JPWO2017179127A1 - 電力変換装置の制御装置 - Google Patents

電力変換装置の制御装置 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2017179127A1
JPWO2017179127A1 JP2018511800A JP2018511800A JPWO2017179127A1 JP WO2017179127 A1 JPWO2017179127 A1 JP WO2017179127A1 JP 2018511800 A JP2018511800 A JP 2018511800A JP 2018511800 A JP2018511800 A JP 2018511800A JP WO2017179127 A1 JPWO2017179127 A1 JP WO2017179127A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
circuit
control circuit
control
power
converter
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.)
Granted
Application number
JP2018511800A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6673624B2 (ja
Inventor
一浩 臼木
一浩 臼木
智久 狼
智久 狼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Original Assignee
Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp filed Critical Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Publication of JPWO2017179127A1 publication Critical patent/JPWO2017179127A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6673624B2 publication Critical patent/JP6673624B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/08—Circuits specially adapted for the generation of control voltages for semiconductor devices incorporated in static converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/145—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means
    • H02M7/155—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only
    • H02M7/162—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H02M7/1623—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration with control circuit
    • H02M7/1626—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a thyratron or thyristor type requiring extinguishing means using semiconductor devices only in a bridge configuration with control circuit with automatic control of the output voltage or current
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/51—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/78—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled
    • H03K17/79—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used using opto-electronic devices, i.e. light-emitting and photoelectric devices electrically- or optically-coupled controlling bipolar semiconductor switches with more than two PN-junctions, or more than three electrodes, or more than one electrode connected to the same conductivity region
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/36—Arrangements for transfer of electric power between ac networks via a high-tension dc link
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H02M1/348—Passive dissipative snubbers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Abstract

実施形態によれば、他励式の電力変換装置の制御装置が提供される。電力変換装置は、第１、第２スイッチング回路を備え、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、直流電力を直流回路に供給する。第１スイッチング回路は、複数の第１変換器アームが直列接続される。第２スイッチング回路は、複数の第２変換器アームが直列接続される。制御装置は、第１、第２制御回路を備える。第１制御回路は、第１スイッチング回路と接続され複数の第１変換器アームのそれぞれのゲートパルスを制御する。第２制御回路は、第２スイッチング回路と接続され複数の第２変換器アームのそれぞれのゲートパルスを制御する。第１制御回路は、停電時に第１制御回路に所定時間電力を供給する第１停電補償回路を含む。第２制御回路は、停電時に第２制御回路に所定時間電力を供給する第２停電補償回路を含む。

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置の制御装置に関する。
サイリスタ素子を用いた他励式の電力変換装置の保護停止には、例えば、「ＧＳ(Gate Shift)−ＧＢ(Gate Block)−ＣＢＴ(Circuit Breaker Trip)」という手法が用いられる。ＨＶＤＣ(High Voltage Direct Current)などの直流送電方式においては、ゲートパルスを生成する制御装置が故障したときに、「ＧＳ−ＧＢ−ＣＢＴ」を用いて電力変換装置を停止させる場合がある。ＧＳとはサイリスタの点弧位相を９０°以上にして電力変換装置をインバータ領域で運転させることである。ＧＢとはゲートパルスを停止することである。ＣＢＴとは電力変換装置の交流側に接続される遮断器を解放することである。「ＧＳ−ＧＢ−ＣＢＴ」とはＧＳ後にＧＢを行いさらにＣＢＴを行う一連の保護連動のことである。また、ＧＳの代わりにＢＰＰ（バイパスペア）を用いて、保護停止させる手法がある。ＢＰＰとは電力変換器の変換器アームのうち、同じ相に接続されている高圧側アームと低圧側アームとを同時に導通させることである。
ＧＳ期間は、一般的に、４０ｍｓ〜１００ｍｓ程度であるが、例えば、制御装置の制御電源が喪失するような故障のときには、ＧＳ期間が完了するまで停電補償が行われている。停電補償は、電力変換装置全体として保護連動が完了するように制御装置のゲートパルス発生能力を維持する目的で行われる。このため、電力変換装置の制御装置は、制御回路を分割し停電補償回路を備えている。例えば、１２個の変換器アーム（バルブ）を備えた１２相の電力変換装置の構成であれば、１２相の各アーム毎に、ゲートパルスを生成する制御回路が設けられる。つまり、１２相の各相に停電補償回路が設けられている。このため、回路構成が複雑となり、制御装置が大型化する。このような制御装置においては、回路構成を簡素にすることが望まれている。
