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JP7645840B2 - Power Conversion Equipment - Google Patents
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Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。 An embodiment of the present invention relates to a power conversion device.

一次側を直列に接続した複数の電力変換回路と、複数の電力変換回路のぞれぞれの一次側に設けられた複数の電荷蓄積素子と、を備えた電力変換装置がある。複数の電力変換回路の一次側は、直列に接続されるとともに、直列接続の両端において直流電源と接続される。複数の電力変換回路の二次側は、別の電源や負荷などと接続される。複数の電力変換回路は、直流電源から供給された一次側の直流電力を二次側に対応した別の電力に変換し、変換後の電力を二次側に供給する。 There is a power conversion device that includes multiple power conversion circuits whose primary sides are connected in series, and multiple charge storage elements provided on the primary sides of each of the multiple power conversion circuits. The primary sides of the multiple power conversion circuits are connected in series and are connected to a DC power source at both ends of the series connection. The secondary sides of the multiple power conversion circuits are connected to another power source, a load, or the like. The multiple power conversion circuits convert the DC power on the primary side supplied from the DC power source into another power corresponding to the secondary side, and supply the converted power to the secondary side.

このような電力変換装置では、複数の電力変換回路の一次側を直列に接続することにより、直流電源の直流電圧を複数の電力変換回路で分担することができ、複数の電力変換回路に用いられる素子の定格電圧を低下させることができる。このような電力変換装置は、例えば、鉄道車両のき電システムなど、比較的高い直流電圧を扱う電力システムに用いられている。 In such a power conversion device, the primary sides of multiple power conversion circuits are connected in series, allowing the DC voltage of a DC power source to be shared among multiple power conversion circuits, and the rated voltage of elements used in the multiple power conversion circuits can be reduced. Such power conversion devices are used in power systems that handle relatively high DC voltages, such as power feeding systems for railway vehicles.

こうした電力変換装置において、複数の電力変換回路のいずれかの一次側が短絡故障を起こした際に、複数の電力変換回路の動作を停止させることが行われている。しかしながら、複数の電力変換回路の一次側から二次側に電力を供給している状態で、複数の電力変換回路の動作を急激に停止させると、複数の電荷蓄積素子のうちの短絡故障を起こしていない電力変換回路に設けられた健全な電荷蓄積素子の電圧が上昇し、健全な電荷蓄積素子の拡大故障を招いてしまう可能性がある。 In such a power conversion device, when a short circuit occurs on the primary side of any of the multiple power conversion circuits, the operation of the multiple power conversion circuits is stopped. However, if the operation of the multiple power conversion circuits is suddenly stopped while power is being supplied from the primary side to the secondary side of the multiple power conversion circuits, the voltage of healthy charge storage elements provided in the power conversion circuits that are not short-circuited among the multiple charge storage elements may increase, which may lead to an expanded failure of the healthy charge storage elements.

対策として、複数の電荷蓄積素子の容量を増加させたり、複数の電荷蓄積素子の過電圧を抑制する過電圧保護回路を設けたりすることが提案されている。しかしながら、これらの対策では、装置の大型化や装置コストの増加などを招いてしまうことが懸念される。このため、電力変換装置では、より簡単な構成で拡大故障を抑制できるようにすることが望まれる。 As a countermeasure, it has been proposed to increase the capacity of the multiple charge storage elements or to provide an overvoltage protection circuit that suppresses the overvoltage of the multiple charge storage elements. However, there are concerns that these countermeasures will lead to an increase in the size and cost of the device. For this reason, it is desirable to have a power conversion device that can suppress escalating failures with a simpler configuration.

特開2018-98834号公報JP 2018-98834 A

本発明の実施形態は、より簡単な構成で拡大故障を抑制できる電力変換装置を提供する。 An embodiment of the present invention provides a power conversion device that can suppress escalating failures with a simpler configuration.

本発明の実施形態によれば、一次側を直列に接続した複数の電力変換回路と、前記複数の電力変換回路のぞれぞれの一次側に設けられた複数の電荷蓄積素子と、前記複数の電力変換回路のそれぞれの動作を制御する制御部と、を備え、前記複数の電力変換回路の一次側は、直列に接続されるとともに、直列接続の両端において直流電源と接続され、前記複数の電力変換回路は、前記直流電源から供給された前記一次側の直流電力を二次側に対応した別の電力に変換し、変換後の電力を前記二次側に供給し、前記制御部は、前記複数の電力変換回路のそれぞれの動作を制御し、前記一次側から前記二次側への電力の供給を前記複数の電力変換回路に行わせている際に、前記複数の電力変換回路の前記一次側の短絡故障の検出を行い、前記複数の電力変換回路のいずれかの前記一次側の短絡故障を検出した場合に、前記複数の電力変換回路のうち、前記一次側の短絡故障を検出した電力変換回路については、動作を停止させ、前記一次側の短絡故障を検出していない電力変換回路については、検出した前記複数の電力変換回路の前記一次側の回路に流れる電流の大きさに基づき、前記一次側の回路に流れる電流の大きさを徐々に小さくする動作を実行し、前記一次側の回路に流れる電流の大きさが所定値以下になったことに応じて前記動作を終了する電力変換装置が提供される。 According to an embodiment of the present invention, a power conversion circuit includes a plurality of power conversion circuits having primary sides connected in series, a plurality of charge storage elements provided on the primary sides of each of the plurality of power conversion circuits, and a control unit that controls the operation of each of the plurality of power conversion circuits, the primary sides of the plurality of power conversion circuits are connected in series and are connected to a DC power source at both ends of the series connection, the plurality of power conversion circuits convert DC power of the primary side supplied from the DC power source into another power corresponding to the secondary side and supply the converted power to the secondary side, and the control unit controls the operation of each of the plurality of power conversion circuits and controls the supply of power from the primary side to the secondary side to be controlled by the plurality of power conversion circuits. and when a short-circuit fault on the primary side of any of the plurality of power conversion circuits is detected, operation of the power conversion circuit among the plurality of power conversion circuits in which a short-circuit fault on the primary side has been detected is stopped, and for the power conversion circuits in which a short-circuit fault on the primary side has not been detected, an operation is performed to gradually reduce the magnitude of the current flowing in the primary side circuit of the plurality of power conversion circuits based on the magnitude of the current flowing in the primary side circuit of the detected plurality of power conversion circuits, and the operation is terminated in response to the magnitude of the current flowing in the primary side circuit becoming equal to or less than a predetermined value .

