JP7181998B2

JP7181998B2 - 直流エネルギー散逸装置およびその制御方法

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Publication number: JP7181998B2
Application number: JP2021520965A
Authority: JP
Inventors: 謝▲いぇ▼源; 姜田貴; 李海英
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2019-03-04
Publication date: 2022-12-01
Anticipated expiration: 2039-03-04
Also published as: CN109546638B; KR102520741B1; BR112021007160A2; EP3872944A4; CN109921453B; JP2022502999A; EP3872944A1; KR20210046782A; CN109921453A; CN109546638A; WO2020082660A1

Description

本発明は、大電力の電力電子変流の技術分野に関し、特に直流エネルギー散逸装置およびその制御方法に関する。

高圧直流送電システムにおいて、直流エネルギー散逸装置が重要な装置である。直流エネルギー散逸装置は主に離島給電の応用シナリオに適用されており、もし発電端が風力発電のような慣性電源である場合、受電端が故障した場合、電力が送出できないため、直流側にエネルギーを蓄積し、直流送電線の電圧が上昇し、設備の安全運転に危害を及ぼす。

従来の技術では、例えば、一般的な技術的解決策は電力用半導体素子を採用しており、ＩＧＢＴのように、直接的に直列接続することと集中的な抵抗方式で構成され、ＩＧＢＴのバルブストリングによって高圧に耐え、集中抵抗によってエネルギーを散逸し、この技術的解決策では、作業する時にすべてのＩＧＢＴが同時に導通し、デバイスのオン・オフに対する一致性要求が非常に高く、一旦、一致しないと、一部のバルブセグメントの過圧焼失を招き、作業時に絶えずオン・オフするため、装置が破損するリスクが高い。

モジュール化を提案する技術解決策もあるが、デバイス数が多く、コストが高く、信頼性が低いという欠点がある。例えば、特許ＣＮ１０２１３２４８４Ｂ「分布制動抵抗を有する変換器」において提案された解決策のように、ダイオードで構成されるブリッジアーム電位が複雑であること、すなわち、ダイオードブリッジアームの上部管が隣接モジュールと接続され、コンデンサがクランプの役割を果たすことができないということは主な欠陥である。装置が運転する時には、運転方式が複雑なため、モジュールの間で動作が同期していない場合、モジュール間の電位が不確定であり、このダイオードには過圧破壊のリスクがある。一方、この解決策では、デバイスの数が多く、全４組の電力用半導体素子を含み、電力用半導体素子の信頼性が比較的低いため、モジュール全体の故障率が高く、コストが高い。この解決策は１つのモジュールに電力用半導体素子からなる２つのブリッジアームが含まれており、ブリッジアーム間に電位接続があるので、構造設計の難しさが増している。

本発明の一実施形態は直流エネルギー散逸装置であって、同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュールを含む少なくとも１つのエネルギー消費ユニットを含み、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールは並列に接続された直流コンデンサ分岐とエネルギー散逸分岐とを含み、前記エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子とエネルギー散逸抵抗とを含み、前記直流コンデンサ分岐は直流コンデンサを含むことを特徴とする。

さらに、前記直流コンデンサ分岐は、前記直流コンデンサに直列に接続されている、電流制限抵抗または電流制限インダクタまたはヒューズをさらに含む。

さらに、前記直流エネルギー散逸装置は、同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子を含み、前記エネルギー消費ユニットに直列に接続されている少なくとも１つの一方向導通ユニットをさらに含む。

さらに、前記直流エネルギー散逸装置は、前記エネルギー消費ユニットに直列に接続されている、並列に接続された充電抵抗と充電スイッチとを含む少なくとも１つの充電ユニットをさらに含む。

さらに、前記直流エネルギー散逸装置は、前記エネルギー消費ユニットに直列に接続されている少なくとも１つの遮断スイッチをさらに含む。

さらに、前記直流エネルギー散逸装置は、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続されている、主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールをバイパスする少なくとも１つの第３電力用半導体素子をさらに含む。

さらに、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールは、前記直流コンデンサ分岐に並列に接続されている電圧分担抵抗をさらに含む。

さらに、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールは、前記直流コンデンサ分岐に並列に接続されている、機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む第１バイパススイッチをさらに含む。

さらに、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールは、前記直流コンデンサ分岐に並列に接続されている、直列に接続された第２バイパススイッチと第１放電抵抗とを含む第２バイパス分岐をさらに含み、前記第２バイパススイッチは機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む。

さらに、前記第１バイパス分岐は、前記第１電力用半導体素子に並列に接続されている、機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む第３バイパススイッチをさらに含む。

さらに、前記一方向導通ユニットには１つの非線形抵抗が並列に接続されている。

さらに、前記第１電力用半導体素子には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されている。

さらに、前記エネルギー散逸抵抗には少なくとも１つのダイオードが並列に接続されている。

さらに、前記第２電力用半導体素子はダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子である。

さらに、前記第１電力用半導体素子は全制御型の電力用半導体素子である。

また、本発明の実施形態は直流エネルギー散逸装置の制御方法であって、すべての電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにするステップと、各直流コンデンサを利用して、第１電力用半導体素子を選択的にオンにすることにより、各電圧分担エネルギー散逸モジュールの電圧を均衡させるステップと、を含む。

