(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】
(24)【登録日】2023-11-07
(45)【発行日】2023-11-15
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20231108BHJP
H02M 7/49 20070101ALI20231108BHJP
H02M 1/00 20070101ALI20231108BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 M
H02M7/49
H02M1/00 E
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2019237188
(22)【出願日】2019-12-26
(65)【公開番号】P2021106466
(43)【公開日】2021-07-26
【審査請求日】2022-11-14
(73)【特許権者】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(72)【発明者】
【氏名】ラクスマン マハルジャン
【審査官】柳下 勝幸
(56)【参考文献】
【文献】米国特許出願公開第２０１９／０１７３３９１（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許第９８１２９９０（ＵＳ，Ｂ１）
【文献】特開２０１７－０７００６４（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
Ｈ０２Ｍ ７／４９
Ｈ０２Ｍ １／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
正電圧及び負電圧が出力される２個の外部出力端子を有する電力変換部と前記２個の外部出力端子の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチとを備えるセル変換器を複数直列接続してなる複数のクラスタと、前記電力変換部を有する予備セル変換器を複数台有する予備セル変換器群と、
前記複数のクラスタと前記予備セル変換器群とを接続するための複数のスイッチを有するスイッチ群と、
前記セル変換器の故障を判別し、故障信号を出力する故障検出部と、
前記故障検出部の故障信号に基づき、該当する複数のセル変換器のバイパススイッチを短絡するとともに、前記スイッチ群から選択したスイッチを制御し、短絡した前記複数のセル変換器の替わりに前記予備セル変換器をそれぞれ接続させる制御部と、
を備え、
前記予備セル変換器群は、第一予備セル変換器、第二予備セル変換器及び第三予備セル変換器を有し、
前記スイッチ群は、
前記複数のクラスタのいずれかと前記第一予備セル変換器とを接続可能な第一スイッチ部と、
前記複数のクラスタのいずれかと前記第二予備セル変換器とを接続可能な第二スイッチ部と、
前記複数のクラスタのいずれかと前記第三予備セル変換器とを接続可能な第三スイッチ部と、
前記第一予備セル変換器、前記第二予備セル変換器及び前記第三予備セル変換器のいずれかの正極側と中性点とを接続可能な第四スイッチ部と、
前記第一予備セル変換器、前記第二予備セル変換器及び前記第三予備セル変換器のいずれかの負極側と前記中性点とを接続可能な第五スイッチ部と、
前記第一予備セル変換器の負極側と前記第二予備セル変換器の正極側、第二予備セル変換器の負極側と前記第三予備セル変換器の正極側、の少なくとも一方を接続可能な第六スイッチ部と
を有する
電力変換装置。
【請求項2】
前記制御部は、前記故障検出部の故障信号に基づき前記スイッチ群を制御し、前記複数のクラスタのうちの１つに前記予備セル変換器を複数台直列接続させる第一接続と、前記複数のクラスタに異なる前記予備セル変換器を接続させる第二接続とを選択する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記制御部は、前記故障検出部が第一のクラスタ内の複数のセル変換器の故障を検出した場合は、前記第一接続を選択し、
前記予備セル変換器群の選択された前記予備セル変換器を前記第一のクラスタに複数台直列接続するとともに、前記予備セル変換器群と前記第一のクラスタとを直列接続する
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記制御部は、前記故障検出部が第一のクラスタ内の単一のセル変換器の故障及び第二のクラスタ内の単一のセル変換器の故障を検出した場合は、前記第二接続を選択し、
前記予備セル変換器群の選択された第一の前記予備セル変換器を前記第一のクラスタに直列接続し、第二の前記予備セル変換器を前記第二のクラスタに直列接続する
請求項２又は３に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記制御部は、前記第一接続及び前記第二接続を同時に選択する請求項２から４までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記スイッチ群は、前記複数のクラスタをスター結線又はデルタ結線された状態にする請求項１から５までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体スイッチを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
大容量・高圧用途に適した次世代トランスレス電力変換装置としてのモジューラーマルチレベルカスケード変換器に設けられたセル変換器が故障しても運転を継続できる技術が知られている（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－１４７６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来の電力変換装置は、複数クラスタに亘って２台以上のセル変換器が同時に故障した場合や、同一クラスタ内で２台以上のセル変換器が同時に故障した場合に定格運転を継続することができないという問題を有している。
【0005】
本発明の目的は、複数クラスタに亘って２台以上のセル変換器が同時に故障した場合や、同一クラスタ内で２台以上のセル変換器が同時に故障した場合でも定格運転を継続することができる電力変換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】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による電力変換装置は、正電圧及び負電圧が出力される２個の外部出力端子を有する電力変換部と前記２個の外部出力端子の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチとを備えるセル変換器を複数直列接続してなる複数のクラスタと、前記電力変換部を有する予備セル変換器を複数台有する予備セル変換器群と、前記複数のクラスタと前記予備セル変換器群とを接続するための複数のスイッチを有するスイッチ群と、前記セル変換器の故障を判別し、故障信号を出力する故障検出部と、前記故障検出部の故障信号に基づき、該当する複数のセル変換器のバイパススイッチを短絡するとともに、前記スイッチ群から選択したスイッチを制御し、短絡した前記複数のセル変換器の替わりに前記予備セル変換器をそれぞれ接続させる制御部と、を備え、前記予備セル変換器群は、第一予備セル変換器、第二予備セル変換器及び第三予備セル変換器を有し、前記スイッチ群は、前記複数のクラスタのいずれかと前記第一予備セル変換器とを接続可能な第一スイッチ部と、前記複数のクラスタのいずれかと前記第二予備セル変換器とを接続可能な第二スイッチ部と、前記複数のクラスタのいずれかと前記第三予備セル変換器とを接続可能な第三スイッチ部と、前記第一予備セル変換器、前記第二予備セル変換器及び前記第三予備セル変換器のいずれかの正極側と中性点とを接続可能な第四スイッチ部と、前記第一予備セル変換器、前記第二予備セル変換器及び前記第三予備セル変換器のいずれかの負極側と前記中性点とを接続可能な第五スイッチ部と、前記第一予備セル変換器の負極側と前記第二予備セル変換器の正極側、第二予備セル変換器の負極側と前記第三予備セル変換器の正極側、の少なくとも一方を接続可能な第六スイッチ部とを有する。
【発明の効果】
【0007】
本発明の一態様によれば、複数クラスタに亘って２台以上のセル変換器が同時に故障した場合や、同一クラスタ内で２台以上のセル変換器が同時に故障した場合のどちらでも定格運転を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態による電力変換装置の概略構成の一例を示す回路ブロック図である。
【図2】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたセル変換器及び予備セル変換器の概略構成の一例を示す回路図である。
【図3】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたセル変換器が故障した場合のスイッチ群の切替例２を説明するための図である。
【図4】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたセル変換器が故障した場合のスイッチ群の切替例２の他の例を説明するための図である。
【図5】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたセル変換器が故障した場合のスイッチ群の切替例３を説明するための図である。
【図6】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたセル変換器が故障した場合のスイッチ群の切替例３の他の例を説明するための図である。
【図7】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたセル変換器が故障した場合のスイッチ群の切替例４を説明するための図である。
【図8】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたセル変換器が故障した場合のスイッチ群の切替例４の他の例を説明するための図である。
【図9】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたセル変換器が故障した場合のスイッチ群の切替例５を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本発明の一実施形態による電力変換装置について図１から図９を用いて説明する。本実施形態による電力変換装置について、電力系統に連系することができる三相モジュラーマルチレベル変換器（Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＭＭＣ）を例にとって説明する。
【0010】
（電力制御システム）
本実施形態による電力変換装置が用いられる電力制御システムについて図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による電力変換装置１が用いられる電力制御システムＰＳの概略構成を示す回路ブロック図である。
本実施形態による電力変換装置が用いられる電力制御システムについて図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による電力変換装置１が用いられる電力制御システムＰＳの概略構成を示す回路ブロック図である。
【0011】
図１に示すように、電力制御システムＰＳは、三相電力系統２と、三相電力系統２から供給される電力を電源として動作する負荷装置（不図示）と、三相電力系統２に連系する電力変換装置１とを備えている。三相電力系統２は、三相の交流電力を生成する三相交流電源（不図示）と、三相交流電源で生成された電力が供給されるケーブル２１とを有している。ケーブル２１は、三相交流電源で生成されたＵ相の交流電力が供給されるＵ相ケーブル２１１と、三相交流電源で生成されたＶ相の交流電力が供給されるＶ相ケーブル２１２と、三相交流電源で生成されたＷ相の交流電力が供給されるＷ相ケーブル２１３とを有している。
【0012】
（電力変換装置）
次に、電力制御システムＰＳに設けられた電力変換装置１の構成について図１及び図２を用い説明する。
図１に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、三相電力系統２に連系されたクラスタ部３と、クラスタ部３が故障した場合に使用される予備セル変換器群５と、クラスタ部３と予備セル変換器群５とを適宜接続するスイッチ群７と、クラスタ部３、予備セル変換器群５及びスイッチ群７を制御する制御装置（制御部の一例）９とを備えている。
次に、電力制御システムＰＳに設けられた電力変換装置１の構成について図１及び図２を用い説明する。
図１に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、三相電力系統２に連系されたクラスタ部３と、クラスタ部３が故障した場合に使用される予備セル変換器群５と、クラスタ部３と予備セル変換器群５とを適宜接続するスイッチ群７と、クラスタ部３、予備セル変換器群５及びスイッチ群７を制御する制御装置（制御部の一例）９とを備えている。
【0013】
