特許 5986910 電力変換装置の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5986910

(24)【登録日】2016年8月12日

(45)【発行日】2016年9月6日

(54)【発明の名称】電力変換装置の制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 1/00 20070101AFI20160823BHJP

   H02M 1/08 20060101ALI20160823BHJP

【ＦＩ】

   H02M1/00 C

   H02M1/08 301B

   H02M1/08 A

【請求項の数】5

【全頁数】7

(21)【出願番号】特願2012-271151(P2012-271151)

(22)【出願日】2012年12月12日

(65)【公開番号】特開2014-117116(P2014-117116A)

(43)【公開日】2014年6月26日

【審査請求日】2015年1月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100095441

【弁理士】

【氏名又は名称】白根 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100119976

【弁理士】

【氏名又は名称】幸長 保次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(74)【代理人】

【識別番号】100134290

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 将訓

(72)【発明者】

【氏名】大竹 飛鳥

【審査官】 鈴木 重幸

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−２００２６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３５１８２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０３０７２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２８４０５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ１／００−１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多重系のゲートパルスによりスイッチング素子を点弧する電力変換装置の制御装置であって、
前記多重系のゲートパルスのうち前記スイッチング素子を最初に点弧する系のゲートパルスを選択するゲートパルス選択手段と、
前記スイッチング素子の点弧を検出する点弧検出手段と、
前記点弧検出手段により検出された前記スイッチング素子の点弧が、前記ゲートパルス選択手段により選択された前記系のゲートパルスで点弧されていないと判断した場合、前記系の異常と判断する異常判断手段と
を備えることを特徴とする電力変換装置の制御装置。

【請求項2】

ゲートパルス選択手段は、前記スイッチング素子を点弧する系のゲートパルスが予め決められたパルスパターンを選択すること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。

【請求項3】

前記異常判断手段は、前記スイッチング素子の端子間の電圧に基づいて、前記スイッチング素子の点弧を検出すること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置の制御装置。

【請求項4】

多重系のゲートパルスによりスイッチング素子を点弧する電力変換装置の制御方法であって、
前記多重系のゲートパルスのうち前記スイッチング素子を最初に点弧する系のゲートパルスを選択し、
前記スイッチング素子の点弧を検出し、
検出した前記スイッチング素子の点弧が、選択した前記系のゲートパルスで点弧されていないと判断した場合、前記系の異常と判断すること
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。

【請求項5】

多重系のゲートパルスにより点弧されるスイッチング素子と、
前記多重系のゲートパルスのうち前記スイッチング素子を最初に点弧する系のゲートパルスを選択するゲートパルス選択手段と、
前記スイッチング素子の点弧を検出する点弧検出手段と、
前記点弧検出手段により検出された前記スイッチング素子の点弧が、前記ゲートパルス選択手段により選択された前記系のゲートパルスで点弧されていないと判断した場合、前記系の異常と判断する異常判断手段と
を備えることを特徴とする電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置を制御する制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、スイッチング素子を用いた電力変換装置が知られている。スイッチング素子は、ゲートパルスにより駆動する。また、故障に対する運転継続性を高めるために、二重系に構成したゲートパルスによりスイッチング素子を駆動することが知られている。例えば、２組のゲートパルス発生器によりゲートパルスを発生させるサイリスタバルブのゲート制御が開示されている（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開平９−３２２５２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、二重系のゲートパルスによりスイッチング素子を駆動させる場合、片系のゲートパルスが異常でも、スイッチング素子は、正常に駆動するため、どちらの系が異常なのか分からない。

【0005】

そこで、本発明の目的は、多重系のゲートパルスのうちいずれの系が異常か判断することのできる電力変換装置の制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の観点に従った電力変換装置の制御装置は、多重系のゲートパルスによりスイッチング素子を点弧する電力変換装置の制御装置であって、前記多重系のゲートパルスのうち前記スイッチング素子を最初に点弧する系のゲートパルスを選択するゲートパルス選択手段と、前記スイッチング素子の点弧を検出する点弧検出手段と、前記点弧検出手段により検出された前記スイッチング素子の点弧が、前記ゲートパルス選択手段により選択された前記系のゲートパルスで点弧されていないと判断した場合、前記系の異常と判断する異常判断手段とを備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、多重系のゲートパルスのうちいずれの系が異常か判断することの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。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係るゲートパルス発生器を適用した電力変換装置の構成を示す構成図。

