WO2021177130A1 - 電力変換システム - Google Patents

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一 浦井
央 上妻
公久 古川
矩也 中尾
中津　欣也
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Definitions

  • a single-phase power converter including a semiconductor switching element (Insulated-gate bipolar transistor: IGBT or the like) is used to connect a plurality of the single-phase power converters in series. With such a configuration, it is possible to output a voltage higher than the withstand voltage of the switching element. It is expected to be applied to DC power transmission systems (HVDC), static power compensators (STATCOM), motor drive inverters, and the like.
  • HVDC DC power transmission systems
  • STATCOM static power compensators
  • motor drive inverters and the like.
  • overvoltage suppression element 202A a metal oxide varistor (MOV: Metal Oxide Varistor) 54A (overvoltage suppression element) having a fast operating time is applied.
  • MOV Metal Oxide Varistor
  • the present inventors also considered the destruction of the switch elements 2011 and 211 from the viewpoint of the operation continuity of the power conversion system. It has been found that when the inverter of the power converter unit 10 or the switch element constituting the converter is destroyed, a dampening high-frequency voltage is generated when the arc is extinguished after the short-circuit failure shifts to arc discharge. Such a high frequency voltage may destroy the switch elements 2011 and 211 of the short circuit switch units 20 and 21. If the switch elements 2011 and 211 are destroyed by an overcurrent due to the surge voltage when the failure current is cut off, the power converter unit related to the failure caused by the switch element 201 may be disconnected from the system, or the power related to the failure caused by the switch element 211 may be disconnected. The output bypass function of the converter unit 10 is hindered.
  • the power conversion system 100 (see FIG. 1) of the present embodiment includes a plurality of power converter units 10 (see FIG. 1) formed by using semiconductor switch elements by connecting them in series to generate power.
