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(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】P2024170948
(43)【公開日】2024-12-11
(54)【発明の名称】電力変換器制御装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/12 20060101AFI20241204BHJP
H02M 7/48 20070101ALI20241204BHJP
【ＦＩ】
H02M7/12 601D
H02M7/48 M
H02M7/12 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023087739
(22)【出願日】2023-05-29
(71)【出願人】
【識別番号】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003708
【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所
(72)【発明者】
【氏名】玉田 俊介
(72)【発明者】
【氏名】児山 裕史
(72)【発明者】
【氏名】新井 卓郎
(72)【発明者】
【氏名】金田 大成
【テーマコード（参考）】
5H006
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H006CA01
5H006CB01
5H006CB08
5H006CC02
5H006DB01
5H006FA00
5H770BA11
5H770DA03
5H770DA33
5H770JA17Y
5H770LA00X
5H770LB07
(57)【要約】
【課題】 電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供する。
【解決手段】 実施形態による電力変換器制御装置は、直流負荷の正極と負極との間に接続されたコンデンサＣＰ、ＣＮと、正極と負極との間に接続されるとともに逆並列ダイオードを含む複数の自己消弧型素子Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｗを含み、複数の自己消弧型素子間の１か所ＮＰにおいて交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗと電気的に接続される電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗを少なくとも２相と、を備えた電力変換器１の制御装置ＣＴＲであって、交流端子Ｕ、Ｖ、Ｗ間において、コンデンサＣＰ、ＣＮを介さない短絡経路を形成した後に、電力変換器１を停止させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流負荷の正極と負極との間に接続されたコンデンサと、
前記正極と前記負極との間に接続されるとともに逆並列ダイオードを含む複数の自己消弧型素子を含み、複数の前記自己消弧型素子間の１か所において交流端子と電気的に接続される電力変換相を少なくとも２相と、を備えた電力変換器の制御装置であって、
前記交流端子間において、前記コンデンサを介さない短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させる、電力変換器制御装置。
前記正極と前記負極との間に接続されるとともに逆並列ダイオードを含む複数の自己消弧型素子を含み、複数の前記自己消弧型素子間の１か所において交流端子と電気的に接続される電力変換相を少なくとも２相と、を備えた電力変換器の制御装置であって、
前記交流端子間において、前記コンデンサを介さない短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させる、電力変換器制御装置。
【請求項2】
前記電力変換器は、各相の前記交流端子間に前記短絡経路を形成する線間短絡回路を更に備え、
前記線間短絡回路により交流端子間に前記短絡経路を形成するとともに、全ての前記自己消弧型素子をターンオフした後に、前記電力変換器を停止させる、請求項１記載の電力変換器制御装置。
前記線間短絡回路により交流端子間に前記短絡経路を形成するとともに、全ての前記自己消弧型素子をターンオフした後に、前記電力変換器を停止させる、請求項１記載の電力変換器制御装置。
【請求項3】
前記コンデンサは、直列に接続された第１直流コンデンサおよび第２直流コンデンサを備え、
前記電力変換相は、前記第１直流コンデンサと並列に接続された第１自己消弧型素子と、前記第２直流コンデンサと並列に接続された第４自己消弧型素子と、前記第１自己消弧型素子の低電位側端と前記交流端子との間に接続された第２自己消弧型素子と、前記第４自己消弧型素子の高電位側端と前記交流端子との間に接続された第３自己消弧型素子と、前記第１直流コンデンサと前記第２直流コンデンサとの間の中性点から前記第１自己消弧型素子の低電位側端へ向かう方向を順方向として接続された第１クランプダイオードと、前記第４自己消弧型素子の高電位側端から前記中性点へ向かう方向を順方向として接続された第２クランプダイオードと、を備え、
複数の前記電力変換相の前記第１自己消弧型素子および前記第４自己消弧型素子をターンオフし、前記第２自己消弧型素子および前記第３自己消弧型素子をターンオンして前記短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させる、請求項１記載の電力変換器制御装置。
前記電力変換相は、前記第１直流コンデンサと並列に接続された第１自己消弧型素子と、前記第２直流コンデンサと並列に接続された第４自己消弧型素子と、前記第１自己消弧型素子の低電位側端と前記交流端子との間に接続された第２自己消弧型素子と、前記第４自己消弧型素子の高電位側端と前記交流端子との間に接続された第３自己消弧型素子と、前記第１直流コンデンサと前記第２直流コンデンサとの間の中性点から前記第１自己消弧型素子の低電位側端へ向かう方向を順方向として接続された第１クランプダイオードと、前記第４自己消弧型素子の高電位側端から前記中性点へ向かう方向を順方向として接続された第２クランプダイオードと、を備え、
複数の前記電力変換相の前記第１自己消弧型素子および前記第４自己消弧型素子をターンオフし、前記第２自己消弧型素子および前記第３自己消弧型素子をターンオンして前記短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させる、請求項１記載の電力変換器制御装置。
【請求項4】
複数の前記自己消弧型素子の故障情報を取得する故障情報取得部を備え、
前記故障情報取得部が、前記電力変換相において、前記第１直流コンデンサ又は前記第２直流コンデンサと並列に接続された前記自己消弧型素子と、前記交流端子と接続された全ての前記自己消弧型素子との短絡故障の情報を取得する第１故障条件が満たされたときに、前記短絡経路を形成した後に前記電力変換器を停止させる、請求項３記載の電力変換器制御装置。
前記故障情報取得部が、前記電力変換相において、前記第１直流コンデンサ又は前記第２直流コンデンサと並列に接続された前記自己消弧型素子と、前記交流端子と接続された全ての前記自己消弧型素子との短絡故障の情報を取得する第１故障条件が満たされたときに、前記短絡経路を形成した後に前記電力変換器を停止させる、請求項３記載の電力変換器制御装置。
【請求項5】
複数の前記自己消弧型素子の故障情報を取得する故障情報取得部と、前記第１直流コンデンサおよび前記第２直流コンデンサの電圧値を検出する電圧検出部と、前記第１直流コンデンサの電圧値および前記第２直流コンデンサの電圧値と直流電圧閾値とを比較する電圧比較部と、を備え、