さらに、前記すべての電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにした後に、直流エネルギー散逸装置のすべての一方向導通ユニットの第２電力用半導体素子をオンにするステップをさらに含む。

さらに、装置が起動する時に、充電ユニットで装置を充電するステップを含み、前記すべての電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにした後に、充電スイッチをオフにして、充電抵抗によって、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールの前記直流コンデンサに充電するステップと、充電が完了すると、前記充電スイッチを閉じて、前記充電抵抗をバイパスするステップと、をさらに含む。

さらに、前記各直流コンデンサを利用して、第１電力用半導体素子を選択的にオンにすることにより、各電圧分担エネルギー散逸モジュールの電圧を均衡させるステップは、前記直流エネルギー散逸装置の両端の直流電圧が第１閾値を超えるまで上昇すると、一定の規則に従って、一部の第１電力用半導体素子をオンにして、前記直流電圧が正常値に復帰した後、前記すべての第１電力用半導体素子をオフにするステップと、前記直流電圧が第２閾値を超えるまで上昇すると、前記すべての第１電力用半導体素子をオンにして、前記直流電圧が正常値に復帰した後、前記すべての第１電力用半導体素子をオフにするステップと、を含む。

さらに、前記方法は、電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにするステップと、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第２バイパススイッチを閉じ、前記直流コンデンサは第２バイパス分岐の第１放電抵抗によって放電されるステップと、前記直流コンデンサの電圧が放電安全値より低いと検出した後、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第１バイパススイッチを閉じるステップと、をさらに含む。

さらに、前記方法は、電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにするステップと、前記第１電力用半導体素子に並列に接続された第３バイパススイッチを閉じ、前記直流コンデンサはエネルギー散逸抵抗によって放電されるステップと、前記直流コンデンサの電圧が放電安全値より低いと検出した後、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第１バイパススイッチを閉じるステップと、をさらに含む。

さらに、前記方法は、電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、前記直流コンデンサの電圧が放電安全値より低くなるとき、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第１バイパススイッチを閉じるステップをさらに含む。

さらに、前記方法は、電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第３電力用半導体素子をオンにして、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールをバイパスするステップをさらに含む。

本発明の実施形態に係る発明は、一方向導通ユニットが集中的に配置され、監視と管理に便利であり、直流コンデンサが共に回線の電圧に耐え、電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける電力用半導体素子が過電圧を受けるリスクを低減しており、かつコンデンサは、変換作用を有し、電圧の上昇と下降の速度に対して一定の制御的役割を果たし、直流回路の電圧が上昇すると、第１電力用半導体素子を制御して、エネルギー散逸抵抗の投入・退出を制御することにより、直流電圧を安定させ、装置のコストパフォーマンスが高く、信頼性が高く、実現しやすい。

本出願の実施形態に係る発明をより明確に説明するために、以下では、実施形態の説明において必要とされる図面を簡単に紹介するが、以下の説明における図面は本発明の一部の実施形態にすぎず、当業者にとっては、創造的な労働をしない前提で、これらの図面から他の図面を得ることもできることは明白である。
本発明の一実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図である。本発明の他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図である。本発明のまた他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図である。本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図である。本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図である。本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図である。本発明の一実施形態に係る電圧分担エネルギー散逸モジュールの構成図である。本発明の他の実施形態に係る電圧分担エネルギー散逸モジュールの構成図である。本発明のまた他の実施形態に係る電圧分担エネルギー散逸モジュールの構成図である。本発明のさらに他の実施形態に係る電圧分担エネルギー散逸モジュールの構成図である。本発明の一実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートである。本発明の他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートである。本発明のまた他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートである。本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートである。本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートである。本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートである。本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートである。本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートである。

本出願の実施形態の目的、発明及び利点をより明確にするために、以下、図面及び実施形態に関連して、本発明の具体的な実施形態についてより詳細かつ明確に説明する。しかしながら、以下に説明する具体的な実施形態および実施例は、本明細書に対する限定ではなく、説明の目的だけである。これは、本発明の一部の実施形態を含むだけであって、全ての実施形態ではなく、当業者が本発明の様々な変化について得た他の実施形態は、全て本発明の保護範囲に属する。

第１、第２、第３などの用語は、各種の要素またはコンポーネントを記述するために本明細書で使用されることができるが、これらの要素またはコンポーネントはこれらの用語によって制限されてはならないことが理解されるべきである。これらの用語は、１つの要素またはコンポーネントと別の要素またはコンポーネントを区別するためにのみ使用される。したがって、以下に説明する第１の要素またはコンポーネントは、本明細書の内容から逸脱することなく、第２の要素または第２のコンポーネントと称されることができる。

図１は本発明の一実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図であり、直流エネルギー散逸装置１は少なくとも１つのエネルギー消費ユニットを含む。直流エネルギー散逸装置は中、高圧直流回路の間に並列に接続されており、一端に直流回路の高電位電極が接続されており、他端に直流回路の低電位電極が接続されている。

エネルギー散逸ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は並列に接続された直流コンデンサ分岐とエネルギー散逸分岐とを含む。エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含む。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。本実施形態では、第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。

