統電圧Vlの電圧が印加され下向き(+端子側からセルモジュール側)に電流が流れる。   When a short circuit occurs in the first DC system 1 and a short circuit current flows from the right (second DC system 2) to the left (first DC system 1), the second switching devices S2 of all the chopper cells C are turned ON. . As a result, the cell module output voltage becomes zero, the voltage of the second system voltage Vl is applied to the buffer reactor Lz, and a current flows downward (from the + terminal side to the cell module side).

このとき、第1直流系統1に接続されたコンデンサCaから機械遮断器CB→バッファリアクトルLz→セルモジュールを経由して放電電流が流れる。この放電電流で機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作る。機械遮断器通過電流Icbが所定値未満となった時点で機械遮断器CBを開極する。   At this time, a discharge current flows from the capacitor Ca connected to the first DC system 1 through the mechanical circuit breaker CB → the buffer reactor Lz → the cell module. With this discharge current, the short circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB is canceled out to make a zero point of the current. The mechanical circuit breaker CB is opened when the mechanical circuit breaker passage current Icb becomes less than a predetermined value.

この段階で、第1直流系統1の短絡電流はすべてセルモジュールに転流され、第2直流系統2から供給される。その後は全チョッパセルCの第1,第2スイッチングデバイスS1,S2をOFFすると、電流は第1スイッチングデバイスS1の逆並列ダイオードとセルコンデンサCcを通過しセルコンデンサCcが充電される。コンデンサ電圧がVdc/nまで充電されると、第2直流系統2からの電流は零になる。   At this stage, all the short-circuit current of the first DC system 1 is commutated to the cell module and supplied from the second DC system 2. Thereafter, when the first and second switching devices S1, S2 of all the chopper cells C are turned OFF, the current passes through the antiparallel diode and the cell capacitor Cc of the first switching device S1, and the cell capacitor Cc is charged. When the capacitor voltage is charged to Vdc / n, the current from the second DC system 2 becomes zero.

なお、機械遮断器CBが開極指令を受けてから実際に開極となるまでは時間遅れがある。本明細書では遮断、または、開極すると記載している場合、実際に開極した時を示すものとする。   It should be noted that there is a time delay from when the mechanical circuit breaker CB receives the opening command until it is actually opened. In this specification, when it is described that the circuit is interrupted or opened, the time when the circuit is actually opened is indicated.

図5,図6にチョッパセルCが4台の場合における例を示す。各セルコンデンサ電圧Vc1〜Vc4はVdc/3に充電されているとする。図5は短絡電流が左(第1直流系統1)から右(第2直流系統2)へ流れている場合である。   5 and 6 show an example in the case of four chopper cells C. FIG. Assume that the cell capacitor voltages Vc1 to Vc4 are charged to Vdc / 3. FIG. 5 shows a case where a short-circuit current flows from the left (first DC system 1) to the right (second DC system 2).

全チョッパセルCの第1スイッチングデバイスS1をONするとセルモジュールから4Vdc/3の電圧が出力され、第1直流系統1に接続されたコンデンサCaに充電電流が流れる。この充電電流により、機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器CBを開極する。   When the first switching devices S1 of all the chopper cells C are turned on, a voltage of 4Vdc / 3 is output from the cell module, and a charging current flows through the capacitor Ca connected to the first DC system 1. With this charging current, the short circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB is canceled to create a zero point of the current, and the mechanical circuit breaker CB is opened.

図6は短絡電流が右(第2直流系統2)から左(第1直流系統1)へ流れている場合であり、全チョッパセルCの第2スイッチングデバイスS2をONする。これによりセルモジュール出力電圧は零となり、第1直流系統1に接続されたコンデンサCaから放電電流が流れる。この放電電流により、機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器CBを開極する。   FIG. 6 shows a case where a short-circuit current flows from the right (second DC system 2) to the left (first DC system 1), and the second switching devices S2 of all the chopper cells C are turned ON. As a result, the cell module output voltage becomes zero, and a discharge current flows from the capacitor Ca connected to the first DC system 1. With this discharge current, the short circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB is canceled to create a zero point of the current, and the mechanical circuit breaker CB is opened.

なお、バッファリアクトルLzの位置は、図1に示す機械遮断器CBと第2直流系統2の+端子との共通接続点と1番上のチョッパセルとの間に限らなくともよい。コンデンサCaと第2直流系統2の−端子との共通接続点と1番下のチョッパセルとの間に位置してもよいし、チョッパセル間の中間位置でもよい。   The position of the buffer reactor Lz does not have to be between the common connection point between the mechanical circuit breaker CB shown in FIG. 1 and the + terminal of the second DC system 2 and the uppermost chopper cell. It may be located between the common connection point between the capacitor Ca and the negative terminal of the second DC system 2 and the lowermost chopper cell, or may be an intermediate position between the chopper cells.

また、機械遮断器CBは、図1の位置の代わりに、コンデンサCaと第1直流系統1の−端子との共通接続点と1番下のチョッパセルと第1直流系統1の−端子との共通接続点の間に挿入してもよい。この場合、第1直流系統1の+端子と第2直流系統2の+端子は接続される。   In addition, the mechanical circuit breaker CB is common to the common connection point of the capacitor Ca and the first terminal of the first DC system 1, the lowermost chopper cell, and the first terminal of the first DC system 1, instead of the position of FIG. You may insert between connection points. In this case, the + terminal of the first DC system 1 and the + terminal of the second DC system 2 are connected.

以上示したように、本実施形態1における直流遮断装置3によれば、双方向の電流を遮断することが可能となる。また、特許文献1と比較して、定常時の電流路には変圧器やリアクトルなどを接続せず機械遮断器CBのみを接続するため、電力損失が小さい。   As described above, according to the DC interrupting device 3 in the first embodiment, bidirectional current can be interrupted. Compared with Patent Document 1, since only a mechanical circuit breaker CB is connected to a current path in a steady state without connecting a transformer or a reactor, power loss is small.

また、チョッパセルCにはバッファリアクトルLzが必要となるが、インダクタンスは小さくてよい(応答速度が必要であるため、小さくなければならない)。また、電流遮断時のセルモジュールのゲート操作はフィードフォワードで行うため、高速な遮断が可能となる。   In addition, the chopper cell C requires the buffer reactor Lz, but the inductance may be small (the response speed is necessary, and thus it must be small). In addition, since the gate operation of the cell module at the time of current interruption is performed by feedforward, high-speed interruption is possible.

また、本実施形態1によれば、系統電圧が高い場合でも、セル数を増加することで対応することができる。また、セル数を増加すれば、セルに使用する部品の耐電圧を低くすることができる。   Further, according to the first embodiment, even when the system voltage is high, it can be coped with by increasing the number of cells. Further, if the number of cells is increased, the withstand voltage of components used in the cells can be lowered.

また、セルコンデンサ電圧Vcが均等になるよう動作するため、追加の電圧バランス回路が不要である。また、セルモジュール電流Izを検出する検出器や系統電圧を検出する検出器が不要である。   Further, since the cell capacitor voltage Vc operates so as to be equal, no additional voltage balance circuit is required. Further, a detector for detecting the cell module current Iz and a detector for detecting the system voltage are unnecessary.

