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特開2024-165615電力変換システムおよび電力変換システムの故障ユニット分離方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024165615
(43)【公開日】2024-11-28
(54)【発明の名称】電力変換システムおよび電力変換システムの故障ユニット分離方法
(51)【国際特許分類】
H02M 3/28 20060101AFI20241121BHJP
H02M 7/12 20060101ALI20241121BHJP
【ＦＩ】
H02M3/28 C
H02M7/12 H
【審査請求】有
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023081958
(22)【出願日】2023-05-18
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2024-06-04
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構 ＮＥＤＯ先導研究プログラム エネルギー・環境新技術先導研究プログラム、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000006105
【氏名又は名称】株式会社明電舎
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(74)【代理人】
【識別番号】100104938
【弁理士】
【氏名又は名称】鵜澤 英久
(74)【代理人】
【識別番号】100210240
【弁理士】
【氏名又は名称】太田 友幸
(72)【発明者】
【氏名】比嘉 隼
【テーマコード（参考）】
5H006
5H730
【Ｆターム（参考）】
5H006AA05
5H006CA01
5H006CA02
5H006CB08
5H006CC08
5H006DA04
5H006DB01
5H006DC05
5H006FA01
5H006FA02
5H730AA20
5H730AS08
5H730BB27
5H730BB57
5H730CC01
5H730DD03
5H730DD04
5H730EE07
5H730EE13
5H730FD01
5H730FD11
5H730XX04
5H730XX12
5H730XX15
5H730XX24
5H730XX32
5H730XX35
(57)【要約】
【課題】ＳＳＴ方式の電力変換システムにおいて、過電圧および過電流を抑制しつつ故障検出セルをシステムから切り離すことができるようにする。
【解決手段】ＡＣ／ＤＣコンバータ、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータを備えた電力変換器ユニット（セル）を複数台設け、それらの交流側端子を直列に接続し、直流側端子を並列に接続したシステムにおいて、前記各交流側端子間を短絡させるスイッチＳＷｉｎと、直流側の並列接続を断つスイッチＳＷｏｕｔとを設け、セル内の各コンバータの短絡検出箇所を判定し（ステップＳ１１）、短絡検出側のコンバータのゲートをブロック（ステップＳ１２ａ、Ｓ１２ｂ）した後に非短絡検出側のコンバータのゲートをブロック（ステップＳ１３ａ、Ｓ１３ｂ）し、次に交流側のスイッチＳＷｉｎのオン（ステップＳ１４）と、直流側のスイッチＳＷｏｕｔのオフ（ステップＳ１５）とを行う。
【選択図】 図３
【解決手段】ＡＣ／ＤＣコンバータ、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータを備えた電力変換器ユニット（セル）を複数台設け、それらの交流側端子を直列に接続し、直流側端子を並列に接続したシステムにおいて、前記各交流側端子間を短絡させるスイッチＳＷｉｎと、直流側の並列接続を断つスイッチＳＷｏｕｔとを設け、セル内の各コンバータの短絡検出箇所を判定し（ステップＳ１１）、短絡検出側のコンバータのゲートをブロック（ステップＳ１２ａ、Ｓ１２ｂ）した後に非短絡検出側のコンバータのゲートをブロック（ステップＳ１３ａ、Ｓ１３ｂ）し、次に交流側のスイッチＳＷｉｎのオン（ステップＳ１４）と、直流側のスイッチＳＷｏｕｔのオフ（ステップＳ１５）とを行う。
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電力を直流電力に変換する交流－直流変換器と、直流側が前記交流－直流変換器の直流側に接続され、交流側が絶縁型変圧器の１次巻線に接続された１次側単相電力変換器と、交流側が前記絶縁型変圧器の２次巻線に接続された２次側単相電力変換器と、前記１次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された１次側コンデンサと、前記２次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された２次側コンデンサと、を備えた電力変換器ユニットを複数台設け、前記複数台の電力変換器ユニットの、交流側端子を直列に接続し、直流側端子を並列に接続して構成したＳＳＴ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式の電力変換システムにおいて、
前記複数の電力変換器ユニットの各入力側に設けられ、前記交流側端子間を短絡させる入力側システム分離用スイッチと、
前記複数の電力変換器ユニットの各出力側に設けられ、前記直流側端子の並列接続を断つ出力側システム分離用スイッチと、
前記電力変換器ユニットに備えられた前記各変換器の短絡故障を検出する短絡検出部と、
前記短絡検出部によって短絡故障が検出されたときに、当該短絡検出電力変換器ユニット内の交流－直流変換器、１次側単相電力変換器、２次側単相電力変換器のうち、短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックした後に非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするか、又は短絡検出電力変換器ユニット内のすべての変換器の半導体スイッチのゲートを同時にブロックするゲートブロック部と、
前記ゲートブロック部によるゲートブロック後に、前記入力側システム分離用スイッチのオンおよび出力側システム分離用スイッチのオフを行うスイッチオンオフ部と、を備えたことを特徴とする電力変換システム。
前記複数の電力変換器ユニットの各入力側に設けられ、前記交流側端子間を短絡させる入力側システム分離用スイッチと、
