JP7589511B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description
本発明は、直列に接続された複数のセル変換器を備える電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device that includes multiple cell converters connected in series.
大容量・高圧用途に適した次世代トランスレス電力変換器として、モジューラーマルチレベルカスケード変換器（Ｍｏｄｕｌａｒ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＭＭＣ）が注目されている。特許文献１には、ＭＭＣが開示されている。ＭＭＣは、リアクトルとＮ台のセル変換器の直列体から構成される。一般的に、ＭＭＣの信頼性の向上を目的に、Ｎ台のセル変換器のそれぞれがバイパススイッチを有するとともに、Ｎ台のセル変換器の中にＭ台の冗長セル変換器が含まれる。このように、Ｍ台の冗長セル変換器を設けることによって、セル変換器のいずれかＭ台まで故障した場合でも、故障したセル変換器それぞれのバイパススイッチがオン状態とされる。これにより、バイパススイッチに電流が流れるので、故障したセル変換器に電流が流れなくなり、残りの健全なセル変換器のみで電力変換器の定格運転が継続される。
As a next-generation transformerless power converter suitable for large-capacity, high-voltage applications, the modular multilevel converter (MMC) has attracted attention.
非特許文献１に開示された方法では、セル変換器が故障した場合、ＭＭＣが一旦停止する。その後、故障したセル変換器のバイパススイッチがオン状態に切り替えられ、残りの健全なセル変換器のみで運転が再開される。この方法は、ＭＭＣが一旦停止されるため、運転再開までの時間が長くなり、セル変換器の故障後すぐに復旧が求められるシステムには適用し難いという問題がある。
In the method disclosed in
セル変換器の故障後運転再開までの時間が短い方法として、セル変換器の故障が発生した場合に故障したセル変換器でのスイッチング動作のみ停止し、残りの健全なセル変換器でのスイッチング動作を継続する方法が提案されている（例えば特許文献２）。しかし、この方法では、セル変換器に故障が発生してからバイパススイッチの投入完了までの期間に、故障したセル変換器の交流出力電圧によって電流制御の性能が低下し無効電流補償ができない、又は無効電流補償の性能が低下するという問題がある。 As a method for shortening the time required to resume operation after a cell converter failure, a method has been proposed in which, when a cell converter fails, only the switching operation of the failed cell converter is stopped, and the switching operation of the remaining healthy cell converters continues (for example, Patent Document 2). However, this method has the problem that, during the period from when the cell converter fails to when the bypass switch is completely turned on, the AC output voltage of the failed cell converter reduces the performance of current control, making reactive current compensation impossible or reducing the performance of reactive current compensation.
本発明の目的は、セル変換器に対するバイパス要求があった場合でも無効電流補償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。 The object of the present invention is to provide a power conversion device that can continue reactive current compensation even when a bypass request is made to a cell converter.
上記目的を達成するために、本発明の第１態様による電力変換装置は、系統交流電源との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサを有する主回路、前記電力が入出力される一対の入出力端子、及び前記一対の入出力端子を短絡可能に設けられた機械スイッチをそれぞれ有し、前記一対の入出力端子が直列に接続された複数のセル変換器と、前記複数のセル変換器に設けられたそれぞれの前記主回路及び前記機械スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数のセル変換器のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、前記対象セル変換器の交流出力電圧が反映された電圧指令値に基づいて残余の前記セル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御し、前記電圧指令値は、前記複数のセル変換器の交流出力電圧の合計の電圧を追従させる指令値である。
また、上記目的を達成するために、本発明の第２態様による電力変換装置は、系統交流電源との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサを有する主回路、前記電力が入出力される一対の入出力端子、及び前記一対の入出力端子を短絡可能に設けられた機械スイッチをそれぞれ有し、前記一対の入出力端子が直列に接続された複数のセル変換器と、前記複数のセル変換器に設けられたそれぞれの前記主回路及び前記機械スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数のセル変換器のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、前記対象セル変換器の交流出力電圧を用いて残余の前記セル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御し、前記対象セル変換器に設けられたコンデンサの直流電圧及び前記複数のセル変換器に流れる電流の極性に応じて、前記切替期間における前記対象セル変換器の交流出力電圧を算出する。
さらに、上記目的を達成するために、本発明の第３態様による電力変換装置は、系統交流電源との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサを有する主回路、前記電力が入出力される一対の入出力端子、及び前記一対の入出力端子を短絡可能に設けられた機械スイッチをそれぞれ有し、前記一対の入出力端子が直列に接続された複数のセル変換器と、前記複数のセル変換器に設けられたそれぞれの前記主回路及び前記機械スイッチを制御する制御部とを備え、前記制御部は、前記複数のセル変換器のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、前記対象セル変換器の交流出力電圧を用いて残余の前記セル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御し、前記複数のセル変換器の交流出力電圧の合計の電圧を追従させる電圧指令値から前記対象セル変換器の交流出力電圧を減算した値に基づいて前記残余の前記セル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御する。
In order to achieve the above-mentioned object, a power conversion device according to a first aspect of the present invention comprises a main circuit having a capacitor for generating power input and output between a system AC power source, a pair of input/output terminals through which the power is input and output, and a mechanical switch arranged to be able to short-circuit the pair of input/output terminals, and a plurality of cell converters in which the pair of input/output terminals are connected in series, and a control unit that controls each of the main circuits and the mechanical switches provided in the plurality of cell converters, and during a switching period in which the mechanical switch provided in a target cell converter, which is at least one of the plurality of cell converters, is switched from an off state to an on state, the control unit controls the AC output voltage of each of the remaining cell converters based on a voltage command value that reflects the AC output voltage of the target cell converter, and the voltage command value is a command value that causes the voltage to track the sum of the AC output voltages of the plurality of cell converters .
In addition, in order to achieve the above-mentioned object, a power conversion device according to a second aspect of the present invention comprises a main circuit having a capacitor for generating power input and output between a system AC power source, a pair of input/output terminals through which the power is input and output, and a mechanical switch arranged to be able to short-circuit the pair of input/output terminals, and a control unit that controls the main circuit and the mechanical switch provided in each of the multiple cell converters, and during a switching period in which the mechanical switch provided in a target cell converter, which is at least one of the multiple cell converters, is switched from an off state to an on state, the control unit controls the AC output voltage of each of the remaining cell converters using the AC output voltage of the target cell converter, and calculates the AC output voltage of the target cell converter during the switching period in accordance with the DC voltage of the capacitor provided in the target cell converter and the polarity of the current flowing through the multiple cell converters.
Furthermore, in order to achieve the above-mentioned object, a power conversion device according to a third aspect of the present invention comprises a main circuit having a capacitor for generating power input and output between a system AC power source, a pair of input/output terminals through which the power is input and output, and a mechanical switch arranged to be able to short-circuit the pair of input/output terminals, and a control unit that controls the main circuit and the mechanical switch provided in each of the multiple cell converters, and during a switching period in which the mechanical switch provided in a target cell converter, which is at least one of the multiple cell converters, is switched from an off state to an on state, the control unit controls the AC output voltage of each of the remaining cell converters using the AC output voltage of the target cell converter, and controls the AC output voltage of each of the remaining cell converters based on a value obtained by subtracting the AC output voltage of the target cell converter from a voltage command value that causes the sum of the AC output voltages of the multiple cell converters to follow.
本発明の各態様によれば、セル変換器に対するバイパス要求があった場合でも無効電流補償を継続することができる。 According to each aspect of the present invention, reactive current compensation can be continued even if a bypass request is made to the cell converter.
本発明の一実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。 One embodiment of the present invention is an example of an apparatus and method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention does not specify the material, shape, structure, arrangement, etc. of the components as described below. The technical idea of the present invention can be modified in various ways within the technical scope defined by the claims.
（電力変換装置の構成）
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６を用いて説明する。まず、本実施形態による電力変換装置の概略構成について図１から図３を用いて説明する。以下、本実施形態による電力変換装置１について、電力系統に連系することができる単相モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）を例にとって説明する。本実施形態による電力変換装置１は、無効電力補償装置に適用することができる。
(Configuration of power conversion device)
A power conversion device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 6. First, a schematic configuration of the power conversion device according to this embodiment will be described with reference to Figures 1 to 3. Hereinafter, the
図１に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、系統交流電源９に接続されている。電力変換装置１は、系統交流電源９との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサＣを有する主回路３０１、当該電力が入出力される一対の入出力端子３０３，３０４、及び一対の入出力端子３０３，３０４を短絡可能に設けられたバイパススイッチ（機械スイッチの一例）３０２をそれぞれ有し、一対の入出力端子３０３，３０４が直列に接続された複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５を備えている。セル変換器３１，３２，３３，３４，３５によって単相クラスタ３が構成されている。電力変換装置１は、複数のセル変換器３１～３５に設けられたそれぞれの主回路３０１及びバイパススイッチ３０２を制御する制御部５を備えている。
As shown in FIG. 1, the
セル変換器３１～３５のそれぞれは、セル変換器３１～３５のうちのいずれか４個の組み合わせによって系統交流電源９との間で交流電力の入出力ができる駆動能力を有している。このため、電力変換装置１は、セル変換器３１～３５の全てが故障していない健全な状態では、駆動能力を低減させた状態（本実施形態では、最大駆動能力の４／５の駆動能力）でセル変換器３１～３５を動作させる。また、電力変換装置１は、セル変換器３１～３５のうちのいずれか１つが故障した場合には、残余のセル変換器を最大の駆動能力で動作させて単相クラスタ３と系統交流電源９との間で交流電力を入出力することができる。このように、セル変換器３１，３２，３３，３４，３５のうちの１つ（例えばセル変換器３５）は、冗長用のセル変換器として設けられている。
Each of the
電力変換装置１は、５個のセル変換器３１～３５を備えているが、セル変換器の個数は５個に限られず、２個から４個又は６個以上のセル変換器を備えていてもよい。また、電力変換装置１では、複数のセル変換器のうち、２個以上のセル変換器が冗長用のセル変換器として設けられていてもよい。
The
電力変換装置１は、セル変換器３１と系統交流電源９との間に配置されたリアクトルＬを備えている。リアクトルＬは、例えば単相クラスタ３に流れる電流を平滑化するために設けられている。また、リアクトルＬは、例えば単相クラスタ３に過電流が流れることを防止するために設けられている。
The
ここで、セル変換器３１～３５の構成について説明する。セル変換器３１～３５は、互いに同様の構成を有している。このため、セル変換器３１～３５の構成についてセル変換器３１を例にとって説明する。
Here, the configuration of the
図１に示すように、セル変換器３１に設けられた主回路３０１は、直列に接続された半導体スイッチＱ１（第一半導体スイッチの一例）及び半導体スイッチＱ２（第二半導体スイッチの一例）と、直列に接続された半導体スイッチＱ３（第三半導体スイッチの一例）及び半導体スイッチＱ４（第四半導体スイッチの一例）とを有している。半導体スイッチＱ１～Ｑ４は、例えばＭＯＳ型電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ－Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ－Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成されている。
As shown in FIG. 1, the
半導体スイッチＱ１及び半導体スイッチＱ２と、半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４と、コンデンサＣとは、並列に接続されている。入出力端子３０３（一対の入出力端子の一方の一例）は、半導体スイッチＱ１及び半導体スイッチＱ２の接続部に接続され、入出力端子３０４（前記一対の入出力端子の他方の一例）は、半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４の接続部に接続されている。 The semiconductor switches Q1 and Q2, the semiconductor switches Q3 and Q4, and the capacitor C are connected in parallel. The input/output terminal 303 (one example of a pair of input/output terminals) is connected to the connection between the semiconductor switches Q1 and Q2, and the input/output terminal 304 (the other example of the pair of input/output terminals) is connected to the connection between the semiconductor switches Q3 and Q4.
