JP3734395B2 - 電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置 - Google Patents

電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自己消弧素子を用いた電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２９は例えば特開平６−７８５６１号公報に示された従来の電力変換装置を示す回路図であり、図において、１（１Ａ〜１Ｃ）は交流リアクトル、６はこの交流リアクトル１に接続された第１の電力変換器（コンバータ）、５はこの第１の電力変換器６に接続された平滑コンデンサ、７はこの平滑コンデンサ５に接続された第２の電力変換器（インバータ）、３（３Ａ〜３Ｍ）はこの第２の電力変換器７および上記第１の電力変換器６を構成する自己消弧素子、２（２Ａ〜２Ｍ）は上記第１の電力変換器６および第２の電力変換器７を構成する還流ダイオード、４（４Ａ〜４Ｆ）は上記第１の電力変換器６および第２の電力変換器７を構成するアノードリアクトル、８（８Ａ〜８Ｂ）は上記第１の電力変換器６および第２の電力変換器７の直流電流を検出する直流電流検出器である。
【０００３】
次に動作について説明する。直流短絡が生じた場合に、直流短絡が発生した電力変換器（例えばコンバータ６）の直流回路に流れる短絡電流が電流検出器８Ａにより検出される。この電流検出器８Ａの検出出力に基づいて図示していない制御手段によりコンバータ６の全自己消弧素子（３Ａ〜３Ｆ）が一斉に点弧され、平滑コンデンサ５の充電電荷が全アームに分担して放電される。また平滑コンデンサ５の放電終了後、制御手段により、全自己消弧素子（３Ａ〜３Ｆ）が一斉に消弧される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
直流部のリップル抑制のために平滑コンデンサ５を接続したコンバータ６およびインバータ７において、変換器内の自己消弧素子が誤動作または一部破損し、直流短絡が生じた場合に平滑コンデンサ５の放電電流が直流短絡を起こした相の素子のみに流れ、当該相の素子を破壊させることを防止する手段として一斉点弧が行われているが、平滑コンデンサ５の放電電流はアノードリアクトル４と共振しながら減衰するために、平滑コンデンサ５の放電電流が共振の過程で零付近に落ち込んだ時点で全自己消弧素子を一斉に消弧すると全自己消弧素子には平滑コンデンサ５の定挌電圧相当が印加されることにより、短絡電流による素子損失の増加で接合部温度が定挌値以上の高温状態にあるためにサーマルランを発生して全自己消弧素子を破壊する恐れがある。このために上記の公報ではヒューズを直流短絡経路に付加して直流短絡電流を抑制したものも示しているが、ヒューズを付加して素子を保護するのであれば一斉点弧は不要であり、装置のコスト増を招くなどの問題があった。また一斉点弧による直流短絡保護では、一斉点弧の頻度が増えると自己消弧素子のみならずブスバーなどの構造部材もダメージを受けて交換部品数および交換時間の増加を招くなどの問題があった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、ヒューズを用いないで直流短絡保護を可能にしたもので、一斉点弧を制限して自己消弧素子のみならずブスバーなどの構造部材のダメージを軽減できるなど信頼性の高い電力変換装置の保護制御方法および保護制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る電力変換装置の保護制御方法は、相毎に複数の自己消弧素子およびダイオード、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変換を行う電力変換装置の保護制御方法であって、
交流側電流を検出する交流電流検出手段、および直流側電流を検出する直流電流検出手段を備え、
上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点における上記各自己消弧素子に流れる電流を予測し、当該過電流検出相および他相の自己消弧素子を故障規模に応じて適切に保護するため、上記電流予測情報に応じて上記各自己消弧素子の保護処理内容を予め設定された複数の保護処理モードの中から選択するようにしたものである。
【０００７】
また、請求項２に係る電力変換装置の保護制御装置は、相毎に複数の自己消弧素子およびダイオード、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変換を行う電力変換装置の保護制御装置であって、
交流側電流を検出する交流電流検出手段、直流側電流を検出する直流電流検出手段、上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子をオフまたはゲートフリーズ（そのときのゲート状態を強制的に継続させる）させ他相の自己消弧素子を一斉オフさせ、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子をオンまたはゲートフリーズさせ他相の自己消弧素子を一斉オンさせる保護処理回路を備えたものである。
【０００８】
また、請求項３に係る保護制御装置は、直流側の両端子間に相毎に接続された、正極側自己消弧素子およびこれと逆並列接続されたダイオードからなる正極側アームと負極側自己消弧素子およびこれと逆並列接続されたダイオードからなる負極側アームとの直列接続体、および上記両自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え上記両アームの接続点を交流側端子に接続する２レベルの電力変換装置の保護制御装置であって、
上記交流側端子に流れる電流を検出する交流電流検出手段、上記両アームに流れる電流を検出する直流電流検出手段、上記両アームのいずれかに流れる電流が上記ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に設定された所定の第１レベルの過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の両自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記両自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものはオフ、ゲートオフパルス入力中のものはゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モードを、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の両自己消弧素子をオンさせ他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを実行する保護処理回路を備えたものである。
【０００９】
また、請求項４に係る保護制御装置は、可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値をＯＣ１、直流側端子間の電圧をＥｄ、保護動作に必要な所定時間をｔｏｃ、直流側端子からみた故障経路のインダクタンスをＬとしたとき下式で得られる選択基準値βを設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を両アームの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義した場合、保護処理回路は、
負極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中に正極側アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≧−βが成立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＜−βが成立すると第２の保護処理モードを実行し、
正極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中に負極側アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≦＋βが成立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＞＋βが成立すると第２の保護処理モードを実行するものである。
β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ
【００１０】
また、請求項５に係る保護制御装置は、直流側端子間の電圧Ｅｄとして、想定されるその最大値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するようにしたものである。
【００１１】
また、請求項６に係る保護制御装置は、直流側端子間の電圧Ｅｄを検出する直流電圧検出器を備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄＬを採用して選択基準値βを設定するようにしたものである。
【００１２】
また、請求項７に係る保護制御装置は、自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記自己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備え、正極側および負極側自己消弧素子が共にオフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出相の両自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせるようにしたものである。
【００１３】
また、請求項８に係る保護制御装置は、交流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器および直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器を備えたものである。
【００１４】
また、請求項９に係る保護制御装置は、交流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器または直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器のいずれか一方を備え、いずれか他方の直流電流は上記いずれか一方の直流電流検出器と上記交流電流検出器との出力から演算により求めるようにしたものである。
【００１５】
また、請求項１０に係る保護制御装置は、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器および直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上記両直流電流検出器の出力から演算により求めるようにしたものである。
【００１６】
また、請求項１１に係る保護制御装置は、第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの過電流設定値を設定し、直流電流検出手段の出力が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたものである。
【００１７】
また、請求項１２に係る保護制御装置は、直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたものである。
【００１８】
また、請求項１３に係る保護制御装置は、過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合、当該他相の自己消弧素子の内、短絡防止期間Ｔｄでオン動作からオフ動作に移行中のものは、上記期間Ｔｄ開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間Ｔｄ´迄、当該自己消弧素子をオフからオンにする信号の供給を禁止する手段を備えたものである。
【００１９】
また、請求項１４に係る保護制御装置は、請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても同アーム内のダイオードが通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたものである。
【００２０】
また、請求項１５に係る保護制御装置は、請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたものである。
Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【００２１】
また、請求項１６に係る保護制御装置は、正極、中性極および負極を有する直流側の上記正負両極間に相毎に接続された、第１ないし第４の自己消弧素子の直列接続体、上記各自己消弧素子と逆並列接続されてそれぞれ第１ないし第４のアームを構成する第１ないし第４のダイオード、上記中性極とそれぞれ上記第１、第２のアームの接続点および上記第３、第４のアームの接続点との間に接続された第５および第６のダイオード、および上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、上記第２、第３のアームの接続点を交流側端子に接続する３レベルの電力変換装置の保護制御装置であって、
上記交流側端子に流れる電流を検出する交流電流検出手段、上記第１のアームに流れる正極側の直流電流、第４のアームに流れる負極側の直流電流および上記第５、第６のダイオードの接続点と上記中性極との間に流れる中性極側の直流電流を検出する直流電流検出手段、この直流電流検出手段が検出する直流側電流のいずれかが上記ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に設定された所定の第１の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものは故障短絡経路にある少なくとも１個をオフその他をゲートフリーズ、ゲートオフパルス入力中のものはゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モードを、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものはオン、ゲートオフパルス入力中のものは故障短絡経路にあるものをオンその他をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを実行する保護処理回路を備えたものである。
【００２２】
また、請求項１７に係る保護制御装置は、可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値をＯＣ１、直流側の正極−中性極間および中性極−負極間の電圧をそれぞれＥｄｐおよびＥｄｎ、保護動作に必要な所定時間をｔｏｃ、および直流側の上記各極間からみた故障経路のインダクタンスをそれぞれＬｐ、Ｌｎ、Ｌｐｎとしたとき下式で得られる選択基準値βを設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を第２、第３のアームの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義した場合、保護処理回路は、
第２、第３の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−３の保護処理モード（Ｂ３）、
Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード（ＣＰ）を実行し、
上記第２、第３の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２の自己消弧素子をオフ、第１、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−２の保護処理モード（Ｂ２）、
Ｉａｃ＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（ＣＮ）を実行し、
上記第３、第４の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第３の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−４の保護処理モード（Ｂ４）、
Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（ＣＮ）を実行し、
上記第３、第４の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３、第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）、
Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（ＣＰＮ）を実行し、
上記第１、第２の自己消弧素子がゲートオンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１の自己消弧素子をオフ、第２、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−１の保護処理モード（Ｂ１）、
Ｉａｃ＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード（ＣＰ）を実行し、
上記第１、第２の自己消弧素子がゲートオンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２の自己消弧素子をオフ、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）、
Ｉａｃ≧＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（ＣＰＮ）を実行するものである。
β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１
−ｔｏｃ｛Ｅｄｐ／Ｌｐ＋Ｅｄｎ／Ｌｎ＋（Ｅｄｐ＋Ｅｄｎ）／Ｌｐｎ｝／３
【００２３】
また、請求項１８に係る保護制御装置は、第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）で過電流検出相の第１、第２の自己消弧素子をオフさせる場合、上記第２の自己消弧素子をオフさせるタイミングを第１の自己消弧素子をオフさせるタイミングより、自己消弧素子のターンオフ時間のばらつきを考慮して設定された所定の時間Ｔｙ遅らせ、第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）で過電流検出相の第３、第４の自己消弧素子をオフさせる場合、上記第３の自己消弧素子をオフさせるタイミングを第４の自己消弧素子をオフさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｙ遅らせるようにしたものである。
【００２４】
また、請求項１９に係る保護制御装置は、直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極と負極との間の電圧Ｅｄｎとして、想定されるその最大値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するようにしたものである。
【００２５】
また、請求項２０に係る保護制御装置は、直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極と負極との間の電圧Ｅｄｎを検出する直流電圧検出器を備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄｐまたはＥｄｎのいずれか大きい方を選択し、当該選択した検出電圧を採用して選択基準値βを設定するようにしたものである。
【００２６】
また、請求項２１に係る保護制御装置は、自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記自己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備え、各相４個の自己消弧素子の内１個がオン他の３個がオフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出相の全自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせるようにしたものである。
【００２７】
また、請求項２２に係る保護制御装置は、交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器を備えたものである。
【００２８】
また、請求項２３に係る保護制御装置は、交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器の内いずれか２台の直流電流検出器を備え、いずれか他の１台の直流電流検出器に係る直流電流は上記２台の直流電流検出器と上記交流電流検出器との出力から演算により求めるようにしたものである。
【００２９】
また、請求項２４に係る保護制御装置は、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上記各直流電流検出器の出力から演算により求めるようにしたものである。
【００３０】
また、請求項２５に係る保護制御装置は、第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの過電流設定値を設定し、正極側直流電流が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせ、負極側直流電流が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたものである。
【００３１】
また、請求項２６に係る保護制御装置は、直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたものである。
【００３２】
また、請求項２７に係る保護制御装置は、過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合であって、
当該他相の第１、第２の自己消弧素子がオン、第３、第４の自己消弧素子がオフ動作中に上記第２、第３、第４の自己消弧素子をオンさせるときは、先ず、上記第１の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防止期間Ｔｄ経過後、上記第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、
当該他相の上記第３、第４の自己消弧素子がオン、第１、第２の自己消弧素子がオフ動作中に上記第１、第２、第３の自己消弧素子をオンさせるときは、先ず、上記第４の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防止期間Ｔｄ経過後、上記第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたものである。
【００３３】
また、請求項２８に係る保護制御装置は、請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフさせるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせるとき、当該各自己消弧素子と同アーム内のダイオードが通電中のときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たずに直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたものである。
【００３４】
また、請求項２９に係る保護制御装置は、請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフさせるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせるとき、交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たずに直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたものである。
Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【００３５】
また、請求項３０に係る保護制御装置は、過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合であって、
当該他相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子の内、１個の自己消弧素子が短絡防止期間Ｔｄでオン動作からオフ動作に移行中のときは、上記期間Ｔｄ開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間Ｔｄ´迄、上記各自己消弧素子をオフからオンにする信号の供給を禁止する手段を備えたものである。
【００３６】
また、請求項３１に係る保護制御装置は、請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても同アーム内のダイオードまたは対の自己消弧素子が通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたものである。
【００３７】
また、請求項３２に係る保護制御装置は、請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたものである。
Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【００３８】
また、請求項３３に係る保護制御装置は、各自己消弧素子に一斉オン信号が送出された場合であって、
