JPH0923659A

JPH0923659A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH0923659A
Application number: JP7169942A
Authority: JP
Inventors: Masahiko Akamatsu; 昌彦赤松
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-07-05
Filing date: 1995-07-05
Publication date: 1997-01-21

Abstract

(57)【要約】【目的】バイアス電流を供給するための電源を設ける
ことなく、事故波及を防止することができる電力変換装
置を得ることを目的とする。【構成】正側又は負側のスイッチング素子４〜９のう
ち、オフ状態にある一方のスイッチング素子をオン状態
に切り換えるオン制御を実行するとともに、そのオン制
御を実行してから所定時間経過後に、オン状態にある他
方のスイッチング素子をオフ状態に切り換えるオフ制御
を実行するようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、直流交流間で電力の
変換を行う電力変換器内で短絡事故等が発生した場合
に、その事故電流の上昇を抑制する電力変換装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は例えば特開平６−２７６７５６
号公報に示された従来の電力変換装置を示す構成図であ
り、図において、１は交流負荷または交流電源などの交
流系統、２は直流負荷または直流電源などの直流系統、
３は複数のスイッチング素子４〜９がブリッジ接続さ
れ、正側のスイッチング素子４（または５，６）と負側
のスイッチング素子７（または８，９）のスイッチング
状態が交互に切り換えられて電力変換を行う電圧型の電
力変換器、４〜９は自己ＯＦＦスイッチ機能を有するス
イッチング素子、１０〜１５はスイッチング素子４〜９
とそれぞれ逆並列に接続された整流素子である。

【０００３】また、１６は電力変換器３の直流正端子Ｐ
と直流負端子Ｎの間に接続された直流電圧平滑用のコン
デンサ、１７は電力変換器３の直流入力電流Ｉ_dcがバイ
アス電流Ｉ_b より小さい場合に限り電流（Ｉ_b −Ｉ_dc）
を導通する整流素子、１８は整流素子１７と並列に接続
されたリアクトル、１９はリアクトル１８と直列に接続
され、電力変換器３の直流入力電流Ｉ_dcの最大波高値よ
り大きいバイアス電流Ｉ_b を整流素子１７に対して出力
するバイアス電流供給手段、２０はバイアス電流供給手
段１９の整流器、２１はバイアス電流供給手段１９の補
助交流電源である。

【０００４】次に動作について説明する。まず、電力変
換器３は、平常運転中、図示せぬ制御手段によって各相
ごとに、正側のスイッチング素子４（または５，６）と
負側のスイッチング素子７（または８，９）のスイッチ
状態が交互に切り換えられて、直流交流間で電力変換を
行う。ただし、同相の正側のスイッチング素子と負側の
スイッチング素子が同時にオン状態になると、電力変換
器３の直流端子ＰＮ間が短絡状態になって、直流入力電
流Ｉ_dcが増大するので、かかる短絡状態を回避すべく、
ターンオン信号を出力するタイミングを遅らせる（また
は、ターンオフ信号を出力するタイミングを進ませる）
ことにより、短絡防止時間を設けている。

【０００５】因に、電力変換器３の交流出力電流が正弦
波の場合、その直流入力電流Ｉ_dcは図１２に示すような
包絡線の波形となる。ただし、電力変換器３がＰＷＭ形
の場合、ＰＷＭによってパルス状に裁断された波形とな
る。

【０００６】そして、平常運転中においては、事故電流
（電力変換器３の短絡事故等によって発生する電流）を
抑制する必要性がないので、コンデンサ１６が電力変換
器３の直流端子ＰＮ間に直接接続されているのと等価な
状態にすべく、整流素子１７を導通状態にする。即ち、
バイアス電流供給手段１９が、直流入力電流Ｉ_dcの最大
波高値より大きいバイアス電流Ｉ_b を整流素子１７に対
して出力するようにすれば（図１２参照）、平常運転中
においては常時、整流素子１７を導通状態にすることが
できる。因に、この場合にはＩ_b −Ｉ_dcの電流が整流素
子１７を通過することになる。

