JP5860720B2 - 電力変換装置、直流変電所、直流送電システム及び電力変換装置の制御方法 - Google Patents
電力変換装置、直流変電所、直流送電システム及び電力変換装置の制御方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5860720B2 JP5860720B2 JP2012031235A JP2012031235A JP5860720B2 JP 5860720 B2 JP5860720 B2 JP 5860720B2 JP 2012031235 A JP2012031235 A JP 2012031235A JP 2012031235 A JP2012031235 A JP 2012031235A JP 5860720 B2 JP5860720 B2 JP 5860720B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- capacitor
- thyristor
- current
- power conversion
- conversion device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
- H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
- H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
- H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
- H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
- H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
- H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
- H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Description
前述のようにIGBTモジュール11aとIGBTモジュール11bは相補でスイッチングしていることから、IGBTモジュール11aもしくはIGBTモジュール11bの一方が短絡故障すると、他方がオンした時に直流コンデンサ12からIGBTモジュール11a、IGBTモジュール11bに短絡電流が流れる。
本発明は、圧接型サイリスタ80ターンオン後のサイリスタ電流上昇率di/dtを、該圧接型サイリスタ80の電流上昇率の耐量より十分大きくするようにLsのインダクタンス値を設定することが特徴の1つである。
何らかの誤動作や故障によりIGBTモジュール11aとIGBTモジュール11bが同時に導通・短絡した場合を想定する。
圧接スタック99の構成は図5の圧接スタック99と同じである。
図4では、IGBTモジュールに接続される回路導体220ipと直流コンデンサ12の高圧側端子とスタック電極94aを接続する回路導体220cpが、スタック電極94aで分岐されていたのに対し、図5では直流コンデンサ12の高圧側端子12pで分岐されていることを特徴とする。回路導体220inと回路導体220cnの分岐も、図4では、スタック電極94kで分岐されていたのに対し、図5では直流コンデンサ12の低圧側端子12nで分岐する。すなわち、分岐88Pと分岐88Nは、図4では、スタック電極94aとスタック電極94kであるのに対し、図5では、直流コンデンサ高圧側端子12pと直流コンデンサ低圧側端子12nとなる。
図6も図7も分岐88pからIGBTモジュール11pとIGBTモジュール11nを経由するルートの放電経路を300iとして実線で表し、分岐88pから圧接型サイリスタ80を経由してバイパスして分岐88nに戻る放電経路を300sとして点線で示した。
第3の実施例は、小容量コンデンサ12cとインダクタンス61を設けたことが、第1の実施例と異なる。
第4の実施例は、小容量コンデンサ12cに接続するダイオード69と抵抗器68を設置したことが第3の実施例と異なる。
第5の実施例は、第4の実施例に対して、圧接型サイリスタ80iを追加したことを特徴とする。
何らかの誤動作や故障によりIGBTモジュール11caとIGBTモジュール11cbが同時に導通・短絡した場合を想定する。IGBTモジュール11caとIGBTモジュール11cbが短絡すると直流コンデンサ12より、IGBTモジュール11caとIGBTモジュール11cbを経由して放電電流が流れる。放電経路の主要なインピーダンスが寄生インダクタンス(インダクタンス)60であるとすると、放電電流は、寄生インダクタンス60と直流コンデンサ12の電圧で決まる電流上昇率によって上昇する。電流検出器85pの電流検出値が閾値を超えると、サイリスタ駆動回路82が圧接型サイリスタ80をターンオンさせる。前述のように、直流コンデンサ12から圧接型サイリスタ80を経由するバイパス放電経路のインダクタンスLsのインダクタンスが十分に小さいと圧接型サイリスタにはdi/dt耐量以上の電流を通流するが、圧接型サイリスタはブレークダウンして短絡故障する。圧接型サイリスタでは、シリコンウエハを金属ではさんで加圧しているので、短絡箇所に対する導電経路が確保できるので、電流を流し続けることができる。
また、その電力変換装置を用いた変電所や送電システムも高信頼であるといえる。
2 単位変換器
2_U U相正側アーム
2_V V相正側アーム
2_W W相正側アーム
2_u U相負側アーム
2_v V相負側アーム
2_w W相負側アーム
3 制御装置
4 信号線
5 バッファリアクトル
6 連系リアクトル
7 交流系統
8 各相電圧指令生成器
9 同期信号生成器
10 搬送波生成器
11a、11b、11ca、11cb、11da、11db IGBTモジュール
12 直流コンデンサ
12p 直流コンデンサ高圧側端子
12n 直流コンデンサ低圧側端子
15 単位変換器制御回路
16 ゲートドライバ
17 自給電源
22p、22n 単位変換器出力端子
60 寄生インダクタンス
71 短絡スイッチ
72 ブレークオーバーサイリスタ
80 圧接型サイリスタ
85、85p、85n 電流検出器
88p、88n 分岐
91 絶縁物、短絡スイッチ
93 スタック用構成支持具
94a、94k スタック電極
99 圧接スタック
220ip、220in、220cp、220cn 回路導体
300i、300s 放電経路
666 プレスパック素子の半導体
777 プレスパック素子の電極導体
999 プレスパック素子
Claims (24)
- 単位変換器を備え、前記単位変換器は、端子と、少なくとも第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子と、直流コンデンサを有して、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子の導通/遮断によって、前記端子に前記コンデンサの電圧を出力可能に構成されており、前記単位変換器を1つまたは複数カスケード接続してアームを構成する電力変換装置において、前記単位変換器の少なくとも1つの前記直流コンデンサと並列にサイリスタが接続され、前記サイリスタが導通状態となった際に、前記サイリスタの電流上昇率耐量よりも高い電流上昇率の電流を流すことができるように、前記直流コンデンサから前記サイリスタを経由する放電経路のインダクタンスを、