主回路３０１は、半導体スイッチＱ１、半導体スイッチＱ２、半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４のそれぞれに逆並列接続された還流用ダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４（ダイオードの一例）を有している。
The
本実施形態では、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４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Ｑ１のドレイン端子は、還流用ダイオードＤ１のカソード端子、半導体スイッチＱ３のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ３のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ１のソース端子は、還流用ダイオードＤ１のアノード端子、半導体スイッチＱ２のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ２のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ１のゲート端子は、制御部５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱ１のゲート端子には制御部５から出力される制御信号Ｓｇ１が入力され、半導体スイッチＱ１のオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。
In this embodiment, the semiconductor switches Q1, Q2, Q3, and Q4 are composed of power semiconductor elements, for example, n-type SiC-MOSFETs. The drain terminal of the semiconductor switch Q1 is connected to the cathode terminal of the freewheeling diode D1, the drain terminal of the semiconductor switch Q3, and the cathode terminal of the freewheeling diode D3. The source terminal of the semiconductor switch Q1 is connected to the anode terminal of the freewheeling diode D1, the drain terminal of the semiconductor switch Q2, and the cathode terminal of the freewheeling diode D2. The gate terminal of the semiconductor switch Q1 is connected to the
半導体スイッチＱ２のソース端子は、還流用ダイオードＤ２のアノード端子、半導体スイッチＱ４のソース端子及び還流用ダイオードＤ４のアノード端子に接続されている。半導体スイッチＱ２のゲート端子は、制御部５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱ２のゲート端子には制御部５から出力される制御信号Ｓｇ２が入力され、半導体スイッチＱ２のオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。
The source terminal of the semiconductor switch Q2 is connected to the anode terminal of the freewheeling diode D2, the source terminal of the semiconductor switch Q4, and the anode terminal of the freewheeling diode D4. The gate terminal of the semiconductor switch Q2 is connected to the
半導体スイッチＱ３のソース端子は、還流用ダイオードＤ３のアノード端子、半導体スイッチＱ４のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ４のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ３のゲート端子は、制御部５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱ３のゲート端子には制御部５から出力される制御信号Ｓｇ３が入力され、半導体スイッチＱ３のオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。
The source terminal of the semiconductor switch Q3 is connected to the anode terminal of the freewheeling diode D3, the drain terminal of the semiconductor switch Q4, and the cathode terminal of the freewheeling diode D4. The gate terminal of the semiconductor switch Q3 is connected to the
半導体スイッチＱ４のゲート端子は、制御部５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱ４のゲート端子には制御部５から出力される制御信号Ｓｇ４が入力され、半導体スイッチＱ４のオン（導通）／オフ（非導通）が制御される。
The gate terminal of the semiconductor switch Q4 is connected to the
コンデンサＣの一方の電極は、半導体スイッチＱ１のドレイン端子、還流用ダイオードＤ１のカソード端子、半導体スイッチＱ３のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ３のカソード端子に接続されている。コンデンサＣの他方の電極は、半導体スイッチＱ２のソース端子、還流用ダイオードＤ２のアノード端子、半導体スイッチＱ４のソース端子及び還流用ダイオードＤ４のアノード端子に接続されている。 One electrode of the capacitor C is connected to the drain terminal of the semiconductor switch Q1, the cathode terminal of the freewheeling diode D1, the drain terminal of the semiconductor switch Q3, and the cathode terminal of the freewheeling diode D3. The other electrode of the capacitor C is connected to the source terminal of the semiconductor switch Q2, the anode terminal of the freewheeling diode D2, the source terminal of the semiconductor switch Q4, and the anode terminal of the freewheeling diode D4.
半導体スイッチＱ１のソース端子、還流用ダイオードＤ１のアノード端子、半導体スイッチＱ２のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ２のカソード端子は、入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。半導体スイッチＱ３のソース端子、還流用ダイオードＤ３のアノード端子、半導体スイッチＱ４のドレイン端子及び還流用ダイオードＤ４のカソード端子は、入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子に接続されている。このように、入出力端子３０３，３０４及びバイパススイッチ３０２は、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４の端子同士が接続された接続部のうちのコンデンサＣが接続されていない接続部に接続されている。
The source terminal of the semiconductor switch Q1, the anode terminal of the freewheeling diode D1, the drain terminal of the semiconductor switch Q2, and the cathode terminal of the freewheeling diode D2 are connected to the input/
セル変換器３１に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子は、リアクトルＬの一端子に接続されている。リアクトルＬの他端子は、系統交流電源９の正極側端子に接続されている。セル変換器３１に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、セル変換器３２に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。
The input/
セル変換器３２に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、セル変換器３３に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。セル変換器３３に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、セル変換器３４に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。
The input/
セル変換器３４に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、セル変換器３５に設けられた入出力端子３０３及びバイパススイッチ３０２の一端子に接続されている。セル変換器３５に設けられた入出力端子３０４及びバイパススイッチ３０２の他端子は、系統交流電源９の負極側端子に接続されている。
The input/
図１に示すように、制御部５は、半導体スイッチＱ１のスイッチングを制御する制御信号Ｓｇ１をセル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のそれぞれに個別に出力する。制御部５は、半導体スイッチＱ２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｇ２をセル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のそれぞれに個別に出力する。制御部５は、半導体スイッチＱ３のスイッチングを制御する制御信号Ｓｇ３をセル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のそれぞれに個別に出力する。制御部５は、半導体スイッチＱ４のスイッチングを制御する制御信号Ｓｇ４をセル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のそれぞれに個別に出力する。
As shown in FIG. 1, the
制御部５は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ１をセル変換器３１に出力する。制御部５は、セル変換器３２に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ２をセル変換器３２に出力する。制御部５は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ３をセル変換器３３に出力する。制御部５は、セル変換器３４に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ４をセル変換器３４に出力する。制御部５は、セル変換器３５に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ５をセル変換器３５に出力する。
The
セル変換器３１は、セル変換器３１が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ１を制御部５に出力する。セル変換器３２は、セル変換器３２が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ２を制御部５に出力する。セル変換器３３は、セル変換器３３が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ３を制御部５に出力する。セル変換器３４は、セル変換器３４が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ４を制御部５に出力する。セル変換器３５は、セル変換器３５が故障した場合に故障情報信号Ｓｂ５を制御部５に出力する。セル変換器３１～３５の故障として例えば、入力される制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４の信号レベルによらずに半導体スイッチＱ１～Ｑ４の少なくとも１つが短絡状態又は開放状態を維持する故障が挙げられる。
The
電力変換装置１は、半導体スイッチＱ１～Ｑ４のそれぞれのドレイン・ソース間電圧及びコンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４，Ｖｃ５がセル変換器３１～３５から制御部５に入力されるように構成されている。制御部５は、このドレイン・ソース間電圧を故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５として用いてもよい。この場合、制御部５は、制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４に基づく制御によって得られる半導体スイッチＱ１～Ｑ４のドレイン・ソース間電圧と、セル変換器３１～３５から入力されるドレイン・ソース間電圧との一致度が規定値を満しているか否かを判定する。制御部５は、当該規定を満たしていないドレイン・ソース間電圧を出力する半導体スイッチが故障していると判定し、当該半導体スイッチを有するセル変換器を故障したセル変換器（以下、「故障セル変換器」と称する場合がある）と認定する。
The
また、制御部５は、コンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５を故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５として用いてもよい。この場合、制御部５は、セル変換器３１～３５のそれぞれに設けられたコンデンサＣの直流電圧の指令値と、セル変換器３１～３５のそれぞれから入力される直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５との一致度が規定値を満しているか否かを判定する。制御部５は、当該規定を満たしていない直流電圧のコンデンサが故障していると判定し、当該コンデンサを有するセル変換器を故障セル変換器と認定する。
The
電力変換装置１は、セル変換器３１，３２，３３，３４，３５のそれぞれに設けられたバイパススイッチ３０２がオフ状態からオン状態への切り替えが完了したことを示すスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ２，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５がセル変換器３１から制御部５に入力されるように構成されている。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ２は、セル変換器３２に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ４は、セル変換器３４に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ５は、セル変換器３５に設けられたバイパススイッチ３０２の切り替え完了を示す信号である。
The
図示は省略するが、バイパススイッチ３０２には、補助接点が設けられている。補助接点は、バイパススイッチ３０２がオン状態の場合にはオン状態となり、バイパススイッチ３０２がオフ状態の場合にはオフ状態となる。制御部５は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１として用い、セル変換器３２に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ２として用いるように構成されている。また、制御部５は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３として用い、セル変換器３４に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ４として用いるように構成されている。さらに、制御部５は、セル変換器３５に設けられたバイパススイッチ３０２の補助接点の電圧をスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ５として用いるように構成されている。
Although not shown, the
次に、制御部５の要部の構成について図１を参照しつつ図２及び図３を用いて説明する。制御部５は、複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、当該対象セル変換器の交流出力電圧を用いて残余のセル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御するように構成されている。当該切替期間は、制御部５が当該対象セル変換器に設けられたバイパススイッチに切り替えを要求してから当該バイパススイッチの接点が閉じるまでの期間である。本実施形態では例えば、セル変換器３１～３５のうちのいずれかが故障した場合に、制御部５は、当該セル変換器に設けられたバイパススイッチをオフ状態からオン状態に切り替えための切り替え要求を当該セル変換器に要求する。
