JP7380206B2 - power converter - Google Patents
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Description
本発明は、半導体スイッチを備えた電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device including a semiconductor switch.
大容量・高圧用途に適した次世代トランスレス電力変換装置としてのモジューラーマルチレベルカスケード変換器に設けられたセル変換器が故障しても運転を継続できる技術が知られている(例えば特許文献1)。 There is a known technology that allows continued operation even if a cell converter installed in a modular multilevel cascade converter as a next-generation transformerless power converter suitable for large-capacity, high-voltage applications fails (for example, Patent Document 1).
従来の電力変換装置は、複数クラスタに亘って2台以上のセル変換器が同時に故障した場合や、同一クラスタ内で2台以上のセル変換器が同時に故障した場合に定格運転を継続することができないという問題を有している。 Conventional power conversion equipment cannot continue rated operation if two or more cell converters in multiple clusters fail simultaneously, or if two or more cell converters in the same cluster fail at the same time. The problem is that it cannot be done.
本発明の目的は、複数クラスタに亘って2台以上のセル変換器が同時に故障した場合や、同一クラスタ内で2台以上のセル変換器が同時に故障した場合でも定格運転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 purpose of the present invention is to be able to continue rated operation even if two or more cell converters in multiple clusters fail at the same time, or even if two or more cell converters in the same cluster fail at the same time. An object of the present invention is to provide a power conversion device.
上記目的を達成するために、本発明の一態様による電力変換装置は、正電圧及び負電圧が出力される2個の外部出力端子を有する電力変換部と前記2個の外部出力端子の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチとを備えるセル変換器を複数直列接続してなる複数のクラスタと、前記電力変換部を有する予備セル変換器を複数台有する予備セル変換器群と、前記複数のクラスタと前記予備セル変換器群とを接続するための複数のスイッチを有するスイッチ群と、前記セル変換器の故障を判別し、故障信号を出力する故障検出部と、前記故障検出部の故障信号に基づき、該当する複数のセル変換器のバイパススイッチを短絡するとともに、前記スイッチ群から選択したスイッチを制御し、短絡した前記複数のセル変換器の替わりに前記予備セル変換器をそれぞれ接続させる制御部と、を備え、前記予備セル変換器群は、第一予備セル変換器、第二予備セル変換器及び第三予備セル変換器を有し、前記スイッチ群は、前記複数のクラスタのいずれかと前記第一予備セル変換器とを接続可能な第一スイッチ部と、前記複数のクラスタのいずれかと前記第二予備セル変換器とを接続可能な第二スイッチ部と、前記複数のクラスタのいずれかと前記第三予備セル変換器とを接続可能な第三スイッチ部と、前記第一予備セル変換器、前記第二予備セル変換器及び前記第三予備セル変換器のいずれかの正極側と中性点とを接続可能な第四スイッチ部と、前記第一予備セル変換器、前記第二予備セル変換器及び前記第三予備セル変換器のいずれかの負極側と前記中性点とを接続可能な第五スイッチ部と、前記第一予備セル変換器の負極側と前記第二予備セル変換器の正極側、第二予備セル変換器の負極側と前記第三予備セル変換器の正極側、の少なくとも一方を接続可能な第六スイッチ部とを有する。 In order to achieve the above object, a power conversion device according to one aspect of the present invention includes a power conversion unit having two external output terminals from which a positive voltage and a negative voltage are output, and a power conversion unit that connects the two external output terminals. a plurality of clusters formed by connecting a plurality of cell converters in series each including a bypass switch provided so as to be short-circuitable; a spare cell converter group having a plurality of spare cell converters each having the power conversion section; a switch group having a plurality of switches for connecting a cluster and the spare cell converter group; a failure detection unit that determines a failure of the cell converter and outputs a failure signal; and a failure signal of the failure detection unit. Based on this, the bypass switches of the plurality of cell converters concerned are short-circuited, and a switch selected from the switch group is controlled to connect each of the spare cell converters in place of the short-circuited plurality of cell converters. The spare cell converter group includes a first spare cell converter, a second spare cell converter, and a third spare cell converter, and the switch group is connected to any one of the plurality of clusters. a first switch unit that can be connected to the first spare cell converter; a second switch unit that can connect any one of the plurality of clusters to the second spare cell converter; and one of the plurality of clusters. a third switch unit connectable with the third spare cell converter; and a positive electrode side and a neutral side of any one of the first spare cell converter, the second spare cell converter, and the third spare cell converter. a fourth switch unit that is connectable to the neutral point, and a negative electrode side of any one of the first spare cell converter, the second spare cell converter, and the third spare cell converter to the neutral point. a fifth switch section, a negative side of the first spare cell converter, a positive side of the second spare cell converter, a negative side of the second spare cell converter and a positive side of the third spare cell converter, and a sixth switch part to which at least one of the above can be connected .
本発明の一態様によれば、複数クラスタに亘って2台以上のセル変換器が同時に故障した場合や、同一クラスタ内で2台以上のセル変換器が同時に故障した場合のどちらでも定格運転を継続することができる。 According to one aspect of the present invention, rated operation can be maintained even when two or more cell converters across multiple clusters fail simultaneously or when two or more cell converters fail simultaneously within the same cluster. Can be continued.
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9を用いて説明する。本実施形態による電力変換装置について、電力系統に連系することができる三相モジュラーマルチレベル変換器(Modular Multilevel Converter:MMC)を例にとって説明する。 A power conversion device according to an embodiment of the present invention will be described using FIGS. 1 to 9. The power conversion device according to the present embodiment will be described by taking as an example a three-phase modular multilevel converter (MMC) that can be connected to a power grid.
(電力制御システム)
本実施形態による電力変換装置が用いられる電力制御システムについて図1を用いて説明する。図1は、本実施形態による電力変換装置1が用いられる電力制御システムPSの概略構成を示す回路ブロック図である。
(power control system)
A power control system using the power converter according to this embodiment will be described using FIG. 1. FIG. 1 is a circuit block diagram showing a schematic configuration of a power control system PS in which a
図1に示すように、電力制御システムPSは、三相電力系統2と、三相電力系統2から供給される電力を電源として動作する負荷装置(不図示)と、三相電力系統2に連系する電力変換装置1とを備えている。三相電力系統2は、三相の交流電力を生成する三相交流電源(不図示)と、三相交流電源で生成された電力が供給されるケーブル21とを有している。ケーブル21は、三相交流電源で生成されたU相の交流電力が供給されるU相ケーブル211と、三相交流電源で生成されたV相の交流電力が供給されるV相ケーブル212と、三相交流電源で生成されたW相の交流電力が供給されるW相ケーブル213とを有している。
As shown in FIG. 1, the power control system PS includes a three-
(電力変換装置)
次に、電力制御システムPSに設けられた電力変換装置1の構成について図1及び図2を用い説明する。
図1に示すように、本実施形態による電力変換装置1は、三相電力系統2に連系されたクラスタ部3と、クラスタ部3が故障した場合に使用される予備セル変換器群5と、クラスタ部3と予備セル変換器群5とを適宜接続するスイッチ群7と、クラスタ部3、予備セル変換器群5及びスイッチ群7を制御する制御装置(制御部の一例)9とを備えている。
(Power converter)
Next, the configuration of the
As shown in FIG. 1, the
クラスタ部3は、正電圧及び負電圧が出力される2個の外部出力端子T1,T2を有する電力変換部EPCと2個の外部出力端子T1,T2の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチSw_bとを備えるセル変換器31u-1,31u-2,31u-3を複数直列接続してなるU相クラスタ(第一クラスタの一例)31uを備えている。なお、図1及び後述する図3から図9では、電力変換部EPC、外部出力端子T1,T2及びバイパススイッチSw_bの参照符号は、セル変換器31u-1及び第一予備セル変換器51(詳細は後述)のみに付されている。U相クラスタ31uは、三相電力系統2のU相ケーブル211とセル変換器31u-1との間に接続されたリアクトル31uLを有している。より具体的には、リアクトル31uLの一端子はU相ケーブル211に接続され、リアクトル31uLの他端子はセル変換器31u-1の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31u-1の外部出力端子T2はセル変換器31u-2の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31u-2の外部出力端子T2はセル変換器31u-3の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31u-1,31u-2,31u-3において例えば、外部出力端子T1側が正極側となり、外部出力端子T2側が負極側となる。詳細は後述するが、セル変換器31u-3の外部出力端子T2はスイッチ群7に接続されている。
The
