JP2015050852A - Electric power conversion system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.
一般に、複数の変換器ユニット(例えば、IGBT(insulated gate bipolar transistor)ユニット)をカスケード接続(直列接続)した構成の電力変換装置(カスケード変換器)が知られている。例えば、多レベル変換器の変換器セルを短絡するためのブリッジングユニット及び複数の変換器セルを具備する変換器ブランチが開示されている(例えば、特許文献1参照)。また、上側及び下側の変換整流器を有する相モジュールを備えた電力変換回路であって、各変換整流器が電気的に直列に接続された複数の2極のサブシステムを有するものが開示されている(例えば、特許文献2参照)。さらに、接続手段を介して直列回路構成にて互いに接続されたパワー半導体モジュールを備え、各パワー半導体に、それぞれのパワー半導体モジュールを短絡するための短絡装置が付設されている装置が開示されている(例えば、特許文献3参照)。 In general, a power conversion device (cascade converter) having a configuration in which a plurality of converter units (for example, an IGBT (insulated gate bipolar transistor) unit) is connected in cascade (in series connection) is known. For example, a bridging unit for short-circuiting converter cells of a multi-level converter and a converter branch including a plurality of converter cells are disclosed (for example, see Patent Document 1). Also disclosed is a power conversion circuit comprising a phase module having upper and lower conversion rectifiers, each conversion rectifier having a plurality of two-pole subsystems electrically connected in series. (For example, refer to Patent Document 2). Further, there is disclosed an apparatus that includes power semiconductor modules connected to each other in a series circuit configuration via a connecting means, and each power semiconductor is provided with a short-circuit device for short-circuiting each power semiconductor module. (For example, refer to Patent Document 3).
しかしながら、複数の変換器ユニットを直列接続して構成された電力変換装置では、1つの変換器ユニットが故障して、交換用の変換器ユニットがすぐに手に入らない場合、運転を再開するまでに時間を要する。 However, in a power conversion device configured by connecting a plurality of converter units in series, if one converter unit fails and a replacement converter unit is not readily available, the operation is resumed. Takes time.
そこで、本発明の目的は、カスケード接続された変換器ユニットが故障しても、運転を再開するまでに要する時間を短縮することのできる電力変換装置を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a power conversion device that can reduce the time required to restart operation even if converter units connected in cascade fail.
本発明の観点に従った電力変換装置は、カスケード接続された複数の変換器ユニットと、前記複数の変換器ユニットに対応して設けられ、前記変換器ユニットが実装されると、前記変換器ユニットに接続される2つの配線を短絡し、前記変換器ユニットが取り除かれると、前記2つの配線を電気的に切り離す複数の機械スイッチとを備える。 A power converter according to an aspect of the present invention is provided corresponding to a plurality of cascade-connected converter units and the plurality of converter units, and when the converter unit is mounted, the converter unit And a plurality of mechanical switches that electrically disconnect the two wires when the converter unit is removed.
本発明によれば、カスケード接続された変換器ユニットが故障しても、運転を再開するまでに要する時間を短縮することのできる電力変換装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even if the converter unit connected in cascade fails, the power converter device which can shorten the time required to restart an operation | movement can be provided.
