JP2022077393A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、セル変換器に対するバイパス要求があった場合に速やかに定格運転を再開できる電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】電力変換装置１は、コンデンサＣを有する主回路３０１、一対の入出力端子３０３，３０４、及び一対の入出力端子３０３，３０４を短絡可能に設けられたバイパススイッチ３０２をそれぞれ有し、直列に接続された複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５と、制御部５とを備え、制御部５は、複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、当該対象セル変換器に流れる電流が上限値を超えている場合には当該電流を上限値以下に低減する。【選択図】図１

Description

本発明は、直列に接続された複数のセル変換器を備える電力変換装置に関する。

大容量・高圧用途に適した次世代トランスレス電力変換器として、モジューラーマルチレベルカスケード変換器（Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＭＭＣ）が注目されている。特許文献１には、ＭＭＣが開示されている。ＭＭＣは、リアクトルとＮ台のセル変換器の直列体から構成される。一般的に、ＭＭＣの信頼性の向上を目的に、Ｎ台のセル変換器のそれぞれがバイパススイッチを有するとともに、Ｎ台のセル変換器の中にＭ台の冗長セル変換器が含まれる。このように、Ｍ台の冗長セル変換器を設けることによって、セル変換器のいずれかＭ台まで故障した場合でも、故障したセル変換器それぞれのバイパススイッチがオン状態とされる。これにより、バイパススイッチに電流が流れるので、故障したセル変換器に電流が流れなくなり、残りの健全なセル変換器のみで電力変換器の定格運転が継続される。

特許第５８００１５４号 特許第６５５９３８７号

Ｊ． Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ， Ｐ．Ｗ． Ｈａｍｍｏｎｄ， Ｊ． Ｐｏｎｔｔ， Ｒ． Ｍｕｓａｌｅｍ， Ｐ． Ｌｅｚａｎａ ａｎｄ Ｍ．Ｊ． Ｅｓｃｏｂａｒ， "Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ－ｖｏｌｔａｇｅ ｄｒｉｖｅ ｕｎｄｅｒ ｆａｕｌｔｙ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，" ｉｎ ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｉｎｄ． Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．， ｖｏｌ． ５２， ｎｏ． ４， Ａｕｇ． ２００５， ｐｐ． １０８０－１０８５．

非特許文献１に開示された方法では、セル変換器が故障した場合、ＭＭＣが一旦停止する。その後、故障したセル変換器のバイパススイッチがオン状態に切り替えられ、残りの健全なセル変換器のみで運転が再開される。この方法は、ＭＭＣが一旦停止されるため、運転再開までの時間が長くなり、セル変換器の故障後すぐに復旧が求められるシステムには適用し難いという問題がある。

セル変換器の故障後運転再開までの時間が短い方法として、セル変換器の故障が発生した場合に故障したセル変換器でのスイッチング動作のみ停止し、残りの健全なセル変換器でのスイッチング動作を継続する方法が提案されている（例えば特許文献２）。しかし、この方法では、セル変換器に故障が発生してからバイパススイッチの投入完了までの期間に故障したセル変換器の直流電圧が上昇する場合があるという問題を有している。特に、機械スイッチがバイパススイッチとして使用されている場合、バイパススイッチの投入時間が長くなるので、故障したセル変換器の直流電圧が上昇した場合、故障したセルに直流の過電圧が発生するという問題がある。

本発明の目的は、セル変換器に対するバイパス要求があった場合に速やかに定格運転を再開できる電力変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様による電力変換装置は、系統交流電源との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサを有する主回路、前記電力が入出力される一対の入出力端子、及び前記一対の入出力端子を短絡可能に設けられた機械スイッチをそれぞれ有し、前記一対の入出力端子が直列に接続された複数のセル変換器と、前記複数のセル変換器に設けられたそれぞれの前記主回路及び前記機械スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数のセル変換器のうちの少なくとも１つに設けられた前記機械スイッチである対象機械スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、前記対象機械スイッチが設けられた前記セル変換器である対象セル変換器に流れる電流が上限値を超えている場合には該電流を前記上限値以下に低減する。

本発明の一態様によれば、セル変換器に対するバイパス要求があった場合に速やかに定格運転を再開できる。

本発明の一実施形態による電力変換装置の概略構成を示す回路ブロック図である。 本発明の一実施形態による電力変換装置に備えらえた制御部の概略構成を示すブロック線図である。 比較例による電力変換装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 比較例による電力変換装置と系統交流電源との間で入出力される電力に関する電圧及び電流のシミュレーション結果を示している。 本発明の一実施形態による電力変換装置の動作の一例を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態による電力変換装置と系統交流電源との間で入出力される電力に関する電圧及び電流のシミュレーション結果を示している。

本発明の一実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

（電力変換装置の構成）
本発明の一実施形態による電力変換装置について図１から図６を用いて説明する。まず、本実施形態による電力変換装置の概略構成について図１及び図２を用いて説明する。以下、本実施形態による電力変換装置１について、電力系統に連系することができる単相モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）を例にとって説明する。本実施形態による電力変換装置１は、無効電力補償装置に適用することができる。

図１に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、系統交流電源９に接続されている。電力変換装置１は、系統交流電源９との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサＣを有する主回路３０１、当該電力が入出力される一対の入出力端子３０３，３０４、及び一対の入出力端子３０３，３０４を短絡可能に設けられたバイパススイッチ（機械スイッチの一例）３０２をそれぞれ有し、一対の入出力端子３０３，３０４が直列に接続された複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５を備えている。セル変換器３１，３２，３３，３４，３５によって単相クラスタ３が構成されている。電力変換装置１は、複数のセル変換器３１～３５に設けられたそれぞれの主回路３０１及びバイパススイッチ３０２を制御する制御部５を備えている。

セル変換器３１～３５のそれぞれは、セル変換器３１～３５のうちのいずれか４個の組み合わせによって系統交流電源９との間で交流電力の入出力ができる駆動能力を有している。このため、電力変換装置１は、セル変換器３１～３５の全てが故障していない健全な状態では、駆動能力を低減させた状態（本実施形態では、最大駆動能力の４／５の駆動能力）でセル変換器３１～３５を動作させる。また、電力変換装置１は、セル変換器３１～３５のうちのいずれか１つが故障した場合には、残余のセル変換器を最大の駆動能力で動作させて、単相クラスタ３と系統交流電源９との間で交流電力を入出力することができる。このように、セル変換器３１，３２，３３，３４，３５のうちの１つ（例えばセル変換器３５）は、冗長用のセル変換器として設けられている。

電力変換装置１は、５個のセル変換器３１～３５を備えているが、セル変換器の個数は５個に限られず、２個から４個又は６個以上のセル変換器を備えていてもよい。また、電力変換装置１では、複数のセル変換器のうち、２個以上のセル変換器が冗長用のセル変換器として設けられていてもよい。

電力変換装置１は、セル変換器３１と系統交流電源９との間に配置されたリアクトルＬを備えている。リアクトルＬは、例えば単相クラスタ３に流れる電流を平滑化するために設けられている。また、リアクトルＬは、例えば単相クラスタ３に過電流が流れることを防止するために設けられている。

ここで、セル変換器３１～３５の構成について説明する。セル変換器３１～３５は、互いに同様の構成を有している。このため、セル変換器３１～３５の構成についてセル変換器３１を例にとって説明する。

図１に示すように、セル変換器３１に設けられた主回路３０１は、直列に接続された半導体スイッチＱ１（第一半導体スイッチの一例）及び半導体スイッチＱ２（第二半導体スイッチの一例）と、直列に接続された半導体スイッチＱ３（第三半導体スイッチの一例）及び半導体スイッチＱ４（第四半導体スイッチの一例）とを有している。半導体スイッチＱ１～Ｑ４は、例えばＭＯＳ型電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されている。

半導体スイッチＱ１及び半導体スイッチＱ２と、半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４と、コンデンサＣとは、並列に接続されている。入出力端子３０３（一対の入出力端子の一方の一例）は、半導体スイッチＱ１及び半導体スイッチＱ２の接続部に接続され、入出力端子３０４（前記一対の入出力端子の他方の一例）は、半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４の接続部に接続されている。

主回路３０１は、半導体スイッチＱ１、半導体スイッチＱ２、半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４のそれぞれに逆並列接続された還流用ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４（ダイオードの一例）を有している。