第１、第２、第３、第４の自己消弧素子を同時にオンさせるときは、上記第１の自己消弧素子をオンさせるタイミングを第２の自己消弧素子をオンさせるタイミングより、自己消弧素子のターンオン時間のばらつきを考慮して設定された所定の時間Ｔｘ遅らせ、上記第４の自己消弧素子をオンさせるタイミングを第３の自己消弧素子をオンさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｘ遅らせるようにしたものである。
【００３９】
また、請求項３４に係る保護制御装置は、請求項２ないし３３のいずれかに記載された電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備えた場合、
上記平滑コンデンサを第１の平滑コンデンサと、スイッチング手段を介して上記第１の平滑コンデンサと並列に接続された第２の平滑コンデンサとで構成し、
保護制御装置で出力された自己消弧素子への一斉オン信号に基づき上記スイッチング手段をオフすることにより、上記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子への放電を抑制するようにしたものである。
【００４０】
また、請求項３５に係る保護制御装置は、請求項１６ないし３３のいずれかに記載の３レベルの電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備えた場合、
上記平滑コンデンサを、正極端子と中性極端子とに接続された第１の正極側平滑コンデンサと正極側スイッチング手段を介して上記第１の正極側平滑コンデンサと並列に接続された第２の正極側平滑コンデンサ、および中性極端子と負極端子とに接続された第１の負極側平滑コンデンサと負極側スイッチング手段を介して上記第１の負極側平滑コンデンサと並列に接続された第２の負極側平滑コンデンサで構成し、
保護制御装置で出力された第１、第２、第３の自己消弧素子または第２、第３、第４の自己消弧素子への一斉オン信号に基づき上記正極側スイッチング手段または負極側スイッチング手段をオフすることにより、上記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子への放電を抑制するようにしたものである。
【００４１】
また、請求項３６に係る保護制御装置は、請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおいて、
上記各電力変換装置のいずれかの保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号を他の電力変換装置の自己消弧素子へも同時に送出するよう、上記一斉オン信号を上記各電力変換装置で共通化するよう構成したものである。
【００４２】
また、請求項３７に係る保護制御装置は、請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を複数台、各電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備え、上記各電力変換装置の直流側を共通に接続してなるものにおいて、
上記各電力変換装置毎に設けられたスイッチング素子を介して各直流側を共通に接続するとともに、いずれかの上記電力変換装置の保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号に基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフすることにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オンした自己消弧素子への放電を阻止するようにしたものである。
【００４３】
また、請求項３８に係る保護制御装置は、各電力変換装置の直流側を共通に接続する共通接続点の正負両極間に接続された共通平滑コンデンサを備えた場合、いずれかの上記電力変換装置の保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号に基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフすることにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサおよび上記共通平滑コンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オンした自己消弧素子への放電を阻止するようにしたものである。
【００４４】
また、請求項３９に係る保護制御装置は、請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置であって互いに同一容量の電力変換装置を複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおいて、
上記各電力変換装置で検出された交流側電流および直流側電流のそれぞれ最大値を選択する最大値選択回路、上記各電力変換装置の自己消弧素子に共通のゲートパルスを供給するゲートパルス発生器、上記最大値選択回路から出力される交流側電流信号、直流側電流信号および上記ゲートパルス信号に基づき故障の予測判別を行う故障判別回路、およびこの故障判別回路の判別出力に基づき上記各電力変換装置の自己消弧素子に対して共通の保護処理を行う保護処理回路を備えたものである。
【００４５】
また、請求項４０に係る保護制御装置は、複数の各電力変換装置の交流側は、それぞれ互いに独立した交流電源または交流負荷に接続されているものである。
【００４６】
また、請求項４１に係る保護制御装置は、複数の各電力変換装置の交流側は、その各１次側を互いに直列にして交流電源または交流負荷に接続される複数の変圧器の各２次側に接続されているものである。
【００４７】
また、請求項４２に係る保護制御装置は、複数の各電力変換装置の交流側は、上記各電力変換装置毎に設けられた交流リアクトルを介して共通の交流電源または交流負荷に接続されているものである。
【００４８】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。図１（ａ）に示す３相２レベル方式の電力変換装置において、８Ｒ、８Ｓ、８Ｔ、８Ｕ、８Ｖ、８ＷはそれぞれＲ相、Ｓ相、Ｔ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の正極Ｐ側の直流電流の瞬時値を検出する直流電流検出器である。ここで、正確には、例えばＲ相の正極Ｐ側の直流電流とは、自己消弧素子３Ａと還流ダイオード２Ａとで構成されるＲ相正極側アームに流れる直流電流のことである。９Ｒ、９Ｓ、９Ｔ、９Ｕ、９Ｖ、９Ｗは上記各相の交流電流の瞬時値を検出する交流電流検出器である。また図１（ｂ）に示す直流短絡保護回路において、１０はコンバータ６のゲートパルス発生器、１１はインバータ７のゲートパルス発生器、１２Ｒ、１２Ｓ、１２Ｔ、１２Ｕ、１２Ｖ、１２Ｗは上記各相の保護制御装置としての直流短絡保護回路、１３Ｒ、１４Ｒ、１５Ｒはそれぞれ上記Ｒ相の直流短絡保護回路１２Ｒを構成するそれぞれ電流レベル判別回路、故障判別回路、保護処理回路である。
【００４９】
次に上記直流短絡保護回路１２の代表１相分の詳細を示す図２において、説明の都合上、正極Ｐ側に接続された正極側の第１の自己消弧素子をＧＣ１（上記Ｒ相の３Ａに相当）、負極Ｎ側に接続された負極側の第２の自己消弧素子をＧＣ２（上記Ｒ相の３Ｄに相当）、正極Ｐ側に接続された正極側の第１の還流ダイオードをＤＦ１（上記Ｒ相の２Ａに相当）、負極Ｎ側に接続された負極側の第２の還流ダイオードをＤＦ２（上記Ｒ相の２Ｄに相当）に統一している。またＰ側の直流電流Ｉｐ、Ｎ側の直流電流Ｉｎ、交流電流Ｉａｃの極性は図示の方向を正と定義する。
【００５０】
電流レベル判別回路１３において、直流電流検出器８からＰ側直流電流の検出信号Ｉｐと交流電流検出器９からＡＣ側交流電流信号Ｉａｃが入力される。１３３Ａおよび１３３Ｂはこの交流電流信号Ｉａｃのレベルを判別する比較器であって、それぞれ選択基準値β（この選択基準値βについては後述する）と比較して、交流電流信号Ｉａｃがこの選択基準値−βおよび＋βよりも大きい場合にはそれぞれ比較器１３３Ａおよび１３３ＢからＨレベルの信号−βＨおよび＋βＨを出力する。１３４Ａおよび１３４ＢはＮＯＴ回路であって、上記比較器１３３Ａおよび１３３Ｂの出力信号−βＨおよび＋βＨ の符号反転した信号−βＬおよび＋βＬを出力する。１３１は極性反転器であって、上記交流電流信号Ｉａｃの極性を反転する。１３２は加算器であって、この極性反転器１３１の出力信号と上記Ｐ側直流電流信号Ｉｐを加算する。１３３Ｃは比較器であって、上記Ｐ側直流電流信号Ｉｐを第１レベルの過電流設定値＋ＯＣ１（この第１レベルの過電流設定値ＯＣ１については後述する）と比較してこの設定値＋ＯＣ１よりも大きい場合にはＨレベルの信号ＩＰＯＣ１を出力する。１３３Ｄは比較器であって、上記加算器１３２の出力を第１レベルの過電流設定値＋ＯＣ１と比較してこの設定値＋ＯＣ１よりも大きい場合にはＨレベルの信号ＩＮＯＣ１を出力する。
【００５１】
故障判別回路１４において、１４１Ａ〜Ｆはそれぞれ上記電流レベル判別回路１３からの出力信号−βＨ、＋βＨ、−βＬ、＋βＬ、ＩＰＯＣ１、ＩＮＯＣ１の保持回路であって、後述の故障信号ＦＯ（Ｌレベル）の発生によりＡＮＤ回路１４７の出力がＬレベルになると保持動作を行う。１４２Ａおよび１４２Ｂは２入力のＡＮＤ回路であって、それぞれこの保持回路１４１Ｅの出力と後述のゲートパルス信号ＧＰ２Ａおよびこの保持回路１４１Ｆの出力と後述のケ−トパルス信号ＧＰ１ＡのＡＮＤ動作を行う。１４３Ａおよび１４３Ｂは２入力のＮＡＮＤ回路であって、それぞれこのＡＮＤ回路１４２Ａの出力と上記保持回路１４１Ａおよび１４１ＢのＮＡＮＤ動作を行う。１４３Ｃおよび１４３Ｄは２入力のＮＡＮＤ回路であって、それぞれ、上記ＡＮＤ回路１４２Ｂの出力と上記保持回路１４１Ｃおよび１４１ＤのＮＡＮＤ動作を行う。１４４は２入力のＡＮＤ回路であって、この ＮＡＮＤ回路１４３Ｄの出力と上記ＮＡＮＤ回路１４３Ａの出力のＡＮＤ動作を行い、Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＯを出力して他相の直流短絡保護回路へ与えるとともに逆に他相からの一斉点弧信号ＣＯも同じ信号線に共通に接続されて、いわゆるワイヤ−ドＯＲ機能を有する。１４５は６入力のＡＮＤ回路であって、上記ＮＡＮＤ回路１４３Ａ〜Ｄの出力と後述の自己消弧素子ＧＣ１およびＧＣ２のゲート駆動回路ＧＤ１およびＧＤ２からの素子故障信号ＧＤ１Ｆ０、ＧＤ２Ｆ０のＡＮＤ動作を行い、故障信号ＦＯ（Ｌレベル）を発生する。
【００５２】
保護処理回路１５において、１５１Ａおよび１５１Ｂはそれぞれ当該相のゲートパルス発生器１０（１１）からのゲートパルス信号ＧＰ１およびＧＰ２の保持回路であって、上記故障信号ＦＯの発生によりＡＮＤ回路１４７の出力がＬレベルになると保持動作を行う。そして、この出力は上記ＡＮＤ回路１４２Ａおよび１４２Ｂへ与えられる。１５２Ａおよび１５２Ｂは２入力のＡＮＤ回路であって、それぞれこの保持回路１５１Ａおよび１５１Ｂの出力とＮＡＮＤ回路１４３Ｃおよび１４３Ｂの出力のＡＮＤ動作を行い、信号ＧＰ１ＢおよびＧＰ２Ｂを出力する。１５３Ａおよび１５３Ｂはパルス発生器であって、それぞれこのＡＮＤ回路１５２Ａおよび１５２Ｂの出力信号ＧＰ１ＢおよびＧＰ２Ｂの立ち下がりのタイミングでＬレベルの所定幅のパルスを発生する。１５４はＮＯＴ回路であって、上記ＡＮＤ回路１４４の出力信号ＣＯを符号反転する。１５５はフリップフロップ回路であって、このＮＯＴ回路１５４の出力がＨレベルになるとＨレベルの信号を出力し続ける。１５６Ａおよび１５６Ｂは２入力のＡＮＤ回路であって、それぞれこのフリップフロップ回路１５５の出力と上記パルス発生器１５３Ａおよび１５３Ｂの出力とのＡＮＤ動作を行う。１５７Ａおよび１５７ＢはＯＲ回路であって、それぞれこのＡＮＤ回路１５６Ａおよび１５６Ｂと上記ＡＮＤ回路１５２Ａおよび１５２Ｂの信号ＧＰ１ＢおよびＧＰ２ＢとのＯＲ動作を行う。
【００５３】
ＧＤ１およびＧＤ２はゲート駆動回路であって、それぞれこのＯＲ回路１５７Ａおよび１５７Ｂの出力信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃに基づき、自己消弧素子ＧＣ１およびＧＣ２のゲートを制御する。
【００５４】
次に動作について説明する。まず、正常時の各部の動作について説明する。図２の故障判別回路１４において、正常時は、ＡＮＤ回路１４５および１４４の各入力信号はいずれもＨレベルであるので、故障信号ＦＯおよび一斉点弧信号ＣＯは共にＨレベルであり、各保持Ａ回路は保持動作をしない。更に、ＮＯＴ回路１５４の出力はＬレベルであるからフリップフロップ回路１５５の出力はＬレベルに保持されている。このような状態に、ＧＰ１がＨレベルになると、ＡＮＤ回路１５２Ａとそれに続くＯＲ回路１５７Ａの出力は共にＨレベルになり、ゲート駆動回路ＧＤ１を介して自己消弧素子ＧＣ１にゲートオンパルスを供給する。また、ＧＰ２がＨレベルになると、ＡＮＤ回路１５２Ｂとそれに続くＯＲ回路１５７Ｂの出力は共にＨレベルになり、ゲート駆動回路ＧＤ２を介して自己消弧素子ＧＣ２にゲートオンパルスを供給する。
【００５５】
次に、故障時の動作について説明するが、己消弧素子ＧＣ１、ＧＣ２および還流ダイオードＤＦ１およびＤＦ２の故障モードを分析した結果と短絡保護動作を整理したものを表の形で図３に示し、図３の各故障ケース１〜６が発生し得るタイミングを図４のタイミングチャートに示す。
【００５６】
図３において、ケース１はＧＣ１およびＧＣ２がともにオフゲートパルスが与えられている短絡防止期間Ｔｄ（いわゆる上下アームの短絡を防止するために同時にオフさせる期間Ｔｄを設けることが一般的であり、自己消弧素子の種類により数μ〜数十μ秒に設定される。）にＧＣ１の故障が検出された場合である。ＧＣ１がオン動作からオフ動作へ移行時に遮断失敗を生じた場合やオフ動作する前のオン期間中に高ｄｉ／ｄｔによるターンオン破壊を生じた場合には、ＧＣ１のゲートとカソ−ド間が短絡するためにオフゲート電圧をゲート駆動回路ＧＤ１からＧＣ１に供給した時点で負極性のオフゲート電流が過大になる。正常なオフ動作であればＧＣ１のゲートに蓄積された電荷を引き出した後はオフゲート電流は零に減衰してゲート駆動回路ＧＤ１のオフゲート電圧（約−２０Ｖ）が印加されるが、 ＧＣ１がオン動作からオフ動作時に遮断失敗を生じた場合やオフする前のオン期間中に高ｄｉ／ｄｔによるターンオン破壊を生じた場合には、ＧＣ１のゲートとカソ−ド間が短絡するためにオフゲート電圧をゲート駆動回路ＧＤ１からＧＣ１に供給した時点で負極性のオフゲート電流が過大になることはよく知られている。
【００５７】
なお、オンゲート電圧が与えられている期間にＧＣ１がターンオン破壊を生じてもゲート駆動回路ＧＤ１内では一般にオンゲート電流を制限する機能が内臓されているために正極性のオンゲート電流は過大にならない。このためにゲート駆動回路ＧＤ１ではオフゲート電流の過電流レベルあるいはオフゲート電圧のレベルの低下を監視してＧＣ１の故障を検出するようにしており、この故障信号ＧＤ１ＦＯ（Ｌレベル）はＧＤ１から上記故障判別回路１４内のＡＮＤ回路１４５に与えられる。
【００５８】
即ち、このケース１の短絡保護動作は、自己消弧素子ＧＣ１の遮断失敗をＴｄ期間中に見つけて保護処理して直流短絡を未然に防止するもので、ＧＣ１およびＧＣ２ともに現状のゲート状態を強制的に継続すべくゲートフリーズ（ＧＦ）動作を行い、他相の自己消弧素子に対してはゲートオフ動作を行う（保護処理モードＡと表示）。このゲートフリーズは上記故障判別回路１４内のＡＮＤ回路１４５の出力信号ＦＯの発生（Ｌレベル）によりＡＮＤ回路１４７を介して、上記保護処理回路１５内の保持Ａ回路１５１Ａ、１５１Ｂが上記ゲートパルス発生器１０からのゲートパルス信号ＧＰ１およびＧＰ２を保持した信号ＧＰ１ＡおよびＧＰ１Ｂを出力することにより行う。また他相の自己消弧素子に対するゲートオフは上記ＡＮＤ回路１４５の出力信号ＦＯが与えられる上記ゲートパルス発生器１０（１１）から全相に対してオフのゲートパルス信号を一斉に発生して実行される。このようにＴｄ期間中に素子故障を検出し、かつ当該相のゲートパルスをゲートフリーズ動作することにより、直流短絡への波及を未然に防止する。
【００５９】
次にケース４は、Ｔｄ期間中にＧＣ２が故障検出された場合であり、ＧＣ２の故障がゲート駆動回路ＧＤ２で検出されて、この故障信号ＧＤ２ＦＯ（Ｌレベル）はＧＤ２から上記故障判別回路１４内のＡＮＤ回路１４５に与えられ、ケース１と同様の保護処理モードＡの保護動作を行う。即ち、このケース４の短絡保護動作は、自己消弧素子ＧＣ２の遮断失敗をＴｄ期間中に見つけて保護処理して直流短絡を未然に防止するものである。
【００６０】
次にケース２および３は、ＧＣ２のみオンのゲートパルス信号が与えられている場合に、対のアームのＧＣ１あるいはＤＦ１が故障を発生して直流短絡を生じる場合であり、交流側電流Ｉａｃのレベルに応じて適切な保護動作が選択される。ＧＣ２のみにオンのゲートパルス信号が与えられて正常状態の場合に、交流側電流Ｉａｃの極性が負のときには交流側電流ＩａｃはＧＣ２を通って上記平滑コンデンサ５の負極Ｎ側に流れ、逆に交流側電流Ｉａｃの極性が正のときには交流側電流Ｉａｃは上記平滑コンデンサ５の負極Ｎ側からＤＦ２を通って流れる。このとき、図示の極性の定義に従えば、Ｐ側の直流電流Ｉｐ＝０、Ｎ側の直流電流Ｉｎ＝−Ｉａｃである。 ＧＣ１あるいはＤＦ１が故障を発生して直流短絡を生じた場合には直流短絡電流Ｉｓは上記平滑コンデンサ５のＰ側から故障したＧＣ１あるいはＤＦ１とＧＣ２あるいはＤＦ２（Ｉａｃ＞０で、Ｉａｃ＞Ｉｓの期間）を通って上記平滑コンデンサ５のＮ側へ流れ、Ｉｓ＝Ｅｄ×ｔ／Ｌで上昇する。
【００６１】
ここでＥｄは上記平滑コンデンサ５の直流電圧、ｔは短絡発生後からの経過時間、Ｌは故障経路のインダクタンスで、アノードリアクトル４のインダクタンスＬａと直流短絡経路のブスバーのインダクタンスＬｂを加算したインダクタンスである。短絡発生後の短期間を考慮してこの期間では交流側電流Ｉａｃを一定と仮定すれば、Ｉｐ＝Ｉｓ、Ｉｎ＝−Ｉａｃ＋Ｉｓとなる。このケースでは短絡発生後Ｐ側直流電流Ｉｐが第１の過電流設定値ＯＣ１に達すると保護動作に入る。このＯＣ１のレベルは正常運転での転流時におけるＤＦ２の逆回復電流のピ−ク値ＩＲＭよりも大きい値に設定され、誤動作を防止する。
【００６２】
ここで上記転流動作の具体例としてＤＦ１からＧＣ２への転流を図５を参照して説明する。Ｔｄ期間中にＧＣ１、ＧＣ２ともにオフ状態のときにＩａｃの極性が負であればＤＦ１を通ってＰ側へＩａｃが流れており、Ｔｄ後にＧＣ２をオンするとＰ側からＤＦ１、ＧＣ２を通ってＮ側へ転流電流Ｉｃ（部分的には直流短絡電流Ｉｓと同じ）が流れる。ＩｃがＩｃ＞−Ｉａｃ＞０に上昇してＤＦ１の逆回復電流のピ−ク値ＩＲＭに達する（このときＩｃ＝−Ｉａｃ＋ＩＲＭ）と、ＤＦ１は完全にオフすると同時にＩｃも−Ｉａｃレベルまで急減衰して、以後ＧＣ２を通ってＮ側へ交流側電流Ｉａｃは流れる。この逆回復電流のピ−クが生じる時点ではＩｐ＝ＩＲＭ、Ｉｎ＝−Ｉａｃ＋ＩＲＭであり、ＩｎはＧＣ２の遮断限界である可制御電流値ＩＴＱＲＭまで達して直流短絡と誤判断する場合があるために、ＧＣ２がオンの場合には正常状態ではＩＲＭが最大となるＩｐ側で短絡発生を早期に検出している。なお、上記逆回復電流のピーク値ＩＲＭは、転流値のｄｉ／ｄｔに依存するが、例えば、定格電流３０００Ａの素子の場合、ＩＲＭ＝１０００〜１５００Ａ程度である。また、可制御電流値ＩＴＱＲＭは、上掲素子の場合、６０００Ａ程度である。
【００６３】
また、比較器１３３Ａで判別するしきい値−βは一斉点弧かゲートオフかの保護処理内容の選択を行う選択基準値であり、この基準値−βの設定根拠を図６に基づいて説明する。図は直流短絡発生時点を基準にしたＩｐ、Ｉｎの時間変化を示しており、Ｉａｃが基準値−βの場合に時刻ｔ2でＩｎが次式のように可制御電流値ＩＴＱＲＭ に到達する。
Ｉｎ＝Ｉｐ＋β＝ＩＴＱＲＭ （１）
Ｉｐ＝ＯＣ１＋Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ （２）
ここでｔｏｃは、Ｉｐの第１レベルの過電流設定値ＯＣ１に到達する時刻t1から、この過電流を検出してＧＣ２をオフ動作させるまでの時間である。この時間ｔｏｃとしては、電流検出に要する時間に素子のターンオフ動作に必要な時間を加えて、例えば、５μｓ程度に設定する。上記（１）および（２）式からβは次式で得られる。
β＝ＩＴＱＲＭ − ＯＣ１− Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ （３）
【００６４】
すなわちＩｎの直流短絡発生直前値のＩａｃが−βのときにＧＣ２は遮断限界であり、ケース２のようにＩａｃが−βより小さいときには時刻ｔ2では可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えることが予測できるために当該相はゲートフリーズして他相を一斉点弧する（保護処理モードＣ）。逆にケース３のように、Ｉａｃが−βより大きいときには、時刻ｔ2では可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えないことが予測できるために当該相のＧＣ１をゲートフリーズするとともにＧＣ２をゲートオフし、他相をゲートオフする（保護処理モードＢ２）。
【００６５】
このように時刻ｔ1の時点で早期に短絡電流を検出するとともに交流側電流Ｉａｃが−βより大きいか小さいかを判別して保護方法を選択するようにしており、図２の直流短絡保護回路でこのケース２、３の保護動作を実行している。Ｉｐが電流レベル判別回路１３内の比較器１３３ＣでＯＣ１に達したと判別されるとその出力信号ＩＰＯＣ１はＨレベルになる。一方Ｉａｃは比較器１３３Ａで−β以上（ケース３）と判別されるとその出力信号−βＨがＨレベルになり、逆に−β未満（ケース２）と判別されるとＮＯＴ回路１３４Ａの出力信号−βＬがＨレベルになる。ケース２，３ではＧＣ２がオン動作中であるから上記ゲートパルス発生器１０のゲートパルス信号ＧＰ２のみがＨレベルであり、それに続く保護処理回路１５内の保持Ａ回路１５１Ｂの出力信号ＧＰ２ＡもＨレベルである。従って故障判別回路１４内のＡＮＤ回路１４２Ａの出力はＨレベルになり、ケース２では保持Ａ回路１４１Ａの出力がＨレベルであるからそれに続くＮＡＮＤ回路１４３Ａの出力がＬレベルになる。
【００６６】
その結果、ＡＮＤ回路１４５からＬレベルのＦＯ信号を出力して各保持Ａ回路を保持動作させるとともにＡＮＤ回路１４４からＬレベルの一斉点弧信号ＣＯを出力する。この一斉点弧信号ＣＯは他相の直流短絡保護回路へ与えられるとともに、当該相の保護処理回路１５に与えられる。一斉点弧信号ＣＯがＬレベルになるとＮＯＴ回路１５４の出力がＨレベルになり、フリップフロップ回路１５５の出力はＨレベルになる。このフリップフロップ回路１５５の出力は、図示しないリセット手段によってリセットされるまでＨレベルを継続し、それに続くＡＮＤ回路１５６Ａおよび１５６Ｂを経由してＯＲ回路１５７Ａおよび１５７Ｂからオン（Ｈレベル）のゲートパルス信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃをゲート駆動回路ＧＤ１およびＧＤ２へ与える。
【００６７】
一方、ケース３では保持Ａ回路１４１Ｂの出力がＨレベルであるからそれに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｂの出力がＬレベルになる。その結果、ＡＮＤ回路１４５からＬレベルのＦＯ信号を出力して各保持Ａ回路を保持動作させるとともに保護処理回路１５内のＡＮＤ回路１５２Ｂの出力をＬレベルに反転させてＯＲ回路１５７Ｂからオフ（Ｌレベル）のゲートパルス信号ＧＰ２Ｃをゲート駆動回路ＧＤ２へ与える。
【００６８】
次にケース５および６はＧＣ１にのみオンのゲートパルス信号が与えられている場合に、対のアームのＧＣ２あるいはＤＦ２が故障を発生して直流短絡を生じる場合であり、交流側電流Ｉａｃのレベルに応じて上記ケース２および３と同様に適切な保護動作が選択される。 ＧＣ１のみにオンのゲートパルス信号が与えられて正常状態の場合に、交流側電流Ｉａｃの極性が負のときには交流側電流ＩａｃはＤＦ１を通って上記平滑コンデンサ５の正極Ｐ側に流れ、逆に交流電流Ｉａｃの極性が正のときには交流側電流Ｉａｃは上記平滑コンデンサ５の正極Ｐ側からＧＣ１を通って流れる。このとき、図示の極性の定義に従えば、Ｐ側の直流電流Ｉｐ＝ Ｉａｃ、Ｎ側の直流電流Ｉｎ＝０である。 ＧＣ２あるいはＤＦ２が故障を発生して直流短絡を生じた場合の過電流検出方法は、ケース２および３の場合に正常時の直流電流が少ないＰ側の直流電流Ｉｐで過電流検出を行ったのと対称的に、正常時の直流電流が少ないＮ側の直流電流Ｉｎで行う。
【００６９】
また、比較器１３３Ｂで判別するしきい値βは一斉点弧かゲートオフかの選択基準値であり、この基準値βの設定根拠を図６を参考にして説明する。ケース２および３の場合にはＩｎ＞Ｉｐであったのに対して、ケース５および６の場合には（Ｉｐ）、（Ｉｎ）で図示しているようにＩｐ＞Ｉｎになる。Ｉａｃが基準値βの場合に時刻ｔ2でＩｐが次式のように可制御電流値ＩＴＱＲＭ に到達する。
Ｉｐ＝Ｉｎ＋β＝ＩＴＱＲＭ （４）
Ｉｎ＝ＯＣ１＋Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ （５）
ここでｔｏｃはＩｎの第１レベルの過電流設定値ＯＣ１に到達する時刻t1から、この過電流を検出してＧＣ１をオフ動作させるまでの時間である。上記（４）および（５）式からβは次式で得られる。
β＝ＩＴＱＲＭ −ＯＣ１− Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ （６）
【００７０】
すなわち、Ｉｐの直流短絡発生直前値のＩａｃがβのときにＧＣ１は遮断限界であり、ケース６のようにＩａｃが＋βより大きいときには時刻ｔ2では可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えることが予測できるために当該相はゲートフリーズして他相を一斉点弧する（保護処理モードＣ）。逆にケース５のようにＩａｃが＋βより小さいときには、時刻ｔ2では可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えないことが予測できるために当該相のＧＣ２をゲートフリーズするとともにＧＣ１をゲートオフし、他相をゲートオフする（保護処理モードＢ１）。