[実施形態2]
図7に本実施形態2における直流遮断装置3の主回路構成を示す。本実施形態2は、実施形態1のチョッパセルCの1台をブリッジセルBに変更した構成である。
[Embodiment 2]
FIG. 7 shows a main circuit configuration of the DC interrupter 3 in the second embodiment. The second embodiment has a configuration in which one of the chopper cells C of the first embodiment is changed to a bridge cell B.

ブリッジセルBは、図2(b)に示すように、一方の接続端子に第3スイッチングデバイスS3の一端が接続される。第3スイッチングデバイスS3に対して直列に第4スイッチングデバイスS4が接続される。第3スイッチングデバイスS3の他端と他方の接続端子との間に第5スイッチングデバイスS5が接続される。第4スイッチングデバイスS4と他方の接続端子との間に第6スイッチングデバイスS6が接続される。   In the bridge cell B, as shown in FIG. 2B, one end of the third switching device S3 is connected to one connection terminal. A fourth switching device S4 is connected in series with the third switching device S3. The fifth switching device S5 is connected between the other end of the third switching device S3 and the other connection terminal. The sixth switching device S6 is connected between the fourth switching device S4 and the other connection terminal.

第3,第5スイッチングデバイスS3,S5の共通接続点と第4,第6スイッチングデバイスS4,S6の共通接続点との間にセルコンデンサCcが接続される。セルコンデンサCcには非線形抵抗Rが並列接続される。   A cell capacitor Cc is connected between the common connection point of the third and fifth switching devices S3 and S5 and the common connection point of the fourth and sixth switching devices S4 and S6. A non-linear resistance R is connected in parallel to the cell capacitor Cc.

実施形態1において、第1直流系統1で短絡が発生した場合は全チョッパセルCの第2スイッチングデバイスS2をONしてセルモジュール出力電圧を零とする。しかし、実際にはバッファリアクトルLzや第1,第2スイッチングデバイスS1,S2において電圧降下が発生するため、セルモジュール出力電圧は零にはならない。特に、短絡箇所が機械遮断器CBの直近だった場合はセルモジュール出力電圧が短絡後の第1系統電圧Vdcよりも大きくなってしまい、コンデンサCaから放電電流が流れず機械遮断器CBに電流の零点を作り出せず電流を遮断できなくなる恐れがある。   In the first embodiment, when a short circuit occurs in the first DC system 1, the second switching devices S2 of all the chopper cells C are turned on to set the cell module output voltage to zero. However, in actuality, a voltage drop occurs in the buffer reactor Lz and the first and second switching devices S1 and S2, so that the cell module output voltage does not become zero. In particular, when the short-circuited part is in the immediate vicinity of the mechanical circuit breaker CB, the cell module output voltage becomes larger than the first system voltage Vdc after the short circuit, and the discharge current does not flow from the capacitor Ca, so that the current flows to the mechanical circuit breaker CB There is a risk that the current cannot be cut off without creating a zero.

本実施形態2は上記問題に対処するため、チョッパセルCの1台をブリッジセルBに置き換えたものである。ブリッジセルBはマイナスの電圧を出力することができる。   In the second embodiment, one of the chopper cells C is replaced with a bridge cell B in order to cope with the above problem. The bridge cell B can output a negative voltage.

そのため、第1直流系統1で短絡が発生した時、チョッパセルCは第2スイッチングデバイスS2をONし、ブリッジセルBでマイナスの電圧を出力することでセルモジュール出力電圧をマイナスにできる。このセルモジュール出力電圧により、第1直流系統1に接続されたコンデンサCaを逆向きに充電し、その充電電流で機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器CBを開極することができる。   Therefore, when a short circuit occurs in the first DC system 1, the chopper cell C can turn on the second switching device S <b> 2 and output a negative voltage at the bridge cell B to make the cell module output voltage negative. With this cell module output voltage, the capacitor Ca connected to the first DC system 1 is charged in the reverse direction, the short-circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB is canceled by the charging current, and the zero point of the current is created. CB can be opened.

セルコンデンサ充電動作、第2直流系統2の短絡時の動作は実施形態1と同様である。   The cell capacitor charging operation and the operation when the second DC system 2 is short-circuited are the same as those in the first embodiment.

図8,図9に、本実施形態2における短絡電流の遮断動作を示す。図8は短絡電流が左(第1直流系統1)から右(第2直流系統2)へ流れている場合である。   8 and 9 show a short-circuit current interrupting operation according to the second embodiment. FIG. 8 shows a case where a short-circuit current flows from the left (first DC system 1) to the right (second DC system 2).

全チョッパセルCの第1スイッチングデバイスS1をON、ブリッジセルBの第3,第6スイッチングデバイスS3,S6をONするとセルモジュールから4Vdc/3の電圧が出力され、第1直流系統1に接続されたコンデンサCaに充電電流が流れる。この充電電流により、機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器CBを開極する。   When the first switching device S1 of all the chopper cells C is turned on and the third and sixth switching devices S3 and S6 of the bridge cell B are turned on, a voltage of 4 Vdc / 3 is output from the cell module and connected to the first DC system 1 A charging current flows through the capacitor Ca. With this charging current, the short circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB is canceled to create a zero point of the current, and the mechanical circuit breaker CB is opened.

図9は短絡電流が右(第2直流系統2)から左(第1直流系統1)へ流れている場合であり、全チョッパセルCの第2スイッチングデバイスS2をON、ブリッジセルBの第4,第5スイッチングデバイスS4,S5をONする。これによりセルモジュール出力電圧は−Vc1(ブリッジセルBの直流電圧)となり、第1直流系統1に接続されたコンデンサCaから放電電流が流れる。この放電電流により、機械遮断器CBを通過する短絡電流を打ち消して電流の零点を作り、機械遮断器CBを開極する。   FIG. 9 shows a case where a short-circuit current flows from the right (second DC system 2) to the left (first DC system 1). The second switching devices S2 of all the chopper cells C are turned ON, and the fourth and fourth bridge cells B are turned ON. The fifth switching devices S4 and S5 are turned on. As a result, the cell module output voltage becomes −Vc1 (DC voltage of the bridge cell B), and a discharge current flows from the capacitor Ca connected to the first DC system 1. With this discharge current, the short circuit current passing through the mechanical circuit breaker CB is canceled to create a zero point of the current, and the mechanical circuit breaker CB is opened.

本実施形態2の直流遮断装置3で短絡電流を遮断するシミュレーションを実施した。図10に第2直流系統2が短絡した場合のシミュレーション条件を示す。   The simulation which interrupts | blocks a short circuit current with the DC interruption | blocking apparatus 3 of this Embodiment 2 was implemented. FIG. 10 shows simulation conditions when the second DC system 2 is short-circuited.

各チョッパセルC,ブリッジセルBのコンデンサ容量は500uF,充電電圧を500Vとした。時刻0secにおいて負荷3Ω抵抗の両端を短絡し、機械遮断器通過電流Icbが750Aを超えたことを検出したら1.5msの遅延後に開極指令を機械遮断器CBに入力する。ただし、アークを模擬するため機械遮断器CBは開極指令入力後に機械遮断器通過電流Icbが零にならないと開極しないものとする。   The capacitor capacity of each chopper cell C and bridge cell B was 500 uF, and the charging voltage was 500V. When both ends of the load 3Ω resistor are short-circuited at time 0 sec and it is detected that the mechanical circuit breaker passing current Icb exceeds 750 A, an opening command is input to the mechanical circuit breaker CB after a delay of 1.5 ms. However, in order to simulate an arc, the mechanical circuit breaker CB is not opened unless the mechanical circuit breaker passing current Icb becomes zero after the opening command is input.

開極指令と同じタイミングでセルモジュールに所定のゲート信号(ON/OFF指令信号)を入力する。機械遮断器通過電流Icbが0.1ms間零であれば遮断が完了したと判断してブリッジセルBのみゲート信号をOFFにした。   A predetermined gate signal (ON / OFF command signal) is input to the cell module at the same timing as the opening command. If the mechanical circuit breaker passage current Icb was zero for 0.1 ms, it was determined that the interruption was completed and only the bridge cell B was turned off.

図11にシミュレーション結果を示す。時刻1.6ms付近でセルモジュール電流Izが増加し、機械遮断器通過電流Icbは減少する。機械遮断器通過電流Icbが零に達したところで機械遮断器CBが開極され、遮断が完了する。   FIG. 11 shows the simulation result. Near the time 1.6 ms, the cell module current Iz increases, and the mechanical circuit breaker passing current Icb decreases. When the mechanical circuit breaker passage current Icb reaches zero, the mechanical circuit breaker CB is opened, and the interruption is completed.

このとき、セルコンデンサ電圧Vc1〜Vc4はセルモジュール電流Izにより放電され、零になる。その後、ブリッジセルBのスイッチングデバイスのゲート信号をOFFすることでブリッジセルBのセルコンデンサCc1のみが充電され、セルモジュール電流Iz,第2直流系統2を流れる電流Ilは急速に減衰する。ブリッジセルBのセルコンデンサCc1のコンデンサ電圧Vc1は1500Vで上昇しなくなるが、これは非線形抵抗Rが導通したためである。非線形抵抗Rには、印加電圧が1500V未満のときに所定の抵抗値をもち、印加電圧が1500V以上のときに抵抗値がほぼ零となる特性の抵抗を選定する。以上の動作により短絡電流は遮断される。   At this time, the cell capacitor voltages Vc1 to Vc4 are discharged by the cell module current Iz and become zero. Thereafter, by turning off the gate signal of the switching device of the bridge cell B, only the cell capacitor Cc1 of the bridge cell B is charged, and the cell module current Iz and the current Il flowing through the second DC system 2 are rapidly attenuated. The capacitor voltage Vc1 of the cell capacitor Cc1 of the bridge cell B does not increase at 1500V because the nonlinear resistor R is turned on. As the non-linear resistance R, a resistance having a predetermined resistance value when the applied voltage is less than 1500 V and having a resistance value substantially zero when the applied voltage is 1500 V or more is selected. The short circuit current is interrupted by the above operation.

ブリッジセルBのゲート信号をOFFする際、ブリッジセルBのスイッチングデバイスは3kA近くの電流を遮断しなければならない。しかし、セルコンデンサ電圧Vc1は零であるため零電圧スイッチングが成立し、スイッチング損失を小さく抑えることができる。チョッパセルCについては、電流は第2スイッチングデバイスS2の逆並列ダイオードを通過するためゲート信号のON・OFFに関わらず動作波形は変わらない。   When turning off the gate signal of the bridge cell B, the switching device of the bridge cell B must cut off the current near 3 kA. However, since the cell capacitor voltage Vc1 is zero, zero voltage switching is established, and the switching loss can be kept small. As for the chopper cell C, since the current passes through the antiparallel diode of the second switching device S2, the operation waveform does not change regardless of ON / OFF of the gate signal.

図12に第1直流系統1が短絡した場合のシミュレーション条件を示す。条件は、図10に比べて直流電源と負荷の位置を入れ替えただけである。   FIG. 12 shows simulation conditions when the first DC system 1 is short-circuited. The condition is only that the positions of the DC power supply and the load are changed as compared with FIG.

図13にシミュレーション結果を示す。時刻1.6ms付近までの機械遮断器CBの開極までの流れは図11と同様であり、機械遮断器通過電流Icbを遮断できている。ただし、短絡箇所の違いから電流の符号が異なる。   FIG. 13 shows the simulation result. The flow until the opening of the mechanical circuit breaker CB up to around 1.6 ms is the same as in FIG. 11, and the mechanical circuit breaker passing current Icb can be cut off. However, the sign of the current differs due to the difference in the short-circuit location.

時刻1.6ms以降はブリッジセルBのセルコンデンサ電圧Vc1だけが放電される。ブリッジセルBのゲート信号をOFFする際は、零電圧スイッチングが成立する。ブリッジセルBのゲート信号のOFF後はセルコンデンサCc1が充電され、セルモジュール電流Iz,第2直流系統2を流れる電流Ilが減衰する。ブリッジセルBのセルコンデンサ電圧Vc1は並列接続された非線形抵抗Rにより1500V程度で充電が停止する。   After time 1.6 ms, only the cell capacitor voltage Vc1 of the bridge cell B is discharged. When the gate signal of the bridge cell B is turned off, zero voltage switching is established. After the gate signal of the bridge cell B is turned off, the cell capacitor Cc1 is charged, and the cell module current Iz and the current Il flowing through the second DC system 2 are attenuated. Charging of the cell capacitor voltage Vc1 of the bridge cell B is stopped at about 1500 V by the non-linear resistance R connected in parallel.

第1直流系統1が短絡した場合、チョッパセルCのコンデンサ電圧Vc2〜Vc4は放電されず500Vを維持する。ここでゲート信号をOFFすると4kA近くの電流を500Vで遮断するため大きなスイッチング損失が発生しスイッチングデバイスが熱破損する恐れがある。そのため、電流が安全に遮断できるレベルまで減衰してからゲート信号をOFFする必要がある。   When the first DC system 1 is short-circuited, the capacitor voltages Vc2 to Vc4 of the chopper cell C are not discharged and maintain 500V. Here, when the gate signal is turned off, a current near 4 kA is cut off at 500 V, so that a large switching loss occurs and the switching device may be thermally damaged. Therefore, it is necessary to turn off the gate signal after the current is attenuated to a level at which it can be safely interrupted.

実施形態1ではチョッパセルCしかないためコンデンサ電圧において大電流を遮断しなければならないが、本実施形態2ではブリッジセルBが零電圧で大電流を遮断できるため、セルのスイッチング損失を低減できる。   In the first embodiment, since there is only the chopper cell C, a large current must be cut off at the capacitor voltage. However, in the second embodiment, since the bridge cell B can cut off a large current at zero voltage, the switching loss of the cell can be reduced.

本実施形態2によれば実施形態1と同様の作用効果を奏する。また、より確実に第2直流系統2から第1直流系統1に流れる短絡電流を遮断することができる。   According to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment are obtained. In addition, it is possible to more reliably interrupt the short circuit current flowing from the second DC system 2 to the first DC system 1.

また、実施形態1に対し、スイッチングデバイスは2個の追加でよい。また、第2直流系統2の短絡時の負荷電流を早く減衰させることができる。   Further, two switching devices may be added to the first embodiment. Further, the load current when the second DC system 2 is short-circuited can be attenuated quickly.

また、第1直流系統1の短絡時に各セルのスイッチングデバイスをOFFする際、ブリッジセルBから先にOFFすることによりセルスイッチング損失を低減することができる。   Further, when the switching device of each cell is turned off when the first DC system 1 is short-circuited, the cell switching loss can be reduced by turning off the bridge cell B first.

また、本実施形態2では、実施形態1の1つのチョッパセルCをブリッジセルBに置き換えたが、2以上のチョッパセルCをブリッジセルBに置き換えても、全てのチョッパセルCをブリッジセルBに置き換えても良い。   In the second embodiment, one chopper cell C in the first embodiment is replaced with the bridge cell B. However, even if two or more chopper cells C are replaced with the bridge cell B, all the chopper cells C are replaced with the bridge cells B. Also good.

[実施形態3]
図14に本実施形態3の主回路構成を示す。本実施形態3は、実施形態1にセルモジュール電流Izを検出する電流検出器9と電圧検出器10を追加したものである。図14では、電圧検出器10を第1直流系統1に接続して第1系統電圧Vdcを検出しているが、第2直流系統2に接続して第2系統電圧Vlを検出してもよい。
[Embodiment 3]
FIG. 14 shows the main circuit configuration of the third embodiment. In the third embodiment, a current detector 9 and a voltage detector 10 for detecting the cell module current Iz are added to the first embodiment. In FIG. 14, the voltage detector 10 is connected to the first DC system 1 to detect the first system voltage Vdc. However, the voltage detector 10 may be connected to the second DC system 2 to detect the second system voltage Vl. .

図15に本実施形態3の電流制御ブロック構成を示す。本実施形態3の制御ブロックは、セルモジュール出力電流指令値演算部11と、セルモジュール電流制御部12と、出力電圧指令値補正部13と、セルコンデンサ電圧制御部14と、を備える。   FIG. 15 shows a current control block configuration of the third embodiment. The control block of Embodiment 3 includes a cell module output current command value calculation unit 11, a cell module current control unit 12, an output voltage command value correction unit 13, and a cell capacitor voltage control unit 14.

セルモジュール出力電流指令値演算部11は、減算器15において、各相のセルコンデンサ電圧平均値Vcavgとセルコンデンサ平均電圧指令値Vc*の偏差を求める。フィルタ16は、偏差から急激な変化分を除去し、低周波の脈動を抽出する。アンプ17は、フィルタ16の出力にゲインGcをかけ、セルコンデンサCc充電のための電流指令値を出力する。   The cell module output current command value calculation unit 11 obtains a deviation between the cell capacitor voltage average value Vcavg and the cell capacitor average voltage command value Vc * of each phase in the subtractor 15. The filter 16 removes a sudden change from the deviation and extracts low-frequency pulsations. The amplifier 17 multiplies the output of the filter 16 by a gain Gc, and outputs a current command value for charging the cell capacitor Cc.

スイッチSW1は、電流指令値Iaと第2直流系統2に流れる電流Ilの検出値を入力し、正常時は電流指令値Ia、短絡発生時など電流を遮断するときは第2直流系統2に流れる電流Ilの検出値を出力する。電流指令値Iaは外部から入力され、零固定の他、系統の共振抑制や負荷平準化、過負荷アシストなど目的に応じた値を外部で演算し入力してもよい。   The switch SW1 receives the current command value Ia and the detected value of the current Il flowing through the second DC system 2, and flows into the second DC system 2 when the current command value Ia is normal and when the current is interrupted such as when a short circuit occurs. The detection value of the current Il is output. The current command value Ia is input from the outside, and in addition to being fixed to zero, a value according to the purpose such as system resonance suppression, load leveling, overload assist, etc. may be calculated and input externally.

加算器18は、アンプ17の出力にスイッチSW1の出力を加算し、セルモジュール電流指令値I*として出力する。   The adder 18 adds the output of the switch SW1 to the output of the amplifier 17 and outputs it as a cell module current command value I *.

セルモジュール電流制御部12は、微分器19において、セルモジュール電流指令値I*の現在の値と時間Δt前の値との差分を出力する。微分器19は、後述する信号を入力しセルn台分のキャリア三角波の最大値の谷の部分(図16のA点、すなわち起動信号パルスがある点)でのみ動作する。Δtはキャリア三角波の1/n周期である。なお、図16は、セル4台構成の例を示したものである。よって、キャリア三角波が4種類ある。   In the differentiator 19, the cell module current control unit 12 outputs the difference between the current value of the cell module current command value I * and the value before time Δt. The differentiator 19 inputs a signal to be described later and operates only at the valley portion of the maximum value of the carrier triangular wave for n cells (point A in FIG. 16, that is, the point where the activation signal pulse is present). Δt is the 1 / n period of the carrier triangular wave. FIG. 16 shows an example of a configuration of four cells. Therefore, there are four types of carrier triangular waves.

アンプ20は、微分器19の出力にゲインGlをかける。アンプ21は、セルモジュール電流指令値I*にゲインGrをかける。加算器22は、アンプ20の出力とアンプ21の出力を加算する。加算器22の出力結果が、電圧指令値のフィードフォワード項となる。   The amplifier 20 multiplies the output of the differentiator 19 by a gain G1. The amplifier 21 multiplies the cell module current command value I * by a gain Gr. The adder 22 adds the output of the amplifier 20 and the output of the amplifier 21. The output result of the adder 22 becomes a feedforward term of the voltage command value.

減算器23は、セルモジュール電流指令値I*とセルモジュール電流Izの検出値との偏差を演算する。アンプ24は減算器23の出力(偏差)にゲインGをかけ、電圧指令値を出力する。加算器25は、加算器22の出力とアンプ24の出力と1とを加算する。加算器25の出力がセルモジュールの出力電圧指令値V*となる
出力電圧指令値補正部13は、除算器26において、セルコンデンサ電圧平均値Vcavgをセル台数で乗算し、その結果の逆数である1/nVcavgを出力する。乗算器27は、除算器26の出力と第1系統電圧Vdcの積を演算する。乗算器27の出力Vdc/nVcavgが振幅の補正係数となり、乗算器28によりセルコンデンサの出力電圧指令値V*との積が演算される。
The subtractor 23 calculates a deviation between the cell module current command value I * and the detected value of the cell module current Iz. The amplifier 24 multiplies the output (deviation) of the subtractor 23 by a gain G and outputs a voltage command value. The adder 25 adds the output of the adder 22, the output of the amplifier 24, and 1. The output of the adder 25 becomes the output voltage command value V * of the cell module. The output voltage command value correction unit 13 multiplies the cell capacitor voltage average value Vcavg by the number of cells in the divider 26, and is the reciprocal of the result. 1 / nVcavg is output. The multiplier 27 calculates the product of the output of the divider 26 and the first system voltage Vdc. The output Vdc / nVcavg of the multiplier 27 becomes an amplitude correction coefficient, and the multiplier 28 calculates a product of the output voltage command value V * of the cell capacitor.

セルコンデンサ電圧制御部14は、減算器29において、セルコンデンサ電圧Vcの検出値とセルコンデンサ電圧平均値Vcavgとの偏差を演算する。セルコンデンサ電圧Vcの検出値は、セルn台分の信号である(Vc1〜Vcn)。   The cell capacitor voltage control unit 14 calculates the deviation between the detected value of the cell capacitor voltage Vc and the cell capacitor voltage average value Vcavg in the subtractor 29. The detected value of the cell capacitor voltage Vc is a signal for n cells (Vc1 to Vcn).

アンプ30は、セルコンデンサ電圧Vcの検出値とセルコンデンサ電圧平均値Vcavgとの偏差にゲインGciをかけ、電圧指令値を出力する。符号抽出器31は、Iz>0ならば1を、Iz<0ならば−1を、Iz=0ならば0を出力する。   The amplifier 30 multiplies the deviation between the detected value of the cell capacitor voltage Vc and the average cell capacitor voltage value Vcavg by a gain Gci, and outputs a voltage command value. The code extractor 31 outputs 1 if Iz> 0, −1 if Iz <0, and 0 if Iz = 0.

乗算器32は、アンプ30の出力に、制御対象のセルと同じ相の符号抽出結果との積を演算する。乗算器32の出力が各セルのコンデンサ電圧制御に必要な出力電圧指令の補正値である。加算器33において、乗算器28の出力と乗算器32の出力とが加算され、PWM変調器34に出力される。   The multiplier 32 calculates the product of the output of the amplifier 30 and the code extraction result having the same phase as the control target cell. The output of the multiplier 32 is a correction value for the output voltage command necessary for capacitor voltage control of each cell. In the adder 33, the output of the multiplier 28 and the output of the multiplier 32 are added and output to the PWM modulator 34.

PWM変調器34で使用するキャリア三角波は、以下のようにPS(フェーズシフト)によって生成される。   The carrier triangular wave used in the PWM modulator 34 is generated by PS (phase shift) as follows.

キャリア三角波生成器35から出力されたキャリア三角波は、遅延器36により、k番目のセルに対して、三角波の位相を(k−1)π/nだけ遅らせる。遅延器36により、π/nずつ位相のずれたn本のキャリア三角波が生成される。PWM変調器34では、k番目の三角波キャリアはk番目のセル電圧指令値と比較され、得られたゲート信号はk番目のセルに送られる。   The carrier triangular wave output from the carrier triangular wave generator 35 delays the phase of the triangular wave by (k−1) π / n with respect to the kth cell by the delay unit 36. The delay unit 36 generates n carrier triangular waves with phases shifted by π / n. In the PWM modulator 34, the kth triangular wave carrier is compared with the kth cell voltage command value, and the obtained gate signal is sent to the kth cell.

キャリア三角波からは、以下のブロックを用いてセルモジュール電流制御部12の微分器19の起動信号を生成する。   From the carrier triangular wave, the activation signal of the differentiator 19 of the cell module current control unit 12 is generated using the following blocks.

最大値選択部maxは、遅延器36から出力されるn本のキャリア三角波から値が最大のものを選択して出力する。微分器37は、最大値選択部maxの出力を微分する。   The maximum value selection unit max selects and outputs the largest value among the n carrier triangular waves output from the delay unit 36. The differentiator 37 differentiates the output of the maximum value selection unit max.

比較器38は、微分器37の出力がプラスならば1を出力する。バッファZ-1は微分器37の出力を1演算時間だけ遅らせる。比較器39はバッファZ-1の出力がマイナスならば1を出力する。 The comparator 38 outputs 1 if the output of the differentiator 37 is positive. The buffer Z -1 delays the output of the differentiator 37 by one calculation time. The comparator 39 outputs 1 if the output of the buffer Z -1 is negative.

AND素子40は、比較器38,39の出力が両方1ならば1を出力する。AND素子40は、キャリア三角波の最大値の傾きがマイナスからプラスに変化した直後に1演算時間だけ1を出力する。AND素子40の出力はセルモジュール電流制御部12内部の微分器19に出力される。微分器19はキャリア三角波最大値の谷の部分(図16のA点)でのみ動作する。   The AND element 40 outputs 1 if the outputs of the comparators 38 and 39 are both 1. The AND element 40 outputs 1 for one calculation time immediately after the gradient of the maximum value of the carrier triangular wave changes from minus to plus. The output of the AND element 40 is output to the differentiator 19 in the cell module current control unit 12. The differentiator 19 operates only at the valley portion (point A in FIG. 16) of the maximum value of the carrier triangular wave.

以下、本実施形態3の回路の動作を説明する。電流を遮断する際、消弧したアークが再度発生し遮断に失敗する場合がある。これを防ぐため、特許文献1ではPIアンプによる電流制御を行い機械遮断器の零電流をある期間維持している。   Hereinafter, the operation of the circuit of the third embodiment will be described. When the current is cut off, the extinguished arc may occur again and the interruption may fail. In order to prevent this, in Patent Document 1, current control using a PI amplifier is performed to maintain a zero current of the mechanical circuit breaker for a certain period.

しかし、PIアンプは応答が遅く、機械遮断器の電流が零になるまで時間がかかるという問題がある。本実施形態3は、実施形態1に電流制御を適用し、遮断失敗を防ぎ、かつ、応答の早い電流制御アンプを適用することで遮断にかかる時間を短縮した。   However, there is a problem that the PI amplifier has a slow response and takes time until the current of the mechanical circuit breaker becomes zero. In the third embodiment, the current control is applied to the first embodiment to prevent the failure of interruption, and the current control amplifier having a quick response is applied to reduce the time required for the interruption.

まずは、セルコンデンサ電圧平均値Vcavgとセルコンデンサ平均電圧指令値Vc*との偏差を演算し、ゲインGcをかけ、セルモジュール電流指令値I*を求める。   First, the deviation between the cell capacitor voltage average value Vcavg and the cell capacitor average voltage command value Vc * is calculated and multiplied by the gain Gc to obtain the cell module current command value I *.

ゲインGcは、待機時間がそのまま充放電時間となり十分な余裕があるため、小さめの値を適当に設定してよい。   The gain Gc may be appropriately set to a small value because the standby time is the charge / discharge time as it is and has a sufficient margin.

フィルタ16についてであるが、遮断動作中はコンデンサ電圧充放電よりも機械遮断器CBの電流を零にすることが優先される。そのため、フィルタ16を用いて遮断動作中におけるコンデンサ電圧の急激な変動を除去し、充放電を停止する。または、フィルタ16を使用せずに短絡が発生したらゲインGc=0に設定してもよい。   As for the filter 16, during the breaking operation, priority is given to zeroing the current of the mechanical breaker CB over charging and discharging the capacitor voltage. For this reason, the filter 16 is used to remove sudden fluctuations in the capacitor voltage during the shut-off operation, and charge / discharge is stopped. Alternatively, if a short circuit occurs without using the filter 16, the gain Gc = 0 may be set.

待機中はセルコンデンサ充電電流を出力し、コンデンサ電圧の維持を行う。必要であれば、系統の共振抑制や負荷平準化、過負荷アシストなど目的に応じた電流指令値Iaを外部から入力し、待機中に別の動作を行うこともできる。   During standby, the cell capacitor charging current is output to maintain the capacitor voltage. If necessary, the current command value Ia according to the purpose such as system resonance suppression, load leveling, and overload assist can be input from the outside, and another operation can be performed during standby.

セルモジュール電流制御部12について説明する。セルモジュール電流制御部12は、一般的な電流制御部とフィードフォワード項で構成される。   The cell module current control unit 12 will be described. The cell module current control unit 12 includes a general current control unit and a feedforward term.

一般的な電流制御部は、セルモジュール電流Izの検出値とセルモジュール電流指令値I*の偏差をゲインGで増幅する。   The general current control unit amplifies the deviation between the detected value of the cell module current Iz and the cell module current command value I * with a gain G.

フィードフォワード項について説明する。短絡発生時に機械遮断器通過電流Icbを零にするには、高速な電流制御が必要となる。そこで、バッファリアクトルLzの電圧・電流の関係から所望の電流出力に必要な電圧を計算し、フィードフォワードで出力することで高速化を実現する。バッファリアクトルをLz、その寄生抵抗をRzと置くと、必要なセルモジュール出力電圧v、ゲインGl,Grは以下の(5)式で求められる。   The feedforward term will be described. In order to make the mechanical circuit breaker passage current Icb zero when a short circuit occurs, high-speed current control is required. Therefore, the voltage required for the desired current output is calculated from the relationship between the voltage and current of the buffer reactor Lz, and the speed is increased by outputting it in feed forward. When the buffer reactor is denoted by Lz and its parasitic resistance is denoted by Rz, the necessary cell module output voltage v and gains Gl and Gr can be obtained by the following equation (5).

Figure 2018190612
Figure 2018190612

ここで、vLzはバッファリアクトルLzの印加電圧を示す。以上の(5)式で得られたvをセルモジュールの出力電圧指令値V*とする。   Here, vLz indicates an applied voltage of the buffer reactor Lz. Let v obtained by the above equation (5) be the output voltage command value V * of the cell module.

バッファZ-1により、ある一定時間Δt前のセルモジュール電流指令値I*を保持、現在の値との差分を演算することでΔI*を求める。ここで、Δtはセルモジュールの出力できる電圧パルスの最小単位、すなわち、キャリア三角波の1/n周期とする。 The cell module current command value I * before a certain time Δt is held by the buffer Z −1 , and ΔI * is obtained by calculating the difference from the current value. Here, Δt is the minimum unit of the voltage pulse that can be output from the cell module, that is, the 1 / n period of the carrier triangular wave.

求めたΔI*にゲインGlをかけ、電圧指令値として出力する。以上のフィードフォワード補償により、セルモジュール電流指令値I*が変化してもキャリア三角波の1/n周期後にはセルモジュール電流Izの検出値をセルモジュール電流指令値I*にほぼ等しくすることができる。   The obtained ΔI * is multiplied by the gain Gl and output as a voltage command value. With the above feedforward compensation, even if the cell module current command value I * changes, the detection value of the cell module current Iz can be made substantially equal to the cell module current command value I * after 1 / n period of the carrier triangular wave. .

アンプ24のゲインGはセルモジュール電流Izの検出値とセルモジュール電流指令値I*のずれを補正するのが目的であるため、小さくてよい。ただし、これだけではバッファリアクトルLzやスイッチングデバイスの寄生抵抗によりセルモジュール電流Izが減衰してしまう。そこで、セルモジュール電流指令値I*にゲインGrをかけ寄生抵抗の電圧降下を推定、結果をセルモジュールの出力電圧指令値V*に加算することで寄生抵抗の電圧降下を補償し電流の減衰を防ぐことができる。   The gain G of the amplifier 24 may be small because the purpose is to correct the deviation between the detected value of the cell module current Iz and the cell module current command value I *. However, this alone attenuates the cell module current Iz due to the buffer reactor Lz and the parasitic resistance of the switching device. Therefore, the gain Gr is applied to the cell module current command value I * to estimate the voltage drop of the parasitic resistance, and the result is added to the output voltage command value V * of the cell module to compensate for the voltage drop of the parasitic resistance and to attenuate the current. Can be prevented.

加算器25では、フィードフォワード項として1を加算している。これは後段の補正係数Vdc/nVcavgをかけることで(5)式のVdc相当となる。セルモジュール電流指令値I*が零の場合セルモジュールの出力電圧指令値V*=1となり、このときセルモジュールから第1系統電圧Vdcに等しい電圧を出力させセルモジュール電流Izの検出値を零にするためのものである。   The adder 25 adds 1 as a feedforward term. This is equivalent to Vdc in equation (5) by multiplying the subsequent correction coefficient Vdc / nVcavg. When the cell module current command value I * is zero, the cell module output voltage command value V * = 1. At this time, a voltage equal to the first system voltage Vdc is output from the cell module, and the detection value of the cell module current Iz is set to zero. Is to do.

補正係数をかけた後、電圧指令値にはセル個別のコンデンサ電圧制御指令値が加算される。セル個別コンデンサ電圧制御は、特許文献2のものをそのまま適用することができる。セル個別のコンデンサ電圧Vc1〜Vcnの検出値とセルコンデンサ電圧平均値Vcavgの偏差をアンプ30のゲインGciにより増幅する。   After the correction coefficient is applied, the cell-specific capacitor voltage control command value is added to the voltage command value. For the cell individual capacitor voltage control, the one disclosed in Patent Document 2 can be applied as it is. The deviation between the detected values of the cell-specific capacitor voltages Vc1 to Vcn and the cell capacitor voltage average value Vcavg is amplified by the gain Gci of the amplifier 30.

次に、セルモジュール電流Izの検出値の符号によりアンプ出力を補正する。例えば、制御対象のセルコンデンサ電圧が過剰でアンプ出力がプラス、セルモジュール電流Izの検出値もプラスの場合、対象のセル出力電圧を増加すれば出力有効電力が増加しセルコンデンサを放電することができる。   Next, the amplifier output is corrected by the sign of the detection value of the cell module current Iz. For example, if the cell capacitor voltage to be controlled is excessive, the amplifier output is positive, and the detection value of the cell module current Iz is also positive, increasing the target cell output voltage may increase the output active power and discharge the cell capacitor. it can.

セル出力電圧を増加する必要があるため、加算すべきセル個別電圧制御指令値はプラスである。同じ条件でセルモジュール電流Izの検出値がマイナスの場合、対象のセル出力電圧を減少すれば入力される有効電力が減少しセルコンデンサ充電量を減少することができる。セル出力電圧を減少させるため、加算すべきセル個別電圧制御指令値はマイナスとなる。   Since the cell output voltage needs to be increased, the cell individual voltage control command value to be added is positive. If the detected value of the cell module current Iz is negative under the same conditions, the effective power input can be reduced and the cell capacitor charge amount can be reduced if the target cell output voltage is reduced. In order to decrease the cell output voltage, the cell individual voltage control command value to be added is negative.

k番目のセル出力電圧指令値は、以下の(6)式になる。   The k-th cell output voltage command value is expressed by the following equation (6).

Figure 2018190612
Figure 2018190612

最後に、補正後の電圧指令値(加算器33の出力)とキャリア三角波を比較し各セルのゲート指令を生成する。ここではキャリア三角波はフェーズシフト方式とし、位相を(k−1)π/nずつずらしたものを用意する。   Finally, the corrected voltage command value (output of the adder 33) is compared with the carrier triangular wave to generate a gate command for each cell. Here, the carrier triangular wave is a phase shift system, and the phase is shifted by (k−1) π / n.

このとき、すべてのキャリア三角波から最大値を抽出し谷の部分(図16のA点)で起動信号を生成し、セルモジュール電流制御部12内部の微分器19に出力する。これにより、微分器19はΔt前のセルモジュール電流指令値I*と現在のセルモジュール電流指令値I*の差分を演算、出力することができる。   At this time, the maximum value is extracted from all the carrier triangular waves, an activation signal is generated at the valley portion (point A in FIG. 16), and output to the differentiator 19 inside the cell module current control unit 12. Thereby, the differentiator 19 can calculate and output the difference between the cell module current command value I * before Δt and the current cell module current command value I *.

