JPWO2019003290A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[電力変換装置の概略構成]
図1は、実施の形態1の電力変換装置の概略的な構成例を示す図である。図1を参照して、電力変換装置1は、主回路であるレグ回路4u,4v,4w(不特定のものを示す場合、レグ回路4と記載する)と、中央制御装置3とを備える。本実施の形態では、レグ回路4u,4v,4wの全体を電力変換回路部2と称する。
図1では、レグ回路4u,4v,4wにそれぞれ設けられた交流端子Nu,Nv,Nwを介して、交流回路12と電力変換回路部2とが直流的に接続される例を示した。これに代えて、交流回路12と各レグ回路4は、変圧器を介して交流的に接続されていてもよい。以下、図2および図3を参照していくつかの具体例を説明する。
図4は、図1の電力変換装置を利用したHVDCシステムの概略的な構成例を示す図である。
図5は、図1の電力変換装置を利用したBTBシステムの概略的な構成例を示す図である。
図6は、図1の各レグ回路を構成する変換器セルの一例を示す図である。図6に示す変換器セル7は、第1の入出力ノード25pと、第2の入出力ノード25nと、ハーフブリッジ型のブリッジ回路30と、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ47と、駆動制御部50と、電圧検出器48と、ラッチ型のスイッチ58と、電池59とを備える。電池59をバッテリ電源部とも称する。
次に、変換器セル7の動作と、変換器セル7の異常モードに関連する電力変換装置1の動作について説明する。まず、変換器セル7の動作状態には、以下の3つの動作状態がある。
上記のとおり、実施の形態1の電力変換装置1によれば、各変換器セル7を構成するブリッジ回路30の各アームには2個以上の半導体スイッチング素子32が並列に設けられている。これによって、電力変換装置1の電流容量を増加させることができるとともに、バイパススイッチの代わりとして、ブリッジ回路30の下アーム(すなわち、第2アーム34)を構成するスイッチング素子35A,35Bを用いることができる。第2アーム34を構成するスイッチング素子35A,35Bが全て同時に故障する可能性は低いからである。この結果、変換器セル7の容積とコストを抑制することができる。
実施の形態1では、各変換器セル7はハーフブリッジ型のブリッジ回路30によって構成されていた。以下では、各変換器セル7がフルブリッジ型またはスリークオーター(Three Quarter)型のブリッジ回路によって構成される場合について説明する。いずれの回路構成であっても、実施の形態1の場合と同様の効果を奏する。以下では、実施の形態1と異なる点について主に説明し、共通する点については説明を繰り返さない。
図9は、図1の各レグ回路を構成する変換器セルの他の構成例を示す図である。図9の変換器セル7は、ハーフブリッジ型のブリッジ回路30に代えてフルブリッジ型のブリッジ回路30Aが設けられている点で図6の変換器セル7と異なる。以下では、図6のブリッジ回路30と異なる点について主に説明し、図6の場合と共通する点については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
図10は、図1の各レグ回路を構成する変換器セルのさらに他の構成例を示す図である。図10の変換器セル7は、フルブリッジ型のブリッジ回路30Aに代えてスリークオーター型のブリッジ回路30Bが設けられている点で、図9の変換器セル7と異なる。
実施の形態3では、実施の形態1で説明した電力変換装置をSTATCOM(Static Synchronous Compensator)と称する無効電力補償装置に適用した例について説明する。
Claims (13)
- 互いにカスケード接続された複数の変換器セルを備え、
各前記変換器セルは、
第1の入出力ノードと、
第2の入出力ノードと、
エネルギー蓄積器と、
前記第1および第2の入出力ノードと前記エネルギー蓄積器との間の接続および非接続を切り替えるためのブリッジ回路とを含み、
前記ブリッジ回路を構成する複数のアームのうち、半導体スイッチング素子が設けられているアームの各々には複数の半導体スイッチング素子が並列に設けられており、
各前記変換器セルは、駆動制御部をさらに含み、
前記駆動制御部は、予め定める複数の異常モードをいずれも検出していない場合には、外部から与えられた指令に従って、前記ブリッジ回路を制御するように構成され、
前記駆動制御部は、前記複数の異常モードの少なくとも1つを検出した場合には、前記ブリッジ回路を構成する複数のアームのうち少なくとも1つに設けられた全ての半導体スイッチング素子をオン状態にすることによって、前記第1および第2の入出力ノード間を短絡するように構成される、電力変換装置。 - 前記ブリッジ回路を構成する複数のアームのうち、半導体スイッチング素子が設けられているアームの各々には前記複数の半導体スイッチング素子として2個の半導体スイッチング素子が並列に設けられている、請求項1に記載の電力変換装置。