選択可能な態様として、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオードが並列に接続されているようにしてもよい。電圧分担エネルギー散逸モジュール２には第１電力用半導体素子５が含まれており、通常は逆並列ダイオード付きのＩＧＢＴであり、エネルギー散逸抵抗６の両端にダイオードが並列に接続されており、電圧分担エネルギー散逸モジュール２における電力用半導体素子の所在の分岐は直接的に直列接続されており、この直列分岐は電力用半導体素子のみを含み、かつすべての電力用半導体素子を含み、構造を設計する時に一緒に圧着でき、装置の体積を大幅に減らすことができ、同時にデバイスの動作の一致性を保証し、デバイス間の等価インダクタンス値を低減させることができる。

本出願の実施形態に係る発明は、電圧分担エネルギー散逸モジュールを利用して、装置を各サブモジュールに分割し、各モジュールはいずれも直流コンデンサと電流制限抵抗とを含み、直流コンデンサ、電流制限抵抗が共に回線電圧に耐え、電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける電力用半導体素子が過電圧を受けるリスクを低減しており、かつコンデンサは、変換作用を有し、電圧の上昇と下降の速度に対して一定の制御的役割を果たし、直流回路電圧が上昇すると、第１電力用半導体素子を制御して、エネルギー散逸抵抗の投入・退出を制御することにより、直流電圧を安定させ、装置のコストパフォーマンスが高く、信頼性が高く、実現しやすい。

図２は本発明の他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図であり、直流エネルギー散逸装置１は少なくとも１つのエネルギー消費ユニットを含む。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は並列に接続された直流コンデンサ分岐とエネルギー散逸分岐とを含む。エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含む。直流コンデンサ分岐は、直流コンデンサ４と、直流コンデンサ４に直列に接続された電流制限抵抗１８とを含む。電流制限抵抗１８は、電流制限インダクタンスまたはヒューズで代替できるが、これに限定されない。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。選択可能な態様として、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオードが並列に接続されているようにしてもよい。

本出願の実施形態に係る発明によれば、一方向導通ユニットが集中的に配置され、１つのダイオードバルブストリングを構成し、監視と管理に便利であり、直流回路が短絡した場合、コンデンサ群は故障点に放電することを避けて、保護と隔離の役割を果たす。

図２に示すように、本発明のまた他の実施形態は、以下のように記載されている。直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも１つのエネルギー消費ユニットと、少なくとも１つの一方向導通ユニットと、少なくとも１つの充電ユニットと、少なくとも１つの遮断スイッチ１４とを含む。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。一方向導通ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子３を含む。一方向導通ユニットはエネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール３は並列に接続された直流コンデンサ分岐とエネルギー散逸分岐とを含む。エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含む。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。電流制限抵抗１８は、電流制限インダクタンスまたはヒューズで代替できるが、これに限定されない。第２電力用半導体素子３と第１電力用半導体素子５は、流れに許される電流方向に応じて同じ方向に配置されている。充電ユニットは、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されており、充電ユニットは、並列に接続された充電抵抗１３と充電スイッチ１２とを含む。遮断スイッチ１４は、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されている。本実施形態では、第２電力用半導体素子３は、ダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子を含む。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。選択可能な態様として、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオードが並列に接続されているようにしてもよい。

図２に示すように、本発明のさらに他の実施形態は、以下のように記載されている。直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも１つのエネルギー消費ユニットと、少なくとも１つの一方向導通ユニットと、少なくとも１つの充電ユニットと、少なくとも１つの遮断スイッチ１４と、少なくとも１つの第３電力用半導体素子１７とを含む。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。一方向導通ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子３を含む。一方向導通ユニットはエネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は並列に接続された直流コンデンサ分岐とエネルギー散逸分岐とを含む。エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含む。直流コンデンサ分岐は、直流コンデンサ４と、直流コンデンサ４に直列に接続された電流制限抵抗１８とを含む。電流制限抵抗１８は、電流制限インダクタンスまたはヒューズで代替できるが、これに限定されない。第２電力用半導体素子３と第１電力用半導体素子５は、流れに許される電流方向に応じて同じ方向に配置されている。充電ユニットは、エネルギー散逸ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されており、充電ユニットは、並列に接続された充電抵抗１３と充電スイッチ１２とを含む。遮断スイッチ１４は、エネルギー散逸ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されている。第３電力用半導体素子１７は電圧分担エネルギー散逸モジュール２に並列に接続されており、第３電力用半導体素子１７が主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、電圧分担エネルギー散逸モジュール２をバイパスする。本実施形態では、第２電力用半導体素子３は、ダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子を含む。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。選択可能な態様として、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオードが並列に接続されているようにしてもよい。

図３は本発明のまた他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図であり、直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも１つのエネルギー消費ユニットと、少なくとも１つの一方向導通ユニットと、少なくとも１つの充電ユニットと、少なくとも１つの遮断スイッチ１４と、少なくとも１つの第３電力用半導体素子１７とを含む。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。一方向導通ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子３を含む。一方向導通ユニットはエネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１とを含む。エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含む。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。第２電力用半導体素子３と第１電力用半導体素子５は、流れに許される電流方向に応じて同じ方向に配置されている。充電ユニットは、エネルギー散逸ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されており、充電ユニットは、並列に接続された充電抵抗１３と充電スイッチ１２とを含む。遮断スイッチ１４は、エネルギー散逸ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されている。第３電力用半導体素子１７は電圧分担エネルギー散逸モジュール２と並列に接続され、第３電力用半導体素子１７が主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、電圧分担エネルギー散逸モジュール２をバイパスする。本実施形態では、第２電力用半導体素子３は、ダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子を含む。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。選択可能な態様として、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオードが並列に接続されているようにしてもよい。