特開昭４８−８６０３４号公報 特開２００８−２２８１４７号公報
本発明の実施形態は、回路構成を簡素にできる電力変換装置の制御装置を提供する。
本発明の実施形態によれば、他励式の電力変換装置の制御装置が提供される。前記電力変換装置は、第１スイッチング回路と、第２スイッチング回路と、を備える。前記第１スイッチング回路は、複数の第１変換器アームが直列接続される。前記第２スイッチング回路は、複数の第２変換器アームが直列接続される。前記第１スイッチング回路の一端と前記第２スイッチング回路の一端とが直流回路の高圧側と接続される。前記第１スイッチング回路の他端と前記第２スイッチング回路の他端とが前記直流回路の低圧側と接続される。前記電力変換装置は、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記直流回路に供給する。前記制御装置は、第１制御回路と、第２制御回路と、を備える。前記第１制御回路は、前記第１スイッチング回路と接続され前記複数の第１変換器アームのそれぞれのゲートパルスを制御する。前記第２制御回路は、前記第２スイッチング回路と接続され前記複数の第２変換器アームのそれぞれのゲートパルスを制御する。前記第１制御回路は、第１停電補償回路を含む。前記第１停電補償回路は、前記第１制御回路の停電時に前記第１制御回路に所定時間電力を供給する。前記第２制御回路は、第２停電補償回路を含む。前記第２停電補償回路は、前記第２制御回路の停電時に前記第２制御回路に所定時間電力を供給する。
本発明の実施形態によれば、回路構成を簡素にできる電力変換装置の制御装置を提供することができる。
第１の実施形態に係る電力変換装置の主回路部及び制御装置を模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る変換器アームを模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る上位制御回路を模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る第１〜第３制御回路を模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る電力変換装置の主回路部及び制御装置の一部を模式的に表すブロック図である。 図６（ａ）及び図６（ｂ）は、電力変換装置の保護停止動作を例示するタイミングチャート図である。 第２の実施形態に係る変換器アームの位相角の関係を例示する図である。 第２の実施形態に係るバイパスペアの組み合わせを例示する図である。
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の主回路部及び制御装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、制御装置１０は、電力変換装置の主回路部３０（以下、単に主回路部３０という）と接続されている。主回路部３０は、交流電源２０及び直流回路５０に接続されている。交流電源２０は、例えば、三相交流電源である。交流電源２０は、三相交流電力Ｐａｃを主回路部３０に供給する。
主回路部３０は、交流電源２０から供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を直流回路５０に供給する。主回路部３０は、交流電力から直流電力への変換を行う。主回路部３０は、他励式である。制御装置１０は、主回路部３０による電力の変換を制御する。
直流回路５０は、高圧側直流母線５０Ｈと、低圧側直流母線５０Ｌと、を含む。高圧側直流母線５０Ｈは、例えば、海底ケーブルなどの直流ケーブルである。低圧側直流母線５０Ｌは、ケーブル帰路でもよいし、大地帰路や海水帰路などでもよい。すなわち、低圧側直流母線５０Ｌは、必要に応じて設けられ、省略可能である。
主回路部３０及び制御装置１０は、例えば、直流送電システムに用いられる。直流送電システムにおいては、直流回路５０の一端に主回路部３０が接続され、直流回路５０の他端に主回路部３０と同様の変換装置が接続される。直流送電システムでは、主回路部３０において交流電力から直流電力に変換し、反対側の変換装置において直流電力から交流電力に戻す。このように、直流送電システムでは、交流電力を直流電力に変換して送電を行い、直流電力を交流電力に再変換することにより、再変換後の交流電力を電力系統などに供給する。
主回路部３０は、交流遮断器３１と、変圧器３２、３３と、直流リアクトル３４と、第１スイッチング回路４１と、第２スイッチング回路４２と、第３スイッチング回路４３と、を含む。これら第１スイッチング回路４１、第２スイッチング回路４２及び第３スイッチング回路４３のそれぞれは、例えば、３相交流のＲ相、Ｓ相及びＴ相の交直変換器として機能する。第１スイッチング回路４１では、複数の第１変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２が直列に接続されている。第２スイッチング回路４２では、複数の第２変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２が直列に接続されている。第３スイッチング回路４３では、複数の第３変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２が直列に接続されている。ここで、第１〜第３変換器アームの１つを単にバルブ（または変換器アーム）とも呼ぶ。つまり、１つのスイッチング回路においては、複数のバルブ（ここでは、４つのバルブまたは変換器アーム）が直列接続されている。
第１スイッチング回路４１の一端と、第２スイッチング回路４２の一端と、第３スイッチング回路４３の一端とは、直流回路５０の高圧側と接続される。第１スイッチング回路４１の他端と、第２スイッチング回路４２の他端と、第３スイッチング回路４３の他端とは、直流回路５０の低圧側と接続される。
変換器アームＵ１とＸ１、変換器アームＶ１とＹ１、及び、変換器アームＷ１とＺ１は、ブリッジ接続される。変換器アームＵ２とＸ２、変換器アームＶ２とＹ２、及び、変換器アームＷ２とＺ２は、ブリッジ接続される。さらに、これらの２つのブリッジは、カスケード接続されている。
交流遮断器３１は、交流電源２０と主回路部３０との間に設けられている。交流遮断器３１は、交流電源２０と主回路部３０とを遮断する。
変圧器３２は、一次巻線３２ａと、二次巻線３２ｂと、を含む。変圧器３３は、一次巻線３３ａと、二次巻線３３ｂと、を含む。変圧器３２、３３の一次巻線３２ａ、３３ａのそれぞれは、交流遮断器３１を介して交流電源２０に接続されている。変圧器３２の二次巻線３２ｂは、変換器アームＵ１と変換器アームＸ１との間の交流接続点、変換器アームＶ１と変換器アームＹ１との間の交流接続点、及び、変換器アームＷ１と変換器アームＺ１との間の交流接続点に接続されている。変圧器３３の二次巻線３３ｂは、変換器アームＵ２と変換器アームＸ２との間の交流接続点、変換器アームＶ２と変換器アームＹ２との間の交流接続点、及び、変換器アームＷ２と変換器アームＺ２との間の交流接続点に接続されている。これにより、変圧器３２、３３で変圧された交流電力が、第１スイッチング回路４１、第２スイッチング回路４２及び第３スイッチング回路４３のそれぞれの交流接続点に供給される。
この例において、変圧器３２、３３は、三相変圧器である。変圧器３２の一次巻線３２ａは、Ｙ接続されている。変圧器３２の二次巻線３２ｂは、Ｙ接続されている。変圧器３３の一次巻線３３ａは、Ｙ接続されている。変圧器３３の二次巻線３３ｂは、△接続されている。従って、変換器アームＵ２、Ｘ２と、変換器アームＶ２、Ｙ２と、変換器アームＷ２、Ｚ２とに供給される交流電力の位相は、変換器アームＵ１、Ｘ１と、変換器アームＶ１、Ｙ１と、変換器アームＷ１、Ｚ１とに供給される交流電力の位相に対して３０°ずれる。なお、三相変圧器は、３つの単相の変圧器を用いて構成するようにしてもよい。あるいは、三相変圧器は、三次巻線を有する三巻線変圧器であってもよい。
第１スイッチング回路４１、第２スイッチング回路４２及び第３スイッチング回路４３の高圧側の直流出力点は、直流リアクトル３４に接続され、直流リアクトル３４を介して直流回路５０の高圧側直流母線５０Ｈに接続されている。第１スイッチング回路４１、第２スイッチング回路４２及び第３スイッチング回路４３の低圧側の直流出力点は、直流回路５０の低圧側直流母線５０Ｌに接続されている。
