JPH10290572A - 電力変換装置 - Google Patents
電力変換装置Info
- Publication number
- JPH10290572A JPH10290572A JP9095548A JP9554897A JPH10290572A JP H10290572 A JPH10290572 A JP H10290572A JP 9095548 A JP9095548 A JP 9095548A JP 9554897 A JP9554897 A JP 9554897A JP H10290572 A JPH10290572 A JP H10290572A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power converter
- phase
- valve
- circuit
- current limiting
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】直流配線インダクタンスを小さくしかつアーム
短絡による過電流を確実に保護できる自励式電力変換装
置を提供することである。 【解決手段】変換装置を構成する各バルブの各相の直流
回路に全て限流回路を設ける。 【効果】直流平滑コンデンサの体積が大きい高電圧自励
式変換器において、どの相にアーム短絡が生じても限流
が可能となり、いち早くゲートブロックにより過電流保
護が可能となる。
短絡による過電流を確実に保護できる自励式電力変換装
置を提供することである。 【解決手段】変換装置を構成する各バルブの各相の直流
回路に全て限流回路を設ける。 【効果】直流平滑コンデンサの体積が大きい高電圧自励
式変換器において、どの相にアーム短絡が生じても限流
が可能となり、いち早くゲートブロックにより過電流保
護が可能となる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は自励式電力変換器に
関し、特に直流電圧を数十ｋＶから数百ｋＶという高い
電圧で使用する変換器において、アーム短絡による過電
流を抑制し変換器を確実に保護可能にした電力変換装置
に関する。
関し、特に直流電圧を数十ｋＶから数百ｋＶという高い
電圧で使用する変換器において、アーム短絡による過電
流を抑制し変換器を確実に保護可能にした電力変換装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】自励式電力変換器のアーム短絡による過
電流保護方式として、低圧インバータでは通常ヒューズ
による保護方式が使用される。しかし、直流電圧が高く
なると保護協調が可能なヒューズがなく、この方式では
保護ができなくなる。高電圧自励式変換器ではリアクト
ルとダイオードの並列体により短絡電流の傾斜をいった
ん抑制してその後ゲートブロックにより変換器を保護す
る方式が一般に使用されている。この方式ではリアクト
ルのインダクタンスを大きくし、変換器動作中はリアク
トルとダイオードを循環する電流を流しておき、過電流
が発生したらダイオードが逆回復し、リアクトルで電流
の上昇が抑制されるという原理による。この限流回路は
通常は、三相変換器の場合には直流平滑コンデンサとバ
ルブの中間に接続され、三相に共通に１回路設置する。
電流保護方式として、低圧インバータでは通常ヒューズ
による保護方式が使用される。しかし、直流電圧が高く
なると保護協調が可能なヒューズがなく、この方式では
保護ができなくなる。高電圧自励式変換器ではリアクト
ルとダイオードの並列体により短絡電流の傾斜をいった
ん抑制してその後ゲートブロックにより変換器を保護す
る方式が一般に使用されている。この方式ではリアクト
ルのインダクタンスを大きくし、変換器動作中はリアク
トルとダイオードを循環する電流を流しておき、過電流
が発生したらダイオードが逆回復し、リアクトルで電流
の上昇が抑制されるという原理による。この限流回路は
通常は、三相変換器の場合には直流平滑コンデンサとバ
ルブの中間に接続され、三相に共通に１回路設置する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】直流電圧が数十ｋＶか
ら数百ｋＶという高電圧の自励式変換器では、バルブの
スイッチ素子を直列に接続して高電圧化に対応する。ま
た、直流平滑コンデンサは単位コンデンサを直列に接続
し、容量を増やすためにさらに並列に接続する。単位コ
ンデンサとしては通常耐電圧１０ｋＶ程度，容量１０μ
Ｆ程度のものが使用されるから、例えば直流送電を想定
した場合、２５０ｋＶ程度の直流電圧となり、これに対