前記複数の電力変換器ユニットの各出力側に設けられ、前記直流側端子の並列接続を断つ出力側システム分離用スイッチと、
前記電力変換器ユニットに備えられた前記各変換器の短絡故障を検出する短絡検出部と、
前記短絡検出部によって短絡故障が検出されたときに、当該短絡検出電力変換器ユニット内の交流－直流変換器、１次側単相電力変換器、２次側単相電力変換器のうち、短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックした後に非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするか、又は短絡検出電力変換器ユニット内のすべての変換器の半導体スイッチのゲートを同時にブロックするゲートブロック部と、
前記ゲートブロック部によるゲートブロック後に、前記入力側システム分離用スイッチのオンおよび出力側システム分離用スイッチのオフを行うスイッチオンオフ部と、を備えたことを特徴とする電力変換システム。
【請求項2】
前記電力変換器ユニットは、単方向電力供給方式の電力変換器で構成され、
前記スイッチオンオフ部は、入力側システム分離用スイッチをオンした後に出力側システム分離用スイッチをオフす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。
前記スイッチオンオフ部は、入力側システム分離用スイッチをオンした後に出力側システム分離用スイッチをオフす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。
【請求項3】
前記電力変換器ユニットは、ＤＡＢ（Ｄｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ）コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器か、又はＬＬＣ共振型コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器で構成され、
交流から直流への電力変換時に前記短絡検出部により短絡故障検出がなされた場合、前記ゲートブロック部は、前記非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックする際に、非短絡検出側の変換器のうちいずれか一方の変換器の半導体スイッチのゲートを先にブロックした後にいずれか他方の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックし、前記スイッチオンオフ部は、入力側システム分離用スイッチをオンした後に出力側システム分離用スイッチをオフし、
直流から交流への電力変換時に前記短絡検出部により短絡故障検出がなされた場合、前記ゲートブロック部は、前記非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックする際に、非短絡検出側の変換器のうちいずれか他方の変換器の半導体スイッチのゲートを先にブロックした後にいずれか一方の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックし、前記スイッチオンオフ部は、出力側システム分離用スイッチをオフした後に入力側システム分離用スイッチをオンす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。
交流から直流への電力変換時に前記短絡検出部により短絡故障検出がなされた場合、前記ゲートブロック部は、前記非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックする際に、非短絡検出側の変換器のうちいずれか一方の変換器の半導体スイッチのゲートを先にブロックした後にいずれか他方の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックし、前記スイッチオンオフ部は、入力側システム分離用スイッチをオンした後に出力側システム分離用スイッチをオフし、
直流から交流への電力変換時に前記短絡検出部により短絡故障検出がなされた場合、前記ゲートブロック部は、前記非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックする際に、非短絡検出側の変換器のうちいずれか他方の変換器の半導体スイッチのゲートを先にブロックした後にいずれか一方の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックし、前記スイッチオンオフ部は、出力側システム分離用スイッチをオフした後に入力側システム分離用スイッチをオンす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。
【請求項4】
交流電力を直流電力に変換する交流－直流変換器と、直流側が前記交流－直流変換器の直流側に接続され、交流側が絶縁型変圧器の１次巻線に接続された１次側単相電力変換器と、交流側が前記絶縁型変圧器の２次巻線に接続された２次側単相電力変換器と、前記１次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された１次側コンデンサと、前記２次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された２次側コンデンサと、を備えた電力変換器ユニットを複数台設け、前記複数台の電力変換器ユニットの、交流側端子を直列に接続し、直流側端子を並列に接続して構成したＳＳＴ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式の電力変換システムの故障ユニット分離方法であって、
短絡検出部が、前記電力変換器ユニットに備えられた前記各変換器の短絡故障を検出する短絡検出ステップと、
ゲートブロック部が、前記短絡検出部によって短絡故障が検出されたときに、当該短絡検出電力変換器ユニット内の交流－直流変換器、１次側単相電力変換器、２次側単相電力変換器のうち、短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックした後に非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするか、又は短絡検出電力変換器ユニット内のすべての変換器の半導体スイッチのゲートを同時にブロックするゲートブロックステップと、