本実施形態では、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、パワー半導体素子で構成され、例えばｎ型のＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴで構成されている。半導体スイッチＱ１のドレイン端子は、還流用ダイオードＤ１のカソード端子、半導体スイッチＱ３のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ３のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ１のソース端子は、還流用ダイオードＤ１のアノード端子、半導体スイッチＱ２のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ２のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ１のゲート端子は、制御部５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱ１のゲート端子には制御部５から出力される制御信号Ｓｇ１が入力され、半導体スイッチＱ１のオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。

半導体スイッチＱ２のソース端子は、還流用ダイオードＤ２のアノード端子、半導体スイッチＱ４のソース端子及び還流用ダイオードＤ４のアノード端子に接続されている。半導体スイッチＱ２のゲート端子は、制御部５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱ２のゲート端子には制御部５から出力される制御信号Ｓｇ２が入力され、半導体スイッチＱ２のオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。

半導体スイッチＱ３のソース端子は、還流用ダイオードＤ３のアノード端子、半導体スイッチＱ４のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ４のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ３のゲート端子は、制御部５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱ３のゲート端子には制御部５から出力される制御信号Ｓｇ３が入力され、半導体スイッチＱ３のオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。

半導体スイッチＱ４のゲート端子は、制御部５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱ４のゲート端子には制御部５から出力される制御信号Ｓｇ４が入力され、半導体スイッチＱ４のオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。

コンデンサＣの一方の電極は、半導体スイッチＱ１のドレイン端子、還流用ダイオードＤ１のカソード端子、半導体スイッチＱ３のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ３のカソード端子に接続されている。コンデンサＣの他方の電極は、半導体スイッチＱ２のソース端子、還流用ダイオードＤ２のアノード端子、半導体スイッチＱ４のソース端子及び還流用ダイオードＤ４のアノード端子に接続されている。

半導体スイッチＱ１のソース端子、還流用ダイオードＤ１のアノード端子、半導体スイッチＱ２のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ２のカソード端子は、入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。半導体スイッチＱ３のソース端子、還流用ダイオードＤ３のアノード端子、半導体スイッチＱ４のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ４のカソード端子は、入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子に接続されている。このように、入出力端子３０３，３０４及びバイパススイッチ３０２は、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の端子同士が接続された接続部のうちのコンデンサＣが接続されていない接続部に接続されている。

セル変換器３１に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子は、リアクトルＬの一端子に接続されている。リアクトルＬの他端子は、系統交流電源９の正極側端子に接続されている。セル変換器３１に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、セル変換器３２に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。

セル変換器３２に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、セル変換器３３に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。セル変換器３３に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、セル変換器３４に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。

セル変換器３４に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、セル変換器３５に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。セル変換器３５に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、系統交流電源９の負極側端子に接続されている。

図１に示すように、制御部５は、半導体スイッチＱ１のスイッチングを制御する制御信号Ｓｇ１をセル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のそれぞれに個別に出力する。制御部５は、半導体スイッチＱ２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｇ２をセル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のそれぞれに個別に出力する。制御部５は、半導体スイッチＱ３のスイッチングを制御する制御信号Ｓｇ３をセル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のそれぞれに個別に出力する。制御部５は、半導体スイッチＱ４のスイッチングを制御する制御信号Ｓｇ４をセル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のそれぞれに個別に出力する。

制御部５は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ１をセル変換器３１に出力する。制御部５は、セル変換器３２に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ２をセル変換器３２に出力する。制御部５は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ３をセル変換器３３に出力する。制御部５は、セル変換器３４に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ４をセル変換器３４に出力する。制御部５は、セル変換器３５に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ５をセル変換器３５に出力する。

セル変換器３１は、セル変換器３１が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ１を制御部５に出力する。セル変換器３２は、セル変換器３２が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ２を制御部５に出力する。セル変換器３３は、セル変換器３３が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ３を制御部５に出力する。セル変換器３４は、セル変換器３４が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ４を制御部５に出力する。セル変換器３５は、セル変換器３５が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ５を制御部５に出力する。セル変換器３１～３５の故障として例えば、入力される制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４の信号レベルによらずに半導体スイッチＱ１～Ｑ４の少なくとも１つが短絡状態又は開放状態を維持する故障が挙げられる。

電力変換装置１は、半導体スイッチＱ１～Ｑ４のそれぞれのドレイン・ソース間電圧及びコンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４，Ｖｃ５がセル変換器３１～３５から制御部５に入力されるように構成されている。制御部５は、このドレイン・ソース間電圧を故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５として用いてもよい。この場合、制御部５は、制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４に基づく制御によって得られる半導体スイッチＱ１～Ｑ４のドレイン・ソース間電圧と、セル変換器３１～３５から入力されるドレイン・ソース間電圧との一致度が規定値を満しているか否かを判定する。制御部５は、当該規定を満たしていないドレイン・ソース間電圧を出力する半導体スイッチが故障していると判定し、当該半導体スイッチを有するセル変換器を故障したセル変換器（以下、「故障セル変換器」と称する場合がある）と認定する。

また、制御部５は、コンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５を故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５として用いてもよい。この場合、制御部５は、セル変換器３１～３５のそれぞれに設けられたコンデンサＣの直流電圧の指令値と、セル変換器３１～３５のそれぞれから入力される直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５との一致度が規定値を満しているか否かを判定する。制御部５は、当該規定を満たしていない直流電圧のコンデンサが故障していると判定し、当該コンデンサを有するセル変換器を故障セル変換器と認定する。

電力変換装置１は、セル変換器３１，３２，３３，３４，３５のそれぞれに設けられたバイパススイッチ３０２がオフ状態からオン状態への切り替えが完了したことを示すスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ２，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５がセル変換器３１から制御部５に入力されるように構成されている。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ２は、セル変換器３２に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ４は、セル変換器３４に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ５は、セル変換器３５に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。

図示は省略するが、バイパススイッチ３０２には、補助接点が設けられている。補助接点は、バイパススイッチ３０２がオン状態の場合にはオン状態となり、バイパススイッチ３０２がオフ状態の場合にはオフ状態となる。制御部５は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１として用い、セル変換器３２に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ２として用いるように構成されている。また、制御部５は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３として用い、セル変換器３４に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ４として用いるように構成されている。さらに、制御部５は、セル変換器３５に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ５として用いるように構成されている。

次に、制御部５の要部の構成について図１を参照しつつ図２を用いて説明する。制御部５は、複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、当該対象セル変換器に流れる電流が上限値を超えている場合には当該電流を当該上限値以下に低減するように構成されている。

ここで、対象セル変換器は、オフ状態からオン状態への切り替えを制御部５から要求されたバイパススイッチ３０２を有するセル変換器である。本実施形態では、制御部５は、セル変換器３１～３５のうち、故障したと判定したセル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２に対してオフ状態からオン状態への切り替えを要求する。このため、本実施形態では、セル変換器３１～３５のうちの故障セル変換器が対象セル変換器となる。

また、当該上限値は、対象セル変換器に設けられたコンデンサＣの容量及び定格電圧と、切替期間の長さと、対象セル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え前における当該対象セル変換器の動作電圧に対する過電圧のレベルとに基づいて決定される。

図２に示すように、制御部５は、対象セル変換器に流れる電流を必要に応じて上限値以下に低減するために設けられた構成として、故障情報処理部５０、バイパススイッチ駆動部５１、スイッチング指令処理部５２、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）制御部５３、バイパススイッチ状態処理部５４、キャリア生成部５５、電流指令減衰部５６、電流制御部５７、直流電圧制御部５８及び電圧指令生成部５９とを有している。

故障情報処理部５０は、セル変換器３１～３５のそれぞれから入力される故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５に基づいて、セル変換器３１～３５の状態を判定する。故障情報処理部５０は、セル変換器３１～３５の状態の判定結果を示す故障判定信号Ｓｂｄ１，Ｓｂｄ２，Ｓｂｄ３，Ｓｂｄ４，Ｓｂｄ５をスイッチング指令処理部５２、バイパススイッチ駆動部５１、キャリア生成部５５、電流指令減衰部５６及び電圧指令生成部５９に出力する。