この例において、主回路部３０は、１２相の整流回路である。主回路部３０及び制御装置１０は、第１スイッチング回路４１、第２スイッチング回路４２及び第３スイッチング回路４３のスイッチングを制御することにより、交流電源２０から供給された交流電力を直流電力に変換する。主回路部３０は、高圧側直流母線５０Ｈと低圧側直流母線５０Ｌとの間に直流電圧を印加する。
なお、主回路部３０は、１２相の整流回路に限ることなく、６相の整流回路でもよい。さらには、２４相、３６相、４８相などのより多相の整流回路でもよい。また、交流電源２０の交流電力は、例えば、単相交流電力でもよい。
実施形態に係る制御装置１０は、第１制御回路１１と、第２制御回路１２と、第３制御回路１３と、上位制御回路１４と、を含む。第１制御回路１１は、例えば、Ｒ相用である。第２制御回路１２は、例えば、Ｓ相用である。第３制御回路１３は、例えば、Ｔ相用である。第１制御回路１１からは、光ケーブルを介して第１スイッチング回路４１へゲートパルスＧＵ１、ＧＸ１、ＧＵ２、ＧＸ２が伝送される。第１制御回路１１は、複数の変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２（Ｒ相）のそれぞれのゲートパルスＧＵ１、ＧＸ１、ＧＵ２、ＧＸ２を制御する。
また、各変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２からは、光ケーブルを介して各バルブが順方向に電圧が印加されているか、あるいは、逆方向に電圧が印加されているかを示すバルブモニタ信号ＭＵ１、ＭＸ１、ＭＵ２、ＭＸ２が第１制御回路１１に送信される。
第２制御回路１２からは、光ケーブルを介して第２スイッチング回路４２へゲートパルスＧＶ１、ＧＹ１、ＧＶ２、ＧＹ２が伝送される。第２制御回路１２は、複数の変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２（Ｓ相）のそれぞれのゲートパルスＧＶ１、ＧＹ１、ＧＶ２、ＧＹ２を制御する。
また、各変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２からは、光ケーブルを介して各バルブが順方向に電圧が印加されているか、あるいは、逆方向に電圧が印加されているかを示すバルブモニタ信号ＭＶ１、ＭＹ１、ＭＶ２、ＭＹ２が第２制御回路１２に送信される。
第３制御回路１３からは、光ケーブルを介して第３スイッチング回路４３へゲートパルスＧＷ１、ＧＺ１、ＧＷ２、ＧＺ２が伝送される。第３制御回路１３は、複数の変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２（Ｔ相）のそれぞれのゲートパルスＧＷ１、ＧＺ１、ＧＷ２、ＧＺ２を制御する。
また、各変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２からは、光ケーブルを介して各バルブが順方向に電圧が印加されているか、あるいは、逆方向に電圧が印加されているかを示すバルブモニタ信号ＭＷ１、ＭＺ１、ＭＷ２、ＭＺ２が第３制御回路１３に送信される。
図２は、第１の実施形態に係る第１変換器アームＵ１を模式的に表すブロック図である。
図２に表したように、変換器アームＵ１は、例えば、複数のサイリスタＴＨ１〜ＴＨ７と、複数の抵抗ＲＳ１〜ＲＳ７と、複数のコンデンサＣ１〜Ｃ７と、複数の分圧抵抗ＲＤ１〜ＲＤ７と、リアクトルＡＬ１、ＡＬ２と、を含む。第１変換器アームＵ１は、降圧側の端子Ｋと、低圧側の端子Ａと、を含む。なお、他の変換器アームＸ１、Ｕ２、Ｘ２、変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２、変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２の構成は、変換器アームＵ１の構成と実質的に同じである。これらについての詳細な説明は省略する。
各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７のそれぞれは、端子Ｋと端子Ａとの間で直列に接続されている。この例では、７つのサイリスタＴＨ１〜ＴＨ７が直列に接続されている。サイリスタの数は、７つ以下でもよいし、８つ以上でもよい。サイリスタは、１つでもよい。直列に接続するサイリスタの数は、印加される電圧値などに応じて適宜設定すればよい。
リアクトルＡＬ１は、直列に接続された各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７の一端に接続されている。この例では、リアクトルＡＬ１は、端子ＫとサイリスタＴＨ７のカソード端子との間に接続されている。リアクトルＡＬ２は、直列に接続された各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７の他端に接続されている。この例では、リアクトルＡＬ２は、サイリスタＴＨ１のアノード端子と端子Ａとの間に接続されている。なお、リアクトルなどの回路構成や接続位置などは、本例に限定されない。
抵抗ＲＳ１は、コンデンサＣ１と直列に接続されている。抵抗ＲＳ１及びコンデンサＣ１は、サイリスタＴＨ１と並列に接続されている。抵抗ＲＳ１及びコンデンサＣ１は、サイリスタＴＨ１に対して、いわゆるスナバ回路を形成する。
同様に、サイリスタＴＨ２には、抵抗ＲＳ２及びコンデンサＣ２を含むスナバ回路が並列に接続される。サイリスタＴＨ３には、抵抗ＲＳ３及びコンデンサＣ３を含むスナバ回路が並列に接続される。サイリスタＴＨ４には、抵抗ＲＳ４及びコンデンサＣ４を含むスナバ回路が並列に接続される。サイリスタＴＨ５には、抵抗ＲＳ５及びコンデンサＣ５を含むスナバ回路が並列に接続される。サイリスタＴＨ６には、抵抗ＲＳ６及びコンデンサＣ６を含むスナバ回路が並列に接続される。サイリスタＴＨ７には、抵抗ＲＳ７及びコンデンサＣ７を含むスナバ回路が並列に接続される。
各分圧抵抗ＲＤ１〜ＲＤ７は、各スナバ回路に並列に接続されている。各分圧抵抗ＲＤ１〜ＲＤ７は、直流成分の分圧抵抗である。各分圧抵抗ＲＤ１〜ＲＤ７は、例えば、各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７の順方向または逆方向の電圧を検出するバルブ電圧検出回路（図示せず）の電流制限抵抗等にも用いられる。本図では図示されないが、バルブ電圧検出回路の出力は、バルブモニタ信号ＭＵ１として第１制御回路１１へ光ケーブル等を使用して送信される。
各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７は、ゲート用ライトガイドＧ１１〜Ｇ１７（光ファイバ）を有する。ゲート用ライトガイドＧ１１〜Ｇ１７は、ゲートパルスＧＵ１を伝送する光ケーブルである。ゲート用ライトガイドＧ１１〜Ｇ１７は、サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７のゲートに光信号を入力する。各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７は、光信号の入力に応じて点弧（ターンオン）する。すなわち、各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７は、光サイリスタである。
各ゲート用ライトガイドＧ１１〜Ｇ１７は、第１制御回路１１に接続されている。第１制御回路１１は、各ゲート用ライトガイドＧ１１〜Ｇ１７を介して各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７のゲートにパルス状の光信号をゲートパルスＧＵ１として入力する。これにより、各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７を点弧させる。第１制御回路１１は、各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７に実質的に同時にパルス状の光信号を入力する。各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７は、実質的に同時に点弧する。これにより、変換器アームＵ１が、オン状態（導通状態）になる。
このように、第１制御回路１１は、光信号の入力により、変換器アームＵ１のオンタイミングを制御する。第１制御回路１１は、変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２毎にゲートパルスである光信号を生成し、それぞれのオンタイミングを制御する。