【００７１】
図２において、このケース５、６の保護動作を説明する。Ｉｎは図示の電流極性の定義に基づけば、Ｉｎ＝Ｉｐ−Ｉａｃであり、電流レベル判別回路１３内のＩａｃの極性を反転する極性反転器１３１と加算器１３２とでＩｎを演算している。Ｉｎが比較器１３３ＤでＯＣ１に達したと判別されるとその出力信号ＩＮＯＣ１はＨレベルになる。一方Ｉａｃは比較器１３３Ｂで＋β以上（ケース６）と判別されるとその出力信号＋βＨがＨレベルになり、逆にβ未満（ケース５）と判別されるとＮＯＴ回路１３４Ｂの出力信号＋βＬがＨレベルになる。ケース５，６ではＧＣ１がオン動作中であるから上記ゲートパルス発生器１０のゲートパルス信号ＧＰ１のみがＨレベルであり、それに続く保護処理回路１５内の保持Ａ回路１５１Ａの出力信号ＧＰ１ＡもＨレベルである。従って故障判別回路１４内のＡＮＤ回路１４２Ｂの出力はＨレベルになり、ケース６では保持Ａ回路１４１Ｄの出力がＨレベルであるからそれに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｄの出力がＬレベルになる。その結果、ＡＮＤ回路１４５からＬレベルのＦＯ信号を出力して各保持Ａ回路を保持動作させるとともにＡＮＤ回路１４４からＬレベルの一斉点弧信号ＣＯを出力する。
【００７２】
この一斉点弧信号ＣＯは他相の直流短絡保護回路へ与えられるとともに、当該相の保護処理回路１５に与えられてケース２と同様にＯＲ回路１５７Ａおよび１５７Ｂからオン（Ｈレベル）のゲートパルス信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃをゲート駆動回路ＧＤ１およびＧＤ２へ与える。一方、ケース５では保持Ａ回路１４１Ｃの出力がＨレベルであるからそれに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｃの出力がＬレベルになる。その結果、ＡＮＤ回路１４５からＬレベルのＦＯ信号を出力して各保持Ａ回路を保持動作させるとともに保護処理回路１５内のＡＮＤ回路１５２Ａの出力をＬレベルに反転させてＯＲ回路１５７Ａからオフ（Ｌレベル）のゲートパルス信号ＧＰ１Ｃをゲート駆動回路ＧＤ１へ与える。
【００７３】
次に直流短絡を発生した過電流検出相から他相に一斉点弧信号ＣＯ （Ｌレベル）が与えられた場合の動作を図２に基づいて説明する。まず、過電流検出相から一斉点弧信号ＣＯが与えられると故障判別回路１４のＡＮＤ回路１４７を介して各保持Ａ回路で電流判別信号やゲートパルス信号が保持される。このとき、例えばＧＣ１のゲートパルス信号がオンからオフに切り替わった直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＯが与えられたときにはＧＣ１のゲートパルス信号を直ちにオンに切り替えると、オフ動作中に強制的にオンさせることになり、反ってＧＣ１を破壊する恐れがある。この破壊を防止するためにＧＣ１のオフ動作（図示していないが、ＧＣ１に並列接続されたスナバコンデンサがＧＣ１のターンオフ時に過充電され、その過充電分の電荷が放電してこのスナバコンデンサの電圧が直流電圧レベルに落ち着くまでの動作を含む）が完了する時間 Ｔｄ´（このＴｄ´はスナバの回路方式とその定数により決まり、一般にＴｄと同程度である。）を経過した後にオンするようにしている。
【００７４】
すなわち、ＧＣ１のゲートパルス信号ＧＰ１がオンからオフに切り替わると保護処理回路１５内のパルス発生器１５３Ａはこの期間（Ｔｄ´）にＬレベルの出力を発生し、一斉点弧信号ＣＯによってフリップフロップ回路１５５の出力がＨレベルに保持されていてもＡＮＤ回路１５６Ａの出力はＬレベルのままであり、ＧＣ１のオン動作を禁止する。 Ｔｄ´期間を経過した後にパルス発生器１５３Ａの出力はＨレベルに戻って、 ＯＲ回路１５７Ａの出力からオン（Ｈレベル）のゲートパルス信号ＧＰ１Ｃをゲート駆動回路ＧＤ１へ与える。
【００７５】
なお、この実施の形態１では、自己消弧素子へのゲートパルス信号の状態、各相の直流電流のレベル、交流側電流のレベルおよび自己消弧素子自身の故障信号からなる直流短絡の発生の予測手段もしくは直流短絡電流の立ち上がり初期時点における早期直流短絡検出手段により故障素子を特定し、適切な保護手段を選択して健全素子を保護するようにしたので、一斉点弧のケースを制限できて信頼性の高い装置を得ることができる。
【００７６】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、Ｎ側の直流電流ＩｎをＰ側の直流電流検出値Ｉｐと交流電流検出値Ｉａｃから演算して求めたものを示したが、図７に示すようにＮ側の直流電流検出値Ｉｎと交流側電流検出値Ｉａｃから演算してＰ側の直流電流Ｉｐを求めるように構成したものであってもよい。図において１６はＮ側の直流電流検出器、１３Ａは電流レベル判別回路であって、このＮ側の直流電流検出器１６の出力Ｉｎと交流側電流検出信号Ｉａｃが入力され、Ｐ側の直流電流Ｉｐを加算器１３５で求めている。すなわち電流の極性を図示の方向を正と定義すればＩｐ＝Ｉａｃ＋Ｉｎであるから、この加算器１３５はＩａｃとＩｎの加算演算を行い、Ｉｐを求めている。以上のような構成により、上記実施の形態１と同様な効果を奏するものが得られる。
【００７７】
実施の形態３．
また、上記実施の形態１および２では交流側電流検出値Ｉａｃと片側の直流電流検出値ＩｐあるいはＩｎからもう片側の直流電流ＩｎあるいはＩｐを演算により求めたものを示したが、図８に示すように両側の直流電流検出値Ｉｐ、Ｉｎから交流側電流Ｉａｃを求めるように構成したものであってもよい。図において１３Ｂは電流レベル判別回路であって、 Ｐ側の直流電流検出器８の出力ＩｐとＮ側の直流電流検出器１６の出力Ｉｎが入力され交流側電流Ｉａｃを加算器１３７で求めている。すなわち電流の極性を図示の方向を正と定義すればＩａｃ＝Ｉｐ−Ｉｎであるから、この加算器１３７はＩｎの極性を反転する極性反転器１３６の出力とＩｐの加算演算を行い、Ｉａｃを求めている。以上のような構成により、上記実施の形態１と同様な効果を奏するものが得られる。なお、上記実施の形態１、２および３では、装置のコスト低減のために交流電流検出器９、Ｐ側直流電流検出器８、Ｎ側直流電流検出器１６の内、ひとつの電流検出器を省略して構成したものを示したが、当然ながら、すべての電流検出器を設けて構成したものであってもよい。
【００７８】
実施の形態４．
なお、上記実施の形態１では、自己消弧素子へのゲートパルス信号の状態、各相の直流電流のレベル、交流側電流のレベルおよび自己消弧素子自身の故障信号からなる直流短絡の発生の予測手段もしくは直流短絡電流の立ち上がり初期時点における早期直流短絡検出手段により故障素子を特定し、適切な保護手段を選択して健全素子を保護するように構成したものを示したが、さらに一斉点弧保護手段を付加して素子保護の信頼性を向上させたものについて説明する。図２の主回路構成と同じ構成を示す図９において、１７は電圧検出器であって、アノードリアクトル４の印加電圧からＩｐの第３レベルの過電流（ＯＣ３）を検出する。この電圧検出器１７は例えば特公平３−６７４０号公報の第３図に示されているようなものであって、アノードリアクトル４の印加電圧Ｖａの時間積から短絡電流値を予測しており、この時間積値が所定値に達すると双方向スイッチング素子を導通させてこの電圧検出器から過電流信号を出力している。この出力の絶縁手段としては図示されているような変圧器による方法以外に光伝送方法であってもよく、この場合にはＬレベルの過電流信号ＯＣ３が発生する。ここで、アノードリアクトル４の印加電圧Ｖａは、Ｖａ＝ Ｅｄ×Ｌａ／（Ｌａ＋Ｌｂ）である。
【００７９】
１３Ｃは電流レベル判別回路であって、図２の電流レベル判別回路１３に対してＰ側およびＮ側の直流電流ＩｐおよびＩｎの第２レベルの過電流ＯＣ２をそれぞれ比較器１３３Ｅおよび１３３Ｆで検出してそれぞれＮＯＴ回路１３４ＣおよびＮＯＴ回路１３４Ｄの出力からＬレベルの信号を発生する。
１４Ａは故障判別回路であって、図２の故障判別回路１４に示すＡＮＤ回路１４４および１４５をそれぞれ、５入力のＡＮＤ回路１４４Ａおよび９入力のＡＮＤ回路１４５Ａに変更している。このＡＮＤ回路１４４Ａおよび１４５Ａの入力には上記電圧検出器１７からの第３レベルの過電流信号ＯＣ３と電流レベル判別回路１３Ｃからの第２レベルの過電流信号（ＩＰＯＣ２およびＩＮＯＣ２）が共通に追加されている。
【００８０】
この動作を図１０に基づいて説明する。図は、図３のケース５（ＧＣ１にオンゲート信号が与えられている状態でＧＣ２あるいはＤＦ２が短絡故障を発生）に相当するものについて直流短絡発生時点を基準にしたＩｐ、Ｉｎの時間変化を示している。Ｉａｃの瞬時値が基準値＋β以下でそれに近い場合に、時刻ｔ1でＩｎの第１の過電流レベルＯＣ１が検出されると保護処理モードＢＰが選択され、時刻ｔ2でＩｐが（４）、（５）式のように可制御電流値ＩＴＱＲＭに近いレベルに到達したところでＧＣ１が遮断される。正常にＧＣ１が遮断されると、Ｉｐ、Ｉｎは図示の実線波形で示されるように急減衰するが、仮にＧＣ１の遮断動作中にゲート駆動回路ＧＤ１等の部品が同時に故障を発生した場合にはＧＣ１は遮断失敗を生じて図示の一点鎖線のようにＩｐ、Ｉｎは上昇し続ける。ＩｐあるいはＩｎが時刻ｔ3で第２レベルの過電流設定値ＩＰＯＣ２およびＩＮＯＣ２に達すると一斉点弧動作を行う。ここでこの第２レベルの過電流設定値ＩＰＯＣ２およびＩＮＯＣ２は自己消弧素子の可制御電流値ＩＴＱＲＭ以上のレベルに設定してゲートオフによる正常な保護動作時に誤作動させないように配慮している。
【００８１】
この場合の一斉点弧動作は、図９において電流レベル判別回路１３Ｃ内の比較器１３３Ｅの出力を符号反転するＮＯＴ回路１３４Ｃの出力信号ＩＰＯＣ２がＬレベルになることにより、故障判別回路１４Ａ内のＡＮＤ回路１４４ＡがＬレベルの一斉点弧信号ＣＯを出力して実行される。
さらに直流電流検出器８の故障が重なった場合には上記第２レベルの過電流ＯＣ２の検出が不可能になり、一斉点弧動作が行えない。その場合には、Ｉｐが上記電圧検出器１７の検出レベルである第３レベルの過電流設定値ＯＣ３に達すると一斉点弧動作を行う。この場合の一斉点弧動作は、電圧検出器１７の出力信号ＯＣ３がＬレベルになることにより、故障判別回路１４Ａ内のＡＮＤ回路１４４ＡがＬレベルの一斉点弧信号ＣＯを出力して実行される。なお、図９ではアノードリアクトル４と電圧検出器１７をＰ側に設けたものを示したが、Ｎ側に設けたものであってもよく、またＰ側とＮ側の両側に設けたものであってもよい。以上のように電力変換装置と直流短絡保護回路を構成することにより、素子やブスバーの保護に対して信頼性の高いものが得られる。
【００８２】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態１では、交流側電流Ｉａｃの基準値＋β（−β）を上記（３）および（６）式から得たものを示したが、平滑コンデンサ５の直流電圧Ｅｄが定格（最大）値で変動しないと仮定した場合に適用できる。現実にはこの直流電圧Ｅｄは負荷変動等により変動を生じるために、上記（３）および（６）式のＥｄ×ｔｏｃ／Ｌの項がＥｄの変動により変化する。従って、交流側電流Ｉａｃの基準値＋β（−β）は直流電圧Ｅｄが最大値（Ｅｄｍａｘ）の場合を考慮して、次式に基づいて基準値βを低減する。
β＝ＩＴＱＲＭ − ＯＣ１− Ｅｄｍａｘ×ｔｏｃ／Ｌ （７）
この（７）式に基づいて基準値βを設定すれば、直流電圧Ｅｄの変動が生じても自己消弧素子をオフさせる保護モードのときには可制御電流値ＩＴＱＲＭ以下のレベルで確実に遮断でき、信頼性の高いものが得られる。
【００８３】
実施の形態６．
また、上記実施の形態５では交流側電流Ｉａｃの基準値βを直流電圧Ｅｄが最大値（Ｅｄｍａｘ）の場合を考慮して設定する方法であるが、直流短絡が直流電圧Ｅｄが低い状態のときに生じた場合の動作を説明する。図１１において、ＩｐおよびＩｎの実線波形はＥｄ＝Ｅｄｍａｘのときに直流短絡が発生した場合を示しており、上記（７）式から得られる基準値βよりも交流側電流Ｉａｃの瞬時値がやや小さいケースに相当し、Ｐ側の自己消弧素子ＧＣ１を時刻ｔ2でオフする。このときのＧＣ１の遮断電流はほぼ可制御電流値ＩＴＱＲＭレベルである。 図のＩｐおよびＩｎの点線波形は直流電圧ＥｄがＥｄＬに低下しているときに直流短絡が発生した場合を示しており、時刻ｔ1ＬでＯＣ１が検出されて、その後ｔｏｃの期間を経過した時刻ｔ2ＬにてＰ側の自己消弧素子ＧＣ１をオフする。そのときのＧＣ１の遮断電流Ｉｐのレベルは図示のＡ点のレベルであり、可制御電流値ＩＴＱＲＭよりもかなり低いレベルで遮断することになる。裏を返せば、低い基準値βに設定されると一斉点弧の機会が増えることになる（短絡電流値からは一斉点弧が必要でないのに、一斉点弧動作をするケースが起こり得る）。図のＩｐの一点鎖線波形は直流電圧Ｅｄの大きさに応じて交流側電流Ｉａｃの基準値βをβａに調整した場合を示しており、図示のＢ点（ＩＴＱＲＭに相当）で遮断することになる。
【００８４】
ここで基準値βａは次式に基づいて調整する。
βａ＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−ＥｄＬ×ｔｏｃ／Ｌ （８）
Ｅｄ＝Ｅｄｍａｘのときの基準値βを使って、この（８）式を変形すると次式が得られる。
βａ＝β＋（Ｅｄｍａｘ−ＥｄＬ）×ｔｏｃ／Ｌ （９）
この（９）式のＥｄＬの項に直流電圧の瞬時値Ｅｄを適用すれば、直流電圧Ｅｄの大きさに応じて基準値βを調整でき、自己消弧素子の遮断電流レベルが可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えることを確実に予測して一斉点弧による保護動作を実行できるために、一斉点弧の機会を低減できる。
【００８５】
図１２は上記図９に基準値βの調整手段を付加したものである。図において、１８は直流電圧検出器であって、平滑コンデンサ５の電圧を検出して直流電圧信号−Ｅｄを出力する。１９は交流側電流の基準値調整回路であって、この直流電圧検出器１８の出力信号−Ｅｄの大きさに応じて可変基準値信号βａを出力する。この基準値調整回路１９において１９１は加算器であって、上記直流電圧検出器１８の出力信号−Ｅｄと直流電圧Ｅｄの最大値に相当する信号Ｅｄｍａｘの加算演算を行う。１９２はゲイン調整器であって、この加算器１９１の出力（ Ｅｄｍａｘ−Ｅｄ）に対し、上記（９）式に基づいてゲインの調整を行い、調整信号△βを出力する。１９３は加算器であって、このゲイン調整器１９２の出力信号△βと上記（７）式に基づいて得られる直流電圧が最大時の基準値βを加算し、可変基準信号＋βａを出力して電流判別回路１３Ｃ内の比較器１３３Ｂに与えている。１９４は極性反転器であって、この加算器１９３の出力信号βａの極性を反転し、可変基準信号−βａを出力して電流判別回路１３Ｃ内の比較器１３３Ａに与えている。このように基準値βを直流電圧に応じて調整するように構成したことにより、一斉点弧保護動作の機会を低減でき、信頼性の高いものが得られる。
【００８６】
実施の形態７．
また、上記実施の形態１では自己消弧素子がオフした直後に一斉点弧信号ＣＯが発生しても上記図２の保護処理回路１５内のパルス発生器１５３Ａおよび１５３Ｂとそれに続くＡＮＤ回路１５６Ａおよび１５６Ｂにより、自己消弧素子にゲートオフ信号が与えられてからオフ動作が完了する期間Ｔｄ´を経過した後に一斉点弧動作を行うように構成したものについて述べたが、自己消弧素子にゲートオフ信号が与えられてオフ動作する際に交流側電流の極性によって、この自己消弧素子に逆並列接続された還流ダイオードを通って交流側電流が流れている場合にはすぐに一斉点弧動作を行っても構わない。
【００８７】
この一斉点弧動作の延期手段を解除する方法を、図１３に基づいて説明する。図において、１５Ａは保護処理回路であって、上記図２に示す保護処理回路１５内のパルス発生器１５３Ａおよび１５３Ｂの出力にそれぞれ２入力のＯＲ回路１５８Ａおよび１５８Ｂを追加している。このＯＲ回路１５８Ａおよび１５８Ｂのもう一方の入力へはそれぞれ上記故障判別回路１４内の保持Ａ回路１４１Ａおよび１４１Ｄの出力信号−βＬおよび＋βＨが与えられている。例えばＧＣ１のオフ直後に一斉点弧信号ＣＯが発生した場合にはパルス発生器１５３Ａの出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃ が−βよりも小さいならばＤＦ１を通ってＰ側へ交流側電流が流れていると判断できる。そして、このとき保持Ａ回路１４１Ａの出力−βＬはＨレベルであるから、 ＯＲ回路１５８Ａの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＯに基づいてフリップフロップ回路１５５の出力がＨレベルになるとただちにＧＣ１へはオンゲート信号ＧＰ１Ｃが与えられる。
【００８８】
同様に、ＧＣ２のオフ直後に一斉点弧信号ＣＯが発生した場合にはパルス発生器１５３Ｂの出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさが＋βよりも大きいならば保持Ａ回路１４１Ｄの出力＋βＨはＨレベルであるから、 ＯＲ回路１５８Ｂの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＯに基づいてフリップフロップ回路１５５の出力がＨレベルになるとただちにＧＣ２へはオンゲート信号ＧＰ２Ｃが与えられる。このように直流短絡保護回路を構成したので、一斉点弧動作において各相の一斉点弧タイミングのばらつきを抑制できて、各相の直流短絡電流の分流がよくなる効果があり、信頼性の高いものが得られる。
【００８９】
なお、上記図１３では交流側電流Ｉａｃの極性判別手段として保護処理モードの選択基準となる交流側電流の基準値βを使用したもので示したが、別に交流側電流の瞬時値の零レベルを基準値として極性の正、負を判別するように構成したものであってもよい。
【００９０】
実施の形態８．
上記実施の形態１〜７では、図１および図２に示すように自己消弧素子が平滑コンデンサ５の正極Ｐと負極Ｎ間に接続構成される２レベルの電力変換装置（コンバータ、インバータ）における直流短絡時の保護制御方法を述べたが、図１４に示すように正極Ｐ、負極Ｎおよび中性極Ｃから成る３レベルの電力変換装置（コンバータ、インバータ）に直流短絡時の保護制御方法を適用した場合について説明する。図１４の主回路構成は公知の３レベルの電力変換装置（コンバータ、インバータ）の代表の１相分について示しており、５Ｐ、５Ｎは平滑コンデンサであって、直列接続されて正極Ｐ、負極Ｎおよび中性極（中点）Ｃを有する。ＧＣ１〜ＧＣ４は第１〜４の自己消弧素子であって、この正極Ｐと負極Ｎ間にＰ側およびＮ側のアノードリアクトル４Ｐおよび４Ｎを介して直列接続され、この自己消弧素子ＧＣ２とＧＣ３の中点から交流側端子ＡＣを得ている。ＤＦ１〜ＤＦ４は第１〜４の還流ダイオードであって、それぞれこの自己消弧素子 ＧＣ１〜ＧＣ４に逆並列に接続されている。ＤＣ１、ＤＣ２は第５、第６のダイオードとしての第１、第２の結合ダイオード（クランプダイオードと呼ばれる場合もある）であって、それぞれ上記自己消弧素子ＧＣ１とＧＣ２の中間接続点と上記中性極Ｃ間および上記自己消弧素子ＧＣ３とＧＣ４の中間接続点と上記中性極Ｃ間に接続される。８Ｐ、８Ｃ、８Ｎは直流電流検出器であって、それぞれ図に示すＰ側、Ｃ側、Ｎ側の直流電流Ｉｐ、Ｉｃ，Ｉｎを検出する。ここでこの直流電流Ｉｐ、Ｉｃ，Ｉｎの極性を図示方向を正と定義する。
【００９１】
１０Ａ（１１Ａ）は３レベル電力変換装置のコンバータ（インバータ）の代表１相分のゲートパルス発生器であって、上記自己消弧素子 ＧＣ１〜ＧＣ４へのゲートパルス信号ＧＰ１〜ＧＰ４を発生する。１３Ｄ、１４Ｂ、１５Ｂはそれぞれ電流レベル判別回路、故障判別回路、保護処理回路であって、上記実施形態１〜７と同様に直流短絡保護回路を構成する。この電流レベル判別回路１３Ｄにおいて、入力にはＣ側の直流電流検出信号Ｉｃが付加され、このＩｃの両極性電流に対して比較器１３３Ｅとそれに続くＮＯＴ回路１３４Ｅから負極性の第１レベルの過電流信号ＩＣ−ＯＣ１を、また比較器１３３Ｆから正極性の第１レベルの過電流信号ＩＣ＋ＯＣ１をＬレベルで出力する。
【００９２】
故障判別回路１４Ｂ（詳細は図１５に示す）において、入力にはこの電流レベル判別回路１３Ｄの出力信号である各種の電流レベルの判別信号、保護処理回路１５Ｂからのゲートパルス信号ＧＰ１Ａ〜ＧＰ４Ａ、上記自己消弧素子 ＧＣ１〜ＧＣ４のゲート駆動回路ＧＤ１〜ＧＤ４からの素子故障信号ＧＤ１ＦＯ〜ＧＤ４ＦＯが与えられ、出力からは故障信号ＦＯ、ゲートオフ信号Ｂ１〜Ｂ４、Ｂ１２、Ｂ３４、一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯを発生する。保護処理回路１５Ｂ（詳細は図１６に示す）は、上記故障判別回路１４Ｂからのゲートフリーズ指令（ＦＯ）、ゲートオフ指令、一斉点弧指令（ＣＰＯ、ＣＮＯ）に基づき、短絡保護処理を実行した出力信号をゲート駆動回路ＧＤ１〜ＧＤ４にゲートパルス信号として与える。
【００９３】
次に、動作について説明する。まず、正常時の各部の動作について説明する。図１５の故障判別回路１４Ｂにおいて、故障信号ＦＯおよび正極側（ＧＣ１、ＧＣ２、ＧＣ３）一斉点弧信号ＣＰＯ、負極側（ＧＣ２、ＧＣ３、ＧＣ４）一斉点弧信号ＣＮＯは共にＨレベルであり、ＡＮＤ回路１４７の出力はＨレベルで各保持Ａ回路は保持動作をしない、更に、図１６の保護処理回路１５Ｂにおいて、ＮＯＴ回路１５４Ｐおよび１５４Ｎの出力はＬレベルであるからフリップフロップ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎの出力とそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力はＬレベルであって、ＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６Ｃ、１５６Ｄの出力もＬレベルである。またＯＲ回路１５８Ｐおよび１５８Ｎの出力はＨレベルである。一方ゲートオフ信号Ｂ１〜Ｂ４およびＢ１２、Ｂ３４も正常時にはＨレベルである。したがってこのような論理回路の状態である場合にＧＰ１〜ＧＰ４のパルス状態はそのまま、保持Ａ回路１５１Ａ〜１５１Ｄ、ＡＮＤ回路１５２Ａ〜１５２Ｄを介してＯＲ回路１５７Ａ〜Ｄへ伝達されてＧＤ１〜４へ与えられる。
【００９４】
次に、故障時の動作について説明する。上記図１および図２に示す２レベルの電力変換装置では直流短絡は平滑コンデンサ５から成る直流電源の正極Ｐと負極Ｎ間の構成素子の経路で生じるのに対して、図１４に示す３レベルの電力変換装置では直流短絡はＰ、Ｃ間、Ｃ、Ｎ間、Ｐ、Ｎ間の３ケースの経路で生じる。表の形で示す図１７は、各自己消弧素子 ＧＣ１〜ＧＣ４および各ダイオードＤＦ１〜ＤＦ４、ＤＣ１、ＤＣ２の故障モードを分析した結果と短絡保護動作を整理したものである。
【００９５】
また、図１８は、図１７の各故障ケース１〜１６が発生し得るタイミングを示すタイミングチャートである。ケース１、４、７、１２はＴｄ期間中に自己消弧素子の故障が検出された場合であり、２レベルの場合（図３のケース１，４に相当）と同様に、当該相はゲートフリーズ（ＧＦ）して健全な他相をゲートオフ（ＯＦＦ）する保護処理モードＡに相当する。
すなわち、ケース１は自己消弧素子ＧＣ１がオン状態からオフへ移行するＴｄ期間中に、自己消弧素子ＧＣ１自身の故障がゲート駆動回路ＧＤ１で検出された場合であり、Ｔｄ後にＧＣ３にオンゲート信号が与えられる前に保護処理モードＡで保護してＰ、Ｃ間の短絡を予防する。
ケース４は自己消弧素子ＧＣ４がオン状態からオフへ移行するＴｄ期間中に、自己消弧素子ＧＣ４自身の故障がゲート駆動回路ＧＤ４で検出された場合であり、Ｔｄ後にＧＣ２にオンゲート信号が与えられる前に保護処理モードＡで保護してＣ、Ｎ間の短絡を予防する。
【００９６】
ケース７は自己消弧素子ＧＣ２がオン状態からオフへ移行するＴｄ期間中に、自己消弧素子ＧＣ２自身の故障がゲート駆動回路ＧＤ２で検出された場合であり、Ｔｄ後にＧＣ４にオンゲート信号が与えられる前に保護処理モードＡで保護してＣ、Ｎ間の短絡を予防する。
ケース１２は自己消弧素子ＧＣ３がオン状態からオフへ移行するＴｄ期間中に、自己消弧素子ＧＣ３自身の故障がゲート駆動回路ＧＤ３で検出された場合であり、Ｔｄ後にＧＣ１にオンゲート信号が与えられる前に保護処理モードＡで保護してＰ、Ｃ間の短絡を予防する。
【００９７】
続いてこのケース１、４、７、１２における直流短絡保護動作を図１５に示す故障判別回路１４Ｂに基づき、説明する。ゲート駆動回路ＧＤ１〜４から素子故障信号ＧＤ１ＦＯ、ＧＤ２ＦＯ、ＧＤ３ＦＯ、ＧＤ４ＦＯ（故障時はＬレベル信号）が１６入力構成（入力側の（ ）内の数字は図１７のケースＮｏに対応させて表示している）で図示されたＡＮＤ回路１４５に与えられると、この出力信号（故障信号）ＦＯがＬレベルになり、ゲートパルス発生器１０Ａ（１１Ａ）で他相の全自己消弧素子をゲートオフするとともにＡＮＤ回路１４７を介して保護処理回路１５Ｂ（図１６）の保持Ａ回路でゲートパルス信号を保持してゲートフリーズ動作を実行する。
【００９８】
次にケース２、３、５、６はＧＣ２およびＧＣ３のゲートパルス信号がオンゲートの状態のときにＧＣ１側あるいはＧＣ４側の素子が故障してＰ、Ｃ間あるいはＣ、Ｎ間の直流短絡が発生する場合を示しており、２レベルの場合（図３のケース２，３，５，６の相当）と同様に、交流側電流Ｉａｃの選択基準値βに対する大小関係でゲートオフあるいは一斉点弧の保護処理モードを選択する。
【００９９】
但し、３レベルの場合は、直流短絡は正極Ｐ−中性極Ｃ間、中性極Ｃ−負極Ｎ間および正極Ｐ−負極Ｎ間の３種類の経路が考えられ、厳密には、各経路で短絡電流が異なることになる。
しかし、現実の装置では、Ｐ−Ｃ間の電圧をＥｄｐ、Ｃ−Ｎ間の電圧をＥｄｎ、Ｐ−Ｎ間の電圧をＥｄｐｎ、Ｐ−Ｃ間のインダクタンスをＬｐ、Ｃ−Ｎ間のインダクタンスをＬｎ、Ｐ−Ｎ間のインダクタンスをｌｐｎとすると、
Ｅｄｐ≒Ｅｄｎ＝Ｅｄｐｎ／２
が成立し、また、アノードリアクトル４ｐ、４ｎの存在を考慮すると、
Ｌｐ≒Ｌｎ≒Ｌｐｎ／２
が成立する。
【０１００】
従って、２レベルの場合の（６）式に準じて、３レベルの場合の選択基準値βは、実用上、以下の（１０）式により設定することができる。
β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１