  • Switch elements 2011, 211 short-circuit switch
  • the overvoltage suppression elements 202 and 212 are provided, and the conductive state is switched by applying a predetermined voltage.
  • a high-frequency current may flow due to the smoothing capacitors 105 and 106 (see FIG. 1) and the reactance component of the circuit (see the high-frequency transformer 104 in FIG. 1). be.
  • a high-frequency transient voltage twice the voltage of the smoothing capacitors 105 and 106 is generated.

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Abstract

故障ユニットをバイパスする短絡スイッチの故障を抑制して、システムの信頼性および冗長性を向上させることができる電力変換システムを提供する。電力変換システム（１００）は、半導体スイッチ素子を用いて形成された複数の電力変換器ユニット（１０）を直列接続して備え、電力変換器ユニット（１０）の入力端子および／または出力端子に設けられ、当該電力変換器ユニット（１０）をバイパスするスイッチ素子（２０１，２１１）と、スイッチ素子（２０１，２１１）と並列に接続され、所定電圧の印加で導電状態が切り替わる過電圧抑制素子（２０２，２１２）と、を備える。

Description

電力変換システム
　本発明は、電力変換システムに関する。
　近年、交流を直流にあるいは直流を交流に変換する電力変換装置が多く用いられている。この種の電力変換装置は高電圧の分野にも応用されている。その場合に、例えば、半導体スイッチング素子（Insulated-gate bipolar transistor：ＩＧＢＴなど）を含んだ単相電力変換器を利用して、この単相電力変換器を複数直列に接続する。このような構成であればスイッチング素子の耐圧以上の電圧を出力できる。直流送電システム（ＨＶＤＣ）や無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）、モータドライブインバータなどへの応用が期待されている。
　複数の単相電力変換器ユニットを直列接続してなる電力変換システムの例としては、単相インバータ装置（以下、セルインバータ装置という）を複数直列に接続して１相分のインバータ装置群を形成し、これを例えば３相に組み合わせて３相のインバータシステムを形成したものが知られている（特許文献１参照）。
　このような直列多重変換器システムでは、１つのセルインバータ装置が異常になった場合、負荷に正常な電力を供給できなくなるばかりでなく、他の健全な単相電力変換器の正常動作にも影響を与えるおそれがある。１つのセルインバータ装置に故障（異常）が発生した場合に、すべてのセルインバータ装置を停止することなく、運転を継続するために、単相電力変換器ユニットの出力線に挿入された出力切り離しスイッチと、該切り離しスイッチを含めて各単相電力変換器の出力をバイパスするバイパス回路にバイパススイッチを備える構成が知られている（特許文献２参照）。
特開平１０－７５５８０号公報 特開２０００－２４５１６８号公報
　しかしながら、このような従来の直列変換器システムにあっては、電力変換器ユニット故障時に故障ユニットをバイパスする短絡スイッチの故障については、考慮されていない。短絡スイッチが故障すると、故障ユニットを無効化することができず、電力変換システム全体を停止させなければならない。
　本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、故障ユニットをバイパスする短絡スイッチの故障を抑制して、システムの信頼性および冗長性を向上させることができる電力変換システムを提供することを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の電力変換システムは、複数の電力変換器ユニットを直列接続して備える電力変換システムであって、前記電力変換器ユニットの入力側および／または出力側に設けられ、当該電力変換器ユニットをバイパスする短絡スイッチと、前記短絡スイッチと並列に接続され、所定電圧の印加で導電状態が切り替わる過電圧抑制素子と、を備えることを特徴とする。