- 各前記変換器セルの前記第1の入出力ノードと前記第2の入出力ノードとの間には、前記ブリッジ回路を構成する半導体スイッチング素子以外のスイッチが設けられていない、請求項1または2に記載の電力変換装置。
- 前記複数の異常モードは、前記エネルギー蓄積器の電圧が予め定める範囲外となることを含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記複数の異常モードは、前記駆動制御部と外部との通信が異常であることを含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記駆動制御部は、前記エネルギー蓄積器に保持された電圧によって駆動電圧を生成する電源回路を含み、
前記複数の異常モードは、前記駆動電圧が設定範囲にないことを含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記ブリッジ回路は、
前記エネルギー蓄積器の正極側ノードと前記第1の入出力ノードとの間に設けられた第1アームと、
前記エネルギー蓄積器の負極側ノードと前記第1の入出力ノードとの間に設けられた第2アームとを含み、
前記第2の入出力ノードは、前記エネルギー蓄積器の負極側ノードと直接接続され、
前記駆動制御部は、前記複数の異常モードの少なくとも1つを検出した場合には、前記第2アームを構成する全ての半導体スイッチング素子がオン状態になるように前記ブリッジ回路を制御する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 各前記変換器セルは、さらに、
バッテリ電源部と、
前記バッテリ電源部の出力と前記第2アームを構成する複数の半導体スイッチング素子のゲートとの間に接続された第1のラッチ型スイッチとを含み、
前記駆動制御部は、前記複数の異常モードの少なくとも1つを検出した場合には、前記第1のラッチ型スイッチをオンすることによって、前記第2アームを構成する全ての半導体スイッチング素子をオン状態にする、請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記ブリッジ回路は、
前記エネルギー蓄積器の正極側ノードと前記第1の入出力ノードとの間に設けられた第1アームと、
前記エネルギー蓄積器の負極側ノードと前記第1の入出力ノードとの間に設けられた第2アームと、
前記エネルギー蓄積器の正極側ノードと前記第2の入出力ノードとの間に設けられた第3アームと、
前記エネルギー蓄積器の負極側ノードと前記第2の入出力ノードとの間に設けられた第4アームとを含み、
前記駆動制御部は、前記複数の異常モードの少なくとも1つを検出した場合には、前記第2アームおよび前記第4アームを構成する全ての半導体スイッチング素子がオン状態になるように前記ブリッジ回路を制御する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 各前記変換器セルは、さらに、
バッテリ電源部と、
前記バッテリ電源部の出力と前記第2アームを構成する複数の半導体スイッチング素子のゲートとの間に接続された第1のラッチ型スイッチと、
前記バッテリ電源部の出力と前記第4アームを構成する複数の半導体スイッチング素子のゲートとの間に接続された第2のラッチ型スイッチとを含み、
前記駆動制御部は、前記複数の異常モードの少なくとも1つを検出した場合には、前記第1のラッチ型スイッチをオンすることによって前記第2アームを構成する全ての半導体スイッチング素子をオン状態にするとともに、前記第2のラッチ型スイッチをオンすることによって前記第4アームを構成する全ての半導体スイッチング素子をオン状態にする、請求項9に記載の電力変換装置。 - 前記ブリッジ回路は、
前記エネルギー蓄積器の正極側ノードと前記第1の入出力ノードとの間に設けられた第1アームと、
前記エネルギー蓄積器の負極側ノードと前記第1の入出力ノードとの間に設けられた第2アームと、
前記エネルギー蓄積器の正極側ノードと前記第2の入出力ノードとの間に設けられた第3アームと、
前記エネルギー蓄積器の負極側ノードと前記第2の入出力ノードとの間に設けられた第4アームとを含み、
前記駆動制御部は、前記複数の異常モードの少なくとも1つを検出した場合には、前記第1アームおよび前記第3アームを構成する全ての半導体スイッチング素子がオン状態になるように前記ブリッジ回路を制御する、請求項1〜6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記電力変換装置は、各前記変換器セルに制御指令および運転/停止指令を送信する中央制御装置をさらに備え、
前記中央制御装置は、前記複数の異常モードのいずれかが検出されたことによって前記第1の入出力ノードと前記第2の入出力ノードとの間が短絡状態である故障セルの数の情報を取得し、
前記中央制御装置は、前記故障セルの数が予め定める閾値を超えた場合には、前記電力変換装置の動作を停止するように構成される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 請求項1〜12のいずれか1項に記載の電力変換装置を備えた無効電力補償装置。
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