-toc｛ Edp /Ｌｐ+ Edn /Ｌｎ+（Edp +Edn）/Ｌｐｎ｝/３ （１０）
以下、この（１０）式で求めた選択基準値βを基に、各故障ケースにおける動作を説明する。
【０１０１】
まず、ケース２、３ではＧＣ１あるいはＤＦ１が故障してＰ、Ｃ間の直流短絡を発生する場合であり、Ｐ側の直流電流Ｉｐが第１レベルの過電流設定値ＯＣ１を超えたときに、ケース２のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよりも小さければＧＣ３の遮断電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えるために、Ｐ側短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ１〜３）のみ一斉点弧（保護処理モード：ＣＰ）し、ケース３のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよりも大きければ当該相のＧＣ３および他相の全自己消弧素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ３）。
【０１０２】
ケース５，６ではＧＣ４あるいはＤＦ４が故障してＣ、Ｎ間の直流短絡を発生する場合であり、Ｎ側の直流電流Ｉｎが第１レベルの過電流設定値ＯＣ１を超えたときに、ケース６のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値＋βよりも大きければＧＣ２の遮断電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えるために、Ｎ側短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ２〜４）のみ一斉点弧（保護処理モード：ＣＮ）し、ケース５のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値＋βよりも小さければ当該相のＧＣ２および他相の全自己消弧素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ２）。
【０１０３】
続いてこのケース２，３，５，６における直流短絡保護動作を図に基づき、説明する。図１５の故障判別回路１４Ｂにおいてゲートパルス信号ＧＰ２ＡとＧＰ３ＡがＨレベルであるからＡＮＤ回路１４６Ｂの出力信号ＧＰ２３がＨレベルである。
ケース２では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＰＯＣ１と−βＬがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ａの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ａの出力がＬレベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｐの出力からＬレベルのＣＰＯ信号（Ｐ側短絡経路ＧＣ１〜ＧＣ３の一斉点弧信号）を発生する。
ケース３では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＰＯＣ１と−βＨがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ａの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｄの出力からＬレベルのＢ３信号（ＧＣ３のゲートオフ信号）を発生するとともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生する。
【０１０４】
ケース５では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＮＯＣ１と＋βＬがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｄの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｉの出力からＬレベルのＢ２信号（ＧＣ２のゲートオフ信号）を発生するとともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生する。ケース６では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＮＯＣ１と＋βＨがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｄの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｌの出力がＬレベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｎの出力からＬレベルのＣＮＯ信号（Ｎ側短絡経路ＧＣ２〜ＧＣ４の一斉点弧信号）を発生する。
【０１０５】
このゲートオフ信号Ｂ２、Ｂ３および一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯは図１６に示す保護処理回路１５Ｂに与えられる。図において当該相ではゲートパルス信号ＧＰ２とＧＰ３がゲートオン状態でＨレベルになっている。このとき、ゲートオフ信号Ｂ２（Ｌレベル）が与えられると、ＡＮＤ回路１５０Ｂの出力がＬレベルで、それに続くＡＮＤ回路１５２Ｂの出力信号ＧＰ２ＢもＬレベルになる。また、一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯは共にＨレベルであるから、フリップフロップ回路１５５Ｐ、１５５Ｎの出力は共にＬレベルであり、それに続くＡＮＤ回路１５６Ａ〜１５６ＤもＬレベルとなっている。従って、ＯＲ回路１５７ＢからＬレベルのゲートパルス信号ＧＰ２Ｃがゲート駆動回路ＧＤ２へ与えられてＧＣ２はオフ動作する。
また、ゲートオフ信号Ｂ３（Ｌレベル）が与えられると、同様にしてＡＮＤ回路１５２Ｃの出力信号ＧＰ３ＢがＬレベルになり、Ｌレベルのゲートパルス信号ＧＰ３Ｃがゲート駆動回路ＧＤ３へ与えられてＧＣ３はオフ動作する。
【０１０６】
Ｐ側短絡経路の一斉点弧信号ＣＰＯ（Ｌレベル）が与えられると、フリップフロップ回路１５５Ｐおよびそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力がＨレベルになり、ＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６Ｃを介してそれぞれＯＲ回路１５７Ａ、１５７Ｂ、１５７ＣからＨレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃ、ＧＰ２Ｃ、ＧＰ３Ｃがゲート駆動回路ＧＤ１、ＧＤ２、ＧＤ３へ与えられてＧＣ１〜３はオン動作する（ただし、ＧＣ２とＧＣ３はすでにオン動作中）。
Ｎ側短絡経路の一斉点弧信号ＣＮＯ（Ｌレベル）が与えられると、フリップフロップ回路１５５Ｎおよびそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力がＨレベルになり、ＡＮＤ回路１５６Ｂ、１５６Ｃ、１５６Ｄを介してそれぞれＯＲ回路１５７Ｂ、１５７Ｃ、１５７ＤからＨレベルのゲートパルス信号ＧＰ２Ｃ、ＧＰ３Ｃ、ＧＰ４Ｃがゲート駆動回路ＧＤ２、ＧＤ３、ＧＤ４へ与えられてＧＣ２〜４はオン動作する（ただし、ＧＣ２とＧＣ３はすでにオン動作中）。
【０１０７】
次にケース８〜１１はＧＣ３とＧＣ４のゲートパルス信号がオンゲートの状態のときにＧＣ１側あるいはＧＣ２側の素子が故障してＰ、Ｎ間あるいはＣ、Ｎ間の直流短絡が発生する場合を示しており、２レベルの場合（図３のケース２，３，５，６の相当）と同様に、交流側電流Ｉａｃの基準値＋β（−β）に対する大小関係でゲートオフあるいは一斉点弧の保護処理モードを選択する。
【０１０８】
すなわち、ケース８、９ではＧＣ２、ＤＦ２あるいはＤＣ２が故障してＣ、Ｎ間の直流短絡を発生する場合であり、Ｃ側の直流電流Ｉｃが第１レベルの過電流設定値＋ＯＣ１を超えたときに、ケース９のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよりも小さければＧＣ４の遮断電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えるために、Ｎ側短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ２〜４）のみ一斉点弧（保護処理モード：ＣＮ）し、ケース８のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよりも大きければ当該相のＧＣ４および他相の全自己消弧素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ４）。
【０１０９】
ケース１０，１１ではＧＣ１あるいはＤＦ１が先に故障すると直流電源のＰＮ間電圧がＧＣ２（ＤＦ２）に集中して印加されるためにこれに耐えられず、 ＧＣ２あるいはＤＦ２が過電圧破壊してＰ、Ｎ間の直流短絡を発生する場合であり、Ｐ側の直流電流Ｉｐが第１レベルの過電流設定値ＯＣ１を超えたときに、ケース１０のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよりも小さければＧＣ３およびＧＣ４の遮断電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えるために、ＰＮ間短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ１〜４）を一斉点弧（保護処理モード：ＣＰＮ）し、ケース１１のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値−βよりも大きければ当該相のＧＣ３、ＧＣ４および他相の全自己消弧素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ３４）。
【０１１０】
続いてこのケース８〜１１における直流短絡保護動作を図に基づき、説明する。図１５の故障判別回路１４Ｂにおいてゲートパルス信号ＧＰ３ＡとＧＰ４ＡがＨレベルであるからＡＮＤ回路１４６Ｃの出力信号ＧＰ３４がＨレベルである。
ケース９では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＣ＋ＯＣ１と−βＬがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｆの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｃの出力がＬレベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｎの出力からＬレベルのＣＮＯ信号（Ｎ側短絡経路の一斉点弧信号）を発生する。
ケース８では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＣ＋ＯＣ１と−βＨがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｆの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｆの出力からＬレベルのＢ４信号（ＧＣ４のゲートオフ信号）を発生するとともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生する。
【０１１１】
ケース１１では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＰＯＣ１と−βＨがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｂの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｅの出力からＬレベルのＢ３４信号（ＧＣ３およびＧＣ４のゲートオフ信号）を発生するとともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生する。
ケース１０では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＰＯＣ１と−βＬがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｂの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｂの出力がＬレベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｐおよび１４４Ｎの出力からＬレベルのＣＰＯ信号およびＣＮＯ信号を同時に発生する。
【０１１２】
このゲートオフ信号Ｂ３４、Ｂ４および一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯは図１６に示す保護処理回路１５Ｂに与えられる。図において当該相ではケ−トパルス信号ＧＰ３とＧＰ４がゲートオン状態でＨレベルになっている。このとき、ゲートオフ信号Ｂ３４（Ｌレベル）が与えられると、ＡＮＤ回路１５０Ｄの出力が先にＬレベルになってそれに続くＡＮＤ回路１５２Ｄの出力信号ＧＰ４ＢもＬレベルになり、ＯＲ回路１５７ＤからＬレベルのゲートパルス信号ＧＰ４Ｃがゲート駆動回路ＧＤ４へ与えられてＧＣ４はオフ動作する。またオフディレイ回路１５Ｂ１４を介することで上記ＡＮＤ回路１５０ＤよりもＴｙ時間だけ遅れてＡＮＤ回路１５０Ｃの出力はＬレベルになってそれに続くＡＮＤ回路１５２Ｃの出力信号ＧＰ３ＢもＬレベルになり、ＯＲ回路１５７ＣからＬレベルのゲートパルス信号ＧＰ３Ｃがゲート駆動回路ＧＤ３へ与えられてＧＣ３はオフ動作する。このようにＧＣ３をＧＣ４よりもＴｙ時間だけ遅らせてオフさせる理由は、ＧＣ３が先にオフするとＰＮ間の直流電圧がＧＣ３に集中して印加されて過電圧破壊する恐れがあり、これを防止するためである。このＴｙ時間は自己消弧素子のターンオフ時間のばらつきを考慮して設定される。
【０１１３】
ゲートオフ信号Ｂ４（Ｌレベル）が与えられると、上記と同様にして出力信号ＧＰ４ＢがＬレベルになり、Ｌレベルのゲートパルス信号ＧＰ４Ｃがゲート駆動回路ＧＤ４へ与えられてＧＣ４はオフ動作する。
Ｐ側およびＮ側短絡経路の一斉点弧信号ＣＰＯおよびＣＮＯ（Ｌレベル）が同時に与えられると、フリップフロップ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力がＨレベルになり、ＡＮＤ回路１５６Ａ〜Ｄを介してそれぞれＯＲ回路１５７Ａ〜ＤからＨレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃ〜ＧＰ４Ｃがゲート駆動回路ＧＤ１〜４へ与えられてＧＣ１〜４はオン動作する（ただし、ＧＣ３とＧＣ４はすでにオン動作中）。
【０１１４】
次にケース１３〜１６はＧＣ１とＧＣ２のゲートパルス信号がオンゲートの状態のときにＧＣ３側あるいはＧＣ４側の素子が故障してＰ、Ｎ間あるいはＰ、Ｃ間の直流短絡が発生する場合を示しており、２レベルの場合（図３のケース２，３，５，６の相当）と同様に、交流側電流Ｉａｃの基準値βに対する大小関係でゲートオフあるいは一斉点弧の保護処理モードを選択する。
【０１１５】
すなわちケース１３、１４ではＧＣ３、ＤＦ３あるいはＤＣ１が故障してＰ、Ｃ間の直流短絡を発生する場合であり、Ｃ側の直流電流Ｉｃが第１レベルの過電流設定値−ＯＣ１を超えたときに、ケース１４のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値＋βよりも大きければＧＣ１の遮断電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えるために、Ｐ側短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ１〜３）のみ一斉点弧（保護処理モード：ＣＰ）し、ケース１３のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値＋βよりも小さければ当該相のＧＣ１および他相の全自己消弧素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ１）。
【０１１６】
ケース１５，１６ではＧＣ４あるいはＤＦ４が先に故障すると直流電源のＰＮ間電圧がＧＣ３（ＤＦ３）に集中して印加されるためにこれに耐えられず、 ＧＣ３あるいはＤＦ３が過電圧破壊してＰ、Ｎ間の直流短絡を発生する場合であり、Ｎ側の直流電流Ｉｎが第１レベルの過電流設定値ＯＣ１を超えたときに、ケース１５のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値βよりも大きければＧＣ１およびＧＣ２の遮断電流が保護動作時間ｔｏｃ後に可制御電流値ＩＴＱＲＭを超えるために、ＰＮ間短絡経路の自己消弧素子（ＧＣ１〜４）を一斉点弧（保護処理モード：ＣＰＮ）し、ケース１６のように交流側電流Ｉａｃの瞬時値が基準値＋βよりも小さければ当該相のＧＣ１、ＧＣ２および他相の全自己消弧素子をゲートオフする（保護処理モード：Ｂ１２）。
【０１１７】
続いてこのケース１３〜１６における直流短絡保護動作を図に基づき、説明する。図１５の故障判別回路１４Ｂにおいてゲートパルス信号ＧＰ１ＡとＧＰ２ＡがＨレベルであるからＡＮＤ回路１４６Ａの出力信号ＧＰ１２がＨレベルである。
ケース１４では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＣ−ＯＣ１と＋βＨがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｅの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｊの出力がＬレベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｐの出力からＬレベルのＣＰＯ信号（Ｐ側短絡経路の一斉点弧信号）を発生する。
ケース１３では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＣ−ＯＣ１と＋βＬがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｅの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｇの出力からＬレベルのＢ１信号（ＧＣ１のゲートオフ信号）を発生するとともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生する。
【０１１８】
ケース１６では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＮＯＣ１と＋βＬがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｃの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｈの出力からＬレベルのＢ１２信号（ＧＣ１およびＧＣ２のゲートオフ信号）を発生するとともに、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生する。
ケース１５では図１４の電流判別回路１３Ｄの出力信号ＩＮＯＣ１と＋βＨがＨレベルであるから、ＡＮＤ回路１４２Ｃの出力がＨレベルで、それに続くＮＡＮＤ回路１４３Ｋの出力がＬレベルになり、ＡＮＤ回路１４５の出力からＬレベルのＦＯ信号を発生するとともにＡＮＤ回路１４４Ｐおよび１４４Ｎの出力からＬレベルのＣＰＯ信号およびＣＮＯ信号を同時に発生する。
【０１１９】
このゲートオフ信号Ｂ１２、Ｂ１および一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯは図１６に示す保護処理回路１５Ｂに与えられる。図において当該相ではケ−トパルス信号ＧＰ１とＧＰ２がゲートオン状態でＨレベルになっている。このとき、ゲートオフ信号Ｂ１２（Ｌレベル）が与えられると、ＡＮＤ回路１５０Ａの出力が先にＬレベルになってそれに続くＡＮＤ回路１５２Ａの出力信号ＧＰ１ＢもＬレベルになり、ＯＲ回路１５７ＡからＬレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃがゲート駆動回路ＧＤ１へ与えられてＧＣ１はオフ動作する。
またオフディレイ回路１５Ｂ１３を介して上記ＡＮＤ回路１５０ＡよりもＴｙ時間だけ遅れてＡＮＤ回路１５０Ｂの出力はＬレベルになってそれに続くＡＮＤ回路１５２Ｂの出力信号ＧＰ２ＢもＬレベルになり、ＯＲ回路１５７ＢからＬレベルのゲートパルス信号ＧＰ２Ｃがゲート駆動回路ＧＤ２へ与えられてＧＣ２はオフ動作する。このようにＧＣ２をＧＣ１よりも遅らせてオフさせる理由は、ＧＣ２が先にオフするとＰＮ間の直流電圧がＧＣ２に集中して印加されて過電圧破壊する恐れがあり、これを防止するためである。
【０１２０】
ゲートオフ信号Ｂ１（Ｌレベル）が与えられると、上記と同様にして出力信号ＧＰ１ＢがＬレベルになり、Ｌレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃがゲート駆動回路ＧＤ１へ与えられてＧＣ１はオフ動作する。一斉点弧信号ＣＰＯおよびＣＮＯ（Ｌレベル）が同時に与えられると、 Ｈレベルのゲートパルス信号ＧＰ１Ｃ〜ＧＰ４Ｃがゲート駆動回路ＧＤ１〜４へ与えられてＧＣ１〜４はオン動作するが、上記ケース１０の場合と同様であるので説明を省略する。
【０１２１】
次に直流短絡を発生した過電流検出相から他相に一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯ（Ｌレベル）が与えられた場合の動作を表の形で示した図１９に基づいて説明する。一斉点弧信号が与えられる直前の自己消弧素子ＧＣ１〜ＧＣ４の正常な動作状態は７ケースに分類できる。その中でケース２，４，６，７はターンオフ後のＴｄ期間中の状態を示している。
ケース１のＧＣ１，２がオン状態にあるときに保護処理モードＣＰに基づき、一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、ＧＣ３をすぐにオンする。また保護処理モードＣＮに基づき、一斉点弧信号ＣＮＯが与えられると、Ｐ、Ｎ間の直流短絡を防止するためにＧＣ１をすぐにオフして、そのＴｄ後にＧＣ３をオンし、続いてＴｘ後にＧＣ４をオンする。また保護処理モードＣＰＮに基づき、一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが与えられるとＧＣ３をすぐにオンし、続いてＴｘ後にＧＣ４をオンする。
【０１２２】
次にケース２のＧＣ１がＴｄ中にあるときに一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、ＧＣ１のオフ動作完了時間Ｔｄ´後にＧＣ３をオンし、続いてＴｘ後にＧＣ１をオンする。また一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとＴｄ´経過した後にＧＣ３をオンし、続いてＴｘ後にＧＣ４をオンする。また一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが同時に与えられると、Ｔｄ´経過した後にＧＣ３をオンし、続いてＴｘ後にＧＣ１とＧＣ４をオンする。ここでＧＣ１とＧＣ４とをＧＣ１に対してＴｘ時間だけ遅れてオンさせる理由は、このケースでは仮にＧＣ３のみ遅れてオンする場合にはＧＣ３にＰ、Ｎ間の直流電圧が集中して印加されて、過電圧破壊を引き起こす可能性があるためである。Ｔｘは自己消弧素子間のターンオン時間のばらつきを考慮して設定される。なお、図１９では制御回路構成の単純化のためにもＧＣ１やＧＣ４をオンさせるときにはＧＣ２やＧＣ３をオンさせるタイミングよりもＴｘだけ遅らせてオンするように統一している。
【０１２３】
次にケース３のＧＣ２とＧＣ３がオン中に一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、ＧＣ１をＴｘ時間経過後にオンする。また一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとＧＣ４をＴｘ時間経過後にオンする。また一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが同時に与えられると、ＧＣ１とＧＣ４をＴｘ時間経過後にオンする。
【０１２４】
次にケース４のＧＣ２がＴｄ中にあるときに一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、ＧＣ１のオフ動作完了時間Ｔｄ´後にＧＣ２をオンし、続いてＴｘ後にＧＣ１をオンする。また一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとＴｄ´経過した後にＧＣ２をオンし、続いてＴｘ後にＧＣ４をオンする。また一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが同時に与えられると、Ｔｄ´経過した後にＧＣ２をオンし、続いてＴｘ後にＧＣ１とＧＣ４をオンする。
【０１２５】
次にケース５のＧＣ３、４がオン中に一斉点弧信号ＣＰＯが与えられると、まずＧＣ４をオフさせてＰ、Ｎ間直流短絡を防止し、Ｔｄ後にＧＣ２をオンし、続いてＴｘ後にＧＣ１をオンする。このようにこのケースでは上記ケース１と、自己消弧素子ＧＣ１，２のグル−プとＧＣ３，４のグル−プに対して対称な一斉点弧動作を行う。
【０１２６】
次にケース６はＧＣ４がＴｄ中である場合、ケース７はＧＣ３がＴｄ中である場合であり、Ｔｄ後のゲートパルス信号の状態がそれぞれケース４、ケース２と同一になるために一斉点弧時の動作も同一になる。
【０１２７】