Next, the configuration of the main parts of the
ここで、対象セル変換器は、オフ状態からオン状態への切り替えを制御部５から要求されたバイパススイッチ３０２を有するセル変換器である。本実施形態では、制御部５は、セル変換器３１～３５のうち、故障したと判定したセル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２に対してオフ状態からオン状態への切り替えを要求する。このため、本実施形態では、セル変換器３１～３５のうちの故障セル変換器が対象セル変換器となる。
Here, the target cell converter is a cell converter having a
図２に示すように、制御部５は、対象セル変換器の交流出力電圧を用いて残余のセル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御するために設けられた構成として、故障情報処理部５０、バイパススイッチ駆動部５１、スイッチング指令処理部５２、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）制御部５３、バイパススイッチ状態処理部５４、キャリア生成部５５、電流制御部５６、直流電圧制御部５７及び電圧指令生成部５８とを有している。
As shown in FIG. 2, the
故障情報処理部５０は、セル変換器３１～３５のそれぞれから入力される故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５に基づいて、セル変換器３１～３５の状態を判定する。故障情報処理部５０は、セル変換器３１～３５の状態の判定結果を示す故障判定信号Ｓｂｄ１，Ｓｂｄ２，Ｓｂｄ３，Ｓｂｄ４，Ｓｂｄ５をバイパススイッチ駆動部５１、スイッチング指令処理部５２、キャリア生成部５５、電流制御部５６及び電圧指令生成部５８に出力する。
The fault
故障情報処理部５０は、セル変換器３１が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ１を出力し、セル変換器３１が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ１を出力する。故障情報処理部５０は、セル変換器３２が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ２を出力し、セル変換器３２が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ２を出力する。故障情報処理部５０は、セル変換器３３が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ３を出力し、セル変換器３３が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ３を出力する。故障情報処理部５０は、セル変換器３４が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ４を出力し、セル変換器３４が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ４を出力する。故障情報処理部５０は、セル変換器３５が故障していると判定した場合には電圧レベルが高レベルの故障判定信号Ｓｂｄ５を出力し、セル変換器３５が故障していない（健全である）と判定した場合には電圧レベルが低レベルの故障判定信号Ｓｂｄ５を出力する。
When the fault
スイッチング指令処理部５２は、制御部５に入力される運転指令信号Ｓｏと、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５とに基づいて、セル変換器３１～３５のスイッチング指令信号Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ３，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５を決定する。スイッチング指令処理部５２は、決定したスイッチング指令信号Ｓｓｗ１～Ｓｓｗ５をＰＷＭ制御部５３に出力する。
The switching
運転指令信号Ｓｏは、電力変換装置１の運転の開始又は停止を指令するための信号である。電力変換装置１は、制御部５に接続されたスイッチ（不図示）を備えている。電力変換装置１の運転を操作する操作者が電力変換装置１の運転を開始するために当該スイッチをオン状態とすることにより、電圧レベルが高レベルの運転指令信号Ｓｏがスイッチング指令処理部５２に入力される。一方、当該操作者が電力変換装置１の運転を停止するために当該スイッチをオフ状態とすることにより、電圧レベルが低レベルの運転指令信号Ｓｏがスイッチング指令処理部５２に入力される。
The operation command signal So is a signal for commanding the start or stop of operation of the
図２に示すように、スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ１が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２０と、ＮＯＴゲート５２０の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２１とを有している。ＡＮＤゲート５２１は、ＮＯＴゲート５２０の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ１としてＰＷＭ制御部５３に出力する。
As shown in FIG. 2, the switching
スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ２が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２２と、ＮＯＴゲート５２２の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２３とを有している。ＡＮＤゲート５２３は、ＮＯＴゲート５２２の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ２としてＰＷＭ制御部５３に出力する。
The switching
スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ３が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２４と、ＮＯＴゲート５２４の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２５とを有している。ＡＮＤゲート５２５は、ＮＯＴゲート５２４の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ３としてＰＷＭ制御部５３に出力する。
The switching
スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ４が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２６と、ＮＯＴゲート５２６の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２７とを有している。ＡＮＤゲート５２７は、ＮＯＴゲート５２６の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ４としてＰＷＭ制御部５３に出力する。
The switching
スイッチング指令処理部５２は、故障判定信号Ｓｂｄ５が入力される論理否定（ＮＯＴ）ゲート５２８と、ＮＯＴゲート５２８の出力信号及び運転指令信号Ｓｏが入力される論理積（ＡＮＤ）ゲート５２９とを有している。ＡＮＤゲート５２９は、ＮＯＴゲート５２８の出力信号及び運転指令信号Ｓｏを論理積した信号をスイッチング指令信号Ｓｓｗ５としてＰＷＭ制御部５３に出力する。
The switching
図２に示すように、バイパススイッチ駆動部５１は、セル変換器３１，３２，３３，３４，３５に設けられたバイパススイッチ３０２をそれぞれ駆動する駆動部５１１，５１２，５１３，５１４，５１５を有している。駆動部５１１は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１の例えば電圧レベルに基づいて制御信号Ｓｓｄ１を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ１をセル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。駆動部５１１は、故障判定信号Ｓｂｄ１の電圧レベルが例えば高レベルの場合（セル変換器３１が故障している場合）にバイパススイッチ３０２をオン状態とする電圧レベル（例えば高レベル）の制御信号Ｓｓｄ１を生成する。一方、駆動部５１１は、故障判定信号Ｓｂｄ１の電圧レベルが例えば低レベルの場合（セル変換器３１が故障していない場合）にバイパススイッチ３０２をオフ状態とする電圧レベル（例えば低レベル）の制御信号Ｓｓｄ１を生成する。
2, the bypass
駆動部５１２は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ２に基づく点を除いて、駆動部５１１と同様に動作して制御信号Ｓｓｄ２を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ２をセル変換器３２に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。駆動部５１３は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ３に基づく点を除いて、駆動部５１１と同様に動作して制御信号Ｓｓｄ３を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ３をセル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。
The
駆動部５１４は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ４に基づく点を除いて、駆動部５１１と同様に動作して制御信号Ｓｓｄ４を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ４をセル変換器３４に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。駆動部５１５は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ５に基づく点を除いて、駆動部５１１と同様に動作して制御信号Ｓｓｄ５を生成し、生成した制御信号Ｓｓｄ５をセル変換器３５に設けられたバイパススイッチ３０２に出力する。
The
図２に示すように、バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３１～３５に設けられたバイパススイッチ３０２が短絡状態及び開放状態のいずれの状態であるのかを示す状態情報信号Ｓｓｉ１，Ｓｓｉ２，Ｓｓｉ３，Ｓｓｉ４，Ｓｓｉ５をキャリア生成部５５及び電流制御部５６に出力する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３１から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１の例えば電圧レベルに基づいて状態情報信号Ｓｓｉ１を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ１をキャリア生成部５５及び電流制御部５６に出力する。バイパススイッチ状態処理部５４は、スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１の電圧レベルが例えば高レベルの場合にセル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２がオフ状態であってスイッチ投入が完了していないと判定する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチ投入が完了していないと判定すると、当該バイパススイッチ３０２の投入が完了していないことを示す電圧レベル（例えば高レベル）の状態情報信号Ｓｓｉ１を生成する。一方、バイパススイッチ状態処理部５４は、スイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１の電圧レベルが例えば低レベルの場合にセル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２がオン状態であってスイッチ投入が完了していると判定する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３１に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチ投入が完了していると判定すると、当該バイパススイッチ３０２の投入が完了したことを示す電圧レベル（例えば低レベル）の状態情報信号Ｓｓｉ１を生成する。
2, the bypass switch
バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３２から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ２に基づく点を除いて、状態情報信号Ｓｓｉ１と同様の方法で状態情報信号Ｓｓｉ２を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ２をキャリア生成部５５及び電流制御部５６に出力する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３３から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３に基づく点を除いて、状態情報信号Ｓｓｉ１と同様の方法で状態情報信号Ｓｓｉ３を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ３をキャリア生成部５５及び電流制御部５６に出力する。
The bypass switch
バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３４から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ４に基づく点を除いて、状態情報信号Ｓｓｉ１と同様の方法で状態情報信号Ｓｓｉ４を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ４をキャリア生成部５５及び電流制御部５６に出力する。バイパススイッチ状態処理部５４は、セル変換器３５から入力されるスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ５に基づく点を除いて、状態情報信号Ｓｓｉ１と同様の方法で状態情報信号Ｓｓｉ５を生成し、生成した状態情報信号Ｓｓｉ５をキャリア生成部５５及び電流制御部５６に出力する。
The bypass switch
図２に示すように、キャリア生成部５５は、セル変換器３１～３５のそれぞれの主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１～Ｑ４（図１参照）をＰＷＭ制御するための三角波キャリア信号を生成する。キャリア生成部５５は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５及びバイパススイッチ状態処理部５４から入力される状態情報信号Ｓｓｉ１～Ｓｓｉ５の両方又は片方のみを使用して、セル変換器３１～３５のうちの健全なセル変換器（以下、「健全セル変換器」と称する場合がある）のための三角波キャリア信号が等間隔になるように位相シフト量を決定する。例えば、セル変換器３１～３５のいずれも健全な（故障していない）場合には、キャリア生成部５５は、セル変換器３１～３５のための三角波キャリア信号が等間隔となるように位相シフト量を決定する。また例えば、セル変換器３３が故障し、セル変換器３１，３２，３４，３５が故障していない場合には、キャリア生成部５５は、セル変換器３１，３２，３４，３５のための三角波キャリア信号が等間隔となるように位相シフト量を決定する。
As shown in FIG. 2, the
図２に示すように、制御部５は、電流指令値生成部（不図示）から入力される電流指令値Ｉｓ＊、セル変換器３１～３５に流れる交流電流Ｉｓの実測値及びセル変換器３１～３５及び系統交流電源９の交流電圧Ｖｓの実測値に基づいて、健全セル変換器が追従される第一指令値Ｖｉ＊を生成する電流制御部５６を有している。電流制御部５６は、第一指令値Ｖｉ＊の他に、第一指令値Ｖｉ＊を故障セル変換器の交流出力電圧によって補償した電圧指令値Ｖｉ＊＊を生成するように構成されている。電流制御部５６は、生成した電圧指令値Ｖｉ＊＊を電圧指令生成部５８に出力する。
2, the
ここで、電流制御部５６の具体的な構成の一例について図３を用いて説明する。図３は、電流制御部５６の概略構成の一例を示すブロック線図である。図３では、理解を容易にするため、電流制御部５６に接続された故障情報処理部５０及びバイパススイッチ状態処理部５４が併せて図示されている。
Here, an example of a specific configuration of the
図３に示すように、電流制御部５６は、電流指令値生成部（不図示）から入力される電流指令値Ｉｓ＊からセル変換器３１～３５に流れる交流電流Ｉｓの実測値を減算する減算部５６４を有している。また、電流制御部５６は、減算部５６４から出力される電流差分信号ΔＩｓに比例演算を施して演算結果信号を生成するＰ制御部５６５を有している。Ｐ制御部５６５において施される比例演算には、減算部５６４での演算結果の単位を電流から電圧に変換するパラメータが含まれている。このため、Ｐ制御部５６５から出力される信号は、電圧を単位とする信号との演算が可能になる。
3, the
図３に示すように、電流制御部５６は、Ｐ制御部５６５から入力される演算結果信号と、系統交流電源９の交流電圧Ｖｓの実測値とを加算する加算部５６６を有している。加算部５６６は、Ｐ制御部５６５から入力される演算結果信号と、系統交流電源９の交流電圧Ｖｓの実測値とを加算して第一指令値Ｖｉ＊を生成する。
3, the