応するためには少なくとも２５直列は必要である。ま
た、総容量として１００μＦ程度が必要であるため、並
列数としては１００μＦ／（１０μＦ／２５直列）＝２
５０となり、合計２５×２５０＝６２５０個の単位コン
デンサを必要とする。単位コンデンサの電圧アンバラン
ス，電流アンバランスを考慮するとさらに個数が増加す
ることが予想される。６２５０個のコンデンサの総体積
はかなり大きくなる。このコンデンサをバルブの三相分
に共通に限流回路を介して接続することを考える。図２
には従来のバルブの構成を示す。三相変換器を構成する
各アーム２１，２２，２３，３１，３２，３３はＧＴＯ
を複数個直列接続して高電圧化する。直流平滑コンデン
サ４００は単位コンデンサ４１１，４１２，４１３，４
２１，４２２，４２３などを直並列に接続して大容量，
高電圧化する。図では６個の単位コンデンサで代表して
示しているが、実際にはさらに直並列に接続している。
コンデンサ４００とバルブ２１，２２，２３の間に限流
回路１１を接続する。限流回路１１を三相に共通に設け
ているため、図示のＡ，Ｂ，Ｃ部の配線がかなり長く、
また各相によって配線長が異なる。相によってはコンデ
ンサからバルブまでの距離がかなり長くなり、直流回路
の配線インダクタンスが大きくなる。すると、アームを
構成するスイッチ素子がターンオフする際の電圧跳ね上
がりが大きくなるため、素子耐圧の関係で遮断可能な電
流に制約を受けることになる。配線インダクタンスを低
減するために単位コンデンサをできるだけ三相分均等に
なるように分散配置させることを考える。ところが、限
流回路は三相分に共通に利用するため、分散配置したコ
ンデンサから一旦限流回路を通って、各相のアームへ分
岐することになる。この場合も、直流回路の配線インダ
クタンスが増加する。本発明の目的は、直流配線インダ
クタンスを小さくしかつアーム短絡による過電流を確実
に保護できる電力変換装置を提供することである。
ら数百ｋＶという高電圧の自励式変換器では、バルブの
スイッチ素子を直列に接続して高電圧化に対応する。ま
た、直流平滑コンデンサは単位コンデンサを直列に接続
し、容量を増やすためにさらに並列に接続する。単位コ
ンデンサとしては通常耐電圧１０ｋＶ程度，容量１０μ
Ｆ程度のものが使用されるから、例えば直流送電を想定
した場合、２５０ｋＶ程度の直流電圧となり、これに対
応するためには少なくとも２５直列は必要である。ま
た、総容量として１００μＦ程度が必要であるため、並
列数としては１００μＦ／（１０μＦ／２５直列）＝２
５０となり、合計２５×２５０＝６２５０個の単位コン
デンサを必要とする。単位コンデンサの電圧アンバラン
ス，電流アンバランスを考慮するとさらに個数が増加す
ることが予想される。６２５０個のコンデンサの総体積
はかなり大きくなる。このコンデンサをバルブの三相分
に共通に限流回路を介して接続することを考える。図２
には従来のバルブの構成を示す。三相変換器を構成する
各アーム２１，２２，２３，３１，３２，３３はＧＴＯ
を複数個直列接続して高電圧化する。直流平滑コンデン
サ４００は単位コンデンサ４１１，４１２，４１３，４
２１，４２２，４２３などを直並列に接続して大容量，
高電圧化する。図では６個の単位コンデンサで代表して
示しているが、実際にはさらに直並列に接続している。
コンデンサ４００とバルブ２１，２２，２３の間に限流
回路１１を接続する。限流回路１１を三相に共通に設け
ているため、図示のＡ，Ｂ，Ｃ部の配線がかなり長く、
また各相によって配線長が異なる。相によってはコンデ
ンサからバルブまでの距離がかなり長くなり、直流回路
の配線インダクタンスが大きくなる。すると、アームを
構成するスイッチ素子がターンオフする際の電圧跳ね上
がりが大きくなるため、素子耐圧の関係で遮断可能な電
流に制約を受けることになる。配線インダクタンスを低
減するために単位コンデンサをできるだけ三相分均等に
なるように分散配置させることを考える。ところが、限
流回路は三相分に共通に利用するため、分散配置したコ
ンデンサから一旦限流回路を通って、各相のアームへ分
岐することになる。この場合も、直流回路の配線インダ
クタンスが増加する。本発明の目的は、直流配線インダ
クタンスを小さくしかつアーム短絡による過電流を確実
に保護できる電力変換装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、単位直流コンデンサを各相にとって容量が均等にす
るような構造を前提に、各相ごとに限流回路を設ける。
こうすることで、体積の大きな直流コンデンサから一旦