前記故障情報取得部が、前記電力変換相において、前記第１直流コンデンサと並列に接続された前記自己消弧型素子の短絡故障の情報と、短絡故障した当該自己消弧型素子と接続された前記自己消弧型素子の短絡故障の情報とを取得するとともに、前記第１直流コンデンサの電圧値が直流電圧閾値を下回る第２故障条件、又は、前記故障情報取得部が、前記電力変換相において、前記第２直流コンデンサと並列に接続された前記自己消弧型素子の短絡故障の情報と、短絡故障した当該自己消弧型素子と接続された前記自己消弧型素子の短絡故障の情報とを取得するとともに、前記第２直流コンデンサの電圧値が直流電圧閾値を下回る第３故障条件が満たされたときに、前記短絡経路を形成した後に前記電力変換器を停止させる、請求項３記載の電力変換器制御装置。
前記故障情報取得部が、前記電力変換相において、前記第１直流コンデンサと並列に接続された前記自己消弧型素子の短絡故障の情報と、短絡故障した当該自己消弧型素子と接続された前記自己消弧型素子の短絡故障の情報とを取得するとともに、前記第１直流コンデンサの電圧値が直流電圧閾値を下回る第２故障条件、又は、前記故障情報取得部が、前記電力変換相において、前記第２直流コンデンサと並列に接続された前記自己消弧型素子の短絡故障の情報と、短絡故障した当該自己消弧型素子と接続された前記自己消弧型素子の短絡故障の情報とを取得するとともに、前記第２直流コンデンサの電圧値が直流電圧閾値を下回る第３故障条件が満たされたときに、前記短絡経路を形成した後に前記電力変換器を停止させる、請求項３記載の電力変換器制御装置。
【請求項6】
前記正極と前記中性点との間の第１直流電圧と、前記中性点と前記負極との間の第２直流電圧との値を検出する電圧検出部と、
前記第１直流電圧および前記第２直流電圧の値各々と、対応する直流電圧閾値とを比較する電圧比較部と、を有し、
前記第１直流電圧の値と前記第２直流電圧の値との少なくとも一方が対応する前記直流電圧閾値を下回るときに、
前記直流電圧閾値を下回った直流電圧検出点と並列に接続されるすべての前記電力変換相の前記自己消弧型素子である外側素子と、前記外側素子と前記交流端子との間に接続された前記自己消弧型素子である内側素子とをターンオンし、他の前記自己消弧型素子をターンオフさせて、前記短絡経路を形成した後に前記電力変換器を停止させる、請求項３記載の電力変換器制御装置。
前記第１直流電圧および前記第２直流電圧の値各々と、対応する直流電圧閾値とを比較する電圧比較部と、を有し、
前記第１直流電圧の値と前記第２直流電圧の値との少なくとも一方が対応する前記直流電圧閾値を下回るときに、
前記直流電圧閾値を下回った直流電圧検出点と並列に接続されるすべての前記電力変換相の前記自己消弧型素子である外側素子と、前記外側素子と前記交流端子との間に接続された前記自己消弧型素子である内側素子とをターンオンし、他の前記自己消弧型素子をターンオフさせて、前記短絡経路を形成した後に前記電力変換器を停止させる、請求項３記載の電力変換器制御装置。
【請求項7】
前記第１直流コンデンサ又は前記第２直流コンデンサと並列に接続される全ての前記自己消弧型素子をターンオンし、他の前記自己消弧型素子をターンオフさせて、前記短絡経路を形成した後に前記電力変換器を停止させる、請求項３記載の電力変換器制御装置。
【請求項8】
前記電力変換相は、前記正極と前記負極との間に直列に接続された高電位側の自己消弧型素子および低電位側の自己消弧型素子を備え、
前記高電位側の自己消弧型素子および前記低電位側の自己消弧型素子の故障情報を取得する故障情報取得部を備え、前記高電位側の自己消弧型素子の短絡故障の情報を取得したときに、複数の前記電力変換相の前記高電位側の自己消弧型素子をターンオンし、前記低電位側の自己消弧型素子をターンオフして前記短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させ、前記低電位側の自己消弧型素子の短絡故障の情報を取得したときに、複数の前記電力変換相の前記低電位側の自己消弧型素子をターンオンし、前記高電位側の自己消弧型素子をターンオフして前記短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させる、請求項１記載の電力変換器制御装置。
前記高電位側の自己消弧型素子および前記低電位側の自己消弧型素子の故障情報を取得する故障情報取得部を備え、前記高電位側の自己消弧型素子の短絡故障の情報を取得したときに、複数の前記電力変換相の前記高電位側の自己消弧型素子をターンオンし、前記低電位側の自己消弧型素子をターンオフして前記短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させ、前記低電位側の自己消弧型素子の短絡故障の情報を取得したときに、複数の前記電力変換相の前記低電位側の自己消弧型素子をターンオンし、前記高電位側の自己消弧型素子をターンオフして前記短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させる、請求項１記載の電力変換器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電力変換器制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
産業機器をはじめ、輸送機器や電力機器等の様々な分野で電力変換器の応用が提案されている。例えば、電力変換器を構成する半導体素子が故障した場合、電力変換器が搭載されたシステム全体に影響が及び、システムの信頼性に影響を与える可能性があった。
【0003】
例えば、電力変換器が搭載されたシステムにおいて系統事故が発生したとき、電力変換器の出力電流にゼロクロス点が発生しない、若しくは、ゼロクロス点の遅延が発生するゼロミス現象となり、交流遮断器の開放が困難になる場合があった。交流遮断器が開放されないと、電力変換器が正常に動作しないまま負荷に接続された状態となり、故障範囲や事故範囲が拡大する可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－１６１０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
また、例えば三相電力変換器において一つの相の半導体素子が短絡故障した場合、変換器停止後に、故障した相を含む線間電圧に意図しない直流電圧が発生し、電力変換器に接続された変圧器やリアクトルを偏磁させることがあった。変圧器やリアクトルの偏磁が起きると、交流電流に直流電流が重畳し、ゼロクロスが発生しない、もしくは、ゼロクロスの発生が遅延するゼロミス現象が引き起こされ、交流遮断器開放が困難となり、事故範囲や故障範囲が拡大する恐れがあった。このような事故範囲や故障範囲の拡大を回避するために、電力変換器を安全に停止できる技術が求められている。
【0006】
本発明の実施形態は上記事情を鑑みて成されたものであって、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態による電力変換器制御装置は、直流負荷の正極と負極との間に接続されたコンデンサと、前記正極と前記負極との間に接続されるとともに逆並列ダイオードを含む複数の自己消弧型素子を含み、複数の前記自己消弧型素子間の１か所において交流端子と電気的に接続される電力変換相を少なくとも２相と、を備えた電力変換器の制御装置であって、前記交流端子間において、前記コンデンサを介さない短絡経路を形成した後に、前記電力変換器を停止させる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、複数の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、第１実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
図１に示す電力変換装置は直流負荷と交流系統（交流負荷）との間に接続され、電力変換器１と、制御装置ＣＴＲと、を備えている。
図１は、第１実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
図１に示す電力変換装置は直流負荷と交流系統（交流負荷）との間に接続され、電力変換器１と、制御装置ＣＴＲと、を備えている。
【0010】