インダクタンス<直流コンデンサ定格電圧/圧接型サイリスタの電流上昇率耐量
の条件を満足するように構成したことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1の電力変換装置であって、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子を含んでチョッパ構成となっていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1の電力変換装置であって、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子を含んでフルブリッジ構成となっていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1乃至請求項3のいずれかの電力変換装置であって、前記サイリスタは圧接型であることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかの電力変換装置であって、前記サイリスタがインダクタンスを介して、他の圧接型サイリスタと並列に接続されたことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1乃至請求項4のいずれかの電力変換装置であって、前記アームを少なくとも2つ接続してレッグを構成し、少なくとも1つの単位変換器において、前記直流コンデンサから前記レッグへの導電経路の途中に前記サイリスタと前記レッグとの分岐点が挿入された構成を有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項6の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器において、前記直流コンデンサから前記レッグへの導電経路と前記直流コンデンサから前記サイリスタへの導電経路の分岐が、前記サイリスタを挟みこんでいるスタック電極であることを特徴とする電力変換装置。
- 至請求項7の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は、少なくとも1つのレッグが短絡したことを検出する機能を有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項8の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は、前記直流コンデンサから前記レッグに放電する電流を検出する機能を有し、前記検出した電流が所定の電流値を超えると、前記サイリスタをターンオンする機能を有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項9の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は、前記レッグの上アームの電流と下アームの電流をそれぞれ検出する機能を有し、各々の電流検出器が上アームから下アームに通流する極性の電流を検出した時に、前記サイリスタをターンオンする機能を有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項10の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は、各々の電流検出器が上アームから下アームに通流する極性の電流を検出した時間が所定の時間以上継続した時に、該圧接型サイリスタをターンオンする機能を有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項11の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は、前記直流コンデンサから前記レッグへの導電経路にリアクトルが挿入されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項12の電力変換装置であって、該リアクトルのレッグ側に該レッグと並列にコンデンサが挿入されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項12の電力変換装置であって、該レッグは半導体レッグとして構成されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項12の電力変換装置であって、前記リアクトルの前記レッグ側に前記レッグと並列にCRDスナバが挿入されていることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1乃至請求項15のいずれかの電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器の出力端子間に短絡スイッチが接続された構成を有する電力変換装置。
- 請求項16の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は直流コンデンサとは別に短絡スイッチのコイルを駆動するためのエネルギーを蓄積するコンデンサを有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項17の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は短絡スイッチのコイルを駆動するためのエネルギーを蓄積するコンデンサと直流コンデンサの間にダイオードを有し、該ダイオードは直流コンデンサ側から該蓄積用コンデンサに向かって充電できる方向に接続されたことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項17の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は短絡スイッチのコイルを駆動するためのエネルギーを蓄積するコンデンサと直流コンデンサの間にダイオードを有し、該ダイオードは直流コンデンサ側から該蓄積用コンデンサに向かってのみ充電できる方向に接続されたことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項19の電力変換装置であって、少なくとも1つの単位変換器は、蓄積用コンデンサの高圧端子からブレークオーバーサイリスタを介して短絡スイッチのコイルを経由して直流コンデンサの高圧側端子に接続された構成を有することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1乃至請求項20のいずれかの電力変換装置において、前記スイッチング素子は半導体モジュールとして格納されており、該半導体モジュールがIGBTモジュールであることを特徴とした電力変換装置。