【０００７】一方、電力変換器３のスイッチング素子の
短絡破壊や接続工事ミス等によって、直流端子ＰＮ間が
短絡される等の事故が発生した場合には、直流端子ＰＮ
間の電位差がほぼ零になる関係上、直流入力電流Ｉ_dcが
増大してバイアス電流Ｉ_b より大きくなる。このため、
整流素子１７が非導通状態になり、直流入力電流Ｉ
_dc（事故電流）のすべてがリアクトル１８を通過するこ
とになる。しかしながら、リアクトル１８は、かかる事
故電流の上昇を抑制する作用をするので、リアクトル１
８によって事故電流の上昇が抑制されている間に、電力
変換器３のスイッチング素子を自己ＯＦＦスイッチ機能
によってターンオフさせ、事故波及を防止する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように構成されているので、事故電流の上昇をリ
アクトル１８によって抑制することができるが、直流入
力電流Ｉ_dcの最大波高値より大きいバイアス電流Ｉ_b を
出力できるバイアス電流供給手段１９を設けなければな
らず、装置が高価になってしまう問題点があった。ま
た、バイアス電流供給手段１９の出力電圧を安定化して
も、リアクトル１８の抵抗や整流器２０の電圧降下が周
囲温度によって変化する関係上、バイアス電流Ｉ_b が±
３０％前後変化してしまい、そのため、保護レベルが不
安定になってしまう問題点もあった（スイッチング素子
４〜９が安全にターンオフできる電流値には限界があ
り、ターンオフ能力に余裕を持たせ過ぎると、素子あた
りの出力が低下して不経済になる一方、ターンオフ能力
の限界一杯で使おうとすると、バイアス電流Ｉ_b の初期
値が増大する低温時の保護が困難になる）。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、バイアス電流を供給するための
電源を設けることなく、事故波及を防止することができ
る電力変換装置を得ることを目的とする。また、この発
明は、周囲温度が変化しても、ターンオフ能力に余裕を
持たせ過ぎることなく、低温時でも安全確実に事故波及
を防止することができる電力変換装置を得ることを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る電
力変換装置は、正側又は負側のスイッチング素子のう
ち、オフ状態にある一方のスイッチング素子がオン状態
に切り換わるタイミングと、オン状態にある他方のスイ
ッチング素子がオフ状態に切り換わるタイミングとが少
し重なって同時ＯＮ状態となる時間を意図的に作るもの
である。

【００１１】請求項２の発明に係る電力変換装置は、バ
イアス電流検出手段により検出されたバイアス電流が所
望値になるように、同時ＯＮ状態となる時間を調整する
ようにしたものである。

【００１２】請求項３の発明に係る電力変換装置は、バ
イアス電流が流れる線路の電流を線路電流検出手段によ
り検出し、この線路電流が所望値になるように、同時Ｏ
Ｎ状態の時間を調整するようにしたものである。

【００１３】請求項４の発明に係る電力変換装置は、電
力変換器を直流中間電位点を有する３レベルの電力変換
器で構成し、その直流中間電位点を中心にして当該電力
変換器の正負両側に、コンデンサ，整流素子及びリアク
トルを対称に設けるようにしたものである。

【００１４】

【作用】請求項１の発明における電力変換装置は、正側
又は負側のスイッチング素子のうち、オフ状態にある一
方のスイッチング素子がオン状態に切り換わるタイミン
グと、オン状態にある他方のスイッチング素子がオフ状
態に切り換わるタイミングとが重なって同時ＯＮ状態が
生じるよう制御することにより、バイアス電流を供給す
るための別電源（バイアス電流供給手段）を省略し、し
かも、平常運転中整流素子を導通状態にするバイアス電
流を供給できるようになる。

【００１５】請求項２の発明における電力変換装置は、
バイアス電流検出手段により検出されたバイアス電流が
所望値になるように、同時ＯＮ時間を調整する時間調整
手段を設けたことにより、周囲温度が変化しても、常に
一定のバイアス電流を供給することができるようにな
る。

【００１６】請求項３の発明における電力変換装置は、
バイアス電流が流れる線路の電流を線路電流検出手段に
より検出し、この線路電流が所望値になるように、同時
ＯＮ時間を調整する時間調整手段を設けたことにより、
周囲温度が変化しても、常に一定のバイアス電流を供給
することができるようになる。