　本発明のその他の態様については、後記する実施形態において説明する。
　本発明によれば、故障ユニットをバイパスする短絡スイッチの故障を抑制して、システムの信頼性および冗長性を向上させることができる。
本発明の実施形態に係る電力変換システムの全体構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換システムの電力変換器ユニットの入力端子に接続する短絡スイッチユニットの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換システムの電力変換器ユニットの出力端子に接続する短絡スイッチユニットの構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換システムの電力変換器ユニットの入力端子に接続する短絡スイッチユニットの他の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換システムの電力変換器ユニットの出力端子に接続する短絡スイッチユニットの他の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換システムの電力変換器ユニットの入力端子に接続する短絡スイッチユニットの他の構成を示す図である。 本発明の実施形態に係る電力変換システムの電力変換器ユニットの出力端子に接続する短絡スイッチユニットの他の構成を示す図である。
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
（実施形態）
　図１は、本発明の実施形態に係る電力変換システムの全体構成を示す図である。本実施形態は、複数の高周波ＡＣリンクコンバータを用いた多重電力変換装置に適用した例である。
［電力変換システムの構成］
　電力変換システム１００は、半導体スイッチ素子を用いて形成された複数の単相電力変換器ユニット１０（以下、電力変換器ユニット１０という）を直列接続して備える。
　電力変換システム１００は、電力変換器ユニット１０の入力端子（入力側）に設けられ、電力変換器ユニット１０をバイパスするスイッチ素子２０１を有する入力側の短絡スイッチユニット２０を備える。さらに、電力変換システム１００は、電力変換器ユニット１０の出力端子（出力側）に設けられ、電力変換器ユニット１０をバイパスするスイッチ素子２１１を有する出力側の短絡スイッチユニット２１を備える。
　複数の電力変換器ユニット１０と短絡スイッチユニット２０，２１は、単相の電力変換器群３０１，３０２，３０３を構成する。３台の単相の電力変換器群３０１，３０２，３０３は、３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）ＡＣ電源３０をＤＣに変換する。
　複数の電力変換器ユニット１０の、各電力変換器ユニット１０の構成は同一である。また、電力変換器ユニット１０の入力端子および出力端子に設けられる各短絡スイッチユニット２０，２１の構成は同一である。
 <電力変換器ユニット１０>
　電力変換器ユニット１０を、図１の単相の電力変換器群３０１のものを例に説明する。電力変換器ユニット１０は、ここでは高周波リンクコンバータのユニットである。
　電力変換器ユニット１０は、ＡＣをＤＣに変換するＡＣ／ＤＣコンバータ１０１と、ＤＣを高周波のＡＣに変換する高周波ＤＣ／ＡＣインバータ１０２と、高周波ＡＣをＤＣに変換する高周波ＡＣ／ＤＣコンバータ１０３と、絶縁トランス（高周波変圧器）１０４と、平滑コンデンサ１０５，１０６と、を備える。
　高周波ＤＣ／ＡＣインバータ１０２と高周波ＡＣ／ＤＣコンバータ１０３は、絶縁トランス１０４を介して接続される。高周波ＡＣには、例えばｋＨｚオーダのキャリア周波数が用いられる。
　ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１、高周波ＤＣ／ＡＣインバータ１０２、および高周波ＡＣ／ＤＣコンバータ１０３は、半導体スイッチ素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いたフルブリッジのインバータ、コンバータである。この半導体スイッチ素子に、例えば、パワーＭＯＳＦＥＴ（Power Metal-Oxide-semiconductor Field-Effect Transistor）が用いられることもある。
　本実施形態では、電力変換器ユニット１０の一例として、高周波ＡＣリンクコンバータを例に採っているが、電力変換器ユニット１０は、どのようなものでもよい。また、図１において、コンバータまたはインバータ単体、もしくはこれらの組み合わせを変えてもよい。
　図２は、電力変換器ユニット１０の入力端子（入力側）に接続する短絡スイッチユニット２０の構成を示す図である。
