JP2801631B2 - Vвоフリーサイリスタ変換装置 - Google Patents

Vвоフリーサイリスタ変換装置

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JP2801631B2 JP9521289A JP9521289A JP2801631B2 JP 2801631 B2 JP2801631 B2 JP 2801631B2 JP 9521289 A JP9521289 A JP 9521289A JP 9521289 A JP9521289 A JP 9521289A JP 2801631 B2 JP2801631 B2 JP 2801631B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は過電圧保護機能を有するVBOフリーサイリス
タで構成した直流送電、無効電力補償装置等に利用され
るサイリスタ変換装置に関する。
(従来の技術) 皆来、直流送電(以下HVDCと記す)、無効電力補償装
置(以下SVCと記す)等のサイリスタ変換装置には電気
サイリスタ又は光サイリスタが利用されている。これら
のサイリスタは自身で過電圧抑制機能がないためこれま
で、アレスタ又は過電圧保護回路で、過電圧を抑制して
いた。
一方、最近、自身で順方向の過電圧に対して、自己点
弧(VBO点弧)機能により保護できるサイリスタいわゆ
るVBOフリーサイリスタが実用化され、サイリスタ変換
装置に適用される状況にある。これにより過電圧保護回
路の省略又はアレスタの省略等が可能となる。
しかしVBOフリーサイリスタの自己点弧は毎サイクル
のVBO点弧(連続VBO点弧)は熱的な理由で許容されず、
数サイクルのVBO点弧が限界である。一方システムから
決まる過電圧は数サイクル〜数百サイクルに及ぶ。(イ
ステム条件で異なる。) 従って、過電圧が長時間継続する場合はVBOフリーサ
イリスタは破損してしまう。
これらを第6図、第7図及び第8図を使って説明す
る。
第6図はHVDC用のVBOフリーサイリスタを用いた変換
器システムの全体構成図であり、第7図はそのVBOフリ
ーサイリスタを用いた変換器の1アーム(以下サイリス
タバルブ又はバルブと記す)とそのゲートパルス発生器
以下(PGと記す)を示す。
1U〜1Zはサイルタバルブ、2は直流リアクトル、3は
変換器用の変圧器、4は変換器と交流系統を連結する遮
断器である。
また5はVBOフリーサイリスタ、6と7はスナバ回路
の抵抗とコンデンサ、8は直流電圧分圧用の抵抗、9は
di/dt及びdv/dt抑制用のアノードリアクトルである。10
はゲート光信号をPGよりサイリスタバルブに伝送するた
めライトガイドである。11は光ゲート発生用の発光素子
で12、13、14は発光素子を駆動するためのスイッチング
素子、抵抗、直流電源である。
スイッチング素子12はゲート指令信号、au(信号au
は、図示していない変換器制御装置からの導通指令信号
そのものか又は導通指令信号と図示していないバルブの
順電圧信号のアンド信号のいずれでもよい。) かかる構成でゲート指令信号auにより、スイッチング
素子12が動作すると発光素子11とライトガイド10を通じ
てサイリスタバルブ内の各VBOフリーサイリスタ5にゲ
ート光信号が供給されU相バルブの全VBOフリーサイリ
スタ5は一斉に点弧する。従ってサイリスタバルブは導
通状態に入る。
(発明が解決しようとする課題) 第8図はシステム電圧が何んらの原因で上昇し、VBO
点弧するケースを示す。(インバータ運転の例)t=T1
でシステム過電圧となった例でt<T1は通常運転(通常
点弧)、t>T1では過電圧運転(VBO点弧)となること
を示す。
この場合、t>T1の過電圧点弧期間(又は点弧回数)
がVBOフリー素子の限界を越えると、VBOフリー素子は完
全に破損してしまう。
以上のようにVBOフリーサイリスタをそのままサイリ
スタ変換器に適用すると以上のような重大な事故をひき
起すことになる。
本発明は前述の欠点に鑑みてなされたもので、VBO
リーサイリスタの過電圧保護点弧を検出すると共にその
点弧回数により、ゲートブロック、しゃ断器解放又は再
起動等を行ない、VBOフリーサイリスタを破損させるこ
となく、サイリスタバルブに加わる過電圧を適切に抑制
可能なVBOフリーサイリスタ変換装置を提供することに
ある。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明VBOフリーサイリスタで構成されるサイリスタ
バルブ、サイリスタバルブを点弧させるためのLED、そ
のLEDを駆動する電源及びスイッチング素子、光ゲート