より簡単な構成で拡大故障を抑制できる電力変換装置が提供される。 A power conversion device is provided that can suppress escalating failures with a simpler configuration.

実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す回路図である。1 is a circuit diagram illustrating a power conversion device according to an embodiment of the present invention;

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
In this specification and each drawing, elements similar to those described above with reference to the previous drawings are given the same reference numerals and detailed descriptions thereof will be omitted as appropriate.

図1は、実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す回路図である。
図1に表したように、電力変換装置10は、複数の電力変換回路11、12と、複数の電荷蓄積素子21、22と、制御部30と、を備える。
FIG. 1 is a circuit diagram illustrating a power conversion device according to an embodiment.
As shown in FIG. 1 , the power conversion device 10 includes a plurality of power conversion circuits 11 and 12 , a plurality of charge storage elements 21 and 22 , and a control unit 30 .

複数の電力変換回路11、12は、一次側を直列に接続する。複数の電荷蓄積素子21、22は、複数の電力変換回路11、12のぞれぞれの一次側に設けられる。この例において、電力変換装置10は、2つの電力変換回路11、12と、2つの電力変換回路11、12のそれぞれに対応する2つの電荷蓄積素子21、22と、を備えている。但し、電力変換装置10に設けられる電力変換回路の数及び電荷蓄積素子の数は、2つに限ることなく、3つ以上でもよい。電力変換回路の数及び電荷蓄積素子の数は、任意の数でよい。 The primary sides of the multiple power conversion circuits 11, 12 are connected in series. The multiple charge storage elements 21, 22 are provided on the primary side of each of the multiple power conversion circuits 11, 12. In this example, the power conversion device 10 includes two power conversion circuits 11, 12 and two charge storage elements 21, 22 corresponding to each of the two power conversion circuits 11, 12. However, the number of power conversion circuits and the number of charge storage elements provided in the power conversion device 10 are not limited to two and may be three or more. The number of power conversion circuits and the number of charge storage elements may be any number.

電力変換回路11、12の一次側は、直列に接続されるとともに、直列接続の両端において直流電源2と接続される。電力変換回路11は、一対の一次側の端子11a、11bを有する。同様に、電力変換回路12は、一対の一次側の端子12a、12bを有する。電力変換回路11の一方の端子11aは、直流電源2の正極と接続される。電力変換回路11の他方の端子11bは、電力変換回路12の一方の端子12aと接続される。電力変換回路12の他方の端子12bは、直流電源2の負極と接続される。これにより、2つの電力変換回路11、12の一次側が、直列に接続されるとともに、直列接続の両端において直流電源2と接続される。 The primary sides of the power conversion circuits 11 and 12 are connected in series and are connected to the DC power source 2 at both ends of the series connection. The power conversion circuit 11 has a pair of primary side terminals 11a and 11b. Similarly, the power conversion circuit 12 has a pair of primary side terminals 12a and 12b. One terminal 11a of the power conversion circuit 11 is connected to the positive electrode of the DC power source 2. The other terminal 11b of the power conversion circuit 11 is connected to one terminal 12a of the power conversion circuit 12. The other terminal 12b of the power conversion circuit 12 is connected to the negative electrode of the DC power source 2. In this way, the primary sides of the two power conversion circuits 11 and 12 are connected in series and are connected to the DC power source 2 at both ends of the series connection.

このように、電力変換回路11、12の一次側を、直列に接続するとともに、直列接続の両端において直流電源2と接続することにより、直流電源2の直流電圧を電力変換回路11、12で分担することができる。この例では、電力変換回路11、12のそれぞれの一次側に印加される直流電圧を直流電源2の直流電圧の二分の一とすることができる。これにより、電力変換回路11、12に用いられる素子の定格電圧を低下させることができる。 In this way, by connecting the primary sides of the power conversion circuits 11 and 12 in series and connecting both ends of the series connection to the DC power source 2, the DC voltage of the DC power source 2 can be shared by the power conversion circuits 11 and 12. In this example, the DC voltage applied to the primary sides of each of the power conversion circuits 11 and 12 can be half the DC voltage of the DC power source 2. This allows the rated voltage of the elements used in the power conversion circuits 11 and 12 to be reduced.

電荷蓄積素子21は、電力変換回路11の一対の一次側の端子11a、11bの間に設けられる。電荷蓄積素子22は、電力変換回路12の一対の一次側の端子12a、12bの間に設けられる。これにより、電荷蓄積素子21、22は、例えば、電力変換回路11、12の一次側に印加される直流電圧を安定化させる。電荷蓄積素子21、22は、例えば、電力変換回路11、12の一次側に印加される直流電圧に重畳するノイズの抑制などを行う。電荷蓄積素子21、22は、例えば、コンデンサである。 The charge storage element 21 is provided between a pair of primary side terminals 11a, 11b of the power conversion circuit 11. The charge storage element 22 is provided between a pair of primary side terminals 12a, 12b of the power conversion circuit 12. As a result, the charge storage elements 21, 22 stabilize, for example, the DC voltage applied to the primary sides of the power conversion circuits 11, 12. The charge storage elements 21, 22 suppress, for example, noise superimposed on the DC voltage applied to the primary sides of the power conversion circuits 11, 12. The charge storage elements 21, 22 are, for example, capacitors.

電力変換回路11、12の二次側は、別の電源や負荷などと接続される。電力変換回路11、12は、直流電源2から供給された一次側の直流電力を二次側に対応した別の電力に変換し、変換後の電力を二次側に供給する。電力変換回路11、12は、例えば、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のスイッチングにより、電力の変換を行う。但し、電力変換回路11、12の構成は、一次側の直流電力を二次側に対応した別の電力に適切に変換することが可能な任意の構成でよい。 The secondary side of the power conversion circuits 11 and 12 is connected to another power source, a load, etc. The power conversion circuits 11 and 12 convert the DC power on the primary side supplied from the DC power source 2 into another power corresponding to the secondary side, and supply the converted power to the secondary side. The power conversion circuits 11 and 12 have, for example, multiple switching elements, and perform power conversion by switching the multiple switching elements. However, the configuration of the power conversion circuits 11 and 12 may be any configuration that can appropriately convert the DC power on the primary side into another power corresponding to the secondary side.