図３に示すように、電流制御部５６は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５と、バイパススイッチ状態処理部５４から入力される状態情報信号Ｓｓｉ１～Ｓｓｉ５との論理積を演算して演算結果信号を生成する論理積（ＡＮＤ）ゲート５６１ａ，５６１ｂ，５６１ｃ，５６１ｄ，５６１ｅを有している。ＡＮＤゲート５６１ａの一方の入力端子には故障判定信号Ｓｂｄ１が入力され、ＡＮＤゲート５６１ａの他方の入力端子には状態情報信号Ｓｓｉ１が入力される。ＡＮＤゲート５６１ｂの一方の入力端子には故障判定信号Ｓｂｄ２が入力され、ＡＮＤゲート５６１ｂの他方の入力端子には状態情報信号Ｓｓｉ２が入力される。ＡＮＤゲート５６１ｃの一方の入力端子には故障判定信号Ｓｂｄ３が入力され、ＡＮＤゲート５６１ｃの他方の入力端子には状態情報信号Ｓｓｉ３が入力される。ＡＮＤゲート５６１ｄの一方の入力端子には故障判定信号Ｓｂｄ４が入力され、ＡＮＤゲート５６１ｄの他方の入力端子には状態情報信号Ｓｓｉ４が入力される。ＡＮＤゲート５６１ｅの一方の入力端子には故障判定信号Ｓｂｄ５が入力され、ＡＮＤゲート５６１ｅの他方の入力端子には状態情報信号Ｓｓｉ５が入力される。
As shown in FIG. 3, the
図３に示すように、電流制御部５６は、ＡＮＤゲート５６１ａから入力される演算結果信号と、セル変換器３１の交流出力電圧Ｖ１とを積算して積算結果信号Ｓ１ａを生成する積算部５６２ａを有している。電流制御部５６は、ＡＮＤゲート５６１ｂから入力される演算結果信号と、セル変換器３２の交流出力電圧Ｖ２とを積算して積算結果信号Ｓ２ａを生成する積算部５６２ｂを有している。電流制御部５６は、ＡＮＤゲート５６１ｃから入力される演算結果信号と、セル変換器３３の交流出力電圧Ｖ３とを積算して積算結果信号Ｓ３ａを生成する積算部５６２ｃを有している。電流制御部５６は、ＡＮＤゲート５６１ｄから入力される演算結果信号と、セル変換器３４の交流出力電圧Ｖ４とを積算して積算結果信号Ｓ４ａを生成する積算部５６２ｄを有している。電流制御部５６は、ＡＮＤゲート５６１ｅから入力される演算結果信号と、セル変換器３５の交流出力電圧Ｖ５とを積算して積算結果信号Ｓ５ａを生成する積算部５６２ｅを有している。
3, the
制御部５は、故障セル変換器（対象セル変換器の一例）に設けられたコンデンサＣの直流電圧及び複数のセル変換器３１～３５に流れる電流（すなわち単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓ）の極性に応じて、当該故障セル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替える切替期間における当該故障セル変換器の交流出力電圧を算出する。制御部５は、セル変換器３１～３５のそれぞれに設けられたコンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５と、単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓの極性に基づいて、セル変換器３１～３５の交流出力電圧Ｖ１～Ｖ５を算出し、算出した交流出力電圧Ｖ１～Ｖ５を電流制御部５６に出力するように構成されている。ここで、セル変換器３１～３５のいずれかのコンデンサＣの直流電圧をＶｃｘとし、当該コンデンサＣが設けられた折変換器の交流出力電圧をＶｘとすると、制御部５は、以下の式（１）及び式（２）を用いてセル変換器３１～３５の交流出力電圧Ｖ１～Ｖ５を算出する。
Ｖｘ＝＋Ｖｃｘ （Ｉｓ＞０） ・・・（１）
Ｖｘ＝－Ｖｃｘ （Ｉｓ＜０） ・・・（２）
The
Vx=+Vcx (Is>0)...(1)
Vx=-Vcx (Is<0)...(2)
電力変換装置１は、コンデンサＣの直流電圧Ｖｃ１～Ｖｃ５及び単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓの極性に応じてセル変換器３１～３５の交流出力電圧Ｖ１～Ｖ５を算出することにより、交流出力電圧Ｖ１～Ｖ５を検知する電圧検知器を用いる必要がない。これにより、電力変換装置１は、小型化及び低価格化を図ることができる。
The
図３に示すように、電流制御部５６は、積算部５６２ａから入力される積算結果信号Ｓ１ａと、積算部５６２ｂから入力される積算結果信号Ｓ２ａとを加算して加算結果信号Ｓ１２ａを生成する加算部５６３ａを有している。電流制御部５６は、積算部５６２ｃから入力される積算結果信号Ｓ４ａと、積算部５６２ｅから入力される積算結果信号Ｓ５ａとを加算して加算結果信号Ｓ４５ａを生成する加算部５６３ｂを有している。電流制御部５６は、積算部５６２ｃから入力される積算結果信号Ｓ３ａと、加算部５６３ａから入力される積算結果信号Ｓ１ａと、加算部５６３ｂから入力される加算結果信号Ｓ４５ａとを加算して加算結果信号Ｓａｌｌを生成する加算部５６３ｃを有している。
As shown in FIG. 3, the
図３に示すように、電流制御部５６は、加算部５６６から入力される第一指令値Ｖｉ＊から、加算部５６３ｃから入力される加算結果信号Ｓａｌｌを減算して電圧指令値Ｖｉ＊＊を生成する減算部５６７を有している。
As shown in FIG. 3, the
例えばセル変換器３１～３５のいずれも故障していない場合には、故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５のそれぞれの電圧レベルは低レベルとなり、状態情報信号Ｓｓｉ１～Ｓｓｉ５のそれぞれの電圧レベルは高レベルとなる。このため、ＡＮＤゲート５６１ａ～５６１ｅのそれぞれは、電圧レベルが低レベルの演算結果信号を積算部５６２ａ～５６２ｅに出力するので、積算部５６２ａ～５６２ｅのそれぞれは、電圧レベルが低レベルの積算結果信号Ｓ１ａ～Ｓ５ａを加算部５６３ａ，５６３ｂ，５６３ｃに出力する。その結果、加算部５６３ｃは電圧レベルが低レベルの加算結果信号Ｓａｌｌを減算部５６７に出力するので、減算部５６７は、加算部５６６から入力される第一指令値Ｖｉ＊を電圧指令値Ｖｉ＊＊として電圧指令生成部５８（図２参照）に出力する。
For example, when none of the
例えばセル変換器３１，３２，３４，３５が故障しておらず、セル変換器３３が故障しており、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチ投入が完了していない（オフ状態）場合には、故障判定信号Ｓｂｄ１，Ｓｂｄ２，Ｓｂｄ４，Ｓｂｄ５のそれぞれの電圧レベルは低レベルとなり、故障判定信号Ｓｂｄ３のそれぞれの電圧レベルは高レベルとなる。さらに、この場合、状態情報信号Ｓｓｉ１～Ｓｓｉ５のそれぞれの電圧レベルは高レベルとなる。このため、ＡＮＤゲート５６１ａ，５６１ｂ，５６１ｄ，５６１ｅのそれぞれは、電圧レベルが低レベルの演算結果信号を積算部５６２ａ，５６２ｂ，５６２ｄ，５６２ｅに出力する。一方、ＡＮＤゲート５６１ｃは、電圧レベルが高レベルの演算結果信号を積算部５６２ｃに出力する。
For example, if the
これにより、積算部５６２ａ，５６２ｂのそれぞれは、電圧レベルが低レベルの積算結果信号Ｓ１ａ，Ｓ２ａを加算部５６３ａに出力し、積算部５６２ｄ，５６２ｅのそれぞれは、電圧レベルが低レベルの積算結果信号Ｓ４ａ，Ｓ５ａを加算部５６３ｂに出力する。一方、積算部５６２ｃは、セル変換器３３の交流出力電圧Ｖ３と、電圧レベルが高レベルの演算結果信号とを積算するので、交流出力電圧Ｖ３を積算結果信号Ｓ３ａとして加算部５６３ｃに出力する。その結果、加算部５６３ｃは、演算結果信号、すなわちセル変換器３３の交流出力電圧Ｖ３を加算結果信号Ｓａｌｌとして減算部５６７に出力するので、減算部５６７は、加算部５６６から入力される第一指令値Ｖｉ＊から、演算結果信号を減算した減算結果信号を電圧指令値Ｖｉ＊＊として電圧指令生成部５８に出力する。減算部５６７は、演算結果信号（すなわち交流出力電圧Ｖ３）が正の電圧の場合には、第一指令値Ｖｉ＊から当該演算結果信号を減算して電圧指令値Ｖｉ＊＊を生成する。
As a result, the
詳細は後述するが、加算結果信号Ｓａｌｌは、セル変換器３１～３５の中に故障セル変換器が含まれていない場合には０Ｖとなる。一方、加算結果信号Ｓａｌｌは、セル変換器３１～３５の中に故障セル変換器が含まれている場合には、故障セル変換器の交流出力電圧の合計の電圧となる。このため、電流制御部５６は、セル変換器３１～３５の中に故障セル変換器が含まれている場合にのみ、故障セル変換器の交流出力電圧によって第一指令値Ｖｉ＊が補償された電圧指令値Ｖｉ＊＊を生成する。
Although details will be described later, the addition result signal Sall becomes 0 V when no faulty cell converter is included among the
図２に戻って、直流電圧制御部５７は、セル変換器３１～３５のうちの健全セル変換器に設けられたコンデンサＣの直流電圧が制御部５に設けられた直流電圧指令値（不図示）から入力される直流電圧指令値Ｖｃ＊に追従するように制御する。直流電圧制御部５７は、健全セル変換器に設けられたコンデンサＣの直流電圧を直流電圧指令値Ｖｃ＊に追従させるために各健全セル変換器に有効電力の授受を発生させる電圧補正指令値を生成し、生成した電圧補正指令値を電圧指令生成部５８に出力する。
Returning to Fig. 2, the DC
図２に示すように、電圧指令生成部５８は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５、電流制御部５６から入力される電圧指令値Ｖｉ＊＊及び直流電圧制御部５７から入力される電圧補正指令値に基づいて、セル変換器３１～３５の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１～Ｑ４をＰＷＭ制御するための電圧指令値を生成する。電圧指令生成部５８は、生成した電圧指令値をＰＷＭ制御部５３に出力する。電圧指令生成部５８は、セル変換器３１～３５ごとに電圧指令値を生成する。
2, the voltage
詳細は後述するが、電力変換装置１は、セル変換器３１～３５のいずれか１つに故障セル変換器が含まれている場合、故障セル変換器のバイパススイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間おける当該故障セル変換器のコンデンサの直流電圧の上昇を防止するために、当該切替期間では故障セル変換器に電流を流さないように制御する。つまり、セル変換器３１～３５のいずれか１つに故障セル変換器が含まれている場合には、電圧指令生成部５９は、当該切替期間において故障セル変換器に電流を流さない（すなわち単相クラスタ３に電流を流さない）ように健全セル変換器をＰＷＭ制御するための電圧指令値を生成する。
As will be described in detail later, when any one of the
電圧指令生成部５９が生成する電圧指令値は、電流制御部５６から入力される電圧指令値Ｖｉ＊＊に基づいて生成される。上述のとおり、電圧指令値Ｖｉ＊＊には、セル変換器３１～３５の中に故障セル変換器が含まれている場合にのみ故障セル変換器の交流出力電圧が反映される。したがって、制御部５は、複数のセル変換器３１～３５の交流出力電圧Ｖ１～Ｖ５の合計の電圧（単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉ）を追従させる第一指令値Ｖｉ＊から故障セル変換器（対象セル変換器の一例）の交流出力電圧を減算した値に基づいて残余のセル変換器（すなわち健全セル変換器）のそれぞれの交流出力電圧を制御する。詳細は後述するが、電力変換装置１は、故障セル変換器の交流出力電圧を第一指令値Ｖｉ＊から減算して得られる電圧指令値Ｖｉ＊＊に基づいて複数の健全セル変換器の交流出力電圧のそれぞれの電圧指令値を生成する。これにより、電力変換装置１は、故障セル変換器に設けられたバイパススイッチの切替期間において、単相クラスタの交流出力電圧Ｖｉに対する故障セル変換器の交流出力電圧の影響を低減することができる。
The voltage command value generated by the voltage command generating unit 59 is generated based on the voltage command value Vi ** input from the
電圧指令生成部５９は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５に基づいて、セル変換器３１～３５の中に故障セル変換器が含まれていないと判定した場合には、電流制御部５６から入力される電圧指令値Ｖｉ＊＊を５等分（セル変換器３１～３５の個数分）した値をセル変換器３１～３５のそれぞれの電圧指令値として算出する。一方、電圧指令生成部５９は、故障情報処理部５０から入力される故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５に基づいて、セル変換器３１～３５の中に故障セル変換器が含まれていると判定した場合には、セル変換器３１～３５の個数から故障セル変換器の個数を減算した個数（本実施形態では４個）で等分した値をセル変換器３１～３５のうちの健全セル変換器のそれぞれの電圧指令値として算出する。電圧指令生成部５９は、算出した電圧指令値をＰＷＭ制御部５３に出力する。
When the voltage command generating unit 59 determines that the
図２に示すように、ＰＷＭ制御部５３は、セル変換器３１～３５に対して、電圧指令生成部５９から入力される電圧指令値と、キャリア生成部５５より入力される三角波キャリア信号とに基づいて、セル変換器３１～３５それぞれに対する制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４を生成する。
As shown in FIG. 2, the
ＰＷＭ制御部５３は、セル変換器３１をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３１と、セル変換器３２をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３２と、セル変換器３３をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３３と、セル変換器３４をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３４と、セル変換器３５をＰＷＭ制御するＰＷＭ部５３５とを有している。
The
ＰＷＭ部５３１は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３１用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３１用の電圧指令値とに基づいて、セル変換器３１の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３１で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。
The
電力変換装置１が運転中であってセル変換器３１が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２１から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ１は、電圧レベルが高レベルの信号である。この場合、ＰＷＭ部５３１は、セル変換器３１の主回路３０１をＰＷＭ制御するために、生成した制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３１に出力する。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３１が故障している場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２１から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ１は、電圧レベルが低レベルの信号である。この場合、ＰＷＭ部５３１は、セル変換器３１の主回路３０１をＰＷＭ制御しない（すなわちセル変換器３１のスイッチング動作を停止する）ために、生成した制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４ではなく例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３１に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ１は、セル変換器３１の動作を規制することができる。
When the
ＰＷＭ部５３２は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３２用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３２用の電圧指令値とに基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作してセル変換器３２の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３２で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。
The
電力変換装置１が運転中であってセル変換器３２が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ２は、電圧レベルが高レベルの信号である。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３２が故障している場合、ＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ２は、電圧レベルが低レベルの信号である。ＰＷＭ部５３２は、ＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ２に基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作する。このため、ＰＷＭ部５３２は、セル変換器３２が故障していない場合にはパルス状の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３２に出力し、セル変換器３２が故障している場合には、例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３２に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ２は、セル変換器３２の動作を規制することができる。
