WO2019049621A1 - 電圧補償装置 - Google Patents

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WO2019049621A1
WO2019049621A1 PCT/JP2018/030342 JP2018030342W WO2019049621A1 WO 2019049621 A1 WO2019049621 A1 WO 2019049621A1 JP 2018030342 W JP2018030342 W JP 2018030342W WO 2019049621 A1 WO2019049621 A1 WO 2019049621A1
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WO
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terminal
current
transformer
secondary winding
diode
Prior art date
Application number
PCT/JP2018/030342
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English (en)
French (fr)
Inventor
高野　祐輔
俊介 玉田
宏 餅川
裕史 児山
渡邊　裕治
Original Assignee
株式会社 東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
    • H02H9/02—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection responsive to excess current
    • 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
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    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load
    • 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

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a voltage compensator.
  • the power line impedance increases according to the distance from the substation, so the voltage drop may lower the received voltage at the end of the system.
  • an accident such as a ground fault may occur due to a lightning strike or the like, and an excessive current may flow in a device connected to the system. It is necessary to protect the device from such an accident.
  • the embodiments provide a voltage compensation device that enables protection from excessive current if an excessive fault current flows in the power system.
  • the voltage compensation device compensates for the voltage of the power system.
  • This voltage compensation device includes a first diode that causes current to flow from the first AC terminal to the first DC terminal, a first switching element connected in anti-parallel to the first diode, and a second DC terminal from the second DC terminal.
  • a third diode for passing a current from the second diode flowing the current toward the AC terminal, a second switching element connected in anti-parallel to the second diode, and the second AC terminal toward the first DC terminal A diode, a third switching element connected in anti-parallel to the third diode, a fourth diode for flowing current from the second DC terminal to the first AC terminal, and an anti-parallel to the fourth diode
  • a power converter including a connected fourth switching element, a primary winding connected in series to a first power line of the power system, and a secondary winding connected to the first AC terminal A current value of the first power line, a second transformer having a transformer, a primary winding connected in series to the second power line of the power system, and a secondary winding connected to the second AC terminal, and And a control unit that outputs a control signal when the current value of the first power line is greater than or equal to the threshold value, and the secondary winding of the first transformer.
  • the control unit makes the first switching element and the third switching element conductive based on the control signal, and cuts off the second switching element and the fourth switching element.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a voltage compensation device according to the present embodiment.
  • the voltage compensation device 1 of the present embodiment includes a voltage compensation unit 10 and a control unit 80.
  • Voltage compensation unit 10 includes series transformers 11, 13, 15, a first power converter 20, and a bypass circuit 70.
  • the voltage compensation device 1 is connected in series to the power system by the voltage compensation unit 10.
  • the power system is a three-phase alternating current distribution system consisting of U-phase, V-phase and W-phase.
  • the substation side will be referred to as the upstream and the consumer side as the downstream, as viewed from the voltage compensation device 1 connected in series to the power system.
  • the voltage compensation device 1 is connected at the input terminal 2a with the upstream 6a of the U phase, and connected at the output terminal 3a with the downstream 7a of the U phase.
  • the voltage compensation device 1 is connected to the V phase upstream 6b at the input terminal 2b, and is connected to the V phase downstream 7b at the output terminal 3b.
  • the voltage compensation device 1 is connected to the W phase upstream 6c at the input terminal 2c, and is connected to the W phase downstream 7c at the output terminal 3c.
  • the voltage compensation device 1 detects the increase or decrease of the voltage of the upstream 6a to 6c and the downstream 7a to 7c of the power system, and compensates the voltage of the power system so as to be within the target value range.
  • the series transformers 11, 13, 15 respectively include primary windings 11p, 13p, 15p and secondary windings 11s, 13s, 15s.
  • the primary winding 11p of the series transformer 11 is connected between the input terminal 2a and the output terminal 3a, and is connected in series to the U phase of the power system.
  • the primary winding 13p of the series transformer 13 is connected between the input terminal 2b and the output terminal 3b, and is connected in series to the V phase of the power system.
  • the primary winding 15p of the series transformer 15 is connected between the input terminal 2c and the output terminal 3c, and is connected in series to the W phase of the power system. That is, the primary windings 11p, 13p, and 15p of the three series transformers 11, 13, and 15 are connected in series to each phase of the power system.
  • the secondary windings 11s, 13s, 15s of the series transformers 11, 13, 15 are connected to one another at one of the terminals 12a, 14a, 16a, respectively, and the other terminals 12b, 14b, 16b of each are connected to the first power conversion.
  • the alternating current output terminals 22a, 22b and 22c of the unit 20 are connected. That is, the secondary windings 11s, 13s, 15s of the series transformers 11, 13, 15 are star-connected and connected to the output of the first power converter 20.
  • the secondary windings 11s, 13s, and 15s are not limited to star connection, but may be delta connection.
  • the secondary windings 11s, 13s, and 15s are connected as follows. That is, one terminal 12a of the secondary winding 11s is connected to the other terminal 14b of the secondary winding 13s. One terminal 14a of the secondary winding 13s is connected to the other terminal 16b of the secondary winding 15s. One terminal 16a of the secondary winding 15s is connected to the other terminal 12b of the secondary winding 11s.
  • the other terminals 12b, 14b and 16b of the secondary windings 11s, 13s and 15s are connected to the AC output terminals 22a, 22b and 22c of the first power converter 20 via the filter circuit 50, respectively.
  • the voltage compensation device 301 is less likely to generate voltage distortion, and can connect high-quality power to the power system.
  • the first power converter 20 includes a high voltage DC input terminal 21a and a low voltage DC input terminal 21b.
  • a capacitor 40 is connected to the high voltage DC input terminal 21a and the low voltage DC input terminal 21b.
  • a DC voltage is supplied to the high voltage DC input terminal 21a and the low voltage DC input terminal 21b via the second power converter 90.
  • the first power converter 20 includes AC output terminals 22a, 22b and 22c.
  • the first power converter 20 outputs a three-phase AC voltage through the AC output terminals 22a, 22b, 22c.
  • the AC output terminals 22a, 22b, 22c are connected to the secondary windings 11s, 13s, 15s of the series transformers 11, 13, 15 through the filter circuit 50.
  • the first power converter 20 is an inverter device that converts a DC voltage applied between the high voltage DC input terminal 21a and the low voltage DC input terminal 21b into a three-phase AC voltage.
  • the first power converter 20 includes, for example, six switching elements (switch elements) 23a to 28a.
  • the switching elements 23a to 28a are self-extinguishing switching elements, and are, for example, a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor), an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), or the like. When the switching elements 23a to 28a are turned off, they can interrupt the current, and when turned on, the current can flow bidirectionally.
  • MOSFET Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the diodes 23b to 28b are connected in antiparallel to the switching elements 23a to 28a, respectively. That is, when the switching element is an IGBT, the anode terminal of the diode is connected to the emitter terminal of the switching element. The cathode terminal of the diode is connected to the collector terminal of the switching element.
  • the diodes 23b to 28b may be diodes incorporated in the structure of the MOSFET.
  • the switching elements 23a and 26a are connected in series.
  • the switching elements 24a and 27a are connected in series.
  • the switching elements 25a and 28a are connected in series. These three series circuits are connected in parallel to constitute an inverter circuit.
  • the inverter circuit of the first power converter 20 is not limited to this circuit configuration as long as it can convert a DC voltage into an AC voltage of a frequency higher than the frequency of the power system.
  • the inverter circuit may be, for example, a multilevel inverter circuit or a modification thereof.
  • the diodes 23b to 28b function as, for example, flywheel diodes that allow current to flow during the dead time of the upper and lower switching elements.
  • the diodes 23b to 25b serve as current paths for flowing current from the AC output terminals 22a to 22c to the high voltage DC input terminal 21a.
  • the diodes 26b to 28b serve as current paths for flowing current from the low voltage DC input terminal 21b to the AC output terminals 22a to 22c.
  • the diode 23b is connected so as to flow current from the AC output terminal 22a to the high voltage DC input terminal 21a.
  • the diode 24 b is connected so as to flow a current from the AC output terminal 22 b toward the high voltage DC input terminal 21 a.
  • the diode 25 b is connected to flow a current from the AC output terminal 22 c toward the high voltage DC input terminal 21 a.
  • the diode 26 b is connected to flow a current from the low voltage DC input terminal 21 b toward the AC output terminal 22 a.
  • the diode 27 b is connected to flow a current from the low voltage DC input terminal 21 b toward the AC output terminal 22 b.
  • the diode 28 b is connected so as to flow a current from the low voltage DC input terminal 21 b toward the AC output terminal 22 c.
  • Filter circuit 50 includes inductors 51a-51c and capacitors 52a-52c.
  • the inductor (first inductor) 51a is connected in series between the terminal 12b of the secondary winding 11s and the AC output terminal 22a.
  • the inductor 51b is connected in series between the terminal 14b of the secondary winding 13s and the AC output terminal 22b.
  • the inductor (second inductor) 51c is connected in series between the terminal 16b of the secondary winding 15s and the AC output terminal 22c.
  • the capacitor 52a is connected between the terminal 12b and the terminal 14b.
  • the capacitor 52b is connected between the terminal 14b and the terminal 16b.
  • the capacitor 52c is connected between the terminal 16b and the terminal 12b. That is, the capacitors 52a to 52c are delta-connected. And each connected node is connected to each terminal 12b, 14b, and 16b.
  • the capacitors 52a to 52c of the filter circuit 50 are not limited to delta connection, and may be star connection.
  • the filter circuit 50 is not limited to the LC filter, and may be an LCR filter or the like. In the case of the LCR filter, a resistor is connected between each of the terminals 12b, 14b, 16b and the capacitors 52a to 52c.
  • the diodes 23 b to 28 b may be connected in series with the inductors 51 a to 51 c of the filter circuit 50 to form a current path.
  • the current can charge the capacitor 40 through the diodes 23b to 28b. Therefore, in the voltage compensation device 1 of the present embodiment, the bypass circuit 70 is included, and the switching elements 23a to 28a form current paths different from the diodes 23b to 28b.