電力変換回路11、12が、複数のスイッチング素子を有する場合には、電力変換回路11、12の一次側を直列に接続することで、複数のスイッチング素子の定格電圧を低下させることができる。このように、定格電圧の低いスイッチング素子を用いることで、スイッチング素子のスイッチング時に発生するスイッチング損失を低減させることができる。これにより、例えば、スイッチング素子の発熱を抑制し、スイッチング素子の放熱対策に起因する装置の大型化を抑制することができる。 When the power conversion circuits 11 and 12 have multiple switching elements, the rated voltage of the multiple switching elements can be lowered by connecting the primary sides of the power conversion circuits 11 and 12 in series. In this way, by using switching elements with a low rated voltage, it is possible to reduce switching losses that occur when the switching elements are switched. This makes it possible, for example, to suppress heat generation by the switching elements and suppress the increase in size of the device caused by heat dissipation measures for the switching elements.

電力変換装置10は、例えば、鉄道車両のき電システムに用いられる。この場合、直流電源2は、例えば、直流の架線である。電力変換回路11、12の二次側は、例えば、蓄電池などを用いた蓄電装置に接続される。また、この場合、電力変換回路11、12の二次側は、互いに並列に接続される。換言すれば、電力変換回路11、12の二次側は、それぞれ蓄電装置の両極に接続される。 The power conversion device 10 is used, for example, in a power feeding system for railway vehicles. In this case, the DC power source 2 is, for example, a DC overhead line. The secondary sides of the power conversion circuits 11 and 12 are connected to a power storage device using, for example, a storage battery. In this case, the secondary sides of the power conversion circuits 11 and 12 are connected to each other in parallel. In other words, the secondary sides of the power conversion circuits 11 and 12 are each connected to both poles of the power storage device.

電力変換回路11、12は、直流電源2(架線)から供給された一次側の直流電力を蓄電装置に対応した別の直流電力に変換し、変換後の直流電力を蓄電装置に供給する。架線の直流電圧は、例えば、1500Vである。蓄電装置の最大電圧は、例えば、750Vである。このように、電力変換装置10は、架線の直流電力を基に蓄電装置に直流電力を供給し、蓄電装置を充電することにより、例えば、余剰回生電力などによる架線電圧の上昇を抑制する。また、この場合、電力変換回路11、12は、蓄電装置の二次側の直流電力を架線に対応した別の直流電力に変換し、変換後の直流電力を架線に供給する機能をさらに有する。これにより、例えば、鉄道車両の運行などにともなう架線電圧の低下を抑制することができる。 The power conversion circuits 11 and 12 convert the primary side DC power supplied from the DC power source 2 (overhead line) into another DC power corresponding to the storage device, and supply the converted DC power to the storage device. The DC voltage of the overhead line is, for example, 1500V. The maximum voltage of the storage device is, for example, 750V. In this way, the power conversion device 10 supplies DC power to the storage device based on the DC power of the overhead line, and charges the storage device, thereby suppressing an increase in the overhead line voltage due to, for example, surplus regenerative power. In this case, the power conversion circuits 11 and 12 further have the function of converting the secondary side DC power of the storage device into another DC power corresponding to the overhead line, and supplying the converted DC power to the overhead line. This makes it possible to suppress a drop in the overhead line voltage due to, for example, the operation of a railway vehicle.

電力変換回路11、12が直流電力を二次側に出力する場合、電力変換回路11は、一対の二次側の端子11c、11dを有する。同様に、電力変換回路12は、一対の二次側の端子12c、12dを有する。電力変換回路11、12のそれぞれの一方の端子11c、12cは、蓄電装置の正極と接続される。電力変換回路11、12のそれぞれの他方の端子11d、12dは、蓄電装置の負極と接続される。これにより、電力変換回路11、12の二次側が、互いに並列に接続されるとともに、蓄電装置と接続される。 When the power conversion circuits 11 and 12 output DC power to the secondary side, the power conversion circuit 11 has a pair of secondary side terminals 11c and 11d. Similarly, the power conversion circuit 12 has a pair of secondary side terminals 12c and 12d. One terminal 11c and 12c of each of the power conversion circuits 11 and 12 is connected to the positive electrode of the power storage device. The other terminal 11d and 12d of each of the power conversion circuits 11 and 12 is connected to the negative electrode of the power storage device. In this way, the secondary sides of the power conversion circuits 11 and 12 are connected in parallel to each other and to the power storage device.

また、電力変換回路11、12が直流電力を二次側に出力する場合、電力変換装置10は、例えば、電荷蓄積素子23、24をさらに有する。電荷蓄積素子23、24は、電力変換回路11、12のぞれぞれの二次側に設けられる。電荷蓄積素子23は、電力変換回路11の一対の二次側の端子11c、11dの間に設けられる。電荷蓄積素子24は、電力変換回路12の一対の二次側の端子12c、12dの間に設けられる。これにより、電荷蓄積素子23、24は、例えば、電力変換回路11、12の二次側に供給される直流電圧を安定化させる。電荷蓄積素子23、24は、例えば、電力変換回路11、12の二次側に供給される直流電圧に重畳するノイズの抑制などを行う。 When the power conversion circuits 11 and 12 output DC power to the secondary side, the power conversion device 10 further includes, for example, charge storage elements 23 and 24. The charge storage elements 23 and 24 are provided on the secondary side of each of the power conversion circuits 11 and 12. The charge storage element 23 is provided between a pair of secondary side terminals 11c and 11d of the power conversion circuit 11. The charge storage element 24 is provided between a pair of secondary side terminals 12c and 12d of the power conversion circuit 12. As a result, the charge storage elements 23 and 24 stabilize the DC voltage supplied to the secondary side of the power conversion circuits 11 and 12, for example. The charge storage elements 23 and 24 suppress, for example, noise superimposed on the DC voltage supplied to the secondary side of the power conversion circuits 11 and 12.