図１９の一斉点弧時の制御を図１６の保護処理回路１５Ｂで実行している。まず、過電流検出相から一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯが与えられると、故障判別回路１４ＢのＡＮＤ回路１４７を介して保持Ａ回路１５１Ａ〜Ｄはゲートパルス信号ＧＰ１〜４を保持する。図１９のケース１の場合にはＧＰ１とＧＰ２がＨレベルであり、Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してＧＣ３へのゲートパルス信号ＧＰ３ＣがＨレベルになり、ＧＣ３をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとＯＲ回路１５８Ｐの出力はＬレベルになり、それに続くＡＮＤ回路１５９Ｐにより、ＧＣ１へのゲートパルス信号ＧＰ１ＣがＬレベルになり、ＧＣ１をオフする。このＡＮＤ回路１５９ＰがＨからＬレベルになるとＡＮＤ回路１５Ｂ３を介してパルス発生器１５Ｂ５はＴｄ時間幅のＬレベルのパルスを発生する。このＴｄ時間を経過後にこのパルス発生器１５Ｂ５の出力がＨレベルに復帰するとフリップフロップ回路１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してＧＣ３へのゲートパルス信号ＧＰ３ＣがＨレベルになり、ＧＣ３をオンする。一方、フリップフロップ回路１５５Ｎの出力はＡＮＤ回路１５６Ｄとそれに続くオンディレイ回路１５Ｂ１２を介してＴｘ時間後にはＧＣ４へのゲートパルス信号ＧＰ４ＣがＨレベルになり、ＧＣ４をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してＧＰ３ＣをＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ４ＣをＨレベルにしてＧＣ３およびＧＣ４をオンする。
【０１２８】
次に図１９のケース２の場合にはＧＰ２のみＨレベルであり、また一斉点弧信号が発生する直前にゲートパルス信号ＧＰ１（ＧＰ１Ｂ）がＨからＬレベルに反転してＧＣ１をターンオフした状態にある。このときパルス発生器１５３ＡはＴｄ´時間幅のＬレベルのパルスを発生してＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｃ、１５６Ｄの出力をＬレベルにする。
このような回路状態のときにＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベルになるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ａの出力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ３ＣをＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ１ＣをＨレベルにしてＧＣ１およびＧＣ３をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベルになるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ａの出力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ３ＣをＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ４ＣをＨレベルにしてＧＣ３およびＧＣ４をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベルになるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ａの出力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ３ＣをＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ１ＣおよびＧＰ４ＣをＨレベルにしてＧＣ１、ＧＣ３、ＧＣ４をオンする。
【０１２９】
次に図１９のケース３の場合にはゲートパルス信号ＧＰ２（ＧＰ２Ｂ）とＧＰ３（ＧＰ３Ｂ）がＨレベルの状態であり、Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐとそれに続くＡＮＤ回路１５６Ａを介してＴｘ後にゲートパルス信号ＧＰ１ＣがＨレベルになり、ＧＣ１をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｎとそれに続くＡＮＤ回路１５６Ｄを介してＴｘ後にゲートパルス信号ＧＰ４ＣがＨレベルになり、ＧＣ４をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎの出力がレベルになり、それに続くＡＮＤ回路１５６Ａおよび１５６Ｄを介してＴｘ後にゲートパルス信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ４ＣをＨレベルにしてＧＣ１およびＧＣ４をオンする。
【０１３０】
次に図１９のケース４の場合にはＧＰ３のみＨレベルであり、また一斉点弧信号が発生する直前にゲートパルス信号ＧＰ２（ＧＰ２Ｂ）がＨからＬレベルに反転してＧＣ２をターンオフした状態にある。このときパルス発生器１５３ＢはＴｄ´時間幅のＬレベルのパルスを発生してＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６Ｄの出力をＬレベルにする。
このような回路状態のときにＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベルになるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ｂの出力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ２ＣをＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ１ＣをＨレベルにしてＧＣ１およびＧＣ３をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベルになるが、 Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ｂの出力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ２ＣをＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ４ＣをＨレベルにしてＧＣ２およびＧＣ４をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＰＯとＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９はＨレベルになるが、Ｔｄ´時間後にパルス発生器１５３Ｂの出力がＨレベルに復帰した時点でＧＰ２ＣをＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ１ＣおよびＧＰ４ＣをＨレベルにしてＧＣ１、ＧＣ３、ＧＣ４をオンする。
【０１３１】
次に図１９のケース５の場合にはＧＰ３とＧＰ４がＨレベルであり、Ｌレベルの一斉点弧信号ＣＰＯが与えられるとＯＲ回路１５８Ｎの出力はＬレベルになり、それに続くＡＮＤ回路１５９Ｎにより、ＧＣ４へのゲートパルス信号ＧＰ４ＣがＬレベルになり、ＧＣ４をオフする。このＡＮＤ回路１５９ＮがＨからＬレベルになるとＡＮＤ回路１５Ｂ４を介してパルス発生器１５Ｂ６はＴｄ時間幅のＬレベルのパルスを発生する。Ｔｄ時間を経過後にこのパルス発生器１５Ｂ６の出力がＨレベルに復帰するとフリップフロップ回路１５５Ｐとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してゲートパルス信号ＧＰ２ＣをＨレベルにするとともにＴｘ時間後にはゲートパルス信号ＧＰ１ＣをＨレベルにしてＧＣ１、ＧＣ２をオンする。
またＬレベルの一斉点弧信号ＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してＧＣ２へのゲートパルス信号ＧＰ２ＣがＨレベルになり、ＧＣ２をオンする。
またＬレベルの一斉点弧ＣＰＯとＣＮＯが与えられるとフリップフロップ回路１５５Ｐおよび１５５Ｎとそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９を介してＧＰ２ＣをＨレベルにするとともにＴｘ後にはＧＰ１ＣをＨレベルにしてＧＣ１およびＧＣ２をオンする。
【０１３２】
次に図１９のケース６の場合にはＧＣ３のみオン状態で、ＧＣ４はＴｄ期間中であるから、パルス発生器１５３Ｄの出力からＴｄ´時間幅のＬレベルのパルスを発生しており、それに続くＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｂ、１５６Ｄの出力は上記ケース４の場合と同様に、Ｔｄ´期間中、Ｌレベルを維持する。従って一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯが与えられた場合の動作は上記ケース４の場合と同様である。
【０１３３】
次に図１９のケース７の場合にはＧＣ２のみオン状態で、ＧＣ３はＴｄ期間中であるから、パルス発生器１５３Ｃの出力からＴｄ´時間幅のＬレベルのパルスを発生しており、それに続くＡＮＤ回路１５６Ａ、１５６Ｃ、１５６Ｄの出力は上記ケース２の場合と同様に、Ｔｄ´期間中、Ｌレベルを維持する。従って一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯが与えられた場合の動作は上記ケース２の場合と同様である。
【０１３４】
以上のように３レベルの主回路構成でなる電力変換装置において、自己消弧素子へのゲートパルス信号の状態、各相の直流電流のレベル、交流出力電流のレベルおよび自己消弧素子自身の故障信号からなる直流短絡の発生の予測手段もしくは直流短絡電流の立ち上がり初期時点における早期直流短絡検出手段により故障素子を特定し、適切な保護手段を選択して健全素子を保護するようにしたので、上記実施の形態１と同様な効果を奏するものが得られる。
【０１３５】
実施の形態９．
なお、上記実施の形態８では、交流電流検出器９とＰ、Ｃ、Ｎ側の直流電流検出器８Ｐ、８Ｃ、８Ｎを設けて各電流Ｉａｃ、Ｉｐ、Ｉｃ，Ｉｎの電流判別を行うものを述べたが、この４個所の電流検出器の内、１個所の検出器を省略したものであってもよい。すなわち、上記４個所の電流Ｉａｃ、Ｉｐ、Ｉｃ，Ｉｎには、図１４に図示する各電流の極性の定義に従えば、次の関係式が成り立つ。
Ｉａｃ＝Ｉｐ＋Ｉｃ−Ｉｎ （１１）
この（１１）式から、各直流電流は次式のように展開できる。
Ｉｐ＝Ｉａｃ−Ｉｃ＋Ｉｎ （１２）
Ｉｃ＝Ｉａｃ−Ｉｐ＋Ｉｎ （１３）
Ｉｎ＝Ｉｐ＋Ｉｃ−Ｉａｃ （１４）
【０１３６】
上記（１１）〜（１４）式から１個所の電流検出器を省略して、残りの３個所の電流検出器から、電流検出器を省略した個所の電流を求めることが可能である。図２０は例えばＩｃの電流検出器８Ｃを省略して、上記（１３）式に基づき、Ｉｃを演算するものである。図の電流レベル判別回路１３Ｅにおいて、ＩａｃとＩｎが加算器１３２Ａで加算され、それに続く極性反転器１３１Ａで−（Ｉａｃ＋Ｉｎ）を出力する。この出力とＩｐが加算器１３２Ｂで加算され、それに続く極性反転器１３１ＢでＩａｃ−Ｉｐ＋Ｉｎを出力してＩｃが演算される。以上のような構成により、上記実施の形態８と同様な効果を奏し、かつ安価な装置を得ることができる。
【０１３７】
実施の形態１０．
なお、上記実施の形態８では、自己消弧素子へのゲートパルス信号の状態、各相の直流電流のレベル、交流側電流のレベルおよび自己消弧素子自身の故障信号からなる直流短絡の発生の予測手段もしくは直流短絡電流の立ち上がり初期時点における早期直流短絡検出手段により故障素子を特定し、適切な保護手段を選択して健全素子を保護するように構成したものを示したが、さらに一斉点弧保護手段を付加して素子保護の信頼性を向上させたものについて説明する。図１４の主回路構成と同じ構成を示す図２１において、１７Ｐおよび１７Ｎは電圧検出器であって、それぞれアノードリアクトル４Ｐおよび４Ｎの印加電圧からＩｐおよびＩｎの第３レベルの過電流（ＯＣ３）を検出する。この電圧検出器１７Ｐ、１７Ｎは上記図９に示された電圧検出器１７と同じものである。１３Ｆは電流レベル判別回路であって、図１４の電流レベル判別回路１３Ｄに対してＰ側およびＮ側の直流電流ＩｐおよびＩｎの第２レベルの過電流（ＯＣ２）をそれぞれ比較器１３３Ｇおよび１３３Ｈで検出してそれぞれＮＯＴ回路１３４ＣおよびＮＯＴ回路１３４Ｄの出力からＬレベルの信号を発生する。
【０１３８】
１４Ｃは故障判別回路（図２２）であって、図１５の故障判別回路１４Ｂに示すＡＮＤ回路１４４Ｐ、１４４Ｎおよび１４５をそれぞれ、６入力のＡＮＤ回路１４４ＰＡ、１４４ＮＡおよび２０入力のＡＮＤ回路１４５Ａに変更している。このＡＮＤ回路１４４ＰＡの入力には上記電圧検出器１７Ｐからの第３レベルの過電流信号ＩＰＯＣ３と上記電流レベル判別回路１３Ｆからの第２レベルの過電流信号ＩＰＯＣ２が追加されている。また上記ＡＮＤ回路１４４ＮＡの入力には上記電圧検出器１７Ｎからの第３レベルの過電流信号ＩＮＯＣ３と上記電流レベル判別回路１３Ｆからの第２レベルの過電流信号ＩＮＯＣ２が追加されている。また上記ＡＮＤ回路１４５Ａの入力には上記電圧検出器１７Ｐおよび１７Ｎからの第３レベルの過電流信号ＩＰＯＣ３およびＩＮＯＣ３と上記電流レベル判別回路１３Ｆからの第２レベルの過電流信号ＩＰＯＣ２およびＩＮＯＣ２が追加されている。
【０１３９】
このように構成された直流短絡保護回路において、例えば上記図１７のケース３（ＧＣ１が故障してＰ、Ｃ間の直流短絡が発生した場合にＩＰＯＣ１を検出してＧＣ３をゲートオフする。）において、仮にＧＣ３が遮断失敗を生じた場合には自己消弧素子の可制御電流値ＩＴＱＲＭ以上のレベルに設定された第２レベルの過電流設定値ＯＣ２にＩｐが達して上記電流レベル判別回路１３Ｆからの信号ＩＰＯＣ２がＬレベルなると、上記ＡＮＤ回路１４４ＰＡの出力からＬレベルのＣＰＯ信号を発生して保護処理モードＣＰに移行し、Ｐ側短絡経路のＧＣ１〜３を一斉点弧する。
また例えば上記図１７のケース５（ＧＣ４が故障してＣ、Ｎ間の直流短絡が発生した場合にＩＮＯＣ１を検出してＧＣ２をゲートオフする。）において、仮にＧＣ２が遮断失敗を生じた場合には自己消弧素子の可制御電流値ＩＴＱＲＭ以上のレベルに設定された第２レベルの過電流設定値ＯＣ２にＩｎが達して上記電流レベル判別回路１３Ｆからの信号ＩＮＯＣ２がＬレベルなると、上記ＡＮＤ回路１４４ＮＡの出力からＬレベルのＣＮＯ信号を発生して保護処理モードＣＮに移行し、Ｎ側短絡経路のＧＣ２〜４を一斉点弧する。
【０１４０】
さらに直流電流検出器８Ｐあるいは８Ｎの故障が重なった場合には上記第２レベルの過電流ＩＰＯＣ２あるいはＩＮＯＣ２の検出が不可能になり、一斉点弧動作が行えない。その場合には、Ｉｐが上記電圧検出器１７Ｐの検出レベルである第３レベルの過電流設定値ＩＰＯＣ３に達すると、上記ＡＮＤ回路１４４ＰＡの出力からＬレベルのＣＰＯ信号を発生して保護処理モードＣＰに移行し、Ｐ側短絡経路のＧＣ１〜３を一斉点弧する。またＩｎが上記電圧検出器１７Ｎの検出レベルである第３レベルの過電流設定値ＩＮＯＣ３に達すると、上記ＡＮＤ回路１４４ＮＡの出力からＬレベルのＣＮＯ信号を発生して保護処理モードＣＮに移行し、Ｎ側短絡経路のＧＣ２〜４を一斉点弧する。
以上のように３レベルの電力変換装置と直流短絡保護回路を構成することにより、素子やブスバーの保護に対して信頼性の高いものが得られる。
【０１４１】
実施の形態１１．
なお、上記実施の形態８では、交流側電流Ｉａｃの基準値＋β（−β）を上記実施の形態１と同様に上記（３）および（６）式から得たものを示したが、平滑コンデンサ５Ｐおよび５Ｎの直流電圧ＥｄｐおよびＥｄｎが定挌値で変動しないと仮定した場合に適用できる。現実にはこの直流電圧Ｅｄｐ、Ｅｄｎは負荷変動等により変動を生じるために、上記実施の形態５の場合と同様に、交流側電流Ｉａｃの基準値＋β（−β）は直流電圧Ｅｄｐ、Ｅｄｎが最大値（Ｅｄｍａｘ）の場合を考慮して、上記（７）式に基づいて基準値βを設定したものであってもよい。このようにして基準値βを設定すれば、直流電圧Ｅｄｐ、Ｅｄｎの変動が生じても自己消弧素子をオフさせる保護モードのときには可制御電流値ＩＴＱＲＭ以下のレベルで確実に遮断でき、信頼性の高いものが得られる。
【０１４２】
また、上記実施の形態６と同様に、基準値βを直流電圧Ｅｄｐ、Ｅｄｎに応じて調整するものであってもよい。すなわち上記（９）式を変形して、Ｐ側直流短絡経路（Ｐ、Ｃ間直流短絡ル−プ）の場合の基準値βａｐとＮ側直流短絡経路（Ｃ、Ｎ間直流短絡ル−プ）の場合の基準値βａｎを求めると次式になる。
βａｐ＝β＋（Ｅｄｐｍａｘ−Ｅｄｐ）×ｔｏｃ／Ｌ （１５）
βａｎ＝β＋（Ｅｄｎｍａｘ−Ｅｄｎ）×ｔｏｃ／Ｌ （１６）
ここで、βは直流電圧ＥｄｐおよびＥｄｎが最大値ＥｄｐｍａｘおよびＥｄｎｍａｘのときの基準値、ＥｄｐおよびＥｄｎはＰ側およびＮ側直流電圧の瞬時値である。なお、Ｌｐ＝Ｌｎ＝Ｌとしている。
【０１４３】
この場合の制御構成を図２３に基づき、説明する。図において１８Ｐおよび１８Ｎは直流電圧検出器であって、それぞれ平滑コンデンサ５Ｐおよび５Ｎの電圧を検出して直流電圧信号−Ｅｄｐおよび−Ｅｄｎを出力する。１９Ａは交流電流の基準値調整回路であって、この直流電圧検出器１８Ｐ、１８Ｎの出力信号−Ｅｄｐ、−Ｅｄｎの大きさに応じて可変基準値信号βａを出力する。この基準値調整回路１９Ａにおいて１９１Ｐおよび１９１Ｎは加算器であって、それぞれ上記直流電圧検出器１８Ｐ、１８Ｎの出力信号−Ｅｄｐ、−Ｅｄｎと直流電圧ＥｄｐおよびＥｄｎの最大値に相当する信号ＥｄｐｍａｘおよびＥｄｎｍａｘの加算演算を行う。１９５は最小値選択回路であって、この加算器１９１Ｐおよび１９１Ｎの出力信号（Ｅｄｐｍａｘ−Ｅｄｐ）および（Ｅｄｎｍａｘ−Ｅｄｎ）の内、小さい方の信号を選択して出力する。１９２はゲイン調整器であって、この最小値選択回路１９５の出力に対し、上記（１５）、（１６）式に基づいてゲインの調整を行い、調整信号△βを出力する。１９３は加算器であって、このゲイン調整器１９２の出力信号△βと上記（７）式に基づいて得られる直流電圧が最大時の基準値βを加算し、可変基準信号βａを出力して電流判別回路１３Ｇ内の比較器１３３Ｂに与えている。１９４は極性反転器であって、この加算器１９３の出力信号βａの極性を反転し、可変基準信号−βａを出力して電流判別回路１３Ｇ内の比較器１３３Ａに与えている。
【０１４４】
なお、上記基準値調整回路１９Ａでは回路の単純化のために最小値選択回路１９５を設けたものを示したが、上記（１５）、（１６）式に基づいてβａｐおよびβａｎを演算する回路を備えて、Ｐ、Ｃ間直流短絡が検出される場合（図１７においてＩＰＯＣ１あるいはＩＣ−ＯＣ１が検出された場合）には基準値としてβａｐを選択し、Ｃ、Ｎ間直流短絡が検出される場合（図１７においてＩＮＯＣ１あるいはＩＣ＋ＯＣ１が検出された場合）には基準値としてβａｎを選択するように構成したものであってもよい。
このように基準値βを直流電圧に応じて調整するように構成したことにより、一斉点弧保護動作の機会を低減でき、信頼性の高いものが得られる。
【０１４５】
実施の形態１２．
また、上記実施の形態８では自己消弧素子がオフした直後に一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯが発生しても上記図１６の保護処理回路１５Ｂ内のパルス発生器１５３Ａ〜１５３Ｄとそれに続くＡＮＤ回路１５６Ａ〜１５６Ｄにより、自己消弧素子にゲートオフ信号が与えられてからオフ動作が完了する期間Ｔｄ´を経過した後に一斉点弧動作を行うように構成したものについて述べたが、自己消弧素子にゲートオフ信号が与えられてオフ動作する際に交流側電流の極性によって、この自己消弧素子に逆並列接続された還流ダイオードを通って交流側電流が流れている場合には上記実施の形態７と同様に、すぐに一斉点弧動作を行っても構わない。
【０１４６】
この一斉点弧動作の延期手段を解除する方法を、図２４に基づいて説明する。図において１５Ｃは保護処理回路であって、上記図１６に示す保護処理回路１５Ｂ内のパルス発生器１５３Ａ〜１５３Ｄの出力にそれぞれ２入力のＯＲ回路１５０Ａ〜１５０Ｄを追加し、またパルス発生器１５Ｂ５および１５Ｂ６の出力にそれぞれ２入力のＯＲ回路１５０Ｎおよび１５０Ｐを追加している。このＯＲ回路１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｎのもう一方の入力へは上記図１５に示す故障判別回路１４Ｂ内の保持Ａ回路１４１Ａの出力信号−βＬが与えられ、またこのＯＲ回路１５０Ｃ、１５０Ｄ、１５０Ｐのもう一方の入力へは上記図１５に示す故障判別回路１４Ｂ内の保持Ａ回路１４１Ｄの出力信号＋βＨが与えられている。
【０１４７】
例えば上記図１９のケース２のように、ＧＣ１のオフ直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＰＯが発生した場合にはパルス発生器１５３Ａの出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさが−βよりも小さいならばＤＦ１を通ってＰ側へ交流側電流が流れていると判断できる。そして、このとき上記保持Ａ回路１４１Ａの出力信号−βＬはＨレベルであるから、ＯＲ回路１５０Ａの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップフロップ回路１５５Ｐの出力がＨレベルになると直ちにＧＣ１およびＧＣ３へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ３Ｃが与えられる。
また上記図１９のケース４のように、ＧＣ２のオフ直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＰＯが発生した場合にはパルス発生器１５３Ｂの出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさが−βよりも小さいならばＧＣ２と対のＧＣ３を通ってＣ側へ交流側電流が流れていると判断できる。そして、このとき上記保持Ａ回路１４１Ａの出力信号−βＬはＨレベルであるから、ＯＲ回路１５０Ｂの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップフロップ回路１５５Ｐおよびそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力がＨレベルになると直ちにＧＣ１およびＧＣ２へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃが与えられる。
【０１４８】
また上記図１９のケース６のように、ＧＣ４のオフ直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＰＯが発生した場合にはパルス発生器１５３Ｄの出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさがβよりも大きいならばＤＦ４を通ってＮ側から交流側電流が流れていると判断できる。そして、このとき上記保持Ａ回路１４１Ｄの出力信号＋βＨはＨレベルであるから、ＯＲ回路１５０Ｄの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップフロップ回路１５５Ｐの出力がＨレベルになるとただちにＧＣ１およびＧＣ２へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃが与えられる。
また上記図１９のケース７のように、ＧＣ３のオフ直後のＴｄ期間中に一斉点弧信号ＣＰＯが発生した場合にはパルス発生器１５３Ｃの出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさがβよりも大きいならばＧＣ３と対のＧＣ２を通ってＣ側から交流側電流が流れていると判断できる。そして、このとき上記保持Ａ回路１４１Ｄの出力信号＋βＨはＨレベルであるから、ＯＲ回路１５０Ｃの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップフロップ回路１５５Ｐの出力がＨレベルになるとただちにＧＣ１およびＧＣ３へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ３Ｃが与えられる。
【０１４９】
また上記図１９のケース１のように、一斉点弧信号ＣＮＯが与えられてＧＣ１をオフにしてＴｄ後にＧＣ３およびＧＣ４をターンオンするような場合にはパルス発生器１５Ｂ５の出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさが−βよりも小さいならばＤＦ１を通ってＰ側へ交流側電流が流れていると判断できる。そして、このとき上記保持Ａ回路１４１Ａの出力信号−βＬはＨレベルであるから、ＯＲ回路１５０Ｎの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＮＯに基づいてフリップフロップ回路１５５Ｎおよびそれに続くＯＲ回路１５Ｂ９の出力がＨレベルになるとただちにＧＣ３およびＧＣ４へはオンゲート信号ＧＰ３ＣおよびＧＰ４Ｃが与えられる。
また上記図１９のケース５のように、一斉点弧信号ＣＰＯが与えられてＧＣ４をオフにしてＴｄ後にＧＣ１およびＧＣ２をターンオンするような場合にはパルス発生器１５Ｂ６の出力からＬレベルのパルスが発生しているが、交流側電流Ｉａｃの大きさがβよりも大きいならばＤＦ４を通ってＮ側から交流側電流が流れていると判断できる。そして、このとき上記保持Ａ回路１４１Ｄの出力信号＋βＨはＨレベルであるから、ＯＲ回路１５０Ｐの出力はＨレベルのままであり、一斉点弧信号ＣＰＯに基づいてフリップフロップ回路１５５Ｐの出力がＨレベルになるとただちにＧＣ１およびＧＣ２へはオンゲート信号ＧＰ１ＣおよびＧＰ２Ｃが与えられる。
【０１５０】
このように直流短絡保護回路を構成したので、一斉点弧動作において各相の一斉点弧タイミングのばらつきを抑制できて、各相の直流短絡電流の分流がよくなる効果があり、信頼性の高いものが得られる。
【０１５１】
なお、上記図２４では交流側電流Ｉａｃの極性判別手段として保護処理モードの選択基準となる交流側電流の基準値βを使用したもので示したが、別に交流側電流の瞬時値の零レベルを基準値として極性の正、負を判別するように構成したものであってもよい。
【０１５２】
実施の形態１３．