図３に示すように、本発明のさらに他の実施形態は、以下のように記載されている。直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも１つのエネルギー消費ユニットと、少なくとも１つの一方向導通ユニットと、少なくとも１つの充電ユニットと、少なくとも１つの遮断スイッチ１４と、少なくとも１つの第３電力用半導体素子１７と、少なくとも１つの非線形抵抗１５とを含み、非線形抵抗１５は一方向導通ユニットに並列に接続されている。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。一方向導通ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子１１を含む。一方向導通ユニットは非線形抵抗１５に並列に接続された後、エネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１とを含む。エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含む。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。第２電力用半導体素子３と第１電力用半導体素子５は、流れに許される電流方向に応じて同じ方向に配置されている。充電ユニットは、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されており、充電ユニットは、並列に接続された充電抵抗１３と充電スイッチ１２とを含む。遮断スイッチ１４は、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されている。第３電力用半導体素子１７は電圧分担エネルギー散逸モジュール２に並列に接続されており、第３電力用半導体素子１７が主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、電圧分担エネルギー散逸モジュール２をバイパスする。本実施形態では、第２電力用半導体素子３は、ダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子を含む。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。選択可能な態様として、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオードが並列に接続されているようにしてもよい。

本出願の実施形態に係る発明によれば、一方向導通ユニットの両端には非線形抵抗が並列に接続されており、ダイオードバルブセグメントが過電圧を受けることを避けて、集中保護され、全体の数も従来の方式に比べると減少した。
図４は本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図であり、直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも１つのエネルギー消費ユニットと、少なくとも１つの一方向導通ユニットと、少なくとも１つの充電ユニットと、少なくとも１つの遮断スイッチ１４と、少なくとも１つの非線形抵抗１５とを含む。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。一方向導通ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子１１を含む。一方向導通ユニットは非線形抵抗１５に並列に接続された後、エネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１と、第１バイパススイッチ１０とを含む。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第１バイパススイッチ１０は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第２電力用半導体素子３と第１電力用半導体素子５は、流れに許される電流方向に応じて同じ方向に配置されている。充電ユニットは、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されており、充電ユニットは、並列に接続された充電抵抗１３と充電スイッチ１２とを含む。遮断スイッチ１４は、エネルギー散逸ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されている。第３電力用半導体素子１７は電圧分担エネルギー散逸モジュール２に並列に接続されており、第３電力用半導体素子１７が主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、電圧分担エネルギー散逸モジュール２をバイパスする。

すなわち、直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２と、少なくとも２つの第２電力用半導体素子３とを含み、少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２は同じ方向に直列に接続されて少なくとも１つのエネルギー消費ユニットを構成し、少なくとも２つの第２電力用半導体素子３は同じ方向に直列に接続されて少なくとも１つの一方向導通ユニットを構成し、一方向導通ユニットはエネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、第１バイパススイッチ１０とを含み、直流コンデンサと、エネルギー散逸分岐と、第１バイパススイッチ１０が並列に接続されており、エネルギー散逸分岐は第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６が直列に接続されて構成されている。本実施形態では、第２電力用半導体素子３は、ダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子を含む。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。第１電力用半導体素子５にはダイオードが逆並列に接続されている。エネルギー散逸抵抗６にはダイオード７が並列に接続されている。

本出願の実施形態に係る発明によれば、電圧分担エネルギー散逸モジュールに重大な故障が発生した場合、第１バイパススイッチによって直接バイパスされ、エネルギー散逸装置のオンライン投入・退出を適時に実現することができ、故障の拡散および継続を阻止することができる。

図４に示すように、本発明のさらに他の実施形態は、以下のように記載されている。直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも１つのエネルギー消費ユニットと、少なくとも１つの一方向導通ユニットと、少なくとも１つの充電ユニットと、少なくとも１つの遮断スイッチ１４と、少なくとも１つの非線形抵抗１５とを含む。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。一方向導通ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子１１を含む。一方向導通ユニットは非線形抵抗１５に並列に接続された後、エネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１と、第１バイパススイッチ１０と、第２バイパス分岐とを含む。エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。第１バイパススイッチ１０は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第２バイパス分岐は直流コンデンサ分岐および第１バイパススイッチ１０に並列に接続されており、第２バイパス分岐は直列に接続された第２バイパススイッチ８と第１放電抵抗９とを含む。第２電力用半導体素子３と第１電力用半導体素子５は、流れに許される電流方向に応じて同じ方向に配置されている。充電ユニットは、エネルギー散逸ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されており、充電ユニットは、並列に接続された充電抵抗１３と充電スイッチ１２とを含む。遮断スイッチ１４は、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されている。第３電力用半導体素子１７は電圧分担エネルギー散逸モジュール２に並列に接続されており、第３電力用半導体素子１７が主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、電圧分担エネルギー散逸モジュール２をバイパスする。本実施形態では、第２電力用半導体素子３は、ダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子を含む。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。第１電力用半導体素子５にはダイオードが逆並列に接続されている。エネルギー散逸抵抗６にはダイオード７が並列に接続されている。