- 単位変換器を備え、前記単位変換器は、端子と、少なくとも第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子と、直流コンデンサを有して、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子の導通/遮断によって、前記端子に前記コンデンサの電圧を出力可能に構成されており、前記単位変換器を1つまたは複数カスケード接続してアームを構成し、前記アームを少なくとも2つ接続してレッグを構成する電力変換装置を用いて交流と直流の間の電力変換する直流変電所において、
前記単位変換器の少なくとも1つの前記直流コンデンサと並列にサイリスタが接続され、前記サイリスタが導通状態となった際に、前記サイリスタの電流上昇率耐量よりも高い電流上昇率の電流を流すことができるように、前記直流コンデンサから前記サイリスタを経由する放電経路のインダクタンスを、
インダクタンス<直流コンデンサ定格電圧/圧接型サイリスタの電流上昇率耐量
の条件を満足するように構成したことを特徴とする直流変電所。 - 単位変換器を備え、前記単位変換器は、端子と、少なくとも第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子と、直流コンデンサを有して、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子の導通/遮断によって、前記端子に前記コンデンサの電圧を出力可能に構成されており、前記単位変換器を1つまたは複数カスケード接続してアームを構成し、前記アームを少なくとも2つ接続してレッグを構成する電力変換装置を用いて交流と直流の間の電力変換する直流変電システムにおいて、
前記単位変換器の少なくとも1つの前記直流コンデンサと並列にサイリスタが接続され、前記サイリスタが導通状態となった際に、前記サイリスタの電流上昇率耐量よりも高い電流上昇率の電流を流すことができるように、前記直流コンデンサから前記サイリスタを経由する放電経路のインダクタンスを、
インダクタンス<直流コンデンサ定格電圧/圧接型サイリスタの電流上昇率耐量
の条件を満足するように構成したことを特徴とする直流変電システム。 - 単位変換器を備え、前記単位変換器は、端子と、少なくとも第1のスイッチング素子と第2のスイッチング素子と、直流コンデンサを有して、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子の導通/遮断によって、前記端子に前記コンデンサの電圧を出力可能に構成されており、前記単位変換器を1つまたは複数カスケード接続してアームを構成し、前記単位変換器の少なくとも1つの前記直流コンデンサと並列にサイリスタが接続され、前記アームを少なくとも2つ接続してレッグを構成する電力変換装置を制御する電力変換装置の制御方法において、
前記直流コンデンサから前記サイリスタを経由する放電経路のインダクタンスは、インダクタンス<直流コンデンサ定格電圧/圧接型サイリスタの電流上昇率耐量の条件を満足するように選定されて、
前記サイリスタが導通状態となった際に、前記サイリスタの電流上昇率耐量よりも高い電流上昇率の電流を流す電力変換装置の制御方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012031235A JP5860720B2 (ja) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | 電力変換装置、直流変電所、直流送電システム及び電力変換装置の制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012031235A JP5860720B2 (ja) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | 電力変換装置、直流変電所、直流送電システム及び電力変換装置の制御方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013169088A JP2013169088A (ja) | 2013-08-29 |
JP5860720B2 true JP5860720B2 (ja) | 2016-02-16 |
Family
ID=49179062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012031235A Active JP5860720B2 (ja) | 2012-02-16 | 2012-02-16 | 電力変換装置、直流変電所、直流送電システム及び電力変換装置の制御方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5860720B2 (ja) |
Families Citing this family (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6131197B2 (ja) * | 2014-01-07 | 2017-05-17 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置および電力変換装置の故障検出方法 |
EP3745581B1 (en) * | 2014-03-05 | 2022-11-30 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
EP3163729B1 (en) | 2014-06-30 | 2022-04-20 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
US9871437B2 (en) | 2014-07-10 | 2018-01-16 | University-Industry Foundation(UIF) | Fault current reduction structure of multi-level converter and apparatus using the fault current reduction structure |
EP3206288B1 (en) * | 2014-10-08 | 2023-03-08 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
EP3206289B1 (en) * | 2014-10-08 | 2021-09-29 | Mitsubishi Electric Corporation | Power conversion device |
CN104465052A (zh) * | 2014-11-19 | 2015-03-25 | 广州高澜节能技术股份有限公司 | 一种变压器中性点电阻式抑直装置 |
GB2534348A (en) * | 2014-11-21 | 2016-07-27 | Reinhausen Maschf Scheubeck | Active Snubber |
US10367428B2 (en) * | 2015-06-15 | 2019-07-30 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Power conversion device |
JP6351878B1 (ja) * | 2016-09-02 | 2018-07-04 | 三菱電機株式会社 | バスバー構造体およびこれを用いた電力変換装置 |