電力変換器１は、例えば三相の中性点クランプ（ＮＰＣ）３レベル電力変換器であって、直流負荷の正極と負極との間に接続された第１直流コンデンサＣＰおよび第２直流コンデンサＣＮと、直流負荷の正極と負極との間に接続されたＵ、Ｖ、Ｗ各相の電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗと、を備えている。電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの各々の交流端は、連系リアクトル２および交流遮断器３を介して交流系統に接続されている。
【0011】
Ｕ相の電力変換相１０Ｕは、第１乃至第４自己消弧型素子Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｕと、第１クランプダイオードＣＤＰＵと、第２クランプダイオードＣＤＮＵとを備えている。第１乃至第４自己消弧型素子Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｕは、例えばＦＥＴやＩＧＢＴを適用することができる。第１乃至第４自己消弧型素子Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｕのそれぞれには、ダイオードが逆並列に接続されている。
【0012】
第１乃至第４自己消弧型素子Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｕは、直流負荷の正極と負極との間に接続されている。本実施形態では、正極に第１自己消弧型素子Ｓ１Ｕの高電位側端（ＩＧＢＴのコレクタ若しくはＦＥＴのドレイン）が接続され、負極に第４自己消弧型素子Ｓ４Ｕの低電位側端（ＩＧＢＴのエミッタ若しくはＦＥＴのソース）が接続されている。Ｕ相の電力変換相は、第２自己消弧型素子Ｓ２Ｕと第３自己消弧型素子Ｓ３Ｕとの間においてＵ相交流端と電気的に接続されている。
【0013】
なお以下の説明において、正極に接続された第１自己消弧型素子Ｓ１Ｕと負極に接続された第４自己消弧型素子Ｓ４Ｕとを外側素子と称し、Ｕ相交流端と接続された第２自己消弧型素子Ｓ２Ｕおよび第３自己消弧型素子Ｓ３Ｕとを内側素子と称することがある。
【0014】
第１クランプダイオードＣＤＰＵは、第１直流コンデンサＣＰと第２直流コンデンサＣＮとの間の接続点（中性点）ＮＰにアノードが接続され、第１自己消弧型素子Ｓ１Ｕの低電位側端にカソードが接続されている。
第２クランプダイオードＣＤＮＵは、中性点ＮＰにカソードが接続され、第４自己消弧型素子の高電位側端にアノードが接続されている。
第２クランプダイオードＣＤＮＵは、中性点ＮＰにカソードが接続され、第４自己消弧型素子の高電位側端にアノードが接続されている。
【0015】
Ｖ相電力変換相１０ＶとＷ相電力変換相１０ＷとはＵ相電力変換相１０Ｕと同様の構成であるので、以下のＶ相電力変換相１０ＶとＷ相電力変換相１０Ｗの説明において、Ｕ相電力変換相１０Ｕの各構成と対応する符号を付して詳細な説明は省略する。
【0016】
電力変換器１の交流端と交流系統との間には、交流遮断器３と連系リアクトル２とが接続され、交流遮断器３により交流ラインを遮断することにより電力変換器１の交流端を交流系統から電気的に切り離すことができる。なお、連系リアクトル２は変圧器であってもよい。
【0017】
制御装置ＣＴＲは、例えば、少なくとも一つのプロセッサと、プロセッサにより実行されるプログラムが記録されたメモリと、を備えた演算装置である。制御装置ＣＴＲは、ソフトウエアにより、若しくは、ソフトウエアとハードウエアとの組み合わせにより以下に説明する種々の機能を実現することができる。
【0018】
制御装置ＣＴＲは、外部（例えば上位制御装置）から入力される電力変換器１の出力指令に基づいて自己消弧型素子のオンオフを切り替える駆動信号を生成し、電力変換器１の各相変換器の動作を制御する。制御装置ＣＴＲは上位制御装置と通信可能に接続され、例えば電力変換器１の故障情報を取得した際に上位制御装置へ電力変換器１の故障情報を供給することができる。
【0019】
次に、図１に示す電力変換装置において電力変換器１を停止する際の動作の一例について説明する。
ここでは、一例として、Ｗ相の第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗ、第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗおよび第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗが短絡故障した場合に、電力変換器１を停止する動作について説明する。
ここでは、一例として、Ｗ相の第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗ、第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗおよび第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗが短絡故障した場合に、電力変換器１を停止する動作について説明する。
【0020】
図２乃至図４は、図１に示す電力変換装置における交流系統からの電流の経路の一例を示す図である。
ここでは、電圧形電力変換器において、回路停止時はすべての自己消弧型素子を消弧する（オフする）停止方法（ゲートブロック）を行う。そのため、素子故障に伴う変換器異常による停止状態を想定し、故障素子以外の自己消弧型素子は消弧状態とする。なお、以下の説明において、素子通過に伴う電圧降下は考慮しないこととする。
ここでは、電圧形電力変換器において、回路停止時はすべての自己消弧型素子を消弧する（オフする）停止方法（ゲートブロック）を行う。そのため、素子故障に伴う変換器異常による停止状態を想定し、故障素子以外の自己消弧型素子は消弧状態とする。なお、以下の説明において、素子通過に伴う電圧降下は考慮しないこととする。
【0021】
図２は、電力変換器１が連系する交流電源からＵ相交流端子とＶ相交流端子との間に流入する電流の電流経路と、そのときにＵ相－Ｖ相間に発生する電圧と、を示している。
まず、Ｖ相交流端子電圧と比較してＵ相交流端子電圧が大きく、かつ、交流電源電圧が電力変換器１の直流電圧を上回る場合、電流は、Ｕ相交流端子から、Ｕ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｕ）およびＵ相正極側外側素子（第１自己消弧型素子Ｓ１Ｕ）の逆並列ダイオード、正極側直流コンデンサＣＰを介して、Ｗ相の３つの短絡故障素子Ｓ２Ｗ、Ｓ３Ｗ、Ｓ４Ｗを通過し、Ｖ相負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｖ）の逆並列ダイオード、Ｖ相負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｖ）の逆並列ダイオードを介して、Ｖ相交流端子へ流れる。このとき、Ｕ相交流端子ＵとＶ相交流端子との間の電圧は、正極側直流コンデンサＣＰの電圧ＶＤＣとなる。
まず、Ｖ相交流端子電圧と比較してＵ相交流端子電圧が大きく、かつ、交流電源電圧が電力変換器１の直流電圧を上回る場合、電流は、Ｕ相交流端子から、Ｕ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｕ）およびＵ相正極側外側素子（第１自己消弧型素子Ｓ１Ｕ）の逆並列ダイオード、正極側直流コンデンサＣＰを介して、Ｗ相の３つの短絡故障素子Ｓ２Ｗ、Ｓ３Ｗ、Ｓ４Ｗを通過し、Ｖ相負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｖ）の逆並列ダイオード、Ｖ相負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｖ）の逆並列ダイオードを介して、Ｖ相交流端子へ流れる。このとき、Ｕ相交流端子ＵとＶ相交流端子との間の電圧は、正極側直流コンデンサＣＰの電圧ＶＤＣとなる。
【0022】