本出願の実施形態に係る発明によれば、モジュールに故障が発生した場合、例えば、ＩＧＢＴの開路が故障したとき、電圧分担エネルギー散逸モジュールがエネルギー散逸の役割を果たすことができず、深刻な結果を招くことはなく、まず第２バイパス分岐を閉じて、直流コンデンサ電圧に蓄積されたエネルギーを解放して、直流電圧が安全放電電圧より低くなると第１バイパススイッチを閉じることにより、第１バイパススイッチを直接閉じる場合に起きる直流コンデンサの突然短絡による直流コンデンサの寿命に与える影響を避けて、いくつかの重大な故障の場合、例えば、ＩＧＢＴが短絡故障したとき、電圧分担エネルギー散逸モジュールの抵抗がずっと回路に投入され、直流電圧が急速に低下し、持続時間が長いと抵抗が破損するため、第１バイパススイッチを直接閉じてもよく、二重バイパスの方式によって、バイパスの信頼性を大幅に向上させる。

図５は本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図であり、直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも１つのエネルギー消費ユニットと、少なくとも１つの一方向導通ユニットと、少なくとも１つの充電ユニットと、少なくとも１つの遮断スイッチ１４と、少なくとも１つの非線形抵抗１５とを含む。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。一方向導通ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子１１を含む。一方向導通ユニットは非線形抵抗１５に並列に接続された後、エネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１と、第１バイパススイッチ１０と、第３バイパススイッチ１６とを含む。エネルギー散逸分岐は列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ４に並列に接続されている。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。第１バイパススイッチ１０は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第３バイパススイッチ１６は第１電力用半導体素子５に並列に接続されている。第２電力用半導体素子３と第１電力用半導体素子５は、流れに許される電流方向に応じて同じ方向に配置されている。充電ユニットは、エネルギー散逸ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されており、充電ユニットは、並列に接続された充電抵抗１３と充電スイッチ１２とを含む。遮断スイッチ１４は、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されている。本実施形態では、第２電力用半導体素子３は、ダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子を含む。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。第１電力用半導体素子５にはダイオードが逆並列に接続されている。エネルギー散逸抵抗６にはダイオード７が並列に接続されている。
本出願の実施形態に係る発明によれば、モジュールに故障が発生した場合、まず第３バイパススイッチを閉じて、直流電圧が安全放電電圧より低ってから第１バイパススイッチを閉じることにより、第１バイパススイッチを直接閉じる場合に起きる直流コンデンサの突然短絡による直流コンデンサの寿命に与える影響を避けて、いくつかの重大な故障の場合には、第１バイパススイッチを直接閉じてもよく、さらに二重バイパスの方式によって、バイパスの信頼性を大幅に向上させる。

図６は本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置のトポロジ構成図であり、直流エネルギー散逸装置１は、少なくとも１つのエネルギー消費ユニットと、少なくとも１つの一方向導通ユニットと、少なくとも１つの充電ユニットと、少なくとも１つの遮断スイッチ１４と、少なくとも１つの非線形抵抗１５とを含む。

エネルギー消費ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュール２を含む。一方向導通ユニットは同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子１１を含む。一方向導通ユニットは非線形抵抗１５に並列に接続された後、エネルギー消費ユニットに直列に接続されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１と、第３電力用半導体素子１７と、第３バイパススイッチ１６とを含む。エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第３電力用半導体素子１７は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。第３バイパススイッチ１６は第１電力用半導体素子５に並列に接続されている。第２電力用半導体素子３と第１電力用半導体素子５は、流れに許される電流方向に応じて同じ方向に配置されている。充電ユニットは、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されており、充電ユニットは、並列に接続された充電抵抗１３と充電スイッチ１２とを含む。遮断スイッチ１４は、エネルギー消費ユニットおよび一方向導通ユニットに直列に接続されている。第３電力用半導体素子１７は電圧分担エネルギー散逸モジュール２に並列に接続されており、第３電力用半導体素子１７が主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、電圧分担エネルギー散逸モジュール２をバイパスする。本実施形態では、第２電力用半導体素子３は、ダイオードまたは半制御型の電力用半導体素子または全制御型の電力用半導体素子を含む。第１電力用半導体素子５は全制御型の電力用半導体素子である。第１電力用半導体素子５にはダイオードが逆並列に接続されている。エネルギー散逸抵抗６にはダイオード７が並列に接続されている。

本発明の実施形態に係る発明によれば、モジュールに故障が発生した場合、まず第３バイパススイッチを閉じて、いくつかの重大な故障の場合、第３電力用半導体素子のバイパス方式を採用してもよく、直接サイリスタを導通し、または第３電力用半導体素子を過電圧破壊することにより、モジュールをバイパスし、電圧分担エネルギー散逸モジュールを適時にバイパスして、バイパスの信頼性を大幅に向上させる。

図７は本発明の一実施形態に係る電圧分担エネルギー散逸モジュールの構成図であり、電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ４と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１とを含む。

エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ４に並列に接続されている。

図８は本発明の他の実施形態に係る電圧分担エネルギー散逸モジュールの構成図であり、電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１と、第１バイパススイッチ１０とを含む。

エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第１バイパススイッチ１０は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第１バイパススイッチ１０は、機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。

図８に示すように、本発明のまた他の実施形態は、以下のように記載されている。電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１と、第１バイパススイッチ１０と、第２バイパス分岐とを含む。

エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第１バイパススイッチ１０は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。直流コンデンサ分岐は、直流コンデンサ４と、直流コンデンサ４に直列に接続された電流制限抵抗１８とを含む。電流制限抵抗１８は、電流制限インダクタンスまたはヒューズで代替できるが、これに限定されない。第２バイパス分岐は直流コンデンサ分岐に並列に接続されており、第２バイパス分岐は直列に接続された第２バイパススイッチ８と第１放電抵抗９とを含む。第２バイパススイッチ８は、機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む。図８に示すように、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオード７が並列に接続されているようにしてもよい。

本発明の実施形態に係る発明によれば、第１電力用半導体素子について、通常は逆並列ダイオード付きのＩＧＢＴであり、エネルギー散逸抵抗の両端にダイオードが並列に接続されており、電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける電力用半導体素子のある分岐は直接的に直列接続されており、この直列分岐は電力用半導体素子のみを含み、かつすべての電力用半導体素子を含み、構造を設計する時に一緒に圧着でき、装置の体積を大きく減らすことができ、同時にデバイスの動作の一致性を保証し、デバイス間の等価インダクタンス値を低下させることができる。

図９は本発明のさらに他の実施形態に係る電圧分担エネルギー散逸モジュールの構成図であり、電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１と、第１バイパススイッチ１０と、第２バイパス分岐と、第３バイパススイッチ１６とを含む。

エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。第１バイパススイッチ１０は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。第２バイパス分岐は直流コンデンサ分岐に並列に接続されており、第２バイパス分岐は直列に接続された第２バイパススイッチ８と第１放電抵抗９とを含む。第３バイパススイッチ１６は第１電力用半導体素子５に並列に接続されている。第３バイパススイッチ１６は、機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む。図９に示すように、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオード７が並列に接続されているようにしてもよい。

図１０は本発明のさらに他の実施形態に係る電圧分担エネルギー散逸モジュールの構成図であり、電圧分担エネルギー散逸モジュール２は、並列に接続された直流コンデンサ分岐と、エネルギー散逸分岐と、電圧分担抵抗１１と、第３バイパススイッチ１６とを含み、電圧分担エネルギー散逸モジュール２には第３電力用半導体素子が並列に接続されている。

エネルギー散逸分岐は、直列に接続された第１電力用半導体素子５とエネルギー散逸抵抗６とを含み、電圧分担抵抗１１は直流コンデンサ分岐に並列に接続されている。直流コンデンサ分岐は直流コンデンサ４を含む。第３バイパススイッチ１６は第１電力用半導体素子５に並列に接続されている。第３バイパススイッチ１６は、機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む。第３電力用半導体素子１７は電圧分担エネルギー散逸モジュール２に並列に接続されており、第３電力用半導体素子１７が主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、電圧分担エネルギー散逸モジュール２をバイパスする。図１０に示すように、第１電力用半導体素子５には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されているようにしてもよい。エネルギー散逸抵抗６には少なくとも１つのダイオード７が並列に接続されているようにしてもよい。

上記の実施形態の電圧分担エネルギー散逸モジュールは、実際の必要に応じて直流エネルギー散逸装置に配置することができる。

図１１は本発明の一実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートであり、以下のステップを含む。

ステップＳ１１０で、すべての電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにする。

装置の起動時には、電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける第１電力用半導体素子がオフになる。

ステップＳ１３０で、各直流コンデンサを利用して、第１電力用半導体素子を選択的にオンにすることにより、各電圧分担エネルギー散逸モジュールの電圧を均衡させる。

回路の直流電圧が上昇するに伴い、装置両端の直流電圧が同時に上昇し、電圧分担エネルギー散逸モジュールを利用して、各電圧分担エネルギー散逸モジュールにおけるコンデンサの電圧を均衡させる。

上記の方法により、直流エネルギー散逸装置は、近接した変流器と充電回路を共用し、直流エネルギー散逸装置における直流コンデンサと変流器サブモジュールのコンデンサを同時に充電することができる。

図１２は本発明の他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートであり、装置の起動時には、以下のステップを含む。

ステップＳ１１０で、すべての電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにして、この時、充電スイッチが切れ、遮断スイッチが切れる。

ステップＳ１２０で、直流エネルギー散逸装置のすべての一方向導通ユニットの第２電力用半導体素子をオンにする。具体的には、他の実施形態では、一方向導通ユニットがない場合には、第２電力用半導体素子をオンにする必要はない。

ステップＳ１３０で、各直流コンデンサを利用して、第１電力用半導体素子を選択的にオンにすることにより、各電圧分担エネルギー散逸モジュールの電圧を均衡させる。すなわち、エネルギー散逸分岐を利用して、各電圧分担エネルギー散逸モジュールにおけるコンデンサの電圧を均衡させる。

図１３は本発明のまた他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートであり、装置の起動時には、充電ユニットを利用して装置に充電し、以下のステップを含む。

ステップＳ１２１で、直流回路が帯電した後、遮断スイッチを閉じ、充電抵抗によって、電圧分担エネルギー散逸モジュールの直流コンデンサに充電する。

ステップＳ１２２で、充電が完了すると、充電スイッチを閉じて、充電抵抗をバイパスする。

図１４は本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートであり、以下のステップを含む。

装置に接続された直流回路が正常に動作している場合、電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける第１電力用半導体素子はオフ状態にある。