クラスタ部3は、正電圧及び負電圧が出力される2個の外部出力端子T1,T2を有する電力変換部EPCと2個の外部出力端子T1,T2の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチSw_bとを備えるセル変換器31v-1,31v-2,31v-3を複数直列接続してなるV相クラスタ(第二クラスタの一例)31vを備えている。V相クラスタ31vは、三相電力系統2のV相ケーブル212とセル変換器31v-1との間に接続されたリアクトル31vLを有している。より具体的には、リアクトル31vLの一端子はV相ケーブル212に接続され、リアクトル31vLの他端子はセル変換器31v-1の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31v-1の外部出力端子T2はセル変換器31v-2の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31v-2の外部出力端子T2はセル変換器31v-3の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31v-1,31v-2,31v-3において例えば、外部出力端子T1側が正極側となり、外部出力端子T2側が負極側となる。詳細は後述するが、セル変換器31v-3の外部出力端子T2はスイッチ群7に接続されている。
The
クラスタ部3は、正電圧及び負電圧が出力される2個の外部出力端子T1,T2を有する電力変換部EPCと2個の外部出力端子T1,T2の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチSw_bとを備えるセル変換器31w-1,31w-2,31w-3複数直列接続してなるW相クラスタ(第三クラスタの一例)31wを備えている。W相クラスタ31wは、三相電力系統2のW相ケーブル213とセル変換器31w-1との間に接続されたリアクトル31wLを有している。より具体的には、リアクトル31wLの一端子はW相ケーブル213に接続され、リアクトル31wLの他端子はセル変換器31w-1の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31w-1の外部出力端子T2はセル変換器31w-2の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31w-2の外部出力端子T2はセル変換器31w-3の外部出力端子T1に接続されている。セル変換器31w-1,31w-2,31w-3において例えば、外部出力端子T1側が正極側となり、外部出力端子T2側が負極側となる。詳細は後述するが、セル変換器31w-3の外部出力端子T2はスイッチ群7に接続されている。
The
U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、複数のクラスタに相当する。セル変換器31u-1,31u-2,31u-3、セル変換器31v-1,31v-2,31v-3及びセル変換器31w-1,31w-2,31w-3の具体的な構成については後述する。
The
電力変換装置1は、正電圧及び負電圧が出力される2個の外部出力端子T1,T2を有する電力変換部EPCを備える予備セル変換器を複数台有する予備セル変換器群5を備えている。本実施形態では、予備セル変換器群5に備えられた予備セル変換器はそれぞれ、2個の外部出力端子T1,T2の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチSw_bを有している。予備セル変換器群5は、複数台の予備セル変換器として、例えば第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を有している。本実施形態では、予備セル変換器群5は、複数台の予備セル変換器として、例えば第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を有している。第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53において例えば、外部出力端子T1側が正極側となり、外部出力端子T2側が負極側となる。第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53の具体的な構成については後述する。
The
電力変換装置1は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wと予備セル変換器群5とを接続するための複数のスイッチを有するスイッチ群7を備えている。
The
より具体的には、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのいずれかと第一予備セル変換器51とを接続可能な第一スイッチ部71を有している。また、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのいずれかと第二予備セル変換器52とを接続可能な第二スイッチ部72を有している。また、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのいずれかと第三予備セル変換器53とを接続可能な第三スイッチ部73を有している。また、スイッチ群7は、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53のいずれかの正極側と中性点N(詳細は後述)とを接続可能な第四スイッチ部74を有している。また、スイッチ群7は、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53のいずれかの正極側と中性点Nとを接続可能な第五スイッチ部75を有している。さらに、スイッチ群7は、第一予備セル変換器51の負極側と第二予備セル変換器52の正極側、第二予備セル変換器52の負極側と第三予備セル変換器53の正極側、の少なくとも一方を接続可能な第六スイッチ部76を有している。
More specifically, the switch group 7 includes a
第一スイッチ部71は、スイッチSw_u1、スイッチSw_v1及びスイッチSw_w1を有している。スイッチSw_u1の一端子はU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_v1の一端子はV相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_w1の一端子はW相クラスタ31wに設けられたセル変換器31w-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_u1の他端子、スイッチSw_v1の他端子及びスイッチSw_w1の他端子は、互いに接続されて第一予備セル変換器51の外部出力端子T1に接続されている。
The
第二スイッチ部72は、スイッチSw_u2、スイッチSw_v2及びスイッチSw_w2を有している。スイッチSw_u2の一端子はセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_v2の一端子はセル変換器31v-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_w2の一端子はセル変換器31w-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_u2の他端子、スイッチSw_v2の他端子及びスイッチSw_w2の他端子は、互いに接続されて第二予備セル変換器52の外部出力端子T1に接続されている。
The
第三スイッチ部73は、スイッチSw_u3、スイッチSw_v3及びスイッチSw_w3を有している。スイッチSw_u3の一端子はセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_v3の一端子はセル変換器31v-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_w3の一端子はセル変換器31w-3の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_u3の他端子、スイッチSw_v3の他端子及びスイッチSw_w3の他端子は、互いに接続されて第三予備セル変換器53の外部出力端子T1に接続されている。
The
第四スイッチ部74は、スイッチSw_n_u、スイッチSw_n_v及びスイッチSw_n_wを有している。スイッチSw_n_uの一端子は、セル変換器31u-3の外部出力端子T2及びスイッチSw_u1,Sw_u2,Sw_u3のそれぞれの一端子に接続されている。スイッチSw_n_vの一端子は、セル変換器31v-3の外部出力端子T2及びスイッチSw_v1,Sw_v2,Sw_v3のそれぞれの一端子に接続されている。スイッチSw_n_wの一端子は、セル変換器31w-3の外部出力端子T2及びスイッチSw_w1,Sw_w2,Sw_w3のそれぞれの一端子に接続されている。スイッチSw_n_uの他端子、スイッチSw_n_vの他端子及びスイッチSw_n_wの他端子は、互いに接続されている。
The
第五スイッチ部75は、スイッチSw_n_1、スイッチSw_n_2及びスイッチSw_n_3を有している。スイッチSw_n_1の一端子は、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_n_2の一端子は、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_n_3の一端子は、第三予備セル変換器53の外部出力端子T2に接続されている。スイッチSw_n_1の他端子、スイッチSw_n_2の他端子及びスイッチSw_n_3の他端子は、互いに接続されてスイッチSw_n_u,Sw_n_v,Sw_n_wの他端子に接続されている。
The
第六スイッチ部76は、スイッチSw_uv及びスイッチSw_vwを有している。スイッチSw_uvの一端子は、第二スイッチ部72のスイッチSw_u2,Sw_v2,Sw_w2のそれぞれの他端子に接続されている。スイッチSw_uvの他端子は、スイッチSw_n_1の一端子に接続されている。スイッチSw_uvの他端子は、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2にも接続されている。スイッチSw_vwの一端子は、第三スイッチ部73のスイッチSw_u3,Sw_v3,Sw_w3のそれぞれの他端子に接続されている。スイッチSw_vwの他端子は、スイッチSw_n_2の一端子に接続されている。スイッチSw_vwの他端子は、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2にも接続されている。
The
スイッチSw_uvの一端子は、第二予備セル変換器52の外部出力端子T1にも接続されている。スイッチSw_vwの一端子は、第三予備セル変換器53の外部出力端子T1にも接続されている。このため、第六スイッチ部76は、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2と第二予備セル変換器52の外部出力端子T1との接続状態及び非接続状態を切り替えることができる。また、第六スイッチ部76は、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2と第三予備セル変換器53の外部出力端子T1との接続状態及び非接続状態を切り替えることができる。
One terminal of the switch Sw_uv is also connected to the external output terminal T1 of the second
セル変換器31u-1,31u-2,31u-3、セル変換器31v-1,31v-2,31v-3、セル変換器31w-1,31w-2,31w-3、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53は、互いに同一の構成を有している。そこで、セル変換器31u-1,31u-2,31u-3、セル変換器31v-1,31v-2,31v-3、セル変換器31w-1,31w-2,31w-3、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53の具体的な回路構成について、セル変換器31u-1を例にとって説明する。
図2に示すように、セル変換器31u-1は、外部出力端子T1、T2を有する電力変換部EPCと、外部出力端子T1,T2の間を短絡可能に設けられたバイパススイッチSw_bとを有している。電力変換部EPCは、ブリッジ接続された複数の半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdを有するブリッジ部BGと、ブリッジ部BGに並列接続された直流コンデンサCとを有している。
As shown in FIG. 2, the
より具体的には、電力変換部EPCは、直列に接続された複数(本実施形態では2個)の半導体モジュールMa及び半導体モジュールMbと、直列に接続された複数(本実施形態では2個)の半導体モジュールMc及び半導体モジュールMdを有している。半導体モジュールMa及び半導体モジュールMbと、半導体モジュールMc及び半導体モジュールMdとは、並列に接続されている。さらに、セル変換器31u-1は、半導体モジュールMa,Mb及び半導体モジュールMc,Mdに並列に接続された直流コンデンサCを有している。
More specifically, the power conversion unit EPC includes a plurality of semiconductor modules Ma and a semiconductor module Mb connected in series (two in this embodiment), and a plurality of semiconductor modules Ma and Mb connected in series (two in this embodiment). It has a semiconductor module Mc and a semiconductor module Md. Semiconductor module Ma and semiconductor module Mb, and semiconductor module Mc and semiconductor module Md are connected in parallel. Further, the
半導体モジュールMaは、半導体スイッチQaと、半導体スイッチQaに逆並列接続された還流用ダイオードDaとを有している。半導体モジュールMbは、半導体スイッチQbと、半導体スイッチQbに逆並列接続された還流用ダイオードDbとを有している。半導体モジュールMcは、半導体スイッチQcと、半導体スイッチQcに逆並列接続された還流用ダイオードDcとを有している。半導体モジュールMdは、半導体スイッチQdと、半導体スイッチQdに逆並列接続された還流用ダイオードDdとを有している。 The semiconductor module Ma includes a semiconductor switch Qa and a freewheeling diode Da connected in antiparallel to the semiconductor switch Qa. The semiconductor module Mb includes a semiconductor switch Qb and a freewheeling diode Db connected in antiparallel to the semiconductor switch Qb. The semiconductor module Mc includes a semiconductor switch Qc and a freewheeling diode Dc connected in antiparallel to the semiconductor switch Qc. The semiconductor module Md includes a semiconductor switch Qd and a freewheeling diode Dd connected in antiparallel to the semiconductor switch Qd.