スイッチオンオフ部が、前記ゲートブロック部によるゲートブロック後に、前記複数の電力変換器ユニットの各入力側に設けられ、前記交流側端子間を短絡させる入力側システム分離用スイッチのオンと、前記複数の電力変換器ユニットの各出力側に設けられ、前記直流側端子の並列接続を断つ出力側システム分離用スイッチのオフを行うスイッチオンオフステップとを備えたことを特徴とする電力変換システムの故障ユニット分離方法。
短絡検出部が、前記電力変換器ユニットに備えられた前記各変換器の短絡故障を検出する短絡検出ステップと、
ゲートブロック部が、前記短絡検出部によって短絡故障が検出されたときに、当該短絡検出電力変換器ユニット内の交流－直流変換器、１次側単相電力変換器、２次側単相電力変換器のうち、短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックした後に非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするか、又は短絡検出電力変換器ユニット内のすべての変換器の半導体スイッチのゲートを同時にブロックするゲートブロックステップと、
スイッチオンオフ部が、前記ゲートブロック部によるゲートブロック後に、前記複数の電力変換器ユニットの各入力側に設けられ、前記交流側端子間を短絡させる入力側システム分離用スイッチのオンと、前記複数の電力変換器ユニットの各出力側に設けられ、前記直流側端子の並列接続を断つ出力側システム分離用スイッチのオフを行うスイッチオンオフステップとを備えたことを特徴とする電力変換システムの故障ユニット分離方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、複数の電力変換器ユニット（セル）を直列もしくは並列に接続して構成したＳＳＴ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式の電力変換システムにおいて、故障検出したセルを安全にシステムから切り離す手法に関する。
【背景技術】
【0002】
【0003】
交流側端子１０ａ，１０ｂ間には、交流側端子１０ａ，１０ｂ間を短絡させる交流側スイッチＳＷｉｎ（入力側システム分離用スイッチ）が接続されている。
【0004】
１２は絶縁型ＤＣＤＣコンバータであり、後述の、直流側が前記ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の直流側に接続された１次側単相電力変換器と、１次巻線が前記１次側単相電力変換器の交流側に接続された絶縁型変圧器と、交流側が前記絶縁型変圧器の２次巻線に接続された２次側単相電力変換器とを備えている。
【0005】
絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１２の直流出力側（２次側単相電力変換器）の正、負極端は、直流側スイッチＳＷｏｕｔ（出力側システム分離用スイッチ）を介して直流側端子１０ｃ,１０ｄに接続されている。
【0006】
上記交流側スイッチＳＷｉｎ、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１２、直流側スイッチＳＷｏｕｔによって１つの電力変換器ユニット（以下、セルと称することもある）１０を構成している。
【0007】
尚、図１では図示省略しているが、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１と絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１２を結ぶ直流正負極線間には、交流側コンデンサＣ１（１次側コンデンサ）が接続され、絶縁型ＤＣＤＣコンバータ１２の直流出力側の正、負極端間には直流側コンデンサＣ２（２次側コンデンサ）が接続されている。
【0008】
電力変換器ユニット１０は複数台（セルＮｏ．１～セルＮｏ．ｎ）設けられ、各電力変換器ユニット１０…の交流側端子１０ａ，１０ｂは各々直列に接続（セルＮｏ．１の交流側端子１０ｂをセルＮｏ．２の交流側端子１０ａに接続する、のように接続）している。
【0009】
各電力変換器ユニット１０…の直流側端子１０ｃ，１０ｄは各々並列に接続（セルＮｏ．１～セルＮｏ．ｎの直流側端子１０ｃどうしを共通に接続し、セルＮｏ．１～セルＮｏ．ｎの直流側端子１０ｄどうしを共通に接続）している。
【0010】
尚、各電力変換器ユニット１０…を切り離さない場合は、交流側スイッチＳＷｉｎをオフ（開路状態）とし、直流側スイッチＳＷｏｕｔをオン（閉路状態）としておくものである。
【0011】
次に、電力変換器ユニット１０（セル）の回路構成例を図２とともに説明する。図２において図１と同一部分は同一符号をもって示している。図２（ａ）はＬＬＣ共振型コンバータによる単方向電力供給方式の電力変換器ユニットの回路構成である。
【0012】
１１は半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ４をブリッジ接続したＡＣ／ＤＣコンバータであり、その直流側の正、負極端間には交流側コンデンサ（１次側コンデンサ）Ｃ１が接続されている。
【0013】
１２１は半導体スイッチＳＷ５～ＳＷ８をブリッジ接続した絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ（１次側単相電力変換器）であり、その直流側はＡＣ／ＤＣコンバータ１１の直流側に接続されている。
【0014】
絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の交流側はリアクトルＬ１、Ｌ２および電流共振コンデンサＣ３，Ｃ４を介して電流共振用トランスＴｒの１次巻線に接続されている。尚、リアクトルＬ１，Ｌ２は省略してもよい。
【0015】
電流共振用トランスＴｒの１次巻線と２次巻線は１：Ｎの巻線比を有し、２次巻線はダイオードＤ１～Ｄ４をブリッジ接続した絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ（２次側単相電力変換器）１２２ａの交流側に接続されている。
【0016】
絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ａの直流側の正、負極端間には直流側コンデンサ（２次側コンデンサ）Ｃ２が接続されている。
【0017】
図２（ｂ）はＤＡＢ（Ｄｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ）コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器を示し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、交流側コンデンサＣ１、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１は図２（ａ）と同様に構成されている。