When the
ＰＷＭ部５３３は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３３用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３３用の電圧指令値とに基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作してセル変換器３３の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３３で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。
The
電力変換装置１が運転中であってセル変換器３３が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ３は、電圧レベルが高レベルの信号である。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３３が故障している場合、ＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ３は、電圧レベルが低レベルの信号である。ＰＷＭ部５３３は、ＡＮＤゲート５２３から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ３に基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作する。このため、ＰＷＭ部５３３は、セル変換器３３が故障していない場合にはパルス状の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３３に出力し、セル変換器３３が故障している場合には、例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３３に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ３は、セル変換器３３の動作を規制することができる。
When the
ＰＷＭ部５３４は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３４用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３４用の電圧指令値とに基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作してセル変換器３４の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３４で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。
The
電力変換装置１が運転中であってセル変換器３４が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ４は、電圧レベルが高レベルの信号である。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３４が故障している場合、ＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ４は、電圧レベルが低レベルの信号である。ＰＷＭ部５３４は、ＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ４に基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作する。このため、ＰＷＭ部５３４は、セル変換器３４が故障していない場合にはパルス状の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３４に出力し、セル変換器３４が故障している場合には、例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３４に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ４は、セル変換器３４の動作を規制することができる。
When the
ＰＷＭ部５３５は、キャリア生成部５５から入力されてセル変換器３５用の三角波キャリア信号と、電圧指令生成部５９から入力されてセル変換器３５用の電圧指令値とに基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作してセル変換器３５の主回路３０１に設けられた半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４のゲート端子に入力される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４を生成する。ＰＷＭ部５３５で生成される制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４は、例えばパルス信号である。
The
電力変換装置１が運転中であってセル変換器３５が故障していない場合、スイッチング指令処理部５２に設けられたＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ５は、電圧レベルが高レベルの信号である。一方、電力変換装置１が運転中であってセル変換器３５が故障している場合、ＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ５は、電圧レベルが低レベルの信号である。ＰＷＭ部５３５は、ＡＮＤゲート５２５から出力されるスイッチング指令信号Ｓｓｗ５に基づく点を除いて、ＰＷＭ部５３１と同様に動作する。このため、ＰＷＭ部５３５は、セル変換器３５が故障していない場合にはパルス状の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３５に出力し、セル変換器３５が故障している場合には、例えば電圧レベルが低レベルで一定の制御信号Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４をセル変換器３５に出力する。これにより、スイッチング指令信号Ｓｓｗ５は、セル変換器３５の動作を規制することができる。
When the
（電力変換装置の動作）
次に、本実施形態による電力変換装置１の動作について図１から図３を参照しつつ図４から図６を用いて説明する。電力変換装置１の動作を説明する前に、比較例としての電力変換装置の動作及び当該電力変換装置の問題点について図４及び図５を用いて説明する。比較例としての電力変換装置は、制御部に設けられた電流制御部がＡＮＤゲート５６１ａ～５６１ｅ、積算部５６２ａ～５６２ｅ、加算部５６３ａ～５６３ｃ，５６６を有さない点を除いて、電力変換装置１と同様の構成を有している。このため、比較例としての電力変換装置の動作について、図１から図３を参照しつつ必要に応じて電力変換装置１に設けられた構成要件と同じ名称及び参照符号を用いて説明する。
(Operation of the power conversion device)
Next, the operation of the
図４は、本実施形態による電力変換装置１及び比較例としての電力変換装置の動作の一例であって、セル変換器３１～３５（本比較例では、直列に接続された５個のセル変換器）のうちの例えばセル変換器３３（本比較例では、５個のセル変換器うちの中央（３個目）のセル変換器）が故障した場合のタイミングチャートである。
Figure 4 shows an example of the operation of the
図４中の「Ｓｂ３」は、セル変換器３３の故障情報信号Ｓｂ３を示している。図４中の「Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ４，Ｓｂ５」は、セル変換器３１，３２，３４，３５の故障情報信号Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ４，Ｓｂ５を示している。図４中の「Ｓｓｗ３」は、セル変換器３３のスイッチング動作を規制するスイッチング指令信号Ｓｓｗ３を示している。図４中の「Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５」は、セル変換器３１，３２，３４，３５のスイッチング動作を規制するスイッチング指令信号Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５を示している。
"Sb3" in FIG. 4 indicates the fault information signal Sb3 of the
図４中の「Ｓｓｄ３」は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ３を示している。図４中の「Ｓｓｄ１，Ｓｓｄ２，Ｓｓｄ４，Ｓｓｄ５」は、セル変換器３１，３２，３４，３５に設けられたバイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ１，Ｓｓｄ２，Ｓｓｄ４，Ｓｓｄ５を示している。図４中の「Ｓｓｓ３」は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２の投入が完了したことを示すスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３を示している。図４中の「Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５」は、セル変換器３１，３２，３４，３５に設けられたバイパススイッチ３０２の投入が完了したことを示すスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５を示している。
"Ssd3" in FIG. 4 indicates the control signal Ssd3 that controls the switching of the
図４中の「０」は、各信号の電圧レベルのうちの低レベルを示し、図４中の「１」は、各信号の電圧レベルのうちの高レベルを示している。図４中の「ＮＯＭ」は、全てのセル変換器が故障せずに運転されている通常運転モードを示している。図４中の「Ｐｃ」は、故障セル変換器に設けられたバイパススイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間を示している。図４中の「ＢＯＭ」は、故障セル変換器以外の健全セル変換器が運転されている故障運転モードを示している。 "0" in FIG. 4 indicates the low level of the voltage level of each signal, and "1" in FIG. 4 indicates the high level of the voltage level of each signal. "NOM" in FIG. 4 indicates the normal operation mode in which all cell converters are operating without failure. "Pc" in FIG. 4 indicates the switching period in which the bypass switch provided in the faulty cell converter is switched from the off state to the on state. "BOM" in FIG. 4 indicates the fault operation mode in which healthy cell converters other than the faulty cell converter are operating.
図４を比較例としての電力変換装置の動作タイミングチャートとする場合は、セル変換器３１～３５の各種波形を当該比較例としての電力変換装置に設けられてセル変換器３１～３５に相当する５個のセル変換器の各種波形として参照する。例えば、図３中の「Ｓｂ３」は、比較例としての電力変換装置に設けられた５個のセル変換器のうちの中央（３個目）のセル変換器（セル変換器３３に相当するセル変換器）の故障情報判定信号を示す。
When FIG. 4 is used as an operational timing chart of a power conversion device as a comparative example, the various waveforms of
図５は、比較例としての電力変換装置と系統交流電源との間で入出力される電力に関する電圧及び電流のシミュレーション結果を示している。図５中の「Ｖｓ」は、比較例としての電力変換装置に連係された系統交流電源の電圧波形（例えば図１中に示す交流電圧Ｖｓに相当する）を示している。図５中の「Ｖｉ」は、５個のセル変換器のそれぞれの交流出力電圧（図１中に示す交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５に相当する）を合計した単相クラスタの交流出力電圧（例えば図１中に示す単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉに相当する）を示している。図５中の「Ｉｓ」は、５個のセル変換器に流れる交流電流、すなわち単相クラスタに流れる交流電流（図１中に示す交流電流Ｉｓに相当する）を示している。
Figure 5 shows the results of a simulation of the voltage and current related to the power input and output between the power conversion device as a comparative example and the system AC power source. "Vs" in Figure 5 shows the voltage waveform of the system AC power source linked to the power conversion device as a comparative example (e.g., equivalent to the AC voltage Vs shown in Figure 1). "Vi" in Figure 5 shows the AC output voltage of the single-phase cluster (e.g., equivalent to the AC output voltage Vi of the single-
図５中の「Ｖ０」は、各信号の基準電圧レベル（例えば０Ｖ）を示している。図５中の「Ｉ０」は、交流電流Ｉｓの基準電流レベル（例えば０Ａ）を示している。図５中の「ＮＯＭ」、「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」は、図４中の「ＮＯＭ」、「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」と同内容を示している。 "V0" in FIG. 5 indicates the reference voltage level of each signal (e.g., 0 V). "I0" in FIG. 5 indicates the reference current level of the AC current Is (e.g., 0 A). "NOM", "Pc", and "BOM" in FIG. 5 indicate the same content as "NOM", "Pc", and "BOM" in FIG. 4.
図４に示すように、比較例としての電力変換装置の通常運転モードＮＯＭかつ５個のセル変換器に故障が発生していない期間（時刻ｔ１よりも前の期間）では、全てのセル変換器の故障判定信号Ｓｂｄ１～Ｓｂｄ５の電圧レベルは、セル変換器に故障が発生していないことを示す低レベルである。また、当該期間では、５個のセル変換器に設けられた主回路のスイッチング動作が規制されていないため、５個のセル変換器のそれぞれに対応するスイッチング指令信号Ｓｓｗ１～Ｓｓｗ５の電圧レベルは、高レベルである。また、当該期間では、セル変換器に故障が発生していないため、バイパススイッチのスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ１～Ｓｓｄ５の電圧レベルは低レベルであり、バイパススイッチのスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１～Ｓｓｓ５の電圧レベルも低レベルである。 As shown in FIG. 4, during the period when the power conversion device as a comparative example is in normal operation mode NOM and no failures have occurred in the five cell converters (period before time t1), the voltage levels of the failure determination signals Sbd1 to Sbd5 of all the cell converters are low, indicating that no failures have occurred in the cell converters. During this period, the switching operation of the main circuits provided in the five cell converters is not regulated, so the voltage levels of the switching command signals Ssw1 to Ssw5 corresponding to each of the five cell converters are high. During this period, since no failures have occurred in the cell converters, the voltage levels of the control signals Ssd1 to Ssd5 that control the switching of the bypass switches are low, and the voltage levels of the switch-on completion signals Sss1 to Sss5 of the bypass switches are also low.