　図２に示す短絡スイッチユニット２０は、スイッチ素子２０１（短絡スイッチ）と、スイッチ素子２０１と並列に接続された過電圧抑制素子２０２と、を備える。図１の例では、短絡スイッチユニット２０は、３相ＡＣ電源３０の交流端子に接続される。
 <スイッチ素子２０１>
　図２に示すスイッチ素子２０１（短絡スイッチ）は、半導体スイッチ素子であり、例えば、逆極性で接続したサイリスタ５１，５２（短絡スイッチ）を適用する。スイッチ素子２０１は、２個のサイリスタ５１，５２を逆極性で接続することで、双方向で通電できる。
　スイッチ素子２０１は、電力変換器ユニット１０内の入力回路側（ＡＣ／ＤＣコンバータ１０１側）の故障時に導通状態となり電力変換器ユニット１０をバイパスする。
　なお、スイッチ素子２０１には、半導体スイッチ素子を適用することが望ましいが、気中リレーや真空開閉器など機械接点方式のスイッチを用いることもできる。
　スイッチ素子２０１，２１１（後記）には、例えば電磁コイルで駆動する機械式のリレースイッチや、サイリスタやＭＯＳＦＥＴなどの固体スイッチで構成できる。
　短絡スイッチに半導体スイッチ素子を適用することで、ミリ秒オーダで回路を短絡することができ、単相電力変換器ユニット内部の素子故障において、素子に流れる故障電流を短時間でバイパスして、素子の破壊故障を防止できる。故障波及を最小限に抑制することができ、さらに信頼性を高めることができる。
 <過電圧抑制素子２０２>
　図２に示す過電圧抑制素子２０２は、スイッチ素子２０１と並列に接続され、電圧により導電状態が切り替わる。
　過電圧抑制素子２０２は、高電圧が印加された場合に、低抵抗となる非線形抵抗素子である。非線形抵抗素子は、例えば、放電を利用したガスアレスタ５３や、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの非線形抵抗を用いたバリスタ（後記）を適用する。ガスアレスタ５３は、瞬間的に発生するサージ電圧が印加された場合に、サージ電圧のみを接地側にパスさせる。
　本実施形態のガスアレスタ５３は、短絡スイッチユニット２０に備えられて電力変換システム１００の内部故障を保護するためのものである。すなわち、誘導雷サージから電子機器の電源や通信ラインを保護するためのガスアレスタとは用途が異なる。
　スイッチ素子２０１は、非導通状態の耐電圧が、電力変換器ユニット１０の定常時運転電圧または当該電力変換器ユニット１０を構成する半導体スイッチ素子の非導通状態の耐電圧よりも高く、かつ、過電圧抑制素子２０２は、動作電圧が、スイッチ素子２０１の耐電圧と電力変換器ユニット１０を構成する半導体スイッチ素子の耐電圧の間にある。
　スイッチ素子２０１は、非導通状態の耐電圧が、電力変換器ユニット１０の定常時運転電圧または当該電力変換器ユニット１０を構成する半導体スイッチ素子の非導通状態の耐電圧の２倍以上である。
　図３は、電力変換器ユニット１０の出力端子（出力側）に接続する短絡スイッチユニット２１の構成を示す図である。
　図３に示す短絡スイッチユニット２１は、スイッチ素子２１１（短絡スイッチ）と、スイッチ素子２１１と並列に接続された過電圧抑制素子２１２と、を備える。図１の例では、短絡スイッチユニット２１は、直流端子に接続される。
 <スイッチ素子２１１>
　図２に示すスイッチ素子２１１（短絡スイッチ）は、半導体スイッチ素子であり、例えば、１個のサイリスタ素子５１を適用する。スイッチ素子２１１は、短絡スイッチユニット２１のように直流端子に適用する場合には、サイリスタ素子１個の単極性とする。ただし、短絡スイッチユニット２１のスイッチ素子２１１として、図２のスイッチ素子２０１を用いてもよい。
　スイッチ素子２１１は、電力変換器ユニット１０内の出力回路側（高周波ＡＣ／ＤＣコンバータ１０３側）の故障時に導通状態となり電力変換器ユニット１０をバイパスする。
　なお、スイッチ素子２１１には、半導体スイッチ素子を適用することが望ましいが、気中リレーや真空開閉器など機械接点方式のスイッチを用いることもできる。
 <過電圧抑制素子２１２>
　図２に示す過電圧抑制素子２１２は、スイッチ素子２１１と並列に接続され、電圧により導電状態が切り替わる。
　過電圧抑制素子２１２は、高電圧が印加された場合に、低抵抗となる非線形抵抗素子である、放電を利用したガスアレスタ５３（過電圧抑制素子）や、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの非線形抵抗を用いたバリスタ５４（後記）（過電圧抑制素子）を適用する。
　スイッチ素子２１１は、非導通状態の耐電圧が、電力変換器ユニット１０の定常時運転電圧または当該電力変換器ユニット１０を構成する半導体スイッチ素子の非導通状態の耐電圧よりも高くし、過電圧抑制素子２１２は、動作電圧が、スイッチ素子２１１の耐電圧と電力変換器ユニット１０を構成する半導体スイッチ素子の耐電圧の間にある。