故障情報処理部５０は、セル変換器３１が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ１を出力し、セル変換器３１が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ１を出力する。故障情報処理部５０は、セル変換器３２が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ２を出力し、セル変換器３２が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ２を出力する。故障情報処理部５０は、セル変換器３３が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ３を出力し、セル変換器３３が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ３を出力する。故障情報処理部５０は、セル変換器３４が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ４を出力し、セル変換器３４が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ４を出力する。故障情報処理部５０は、セル変換器３５が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ５を出力し、セル変換器３５が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ５を出力する。

スイッチング指令処理部５２は、制御部５に入力される運転指令信号Ｓｏと、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５とに基づいて、セル変換器３１～３５のスイッチング指令信号Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ３，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５を決定する。スイッチング指令処理部５２は、決定したスイッチング指令信号Ｓｓｗ１～Ｓｓｗ５をＰＷＭ制御部５３に出力する。

運転指令信号Ｓｏは、電力変換装置１の運転の開始又は停止を指令するための信号である。電力変換装置１は、制御部５に接続されたスイッチ（不図示）を備えている。電力変換装置１の運転を操作する操作者が電力変換装置１の運転を開始するために当該スイッチをオン状態とすることにより、電圧レベルが高レベルの運転指令信号Ｓｏがスイッチング指令処理部５２に入力される。一方、当該操作者が電力変換装置１の運転を停止するために当該スイッチをオフ状態とすることにより、電圧レベルが低レベルの運転指令信号Ｓｏがスイッチング指令処理部５２に入力される。

図２に示すように、スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ１が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２０と、ＮＯＴゲート５２０の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２１とを有している。ＡＮＤゲート５２１は、ＮＯＴゲート５２０の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ１としてＰＷＭ制御部５３に出力する。

スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ２が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２２と、ＮＯＴゲート５２２の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２３とを有している。ＡＮＤゲート５２３は、ＮＯＴゲート５２２の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ２としてＰＷＭ制御部５３に出力する。

スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ３が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２４と、ＮＯＴゲート５２４の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２５とを有している。ＡＮＤゲート５２５は、ＮＯＴゲート５２４の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ３としてＰＷＭ制御部５３に出力する。

スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ４が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２６と、ＮＯＴゲート５２６の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２７とを有している。ＡＮＤゲート５２７は、ＮＯＴゲート５２６の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ４としてＰＷＭ制御部５３に出力する。

スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ５が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２８と、ＮＯＴゲート５２８の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２９とを有している。ＡＮＤゲート５２９は、ＮＯＴゲート５２８の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ５としてＰＷＭ制御部５３に出力する。

図２に示すように、バイパススイッチ駆動部５１は、セル変換器３１，３２，３３，３４，３５に設けられたバイパススイッチ３０２をそれぞれ駆動する駆動部５１１，５１２，５１３，５１４，５１５を有している。駆動部５１１は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１の例えば電圧レベルに基づいて制御信号Ｓｓｄ１を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ１をセル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。駆動部５１１は、故障判定信号Ｓｂｄ１の電圧レベルが例えば高レベルの場合（セル変換器３１が故障している場合）にバイパススイッチ３０２をオン状態とする電圧レベル（例えば高レベル）の制御信号Ｓｓｄ１を生成する。一方、駆動部５１１は、故障判定信号Ｓｂｄ１の電圧レベルが例えば低レベルの場合（セル変換器３１が故障していない場合）にバイパススイッチ３０２をオフ状態とする電圧レベル（例えば低レベル）の制御信号Ｓｓｄ１を生成する。

駆動部５１２は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ２に基づく点を除いて、駆動部５１１と同様に動作して制御信号Ｓｓｄ２を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ２をセル変換器３２に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。駆動部５１３は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ３に基づく点を除いて、駆動部５１１と同様に動作して制御信号Ｓｓｄ３を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ３をセル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。

駆動部５１４は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ４に基づく点を除いて、駆動部５１１と同様に動作して制御信号Ｓｓｄ４を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ４をセル変換器３４に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。駆動部５１５は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ５に基づく点を除いて、駆動部５１１と同様に動作して制御信号Ｓｓｄ５を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ５をセル変換器３５に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。

図２に示すように、バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３１～３５に設けられたバイパススイッチ３０２が短絡状態及び開放状態のいずれの状態であるのかを示す状態情報信号Ｓｓｉ１，Ｓｓｉ２，Ｓｓｉ３，Ｓｓｉ４，Ｓｓｉ５をキャリア生成部５５及び電流指令減衰部５６に出力する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３１から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１の例えば電圧レベルに基づいて状態情報信号Ｓｓｉ１を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ１をキャリア生成部５５及び電流指令減衰部５６に出力する。バイパススイッチ状態処理部５４は、スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１の電圧レベルが例えば高レベルの場合にセル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２がオフ状態であってスイッチ投入が完了していないと判定する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチ投入が完了していないと判定すると、当該バイパススイッチ３０２の投入が完了していないことを示す電圧レベル（例えば低レベル）の状態情報信号Ｓｓｉ１を生成する。一方、バイパススイッチ状態処理部５４は、スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１の電圧レベルが例えば低レベルの場合にセル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２がオン状態であってスイッチ投入が完了していると判定する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチ投入が完了していると判定すると、当該バイパススイッチ３０２の投入が完了したことを示す電圧レベル（例えば高レベル）の状態情報信号Ｓｓｉ１を生成する。

バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３２から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ２に基づく点を除いて、状態情報信号Ｓｓｉ１と同様の方法で状態情報信号Ｓｓｉ２を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ２をキャリア生成部５５及び電流指令減衰部５６に出力する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３３から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３に基づく点を除いて、状態情報信号Ｓｓｉ１と同様の方法で状態情報信号Ｓｓｉ３を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ３をキャリア生成部５５及び電流指令減衰部５６に出力する。

バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３４から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ４に基づく点を除いて、状態情報信号Ｓｓｉ１と同様の方法で状態情報信号Ｓｓｉ４を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ４をキャリア生成部５５及び電流指令減衰部５６に出力する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３５から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ５に基づく点を除いて、状態情報信号Ｓｓｉ１と同様の方法で状態情報信号Ｓｓｉ５を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ５をキャリア生成部５５及び電流指令減衰部５６に出力する。

図２に示すように、キャリア生成部５５は、セル変換器３１～３５のそれぞれの主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１～Ｑ４（図１参照）をＰＷＭ制御するための三角波キャリア信号を生成する。キャリア生成部５５は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５及びバイパススイッチ状態処理部５４から入力される状態情報信号Ｓｓｉ１～Ｓｓｉ５の両方又は片方のみを使用して、セル変換器３１～３５のうちの健全なセル変換器（以下、「健全セル変換器」と称する場合がある）のための三角波キャリア信号が等間隔になるように位相シフト量を決定する。例えば、セル変換器３１～３５のいずれも健全な（故障していない）場合には、キャリア生成部５５は、セル変換器３１～３５のための三角波キャリア信号が等間隔となるように位相シフト量を決定する。また例えば、セル変換器３３が故障し、セル変換器３１，３２，３４，３５が故障していない場合には、キャリア生成部５５は、セル変換器３１，３２，３４，３５のための三角波キャリア信号が等間隔となるように位相シフト量を決定する。

図２に示すように、電流指令減衰部５６は、故障情報処理部５０から入力されセル変換器３１～３５の状態の判定結果を示す故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５及びバイパススイッチ状態処理部５４から入力されてセル変換器３１～３５に設けられたバイパススイッチ３０２の状態を示す状態情報信号Ｓｓｉ１～Ｓｓｉ５に基づいて、切り替え期間中の電流指令の減衰係数Ｋを決定する。

電流指令減衰部５６は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１と、バイパススイッチ状態処理部５４から入力される状態情報信号Ｓｓｉ１との排他的否定論理和の論理演算を実行する排他的否定論理和（ＸＮＯＲ）ゲート５６１を有している。電流指令減衰部５６は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ２と、バイパススイッチ状態処理部５４から入力される状態情報信号Ｓｓｉ２との排他的否定論理和の論理演算を実行する排他的否定論理和（ＸＮＯＲ）ゲート５６２を有している。電流指令減衰部５６は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ３と、バイパススイッチ状態処理部５４から入力される状態情報信号Ｓｓｉ３との排他的否定論理和の論理演算を実行する排他的否定論理和（ＸＮＯＲ）ゲート５６３を有している。