但し、電力変換装置10は、鉄道車両のき電システムに用いられるものに限定されるものではない。また、二次側に供給する電力は、直流電力に限ることなく、交流電力などでもよい。二次側に供給する電力は、二次側に対応した任意の電力でよい。電力変換回路11、12は、必ずしも二次側から一次側に電力を供給する機能を有しなくてもよい。電力変換回路11、12の構成は、少なくとも直流電源2から供給された一次側の直流電力を二次側に対応した別の電力に変換し、変換後の電力を二次側に供給可能な任意の構成でよい。 However, the power conversion device 10 is not limited to those used in railway vehicle power feeding systems. Furthermore, the power supplied to the secondary side is not limited to DC power, and may be AC power, etc. The power supplied to the secondary side may be any power corresponding to the secondary side. The power conversion circuits 11 and 12 do not necessarily have to have the function of supplying power from the secondary side to the primary side. The configuration of the power conversion circuits 11 and 12 may be any configuration that can at least convert the DC power on the primary side supplied from the DC power source 2 into another power corresponding to the secondary side and supply the converted power to the secondary side.

制御部30は、複数の電力変換回路11、12のそれぞれの動作を制御する。制御部30は、複数の電力変換回路11、12のそれぞれの動作を制御し、一次側から二次側への電力の供給を複数の電力変換回路11、12に行わせている際に、複数の電力変換回路11、12の一次側の短絡故障の検出を行う。制御部30は、例えば、電荷蓄積素子21、22の短絡故障を電力変換回路11、12の一次側の短絡故障として検出する。但し、電力変換回路11、12の一次側の短絡故障は、電荷蓄積素子21、22の短絡故障に限ることなく、例えば、電力変換回路11、12に設けられたスイッチング素子などの内部の回路に起因する短絡故障でもよい。電力変換回路11、12の一次側の短絡故障は、例えば、一次側の端子11a、11b間、端子12a、12b間に混入した導電性の異物に起因する短絡故障などでもよい。 The control unit 30 controls the operation of each of the multiple power conversion circuits 11 and 12. The control unit 30 controls the operation of each of the multiple power conversion circuits 11 and 12, and detects a short circuit failure on the primary side of the multiple power conversion circuits 11 and 12 when the multiple power conversion circuits 11 and 12 are supplying power from the primary side to the secondary side. The control unit 30 detects, for example, a short circuit failure of the charge storage elements 21 and 22 as a short circuit failure on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12. However, the short circuit failure on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12 is not limited to a short circuit failure of the charge storage elements 21 and 22, but may be a short circuit failure caused by an internal circuit such as a switching element provided in the power conversion circuits 11 and 12. The short circuit failure on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12 may be, for example, a short circuit failure caused by a conductive foreign object mixed between the terminals 11a and 11b and between the terminals 12a and 12b on the primary side.

制御部30は、例えば、図示を省略した電圧検出器によって一次側の端子11a、11b間の電圧、及び端子12a、12b間の電圧を検出することにより、電力変換回路11、12の一次側の短絡故障を検出する。制御部30は、例えば、端子11a、11b間の電圧が所定値以下になった際に、電力変換回路11の一次側が短絡故障を起こしていると検出し、端子12a、12b間の電圧が所定値以下になった際に、電力変換回路12の一次側が短絡故障を起こしていると検出する。但し、制御部30による電力変換回路11、12の一次側の短絡故障の検出方法は、上記に限るものではない。制御部30は、例えば、上位のコントローラなどから電力変換回路11、12の一次側の短絡故障の検出信号を受信することにより、電力変換回路11、12の一次側の短絡故障を検出してもよい。電力変換回路11、12の一次側の短絡故障の検出方法は、制御部30が電力変換回路11、12の一次側の短絡故障を適切に検出可能な任意の方法でよい。 The control unit 30 detects a short circuit fault on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12, for example, by detecting the voltage between the terminals 11a and 11b on the primary side and the voltage between the terminals 12a and 12b using a voltage detector (not shown). The control unit 30 detects that the primary side of the power conversion circuit 11 has a short circuit fault when the voltage between the terminals 11a and 11b becomes equal to or lower than a predetermined value, and detects that the primary side of the power conversion circuit 12 has a short circuit fault when the voltage between the terminals 12a and 12b becomes equal to or lower than a predetermined value. However, the method of detecting a short circuit fault on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12 by the control unit 30 is not limited to the above. The control unit 30 may detect a short circuit fault on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12, for example, by receiving a detection signal for a short circuit fault on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12 from a higher-level controller or the like. The method for detecting a short circuit fault on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12 may be any method that allows the control unit 30 to appropriately detect a short circuit fault on the primary side of the power conversion circuits 11 and 12.

制御部30は、一次側から二次側への電力の供給を複数の電力変換回路11、12に行わせている際に、複数の電力変換回路11、12のいずれかの一次側の短絡故障を検出した場合、複数の電力変換回路11、12のうち、一次側の短絡故障を検出した電力変換回路については、短絡故障の検出に応じて動作を停止させる。制御部30は、例えば、一次側の短絡故障を検出した電力変換回路については、短絡故障の検出に応じて即座に動作を停止させる。 When the control unit 30 detects a short-circuit fault on the primary side of any of the multiple power conversion circuits 11, 12 while the multiple power conversion circuits 11, 12 are supplying power from the primary side to the secondary side, the control unit 30 stops the operation of the power conversion circuit among the multiple power conversion circuits 11, 12 in which the short-circuit fault on the primary side has been detected in response to the detection of the short-circuit fault. For example, the control unit 30 immediately stops the operation of the power conversion circuit in which the short-circuit fault on the primary side has been detected in response to the detection of the short-circuit fault.

