JP2022117623A - Power conversion device - 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 power converters.
特開2020-68621号公報(特許文献1)には、交流系統の電力を交直変換器で直流に変換して送電する直流送電システムが開示されている。上記システムでは、交直変換器と直流線路との間に直流遮断器および直流リアクトルを直列に接続する。交直変換器は、自己消弧素子およびコンデンサを用いて構成される。直流遮断器は、遮断部以外に、計測部および保護制御部を含む直流線路保護機能を有する。保護制御部は、直流線路の短絡事故の発生時には、上位の装置から送信される開放指令に基づいて、直流遮断器を開放させる。 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2020-68621 (Patent Document 1) discloses a DC power transmission system that converts power in an AC system into DC power with an AC/DC converter and transmits the DC power. In the above system, a DC circuit breaker and a DC reactor are connected in series between the AC/DC converter and the DC line. The AC/DC converter is constructed using a self-extinguishing element and a capacitor. A DC circuit breaker has a DC line protection function including a measuring section and a protection control section in addition to a breaking section. The protection control unit opens the DC circuit breaker based on an opening command transmitted from a host device when a short-circuit accident occurs in the DC line.
しかしながら、対象となる電圧系統の電圧階級が数kV以上の高電圧である場合には、適用できる直流遮断器が存在しない場合がある。このような場合、直流線路に直流遮断器を設置できないため、直流線路に地絡または短絡事故の発生時に、交直変換器または直流/直流変換器などの電力変換器を事故点から切り離すことができず、短絡電流によって電力変換器を構成する半導体素子が損傷してしまうおそれがある。 However, when the voltage class of the target voltage system is a high voltage of several kV or more, there may be no DC circuit breaker that can be applied. In such a case, since a DC circuit breaker cannot be installed on the DC line, power converters such as AC/DC converters or DC/DC converters cannot be isolated from the accident point in the event of a ground fault or short circuit accident on the DC line. First, the short-circuit current may damage the semiconductor elements forming the power converter.
この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、直流遮断器を用いることなく、出力側での短絡発生時に電力変換器に含まれる半導体素子を保護することができる電力変換装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention was made to solve such problems, and its object is to protect a semiconductor device included in a power converter when a short circuit occurs on the output side without using a DC circuit breaker. An object of the present invention is to provide a power converter that can
本発明に係る電力変換装置は、少なくとも1つの半導体スイッチング素子と、少なくとも1つの半導体スイッチング素子にそれぞれ逆並列に接続された少なくとも1つの還流ダイオードとを有し、直流電力を生成するように構成された電力変換器と、電力変換器により生成された直流電力を出力するための第1の出力端子および第2の出力端子と、第1の出力端子および第2の出力端子の間に接続されるコンデンサと、第1の出力端子および第2の出力端子の間に、コンデンサと直列に接続されるリアクトルと、コンデンサと並列に接続される第1のスイッチと、電力変換器を制御する制御装置とを備える。制御装置は、電力変換器の運転時に第1のスイッチをオフ状態に維持する一方で、第1の出力端子および第2の出力端子間の短絡が発生したときには、第1のスイッチをオンする。 A power conversion device according to the present invention includes at least one semiconductor switching element and at least one freewheeling diode connected in antiparallel to each of the at least one semiconductor switching element, and is configured to generate DC power. a power converter connected between a first output terminal and a second output terminal for outputting DC power generated by the power converter; a capacitor, a reactor connected in series with the capacitor between the first output terminal and the second output terminal, a first switch connected in parallel with the capacitor, and a control device for controlling the power converter; Prepare. The control device keeps the first switch off during operation of the power converter, and turns on the first switch when a short circuit between the first output terminal and the second output terminal occurs.
本発明によれば、直流遮断器を用いることなく、出力側での短絡発生時に電力変換器に含まれる半導体素子を保護することが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, the power converter device which can protect the semiconductor element contained in a power converter at the time of short circuit occurrence on an output side can be provided, without using a DC circuit breaker.
以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰り返さない。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
[比較例に係る電力変換装置およびその課題]
まず、図7から図9を用いて比較例に係る電力変換装置およびその課題について説明する。次に、本実施の形態に係る電力変換装置について説明する。
[Power conversion device according to comparative example and problem thereof]
First, a power converter according to a comparative example and problems thereof will be described with reference to FIGS. 7 to 9. FIG. Next, the power converter according to this embodiment will be described.