ステップＳ１２０で、直流エネルギー散逸装置のすべての一方向導通ユニットの第２電力用半導体素子をオンにする。

この時、遮断スイッチと充電スイッチを閉じる。

ステップＳ１３１で、直流回路が過電圧になると、直流エネルギー散逸装置の両端の直流電圧が第１閾値を超えるまで上昇するとき、一定の規則に従って、一部の第１電力用半導体素子をオンにして、直流電圧が正常値に復帰した後、すべての第１電力用半導体素子をオフにする。

本実施形態では、直流回路が過電圧になると、エネルギー散逸モードに入る。正常値は４００ＫＶで、電圧制御対象の第１閾値は４２０ＫＶ、第２閾値は４４０ＫＶと設定されている。

エネルギー散逸モードにおいて、直流回路電圧が４２０ＫＶを超えたことを検出する時、一定の規則に従って、一部の電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける第１電力用半導体素子をオンにする。このとき、抵抗の投入により、エネルギーが散逸され、直流電圧値の変化はエネルギー蓄積の速度と散逸の速度に依存する。

エネルギーの散逸の速度が蓄積の速度より大きい場合、直流電圧が４００ＫＶ以下に回復したことを検出する時、電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける第１電力用半導体素子をオフにする。

ステップＳ１３２で、直流電圧が第２の閾値を超えるまで上昇すると、すべての第１電力用半導体素子をオンにして、直流電圧が正常値に復帰した後、すべての第１電力用半導体素子をオフにする。

エネルギーの蓄積の速度が散逸の速度よりも大きい場合、直流電圧が継続的に上昇し、直流電圧が４４０ＫＶを超えたとき、すべての電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける第１電力用半導体素子を同時にオンにして、最大のエネルギー散逸能力で直流側の累積エネルギーを解放する。

直流回路電圧が正常値４００ＫＶに復帰するまで、電圧分担エネルギー散逸モジュールにおける第１電力用半導体素子をオフにする。

電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生した場合、複数のバイパス方法が含まれる。

図１５は本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートであり、以下のステップを含む。

ステップＳ１４０で、電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにする。

ステップＳ１５０で、電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第２バイパススイッチを閉じ、直流コンデンサは第２バイパス分岐の第１放電抵抗によって放電される。

ステップＳ１６０で、直流コンデンサの電圧が放電安全値より低いと検出した後、電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第１バイパススイッチを閉じる。

本出願の実施形態に係る発明によれば、モジュールに故障が発生した場合、まず第２バイパススイッチを閉じて、直流コンデンサの電圧に蓄積されたエネルギーを解放し、直流電圧が安全放電電圧より低くなってから、第１バイパス分岐のバイパススイッチを閉じることにより、第１バイパススイッチを直接閉じる場合に起きる直流コンデンサの突然短絡による直流コンデンサの寿命に与える影響を避ける。

図１６は本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートであり、以下のステップを含む。

ステップＳ１４１で、第１電力用半導体素子に並列に接続された第３バイパススイッチを閉じて、直流コンデンサはエネルギー散逸抵抗によって放電される。

尚、装置が第３バイパススイッチを含み、かつ第１バイパススイッチを含む場合には、上記のステップが実行される。装置が第３バイパススイッチを含み、かつ第１バイパススイッチを含まない場合には、ステップＳ１６０がなく、直流コンデンサは、電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸抵抗によって放電され、エネルギー散逸抵抗に冷却システムが配置され、長時間的に流すことができる。

本出願の実施形態に係る発明によれば、モジュールに故障が発生した場合、まず第３バイパススイッチを閉じ、直流コンデンサの電圧に蓄積されたエネルギーを解放し、エネルギー散逸抵抗を放電抵抗として使用し、コストを節約し、設備の利用率を向上させることができると同時に、第３バイパススイッチは機械スイッチまたは固体スイッチであってよく、第１電力用半導体素子の予備と冗長性として、直流電圧が安全放電電圧より低くなってから、第１バイパス分岐のバイパススイッチを閉じることにより、第１バイパススイッチを直接閉じ流場合に起きる直流コンデンサの突然短絡による直流コンデンサの寿命に与える影響を避ける。

図１７は本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートであり、以下のステップを含む。

ステップＳ１７０で、電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、直流コンデンサの電圧が放電安全値より低い場合、電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第１バイパススイッチを閉じる。

本出願の実施形態に係る発明によれば、いくつかの重大な障害の場合、第１バイパススイッチを直接閉じてもよく、電圧分担エネルギー散逸モジュールを適時にバイパスして、バイパスの信頼性をさらに向上させることができる。

図１８は本発明のさらに他の実施形態に係る直流エネルギー散逸装置の制御方法のフローチャートであり、以下のステップを含む。

ステップＳ１８０で、電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、この電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第３電力用半導体素子をオンにして、この電圧分担エネルギー散逸モジュールをバイパスする。第３電力用半導体素子は、サイリスタを含むが、これらに限定されない。

本出願の実施形態に係る発明によれば、いくつかの重大な故障の場合、第３電力用半導体素子のバイパス方式を採用してもよく、直接サイリスタを導通し、または第３電力用半導体素子を過電圧で破壊することにより、モジュールをバイパスし、電圧分担エネルギー散逸モジュールを適時にバイパスして、バイパスの信頼性を大幅に向上させることができる。