制御部30は、例えば、一次側の短絡故障を検出した電力変換回路の複数のスイッチング素子をオフ状態とすることにより、当該電力変換回路の動作を停止させる。制御部30は、いわゆるゲートブロックを行うことにより、当該電力変換回路の動作を停止させる。但し、電力変換回路の動作を停止させる方法は、上記に限ることなく、電力変換回路の動作を適切に停止させることができる任意の方法でよい。 The control unit 30 stops the operation of the power conversion circuit by, for example, turning off multiple switching elements of the power conversion circuit in which a short circuit fault on the primary side has been detected. The control unit 30 stops the operation of the power conversion circuit by performing so-called gate blocking. However, the method of stopping the operation of the power conversion circuit is not limited to the above, and any method that can appropriately stop the operation of the power conversion circuit may be used.

一方、制御部30は、一次側から二次側への電力の供給を複数の電力変換回路11、12に行わせている際に、複数の電力変換回路11、12のいずれかの一次側の短絡故障を検出した場合、複数の電力変換回路11、12のうち、一次側の短絡故障を検出していない電力変換回路については、故障検出時の動作を行わせ、故障検出時の動作の終了の後、動作を停止させる。 On the other hand, when the control unit 30 detects a short-circuit fault on the primary side of any of the multiple power conversion circuits 11, 12 while the control unit 30 is causing the multiple power conversion circuits 11, 12 to supply power from the primary side to the secondary side, the control unit 30 causes the power conversion circuits among the multiple power conversion circuits 11, 12 that have not detected a short-circuit fault on the primary side to perform the operation that occurs when a fault is detected, and stops the operation after the operation that occurs when the fault is detected is completed.

例えば、一次側から二次側への電力の供給を複数の電力変換回路11、12に行わせている際に、電力変換回路11の一次側(例えば電荷蓄積素子21)が短絡故障を起こしたとする。この場合、制御部30は、電力変換回路11の一次側の短絡故障の検出に応じて電力変換回路11の動作を停止させるとともに、電力変換回路12に故障検出時の動作を行わせる。そして、制御部30は、故障検出時の動作の終了の後、電力変換回路12の動作を停止させる。 For example, suppose that a short circuit occurs in the primary side of the power conversion circuit 11 (e.g., the charge storage element 21) when multiple power conversion circuits 11, 12 are supplying power from the primary side to the secondary side. In this case, the control unit 30 stops the operation of the power conversion circuit 11 in response to detection of a short circuit failure on the primary side of the power conversion circuit 11, and causes the power conversion circuit 12 to perform the operation performed when the failure was detected. Then, the control unit 30 stops the operation of the power conversion circuit 12 after the operation performed when the failure was detected is completed.

一次側から二次側への電力の供給を電力変換回路11、12に行わせている状態で、電力変換回路11の一次側が短絡故障を起こした際に、電力変換回路11、12の動作を急激に停止させてしまうと、電荷蓄積素子22の電圧が上昇し、健全な電荷蓄積素子22も拡大故障を起こしてしまう可能性がある。 When the power conversion circuits 11 and 12 are supplying power from the primary side to the secondary side, if a short circuit occurs on the primary side of the power conversion circuit 11, and the operation of the power conversion circuits 11 and 12 is suddenly stopped, the voltage of the charge storage element 22 will rise, and there is a possibility that a healthy charge storage element 22 will also suffer an extensive failure.

一次側から二次側への電力の供給を電力変換回路11、12に行わせている状態では、電荷蓄積素子21、22が、直流電源2の直流電圧を分担する。この状態で、電力変換回路11の一次側が短絡故障を起こすと、電荷蓄積素子21の分の直流電圧も電荷蓄積素子22に印加されてしまう。すなわち、この例では、電力変換回路11の一次側が短絡故障を起こすと、電荷蓄積素子22に印加される直流電圧が2倍(直流電源2の直流電圧分)になってしまう。 When the power conversion circuits 11 and 12 are supplying power from the primary side to the secondary side, the charge storage elements 21 and 22 share the DC voltage of the DC power supply 2. In this state, if a short circuit occurs on the primary side of the power conversion circuit 11, the DC voltage of the charge storage element 21 is also applied to the charge storage element 22. In other words, in this example, if a short circuit occurs on the primary side of the power conversion circuit 11, the DC voltage applied to the charge storage element 22 becomes double (the DC voltage of the DC power supply 2).

そこで、複数の電力変換回路11、12のうちのいずれか1つの一次側が短絡故障を起こした際にも、複数の電力変換回路11、12の残りの電力変換回路に設けられた電荷蓄積素子で、直流電源2の直流電圧を負担できるように、複数の電荷蓄積素子の電圧耐量を設定することが考えられる。この例では、直流電源2の直流電圧分以上に電荷蓄積素子21、22の電圧耐量を設定する。例えば、複数の電荷蓄積素子の数(直列接続された電力変換回路の数)が4つである場合には、1つの電力変換回路の一次側が短絡故障を起こした際にも、残りの3つの電力変換回路に設けられた電荷蓄積素子で直流電源2の直流電圧を負担できるように、複数の電荷蓄積素子の電圧耐量を直流電源2の直流電圧の三分の一以上に設定する。すなわち、複数の電荷蓄積素子のそれぞれの電圧耐量をVc、直流電源2の直流電圧をVe、複数の電荷蓄積素子の数をnとする時、複数の電荷蓄積素子のそれぞれの電圧耐量Vcは、次の式を満たすように設定する。
Vc≧Ve/(n-1)
Therefore, it is conceivable to set the voltage tolerance of the charge storage elements so that the charge storage elements provided in the remaining power conversion circuits of the power conversion circuits 11 and 12 can bear the DC voltage of the DC power source 2 even when a short circuit occurs on the primary side of any one of the power conversion circuits 11 and 12. In this example, the voltage tolerance of the charge storage elements 21 and 22 is set to be equal to or greater than the DC voltage of the DC power source 2. For example, when the number of the charge storage elements (the number of power conversion circuits connected in series) is four, the voltage tolerance of the charge storage elements is set to be equal to or greater than one-third of the DC voltage of the DC power source 2 so that the charge storage elements provided in the remaining three power conversion circuits can bear the DC voltage of the DC power source 2 even when a short circuit occurs on the primary side of one power conversion circuit. That is, when the voltage tolerance of each of the charge storage elements is Vc, the DC voltage of the DC power source 2 is Ve, and the number of the charge storage elements is n, the voltage tolerance Vc of each of the charge storage elements is set to satisfy the following formula.
Vc≧Ve/(n-1)