図7は、比較例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。比較例に係る電力変換装置200は、電力の供給を受けて直流電力を生成するように構成された電力変換装置であって、入力端子T1,T2と、出力端子T3,T4と、電力変換器10と、リアクトルL1,L2と、コンデンサC1と、コントローラ12とを備える。
FIG. 7 is a circuit block diagram showing the configuration of a power converter according to a comparative example. The
入力端子T1,T2は図示しない電源から電力を受ける。電源が交流電源である場合には入力端子T1,T2は交流電力を受け、電源が直流電源である場合には入力端子T1,T2は直流電力を受ける。なお、交流電源は直流電力を交流電力に変換するインバータを含んでいてもよく、直流電源は交流電力を直流電力に変換するコンバータを含んでいてもよい。 Input terminals T1 and T2 receive power from a power source (not shown). When the power source is an AC power source, the input terminals T1 and T2 receive AC power, and when the power source is a DC power source, the input terminals T1 and T2 receive DC power. The AC power supply may include an inverter that converts DC power to AC power, and the DC power supply may include a converter that converts AC power to DC power.
出力端子T3,T4は図示しない直流負荷または直流送電線などに接続される。出力端子T3は正側直流端子であり、「第1の出力端子」の一実施例に対応する。出力端子T4は負側直流端子であり、「第2の出力端子」の一実施例に対応する。 The output terminals T3 and T4 are connected to a DC load or a DC transmission line (not shown). The output terminal T3 is a positive DC terminal and corresponds to an embodiment of the "first output terminal". The output terminal T4 is a negative DC terminal and corresponds to an embodiment of the "second output terminal".
電力変換器10は、入力端子T1,T2に与えられる電力(交流電力または直流電力)に基づいて直流電力を生成する。電力変換器10によって生成された直流電力は、出力端子T3,T4を介して負荷または直流送電線に供給される。
電力変換器10は、少なくとも1つの半導体スイッチング素子Qと、少なくとも1つのダイオードDとを有する。図8は、電力変換器10の構成例を示す回路図である。図8の例では、電力変換器10は、入力ノード10a,10b間に与えられる交流電圧V1を直流電圧V2に変換し、その直流電圧V2を出力ノード10c,10d間に出力するように構成される。
The
具体的には、電力変換器10は、フルブリッジインバータであって、半導体スイッチング素子Q1~Q4およびダイオードD1~D4を含む。半導体スイッチング素子Q1~Q4は、例えばIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。半導体スイッチング素子Q1~Q4には任意の自己消弧型のスイッチング素子を適用できる。
Specifically,
IGBTQ1,Q3のコレクタはともに出力ノード10cに接続され、それらのエミッタは入力ノード10a,10bにそれぞれ接続される。IGBTQ2,Q4のコレクタは入力ノード10a,10bにそれぞれ接続され、それらのエミッタはともに出力ノード10dに接続される。
The collectors of IGBTs Q1 and Q3 are both connected to
ダイオードD1~D4は、還流ダイオード(FWD;Freewheeling Diode)であり、IGBTQ1~Q4とそれぞれ逆並列に接続される。すなわち、各ダイオードDのアノードは対応するIGBTのエミッタに接続され、カソードは対応するIGBTのコレクタに接続される。なお、半導体スイッチング素子Q1~Q4がMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor)である場合、ダイオードD1~D4はMOSFETの寄生ダイオード(ボディダイオード)によって構成することができる。 Diodes D1-D4 are freewheeling diodes (FWD) and are connected in anti-parallel with IGBTs Q1-Q4, respectively. That is, each diode D has an anode connected to the emitter of the corresponding IGBT and a cathode connected to the collector of the corresponding IGBT. If the semiconductor switching elements Q1-Q4 are MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistors), the diodes D1-D4 can be formed by parasitic diodes (body diodes) of the MOSFETs.
IGBTQ1~Q4のゲートは、コントローラ12からゲート信号G1~G4をそれぞれ受ける。ゲート信号G1~G4がH(論理ハイ)レベルになると、IGBTQ1~Q4はそれぞれオン(導通)し、ゲート信号G1~G4がL(論理ロー)レベルになると、IGBTQ1~Q4はそれぞれオフ(非導通)する。IGBTQ1~Q4は、コントローラ12によってPWM(Pulse Width Modulation)制御され、交流電圧V1に同期して所定のタイミングでオン/オフされる。
The gates of IGBTs Q1-Q4 receive gate signals G1-G4 from
図7に戻って、リアクトルL1は、出力ノード10cおよび出力端子T3の間に接続される。リアクトルL2は、出力ノード10dおよび出力端子T4の間に接続される。コンデンサC1は、出力ノード10cとリアクトルL1との間のノードと、出力ノード10dとリアクトルL2との間のノードとの間に接続される。すなわち、リアクトルL1、コンデンサC1およびリアクトルL2は出力端子T3および出力端子T4の間に直列に接続される。
Returning to FIG. 7, reactor L1 is connected between
リアクトルL1,L2およびコンデンサC3は出力フィルタを構成する。出力フィルタは、電力変換器10の出力ノード10c,10dと出力端子T3,T4との間に接続され、電力変換器10によって生成された直流電力を出力端子T3,T4に通過させ、電力変換器10で発生するスイッチング周波数の信号が出力端子T3,T4に通過することを防止する。
Reactors L1, L2 and capacitor C3 form an output filter. The output filter is connected between the
なお、図7の例では、正電圧を受ける出力端子T3および負電圧を受ける出力端子T4にそれぞれリアクトルL1,L2を接続する構成としたが、リアクトルL1,L2のいずれか一方を接続する構成としてもよい。 In the example of FIG. 7, the reactors L1 and L2 are connected to the output terminal T3 that receives the positive voltage and the output terminal T4 that receives the negative voltage, respectively. good too.