クラスタ部３は、正電圧及び負電圧が出力される２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２を有する電力変換部ＥＰＣと２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂとを備えるセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３を複数直列接続してなるＵ相クラスタ（第一クラスタの一例）３１ｕを備えている。なお、図１及び後述する図３から図９では、電力変換部ＥＰＣ、外部出力端子Ｔ１，Ｔ２及びバイパススイッチＳｗ＿ｂの参照符号は、セル変換器３１ｕ－１及び第一予備セル変換器５１（詳細は後述）のみに付されている。Ｕ相クラスタ３１ｕは、三相電力系統２のＵ相ケーブル２１１とセル変換器３１ｕ－１との間に接続されたリアクトル３１ｕＬを有している。より具体的には、リアクトル３１ｕＬの一端子はＵ相ケーブル２１１に接続され、リアクトル３１ｕＬの他端子はセル変換器３１ｕ－１の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｕ－１の外部出力端子Ｔ２はセル変換器３１ｕ－２の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｕ－２の外部出力端子Ｔ２はセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３において例えば、外部出力端子Ｔ１側が正極側となり、外部出力端子Ｔ２側が負極側となる。詳細は後述するが、セル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２はスイッチ群７に接続されている。
【0014】
クラスタ部３は、正電圧及び負電圧が出力される２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２を有する電力変換部ＥＰＣと２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂとを備えるセル変換器３１ｖ－１，３１ｖ－２，３１ｖ－３を複数直列接続してなるＶ相クラスタ（第二クラスタの一例）３１ｖを備えている。Ｖ相クラスタ３１ｖは、三相電力系統２のＶ相ケーブル２１２とセル変換器３１ｖ－１との間に接続されたリアクトル３１ｖＬを有している。より具体的には、リアクトル３１ｖＬの一端子はＶ相ケーブル２１２に接続され、リアクトル３１ｖＬの他端子はセル変換器３１ｖ－１の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｖ－１の外部出力端子Ｔ２はセル変換器３１ｖ－２の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｖ－２の外部出力端子Ｔ２はセル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｖ－１，３１ｖ－２，３１ｖ－３において例えば、外部出力端子Ｔ１側が正極側となり、外部出力端子Ｔ２側が負極側となる。詳細は後述するが、セル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２はスイッチ群７に接続されている。
【0015】
クラスタ部３は、正電圧及び負電圧が出力される２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２を有する電力変換部ＥＰＣと２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂとを備えるセル変換器３１ｗ－１，３１ｗ－２，３１ｗ－３複数直列接続してなるＷ相クラスタ（第三クラスタの一例）３１ｗを備えている。Ｗ相クラスタ３１ｗは、三相電力系統２のＷ相ケーブル２１３とセル変換器３１ｗ－１との間に接続されたリアクトル３１ｗＬを有している。より具体的には、リアクトル３１ｗＬの一端子はＷ相ケーブル２１３に接続され、リアクトル３１ｗＬの他端子はセル変換器３１ｗ－１の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｗ－１の外部出力端子Ｔ２はセル変換器３１ｗ－２の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｗ－２の外部出力端子Ｔ２はセル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ１に接続されている。セル変換器３１ｗ－１，３１ｗ－２，３１ｗ－３において例えば、外部出力端子Ｔ１側が正極側となり、外部出力端子Ｔ２側が負極側となる。詳細は後述するが、セル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２はスイッチ群７に接続されている。
【0016】
Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、複数のクラスタに相当する。セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３、セル変換器３１ｖ－１，３１ｖ－２，３１ｖ－３及びセル変換器３１ｗ－１，３１ｗ－２，３１ｗ－３の具体的な構成については後述する。
【0017】
電力変換装置１は、正電圧及び負電圧が出力される２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２を有する電力変換部ＥＰＣを備える予備セル変換器を複数台有する予備セル変換器群５を備えている。本実施形態では、予備セル変換器群５に備えられた予備セル変換器はそれぞれ、２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂを有している。予備セル変換器群５は、複数台の予備セル変換器として、例えば第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を有している。本実施形態では、予備セル変換器群５は、複数台の予備セル変換器として、例えば第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を有している。第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３において例えば、外部出力端子Ｔ１側が正極側となり、外部出力端子Ｔ２側が負極側となる。第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３の具体的な構成については後述する。
【0018】
電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗと予備セル変換器群５とを接続するための複数のスイッチを有するスイッチ群７を備えている。
【0019】
より具体的には、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのいずれかと第一予備セル変換器５１とを接続可能な第一スイッチ部７１を有している。また、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのいずれかと第二予備セル変換器５２とを接続可能な第二スイッチ部７２を有している。また、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのいずれかと第三予備セル変換器５３とを接続可能な第三スイッチ部７３を有している。また、スイッチ群７は、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３のいずれかの正極側と中性点Ｎ（詳細は後述）とを接続可能な第四スイッチ部７４を有している。また、スイッチ群７は、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３のいずれかの正極側と中性点Ｎとを接続可能な第五スイッチ部７５を有している。さらに、スイッチ群７は、第一予備セル変換器５１の負極側と第二予備セル変換器５２の正極側、第二予備セル変換器５２の負極側と第三予備セル変換器５３の正極側、の少なくとも一方を接続可能な第六スイッチ部７６を有している。
【0020】
第一スイッチ部７１は、スイッチＳｗ＿ｕ１、スイッチＳｗ＿ｖ１及びスイッチＳｗ＿ｗ１を有している。スイッチＳｗ＿ｕ１の一端子はＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｖ１の一端子はＶ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｗ１の一端子はＷ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｕ１の他端子、スイッチＳｗ＿ｖ１の他端子及びスイッチＳｗ＿ｗ１の他端子は、互いに接続されて第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ１に接続されている。
【0021】
第二スイッチ部７２は、スイッチＳｗ＿ｕ２、スイッチＳｗ＿ｖ２及びスイッチＳｗ＿ｗ２を有している。スイッチＳｗ＿ｕ２の一端子はセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｖ２の一端子はセル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｗ２の一端子はセル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｕ２の他端子、スイッチＳｗ＿ｖ２の他端子及びスイッチＳｗ＿ｗ２の他端子は、互いに接続されて第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１に接続されている。
【0022】
第三スイッチ部７３は、スイッチＳｗ＿ｕ３、スイッチＳｗ＿ｖ３及びスイッチＳｗ＿ｗ３を有している。スイッチＳｗ＿ｕ３の一端子はセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｖ３の一端子はセル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｗ３の一端子はセル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｕ３の他端子、スイッチＳｗ＿ｖ３の他端子及びスイッチＳｗ＿ｗ３の他端子は、互いに接続されて第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ１に接続されている。
【0023】
第四スイッチ部７４は、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ及びスイッチＳｗ＿ｎ＿ｗを有している。スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕの一端子は、セル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２及びスイッチＳｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｕ２，Ｓｗ＿ｕ３のそれぞれの一端子に接続されている。スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖの一端子は、セル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２及びスイッチＳｗ＿ｖ１，Ｓｗ＿ｖ２，Ｓｗ＿ｖ３のそれぞれの一端子に接続されている。スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗの一端子は、セル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２及びスイッチＳｗ＿ｗ１，Ｓｗ＿ｗ２，Ｓｗ＿ｗ３のそれぞれの一端子に接続されている。スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕの他端子、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖの他端子及びスイッチＳｗ＿ｎ＿ｗの他端子は、互いに接続されている。
【0024】
第五スイッチ部７５は、スイッチＳｗ＿ｎ＿１、スイッチＳｗ＿ｎ＿２及びスイッチＳｗ＿ｎ＿３を有している。スイッチＳｗ＿ｎ＿１の一端子は、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｎ＿２の一端子は、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｎ＿３の一端子は、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ２に接続されている。スイッチＳｗ＿ｎ＿１の他端子、スイッチＳｗ＿ｎ＿２の他端子及びスイッチＳｗ＿ｎ＿３の他端子は、互いに接続されてスイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿ｗの他端子に接続されている。
【0025】