しかしながら、一次側から二次側への電力の供給を電力変換回路11、12に行わせている状態で、複数の電力変換回路11、12のいずれかの一次側が短絡故障を起こした際に、電力変換回路11、12の動作を急激に停止させた場合には、上記のように複数の電荷蓄積素子のそれぞれの電圧耐量を設定したとしても、残りの電荷蓄積素子の電圧が、設定した電圧耐量よりも大きくなり、残りの健全な電荷蓄積素子も拡大故障を起こしてしまうことがある。 However, when the power conversion circuits 11, 12 are supplying power from the primary side to the secondary side, if a short circuit occurs on the primary side of one of the multiple power conversion circuits 11, 12 and the operation of the power conversion circuits 11, 12 is suddenly stopped, even if the voltage tolerance of each of the multiple charge storage elements is set as described above, the voltage of the remaining charge storage elements may become higher than the set voltage tolerance, and the remaining healthy charge storage elements may also suffer an extended failure.

本願発明者は、鋭意の検討の結果、複数の電荷蓄積素子の電圧上昇が、電力変換回路11、12の一次側の回路上のインダクタンス成分に貯まったエネルギーに起因していることを見出した。電力変換回路11、12の一次側の回路上のインダクタンス成分にエネルギーが貯まった状態で電力変換回路11、12の動作を急激に停止させると、インダクタンス成分に貯まったエネルギーが残りの健全な電荷蓄積素子に流れ込み、残りの健全な電荷蓄積素子の直流電圧が、上記のように設定した電圧耐量よりも上昇してしまう可能性がある。この例では、電荷蓄積素子21が短絡故障を起こした際に、電荷蓄積素子22の直流電圧が、直流電源2の直流電圧よりも高くなってしまう可能性がある。なお、インダクタンス成分とは、例えば、電力変換回路11、12の一次側と直流電源2とを接続する配線経路上に存在する寄生のインダクタンス成分や、電力変換回路11、12の一次側と直流電源2との間に設けられた直流リアクトルのインダクタンス成分などである。 After careful consideration, the inventors of the present application found that the voltage rise of the multiple charge storage elements is due to the energy stored in the inductance component on the primary side circuit of the power conversion circuits 11 and 12. If the operation of the power conversion circuits 11 and 12 is suddenly stopped in a state in which energy is stored in the inductance component on the primary side circuit of the power conversion circuits 11 and 12, the energy stored in the inductance component may flow into the remaining healthy charge storage elements, and the DC voltage of the remaining healthy charge storage elements may rise above the voltage tolerance set as described above. In this example, when the charge storage element 21 causes a short circuit failure, the DC voltage of the charge storage element 22 may become higher than the DC voltage of the DC power source 2. The inductance component may be, for example, a parasitic inductance component present on the wiring path connecting the primary side of the power conversion circuits 11 and 12 and the DC power source 2, or an inductance component of a DC reactor provided between the primary side of the power conversion circuits 11 and 12 and the DC power source 2.

このため、本実施形態に係る電力変換装置10では、制御部30は、一次側から二次側への電力の供給を複数の電力変換回路11、12に行わせている際に、複数の電力変換回路11、12のいずれかの一次側の短絡故障を検出した場合、複数の電力変換回路11、12のうち、一次側の短絡故障を検出していない電力変換回路については、故障検出時の動作を行わせ、故障検出時の動作の終了の後、動作を停止させる。 For this reason, in the power conversion device 10 according to this embodiment, when the control unit 30 detects a short-circuit fault on the primary side of any of the multiple power conversion circuits 11, 12 while the multiple power conversion circuits 11, 12 are supplying power from the primary side to the secondary side, the control unit 30 causes the power conversion circuits among the multiple power conversion circuits 11, 12 that have not detected a short-circuit fault on the primary side to perform the operation that occurs when a fault is detected, and stops the operation after the operation that occurs when the fault is detected is completed.

すなわち、制御部30は、複数の電力変換回路11、12のいずれかの一次側の短絡故障が発生した際に、健全な電荷蓄積素子及び電力変換回路については動作を継続させることにより、一次側の回路上のインダクタンス成分に貯まったエネルギーの逃げ場を用意する。そして、一次側の回路上のインダクタンス成分に貯まったエネルギーが十分に下がった状態で、全ての電力変換回路の動作を停止させる。 In other words, when a short circuit occurs on the primary side of any of the multiple power conversion circuits 11, 12, the control unit 30 provides an escape route for the energy stored in the inductance components on the primary side circuit by continuing to operate healthy charge storage elements and power conversion circuits. Then, when the energy stored in the inductance components on the primary side circuit has sufficiently decreased, the operation of all power conversion circuits is stopped.

これにより、一次側の回路上のインダクタンス成分に貯まったエネルギーを二次側に流し、健全な電荷蓄積素子の電圧の上昇を抑制することができる。従って、健全な電荷蓄積素子の拡大故障を抑制することができる。電力変換装置10では、複数の電荷蓄積素子21、22の容量を増加させたり、複数の電荷蓄積素子21、22の過電圧を抑制する過電圧保護回路を設けたりする必要がなく、より簡単な構成で健全な電荷蓄積素子の拡大故障を抑制することができる。 This allows the energy stored in the inductance component on the primary circuit to flow to the secondary side, suppressing the rise in voltage of healthy charge storage elements. Therefore, it is possible to suppress widespread failure of healthy charge storage elements. In the power conversion device 10, there is no need to increase the capacity of the multiple charge storage elements 21, 22 or to provide an overvoltage protection circuit that suppresses overvoltage of the multiple charge storage elements 21, 22, and widespread failure of healthy charge storage elements can be suppressed with a simpler configuration.