【図2】本実施形態に係る第１のパルスパターンの生成方法を示す簡易図。

【図3】本実施形態に係る第２のパルスパターンの生成方法を示す簡易図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

【0010】

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るゲートパルス発生器１を適用した電力変換装置の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。

【0011】

ゲートパルス発生器１は、ＶＢＥ(valve base electronics)盤に組み込まれている。ＶＢＥ盤は、サイリスタバルブ２を制御する制御装置である。ゲートパルス発生器１は、上位制御系の制御盤３から受信するサイリスタバルブコントロール信号（ＴＶＣ(thyristor valve control)信号）Ｓｔｖｃに基づいて、サイリスタバルブ２のサイリスタ２２を駆動する二重系のゲートパルスＧＰａ，ＧＰｂを発生させる。

【0012】

サイリスタバルブ２は、複数のサイリスタ２２で構成された電力変換装置である。サイリスタバルブ２には、１つのサイリスタ２２に対して、２つのレーザダイオードユニット２１ａ，２１ｂ、１つの抵抗２３、及び１つの順電圧検出器２４が設けられている。ここでは、主に１つのサイリスタ２２についての構成について説明し、他のサイリスタ２２については同様に構成されているものとして説明を省略する。

【0013】

サイリスタ２２は、電力変換回路を構成するスイッチング素子である。サイリスタ２２は、光信号により点弧する光トリガサイリスタである。

【0014】

２つのレーザダイオードユニット２１ａ，２１ｂは、Ａ系及びＢ系からなる二重系に構成されている。Ａ系レーザダイオードユニット２１ａは、ゲートパルス発生器１から受信したＡ系ゲートパルスＧＰａにより、サイリスタ２２を点弧するためのＡ系の光信号（ゲートパルス）を出力する。Ｂ系レーザダイオードユニット２１ｂは、ゲートパルス発生器１から受信したＢ系ゲートパルスＧＰｂにより、サイリスタ２２を点弧するためのＢ系の光信号（ゲートパルス）を出力する。

【0015】

抵抗２３は、サイリスタバルブ２の極間に印加される直流電圧成分を各サイリスタ２２に均一分圧するための分圧抵抗である。また、抵抗２３は、順電圧検出器２４に流れる電流を抑制する。

【0016】

順電圧検出器２４は、サイリスタ２２の順方向（サイリスタに電流が流れる方向）に印加された電圧（以下、「順方向電圧」という。）を検出するための検出器である。順電圧検出器２４は、サイリスタ２２がオフ状態のときに、ＦＶ信号（順電圧信号）Ｓｆｖを出力する。従って、順電圧検出器２４は、サイリスタ２２が点弧（ターンオン）されると、ＦＶ信号Ｓｆｖを出力しなくなる。順電圧検出器２４は、発光ダイオードで構成されている。発光ダイオードは、スナバ回路のインピーダンスにより発生する電圧を利用して発光する。発光ダイオードから発せられた光は、ライトガイドを介して、ＦＶ信号Ｓｆｖとして、ＶＢＥ盤のゲートパルス発生器１に出力される。

【0017】

ゲートパルス発生器１は、パルスパターン選択部１１、ゲートパルス出力部１２、及び故障検出部１３を備える。

【0018】

パルスパターン選択部１１は、制御盤３からＴＶＣ信号Ｓｔｖｃを受信すると、図２及び図３に示す２つのパルスパターンＰＴ１，ＰＴ２のいずれかを選択する。パルスパターンＰＴ１，ＰＴ２では、予めサイリスタ２２をターンオンさせる系のゲートパルスの順番が決められている。パルスパターンＰＴ１，ＰＴ２を選択することにより、サイリスタ２２を最初にターンオンする系が決定される。パルスパターン選択部１１によるパルスパターンＰＴ１，ＰＴ２の選択方法は、どのようにしてもよい。例えば、パルスパターン選択部１１は、２つのパルスパターンＰＴ１，ＰＴ２を交互に選択する。パルスパターン選択部１１は、選択したパルスパターンＰＴ１，ＰＴ２をゲートパルス出力部１２及び故障検出部１３に出力する。