したがって、セル変換器31u-1は、直列接続された2個の半導体スイッチQa,Qbと、2個の半導体スイッチQa,Qbに並列接続された直流コンデンサCとを有している。さらに、セル変換器31u-1は、直列接続された2個の半導体スイッチQc,Qcを有している。2個の半導体スイッチQc,Qcは、2個の半導体スイッチQa,Qb及び直流コンデンサCに並列に接続されている。
Therefore, the
本実施形態では、半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qd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Qaのドレイン端子は、還流用ダイオードDaのカソード端子、半導体スイッチQcのドレイン端子及び還流用ダイオードDcのカソード端子に接続されている。半導体スイッチQaのソース端子は、還流用ダイオードDaのアノード端子、半導体スイッチQbのドレイン端子及び還流用ダイオードDbのカソード端子に接続されている。半導体スイッチQaのゲート端子は、制御装置9(図2では不図示、図1参照)に接続されている。これにより、半導体スイッチQaのゲート端子には制御装置9から出力される制御信号GP_uが入力され、半導体スイッチQaのオン(導通)/オフ(非導通)が制御される。
In this embodiment, the semiconductor switches Qa, Qb, Qc, and Qd are composed of power semiconductor elements, such as n-type SiC-MOSFETs. The drain terminal of the semiconductor switch Qa is connected to the cathode terminal of the freewheeling diode Da, the drain terminal of the semiconductor switch Qc, and the cathode terminal of the freewheeling diode Dc. The source terminal of the semiconductor switch Qa is connected to the anode terminal of the freewheeling diode Da, the drain terminal of the semiconductor switch Qb, and the cathode terminal of the freewheeling diode Db. A gate terminal of the semiconductor switch Qa is connected to a control device 9 (not shown in FIG. 2, see FIG. 1). As a result, the control signal GP_u output from the
半導体スイッチQbのソース端子は、半導体スイッチQdのソース端子及び還流用ダイオードDdのアノード端子に接続されている。半導体スイッチQbのゲート端子は、制御装置9に接続されている。これにより、半導体スイッチQbのゲート端子には制御装置9から出力される制御信号GP_uが入力され、半導体スイッチQbのオン(導通)/オフ(非導通)が制御される。
The source terminal of the semiconductor switch Qb is connected to the source terminal of the semiconductor switch Qd and the anode terminal of the freewheeling diode Dd. A gate terminal of the semiconductor switch Qb is connected to the
半導体スイッチQcのソース端子は、還流用ダイオードDcのアノード端子、半導体スイッチQdのドレイン端子及び還流用ダイオードDdのカソード端子に接続されている。半導体スイッチQcのゲート端子は、制御装置9に接続されている。これにより、半導体スイッチQcのゲート端子には制御装置9から出力される制御信号GP_uが入力され、半導体スイッチQcのオン(導通)/オフ(非導通)が制御される。
The source terminal of the semiconductor switch Qc is connected to the anode terminal of the freewheeling diode Dc, the drain terminal of the semiconductor switch Qd, and the cathode terminal of the freewheeling diode Dd. A gate terminal of the semiconductor switch Qc is connected to the
半導体スイッチQdのゲート端子は、制御装置9に接続されている。これにより、半導体スイッチQdのゲート端子には制御装置9から出力される制御信号GP_uが入力され、半導体スイッチQdのオン(導通)/オフ(非導通)が制御される。半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdのそれぞれのゲート端子に入力される制御信号GP_uは、互いに異なる独立した信号である。
A gate terminal of the semiconductor switch Qd is connected to the
直流コンデンサCの一方の電極は、半導体スイッチQaのドレイン端子、還流用ダイオードDaのカソード端子、半導体スイッチQcのドレイン端子及び還流用ダイオードDcのカソード端子に接続されている。直流コンデンサCの他方の電極は、半導体スイッチQbのソース端子、還流用ダイオードDbのアノード端子、半導体スイッチQdのソース端子及び還流用ダイオードDdのアノード端子に接続されている。 One electrode of the DC capacitor C is connected to the drain terminal of the semiconductor switch Qa, the cathode terminal of the freewheeling diode Da, the drain terminal of the semiconductor switch Qc, and the cathode terminal of the freewheeling diode Dc. The other electrode of the DC capacitor C is connected to the source terminal of the semiconductor switch Qb, the anode terminal of the freewheeling diode Db, the source terminal of the semiconductor switch Qd, and the anode terminal of the freewheeling diode Dd.
半導体モジュールMa及び半導体モジュールMbの接続部は、外部出力端子T1及びバイパススイッチSw_bの一端子に接続されている。半導体モジュールMc及び半導体モジュールMdの接続部は、外部出力端子T2及びバイパススイッチSw_bの他端子に接続されている。このように、2個の外部出力端子T1,T2は、複数の半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdの端子同士が接続された接続部のうちの直流コンデンサCが接続されていない接続部に接続されている。 A connecting portion between the semiconductor module Ma and the semiconductor module Mb is connected to an external output terminal T1 and one terminal of the bypass switch Sw_b. The connection portion between the semiconductor module Mc and the semiconductor module Md is connected to the external output terminal T2 and the other terminal of the bypass switch Sw_b. In this way, the two external output terminals T1 and T2 are connected to the connection part where the DC capacitor C is not connected among the connection parts where the terminals of the plurality of semiconductor switches Qa, Qb, Qc, and Qd are connected. has been done.
セル変換器31u-1,31u-2,31u-3、セル変換器31v-1,31v-2,31v-3、セル変換器31w-1,31w-2,31w-3、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53のそれぞれに設けられたバイパススイッチSw_bは、例えば機械的スイッチで構成されている。
図2に示すように、電力変換装置1は、セル変換器31u-1の故障を判別し、故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dを出力する故障検出部41a,41b,41c,41dを備えている。故障検出部41aは例えば、半導体スイッチQaのドレインソース間の電圧信号を故障信号Fd_aとして出力するように構成されている。故障検出部41bは例えば、半導体スイッチQbのドレインソース間の電圧信号を故障信号Fd_bとして出力するように構成されている。故障検出部41cは例えば、半導体スイッチQcのドレインソース間の電圧信号を故障信号Fd_cとして出力するように構成されている。故障検出部41aは例えば、半導体スイッチQaのドレインソース間の電圧信号を故障信号Fd_aとして出力するように構成されている。図示は省略するが、故障検出部41a,41b,41c,41dは、電力変換装置1に設けられた全てのセル変換器に備えられている。
As shown in FIG. 2, the
図1に戻って、電力変換装置1では、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのそれぞれに流れる電流、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのそれぞれのセル変換器に設けられた直流コンデンサCの直流電圧などが検出されて制御装置9に入力されるように構成されている。制御装置9は、これらの電流や電圧を用いて生成した制御信号GP_uをU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u_1,31u_2,31u-3のそれぞれに個別に出力して半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdのオン/オフを制御する。同様に、制御装置9は、これらの電流や電圧を用いて生成した制御信号GP_vをV相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v_1,31v_2,31v-3のそれぞれに個別に出力して半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdのオン/オフを制御する。同様に、制御装置9は、これらの電流や電圧を用いて生成した制御信号GP_wをW相クラスタ31wに設けられたセル変換器31w_1,31w_2,31w-3のそれぞれに個別に出力して半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdのオン/オフを制御する。
Returning to FIG. 1, in the
制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dに基づき、該当する複数のセル変換器のバイパススイッチSw_bを短絡するとともに、スイッチ群7から選択したスイッチを制御し、短絡した複数のセル変換器の替わりに第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53をそれぞれ接続させるように構成されている。制御装置9は例えば、セル変換器31u-1~31u-3,31v-1~31v-3,31w-1~31w-3のそれぞれに設けられた半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdを制御する制御信号GP_u,GP_v,GP_wに対して故障検出部41aから出力される故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dが所望の電圧であるか否かを判定する。制御装置9は、故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dのうちの少なくとも1つが所望の電圧でない場合には、当該故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dを出力する故障検出部41a,41b,41c,41dが検出対象としている半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdを有するセル変換器31u-1~31u-3,31v-1~31v-3,31w-1~31w-3が故障していると判定する。
Based on the failure signals Fd_a, Fd_b, Fd_c, and Fd_d from the
制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのそれぞれに個別に制御信号GP_bを出力してバイパススイッチSw_bのオン(導通)/オフ(非導通)を制御するように構成されている。制御信号GP_bは、バイパススイッチSw_bを構成する機械的スイッチの駆動部に入力される。制御装置9は、半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdのいずれかの故障の有無を検出した場合、故障した半導体スイッチを有するセル変換器に設けられたバイパススイッチSw_bに対して、オン状態とするための制御信号GP_bを出力する。これにより、当該バイパススイッチSw_bがオン状態となって、当該バイパススイッチSw_bが接続された外部出力端子T1,T2は短絡される。このため、当該バイパススイッチSw_bを有するセル変換器に流れる電流は、電力変換部EPCを通らずに当該バイパススイッチSw_bを流れる。その結果、電力変換装置1は、故障した半導体スイッチを有するセル変換器を電力変換するためのセル変換器から除外できる。
The
制御装置9は、予備セル変換器群5の第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53のそれぞれに個別に制御信号GP_brを出力してバイパススイッチSw_bのオン(導通)/オフ(非導通)を制御するように構成されている。
The
制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wに設けられた半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdの故障(すなわちセル変換器の故障)の有無によらず、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53のそれぞれに設けられたバイパススイッチSw_bをオフ状態とするための制御信号GP_brを出力する。第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53は、使用されない場合には、スイッチ群7によってクラスタ部3から電気的に切り離されている。