　スイッチ素子２１１は、非導通状態の耐電圧が、電力変換器ユニット１０の定常時運転電圧または当該電力変換器ユニット１０を構成する半導体スイッチ素子の非導通状態の耐電圧の２倍以上である。
 <短絡スイッチユニット２０と短絡スイッチユニット２１>
　電力変換器ユニット１０の入力端子に接続する短絡スイッチユニット２０と、電力変換器ユニット１０の出力端子に接続する短絡スイッチユニット２１とは、構成および仕様は同じとしてもよく、異なっていてもよい。また、短絡スイッチユニット２０のスイッチ素子２０１と、短絡スイッチユニット２１のスイッチ素子２１１の仕様は同一である必要はない。同様に、短絡スイッチユニット２０の過電圧抑制素子２０２と短絡スイッチユニット２１の過電圧抑制素子２１２の仕様は同一である必要はない。
 <短絡スイッチユニットの他の構成例>
　図４は、電力変換器ユニット１０の入力端子（入力側）に接続する短絡スイッチユニット２０Ａの他の構成を示す図である。
　図４に示す短絡スイッチユニット２０Ａは、スイッチ素子２０１と、スイッチ素子２０１と並列に接続された過電圧抑制素子２０２Ａと、を備える。
　過電圧抑制素子２０２Ａは、高電圧が印加された場合に、低抵抗となる非線形抵抗素子であり、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの非線形抵抗を用いたバリスタ５４を適用する。あるいは、過電圧抑制素子２０２Ａは、動作時間の早い金属酸化物バリスタ（ＭＯＶ：Metal Oxide Varistor）５４Ａ（過電圧抑制素子）を適用する。外部の雷インパルスの急峻なサージ電圧を保護する必要がる場合には、動作時間の早いＭＯＶ５４Ａを設置することが望ましい。
　図５は、電力変換器ユニット１０の出力端子（出力側）に接続する短絡スイッチユニットの他の構成を示す図である。
　図５に示す短絡スイッチユニット２１Ａは、スイッチ素子２１１と、スイッチ素子２１１と並列に接続された過電圧抑制素子２１２Ａと、を備える。
　過電圧抑制素子２１２Ａは、例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの非線形抵抗を用いたバリスタ５４、動作時間の早い金属酸化物バリスタ５４Ａである。
　上述したように、スイッチ素子２０１，２１１，２０２Ａ，２１２Ａと並列に接続する過電圧抑制素子２０２，２１２には、放電を利用したガスアレスタ５３、非線形抵抗を用いたバリスタ５４、金属酸化物バリスタ５４Ａを適用する。
　過電圧抑制素子２０２，２１２，２０２Ａ，２１２Ａは、高電圧が印加された場合に、低抵抗となる非線形抵抗素子であればよく、バリスタ５４やガスアレスタ５３等に限定されるものではない。しかし、インバータもしくはコンバータを構成するスイッチ素子などの内部破壊の場合に、短絡故障がアーク放電に移行した後、消弧された場合に減衰性の高周波電圧が発生する。このため、過電圧抑制素子２０２，２１２は、耐通過電流Ｉ２ｔ容量の大きいガスアレスタ５３とすることが望ましい。
　以下、上述のように構成された電力変換システム１００の動作について説明する。
　電力変換システム１００は、１つの電力変換器ユニット１０の単相電力変換器が故障した場合、短絡スイッチユニット２０のスイッチ素子２０１により、その電力変換器ユニット１０がシステムから切り離され、かつ短絡スイッチユニット２１のスイッチ素子２１１により、その電力変換器ユニット１０の出力がバイパスされる。これにより、システムから故障に係る単相電力変換器が除去され、そのまま運転を継続することができる。その結果、残りの健全な電力変換器ユニット１０の直列出力により、負荷への電力供給が継続されることになり、電力供給の信頼性が向上する。
　しかしながら、短絡スイッチユニット２０，２１を構成するスイッチ素子２０１，２１１が、故障電流遮断時のサージ電圧で過電流により破壊されることが考えられる。すなわち、スイッチ素子２０１，２１１は、小型・軽量、高速短絡動作の要請からサイリスタ５１，５２などの半導体スイッチ素子を用いている。半導体スイッチ素子は、所定の動作電圧で動作し耐電圧を超える環境で使用されることはない。
　本発明者らは、電力変換システムの運転継続性の観点から、スイッチ素子２０１，２１１の破壊についても考察した。電力変換器ユニット１０のインバータもしくはコンバータを構成するスイッチ素子などが破壊した場合に、短絡故障がアーク放電に移行した後、消弧された場合に減衰性の高周波電圧が発生することを見出した。このような高周波電圧は、短絡スイッチユニット２０，２１のスイッチ素子２０１，２１１を破壊するおそれがある。仮に、故障電流遮断時のサージ電圧で過電流によりスイッチ素子２０１，２１１が破壊されると、スイッチ素子２０１による故障に係る電力変換器ユニットのシステムからの切り離しや、スイッチ素子２１１による故障に係る電力変換器ユニット１０の出力バイパス機能が阻害される。