  • the bypass circuit 70 is connected to the terminals 12 b and 14 b and is connected to the terminals 14 b and 16 b.
  • the bypass circuit 70 is connected to the control unit 80.
  • the bypass circuit 70 short-circuits between the terminals 12 b and 14 b and between 14 b and 16 b by the bypass control signal Ss supplied from the control unit 80.
  • the bypass circuit 70 includes magnetic contactors 73 and 74.
  • the magnetic contactor 73 is connected between the terminals 12 b and 14 b.
  • the magnetic contactor 74 is connected between the terminals 14b and 16b.
  • the magnetic contactors 73 and 74 are turned on by a drive signal supplied from a drive circuit (not shown) which receives the bypass control signal Ss and generates a turn on signal.
  • the controller 80 inputs the current data IL1 and IL2 detected by the current detectors 75 and 76.
  • the control unit 80 compares the detected current data IL1 and IL2 with the threshold value It1 set in advance, and outputs a bypass control signal Ss when the current data exceeds the threshold value.
  • the bypass control signal Ss is supplied to the bypass circuit 70.
  • the bypass circuit 70 conducts the electromagnetic contactors 73 and 74 to bypass the excessive current in the event of an accident to the electromagnetic contactors 73 and 74.
  • the control unit 80 outputs the conduction signal Son and the cutoff signal Soff when the current data IL1 and IL2 detected by the current detectors 75 and 76 exceed the threshold value Ith1.
  • the conduction signal Son turns on the switching elements 23a to 25a on the high side of the first power converter 20.
  • the shutoff signal Soff turns off the low side switching elements 26a to 28a of the first power converter 20.
  • the conduction signal Son may turn on the low-side switching elements 26a to 28a, and the blocking signal Soff may turn off the high-side switching elements 23a to 25a.
  • the bypass control signal Ss, the conduction signal Son, and the cutoff signal Soff are output based on an internal control signal (control signal) (not shown) generated when the current data IL1, IL2 exceeds the threshold value Ith.
  • control signal control signal
  • the bypass control signal Ss and the conduction signal Son are output as the same signal, and generated and output as an inversion signal of the internal control signal.
  • the switching elements 23a-28a can be turned on faster than the magnetic contactors 75, 76. After the switching elements 23a to 25a on the high side of the first power converter 20 are turned on and the switching elements 26a to 28a on the low side are turned off, the magnetic contactors 73 and 74 are conducted.
  • the switching elements 23a to 25a on the high side form a bypass path of an excessive current at the time of an accident by the conduction signal Son and the shutoff signal Soff supplied simultaneously with the bypass control signal Ss.
  • the switching elements 23a to 25a or the switching elements 26a to 28a can be turned on at least until the magnetic contactors 73 and 74 are turned on to allow an accident current to flow.
  • the voltage compensation device 1 performs the voltage compensation operation of the grid voltage in the normal operation state in addition to the above-described protection operation.
  • the voltage compensation unit 10 serially compensates for the voltage of the power system.
  • Voltage compensation unit 10 further includes a second power converter 90, inductors 101 and 102, parallel transformers 103 and 104, AC voltage detectors 111 to 114, and a DC voltage detector 115.
  • the second power converter 90 includes a high voltage DC terminal 91a and a low voltage DC terminal 91b.
  • the high voltage DC terminal 91 a and the low voltage DC terminal 91 b are connected to the capacitor 40.
  • Second power converter 90 includes AC terminals 92a, 92b, 92c.
  • One end of the inductor 101 is connected to any one of the AC terminals 92a, 92b and 92c, in this example, the AC terminal 92a.
  • one end of the inductor 102 is connected to the AC terminal 92c. That is, the second power converter 90 operates as a converter device that converts AC power input to the AC terminals 92a to 92c into DC and supplies the DC power to the capacitor 40.
  • the second power converter 90 supplies the capacitor 40 with active power.
  • the second power converter 90 may be an inverter circuit of the same circuit type as the first power converter 20 or may be a different circuit type.
  • the primary winding of the parallel transformer 103 is connected between the wires 7a and 7b on the downstream side of the U phase and the V phase.
  • the primary winding of the parallel transformer 104 is connected between the wires 7 b and 7 c on the downstream side of the V phase and the W phase.
  • One of the secondary windings of the parallel transformer 103 is connected to the other end of the inductor 101, and the other is connected to the AC terminal 92 b of the second power converter 90.
  • the secondary winding of the parallel transformer 104 is connected to the other end of the inductor 102, and the other is connected to the AC terminal 92 b of the second power converter 90. That is, the secondary windings of the parallel transformers 103 and 104 are V-connected to the AC terminals 92a to 92c of the second power converter 90 via the inductors 101 and 102.
  • the current detector 105 is connected in series between the AC terminal 92 a and the secondary winding of the parallel transformer 103.
  • the current detector 106 is connected in series between the AC terminal 92 c and the secondary winding of the parallel transformer 104.
  • the current detectors 105 and 106 detect respective alternating currents flowing through the inductors 101 and 102, and output current data IL3 and IL4.
  • the AC voltage detectors 111 and 112 are connected to the upstream 6a to 6c side of the power system.
  • An AC voltage detector 111 is connected between the U-phase and V-phase lines, and detects an inter-UV line voltage.
  • An AC voltage detector 112 is connected between the V-phase and W-phase lines, and detects the line voltage between VW.
  • the AC voltage detectors 113 and 114 are connected to the downstream side 7a to 7c of the power system.
  • the AC voltage detector 113 is connected between the lines of the u phase and the v phase, and detects the line voltage between uv.
  • the AC voltage detector 114 is connected between the lines of the v phase and the w phase, and detects the line voltage between vw.
  • the AC voltage detectors 111 to 114 include, for example, an instrument transformer and a transducer for converting the output of the instrument transformer to an appropriate voltage level.
  • the AC voltage detectors 111 to 114 detect voltages across the primary windings 11p, 13p, and 15p of the series transformers 11, 13, and 15, respectively, and step down the voltage using an instrument transformer. It converts into possible AC voltage data VAC1 to VAC4 and outputs them.
  • the DC voltage detector 115 detects DC voltage at both ends of the capacitor 40 and outputs DC voltage data VDC.
  • control unit 80 receives AC voltage data VAC1 to VAC4 and obtains a voltage difference between the upstream side and the downstream side from them.
  • the control unit 80 compares a preset target value of the voltage difference between the upstream side and the downstream side with the measurement value.
  • the control unit 80 supplies the voltage of each phase corresponding to the difference to the secondary winding of the series transformers 11, 13, 15 according to the target value according to the target value.
  • the controller 80 is set to output a voltage in phase with the power system.
  • the controller 80 is set to output a voltage in reverse phase with the power system.
  • control unit 80 controls the operation of second power converter 90 based on current data IL3 and IL4 flowing through inductors 101 and 102 and DC voltage data VDC.
  • Control unit 80 operates gate drive signal Vg1 for appropriately operating first power converter 20 and second power converter 90 based on AC voltage data VAC1 to VAC4, current data IL3 and IL4, and DC voltage data VDC. , Vg2 respectively.
  • the first power converter 20 and the second power converter 90 perform appropriate power conversion operations based on the gate drive signals Vg1 and Vg2.
  • FIG. 2 is a block diagram for explaining the operation of the voltage compensation device of this embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram for explaining the operation of the voltage compensation device of the comparative example.
  • the series transformers 11, 13, 15 of the voltage compensation unit 10 Excess current flows in at least one of the primary windings.
  • the excessive current at the time of an accident can be several tens of times the current at normal times. In one of the secondary windings, several tens of times the normal current flows according to the turns ratio.
  • the line current flowing in the power system is detected by the current detectors 75 and 76.
  • the detected current data IL1 and IL2 are transmitted to the control unit 80.
  • Control unit 80 compares current data IL1 and IL2 with threshold value It1 and when at least one of current data IL1 and IL2 exceeds the threshold value, control unit 80 generates a bypass control signal Ss and a conduction signal. Output Son and the shutoff signal Soff.
  • the first power converter 20 receives the conduction signal Son and the shutoff signal Soff, turns on the switching elements 23a to 25a, and turns off the switching elements 26a to 28a.
  • the second power converter 90 stops the power conversion operation by the gate block signal GB output simultaneously with these signals.
  • the current Iinc based on the fault current induced in the secondary winding is represented by a solid arrow in the figure, and in FIG. 2, for example, in the reverse direction to the switching element 25a which is one of the switching elements on the high side, That is, it flows in the forward direction of the diode.
  • the current Iinc flows in the forward direction to the other switching element on the high side.
  • the current Iinc branches and flows to the two switching elements 23a and 24a. Since the current path is determined including the impedance of the wiring, etc., it may be a path that flows in the forward direction of one switching element after it branches and flows in the reverse direction of the two switching elements.
  • the current Iinc flows in the above-mentioned path.
  • the switching element used for the power converter has a smaller voltage drop when conducting as compared to a diode connected in anti-parallel. Therefore, the switching element has larger current tolerance than the diode. Further, the return path of the current Iinc is also formed by the switching element. Therefore, the current at the time of the accident does not flow to the capacitor 40, and the overvoltage is not applied to the capacitor 40 by the accident current.
  • the magnetic contactors 73 and 74 having larger current capacity conduct. The switching element only needs to have a current withstanding capacity capable of flowing the current Iinc until the magnetic contactor conducts.
  • the operation of the voltage compensation device of the comparative example will be described.
  • the current Iinc 'flowing in the secondary winding generated by the fault current flows as follows.
  • the current Iinc ′ has a value several tens of times that in the normal state, as in the voltage compensation device 1 of the embodiment.
  • the current Iinc 'at this time is detected by the current detectors 75 and 76, and the detected current data IL1' and IL2 'are transmitted to the control unit.
  • the control unit compares the current data IL1 ′ and IL2 ′ with the threshold value It1 and, when at least one of the current data IL1 ′ and IL2 ′ exceeds the threshold value It1, the control unit generates a gate block signal GB. And the bypass control signal Ss.