【0018】
絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の交流側はリアクトルＬ１，Ｌ２を介してトランスＴの１次巻線に接続されている。トランスＴの１次巻線と２次巻線は１：Ｎの巻線比を有し、２次巻線は半導体スイッチＳＷ９～ＳＷ１２をブリッジ接続した絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの交流側に接続されている。絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの直流側の正、負極端間には直流側コンデンサＣ２（２次側コンデンサ）が接続されている。
【0019】
図２（ｃ）はＬＬＣ共振型コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器を示し、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、交流側コンデンサＣ１、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１、電流共振用トランスＴｒ、電流共振コンデンサＣ３，Ｃ４、リアクトルＬ１，Ｌ２は、図２（ａ）と同様に構成されている。
【0020】
電流共振用トランスＴｒの２次巻線は半導体スイッチＳＷ９～ＳＷ１２をブリッジ接続した絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの交流側に接続されている。絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの直流側の正、負極端間には直流側コンデンサＣ２（２次側コンデンサ）が接続されている。
【0021】
前記半導体スイッチＳＷ１～ＳＷ１２は例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの他励式の半導体スイッチで構成されている。
【0022】
【0023】
複数の電力変換器ユニット（セル）を備えた電力変換システムにおいて、故障セルを電力変換システムから切り離す技術としては、従来、例えば特許文献１、２に記載の方法が提案されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0024】
【特許文献1】特開２０２１－１４１７３８号公報
【特許文献2】特開２０２２－０６６０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0025】
特許文献１では、主回路構成が提案されており、直列接続されたセルの入出力にバイパススイッチと過電圧抑制素子が並列接続された構成である。上記構成により、セル故障時における過電流および過電圧を抑制しつつ、故障セルのみをシステムから安全に切り離す。
【0026】
また，特許文献２はバイパススイッチのサージ電流耐量を低減でき、低コスト化が図られている。特許文献１、２ともにセルの並列接続時に故障が発生したときの対処法は言及されていない。また、図１の構成例のようにセルの並列接続時の故障にも対応するためにスイッチを追加する構成が考えられるが、追加スイッチの遮断するタイミングによっては過電圧が発生し、セル内の正常な半導体スイッチも故障する可能性がある。
【0027】
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、ＳＳＴ方式の電力変換システムにおいて、過電圧および過電流を抑制しつつ故障検出セルをシステムから切り離すことができる電力変換システムおよびその故障ユニット分離方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0028】
上記課題を解決するための請求項１に記載の電力変換システムは、
交流電力を直流電力に変換する交流－直流変換器と、直流側が前記交流－直流変換器の直流側に接続され、交流側が絶縁型変圧器の１次巻線に接続された１次側単相電力変換器と、交流側が前記絶縁型変圧器の２次巻線に接続された２次側単相電力変換器と、前記１次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された１次側コンデンサと、前記２次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された２次側コンデンサと、を備えた電力変換器ユニットを複数台設け、前記複数台の電力変換器ユニットの、交流側端子を直列に接続し、直流側端子を並列に接続して構成したＳＳＴ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式の電力変換システムにおいて、
前記複数の電力変換器ユニットの各入力側に設けられ、前記交流側端子間を短絡させる入力側システム分離用スイッチと、
前記複数の電力変換器ユニットの各出力側に設けられ、前記直流側端子の並列接続を断つ出力側システム分離用スイッチと、
前記電力変換器ユニットに備えられた前記各変換器の短絡故障を検出する短絡検出部と、
前記短絡検出部によって短絡故障が検出されたときに、当該短絡検出電力変換器ユニット内の交流－直流変換器、１次側単相電力変換器、２次側単相電力変換器のうち、短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックした後に非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするか、又は短絡検出電力変換器ユニット内のすべての変換器の半導体スイッチのゲートを同時にブロックするゲートブロック部と、
前記ゲートブロック部によるゲートブロック後に、前記入力側システム分離用スイッチのオンおよび出力側システム分離用スイッチのオフを行うスイッチオンオフ部と、を備えたことを特徴とする。
交流電力を直流電力に変換する交流－直流変換器と、直流側が前記交流－直流変換器の直流側に接続され、交流側が絶縁型変圧器の１次巻線に接続された１次側単相電力変換器と、交流側が前記絶縁型変圧器の２次巻線に接続された２次側単相電力変換器と、前記１次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された１次側コンデンサと、前記２次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された２次側コンデンサと、を備えた電力変換器ユニットを複数台設け、前記複数台の電力変換器ユニットの、交流側端子を直列に接続し、直流側端子を並列に接続して構成したＳＳＴ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式の電力変換システムにおいて、