【００１７】請求項４の発明における電力変換装置は、
電力変換器を直流中間電位点を有する３レベルの電力変
換器で構成し、その直流中間電位点を中心にして当該電
力変換器の正負両側に、コンデンサ，整流素子及びリア
クトルを対称に設けるようにしたことにより、電力変換
器を直流中間電位点を有する３レベルの電力変換器で構
成した場合でも、請求項１から請求項３の発明と同様の
作用が得られる。

【００１８】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図について説明
する。図１はこの発明の実施例１による電力変換装置を
示す構成図であり、図において、従来のものと同一符号
は同一または相当部分を示すので説明を省略する。３１
は交流系統１のリアクタンス、３２は直流線路に挿入さ
れたインダクタンス（直流系統の線路インダクタンスを
含む）、３３はコンデンサ１６と直列に接続され、その
コンデンサ１６の充電電流Ｉ_c1を通電する一方、そのコ
ンデンサ１６の放電電流Ｉ_c2を阻止する整流素子、３４
は整流素子３２と並列に接続されたリアクトル、３５は
電力変換器３における正側のスイッチング素子４（また
は５，６）又は負側のスイッチング素子７（または８，
９）のうち、オフ状態にある一方のスイッチング素子を
オン状態に切り換えるオン制御を実行するとともに、そ
のオン制御を実行してから所定時間（以下、同時導通時
間ｔ_onという）経過後に、オン状態にある他方のスイッ
チング素子をオフ状態に切り換えるオフ制御を実行する
制御手段である。

【００１９】次に動作について説明する。前記従来例の
場合、電力変換器３におけるスイッチング素子の切り換
えによって、電力変換器３の直流端子ＰＮ間が短絡状態
になるのを防止すべく、短絡防止時間を設けている。し
かしながら、短絡状態が短時間であれば、直流入力電流
Ｉ_dcはほとんど増大しないので、当該装置や系統に対し
て悪影響を与えることなく、リアクトル３４にバイアス
電流Ｉ_b を流すことができるので、この実施例１では、
正負のスイッチング素子が同時にオン状態になる同時導
通時間ｔ_onを設けている。

【００２０】即ち、制御手段３５が、例えば、Ｕ相のス
イッチング素子４とスイッチング素子７のスイッチング
状態を交互に切り換える場合、図２に示すように、まず
オフ状態にある一方のスイッチング素子をオン状態に切
り換えるオン制御を実行し、そのオン制御を実行してか
ら同時導通時間ｔ_on経過後に、オン状態にある他方のス
イッチング素子をオフ状態に切り換えるオフ制御を実行
する。

【００２１】これにより、スイッチング素子４とスイッ
チング素子７が同時にオン状態になる時間が存在するこ
とになり、その間、電力変換器３の直流端子ＰＮ間が短
絡状態になる。そして、電力変換器３の直流端子ＰＮ間
が短絡状態になると、コンデンサ１６の充電電荷によっ
てリアクトル３４に直流電圧Ｖ_b が印加されるため、リ
アクトル３４にバイアス電流Ｉ_b が流れることになる。
因に、バイアス電流Ｉ_b の波形は、図２に示すように、
リアクトル３４に対して直流電圧Ｖ_b がパルス状に印加
されるので、鋸歯状になる。

【００２２】よって、この実施例１によれば、平常運転
中において、コンデンサ１６の放電電流Ｉ_c2の波高値よ
り大きいバイアス電流Ｉ_b が流れるように同時導通時間
ｔ_onを適宜制御すれば、平常運転中においては常時、整
流素子３３を導通状態にすることができる。従って、上
記従来例のように、バイアス電流供給手段１９を設ける
ことなく、コンデンサ１６が電力変換器３の直流端子Ｐ
Ｎ間に直接接続されているのと等価な状態にすることが
できる。因に、平常運転中においては、Ｉ_b −Ｉ_c2の電
流が整流素子３３を通過することになる。