  • the first power converter 120 receives the gate block signal GB and stops the power conversion operation.
  • the bypass circuit 170 uses a bidirectional switch including a thyristor.
  • the thyristor can be turned on faster than the magnetic contactor, but has a turn-on time of several tens ⁇ s to several hundreds ⁇ s. Therefore, after the bypass circuit 170 receives the bypass control signal Ss, the bypass circuit 170 can not bypass the current Iinc ′ at least by the turn-on time.
  • the current Iinc 'induced in the secondary winding 15s flows to charge the capacitor 40 via the inductor 51c and the diode 25b of the filter circuit.
  • the current charging the capacitor 40 returns to the secondary winding of the series transformer 15 via the diodes 26 b and 27 b, the inductors 51 a and 51 b and the secondary windings of the series transformers 11 and 13.
  • the currents shunted to the diodes 26b and 27b and the inductors 51a and 51b are determined depending on the impedance including them.
  • the diode may be damaged due to an overcurrent or the like. If the capacitor 40 continues to be charged via the diode, the voltage across the capacitor 40 may exceed the rated voltage, and the capacitor 240 may be damaged by an overvoltage.
  • the voltage compensation device 1 includes a control unit 80 that supplies the first power converter 20 with the conduction signal Son and the shutoff signal Soff.
  • the switching element controlled by the conduction signal Son and the shutoff signal Soff can return the current due to the fault current before the bypass circuit 70 conducts. Since the return current does not flow to the diodes 23b to 28b and the capacitor 40, it is possible to handle the excessive current in the accident without damaging them. Thereafter, the bypass circuit 70 having a sufficiently large current tolerance conducts, whereby damage or the like due to a current at the time of an accident can be prevented.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the voltage compensation device of the present embodiment.
  • a bidirectional thyristor switch is used in combination with the bypass circuit.
  • the voltage compensation device 201 of the present embodiment includes a voltage compensation unit 210 and a control unit 80.
  • the bypass circuit 270 of the voltage compensation unit 210 is different from the case of the other embodiments described above.
  • the same reference numerals are given to the same components, and the detailed description will be appropriately omitted.
  • the voltage compensation unit 210 includes a bypass circuit 270.
  • the bypass circuit 270 includes thyristors 71 and 72 and magnetic contactors 73 and 74.
  • the thyristors 71 and 72 respectively include two SCRs (Silicon Controlled Rectifiers), and the two SCRs are connected in antiparallel to each other. That is, in the thyristors 71 and 72, the anode terminal of one SCR and the cathode terminal of the other SCR are connected, and the cathode terminal of one SCR and the anode terminal of the other SCR are connected.
  • the thyristor 71 is connected between the terminals 12 b and 14 b.
  • the thyristor 72 is connected between the terminals 14 b and 16 b.
  • the thyristors 71 and 72 are turned on by a trigger current supplied from a drive circuit (not shown) which receives the bypass control signal Ss and generates a trigger current.
  • the thyristors 71 and 72 bypass the excessive current generated at the time of the accident to protect the first power converter 20 and the capacitor 40.
  • the magnetic contactor 73 is connected between the terminals 12 b and 14 b. That is, the electromagnetic contactor 73 is connected in parallel to the thyristor 71.
  • the magnetic contactor 74 is connected between the terminals 14b and 16b. That is, the magnetic contactor 74 is connected in parallel to the thyristor 72.
  • the magnetic contactors 73 and 74 are turned on by a drive signal supplied from a drive circuit (not shown) which receives the bypass control signal Ss and generates a turn on signal.
  • the electromagnetic contactors 73 and 74 have a longer delay time until conduction as compared with the thyristors 71 and 72, but the DC resistance value at the time of conduction is lower than the resistance value at the on time of the thyristors 71 and 72. Therefore, the magnetic contactors 73 and 74 can flow a current larger than the thyristors 71 and 72 for a long time. The electromagnetic contactors 73 and 74 bypass the current flowing to the thyristors 71 and 72 after the thyristors 71 and 72 conduct with delay.
  • the delay time until conduction may be very slow compared to the semiconductor switch, and may be several ms to several tens of ms. Since the thyristor has a turn-on time of about several tens of ⁇ s, by connecting the thyristor in parallel to the magnetic contactor, it is possible to shorten the time during which the fault current is returned to the switching element of the first power converter 20. Therefore, the heat generation of the switching element can be suppressed, and the current tolerance can be enhanced.
  • either one of the high side switching element or the low side switching element is turned on and the other is turned off.
  • the one with lower temperature at that time is selected and turned on, and the one with high temperature is turned off. That is, the lower temperature switching element is turned on to bypass the secondary side current Iinc corresponding to the fault current.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a part of the voltage compensation device according to the present embodiment.
  • FIG. 5 shows a first power converter 320 and a control unit 380 of the voltage compensation unit 310 of the voltage compensation device.
  • the first power converter 320 and the control unit 380 of the voltage compensation unit 310 are different from those of the other embodiments described above.
  • the same reference numerals are given to the same components and the detailed description will be omitted.
  • the first power converter 320 includes temperature detectors 321a and 321b.
  • the temperature detector 321 a is provided in the vicinity of one of the switching elements on the high side and is thermally coupled to the switching elements.
  • the temperature detector 321 b is provided in the vicinity of one of the low-side switching elements, and is thermally coupled to the switching elements.
  • the temperature detectors 321a and 321b detect the temperature of the thermally coupled switching element and output temperature data Ta and Tb.
  • the outputs of the temperature detectors 321a and 321b are supplied to the control unit 380.
  • the control unit 380 receives temperature data Ta and Tb of the switching element supplied from the temperature detectors 321a and 321b, respectively, and compares which has a smaller value.
  • the control unit 380 supplies the conduction signal Son to the switching element having the smaller value of the temperature data Ta and Tb.
  • the control unit 380 supplies the shutoff signal Soff to the switching element having the larger value of the temperature data Ta and Tb.
  • the conduction signal Son and the shutoff signal Soff are output together with the output of the bypass control signal Ss, as in the case of the other embodiments described above, to turn on or off the switching elements before the bypass circuit 70 is conducted.
  • the switching element at the lower temperature is turned on.
  • the switching element turned on forms a return path for the fault current and returns the fault current.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a voltage compensation device according to the present embodiment.
  • the voltage compensation device 401 of the present embodiment includes a voltage compensation unit 410 and a control unit 480.
  • the voltage compensation unit 410 includes a second bypass circuit 460, and the control unit 480 is different from the case of the other embodiments described above.
  • the same reference numerals are given to the same components, and the detailed description will be appropriately omitted.
  • Voltage compensation unit 410 includes a second bypass circuit 460.
  • the second bypass circuit 460 is connected between the terminals 12 b, 14 b and 16 b of the secondary windings 11 s, 13 s and 15 s and the capacitor 40.
  • the second bypass circuit 460 includes a diode bridge 461, a short circuit switch 462, and a backflow prevention diode 463.
  • the diode bridge 461 includes diodes 461a to 461f.
  • the diodes 461a to 461c are connected so that current flows from the terminals 12b, 14b and 16b of the secondary windings 11s, 13s and 15s to the high voltage DC input terminal 21a of the first power converter 20.
  • the diodes 461d to 461f are connected so as to flow current from the low voltage DC input terminal 21b to the terminals 12b, 14b and 16b.
  • the diode bridge 461 provides a path for the current induced in the secondary windings 11s, 13s, 15s in the event of a fault such as a power system ground fault.
  • the shorting switch 462 is connected to both ends of the DC voltage output terminal of the diode bridge 461.
  • the control terminal of the short circuit switch 462 is connected to the control unit 80.
  • the short circuit switch 462 is turned on when the signal supplied from the control unit becomes high level, and shorts across the DC voltage output terminal of the diode bridge 461.
  • the short circuit switch 462 is an IGBT, for example.
  • the backflow prevention diode 463 is connected in the direction in which the current for charging the capacitor 40 from the diode bridge 461 flows.
  • the backflow prevention diode 463 is provided so that current does not flow back from the capacitor 40 to the side of the diode bridge 461 when the short circuit switch 462 is turned on.
  • the controller 480 outputs a second bypass control signal Ss2 output simultaneously with the bypass control signal Ss.
  • the second bypass signal Ss2 is supplied to the control terminal of the short circuit switch 462.
  • a drive circuit may be provided so that the control terminal of the short circuit switch 462 can be driven by the bypass control signal Ss2.
  • Second bypass control signal Ss2 is output as a signal having the same logic as an internal control signal (not shown) generated in control unit 480, for example.
  • FIG. 7 is a block diagram for explaining the operation of the voltage compensation device of this embodiment.
  • line current flowing in the power system is detected by current detectors 75 and 76.
  • the detected current data IL1 and IL2 are transmitted to the control unit 480.
  • the control unit 480 compares the current data IL1 and IL2 with the threshold value It1 and, when at least one of the current data IL1 and IL2 exceeds the threshold value, the control unit 480 selects the bypass control signal Ss, the second And the gate block signal GB.
  • the second bypass circuit 460 receives the second bypass control signal Ss2 and turns on the short circuit switch 462.
  • the first power converter 20 and the second power converter 90 stop the power conversion operation by the gate block signal GB output simultaneously with these signals.
  • the current Iinc based on the fault current induced in the secondary winding flows, for example, to one of the diodes on the high side (the diode 461c in FIG. 7).
  • the current Iinc flows to the short circuit switch 462 and branches to the low side diodes (diodes 461 d and 461 e in FIG. 7).
  • the current path is determined including the impedance of the wiring.
  • the current at the time of the accident flows in the bypass circuit 70 after flowing in the second bypass circuit 460.
  • the possibility of causing a failure due to an unexpected large current or the like can be reduced.
  • the control unit 480 when the control unit 480 detects an accident current, the accident current is returned to the second bypass circuit provided separately from the first power converter 20.