電流指令減衰部５６は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ４と、バイパススイッチ状態処理部５４から入力される状態情報信号Ｓｓｉ４との排他的否定論理和の論理演算を実行する排他的否定論理和（ＸＮＯＲ）ゲート５６４を有している。電流指令減衰部５６は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ５と、バイパススイッチ状態処理部５４から入力される状態情報信号Ｓｓｉ５との排他的否定論理和の論理演算を実行する排他的否定論理和（ＸＮＯＲ）ゲート５６５を有している。

電流指令減衰部５６は、ＸＮＯＲゲート５６１～５６５のそれぞれから入力される演算結果信号の論理積演算を実行する論理積（ＡＮＤ）ゲート５６６を有している。電流指令減衰部５６は、制御部５に設けられた電流指令値生成部（不図示）から入力される電流指令値Ｉｓ^＊にＡＮＤゲート５６６から入力される演算結果信号である減衰係数Ｋを積算する積算部５６７を有している。積算部５６７は、電流指令値Ｉｓ^＊に減衰係数Ｋを積算した積算結果信号Ｉｓｋを電流制御部５７に出力する。

例えば、セル変換器３１～３５のいずれも故障していない場合には、故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５及び状態情報信号Ｓｓｉ１～Ｓｓｉ５のそれぞれは、電圧レベルが低レベルの信号となる。このため、ＸＮＯＲゲート５６１～５６５のそれぞれは、電圧レベルが高レベルの演算結果信号をＡＮＤゲート５６６に出力する。その結果、ＡＮＤゲート５６６は電圧レベルが高レベルの減衰係数Ｋを出力するので、積算部５６７は、電流指令値生成部（不図示）から入力される電流指令値Ｉｓ^＊と同じ信号を積算結果信号Ｉｓｋとして電流制御部５７に出力する。

また例えば、セル変換器３１～３５のうちのいずれか１つ（例えばセル変換器３３とする）が故障し、かつ故障したセル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２がオン状態に切り替わっていない（スイッチ投入が完了していない）とする。この場合、セル変換器３３から出力される故障判定信号Ｓｂｄ３は電圧レベルが高レベルの信号となり、状態情報信号Ｓｓｉ３は、電圧レベルが低レベルの信号となり、故障判定信号Ｓｂｄ１，Ｓｂｄ２，Ｓｂｄ４，Ｓｂｄ５及び状態情報信号Ｓｓｉ１，Ｓｓｉ２，Ｓｓｉ４，Ｓｓｉ５のそれぞれは、電圧レベルが低レベルの信号となる。このため、ＸＮＯＲゲート５６３は、電圧レベルが低レベルの演算結果信号をＡＮＤゲート５６６に出力し、ＸＮＯＲゲート５６１，５６２，５６４，５６５のそれぞれは、電圧レベルが高レベルの演算結果信号をＡＮＤゲート５６６に出力する。その結果、ＡＮＤゲート５６６は電圧レベルが低レベルの減衰係数Ｋを出力するので、積算部５６７は、減衰係数Ｋに応じて電流振幅が減衰された電流指令値Ｉｓ^＊を積算結果信号Ｉｓｋとして電流制御部５７に出力する。

また、故障したセル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２がオン状態に切り替わった（スイッチ投入が完了した）とする。この場合、セル変換器３３から出力される故障判定信号Ｓｂｄ３は高レベルの電圧レベルが維持され、状態情報信号Ｓｓｉ３は、電圧レベルが高レベルの信号となり、故障判定信号Ｓｂｄ１，Ｓｂｄ２，Ｓｂｄ４，Ｓｂｄ５及び状態情報信号Ｓｓｉ１，Ｓｓｉ２，Ｓｓｉ４，Ｓｓｉ５のそれぞれは、低レベルの電圧レベルが維持される。その結果、ＡＮＤゲート５６６は電圧レベルが高レベルの減衰係数Ｋを出力するので、積算部５６７は、電流指令値生成部から入力される電流指令値Ｉｓ^＊と同じ信号を積算結果信号Ｉｓｋとして電流制御部５７に出力する。

本実施形態における減衰係数Ｋは、バイパススイッチの切替期間では電圧レベルが低レベル（例えばＫ＝０）となり、切替期間以外の期間では電圧レベルが高レベル（例えばＫ＝１）となる。このため、本実施形態では、電流指令減衰部５６は、バイパススイッチの切替期間では電圧レベルが低レベル（例えば０Ｖ）の積算結果信号Ｉｓｋを電流制御部５７に出力し、切替期間以外の期間では電流指令値Ｉｓ^＊と同じ信号を積算結果信号Ｉｓｋとして電流制御部５７に出力する。

このように、電流指令減衰部５６は、故障したセル変換器（対象セル変換器の一例）に設けられたバイパススイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、電流振幅レベルが減衰された電流指令値Ｉｓ^＊を積算結果信号Ｉｓｋとして電流制御部５７に出力し、切替期間以外の期間において電流指令値Ｉｓ^＊を同じ信号を積算結果信号Ｉｓｋとして電流制御部５７に出力するように構成されている。故障したセル変換器に設けられたバイパススイッチは、制御部５に制御されて切り替えられる。このため、切替期間は、制御部５が例えば故障したセル変換器（対象セル変換器の一例）に設けられたバイパススイッチに切り替えを要求してから当該バイパススイッチの接点が閉じるまでの期間である。したがって、電流指令減衰部５６は、バイパススイッチ駆動部５１が故障したセル変換器（対象セル変換器の一例）に設けられたバイパススイッチに切り替えを要求してから、バイパススイッチ状態処理部５４が当該バイパススイッチの投入が完了したと判定するまでの期間において、電流振幅レベルが減衰された電流指令値Ｉｓ^＊を積算結果信号Ｉｓｋとして電流制御部５７に出力する。

電流指令減衰部５６は、図２に示す構成に限られず、故障セル変換器に設けられたコンデンサＣの容量及び定格電圧と、切替期間の長さと、故障セル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え前における当該故障セル変換器の動作電圧に対する過電圧のレベルとに基づいて減衰係数Ｋを決定するように構成されていてもよい。この場合、故障セル変換器を含む単相クラスタ３には、故障セル変換器に設けられたコンデンサＣの直流電圧が上記過電圧のレベルを超えない程度の電流が切替期間中に流れる。

図２に示すように、電流制御部５７は、電流指令減衰部５６から入力される積算結果信号Ｉｓｋに基づいて、複数のセル変換器３１～３５に流れる電流Ｉｓが追従される電圧指令値を生成する。電流制御部５７は、生成した電圧指令値を電圧指令生成部５９に出力する。

図２に示すように、直流電圧制御部５８は、セル変換器３１～３５のうちの健全セル変換器に設けられたコンデンサＣの直流電圧が制御部５に設けられた直流電圧指令値生成部（不図示）から入力される直流電圧指令値Ｖｃ^＊に追従するように制御する。直流電圧制御部５８は、健全セル変換器に設けられたコンデンサＣの直流電圧を直流電圧指令値Ｖｃ^＊に追従させるために各健全セル変換器に有効電力の授受を発生させる電圧補正指令値を生成し、生成した電圧補正指令値を電圧指令生成部５９に出力する。

図２に示すように、電圧指令生成部５９は、故障情報処理部５０から入力される故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５、電流制御部５７から入力される電圧指令値及び直流電圧制御部５８から入力される電圧補正指令値に基づいて、セル変換器３１～３５の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１～Ｑ４をＰＷＭ制御するための電圧指令値を生成する。電圧指令生成部５９は、生成した電圧指令値をＰＷＭ制御部５３に出力する。電圧指令生成部５９は、セル変換器３１～３５ごとに電圧指令値を生成する。

詳細は後述するが、電力変換装置１は、セル変換器３１～３５のいずれか１つに故障セル変換器が含まれている場合、故障セル変換器のバイパススイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間おける当該故障セル変換器のコンデンサの直流電圧の上昇を防止するために、当該切替期間では故障セル変換器に電流を流さないように制御する。つまり、セル変換器３１～３５のいずれか１つに故障セル変換器が含まれている場合には、電圧指令生成部５９は、当該切替期間において故障セル変換器に電流を流さない（すなわち単相クラスタ３（換言すれば複数のセル変換器３１～３５）に電流を流さない）ように健全セル変換器をＰＷＭ制御するための電圧指令値を生成する。