共通の限流回路を通って各相のアームへ再び分岐するよ
うな配線インダクタンスの大きくなる構造を避けること
が可能となる。
に、単位直流コンデンサを各相にとって容量が均等にす
るような構造を前提に、各相ごとに限流回路を設ける。
こうすることで、体積の大きな直流コンデンサから一旦
共通の限流回路を通って各相のアームへ再び分岐するよ
うな配線インダクタンスの大きくなる構造を避けること
が可能となる。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
用いて説明する。ここでは、自己消弧型スイッチング素
子としてはＩＧＢＴ，ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリ
スタ）などが考えられるがここではＧＴＯを例にとり説
明する。
用いて説明する。ここでは、自己消弧型スイッチング素
子としてはＩＧＢＴ，ＧＴＯ（ゲートターンオフサイリ
スタ）などが考えられるがここではＧＴＯを例にとり説
明する。
【０００６】図１に本発明の第１の実施例を示す。三相
変換器を構成する各アーム２１，２２，２３，３１，３
２，３３はＧＴＯを複数個直列接続して高電圧化する。
直流平滑コンデンサ４００は単位コンデンサ４１１，４
１２，４１３，４２１，４２２，４２３などを直並列に
接続して大容量，高電圧化する。図では６個の単位コン
デンサで代表して示しているが、実際にはさらに直並列
に接続している。コンデンサ４００とバルブ２１，２
２，２３の間に限流回路１１，１２，１３を接続する。
各相ごとに分散配置した単位コンデンサに対応させて限
流回路を設けている。限流後のゲートブロック信号を発
生させるため、各相ごとに電流検出器１１１，１２１，
１３１を限流回路とバルブの間に挿入する。限流回路１
１から１３はリアクトルとダイオードの並列接続体で構
成する。この限流回路の動作を図３を用いて説明する。
限流回路１３はリアクトル１３０２とダイオード1301を
並列接続した回路で構成し、通常の運転状態ではアーム
２３のオン，オフに伴い、リアクトル１３０２とダイオ
ード１３０１を環流する電流ＩＤＣＬが常時流れてい
る。リアクトル１３０２のインダクタンスを大きく選べ
ば、ＩＤＣＬはほぼ一定の電流で環流させることができ
る。この状態の時、アーム短絡が発生したとすると単位
コンデンサ４１３の放電電流ＩＳ′が図示のように流れ
ようとする。コンデンサの初期電圧が高いため、電流Ｉ
Ｓ′の立ち上がりは急峻で時間Ｔ１後には過電流レベル
ＩＯＣに達する。通常このＴ１は数μｓ以下であり、検
出遅れなどによりゲートブロックが間に合わない。とこ
ろが、限流回路を接続しておくと電流は途中でＩＳのよ
うに傾きが抑制される。これは、環流電流ＩＤＣＬを越
えた時点でダイオード１３０１が逆回復し短絡電流はリ
アクトル１３０２を流れるようになるからである。限流
作用が効き始めると過電流レベルＩＯＣまでの時間はＴ
２となりゲートブロックが十分間に合うようになる。こ
の限流回路は短絡電流が流れる可能性のある回路に全て
接続しておく必要がある。本実施例では限流回路を直流
正極バスラインに設けているが、負極バスラインに設け
ても全く同様の効果が得られる。
変換器を構成する各アーム２１，２２，２３，３１，３
２，３３はＧＴＯを複数個直列接続して高電圧化する。
直流平滑コンデンサ４００は単位コンデンサ４１１，４
１２，４１３，４２１，４２２，４２３などを直並列に
接続して大容量，高電圧化する。図では６個の単位コン
デンサで代表して示しているが、実際にはさらに直並列
に接続している。コンデンサ４００とバルブ２１，２
２，２３の間に限流回路１１，１２，１３を接続する。
各相ごとに分散配置した単位コンデンサに対応させて限
流回路を設けている。限流後のゲートブロック信号を発
生させるため、各相ごとに電流検出器１１１，１２１，
１３１を限流回路とバルブの間に挿入する。限流回路１
１から１３はリアクトルとダイオードの並列接続体で構
成する。この限流回路の動作を図３を用いて説明する。
限流回路１３はリアクトル１３０２とダイオード1301を
並列接続した回路で構成し、通常の運転状態ではアーム
２３のオン，オフに伴い、リアクトル１３０２とダイオ
ード１３０１を環流する電流ＩＤＣＬが常時流れてい
る。リアクトル１３０２のインダクタンスを大きく選べ
ば、ＩＤＣＬはほぼ一定の電流で環流させることができ
る。この状態の時、アーム短絡が発生したとすると単位
コンデンサ４１３の放電電流ＩＳ′が図示のように流れ
ようとする。コンデンサの初期電圧が高いため、電流Ｉ
Ｓ′の立ち上がりは急峻で時間Ｔ１後には過電流レベル
ＩＯＣに達する。通常このＴ１は数μｓ以下であり、検
出遅れなどによりゲートブロックが間に合わない。とこ
ろが、限流回路を接続しておくと電流は途中でＩＳのよ
うに傾きが抑制される。これは、環流電流ＩＤＣＬを越
えた時点でダイオード１３０１が逆回復し短絡電流はリ
アクトル１３０２を流れるようになるからである。限流
作用が効き始めると過電流レベルＩＯＣまでの時間はＴ
２となりゲートブロックが十分間に合うようになる。こ
の限流回路は短絡電流が流れる可能性のある回路に全て
接続しておく必要がある。本実施例では限流回路を直流
正極バスラインに設けているが、負極バスラインに設け
ても全く同様の効果が得られる。
【０００７】図４には、限流回路を含めたバルブの実装
例を示す。バルブは各相ごとに縦に積み重ね、下に限流
回路を置く。直流平滑コンデンサ４００を下段にしかも
単位コンデンサを各相ごとに分散して配置する。限流回
路を各相ごとに設けることにより、各相ごとの直流配線
インダクタンスを最短にすることができる。インダクタ
ンスを支配する配線バー５１３，５２３，５３３，５４
３の合計の長さが最短であることがわかる。また、この
長さは各相において均等にすることができる。図５に本
発明の第２の実施例を示す。本実施例は、図１の実施例
を三相多重の自励式変換器に適用した例である。変換器
容量を増加させるため通常、図５に示すようにバルブ５
１から５４を変圧器８０を使用して多重接続する。この
例では単位変換器の４倍の容量の変換器を実現すること
が可能となる。直流平滑コンデンサとバルブの間の配線
インダクタンスを低減するために直流平滑コンデンサを
４分割し、７１から７４のように配置する。コンデンサ
７１〜７４も高電圧，大容量となるため体積が非常に大
きくなる。したがって、実施例１と同様の理由により、
各変換器においても各相ごとに限流回路を接続する。こ
れにより、どのバルブのどの相がアーム短絡しても対応
する限流回路が動作するので、確実に過電流保護が可能
となる。また、各バルブの各相において、配線インダク
タンスを最小にかつ均等にすることが可能となる。
例を示す。バルブは各相ごとに縦に積み重ね、下に限流
回路を置く。直流平滑コンデンサ４００を下段にしかも
単位コンデンサを各相ごとに分散して配置する。限流回
路を各相ごとに設けることにより、各相ごとの直流配線
インダクタンスを最短にすることができる。インダクタ
ンスを支配する配線バー５１３，５２３，５３３，５４
３の合計の長さが最短であることがわかる。また、この
長さは各相において均等にすることができる。図５に本
発明の第２の実施例を示す。本実施例は、図１の実施例
を三相多重の自励式変換器に適用した例である。変換器
容量を増加させるため通常、図５に示すようにバルブ５
１から５４を変圧器８０を使用して多重接続する。この
例では単位変換器の４倍の容量の変換器を実現すること
が可能となる。直流平滑コンデンサとバルブの間の配線
インダクタンスを低減するために直流平滑コンデンサを
４分割し、７１から７４のように配置する。コンデンサ
７１〜７４も高電圧，大容量となるため体積が非常に大
きくなる。したがって、実施例１と同様の理由により、
各変換器においても各相ごとに限流回路を接続する。こ
れにより、どのバルブのどの相がアーム短絡しても対応
する限流回路が動作するので、確実に過電流保護が可能
となる。また、各バルブの各相において、配線インダク
タンスを最小にかつ均等にすることが可能となる。
【０００８】
【発明の効果】本発明により、過電流保護が可能でかつ
直流回路配線インダクタンスを低減することが可能な大
容量自励式電力変換器を提供できる。
直流回路配線インダクタンスを低減することが可能な大
容量自励式電力変換器を提供できる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す。
【図２】従来例の説明図を示す。
【図３】本発明の第１の実施例の動作を示す。
【図４】本発明の第１の実施例の構造を示す。
【図５】本発明の第２の実施例を示す。
１１，１２，１３，６１，６２，６３，６４…限流回
路、２１，２２，２３，３１，３２，３３…バルブアー
ム、５１，５２，５３，５４…単位変換器、８０…多重
変圧器、１１１，１２１，１３１，６１１〜６１３，６
２１〜６２３，６３１〜６３３，６４１〜６４３…電流
検出器、４００…直流平滑コンデンサ、４１１，４１
２，４１３，４２１，４２２，４２３…単位直流平滑コ
ンデンサ、５１３，５２３，５３３…配線バー、Ｐ…直
流正極端子、Ｎ…直流負極端子、ＩＯＣ…過電流設定
値。
路、２１，２２，２３，３１，３２，３３…バルブアー
ム、５１，５２，５３，５４…単位変換器、８０…多重
変圧器、１１１，１２１，１３１，６１１〜６１３，６
２１〜６２３，６３１〜６３３，６４１〜６４３…電流
検出器、４００…直流平滑コンデンサ、４１１，４１
２，４１３，４２１，４２２，４２３…単位直流平滑コ
ンデンサ、５１３，５２３，５３３…配線バー、Ｐ…直
流正極端子、Ｎ…直流負極端子、ＩＯＣ…過電流設定
値。
Claims (3)
- 【請求項１】自己消弧型スイッチング素子で構成するバ
ルブと直流平滑コンデンサからなる自励式電力変換器に
おいて、アーム短絡保護用限流回路を前記バルブと前記
直流平滑コンデンサの間に、全ての相に接続したことを
特徴とする電力変換装置。 - 【請求項２】自己消弧型スイッチング素子で構成するバ
ルブと直流平滑コンデンサからなる単位自励式電力変換
器を複数台設け、交流端子側で変圧器を使用して多重接
続した電力変換器において、アーム短絡保護用限流回路
を前記バルブと前記直流平滑コンデンサの間に、全ての
単位変換器の全ての相に接続したことを特徴とする電力
変換装置。 - 【請求項３】請求項１または２において、アーム短絡保
護用限流回路はリアクトルとダイオードの並列接続体で
構成したことを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9095548A JPH10290572A (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 電力変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9095548A JPH10290572A (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 電力変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10290572A true JPH10290572A (ja) | 1998-10-27 |
Family
ID=14140636
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9095548A Pending JPH10290572A (ja) | 1997-04-14 | 1997-04-14 | 電力変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10290572A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100326111B1 (ko) * | 1998-03-12 | 2002-03-07 | 니시무로 타이죠 | 전력 변환기 |
| WO2005015726A1 (ja) * | 2003-08-12 | 2005-02-17 | Hitachi, Ltd. | マトリクスコンバータを使用した電力変換装置 |
| KR100478690B1 (ko) * | 2002-10-22 | 2005-03-23 | 김흥근 | 멀티레벨 컨버터를 이용한 고전압 직류 전원장치의 부하단락 보호 기법 및 장치 |
| US9800171B2 (en) | 2014-02-14 | 2017-10-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Protection system for DC power transmission system, AC-DC converter, and method of interrupting DC power transmission system |
| US10411589B2 (en) | 2014-12-22 | 2019-09-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus and power semiconductor module |
-
1997
- 1997-04-14 JP JP9095548A patent/JPH10290572A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100326111B1 (ko) * | 1998-03-12 | 2002-03-07 | 니시무로 타이죠 | 전력 변환기 |
| KR100478690B1 (ko) * | 2002-10-22 | 2005-03-23 | 김흥근 | 멀티레벨 컨버터를 이용한 고전압 직류 전원장치의 부하단락 보호 기법 및 장치 |