  • the diodes 461a to 461f and the short circuit switch 462 that constitute the second bypass circuit 460 are selected to correspond to the fault current that may occur. Therefore, the fault current can be reliably bypassed with a simple configuration, and safer operation of the voltage compensation device can be realized.
  • FIG. 8 is a block illustrating a voltage compensation device of a comparative example.
  • the voltage compensating unit of the voltage compensating device of the comparative example includes a second bypass circuit 560.
  • the second bypass circuit 560 is a bridge circuit, and the output of the bridge circuit is connected to both ends of the capacitor 40.
  • the accident current flows into the capacitor 40 via the second bypass circuit 560 until the bypass circuit 170 conducts. Since the current at the time of the accident does not flow to the inductance of the filter circuit 50, the current at the time of the accident does not continue to flow to the first power converter 20, but in a transient situation until the bypass circuit 70 operates. A large current flows into the capacitor 40 via the second bypass circuit 560. Therefore, the voltage across the capacitor 40 may be in an overvoltage state.
  • the second bypass circuit 460 has a short circuit switch 462 provided in addition to the diode bridge 461.
  • the short circuit switch 462 is turned on when the control unit 480 detects an accident current. Therefore, since the fault current flows to the short circuit switch 462, the overvoltage can be prevented from being applied to the capacitor 40.
  • FIG. 9 is a block diagram for explaining the operation of the voltage compensation device of this embodiment.
  • the voltage compensation unit 610 includes a second bypass circuit 460.
  • the control unit 680 outputs the second bypass control signal Ss2, the conduction signal Son, and the cutoff signal Soff, together with the bypass control signal Ss.
  • the bypass control signal Ss, the second bypass control signal Ss2, the conduction signal Son and the cut-off signal Soff are generated by the control unit 680 when the current data IL1 and IL2 exceed the threshold Ith, and are output almost simultaneously. Ru.
  • the second bypass circuit 460 is turned on, one of the high side and low side switching elements is turned on, and the other is turned off. As a result, the current at the time of the accident is diverted to the second bypass circuit 460 and the switching element at least until the bypass circuit 70 conducts.
  • the current at the time of the accident is divided by the second bypass circuit 460 and the switching element, components having a smaller current capacity can be used as constituent elements of these circuits. Therefore, the cost and size of the apparatus can be further reduced.
  • control unit 80, 380, 480, 680 may include a device that sequentially executes programs such as a central processing unit (CPU) and a micro-processing unit (MPU).
  • CPU central processing unit
  • MPU micro-processing unit
  • Each part which comprises control part 80, 380, 480, 680, each operation element, etc. may be realized by performing one or a plurality of steps which constitute a program.
  • the alternating current system to connect may not be only three phases, but may be single phase.

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Abstract

実施形態に係る電圧補償装置は、ブリッジ接続された第１～第４ダイオードおよび第１～第４スイッチング素子を含む電力変換器と、電力線に直列に接続された一次巻線と前記電力変換器の第１～第２交流端子に接続された二次巻線とをそれぞれ有する第１～第２変圧器と、前記電力線の電流値がしきい値以上の場合に制御信号を出力する制御部と、を備える。前記制御部は、前記制御信号にもとづいて、前記第１および前記第３スイッチング素子を導通させ、前記第２および前記第４スイッチング素子を遮断する。

Description

電圧補償装置
　本発明の実施形態は、電圧補償装置に関する。
　電力系統では、変電所からの距離に応じて電力線インピーダンスが増加することから、系統の末端では、その電圧降下により受電電圧が低下する場合がある。電力系統では、変電所からの距離によらず一定の電圧が利用できるようにする必要がある。
　電力系統においては、落雷等によって地絡等の事故が発生し、系統に連系する装置に過大な電流が流れる場合があり、このような事故から装置を保護する必要がある。
佐々木　裕治、吉田　隆彦、関　長隆、渡辺　敏之、齊藤　裕治　著、「高速応答を可能にしたＴＶＲとその実証試験」、電気学会論文誌Ｂ,Ｖｏｌ.１２３（２００３）
　実施形態は、電力系統に過大な事故電流が流れた場合に、過大電流から保護することを可能にした電圧補償装置を提供する。
　実施形態に係る電圧補償装置は、電力系統の電圧を補償する。この電圧補償装置は、第１交流端子から第１直流端子に向かって電流を流す第１ダイオードと、前記第１ダイオードに逆並列に接続された第１スイッチング素子と、第２直流端子から第２交流端子に向かって電流を流す第２ダイオードと、前記第２ダイオードに逆並列に接続された第２スイッチング素子と、前記第２交流端子とから前記第１直流端子に向かって電流を流す第３ダイオードと、前記第３ダイオードに逆並列に接続された第３スイッチング素子と、前記第２直流端子から前記第１交流端子に向かって電流を流す第４ダイオードと、前記第４ダイオードに逆並列に接続された第４スイッチング素子と、を含む電力変換器と、電力系統の第１電力線に直列に接続された一次巻線と前記第１交流端子に接続された二次巻線とを有する第１変圧器と、前記電力系統の第２電力線に直列に接続された一次巻線と前記第２交流端子に接続された二次巻線とを有する第２変圧器と、前記第１電力線の電流値とあらかじめ設定されたしきい値とを比較して、前記第１電力線の電流値が前記しきい値以上の場合に制御信号を出力する制御部と、前記第１変圧器の二次巻線と前記第２変圧器の二次巻線との間に接続され、前記制御信号にもとづいて前記第１変圧器の二次巻線と前記第２変圧器の二次巻線との間を短絡するバイパス回路と、を備える。前記制御部は、前記制御信号にもとづいて、前記第１スイッチング素子および前記第３スイッチング素子を導通させ、前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子を遮断する。
第１の実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。 第１の実施形態の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。 比較例の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。 第２の実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。 第３の実施形態に係る電圧補償装置の一部を例示するブロック図である。 第４の実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。 第４の実施形態の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。 比較例の実施形態の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。 第５の実施形態の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