このため、図５に示すように、比較例としての電力変換装置の通常運転モードＮＯＭかつ５個のセル変換器に故障が発生していない期間（時刻ｔ１よりも前の期間）では、比較例としての電力変換装置に設けられた単相クラスタ（図１中に示す単相クラスタ３に相当する）のすべてのセル変換器がＰＷＭ制御される。図５に、当該期間の系統交流電源の交流電圧Ｖｓ、当該単相クラスタの交流出力電圧Ｖｉ及び交流電流Ｉｓの一例を示す。
Therefore, as shown in FIG. 5, during the period when the power conversion device as the comparative example is in normal operation mode NOM and no failures occur in the five cell converters (period before time t1), all the cell converters of the single-phase cluster (corresponding to single-
時刻ｔ１において、３個目のセル変換器が故障するとする。ここで、３個目のセル変換器の半導体スイッチＱ１～Ｑ４のいずれか開放故障すると仮定する。すると、３個目のセル変換器の故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、制御部（図１中に示す制御部５に相当する）は、３個目のセル変換器（図１中に示すセル変換器３３に相当する）のスイッチング動作（より具体的には、当該セル変換器に設けられた主回路（図１中に示すセル変換器３３の主回路３０１に相当する）のスイッチング動作）を規制するためにスイッチング指令信号Ｓｓｗ３の電圧レベルを高レベルから低レベルに切り替える。その結果、当該セル変換器のスイッチング動作が停止する。
At time t1, the third cell converter fails. Here, assume that one of the semiconductor switches Q1 to Q4 of the third cell converter fails open. Then, the voltage level of the failure information signal Sb3 of the third cell converter switches from low to high. As a result, the control unit (corresponding to the
さらに、当該制御部は、当該セル変換器に設けられたバイパススイッチ（図１中に示すセル変換器３３のバイパススイッチ３０２に相当する）をオフ状態からオン状態に切り替えるための切り替え要求として、当該バイパススイッチのスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルを低レベルから高レベルに切り替える。これにより、バイパススイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間Ｐｃが開始される。故障判定信号Ｓｂｄ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わってから制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わるまでの間には、所定の遅延時間が生じるが、当該遅延時間は、切替期間Ｐｃの時間と比較して極めて短い。このため、図４では、当該遅延時間の図示は省略され、故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルの切り替わりの開始から制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルの切り替わりの終了までの動作が、時刻ｔ１において実行されているように図示されている。
Furthermore, the control unit switches the voltage level of the control signal Ssd3 that controls the switching of the bypass switch (corresponding to the
切替期間Ｐｃが開始された後も４個の健全セル変換器は、通常運転モードＮＯＭの時と同様にＰＷＭ制御によって動作している。 Even after the switching period Pc begins, the four healthy cell converters continue to operate under PWM control in the same way as in normal operation mode NOM.
切替期間Ｐｃが開始された後も４個の健全セル変換器が動作しているため、当該単相クラスタと系統交流電源との間で交流電流が入出力される。ただし、当該期間は故障セル変換器の入出力端子に現れる交流電圧が電力変換器の電流制御において外乱となり、電流制御の性能が低下する。このため、図４に示すように、電力変換器に流れる電流は、通常運転モードＮＯＭの時とは異なる電流波形となる場合がある。 Since the four healthy cell converters are still operating after the switching period Pc has started, AC current is input and output between the single-phase cluster and the system AC power supply. However, during this period, the AC voltage appearing at the input/output terminals of the faulty cell converter becomes a disturbance in the current control of the power converter, reducing the performance of the current control. For this reason, as shown in Figure 4, the current flowing through the power converter may have a different current waveform than in the normal operation mode NOM.
時刻ｔ２において３個目のセル変換器に設けられたバイパススイッチがオン状態となってスイッチ投入が完了すると、当該バイパススイッチのスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、比較例としての電力変換装置は、時刻ｔ２以降では故障運転モードＢＯＭで動作する。 When the bypass switch provided in the third cell converter is turned on at time t2 and switching on is completed, the voltage level of the switching on completion signal Sss3 of the bypass switch switches from a low level to a high level. As a result, the power conversion device as the comparative example operates in the failure operation mode BOM from time t2 onwards.
故障運転モードＢＯＭでは、３個目のセル変換器（故障セル変換器）に設けられた主回路のスイッチング動作がなされず、かつ当該セル変換器に設けられたバイパススイッチがオン状態となっている。このため、故障運転モードＢＯＭでは、系統交流電源との間での電力の入出力は、３個目のセル変換器を除く４個の健全なセル変換器によって制御される。すなわち、故障運転モードＢＯＭでは、単相クラスタに流れる交流電流Ｉｓは、３個目のセル変換器に設けられた主回路には流れず、３個目のセル変換器に設けられたバイパススイッチを流れる。比較例としての電力変換装置に設けられた制御部は、当該４個の健全なセル変換器を制御できる。このため、図５に示すように、当該単相クラスタに流れる交流電流Ｉｓ（すなわち４個の健全なセル変換器に流れる交流電流）は、通常運転モードＮＯＭの時とほぼ同じ電流となる。同様に、４個のセル変換器のそれぞれの交流出力電圧（図１中に示す交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５に相当する）を合計した単相クラスタの交流出力電圧Ｖｉは、通常運転モードＮＯＭの時とほぼ同じ電圧となる。 In the failure operation mode BOM, the switching operation of the main circuit provided in the third cell converter (failed cell converter) is not performed, and the bypass switch provided in the cell converter is in the on state. Therefore, in the failure operation mode BOM, the input and output of power to and from the system AC power source is controlled by the four healthy cell converters excluding the third cell converter. That is, in the failure operation mode BOM, the AC current Is flowing through the single-phase cluster does not flow through the main circuit provided in the third cell converter, but flows through the bypass switch provided in the third cell converter. The control unit provided in the power conversion device as a comparative example can control the four healthy cell converters. Therefore, as shown in FIG. 5, the AC current Is flowing through the single-phase cluster (i.e., the AC current flowing through the four healthy cell converters) is approximately the same as that in the normal operation mode NOM. Similarly, the AC output voltage Vi of the single-phase cluster, calculated by adding up the AC output voltages of each of the four cell converters (corresponding to the AC output voltages V1, V2, V4, and V5 shown in FIG. 1), is approximately the same voltage as in the normal operation mode NOM.
故障セル変換器の半導体スイッチＱ１～Ｑ４のいずれかが切替期間Ｐｃ以降において故障している。このため、比較例としての電力変換装置に設けられた制御部は、故障した半導体スイッチを制御できない。しかしながら、セル変換器が故障した後にバイパススイッチがオフ状態からオン状態に切り替り替わる切替期間Ｐｃ、すなわちセル変換器が故障してからバイパススイッチの投入が完了するまでの期間では、還流用ダイオードＤ１～Ｄ４を介して故障セル変換器にも交流電流Ｉｓが流れる。これにより、故障セル変換器は、切替期間Ｐｃにおいて交流出力電圧を出力する。切替期間における、故障セル変換器のこの交流出力電圧は電力変換器の電流制御において外乱となる。 One of the semiconductor switches Q1 to Q4 of the faulty cell converter fails after the switching period Pc. For this reason, the control unit provided in the power conversion device as the comparative example cannot control the faulty semiconductor switch. However, during the switching period Pc in which the bypass switch switches from the off state to the on state after the cell converter fails, that is, during the period from when the cell converter fails to when the bypass switch is completely turned on, AC current Is also flows through the faulty cell converter via the freewheeling diodes D1 to D4. As a result, the faulty cell converter outputs an AC output voltage during the switching period Pc. This AC output voltage of the faulty cell converter during the switching period becomes a disturbance in the current control of the power converter.
その結果、比較例としての電力変換装置は、セル変換器の故障からバイパススイッチの投入完了までの期間（切替期間）において、故障セル変換器の交流出力電圧によって電流制御の性能が低下し、切替期間での無効電流補償ができない、又は無効電流の補償性能が低下するという問題を有している。 As a result, the power conversion device as the comparative example has a problem that during the period from the failure of the cell converter to the completion of closing the bypass switch (switching period), the performance of current control is degraded due to the AC output voltage of the failed cell converter, and reactive current compensation during the switching period is not possible or the compensation performance of the reactive current is degraded.