この例では、各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７に光サイリスタを用いている。各サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７は、光サイリスタに限ることなく、ゲートに電気信号を入力することによって点弧するサイリスタでもよい。また、スイッチング素子は、サイリスタに限ることなく、他の他励式のスイッチング素子でもよい。
図２では、変換器アームＵ１について説明したが、他の変換器アームＸ１、Ｕ２、Ｘ２、変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２、変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２についても同様であるため、説明及び図示は省略する。
さらに、図１に表すように、主回路部３０は、直流電流検出器３５と、直流電圧検出器３６と、交流電流検出器３７ａ〜３７ｃと、交流電流検出器３８ａ〜３８ｃと、交流電圧検出器３９ａ〜３９ｃと、交流電圧検出器４０ａ〜４０ｃと、をさらに含む。
直流電流検出器３５は、主回路部３０から出力される直流電流Ｉｄｃを検出し、直流電流Ｉｄｃの検出値を上位制御回路１４に入力する。直流電圧検出器３６は、主回路部３０から出力される直流電圧Ｖｄｃを検出する。直流電圧検出器３６は、直流電圧Ｖｄｃの検出値を上位制御回路１４に入力する。
交流電流検出器３７ａ〜３７ｃは、変圧器３２の二次側の各相の交流電流Ｉａｃａを検出し、交流電流Ｉａｃａの検出値を上位制御回路１４に入力する。交流電流検出器３８ａ〜３８ｃは、変圧器３３の二次側の各相の交流電流Ｉａｃｂを検出し、交流電流Ｉａｃｂの検出値を上位制御回路１４に入力する。
交流電圧検出器３９ａ〜３９ｃは、変圧器３２の二次側の各相の交流電圧Ｖａｃａを検出し、交流電圧Ｖａｃａの検出値を上位制御回路１４に入力する。交流電圧検出器４０ａ〜４０ｃは、変圧器３３の二次側の各相の交流電圧Ｖａｃｂを検出し、交流電圧Ｖａｃｂの検出値を上位制御回路１４に入力する。
なお、各交流電流検出器３７ａ〜３７ｃ、３８ａ〜３８ｃは、各変圧器３２、３３の一次側の交流電流を検出してもよい。各交流電圧検出器３９ａ〜３９ｃ、４０ａ〜４０ｃは、各変圧器３２、３３の一次側の交流電圧を検出してもよい。例えば、各変圧器３２、３３の一次側の交流電流を検出する交流電流検出器と、二次側の交流電流を検出する交流電流検出器と、各変圧器３２、３３の一次側の交流電圧を検出する交流電圧検出器と、二次側の交流電圧を検出する交流電圧検出器と、をそれぞれ設けてもよい。
図３は、第１の実施形態に係る上位制御回路を模式的に表すブロック図である。
図３に表すように、上位制御回路１４は、第１制御回路１１、第２制御回路１２及び第３制御回路１３のそれぞれと接続されている。上位制御回路１４は、第１〜第３制御回路１１〜１３と別体で構成されていてもよい。すなわち、上位制御回路１４は、第１〜第３制御回路１１〜１３のそれぞれと有線または無線を介して接続されていてもよい。
上位制御回路１４は、入力された交流電流Ｉａｃａ、Ｉａｃｂ、交流電圧Ｖａｃａ、Ｖａｃｂ、直流電流Ｉｄｃ及び直流電圧Ｖｄｃのそれぞれの検出値及び図示されていない、起動指令や停止指令、直流電力指令値、直流電流指令値、直流電圧指令値等に基づき、それに応じた各変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２、各変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２、及び各変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２の通電期間に相当する指令（位相制御パルスＰＨＳ）を、第１制御回路１１、第２制御回路１２及び第３制御回路１３にそれぞれに出力する。
上位制御回路１４は、位相制御回路１４ａと、故障検出回路１４ｂと、を含む。位相制御回路１４ａは、上記の位相制御パルスＰＨＳを生成し、生成した位相制御パルスＰＨＳを、第１〜第３制御回路１１〜１３のそれぞれに対して出力する。第１〜第３制御回路１１〜１３は、故障が発生した場合に、各々の制御回路の故障信号Ｆ１〜Ｆ３を故障検出回路１４ｂに送信する。故障検出回路１４ｂは、第１〜第３制御回路１１〜１３の動作状態を監視し、第１〜第３制御回路１１〜１３に故障が発生したか否かを判定する機能を備える。位相制御回路１４ａは、故障検出回路１４ｂと接続されており、第１〜第３制御回路１１〜１３の故障の発生に応じて位相制御パルスＰＨＳを出力することができる。
図４は、第１の実施形態に係る第１〜第３制御回路を模式的に表すブロック図である。
図４に表すように、第１制御回路１１は、第１制御電源１１ａと、第１停電検出回路１１ｂと、第１停電補償回路１１ｃと、第１ゲートパルス発生回路１１ｄと、第１バルブモニタ回路１１ｅと、第１パルス監視回路１１ｆと、第１論理和回路１１ｇと、を含む。第１停電検出回路１１ｂ、第１パルス監視回路１１ｆ及び第１論理和回路１１ｇは、第１制御回路１１の異常を検出する第１異常検出回路を構成する。
第１制御電源１１ａは、第１ゲートパルス発生回路１１ｄ及び第１バルブモニタ回路１１ｅに電源を供給する。第１停電検出回路１１ｂは、第１制御電源１１ａの状態を監視し、例えば、第１制御電源１１ａが故障し、その出力電圧がゼロまたは閾値以下と判定した場合に、第１制御回路１１が停電状態と判定する。第１停電補償回路１１ｃは、第１制御回路１１の停電時に第１ゲートパルス発生回路１１ｄ及び第１バルブモニタ回路１１ｅに所定時間電力を供給する。第１停電補償回路１１ｃには、例えば、バッテリや、コンデンサなどが用いられる。
図２で図示を省略したバルブ電圧検出回路からの出力であるバルブモニタ信号ＭＵ１、ＭＸ１、ＭＵ２、ＭＸ２は、第１スイッチング回路４１を構成する各変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２から出力される。第１バルブモニタ回路１１ｅは、第１スイッチング回路４１からバルブモニタ信号ＭＵ１、ＭＸ１、ＭＵ２、ＭＸ２を受信し、その信号に基づき第１スイッチング回路４１の変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２に印加されている電圧が順電圧であるか逆電圧であるかを判定し、その信号を第１ゲートパルス発生回路１１ｄに送信する。
第１ゲートパルス発生回路１１ｄは、上位制御回路１４からの指令（位相制御パルス）と、第１バルブモニタ回路１１ｅによる判定結果（順電圧または逆電圧）と、に基づいて、第１スイッチング回路４１に与えるゲートパルスＧＵ１、ＧＸ１、ＧＵ２、ＧＸ２を発生させる。
第１停電検出回路１１ｂは、第１制御回路１１が停電状態と判定するとその出力を第１論理和回路１１ｇに出力する。
第１パルス監視回路１１ｆは、第１ゲートパルス発生回路１１ｄの異常の有無を監視する。第１パルス監視回路１１ｆは、例えば、第１ゲートパルス発生回路１１ｄの出力であるゲートパルスＧＵ１、ＧＸ１、ＧＵ２、ＧＸ２のパルス幅が所定値以内に無いパルス幅異常の場合や、１サイクル中のパルスの数が所定値より大きいパルス数異常の場合や、パルスが所定期間出力されない欠相の場合や、パルスの出力の値が所定値より不足する出力不足の場合に、第１ゲートパルス発生回路１１ｄが異常と判定する。パルス出力の値は、例えば、パルス出力が電圧信号のときには電圧値であり、パルス出力が光信号のときには光量値である。
第１停電検出回路１１ｂは、第１制御回路１１が停電状態と判定するとその出力を第１論理和回路１１ｇに異常信号を出力する。第１パルス監視回路１１ｆは、第１ゲートパルス発生回路１１ｄが異常と判断すると、その出力を第１論理和回路１１ｇに異常信号を出力する。第１論理和回路１１ｇは、第１停電検出回路１１ｂからの異常信号または第１パルス監視回路１１ｆからの異常信号のどちらかを一方でも受信した場合は、第１制御回路１１の故障信号Ｆ１を上位制御回路１４に出力する。
第２制御回路１２は、第２制御電源１２ａと、第２停電検出回路１２ｂと、第２停電補償回路１２ｃと、第２ゲートパルス発生回路１２ｄと、第２バルブモニタ回路１２ｅと、第２パルス監視回路１２ｆと、第２論理和回路１２ｇと、を含む。第２停電検出回路１２ｂ、第２パルス監視回路１２ｆ及び第２論理和回路１２ｇは、第２制御回路１２の異常を検出する第２異常検出回路を構成する。
第２制御回路１２を構成する第２制御電源１２ａ、第２停電検出回路１２ｂ、第２停電補償回路１２ｃ、第２ゲートパルス発生回路１２ｄ、第２バルブモニタ回路１２ｅ、第２パルス監視回路１２ｆ、及び第２論理和回路１２ｇの動作は、第１制御回路１１を構成する第１制御電源１１ａ、第１停電検出回路１１ｂ、第１停電補償回路１１ｃ、第１ゲートパルス発生回路１１ｄ、第１バルブモニタ回路１１ｅ、第１パルス監視回路１１ｆ、及び第１論理和回路１１ｇの動作と同様である。ここでの繰り返しの説明を省略する。