The
制御装置9は、セル変換器に故障が発生した場合、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53のうち、故障したセル変換器を有するU相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wに接続される予備セル変換器の電力変換部EPCを制御するために、当該予備セル変換器に制御信号GP_rを出力する。制御信号GP_rが入力された予備セル変換器は、故障したセル変換器に代わって動作することができる。予備セル変換器群5は3個の予備セル変換器を有しているので、電力変換装置1は、セル変換器31u-1~31u-3,31v-1~31v-3,31w-1~31w-3のうちの3個が同時に故障した場合でも安定動作を維持できる。
When a failure occurs in a cell converter, the
制御装置9は、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_u1,Sw_v1,Sw_w1,Sw_u2,Sw_v2,Sw_w2,Sw_u3,Sw_v3,Sw_w3,Sw_n_u,Sw_n_v,Sw_n_w,Sw_n_1,Sw_n_2,Sw_n_3,Sw_uv,Sw_vw(以下、「スイッチSw_7」と総称する場合がある)のそれぞれに個別に制御信号GP_sgを出力してスイッチSw_7のオン(導通)/オフ(非導通)を個別に制御するように構成されている。
The
制御装置9は例えば、セル変換器31u-1~31u-3,31v-1~31v-3,31w-1~31w-3の故障に対してスイッチSw_7のいずれをオフ状態からオン状態又はオン状態からオフ状態に切り替えるのかを規定したスイッチ群制御テーブルを記憶している。制御装置9は、セル変換器31u-1~31u-3,31v-1~31v-3,31w-1~31w-3のうちのいずれかの故障を検出した場合、スイッチ群制御テーブルを参照してスイッチSw_7から状態を切り替えるスイッチを選択する。制御装置9は、選択したスイッチに対してオン状態とするための制御信号GP_sgを出力する。これにより、故障したセル変換器を有するU相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wに、予備セル変換器群5に設けられた予備セル変換器が必要な個数だけ直列に接続される。その結果、電力変換装置1は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wにおいて直列接続されるセル変換器の個数をセル変換器の故障前後で同数とすることができるので、安定動作を維持できる。
For example, the
制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dに基づきスイッチ群7を制御し、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの1つに第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を複数台直列接続させる第一接続と、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wに異なる第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を接続させる第二接続とを選択することができるように構成されている。
The
制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dが第一のクラスタ(U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの一のクラスタ)内の複数のセル変換器の故障を検出した場合は、第一接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された予備セル変換器を当該第一のクラスタに複数台直列接続するとともに、予備セル変換器群5と当該第一のクラスタとを直列接続するように構成されている。
In the
例えば、制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dがセル変換器31u-1,31u-2の故障を検出した場合、第一接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された例えば第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52を第一のクラスタとしてのU相クラスタ31uに直列接続するとともに、予備セル変換器群5とU相クラスタとを直列接続する。この場合、制御装置9は、故障したセル変換器と同数の予備セル変換器を故障したセル変換器を有するクラスタに接続する。
For example, when the
制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dが第一のクラスタ(U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの一のクラスタ)内の単一のセル変換器の故障及び第二のクラスタ(U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの他のクラスタ)内の単一のセル変換器の故障を検出した場合は、第二接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された第一の予備セル変換器(第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53のうちの一の予備セル変化器)を当該第一のクラスタに直列接続し、第二の予備セル変換器(第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53のうちの他の予備セル変換器)を当該第二のクラスタに直列接続するように構成されている。
In the
例えば、制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dがセル変換器31u-1,31v-1の故障を検出した場合、第二接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された第一の予備セル変換器(例えば第一予備セル変換器51)をU相クラスタ31uに直接接続し、予備セル変換器群5の選択された第二の予備セル変換器(例えば第二予備セル変換器52)をV相クラスタ31vに直接接続する。
For example, when the
さらに、制御装置9は、第一接続及び第二接続を同時に選択することができるように構成されている。つまり、制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちのいずれか1つのクラスタにおいて複数のセル変換器が故障し、かつU相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの他のクラスタのいずれか一方において単体のセル変換器(すなわち1つのセル変換器)が故障した場合、第一接続及び第二接続を同時に選択する。この場合、電力変換装置1は、故障したセル変換器の合計数が予備セル変換器群5に設けられた予備セル変換器の個数の範囲内であることを条件に、セル変換器の故障後も安定動作を維持できる。
Furthermore, the
<電力変換装置の安定動作の維持制御>
次に、本実施形態による電力変換装置1におけるセル変換器に故障が発生した場合に安定動作を維持するためのスイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の具体的な切替例について図1及び図3から図9を用いて説明する。
<Maintaining control of stable operation of power converter>
Next, a specific switching example of the switch Sw_7 provided in the switch group 7 for maintaining stable operation when a failure occurs in the cell converter in the
(切替例1)
切替例1は、セル変換器31u-1~31u-3,31v-1~31v-3,31w-1~31w-3のいずれも故障していない場合(すなわち初期動作の開始時)のスイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の切替態様の一例である。
(Switching example 1)
Switching example 1 is a switch group when none of the
図1に示すように、電力変換装置1に設けられた制御装置9は、セル変換器31u-1~31u-3,31v-1~31v-3,31w-1~31w-3のいずれも故障していない場合(すなわち初期動作の開始時)には、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7が以下の状態となるように制御する。
スイッチSw_u1 :オフ状態
スイッチSw_v1 :オフ状態
スイッチSw_w1 :オフ状態
スイッチSw_u2 :オフ状態
スイッチSw_v2 :オフ状態
スイッチSw_w2 :オフ状態
スイッチSw_u3 :オフ状態
スイッチSw_v3 :オフ状態
スイッチSw_w3 :オフ状態
スイッチSw_n_u:オン状態
スイッチSw_n_v:オン状態
スイッチSw_n_w:オン状態
スイッチSw_n_1:オフ状態
スイッチSw_n_2:オフ状態
スイッチSw_n_3:オフ状態
スイッチSw_uv :オフ状態
スイッチSw_vw :オフ状態
As shown in FIG. 1, the
Switch Sw_u1: Off state Switch Sw_v1: Off state Switch Sw_w1: Off state Switch Sw_u2: Off state Switch Sw_v2: Off state Switch Sw_w2: Off state Switch Sw_u3: Off state Switch Sw_v3: Off state Switch Sw_w3: Off state Switch Sw_n_u: On state Switch Sw_n_v: On state Switch Sw_n_w: On state Switch Sw_n_1: Off state Switch Sw_n_2: Off state Switch Sw_n_3: Off state Switch Sw_uv: Off state Switch Sw_vw: Off state
すなわち、スイッチ群7に設けられた第四スイッチ部74のみオン状態とする。これにより、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、スイッチSw_n_u、スイッチSw_n_v及びスイッチSw_n_wのそれぞれの他端子が互いに接続された接続部を中性点Nとするスター結線(Y結線)された状態となる。このように、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wをスター結線された状態にすることができる。
That is, only the
(切替例2)
切替例2は、1個のセル変換器が故障した場合のスイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の切替態様の一例である。切替例2について図3を用いて説明する。図3では、例えばU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1が故障した場合が図示されている。
(Switching example 2)
Switching example 2 is an example of a switching mode of the switch Sw_7 provided in the switch group 7 when one cell converter fails. Switching example 2 will be explained using FIG. 3. FIG. 3 shows a case where, for example, the
図3に示すように、制御装置9は、セル変換器31u-1が故障したと判定した場合、セル変換器31u-1に設けられたバイパススイッチSw_bをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7を以下の状態となるように制御する。
スイッチSw_u1 :オン状態
スイッチSw_v1 :オフ状態
スイッチSw_w1 :オフ状態
スイッチSw_u2 :オフ状態
スイッチSw_v2 :オフ状態
スイッチSw_w2 :オフ状態
スイッチSw_u3 :オフ状態
スイッチSw_v3 :オフ状態
スイッチSw_w3 :オフ状態
スイッチSw_n_u:オフ状態
スイッチSw_n_v:オン状態
スイッチSw_n_w:オン状態
スイッチSw_n_1:オン状態
スイッチSw_n_2:オフ状態
スイッチSw_n_3:オフ状態
スイッチSw_uv :オフ状態
スイッチSw_vw :オフ状態
As shown in FIG. 3, when the
Switch Sw_u1: On state Switch Sw_v1: Off state Switch Sw_w1: Off state Switch Sw_u2: Off state Switch Sw_v2: Off state Switch Sw_w2: Off state Switch Sw_u3: Off state Switch Sw_v3: Off state Switch Sw_w3: Off state Switch Sw_n_u: Off state Switch Sw_n_v: On state Switch Sw_n_w: On state Switch Sw_n_1: On state Switch Sw_n_2: Off state Switch Sw_n_3: Off state Switch Sw_uv: Off state Switch Sw_vw: Off state
これにより、第一予備セル変換器51の外部出力端子T1がスイッチSw_u1を介してU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続される。その結果、第一予備セル変換器51は、U相クラスタ31uに直列に接続されるので、U相クラスタ31uに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_uがオフ状態となり、かつスイッチSw_n_1がオン状態となることにより、セル変換器31u-3の外部出力端子T2が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。第一予備セル変換器51の外部出力端子T2は、U相クラスタ31uの端部に相当する。このため、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置1は、セル変換器31u-1が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
As a result, the external output terminal T1 of the first
(切替例2の他の例)
切替例2の他の例について図4を用いて説明する。図4では、例えばV相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-1が故障した場合が図示されている。
(Other examples of switching example 2)
Another example of switching example 2 will be described using FIG. 4. FIG. 4 shows a case where, for example, the