CN211930497U (zh) * | 2017-02-15 | 2020-11-13 | 西门子股份公司 | 变换器模块和电压中间电路变换器 |
US11320493B2 (en) | 2017-07-07 | 2022-05-03 | Siemens Energy Global GmbH & Co. KG | Electric short-circuit device |
EP3614543A1 (en) * | 2018-08-20 | 2020-02-26 | General Electric Technology GmbH | Switching valve |
EP3621190A1 (en) * | 2018-09-06 | 2020-03-11 | ABB Schweiz AG | Improved protection method for a semiconductor module based chain-link or mmc cell by a dc crow-bar |
DE112020003399T5 (de) | 2019-07-12 | 2022-04-07 | Rohm Co., Ltd. | Halbleiterbauteil |
JP7347161B2 (ja) * | 2019-11-26 | 2023-09-20 | 富士電機株式会社 | 電力変換装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000316232A (ja) * | 1999-04-28 | 2000-11-14 | Hitachi Ltd | 電力変換器の保護装置 |
JP2001238460A (ja) * | 2000-02-24 | 2001-08-31 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
DE102005040543A1 (de) * | 2005-08-26 | 2007-03-01 | Siemens Ag | Stromrichterschaltung mit verteilten Energiespeichern |
ES2369570T3 (es) * | 2006-12-08 | 2011-12-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Elementos de protección de semiconductores para controlar cortocircuitos en el lado cc en el caso de convertidores indirectos de tensión. |
-
2012
- 2012-02-16 JP JP2012031235A patent/JP5860720B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013169088A (ja) | 2013-08-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5860720B2 (ja) | 電力変換装置、直流変電所、直流送電システム及び電力変換装置の制御方法 | |
EP2786479B1 (en) | Power converter | |
US9438136B2 (en) | Converter for electric power | |
Ladoux et al. | On the potential of IGCTs in HVDC | |
JP5941631B2 (ja) | 電力変換装置 | |
US9780557B2 (en) | Electrical apparatus | |
JP5202528B2 (ja) | 電力変換器 | |
US20160268915A1 (en) | Submodule for modular multi-level converter and application thereof | |
RU2592640C2 (ru) | Линейный защитный автомат постоянного напряжения | |
US11139733B2 (en) | Modular multilevel converter sub-module having DC fault current blocking function and method of controlling the same | |
US9654023B2 (en) | DC side fault isolator for high voltage DC convertors | |
JP2010512135A (ja) | 電圧形インバータの直流側短絡を制御するための半導体保護素子 | |
CN102347685A (zh) | 三电平功率转换器件 | |
JP6646870B2 (ja) | チョッパ装置 | |
US10530243B2 (en) | Power conversion device with malfunction detection | |
US9564797B2 (en) | Indirect matrix converter | |
JP2015162999A (ja) | 電力変換装置、及び電力変換装置の制御方法 | |
CN211670775U (zh) | 多相多级变流器 | |
JP2015032984A (ja) | 半導体素子の駆動装置およびそれを用いた電力変換装置 | |
CN113258809A (zh) | 使故障转换器子模块短路的方法和支持该方法的功率转换器 | |
Bordignon et al. | HV submodule technology based on press pack IGBT for largest scale VSC-HVDC application | |
CN111712982B (zh) | 故障处理 | |
JP6424976B1 (ja) | 直流遮断装置 | |
US20210359617A1 (en) | Electrical assembly | |
JP7395417B2 (ja) | 遮断装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140819 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150415 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150421 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150617 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20151124 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20151221 |
|
R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5860720 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |