JP6875604B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力変換ユニットが積載されたステージが積み重ねられた電力変換装置に関する。

従来から、電力変換ユニットが積載されたステージが積み重ねられた電力変換装置が知られている。たとえば、特開平１０−３２３０１５号公報（特許文献１）には、高速スイッチング素子スタックおよび、高速ダイオードスタックが積載されたステージが積み重ねられた半導体電力変換装置が開示されている。

特開平１０−３２３０１５号公報

電力変換ユニットが積載されたステージの積み重ね数が増加するほど、電力変換装置の重心が高くなるため、電力変換ユニットの安定性が低下する。その結果、電力変換装置の耐震性が低下し得る。

たとえばブレース構造を有するサポート部材をステージ間に固定することにより、電力変換装置の耐震性を向上させることができる。しかし、ブレース構造を有するサポート部材には、電力変換装置のステージ間の間隔等に合わせた精密な設計が必要となることが多い。

本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、電力変換ユニットが積載されたステージが積み重ねられた電力変換装置において、製造コストおよび組立コストを低減しながら、当該電力変換装置の耐震性を向上させることである。

本発明に係る電力変換装置は、ベースと、第１ステージと、第１支持部と、第１パネルと、第２パネルとを備える。第１ステージには、少なくとも１つの第１電力変換ユニットが積載されている。第１支持部は、ベースの法線方向に延在し、ベースおよび第１ステージに固定されている。第１パネルおよび第２パネルは、ベースに配置され、法線方向に第１ステージを支持する。第１パネルおよび第２パネルは、互いに交差するように一体的に形成されている。

本発明に係る電力変換装置によれば、互いに交差するように一体的に形成された第１パネルおよび第２パネルにより、製造コストおよび組立コストを低減しながら、耐震性を向上させることができる。

実施の形態に係る電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。 図１のアームの外観斜視図である。 図２のベースに配置されたサポート部材の外観斜視図である。 図２のベースに配置されたサポート部材をＺ軸方向から平面視した図である。 図２のステージに配置されたサポート部材の外観斜視図である。 図２のステージに配置されたサポート部材をＺ軸方向から平面視した図である。 比較例に係る電力変換装置の外観斜視図である。

図１は、実施の形態に係る電力変換装置１００の構成を示す回路ブロック図である。図１に示されるように、電力変換装置１００は、モジュラー・マルチレベル変換器（Modular Multilevel Converter：以下、ＭＭＣと称する）２と、ＭＭＣ２を制御する制御装置３とを備える。高耐圧大容量化が可能なＭＭＣ２を備える電力変換装置１００によれば、たとえば超高圧直流送電（ＵＨＶＤＣ：UltraHigh−Voltage Direct Current）を行なうことができる。

ＭＭＣ２は、変圧器４を介して電力系統１に接続されている。ＭＭＣ２は、変圧器４と、三相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）の交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬとを含む。変圧器４は、３つの一次巻線および３つの二次巻線を含む。３つの一次巻線は、電力系統１の三相の送電線１ｕ，１ｖ，１ｗにそれぞれ接続される。３つの二次巻線は、交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬの一方端子にそれぞれ接続される。

ＭＭＣ２は、アームＡ１〜Ａ３をさらに含む。アームＡ１は、交流ラインＵＬの他方端子と交流ラインＶＬの他方端子との間に接続される。アームＡ２は、交流ラインＶＬの他方端子と交流ラインＷＬの他方端子との間に接続される。アームＡ３は交流ラインＷＬの他方端子と交流ラインＵＬの他方端子との間に接続される。すなわち、アームＡ１〜Ａ３はデルタ結線で接続されている。

アームＡ１〜Ａ３の各々は、直列に接続された複数の電力変換ユニットＵを有する。複数の電力変換ユニットＵの各々は、制御装置３からの制御信号に従って双方向の電力変換を行なう。

図２は、図１のアームＡ１の外観斜視図である。図２に示されるように、電力変換装置１００は、電力変換ユニットＵ１〜Ｕ１６と、ステージＳＴ１（第１ステージ）と、ステージＳＴ２（第２ステージ）と、サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂと、ベースＢＳ１と、ベース支柱Ｐ１１〜Ｐ２５（第１支持部）と、ステージ支柱Ｐ１〜Ｐ９と（第２支持部）とを備える。電力変換ユニットＵ１〜Ｕ１６の各々は、図１の電力変換ユニットＵに対応する。電力変換ユニットＵ１〜Ｕ１６は、直列に接続されている。