前記複数の電力変換器ユニットの各入力側に設けられ、前記交流側端子間を短絡させる入力側システム分離用スイッチと、
前記複数の電力変換器ユニットの各出力側に設けられ、前記直流側端子の並列接続を断つ出力側システム分離用スイッチと、
前記電力変換器ユニットに備えられた前記各変換器の短絡故障を検出する短絡検出部と、
前記短絡検出部によって短絡故障が検出されたときに、当該短絡検出電力変換器ユニット内の交流－直流変換器、１次側単相電力変換器、２次側単相電力変換器のうち、短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックした後に非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするか、又は短絡検出電力変換器ユニット内のすべての変換器の半導体スイッチのゲートを同時にブロックするゲートブロック部と、
前記ゲートブロック部によるゲートブロック後に、前記入力側システム分離用スイッチのオンおよび出力側システム分離用スイッチのオフを行うスイッチオンオフ部と、を備えたことを特徴とする。
【0029】
請求項２に記載の電力変換システムは、請求項１において、
前記電力変換器ユニットは、単方向電力供給方式の電力変換器で構成され、
前記スイッチオンオフ部は、入力側システム分離用スイッチをオンした後に出力側システム分離用スイッチをオフすることを特徴としている。
前記電力変換器ユニットは、単方向電力供給方式の電力変換器で構成され、
前記スイッチオンオフ部は、入力側システム分離用スイッチをオンした後に出力側システム分離用スイッチをオフすることを特徴としている。
【0030】
請求項３に記載の電力変換システムは、請求項１において、
前記電力変換器ユニットは、ＤＡＢ（Ｄｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ）コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器か、又はＬＬＣ共振型コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器で構成され、
交流から直流への電力変換時に前記短絡検出部により短絡故障検出がなされた場合、前記ゲートブロック部は、前記非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックする際に、非短絡検出側の変換器のうちいずれか一方の変換器の半導体スイッチのゲートを先にブロックした後にいずれか他方の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックし、前記スイッチオンオフ部は、入力側システム分離用スイッチをオンした後に出力側システム分離用スイッチをオフし、
直流から交流への電力変換時に前記短絡検出部により短絡故障検出がなされた場合、前記ゲートブロック部は、前記非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックする際に、非短絡検出側の変換器のうちいずれか他方の変換器の半導体スイッチのゲートを先にブロックした後にいずれか一方の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックし、前記スイッチオンオフ部は、出力側システム分離用スイッチをオフした後に入力側システム分離用スイッチをオンすることを特徴としている。
前記電力変換器ユニットは、ＤＡＢ（Ｄｕａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｂｒｉｄｇｅ）コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器か、又はＬＬＣ共振型コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器で構成され、
交流から直流への電力変換時に前記短絡検出部により短絡故障検出がなされた場合、前記ゲートブロック部は、前記非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックする際に、非短絡検出側の変換器のうちいずれか一方の変換器の半導体スイッチのゲートを先にブロックした後にいずれか他方の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックし、前記スイッチオンオフ部は、入力側システム分離用スイッチをオンした後に出力側システム分離用スイッチをオフし、
直流から交流への電力変換時に前記短絡検出部により短絡故障検出がなされた場合、前記ゲートブロック部は、前記非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックする際に、非短絡検出側の変換器のうちいずれか他方の変換器の半導体スイッチのゲートを先にブロックした後にいずれか一方の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックし、前記スイッチオンオフ部は、出力側システム分離用スイッチをオフした後に入力側システム分離用スイッチをオンすることを特徴としている。
【0031】
請求項４に記載の電力変換システムの故障ユニット分離方法は、
交流電力を直流電力に変換する交流－直流変換器と、直流側が前記交流－直流変換器の直流側に接続され、交流側が絶縁型変圧器の１次巻線に接続された１次側単相電力変換器と、交流側が前記絶縁型変圧器の２次巻線に接続された２次側単相電力変換器と、前記１次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された１次側コンデンサと、前記２次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された２次側コンデンサと、を備えた電力変換器ユニットを複数台設け、前記複数台の電力変換器ユニットの、交流側端子を直列に接続し、直流側端子を並列に接続して構成したＳＳＴ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式の電力変換システムの故障ユニット分離方法であって、
短絡検出部が、前記電力変換器ユニットに備えられた前記各変換器の短絡故障を検出する短絡検出ステップと、