図4に示すように、制御装置9は、セル変換器31v-1が故障したと判定した場合、セル変換器31v-1に設けられたバイパススイッチSw_bをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7を以下の状態となるように制御する。
スイッチSw_u1 :オフ状態
スイッチSw_v1 :オン状態
スイッチSw_w1 :オフ状態
スイッチSw_u2 :オフ状態
スイッチSw_v2 :オフ状態
スイッチSw_w2 :オフ状態
スイッチSw_u3 :オフ状態
スイッチSw_v3 :オフ状態
スイッチSw_w3 :オフ状態
スイッチSw_n_u:オン状態
スイッチSw_n_v:オフ状態
スイッチSw_n_w:オン状態
スイッチSw_n_1:オン状態
スイッチSw_n_2:オフ状態
スイッチSw_n_3:オフ状態
スイッチSw_uv :オフ状態
スイッチSw_vw :オフ状態
As shown in FIG. 4, when the
Switch Sw_u1: Off state Switch Sw_v1: On state Switch Sw_w1: Off state Switch Sw_u2: Off state Switch Sw_v2: Off state Switch Sw_w2: Off state Switch Sw_u3: Off state Switch Sw_v3: Off state Switch Sw_w3: Off state Switch Sw_n_u: On state Switch Sw_n_v: Off state Switch Sw_n_w: On state Switch Sw_n_1: On state Switch Sw_n_2: Off state Switch Sw_n_3: Off state Switch Sw_uv: Off state Switch Sw_vw: Off state
これにより、第一予備セル変換器51の外部出力端子T1がスイッチSw_v1を介してV相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-3の外部出力端子T2に接続される。その結果、第一予備セル変換器51は、V相クラスタ31vに直列に接続されるので、U相クラスタ31uに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_vがオフ状態となり、かつスイッチSw_n_1がオン状態となることにより、セル変換器31v-3の外部出力端子T2が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。第一予備セル変換器51の外部出力端子T2は、V相クラスタ31vの端部に相当する。このため、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置1は、セル変換器31v-1が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
As a result, the external output terminal T1 of the first
(切替例3)
切替例3は、異なるクラスタに設けられたセル変換器が1個ずつ故障した場合のスイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の切替態様の一例である。切替例3について図5を用いて説明する。図5では例えば、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1と、V相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-1とが故障した場合が図示されている。
(Switching example 3)
Switching example 3 is an example of a switching mode of the switch Sw_7 provided in the switch group 7 when cell converters provided in different clusters fail one by one. Switching example 3 will be explained using FIG. 5. For example, FIG. 5 shows a case where the
図5に示すように、制御装置9は、セル変換器31u-1,31v-1が故障したと判定した場合、セル変換器31u-1,31v-1のそれぞれに設けられたバイパススイッチSw_bをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7を以下の状態となるように制御する。
スイッチSw_u1 :オン状態
スイッチSw_v1 :オフ状態
スイッチSw_w1 :オフ状態
スイッチSw_u2 :オフ状態
スイッチSw_v2 :オン状態
スイッチSw_w2 :オフ状態
スイッチSw_u3 :オフ状態
スイッチSw_v3 :オフ状態
スイッチSw_w3 :オフ状態
スイッチSw_n_u:オフ状態
スイッチSw_n_v:オフ状態
スイッチSw_n_w:オン状態
スイッチSw_n_1:オン状態
スイッチSw_n_2:オン状態
スイッチSw_n_3:オフ状態
スイッチSw_uv :オフ状態
スイッチSw_vw :オフ状態
As shown in FIG. 5, when the
Switch Sw_u1: On state Switch Sw_v1: Off state Switch Sw_w1: Off state Switch Sw_u2: Off state Switch Sw_v2: On state Switch Sw_w2: Off state Switch Sw_u3: Off state Switch Sw_v3: Off state Switch Sw_w3: Off state Switch Sw_n_u: Off state Switch Sw_n_v: Off state Switch Sw_n_w: On state Switch Sw_n_1: On state Switch Sw_n_2: On state Switch Sw_n_3: Off state Switch Sw_uv: Off state Switch Sw_vw: Off state
これにより、第一予備セル変換器51の外部出力端子T1がスイッチSw_u1を介してU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続される。その結果、第一予備セル変換器51は、U相クラスタ31uに直列に接続されるので、U相クラスタ31uに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_uがオフ状態となり、かつスイッチSw_n_1がオン状態となることにより、セル変換器31u-3の外部出力端子T2が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。
As a result, the external output terminal T1 of the first
また、第二予備セル変換器52の外部出力端子T1がスイッチSw_v2を介してV相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-3の外部出力端子T2に接続される。その結果、第二予備セル変換器52は、V相クラスタ31vに直列に接続されるので、V相クラスタ31vに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_vがオフ状態となり、かつスイッチSw_n_2がオン状態となることにより、セル変換器31v-3の外部出力端子T2が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。
Further, external output terminal T1 of second
このように、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちのU相クラスタ31uに第一予備セル変換器51を接続させ、V相クラスタ31vに第二予備セル変換器52を接続させることが可能である。つまり、制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dに基づき、セル変換器31u-1,31v-1のバイパススイッチSw_bを短絡するとともに、スイッチ群7から選択したスイッチSw_u1,Sw_v2,Sw_n_u,Sw_n_v,Sw_n_1,Sw_n_2を制御し、バイパススイッチSw_bを短絡したセル変換器31u-1,31v-1の替わりに第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52を接続させる。このように、制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの1つ(第一のクラスタの一例、本例ではU相クラスタ31u)に単数のセル変換器(本例では、セル変換器31u-1)の故障及びU相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの他の1つ(第二のクラスタの一例、本例ではV相クラスタ31v)の単一のセル変換器(本例ではセル変換器31v-1)の故障が検出された場合は、U相クラスタ31u及びV相クラスタ31vに異なる予備セル変換器(本例では第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52)を接続させる第二接続を選択する。制御装置9は、第二接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された第一の予備セル変換器(本例では第一予備セル変換器51)をU相クラスタ31uに直列接続し、第二の予備セル変換器(本例では第二予備セル変換器52)をV相クラスタ31vに直列接続する。
In this way, the switch group 7 connects the first
第一予備セル変換器51の外部出力端子T2は、U相クラスタ31uの端部に相当する。また、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2は、V相クラスタ31vの端部に相当する。このため、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置1は、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1及びV相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-1(すなわち、異なるクラスタに設けられたセル変換器)が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
The external output terminal T2 of the first
(切替例3の他の例)
切替例3の他の例について図6を用いて説明する。図6では例えば、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1と、V相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-1と、W相クラスタ31wに設けられたセル変換器31w-1とが故障した場合が図示されている。
(Other examples of switching example 3)
Another example of switching example 3 will be explained using FIG. 6. In FIG. 6, for example, a
図6に示すように、制御装置9は、セル変換器31u-1,31v-1,31w-1が故障したと判定した場合、セル変換器31u-1,31v-1,31w-1のそれぞれに設けられたバイパススイッチSw_bをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7を以下の状態となるように制御する。
スイッチSw_u1 :オン状態
スイッチSw_v1 :オフ状態
スイッチSw_w1 :オフ状態
スイッチSw_u2 :オフ状態
スイッチSw_v2 :オン状態
スイッチSw_w2 :オフ状態
スイッチSw_u3 :オフ状態
スイッチSw_v3 :オフ状態
スイッチSw_w3 :オン状態
スイッチSw_n_u:オフ状態
スイッチSw_n_v:オフ状態
スイッチSw_n_w:オフ状態
スイッチSw_n_1:オン状態
スイッチSw_n_2:オン状態
スイッチSw_n_3:オン状態
スイッチSw_uv :オフ状態
スイッチSw_vw :オフ状態
As shown in FIG. 6, when it is determined that the
Switch Sw_u1: On state Switch Sw_v1: Off state Switch Sw_w1: Off state Switch Sw_u2: Off state Switch Sw_v2: On state Switch Sw_w2: Off state Switch Sw_u3: Off state Switch Sw_v3: Off state Switch Sw_w3: On state Switch Sw_n_u: Off state Switch Sw_n_v: Off state Switch Sw_n_w: Off state Switch Sw_n_1: On state Switch Sw_n_2: On state Switch Sw_n_3: On state Switch Sw_uv: Off state Switch Sw_vw: Off state
これにより、第一予備セル変換器51の外部出力端子T1がスイッチSw_u1を介してU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続される。その結果、第一予備セル変換器51は、U相クラスタ31uに直列に接続されるので、U相クラスタ31uに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_uがオフ状態となり、かつスイッチSw_n_1がオン状態となることにより、セル変換器31u-3の外部出力端子T2が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。
As a result, the external output terminal T1 of the first
また、第二予備セル変換器52の外部出力端子T1がスイッチSw_v2を介してV相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-3の外部出力端子T2に接続される。その結果、第二予備セル変換器52は、V相クラスタ31vに直列に接続されるので、V相クラスタ31vに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_vがオフ状態となり、かつスイッチSw_n_2がオン状態となることにより、セル変換器31v-3の外部出力端子T2が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。
Further, external output terminal T1 of second
また、第三予備セル変換器53の外部出力端子T1がスイッチSw_w3を介してW相クラスタ31wに設けられたセル変換器31w-3の外部出力端子T2に接続される。その結果、第三予備セル変換器53は、W相クラスタ31wに直列に接続されるので、W相クラスタ31wに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_wがオフ状態となり、かつスイッチSw_n_3がオン状態となることにより、セル変換器31w-3の外部出力端子T2が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第三予備セル変換器53の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。
Further, external output terminal T1 of third
このように、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちのU相クラスタ31uに第一予備セル変換器51を接続させ、V相クラスタ31vに第二予備セル変換器52を接続させ、W相クラスタ31wに第三予備セル変換器53を接続させることが可能である。つまり、制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dに基づき、セル変換器31u-1,31v-1,31w-1のバイパススイッチSw_bを短絡するとともに、スイッチ群7から選択したスイッチSw_u1,Sw_v2,Sw_w3,Sw_n_u,Sw_n_v,Sw_n_w,Sw_n_1,Sw_n_2,Sw_n_3を制御し、バイパススイッチSw_bを短絡したセル変換器31u-1,31v-1,31w-1の替わりに第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を接続させる。このように、制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの1つ(第一のクラスタの一例、本例ではU相クラスタ31u)に単数のセル変換器(本例では、セル変換器31u-1)の故障及びU相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wに異なる第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を接続させる第二接続を選択する。制御装置9は、第二接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された第一の予備セル変換器(本例では第一予備セル変換器51)をU相クラスタ31uに直列接続し、第二の予備セル変換器(本例では第二予備セル変換器52)をV相クラスタ31vに直列接続し、第二の予備セル変換器(本例では第三予備セル変換器53)をW相クラスタ31wに直列接続する。
In this way, the switch group 7 connects the first
第一予備セル変換器51の外部出力端子T2は、U相クラスタ31uの端部に相当する。また、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2は、V相クラスタ31vの端部に相当する。さらに、第三予備セル変換器53の外部出力端子T2は、W相クラスタ31wの端部に相当する。このため、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置1は、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1、V相クラスタ31vに設けられたセル変換器31v-1及びW相クラスタ31wに設けられたセル変換器31w-1(すなわち、異なるクラスタに設けられたセル変換器)が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
The external output terminal T2 of the first
(切替例4)
切替例4は、1つのクラスタにおいて複数のセル変換器が故障した場合のスイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の切替態様の一例である。切替例4について図7を用いて説明する。図7では例えば、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1及びセル変換器31u-2が故障した場合が図示されている。
(Switching example 4)
Switching example 4 is an example of a switching mode of the switch Sw_7 provided in the switch group 7 when a plurality of cell converters in one cluster fail. Switching example 4 will be explained using FIG. 7. For example, FIG. 7 shows a case where
図7に示すように、制御装置9は、セル変換器31u-1,31u-2が故障したと判定した場合、セル変換器31u-1,31u-2のそれぞれに設けられたバイパススイッチSw_bをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7を以下の状態となるように制御する。
スイッチSw_u1 :オン状態
スイッチSw_v1 :オフ状態
スイッチSw_w1 :オフ状態
スイッチSw_u2 :オフ状態
スイッチSw_v2 :オフ状態
スイッチSw_w2 :オフ状態
スイッチSw_u3 :オフ状態
スイッチSw_v3 :オフ状態
スイッチSw_w3 :オフ状態
スイッチSw_n_u:オフ状態
スイッチSw_n_v:オン状態
スイッチSw_n_w:オン状態
スイッチSw_n_1:オフ状態
スイッチSw_n_2:オン状態
スイッチSw_n_3:オフ状態
スイッチSw_uv :オン状態
スイッチSw_vw :オフ状態
As shown in FIG. 7, when the
Switch Sw_u1: On state Switch Sw_v1: Off state Switch Sw_w1: Off state Switch Sw_u2: Off state Switch Sw_v2: Off state Switch Sw_w2: Off state Switch Sw_u3: Off state Switch Sw_v3: Off state Switch Sw_w3: Off state Switch Sw_n_u: Off state Switch Sw_n_v: On state Switch Sw_n_w: On state Switch Sw_n_1: Off state Switch Sw_n_2: On state Switch Sw_n_3: Off state Switch Sw_uv: On state Switch Sw_vw: Off state
これにより、第一予備セル変換器51の外部出力端子T1がスイッチSw_u1を介してU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続される。また、第二予備セル変換器52の外部出力端子T1がスイッチSw_uvを介して第一予備セル変換器51の外部出力端子T2に接続される。その結果、第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52は、U相クラスタ31uに直列に接続されるので、U相クラスタ31uに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_u及びスイッチSw_n_1がオフ状態となり、かつスイッチSw_n_2がオン状態になっている。このため、セル変換器31u-3の外部出力端子T2、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2及び第二予備セル変換器52の外部出力端子T1が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。
As a result, the external output terminal T1 of the first
このように、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちのU相クラスタ31uに第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52を接続させることが可能である。つまり、制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dに基づき、セル変換器31u-1,31u-2のバイパススイッチSw_bを短絡するとともに、スイッチ群7から選択したスイッチSw_u1,Sw_n_v,Sw_n_2,Sw_uvを制御し、バイパススイッチSw_bを短絡したセル変換器31u-1,31u-2の替わりに第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52をそれぞれ接続させる。このように、制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの1つ(第一のクラスタの一例、本例ではU相クラスタ31u)の複数のセル変換器31u-1,31u-2の故障が検出された場合は、故障したセル変換器31u-1,31u-2を有するU相クラスタ31uに予備セル変換器を複数台(本例では第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52)を接続させる第一接続を選択する。制御装置9は、第一接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された予備セル変換器(本例では第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52)を第一のクラスタ(本例ではU相クラスタ31u)に複数台(本例では2台)直列接続するとともに、予備セル変換器群5とU相クラスタ31uとを直列接続する。
In this way, the switch group 7 connects the first
第二予備セル変換器52の外部出力端子T2は、U相クラスタ31uの端部に相当する。このため、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置1は、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1及びセル変換器31u-2(すなわち、同一のクラスタに設けられた複数のセル変換器)が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
The external output terminal T2 of the second
このように、電力変換装置1は、スイッチ群7に第六スイッチ部76を有することにより、第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52を直列に接続することができる。これにより、電力変換装置1は、1つのクラスタにおいて2個のセル変換器が故障した場合でも、定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
In this manner, the
(切替例4の他の例)
切替例4の他の例について図8を用いて説明する。図8では例えば、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1、セル変換器31u-2及びセル変換器31u-3が故障した場合が図示されている。
(Other examples of switching example 4)
Another example of switching example 4 will be explained using FIG. 8. For example, FIG. 8 shows a case where
図8に示すように、制御装置9は、セル変換器31u-1,31u-2,31u-3が故障したと判定した場合、セル変換器31u-1,31u-2,31u-3のそれぞれに設けられたバイパススイッチSw_bをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7を以下の状態となるように制御する。
スイッチSw_u1 :オン状態
スイッチSw_v1 :オフ状態
スイッチSw_w1 :オフ状態
スイッチSw_u2 :オフ状態
スイッチSw_v2 :オフ状態
スイッチSw_w2 :オフ状態
スイッチSw_u3 :オフ状態
スイッチSw_v3 :オフ状態
スイッチSw_w3 :オフ状態
スイッチSw_n_u:オフ状態
スイッチSw_n_v:オン状態
スイッチSw_n_w:オン状態
スイッチSw_n_1:オフ状態
スイッチSw_n_2:オフ状態
スイッチSw_n_3:オフ状態
スイッチSw_uv :オン状態
スイッチSw_vw :オン状態
As shown in FIG. 8, when the
Switch Sw_u1: On state Switch Sw_v1: Off state Switch Sw_w1: Off state Switch Sw_u2: Off state Switch Sw_v2: Off state Switch Sw_w2: Off state Switch Sw_u3: Off state Switch Sw_v3: Off state Switch Sw_w3: Off state Switch Sw_n_u: Off state Switch Sw_n_v: On state Switch Sw_n_w: On state Switch Sw_n_1: Off state Switch Sw_n_2: Off state Switch Sw_n_3: Off state Switch Sw_uv: On state Switch Sw_vw: On state
これにより、第一予備セル変換器51の外部出力端子T1がスイッチSw_u1を介してU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続される。また、第二予備セル変換器52の外部出力端子T1がスイッチSw_uvを介して第一予備セル変換器51の外部出力端子T2に接続される。さらに、第三予備セル変換器53の外部出力端子T1がスイッチSw_vwを介して第二予備セル変換器52の外部出力端子T2に接続される。その結果、直列接続された第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53は、U相クラスタ31uに直列に接続されるので、U相クラスタ31uに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、スイッチSw_n_u、スイッチSw_n_1及びスイッチSw_n_2がオフ状態となり、かつスイッチSw_n_3がオン状態になっている。このため、セル変換器31u-3の外部出力端子T2、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2、第二予備セル変換器52の外部出力端子T1及び第三予備セル変換器53の外部出力端子T1が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第三予備セル変換器53の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。
As a result, the external output terminal T1 of the first