　そこで、電力変換システム１００は、短絡スイッチユニット２０，２１のスイッチ素子２０１，２１１と並列に、スイッチ素子２０１，２１１に印加される電圧に応じて導電状態が切り替わる過電圧抑制素子２０２，２１２を設けている。スイッチ素子２０１は、例えばサイリスタ５１，５２（図２参照）であり、スイッチ素子２０２は、サイリスタ５１（図３参照）である。また、過電圧抑制素子２０２，２１２は、ガスアレスタ５３（図２および図３参照）である。
　スイッチ素子２０１，２１１の耐圧電圧は、動作電圧の２倍以上とし、ガスアレスタ５３（過電圧抑制素子）の動作電圧（導電状態が切り替わる電圧）は、スイッチ素子２０１，２１１の動作電圧の１～２倍の作動電圧とする。また、ガスアレスタ５３は、短絡故障がアーク放電に移行した後、消弧された場合に減衰性の高周波電圧が発生することを考慮して、耐通過電流Ｉ２ｔ容量の大きいガスアレスタ５３とすることが望ましい。
　以上説明したように、本実施形態の電力変換システム１００（図１参照）は、半導体スイッチ素子を用いて形成された複数の電力変換器ユニット１０（図１参照）を直列接続して備え、電力変換器ユニット１０の入力端子および／または出力端子に設けられ、当該電力変換器ユニット１０をバイパスするスイッチ素子２０１，２１１（短絡スイッチ）（図１参照）と、スイッチ素子２０１，２１１と並列に接続され、所定電圧の印加で導電状態が切り替わる過電圧抑制素子２０２，２１２と、を備える。
　この構成により、１つの電力変換器が故障した場合、スイッチ素子２０１，２１１により電力変換器ユニット１０がバイパスされて、電力変換システム１００の運転を継続できる。
　電力変換器の故障時には、過渡的に過電圧が発生する場合がある。過電圧抑制素子２０２，２１２は、所定電圧の印加で導電状態が切り替わることで、スイッチ素子２０１，２１１に耐電圧以上の電圧が印加されるのを防止して、スイッチ素子２０１，２１１の信頼性を向上させることができる。
　また、過電圧抑制素子２０２，２１２は、所定電圧の印加で導電状態が切り替わるので、新たな制御手段の導入が不要であり、低コスト化を図ることができる。
　このように、複数の電力変換器ユニット１０を直列接続してなる電力変換システム１００において、いくつかの電力変換器ユニット１０が故障しても、スイッチ素子２０１，２１１（短絡スイッチ）によって故障電力変換器ユニットをバイパスすることができ、負荷への電力供給を継続することができる。また、電力変換器ユニットの故障時に過電圧が発生した場合にも、短絡スイッチの故障を確実に防止して、システムの信頼性および冗長性を向上させることができる。
　ここで、電力変換器ユニット１０の運転電圧の最大値Ｖｃ、スイッチ素子２０１，２１１（短絡スイッチ）の耐電圧Ｖｓ、過電圧抑制素子の動作電圧Ｖａが、下記式（１）の関係を満たす構成とする。
　Ｖｃ＜Ｖａ＜Ｖｓ　　…（１）
　上記式（１）の関係を満たす構成とすることで、短絡スイッチが非導通状態において、確実に短絡スイッチの絶縁破壊故障を防止させることができる。その結果、信頼性をさらに高めることができる。
　さらに、電力変換器ユニット１０の半導体スイッチ素子が短絡故障した場合、平滑コンデンサ１０５，１０６（図１参照）と回路のリアクタンス成分（図１の高周波変圧器１０４参照）により高周波の電流が流れる場合がある。例えば、故障素子においてアーキングが発生し、アークが瞬時に消弧された場合、平滑コンデンサ１０５，１０６の電圧の２倍の高周波過渡電圧が発生する。短絡スイッチの耐電圧Ｖｓは、運転電圧の最大値Ｖｃの２倍とすることで、過電圧抑制素子２０２，２１２（図１参照）の動作遅れや不動作故障があったとしても、短絡スイッチの絶縁破壊による故障を防止することができ、信頼性の高いシステムを構成できる。
［変形例］
　図６は、電力変換器ユニット１０の入力端子に接続する短絡スイッチユニットの他の構成を示す図である。
　図６に示す短絡スイッチユニット２０Ｂは、スイッチ素子２０１（短絡スイッチ）と、スイッチ素子２０１と並列に接続された過電圧抑制素子２０２Ｂと、を備える。
　過電圧抑制素子２０２Ｂは、並列接続された、ガスアレスタ５３（第１の過電圧抑制素子）およびＭＯＶ５４Ａ（第２の過電圧抑制素子）を備える。過電圧抑制素子２０２Ｂは、放電を利用したガスアレスタ５３と、動作時間の早いＭＯＶ５４と、を並列に接続している。すなわち、短絡スイッチユニット２０Ｂは、特性の異なるガスアレスタ５３とＭＯＶ５４とを並列に接続している。
　図７は、電力変換器ユニット１０の出力端子に接続する短絡スイッチユニットの他の構成を示す図である。
　図７に示す短絡スイッチユニット２１Ｂは、スイッチ素子２１１（短絡スイッチ）と、スイッチ素子２１１と並列に接続された過電圧抑制素子２１２Ｂと、を備える。
　過電圧抑制素子２１２Ｂは、並列接続された、ガスアレスタ５３（第１の過電圧抑制素子）およびＭＯＶ５４Ａ（第２の過電圧抑制素子）を備える。過電圧抑制素子２１２Ｂは、放電を利用したガスアレスタ５３と、動作時間の早いＭＯＶ５４と、を並列に接続している。