ゲートブロック部が、前記短絡検出部によって短絡故障が検出されたときに、当該短絡検出電力変換器ユニット内の交流－直流変換器、１次側単相電力変換器、２次側単相電力変換器のうち、短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックした後に非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするか、又は短絡検出電力変換器ユニット内のすべての変換器の半導体スイッチのゲートを同時にブロックするゲートブロックステップと、
スイッチオンオフ部が、前記ゲートブロック部によるゲートブロック後に、前記複数の電力変換器ユニットの各入力側に設けられ、前記交流側端子間を短絡させる入力側システム分離用スイッチのオンと、前記複数の電力変換器ユニットの各出力側に設けられ、前記直流側端子の並列接続を断つ出力側システム分離用スイッチのオフを行うスイッチオンオフステップとを備えたことを特徴とする。
交流電力を直流電力に変換する交流－直流変換器と、直流側が前記交流－直流変換器の直流側に接続され、交流側が絶縁型変圧器の１次巻線に接続された１次側単相電力変換器と、交流側が前記絶縁型変圧器の２次巻線に接続された２次側単相電力変換器と、前記１次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された１次側コンデンサと、前記２次側単相電力変換器の直流側の正、負極端間に接続された２次側コンデンサと、を備えた電力変換器ユニットを複数台設け、前記複数台の電力変換器ユニットの、交流側端子を直列に接続し、直流側端子を並列に接続して構成したＳＳＴ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）方式の電力変換システムの故障ユニット分離方法であって、
短絡検出部が、前記電力変換器ユニットに備えられた前記各変換器の短絡故障を検出する短絡検出ステップと、
ゲートブロック部が、前記短絡検出部によって短絡故障が検出されたときに、当該短絡検出電力変換器ユニット内の交流－直流変換器、１次側単相電力変換器、２次側単相電力変換器のうち、短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックした後に非短絡検出側の変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするか、又は短絡検出電力変換器ユニット内のすべての変換器の半導体スイッチのゲートを同時にブロックするゲートブロックステップと、
スイッチオンオフ部が、前記ゲートブロック部によるゲートブロック後に、前記複数の電力変換器ユニットの各入力側に設けられ、前記交流側端子間を短絡させる入力側システム分離用スイッチのオンと、前記複数の電力変換器ユニットの各出力側に設けられ、前記直流側端子の並列接続を断つ出力側システム分離用スイッチのオフを行うスイッチオンオフステップとを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0032】
（１）請求項１～４に記載の発明によれば、短絡故障を検出した際に、過電圧および過電流を抑制しつつ故障検出セルのみをシステムから切り離すことができる。故障検出セルの切り離し時は、１次側コンデンサ（交流側キャパシタ）が大きく増加しないので、従来技術よりもキャパシタ容量を低減することができる。
【0033】
また、入力側システム分離用スイッチ（交流側端子間を短絡させるスイッチ）と出力側システム分離用スイッチ（直流側端子の並列接続を断つスイッチ）に大きな電圧電流ストレスがかからないため、長寿命化が達成できる。
（２）請求項２に記載の発明によれば、単方向電力供給方式の場合に適用することができ、双方向電力供給方式と比べて少ないフローで実施できるため、高速に遮断（切り離し）が行える。
（３）請求項３に記載の発明によれば、双方向電力供給方式の、パワーフローが交流から直流の場合と、直流から交流の場合の両方に適用することができ、双方向のパワーフローにおいて（１）と同様の効果が得られる。
（２）請求項２に記載の発明によれば、単方向電力供給方式の場合に適用することができ、双方向電力供給方式と比べて少ないフローで実施できるため、高速に遮断（切り離し）が行える。
（３）請求項３に記載の発明によれば、双方向電力供給方式の、パワーフローが交流から直流の場合と、直流から交流の場合の両方に適用することができ、双方向のパワーフローにおいて（１）と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【0034】
【図1】ＳＳＴ方式の電力変換システムの回路構成図。
【図2】図１の各セルの構成例を示し、（ａ）はＬＬＣ共振型コンバータによる単方向電力供給方式の電力変換器の回路図、（ｂ）はＤＡＢコンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器の回路図、（ｃ）はＬＬＣ共振型コンバータによる双方向電力供給方式の電力変換器の回路図。
【図3】本発明の実施例１における処理のフローチャート。
【図4】本発明の実施例２における交流から直流への電力変換時の処理のフローチャート。
【図5】本発明の実施例３における直流から交流への電力変換時の処理のフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0035】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。
【0036】
本実施形態例は、図１、図２に示すＳＳＴ方式の電力変換システムに適用するものであり、電力変換器ユニット１０に備えられた各変換器（ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂ）の短絡故障を各々検出する短絡検出部と、前記短絡故障検出時に前記各変換器の半導体スイッチのゲートをブロックするゲートブロック部と、前記ゲートブロック後に交流側スイッチＳＷｉｎのオンおよび直流側スイッチＳＷｏｕｔのオフを行うスイッチオンオフ部を備えている。
【0037】
前記短絡検出部は半導体スイッチの電流検出手法や飽和電圧計測を行うことで短絡を検出する。
【0038】
前記ゲートブロック部は適用する電力供給方式に応じて、以下の実施例１～３に示すフローによりゲートブロックを実施する。
【0039】
前記スイッチオンオフ部は電力供給方式に応じて、以下の実施例１～３に示すフローによりオン、オフを実施する。
【0040】
前記交流側スイッチＳＷｉｎおよび直流側スイッチＳＷｏｕｔは、半導体スイッチでもよいし、リレーなどの機械式スイッチでもよい。