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(第1の実施形態)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る変換器ユニット1の構成を示す構成図である。図2は、第1の実施形態に係る電力変換装置10の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。
(First embodiment)
FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the
変換器ユニット1は、電力変換装置(カスケード変換器)10を構成する電力変換回路の単位ユニットである。複数の変換器ユニット1をカスケード接続(直列接続)することで、電力変換装置10が構成される。変換器ユニット1は、例えば、フルブリッジで構成されたIGBT(insulated gate bipolar transistor)ユニットである。
The
変換器ユニット1は、4つのスイッチング素子(IGBT)11,12,13,14、4つのダイオード15,16,17,18、及びコンデンサ19で構成される。ダイオード15〜18は、それぞれスイッチング素子11〜14と逆並列に接続されている。2つのスイッチング素子11,12は、直列に接続されている。残りの2つのスイッチング素子13,14も、直列に接続されている。2組の直列に接続されたスイッチング素子11〜14は、並列に接続されている。コンデンサ19は、2組の直列に接続されたスイッチング素子11〜14と並列に接続されている。2組の直列に接続されたスイッチング素子11〜14のそれぞれの接続点は、カスケード接続するための配線L1,L2に接続される。
The
電力変換装置10は、三相交流電力系統4の各相の系統電圧を制御する装置である。電力変換装置10は、3相分の相変換器で構成される。各相変換器は、6つの変換器ユニット1がカスケード接続された構成である。各相変換器は、それぞれリアクトル3を介して、電力系統4に接続されている。
The power converter 10 is a device that controls the system voltage of each phase of the three-phase AC power system 4. The power conversion device 10 is composed of phase converters for three phases. Each phase converter has a configuration in which six
機械スイッチ2は、各変換器ユニット1に対応して設けられている。変換器ユニット1が実装されていない場合、変換器ユニット1に接続される2つの配線L1,L2を短絡(電気的に接続)するように、変換器ユニット1に対応する機械スイッチ2が入れられる。これにより、変換器ユニット1が実装されていない場合でも、カスケード接続が電気的に切断されることなく、他の変換器ユニット1が直列接続された状態を保つことができる。変換器ユニット1が実装されると、機械スイッチ2は切られる。これにより、変換器ユニット1に接続される2つの配線L1,L2は、電気的に切り離される。機械スイッチ2は、機械的な機構により、変換器ユニット1を実装すると、自動的に入れられ、変換器ユニット1を引き抜くと、自動的に切られる。
The
図3及び図4は、本実施形態に係る機械スイッチ2の構造を示す構成図である。図3は、機械スイッチ2が切られている状態を示している。図4は、機械スイッチ2が入れられている状態を示している。
3 and 4 are configuration diagrams showing the structure of the
機械スイッチ2は、短絡用導体21、2つのばね22,23、2つの押出し棒24,25、2つのコネクタ(メス)26,27、及び2つの導体28,29を備える。
The
2つの導体28,29は、変換器ユニット1と電気的に接続される図1に示す配線L1,L2にそれぞれ取り付けられる。変換器ユニット1の2つの端子には、それぞれコネクタ(オス)31,32が設けられている。2つの導体28,29には、それぞれコネクタ31,32を接続するためのコネクタ26,27がそれぞれ設けられている。
The two
短絡用導体21は、2つの導体28,29に跨るように、2つのばね22,23で、2つの導体28,29に取り付けられている。ばね22,23は、縮む方向に張力を発生させる弾性体で、かつ絶縁体である。図4に示すように、変換器ユニット1のコネクタ31,32が、機械スイッチ2のコネクタ26,27に接続されていない場合、短絡用導体21は、ばね22,23の張力により、導体28,29に接触するように引き付けられる。これにより、短絡用導体21は、2つの導体28,29を短絡する配線の役割をする。
The short-
短絡用導体21には、2つの押出し棒24,25が取り付けられている。押出し棒24,25は、絶縁体で出来ている。押出し棒24,25の一端は、それぞれコネクタ26,27を貫通して、コネクタ26,27の内部から突き出ている。押出し棒24,25は、コネクタ26,27に固定されていないため、押出し棒24,25が動くと、短絡用導体21も一緒に動く。図3に示すように、コネクタ26,27に変換器ユニット1のコネクタ31,32が接続されると、コネクタ26,27の内部から突き出ている押出し棒24,25の一端が押されて、ばね22,23が短絡用導体21を導体28,29から離す方向に伸びる。これにより、短絡用導体21は、2つの導体28,29から離れるため、2つの導体28,29は電気的に切り離される。
Two push rods 24 and 25 are attached to the short-
本実施形態によれば、機械スイッチ2を設けることで、変換器ユニット1が故障した場合でも、変換器ユニット1を引き抜くだけで、故障していない他の変換器ユニット1のカスケード接続は保たれる。従って、電力変換装置10は、故障した変換器ユニット1を引き抜くだけで、運転を再開することができる。例えば、変換器ユニット1に予備が無いようなときでも、電力変換装置10の運転を再開することができる。
According to the present embodiment, by providing the
また、正常な変換器ユニット1を引き抜いた変換器ユニット1の箇所に戻す復旧作業をするときは、正常な変換器ユニット1を、機械スイッチ2のコネクタ26,27に、単に、差し込むだけでよい。このため、復旧作業を容易にすることができる。
Further, when performing a restoration work for returning the
(第2の実施形態)
図5は、本発明の第2の実施形態に係る電力変換装置10Aの構成の一部を示す構成図である。
(Second Embodiment)
FIG. 5 is a configuration diagram showing a part of the configuration of the
電力変換装置10Aは、図2に示す第1の実施形態に係る電力変換装置10において、各相に断路器5を設けたものである。その他の点は、第1の実施形態に係る電力変換装置10と同様である。 10 A of power converters provide the disconnector 5 in each phase in the power converter 10 which concerns on 1st Embodiment shown in FIG. Other points are the same as those of the power conversion apparatus 10 according to the first embodiment.