【0019】

ゲートパルス出力部１２は、パルスパターン選択部１１により選択されたパルスパターンＰＴ１，ＰＴ２に従って、サイリスタバルブ２の両系のレーザダイオードユニット２１ａ，２１ｂにそれぞれゲートパルスＧＰａ，ＧＰｂを出力する。

【0020】

図２は、第１のパルスパターンＰＴ１の生成方法を示す簡易図である。図３は、第２のパルスパターンＰＴ２の生成方法を示す簡易図である。

【0021】

第１のパルスパターンＰＴ１は、Ａ系パルスＰａの方がＢ系パルスＰｂよりも早くサイリスタ２２に入力される。従って、Ａ系及びＢ系が共に正常であれば、Ａ系パルスＰａによりサイリスタ２２がターンオンされる。即ち、Ａ系パルスＰａが時刻ｔ１で発生し、その後、Ｂ系パルスＰｂが時刻ｔ２で発生した場合、通常は、ほぼ時刻ｔ１でＡ系パルスＰａによりサイリスタ２２がターンオンされる。

【0022】

第２のパルスパターンＰＴ２は、Ｂ系パルスＰｂの方がＡ系パルスＰａよりも早くサイリスタ２２に入力される。従って、Ａ系及びＢ系が共に正常であれば、Ｂ系パルスＰｂによりサイリスタ２２がターンオンされる。即ち、Ｂ系パルスＰｂが時刻ｔ１で発生し、その後、Ａ系パルスＰａが時刻ｔ２で発生した場合、通常は、ほぼ時刻ｔ１でＢ系パルスＰｂによりサイリスタ２２がターンオンされる。

【0023】

故障検出部１３は、順電圧検出器２４により検出されたＦＶ信号Ｓｆｖ及びパルスパターン選択部１１により選択されたパルスパターンＰＴ１，ＰＴ２に基づいて、Ａ系又はＢ系の故障を検出する。故障検出部１３は、故障を検出すると、故障検出信号ＮＧを出力する。故障検出信号ＮＧは、表示器又は機器類等に出力される。

【0024】

例えば、故障検出信号ＮＧを受信した表示器は、Ａ系又はＢ系のいずれの故障であるかを示す表示をする。これにより、管理者などは、Ａ系又はＢ系の故障を知ることができる。また、故障検出信号ＮＧを受信した機器類は、Ａ系又はＢ系の故障に対応するための動作を自動的にすることができる。

【0025】

次に、故障検出部１３による故障の検出方法について説明する。

【0026】

第１のパルスパターンＰＴ１が選択された場合は、故障検出部１３は、Ａ系の故障（例えば、Ａ系レーザダイオードユニット２１ａの故障）を検出する。第２のパルスパターンＰＴ２が選択された場合は、故障検出部１３は、Ｂ系の故障（例えば、Ｂ系レーザダイオードユニット２１ｂの故障）を検出する。

【0027】

まず、パルスパターン選択部１１により選択された第１のパルスパターンＰＴ１が選択された場合について説明する。

【0028】

第１のパルスパターンＰＴ１の場合、Ａ系が正常であれば、最初にサイリスタ２２に入力されるＡ系パルスＰａにより、サイリスタ２２がターンオンする。サイリスタ２２がターンオンすると、ＦＶ信号Ｓｆｖが消滅する。その後、サイリスタ２２にＢ系パルスＰｂが入力されても、既に、サイリスタ２２は、ターンオンされているため、ＦＶ信号Ｓｆｖは、消滅したままである。故障検出部１３は、ＦＶ信号Ｓｆｖが消滅する時刻により、サイリスタ２２がターンオンした時刻を判断する。

【0029】

ここで、Ａ系が正常であれば、図２に示す時刻ｔ１でサイリスタ２２がターンオンする。即ち、Ａ系パルスＰａにより、サイリスタ２２がターンオンする。一方、Ａ系に異常があれば、図２に示す時刻ｔ２でサイリスタ２２がターンオンする。即ち、Ｂ系パルスＰｂにより、サイリスタ２２がターンオンする。