次に、本実施形態による電力変換装置１の動作について図４及び図６を用いて説明する。図６は、本実施形態による電力変換装置１と系統交流電源９との間で入出力される電力に関する電圧及び電流のシミュレーション結果を示している。図６中の「Ｖｓ」は、電力変換装置１に連係された系統交流電源９の交流電圧Ｖｓを示している。図６中の「Ｖｉ」は、セル変換器３１～３５のそれぞれの交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５を合計した単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉを示している。図６中の「Ｉｓ」は、セル変換器３１～３５に流れる交流電流、すなわち単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓを示している。図６中の「Ｖ０」、「Ｉ０」、「ＮＯＭ」、「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」は、図５中の「Ｖ０」、「Ｉ０」、「ＮＯＭ」、「Ｐｃ」及び「ＢＯＭ」と同内容を示している。
Next, the operation of the
図４に示すように、電力変換装置１の通常運転モードＮＯＭかつセル変換器３１～３５に故障が発生していない期間（時刻ｔ１よりも前の期間）では、セル変換器３１～３５の故障情報信号Ｓｂ１～Ｓｂ５の電圧レベルは、セル変換器３１～３５に故障が発生していないことを示す低レベルである。また、当該期間では、セル変換器３１～３５に設けられた主回路３０１のスイッチング動作が規制されていないため、セル変換器３１～３５のそれぞれに対応するスイッチング指令信号Ｓｓｗ１～Ｓｓｗ５の電圧レベルは、高レベルである。また、当該期間では、セル変換器３１～３５に故障が発生していないため、バイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ１～Ｓｓｄ５の電圧レベルは低レベルであり、バイパススイッチ３０２のスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ１～Ｓｓｓ５の電圧レベルも低レベルである。
As shown in FIG. 4, during the period when the
このため、図６に示すように、電力変換装置１の通常運転モードＮＯＭかつセル変換器３１～３５に故障が発生していない期間（時刻ｔ１よりも前の期間）では、電力変換装置１に設けられた単相クラスタ３のすべてのセル変換器３１～３５がＰＷＭ制御される。図６に、当該期間の系統交流電源９の交流電圧Ｖｓ、電力変換器１に設けられた単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉ及び交流電流Ｉｓの一例を示す。
For this reason, as shown in FIG. 6, during the period when the
時刻ｔ１において、セル変換器３３が故障するとする。ここで、３個目のセル変換器の半導体スイッチＱ１～Ｑ４のいずれか開放故障すると仮定する。すると、セル変換器３３の故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、制御部５は、セル変換器３３のスイッチング動作（より具体的には、セル変換器３３に設けられた主回路３０１のスイッチング動作）を規制するためにスイッチング指令信号Ｓｓｗ３の電圧レベルを高レベルから低レベルに切り替える。その結果、セル変換器３３のスイッチング動作が停止する。
Suppose that at time t1, the
さらに、制御部５は、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替えるための切り替え要求として、当該バイパススイッチ３０２のスイッチングを制御する制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルを低レベルから高レベルに切り替える。これにより、当該バイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替える切替期間Ｐｃが開始される。故障判定信号Ｓｂｄ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わってから制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わるまでの間には、所定の遅延時間が生じる。しかし、当該遅延時間は、切替期間Ｐｃの時間と比較して極めて短い。このため、図４が電力変換装置１の動作のタイミングチャートを図示する場合も、図４では、当該遅延時間の図示は省略され、故障判定信号Ｓｂｄ３の電圧レベルの切り替わりの開始から制御信号Ｓｓｄ３の電圧レベルの切り替わりの終了までの動作が、時刻ｔ１において実行されているように図示されている。
Furthermore, the
切替期間Ｐｃが開始されてセル変換器３３の故障情報信号Ｓｂ３の電圧レベルが高レベルになると、故障情報処理部５０（図３参照）は、セル変換器３３の故障判定信号Ｓｂｄ３の電圧レベルを低レベルから高レベルに切り替える。また、制御部５に設けられたバイパススイッチ状態処理部５４（図３参照）は、切替期間Ｐｃが終了するまで、セル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２の状態情報信号Ｓｓｉ３の電圧レベルを高レベルに維持する。このため、電流制御部５６に設けられたＡＮＤゲート５６１ｃ（図３参照）は、高レベルの演算結果信号を積算部５６２ｃに出力する。一方、健全なセル変換器３１，３２，３４，３５の故障判定信号Ｓｂｄ１，Ｓｂｄ２，Ｓｂｄ４，Ｓｂｄ５の電圧レベルは低レベルである。このため、電流制御部５６に設けられたＡＮＤゲート５６１ａ，５６１ｂ，５６１ｄ，５６１ｅは、電圧レベルが低レベルの演算結果信号を積算部５６２ａ，５６２ｂ，５６２ｄ，５６２ｅに出力する。
When the switching period Pc starts and the voltage level of the failure information signal Sb3 of the
これにより、加算部５６３ｃは、故障したセル変換器３３の交流出力電圧Ｖ３を加算結果信号Ｓａｌｌとして減算部５６７（図３参照）に出力する。その結果、電流制御部５６は、第一指令値Ｖｉ＊に交流出力電圧Ｖ３を減算して得られた電圧指令値Ｖｉ＊＊を電圧指令生成部５８（図３参照）に出力する。電圧指令生成部５８は、電圧指令値Ｖｉ＊＊を４等分した電圧指令値をＰＷＭ制御部５３に設けられたＰＷＭ部５３１，５３２，５３４，５３５（図２参照）に出力する。ＰＷＭ部５３１，５３２，５３４，５３５は、電圧指令生成部５８から入力される電圧指令値に基づく制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４によってセル変換器３１，３２，３４，３５をそれぞれ制御する。
As a result, the
電圧指令値Ｖｉ＊＊は、故障セル変換器の交流出力電圧の分だけ第一指令値Ｖｉ＊に対して減算した値である。このため、電圧指令値Ｖｉ＊＊に基づく制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４によって動作するセル変換器３１，３２，３４，３５の交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の合計の電圧は、第一指令値Ｖｉ＊に基づく制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４によってセル変換器３１，３２，３４，３５が動作した場合の交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の合計の電圧に対して減算した値となる。しかしながら、切替期間Ｐｃでは、故障したセル変換器３３も交流出力電圧Ｖ３を出力している。この交流出力電圧Ｖ３の電圧値は、電圧指令値Ｖｉ＊＊を算出する際に第一指令値Ｖｉ＊から減算された加算結果信号Ｓａｌｌの電圧値とほぼ同じである。
The voltage command value Vi ** is a value obtained by subtracting the AC output voltage of the failed cell converter from the first command value Vi * . Therefore, the total voltage of the AC output voltages V1, V2, V4, and V5 of the
このため、制御部５によって制御されて動作する健全なセル変換器３１，３２，３４，３５の交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５と、故障により無制御状態のセル変換器３３の交流出力電圧Ｖ３との合計は、第一指令値Ｖｉ＊に基づく制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４によってセル変換器３１，３２，３４，３５が動作した場合の交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の合計とほぼ同じ値となる。
Therefore, the sum of the AC output voltages V1, V2, V4, and V5 of
第一指令値Ｖｉ＊に基づく制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４によってセル変換器３１，３２，３４，３５が動作した場合の交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の合計の電圧は、電流指令値Ｉｓ＊、単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓの実測値及び系統交流電源９の交流電圧Ｖｓに基づいて得られる所望の電圧である。したがって、制御部５によって制御されて動作する健全なセル変換器３１，３２，３４，３５の交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５と、故障により無制御状態のセル変換器３３の交流出力電圧Ｖ３との合計の電圧は、当該所望の電圧とほぼ同じ値となる。これにより、電力変換装置１は、切替期間Ｐｃにおいても通常運転モードＮＯＭの時とほぼ同じく無効電流を補償することができる。
The total voltage of the AC output voltages V1, V2, V4, V5 when the
時刻ｔ２においてセル変換器３３に設けられたバイパススイッチ３０２がオン状態となってスイッチ投入が完了すると、当該バイパススイッチ３０２のスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、電力変換装置１は、時刻ｔ２以降では故障運転モードＢＯＭで動作する。
When the
切替期間Ｐｃが終了すると、故障セル変換器であるセル変換器３３に対応するスイッチ投入完了信号Ｓｓｓ３の電圧レベルが低レベルから高レベルに切り替わる。これにより、バイパススイッチ状態処理部５４は、電圧レベルが低レベルの状態情報信号Ｓｓｉ３をＡＮＤゲート５６１ｃに出力する。このため、ＡＮＤゲート５６１ｃは、電圧レベルが低レベルの演算結果信号を加算部５６３ｃに出力する。ＡＮＤゲート５６１ａ，５６１ｂ，５６１ｄ，５６１ｅは、故障運転モードＢＯＭでも切替期間Ｐｃと同様に動作する。これにより、加算部５６３ｃは、電圧レベルが低レベルの加算結果信号Ｓａｌｌを減算部５６７に出力する。その結果、減算部５６７は、加算部５６６から入力される第一指令値Ｖｉ＊を電圧指令値Ｖｉ＊＊として電圧指令生成部５８に出力する。
When the switching period Pc ends, the voltage level of the switch-on completion signal Sss3 corresponding to the
電圧指令生成部５８は、電圧指令値Ｖｉ＊＊を４等分した電圧指令値をＰＷＭ制御部５３に設けられたＰＷＭ部５３１，５３２，５３４，５３５（図２参照）に出力する。ＰＷＭ部５３１，５３２，５３４，５３５は、電圧指令生成部５８から入力される電圧指令値に基づく制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４によってセル変換器３１，３２，３４，３５をそれぞれ制御する。
The voltage
電圧指令値Ｖｉ＊＊は、第一指令値Ｖｉ＊と同じ指令値であるため、電圧指令値Ｖｉ＊＊に基づく制御信号Ｓｇ１～Ｓｇ４によってセル変換器３１，３２，３４，３５が動作する場合、交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の合計の電圧（すなわち単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉ）は、第一指令値Ｖｉ＊に追従する電圧となる。このため、故障運転モードＢＯＭにおける単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉ（すなわちセル変換器３１，３２，３４，３５の交流出力電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ４，Ｖ５の合計の電圧）の基本波は、通常運転モードＮＯＭにおける単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉの基本波とほぼ同じくなる。その結果、故障運転モードＢＯＭにおける単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓ（すなわち、セル変換器３１，３２，３４，３５に流れる交流電流）は、通常運転モードＮＯＭにおける単相クラスタ３に流れる交流電流Ｉｓとほぼ同じくなる。
Since the voltage command value Vi ** is the same command value as the first command value Vi * , when the
このように、制御部５は、切替期間Ｐｃ及び切替期間Ｐｃの後の期間（故障運転モードＢＯＭの期間）において、対象セル変換器（図４及び図６に示す例では故障セル変換器であるセル変換器３３）に設けられた主回路３０１のスイッチング動作を停止し、残余のセル変換器（図５及び図６に示す例では健全なセル変換器３１，３２，３４，３５）に設けられた主回路３０１のスイッチング動作を継続するように構成されている。制御部５は、切替期間Ｐｃにおいて、故障セル変換器の交流出力電圧を第一指令値Ｖｉ＊にフィードバックすることによって、単相クラスタ３の交流出力電圧Ｖｉに対して外乱となる当該故障セル変換器の交流出力電圧の影響を低減することができる。これにより、電力変換装置１は、切替期間Ｐｃにおける電流制御の性能低下を抑制し、切替期間Ｐｃにおける無効電流補償の維持することができ、又は無効電流補償の性能低下を防止できる。
In this way, the
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、系統交流電源９との間で入出力する電力を生成するためのコンデンサＣを有する主回路３０１、当該電力が入出力される一対の入出力端子３０３，３０４、及び一対の入出力端子３０３，３０４を短絡可能に設けられたバイパススイッチ３０２をそれぞれ有し、一対の入出力端子３０３，３０４が直列に接続された複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５と、複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５に設けられたそれぞれの主回路３０１及びバイパススイッチ３０２を制御する制御部５とを備え、制御部５は、複数のセル変換器３１，３２，３３，３４，３５のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられたバイパススイッチ３０２をオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、当該対象セル変換器の交流出力電圧を用いて残余のセル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御する。
As described above, the
本実施形態では、電力変換装置１の運転中に直列接続されたセル変換器３１～３５のうちの少なくとも１台（本実施形態では１台）が故障した場合、電力変換装置１の運転を停止せずに残余のセル変換器（健全セル変換器）で運転が継続される。電力変換装置１は、この運転の継続中において、故障セル変換器の故障検知から故障セル変換器のバイパススイッチの投入完了までの切替期間中に、故障セル変換器の交流出力電圧を用いて残余の交流出力電圧を制御することができる。これにより、電力変換装置１は、当該切替期間中での電流制御能力の低下を防止できるので、セル変換器に対するバイパス要求があった場合でも無効電流補償を継続することができる。
In this embodiment, if at least one of the series-connected
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、無効電力補償装置に適用される電力変換装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、電力変換装置は、インバータやコンバータにも適用できる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.
In the above embodiment, the power conversion device applied to the static var compensator has been described as an example, but the present invention is not limited to this. For example, the power conversion device can also be applied to an inverter or a converter.
上記実施形態による電力変換装置は、単相クラスタを備えているが、本発明はこれに限られない。電力変換装置は、複数（例えば三相）のクラスタを備え、各クラスタが上記実施形態における単相クラスタ３と同様の構成を有していてもよい。この場合、電力変換装置に設けられた制御部は、クラスタごとに単相クラスタ３と同様に制御する。
The power conversion device according to the above embodiment includes a single-phase cluster, but the present invention is not limited to this. The power conversion device may include multiple (e.g., three-phase) clusters, and each cluster may have a configuration similar to the single-
上記実施形態では、セル変換器に対するバイパス要求として、セル変換器が故障した場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、複数のセル変換器のうちのいずれかをメンテナンスする場合のバイパス要求における切替期間にも、本発明を適用できる。 In the above embodiment, a bypass request to a cell converter is described taking as an example a case where the cell converter has failed, but the present invention is not limited to this. For example, the present invention can also be applied to a switching period in a bypass request when performing maintenance on one of multiple cell converters.