なお、上記実施の形態１では、２レベルの第１の電力変換器（コンバータ）と第２の電力変換器（インバータ）で構成された電力変換装置における直流短絡の保護制御方法について述べたが、各電力変換器が上記実施の形態８のような３レベルで構成されたものであってもよく、また独立した交流電源あるいは交流負荷に接続された電力変換器が共通の平滑コンデンサを介して３台以上で接続構成された電力変換装置であってもよく、各相ごとに直流短絡の保護制御手段を設けて各電力変換器の各相に対して一斉点弧信号を共通化するように構成しているために、一斉点弧信号の本数が削減できて信頼性の高い装置が得られる。
【０１５３】
また第１の電力変換器（コンバータ）あるいは第２の電力変換器（インバータ）の単体で構成された電力変換装置であってもよく、また第１の電力変換器（コンバータ）がダイオード整流器のみで構成されたものであってもよい。例えば交流系統に接続される無効電力補償装置などでは第１の電力変換器（コンバータ）６のみが図２５のように交流系統に接続されて、無効電力の制御を行っているが、低次の高調波電流成分も補償する場合には一般に平滑コンデンサの全容量Ｃが増大するために、直流短絡の発生により一斉点弧を行うと、各相の短絡電流のピ−ク値Ｉｓｐは、例えば３相の場合では次式のように平滑コンデンサの全容量Ｃに応じて増加し、健全素子まで破壊する可能性がある。
Ｉｓｐ＝Ｅｄ√（Ｃ／３Ｌ） （１７）
【０１５４】
このように平滑コンデンサの容量が大きい場合の直流短絡の保護制御方法について、図２５に基づき、説明する。５Ａおよび５Ｂは第１および第２の平滑コンデンサであって、この第１の平滑コンデンサ５Ａは上記第１の電力変換器（コンバータ）のＰ、Ｎ端間に接続され、第２の平滑コンデンサ５Ｂはこの第１の平滑コンデンサ５Ａに並列にスイッチング手段としての双方向の限流手段２０を介して接続され、いわば平滑コンデンサの全容量Ｃを第１の平滑コンデンサ５Ａと第２の平滑コンデンサ５Ｂに分割して構成している。
この限流手段２０はダイオード２０１と自己消弧素子２０２との逆並列接続で構成される。第１の電力変換器６のいずれかの相で直流短絡が発生して全相の一斉点弧を行う場合に、故障相からの一斉点弧信号ＣＯにより、上記限流手段２０の自己消弧素子２０２をただちにオフして第２の平滑コンデンサ５Ｂからの放電を阻止する。この場合の各相の短絡電流のピ−ク値Ｉｓｐは、上記（１７）式から平滑コンデンサの全容量Ｃが適当な容量に分割された第１の平滑コンデンサ５Ａのみになるために低減されて、健全素子を確実に保護できる装置が得られる。
【０１５５】
なお、図２５では単独の電力変換器で構成されたのもについて述べたが、上記第１の平滑コンデンサ５Ａに複数台の電力変換器が接続された電力変換装置であってもよく、共通に構成された一斉点弧信号により、上記限流手段２０の自己消弧素子２０２をオフする。
また上記限流手段２０では上記自己消弧素子２０２に直列にアノードリアクトルあるいは抵抗器などの限流器２０３あるいは限流器２０４を接続して、この自己消弧素子２０２に流れる電流を制限するように構成したものであってもよく、この場合にはこの自己消弧素子２０２の信頼性を向上できる。なお、上記限流手段２０ではダイオード２０１と自己消弧素子２０２を一体化した逆導通型の自己消弧素子を使用してもよく、また図２５では上記第１の電力変換器６を２レベルの電力変換器で構成したものを示したが、その他の３レベルで構成された電力変換器であってもよく、上記限流手段２０および平滑コンデンサ５ＢをＰ、Ｎ側の両側に設け、一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯに応じて各限流手段内の自己消弧素子をオフすることにより、健全素子を確実に保護できる装置が得られる。
【０１５６】
実施の形態１４．
また、上記実施の形態１３では第１の電力変換器（コンバータ）あるいは第２の電力変換器（インバータ）が単独で構成された電力変換装置における直流短絡の保護制御方法について述べたが、図２６に示すように多重電力変換器で構成された電力変換装置に適用した場合について説明する。図において、２１Ａおよび２１Ｂは１次側が互いに直列接続されて交流電源に接続された変圧器、６Ａおよび６Ｂは電力変換器であって、この変圧器２１Ａおよび２１Ｂの２次側に接続される。５Ａ１および５Ａ２は第１の平滑コンデンサであって、それぞれこの電力変換器６Ａおよび６ＢのＰ、Ｎ間に接続される。２０Ａおよび２０Ｂは限流手段であって、それぞれこの第１の平滑コンデンサ５Ａ１および５Ａ２の中間接続点Ｐ´間に設けられる。
１２Ａおよび１２Ｂはそれぞれ上記電力変換器６Ａおよび６Ｂの直流短絡保護回路であって、一斉点弧信号ＣＯＡおよびＣＯＢをこの限流手段２０Ａおよび２０Ｂに与えるように構成している。
【０１５７】
例えば上記電力変換器６Ａで直流短絡が発生した場合には直流短絡保護回路１２Ａから一斉点弧信号ＣＯＡが上記限流手段２０Ａに与えられ、第１の平滑コンデンサ５Ａ２からの放電が阻止される。このとき、健全な上記電力変換器６Ｂは一斉点弧する必要はなく、ゲートオフしてもよい。この場合には上記変圧器２１Ａのみ２次側が短絡されたことになるために、一斉点弧した上記電力変換器６Ａへの交流電源側からの流入電流が抑制できる効果がある。なお、第２の平滑コンデンサ５Ｂが上記限流手段２０Ａおよび２０Ｂの中間接続点Ｐ´に設けられてあってもよく、この放電を阻止できる。
また図２５では上記多重電力変換器６Ａおよび６Ｂを２レベルの電力変換器で構成したものを示したが、その他の３レベルで構成された電力変換器であってもよく、上記限流手段２０Ａ、２０Ｂおよび平滑コンデンサ５ＢをＰ、Ｎ側の両側に設け、一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯに対応した側の限流手段内の自己消弧素子をオフする（例えば直流短絡保護回路１２Ａから一斉点弧信号ＣＰＯが発生した場合にはＰ側に接続された限流手段をオフする。）ことにより、健全素子を確実に保護できる装置が得られる。このように直流短絡の保護手段を構成することにより、多重電力変換器の健全素子を確実に保護できる装置が得られる。
【０１５８】
実施の形態１５．
また、上記実施の形態１３では第１の電力変換器（コンバータ）あるいは第２の電力変換器（インバータ）の単独で構成された電力変換装置における直流短絡の保護制御方法について述べたが、図２７に示すように並列接続の電力変換器で構成された電力変換装置に適用した場合について説明する。図において、６Ａおよび６Ｂは上記図１に示すような第１の電力変換器（コンバータ）であって、それぞれ交流リアクトル１ＸＡおよび１ＸＢを介して共通の交流電源側に接続され、また直流側のＰ、Ｎ端子は共通に接続されて並列運転を行う。
【０１５９】
２２は交流電流の最大値選択回路であって、この両変換器６Ａおよび６Ｂの各相毎の交流側電流の検出信号ＩａｃａおよびＩａｃｂの瞬時値を比較して大きい方を選択し、各相の選択された交流側電流の出力信号Ｉａｃを図２に示すように構成された直流短絡保護回路１２へ与える。また２３は直流電流の最大値選択回路であって、上記変換器６Ａおよび６Ｂの各相毎の直流電流の検出信号ＩｐａおよびＩｐｂの瞬時値を比較して大きい方を選択し、各相の選択された直流電流の出力信号Ｉｐを直流短絡保護回路１２へ与える。また２４はＡＮＤ回路であって、上記変換器６Ａおよび６Ｂのゲート駆動回路からのＬレベルの素子故障信号ＧＤＦＯａおよびＧＤＦＯｂのＡＮＤ演算を行い、その出力を直流短絡保護回路１２に与える。
２５は交流電流バランス制御回路であって、電力変換器からのゲートパルス信号ＧＰＣと上記両変換器６Ａおよび６Ｂの交流側電流の検出信号ＩａｃａおよびＩａｃｂとから各交流側電流のバランス制御を行い、ゲートパルスのオンあるいはオフのタイミングが調整されたゲートパルス信号ＧＰＤａおよびＧＰＤｂを上記変換器６Ａおよび６Ｂのゲート駆動回路へ与える。
【０１６０】
例えば上記変換器６Ａで直流短絡が発生すると、この変換器６ＡのＰ側の直流電流が増加するために上記直流電流の最大値選択回路２３出力信号ＩｐにはＩｐａが選択される。上記直流短絡保護回路１２では電流レベルの判別を行い、故障モードを特定して保護処理されたゲートパルス信号ＧＰＣを発生し、上記交流電流バランス制御回路２５を介して上記変換器６Ａおよび６Ｂのゲート駆動回路へ同時に与える。このように上記変換器６Ａおよび６Ｂに対して共通に設けられた上記直流短絡保護回路１２により、上記変換器６Ａおよび６Ｂの直流短絡保護を行うように構成したので、回路が単純化でき、信頼性の高いものが得られる。
【０１６１】
なお、図２７では２レベルの電力変換器を２台並列接続したものについて示したが、２台以上の複数台が並列接続されて構成されたものであってもよく、この場合には最大値選択回路２２、２３、ＡＮＤ回路２４、交流電流バランス回路２５の入力へは各電力変換器からの交流電流検出信号、直流電流検出信号、素子故障信号が与えられる。また３レベルの電力変換器で構成されたものであってもよく、例えば２台並列接続された電力変換器ではＮ側の直流電流検出器からの出力信号ＩｎａとＩｎｂの最大値選択回路を追加して設け、その出力信号を直流短絡保護回路１２に与えるように構成することにより、２レベルの電力変換器と同様な効果を奏する。
【０１６２】
実施の形態１６．
また、上記実施の形態１３では第１の電力変換器（コンバータ）あるいは第２の電力変換器（インバータ）が単独で構成された電力変換装置における直流短絡の保護方法について述べたが、図２８に示すように第１の電力変換器（コンバータ）６に対して複数台の第２の電力変換器（インバータ）７Ａ１，７Ａ２がそれぞれ限流手段２０Ａ１、２０Ａ２を介して直流端子Ｐ´、Ｎ間に接続されて構成された電力変換装置に適用した場合について説明する。２６Ａ１、２６Ａ２はそれぞれ上記電力変換器７Ａ１，７Ａ２の交流側に接続された負荷あるいは独立した交流電源であり、また５Ａ１、５Ａ２はそれぞれ上記電力変換器７Ａ１，７Ａ２の直流端子間に接続された平滑コンデンサである。
【０１６３】
例えば上記電力変換器７Ａ１が故障して直流短絡が発生した場合には直流短絡保護回路１２Ａ１により、上記電力変換器７Ａ１の保護処理が行われるとともに一斉点弧信号ＣＯＡ１が上記限流手段２０Ａ１内の自己消弧素子に与えられてオフされる。その結果、健全な電力変換器６および７Ａ２で運転を継続できる。また、上記電力変換器６が故障して直流短絡が発生した場合には直流短絡保護回路１２により、上記電力変換器６の保護処理が行われるとともに一斉点弧信号ＣＯが上記限流手段２０内の自己消弧素子に与えられてオフされる。この場合には上記電力変換器７Ａ１，７Ａ２で運転を継続できる。
なお、図２８では第１の電力変換器（コンバータ）６を１台で構成したものを示したが、第２の電力変換器（インバータ）７Ａ１，７Ａ２のように複数台で構成されてあってもよく、この場合には健全な第１の電力変換器（コンバータ）６の運転を継続できる。また直流端子Ｐ´、Ｎ間に平滑コンデンサ５ｂが接続されてあってもよい。また各電力変換器を３レベルの電力変換器で構成されたものであってもよく、上記限流手段２０、２０Ａ１、２０Ａ２および平滑コンデンサ５、５Ａ１、５Ａ２をＰ、Ｎ側の両側に設け、一斉点弧信号ＣＰＯ、ＣＮＯに対応した側の限流手段内の自己消弧素子をオフすることにより、健全素子を確実に保護できる装置が得られる。同様な効果を奏する。
【０１６４】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１に係る電力変換装置の保護制御方法は、相毎に複数の自己消弧素子およびダイオード、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変換を行う電力変換装置の保護制御方法であって、
交流側電流を検出する交流電流検出手段、および直流側電流を検出する直流電流検出手段を備え、
上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点における上記各自己消弧素子に流れる電流を予測し、当該過電流検出相および他相の自己消弧素子を故障規模に応じて適切に保護するため、上記電流予測情報に応じて上記各自己消弧素子の保護処理内容を予め設定された複数の保護処理モードの中から選択するようにしたので、一律の保護でなく、故障規模に応じた保護処理モードを選択することにより電力変換装置に与えるダメージが少なく信頼性が高まる。
【０１６５】
また、請求項２に係る電力変換装置の保護制御装置は、相毎に複数の自己消弧素子およびダイオード、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変換を行う電力変換装置の保護制御装置であって、
交流側電流を検出する交流電流検出手段、直流側電流を検出する直流電流検出手段、上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子をオフまたはゲートフリーズ（そのときのゲート状態を強制的に継続させる）させ他相の自己消弧素子を一斉オフさせ、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子をオンまたはゲートフリーズさせ他相の自己消弧素子を一斉オンさせる保護処理回路を備えたので、電力変換装置に与える影響が大きい、自己消弧素子の一斉オンによる保護処理の機会が減少し、装置の信頼性が向上する。
【０１６６】
また、請求項３に係る保護制御装置は、直流側の両端子間に相毎に接続された、正極側自己消弧素子およびこれと逆並列接続されたダイオードからなる正極側アームと負極側自己消弧素子およびこれと逆並列接続されたダイオードからなる負極側アームとの直列接続体、および上記両自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え上記両アームの接続点を交流側端子に接続する２レベルの電力変換装置の保護制御装置であって、
上記交流側端子に流れる電流を検出する交流電流検出手段、上記両アームに流れる電流を検出する直流電流検出手段、上記両アームのいずれかに流れる電流が上記ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に設定された所定の第１レベルの過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の両自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記両自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものはオフ、ゲートオフパルス入力中のものはゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モードを、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の両自己消弧素子をオンさせ他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを実行する保護処理回路を備えたので、故障の規模を確実に予測して適切な保護処理が実現し、自己消弧素子の一斉オンによる保護処理の機会が確実に減少し、２レベルの電力変換装置の信頼性が向上する。
【０１６７】
また、請求項４に係る保護制御装置は、可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値をＯＣ１、直流側端子間の電圧をＥｄ、保護動作に必要な所定時間をｔｏｃ、直流側端子からみた故障経路のインダクタンスをＬとしたとき下式で得られる選択基準値βを設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を両アームの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義した場合、保護処理回路は、
負極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中に正極側アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≧−βが成立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＜−βが成立すると第２の保護処理モードを実行し、
正極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中に負極側アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≦＋βが成立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＞＋βが成立すると第２の保護処理モードを実行するので、保護処理モードの選択がより確実になされる。
β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ
【０１６８】
また、請求項５に係る保護制御装置は、直流側端子間の電圧Ｅｄとして、想定されるその最大値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するようにしたので、過電流発生の予測が安全サイドのなされる。
【０１６９】
また、請求項６に係る保護制御装置は、直流側端子間の電圧Ｅｄを検出する直流電圧検出器を備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄＬを採用して選択基準値βを設定するようにしたので、過電流発生の予測精度が向上し、保護処理の選択がより適切になされる。
【０１７０】
また、請求項７に係る保護制御装置は、自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記自己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備え、正極側および負極側自己消弧素子が共にオフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出相の両自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせるようにしたので、直流側端子間短絡を伴わない自己消弧素子の故障時にも確実な保護処理がなされる。
【０１７１】
また、請求項８に係る保護制御装置は、交流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器および直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器を備えたので、必要な各部の電流検出が確実になされる。
【０１７２】
また、請求項９に係る保護制御装置は、交流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器または直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器のいずれか一方を備え、いずれか他方の直流電流は上記いずれか一方の直流電流検出器と上記交流電流検出器との出力から演算により求めるようにしたので、直流電流検出器の必要台数を減じてコストの低減が実現する。
【０１７３】
また、請求項１０に係る保護制御装置は、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器および直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上記両直流電流検出器の出力から演算により求めるようにしたので、交流電流検出器が不要であり、コストの低減が実現する。
【０１７４】
また、請求項１１に係る保護制御装置は、第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの過電流設定値を設定し、直流電流検出手段の出力が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたので、保護処理として動作した自己消弧素子が遮断失敗したときのバックアップ保護がなされるので、保護動作の信頼性が向上する。
【０１７５】
また、請求項１２に係る保護制御装置は、直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたので、直流電流検出器自体の故障発生時のバックアップ保護がなされるので、保護動作の信頼性が向上する。
【０１７６】
また、請求項１３に係る保護制御装置は、過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合、当該他相の自己消弧素子の内、短絡防止期間Ｔｄでオン動作からオフ動作に移行中のものは、上記期間Ｔｄ開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間Ｔｄ´迄、当該自己消弧素子をオフからオンにする信号の供給を禁止する手段を備えたので、自己消弧素子に無理なオン動作を強制することがなく、信頼性が向上する。
【０１７７】
また、請求項１４に係る保護制御装置は、請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても同アーム内のダイオードが通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたので、自己消弧素子に無理な動作を強いることなく一斉オンのタイミングのばらつきが抑制され、電流分担特性が改善される。
【０１７８】
また、請求項１５に係る保護制御装置は、請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたので、オン信号供給禁止／解除の判断が簡便になされる。
Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【０１７９】
また、請求項１６に係る保護制御装置は、正極、中性極および負極を有する直流側の上記正負両極間に相毎に接続された、第１ないし第４の自己消弧素子の直列接続体、上記各自己消弧素子と逆並列接続されてそれぞれ第１ないし第４のアームを構成する第１ないし第４のダイオード、上記中性極とそれぞれ上記第１、第２のアームの接続点および上記第３、第４のアームの接続点との間に接続された第５および第６のダイオード、および上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、上記第２、第３のアームの接続点を交流側端子に接続する３レベルの電力変換装置の保護制御装置であって、
上記交流側端子に流れる電流を検出する交流電流検出手段、上記第１のアームに流れる正極側の直流電流、第４のアームに流れる負極側の直流電流および上記第５、第６のダイオードの接続点と上記中性極との間に流れる中性極側の直流電流を検出する直流電流検出手段、この直流電流検出手段が検出する直流側電流のいずれかが上記ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に設定された所定の第１の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものは故障短絡経路にある少なくとも１個をオフその他をゲートフリーズ、ゲートオフパルス入力中のものはゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モードを、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものはオン、ゲートオフパルス入力中のものは故障短絡経路にあるものをオンその他をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを実行する保護処理回路を備えたので、故障の規模を確実に予測して適切な保護処理が実現し、自己消弧素子の一斉オンによる保護処理の機会が確実に減少し、３レベルの電力変換装置の信頼性が向上する。
【０１８０】
また、請求項１７に係る保護制御装置は、可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値をＯＣ１、直流側の正極−中性極間および中性極−負極間の電圧をそれぞれＥｄｐおよびＥｄｎ、保護動作に必要な所定時間をｔｏｃ、および直流側の上記各極間からみた故障経路のインダクタンスをそれぞれＬｐ、Ｌｎ、Ｌｐｎとしたとき下式で得られる選択基準値βを設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を第２、第３のアームの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義した場合、保護処理回路は、
第２、第３の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−３の保護処理モード（Ｂ３）、
Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード（ＣＰ）を実行し、
上記第２、第３の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２の自己消弧素子をオフ、第１、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−２の保護処理モード（Ｂ２）、
Ｉａｃ＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（ＣＮ）を実行し、
上記第３、第４の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第３の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−４の保護処理モード（Ｂ４）、
Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（ＣＮ）を実行し、
上記第３、第４の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３、第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）、
Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（ＣＰＮ）を実行し、