【００２３】なお、電力変換器３のスイッチング素子の
短絡破壊や接続工事ミス等によって、直流端子ＰＮ間が
短絡される等の事故が発生した場合には、直流端子ＰＮ
間の電位差がほぼ零になる関係上、コンデンサ１６の放
電電流Ｉ_c2が増大してバイアス電流Ｉ_b より大きくなる
ため、整流素子３３が非導通状態になり、放電電流Ｉ_c2
がリアクトル３４を通過することになる。しかしなが
ら、リアクトル３４は、自己を通過する電流の上昇を抑
制する作用をするので、短絡事故が発生しても、コンデ
ンサ１６の放電電流Ｉ_c2の上昇がリアクトル３４によっ
て抑制される結果、電力変換器３に対する流入電流の上
昇も抑制されることになる。そして、その流入電流の上
昇が抑制されている間に、電力変換器３のスイッチング
素子が自己ＯＦＦスイッチ機能によってターンオフし、
事故波及を防止する。

【００２４】実施例２．図３はこの発明の実施例２によ
る電力変換装置を示す構成図であり、図において、３６
はリアクトル３４に流れるバイアス電流Ｉ_b を検出する
電流検出器（バイアス電流検出手段）、３７は電流検出
器３６により検出されたバイアス電流Ｉ_b が指令値Ｉ_b ^*
に一致するように、同時導通時間ｔ_onを調整する時間調
整手段である。

【００２５】次に動作について説明する。上記実施例１
によれば、バイアス電流供給手段を設けることなく、リ
アクトル３４にバイアス電流Ｉ_b を流すことができる
が、上述したように周囲温度が変化すると、リアクトル
３４の抵抗等が変化する関係上、バイアス電流Ｉ_b が±
３０％前後変化してしまい、そのため、保護レベルが不
安定になってしまうことがある。

【００２６】そこで、この実施例２では、電流検出器３
６が、リアクトル３４に流れるバイアス電流Ｉ_b を検出
し、時間調整手段３７が、電流検出器３６により検出さ
れたバイアス電流Ｉ_b が指令値Ｉ_b ^*に一致するように、
同時導通時間ｔ_onを調整するようにしている。これによ
り、周囲温度が変化しても、常に一定のバイアス電流Ｉ
_b を供給することができるようになる。従って、この実
施例２によれば、周囲温度が変化しても、ターンオフ能
力に余裕を持たせ過ぎることなく、低温時でも安全確実
に事故波及を防止することができる。

【００２７】実施例３．上記実施例２では、電流検出器
３６がバイアス電流Ｉ_b を検出し、時間調整手段３７
が、そのバイアス電流Ｉ_b が指令値Ｉ_b ^*に一致するよう
に、同時導通時間ｔ_onを調整するものについて示した
が、図４に示すように、電流検出器３８（線路電流検出
手段）が、バイアス電流Ｉ_b が流れる線路の線路電流Ｉ
₀ を検出し、時間調整手段３９、その線路電流Ｉ₀ が指
令値Ｉ₀ ^*に一致するように、同時導通時間ｔ_onを調整す
るようにしてもよく、上記実施例２と同様の効果を奏す
ることができる。

【００２８】実施例４．上記実施例１〜３では、直流系
統２を電力変換器３の直流端子ＰＮ間に接続したものに
ついて示したが、図５〜図８に示すように接続してもよ
く、上記実施例１〜３と同様の効果を奏することができ
る。なお、定常的に有効電力の授受を行わない無効電力
補償装置等を接続する場合には、直流系統２は接続する
必要がない。

【００２９】実施例５．図９及び図１０はこの発明の実
施例５による電力変換装置を示す構成図であるが、図に
示すように、電力変換器３を直流中間電位点Ｍを有する
３レベルの電力変換器で構成するとともに、その直流中
間電位点Ｍを中心にして当該電力変換器の正負両側に、
コンデンサ１６，整流素子３３及びリアクトル３４を対
称に設けるようにしてもよく、上記実施例１〜４と同様
の効果を奏することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、正側又は負側のスイッチング素子のうち、オフ状態
にある一方のスイッチング素子をオン状態に切り換える
オン制御を実行するとともに、そのオン制御を実行して
から所定時間経過後に、オン状態にある他方のスイッチ
ング素子をオフ状態に切り換えるオフ制御を実行するよ
うに構成したので、従来のもののように、バイアス電流
を供給するための電源（バイアス電流供給手段）を設け
ることなく、事故波及を防止することができるようにな
り、その結果、当該装置を安価に構築することができる
効果がある。