電力変換装置10において、複数の電荷蓄積素子21、22の電圧耐量は、複数の電力変換回路11、12のうちのいずれか1つの一次側が短絡故障を起こした際にも、複数の電力変換回路11、12の残りの電力変換回路に設けられた電荷蓄積素子で、直流電源2の直流電圧を負担できるように設定される。これにより、一次側が短絡故障した電力変換回路に設けられた電荷蓄積素子の負担分の電圧上昇による残りの電荷蓄積素子の拡大故障を適切に抑制することができる。 In the power conversion device 10, the voltage tolerance of the multiple charge storage elements 21, 22 is set so that even if a short circuit occurs on the primary side of any one of the multiple power conversion circuits 11, 12, the charge storage elements provided in the remaining power conversion circuits of the multiple power conversion circuits 11, 12 can bear the DC voltage of the DC power source 2. This makes it possible to appropriately suppress the expansion of failures in the remaining charge storage elements due to a voltage rise borne by the charge storage element provided in the power conversion circuit whose primary side has a short circuit failure.

なお、ここでいう電圧耐量とは、より詳しくは、複数の電力変換回路11、12のいずれかの一次側に短絡故障が発生したタイミングから故障検出時の動作を行って全ての電力変換回路11、12の動作を停止させるまでの比較的短い時間において、故障していない健全な電荷蓄積素子で直流電源2の直流電圧を負担することができる複数の電荷蓄積素子の電圧特性である。電圧耐量は、例えば、複数の電荷蓄積素子の定格電圧としてもよい。但し、複数の電荷蓄積素子は、必ずしも短絡故障した電荷蓄積素子の電圧上昇分を定常的に負担可能である必要はなく、少なくとも上記の比較的短い時間において、電圧上昇分を負担可能であればよい。 More specifically, the voltage withstand capability here refers to the voltage characteristic of the multiple charge storage elements that allows healthy, unfaulted charge storage elements to bear the DC voltage of the DC power source 2 during the relatively short time from when a short circuit fault occurs on the primary side of one of the multiple power conversion circuits 11, 12 until the fault detection operation is performed and the operation of all power conversion circuits 11, 12 is stopped. The voltage withstand capability may be, for example, the rated voltage of the multiple charge storage elements. However, the multiple charge storage elements do not necessarily need to be able to steadily bear the voltage rise of a short circuit faulted charge storage element, but only need to be able to bear the voltage rise during at least the relatively short time mentioned above.

制御部30は、例えば、図示を省略した電流検出器などによって電力変換回路11、12の一次側の回路に流れる電流の大きさを検出し、一次側の回路に流れる電流の大きさを徐々に小さくする動作を故障検出時の動作として実行する。これにより、一次側の回路上のインダクタンス成分に貯まったエネルギーを徐々に低下させ、インダクタンス成分に貯まったエネルギーに起因する電荷蓄積素子の電圧上昇を適切に抑制することができる。そして、制御部30は、例えば、一次側の回路に流れる電流の大きさが所定値以下になったことに応じて故障検出時の動作を終了し、健全な電力変換回路の動作を停止させる。制御部30は、例えば、一次側の回路に流れる電流の大きさが実質的にゼロになったことに応じて故障検出時の動作を終了する。 The control unit 30 detects the magnitude of the current flowing through the primary circuit of the power conversion circuits 11 and 12, for example, by using a current detector (not shown), and executes an operation to gradually reduce the magnitude of the current flowing through the primary circuit as an operation to detect a fault. This gradually reduces the energy stored in the inductance component on the primary circuit, and appropriately suppresses the voltage rise of the charge storage element caused by the energy stored in the inductance component. Then, the control unit 30 ends the operation to detect a fault when, for example, the magnitude of the current flowing through the primary circuit falls below a predetermined value, and stops the operation of the healthy power conversion circuit. The control unit 30 ends the operation to detect a fault when, for example, the magnitude of the current flowing through the primary circuit becomes substantially zero.

但し、故障検出時の動作は、上記に限定されるものではない。制御部30は、例えば、図示を省略した電圧検出器などによって電荷蓄積素子の電圧の大きさを検出し、電荷蓄積素子の電圧の大きさを徐々に小さくする動作を故障検出時の動作として実行してもよい。この場合、制御部30は、例えば、電荷蓄積素子の電圧の大きさが所定値以下になったことに応じて故障検出時の動作を終了し、健全な電力変換回路の動作を停止させればよい。 However, the operation when a fault is detected is not limited to the above. The control unit 30 may, for example, detect the magnitude of the voltage of the charge storage element using a voltage detector (not shown) and execute an operation of gradually reducing the magnitude of the voltage of the charge storage element as the operation when a fault is detected. In this case, the control unit 30 may, for example, terminate the operation when a fault is detected when the magnitude of the voltage of the charge storage element falls below a predetermined value, and stop the operation of a healthy power conversion circuit.

例えば、一次側の回路上のインダクタンス成分に貯まるエネルギーの大きさが予測できている場合などには、必ずしも一次側の回路に流れる電流の大きさや電荷蓄積素子の電圧の大きさなどを検出しなくてもよい。例えば、電流や電圧の検出などを行うことなく、予測されたエネルギーの大きさを徐々に減少させる所定の動作を故障検出時の動作として実行してもよい。故障検出時の動作は、上記に限ることなく、一次側の回路上のインダクタンス成分に貯まったエネルギーを二次側に流し、健全な電荷蓄積素子の電圧の上昇を適切に抑制することができる任意の動作でよい。 For example, if the amount of energy stored in the inductance component on the primary circuit can be predicted, it is not necessary to detect the amount of current flowing through the primary circuit or the voltage of the charge storage element. For example, a predetermined operation that gradually reduces the amount of predicted energy without detecting the current or voltage may be executed as the operation at the time of fault detection. The operation at the time of fault detection is not limited to the above, and may be any operation that flows the energy stored in the inductance component on the primary circuit to the secondary side and appropriately suppresses the rise in voltage of healthy charge storage elements.

また、上記実施形態では、電力変換回路11、12の二次側を並列に接続している。電力変換回路11、12の二次側の構成は、並列接続に限ることなく、一次側の回路上のインダクタンス成分に貯まったエネルギーを二次側に流すことが可能な任意の構成でよい。 In addition, in the above embodiment, the secondary sides of the power conversion circuits 11 and 12 are connected in parallel. The configuration of the secondary sides of the power conversion circuits 11 and 12 is not limited to parallel connection, and may be any configuration that allows the energy stored in the inductance component on the primary side circuit to flow to the secondary side.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be embodied in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention and its equivalents described in the claims.