上記第１、第２の自己消弧素子がゲートオンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１の自己消弧素子をオフ、第２、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−１の保護処理モード（Ｂ１）、
Ｉａｃ＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード（ＣＰ）を実行し、
上記第１、第２の自己消弧素子がゲートオンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したとき、
Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２の自己消弧素子をオフ、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）、
Ｉａｃ≧＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（ＣＰＮ）を実行するので、保護処理のモードの選択がより確実になされる。
β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１
−ｔｏｃ｛Ｅｄｐ／Ｌｐ＋Ｅｄｎ／Ｌｎ＋（Ｅｄｐ＋Ｅｄｎ）／Ｌｐｎ｝／３
【０１８１】
また、請求項１８に係る保護制御装置は、第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）で過電流検出相の第１、第２の自己消弧素子をオフさせる場合、上記第２の自己消弧素子をオフさせるタイミングを第１の自己消弧素子をオフさせるタイミングより、自己消弧素子のターンオフ時間のばらつきを考慮して設定された所定の時間Ｔｙ遅らせ、第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）で過電流検出相の第３、第４の自己消弧素子をオフさせる場合、上記第３の自己消弧素子をオフさせるタイミングを第４の自己消弧素子をオフさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｙ遅らせるようにしたので、自己消弧素子のターンオフ時間のばらつきに伴う直流ＰＮ間短絡が確実に防止され、信頼性が向上する。
【０１８２】
また、請求項１９に係る保護制御装置は、直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極と負極との間の電圧Ｅｄｎとして、想定されるその最大値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するようにしたので、過電流発生の予測が安全サイドになされる。
【０１８３】
また、請求項２０に係る保護制御装置は、直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極と負極との間の電圧Ｅｄｎを検出する直流電圧検出器を備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄｐまたはＥｄｎのいずれか大きい方を選択し、当該選択した検出電圧を採用して選択基準値βを設定するようにしたので、過電流発生の予測精度が向上し、保護処理の選択がより適切になされる。
【０１８４】
また、請求項２１に係る保護制御装置は、自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記自己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備え、各相４個の自己消弧素子の内１個がオン他の３個がオフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出相の全自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせるようにしたので、直流側端子間短絡を伴わない自己消弧素子の故障時にも確実な保護処理がなされる。
【０１８５】
また、請求項２２に係る保護制御装置は、交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器を備えたので、必要な各部の電流検出が確実になされる。
【０１８６】
また、請求項２３に係る保護制御装置は、交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器の内いずれか２台の直流電流検出器を備え、いずれか他の１台の直流電流検出器に係る直流電流は上記２台の直流電流検出器と上記交流電流検出器との出力から演算により求めるようにしたので、直流電流検出器の必要台数を減じてコストの低減が実現する。
【０１８７】
また、請求項２４に係る保護制御装置は、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上記各直流電流検出器の出力から演算により求めるようにしたので、交流電流検出器が不要となりコストの低減が実現する。
【０１８８】
また、請求項２５に係る保護制御装置は、第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの過電流設定値を設定し、正極側直流電流が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせ、負極側直流電流が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたので、保護処理として動作した自己消弧素子が遮断失敗したときのバックアップ保護がなされるので、保護動作の信頼性が向上する。
【０１８９】
また、請求項２６に係る保護制御装置は、直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたので、直流電流検出器自体の故障発生時のバックアップ保護がなされるので、保護動作の信頼性が向上する。
【０１９０】
また、請求項２７に係る保護制御装置は、過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合であって、
当該他相の第１、第２の自己消弧素子がオン、第３、第４の自己消弧素子がオフ動作中に上記第２、第３、第４の自己消弧素子をオンさせるときは、先ず、上記第１の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防止期間Ｔｄ経過後、上記第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、
当該他相の上記第３、第４の自己消弧素子がオン、第１、第２の自己消弧素子がオフ動作中に上記第１、第２、第３の自己消弧素子をオンさせるときは、先ず、上記第４の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防止期間Ｔｄ経過後、上記第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたので、直流ＰＮ間短絡が確実に防止され、信頼性が向上する。
【０１９１】
また、請求項２８に係る保護制御装置は、請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフさせるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせるとき、当該各自己消弧素子と同アーム内のダイオードが通電中のときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たずに直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたので、直流ＰＮ間短絡を発生することなく一斉オンのタイミングのばらつきが抑制され、電流分担特性が改善される。
【０１９２】
また、請求項２９に係る保護制御装置は、請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフさせるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせるとき、交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たずに直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたので、オンまでの期間Ｔｄ経過要否の判断が簡便になされる。
Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【０１９３】
また、請求項３０に係る保護制御装置は、過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合であって、
当該他相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子の内、１個の自己消弧素子が短絡防止期間Ｔｄでオン動作からオフ動作に移行中のときは、上記期間Ｔｄ開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間Ｔｄ´迄、上記各自己消弧素子をオフからオンにする信号の供給を禁止する手段を備えたので、自己消弧素子に無理なオン動作を強制することがなく、信頼性が向上する。
【０１９４】
また、請求項３１に係る保護制御装置は、請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても同アーム内のダイオードまたは対の自己消弧素子が通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたので、無理な動作を強いることなく、一斉オンのタイミングのばらつきが抑制され、電流分担特性が改善される。
【０１９５】
また、請求項３２に係る保護制御装置は、請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたので、オン信号供給禁止／解除の判断が簡便になされる。
Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
【０１９６】
また、請求項３３に係る保護制御装置は、各自己消弧素子に一斉オン信号が送出された場合であって、
第１、第２、第３、第４の自己消弧素子を同時にオンさせるときは、上記第１の自己消弧素子をオンさせるタイミングを第２の自己消弧素子をオンさせるタイミングより、自己消弧素子のターンオン時間のばらつきを考慮して設定された所定の時間Ｔｘ遅らせ、上記第４の自己消弧素子をオンさせるタイミングを第３の自己消弧素子をオンさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｘ遅らせるようにしたので、自己消弧素子のターンオン時間のばらつきに伴う直流ＰＮ間短絡が確実に防止され、信頼性が向上する。
【０１９７】
また、請求項３４に係る保護制御装置は、請求項２ないし３３のいずれかに記載された電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備えた場合、上記平滑コンデンサを第１の平滑コンデンサと、スイッチング手段を介して上記第１の平滑コンデンサと並列に接続された第２の平滑コンデンサとで構成し、保護制御装置で出力された自己消弧素子への一斉オン信号に基づき上記スイッチング手段をオフすることにより、上記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子への放電を抑制するようにしたので、一斉オン時の自己消弧素子の短絡電流が減少して信頼性が向上する。
【０１９８】
また、請求項３５に係る保護制御装置は、請求項１６ないし３３のいずれかに記載の３レベルの電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備えた場合、
上記平滑コンデンサを、正極端子と中性極端子とに接続された第１の正極側平滑コンデンサと正極側スイッチング手段を介して上記第１の正極側平滑コンデンサと並列に接続された第２の正極側平滑コンデンサ、および中性極端子と負極端子とに接続された第１の負極側平滑コンデンサと負極側スイッチング手段を介して上記第１の負極側平滑コンデンサと並列に接続された第２の負極側平滑コンデンサで構成し、
保護制御装置で出力された第１、第２、第３の自己消弧素子または第２、第３、第４の自己消弧素子への一斉オン信号に基づき上記正極側スイッチング手段または負極側スイッチング手段をオフすることにより、上記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子への放電を抑制するようにしたので、３レベルの電力変換装置において、一斉オン時の自己消弧素子の短絡電流が減少して信頼性が向上する。
【０１９９】
また、請求項３６に係る保護制御装置は、請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおいて、
上記各電力変換装置のいずれかの保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号を他の電力変換装置の自己消弧素子へも同時に送出するよう、上記一斉オン信号を上記各電力変換装置で共通化するよう構成したので、保護制御回路の構成が簡便となり、コスト低減と信頼性向上が実現する。
【０２００】
また、請求項３７に係る保護制御装置は、請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を複数台、各電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備え、上記各電力変換装置の直流側を共通に接続してなるものにおいて、
上記各電力変換装置毎に設けられたスイッチング素子を介して各直流側を共通に接続するとともに、いずれかの上記電力変換装置の保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号に基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフすることにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オンした自己消弧素子への放電を阻止するようにしたので、一斉オン時の自己消弧素子の短絡電流が減少して信頼性が向上する。
【０２０１】
また、請求項３８に係る保護制御装置は、各電力変換装置の直流側を共通に接続する共通接続点の正負両極間に接続された共通平滑コンデンサを備えた場合、いずれかの上記電力変換装置の保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号に基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフすることにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサおよび上記共通平滑コンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オンした自己消弧素子への放電を阻止するようにしたので、一斉オン時の自己消弧素子の短絡電流が減少して信頼性が向上する。
【０２０２】
また、請求項３９に係る保護制御装置は、請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置であって互いに同一容量の電力変換装置を複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおいて、
上記各電力変換装置で検出された交流側電流および直流側電流のそれぞれ最大値を選択する最大値選択回路、上記各電力変換装置の自己消弧素子に共通のゲートパルスを供給するゲートパルス発生器、上記最大値選択回路から出力される交流側電流信号、直流側電流信号および上記ゲートパルス信号に基づき故障の予測判別を行う故障判別回路、およびこの故障判別回路の判別出力に基づき上記各電力変換装置の自己消弧素子に対して共通の保護処理を行う保護処理回路を備えたので、保護制御回路の構成が簡便となり、コスト低減と信頼性向上が実現する。
【０２０３】
また、請求項４０に係る保護制御装置は、複数の各電力変換装置の交流側は、それぞれ互いに独立した交流電源または交流負荷に接続されているので、健全な電力変換装置と独立の交流系統とで運転を継続することが可能となる。
【０２０４】
また、請求項４１に係る保護制御装置は、複数の各電力変換装置の交流側は、その各１次側を互いに直列にして交流電源または交流負荷に接続される複数の変圧器の各２次側に接続されているので、一斉オンした電力変換装置への交流側からの流入電流を抑制することができる。
【０２０５】
また、請求項４２に係る保護制御装置は、複数の各電力変換装置の交流側は、上記各電力変換装置毎に設けられた交流リアクトルを介して共通の交流電源または交流負荷に接続されているので、各電力変換装置のバランス制御が容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１における２レベル電力変換装置の保護制御装置の全体を示す構成図である。
【図２】 この発明の実施の形態１における２レベル保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図３】 各故障ケースの動作を表の形で示した図である。
【図４】 各故障ケースのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図５】 転流動作時の波形を示すタイミングチャートである。
【図６】 過電流検出動作を説明するための図である。
【図７】 この発明の実施の形態２における保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図８】 この発明の実施の形態３における保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図９】 この発明の実施の形態４における保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図１０】 過電流検出動作を説明するための図である。
【図１１】 この発明の実施の形態６における保護制御装置の過電流検出動作を説明するための図である。
【図１２】 この発明の実施の形態６における保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図１３】 この発明の実施の形態７における保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図１４】 この発明の実施の形態８における３レベル電力変換装置の保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図１５】 図１４の故障判別回路１４Ｂの内部構成を示す図である。
【図１６】 図１４の保護処理回路１５Ｂの内部構成を示す図である。
【図１７】 各故障ケースの動作を表の形で示した図である。
【図１８】 各故障ケースのタイミングを示すタイミングチャートである。
【図１９】 一斉点弧信号が出力されたときの動作を表の形で示した図である。
【図２０】 この発明の実施の形態９における保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図２１】 この発明の実施の形態１０における保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図２２】 図２１の故障判別回路１４Ｃの内部構成を示す図である。
【図２３】 この発明の実施の形態１１における保護制御装置の１相分を示す構成図である。
【図２４】 この発明の実施の形態１２における保護処理回路１５Ｃの内部構成を示す図である。
【図２５】 この発明の実施の形態１３における電力変換装置の保護制御装置を示す構成図である。
【図２６】 この発明の実施の形態１４における電力変換装置の保護制御装置を示す構成図である。
【図２７】 この発明の実施の形態１５における電力変換装置の保護制御装置を示す構成図である。
【図２８】 この発明の実施の形態１６における電力変換装置の保護制御装置を示す構成図である。
【図２９】 従来の２レベル電力変換装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 交流リアクトル、２ 還流ダイオード、３ 自己消弧素子、
５ 平滑コンデンサ、６ コンバータ、７ インバータ、８ 直流電流検出器、
９ 交流電流検出器、１０，１１ ゲートパルス発生器、
１２ 直流短絡保護回路、１３ 電流レベル判別回路、１４ 故障判別回路、
１５ 保護処理回路、２０ 限流手段、２１ 変圧器、
２２，２３ 最大値選択回路、２６ 交流電源または交流負荷。

Claims (42)

  1. 相毎に複数の自己消弧素子およびダイオード、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変換を行う電力変換装置の保護制御方法であって、
    交流側電流を検出する交流電流検出手段、および直流側電流を検出する直流電流検出手段を備え、
    上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点における上記各自己消弧素子に流れる電流を予測し、当該過電流検出相および他相の自己消弧素子を故障規模に応じて適切に保護するため、上記電流予測情報に応じて上記各自己消弧素子の保護処理内容を予め設定された複数の保護処理モードの中から選択するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御方法。
  2. 相毎に複数の自己消弧素子およびダイオード、更に上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、交流／直流間の電力変換を行う電力変換装置の保護制御装置であって、
    交流側電流を検出する交流電流検出手段、直流側電流を検出する直流電流検出手段、上記直流側電流が所定の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子をオフまたはゲートフリーズ（そのときのゲート状態を強制的に継続させる）させ他相の自己消弧素子を一斉オフさせ、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子をオンまたはゲートフリーズさせ他相の自己消弧素子を一斉オンさせる保護処理回路を備えたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  3. 直流側の両端子間に相毎に接続された、正極側自己消弧素子およびこれと逆並列接続されたダイオードからなる正極側アームと負極側自己消弧素子およびこれと逆並列接続されたダイオードからなる負極側アームとの直列接続体、および上記両自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え上記両アームの接続点を交流側端子に接続する２レベルの電力変換装置の保護制御装置であって、
    上記交流側端子に流れる電流を検出する交流電流検出手段、上記両アームに流れる電流を検出する直流電流検出手段、上記両アームのいずれかに流れる電流が上記ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に設定された所定の第１レベルの過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の両自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記両自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものはオフ、ゲートオフパルス入力中のものはゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モードを、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の両自己消弧素子をオンさせ他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを実行する保護処理回路を備えたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の保護制御装置。
  4. 可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値をＯＣ１、直流側端子間の電圧をＥｄ、保護動作に必要な所定時間をｔｏｃ、直流側端子からみた故障経路のインダクタンスをＬとしたとき下式で得られる選択基準値βを設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を両アームの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義した場合、保護処理回路は、
    負極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中に正極側アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≧−βが成立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＜−βが成立すると第２の保護処理モードを実行し、
    正極側自己消弧素子がゲートオンパルス入力中に負極側アームの電流が過電流に達したとき、Ｉａｃ≦＋βが成立すると第１の保護処理モード、Ｉａｃ＞＋βが成立すると第２の保護処理モードを実行することを特徴とする請求項３記載の電力変換装置の保護制御装置。
    β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−Ｅｄ×ｔｏｃ／Ｌ
  5. 直流側端子間の電圧Ｅｄとして、想定されるその最大値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するようにしたことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置の保護制御装置。