【００３１】請求項２の発明によれば、バイアス電流検
出手段により検出されたバイアス電流が指令値に一致す
るように、所定時間を調整するように構成したので、周
囲温度が変化しても、常に一定のバイアス電流を供給す
ることができるようになり、その結果、周囲温度が変化
しても、ターンオフ能力に余裕を持たせ過ぎることな
く、低温時でも安全確実に事故波及を防止することがで
きる効果がある。

【００３２】請求項３の発明によれば、線路電流検出手
段により検出された線路電流が指令値に一致するよう
に、所定時間を調整するように構成したので、周囲温度
が変化しても、常に一定のバイアス電流を供給すること
ができるようになり、その結果、周囲温度が変化して
も、ターンオフ能力に余裕を持たせ過ぎることなく、低
温時でも安全確実に事故波及を防止することができる効
果がある。

【００３３】請求項４の発明によれば、電力変換器を直
流中間電位点を有する３レベルの電力変換器で構成し、
その直流中間電位点を中心にして当該電力変換器の正負
両側に、コンデンサ，整流素子及びリアクトルを対称に
設けるように構成したので、電力変換器を直流中間電位
点を有する３レベルの電力変換器で構成した場合でも、
請求項１から請求項３の発明と同様の作用が得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１による電力変換装置を示
す構成図である。

【図２】スイッチング素子の動作タイミング及びバイ
アス電流等を示す波形図である。

【図３】この発明の実施例２による電力変換装置を示
す構成図である。

【図４】この発明の実施例３による電力変換装置を示
す構成図である。

【図５】この発明の実施例４による電力変換装置を示
す構成図である。

【図６】この発明の実施例４による電力変換装置を示
す構成図である。

【図７】この発明の実施例４による電力変換装置を示
す構成図である。

【図８】この発明の実施例４による電力変換装置を示
す構成図である。

【図９】この発明の実施例５による電力変換装置を示
す構成図である。

【図１０】この発明の実施例５による電力変換装置を
示す構成図である。

【図１１】従来の電力変換装置を示す構成図である。

【図１２】直流入力電流とバイアス電流を示す波形図
である。

【符号の説明】

３電力変換器、４〜９スイッチング素子、１６コ
ンデンサ、３３整流素子、３４リアクトル、３５
制御手段、３６電流検出器（バイアス電流検出手
段）、３７，３９時間調整手段、３８電流検出器
（線路電流検出手段）。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のスイッチング素子がブリッジ接続
され、正側のスイッチング素子と負側のスイッチング素
子のスイッチング状態が交互に切り換えられて電力変換
を行う電力変換器と、上記電力変換器の直流端子間に接
続されたコンデンサと、上記コンデンサと上記電力変換
器の直流端子とで形成される閉ループに接続され、その
コンデンサの充電電流を通電する一方、そのコンデンサ
の放電電流を阻止する整流素子と、上記整流素子と並列
に接続されたリアクトルと、上記電力変換器における正
側又は負側のスイッチング素子が同時にＯＮ状態となる
タイミングを作るようオン・オフ制御する制御手段とを
備えた電力変換装置。
【請求項２】上記リアクトルに流れるバイアス電流を
検出するバイアス電流検出手段と、上記バイアス電流検
出手段により検出されたバイアス電流が所望値に一致す
るように、上記同時にＯＮ状態となる時間を調整する電
流制御手段とを設けたことを特徴とする請求項１記載の
電力変換装置。
【請求項３】上記バイアス電流が流れる線路の線路電
流を検出する線路電流検出手段と、上記線路電流検出手
段により検出された線路電流が指令値に一致するよう
に、上記同時にＯＮ状態となる時間を調整する電流制御
手段とを設けたことを特徴とする請求項１記載の電力変
換装置。
【請求項４】上記電力変換器を直流中間電位点を有す
る３レベルの電力変換器で構成し、その直流中間電位点
を中心にして当該電力変換器の正負両側に、上記コンデ
ンサ，整流素子及びリアクトルを対称に設けたことを特
徴とする請求項１から請求項３の何れか１項記載の電力
変換装置。