次に、Ｕ相交流端子電圧と比較しＶ相交流端子電圧が大きく、かつ、Ｖ相－Ｕ相間に印可される交流電源電圧が電力変換器１の直流電圧を上回る場合、電流は、Ｖ相交流端子から、Ｖ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｖ）およびＶ相正極側外側素子（第１自己消弧型素子Ｓ１Ｖ）の逆並列ダイオード、正極側直流コンデンサＣＰを介して、Ｗ相の３つの短絡故障素子Ｓ２Ｗ、Ｓ３Ｗ、Ｓ４Ｗを通過し、Ｕ相負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｕ）およびＵ相負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｕ）の逆並列ダイオードを介して、Ｕ相交流端子へ流れる。このとき、Ｕ相交流端子とＶ相交流端子との間の電圧は、正極側直流コンデンサＣＰの電圧を反転した－ＶＤＣとなる。
以上のように、故障素子を含まないＵ相－Ｖ相間の電圧は、交流系統から電力変換器１への電流流入に伴いＶＤＣ、－ＶＤＣとなり、正負で均等な振幅の電圧が発生する。
以上のように、故障素子を含まないＵ相－Ｖ相間の電圧は、交流系統から電力変換器１への電流流入に伴いＶＤＣ、－ＶＤＣとなり、正負で均等な振幅の電圧が発生する。
【0023】
次に、交流系統から故障素子を含むＷ相に電流が流入する場合について説明する。
図３は、電力変換器１が連系する交流電源からＶ相交流端子とＷ相交流端子との間に流入する電流の電流経路と、そのときにＶ相－Ｗ相間に発生する電圧と、を示している。
図３は、電力変換器１が連系する交流電源からＶ相交流端子とＷ相交流端子との間に流入する電流の電流経路と、そのときにＶ相－Ｗ相間に発生する電圧と、を示している。
【0024】
まず、Ｗ相交流端子電圧と比較しＶ相交流端子電圧が大きく、かつ、Ｖ相－Ｗ相間に印可される交流電源電圧が電力変換器１の直流電圧を上回る場合、電流は、Ｖ相交流端子から、Ｖ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｖ）の逆並列ダイオードおよびＶ相正極側外側素子（第１自己消弧型素子Ｓ１Ｖ）の逆並列ダイオード、正極側直流コンデンサＣＰを介して、Ｗ相の正極側クランプダイオードＣＤＰＷ、Ｗ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗ）を通過し、Ｗ相交流端子へ流れる。このとき、Ｖ相交流端子とＷ相交流端子との間の電圧は、正極側の直流コンデンサＣＰの電圧ＶＤＣとなる。
【0025】
次に、Ｖ相交流端子電圧と比較しＷ相交流端子電圧が大きく、かつ、Ｗ相－Ｖ相間に印可される交流電源電圧が電力変換器１の直流電圧を上回る場合、電流は、Ｗ相交流端子から、Ｗ相負極側短絡故障素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗおよび第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗ）を通過し、Ｖ相負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｖ）の逆並列ダイオード、Ｖ相負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｖ）の逆並列ダイオードを通過し、Ｖ相交流端子へ流れる。このとき、Ｖ相交流端子とＷ相交流端子との間の電流経路には、直流コンデンサが含まれずＶ相交流端子とＷ相交流端子との端子間電圧はゼロとなる。
以上のように、Ｖ相と故障素子を含むＷ相との間には、交流系統から電力変換器１への電流流入に伴い、ＶＤＣと、０との正負で非対称な電圧が発生する。
以上のように、Ｖ相と故障素子を含むＷ相との間には、交流系統から電力変換器１への電流流入に伴い、ＶＤＣと、０との正負で非対称な電圧が発生する。
【0026】
次に、Ｖ相－Ｗ相間と同様に故障相のＷ相に交流系統から電流が流入する場合について検討する。
図４は、電力変換器１が連系する交流電源から、Ｗ相交流端子ＷとＵ相交流端子との間に流入する電流の電流経路と、そのときにＷ相－Ｕ相間に発生する電圧を示している。
図４は、電力変換器１が連系する交流電源から、Ｗ相交流端子ＷとＵ相交流端子との間に流入する電流の電流経路と、そのときにＷ相－Ｕ相間に発生する電圧を示している。
【0027】
まず、Ｕ相交流端子電圧と比較しＷ相交流端子電圧が大きく、かつ、Ｗ相－Ｕ相間に印可される交流電源電圧が電力変換器１の直流電圧を上回る場合、電流は、Ｗ相交流端子から、Ｗ相負極側の外側および内側の短絡故障素子を通過し、Ｕ相負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｕ）の逆並列ダイオード、Ｕ相負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｕ）の逆並列ダイオードを通過し、Ｕ相交流端子へ流れる。このとき、Ｗ相交流端子とＵ相交流端子との間の電流経路には直流コンデンサが含まれず、Ｗ相交流端子とＵ相交流端子との端子間電圧はゼロとなる。
【0028】
次に、Ｗ相交流端子電圧と比較しＵ相交流端子電圧が大きく、かつ、Ｕ相－Ｗ相間に印可される交流電源電圧が電力変換器１の直流電圧を上回る場合、電流は、Ｕ相交流端子から、Ｕ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｕ）の逆並列ダイオード、Ｕ相正極側外側素子（第１自己消弧型素子Ｓ１Ｕ）の逆並列ダイオードおよび正極側直流コンデンサＣＰを介して、Ｗ相の正極側クランプダイオードＣＤＰＷ、短絡故障しているＷ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗ）を通過し、Ｗ相交流端子へ流れる。このとき、Ｗ相交流端子とＵ相交流端子との間の電圧は、正極側の直流コンデンサ電圧ＣＰを反転した電圧－ＶＤＣとなる。
【0029】
上記のように、Ｕ相と故障素子を含むＷ相との間には、電力変換器１への電流流入に伴い、０と－ＶＤＣとの正負で非対称な電圧が発生する。このように、故障素子を含むＷ相には正負で非対称な電圧すなわち、直流電圧成分が重畳された電圧が交流端子に発生することが分かる。
【0030】
【0031】
交流系統の交流電源電圧をｖｓ、変換器交流端子間電圧をｖｃとし、連系リアクトルもしくは変圧器短絡インピーダンスをＬｓと定義する。図５に示す等価回路は、交流電源電圧と変換器交流端子電圧とを電圧源に置き換え、それぞれの間に連系リアクトルを接続した構成である。この等価回路より、交流系統に流れる線電流ｉｕ，ｉｖ、ｉｗは、次の（１）式により表すことができる。
【0032】
【数1】
【0033】
【数2】
【0034】
【数3】
【0035】
【数4】
【0036】
【0037】
変換器交流端子間電圧ｖｃを見ると、故障相を含まないＵ相－Ｖ相間電圧は正負に電圧が振れているのに対して、Ｖ相と故障素子を含むＷ相との間の電圧は、正側にのみ電圧が生じ、Ｗ相とＵ相との間は負側にのみ電圧が発生していることが確認できる。また、交流線電流ｉｕ，ｉｖ、ｉｗは、（４）式同様に時間経過とともに直流成分が増加もしくは減少していることが確認できる。また、０．０８ｓ以降では、交流線電流ｉｗのゼロクロス点が消失しゼロミス状態であることが確認できる。
【0038】
以上のように、電力変換器１を構成する半導体素子（自己消弧型素子）が短絡故障に至ると、電力変換器１に接続する変圧器やリアクトルを偏磁させ、ゼロミス状態に至る可能性があることが分かる。
【0039】
そこで、本実施形態では、電力変換器１の一部の自己消弧型素子をターンオンした状態で、下記のように停止させる。すなわち、制御装置ＣＴＲは、電力変換器１の全ての内側素子をターンオンした状態で、電力変換器１を停止させる。これにより、すべての交流端子間が内側素子により接続され、交流端子から流入する電流は、内側素子を介して他の交流端子へ流れる。そのため、交流端子間に直流コンデンサＣＰ、ＣＮを介した電流経路が発生せず、交流端子電圧はすべての相でゼロとなる。
【0040】
図７は、電力変換器が連系する交流電源から、Ｗ相交流端子ＷとＶ相交流端子との間に流入する電流の電流経路と、Ｗ相－Ｖ相間に発生する電圧との一例を示す図である。