　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を適宜省略する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
　図１に示すように、本実施形態の電圧補償装置１は、電圧補償部１０と、制御部８０と、を備える。電圧補償部１０は、直列変圧器１１，１３，１５と、第１電力変換器２０と、バイパス回路７０と、を含む。
　電圧補償装置１は、電圧補償部１０によって、電力系統に直列に接続される。電力系統は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相からなる三相交流の配電系統である。以下では、電力系統に直列に接続された電圧補償装置１から見て、変電所側を上流、需要者側を下流と呼ぶこととする。電圧補償装置１は、Ｕ相の上流６ａと入力端子２ａで接続され、Ｕ相の下流７ａと出力端子３ａで接続されている。電圧補償装置１は、Ｖ相の上流６ｂと入力端子２ｂで接続され、Ｖ相の下流７ｂと出力端子３ｂで接続されている。電圧補償装置１は、Ｗ相の上流６ｃと入力端子２ｃで接続され、Ｗ相の下流７ｃと出力端子３ｃで接続されている。電圧補償装置１は、電力系統の上流６ａ～６ｃおよび下流７ａ～７ｃの電圧の上昇あるいは低下を検出して、目標値の範囲内となるように電力系統の電圧を補償する。
　直列変圧器１１，１３，１５は、一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐと、二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓと、をそれぞれ含む。直列変圧器１１の一次巻線１１ｐは、入力端子２ａと出力端子３ａとの間に接続されており、電力系統のＵ相に直列に接続されている。直列変圧器１３の一次巻線１３ｐは、入力端子２ｂと出力端子３ｂとの間に接続されており、電力系統のＶ相に直列に接続されている。直列変圧器１５の一次巻線１５ｐは、入力端子２ｃと出力端子３ｃとの間に接続されており、電力系統のＷ相に直列に接続されている。つまり、３つの直列変圧器１１，１３，１５の一次巻線１１ｐ，１３ｐ,１５ｐは、電力系統の各相に直列に接続されている。
　直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、それぞれ一方の端子１２ａ，１４ａ，１６ａで互いに接続され、それぞれの他方の端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂは、第１電力変換器２０の各交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接続されている。つまり、直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、スター結線されて、第１電力変換器２０の出力に接続されている。
　二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、スター結線に限らず、デルタ結線としてもよい。スター結線の場合には、二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓは、次のように接続される。すなわち、二次巻線１１ｓの一方の端子１２ａは、二次巻線１３ｓの他方の端子１４ｂに接続される。二次巻線１３ｓの一方の端子１４ａは、二次巻線１５ｓの他方の端子１６ｂに接続される。二次巻線１５ｓの一方の端子１６ａは、二次巻線１１ｓの他方の端子１２ｂに接続される。二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓのそれぞれの他方の端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂは、フィルタ回路５０を介して、第１電力変換器２０の交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃにそれぞれ接続される。
　スター結線で直列変圧器の二次巻線を接続した場合には、結線作業が容易になるとの利点がある。一方、スター結線では、二次巻線の他方の端子を互いに接続して中性点とするが、中性点が他に接続されず、変圧器の非線形性等により電圧歪が発生したときに、電流を他に流すことができないため、電圧歪現象が解消されにくいとの問題を生ずることがある。
　デルタ結線で直列変圧器の二次巻線を接続した場合には、各相の二次巻線を互いに接続する等して結線作業が煩雑になる反面、二次巻線内に還流電流を流すことができる。そのため、電圧補償装置３０１は、電圧歪みを発生しにくく、高品質の電力を電力系統に対して連系することができる。
　第１電力変換器２０は、高圧直流入力端子２１ａと低圧直流入力端子２１ｂとを含む。高圧直流入力端子２１ａおよび低圧直流入力端子２１ｂには、コンデンサ４０が接続されている。高圧直流入力端子２１ａおよび低圧直流入力端子２１ｂには、第２電力変換器９０を介して直流電圧が供給される。
　第１電力変換器２０は、交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを含む。第１電力変換器２０は、交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃを介して、三相交流電圧を出力する。交流出力端子２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、フィルタ回路５０を介して直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓに接続されている。
　第１電力変換器２０は、高圧直流入力端子２１ａと低圧直流入力端子２１ｂとの間に印加された直流電圧を三相交流電圧に変換するインバータ装置である。第１電力変換器２０は、たとえば、６つのスイッチング素子（スイッチ素子）２３ａ～２８ａを含んでいる。スイッチング素子２３ａ～２８ａは、自己消弧形のスイッチング素子であり、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等である。スイッチング素子２３ａ～２８ａは、オフした場合には、電流を遮断し、オンした場合に双方向に電流を流すことができる。
　スイッチング素子２３ａ～２８ａには、逆並列にダイオード２３ｂ～２８ｂがそれぞれ接続されている。つまりスイッチング素子がＩＧＢＴの場合には、スイッチング素子のエミッタ端子にダイオードのアノード端子が接続されている。スイッチング素子のコレクタ端子にダイオードのカソード端子が接続されている。スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴの場合には、ダイオード２３ｂ～２８ｂは、ＭＯＳＦＥＴの構造上内蔵されるダイオードでもよい。
　スイッチング素子２３ａ，２６ａは、直列に接続されている。スイッチング素子２４ａ，２７ａは直列に接続されている。スイッチング素子２５ａ，２８ａは、直列に接続されている。これら３つの直列回路は、並列に接続されてインバータ回路を構成する。第１電力変換器２０のインバータ回路は、直流電圧を電力系統の周波数よりも高い周波数の交流電圧に変換することができれば、この回路構成に限定されない。インバータ回路は、たとえばマルチレベルインバータ回路やその変形等であってもよい。ダイオード２３ｂ～２８ｂは、たとえば上下のスイッチング素子のデッドタイム期間中に電流を流すフライホイールダイオードとして機能する。
　スイッチング素子２３ａ～２８ａが上述のように接続されているため、ダイオード２３ｂ～２５ｂは、交流出力端子２２ａ～２２ｃから高圧直流入力端子２１ａに電流を流す電流経路となる。ダイオード２６ｂ～２８ｂは、低圧直流入力端子２１ｂから交流出力端子２２ａ～２２ｃに電流を流す電流経路となる。
　より詳しくは、ダイオード２３ｂは、交流出力端子２２ａから高圧直流入力端子２１ａに向かって電流を流すように接続されている。ダイオード２４ｂは、交流出力端子２２ｂから高圧直流入力端子２１ａに向かって電流を流すように接続されている。ダイオード２５ｂは、交流出力端子２２ｃから高圧直流入力端子２１ａに向かって電流を流すように接続されている。ダイオード２６ｂは、低圧直流入力端子２１ｂから交流出力端子２２ａに向かって電流を流すように接続されている。ダイオード２７ｂは、低圧直流入力端子２１ｂから交流出力端子２２ｂに向かって電流を流すように接続されている。ダイオード２８ｂは、低圧直流入力端子２１ｂから交流出力端子２２ｃに向かって電流を流すように接続されている。
　フィルタ回路５０は、インダクタ５１ａ～５１ｃと、コンデンサ５２ａ～５２ｃと、を含む。インダクタ（第１インダクタ）５１ａは、二次巻線１１ｓの端子１２ｂと交流出力端子２２ａとの間に直列に接続されている。インダクタ５１ｂは、二次巻線１３ｓの端子１４ｂと交流出力端子２２ｂとの間に直列に接続されている。インダクタ（第２インダクタ）５１ｃは、二次巻線１５ｓの端子１６ｂと交流出力端子２２ｃとの間に直列に接続されている。コンデンサ５２ａは、端子１２ｂと端子１４ｂとの間に接続されている。コンデンサ５２ｂは、端子１４ｂと端子１６ｂとの間に接続されている。コンデンサ５２ｃは、端子１６ｂと端子１２ｂとの間に接続されている。つまり、コンデンサ５２ａ～５２ｃは、デルタ結線されている。そして、結線された各ノードは、各端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂに接続されている。
　フィルタ回路５０のコンデンサ５２ａ～５２ｃは、デルタ結線の場合に限らず、スター結線されていてもよい。また、フィルタ回路５０は、ＬＣフィルタに限らず、ＬＣＲフィルタ等であってもかまわない。ＬＣＲフィルタの場合には、各端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂとコンデンサ５２ａ～５２ｃとの間に抵抗器が接続される。
　ダイオード２３ｂ～２８ｂは、フィルタ回路５０のインダクタ５１ａ～５１ｃと直列に接続されて電流経路を形成し得る。電力系統の事故時等に二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓからインダクタ５１ａ～５１ｃに電流が流れた場合には、その電流は、ダイオード２３ｂ～２８ｂを介して、コンデンサ４０を充電し得る。そこで、本実施形態の電圧補償装置１では、バイパス回路７０を含むとともに、スイッチング素子２３ａ～２８ａによってダイオード２３ｂ～２８ｂとは異なる電流経路を形成する。
　バイパス回路７０は、端子１２ｂ，１４ｂに接続され、端子１４ｂ，１６ｂに接続されている。バイパス回路７０は、制御部８０に接続されている。バイパス回路７０は、制御部８０から供給されるバイパス制御信号Ｓｓによって端子１２ｂ，１４ｂ間および１４ｂ，１６ｂ間をそれぞれ短絡する。
　バイパス回路７０は、電磁接触器７３，７４を含む。電磁接触器７３は、端子１２ｂ，１４ｂ間に接続されている。電磁接触器７４は、端子１４ｂ，１６ｂ間に接続されている。電磁接触器７３，７４は、バイパス制御信号Ｓｓを入力して導通信号を生成する駆動回路（図示せず）から供給される駆動信号によって導通する。