| WO2005015726A1 (ja) * | 2003-08-12 | 2005-02-17 | Hitachi, Ltd. | マトリクスコンバータを使用した電力変換装置 |
| US9800171B2 (en) | 2014-02-14 | 2017-10-24 | Mitsubishi Electric Corporation | Protection system for DC power transmission system, AC-DC converter, and method of interrupting DC power transmission system |
| US10411589B2 (en) | 2014-12-22 | 2019-09-10 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion apparatus and power semiconductor module |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jacobson et al. | VSC-HVDC transmission with cascaded two-level converters | |
| US9780556B2 (en) | Voltage sourced converter with semiconductor modules handling a DC current fault | |
| JP3745561B2 (ja) | 多レベル中性点電位固定型電力変換装置 | |
| EP2471164B1 (en) | Converter cell module with autotransformer bypass, voltage source converter system comprising such a module and a method for controlling such a system | |
| US11139733B2 (en) | Modular multilevel converter sub-module having DC fault current blocking function and method of controlling the same | |
| JPWO2017168519A1 (ja) | 電力変換装置 | |
| CA2620100A1 (en) | Inverter circuit with distributed energy stores | |
| GB2519791A (en) | Breaker circuit | |
| JPH10243660A (ja) | 電力変換装置 | |
| US10530270B2 (en) | Modular isolated half-bridge based capacitor-tapped multi-module converter with inherent DC fault segregation capability | |
| JP3226246B2 (ja) | 系統連系用高電圧自励変換装置 | |
| JPH10290572A (ja) | 電力変換装置 | |
| JPH03261377A (ja) | 電力変換装置の保護装置 | |
| JPH1028319A (ja) | 直列補償システムの保護装置 | |
| JP3264632B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| WO2021111526A1 (ja) | 電力変換装置 | |
| JPH1094249A (ja) | チョッパ回路 | |
| JP6765588B1 (ja) | 電力変換システム | |
| JP7086298B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| JP3296408B2 (ja) | 電力変換装置 | |
| JPH10112983A (ja) | 電力変換器の保護装置 | |
| JPH06205587A (ja) | 枝路対に対する接続回路網及びその使用方法 | |
| JP2812123B2 (ja) | 電力用半導体装置の保護装置 | |
| JPH08196081A (ja) | 電力変換装置 | |
| JP3117457B2 (ja) | スナバ回路 |