一例として、Ｗ相の第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗ、第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗおよび第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗが短絡故障した場合に、電力変換器１を停止する動作について説明する。本例では、電力変換器１の全ての内側素子がターンオンされ、他の自己消弧型素子はオフ状態である。
一例として、Ｗ相の第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗ、第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗおよび第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗが短絡故障した場合に、電力変換器１を停止する動作について説明する。本例では、電力変換器１の全ての内側素子がターンオンされ、他の自己消弧型素子はオフ状態である。
【0041】
まず、Ｗ相端子電圧よりもＶ相端子電圧が大きい場合について説明する。電流は、Ｖ相交流端子から、ターンオンされたＶ相の負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｖ）およびＶ相負極側クランプダイオードＣＤＮＶを介し、Ｗ相正極側クランプダイオードＣＤＰＷおよびＷ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗ）を通過し、Ｗ相交流端子へ流れる。この電流経路には直流コンデンサが含まれないため、Ｖ相－Ｗ相端子間電圧はゼロとなる。
【0042】
次に、Ｖ相端子電圧よりもＷ相電圧が大きい場合について説明する。電流は、Ｗ相交流端子から、Ｗ相負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗ）を通過し、Ｗ相負極側クランプダイオードＣＤＮＷ、Ｖ相正極側クランプダイオードＣＤＰＶ、Ｖ相正極側内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｖ）を介して、Ｖ相交流端子へ流れる。この電流経路も直流コンデンサを介さないため、Ｖ相－Ｗ相端子間電圧はゼロとなる。
【0043】
Ｖ相－Ｗ相を例に説明したが、すべての内側自己消弧型素子をターンオンすることで、他の相の組み合わせも同様の動作となる。これにより、素子故障時においても電力変換器１の各交流端子間には直流電圧成分を発生させることなく、電力変換器１を停止できる。
【0044】
図８は、図１に示す電力変換器の一部の自己消弧型素子が短絡故障した場合の、電圧波形と電流波形との他の例を示す図である。なお、ここでは、図６に示す例と同様の条件において、各相の内側自己消弧型素子をターンオンし、他の自己消弧型素子をオフ状態にして電力変換器１を停止させた場合の電圧波形と電流波形とを示す。
【0045】
図８を参照すると、図６に示した例と異なり、変換器交流端子間には電圧が発生していない。これは、内側素子をターンオンすることで変換器交流端子間が相互に接続されるためである。変換器交流端子間電圧に直流成分が現れないため、交流線電流の直流成分は時間経過とともに増加（若しくは減少）せず、交流線電流のゼロクロス点は消失しない。
【0046】
以上のように、内側素子をターンオンした状態で電力変換器１を停止することで、素子故障時においてもゼロミス状態を回避できる。このことにより、交流遮断器３の開放が行われ、事故範囲や故障範囲が拡大することを回避できる。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
【0047】
次に、第２実施形態の電力変換器制御装置について説明する。
なお、以下の説明において上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図９は、第２実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
なお、以下の説明において上述の第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
図９は、第２実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
【0048】
本実施形態において、制御装置ＣＴＲは電力変換器１の故障情報を取得する故障情報取得部２１を備え、電力変換器１の自己消弧型素子の故障情報に基づいて、電力変換器１を停止する際の自己消弧型素子の状態を切り替える。
【0049】
制御装置ＣＴＲの故障情報取得部２１は、例えば、電力変換器１に取り付けられた種々のセンサから得られる情報を用いて、電力変換器１に含まれる構成の故障を判断する機能を備えていてもよい。制御装置ＣＴＲの故障情報取得部２１は、例えば、電力変換器１の第１直流コンデンサＣＰの電圧と、第２直流コンデンサＣＮの電圧、各相の自己消弧型素子Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｗ各々の低電位側端と高電位側端との間に印加される電圧、自己消弧型素子Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｗ各々（若しくは各相変換器）に流れる電流、交流端子間電圧、各相の交流端に流れる電流（交流線電流）、自己消弧型素子Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｗの温度等、の少なくともいずれかを取得し、自己消弧型素子の故障を判断することができる。また、制御装置ＣＴＲの故障情報取得部２１は、電力変換器１の故障を検出する他の装置や上位制御装置から電力変換器１の故障情報を取得してもよい。
【0050】
制御装置ＣＴＲは、電力変換器１の自己消弧型素子各々の故障情報に基づいて、電力変換器１を停止する際の自己消弧型素子の状態を制御することができる。
図２乃至図４のように、素子故障時に意図せず変換器交流端子間電圧に直流電圧成分が発生することを説明したが、この現象は、電力変換器１の任意の相の２つの内側素子と、正極側もしくは負極側の外側素子との、同一相内で少なくとも３つの自己消弧型素子が短絡故障した場合に発生する。
図２乃至図４のように、素子故障時に意図せず変換器交流端子間電圧に直流電圧成分が発生することを説明したが、この現象は、電力変換器１の任意の相の２つの内側素子と、正極側もしくは負極側の外側素子との、同一相内で少なくとも３つの自己消弧型素子が短絡故障した場合に発生する。
【0051】
そこで、本実施形態では、制御装置ＣＴＲは、いずれかの相の２つの内側素子と、当該２つの内側素子と同一相内の他の自己消弧型素子との故障（第１故障条件）を検知した場合、すべての相の２つの内側素子をターンオンし、他の自己消弧型素子をターンオフして電力変換器１を停止する。上記第１故障条件が満たされない場合には、制御装置ＣＴＲは、電力変換器１のすべての自己消弧型素子をターンオフして電力変換器１を停止する。
【0052】
このことにより、制御装置ＣＴＲは、必要に応じて電力変換器１の停止方法を選択することができ、電力変換器１の素子故障による事故範囲や故障範囲の拡大を回避することができる。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
【0053】
次に、第３実施形態の電力変換器制御装置について説明する。本実施形態の電力変換器制御装置は、第２実施形態の制御装置ＣＴＲの変形例である。
本実施形態において、制御装置ＣＴＲの故障情報取得部２１が、同一の電力変換相において、一方の外側素子と、当該一方の外側素子と接続された内側素子との短絡故障の情報を取得したとき、制御装置ＣＴＲは、故障した外側素子と接続される他の外側素子と、当該他の外側素子と接続された内側素子とをターンオンし、他の全ての自己消弧型素子をターンオフした後に、電力変換器１を停止させる。
本実施形態において、制御装置ＣＴＲの故障情報取得部２１が、同一の電力変換相において、一方の外側素子と、当該一方の外側素子と接続された内側素子との短絡故障の情報を取得したとき、制御装置ＣＴＲは、故障した外側素子と接続される他の外側素子と、当該他の外側素子と接続された内側素子とをターンオンし、他の全ての自己消弧型素子をターンオフした後に、電力変換器１を停止させる。