第３制御回路１３は、第３制御電源１３ａと、第３停電検出回路１３ｂと、第３停電補償回路１３ｃと、第３ゲートパルス発生回路１３ｄと、第３バルブモニタ回路１３ｅと、第３パルス監視回路１３ｆと、第３論理和回路１３ｇと、を含む。第３停電検出回路１３ｂ、第３パルス監視回路１３ｆ及び第３論理和回路１３ｇは、第３制御回路１３の異常を検出する第３異常検出回路を構成する。
第３制御回路１３を構成する第３制御電源１３ａ、第３停電検出回路１３ｂ、第３停電補償回路１３ｃ、第３ゲートパルス発生回路１３ｄ、第３バルブモニタ回路１３ｅ、第３パルス監視回路１３ｆ、及び第３論理和回路１３ｇの動作は、第１制御回路１１を構成する第１制御電源１１ａ、第１停電検出回路１１ｂ、第１停電補償回路１１ｃ、第１ゲートパルス発生回路１１ｄ、第１バルブモニタ回路１１ｅ、第１パルス監視回路１１ｆ、及び第１論理和回路１１ｇの動作と同様である。ここでの繰り返しの説明を省略する。
なお、実施形態においては、各制御回路内に停電補償回路を備える構成としたが、制御回路の外部に停電補償回路を備える構成としてもよい。
このように、実施形態に係る電力変換装置の制御装置は、直列接続された複数の変換器アーム（複数のバルブ）１セット毎に１つの制御回路を備え、さらに、集約された制御回路毎に停電補償回路を備えている。すなわち、停電補償回路が制御回路毎に集約して設けられている。これにより、制御装置の回路構成を簡素にすることができる。
さらに、大容量の電力変換装置では、第１スイッチング回路（Ｒ相）と、第２スイッチング回路（Ｓ相）と、第３スイッチング回路（Ｔ相）と、が絶縁のためそれぞれ離隔されることがある。そこで、電力変換装置では、第１スイッチング回路（Ｒ相）、第２スイッチング回路（Ｓ相）、第３スイッチング回路（Ｔ相）毎に物理的に分割して制御回路を設けることで、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相のスイッチング回路のそれぞれの近くに個別に制御回路を配置することが可能となる。このため、交直変換器と制御回路との間に用いる光ケーブルの合計長を短くすることができる。
さらに、制御回路を、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相毎に設けることで、メンテナンス単位を最小化でき、メンテナンス時間を短く分割することにより、メンテナンス時間の短縮を図ることができる。
実施形態においては、三相交流の場合で３つのスイッチング回路及び３つの制御回路を例示して説明した。実施形態としては、少なくとも２つのスイッチング回路が直流回路に並列に接続されていて、それに対応して２つの制御回路を備えていればよい。例えば、単相交流で、フルブリッジの整流回路を用いた場合には、２つのスイッチング回路が設けられ、２つのスイッチング回路に対応して２つの制御回路が設けられる。
ここで、制御装置１０は、第１〜第３制御回路１１〜１３の少なくともいずれか１つが停電したときに、電力変換装置を安全に保護停止させる機能を有する。具体的には、ゲートシフト(ＧＳ)動作ではなく、バイパスペア（ＢＰＰ)動作により保護停止を行う。バイパスペア動作とは、交直変換器のバルブのうち、同じ相に接続されている高圧側バルブと低圧側バルブとを同時に導通させる動作のことをいう。第１スイッチング回路４１の場合、例えば、Ｕ１とＸ１、Ｕ２とＸ２、がそれぞれバイパスペアとなる。
図５は、第１の実施形態に係る電力変換装置の主回路部及び制御装置の一部を模式的に表すブロック図である。
以下、実施形態に係るバイパスペアを用いた保護停止動作について、図４及び図５に基づいて説明する。
図４及び図５において、例えば、第１制御回路１１の第１制御電源１１ａが故障し、第１制御回路１１が停電することを想定する。第１制御回路１１が停電すると、第１制御回路１１内では、電源が第１停電補償回路１１ｃから供給されるようになり、第１停電補償回路１１ｃから所定時間電力が供給される。第１制御電源１１ａが故障したこと（第１制御回路１１内で停電が起きたこと）は、第１停電検出回路１１ｂで検出され、第１論理和回路１１ｇを経由し、第１制御回路１１から上位制御回路１４に故障信号Ｆ１として通知される。
この通知を受けた上位制御回路１４は、直ちに、第１制御回路１１以外の１つの制御回路に対し、バイパスペア指令を出力する。また、第１制御回路１１及びバイパスぺア指令を出力していない制御回路に対して位相制御パルスＰＨＳの出力を停止する。
例えば、上位制御回路１４は、第２制御回路１２に対して、複数の変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２をバイパスペア状態にするバイパスペア指令ＢＰ２を出力し、第１制御回路１１及び第３制御回路１３への位相制御パルスＰＨＳの出力を停止する。
第２制御回路１２は、バイパスペア指令ＢＰ２に従って、第２スイッチング回路４２を構成する各変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２に対して、各ゲートパルスＧＶ１、ＧＹ１、ＧＶ２、ＧＹ２を出力する。各ゲートパルスＧＶ１、ＧＹ１、ＧＶ２、ＧＹ２は、第２ゲートパルス発生回路１２ｄにより出力される。なお、ここでは、変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２をバイパスペア状態にするために、上位制御回路１４から第２制御回路１２に対し、バイパスペア指令ＢＰ２を出力したが、上位制御回路１４から第２制御回路１２に対して出力する位相制御信号ＰＨＳを使用し、変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２がバイパスペア状態になるように各ゲートパルスＧＶ１、ＧＹ１、ＧＶ２、ＧＹ２が出力されるようなロジックを上位制御回路１４及び第２制御回路１２で構成してもよい。
第１制御回路１１が停電し、第１停電補償回路１１ｃから第１制御回路１１に電力が供給される所定時間、すなわち、停電補償時間は、バイパスペア指令ＢＰ２が出力されてから、バイパスペア指令ＢＰ２が与えられていない別の変換器アーム（例えば、Ｕ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２、Ｗ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２など）が正常にターンオフするまでの時間以上確保されていればよい。停電により、第１制御回路１１の第１ゲートパルス発生回路１１ｄのゲートパルス発生機能が喪失する。このとき、変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２及び変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２の中に通電中のアームがあった場合、ゲートパルスの有する部分転流失敗発生時の保護ゲート出力機能が喪失し、場合によっては変換器アームを構成するサイリスタの破損に至る可能性があるからである。したがって、停電しても変換器アームが完全にターンオフした後であれば、たとえ保護ゲート出力機能が失われたとしても、変換器アームを構成するサイリスタを破損させる可能性を低減できる。例えば、停電補償時間として、系統周波数の半サイクル分確保されていればよい。半サイクル分の時間とは、例えば、系統周波数が５０Ｈｚのときに、１０ミリ秒（ｍｓ）程度である。
なお、ここでは、第１制御回路１１の第１制御電源１１ａが故障し、第１制御回路１１が停電することを想定し、変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２をバイパスペア状態にするために上位制御回路１４から第２制御回路１２に対しバイパスペア指令ＢＰ２を出力するようにした。これの代わりに、変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２をバイパスペア状態にするために上位制御回路１４から第３制御回路１３に対しバイパスペア指令ＢＰ３を出力し、上位制御回路１４から第２制御回路１２に対する位相制御パルスＰＨＳの出力を停止してもよい。
第２制御回路１２または第３制御回路１３が停電した場合も同様である。例えば、変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２をバイパスペア状態にする。この場合、上位制御回路１４から第１制御回路１１に対しバイパスペア指令ＢＰ１を出力する。