【0041】
ゲートブロック部およびスイッチオンオフ部のフローの実装は、ハードウェア、ソフトウェアどちらでもよい。
【実施例0042】
【0043】
まずステップ１（Ｓ１１）では短絡検出箇所を判断する。
【0044】
次にステップ２（Ｓ１２ａ，Ｓ１２ｂ）では、短絡検出箇所の（短絡検出側の）電力変換器の半導体スイッチのゲートをゲートブロックすることで、短絡状態を開放する（すなわち短絡検出箇所が、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の場合はステップＳ１２ａにおいてそのコンバータ１２１を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の場合はステップＳ１２ｂにおいてそのコンバータ１１を各々ゲートブロックする）。
【0045】
次にステップ３（Ｓ１３ａ，Ｓ１３ｂ）では、残った（非短絡検出側の）電力変換器の半導体スイッチをゲートブロックすることで短絡検出セルの動作を停止させる（すなわち短絡検出箇所が、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の場合はステップＳ１３ａにおいてＡＣ／ＤＣコンバータ１１を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の場合はステップＳ１３ｂにおいて絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１を各々ゲートブロックする）。
【0046】
次にステップ４（Ｓ１４）では、短絡故障発生セルの交流側スイッチＳＷｉｎをオンすることで、交流側端子１０ａ，１０ｂ間をバイパスさせて、短絡検出セルを交流から切り離す。
【0047】
次にステップ５（Ｓ１５）では、短絡故障発生セルの直流側スイッチＳＷｏｕｔをオフにすることで短絡検出セルを直流側から切り離す。
【0048】
尚、ステップ２とステップ３は同時に実行してもよい。すなわち、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１およびＡＣ／ＤＣコンバータ１１の半導体スイッチを同時にゲートブロックしてもよい。
【0049】
以上のように実施例１によれば、絶縁型ＤＣＤＣ単方向方式の電力変換システムの場合に、短絡検出箇所を遮断することができ、過電圧や過電流なしで短絡検出セルのみをシステムから切り離すことができる。
【0050】
また、故障検出セルの切り離し時に交流側コンデンサ（交流側キャパシタ）が大きく増加しないので、従来技術よりもキャパシタ容量を低減することができる。
【0051】
さらに、交流側スイッチＳＷｉｎおよび直流側スイッチＳＷｏｕｔに大きな電圧電流ストレスがかからないため、長寿命化が達成できる。
【実施例0052】
図４は、本発明を図２（ｂ）、（ｃ）の絶縁型ＤＣＤＣ双方向方式において、パワーフローが交流から直流の場合に適用したフローチャートを示している。双方向方式は、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの半導体スイッチがＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴなどの他励式の半導体スイッチであるため、実施例１と比べて、短絡検出箇所に絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂが追加される。
【0053】
まずステップ１（Ｓ２１）では短絡検出箇所を判断する。次にステップ２（Ｓ２２ａ，Ｓ２２ｂ,Ｓ２２ｃ）では、短絡検出箇所の（短絡検出側の）電力変換器の半導体スイッチのゲートをゲートブロックすることで、短絡状態を開放する（すなわち短絡検出箇所が、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の場合はステップＳ２２ａにおいてそのコンバータ１２１を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の場合はステップＳ２２ｂにおいてそのコンバータ１１を、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの場合はステップＳ２２ｃにおいてそのコンバータ１２２ｂを各々ゲートブロックする）。
【0054】
次にステップ３（Ｓ２３ａ，Ｓ２３ｂ,Ｓ２３ｃ）では、残った（非短絡検出側の）電力変換器のうちいずれか一方の電力変換器の半導体スイッチをゲートブロックする（すなわち短絡検出箇所が、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の場合はステップＳ２３ａにおいてＡＣ／ＤＣコンバータ１１を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の場合はステップＳ２３ｂにおいて絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１を、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの場合はステップＳ２３ｃにおいてＡＣ／ＤＣコンバータ１１を各々ゲートブロックする）。
【0055】
ステップＳ２３ａ，Ｓ２３ｃのように、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１もしくは絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの短絡検出およびそのゲートブロックを行った後にＡＣ／ＤＣコンバータ１１のゲートブロックを行っているので、交流側コンデンサＣ１の直流電圧Ｖｄｃ１の過電圧を防止することができる。
【0056】
一方、ステップＳ２３ｂのように、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の短絡検出およびそのゲートブロックを行った後に絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１のゲートブロックを行っているので、交流側コンデンサＣ１に残った電荷は直流側に供給されない。
【0057】