ベースＢＳ１の法線方向（Ｚ軸方向）に延在するベース支柱Ｐ１１〜Ｐ２５の各々は、ベースＢＳ１およびステージＳＴ１に固定されている。ステージＳＴ１には、電力変換ユニットＵ１〜Ｕ８が積載されている。ベース支柱Ｐ１１〜Ｐ２５は、外周部分に碍子Ｇ１１〜Ｇ２５をそれぞれ含む。すなわち、ベース支柱Ｐ１１〜Ｐ２５の各外周面は、絶縁体で形成されている。ベース支柱Ｐ１１〜Ｐ２５の各外周面が、絶縁体で形成されていることにより、電力変換装置１００の動作時にベースＢＳ１とステージＳＴ１との間に電位差が生じても、ベース支柱Ｐ１１〜Ｐ２５に接触することによる感電を抑制することができる。

サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂの各々は、ベースＢＳ１に配置され、Ｚ軸方向にステージＳＴ１を支持する。サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂは、ステージＳＴ１の揺れを抑制するため、電力変換装置１００の耐震性を向上させることができる。

図３は、図２のベースＢＳ１に配置されたサポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ各々の外観斜視図である。図４は、図２のベースＢＳ１に配置されたサポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ各々をＺ軸方向から平面視した図である。図３，図４においては、サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂをＳ１として参照する。

図３および図４に示されるように、サポート部材Ｓ１は、パネルＳ１１（第１パネル）と、パネルＳ１２（第２パネル）とを含む。パネルＳ１１，Ｓ１２は、互いに直交するように一体的に形成されている。パネルＳ１１，Ｓ１２の各々は、絶縁体で形成されている。

パネルＳ１１，Ｓ１２が互いに直交していることにより、どのような方向の振動に対してもパネルＳ１１，Ｓ１２によってステージＳＴ１がバランスよく支持されるため、電力変換装置１００の耐震性をより向上させることができる。また、パネルＳ１１，Ｓ１２の各々が絶縁体で形成されていることにより、電力変換装置１００の動作時に生じたベースＢＳ１とステージＳＴ１との間の電位差が維持されるため、電力変換装置１００の動作への影響を防止することができる。

再び図２を参照して、ステージＳＴ１とＳＴ２とは、Ｚ軸方向に伸びるステージ支柱Ｐ１〜Ｐ９によって接続されている。ステージＳＴ２には、電力変換ユニットＵ９〜Ｕ１６が積載されている。ステージ支柱Ｐ１〜Ｐ９は、外周部分に碍子Ｇ１〜Ｇ９をそれぞれ含む。すなわち、ステージ支柱Ｐ１〜Ｐ９の各外周面は、絶縁体で形成されている。ステージ支柱Ｐ１〜Ｐ９の各外周面が絶縁体で形成されていることにより、電力変換装置１００の動作時にステージＳＴ１とＳＴ２との間に電位差が生じても、ステージ支柱Ｐ１〜Ｐ９に接触することによる感電を抑制することができる。

サポート部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの各々は、ステージＳＴ１に配置され、Ｚ軸方向にステージＳＴ２を支持する。サポート部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂは、ステージＳＴ２の揺れを抑制するため、電力変換装置１００の耐震性を向上させることができる。

図５は、図２のステージＳＴ１に配置されたサポート部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ各々の外観斜視図である。図６は、図２のステージＳＴ１に配置されたサポート部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ各々をＺ軸方向から平面視した図である。図５，図６においては、サポート部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂをＳ２として参照する。

図５および図６に示されるように、サポート部材Ｓ２は、パネルＳ２１（第３パネル）と、パネルＳ２２（第４パネル）と、パネルＳ２３（第４パネル）とを含む。パネルＳ２１，パネルＳ２２は、互いに直交するように一体的に形成されている。パネルＳ２１，Ｓ２３は、互いに直交するように一体的に形成されている。パネルＳ２１〜Ｓ２３の各々は、絶縁体で形成されている。

パネルＳ２１，Ｓ２２が互いに直交するとともに、パネルＳ２１，Ｓ２３が互いに直交していることにより、どのような方向の振動に対してもパネルＳ２１〜Ｓ２３によってステージＳＴ２がバランスよく支持されるため、電力変換装置１００の耐震性をより向上させることができる。また、パネルＳ２１〜Ｓ２３の各々が絶縁体で形成されていることにより、電力変換装置１００の動作時に生じたステージＳＴ１とＳＴ２との間の電位差が維持されるため、電力変換装置１００の動作への影響を防止することができる。

図７は、比較例に係る電力変換装置９００の外観斜視図である。電力変換装置９００の構成は、図２の電力変換装置１００の構成からサポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂが除かれて、サポート部材Ｓ９ａ〜Ｓ９ｈが加えられた構成である。これら以外の構成は同様であるため説明を繰り返さない。