上記実施形態では、半導体スイッチＱ１～Ｑ４は、ＭＯＳ型電界効果トランジスタで構成されているが、本発明はこれに限られない。半導体スイッチＱ１～Ｑ４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）やバイポーラトランジスタで構成されていてもよい。 In the above embodiment, the semiconductor switches Q1 to Q4 are configured with MOS field effect transistors, but the present invention is not limited to this. The semiconductor switches Q1 to Q4 may be configured with, for example, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) or bipolar transistors.
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得る。 The technical scope of the present invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described, but includes all embodiments that achieve the same effect as the object of the present invention. Furthermore, the technical scope of the present invention is not limited to the combination of the features of the invention defined by the claims, but can be defined by any desired combination of specific features among all the respective features disclosed.
１ 電力変換装置
３ 単相クラスタ
５ 制御部
９ 系統交流電源
３１，３２，３３，３４，３５ セル変換器
５０ 故障情報処理部
５１ バイパススイッチ駆動部
５２ スイッチング指令処理部
５３ ＰＷＭ制御部
５４ バイパススイッチ状態処理部
５５ キャリア生成部
５６ 電流制御部
５７ 直流電圧制御部
５８ 電圧指令生成部
３０１ 主回路
３０２ バイパススイッチ
３０３，３０４ 入出力端子
５１１，５１２，５１３，５１４，５１５ 駆動部
５２０，５２２，５２４，５２６，５２８ ＮＯＴゲート
５２１，５２３，５２５，５２７，５２９，５６１ａ，５６１ｂ，５６１ｃ，５６１ｄ，５６１ｅ ＡＮＤゲート
５３１，５３２，５３３，５３４，５３５ ＰＷＭ部
５６２ａ，５６２ｂ，５６２ｃ，５６２ｄ，５６２ｅ 積算部
５６３ａ，５６３ｂ，５６３ｃ，５６６ 加算部
５６４，５６７ 減算部
５６５ Ｐ制御部
Ｃ コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 還流用ダイオード
Ｉｓ 交流電流
Ｉｓ＊ 電流指令値
Ｌ リアクトル
Ｐｃ 切替期間
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ 半導体スイッチ
Ｓ１ａ，Ｓ２ａ，Ｓ３ａ，Ｓ４ａ，Ｓ５ａ 積算結果信号
Ｓ１２ａ，Ｓ４５ａ、Ｓａｌｌ 加算結果信号
Ｓｂ１，Ｓｂ２，Ｓｂ３，Ｓｂ４ 故障情報信号
Ｓｂｄ１，Ｓｂｄ２，Ｓｂｄ３，Ｓｂｄ４，Ｓｂｄ５ 故障判定信号
Ｓｇ１，Ｓｇ２，Ｓｇ３，Ｓｇ４，Ｓｓｄ１，Ｓｓｄ２，Ｓｓｄ３，Ｓｓｄ４，Ｓｓｄ５ 制御信号
Ｓｏ 運転指令信号
Ｓｓｉ１，Ｓｓｉ２，Ｓｓｉ３，Ｓｓｉ４，Ｓｓｉ５ 状態情報信号
Ｓｓｓ１，Ｓｓｓ２，Ｓｓｓ３，Ｓｓｓ４，Ｓｓｓ５ スイッチ投入完了信号
Ｓｓｗ１，Ｓｓｗ２，Ｓｓｗ３，Ｓｓｗ４，Ｓｓｗ５ スイッチング指令信号
Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖｉ 交流出力電圧
Ｖｃ＊ 直流電圧指令値
Ｖｃ１，Ｖｃ２，Ｖｃ３，Ｖｃ４，Ｖｃ５ 直流電圧
Ｖｉ＊ 第一指令値
Ｖｉ＊＊ 電圧指令値
Ｖｓ 交流電圧
1 Power conversion device 3 Single-phase cluster 5 Control unit 9 System AC power supply 31, 32, 33, 34, 35 Cell converter 50 Fault information processing unit 51 Bypass switch driving unit 52 Switching command processing unit 53 PWM control unit 54 Bypass switch state processing unit 55 Carrier generation unit 56 Current control unit 57 DC voltage control unit 58 Voltage command generation unit 301 Main circuit 302 Bypass switch 303, 304 Input/output terminals 511, 512, 513, 514, 515 Driving unit 520, 522, 524, 526, 528 NOT gates 521, 523, 525, 527, 529, 561a, 561b, 561c, 561d, 561e AND gates 531, 532, 533, 534, 535 PWM units 562a, 562b, 562c, 562d, 562e Integration units 563a, 563b, 563c, 566 Addition units 564, 567 Subtraction unit 565 P control unit C Capacitors D1, D2, D3, D4 Freewheeling diode Is AC current Is * Current command value L Reactor Pc Switching period Q1, Q2, Q3, Q4 Semiconductor switches S1a, S2a, S3a, S4a, S5a Integration result signals S12a, S45a, Sall Addition result signals Sb1, Sb2, Sb3, Sb4 Fault information signals Sbd1, Sbd2, Sbd3, Sbd4, Sbd5 Fault determination signals Sg1, Sg2, Sg3, Sg4, Ssd1, Ssd2, Ssd3, Ssd4, Ssd5 Control signal So Operation command signals Ssi1, Ssi2, Ssi3, Ssi4, Ssi5 Status information signals Sss1, Sss2, Sss3, Sss4, Sss5 Switch-on completion signals Ssw1, Ssw2, Ssw3, Ssw4, Ssw5 Switching command signals V1, V2, V3, V4, V5, Vi AC output voltage Vc * DC voltage command value Vc1, Vc2, Vc3, Vc4, Vc5 DC voltage Vi * First command value Vi ** Voltage command value Vs AC voltage
Claims (10)
前記複数のセル変換器に設けられたそれぞれの前記主回路及び前記機械スイッチを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記複数のセル変換器のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、前記対象セル変換器の交流出力電圧が反映された電圧指令値に基づいて残余の前記セル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御し、
前記電圧指令値は、前記複数のセル変換器の交流出力電圧の合計の電圧を追従させる指令値である
電力変換装置。 a plurality of cell converters each including a main circuit having a capacitor for generating electric power input/output between a system AC power supply, a pair of input/output terminals through which the electric power is input/output, and a mechanical switch provided to be able to short-circuit the pair of input/output terminals, the pair of input/output terminals being connected in series;
a control unit that controls the main circuits and the mechanical switches provided in the plurality of cell converters,
the control unit controls the AC output voltages of the remaining cell converters based on a voltage command value reflecting the AC output voltage of the target cell converter during a switching period in which the mechanical switch provided in the target cell converter, which is at least one of the plurality of cell converters , is switched from an OFF state to an ON state;
The voltage command value is a command value that causes the total voltage of the AC output voltages of the multiple cell converters to follow the voltage.
Power conversion equipment.
請求項１に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 , wherein the control unit controls the AC output voltage of each of the remaining cell converters based on a value obtained by subtracting the AC output voltage of the target cell converter from the voltage command value.
請求項１又は２に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein the control unit calculates the AC output voltage of the target cell converter during the switching period in accordance with the DC voltage of a capacitor provided in the target cell converter and the polarity of the current flowing through the multiple cell converters.
前記複数のセル変換器に設けられたそれぞれの前記主回路及び前記機械スイッチを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記複数のセル変換器のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、前記対象セル変換器の交流出力電圧を用いて残余の前記セル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御し、前記対象セル変換器に設けられたコンデンサの直流電圧及び前記複数のセル変換器に流れる電流の極性に応じて、前記切替期間における前記対象セル変換器の交流出力電圧を算出する
電力変換装置。 a plurality of cell converters each including a main circuit having a capacitor for generating electric power input/output between a system AC power supply, a pair of input/output terminals through which the electric power is input/output, and a mechanical switch provided to be able to short-circuit the pair of input/output terminals, the pair of input/output terminals being connected in series;
a control unit for controlling the main circuits and the mechanical switches provided in the plurality of cell converters;
Equipped with
The control unit controls the AC output voltage of each of the remaining cell converters using the AC output voltage of the target cell converter during a switching period in which the mechanical switch provided in a target cell converter, which is at least one of the multiple cell converters, is switched from an off state to an on state, and calculates the AC output voltage of the target cell converter during the switching period depending on the DC voltage of a capacitor provided in the target cell converter and the polarity of the current flowing through the multiple cell converters.
請求項４に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 4, wherein the control unit controls the AC output voltage of each of the remaining cell converters based on a value obtained by subtracting the AC output voltage of the target cell converter from a voltage command value that causes the sum of the AC output voltages of the multiple cell converters to follow the sum of the AC output voltages of the multiple cell converters.
前記複数のセル変換器に設けられたそれぞれの前記主回路及び前記機械スイッチを制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記複数のセル変換器のうちの少なくとも１つである対象セル変換器に設けられた前記機械スイッチをオフ状態からオン状態に切り替える切替期間において、前記対象セル変換器の交流出力電圧を用いて残余の前記セル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御し、前記複数のセル変換器の交流出力電圧の合計の電圧を追従させる電圧指令値から前記対象セル変換器の交流出力電圧を減算した値に基づいて前記残余の前記セル変換器のそれぞれの交流出力電圧を制御する
電力変換装置。 a plurality of cell converters each including a main circuit having a capacitor for generating electric power input/output between a system AC power supply, a pair of input/output terminals through which the electric power is input/output, and a mechanical switch provided to be able to short-circuit the pair of input/output terminals, the pair of input/output terminals being connected in series;
a control unit for controlling the main circuits and the mechanical switches provided in the plurality of cell converters;
Equipped with
The control unit controls the AC output voltages of each of the remaining cell converters using the AC output voltage of the target cell converter during a switching period in which the mechanical switch provided in a target cell converter, which is at least one of the multiple cell converters, is switched from an OFF state to an ON state, and controls the AC output voltages of each of the remaining cell converters based on a value obtained by subtracting the AC output voltage of the target cell converter from a voltage command value that causes the total voltage of the AC output voltages of the multiple cell converters to follow.
Power conversion equipment.
請求項１から６までのいずれか一項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 , wherein the switching period is a period from when the control unit requests the mechanical switch provided in the target cell converter to switch to when the contacts of the mechanical switch close.
請求項１から７までのいずれか一項に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to any one of claims 1 to 7, wherein the control unit stops operation of the main circuit provided in the target cell converter during the switching period and during a period following the switching period , and continues operation of the main circuit provided in the remaining cell converter.
前記第一半導体スイッチ及び前記第二半導体スイッチと、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチと、前記コンデンサとは、並列に接続され、
前記一対の入出力端子の一方は、前記第一半導体スイッチ及び前記第二半導体スイッチの接続部に接続され、
前記一対の入出力端子の他方は、前記第三半導体スイッチ及び前記第四半導体スイッチの接続部に接続されている
請求項１から８までのいずれか一項に記載の電力変換装置。 the main circuit includes a first semiconductor switch and a second semiconductor switch connected in series, and a third semiconductor switch and a fourth semiconductor switch connected in series;
the first semiconductor switch and the second semiconductor switch, the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch, and the capacitor are connected in parallel;
one of the pair of input/output terminals is connected to a connection portion of the first semiconductor switch and the second semiconductor switch;
The power conversion device according to claim 1 , wherein the other of the pair of input/output terminals is connected to a connection portion between the third semiconductor switch and the fourth semiconductor switch.
請求項９に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 9 , wherein the main circuit includes diodes connected in anti-parallel to each of the first semiconductor switch, the second semiconductor switch, the third semiconductor switch, and the fourth semiconductor switch.
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