信号を伝達するライトガイド、VBOフリーサイリスタバ
ルブのVBO点弧を検出するVBO点弧検出回路、VBO点弧回
数を計数するカウンタ、連続VBO点弧を検出する為のタ
イマー、VBO点弧回数が多数であるとの判断基準を設定
する設定器、カウンタ出力数と設定器の示す設定数を比
較する比較器から成る。
(作 用) サイリスタバルブのVBO点弧が発生し始めてからタイ
マーが一定時間を測定し始める一方、カウンターがサイ
リスタバルブのVBO点弧回数を数え始め、その数が設定
器の示す数より多いことを比較器が検出した時点が所定
時間以内であれば、所定回数連続してサイリスタバルブ
がVBO点弧したとして、サイリスタバルブのゲートブロ
ック、あるいは遮断器をトリップさせる。
(実施例) 以下本発明の一実施例を例えば、連続して3回以上サ
イリスタバルブがVBO点弧した時にサイリスタバルブを
ゲートブロックさせる例について説明する。第1図は本
発明の一実施例を示す図であり、U相サイリスタバルブ
とそのゲートパルス発生器を示している。
第7図と同じ働きをなす要素には同じ符号を付け説明
を省略する。
15はスナバ電流検出用の発光素子、16は発光素子15用
の逆並列に接続されたダイオード、17はライトガイド、
18は光電変換回路、19はアンド回路であり、これらの回
路でサイリスタバルブのVBO点弧検出回路を構成してい
る。VBOフリーサイリスタ5がVBO点弧する場合は、通常
運転時より高い順電圧からターンオンするので、この時
発光素子15を流れるスナバコンデンサ7の放電々流は、
通常運転時より大きくなり、発光素子15は強く発光する
ことになる。従って光電変換回路18の受光検出レベルを
所定の値に設定することにより、通常運転中にVBOフリ
ーサイリスタ5が点弧した場合には、光電変換回路18は
動作せず、VBOフリーサイリスタ5がVBO点弧した時の
み、光電変換回路18が動作する回路を構成する。アンド
回路19により、U相バルブを構成するサイリスタバルブ
のVBO点弧検出信号の論理積を行なうことにより、U相
バルブとしてのVBO点弧検出信号VUを得る。
20はタイマーの役割を果すワンショット回路で入力VU
が“0"から“1"に変化した時その出力は“0"から“1"に
変化して所定のT秒間“1"の状態を維持してT秒後に
“1"から“0"に変化する。この実施例では、連続して3
回以上のVBO点弧した時を検出する為、Tの値は交流系
統の周波数の2周期以上3周期未満の値とする。本実施
例では交流系統の周波数を50Hzとし、Tの値は50msとす
る。21は、カウンターでバルブのVBO点弧信号VUが入力
される毎にその数をカウントするが、ワンショット回路
20の出力が“1"から“0"になると、そのカウントは全て
クリアされる。22は設定器でこの実施例では3回に設定
されている。23は比較器で、カウンター21の出力が設定
器22の設定値未満の時比較器23の出力は“0"、カウンタ
21の出力が設定器22の設定値以上では比較器23の出力は
“1"となる。24は信号のラッチ用のフリップフロップで
ある。比較器23の出力が“1"となると、フリップフロッ
プ24の出力があるU相バルブVBO保護信号PUが“1"とな
る。25はオア回路であり、U相バルブのVBO保護信号PU
の他に図示されていないが同様な回路で構成される他相
のバルブのVBO保護信号すなわちV相バルブのVBO保護信
号PV、W相バルブのVBO保護信号PW、X相バルブのVBO
護信号PX、Y相バルブのVBO保護信号PY、Z相バルブのV
BO保護信号PZの論理和を作る。26は反転回路で、オア回
路25の出力を反転する。
27U〜27Zは2入力のアンド回路であり、一方の入力に
は反転回路26の出力信号が入力され、他方の入力には、
各相のサイリスタバルブのゲート指令信号aU〜aZが入力
され、論理積を行なう。アンド回路27Uの出力は、U相
バルブの光ゲート発生用の発光素子11を駆動するスイッ
チング素子12へ入力される。アンド回路27V〜27Zの出力
はU相と同様に図示されていない光ゲート発生用の発光
素子を駆動するスイッチング素子へ入力される。
VBOフリーサイリスタバルブのVBO点弧が1回のみの場
合、例えば一過性のサージの様な場合についてその作用
を説明する。U相のサイリスタバルブのVBOフリーサイ
リスタ5がVBO点弧すると発光素子15の光信号がライト
ガイド17を通り、光電変換回路18を作動させ、アンド回
路19の出力VUパルス的に“1"となりカウンタ21は1をカ
ウントする。設定器22の示す値は3であるので比較器23
の出力は“0"である。一方ワンショット回路20は、VUが
“1"となると、50ms間のワンショットパルスを発生す
る。この50msの間には2度目のVBO点弧は生じないので
再度UV信号は“1"とならない。そして、カウンタ21の出
力は1のままであり、比較器23の出力は“0"である。従
って、フリップフロップ24の出力PUも“0"であり、オア
回路25の出力も“0"となる。そこで反転回路26の出力は
“1"であり、アンド回路27U〜27Zは各相のゲート指令信
号aU〜aZ通りの信号を、スイッチング素子12に与え各バ
ルブはゲートブロックされない。ワンショット回路20が
発生させたパルスが50ms後に“1"から“0"に変化する
時、カウンタ21のカウント数はリセットされる。
次に、システムから決まる過電圧が数サイクル連続す
る場合について第1図及び第2図を用いて説明する。
まず、1回目のVBO点弧が生ずるとカウント21は“1"
をカウントする。次に比較器23は設定器22の示す値と比
較して“0"を出力する。一方、ワンショット回路20の出
力は1回目のVBO点弧信号VUが“1"となった時から50ms
間のワンショットパルスを発生している。比較器23の出
力は“0"であるので、一過性サージの場合同様サイリス
タバルブはゲートブロックされない。次に2回目のVBO
点弧が生じるとカウンタ21は“2"をカウントするが、比
較器23は設定器22の示す“3"と比較し、“0"を出力する
ので、同様にサイリスタバルブはゲートブロックされな
い。
さらに1回目のVBO点弧から50ms以内に3回目のVBO
弧が生じるとカウンタ21は“3"をカウントし比較器23は
設定器22の示す“3"と比較し“1"を出力し、フリップフ
ロップ20の出力を“1"にセットする。従ってオア回路25
の出力は“1"となり反転回路26の出力が“0"となりアン
ド回路27の一方の入力が“0"となる為アンド回路27の出
力は“0"となり、サイリスタバルブは全相ゲートブロッ
クされる。サイリスタバルブがゲートブロックされ、各
サイリスタバルブがすべて消弧すると、サイリスタバル
ブには、交流の相電圧が印加されることになり、この値
は線間圧に比較し の値である為、サイリスタバルブはVBO点弧しなくな
る。
以上の説明の様に本発明の実施例によればVBOフリー
サイリスタを用いたサイリスタバルブの連続VBO点弧回
数を3回以内とすることが可能となり、VBOフリーサイ
リスタ1の許容過電圧保護期間を越えることなく、従っ
てサイリスタバルブを破壊することなく、効果的にサイ
リスタバルブの過電圧を抑制することが可能なVBOフリ
ーサイリスタ変換器を提供できる。
第3図は本発明の他の実施例を示す。本実施例によれ
ば、サイリスタバルブが所定回数以上の連続VBO点弧を
生じた場合、全バルブのゲートブロックをすると共にオ
ア回路25の出力信号を用いて遮断器4をトリップさせる
信号を出し、サイリスタバルブに加わる交流電圧を無電
圧とし、サイリスタバルブの過電圧を抑制することがで
きる。
第4図に本発明の他の実施例を示す。オア回路25の出
力をシステムから決まる過電圧が十分減衰すると考えら
れる所定の時間だけ遅れるオンディレイ回路28に入力
し、オンディレイ回路28の出力をリセットパルス発生用
のワンショット回路29に入力し、ワンショット回路29に
よりフリップフロップ24をリセットするものである。フ
リップフロップ24がリセットされると、オア回路25の出
力が“0"となり、反転回路26の出力が“1"となるので、
サイリスタバルブのゲートブロックが解除され、変換器
は運転可能となる。
従って、第4図によれば、サイリスタバルブが所定回
数以上連続VBOターンオンした場合、サイリスタバルブ
をゲートブロックすることにより、サイリスタに加わる
過電圧を抑制し、さらに所定時間後に自動的にゲートブ
ロックを解除し、再起動可能なサイリスタ変換器を提供
できる。
第5図に本発明の他の例を示す。第4図と同一の動作
を示す物には同一の符号を付け説明を省略する。
オンディレイ回路28の出力を、ワンショット回路29に
入力すると同時に他のワンショット回路30へ入力する。
ワンショット回路30は入力信号が“0"から“1"に変化し
た時所定の時間T0秒のみパルスを発生する回路である。
ワンショット回路30の出力信号とアンド回路19の出力
信号をアンド回路31へ入力する。アンド回路31の信号を
遮断器4のトリップ指令として使用する。また、アンド
回路31の信号をフリップフロップ32とオア回路32を介し
オア回路25へ入力する。
本実施例によれば、サイリスタバルブ1が所定回数以
上連続VBO点弧した場合にサイリスタバルブ1をゲート
ブロックすることにより、VBOフリーサイリスタに加わ
る過電圧を抑制し、所定時間後に自動的にゲートブロッ
クを解除(デブロックする)し、変換器を再起動可能と
し、変換器が再起動後所定時間内(T0)に再びサイリス
タバルブ1がVBO点弧した場合には、再び、全サイリス
タバルブをゲートブロックすると共に遮断器4へトリッ
プ指令を送りサイリスタバルブ1の交流電圧を無電圧と
し、サイリスタバルブ1の過電圧を抑制することができ
る。
なお、第1図、第3図、第4図、第5図に於て19はア
ンド回路としサイリスタバルブとしてのVBO点弧を検出
する回路としたが、19をオア回路とし、個々のVBOフリ
ーサイリスタ単位での連続VBO点弧に対する過電圧抑制
を行う様にしても良い。
〔発明の効果〕
以上説明のように、本発明によればVBOフリーサイリ
スタの過電圧保護点弧を検出すると共にその点弧回数に
よりゲートブロック、しゃ断器開放、又は再起動等を行
ない、VBOフリーサイリスタを破壊することなくサイリ
スタバルブに加わる過電圧を適切に抑制可能なVBOフリ
ーサイリスタ変換装置を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例を示すブロック図、第2図は
第1図の動作を説明するための図、第3図乃至第5図は
本発明の夫々異なる他の実施例を示すブロック図、第6
図は直流送電用サイリスタ変換装置の全体構成図、第7
図は従来の直流送電用サイリスタ変換装置の1アームと
ゲートパルス発生装置の構成図、第8図は第7図の動作
を説明するためのタイムチャートである。 5……VBOサイリスタ、7……コンデンサ 6,8,13……抵抗器 9……アノードリアクトル 10,17……ライトガイド、11,15……発光素子 12……スイッチング素子、14……直流電源 16……ダイオード、18……光電変換回路 19……アンド回路、20……ワンショット回路 21……カウンタ、22……設定器 23……比較器、24……フリップフロップ 25……オア回路、26……反転回路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02H 7/12 H02M 1/00 - 1/08 H02M 7/155

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スイッチング素子にVBOフリーサイリスタ
    を使用したVBOフリーサイリスタ変換装置において、前
    記VBOフリーサイリスタの過電圧保護点弧が所定期間で
    所定回数以上生じたことを検出する手段と、該手段に応
    動しVBOフリーサイリスタ変換装置のゲートをブロック
    する手段を具備して成るVBOフリーサイリスタ変換装
    置。
  2. 【請求項2】スイッチング素子にVBOフリーサイリスタ
    を使用したVBOフリーサイリスタ変換装置において、前
    記VBOフリーサイリスタの過電圧保護点弧が所定期間で
    所定回数以上生じたことを検出する手段と、該手段に応
    動しVBOフリーサイリスタ変換装置のゲートをブロック
    すると共に前記VBOフリーサイリスタ変換装置の交流側
    しゃ断器を開放する手段を具備して成るVBOフリーサイ
    リスタ変換装置。
  3. 【請求項3】スイッチング素子にVBOフリーサイリスタ
    を使用したVBOフリーサイリスタ変換装置において、前
    記VBOフリーサイリスタの過電圧保護点弧が所定期間で
    所定回数以上生じたことを検出する手段と、該手段に応
    動しVBOフリーサイリスタ変換装置のゲートをブロック
    する手段と、ゲートブロック後所定時間経過したことで
    ゲートブロックを解除する手段を具備して成るVBOフリ
    ーサイリスタ変換装置。
  4. 【請求項4】スイッチング素子にVBOフリーサイリスタ
    を使用したVBOフリーサイリスタ変換装置において、前
    記VBOフリーサイリスタの過電圧保護点弧が所定期間で
    所定回数以上生じたことを検出する手段と、該手段に応
    動しVBOフリーサイリスタ変換装置のゲートをブロック
    する手段と、ゲートブロック後所定時間経過したことで
    ゲートブロックを解除する手段と、ゲートブロック解除
    後所定時間内に再度前記VBOフリーサイリスタが過電圧
    保護点弧した場合には、再びゲートブロックすると共に
    前記VBOフリーサイリスタ変換装置の交流側しゃ断器を
    開放する手段を具備して成るVBOフリーサイリスタ変換
    装置。
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