　制御部８０は、電流検出器７５，７６によって検出された電流データＩＬ１，ＩＬ２を入力する。制御部８０は、検出された電流データＩＬ１，ＩＬ２をあらかじめ設定されたしきい値Ｉｔ１と比較して、電流データがしきい値を超えたときに、バイパス制御信号Ｓｓを出力する。バイパス制御信号Ｓｓは、バイパス回路７０に供給される。バイパス回路７０にバイパス制御信号Ｓｓが供給されると、バイパス回路７０は、電磁接触器７３，７４を導通させて、事故時の過大な電流を電磁接触器７３，７４にバイパスする。
　制御部８０は、電流検出器７５，７６によって検出された電流データＩＬ１，ＩＬ２がしきい値Ｉｔｈ１を超えたときに、導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆを出力する。導通信号Ｓｏｎは、第１電力変換器２０のハイサイド側のスイッチング素子２３ａ～２５ａをオンさせる。遮断信号Ｓｏｆｆは、第１電力変換器２０のローサイド側のスイッチング素子２６ａ～２８ａをオフさせる。導通信号Ｓｏｎがローサイド側のスイッチング素子２６ａ～２８ａをオンさせ、遮断信号Ｓｏｆｆがハイサイド側のスイッチング素子２３ａ～２５ａをオフさせてもよい。
　バイパス制御信号Ｓｓ、導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆは、電流データＩＬ１，ＩＬ２がしきい値Ｉｔｈを超えたときに生成される図示しない内部制御信号（制御信号）にもとづいて出力される。本実施形態では、たとえば、バイパス制御信号Ｓｓおよび導通信号Ｓｏｎは、同一の信号として出力され、内部制御信号の反転信号として生成出力される。
　スイッチング素子２３ａ～２８ａは、電磁接触器７５，７６よりも速くターンオンすることができる。第１電力変換器２０のハイサイド側のスイッチング素子２３ａ～２５ａがオンし、ローサイド側のスイッチング素子２６ａ～２８ａがオフした後に、電磁接触器７３，７４が導通する。ハイサイド側のスイッチング素子２３ａ～２５ａが、バイパス制御信号Ｓｓと同時に供給される導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆによって、事故時の過大な電流のバイパス経路を形成する。スイッチング素子２３ａ～２５ａまたはスイッチング素子２６ａ～２８ａは、少なくとも電磁接触器７３，７４が導通するまでの間、オンして、事故電流を流すことができる。
　電圧補償装置１は、上述した保護動作のほか、通常の動作状態において、系統電圧の電圧補償動作を行う。電圧補償部１０は、電力系統の電圧を直列補償する。電圧補償部１０は、第２電力変換器９０と、インダクタ１０１，１０２と、並列変圧器１０３，１０４と、交流電圧検出器１１１～１１４と、直流電圧検出器１１５と、をさらに含む。
　第２電力変換器９０は、高圧直流端子９１ａと、低圧直流端子９１ｂと、を含んでいる。高圧直流端子９１ａおよび低圧直流端子９１ｂは、コンデンサ４０に接続されている。第２電力変換器９０は、交流端子９２ａ，９２ｂ，９２ｃを含む。交流端子９２ａ，９２ｂ，９２ｃのいずれか１つ、この例では、交流端子９２ａには、インダクタ１０１の一端が接続されている。この例では、交流端子９２ｃには、インダクタ１０２の一端が接続されている。つまり、第２電力変換器９０は、交流端子９２ａ～９２ｃに入力される交流電力を直流に変換して、直流リンクであるコンデンサ４０に供給するコンバータ装置として動作する。第２電力変換器９０は、コンデンサ４０に有効電力を供給する。第２電力変換器９０は、第１電力変換器２０と同じ回路形式のインバータ回路であってもよいし、異なる回路形式であってもよい。
　並列変圧器１０３の一次巻線は、Ｕ相およびＶ相の下流７ａ，７ｂ側の線間に接続されている。並列変圧器１０４の一次巻線は、Ｖ相およびＷ相の下流７ｂ，７ｃ側の線間に接続されている。並列変圧器１０３の二次巻線の一方は、インダクタ１０１の他端に接続され、他方は、第２電力変換器９０の交流端子９２ｂに接続されている。並列変圧器１０４の二次巻線は、インダクタ１０２の他端に接続され、他方は、第２電力変換器９０の交流端子９２ｂに接続されている。つまり、並列変圧器１０３，１０４の二次巻線は、インダクタ１０１，１０２を介して第２電力変換器９０の交流端子９２ａ～９２ｃとＶ結線されている。
　電流検出器１０５は、交流端子９２ａと並列変圧器１０３の二次巻線との間に直列に接続されている。電流検出器１０６は、交流端子９２ｃと並列変圧器１０４の二次巻線との間に直列に接続されている。電流検出器１０５，１０６は、インダクタ１０１，１０２に流れるそれぞれの交流電流を検出して、電流データＩＬ３，ＩＬ４を出力する。
　交流電圧検出器１１１，１１２は、電力系統の上流６ａ～６ｃ側に接続されている。交流電圧検出器１１１は、Ｕ相とＶ相との線間に接続され、ＵＶ間の線間電圧を検出する。交流電圧検出器１１２は、Ｖ相とＷ相との線間に接続され、ＶＷ間の線間電圧を検出する。交流電圧検出器１１３，１１４は、電力系統の下流７ａ～７ｃ側に接続されている。交流電圧検出器１１３は、ｕ相とｖ相との線間に接続され、ｕｖ間の線間電圧を検出する。交流電圧検出器１１４は、ｖ相とｗ相との線間に接続され、ｖｗ間の線間電圧を検出する。交流電圧検出器１１１～１１４は、たとえば計器用変圧器と計器用変圧器の出力を適切な電圧レベルに変換するトランスデューサとを含んでいる。交流電圧検出器１１１～１１４は、直列変圧器１１，１３，１５の一次巻線１１ｐ，１３ｐ，１５ｐの両端の電圧を検出して、計器用変圧器で降圧し、トランスデューサによって制御部８０に入力可能な信号である交流電圧データＶＡＣ１～ＶＡＣ４に変換して出力する。
　直流電圧検出器１１５は、コンデンサ４０の両端の直流電圧を検出して、直流電圧データＶＤＣを出力する。
　電力系統に異常電流が流れていない通常の動作状態においては、制御部８０は、交流電圧データＶＡＣ１～ＶＡＣ４を入力して、これらから上流側と下流側との電圧差を求める。制御部８０は、あらかじめ設定された上流側と下流側との電圧差の目標値と、測定値とを比較する。制御部８０は、測定値を目標値に応じて、その差分に応じた各相の電圧を直列変圧器１１，１３，１５の二次巻線に供給する。制御部８０は、測定値が目標値よりも低いときには、電力系統と同相の電圧を出力するように設定する。制御部８０は、測定値が目標値以上のときには、電力系統と逆相の電圧を出力するように設定する。
　また、制御部８０は、インダクタ１０１，１０２に流れる電流データＩＬ３，ＩＬ４および直流電圧データＶＤＣにもとづいて、第２電力変換器９０の動作を制御する。
　制御部８０は、交流電圧データＶＡＣ１～ＶＡＣ４、電流データＩＬ３，ＩＬ４および直流電圧データＶＤＣにもとづいて、第１電力変換器２０および第２電力変換器９０を適切に動作させるためのゲート駆動信号Ｖｇ１，Ｖｇ２をそれぞれ生成する。第１電力変換器２０および第２電力変換器９０は、ゲート駆動信号Ｖｇ１，Ｖｇ２にもとづいて適切な電力変換動作を行う。
　なお、上述したバイパス制御信号Ｓｓが出力された場合には、第２電力変換器９０は、ゲートブロック信号ＧＢによって、動作を停止するようにしてもよい。
　次に、本実施形態の電圧補償装置１の動作について説明する。
　図２は、本実施形態の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。
　図３は、比較例の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。
　図２に示すように、電力系統で地絡等の事故が発生し、一点鎖線の矢印で表された大きな事故電流が流れた場合には、電圧補償部１０の直列変圧器１１，１３，１５の一次巻線のうちの少なくとも１つに過大な電流が流れる。事故時の過大な電流は、正常時の数１０倍程度の電流となり得る。二次巻線の１つには、巻き数比に応じて正常時の数１０倍の電流が流れる。
　電力系統に流れる線電流は、電流検出器７５，７６によって検出される。検出された電流データＩＬ１，ＩＬ２は制御部８０へ送信される。制御部８０では、電流データＩＬ１，ＩＬ２をしきい値Ｉｔ１と比較し、電流データＩＬ１，ＩＬ２のうち少なくとも一方がしきい値を超えた場合に、制御部８０は、バイパス制御信号Ｓｓ、導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆを出力する。
　第１電力変換器２０は、導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆを受信し、スイッチング素子２３ａ～２５ａをオンさせ、スイッチング素子２６ａ～２８ａをオフさせる。なお、第２電力変換器９０は、これらの信号と同時に出力されるゲートブロック信号ＧＢによって、電力変換動作を停止する。
　二次巻線に誘導された事故電流にもとづく電流Ｉｉｎｃは、図の実線の矢印で表されており、たとえば図２では、ハイサイド側のスイッチング素子の１つであるスイッチング素子２５ａに逆方向、すなわちダイオードの順方向に流れる。電流Ｉｉｎｃは、ハイサイド側の他のスイッチング素子に順方向で流れる。この例では、電流Ｉｉｎｃは、２つのスイッチング素子２３ａ，２４ａに分岐して流れる。電流経路は、配線のインピーダンス等も含めて決定されるので、２つのスイッチング素子の逆方向に分岐して流れた後、１つのスイッチング素子の順方向に流れる経路となる場合もある。
　ハイサイド側のスイッチング素子２３ａ～２５ａをオフさせ、ローサイド側のスイッチング素子２６ａ～２８ａをオンさせた場合についても同様である。
　事故電流発生の初期においては、電流Ｉｉｎｃは、上述の経路で流れる。電力変換器に用いるスイッチング素子は、逆並列に接続されたダイオードに比べて導通時の電圧降下が小さい。そのため、スイッチング素子の方がダイオードよりも大きな電流耐量を有する。また、電流Ｉｉｎｃのリターン経路もスイッチング素子によって形成される。そのため、事故時の電流がコンデンサ４０に流れることがなく、事故電流によってコンデンサ４０に過電圧が印加されることがない。スイッチング素子による事故電流経路形成後、さらに大きな電流容量を有する電磁接触器７３，７４が導通する。スイッチング素子は、電磁接触器が導通するまでの期間、電流Ｉｉｎｃを流し得る電流耐量を有していればよい。
　次に、比較例の電圧補償装置の動作について説明する。
　比較例の電圧補償装置は、図３に示すように、事故電流によって生じた二次巻線に流れる電流Ｉｉｎｃ'は以下のように流れる。
　電力系統に事故電流が流れると、二次巻線には、巻き数比に応じた電流Ｉｉｎｃ'が流れる。電流Ｉｉｎｃ'は、実施形態の電圧補償装置１に場合と同様に、正常時の数１０倍の値を有する。
　このときの電流Ｉｉｎｃ'は、電流検出器７５，７６によって検出され、検出された電流データＩＬ１'，ＩＬ２'は、制御部へ送信される。制御部では、電流データＩＬ１'，ＩＬ２'をしきい値Ｉｔ１と比較し、電流データＩＬ１'，ＩＬ２'のうち少なくとも一方がしきい値Ｉｔ１を超えた場合に、制御部は、ゲートブロック信号ＧＢおよびバイパス制御信号Ｓｓを出力する。
　第１電力変換器１２０は、ゲートブロック信号ＧＢを受信し、電力変換動作を停止する。
　この例では、バイパス回路１７０には、サイリスタを含む双方向スイッチを用いている。サイリスタは、電磁接触器に比べて高速にターンオンすることができるが、数１０μｓ～数１００μｓ程度のターンオン時間を有している。そのため、バイパス回路１７０は、バイパス制御信号Ｓｓを受信した後、少なくともターンオン時間による期間には、電流Ｉｉｎｃ'をバイパスすることができない。
　二次巻線１５ｓに誘導された電流Ｉｉｎｃ'は、フィルタ回路のインダクタ５１ｃおよびダイオード２５ｂを介してコンデンサ４０を充電するように流れる。コンデンサ４０を充電した電流は、ダイオード２６ｂ，２７ｂ、インダクタ５１ａ，５１ｂおよび直列変圧器１１，１３の二次巻線を介して、直列変圧器１５の二次巻線に戻る。ダイオード２６ｂ，２７ｂおよびインダクタ５１ａ，５１ｂに分流する電流は、これらを含むインピーダンスに依存して決定される。