断路器5は、変換器ユニット1がカスケード接続された相変換器の電力系統4側に設けられている。相変換器を構成する全ての変換器ユニット1が引き抜かれた場合、引き抜かれた各変換器ユニット1に対応する機械スイッチ2が全て閉じるため、相が短絡状態になる。そこで、断路器5を開放することで、全ての変換器ユニット1が引き抜かれた場合でも、相が短絡するのを防止することができる。なお、断路器5が相変換器の電力系統4側に設けられていれば、相変換器を構成する全ての変換器ユニット1と電力系統4との電気的な接続を切り離すことができるが、相が短絡するのを防止するだけであれば、断路器5は、各相に設けられていれば何処に設けられていてもよい。また、断路器5の代わりに、遮断器などのどのような開閉器を用いてもよい。
The disconnector 5 is provided on the power system 4 side of the phase converter in which the
本実施形態によれば、第1の実施形態による作用効果に加え、各相に断路器5を設けることで、変換器ユニット1を相単位で全て引き抜いても、相が短絡するのを防止することができる。
According to the present embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, by providing the disconnector 5 in each phase, even if the
なお、各実施形態において、電力変換装置は、説明した構成に限らず、変換器ユニット1が直列に接続された構成があれば、どのような構成でもよい。どのような構成の電力変換装置であっても、変換器ユニット1毎に対応する機械スイッチ2を設けることで、各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
In each embodiment, the power conversion device is not limited to the configuration described above, and may have any configuration as long as the
機械スイッチ2の構成は、説明したものに限らない。変換器ユニット1を実装すると、機械スイッチ2が切り状態になり、変換器ユニット1を取り除くと、機械スイッチ2が入り状態になる構造であれば、どのような構造のものでもよい。また、ばね22,23及び押出し棒24,25は、それぞれ1つでもよいし、各実施形態と同様の働きをするのであれば、機械スイッチ2の何処に設けられていてもよい。さらに、機械スイッチ2を構成する部品は、どのような形状の構造物でもよい。
The configuration of the
各実施形態では、図1に示すフルブリッジで構成された変換器ユニット1について説明したが、図6に示すハーフブリッジで構成された変換器ユニット1Hを用いてもよい。ハーフブリッジの変換器ユニット1Hは、フルブリッジの変換器ユニット1から2つのスイッチング素子13,14と2つのダイオード17,18を取り除いた構成である。
In each embodiment, the
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. Moreover, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
1…変換器ユニット、11〜14…スイッチング素子、15〜18…ダイオード、19…コンデンサ、L1,L2…配線。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記複数の変換器ユニットに対応して設けられ、前記変換器ユニットが実装されると、前記変換器ユニットに接続される2つの配線を短絡し、前記変換器ユニットが取り除かれると、前記2つの配線を電気的に切り離す複数の機械スイッチと
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A plurality of cascaded converter units;
Provided corresponding to the plurality of converter units, when the converter unit is mounted, two wires connected to the converter unit are short-circuited, and when the converter unit is removed, the two A power conversion device comprising: a plurality of mechanical switches that electrically disconnect wiring.
前記2つの配線を短絡する短絡用導体と、
前記変換器ユニットの2つの端子を接続する2つのコネクタと、
前記短絡用導体を前記2つの配線を接触させて、前記2つの配線を短絡する短絡手段と、
前記2つのコネクタに、前記変換器ユニットの前記2つの端子を接続すると、前記短絡用導体を前記2つの配線から離し、前記2つの配線が電気的に切り離される切り離し手段とを備えること
を特徴とする請求項1に記載の電力変換装置。 The mechanical switch is
A short-circuiting conductor for short-circuiting the two wires;
Two connectors for connecting the two terminals of the converter unit;
Short-circuit means for short-circuiting the two wires by bringing the two short-circuit conductors into contact with the two wires;
When the two terminals of the converter unit are connected to the two connectors, the shorting conductor is separated from the two wirings, and a disconnecting means for electrically disconnecting the two wirings is provided. The power conversion device according to claim 1.
各相に設けられた開閉器を備えること
を特徴とする請求項1又は請求項2に記載の電力変換装置。 The plurality of converter units constitute a three-phase phase converter,
The power converter according to claim 1, further comprising a switch provided in each phase.
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