以上の構成により、正常時には電流指令値Ia=0ならばセルコンデンサを充放電して待機、または適切な電流指令値Iaを入力することで共振抑制などを行うことができる。短絡発生時など電流を遮断する場合は、スイッチSW1が下に切り替わりセルモジュール電流Izの検出値と第2直流系統2に流れる電流Ilの検出値が一致することで機械遮断器CBの電流を零にすることができ、電流が遮断される。   With the above configuration, when the current command value Ia = 0 at normal times, the cell capacitor can be charged and discharged to stand by, or resonance can be suppressed by inputting an appropriate current command value Ia. When the current is interrupted, such as when a short circuit occurs, the switch SW1 is switched down and the detected value of the cell module current Iz matches the detected value of the current Il flowing through the second DC system 2, so that the current of the mechanical circuit breaker CB is zero The current can be cut off.

特許文献1との違いとして、特許文献1は(7)式による電流制御を行うがフィードフォワードに使用する微分項はセルモジュール電流Izの検出値である。そのため、実際に電流が出力されるまでは微分項は動作せず、遅延が生じてしまう。   As a difference from Patent Document 1, Patent Document 1 performs current control according to Equation (7), but the differential term used for feedforward is the detected value of the cell module current Iz. Therefore, the differential term does not operate until a current is actually output, causing a delay.

一方、本実施形態3では指令値を微分項に使用するため、電流が流れ出す前から微分項が動作しセルモジュールは必要な電圧を出力でき、応答速度を高めることができる。   On the other hand, in the third embodiment, since the command value is used for the differential term, the differential term operates before the current starts to flow, and the cell module can output the necessary voltage, thereby increasing the response speed.

本実施形態3は、実施形態2と同様にチョッパセルCをブリッジセルBに変更することも可能である。   In the third embodiment, the chopper cell C can be changed to the bridge cell B as in the second embodiment.

以上示したように、本実施形態3によれば、実施形態1,2と同様の作用効果を奏する。   As described above, according to the third embodiment, the same operational effects as those of the first and second embodiments can be obtained.

また、本実施形態3は、特許文献1に対して、電流制御の応答が早く、キャリア三角波の1/n周期で機械遮断器CBの電流を零にでき、高速な遮断が可能となる。   In addition, the third embodiment has a faster current control response than Patent Document 1, and the current of the mechanical circuit breaker CB can be made zero in the 1 / n cycle of the carrier triangular wave, thereby enabling high-speed interruption.

また、機械遮断器CBの電流が零になる期間が長くなり、より確実に電流を遮断することができる。さらに、正常時には別途電流指令値Iaを入力することで、共振抑制や負荷平準化、過負荷の一時的なアシストなど別の機能を持たせることができる。   Further, the period during which the current of the mechanical circuit breaker CB becomes zero becomes longer, and the current can be more reliably interrupted. Furthermore, by inputting the current command value Ia separately during normal operation, other functions such as resonance suppression, load leveling, and temporary overload assistance can be provided.

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。   Although the present invention has been described in detail only for the specific examples described above, it is obvious to those skilled in the art that various changes and modifications are possible within the scope of the technical idea of the present invention. Such variations and modifications are naturally within the scope of the claims.

1…第1直流系統
2…第2直流系統
3…直流遮断装置
4…電流検出器
Lz…バッファリアクトル
C…チョッパセル
B…ブリッジセル
CB…機械遮断器
Ca…コンデンサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st DC system 2 ... 2nd DC system 3 ... DC circuit breaker 4 ... Current detector Lz ... Buffer reactor C ... Chopper cell B ... Bridge cell CB ... Mechanical circuit breaker Ca ... Capacitor

Claims (9)