図７に示されるように、サポート部材Ｓ９ａ〜Ｓ９ｈの各々は、２つの柱状部材が互いに交差するように一体的に形成されたブレース構造を有する。サポート部材Ｓ９ａ〜Ｓ９ｄの各々は、ベースＢＳ１，ステージＳＴ１に固定されている。サポート部材Ｓ９ｅ〜Ｓ９ｈの各々は、ステージＳＴ１，ＳＴ２に固定されている。

図７のサポート部材Ｓ９ａ〜Ｓ９ｄの各々においては、ベースＢＳ１とステージＳＴ１との間隔に合わせて２つの柱状部材の交差角度をおよび柱状部材の長さを決定してブレース構造を形成する必要がある。同様に、サポート部材Ｓ９ｅ〜Ｓ９ｈの各々においては、ステージＳＴ１とＳＴ２との間隔に合わせて２つの柱状部材の交差角度および長さを決定してブレース構造を形成する必要がある。

図２のサポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂの各々においては、ベースＢＳ１とステージＳＴ１との間隔に合わせて各パネルの高さを決定する必要がある一方、２つのパネルの交差角度は当該間隔とは無関係に決定することができる。同様に、サポート部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの各々においては、ステージＳＴ１とＳＴ２との間隔に合わせて各パネルの高さを決定する必要がある一方、２つのパネルの交差角度は当該間隔とは無関係に決定することができる。

サポート部材Ｓ９ａ〜Ｓ９ｄにおいては、サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂよりも精密な設計が必要とされる。そのため、サポート部材Ｓ９ａ〜Ｓ９ｄの各々の製造コストは、サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂの各々の製造コストよりも高くなり得る。サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを用いることにより、電力変換装置１００の製造コストを電力変換装置９００の製造コストよりも低減することができる。

また、サポート部材Ｓ９ａ〜Ｓ９ｄの各々は、ベースＢＳ１，ステージＳＴ１に固定される必要がある。同様に、サポート部材Ｓ９ｅ〜Ｓ９ｈの各々は、ステージＳＴ１，ＳＴ２に固定される必要がある。一方、サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂはベースＢＳ１，ステージＳＴ１に固定される必要はなく、サポート部材Ｓ２ａ，Ｓ２ｂはステージＳＴ１，ＳＴ２に固定される必要はない。そのため、図７の電力変換装置９００の組立コストは、図２の電力変換装置１００の組立コストよりも高くなり得る。サポート部材Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂを用いることにより、電力変換装置１００の組立コストを電力変換装置９００の組立コストよりも低減することができる。

以上、実施の形態に係る電力変換装置によれば、製造コストおよび組立コストを低減しながら、耐震性を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 電力系統、１ｕ〜１ｗ 送電線、３ 制御装置、４ 変圧器、１００，９００ 電力変換装置、Ａ１〜Ａ３ アーム、ＢＳ１ ベース、Ｇ１〜Ｇ９，Ｇ１１〜Ｇ２５ 碍子、Ｐ１〜Ｐ９ ステージ支柱、Ｐ１１〜Ｐ２５ ベース支柱、Ｓ１，Ｓ１ｂ，Ｓ１ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ２ａ，Ｓ２，Ｓ９ａ〜Ｓ９ｈ サポート部材、Ｓ１１，Ｓ１２，Ｓ２１〜Ｓ２３ パネル、ＳＴ１，ＳＴ２ ステージ、Ｕ，Ｕ１〜Ｕ１６ 電力変換ユニット、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ 交流ライン。

Claims (8)

1. ベースと、
   少なくとも１つの第１電力変換ユニットが積載された第１ステージと、
   前記ベースの法線方向に延在し、前記ベースおよび前記第１ステージに固定された第１支持部と、
   前記ベースに配置され、前記法線方向に前記第１ステージを支持する第１パネルおよび第２パネルとを備え、
   前記第１パネルおよび前記第２パネルは、互いに交差するように一体的に形成されている、電力変換装置。
2. 前記第１パネルは、前記第２パネルに直交している、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１パネルおよび前記第２パネルの各々は、絶縁体で形成されている、請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１支持部は、前記法線方向に延在し、外周面が絶縁体で形成された複数のベース支柱を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 少なくとも１つの第２電力変換ユニットが積載された第２ステージと、
   前記法線方向に延在し、前記第１ステージおよび前記第２ステージに固定された第２支持部と、
   前記第１ステージに配置され、前記法線方向に前記第２ステージを支持する第３パネルおよび第４パネルとをさらに備え、
   前記第３パネルおよび前記第４パネルは、互いに交差するように一体的に形成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
6. 前記第３パネルは、前記第４パネルに直交している、請求項５に記載の電力変換装置。
7. 前記第３パネルおよび前記第４パネルの各々は、絶縁体で形成されている、請求項５または６に記載の電力変換装置。
8. 前記第２支持部は、前記法線方向に延在し、外周面が絶縁体で形成された複数のステージ支柱を含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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