第六スイッチ部７６は、スイッチＳｗ＿ｕｖ及びスイッチＳｗ＿ｖｗを有している。スイッチＳｗ＿ｕｖの一端子は、第二スイッチ部７２のスイッチＳｗ＿ｕ２，Ｓｗ＿ｖ２，Ｓｗ＿ｗ２のそれぞれの他端子に接続されている。スイッチＳｗ＿ｕｖの他端子は、スイッチＳｗ＿ｎ＿１の一端子に接続されている。スイッチＳｗ＿ｕｖの他端子は、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２にも接続されている。スイッチＳｗ＿ｖｗの一端子は、第三スイッチ部７３のスイッチＳｗ＿ｕ３，Ｓｗ＿ｖ３，Ｓｗ＿ｗ３のそれぞれの他端子に接続されている。スイッチＳｗ＿ｖｗの他端子は、スイッチＳｗ＿ｎ＿２の一端子に接続されている。スイッチＳｗ＿ｖｗの他端子は、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２にも接続されている。
【0026】
スイッチＳｗ＿ｕｖの一端子は、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１にも接続されている。スイッチＳｗ＿ｖｗの一端子は、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ１にも接続されている。このため、第六スイッチ部７６は、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２と第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１との接続状態及び非接続状態を切り替えることができる。また、第六スイッチ部７６は、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２と第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ１との接続状態及び非接続状態を切り替えることができる。
【0027】
セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３、セル変換器３１ｖ－１，３１ｖ－２，３１ｖ－３、セル変換器３１ｗ－１，３１ｗ－２，３１ｗ－３、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３は、互いに同一の構成を有している。そこで、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３、セル変換器３１ｖ－１，３１ｖ－２，３１ｖ－３、セル変換器３１ｗ－１，３１ｗ－２，３１ｗ－３、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３の具体的な回路構成について、セル変換器３１ｕ－１を例にとって説明する。
【0028】
図２に示すように、セル変換器３１ｕ－１は、外部出力端子Ｔ１、Ｔ２を有する電力変換部ＥＰＣと、外部出力端子Ｔ１，Ｔ２の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂとを有している。電力変換部ＥＰＣは、ブリッジ接続された複数の半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを有するブリッジ部ＢＧと、ブリッジ部ＢＧに並列接続された直流コンデンサＣとを有している。
【0029】
より具体的には、電力変換部ＥＰＣは、直列に接続された複数（本実施形態では２個）の半導体モジュールＭａ及び半導体モジュールＭｂと、直列に接続された複数（本実施形態では２個）の半導体モジュールＭｃ及び半導体モジュールＭｄを有している。半導体モジュールＭａ及び半導体モジュールＭｂと、半導体モジュールＭｃ及び半導体モジュールＭｄとは、並列に接続されている。さらに、セル変換器３１ｕ－１は、半導体モジュールＭａ，Ｍｂ及び半導体モジュールＭｃ，Ｍｄに並列に接続された直流コンデンサＣを有している。
【0030】
半導体モジュールＭａは、半導体スイッチＱａと、半導体スイッチＱａに逆並列接続された還流用ダイオードＤａとを有している。半導体モジュールＭｂは、半導体スイッチＱｂと、半導体スイッチＱｂに逆並列接続された還流用ダイオードＤｂとを有している。半導体モジュールＭｃは、半導体スイッチＱｃと、半導体スイッチＱｃに逆並列接続された還流用ダイオードＤｃとを有している。半導体モジュールＭｄは、半導体スイッチＱｄと、半導体スイッチＱｄに逆並列接続された還流用ダイオードＤｄとを有している。
【0031】
したがって、セル変換器３１ｕ－１は、直列接続された２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂと、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂに並列接続された直流コンデンサＣとを有している。さらに、セル変換器３１ｕ－１は、直列接続された２個の半導体スイッチＱｃ，Ｑｃを有している。２個の半導体スイッチＱｃ，Ｑｃは、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂ及び直流コンデンサＣに並列に接続されている。
【0032】
本実施形態では、半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄは、パワー半導体素子で構成され、例えばｎ型のＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴで構成されている。半導体スイッチＱａのドレイン端子は、還流用ダイオードＤａのカソード端子、半導体スイッチＱｃのドレイン端子及び還流用ダイオードＤｃのカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱａのソース端子は、還流用ダイオードＤａのアノード端子、半導体スイッチＱｂのドレイン端子及び還流用ダイオードＤｂのカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱａのゲート端子は、制御装置９（図２では不図示、図１参照）に接続されている。これにより、半導体スイッチＱａのゲート端子には制御装置９から出力される制御信号ＧＰ＿ｕが入力され、半導体スイッチＱａのオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。
【0033】
半導体スイッチＱｂのソース端子は、半導体スイッチＱｄのソース端子及び還流用ダイオードＤｄのアノード端子に接続されている。半導体スイッチＱｂのゲート端子は、制御装置９に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｂのゲート端子には制御装置９から出力される制御信号ＧＰ＿ｕが入力され、半導体スイッチＱｂのオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。
【0034】
半導体スイッチＱｃのソース端子は、還流用ダイオードＤｃのアノード端子、半導体スイッチＱｄのドレイン端子及び還流用ダイオードＤｄのカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱｃのゲート端子は、制御装置９に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｃのゲート端子には制御装置９から出力される制御信号ＧＰ＿ｕが入力され、半導体スイッチＱｃのオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。
【0035】
半導体スイッチＱｄのゲート端子は、制御装置９に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｄのゲート端子には制御装置９から出力される制御信号ＧＰ＿ｕが入力され、半導体スイッチＱｄのオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄのそれぞれのゲート端子に入力される制御信号ＧＰ＿ｕは、互いに異なる独立した信号である。
【0036】
直流コンデンサＣの一方の電極は、半導体スイッチＱａのドレイン端子、還流用ダイオードＤａのカソード端子、半導体スイッチＱｃのドレイン端子及び還流用ダイオードＤｃのカソード端子に接続されている。直流コンデンサＣの他方の電極は、半導体スイッチＱｂのソース端子、還流用ダイオードＤｂのアノード端子、半導体スイッチＱｄのソース端子及び還流用ダイオードＤｄのアノード端子に接続されている。
【0037】
半導体モジュールＭａ及び半導体モジュールＭｂの接続部は、外部出力端子Ｔ１及びバイパススイッチＳｗ＿ｂの一端子に接続されている。半導体モジュールＭｃ及び半導体モジュールＭｄの接続部は、外部出力端子Ｔ２及びバイパススイッチＳｗ＿ｂの他端子に接続されている。このように、２個の外部出力端子Ｔ１，Ｔ２は、複数の半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄの端子同士が接続された接続部のうちの直流コンデンサＣが接続されていない接続部に接続されている。
【0038】
セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３、セル変換器３１ｖ－１，３１ｖ－２，３１ｖ－３、セル変換器３１ｗ－１，３１ｗ－２，３１ｗ－３、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３のそれぞれに設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂは、例えば機械的スイッチで構成されている。
【0039】
図２に示すように、電力変換装置１は、セル変換器３１ｕ－１の故障を判別し、故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄを出力する故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを備えている。故障検出部４１ａは例えば、半導体スイッチＱａのドレインソース間の電圧信号を故障信号Ｆｄ＿ａとして出力するように構成されている。故障検出部４１ｂは例えば、半導体スイッチＱｂのドレインソース間の電圧信号を故障信号Ｆｄ＿ｂとして出力するように構成されている。故障検出部４１ｃは例えば、半導体スイッチＱｃのドレインソース間の電圧信号を故障信号Ｆｄ＿ｃとして出力するように構成されている。故障検出部４１ａは例えば、半導体スイッチＱａのドレインソース間の電圧信号を故障信号Ｆｄ＿ａとして出力するように構成されている。図示は省略するが、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄは、電力変換装置１に設けられた全てのセル変換器に備えられている。
【0040】
図１に戻って、電力変換装置１では、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのそれぞれに流れる電流、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのそれぞれのセル変換器に設けられた直流コンデンサＣの直流電圧などが検出されて制御装置９に入力されるように構成されている。制御装置９は、これらの電流や電圧を用いて生成した制御信号ＧＰ＿ｕをＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ＿１，３１ｕ＿２，３１ｕ－３のそれぞれに個別に出力して半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄのオン／オフを制御する。同様に、制御装置９は、これらの電流や電圧を用いて生成した制御信号ＧＰ＿ｖをＶ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ＿１，３１ｖ＿２，３１ｖ－３のそれぞれに個別に出力して半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄのオン／オフを制御する。同様に、制御装置９は、これらの電流や電圧を用いて生成した制御信号ＧＰ＿ｗをＷ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ＿１，３１ｗ＿２，３１ｗ－３のそれぞれに個別に出力して半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄのオン／オフを制御する。
【0041】
制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄに基づき、該当する複数のセル変換器のバイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡するとともに、スイッチ群７から選択したスイッチを制御し、短絡した複数のセル変換器の替わりに第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３をそれぞれ接続させるように構成されている。制御装置９は例えば、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３のそれぞれに設けられた半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを制御する制御信号ＧＰ＿ｕ，ＧＰ＿ｖ，ＧＰ＿ｗに対して故障検出部４１ａから出力される故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄが所望の電圧であるか否かを判定する。制御装置９は、故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄのうちの少なくとも１つが所望の電圧でない場合には、当該故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄを出力する故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが検出対象としている半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを有するセル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３が故障していると判定する。
【0042】
制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのそれぞれに個別に制御信号ＧＰ＿ｂを出力してバイパススイッチＳｗ＿ｂのオン（導通）／オフ（非導通）を制御するように構成されている。制御信号ＧＰ＿ｂは、バイパススイッチＳｗ＿ｂを構成する機械的スイッチの駆動部に入力される。制御装置９は、半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄのいずれかの故障の有無を検出した場合、故障した半導体スイッチを有するセル変換器に設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂに対して、オン状態とするための制御信号ＧＰ＿ｂを出力する。これにより、当該バイパススイッチＳｗ＿ｂがオン状態となって、当該バイパススイッチＳｗ＿ｂが接続された外部出力端子Ｔ１，Ｔ２は短絡される。このため、当該バイパススイッチＳｗ＿ｂを有するセル変換器に流れる電流は、電力変換部ＥＰＣを通らずに当該バイパススイッチＳｗ＿ｂを流れる。その結果、電力変換装置１は、故障した半導体スイッチを有するセル変換器を電力変換するためのセル変換器から除外できる。
【0043】
制御装置９は、予備セル変換器群５の第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３のそれぞれに個別に制御信号ＧＰ＿ｂｒを出力してバイパススイッチＳｗ＿ｂのオン（導通）／オフ（非導通）を制御するように構成されている。
【0044】
制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗに設けられた半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄの故障（すなわちセル変換器の故障）の有無によらず、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３のそれぞれに設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂをオフ状態とするための制御信号ＧＰ＿ｂｒを出力する。第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３は、使用されない場合には、スイッチ群７によってクラスタ部３から電気的に切り離されている。
【0045】
制御装置９は、セル変換器に故障が発生した場合、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３のうち、故障したセル変換器を有するＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗに接続される予備セル変換器の電力変換部ＥＰＣを制御するために、当該予備セル変換器に制御信号ＧＰ＿ｒを出力する。制御信号ＧＰ＿ｒが入力された予備セル変換器は、故障したセル変換器に代わって動作することができる。予備セル変換器群５は３個の予備セル変換器を有しているので、電力変換装置１は、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３のうちの３個が同時に故障した場合でも安定動作を維持できる。
【0046】
制御装置９は、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｖ１，Ｓｗ＿ｗ１，Ｓｗ＿ｕ２，Ｓｗ＿ｖ２，Ｓｗ＿ｗ２，Ｓｗ＿ｕ３，Ｓｗ＿ｖ３，Ｓｗ＿ｗ３，Ｓｗ＿ｎ＿ｕ，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿ｗ，Ｓｗ＿ｎ＿１，Ｓｗ＿ｎ＿２，Ｓｗ＿ｎ＿３，Ｓｗ＿ｕｖ，Ｓｗ＿ｖｗ（以下、「スイッチＳｗ＿７」と総称する場合がある）のそれぞれに個別に制御信号ＧＰ＿ｓｇを出力してスイッチＳｗ＿７のオン（導通）／オフ（非導通）を個別に制御するように構成されている。
【0047】
制御装置９は例えば、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３の故障に対してスイッチＳｗ＿７のいずれをオフ状態からオン状態又はオン状態からオフ状態に切り替えるのかを規定したスイッチ群制御テーブルを記憶している。制御装置９は、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３のうちのいずれかの故障を検出した場合、スイッチ群制御テーブルを参照してスイッチＳｗ＿７から状態を切り替えるスイッチを選択する。制御装置９は、選択したスイッチに対してオン状態とするための制御信号ＧＰ＿ｓｇを出力する。これにより、故障したセル変換器を有するＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗに、予備セル変換器群５に設けられた予備セル変換器が必要な個数だけ直列に接続される。その結果、電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗにおいて直列接続されるセル変換器の個数をセル変換器の故障前後で同数とすることができるので、安定動作を維持できる。
【0048】
制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄに基づきスイッチ群７を制御し、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの１つに第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を複数台直列接続させる第一接続と、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗに異なる第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を接続させる第二接続とを選択することができるように構成されている。
【0049】
制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが第一のクラスタ（Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの一のクラスタ）内の複数のセル変換器の故障を検出した場合は、第一接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された予備セル変換器を当該第一のクラスタに複数台直列接続するとともに、予備セル変換器群５と当該第一のクラスタとを直列接続するように構成されている。
【0050】
例えば、制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄがセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２の故障を検出した場合、第一接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された例えば第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２を第一のクラスタとしてのＵ相クラスタ３１ｕに直列接続するとともに、予備セル変換器群５とＵ相クラスタとを直列接続する。この場合、制御装置９は、故障したセル変換器と同数の予備セル変換器を故障したセル変換器を有するクラスタに接続する。
【0051】
制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄが第一のクラスタ（Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの一のクラスタ）内の単一のセル変換器の故障及び第二のクラスタ（Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの他のクラスタ）内の単一のセル変換器の故障を検出した場合は、第二接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された第一の予備セル変換器（第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３のうちの一の予備セル変化器）を当該第一のクラスタに直列接続し、第二の予備セル変換器（第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３のうちの他の予備セル変換器）を当該第二のクラスタに直列接続するように構成されている。
【0052】
例えば、制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄがセル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１の故障を検出した場合、第二接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された第一の予備セル変換器（例えば第一予備セル変換器５１）をＵ相クラスタ３１ｕに直接接続し、予備セル変換器群５の選択された第二の予備セル変換器（例えば第二予備セル変換器５２）をＶ相クラスタ３１ｖに直接接続する。
【0053】
さらに、制御装置９は、第一接続及び第二接続を同時に選択することができるように構成されている。つまり、制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちのいずれか１つのクラスタにおいて複数のセル変換器が故障し、かつＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの他のクラスタのいずれか一方において単体のセル変換器（すなわち１つのセル変換器）が故障した場合、第一接続及び第二接続を同時に選択する。この場合、電力変換装置１は、故障したセル変換器の合計数が予備セル変換器群５に設けられた予備セル変換器の個数の範囲内であることを条件に、セル変換器の故障後も安定動作を維持できる。
【0054】
＜電力変換装置の安定動作の維持制御＞
次に、本実施形態による電力変換装置１におけるセル変換器に故障が発生した場合に安定動作を維持するためのスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の具体的な切替例について図１及び図３から図９を用いて説明する。
次に、本実施形態による電力変換装置１におけるセル変換器に故障が発生した場合に安定動作を維持するためのスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の具体的な切替例について図１及び図３から図９を用いて説明する。
【0055】
（切替例１）
切替例１は、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３のいずれも故障していない場合（すなわち初期動作の開始時）のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。
切替例１は、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３のいずれも故障していない場合（すなわち初期動作の開始時）のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。
【0056】
図１に示すように、電力変換装置１に設けられた制御装置９は、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３のいずれも故障していない場合（すなわち初期動作の開始時）には、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７が以下の状態となるように制御する。
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
【0057】
すなわち、スイッチ群７に設けられた第四スイッチ部７４のみオン状態とする。これにより、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ及びスイッチＳｗ＿ｎ＿ｗのそれぞれの他端子が互いに接続された接続部を中性点Ｎとするスター結線（Ｙ結線）された状態となる。このように、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗをスター結線された状態にすることができる。
【0058】
（切替例２）
切替例２は、１個のセル変換器が故障した場合のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。切替例２について図３を用いて説明する。図３では、例えばＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１が故障した場合が図示されている。
切替例２は、１個のセル変換器が故障した場合のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。切替例２について図３を用いて説明する。図３では、例えばＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１が故障した場合が図示されている。
【0059】
図３に示すように、制御装置９は、セル変換器３１ｕ－１が故障したと判定した場合、セル変換器３１ｕ－１に設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７を以下の状態となるように制御する。
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
【0060】
これにより、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕ１を介してＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第一予備セル変換器５１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに直列に接続されるので、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕがオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿１がオン状態となることにより、セル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２は、Ｕ相クラスタ３１ｕの端部に相当する。このため、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置１は、セル変換器３１ｕ－１が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0061】
【0062】
図４に示すように、制御装置９は、セル変換器３１ｖ－１が故障したと判定した場合、セル変換器３１ｖ－１に設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７を以下の状態となるように制御する。
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
【0063】
これにより、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｖ１を介してＶ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第一予備セル変換器５１は、Ｖ相クラスタ３１ｖに直列に接続されるので、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖがオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿１がオン状態となることにより、セル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２は、Ｖ相クラスタ３１ｖの端部に相当する。このため、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置１は、セル変換器３１ｖ－１が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0064】
（切替例３）
切替例３は、異なるクラスタに設けられたセル変換器が１個ずつ故障した場合のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。切替例３について図５を用いて説明する。図５では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１と、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－１とが故障した場合が図示されている。
切替例３は、異なるクラスタに設けられたセル変換器が１個ずつ故障した場合のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。切替例３について図５を用いて説明する。図５では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１と、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－１とが故障した場合が図示されている。
【0065】
図５に示すように、制御装置９は、セル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１が故障したと判定した場合、セル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１のそれぞれに設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７を以下の状態となるように制御する。
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
【0066】
これにより、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕ１を介してＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第一予備セル変換器５１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに直列に接続されるので、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕがオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿１がオン状態となることにより、セル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。
【0067】
また、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｖ２を介してＶ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第二予備セル変換器５２は、Ｖ相クラスタ３１ｖに直列に接続されるので、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖがオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿２がオン状態となることにより、セル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。
【0068】
このように、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちのＵ相クラスタ３１ｕに第一予備セル変換器５１を接続させ、Ｖ相クラスタ３１ｖに第二予備セル変換器５２を接続させることが可能である。つまり、制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄに基づき、セル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１のバイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡するとともに、スイッチ群７から選択したスイッチＳｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｖ２，Ｓｗ＿ｎ＿ｕ，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿１，Ｓｗ＿ｎ＿２を制御し、バイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡したセル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１の替わりに第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２を接続させる。このように、制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの１つ（第一のクラスタの一例、本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）に単数のセル変換器（本例では、セル変換器３１ｕ－１）の故障及びＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの他の１つ（第二のクラスタの一例、本例ではＶ相クラスタ３１ｖ）の単一のセル変換器（本例ではセル変換器３１ｖ－１）の故障が検出された場合は、Ｕ相クラスタ３１ｕ及びＶ相クラスタ３１ｖに異なる予備セル変換器（本例では第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２）を接続させる第二接続を選択する。制御装置９は、第二接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された第一の予備セル変換器（本例では第一予備セル変換器５１）をＵ相クラスタ３１ｕに直列接続し、第二の予備セル変換器（本例では第二予備セル変換器５２）をＶ相クラスタ３１ｖに直列接続する。
【0069】
第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２は、Ｕ相クラスタ３１ｕの端部に相当する。また、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２は、Ｖ相クラスタ３１ｖの端部に相当する。このため、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１及びＶ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－１（すなわち、異なるクラスタに設けられたセル変換器）が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0070】
（切替例３の他の例）
切替例３の他の例について図６を用いて説明する。図６では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１と、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－１と、Ｗ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ－１とが故障した場合が図示されている。
切替例３の他の例について図６を用いて説明する。図６では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１と、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－１と、Ｗ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ－１とが故障した場合が図示されている。
【0071】
図６に示すように、制御装置９は、セル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１，３１ｗ－１が故障したと判定した場合、セル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１，３１ｗ－１のそれぞれに設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７を以下の状態となるように制御する。
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オン状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オン状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
【0072】
これにより、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕ１を介してＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第一予備セル変換器５１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに直列に接続されるので、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕがオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿１がオン状態となることにより、セル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。
【0073】
また、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｖ２を介してＶ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第二予備セル変換器５２は、Ｖ相クラスタ３１ｖに直列に接続されるので、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖがオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿２がオン状態となることにより、セル変換器３１ｖ－３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。
【0074】
また、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｗ３を介してＷ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第三予備セル変換器５３は、Ｗ相クラスタ３１ｗに直列に接続されるので、Ｗ相クラスタ３１ｗに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗがオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿３がオン状態となることにより、セル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。
【0075】
このように、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちのＵ相クラスタ３１ｕに第一予備セル変換器５１を接続させ、Ｖ相クラスタ３１ｖに第二予備セル変換器５２を接続させ、Ｗ相クラスタ３１ｗに第三予備セル変換器５３を接続させることが可能である。つまり、制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄに基づき、セル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１，３１ｗ－１のバイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡するとともに、スイッチ群７から選択したスイッチＳｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｖ２，Ｓｗ＿ｗ３，Ｓｗ＿ｎ＿ｕ，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿ｗ，Ｓｗ＿ｎ＿１，Ｓｗ＿ｎ＿２，Ｓｗ＿ｎ＿３を制御し、バイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡したセル変換器３１ｕ－１，３１ｖ－１，３１ｗ－１の替わりに第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を接続させる。このように、制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの１つ（第一のクラスタの一例、本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）に単数のセル変換器（本例では、セル変換器３１ｕ－１）の故障及びＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗに異なる第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を接続させる第二接続を選択する。制御装置９は、第二接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された第一の予備セル変換器（本例では第一予備セル変換器５１）をＵ相クラスタ３１ｕに直列接続し、第二の予備セル変換器（本例では第二予備セル変換器５２）をＶ相クラスタ３１ｖに直列接続し、第二の予備セル変換器（本例では第三予備セル変換器５３）をＷ相クラスタ３１ｗに直列接続する。
【0076】
第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２は、Ｕ相クラスタ３１ｕの端部に相当する。また、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２は、Ｖ相クラスタ３１ｖの端部に相当する。さらに、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ２は、Ｗ相クラスタ３１ｗの端部に相当する。このため、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられたセル変換器３１ｖ－１及びＷ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ－１（すなわち、異なるクラスタに設けられたセル変換器）が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0077】
（切替例４）
切替例４は、１つのクラスタにおいて複数のセル変換器が故障した場合のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。切替例４について図７を用いて説明する。図７では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１及びセル変換器３１ｕ－２が故障した場合が図示されている。
切替例４は、１つのクラスタにおいて複数のセル変換器が故障した場合のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。切替例４について図７を用いて説明する。図７では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１及びセル変換器３１ｕ－２が故障した場合が図示されている。
【0078】
図７に示すように、制御装置９は、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２が故障したと判定した場合、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２のそれぞれに設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７を以下の状態となるように制御する。
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
【0079】
これにより、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕ１を介してＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。また、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕｖを介して第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２は、Ｕ相クラスタ３１ｕに直列に接続されるので、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ及びスイッチＳｗ＿ｎ＿１がオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿２がオン状態になっている。このため、セル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２及び第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。
【0080】
このように、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちのＵ相クラスタ３１ｕに第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２を接続させることが可能である。つまり、制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄに基づき、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２のバイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡するとともに、スイッチ群７から選択したスイッチＳｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿２，Ｓｗ＿ｕｖを制御し、バイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡したセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２の替わりに第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２をそれぞれ接続させる。このように、制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの１つ（第一のクラスタの一例、本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）の複数のセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２の故障が検出された場合は、故障したセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２を有するＵ相クラスタ３１ｕに予備セル変換器を複数台（本例では第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２）を接続させる第一接続を選択する。制御装置９は、第一接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された予備セル変換器（本例では第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２）を第一のクラスタ（本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）に複数台（本例では２台）直列接続するとともに、予備セル変換器群５とＵ相クラスタ３１ｕとを直列接続する。
【0081】
第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２は、Ｕ相クラスタ３１ｕの端部に相当する。このため、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１及びセル変換器３１ｕ－２（すなわち、同一のクラスタに設けられた複数のセル変換器）が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0082】
このように、電力変換装置１は、スイッチ群７に第六スイッチ部７６を有することにより、第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２を直列に接続することができる。これにより、電力変換装置１は、１つのクラスタにおいて２個のセル変換器が故障した場合でも、定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0083】
（切替例４の他の例）
切替例４の他の例について図８を用いて説明する。図８では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１、セル変換器３１ｕ－２及びセル変換器３１ｕ－３が故障した場合が図示されている。
切替例４の他の例について図８を用いて説明する。図８では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１、セル変換器３１ｕ－２及びセル変換器３１ｕ－３が故障した場合が図示されている。
【0084】
図８に示すように、制御装置９は、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３が故障したと判定した場合、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３のそれぞれに設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７を以下の状態となるように制御する。
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オン状態
【0085】
これにより、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕ１を介してＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。また、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕｖを介して第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２に接続される。さらに、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｖｗを介して第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、直列接続された第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３は、Ｕ相クラスタ３１ｕに直列に接続されるので、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ、スイッチＳｗ＿ｎ＿１及びスイッチＳｗ＿ｎ＿２がオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿３がオン状態になっている。このため、セル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１及び第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ１が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。
【0086】
このように、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちのＵ相クラスタ３１ｕに第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を接続させることが可能である。つまり、制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄに基づき、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３のバイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡するとともに、スイッチ群７から選択したスイッチＳｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿２，Ｓｗ＿ｕｖ，Ｓｗ＿ｖｗを制御し、バイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡したセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３の替わりに第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３をそれぞれ接続させる。このように、制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの１つ（第一のクラスタの一例、本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）の複数のセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３の故障が検出された場合は、故障したセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３を有するＵ相クラスタ３１ｕに予備セル変換器を複数台（本例では３つの第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３）を接続させる第一接続を選択する。制御装置９は、第一接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された予備セル変換器（本例では第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３）を第一のクラスタ（本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）に複数台（本例では３台）直列接続するとともに、予備セル変換器群５とＵ相クラスタ３１ｕとを直列接続する。
【0087】
第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ２は、Ｕ相クラスタ３１ｕの端部に相当する。このため、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１、セル変換器３１ｕ－２及びセル変換器３１ｕ－３（すなわち、同一のクラスタに設けられた複数のセル変換器）が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0088】
このように、電力変換装置１は、スイッチ群７に第六スイッチ部７６を有することにより、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を直列に接続することができる。これにより、電力変換装置１は、１つのクラスタにおいて３個のセル変換器が故障した場合でも、定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0089】
（切替例５）
切替例５は、複数のクラスタ間でのセル変換器の故障と、１つのクラスタ内で複数のセル変換器の故障とが複合的に発生した場合のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。切替例５について図９を用いて説明する。図９では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１及びセル変換器３１ｕ－２が故障し、かつＷ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ－１が故障した場合が図示されている。
切替例５は、複数のクラスタ間でのセル変換器の故障と、１つのクラスタ内で複数のセル変換器の故障とが複合的に発生した場合のスイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の切替態様の一例である。切替例５について図９を用いて説明する。図９では例えば、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１及びセル変換器３１ｕ－２が故障し、かつＷ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ－１が故障した場合が図示されている。
【0090】
図９に示すように、制御装置９は、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｗ－１が故障したと判定した場合、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｗ－１のそれぞれに設けられたバイパススイッチＳｗ＿ｂをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７を以下の状態となるように制御する。
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オン状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ１ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ１ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ２ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｕ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｖ３ ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｗ３ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｖ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿１：オフ状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿２：オン状態
スイッチＳｗ＿ｎ＿３：オン状態
スイッチＳｗ＿ｕｖ ：オン状態
スイッチＳｗ＿ｖｗ ：オフ状態
【0091】
これにより、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕ１を介してＵ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。また、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｕｖを介して第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２は、Ｕ相クラスタ３１ｕに直列に接続されるので、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。また、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ１がスイッチＳｗ＿ｗ３を介してＷ相クラスタ３１ｗに設けられたセル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２に接続される。その結果、第三予備セル変換器５３は、Ｗ相クラスタ３１ｗに直列に接続されるので、Ｗ相クラスタ３１ｗに設けられた実働可能なセル変換器の個数は３個に維持される。
【0092】
スイッチＳｗ＿ｎ＿ｕ及びスイッチＳｗ＿ｎ＿１がオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿２がオン状態になっている。このため、セル変換器３１ｕ－３の外部出力端子Ｔ２、第一予備セル変換器５１の外部出力端子Ｔ２及び第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ１が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。また、スイッチＳｗ＿ｎ＿ｗがオフ状態となり、かつスイッチＳｗ＿ｎ＿３がオン状態になっている。このため、セル変換器３１ｗ－３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎから電気的に切断されるとともに、第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ２が中性点Ｎに電気的に接続される。
【0093】
このように、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちのＵ相クラスタ３１ｕに第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２を接続させ、Ｗ相クラスタ３１ｗに第三予備セル変換器５３を接続させることが可能である。
【0094】
つまり、制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄに基づき、セル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２のバイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡するとともに、スイッチ群７から選択したスイッチＳｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｗ３，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿ｗ，Ｓｗ＿ｎ＿２，Ｓｗ＿ｎ＿３，Ｓｗ＿ｕｖを制御し、バイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡したセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２の替わりに第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２をそれぞれ接続させ、バイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡したセル変換器３１ｗ－１の替わりに第三予備セル変換器５３を接続させる。このように、制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの１つ（第一のクラスタの一例、本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）の複数のセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２の故障が検出された場合は、故障したセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２を有するＵ相クラスタ３１ｕに予備セル変換器を複数台（本例では第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２）を接続させる第一接続を選択する。制御装置９は、第一接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された予備セル変換器（本例では第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２）を第一のクラスタ（本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）に複数台（本例では２台）直列接続するとともに、予備セル変換器群５とＵ相クラスタ３１ｕとを直列接続する。
【0095】
さらに、制御装置９は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号Ｆｄ＿ａ，Ｆｄ＿ｂ，Ｆｄ＿ｃ，Ｆｄ＿ｄに基づき、セル変換器３１ｗ－１のバイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡するとともに、スイッチ群７から選択したスイッチＳｗ＿ｗ３，Ｓｗ＿ｎ＿ｗ，Ｓｗ＿ｎ＿３を制御し、バイパススイッチＳｗ＿ｂを短絡したセル変換器３１ｗ－１の替わりに第三予備セル変換器５３を接続させる。このように、制御装置９は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの１つ（第一のクラスタの一例、本例ではＵ相クラスタ３１ｕ）に少なくとも単数のセル変換器（本例ではセル変換器３１ｕ－１，３１ｕ－２）の故障及びＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちの他の１つ（第二のクラスタの一例、本例では、Ｗ相クラスタ３１ｗ）の単一のセル変換器（本例ではセル変換器３１ｗ－１）の故障が検出された場合は、Ｕ相クラスタ３１ｕ及びＷ相クラスタ３１ｗに異なる予備セル変換器（本例では、第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２の組と、第三予備セル変換器５３）を接続させる第二接続を選択する。制御装置９は、第二接続を選択し、予備セル変換器群５の選択された第一の予備セル変換器（本例では第一予備セル変換器５１及び第二予備セル変換器５２）をＵ相クラスタ３１ｕに直列接続し、第二の予備セル変換器（本例では第三予備セル変換器５３）をＷ相クラスタ３１ｗに直列接続する。このように、制御装置９は、は、当該第一接続及び当該第二接続を同時に選択することができる。
【0096】
第二予備セル変換器５２の外部出力端子Ｔ２は、Ｕ相クラスタ３１ｕの端部に相当する。第三予備セル変換器５３の外部出力端子Ｔ２は、Ｗ相クラスタ３１ｗの端部に相当する。このため、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、スイッチ群７に設けられたスイッチＳｗ＿７の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたセル変換器３１ｕ－１及びセル変換器３１ｕ－２（すなわち、同一のクラスタに設けられた複数のセル変換器）が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0097】
電力変換装置１は、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３，３１ｖ－１～３１ｖ－３，３１ｗ－１～３１ｗ－３のいずれかのセル変換器の故障中に別のセル変換器が故障した場合には、スイッチ群７のスイッチＳｗ＿７を一旦、初期動作の開始時の切替態様（図３参照）に戻す。その後、電力変換装置１は、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群７のスイッチＳｗ＿７の接続態様を適宜変更して、定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
【0098】
以上説明したように、本実施形態による電力変換装置１は、セル変換器３１ｕ－１～３１ｕ－３を有するＵ相クラスタ３１ｕと、セル変換器３１ｖ－１～３１ｖ－３を有するＶ相クラスタ３１ｖと、セル変換器３１ｗ－１～３１ｗ－３を有するＷ相クラスタ３１ｗとを備えている。また、電力変換装置１は、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３を有する予備セル変換器群５を備えている。また、電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗと予備セル変換器群５とを接続するための複数のスイッチを有するスイッチ群７を備えている。また、電力変換装置１は、前記セル変換器の故障を判別し、故障信号を出力する故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄを備えている。さらに、電力変換装置１は、故障検出部４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄの故障信号に基づき、該当する複数のセル変換器のバイパススイッチを短絡するとともに、スイッチ群７から選択したスイッチを制御し、短絡した複数のセル変換器の替わりに第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３をそれぞれ接続させる制御装置９を備えている。
【0099】
このような構成を備える電力変換装置１は、同一クラスタに２台以上のセル変換器が同時に故障した場合でも定格運転を継続することができる。また、電力変換装置１は、複数のクラスタのそれぞれにセル変換器の故障が発生した場合でも定格運転を継続することができる。さらに、電力変換装置１は、同一クラスタに２台以上のセル変換器が同時に故障し、かつ当該クラスタとは別のクラスタでセル変換器の故障が発生した場合でも定格運転を継続することができる。
【0100】
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施形態では、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗがスター結線された状態にしているが、本発明はこれに限られない。制御装置９がスイッチＳｗ＿７の切替状態を適宜制御することによって、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗがデルタ結線された状態とすることができる。
上記実施形態では、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗがスター結線された状態にしているが、本発明はこれに限られない。制御装置９がスイッチＳｗ＿７の切替状態を適宜制御することによって、スイッチ群７は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗがデルタ結線された状態とすることができる。
【0101】
上記実施形態では、故障検出部は、セル変換器のそれぞれに配置されているが、本発明はこれに限られない。例えば、制御装置は、セル変換器の故障を全体として監視する機能を発揮するように構成されていてもよい。
【0102】
上記実施形態では、故障検出部は、半導体スイッチのドレインソース間の電圧を故障信号として出力するように構成されているが、半導体スイッチのドレインソース間の電流など、その他の電圧信号や電流信号検出するように構成されていてもよい。
【0103】
上記実施形態では、第一予備セル変換器５１、第二予備セル変換器５２及び第三予備セル変換器５３は、バイパススイッチＳｗ＿ｂを有しているが、バイパススイッチＳｗ＿ｂ有していなくてもよい。
【0104】
上記実施形態による電力変換装置１は、ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴで構成された半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを有しているが、本発明はこれに限られない。電力変換装置１は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）、ゲートターンオフサイリスタ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ－Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＧＴＯ）、又は集積化ゲート転流型サイリスタ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ Ｔｕｒｎ－ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＧＣＴ）などで構成された半導体スイッチを有していてもよく、これらの複数を適宜組み合わせてもよい。
【0105】
上記実施形態による電力変換装置１は、Ｈブリッジで構成されたブリッジ部ＢＧを有するセル変換器を備えているが、本発明はこれに限られない。セル変換器は、正電圧及び負電圧を出力することができれば、例えば中性点クランプ３レベル型のフルブリッジ変換器セルなどであってもよい。
【0106】
本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の技術的範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【0107】
１ 電力変換装置
２ 三相電力系統
３ クラスタ部
５ 予備セル変換器群
７ スイッチ群
９ 制御装置
２１ ケーブル
３１ｕ Ｕ相クラスタ（第一クラスタ）
３１ｕ＿１，３１ｕ＿２，３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３，３１ｖ＿１，３１ｖ＿２，３１ｖ－１，３１ｖ－２，３１ｖ－３，３１ｗ－１，３１ｗ－２，３１ｗ－３ セル変換器
３１ｕＬ，３１ｖＬ，３１ｗＬ リアクトル
３１ｖ Ｖ相クラスタ（第二クラスタ）
３１ｗ Ｗ相クラスタ（第三クラスタ）
５１ 第一予備セル変換器
５２ 第二予備セル変換器
５３ 第三予備セル変換器
７１ 第一スイッチ部
７２ 第二スイッチ部
７３ 第三スイッチ部
７４ 第四スイッチ部
７５ 第五スイッチ部
７６ 第六スイッチ部
２１１ Ｕ相ケーブル
２１２ Ｖ相ケーブル
２１３ Ｗ相ケーブル
ＢＧ ブリッジ部
Ｃ 直流コンデンサ
Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ 還流用ダイオード
ＧＰ＿ｂ，ＧＰ＿ｂｒ，ＧＰ＿ｒ，ＧＰ＿ｓｇ，ＧＰ＿ｕ，ＧＰ＿ｖ，ＧＰ＿ｗ 制御信号
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄ 半導体モジュール
ＥＰＣ 電力変換部
Ｎ 中性点
ＰＳ 電力制御システム
Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄ 半導体スイッチ
Ｓｗ＿７，Ｓｗ＿ｎ＿１，Ｓｗ＿ｎ＿２，Ｓｗ＿ｎ＿３，Ｓｗ＿ｎ＿ｕ，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿ｗ，Ｓｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｕ２，Ｓｗ＿ｕ３，Ｓｗ＿ｕｖ，Ｓｗ＿ｖ１，Ｓｗ＿ｖ２，Ｓｗ＿ｖ３，Ｓｗ＿ｖｗ，Ｓｗ＿ｗ１，Ｓｗ＿ｗ２，Ｓｗ＿ｗ３ スイッチ
Ｓｗ＿ｂ バイパススイッチ
Ｔ１，Ｔ２ 外部出力端子
２ 三相電力系統
３ クラスタ部
５ 予備セル変換器群
７ スイッチ群
９ 制御装置
２１ ケーブル
３１ｕ Ｕ相クラスタ（第一クラスタ）
３１ｕ＿１，３１ｕ＿２，３１ｕ－１，３１ｕ－２，３１ｕ－３，３１ｖ＿１，３１ｖ＿２，３１ｖ－１，３１ｖ－２，３１ｖ－３，３１ｗ－１，３１ｗ－２，３１ｗ－３ セル変換器
３１ｕＬ，３１ｖＬ，３１ｗＬ リアクトル
３１ｖ Ｖ相クラスタ（第二クラスタ）
３１ｗ Ｗ相クラスタ（第三クラスタ）
５１ 第一予備セル変換器
５２ 第二予備セル変換器
５３ 第三予備セル変換器
７１ 第一スイッチ部
７２ 第二スイッチ部
７３ 第三スイッチ部
７４ 第四スイッチ部
７５ 第五スイッチ部
７６ 第六スイッチ部
２１１ Ｕ相ケーブル
２１２ Ｖ相ケーブル
２１３ Ｗ相ケーブル
ＢＧ ブリッジ部
Ｃ 直流コンデンサ
Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ 還流用ダイオード
ＧＰ＿ｂ，ＧＰ＿ｂｒ，ＧＰ＿ｒ，ＧＰ＿ｓｇ，ＧＰ＿ｕ，ＧＰ＿ｖ，ＧＰ＿ｗ 制御信号
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄ 半導体モジュール
ＥＰＣ 電力変換部
Ｎ 中性点
ＰＳ 電力制御システム
Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄ 半導体スイッチ
Ｓｗ＿７，Ｓｗ＿ｎ＿１，Ｓｗ＿ｎ＿２，Ｓｗ＿ｎ＿３，Ｓｗ＿ｎ＿ｕ，Ｓｗ＿ｎ＿ｖ，Ｓｗ＿ｎ＿ｗ，Ｓｗ＿ｕ１，Ｓｗ＿ｕ２，Ｓｗ＿ｕ３，Ｓｗ＿ｕｖ，Ｓｗ＿ｖ１，Ｓｗ＿ｖ２，Ｓｗ＿ｖ３，Ｓｗ＿ｖｗ，Ｓｗ＿ｗ１，Ｓｗ＿ｗ２，Ｓｗ＿ｗ３ スイッチ
Ｓｗ＿ｂ バイパススイッチ
Ｔ１，Ｔ２ 外部出力端子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】