図６（ａ）及び図６（ｂ）は、電力変換装置の保護停止動作を例示するタイミングチャート図である。
図６（ａ）は、参考例に係るゲートシフトを用いた場合の保護停止動作を示すタイミングチャート図である。
図６（ｂ）は、実施形態に係るバイパスペアを用いた場合の保護停止動作を示すタイミングチャート図である。
図中、ＧＳはゲートシフトを示す。ＧＢはゲートブロックを示す。ＣＢＴはＣＢ（遮断器）トリップを示す。ＢＰＰはバイパスペアを示す。
図６（ａ）に表すように、「ＧＳ−ＧＢ−ＣＢＴ」により保護停止動作を行う場合、ＧＳ動作の完了にはＴ１（ｍｓ）程度の時間を要する。つまり、停電補償時間としては、Ｔ１（ｍｓ）以上を確保しなくてはならない。Ｔ１は、直流回路のインダクタンスやゲートシフト位相に依存するが、一般的に、４０ｍｓ〜１００ｍｓ程度である。この場合、停電補償時間として、少なくとも４０ｍｓ以上を確保しなくてはならない。
これに対して、実施形態によれば、図６（ｂ）に表すように、「ＢＰＰ−ＣＢＴ−ＧＢ」により保護停止動作を行う。この場合、ＢＰＰ動作の完了にはＴ１よりも短いＴ２（ｍｓ）の時間ですむ。つまり、停電補償時間としては、Ｔ２（ｍｓ）以上確保出来ればよい。Ｔ２は、例えば、系統周波数が５０Ｈｚの半サイクル分の時間として、１０ｍｓ程度である。この場合、停電補償時間として、１０ｍｓ以上を確保すればよい。より望ましくは、マージンを含め、例えば、２０ｍｓ以上とするのが良い。
このように、実施形態によれば、停電補償回路を制御回路毎に集約して備え、さらに、バイパスペアを用いた保護停止動作を採用することにより、ゲートシフトを用いた保護停止動作と比べ、保護停止動作を迅速に実施することができ、さらに、停電補償時間を短くできるため、停電補償回路を長寿命化、小容量化することが可能となる。
（第２の実施形態）
第１の実施形態においては、第１〜第３制御回路１１〜１３の少なくとも１つの制御電源が喪失した場合について説明した。
次に、第１〜第３制御回路１１〜１３の少なくとも１つが故障しゲートパルスを出力できない場合について説明する。
ここで、図４、図５において、第１ゲートパルス発生回路１１ｄが何らかの原因で故障し、ゲートパルスＧＵ１を出力することができない場合を想定する。この場合、第１ゲートパルス発生回路１１ｄの異常（欠相）は、第１パルス監視回路１１ｆで検出され、異常信号として第１論理和回路１１ｇに送信される。異常信号は、第１論理和回路１１ｇを経由し第１制御回路１１から上位制御回路１４に故障信号Ｆ１として通知される。
この通知を受けた上位制御回路１４は、直ちに、第１制御回路１１以外の１つの制御回路に対して、バイパスペア指令を出力する。また、第１制御回路１１及びバイパスぺア指令を出力していない制御回路に対して位相制御パルスＰＨＳの出力を停止する。
以下、先に述べた第１制御回路１１の第１制御電源１１ａが故障し、第１制御回路１１が停電することを想定した動作と同様であるので、ここでの説明は省略する。
尚、本故障の場合、停電ではなく、第１ゲートパルス発生回路１１ｄの第１制御電源１１ａは維持される。このため、故障したゲートパルスＧＵ１以外のゲートパルスは出力可能な状態である。このような故障のみを想定した場合は、第１〜第３制御回路１１〜１３のそれぞれは、第１〜第３停電検出回路１１ｂ、１２ｂ、１３ｂ及び第１〜第３停電補償回路１１ｃ、１２ｃ、１３ｃを備えていなくてもよい。
なお、停電検出回路やパルス監視回路は、本実施形態では、第１〜第３制御回路１１〜１３のそれぞれの中に設けられているが、故障検出回路１４ｂとしては、第１〜第３制御回路１１〜１３のどの回路で異常が起きたかを検出できれば良い。このため、上位制御回路１４側で何らかの第１〜第３制御回路１１〜１３の故障監視を行う回路を設けることでもよい。
図７は、第２の実施形態に係る変換器アームの位相角の関係を例示する図である。
図７に表すように、第１スイッチング回路４１の場合、変換器アームＵ２、Ｘ２の位相は、変換器アームＵ１、Ｘ１の位相に対して３０°ずれる。第２スイッチング回路４２の場合、変換器アームＶ２、Ｙ２の位相は、変換器アームＶ１、Ｙ１の位相に対して３０°ずれる。第３スイッチング回路４３の場合、変換器アームＷ２、Ｚ２の位相は、変換器アームＷ１、Ｚ１の位相に対して３０°ずれる。変換器アームＵ１、Ｘ１と、変換器アームＶ１、Ｙ１と、変換器アームＷ１、Ｚ１と、はそれぞれ１２０°ずれている。
第１制御回路１１が故障した場合、複数の変換器アームＵ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２以外の複数の変換器アーム（Ｖ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２、Ｗ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２）を用いてバイパスペアを構成する。第２制御回路１２が故障した場合、複数の変換器アームＶ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２以外の複数の変換器アーム（Ｕ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２、Ｗ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２）を用いてバイパスペアを構成する。第３制御回路１３が故障した場合、複数の変換器アームＷ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２以外の複数の変換器アーム（Ｕ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２、Ｖ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２）を用いてバイパスペアを構成する。
図８は、第２の実施形態に係るバイパスペアの組み合わせを例示する図である。
図８に表すように、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相毎に４ケースずつの組み合わせがある。つまり、Ｒ相用の第１制御回路１１が故障した場合、「Ｖ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２」、「Ｖ１、Ｙ１、Ｗ２、Ｚ２」、「Ｗ１、Ｚ１、Ｖ２、Ｙ２」、「Ｗ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２」の４ケースとなる。Ｓ相用の第２制御回路１２が故障した場合、「Ｕ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２」、「Ｕ１、Ｘ１、Ｗ２、Ｚ２」、「Ｗ１、Ｚ１、Ｕ２、Ｘ２」、「Ｗ１、Ｚ１、Ｗ２、Ｚ２」の４ケースとなる。Ｔ相用の第３制御回路１３が故障した場合、「Ｕ１、Ｘ１、Ｕ２、Ｘ２」、「Ｕ１、Ｘ１、Ｖ２、Ｙ２」、「Ｖ１、Ｙ１、Ｕ２、Ｘ２」、「Ｖ１、Ｙ１、Ｖ２、Ｙ２」の４ケースとなる。
このように、実施形態においては、第１〜第３制御回路１１〜１３のいずれかが故障した場合でも、故障していない制御回路からゲートパルスを出力し、制御回路が故障した複数の変換器アーム以外でバイパスペアを構成させることが可能となる。これにより、１つの制御回路の故障が全体に波及することなく、交直変換器を安全に停止させることができる。
実施形態によれば、回路構成を簡素にできる電力変換装置の制御装置が提供できる。
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、第１制御回路、第１停電補償回路、第２制御回路、第２停電補償回路、第３制御回路及び第３停電補償回路などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
その他、本発明の実施の形態として上述した電力変換装置の制御装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての電力変換装置の制御装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (8)

  1. 複数の第１変換器アームを直列接続して構成する第１スイッチング回路と、複数の第２変換器アームを直列接続して構成する第２スイッチング回路と、を備え、前記第１スイッチング回路の一端と前記第２スイッチング回路の一端とが直流回路の高圧側に接続され、前記第１スイッチング回路の他端と前記第２スイッチング回路の他端とが前記直流回路の低圧側に接続され、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記直流回路に供給する他励式の電力変換装置の制御装置であって、