なお、以上の図面を参照して説明した各実施形態は、本発明を説明するだけであり、本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明について修正または均等置換を行うものは、全て本発明の範囲内に含まれるべきであることを、当業者は理解すべきである。また、文脈に特に説明がある以外にも単数で出現する用語は複数の形を含み、逆も同様である。さらに、特に説明しない限り、任意の実施形態の全部または一部は、他の実施形態の全部または一部と関連して使用されてもよい。

Claims

直流エネルギー散逸装置であって、
同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの電圧分担エネルギー散逸モジュールを含む少なくとも１つのエネルギー消費ユニットを含み、
前記電圧分担エネルギー散逸モジュールは並列に接続された直流コンデンサ分岐とエネルギー散逸分岐とを含み、前記エネルギー散逸分岐は直列に接続された第１電力用半導体素子とエネルギー散逸抵抗とを含み、前記直流コンデンサ分岐は直流コンデンサと、また/あるいは、前記直流コンデンサに直列に接続されている、電流制限抵抗または電流制限インダクタまたはヒューズと、を含み、
前記電圧分担エネルギー散逸モジュールは、
前記直流コンデンサ分岐に並列に接続されている、直列に接続された第２バイパススイッチと第１放電抵抗とを含む第２バイパス分岐をさらに含み、前記第２バイパススイッチは機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む、第２バイパス分岐と、また/あるいは、
前記第１電力用半導体素子に並列に接続されている、機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む第３バイパススイッチと、を含むことを特徴とする直流エネルギー散逸装置。
前記直流エネルギー散逸装置は、同じ方向に直列に接続された少なくとも２つの第２電力用半導体素子を含み、前記エネルギー消費ユニットに直列に接続されている少なくとも１つの一方向導通ユニットをさらに含み、その中で、
前記一方向導通ユニットには１つの非線形抵抗が並列に接続され、また/あるいは、
前記エネルギー消費ユニットに直列に接続されている、並列に接続された充電抵抗と充電スイッチとを含む少なくとも１つの充電ユニットと、また/あるいは、
前記エネルギー消費ユニットに直列に接続されている少なくとも１つの遮断スイッチをさらに含み、その中で、
前記エネルギー散逸抵抗には少なくとも１つのダイオードが並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の直流エネルギー散逸装置。
前記直流エネルギー散逸装置は、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続されている、主動的に導通するまたは受動的に破壊される場合には、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールをバイパスする少なくとも１つの第３電力用半導体素子をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の直流エネルギー散逸装置。
前記電圧分担エネルギー散逸モジュールは、前記直流コンデンサ分岐に並列に接続されている電圧分担抵抗と、また/あるいは、
前記直流コンデンサ分岐に並列に接続されている、機械スイッチまたは電力用半導体素子からなる固体スイッチを含む第１バイパススイッチと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の直流エネルギー散逸装置。
前記第１電力用半導体素子には少なくとも１つのダイオードが逆並列に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の直流エネルギー散逸装置。
直流エネルギー散逸装置の制御方法であって、
すべての電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにするステップと、また/あるいは、
直流エネルギー散逸装置のすべての一方向導通ユニットの第２電力用半導体素子をオンにするステップと、また/あるいは、
充電スイッチをオフにして、充電抵抗によって、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールの各直流コンデンサを充電するステップと、
充電が完了すると、前記充電スイッチを閉じて、前記充電抵抗をバイパスするステップと、
前記各直流コンデンサを利用して、第１電力用半導体素子を選択的にオンにすることにより、各電圧分担エネルギー散逸モジュールの電圧を均衡させるステップと、を含み、
前記方法は、
電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにするステップと、
前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第２バイパススイッチを閉じ、前記各直流コンデンサは第２バイパス分岐の第１放電抵抗によって放電されるステップと、
前記各直流コンデンサの電圧が放電安全値より低いことを検出する時、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第１バイパススイッチを閉じるステップと、をさらに含み、
また/あるいは、前記方法は、
電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールのエネルギー散逸分岐の第１電力用半導体素子をオフにするステップと、
前記第１電力用半導体素子に並列に接続された第３バイパススイッチを閉じ、前記各直流コンデンサはエネルギー散逸抵抗によって放電されるステップと、
前記各直流コンデンサの電圧が放電安全値より低いことを検出する時、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第１バイパススイッチを閉じるステップと、をさらに含むことを特徴とする直流エネルギー散逸装置の制御方法。
前記各直流コンデンサを利用して、第１電力用半導体素子を選択的にオンにすることにより、各電圧分担エネルギー散逸モジュールの電圧を均衡させるステップは、
前記直流エネルギー散逸装置の両端の直流電圧が第１閾値を超えるまで上昇するとき、一定の規則に従って、一部の前記第１電力用半導体素子をオンにして、前記直流電圧が正常値に復帰した後、すべての前記第１電力用半導体素子をオフにするステップと、
前記直流電圧が第２閾値を超えるまで上昇すると、すべての前記第１電力用半導体素子をオンにして、前記直流電圧が正常値に復帰した後、すべての前記第１電力用半導体素子をオフにするステップと、を含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。
前記方法は、電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、前記各直流コンデンサの電圧が放電安全値より低いと、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第１バイパススイッチを閉じるステップと、あるいは、
電圧分担エネルギー散逸モジュールに故障が発生したことを検出する時、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールに並列に接続された第３電力用半導体素子をオンにして、前記電圧分担エネルギー散逸モジュールをバイパスするステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項６に記載の方法。