【0054】
図１０は、第３実施形態の電力変換器制御装置の動作の一例について説明するための図である。
図１０に示す例では、電力変換器１のＷ相の負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗ）と、Ｗ相の二つの内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗおよび第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗ）とが短絡故障した状態を想定している。このとき、制御装置ＣＴＲは、Ｖ相電力変換相１０ＶおよびＵ相電力変換相１０Ｕの第４自己消弧型素子Ｓ４Ｕ、Ｓ４Ｖおよび第３自己消弧型素子Ｓ３Ｕ、Ｓ３Ｖをターンオンし、その他の自己消弧型素子はすべてターンオフした後に、電力変換器１を停止する。
図１０に示す例では、電力変換器１のＷ相の負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗ）と、Ｗ相の二つの内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗおよび第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗ）とが短絡故障した状態を想定している。このとき、制御装置ＣＴＲは、Ｖ相電力変換相１０ＶおよびＵ相電力変換相１０Ｕの第４自己消弧型素子Ｓ４Ｕ、Ｓ４Ｖおよび第３自己消弧型素子Ｓ３Ｕ、Ｓ３Ｖをターンオンし、その他の自己消弧型素子はすべてターンオフした後に、電力変換器１を停止する。
【0055】
この例において、Ｗ相交流端子電圧よりもＶ相交流端子電圧が大きい場合、電流は、Ｖ相交流端子から、ターンオンしたＶ相の負極側内側自己消弧型素子Ｓ３Ｖと、Ｖ相負極側外側自己消弧型素子Ｓ４Ｖを介し、Ｗ相の負極側外側素子Ｓ４Ｗと負極側内側素子Ｓ３Ｗを通過しＷ相交流端子へ流れる。この電流経路には直流コンデンサが含まれないため、Ｖ相とＷ相との交流端子間電圧はゼロとなる。
【0056】
次に、Ｖ相交流端子電圧よりもＷ相交流端子電圧が大きい場合、Ｗ相交流端子から電流が流入し、短絡故障したＷ相負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗ）およびＷ相負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗ）を通過し、ターンオンしたＶ相負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｖ）およびＶ相負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｖ）を介してＶ相交流端子へ流れる。この電流経路も直流コンデンサを介さないため、Ｖ相とＷ相との交流端子間電圧はゼロとなる。
【0057】
ここではＶ相－Ｗ相間の交流端子間電圧を例に説明したが、他の相の組み合わせについても同様の動作となる。これにより、素子故障時においても変換器の各交流端子間には直流電圧成分を発生させることなく変換器を停止できる。したがって、本実施形態の制御装置ＣＴＲによれば、電力変換器１の素子故障による事故範囲や故障範囲の拡大を回避することができる。
【0058】
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。なお、図１０に示した例では、Ｗ相電力変換相１０Ｗの第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗが短絡故障してたが、本実施形態は少なくとも第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗと第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗとが短絡故障している場合に適用することが可能であり、第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗが短絡故障していない場合でも上述の効果が得られる。
【0059】
次に、第４実施形態の電力変換器制御装置について説明する。
図１１は、第４実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換器制御装置は、第２実施形態の変形例である。
第２実施形態では、制御装置ＣＴＲは、同一の電力変換相内で２つの内側素子と、いずれかの外側素子との計３つの自己消弧型素子が短絡故障する第１故障条件を検知して、電力変換器１の停止方法を切り替える方法について説明した。これは、当該３つの自己消弧型素子が短絡故障することで交流端子間電圧に意図せず直流電圧成分が発生する現象に至ることに起因する。
図１１は、第４実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態の電力変換器制御装置は、第２実施形態の変形例である。
第２実施形態では、制御装置ＣＴＲは、同一の電力変換相内で２つの内側素子と、いずれかの外側素子との計３つの自己消弧型素子が短絡故障する第１故障条件を検知して、電力変換器１の停止方法を切り替える方法について説明した。これは、当該３つの自己消弧型素子が短絡故障することで交流端子間電圧に意図せず直流電圧成分が発生する現象に至ることに起因する。
【0060】
上記第１故障条件と異なる条件においても、電力変換器１の交流端子間電圧に直流電圧成分が発生する現象が起こり得る。例えば、正極側と負極側とのいずれかの内側素子が短絡故障し、更に、故障した自己消弧型素子と隣接する外側素子が短絡故障した第２故障条件および第３故障条件のいずれかが満たされた場合である。
【0061】
図３を用いて第３故障条件が満たされた際の電力変換器１における電流経路の一例について説明する。例えば、Ｖ相交流端子電圧よりＷ相交流端子電圧が大きい場合の電流経路は、Ｗ相の短絡故障した負極側内側素子（第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗ）と、同様に短絡故障した負極側外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗ）と、を介する。以上のケースのように、片極側（負極側）の内側素子と、当該内側素子に隣接する外側素子とが短絡故障した場合においても同様の電流経路が形成され、交流端子間に直流電圧が発生する可能性がある。ただし、上記の素子故障条件に加えて、故障した内側素子および外側素子と並列に接続される直流コンデンサ（上記例における負極側の直流コンデンサＣＮ）の電圧が一定値（直流電圧閾値）を下回るまで放電されているとき（第３故障条件が満たされているとき）に、交流端子間に直流電圧が発生する。
【0062】
同様に、正極側の内側素子と、当該正極側の内側素子に隣接する外側素子とが短絡故障した素子故障条件に加えて、故障した内側素子および外側素子と並列に接続される直流コンデンサ（正極側の直流コンデンサＣＰ）の電圧が一定値（直流電圧閾値）を下回るまで放電されているとき（第２故障条件が満たされているとき）に、交流端子間に直流電圧が発生する可能性がある。
【0063】
そこで、本実施形態では、同一相で１つ以上の内側素子が故障し、それに加えて、当該故障内側素子と隣接する外側素子の故障情報を取得した（若しくは故障が検知された）場合、かつ、故障素子と並列に接続される直流コンデンサ電圧検出値があらかじめ設定された直流電圧閾値を下回った場合（第２故障条件と第３故障条件とのいずれかが満たされているとき）に、制御装置ＣＴＲは、すべての相の内側素子をターンオンし、他の自己消弧型素子をターンオフした後に、電力変換器１を停止する停止方法を選択する。上記条件が満たされないときには、制御装置ＣＴＲは、電力変換器１のすべての自己消弧型素子をターンオフした後に電力変換器１を停止する停止方法を選択する。
【0064】