上述のとおり、電圧指令生成部５９が生成する電圧指令値は、電流制御部５７から入力される電圧指令値に基づいて生成される。当該電圧指令値は、スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ２，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５に基づく状態情報信号Ｓｓｉ１，Ｓｓｉ２，Ｓｓｉ３，Ｓｓｉ４，Ｓｓｉ５を用いて生成された積算結果信号Ｉｓｋに基づいて生成されている。したがって、制御部５は、複数のセル変換器３１～３５のそれぞれから入力されてバイパススイッチ３０２がオン状態か否かを示す信号（例えばスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ２，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５）に基づいて、切替期間において故障セル変換器（対象セル変換器の一例）に流れる電流を低減する。

図２に示すように、ＰＷＭ制御部５３は、セル変換器３１～３５に対して、電圧指令生成部５９から入力される電圧指令値と、キャリア生成部５５より入力される三角波キャリア信号とに基づいて、セル変換器３１～３５それぞれに対する制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４を生成する。

ＰＷＭ制御部５３は、セル変換器３１をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３１と、セル変換器３２をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３２と、セル変換器３３をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３３と、セル変換器３４をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３４と、セル変換器３５をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３５とを有している。

ＰＷＭ部５３１は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３１用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３１用の電圧指令値とに基づいて、セル変換器３１の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３１で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。

電力変換装置１が運転中であってセル変換器３１が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２１から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ１は、電圧レベルが高レベルの信号である。この場合、ＰＷＭ部５３１は、セル変換器３１の主回路３０１をＰＷＭ制御するために、生成した制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３１に出力する。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３１が故障している場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２１から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ１は、電圧レベルが低レベルの信号である。この場合、ＰＷＭ部５３１は、セル変換器３１の主回路３０１をＰＷＭ制御しない（すなわちセル変換器３１のスイッチング動作を停止する）ために、生成した制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４ではなく例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３１に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ１は、セル変換器３１の動作を規制することができる。

ＰＷＭ部５３２は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３２用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３２用の電圧指令値とに基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作してセル変換器３２の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３２で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。

電力変換装置１が運転中であってセル変換器３２が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ２は、電圧レベルが高レベルの信号である。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３２が故障している場合、ＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ２は、電圧レベルが低レベルの信号である。ＰＷＭ部５３２は、ＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ２に基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作する。これにより、ＰＷＭ部５３２は、セル変換器３２が故障していない場合にはパルス状の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３２に出力し、セル変換器３２が故障している場合には、例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３２に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ２は、セル変換器３２の動作を規制することができる。

ＰＷＭ部５３３は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３３用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３３用の電圧指令値とに基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作してセル変換器３３の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３３で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。

電力変換装置１が運転中であってセル変換器３３が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ３は、電圧レベルが高レベルの信号である。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３３が故障している場合、ＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ３は、電圧レベルが低レベルの信号である。ＰＷＭ部５３３は、ＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ３に基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作する。これにより、ＰＷＭ部５３３は、セル変換器３３が故障していない場合にはパルス状の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３３に出力し、セル変換器３３が故障している場合には、例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３３に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ３は、セル変換器３３の動作を規制することができる。

ＰＷＭ部５３４は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３４用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３４用の電圧指令値とに基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作してセル変換器３４の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３４で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。

電力変換装置１が運転中であってセル変換器３４が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ４は、電圧レベルが高レベルの信号である。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３４が故障している場合、ＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ４は、電圧レベルが低レベルの信号である。ＰＷＭ部５３４は、ＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ４に基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作する。これにより、ＰＷＭ部５３４は、セル変換器３４が故障していない場合にはパルス状の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３４に出力し、セル変換器３４が故障している場合には、例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３４に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ４は、セル変換器３４の動作を規制することができる。

ＰＷＭ部５３５は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３５用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３５用の電圧指令値とに基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作してセル変換器３５の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３５で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。

電力変換装置１が運転中であってセル変換器３５が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ５は、電圧レベルが高レベルの信号である。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３５が故障している場合、ＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ５は、電圧レベルが低レベルの信号である。ＰＷＭ部５３５は、ＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ５に基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作する。これにより、ＰＷＭ部５３５は、セル変換器３５が故障していない場合にはパルス状の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３５に出力し、セル変換器３５が故障している場合には、例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３５に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ５は、セル変換器３５の動作を規制することができる。

（電力変換装置の動作）
次に、本実施形態による電力変換装置１の動作について図１及び図２を参照しつつ図３から図６を用いて説明する。電力変換装置１の動作を説明する前に、比較例としての電力変換装置の動作及び当該電力変換装置の問題点について図３及び図４を用いて説明する。比較例としての電力変換装置は、制御部が電流指令減衰部を有さない点、及び電流制御部には電流指令値が直接入力される点を除いて、電力変換装置１と同様の構成を有している。このため、比較例としての電力変換装置の動作について、図１及び図２を参照しつつ必要に応じて電力変換装置１に設けられた構成要件と同じ名称及び参照符号を用いて説明する。

図３は、比較例としての電力変換装置の動作の一例であって直列に接続された複数（本比較例では５個）のセル変換器のうちの１つのセル変換器が故障した場合のタイミングチャートである。本例では、直列に接続された５個のセル変換器うちの中央（３個目）のセル変換器が故障したと仮定する。図３中の「Ｓｂ３」は、故障セル変換器の故障情報信号（例えば図２中に示す故障判定信号Ｓｂ３に相当する）を示している。図３中の「Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ４，Ｓｂ５」は、健全セル変換器の故障情報信号（例えば図２中に示す故障情報信号Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ４，Ｓｂ５に相当する）を示している。図３中の「Ｓｓｗ３」は、故障セル変換器のスイッチング動作を規制するスイッチング指令信号（例えば図２中に示すスイッチング指令信号Ｓｓｗ３に相当する）を示している。図３中の「Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５」は、健全セル変換器のスイッチング動作を規制するスイッチング指令信号（例えば図２中に示すスイッチング指令信号Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５に相当する）を示している。

図３中の「Ｓｓｄ３」は、故障セル変換器に設けられたバイパススイッチのスイッチングを制御する制御信号（例えば図２中に示す制御信号Ｓｓｄ３に相当する）を示している。図３中の「Ｓｓｄ１，Ｓｓｄ２，Ｓｓｄ４，Ｓｓｄ５」は、健全セル変換器に設けられたバイパススイッチのスイッチングを制御する制御信号（例えば図２中に示す制御信号Ｓｓｄ１，Ｓｓｄ２，Ｓｓｄ４，Ｓｓｄ５に相当する）を示している。図３中の「Ｓｓｓ３」は、故障セル変換器に設けられたバイパススイッチの投入が完了したことを示すスイッチ投入完了信号（例えば図２中に示すスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３に相当する）を示している。図３中の「Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５」は、健全セル変換器に設けられたバイパススイッチの投入が完了したことを示すスイッチ投入完了信号（例えば図２中に示すスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５に相当する）を示している。

図３中の「０」は、各信号の電圧レベルのうちの低レベルを示し、図３中の「１」は、各信号の電圧レベルのうちの高レベルを示している。図３中の「ＮＯＭ」は、全てのセル変換器が故障せずに運転されている通常運転モードを示している。図３中の「Ｐｃ」は、故障セル変換器に設けられたバイパススイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間を示している。図３中の「ＢＯＭ」は、故障セル変換器以外の健全セル変換器が運転されている故障運転モードを示している。

図４は、比較例としての電力変換装置と系統交流電源との間で入出力される電力に関する電圧及び電流のシミュレーション結果を示している。図４中の「Ｖｓ」は、比較例としての電力変換装置に連係された系統交流電源の電圧波形（例えば図１中に示す交流電圧Ｖｓに相当する）を示している。図４中の「Ｖｉ」は、複数のセル変換器のそれぞれの交流出力電圧（図１中に示す交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５に相当する）を合計した単相クラスタの交流出力電圧（例えば図１中に示す単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉに相当する）を示している。図４中の「Ｉｓ」は、複数のセル変換器に流れる交流電流、すなわち単相クラスタに流れる交流電流（図１中に示す交流電流Ｉｓに相当する）を示している。図４中の「Ｖｃ１、Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４，Ｖｃ５」は、複数のセル変換器に設けられたそれぞれのコンデンサの直流電圧（例えば図１に示すセル変換器３１～３５のそれぞれに設けられたコンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４，Ｖｃ５に相当する）を示している。