このように、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちのU相クラスタ31uに第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を接続させることが可能である。つまり、制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dに基づき、セル変換器31u-1,31u-2,31u-3のバイパススイッチSw_bを短絡するとともに、スイッチ群7から選択したスイッチSw_u1,Sw_n_v,Sw_n_2,Sw_uv,Sw_vwを制御し、バイパススイッチSw_bを短絡したセル変換器31u-1,31u-2,31u-3の替わりに第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53をそれぞれ接続させる。このように、制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの1つ(第一のクラスタの一例、本例ではU相クラスタ31u)の複数のセル変換器31u-1,31u-2,31u-3の故障が検出された場合は、故障したセル変換器31u-1,31u-2,31u-3を有するU相クラスタ31uに予備セル変換器を複数台(本例では3つの第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53)を接続させる第一接続を選択する。制御装置9は、第一接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された予備セル変換器(本例では第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53)を第一のクラスタ(本例ではU相クラスタ31u)に複数台(本例では3台)直列接続するとともに、予備セル変換器群5とU相クラスタ31uとを直列接続する。
In this way, the switch group 7 connects the
第三予備セル変換器53の外部出力端子T2は、U相クラスタ31uの端部に相当する。このため、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置1は、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1、セル変換器31u-2及びセル変換器31u-3(すなわち、同一のクラスタに設けられた複数のセル変換器)が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
The external output terminal T2 of the third
このように、電力変換装置1は、スイッチ群7に第六スイッチ部76を有することにより、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を直列に接続することができる。これにより、電力変換装置1は、1つのクラスタにおいて3個のセル変換器が故障した場合でも、定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
In this way, the
(切替例5)
切替例5は、複数のクラスタ間でのセル変換器の故障と、1つのクラスタ内で複数のセル変換器の故障とが複合的に発生した場合のスイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の切替態様の一例である。切替例5について図9を用いて説明する。図9では例えば、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1及びセル変換器31u-2が故障し、かつW相クラスタ31wに設けられたセル変換器31w-1が故障した場合が図示されている。
(Switching example 5)
Switching example 5 is switching of the switch Sw_7 provided in the switch group 7 when a failure of a cell converter between a plurality of clusters and a failure of a plurality of cell converters within one cluster occur in combination. This is an example of a mode. Switching example 5 will be explained using FIG. 9. In FIG. 9, for example, there is a case where
図9に示すように、制御装置9は、セル変換器31u-1,31u-2,31w-1が故障したと判定した場合、セル変換器31u-1,31u-2,31w-1のそれぞれに設けられたバイパススイッチSw_bをオン状態に制御するとともに、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7を以下の状態となるように制御する。
スイッチSw_u1 :オン状態
スイッチSw_v1 :オフ状態
スイッチSw_w1 :オフ状態
スイッチSw_u2 :オフ状態
スイッチSw_v2 :オフ状態
スイッチSw_w2 :オフ状態
スイッチSw_u3 :オフ状態
スイッチSw_v3 :オフ状態
スイッチSw_w3 :オン状態
スイッチSw_n_u:オフ状態
スイッチSw_n_v:オン状態
スイッチSw_n_w:オン状態
スイッチSw_n_1:オフ状態
スイッチSw_n_2:オン状態
スイッチSw_n_3:オン状態
スイッチSw_uv :オン状態
スイッチSw_vw :オフ状態
As shown in FIG. 9, when it is determined that the
Switch Sw_u1: On state Switch Sw_v1: Off state Switch Sw_w1: Off state Switch Sw_u2: Off state Switch Sw_v2: Off state Switch Sw_w2: Off state Switch Sw_u3: Off state Switch Sw_v3: Off state Switch Sw_w3: On state Switch Sw_n_u: Off state Switch Sw_n_v: On state Switch Sw_n_w: On state Switch Sw_n_1: Off state Switch Sw_n_2: On state Switch Sw_n_3: On state Switch Sw_uv: On state Switch Sw_vw: Off state
これにより、第一予備セル変換器51の外部出力端子T1がスイッチSw_u1を介してU相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-3の外部出力端子T2に接続される。また、第二予備セル変換器52の外部出力端子T1がスイッチSw_uvを介して第一予備セル変換器51の外部出力端子T2に接続される。その結果、第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52は、U相クラスタ31uに直列に接続されるので、U相クラスタ31uに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。また、第三予備セル変換器53の外部出力端子T1がスイッチSw_w3を介してW相クラスタ31wに設けられたセル変換器31w-3の外部出力端子T2に接続される。その結果、第三予備セル変換器53は、W相クラスタ31wに直列に接続されるので、W相クラスタ31wに設けられた実働可能なセル変換器の個数は3個に維持される。
As a result, the external output terminal T1 of the first
スイッチSw_n_u及びスイッチSw_n_1がオフ状態となり、かつスイッチSw_n_2がオン状態になっている。このため、セル変換器31u-3の外部出力端子T2、第一予備セル変換器51の外部出力端子T2及び第二予備セル変換器52の外部出力端子T1が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第二予備セル変換器52の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。また、スイッチSw_n_wがオフ状態となり、かつスイッチSw_n_3がオン状態になっている。このため、セル変換器31w-3の外部出力端子T2が中性点Nから電気的に切断されるとともに、第三予備セル変換器53の外部出力端子T2が中性点Nに電気的に接続される。
The switch Sw_n_u and the switch Sw_n_1 are in an off state, and the switch Sw_n_2 is in an on state. Therefore, the external output terminal T2 of the
このように、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちのU相クラスタ31uに第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52を接続させ、W相クラスタ31wに第三予備セル変換器53を接続させることが可能である。
In this way, the switch group 7 connects the first
つまり、制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dに基づき、セル変換器31u-1,31u-2のバイパススイッチSw_bを短絡するとともに、スイッチ群7から選択したスイッチSw_u1,Sw_w3,Sw_n_v,Sw_n_w,Sw_n_2,Sw_n_3,Sw_uvを制御し、バイパススイッチSw_bを短絡したセル変換器31u-1,31u-2の替わりに第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52をそれぞれ接続させ、バイパススイッチSw_bを短絡したセル変換器31w-1の替わりに第三予備セル変換器53を接続させる。このように、制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの1つ(第一のクラスタの一例、本例ではU相クラスタ31u)の複数のセル変換器31u-1,31u-2の故障が検出された場合は、故障したセル変換器31u-1,31u-2を有するU相クラスタ31uに予備セル変換器を複数台(本例では第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52)を接続させる第一接続を選択する。制御装置9は、第一接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された予備セル変換器(本例では第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52)を第一のクラスタ(本例ではU相クラスタ31u)に複数台(本例では2台)直列接続するとともに、予備セル変換器群5とU相クラスタ31uとを直列接続する。
That is, the
さらに、制御装置9は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号Fd_a,Fd_b,Fd_c,Fd_dに基づき、セル変換器31w-1のバイパススイッチSw_bを短絡するとともに、スイッチ群7から選択したスイッチSw_w3,Sw_n_w,Sw_n_3を制御し、バイパススイッチSw_bを短絡したセル変換器31w-1の替わりに第三予備セル変換器53を接続させる。このように、制御装置9は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの1つ(第一のクラスタの一例、本例ではU相クラスタ31u)に少なくとも単数のセル変換器(本例ではセル変換器31u-1,31u-2)の故障及びU相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wのうちの他の1つ(第二のクラスタの一例、本例では、W相クラスタ31w)の単一のセル変換器(本例ではセル変換器31w-1)の故障が検出された場合は、U相クラスタ31u及びW相クラスタ31wに異なる予備セル変換器(本例では、第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52の組と、第三予備セル変換器53)を接続させる第二接続を選択する。制御装置9は、第二接続を選択し、予備セル変換器群5の選択された第一の予備セル変換器(本例では第一予備セル変換器51及び第二予備セル変換器52)をU相クラスタ31uに直列接続し、第二の予備セル変換器(本例では第三予備セル変換器53)をW相クラスタ31wに直列接続する。このように、制御装置9は、は、当該第一接続及び当該第二接続を同時に選択することができる。
Furthermore, the
第二予備セル変換器52の外部出力端子T2は、U相クラスタ31uの端部に相当する。第三予備セル変換器53の外部出力端子T2は、W相クラスタ31wの端部に相当する。このため、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wは、スイッチ群7に設けられたスイッチSw_7の状態を切り替えた後もスター結線された状態を維持することができる。その結果、電力変換装置1は、U相クラスタ31uに設けられたセル変換器31u-1及びセル変換器31u-2(すなわち、同一のクラスタに設けられた複数のセル変換器)が故障した後も定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
The external output terminal T2 of the second
電力変換装置1は、セル変換器31u-1~31u-3,31v-1~31v-3,31w-1~31w-3のいずれかのセル変換器の故障中に別のセル変換器が故障した場合には、スイッチ群7のスイッチSw_7を一旦、初期動作の開始時の切替態様(図3参照)に戻す。その後、電力変換装置1は、例えばスイッチ群制御テーブルを参照して、スイッチ群7のスイッチSw_7の接続態様を適宜変更して、定格運転が可能となって安定動作を維持できる。
In 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、セル変換器31u-1~31u-3を有するU相クラスタ31uと、セル変換器31v-1~31v-3を有するV相クラスタ31vと、セル変換器31w-1~31w-3を有するW相クラスタ31wとを備えている。また、電力変換装置1は、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53を有する予備セル変換器群5を備えている。また、電力変換装置1は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wと予備セル変換器群5とを接続するための複数のスイッチを有するスイッチ群7を備えている。また、電力変換装置1は、前記セル変換器の故障を判別し、故障信号を出力する故障検出部41a,41b,41c,41dを備えている。さらに、電力変換装置1は、故障検出部41a,41b,41c,41dの故障信号に基づき、該当する複数のセル変換器のバイパススイッチを短絡するとともに、スイッチ群7から選択したスイッチを制御し、短絡した複数のセル変換器の替わりに第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53をそれぞれ接続させる制御装置9を備えている。
As described above, the
このような構成を備える電力変換装置1は、同一クラスタに2台以上のセル変換器が同時に故障した場合でも定格運転を継続することができる。また、電力変換装置1は、複数のクラスタのそれぞれにセル変換器の故障が発生した場合でも定格運転を継続することができる。さらに、電力変換装置1は、同一クラスタに2台以上のセル変換器が同時に故障し、かつ当該クラスタとは別のクラスタでセル変換器の故障が発生した場合でも定格運転を継続することができる。
The
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、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wがスター結線された状態にしているが、本発明はこれに限られない。制御装置9がスイッチSw_7の切替状態を適宜制御することによって、スイッチ群7は、U相クラスタ31u、V相クラスタ31v及びW相クラスタ31wがデルタ結線された状態とすることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible.