　このように、短絡スイッチユニット２０Ｂ，２１Ｂは、導電状態が切り替わる動作時間が異なるガスアレスタ５３とＭＯＶ５４Ａとをスイッチ素子２０１，２１１に並列接続することで、故障電流遮断時のサージ電圧によるスイッチ素子２０１，２１１の故障を、迅速かつ確実に抑制することができる。すなわち、まず、動作時間の早いＭＯＶ５４Ａによって迅速にスイッチ素子２０１，２１１へのサージ電圧印加を抑制し（応答性確保）、次いで、耐通過電流Ｉ２ｔ容量の大きいガスアレスタ５３によって過電流による故障を抑制する（抑制効果確保）。
　これにより、電力変換器ユニット１０の故障時に過電圧が発生した場合にも、短絡スイッチの故障をより確実に防止することができ、システムの信頼性および冗長性をより一層向上させることができる。
　なお、ＭＯＶ５４Ａに代えて、あるいは追加してガスアレスタ５３（図２および図３参照）をスイッチ素子２０１，２１１に並列に付加してもよい。
　本発明は上記の実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
　例えば、上記短絡スイッチを電力変換器ユニットの入力端子または出力端子のいずれか一方に設ける態様でもよい。また、ある実施形態例の構成の一部を他の実施形態例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態例の構成に他の実施形態例の構成を加えることも可能である。また、各実施形態例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
　１０　電力変換器ユニット
　２０，２０Ａ，２０Ｂ　短絡スイッチユニット（入力側）
　２１，２１Ａ，２１Ｂ　短絡スイッチユニット（出力側）
　３０　３相ＡＣ電源
　５１，５２　サイリスタ（半導体スイッチ素子，短絡スイッチ）
　５３　ガスアレスタ（過電圧抑制素子（第１の過電圧抑制素子））
　５４　バリスタ（過電圧抑制素子）
　５４Ａ　金属酸化物バリスタ（過電圧抑制素子（第２の過電圧抑制素子））
　１００　電力変換システム
　１０１　ＡＣ／ＤＣコンバータ
　１０２　高周波ＤＣ／ＡＣインバータ
　１０３　高周波ＡＣ／ＤＣコンバータ
　１０４　絶縁トランス（高周波変圧器）
　１０５，１０６　平滑コンデンサ
　２０１，２１１　スイッチ素子（短絡スイッチ）
　２０２，２１２　過電圧抑制素子
　３０１，３０２，３０３　単相の電力変換器群

Claims (6)

  1. 　複数の電力変換器ユニットを直列接続して備える電力変換システムであって、
    　前記電力変換器ユニットの入力側および／または出力側に設けられ、当該電力変換器ユニットをバイパスする短絡スイッチと、
    　前記短絡スイッチと並列に接続され、所定電圧の印加で導電状態が切り替わる過電圧抑制素子と、を備える
    　ことを特徴とする電力変換システム。
  2. 　前記短絡スイッチは、半導体スイッチ素子である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 　前記過電圧抑制素子は、ガス放電を利用したガスアレスタ、非線形抵抗を用いたバリスタ、または金属酸化物バリスタの少なくともいずれか１つ以上である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
  4. 　前記過電圧抑制素子は、第１の動作時間で導電状態が切り替わる第１の過電圧抑制素子と、第２の動作時間で導電状態が切り替わる第２の過電圧抑制素子と、を備え、
    　前記第１の過電圧抑制素子および前記第２の過電圧抑制素子は、前記短絡スイッチと並列に接続される
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
  5. 　前記短絡スイッチは、非導通状態の耐電圧が、前記電力変換器ユニットの定常時運転電圧または当該電力変換器ユニットを構成する半導体スイッチ素子の非導通状態の耐電圧よりも高くし、
    　前記過電圧抑制素子は、動作電圧が、前記短絡スイッチの耐電圧と前記電力変換器ユニットを構成する前記半導体スイッチ素子の耐電圧の間にある
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
  6. 　前記短絡スイッチは、非導通状態の耐電圧が、前記電力変換器ユニットの定常時運転電圧または当該電力変換器ユニットを構成する半導体スイッチ素子の非導通状態の耐電圧の２倍以上である
    　ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換システム。
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