図４中の「Ｖ０」は、各信号の基準電圧レベル（例えば０Ｖ）を示している。図４中の「Ｉ０」は、交流電流Ｉｓの基準電流レベル（例えば０Ａ）を示している。図４中の「ＮＯＭ」、「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」は、図３中の「ＮＯＭ」、「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」と同内容を示している。

図３に示すように、比較例としての電力変換装置の通常運転モードＮＯＭかつ５個のセル変換器に故障が発生していない期間（時刻ｔ１よりも前の期間）では、全てのセル変換器の故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５の電圧レベルは、セル変換器に故障が発生していないことを示す低レベルである。また、当該期間では、５個のセル変換器に設けられた主回路のスイッチング動作が規制されていないため、５個のセル変換器のそれぞれに対応するスイッチング指令信号Ｓｓｗ１～Ｓｓｗ５の電圧レベルは、高レベルである。また、当該期間では、セル変換器に故障が発生していないため、バイパススイッチのスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ１～Ｓｓｄ５の電圧レベルは低レベルであり、バイパススイッチのスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１～Ｓｓｓ５の電圧レベルも低レベルである。

このため、図４に示すように、比較例としての電力変換装置の通常運転モードＮＯＭかつ５個のセル変換器に故障が発生していない期間（時刻ｔ１よりも前の期間）では、比較例としての電力変換装置に設けられた単相クラスタ（図１中に示す単相クラスタ３に相当する）のすべてのセル変換器がＰＷＭ制御される。図４に、当該期間の系統交流電源の交流電圧Ｖｓ及び電力変換器の交流出力電圧Ｖｉ、交流電流Ｉｓの一例を示す。また、当該期間では、５個のセル変換器に設けられたコンデンサ（図１中に示すコンデンサＣに相当する）の直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５は、互いにほぼ同じ値となり、かつほぼ一定値となる。

時刻ｔ１において、３個目のセル変換器が故障するとする。ここで、３個目のセル変換器の半導体スイッチＱ１～Ｑ４のいずれか開放故障すると仮定する。すると、３個目のセル変換器の故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、制御部（図１中に示す制御部５に相当する）は、３個目のセル変換器（図１中に示すセル変換器３３に相当する）のスイッチング動作（より具体的には、当該セル変換器に設けられた主回路（図１中に示すセル変換器３３の主回路３０１に相当する）のスイッチング動作）を規制するためにスイッチング指令信号（図３中に示すスイッチング指令信号Ｓｓｗ３に相当する）の電圧レベルを高レベルから低レベルに切り替える。その結果、当該セル変換器のスイッチング動作が停止する。

さらに、当該制御部は、当該セル変換器に設けられたバイパススイッチ（図１中に示すセル変換器３３のバイパススイッチ３０２に相当する）をオフ状態からオン状態に切り替えるための切り替え要求として、当該バイパススイッチのスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルを低レベルから高レベルに切り替える。これにより、バイパススイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間Ｐｃが開始される。故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わってから制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わるまでの間には、所定の遅延時間が生じるが、当該遅延時間は、切替期間Ｐｃの時間と比較して極めて短い。このため、図３では、当該遅延時間の図示は省略され、故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルの切り替わりの開始から制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルの切り替わりの終了までの動作が、時刻ｔ１において実行されているように図示されている。

切替期間Ｐｃが開始された後も４個の健全セル変換器は、通常運転モードＮＯＭの時と同様にＰＷＭ制御によって動作している。

切替期間Ｐｃが開始された後も４個の健全セル変換器が動作しているため、当該単相クラスタと系統交流電源との間で電流が入出力される。ただし、当該期間は故障セル変換器の入出力端子に現れる交流電圧が電力変換器の電流制御において外乱となり、電流制御の性能が低下する場合がある。このため、図４に示すように、電力変換器に流れる電流は、通常運転モードＮＯＭの時とは異なる電流波形となる場合がある。故障セル変換器である３個目のセル変換器の主回路はスイッチング動作をしていないが、主回路に設けられた還流用ダイオードを通って当該電流が３個目のセル変換器に設けられたコンデンサに流れる。その結果、当該コンデンサの直流電圧Ｖｃ３が上昇する。一方、図４に示すように、当該残余のセル変換器に設けられたコンデンサのそれぞれの直流電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ４，Ｖｃ５は減少する場合がある。

時刻ｔ２において３個目のセル変換器に設けられたバイパススイッチがオン状態となってスイッチ投入が完了すると、当該バイパススイッチのスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、比較例としての電力変換装置は、時刻ｔ２以降では故障運転モードＢＯＭで動作する。

故障運転モードＢＯＭでは、３個目のセル変換器（故障セル変換器）に設けられた主回路のスイッチング動作がなされず、かつ当該セル変換器に設けられたバイパススイッチがオン状態となっている。このため、故障運転モードＢＯＭでは、系統交流電源との間での電力の入出力は４個のセル変換器によって制御される。これにより、図４に示すように、４個のセル変換器のそれぞれの出力電圧（図１中に示す出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５に相当する）を合計した単相クラスタの交流出力電圧Ｖｉは、通常運転モードＮＯＭの時とほぼ同じ電圧となる。

また、故障運転モードＢＯＭでは、３個目のセル変換器（故障セル変換器）に設けられたバイパススイッチがオン状態となっているので、通常運転モードＮＯＭ及び切替期間Ｐｃと異なり、単相クラスタに流れる電流は、３個目のセル変換器に設けられたコンデンサには流れずに当該バイパススイッチに流れる。すなわち、単相クラスタに流れる電流は、健全な４個のセル変換器によって制御される。このため、図４に示すように、健全な４個のセル変換器によって制御されて単相クラスタに流れる交流電流Ｉｓは、通常運転モードＮＯＭの時とほぼ同じ電流となる。

また、故障運転モードＢＯＭでは、３個目のセル変換器に設けられたコンデンサには電流が流れないので、図４に示すように、３個目のセル変換器に設けられたコンデンサの直流電圧Ｖｃ３は、時刻ｔ２時点に放電し始める。一方、健全な４個のセル変換器に設けられたそれぞれのコンデンサには、ＰＷＭ制御に基づく電流が流れるため、時刻ｔ２時点での電圧値から徐々に上昇し、最終的に通常運転モードＮＯＭでの電圧とほぼ同じ電圧値となる。

このように、比較例としての電力変換装置では、切替期間Ｐｃにおいて故障セル変換器に設けられたコンデンサの直流電圧が上昇する場合がある。特に、セル変換器に設けられたバイパススイッチが機械スイッチで構成されている場合、スイッチの投入期間（オフ状態からオン状態に切り替わる期間）が例えば数十ミリ秒と、半導体スイッチの切替期間と比較して長くなる。このため、比較例としての電力変換装置は、故障セル変換器に設けられたコンデンサの直流電圧が上昇した場合に直流過電圧が発生し、当該コンデンサの直流電圧が絶対最大定格電圧を超えてしまう可能性があるという問題を有している。

次に、本実施形態による電力変換装置１の動作について図５及び図６を用いて説明する。図５は、本実施形態による電力変換装置１の動作の一例であってセル変換器３１～３５のうちのセル変換器３３が故障した場合のタイミングチャートである。図５中の「Ｓｂｄ３」は、セル変換器３１の故障判定信号Ｓｂｄ３を示している。図５中の「Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ４，Ｓｂ５」は、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５の故障情報信号Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ４，Ｓｂ５を示している。図５中の「Ｓｓｗ３」は、セル変換器３３のスイッチング動作を規制するスイッチング指令信号Ｓｓｗ３を示している。図５中の「Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５」は、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５のスイッチング動作を規制するスイッチング指令信号Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５を示している。

図５中の「Ｓｓｄ３」は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ３を示している。図５中の「Ｓｓｄ１，Ｓｓｄ２，Ｓｓｄ４，Ｓｓｄ５」は、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ１，Ｓｓｄ２，Ｓｓｄ４，Ｓｓｄ５を示している。図５中の「Ｓｓｓ３」は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２の投入が完了したことを示すスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３を示している。図５中の「Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５」は、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５に設けられたバイパススイッチ３０２の投入が完了したことを示すスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５を示している。