次にステップ４（ステップＳ２４ａ，Ｓ２４ｂ，Ｓ２４ｃ）では、残った電力変換器（非短絡検出側のいずれか他方の電力変換器）の半導体スイッチをゲートブロックすることで短絡検出セルの動作を停止させる（すなわち短絡検出箇所が、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の場合はステップＳ２４ａにおいてＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂを、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の場合はステップＳ２４ｂにおいて絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂを、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの場合はステップＳ２４ｃにおいて絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１を各々ゲートブロックする）。
【0058】
次にステップ５（Ｓ２５）では、短絡故障発生セルの交流側スイッチＳＷｉｎをオンすることで、交流側端子１０ａ，１０ｂ間をバイパスさせて、短絡検出セルを交流から切り離す。
【0059】
次にステップ６（Ｓ２６）では、短絡故障発生セルの直流側スイッチＳＷｏｕｔをオフにすることで短絡検出セルを直流側から切り離す。
【0060】
尚、図４のステップ２～ステップ４のうち少なくとも２つ以上のステップを同時に実行してもよい。すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂのうち少なくとも２つ以上のコンバータの半導体スイッチを同時にゲートブロックしてもよい。
【0061】
以上のように実施例２によれば、絶縁型ＤＣＤＣ双方向方式の電力変換システムで且つパワーフローが交流から直流の場合に、短絡検出箇所を遮断することができ、過電圧や過電流なしで短絡検出セルのみをシステムから切り離すことができる。
【実施例0062】
【0063】
まずステップ１（Ｓ３１）では短絡検出箇所を判断する。次にステップ２（Ｓ３２ａ，Ｓ３２ｂ,Ｓ３２ｃ）では、短絡検出箇所の（短絡検出側の）電力変換器の半導体スイッチのゲートをゲートブロックすることで、短絡状態を開放する（すなわち短絡検出箇所が、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の場合はステップＳ３２ａにおいてそのコンバータ１２１を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の場合はステップＳ３２ｂにおいてそのコンバータ１１を、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの場合はステップＳ３２ｃにおいてそのコンバータ１２２ｂを各々ゲートブロックする）。
【0064】
次にステップ３（Ｓ３３ａ，Ｓ３３ｂ,Ｓ３３ｃ）では、残った（非短絡検出側の）電力変換器のうちいずれか他方の電力変換器の半導体スイッチをゲートブロックする（すなわち短絡検出箇所が、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の場合はステップＳ３３ａにおいてＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂを、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の場合はステップＳ３３ｂにおいて絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂを、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの場合はステップＳ３３ｃにおいて絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１を各々ゲートブロックする）。
【0065】
ステップＳ３３ａ，Ｓ３３ｂのように、ステップ２の絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１もしくはＡＣ／ＤＣコンバータ１１のゲートブロックを行った後に、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂをゲートブロックしているので、交流への電力供給を停止させることができる。
【0066】
一方、ステップＳ３３ｃのように、ステップ２の絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂのゲートブロックを行った後に絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１をゲートブロックすることで、交流側コンデンサＣ１の直流電圧Ｖｄｃ１の過電圧を防止することができる。
【0067】
次にステップ４（ステップＳ３４ａ，Ｓ３４ｂ，Ｓ３４ｃ）では、残った電力変換器（非短絡検出側のいずれか一方の電力変換器）の半導体スイッチをゲートブロックすることで短絡検出セルの動作を停止させる（すなわち短絡検出箇所が、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１の場合はステップＳ３４ａにおいＡＣ／ＤＣコンバータ１１を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１の場合はステップＳ３４ｂにおいて絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１を、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂの場合はステップＳ３４ｃにおいてＡＣ／ＤＣコンバータ１１を各々ゲートブロックする）。
【0068】
次にステップ５（Ｓ３５）では、短絡故障発生セルの直流側スイッチＳＷｏｕｔをオフすることで、短絡検出セルを直流側から切り離す。
【0069】
次にステップ６（Ｓ３６）では、短絡故障発生セルの交流側スイッチＳＷｉｎをオンにすることで、交流側端子１０ａ，１０ｂ間をバイパスさせて短絡検出セルを交流側から切り離す。
【0070】
尚、図５のステップ２～ステップ４のうち少なくとも２つ以上のステップを同時に実行してもよい。すなわち、ＡＣ／ＤＣコンバータ１１、絶縁型ＤＣＤＣ１次側コンバータ１２１、絶縁型ＤＣＤＣ２次側コンバータ１２２ｂのうち少なくとも２つ以上のコンバータの半導体スイッチを同時にゲートブロックしてもよい。
【0071】
以上のように実施例３によれば、絶縁型ＤＣＤＣ双方向方式の電力変換システムで且つパワーフローが直流から交流の場合に、短絡検出箇所を遮断することができ、過電圧や過電流なしで短絡検出セルのみをシステムから切り離すことができる。