第1直流系統の+端子と第2直流系統の+端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第1直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の−端子との間に接続されたコンデンサと、
前記機械遮断器と前記第2直流系統の+端子の共通接続点と、前記第1直流系統の−端子と前記第2直流系統の−端子の共通接続点との間に1つ接続され、または、複数直列接続されたチョッパセルと、
前記チョッパセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、
前記チョッパセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第1スイッチングデバイスと、
前記一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第2スイッチングデバイスと、
前記第1スイッチングデバイスの他端と前記他方の接続端子との間に接続された第1セルコンデンサと、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
A mechanical circuit breaker connected between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system;
A capacitor connected between a positive terminal of the first DC system and a common connection point of the mechanical circuit breaker, and a negative terminal of the first DC system;
One is connected between a common connection point of the mechanical circuit breaker and the + terminal of the second DC system and a common connection point of the-terminal of the first DC system and the-terminal of the second DC system; or A plurality of chopper cells connected in series;
A buffer reactor connected in series to the chopper cell,
The chopper cell is
A first switching device having one end connected to one connection terminal;
A second switching device connected between the one connection terminal and the other connection terminal;
A first cell capacitor connected between the other end of the first switching device and the other connection terminal;
A direct current circuit breaker comprising:
第1直流系統の−端子と第2直流系統の−端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第1直流系統の−端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子との間に接続されたコンデンサと、
前記機械遮断器と前記第2直流系統の−端子の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子と前記第2直流系統の+端子の共通接続点との間に1つ接続され、または、複数直列接続されたチョッパセルと、
前記チョッパセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、
前記チョッパセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第1スイッチングデバイスと、
前記一方の接続端子と他方の接続端子との間に接続された第2スイッチングデバイスと、
前記第1スイッチングデバイスの他端と前記他方の接続端子との間に接続された第1セルコンデンサと、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
A mechanical circuit breaker connected between the-terminal of the first DC system and the-terminal of the second DC system;
A capacitor connected between a-terminal of the first DC system and a common connection point of the mechanical circuit breaker and a + terminal of the first DC system;
One is connected between the common connection point of the mechanical circuit breaker and the negative terminal of the second DC system, and the common connection point of the positive terminal of the first DC system and the positive terminal of the second DC system, or A plurality of chopper cells connected in series;
A buffer reactor connected in series to the chopper cell,
The chopper cell is
A first switching device having one end connected to one connection terminal;
A second switching device connected between the one connection terminal and the other connection terminal;
A first cell capacitor connected between the other end of the first switching device and the other connection terminal;
A direct current circuit breaker comprising:
前記チョッパセルに、直列接続された1つ、または、複数のブリッジセルを備え、
前記ブリッジセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第3スイッチングデバイスと、
前記第3スイッチングデバイスに直列に接続された第4スイッチングデバイスと、
前記第3スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第5スイッチングデバイスと、
前記第4スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第6スイッチングデバイスと、
前記第3,第5スイッチングデバイスの共通接続点と前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第2セルコンデンサと、
前記第2セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、
を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の直流遮断装置。
The chopper cell includes one or a plurality of bridge cells connected in series,
The bridge cell is
A third switching device having one end connected to one connection terminal;
A fourth switching device connected in series to the third switching device;
A fifth switching device connected between the other end of the third switching device and the other connection terminal;
A sixth switching device connected between the fourth switching device and the other connection terminal;
A second cell capacitor connected between a common connection point of the third and fifth switching devices and a common connection point of the fourth and sixth switching devices;
A non-linear resistor connected in parallel to the second cell capacitor;
The direct current circuit breaker according to claim 1 or 2, further comprising:
第1直流系統の+端子と第2直流系統の+端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第1直流系統の+端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の−端子との間に接続されたコンデンサと、
前記機械遮断器と前記第2直流系統の+端子の共通接続点と、前記第1直流系統の−端子と前記第2直流系統の−端子の共通接続点との間に1つ接続され、または、複数直列接続されたブリッジセルと、
前記ブリッジセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、
前記ブリッジセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第3スイッチングデバイスと、
前記第3スイッチングデバイスに直列に接続された第4スイッチングデバイスと、
前記第3スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第5スイッチングデバイスと、
前記第4スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第6スイッチングデバイスと、
前記第3,第5スイッチングデバイスの共通接続点と前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第2セルコンデンサと、
前記第2セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
A mechanical circuit breaker connected between the + terminal of the first DC system and the + terminal of the second DC system;
A capacitor connected between a positive terminal of the first DC system and a common connection point of the mechanical circuit breaker, and a negative terminal of the first DC system;
One is connected between a common connection point of the mechanical circuit breaker and the + terminal of the second DC system and a common connection point of the-terminal of the first DC system and the-terminal of the second DC system; or A plurality of bridge cells connected in series;
A buffer reactor connected in series to the bridge cell,
The bridge cell is
A third switching device having one end connected to one connection terminal;
A fourth switching device connected in series to the third switching device;
A fifth switching device connected between the other end of the third switching device and the other connection terminal;
A sixth switching device connected between the fourth switching device and the other connection terminal;
A second cell capacitor connected between a common connection point of the third and fifth switching devices and a common connection point of the fourth and sixth switching devices;
A non-linear resistor connected in parallel to the second cell capacitor;
A direct current circuit breaker comprising:
第1直流系統の−端子と第2直流系統の−端子との間に接続された機械遮断器と、
前記第1直流系統の−端子と前記機械遮断器の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子との間に接続されたコンデンサと、
前記機械遮断器と前記第2直流系統の−端子の共通接続点と、前記第1直流系統の+端子と前記第2直流系統の+端子の共通接続点との間に1つ接続され、または、複数直列接続されたブリッジセルと、
前記ブリッジセルに直列接続されたバッファリアクトルと、を備え、
前記ブリッジセルは、
一方の接続端子に一端が接続された第3スイッチングデバイスと、
前記第3スイッチングデバイスに直列に接続された第4スイッチングデバイスと、
前記第3スイッチングデバイスの他端と他方の接続端子との間に接続された第5スイッチングデバイスと、
前記第4スイッチングデバイスと他方の接続端子との間に接続された第6スイッチングデバイスと、
前記第3,第5スイッチングデバイスの共通接続点と前記第4,第6スイッチングデバイスの共通接続点との間に接続された第2セルコンデンサと、
前記第2セルコンデンサに並列接続された非線形抵抗と、
を備えたことを特徴とする直流遮断装置。
A mechanical circuit breaker connected between the-terminal of the first DC system and the-terminal of the second DC system;
A capacitor connected between a-terminal of the first DC system and a common connection point of the mechanical circuit breaker and a + terminal of the first DC system;
One is connected between the common connection point of the mechanical circuit breaker and the negative terminal of the second DC system, and the common connection point of the positive terminal of the first DC system and the positive terminal of the second DC system, or A plurality of bridge cells connected in series;
A buffer reactor connected in series to the bridge cell,
The bridge cell is
A third switching device having one end connected to one connection terminal;
A fourth switching device connected in series to the third switching device;
A fifth switching device connected between the other end of the third switching device and the other connection terminal;
A sixth switching device connected between the fourth switching device and the other connection terminal;
A second cell capacitor connected between a common connection point of the third and fifth switching devices and a common connection point of the fourth and sixth switching devices;
A non-linear resistor connected in parallel to the second cell capacitor;
A direct current circuit breaker comprising:
セルモジュール電流の検出値がセルモジュール電流指令値と等しくなるように、電流制御を行うことを特徴とする請求項1〜5のうち何れかに記載の直流遮断装置。   6. The DC interrupter according to claim 1, wherein current control is performed so that a detected value of the cell module current is equal to a cell module current command value. 前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第1スイッチングデバイスをON,前記第2スイッチングデバイスをOFFにし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、
前記第2直流系統から前記第1直流系統に電流が流れており、前記第1直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第1スイッチングデバイスをOFF,前記第2スイッチングデバイスをONし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする請求項1または2記載の直流遮断装置。
When a current flows from the first DC system to the second DC system and an accident occurs in the second DC system, the first switching device of the chopper cell is turned ON and the second switching device is turned OFF. Opening the mechanical circuit breaker when the mechanical circuit breaker passing current is lower than a predetermined value,
When a current flows from the second DC system to the first DC system and an accident occurs in the first DC system, the first switching device of the chopper cell is turned OFF and the second switching device is turned ON. 3. The DC circuit breaker according to claim 1, wherein the mechanical circuit breaker is opened when the mechanical circuit breaker passing current becomes lower than a predetermined value.
前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第1スイッチングデバイスをON,前記第2スイッチングデバイスをOFFにし、前記ブリッジセルの前記第3,第6スイッチングデバイスをON,前記第4,第5スイッチングデバイスをOFFし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、
前記第2直流系統から前記第1直流系統に電流が流れており、前記第1直流系統で事故が発生した場合は、前記チョッパセルの前記第1スイッチングデバイスをOFF,前記第2スイッチングデバイスをONし、前記ブリッジセルの前記第3,第6スイッチングデバイスをOFF,前記第4,第5スイッチングデバイスをONし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする請求項3記載の直流遮断装置。
When a current flows from the first DC system to the second DC system and an accident occurs in the second DC system, the first switching device of the chopper cell is turned ON and the second switching device is turned OFF. The third and sixth switching devices of the bridge cell are turned ON, the fourth and fifth switching devices are turned OFF, and the mechanical circuit breaker is opened when the mechanical circuit breaker passing current becomes lower than a predetermined value. And
When a current flows from the second DC system to the first DC system and an accident occurs in the first DC system, the first switching device of the chopper cell is turned OFF and the second switching device is turned ON. The third and sixth switching devices of the bridge cell are turned OFF, the fourth and fifth switching devices are turned ON, and the mechanical circuit breaker is opened when the mechanical circuit breaker passing current becomes lower than a predetermined value. The direct current circuit breaker according to claim 3, wherein:
前記第1直流系統から前記第2直流系統に電流が流れており、前記第2直流系統で事故が発生した場合は、前記ブリッジセルの前記第3,第6スイッチングデバイスをON,前記第4,第5スイッチングデバイスをOFFし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極し、
前記第2直流系統から前記第1直流系統に電流が流れており、前記第1直流系統で事故が発生した場合は、前記ブリッジセルの前記第3,第6スイッチングデバイスをOFF,前記第4,第5スイッチングデバイスをONし、機械遮断器通過電流が所定値よりも低くなった時点で前記機械遮断器を開極することを特徴とする請求項4または5記載の直流遮断装置。
When a current flows from the first DC system to the second DC system and an accident occurs in the second DC system, the third and sixth switching devices of the bridge cell are turned ON, the fourth, Turn off the fifth switching device, and open the mechanical circuit breaker when the mechanical circuit breaker passing current becomes lower than a predetermined value,
When a current flows from the second DC system to the first DC system and an accident occurs in the first DC system, the third and sixth switching devices of the bridge cell are turned OFF, 6. The DC circuit breaker according to claim 4, wherein the mechanical circuit breaker is opened when the fifth switching device is turned on and the mechanical circuit breaker passing current becomes lower than a predetermined value.
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