　フィルタ回路５０のインダクタ５１ａ～５１ｃには、バイパス回路１７０が導通する前に電流が流れているため、流れた電流によって、インダクタ５１ａ～５１ｃには、エネルギが蓄積されている。バイパス回路１７０が導通しても、インダクタ５１ａ～５１ｃは、蓄積されたエネルギを放出するまで電流を流し続ける。したがって、バイパス回路１７０が動作しているにもかかわらず、電流Ｉｉｎｃ'は、ダイオードに流れ続け、コンデンサ４０を充電し続ける。
　電流Ｉｉｎｃ'がダイオードの許容電流を超えた場合には、過電流等によりダイオードは破損するおそれがある。ダイオードを介してコンデンサ４０を充電し続けた場合には、コンデンサ４０の両端の電圧が定格電圧を超過して、コンデンサ２４０は過電圧によって破損するおそれがある。
　本実施形態の電圧補償装置の作用および効果について説明する。
　本実施形態の電圧補償装置１では、導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆを第１電力変換器２０に供給する制御部８０を備えている。導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆによって制御されたスイッチング素子は、バイパス回路７０が導通する前に、事故電流による電流を還流することができる。還流電流は、ダイオード２３ｂ～２８ｂや、コンデンサ４０には流れないので、これらを損傷することなく、事故時の過大な電流を処理することができる。その後電流耐量が十分に大きいバイパス回路７０が導通することによって、事故時の電流による破損等を防止することができる。
　（第２の実施形態）
　図４は、本実施形態の電圧補償装置を例示するブロック図である。
　本実施形態では、バイパス回路に双方向サイリスタスイッチを併用する。
　図４に示すように、本実施形態の電圧補償装置２０１は、電圧補償部２１０と、制御部８０と、を備える。本実施形態では、電圧補償部２１０のバイパス回路２７０が上述の他の実施形態の場合と相違する。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
　図４に示すように、電圧補償部２１０は、バイパス回路２７０を含む。バイパス回路２７０は、サイリスタ７１，７２と、電磁接触器７３，７４と、を含む。サイリスタ７１，７２は、２つのＳＣＲ（Silicon Controlled Rectifier）をそれぞれ含み、２つのＳＣＲは、互いに逆並列に接続されている。つまり、サイリスタ７１，７２では、一方のＳＣＲのアノード端子と他方のＳＣＲのカソード端子とが接続され、一方のＳＣＲのカソード端子と他方のＳＣＲのアノード端子とが接続されている。サイリスタ７１は、端子１２ｂ，１４ｂ間に接続されている。サイリスタ７２は、端子１４ｂ，１６ｂ間に接続されている。
　サイリスタ７１，７２は、バイパス制御信号Ｓｓを入力してトリガ電流を生成する駆動回路（図示せず）から供給されるトリガ電流によってターンオンする。サイリスタ７１，７２は、事故時に発生した過大な電流をバイパスして第１電力変換器２０やコンデンサ４０を保護する。
　電磁接触器７３は、端子１２ｂ，１４ｂ間に接続されている。つまり、電磁接触器７３は、サイリスタ７１と並列に接続されている。電磁接触器７４は、端子１４ｂ，１６ｂ間に接続されている。つまり、電磁接触器７４は、サイリスタ７２と並列に接続されている。
　電磁接触器７３，７４は、バイパス制御信号Ｓｓを入力して導通信号を生成する駆動回路（図示せず）から供給される駆動信号によって導通する。
　電磁接触器７３，７４は、サイリスタ７１，７２に比べて、導通するまでの遅れ時間が長いが、導通時の直流抵抗値はサイリスタ７１，７２のオン時の抵抗値よりも低い。そのため、電磁接触器７３，７４は、サイリスタ７１，７２よりも大きな電流を長時間にわたって流すことができる。電磁接触器７３，７４は、サイリスタ７１，７２に遅れて導通した後には、サイリスタ７１，７２に流れている電流をバイパスする。
　本実施形態の電圧補償装置２０１の効果について説明する。
　電磁接触器は、導通するまでの遅れ時間が、半導体スイッチに比べて非常に遅く、数ｍｓ～数１０ｍｓとなる場合がある。サイリスタは、数１０μｓ程度のターンオン時間を有するので、電磁接触器にサイリスタを並列接続することによって、第１電力変換器２０のスイッチング素子に事故電流を還流させている時間を短縮することができる。そのため、スイッチング素子の発熱を抑制することができ、電流耐量を強化できる。
　（第３の実施形態）
　本実施形態では、ハイサイド側のスイッチング素子またはローサイド側のスイッチング素子のいずれか一方をオンさせ、他方をオフさせる。いずれをオンさせるかについて、そのときの温度が低い方を選択してオンさせ、温度が高い方はオフさせる。つまり、温度が低い方のスイッチング素子をオンして、事故電流に対応する二次側の電流Ｉｉｎｃをバイパスさせる。
　図５は、本実施形態に係る電圧補償装置の一部を例示するブロック図である。
　図５には、電圧補償装置の電圧補償部３１０のうち第１電力変換器３２０および制御部３８０が示されている。図５に示すように、本実施形態では、電圧補償部３１０の第１電力変換器３２０および制御部３８０が上述した他の実施形態の場合と相違する。同一の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
　第１電力変換器３２０は、温度検出器３２１ａ，３２１ｂを含む。温度検出器３２１ａは、ハイサイド側のスイッチング素子のいずれかの近傍に設けられており、スイッチング素子に熱的に結合されている。温度検出器３２１ｂは、ローサイド側のスイッチング素子のいずれかの近傍に設けられており、スイッチング素子に熱的に結合されている。温度検出器３２１ａ，３２１ｂは、熱的に結合されたスイッチング素子の温度を検出し、温度データＴａ，Ｔｂを出力する。温度検出器３２１ａ，３２１ｂの出力は、制御部３８０に供給される。
　制御部３８０は、温度検出器３２１ａ，３２１ｂからそれぞれ供給されるスイッチング素子の温度データＴａ，Ｔｂを入力して、いずれが小さい値を有するか比較する。制御部３８０は、温度データＴａ，Ｔｂのうち小さい値を有する方のスイッチング素子に対して、導通信号Ｓｏｎを供給する。制御部３８０は、温度データＴａ，Ｔｂのうち大きい値を有する方のスイッチング素子に対しては、遮断信号Ｓｏｆｆを供給する。導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆは、上述の他の実施形態の場合と同様に、バイパス制御信号Ｓｓの出力とともに出力され、バイパス回路７０が導通する前に、スイッチング素子をオンまたはオフさせる。
　本実施形態の電圧補償装置では、温度が低い方のスイッチング素子がオンする。オンしたスイッチング素子は、事故電流の還流経路を形成し、事故電流を還流させる。事故電流が還流することによってスイッチング素子の温度が上昇することが考えられるが、そのような場合であっても、温度上昇を適切な範囲内におさめることができる。したがって、電圧補償装置をより安全に保護することが可能になる。
　（第４の実施形態）
　本実施形態では、フィルタのインダクタに電流を流すことを防止する第２のバイパス回路を設けている。
　図６は、本実施形態に係る電圧補償装置を例示するブロック図である。
　図６に示すように、本実施形態の電圧補償装置４０１は、電圧補償部４１０と、制御部４８０と、を備える。本実施形態では、電圧補償部４１０が第２のバイパス回路４６０を含み、制御部４８０が上述の他の実施形態の場合と相違する。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
　電圧補償部４１０は、第２のバイパス回路４６０を含む。第２のバイパス回路４６０は、二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓの各端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂと、コンデンサ４０と、の間に接続されている。
　第２のバイパス回路４６０は、ダイオードブリッジ４６１と、短絡スイッチ４６２と、逆流防止ダイオード４６３と、を含む。
　ダイオードブリッジ４６１は、ダイオード４６１ａ～４６１ｆを含む。ダイオード４６１ａ～４６１ｃは、二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓの端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂから第１電力変換器２０の高圧直流入力端子２１ａに向かって電流を流すように接続されている。ダイオード４６１ｄ～４６１ｆは、低圧直流入力端子２１ｂから端子１２ｂ，１４ｂ，１６ｂに向かって電流を流すように接続されている。ダイオードブリッジ４６１は、電力系統の地絡等の事故時に二次巻線１１ｓ，１３ｓ，１５ｓに誘導される電流を流す経路を提供する。
　短絡スイッチ４６２は、ダイオードブリッジ４６１の直流電圧出力端子の両端に接続されている。短絡スイッチ４６２の制御端子は、制御部８０に接続されている。短絡スイッチ４６２は、制御部から供給される信号がハイレベルになったときにオンして、ダイオードブリッジ４６１の直流電圧出力端子の両端を短絡する。短絡スイッチ４６２は、たとえばＩＧＢＴである。
　逆流防止ダイオード４６３は、ダイオードブリッジ４６１からコンデンサ４０を充電する電流が流れる向きに接続されている。逆流防止ダイオード４６３は、短絡スイッチ４６２がオンしたときに、コンデンサ４０からダイオードブリッジ４６１の側に電流が逆流しないように設けられている。
　制御部４８０は、バイパス制御信号Ｓｓと同時に出力される第２のバイパス制御信号Ｓｓ２を出力する。第２のバイパス信号Ｓｓ２は、短絡スイッチ４６２の制御端子に供給される。バイパス制御信号Ｓｓ２によって短絡スイッチ４６２の制御端子を駆動することができるように、駆動回路を設けてもよい。第２のバイパス制御信号Ｓｓ２は、たとえば制御部４８０内で生成される図示しない内部制御信号と同一論理の信号として出力される。
　図７は、本実施形態の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。
　図７に示すように、電力系統に流れる線電流は、電流検出器７５，７６によって検出される。検出された電流データＩＬ１，ＩＬ２は制御部４８０へ送信される。制御部４８０では、電流データＩＬ１，ＩＬ２をしきい値Ｉｔ１と比較し、電流データＩＬ１，ＩＬ２のうち少なくとも一方がしきい値を超えた場合に、制御部４８０は、バイパス制御信号Ｓｓ、第２のバイパス制御信号Ｓｓ２およびゲートブロック信号ＧＢを出力する。
　第２のバイパス回路４６０は、第２のバイパス制御信号Ｓｓ２を受信し、短絡スイッチ４６２をオンさせる。なお、第１電力変換器２０および第２電力変換器９０は、これらの信号と同時に出力されるゲートブロック信号ＧＢによって、電力変換動作を停止する。
　二次巻線に誘導された事故電流にもとづく電流Ｉｉｎｃは、たとえばハイサイド側のダイオードの１つ（図７ではダイオード４６１ｃ）に流れる。電流Ｉｉｎｃは、短絡スイッチ４６２に流れ、ローサイド側のダイオード（図７ではダイオード４６１ｄ，４６１ｅ）に分岐して流れる。電流経路は、配線のインピーダンス等も含めて決定される。
　本実施形態の電圧補償装置４０１では、事故時の電流は、第２のバイパス回路４６０を流れた後に、バイパス回路７０に流れる。この実施形態では、第１電力変換器２０のいずれの素子にも事故時の電流を流すことがないので、不測の大電流等により故障を生じるおそれを低減することができる。