図５中の「Ｋ」は、電流指令減衰部５６に設けられたＡＮＤゲート５６６から出力される減衰係数Ｋを示している。図５中の「Ｉｓ^＊」は、電流指令減衰部５６に設けられた積算部５６７に入力される電流指令値Ｉｓ^＊を示している。図５中の「Ｉｓｋ」は、積算部５６７から出力される積算結果信号Ｉｓｋを示している。図５中の「０」、「１」、「ＮＯＭ」「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」は、図３中に示す「０」、「１」、「ＮＯＭ」「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」と同内容を示している。

図６は、本実施形態による電力変換装置１と系統交流電源９との間で入出力される電力に関する電圧及び電流のシミュレーション結果を示している。図６中の「Ｖｓ」は、電力変換装置１に連係された系統交流電源９の交流電圧Ｖｓを示している。図６中の「Ｖｉ」は、セル変換器３１～３５のそれぞれの出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５を合計した単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉを示している。図６中の「Ｉｓ」は、セル変換器３１～３５に流れる交流電流、すなわち単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓを示している。図６中の「Ｖｃ１、Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４，Ｖｃ５」は、セル変換器３１～３５に設けられたそれぞれのコンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４，Ｖｃ５を示している。図６中の「Ｖ０」、「Ｉ０」、「ＮＯＭ」、「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」は、図４中の「Ｖ０」、「Ｉ０」、「ＮＯＭ」、「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」と同内容を示している。

図５に示すように、電力変換装置１の通常運転モードＮＯＭかつセル変換器３１～３５に故障が発生していない期間（時刻ｔ１よりも前の期間）では、セル変換器３１～３５の故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５の電圧レベルは、セル変換器３１～３５に故障が発生していないことを示す低レベルである。また、当該期間では、セル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のスイッチング動作が規制されていないため、セル変換器３１～３５のそれぞれに対応するスイッチング指令信号Ｓｓｗ１～Ｓｓｗ５の電圧レベルは、高レベルである。また、当該期間では、セル変換器３１～３５に故障が発生していないため、バイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ１～Ｓｓｄ５の電圧レベルは低レベルであり、バイパススイッチ３０２のスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１～Ｓｓｓ５の電圧レベルも低レベルである。

また、当該期間では、セル変換器３１～３５に故障が発生していないため、減衰係数Ｋの電圧レベルは高レベルとなる。さらに、当該期間では、例えば電流指令値Ｉｓ^＊の電圧レベルは高レベルのであるので、積算結果信号Ｉｓｋの電圧レベルも高レベルとなる。

このため、図６に示すように、電力変換装置１の通常運転モードＮＯＭかつセル変換器３１～３５に故障が発生していない期間（時刻ｔ１よりも前の期間）では、電力変換装置１に設けられた単相クラスタ３のすべてのセル変換器がＰＷＭ制御される。図６に、当該期間の系統交流電源の交流電圧Ｖｓ及び電力変換器の交流出力電圧Ｖｉ、交流電流Ｉｓの一例を示す。また、当該期間では、セル変換器３１～３５に設けられたコンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５は、互いにほぼ同じ値となり、かつほぼ一定値となる。

時刻ｔ１において、セル変換器３３が故障するとする。ここで、３個目のセル変換器の半導体スイッチＱ１～Ｑ４のいずれか開放故障すると仮定する。すると、セル変換器３３の故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、制御部５は、セル変換器３３のスイッチング動作（より具体的には、セル変換器３３に設けられた主回路３０１のスイッチング動作）を規制するためにスイッチング指令信号Ｓｓｗ３の電圧レベルを高レベルから低レベルに切り替える。その結果、セル変換器３３のスイッチング動作が停止する。

さらに、制御部５は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替えるための切り替え要求として、当該バイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルを低レベルから高レベルに切り替える。これにより、当該バイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替える切替期間Ｐｃが開始される。故障判定信号Ｓｂｄ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わってから制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わるまでの間には、所定の遅延時間が生じる。しかし、当該遅延時間は、切替期間Ｐｃの時間と比較して極めて短い。このため、図５では、当該遅延時間の図示は省略され、故障判定信号Ｓｂｄ３の電圧レベルの切り替わりの開始から制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルの切り替わりの終了までの動作が、時刻ｔ１において実行されているように図示されている。

切替期間Ｐｃが開始された後も健全なセル変換器３１，３２，３４，３５は、通常運転モードＮＯＭの時と同様にＰＷＭ制御によって動作している。

図５に示すように、切替期間Ｐｃが開始されると、セル変換器３３の状態を示す故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルが高レベルになるため、故障情報処理部５０から出力されてセル変換器３３の状態の判定結果を示す故障判定信号Ｓｂｄ３（図２参照）の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、図５に示すように、電流指令減衰部５６に設けられたＡＮＤゲート５６６から出力される減衰係数Ｋの電圧レベルは、高レベルから低レベルに切り替わる。その結果、電流指令減衰部５６に設けられた積算部５６７から出力される積算結果信号Ｉｓｋの電圧レベルは、高レベルから低レベルに切り替わる。

このため、電圧指令生成部５９は、単相クラスタ３に電流を流さないための電圧指令値をＰＷＭ制御部５３に出力する。これにより、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５は、単相クラスタ３に電流を流さないように制御される。その結果、図６に示すように、切替期間Ｐｃが開始されると、単相クラスタ３の交流電流Ｉｓは、上限値以下に低減される。本実施形態では、単相クラスタ３の交流電流Ｉｓは０Ａに低減される。セル変換器３１～３５は、直列に接続されているので、動作していないセル変換器３３にも電流が流れることが防止される。

このように、切替期間Ｐｃが開始されると、セル変換器３１～３５には電流が流れなくなるので、図６に示すように、セル変換器３１～３５のそれぞれに設けられたコンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５は、ほぼ一定となる。図５に示すように、減衰係数Ｋの電圧レベルは、切替期間Ｐｃにおいて低レベルを維持する。このため、電力変換装置１は、上述の比較例としての電力変換装置とは異なり、切替期間Ｐｃにおける故障セル変換器に設けられたコンデンサの直流電圧の上昇を防止し、切替期間Ｐｃが開始される直前の直流電圧を維持できる。その結果、電力変換装置１は、切替期間Ｐｃにおいて故障セル変換器に設けられたコンデンサの直流電圧が絶対最大定格電圧を超えてしまうことを防止できる。

時刻ｔ２においてセル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２がオン状態となってスイッチ投入が完了すると、当該バイパススイッチ３０２のスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、電力変換装置１は、時刻ｔ２以降では故障運転モードＢＯＭで動作する。

切替期間Ｐｃが終了すると、故障セル変換器であるセル変換器３３に対応するスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、図５に示すように、電流指令減衰部５６に設けられたＡＮＤゲート５６６から出力される減衰係数Ｋの電圧レベルは、低レベルから高レベルに切り替わる。その結果、電流指令減衰部５６に設けられた積算部５６７から出力される積算結果信号Ｉｓｋの電圧レベルは、低レベルから高レベルに切り替わる。このため、電圧指令生成部５９は、電流指令値Ｉｓ^＊に基づく電流を単相クラスタ３に流すための電圧指令値をＰＷＭ制御部５３に出力する。これにより、故障運転モードＢＯＭでは、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５のＰＷＭ制御により交流電流Ｉｓが制御される。

一方、故障運転モードＢＯＭにおいて、故障セル変換器であるセル変換器３３に対応する制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルは、高レベルを維持しているため、セル変換器３３に設けられた主回路３０１は、スイッチング動作しない。さらに、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２はオン状態となっている。このため、故障運転モードＢＯＭでは、系統交流電源９との間での電力の入出力は健全なセル変換器３１，３２，３４，３５によって制御される。これにより、図６に示すように、セル変換器３１，３２，３４，３５のそれぞれの出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５を合計した単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉは、通常運転モードＮＯＭの時とほぼ同じ電圧となる。

また、故障運転モードＢＯＭでは、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２がオン状態となっているので、通常運転モードＮＯＭ及び切替期間Ｐｃと異なり、単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓは、セル変換器３３に設けられたコンデンサＣには流れずにバイパススイッチ３０２に流れる。すなわち、単相クラスタ３に流れる電流は、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５によって制御される。このため、図６に示すように、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５によって制御されて単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓは、通常運転モードＮＯＭの時とほぼ同じ電流となる。