    前記第１スイッチング回路を構成する前記複数の第１変換器アームのそれぞれのゲートパルスを制御する第１制御回路と、
    前記第２スイッチング回路を構成する前記複数の第２変換器アームのそれぞれのゲートパルスを制御する第２制御回路と、
    を備え、
    前記第１制御回路は、前記第１制御回路の停電時に前記第１制御回路に所定時間電力を供給する第１停電補償回路を含み、
    前記第２制御回路は、前記第２制御回路の停電時に前記第２制御回路に所定時間電力を供給する第２停電補償回路を含む電力変換装置の制御装置。
  2. 前記電力変換装置は、複数の第３変換器アームを直列接続して構成する第３スイッチング回路をさらに備え、
    前記第３スイッチング回路は、一端が前記直流回路の前記高圧側に接続され、他端が前記直流回路の前記低圧側に接続され、
    前記制御装置は、前記第３スイッチング回路を構成する前記複数の第３変換器アームのそれぞれのゲートパルスを制御する第３制御回路をさらに備え、
    前記第３制御回路は、前記第３制御回路の停電時に前記第３制御回路に所定時間電力を供給する第３停電補償回路を含む請求項１記載の電力変換装置の制御装置。
  3. 前記第１制御回路、前記第２制御回路及び前記第３制御回路のそれぞれと接続された上位制御回路と、
    前記第１制御回路の異常を検出する第１異常検出回路と、
    前記第２制御回路の異常を検出する第２異常検出回路と、
    前記第３制御回路の異常を検出する第３異常検出回路と、
    をさらに備え、
    前記上位制御回路は、正常時において、前記第１スイッチング回路を構成する前記複数の第１変換器アームのそれぞれの位相制御パルスを前記第１制御回路へ出力し、前記第２スイッチング回路を構成する前記複数の第２変換器アームのそれぞれの位相制御パルスを前記第２制御回路へ出力し、前記第３スイッチング回路を構成する前記複数の第３変換器アームのそれぞれの位相制御パルスを前記第３制御回路へ出力し、
    前記上位制御回路は、前記第１異常検出回路からの信号を受信した場合、前記第１制御回路に対して、前記位相制御パルスの出力を停止するとともに、前記第２制御回路と前記第３制御回路に対して、前記第２スイッチング回路及び前記第３スイッチング回路の少なくともいずれかを使用してバイパスペアの状態にするバイパスペア指令を出力し、
    前記上位制御回路は、前記第２異常検出回路からの信号を受信した場合、前記第２制御回路に対して、前記位相制御パルスの出力を停止するとともに、前記第１制御回路と前記第３制御回路に対して、前記第１スイッチング回路及び前記第３スイッチング回路の少なくともいずれかを使用してバイパスペアの状態にするバイパスペア指令を出力し、
    前記上位制御回路は、前記第３異常検出回路からの信号を受信した場合、前記第３制御回路に対して、前記位相制御パルスの出力を停止するとともに、前記第１制御回路と前記第２制御回路に対して、前記第１スイッチング回路及び前記第２スイッチング回路の少なくともいずれかを使用してバイパスペアの状態にするバイパスペア指令を出力する請求項２記載の電力変換装置の制御装置。
  4. 前記所定時間は、前記バイパスペア指令が出力されてから、前記バイパスペア指令を受けていない、前記第１変換器アーム、前記第２変換器アーム及び前記第３変換器アームのいずれかがターンオフするまでの時間以上である請求項３記載の電力変換装置の制御装置。
  5. 前記第１制御回路は、前記第１制御回路に電源を供給する第１制御電源をさらに含み、
    前記第１異常検出回路は、前記第１制御電源の状態を監視して前記第１制御回路の停電を検出する機能をさらに有し
    前記第２制御回路は、前記第２制御回路に電源を供給する第２制御電源をさらに含み、
    前記第２異常検出回路は、前記第２制御電源の状態を監視して前記第２制御回路の停電を検出する機能をさらに有し、
    前記第３制御回路は、前記第３制御回路に電源を供給する第３制御電源をさらに含み、
    前記第３異常検出回路は、前記第３制御電源の状態を監視して前記第３制御回路の停電を検出する機能をさらに有する請求項３または４に記載の電力変換装置の制御装置。
  6. 前記第１異常検出回路は、前記第１制御回路のゲートパルスの状態を監視して前記第１制御回路のゲートパルスの異常を検出する機能をさらに有し、
    前記第２異常検出回路は、前記第２制御回路のゲートパルスの状態を監視して前記第２制御回路のゲートパルスの異常を検出する機能をさらに有し、
    前記第３異常検出回路は、前記第３制御回路のゲートパルスの状態を監視して前記第３制御回路のゲートパルスの異常を検出する機能をさらに有する請求項３〜５のいずれか１つに記載の電力変換装置の制御装置。
  7. 複数の第１変換器アームを直列接続して構成する第１スイッチング回路と、複数の第２変換器アームを直列接続して構成する第２スイッチング回路と、を備え、前記第１スイッチング回路の一端と前記第２スイッチング回路の一端とが直流回路の高圧側に接続され、前記第１スイッチング回路の他端と前記第２スイッチング回路の他端とが前記直流回路の低圧側に接続され、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、前記直流電力を前記直流回路に供給する他励式の電力変換装置の制御装置であって、
    前記第１スイッチング回路と接続され前記複数の第１変換器アームのそれぞれのオンタイミングを制御する第１制御回路と、
    前記第２スイッチング回路と接続され前記複数の第２変換器アームのそれぞれのオンタイミングを制御する第２制御回路と、
    前記第１制御回路及び前記第２制御回路のそれぞれと接続された上位制御回路と、
    を備え、
    前記上位制御回路は、前記第１制御回路の故障を検出したときに、前記第２制御回路に対して、前記第２スイッチング回路を使用してバイパスペアの状態にするバイパスペア指令を出力し、
    前記上位制御回路は、前記第２制御回路の故障を検出したときに、前記第１制御回路に対して、前記第１スイッチング回路を使用してバイパスペアの状態にするバイパスペア指令を出力する電力変換装置の制御装置。
  8. 前記電力変換装置は、複数の第３変換器アームを直列接続して構成する第３スイッチング回路をさらに備え、
    前記第３スイッチング回路は、一端が前記直流回路の前記高圧側と接続され、他端が前記直流回路の前記低圧側と接続され、
    前記制御装置は、前記上位制御回路及び前記第３スイッチング回路のそれぞれと接続され前記複数の第３変換器アームのそれぞれのオンタイミングを制御する第３制御回路をさらに備え、
    前記上位制御回路は、前記第１制御回路の故障を検出したときに、前記第２制御回路と前記第３制御回路に対して、前記第２スイッチング回路及び前記第３スイッチング回路の少なくともいずれかを使用してバイパスペアの状態にするバイパスペア指令を出力し、
    前記上位制御回路は、前記第２制御回路の故障を検出したときに、前記第１制御回路と前記第３制御回路に対して、前記第１スイッチング回路及び前記第３スイッチング回路の少なくともいずれかを使用してバイパスペアの状態にするバイパスペア指令を出力し、
    前記上位制御回路は、前記第３制御回路の故障を検出したときに、前記第１制御回路と前記第２制御回路に対して、前記第１スイッチング回路及び前記第２スイッチング回路の少なくともいずれかを使用してバイパスペアの状態にするバイパスペア指令を出力する請求項７記載の電力変換装置の制御装置。
JP2018511800A 2016-04-12 2016-04-12 電力変換装置の制御装置 Active JP6673624B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/061829 WO2017179127A1 (ja) 2016-04-12 2016-04-12 電力変換装置の制御装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2017179127A1 true JPWO2017179127A1 (ja) 2019-02-07
JP6673624B2 JP6673624B2 (ja) 2020-03-25

Family

ID=60042420

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018511800A Active JP6673624B2 (ja) 2016-04-12 2016-04-12 電力変換装置の制御装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10461660B2 (ja)