このことにより、制御装置ＣＴＲは、必要に応じて電力変換器１の停止方法を選択することができ、電力変換器１の素子故障による事故範囲や故障範囲の拡大を回避することができる。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
【0065】
次に、第５実施形態の電力変換器制御装置について説明する。
本実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置は、図１１に示す例において、制御装置ＣＴＲの故障情報取得部２１を省略し、電圧検出部２２および電圧比較部２３で取り扱われる電圧値を変更したものである。
本実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置は、図１１に示す例において、制御装置ＣＴＲの故障情報取得部２１を省略し、電圧検出部２２および電圧比較部２３で取り扱われる電圧値を変更したものである。
【0066】
すなわち、本実施形態では、制御装置ＣＴＲは、電力変換器１の正極と中性点ＮＰとの間（直流電圧検出点）の電圧値（第１直流電圧値）と、負極と中性点ＮＰとの間（直流電圧検出点）の電圧値（第２直流電圧値）とを検出する電圧検出部２２と、電圧検出部により検出された電圧値と予め設定された直流電圧閾値とを比較する電圧比較部２３と、を備えている。なお、制御装置ＣＴＲには、第１直流電圧値の閾値および第２直流電圧値の閾値が直流電圧閾値として予め設定され、電圧比較部２３は第１直流電圧値および第２直流電圧値と、各々に対応する閾値とを比較する。また、第１直流電圧値は、第１直流コンデンサＣＰの電圧値であってもよい。同様に第２直流電圧値は、第２直流コンデンサＣＮの電圧値であってもよい。
【0067】
制御装置ＣＴＲは、電圧検出部２２により検出された第１直流電圧値と第２直流電圧値とが、直流電圧閾値を下回ったときに、すべての電力変換相の内側素子をターンオンし、他の自己消弧型素子をターンオフした後に、電力変換器１を停止する停止方法を選択する。第１直流電圧値と第２直流電圧値とが直流電圧閾値以上であるときには、制御装置ＣＴＲは、電力変換器１のすべての自己消弧型素子をターンオフした後に電力変換器１を停止する停止方法を選択する。
【0068】
例えば、意図せず変換器交流端子間電圧に直流電圧成分が発生する現象は、任意の電力変換相において、２つの内側自己消弧型素子と、正極側もしくは負極側の外側自己消弧型素子との３つの自己消弧型素子が短絡故障した場合に発生する。上記３つの自己消弧型素子が短絡故障したとき、故障した外側自己消弧型素子側（負極側若しくは正極側）の直流コンデンサを通流する電流経路が発生する。
【0069】
図２を例に説明すると、故障素子を含むＷ相の中性点ＮＰから短絡故障した二つの内側素子（第２自己消弧型素子Ｓ２Ｗ、第３自己消弧型素子Ｓ３Ｗ）および短絡故障した外側素子（第４自己消弧型素子Ｓ４Ｗ）を介して、負極へ通流する短絡経路が形成される。この短絡経路により、中性点ＮＰと負極との間に接続された負極側の直流コンデンサＣＮの端子間が短絡され、負極側の直流コンデンサＣＮに充電された電荷は放電され、中性点ＮＰと負極との間の直流電圧が低下する。
【0070】
例えば、２つの内側素子および正極側の外側素子が短絡故障した場合には、正極と中性点ＮＰとの間に短絡経路が生じ、同様に、中性点ＮＰと正極との間に接続された正極側の直流コンデンサＣＰの端子間が短絡され、正極側の直流コンデンサＣＰに充電された電荷は放電され、中性点ＮＰと正極との間の直流電圧が低下する。
【0071】
以上のように、任意の電力変換相において、２つの内側素子といずれかの外側素子とが短絡故障した場合、第１直流電圧値の低下若しくは第２直流電圧値の低下が発生する。そこで、本実施形態では、制御装置ＣＴＲは、電圧検出部２２により正極と中性点ＮＰとの間の直流電圧検出値および中性点ＮＰと負極との間の直流電圧検出値を取得し、いずれかの直流電圧検出値が直流電圧閾値を下回ったときに、すべての相の２つの内側素子をターンオンし、他の自己消弧型素子をターンオフして電力変換器１を停止する。第１直流電圧値と第２直流電圧値とが直流電圧閾値以上であるときには、制御装置ＣＴＲは、すべての自己消弧型素子をターンオフして電力変換器１を停止する停止方法を選択する。
【0072】
このことにより、制御装置ＣＴＲは、必要に応じて電力変換器１の停止方法を選択することができ、電力変換器１の素子故障による事故範囲や故障範囲の拡大を回避することができる。すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
【0073】
なお、本実施形態の電力変換器制御装置は、第４実施形態の電力変換器制御装置と組み合わせても構わない。その場合には、制御装置ＣＴＲは、任意の電力変換相において、２つの内側素子と、いずれかの外側素子とが短絡故障した場合、制御装置ＣＴＲは、第１直流電圧値の低下若しくは第２直流電圧値の低下が検出されたときに、直流電圧値の低下が検出された極側の外側素子と、当該外側素子に接続された内側素子とをターンオンし、他の全ての自己消弧型素子をターンオフした後に、電力変換器１を停止させてもよい。この場合であっても上述の第５実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0074】
次に、第６実施形態の電力変換器制御装置について説明する。
図１２は、第６実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態において、電力変換器１は、交流端子間を相互接続して短絡させる線間短絡回路４を備えている。
図１２は、第６実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態において、電力変換器１は、交流端子間を相互接続して短絡させる線間短絡回路４を備えている。
【0075】
図１３及び図１４は、図１２に示す線間短絡回路の一構成例を概略的に示す図である。
線間短絡回路４は、例えば交流線間を接続する経路に設けられた機械スイッチを備えていてもよく、交流線間を接続する経路に設けられたトライアック等の半導体スイッチを用いた双方向スイッチを備えていてもよく、電力変換器１と同じ相数のダイオード整流器を備え、当該ダイオード整流器を電力変換器１の交流端子と並列に接続して構成されてもよい。線間短絡回路４のダイオード整流器は、直流回路に設けられたスイッチを備え、制御装置ＣＴＲは、ダイオード整流器のスイッチをオンすることにより電力変換器１の交流端子間を短絡することができる。
線間短絡回路４は、例えば交流線間を接続する経路に設けられた機械スイッチを備えていてもよく、交流線間を接続する経路に設けられたトライアック等の半導体スイッチを用いた双方向スイッチを備えていてもよく、電力変換器１と同じ相数のダイオード整流器を備え、当該ダイオード整流器を電力変換器１の交流端子と並列に接続して構成されてもよい。線間短絡回路４のダイオード整流器は、直流回路に設けられたスイッチを備え、制御装置ＣＴＲは、ダイオード整流器のスイッチをオンすることにより電力変換器１の交流端子間を短絡することができる。
【0076】
制御装置ＣＴＲは、線間短絡回路４により電力変換器１の交流端子間に短絡経路を形成した後に、電力変換器１を停止させる。線間短絡回路４により電力変換器１の交流端子間に短絡経路が形成されると、交流系統から流れる電流が線間短絡回路４へ流れるため、電力変換器１に電流が流れることを回避することができる。その結果、素子故障時においても変換器の各交流端子間には直流電圧成分を発生させることなく変換器を停止できる。したがって、本実施形態の制御装置ＣＴＲによれば、電力変換器１の素子故障による事故範囲や故障範囲の拡大を回避することができる。
なお、制御回路ＣＴＲは、故障情報取得部２１、電圧検出部２２および電圧比較部２３を備えていてもよく、上述の第２乃至第５実施形態の電力変換器制御装置において交流端子間に短絡経路を形成する条件が満たされたときに、線間短絡回路４により電力変換器１の交流端子間に短絡経路が形成してもよい。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