In the above embodiment, in the switch group 7, the
上記実施形態では、故障検出部は、セル変換器のそれぞれに配置されているが、本発明はこれに限られない。例えば、制御装置は、セル変換器の故障を全体として監視する機能を発揮するように構成されていてもよい。 In the embodiment described above, the failure detection section is arranged in each cell converter, but the present invention is not limited to this. For example, the control device may be configured to perform the function of monitoring the cell converter as a whole for failure.
上記実施形態では、故障検出部は、半導体スイッチのドレインソース間の電圧を故障信号として出力するように構成されているが、半導体スイッチのドレインソース間の電流など、その他の電圧信号や電流信号検出するように構成されていてもよい。 In the above embodiment, the failure detection section is configured to output the voltage between the drain and source of the semiconductor switch as a failure signal, but it is also possible to detect other voltage signals or current signals such as the current between the drain and source of the semiconductor switch. It may be configured to do so.
上記実施形態では、第一予備セル変換器51、第二予備セル変換器52及び第三予備セル変換器53は、バイパススイッチSw_bを有しているが、バイパススイッチSw_b有していなくてもよい。
In the above embodiment, the first
上記実施形態による電力変換装置1は、SiC-MOSFETで構成された半導体スイッチQa,Qb,Qc,Qdを有しているが、本発明はこれに限られない。電力変換装置1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)、ゲートターンオフサイリスタ(Gate Turn-Off thyristor:GTO)、又は集積化ゲート転流型サイリスタ(Integrated Gate Commutated Turn-off thyristor:GCT)などで構成された半導体スイッチを有していてもよく、これらの複数を適宜組み合わせてもよい。
Although the
上記実施形態による電力変換装置1は、Hブリッジで構成されたブリッジ部BGを有するセル変換器を備えているが、本発明はこれに限られない。セル変換器は、正電圧及び負電圧を出力することができれば、例えば中性点クランプ3レベル型のフルブリッジ変換器セルなどであってもよい。
Although the
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うる。 The scope of the invention is not limited to the exemplary embodiments shown and described, but also includes all embodiments which give equivalent effects to the object of the invention. Moreover, the scope of the invention is not limited to the combinations of inventive features delineated by the claims, but is defined by any desired combinations of specific features of each and every disclosed feature. sell.
1 電力変換装置
2 三相電力系統
3 クラスタ部
5 予備セル変換器群
7 スイッチ群
9 制御装置
21 ケーブル
31u U相クラスタ(第一クラスタ)
31u_1,31u_2,31u-1,31u-2,31u-3,31v_1,31v_2,31v-1,31v-2,31v-3,31w-1,31w-2,31w-3 セル変換器
31uL,31vL,31wL リアクトル
31v V相クラスタ(第二クラスタ)
31w W相クラスタ(第三クラスタ)
51 第一予備セル変換器
52 第二予備セル変換器
53 第三予備セル変換器
71 第一スイッチ部
72 第二スイッチ部
73 第三スイッチ部
74 第四スイッチ部
75 第五スイッチ部
76 第六スイッチ部
211 U相ケーブル
212 V相ケーブル
213 W相ケーブル
BG ブリッジ部
C 直流コンデンサ
Da,Db,Dc,Dd 還流用ダイオード
GP_b,GP_br,GP_r,GP_sg,GP_u,GP_v,GP_w 制御信号
Ma,Mb,Mc,Md 半導体モジュール
EPC 電力変換部
N 中性点
PS 電力制御システム
Qa,Qb,Qc,Qd 半導体スイッチ
Sw_7,Sw_n_1,Sw_n_2,Sw_n_3,Sw_n_u,Sw_n_v,Sw_n_w,Sw_u1,Sw_u2,Sw_u3,Sw_uv,Sw_v1,Sw_v2,Sw_v3,Sw_vw,Sw_w1,Sw_w2,Sw_w3 スイッチ
Sw_b バイパススイッチ
T1,T2 外部出力端子
1
31u_1, 31u_2, 31u-1, 31u-2, 31u-3, 31v_1, 31v_2, 31v-1, 31v-2, 31v-3, 31w-1, 31w-2, 31w-3 Cell converter 31uL, 31vL,
31w W phase cluster (third cluster)
51 First
Claims (6)
前記電力変換部を有する予備セル変換器を複数台有する予備セル変換器群と、
前記複数のクラスタと前記予備セル変換器群とを接続するための複数のスイッチを有するスイッチ群と、
前記セル変換器の故障を判別し、故障信号を出力する故障検出部と、
前記故障検出部の故障信号に基づき、該当する複数のセル変換器のバイパススイッチを短絡するとともに、前記スイッチ群から選択したスイッチを制御し、短絡した前記複数のセル変換器の替わりに前記予備セル変換器をそれぞれ接続させる制御部と、
を備え、
前記予備セル変換器群は、第一予備セル変換器、第二予備セル変換器及び第三予備セル変換器を有し、
前記スイッチ群は、
前記複数のクラスタのいずれかと前記第一予備セル変換器とを接続可能な第一スイッチ部と、
前記複数のクラスタのいずれかと前記第二予備セル変換器とを接続可能な第二スイッチ部と、
前記複数のクラスタのいずれかと前記第三予備セル変換器とを接続可能な第三スイッチ部と、
前記第一予備セル変換器、前記第二予備セル変換器及び前記第三予備セル変換器のいずれかの正極側と中性点とを接続可能な第四スイッチ部と、
前記第一予備セル変換器、前記第二予備セル変換器及び前記第三予備セル変換器のいずれかの負極側と前記中性点とを接続可能な第五スイッチ部と、
前記第一予備セル変換器の負極側と前記第二予備セル変換器の正極側、第二予備セル変換器の負極側と前記第三予備セル変換器の正極側、の少なくとも一方を接続可能な第六スイッチ部と
を有する
電力変換装置。 A plurality of cell converters are connected in series, each of which includes a power converter having two external output terminals that output a positive voltage and a negative voltage, and a bypass switch that is provided to short-circuit between the two external output terminals. multiple clusters,
a spare cell converter group having a plurality of spare cell converters each having the power conversion unit;
a switch group having a plurality of switches for connecting the plurality of clusters and the spare cell converter group;
a failure detection unit that determines a failure of the cell converter and outputs a failure signal;
Based on the failure signal from the failure detection section, the bypass switches of the plurality of corresponding cell converters are short-circuited, and a switch selected from the switch group is controlled to replace the short-circuited plurality of cell converters with the spare cell. a control unit that connects each converter;
Equipped with
The spare cell converter group includes a first spare cell converter, a second spare cell converter, and a third spare cell converter,
The switch group is
a first switch unit capable of connecting any one of the plurality of clusters to the first spare cell converter;
a second switch unit capable of connecting any one of the plurality of clusters to the second spare cell converter;
a third switch unit capable of connecting any one of the plurality of clusters to the third spare cell converter;
a fourth switch unit capable of connecting the positive electrode side of any one of the first spare cell converter, the second spare cell converter, and the third spare cell converter to a neutral point;
a fifth switch unit capable of connecting the negative electrode side of any one of the first spare cell converter, the second spare cell converter, and the third spare cell converter to the neutral point;
At least one of the negative electrode side of the first spare cell converter and the positive electrode side of the second spare cell converter, and the negative electrode side of the second spare cell converter and the positive electrode side of the third spare cell converter can be connected. Sixth switch part and
have
Power converter.
請求項1に記載の電力変換装置。 The control unit controls the switch group based on a failure signal from the failure detection unit, and connects a plurality of spare cell converters in series to one of the plurality of clusters; and a second connection that connects the different spare cell converters to the cluster.
The power conversion device according to claim 1.
前記故障検出部が第一のクラスタ内の複数のセル変換器の故障を検出した場合は、前記第一接続を選択し、
前記予備セル変換器群の選択された前記予備セル変換器を前記第一のクラスタに複数台直列接続するとともに、前記予備セル変換器群と前記第一のクラスタとを直列接続する
請求項2に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
If the failure detection unit detects a failure of a plurality of cell converters in a first cluster, selecting the first connection;
A plurality of selected spare cell converters of the spare cell converter group are connected in series to the first cluster, and the spare cell converter group and the first cluster are connected in series.
The power conversion device according to claim 2.
前記故障検出部が第一のクラスタ内の単一のセル変換器の故障及び第二のクラスタ内の単一のセル変換器の故障を検出した場合は、前記第二接続を選択し、
前記予備セル変換器群の選択された第一の前記予備セル変換器を前記第一のクラスタに直列接続し、第二の前記予備セル変換器を前記第二のクラスタに直列接続する
請求項2又は3に記載の電力変換装置。 The control unit includes:
If the failure detection unit detects a failure of a single cell converter in a first cluster and a failure of a single cell converter in a second cluster, selecting the second connection;
A selected first spare cell converter of the group of spare cell converters is connected in series to the first cluster, and a second spare cell converter is connected in series to the second cluster.
The power conversion device according to claim 2 or 3.
請求項2から4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 2 to 4, wherein the control unit selects the first connection and the second connection at the same time.
請求項1から5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 5 , wherein the switch group connects the plurality of clusters in a star connection or a delta connection.
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