EP (1) EP3444935B1 (ja)
JP (1) JP6673624B2 (ja)
WO (1) WO2017179127A1 (ja)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4886034A (ja) * 1972-02-17 1973-11-14
JPS502854A (ja) * 1973-05-10 1975-01-13
JPS6051469A (ja) * 1983-08-26 1985-03-22 Hitachi Ltd 電力変換装置の駆動回路
JPH04344171A (ja) * 1991-05-20 1992-11-30 Toshiba Corp パルス発生装置
JPH07245953A (ja) * 1994-03-04 1995-09-19 Toshiba Corp 交直変換装置の制御システム
WO2015015623A1 (ja) * 2013-08-01 2015-02-05 株式会社日立製作所 半導体装置及び電力変換装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638416A (en) * 1984-03-01 1987-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Method and apparatus for high-voltage D.C. transmission with a bypass circuit for malfunctions
US5028825A (en) * 1989-10-18 1991-07-02 International Business Machines Corporation Self-powered SCR gate drive circuit with optical isolation
JP2739027B2 (ja) * 1993-08-19 1998-04-08 三菱電機株式会社 電力変換器の制御装置
SE505746C2 (sv) * 1995-04-07 1997-10-06 Asea Brown Boveri Skyddsutrustning vid en bipolär strömriktarstation
JP3715457B2 (ja) * 1999-02-25 2005-11-09 芝府エンジニアリング株式会社 直列補償装置
JP5134839B2 (ja) 2007-03-15 2013-01-30 東芝三菱電機産業システム株式会社 電力変換器のゲートパルス発生回路
EP2833535B1 (en) * 2012-03-30 2019-11-06 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Power source device
IL227354A0 (en) 2013-07-04 2013-12-31 Dekel Salomon Bag on wheels
US9614457B2 (en) * 2013-10-18 2017-04-04 Abb Schweiz Ag Modular thyristor-based rectifier circuits
JP6078458B2 (ja) * 2013-11-13 2017-02-08 東芝三菱電機産業システム株式会社 サイリスタ変換器の電圧検出異常検出回路

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4886034A (ja) * 1972-02-17 1973-11-14
JPS502854A (ja) * 1973-05-10 1975-01-13
JPS6051469A (ja) * 1983-08-26 1985-03-22 Hitachi Ltd 電力変換装置の駆動回路
JPH04344171A (ja) * 1991-05-20 1992-11-30 Toshiba Corp パルス発生装置
JPH07245953A (ja) * 1994-03-04 1995-09-19 Toshiba Corp 交直変換装置の制御システム
WO2015015623A1 (ja) * 2013-08-01 2015-02-05 株式会社日立製作所 半導体装置及び電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
EP3444935A1 (en) 2019-02-20
EP3444935A4 (en) 2019-11-27
WO2017179127A1 (ja) 2017-10-19
JP6673624B2 (ja) 2020-03-25
US10461660B2 (en) 2019-10-29
EP3444935B1 (en) 2021-03-10
US20190123660A1 (en) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107819357B (zh) 带有故障位置检测的隔离并联ups系统
KR20170108062A (ko) 선박 상에서의 전기 에너지의 분배
JP5286413B2 (ja) 低周波遮断器
US9722502B2 (en) Converter arrangement
US20150162782A1 (en) Method and system for a dual conversion uninterruptible power supply
JPWO2017119109A1 (ja) 交直変換装置及びその制御方法
JP2008172925A (ja) マトリックスコンバータのバックアップ運転装置
GB2512632A (en) Electrical component failure protection circuit
EP0762622B1 (en) High voltage DC link converter control and protection system
WO1996013090A1 (en) Detection and isolation circuit for a failed bridge power rectifier and an electrical system employing same
ES2906176T3 (es) Sistema de compensación de fases
JP6673624B2 (ja) 電力変換装置の制御装置
JP6751038B2 (ja) 電力変換装置
JP7155076B2 (ja) 制御装置及び電力変換システム
JP2019054641A (ja) 電力変換装置
JP5523297B2 (ja) 電力変換装置
JP3208369U (ja) デルタ―レス高調波相殺装置
JP6437683B2 (ja) デルタ―レス高調波相殺装置
WO2018130280A1 (en) Method and system for fault handling in dc power transmission
KR101561391B1 (ko) 고전압 직류 송전 시스템
RU2761430C1 (ru) УСТРОЙСТВО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПОЛНОФАЗНОГО НАПРЯЖЕНИЯ В 4-х ПРОВОДНОЙ СЕТИ 0,4/0,23 кВ
RU2661479C1 (ru) Подстанция электропередачи постоянного тока
WO2020121466A1 (ja) 電力供給システムおよび電力供給方法
JP2022148181A (ja) 電気鉄道用三相電力変換システム
JP2019033667A (ja) デルタ―レス高調波相殺装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180925

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191212

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200304

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200304

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6673624

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250