【0030】

故障検出部１３は、パルスパターン選択部１１から選択されたパルスパターンＰＴ１を示す信号を受信すると、サイリスタ２２に最初に入力されるＡ系パルスＰａによりサイリスタ２２がターンオンされる時刻ｔ１を予測する。故障検出部１３は、伝送時間、各種検出器の動作時間、又は演算処理時間などを考慮して、サイリスタ２２がターンオンされる時刻ｔ１を予測する。なお、故障検出部１３は、サイリスタ２２がターンオンされる時刻ｔ１を予測するために、他の信号を受信してもよい。例えば、故障検出部１３は、ゲートパルス出力部１２からゲートパルスＧＰａ，ＧＰｂが出力される際に、ゲートパルスＧＰａ，ＧＰｂが出力されたことを示す信号をゲートパルス出力部１２から受信してもよい。

【0031】

故障検出部１３は、ＦＶ信号Ｓｆｖの消滅により測定したサイリスタ２２が実際にターンオンした時刻が、サイリスタ２２がターンオンされると予測した時刻ｔ１とほぼ同時刻であるか否かを判断する。故障検出部１３は、予測した時刻ｔ１にサイリスタ２２がターンオンされていないと判断した場合、Ａ系が故障であると判断する。具体的には、故障検出部１３は、予測した時刻ｔ１から予め設定された時間内に、ＦＶ信号Ｓｆｖが消滅しなければ、Ａ系が故障であると判断する。一方、故障検出部１３は、予測した時刻ｔ１にサイリスタ２２がターンオンされていると判断した場合、Ａ系が正常であると判断する。

【0032】

次に、パルスパターン選択部１１により選択された第２のパルスパターンＰＴ２が選択された場合について説明する。基本的には、第１のパルスパターンＰＴ１が選択された場合と同様であるため、簡単に説明する。

【0033】

故障検出部１３は、パルスパターン選択部１１から選択されたパルスパターンＰＴ２を示す信号を受信すると、Ｂ系が正常であれば、サイリスタ２２がターンオンされる図３に示す時刻ｔ１を予測する。故障検出部１３は、受信しているＦＶ信号Ｓｆｖの消滅により、予測した時刻ｔ１にサイリスタ２２がターンオンされていないと判断すると、Ｂ系が故障であると判断する。一方、故障検出部１３は、予測した時刻ｔ１にサイリスタ２２がターンオンされていると判断した場合、Ｂ系が正常であると判断する。

【0034】

本実施形態によれば、二重系のゲートパルスＧＰａ，ＧＰｂでサイリスタ２２を点弧するゲートパルス発生器１において、Ａ系ゲートパルスＧＰａとＢ系ゲートパルスＧＰｂの出力に時間差を設けることで、Ａ系又はＢ系のいずれの系で異常が発生したかを検出することができる。

【0035】

なお、本実施形態では、サイリスタ２２を駆動する構成について説明したが、ゲートパルスによりスイッチングさせるスイッチング素子であれば、サイリスタ以外の素子を駆動する構成にしてもよい。また、スイッチング素子は、光信号により駆動するものに限らず、電気信号により駆動するものでもよい。

【0036】

本実施形態では、二重系のゲートパルスＧＰａ，ＧＰｂによりサイリスタ２２を駆動する構成について説明したが、二重系に限らず、多重系で構成されていてもよい。最初に、スイッチング素子を駆動させる系のゲートパルスを選択的に変更することで、各系の異常を検出することができる。

【0037】

本実施形態では、サイリスタ２２の点弧をＦＶ信号Ｓｆｖにより検出したが、サイリスタ２２の点弧を検出できれば、どのような構成で検出してもよい。

【0038】

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0039】

１…ゲートパルス発生器、２…サイリスタバルブ、３…制御盤、１１…パルスパターン選択部、１２…ゲートパルス出力部、１３…故障検出部、２１ａ，２１ｂ…レーザダイオードユニット、２２…サイリスタ、２３…抵抗、２４…順電圧検出器、ＧＰａ，ＧＰｂ…ゲートパルス、ＮＧ…故障検出信号、Ｓｔｖｃ…ＴＶＣ信号、Ｓｆｖ…ＦＶ信号。

【図1】

【図2】

【図3】