　本実施形態では、制御部４８０が事故電流を検出した場合に、第１電力変換器２０とは別に設けられた第２のバイパス回路に事故電流を還流させる。第２のバイパス回路４６０を構成するダイオード４６１ａ～４６１ｆおよび短絡スイッチ４６２は、発生し得る事故電流に対応するように選定される。したがって、簡素な構成で確実に事故電流をバイパスすることができ、電圧補償装置のより安全な運用を実現することができる。
　図８は、比較例の電圧補償装置を例示するブロックである。
　比較例の電圧補償装置の電圧補償部は、第２のバイパス回路５６０を含む。この第２のバイパス回路５６０は、ブリッジ回路からなり、ブリッジ回路の出力は、コンデンサ４０の両端に接続されている。
　事故時の電流は、バイパス回路１７０が導通するまでは、第２のバイパス回路５６０を経由してコンデンサ４０に流入する。事故時の電流は、フィルタ回路５０のインダクタンスには流れないので、事故時の電流が第１電力変換器２０に流れ続けることはないが、バイパス回路７０が動作するまでの過渡的な状況では、大電流が第２のバイパス回路５６０を介してコンデンサ４０に流入する。そのため、コンデンサ４０の両端の電圧が過電圧状態となる場合がある。
　これに対して、本実施形態の電圧補償装置４０１では、第２のバイパス回路４６０には、ダイオードブリッジ４６１に加えて設けられた短絡スイッチ４６２を有する。短絡スイッチ４６２は、制御部４８０が事故電流を検出した場合にターンオンする。そのため、事故電流は短絡スイッチ４６２に流れるので、コンデンサ４０に過電圧が印加されるのを防止することができる。
　（第５の実施形態）
　本実施形態では、上述した第４の実施形態の場合にさらに、第１の実施形態等の場合において説明したスイッチング素子による事故電流の放電経路を形成することを含む。
　図９は、本実施形態の電圧補償装置の動作を説明するためのブロック図である。
　図９に示すように、電圧補償部６１０は、第２のバイパス回路４６０を含む。制御部６８０は、バイパス制御信号Ｓｓとともに、第２のバイパス制御信号Ｓｓ２、導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆを出力する。バイパス制御信号Ｓｓ、第２のバイパス制御信号Ｓｓ２、導通信号Ｓｏｎおよび遮断信号Ｓｏｆｆは、制御部６８０において、電流データＩＬ１，ＩＬ２がしきい値Ｉｔｈを超えたことによって、生成され、ほぼ同時に出力される。
　バイパス制御信号Ｓｓによってバイパス回路７０が導通するまでの期間に、第２のバイパス回路４６０が導通し、ハイサイド側およびローサイド側のスイッチング素子のうちの一方がオンし、他方がオフする。これによって、事故時の電流は、少なくともバイパス回路７０が導通するまでの間、第２のバイパス回路４６０およびスイッチング素子に分流する。
　本実施形態では、第２のバイパス回路４６０およびスイッチング素子によって事故時の電流を分流するので、これらの回路の構成素子には、より電流容量の小さいものを用いることができる。したがって、より一層装置の低コスト化、小型化が可能になる。
　上述した各実施形態や各変形例において、制御部８０，３８０，４８０，６８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro-Processing Unit）等のプログラムを逐次実行するデバイスを含んでもよい。制御部８０，３８０，４８０，６８０を構成する各部、各演算器等は、プログラムを構成する１つあるいは複数のステップを実行することによって実現されていてもよい。
　上述の各実施形態では、三相の電力系統に適応する電力変換器を有する電圧補償装置について説明をしたが、接続する交流系統は、三相に限らず、単相であってもよい。
　以上説明した実施形態によれば、電力系統に過大な事故電流が流れた場合に、過大電流から保護することを可能にした電圧補償装置を実現することができる。
　以上、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、その他のさまざま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、請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

Claims (10)

  1. 　電力系統の電圧を補償する電圧補償装置であって、
    　　第１交流端子から第１直流端子に向かって電流を流す第１ダイオードと、
    　　前記第１ダイオードに逆並列に接続された第１スイッチング素子と、
    　　第２直流端子から第２交流端子に向かって電流を流す第２ダイオードと、
    　　前記第２ダイオードに逆並列に接続された第２スイッチング素子と、
    　　前記第２交流端子とから前記第１直流端子に向かって電流を流す第３ダイオードと、
    　　前記第３ダイオードに逆並列に接続された第３スイッチング素子と、
    　　前記第２直流端子から前記第１交流端子に向かって電流を流す第４ダイオードと、
    　　前記第４ダイオードに逆並列に接続された第４スイッチング素子と、
    　を含む電力変換器と、
    　電力系統の第１電力線に直列に接続された一次巻線と前記第１交流端子に接続された二次巻線とを有する第１変圧器と、
    　前記電力系統の第２電力線に直列に接続された一次巻線と前記第２交流端子に接続された二次巻線とを有する第２変圧器と、
    　前記第１電力線の電流値とあらかじめ設定されたしきい値とを比較して、前記第１電力線の電流値が前記しきい値以上の場合に制御信号を生成する制御部と、
    　前記第１変圧器の二次巻線と前記第２変圧器の二次巻線との間に接続され、前記制御信号にもとづいて前記第１変圧器の二次巻線と前記第２変圧器の二次巻線との間を短絡する第１バイパス回路と、
    　を備え、
    　前記制御部は、前記制御信号にもとづいて、前記第１スイッチング素子および前記第３スイッチング素子を導通させ、前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子を遮断する電圧補償装置。
  2. 　前記第１バイパス回路は、接触器を含む請求項１記載の電圧補償装置。
  3. 　前記第１バイパス回路は、前記接触器に並列に接続されたサイリスタを含む請求項２記載の電圧補償装置。
  4. 　前記制御部は、
    　前記第１スイッチング素子および前記第３スイッチング素子のうちの少なくとも１つの温度である第１温度、および、前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子のうちの少なくとも１つの温度である第２温度を検出し、
    　前記第１温度が前記第２温度よりも低い場合には、前記制御信号にもとづいて前記第１スイッチング素子および前記第３スイッチング素子を導通させ、
    　前記第１温度が前記第２温度以上の場合には、前記制御信号にもとづいて前記第２スイッチング素子および前記第４スイッチング素子を導通させる請求項１記載の電圧補償装置。
  5. 　前記電力変換器は、
    　　第３交流端子から前記第１直流端子に向かって電流を流す第５ダイオードと、
    　　前記第５ダイオードに逆並列に接続された第５スイッチング素子と、
    　　前記第２直流端子から前記第３交流端子に向かって電流を流す第６ダイオードと、
    　　前記第６ダイオードに逆並列に接続された第６スイッチング素子と、
    　をさらに含み、
    　前記電力系統の第３電力線に直列に接続された一次巻線と前記第３交流端子に接続された二次巻線とを有する第３変圧器と、
    　前記第２変圧器の二次巻線と前記第３変圧器の二次巻線との間に接続され、前記第２変圧器の二次巻線と前記第３変圧器の二次巻線との間を短絡することができる第２バイパス回路と、
    　をさらに備え、
    　前記制御部は、第３電力線の電流値とあらかじめ設定された前記しきい値とを比較して、前記第３電力線の電流値が前記しきい値以上の場合にも前記制御信号を生成する請求項１記載の電圧補償装置。
  6. 　前記第１電力線の電流値を検出する第１電流検出器と、
    　前記第３電力線の電流値を検出する第２電流検出器と、
    　をさらに備えた請求項１記載の電圧補償装置。
  7. 　電力系統の電圧を補償する電圧補償装置であって、
    　　第１交流端子から第１直流端子に向かって電流を流す第１整流素子と、
    　　第２直流端子から第２交流端子に向かって電流を流す第２整流素子と、
    　　前記第２交流端子とから前記第１直流端子に向かって電流を流す第３整流素子と、
    　　前記第２直流端子から前記第１交流端子に向かって電流を流す第４整流素子と、
    　を含む電力変換器と、
    　電力系統の第１電力線に直列に接続された一次巻線と、第１インダクタを介して前記第１交流端子に接続された二次巻線とを有する第１変圧器と、
    　前記電力系統の第２電力線に直列に接続された一次巻線と、前記第２交流端子に接続された二次巻線とを有する第２変圧器と、
    　前記第１電力線の電流値とあらかじめ設定されたしきい値とを比較して、前記電流値が前記しきい値以上の場合に制御信号を生成する制御部と、
    　前記第１変圧器の二次巻線と前記第２変圧器の二次巻線との間に接続され、前記制御信号にもとづいて前記二次巻線間を短絡する第１バイパス回路と、
    　を備え、
    　前記第１バイパス回路は、接触器と、前記接触器に並列に接続された自己消弧型スイッチ素子と、を含む電圧補償装置。
  8. 　前記電力変換器は、
    　前記第１整流素子に逆並列に接続された第１スイッチ素子と、
    　前記第２整流素子に逆並列に接続された第２スイッチ素子と、
    　前記第３整流素子に逆並列に接続された第３スイッチ素子と、
    　前記第４整流素子に逆並列に接続された第４スイッチ素子と、
    　を含み、
    　前記第１スイッチ素子および前記第３スイッチ素子は、前記制御信号にもとづいて導通させ、
    　前記第２スイッチ素子および前記第４スイッチ素子は、前記制御信号にもとづいて遮断する請求項５記載の電圧補償装置。
  9. 　前記電力変換器は、
    　　第３交流端子から前記第１直流端子に向かって電流を流す第５ダイオードと、
    　　前記第５ダイオードに逆並列に接続された第５スイッチ素子と、
    　　前記第２直流端子から前記第３交流端子に向かって電流を流す第６ダイオードと、
    　　前記第６ダイオードに逆並列に接続された第６スイッチ素子と、
    　をさらに含み、
    　前記電力系統の第３電力線に直列に接続された一次巻線と、第２インダクタを介して前記第３交流端子に接続された二次巻線とを有する第３変圧器と、
    　前記第２変圧器の二次巻線と前記第３変圧器の二次巻線との間に接続され、前記第２変圧器の二次巻線と前記第３変圧器の二次巻線との間を短絡することができる第２バイパス回路と、
    　をさらに備え、
    　前記制御部は、第３電力線の電流値とあらかじめ設定された前記しきい値とを比較して、前記第３電力線の電流値が前記しきい値以上の場合にも前記制御信号を生成する請求項８記載の電圧補償装置。
  10. 　前記第１電力線の電流値を検出する第１電流検出器と、
    　前記第３電力線の電流値を検出する第２電流検出器と、
    　をさらに備えた請求項８記載の電圧補償装置。
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