なお、制御回路ＣＴＲは、故障情報取得部２１、電圧検出部２２および電圧比較部２３を備えていてもよく、上述の第２乃至第５実施形態の電力変換器制御装置において交流端子間に短絡経路を形成する条件が満たされたときに、線間短絡回路４により電力変換器１の交流端子間に短絡経路が形成してもよい。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
【0077】
次に、第７実施形態の電力変換器制御装置について説明する。
図１５は、第７実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態では、電力変換器１の構成が上述の第１乃至第６実施形態と相違している。本実施形態において、電力変換器１は、第１直流コンデンサＣＰと、第２直流コンデンサＣＮと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗと、を備えている。電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの各々は、上アームと下アームとを備え、上アームと下アームとの間において交流端子と電気的に接続されている。上アームと下アームとは、それぞれ、自己消弧型素子ＳＵＵ－ＳＬＷと、自己消弧型素子ＳＵＵ－ＳＬＷと逆並列に接続されたダイオードとを含む。なお、以下の説明では、上アームの自己消弧型素子を上側（高電位側）の自己消弧型素子と称し、下アームの自己消弧型素子を下側（低電位側）の自己消弧型素子と称する。
図１５は、第７実施形態の電力変換器制御装置を含む電力変換装置の一構成例を概略的に示す図である。
本実施形態では、電力変換器１の構成が上述の第１乃至第６実施形態と相違している。本実施形態において、電力変換器１は、第１直流コンデンサＣＰと、第２直流コンデンサＣＮと、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗと、を備えている。電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの各々は、上アームと下アームとを備え、上アームと下アームとの間において交流端子と電気的に接続されている。上アームと下アームとは、それぞれ、自己消弧型素子ＳＵＵ－ＳＬＷと、自己消弧型素子ＳＵＵ－ＳＬＷと逆並列に接続されたダイオードとを含む。なお、以下の説明では、上アームの自己消弧型素子を上側（高電位側）の自己消弧型素子と称し、下アームの自己消弧型素子を下側（低電位側）の自己消弧型素子と称する。
【0078】
制御装置ＣＴＲは、外部から供給された出力指令を用いて、電力変換器１の電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ各々の自己消弧型素子のオンとオフとを切り替える。電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０の自己消弧型素子ＳＵＵ－ＳＬＷの故障情報を取得する故障情報取得部（例えば図９に示す故障情報取得部２１）を備えている。
上記電力変換器１において、例えば、電力変換相１０Ｗの上側素子ＳＵＷが短絡故障したときに、電力変換相１０Ｗの上側素子ＳＵＷ以外の全ての自己消弧型素子をオフした状態で、電力変換器１が停止すると、Ｗ相交流端子から、電力変換相１０Ｗの上側素子ＳＵＷ、第１直流コンデンサＣＰおよび第２直流コンデンサＣＮを介して、Ｕ相交流端子およびＶ相交流端子へ電流が流れ、交流端子間に直流電圧が印加されることがある。
上記電力変換器１において、例えば、電力変換相１０Ｗの上側素子ＳＵＷが短絡故障したときに、電力変換相１０Ｗの上側素子ＳＵＷ以外の全ての自己消弧型素子をオフした状態で、電力変換器１が停止すると、Ｗ相交流端子から、電力変換相１０Ｗの上側素子ＳＵＷ、第１直流コンデンサＣＰおよび第２直流コンデンサＣＮを介して、Ｕ相交流端子およびＶ相交流端子へ電流が流れ、交流端子間に直流電圧が印加されることがある。
【0079】
上記のように交流端子間に直流電圧が印加されることを回避するために、本実施形態では、制御装置ＣＴＲは、短絡素子（例えば高電位側の自己消弧型素子ＳＵＵ）を含む電力変換相（例えば電力変換相１０Ｕ）以外の全ての電力変換相（例えば電力変換相１０Ｖ、１０Ｗ）の一方側（故障素子側）の自己消弧型素子（例えば高電位側の自己消弧型素子ＳＵＶ、ＳＵＷ）をオンし、他方の自己消弧型素子（例えば低電位側の自己消弧型素子ＳＬＵ、ＳＬＶ、ＳＬＷ）をオフした状態で、電力変換器１を停止させる。このことにより、Ｗ相交流端子と他の交流端子との間に、第１直流コンデンサＣＰおよび第２直流コンデンサＣＮを介さない短絡経路を形成することができ、交流端子間に直流電圧が印加されることを回避することができる。
【0080】
また、上記電力変換器１において、例えば、電力変換相１０Ｕの下側の自己消弧型素子が短絡故障したときに、制御装置ＣＴＲは、短絡素子以外の全ての電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの一方（下側）の自己消弧型素子をオンし、他方（上側）の自己消弧型素子をオフした状態で、電力変換器１を停止させる。このことにより、Ｕ相交流端子と他の交流端子との間において、第１直流コンデンサＣＰおよび第２直流コンデンサＣＮを介さない短絡経路を形成することができ、交流端子間に直流電圧が印加されることを回避することができる。
【0081】
なお、Ｗ相の上側とＵ相の下側との自己消弧型素子以外が短絡故障した場合も同様に、制御装置ＣＴＲが、短絡素子以外の全ての電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗの一方の自己消弧型素子をオンし、他方の自己消弧型素子をオフした状態で、電力変換器１を停止させことにより、同様の効果を得ることができる。このことにより、素子故障時においても変換器の各交流端子間には直流電圧成分を発生させることなく変換器を停止できる。したがって、本実施形態の制御装置ＣＴＲによれば、電力変換器１の素子故障による事故範囲や故障範囲の拡大を回避することができる。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換器を安全に停止する電力変換器制御装置を提供することができる。
【0082】
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、その他の様々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、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【0083】
複数の実施形態に係る電力変換器制御装置を組み合わせても構わない。また、電力変換器１の構成は、上述の第１乃至第７実施形態における構成に限定されるものではない。例えば、電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ各々において、正極側の外側素子および内側素子、負極側の外側素子および内側素子は、それぞれ、直列に接続された複数の自己消弧型素子を備えていてもよい。また、上述の第７実施形態において、電力変換相１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ各々において、上アームと下アームとは、それぞれ、直列に接続された複数の自己消弧型素子を備えていてもよい。いずれの場合であっても上述の第１乃至第７実施形態と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0084】
１…電力変換器、２…連系リアクトル、３…交流遮断器、４…線間短絡回路、１０Ｕ…Ｕ相電力変換相、１０Ｕ、１０Ｖ、１０Ｗ…電力変換相、２１…故障情報取得部、２２…電圧検出部、２３…電圧比較部、ＣＴＲ…制御装置、Ｓ１Ｕ－Ｓ４Ｗ…自己消弧型素子、ＣＰ、ＣＮ…直流コンデンサ、ＣＤＰＵ、ＣＤＰＶ、ＣＤＰＷ…正極側クランプダイオード（第１クランプダイオード）、ＣＤＮＵ、ＣＤＮＶ、ＣＤＮＷ…負極側クランプダイオード（第２クランプダイオード）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