また、故障運転モードＢＯＭでは、セル変換器３３に設けられたコンデンサＣには電流が流れないので、図６に示すように、セル変換器３３に設けられたコンデンサの直流電圧Ｖｃ３は、時刻ｔ２時点に放電し始める。一方、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５のそれぞれに設けられたコンデンサの直流電圧Ｖｃ１、Ｖｃ２，Ｖｃ４，Ｖｃ５は、通常運転モードＮＯＭでの電圧とほぼ同じ電圧値に維持される。

このように、制御部５は、切替期間Ｐｃ及び切替期間Ｐｃの後の期間（故障運転モードＢＯＭの期間）において、対象セル変換器（図５及び図６に示す例では故障セル変換器であるセル変換器３３）に設けられた主回路３０１のスイッチング動作を停止し、残余のセル変換器（図５及び図６に示す例では健全なセル変換器３１，３２，３４，３５）に設けられた主回路３０１のスイッチング動作を継続する。つまり、電力変換装置１は、セル変換器３１～３５のいずれか１つに故障が発生しても、残余のセル変換器の運転を継続できるので、セル変換器が故障した場合、電力変換装置が一旦停止する必要はない。このため、電力変換装置１は、セル変換器の故障後速やかに復帰できる。

以上、説明したように、本実施形態による電力変換装置１は、系統交流電源９との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサＣを有する主回路３０１、当該電力が入出力される一対の入出力端子３０３，３０４、及び一対の入出力端子３０３，３０４を短絡可能に設けられたバイパススイッチ３０２をそれぞれ有し、一対の入出力端子３０３，３０４が直列に接続された複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５と、複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５に設けられたそれぞれの主回路３０１及びバイパススイッチ３０２を制御する制御部５とを備え、制御部５は、複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替える切替期間Ｐｃにおいて、当該対象セル変換器に流れる交流電流Ｉｓが上限値を超えている場合には当該交流電流Ｉｓを上限値以下に低減する。

本実施形態では、電力変換装置１の運転中に直列接続されたセル変換器３１～３５のうちの少なくとも１台（本実施形態では１台）が故障した場合、電力変換装置１の運転を停止せずに残余のセル変換器（健全セル変換器）で運転が継続される。電力変換装置１は、この運転の継続中において、故障セル変換器の故障検知から故障セル変換器のバイパススイッチの投入完了までの切替期間中に、セル変換器３１～３５の電流が上限値を超えている場合には、当該上限値以下まで当該電流を低減（抑制）することができる。これにより、電力変換装置１は、故障セル変換器に設けられたコンデンサの直流電圧の上昇を抑制すし、切替期間に故障セル変換器の直流過電圧の発生を防止できる。その結果、電力変換装置１は、セル変換器に対するバイパス要求があった場合に速やかに定格運転を再開できる。

本発明は、上記実施形態に限らず、種々の変形が可能である。
上記実施形態では、無効電力補償装置に適用される電力変換装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、電力変換装置は、インバータやコンバータにも適用できる。

上記実施形態による電力変換装置は、単相クラスタを備えているが、本発明はこれに限られない。電力変換装置は、複数（例えば三相）のクラスタを備え、各クラスタが上記実施形態における単相クラスタ３と同様の構成を有していてもよい。この場合、電力変換装置に設けられた制御部は、クラスタごとに単相クラスタ３と同様に制御する。

上記実施形態では、セル変換器に対するバイパス要求として、セル変換器が故障した場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、複数のセル変換器のうちのいずれかをメンテナンスする場合のバイパス要求における切替期間にも、本発明を適用できる。

上記実施形態による電力変換装置は、故障セル変換器の直流電圧の上昇を抑制するために、切替期間中の電流を低減するために、電流指令減衰部を有しているが、本発明はこれに限られない。電力変換装置は、電流指令減衰部とは別の方法、例えば電流指令値以外の指令値を用いて、切替期間中の電流を低減してもよい。

上記実施形態では、半導体スイッチＱ１～Ｑ４は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタで構成されているが、本発明はこれに限られない。半導体スイッチＱ１～Ｑ４は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）やバイポーラトランジスタで構成されていてもよい。

本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の技術的範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。

１ 電力変換装置
３ 単相クラスタ
５ 制御部
９ 系統交流電源
３１，３２，３３，３４，３５ セル変換器
５０ 故障情報処理部
５１ バイパススイッチ駆動部
５２ スイッチング指令処理部
５３ ＰＷＭ制御部
５４ バイパススイッチ状態処理部
５５ キャリア生成部
５６ 電流指令減衰部
５７ 電流制御部
５８ 直流電圧制御部
５９ 電圧指令生成部
３０１ 主回路
３０２ バイパススイッチ
３０３，３０４ 入出力端子
５１１，５１２，５１３，５１４，５１５ 駆動部
５２０，５２２，５２４，５２６，５２８ ＮＯＴゲート
５２１，５２３，５２５，５２７，５２９，５６６ ＡＮＤゲート
５３１，５３２，５３３，５３４，５３５ ＰＷＭ部
５６１，５６２，５６３，５６４，５６５ ＸＮＯＲゲート
５６７ 積算部
Ｃ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 還流用ダイオード
Ｉｓ 交流電流
Ｉｓ^＊ 電流指令値
Ｉｓ 電流
Ｉｓｋ 積算結果信号
Ｋ 減衰係数
Ｌ リアクトル
Ｐｃ 切替期間
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ 半導体スイッチ
Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ３，Ｓｂ４ 故障情報信号
Ｓｂｄ１，Ｓｂｄ２，Ｓｂｄ３，Ｓｂｄ４，Ｓｂｄ５ 故障判定信号
Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４，Ｓｓｄ１，Ｓｓｄ２，Ｓｓｄ３，Ｓｓｄ４，Ｓｓｄ５ 制御信号
Ｓｏ 運転指令信号
Ｓｓｉ１，Ｓｓｉ２，Ｓｓｉ３，Ｓｓｉ４，Ｓｓｉ５ 状態情報信号
Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ２，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５ スイッチ投入完了信号
Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ３，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５ スイッチング指令信号
ｔ 時刻
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５ 出力電圧
Ｖｃ^＊ 直流電圧指令値
Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４，Ｖｃ５ 直流電圧
Ｖｉ 交流出力電圧
Ｖｓ 交流電圧

Claims (7)

1. 系統交流電源との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサを有する主回路、前記電力が入出力される一対の入出力端子、及び前記一対の入出力端子を短絡可能に設けられた機械スイッチをそれぞれ有し、前記一対の入出力端子が直列に接続された複数のセル変換器と、
   前記複数のセル変換器に設けられたそれぞれの前記主回路及び前記機械スイッチを制御する制御部と
   を備え、
   前記制御部は、前記複数のセル変換器のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、前記対象セル変換器に流れる電流が上限値を超えている場合には該電流を前記上限値以下に低減する
   電力変換装置。
2. 前記切替期間は、前記制御部が前記対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチに切り替えを要求してから該機械スイッチの接点が閉じるまでの期間である
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記上限値は、前記コンデンサの容量及び定格電圧と、前記切替期間の長さと、前記対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチの切り替え前における前記対象セル変換器の動作電圧に対する過電圧のレベルとに基づいて決定される
   請求項１又は２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御部は、前記切替期間及び該切替期間の後の期間において、前記対象セル変換器に設けられた前記主回路のスイッチング動作を停止し、残余の前記セル変換器に設けられた前記主回路のスイッチング動作を継続する
   請求項１から３までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
5. 前記制御部は、前記複数のセル変換器のそれぞれから入力されて前記機械スイッチがオン状態か否かを示す信号に基づいて、前記切替期間において前記対象セル変換器に流れる電流を低減する
   請求項１から４までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
6. 前記主回路は、直列に接続された第一半導体スイッチ及び第二半導体スイッチと、直列に接続された第三半導体スイッチ及び第四半導体スイッチとを有し、
   前記第一半導体スイッチ及び前記第二半導体スイッチと、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチと、前記コンデンサとは、並列に接続され、
   前記一対の入出力端子の一方は、前記第一半導体スイッチ及び前記第二半導体スイッチの接続部に接続され、
   前記一対の入出力端子の他方は、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチの接続部に接続されている
   請求項１から５までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
7. 前記主回路は、前記第一半導体スイッチ、前記第二半導体スイッチ、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチのそれぞれに逆並列接続されたダイオードを有する
   請求項６に記載の電力変換装置。
   

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