2…直流電源、 10…電力変換装置、 11、12…電力変換回路、 21~24…電荷蓄積素子、 30…制御部
2: DC power supply; 10: power conversion device; 11, 12: power conversion circuit; 21 to 24: charge storage element; 30: control unit

Claims (3)

一次側を直列に接続した複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路のぞれぞれの一次側に設けられた複数の電荷蓄積素子と、
前記複数の電力変換回路のそれぞれの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記複数の電力変換回路の一次側は、直列に接続されるとともに、直列接続の両端において直流電源と接続され、
前記複数の電力変換回路は、前記直流電源から供給された前記一次側の直流電力を二次側に対応した別の電力に変換し、変換後の電力を前記二次側に供給し、
前記制御部は、前記複数の電力変換回路のそれぞれの動作を制御し、前記一次側から前記二次側への電力の供給を前記複数の電力変換回路に行わせている際に、前記複数の電力変換回路の前記一次側の短絡故障の検出を行い、前記複数の電力変換回路のいずれかの前記一次側の短絡故障を検出した場合に、前記複数の電力変換回路のうち、前記一次側の短絡故障を検出した電力変換回路については、動作を停止させ、前記一次側の短絡故障を検出していない電力変換回路については、検出した前記複数の電力変換回路の前記一次側の回路に流れる電流の大きさに基づき、前記一次側の回路に流れる電流の大きさを徐々に小さくする動作を実行し、前記一次側の回路に流れる電流の大きさが所定値以下になったことに応じて前記動作を終了する電力変換装置。
A plurality of power conversion circuits having primary sides connected in series;
A plurality of charge storage elements provided on a primary side of each of the plurality of power conversion circuits;
A control unit that controls the operation of each of the plurality of power conversion circuits;
Equipped with
the primary sides of the plurality of power conversion circuits are connected in series and connected to a DC power source at both ends of the series connection;
The plurality of power conversion circuits convert the DC power on the primary side supplied from the DC power source into another power corresponding to a secondary side, and supply the converted power to the secondary side;
The control unit controls the operation of each of the multiple power conversion circuits, and detects a short-circuit fault on the primary side of the multiple power conversion circuits while causing the multiple power conversion circuits to supply power from the primary side to the secondary side. When a short-circuit fault on the primary side of any of the multiple power conversion circuits is detected, the control unit stops operation of the power conversion circuit among the multiple power conversion circuits in which the primary side short-circuit fault was detected, and for the power conversion circuits in which the primary side short-circuit fault was not detected, performs an operation of gradually reducing the magnitude of the current flowing in the primary side circuit based on the magnitude of the current flowing in the primary side circuit of the multiple power conversion circuits that was detected, and terminates the operation in response to the magnitude of the current flowing in the primary side circuit becoming equal to or less than a predetermined value .
一次側を直列に接続した複数の電力変換回路と、
前記複数の電力変換回路のぞれぞれの一次側に設けられた複数の電荷蓄積素子と、
前記複数の電力変換回路のそれぞれの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記複数の電力変換回路の一次側は、直列に接続されるとともに、直列接続の両端において直流電源と接続され、
前記複数の電力変換回路は、前記直流電源から供給された前記一次側の直流電力を二次側に対応した別の電力に変換し、変換後の電力を前記二次側に供給し、
前記制御部は、前記複数の電力変換回路のそれぞれの動作を制御し、前記一次側から前記二次側への電力の供給を前記複数の電力変換回路に行わせている際に、前記複数の電力変換回路の前記一次側の短絡故障の検出を行い、前記複数の電力変換回路のいずれかの前記一次側の短絡故障を検出した場合に、前記複数の電力変換回路のうち、前記一次側の短絡故障を検出した電力変換回路については、動作を停止させ、前記一次側の短絡故障を検出していない電力変換回路については、検出した前記電荷蓄積素子の電圧の大きさに基づき、前記電荷蓄積素子の電圧の大きさを徐々に小さくする動作を実行し、前記電荷蓄積素子の電圧の大きさが所定値以下になったことに応じて前記動作を終了する電力変換装置。
A plurality of power conversion circuits having primary sides connected in series;
A plurality of charge storage elements provided on a primary side of each of the plurality of power conversion circuits;
A control unit that controls the operation of each of the plurality of power conversion circuits;
Equipped with
the primary sides of the plurality of power conversion circuits are connected in series and connected to a DC power source at both ends of the series connection;
The plurality of power conversion circuits convert the DC power on the primary side supplied from the DC power source into another power corresponding to a secondary side, and supply the converted power to the secondary side;
The control unit controls the operation of each of the multiple power conversion circuits, and detects a short-circuit fault on the primary side of the multiple power conversion circuits while causing the multiple power conversion circuits to supply power from the primary side to the secondary side.When a short-circuit fault on the primary side of any of the multiple power conversion circuits is detected, the control unit stops operation of the power conversion circuit among the multiple power conversion circuits in which a short-circuit fault on the primary side has been detected, and for the power conversion circuits in which a short-circuit fault on the primary side has not been detected, performs an operation of gradually reducing the magnitude of the voltage of the charge storage element based on the detected magnitude of the voltage of the charge storage element, and terminates the operation in response to the magnitude of the voltage of the charge storage element becoming equal to or lower than a predetermined value.
前記複数の電荷蓄積素子の電圧耐量は、前記複数の電力変換回路のうちのいずれか1つの前記一次側が短絡故障を起こした際にも、前記複数の電力変換回路の残りの電力変換回路に設けられた電荷蓄積素子で、前記直流電源の直流電圧を負担できるように設定される請求項1又は2に記載の電力変換装置。 3. The power conversion device according to claim 1, wherein the voltage withstand capability of the plurality of charge storage elements is set so that, even if a short-circuit fault occurs in the primary side of any one of the plurality of power conversion circuits, the charge storage elements provided in the remaining power conversion circuits of the plurality of power conversion circuits can bear the DC voltage of the DC power supply.
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