  6. 直流側端子間の電圧Ｅｄを検出する直流電圧検出器を備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄＬを採用して選択基準値βを設定するようにしたことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置の保護制御装置。
  7. 自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記自己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備え、正極側および負極側自己消弧素子が共にオフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出相の両自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせるようにしたことを特徴とする請求項３ないし６のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  8. 交流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器および直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器を備えたことを特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  9. 交流電流検出手段として交流側端子と両アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器または直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器のいずれか一方を備え、いずれか他方の直流電流は上記いずれか一方の直流電流検出器と上記交流電流検出器との出力から演算により求めるようにしたことを特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  10. 直流電流検出手段として直流側正極端子と正極側アームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器および直流側負極端子と負極側アームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上記両直流電流検出器の出力から演算により求めるようにしたことを特徴とする請求項３ないし７のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  11. 第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの過電流設定値を設定し、直流電流検出手段の出力が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたことを特徴とする請求項３ないし１０のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  12. 直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたことを特徴とする請求項１１記載の電力変換装置の保護制御装置。
  13. 過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合、当該他相の自己消弧素子の内、短絡防止期間Ｔｄでオン動作からオフ動作に移行中のものは、上記期間Ｔｄ開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間Ｔｄ´迄、当該自己消弧素子をオフからオンにする信号の供給を禁止する手段を備えたことを特徴とする請求項３ないし１２のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  14. 請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても同アーム内のダイオードが通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  15. 請求項１３において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
    Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
  16. 正極、中性極および負極を有する直流側の上記正負両極間に相毎に接続された、第１ないし第４の自己消弧素子の直列接続体、上記各自己消弧素子と逆並列接続されてそれぞれ第１ないし第４のアームを構成する第１ないし第４のダイオード、上記中性極とそれぞれ上記第１、第２のアームの接続点および上記第３、第４のアームの接続点との間に接続された第５および第６のダイオード、および上記各自己消弧素子にゲートパルスを供給するゲートパルス発生手段を備え、上記第２、第３のアームの接続点を交流側端子に接続する３レベルの電力変換装置の保護制御装置であって、
    上記交流側端子に流れる電流を検出する交流電流検出手段、上記第１のアームに流れる正極側の直流電流、第４のアームに流れる負極側の直流電流および上記第５、第６のダイオードの接続点と上記中性極との間に流れる中性極側の直流電流を検出する直流電流検出手段、この直流電流検出手段が検出する直流側電流のいずれかが上記ダイオードの逆回復電流よりも大きな値に設定された所定の第１の過電流設定値に達したとき、当該過電流検出時点における上記交流側電流および当該過電流検出相の各自己消弧素子へのゲートパルス信号に基づき、上記過電流検出時点より保護動作に必要な所定時間経過した保護処理動作時点において上記各自己消弧素子に流れる電流の最大値が当該自己消弧素子の遮断限界である可制御電流値以内か否かを予測判別する故障判別回路、およびこの故障判別回路が可制御電流値以内と判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものは故障短絡経路にある少なくとも１個をオフその他をゲートフリーズ、ゲートオフパルス入力中のものはゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１の保護処理モードを、上記故障判別回路が可制御電流値を越えると判別したときは当該過電流検出相の自己消弧素子を、ゲートオンパルス入力中のものはオン、ゲートオフパルス入力中のものは故障短絡経路にあるものをオンその他をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の保護処理モードを実行する保護処理回路を備えたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置の保護制御装置。
  17. 可制御電流値をＩＴＱＲＭ、第１レベルの過電流設定値をＯＣ１、直流側の正極−中性極間および中性極−負極間の電圧をそれぞれＥｄｐおよびＥｄｎ、保護動作に必要な所定時間をｔｏｃ、および直流側の上記各極間からみた故障経路のインダクタンスをそれぞれＬｐ、Ｌｎ、Ｌｐｎとしたとき下式で得られる選択基準値βを設定するとともに、交流側電流Ｉａｃの極性を第２、第３のアームの接続点から交流側端子に流出する方向を正と定義した場合、保護処理回路は、
    第２、第３の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達したとき、
    Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−３の保護処理モード（Ｂ３）、
    Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード（ＣＰ）を実行し、
    上記第２、第３の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したとき、
    Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２の自己消弧素子をオフ、第１、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−２の保護処理モード（Ｂ２）、
    Ｉａｃ＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（ＣＮ）を実行し、
    上記第３、第４の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したとき、
    Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２、第３の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−４の保護処理モード（Ｂ４）、
    Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、第１の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の負極側保護処理モード（ＣＮ）を実行し、
    上記第３、第４の自己消弧素子がゲートオンパルス、第１、第２の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に正極側の直流電流が過電流に達したとき、
    Ｉａｃ≧−βが成立すると、当該過電流検出相の第３、第４の自己消弧素子をオフ、第１、第２の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）、
    Ｉａｃ＜−βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（ＣＰＮ）を実行し、
    上記第１、第２の自己消弧素子がゲートオンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に中性極側の直流電流が過電流に達したとき、
    Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１の自己消弧素子をオフ、第２、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−１の保護処理モード（Ｂ１）、
    Ｉａｃ＞＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３の自己消弧素子をオン、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正極側保護処理モード（ＣＰ）を実行し、
    上記第１、第２の自己消弧素子がゲートオンパルス、第３、第４の自己消弧素子がゲートオフパルス入力中に負極側の直流電流が過電流に達したとき、
    Ｉａｃ≦＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２の自己消弧素子をオフ、第３、第４の自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせる第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）、
    Ｉａｃ≧＋βが成立すると、当該過電流検出相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子をオン、他相の自己消弧素子を一斉オンさせる第２の正負両極側保護処理モード（ＣＰＮ）を実行することを特徴とする請求項１６記載の電力変換装置の保護制御装置。
    β＝ＩＴＱＲＭ−ＯＣ１−ｔｏｃ｛Ｅｄｐ／Ｌｐ＋Ｅｄｎ／Ｌｎ＋（Ｅｄｐ＋Ｅｄｎ）／Ｌｐｎ｝／３
  18. 第１−１２の保護処理モード（Ｂ１２）で過電流検出相の第１、第２の自己消弧素子をオフさせる場合、上記第２の自己消弧素子をオフさせるタイミングを第１の自己消弧素子をオフさせるタイミングより、自己消弧素子のターンオフ時間のばらつきを考慮して設定された所定の時間Ｔｙ遅らせ、第１−３４の保護処理モード（Ｂ３４）で過電流検出相の第３、第４の自己消弧素子をオフさせる場合、上記第３の自己消弧素子をオフさせるタイミングを第４の自己消弧素子をオフさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｙ遅らせるようにしたことを特徴とする請求項１７記載の電力変換装置の保護制御装置。
  19. 直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極と負極との間の電圧Ｅｄｎとして、想定されるその最大値Ｅｄｍａｘを採用して選択基準値βを設定するようにしたことを特徴とする請求項１７または１８記載の電力変換装置の保護制御装置。
  20. 直流側の正極と中性極との間の電圧Ｅｄｐおよび中性極と負極との間の電圧Ｅｄｎを検出する直流電圧検出器を備え、この直流電圧検出器の出力ＥｄｐまたはＥｄｎのいずれか大きい方を選択し、当該選択した検出電圧を採用して選択基準値βを設定するようにしたことを特徴とする請求項１７または１８記載の電力変換装置の保護制御装置。
  21. 自己消弧素子を駆動するゲート駆動回路の出力から上記自己消弧素子の故障を検出する素子故障検出手段を備え、各相４個の自己消弧素子の内１個がオン他の３個がオフ動作中に上記故障を検出したとき、当該故障検出相の全自己消弧素子をゲートフリーズさせ、他相の自己消弧素子を一斉オフさせるようにしたことを特徴とする請求項１６ないし２０のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  22. 交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器を備えたことを特徴とする請求項１６ないし２１のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  23. 交流電流検出手段として交流側端子と第２、第３アームの接続点との接続線に挿入された交流電流検出器を備え、直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器の内いずれか２台の直流電流検出器を備え、いずれか他の１台の直流電流検出器に係る直流電流は上記２台の直流電流検出器と上記交流電流検出器との出力から演算により求めるようにしたことを特徴とする請求項１６ないし２１のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  24. 直流電流検出手段として直流側正極端子と第１のアームとの接続線に挿入された正極側直流電流検出器、直流側負極端子と第４のアームとの接続線に挿入された負極側直流電流検出器および直流側中性極端子と第５、第６のダイオードの接続点との接続線に挿入された中性極側直流電流検出器を備え、交流側電流は上記各直流電流検出器の出力から演算により求めるようにしたことを特徴とする請求項１６ないし２１のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  25. 第１レベルの過電流設定値より高い所定の第２レベルの過電流設定値を設定し、正極側直流電流が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全第１、第２、第３の自己消弧素子を一斉オンさせ、負極側直流電流が上記第２レベルの過電流設定値に達すると全第２、第３、第４の自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたことを特徴とする請求項１６ないし２４のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  26. 直流電流検出手段を第２の直流電流検出手段を含む２重系で構成するとともに第２レベルの過電流設定値より高い所定の第３レベルの過電流設定値を設定し、上記第２の直流電流検出手段の出力が上記第３レベルの過電流設定値に達すると全自己消弧素子を一斉オンさせるようにしたことを特徴とする請求項２５記載の電力変換装置の保護制御装置。
  27. 過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合であって、
    当該他相の第１、第２の自己消弧素子がオン、第３、第４の自己消弧素子がオフ動作中に上記第２、第３、第４の自己消弧素子をオンさせるときは、先ず、上記第１の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防止期間Ｔｄ経過後、上記第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、
    当該他相の上記第３、第４の自己消弧素子がオン、第１、第２の自己消弧素子がオフ動作中に上記第１、第２、第３の自己消弧素子をオンさせるときは、先ず、上記第４の自己消弧素子をオフさせ、所定の短絡防止期間Ｔｄ経過後、上記第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたことを特徴とする請求項１６ないし２６のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  28. 請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフさせるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせるとき、当該各自己消弧素子と同アーム内のダイオードが通電中のときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たずに直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  29. 請求項２７において、先ず、第１の自己消弧素子をオフさせるときまたは第４の自己消弧素子をオフさせるとき、交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、所定の短絡防止期間Ｔｄの経過を待たずに直ちに、それぞれ第３、第４の自己消弧素子をオンさせ、第１、第２の自己消弧素子をオンさせるようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
    Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
  30. 過電流検出相から他相に一斉オン信号が送出された場合であって、
    当該他相の第１、第２、第３、第４の自己消弧素子の内、１個の自己消弧素子が短絡防止期間Ｔｄでオン動作からオフ動作に移行中のときは、上記期間Ｔｄ開始から上記オフ動作が完了するのに要する所定の時間Ｔｄ´迄、上記各自己消弧素子をオフからオンにする信号の供給を禁止する手段を備えたことを特徴とする請求項１６ないし２９のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  31. 請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても同アーム内のダイオードまたは対の自己消弧素子が通電中のときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  32. 請求項３０において、短絡防止期間Ｔｄにある自己消弧素子であっても交流側電流Ｉａｃと選択基準値βとの間に下式が成立するときは、当該自己消弧素子へのオン信号供給禁止手段の動作を解除するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
    Ｉａｃ＜−β または Ｉａｃ＞＋β
  33. 各自己消弧素子に一斉オン信号が送出された場合であって、
    第１、第２、第３、第４の自己消弧素子を同時にオンさせるときは、上記第１の自己消弧素子をオンさせるタイミングを第２の自己消弧素子をオンさせるタイミングより、自己消弧素子のターンオン時間のばらつきを考慮して設定された所定の時間Ｔｘ遅らせ、上記第４の自己消弧素子をオンさせるタイミングを第３の自己消弧素子をオンさせるタイミングより、上記所定の時間Ｔｘ遅らせるようにしたことを特徴とする請求項１６ないし３２のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  34. 請求項２ないし３３のいずれかに記載された電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備えた場合、
    上記平滑コンデンサを第１の平滑コンデンサと、スイッチング手段を介して上記第１の平滑コンデンサと並列に接続された第２の平滑コンデンサとで構成し、
    保護制御装置で出力された自己消弧素子への一斉オン信号に基づき上記スイッチング手段をオフすることにより、上記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子への放電を抑制するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  35. 請求項１６ないし３３のいずれかに記載の３レベルの電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備えた場合、
    上記平滑コンデンサを、正極端子と中性極端子とに接続された第１の正極側平滑コンデンサと正極側スイッチング手段を介して上記第１の正極側平滑コンデンサと並列に接続された第２の正極側平滑コンデンサ、および中性極端子と負極端子とに接続された第１の負極側平滑コンデンサと負極側スイッチング手段を介して上記第１の負極側平滑コンデンサと並列に接続された第２の負極側平滑コンデンサで構成し、
    保護制御装置で出力された第１、第２、第３の自己消弧素子または第２、第３、第４の自己消弧素子への一斉オン信号に基づき上記正極側スイッチング手段または負極側スイッチング手段をオフすることにより、上記平滑コンデンサから上記一斉オンした自己消弧素子への放電を抑制するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  36. 請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおいて、
    上記各電力変換装置のいずれかの保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号を他の電力変換装置の自己消弧素子へも同時に送出するよう、上記一斉オン信号を上記各電力変換装置で共通化するよう構成したことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  37. 請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置を複数台、各電力変換装置の直流端子間に接続された平滑コンデンサを備え、上記各電力変換装置の直流側を共通に接続してなるものにおいて、
    上記各電力変換装置毎に設けられたスイッチング素子を介して各直流側を共通に接続するとともに、いずれかの上記電力変換装置の保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号に基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフすることにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オンした自己消弧素子への放電を阻止するようにしたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  38. 各電力変換装置の直流側を共通に接続する共通接続点の正負両極間に接続された共通平滑コンデンサを備えた場合、いずれかの上記電力変換装置の保護制御装置で出力される自己消弧素子への一斉オン信号に基づき当該電力変換装置のスイッチング手段をオフすることにより、他の電力変換装置の平滑コンデンサおよび上記共通平滑コンデンサから当該電力変換装置の上記一斉オンした自己消弧素子への放電を阻止するようにしたことを特徴とする請求項３７記載の電力変換装置の保護制御装置。
  39. 請求項２ないし３３のいずれかに記載の電力変換装置であって互いに同一容量の電力変換装置を複数台、各直流側を共通に接続してなるものにおいて、
    上記各電力変換装置で検出された交流側電流および直流側電流のそれぞれ最大値を選択する最大値選択回路、上記各電力変換装置の自己消弧素子に共通のゲートパルスを供給するゲートパルス発生器、上記最大値選択回路から出力される交流側電流信号、直流側電流信号および上記ゲートパルス信号に基づき故障の予測判別を行う故障判別回路、およびこの故障判別回路の判別出力に基づき上記各電力変換装置の自己消弧素子に対して共通の保護処理を行う保護処理回路を備えたことを特徴とする電力変換装置の保護制御装置。
  40. 複数の各電力変換装置の交流側は、それぞれ互いに独立した交流電源または交流負荷に接続されていることを特徴とする請求項３７ないし３９のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  41. 複数の各電力変換装置の交流側は、その各１次側を互いに直列にして交流電源または交流負荷に接続される複数の変圧器の各２次側に接続されていることを特徴とする請求項３７ないし３９のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
  42. 複数の各電力変換装置の交流側は、上記各電力変換装置毎に設けられた交流リアクトルを介して共通の交流電源または交流負荷に接続されていることを特徴とする請求項３７ないし３９のいずれかに記載の電力変換装置の保護制御装置。
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