ここで、比較例に係る電力変換装置200が接続される負荷または直流送電線において短絡故障が発生した場合を想定する。この場合、出力端子T3および出力端子T4が電気的に短絡されるため、電力変換器10の出力側には、リアクトルL1,L2およびコンデンサC1の並列共振回路が形成される。この並列共振回路においてコンデンサC1の放電が開始されると、図7中に矢印A1で示すように、リアクトルL2、コンデンサC1およびリアクトルL1を順に経由して短絡電流が流れる。リアクトルL1,L2は短絡電流を磁場エネルギーとして蓄積する。コンデンサC1の端子間電圧Vcが徐々に低下し、コンデンサC1の放電が終了した後においても、リアクトルL1,L2には電流が流れ続ける。この電流がコンデンサC1に蓄積されることにより、コンデンサC1の端子間には逆の極性の電圧(負電圧)が印加される。
Here, it is assumed that a short-circuit failure occurs in the load or the DC transmission line to which the
コンデンサC1の端子間電圧Vcが負電圧になると、電力変換器10の出力ノード10c,10d間に接続されるダイオードD(還流ダイオード)には、順方向に電圧が印加されることになる。この電圧がダイオードDの順方向電圧を超えると、ダイオードDがオンされて順方向電流Ifが流れ始める。その結果、図9中に矢印A2で示すように、短絡電流は、コンデンサC1からダイオードDに転流することになる。
When the terminal voltage Vc of the capacitor C1 becomes a negative voltage, a forward voltage is applied to the diode D (freewheeling diode) connected between the
転流後、短絡電流は、リアクトルL2、ダイオードDおよびリアクトルL1を順に経由して流れ続ける。短絡電流は、電流経路に含まれる寄生抵抗成分によって緩やかに減衰するものの、ダイオードDを継続して流れる。これにより、電力変換器10を構成する半導体素子が損傷するおそれがある。
After commutation, the short-circuit current continues to flow sequentially through reactor L2, diode D and reactor L1. The short-circuit current continues to flow through the diode D although it is moderately attenuated by the parasitic resistance component included in the current path. As a result, there is a risk that the semiconductor elements forming the
[実施の形態1]
図1は、実施の形態1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。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a circuit block diagram showing the configuration of a power converter according to
図1を参照して、実施の形態1に係る電力変換装置100は、図7に示した比較例に係る電力変換装置200と比較して、スイッチSW1、電圧センサ14およびコントローラ16を備える点が異なる。図7と重複する部分については説明を省略する。
Referring to FIG. 1,
スイッチSW1は、コンデンサC1に並列接続される。スイッチSW1のオン/オフはコントローラ16によって制御される。スイッチSW1がオンされると、電力変換器10の出力ノード10c,10d間が短絡される。すなわち、スイッチSW1は、電力変換器10の出力ノード10c,10d間を短絡可能なバイパススイッチとして機能する。
The switch SW1 is connected in parallel with the capacitor C1. The on/off of the switch SW1 is controlled by the
電圧センサ14は、コンデンサC1の端子間電圧Vcを検出し、その検出値を示す信号をコントローラ16に出力する。コントローラ16は、電圧センサ14により検出される端子間電圧Vcに基づいて、電力変換器10を構成する半導体スイッチング素子のオン/オフを制御するとともに、スイッチSW1のオン/オフを制御する。
次に、図2を用いて、実施の形態1に係る電力変換装置100が接続される負荷または直流送電線において短絡故障が発生したときの電力変換装置100の動作を説明する。
Next, the operation of the
図2は、リアクトルL1,L2を流れる電流IL、コンデンサC1の端子間電圧Vc、電力変換器10の還流ダイオードDの順方向電流If、およびスイッチSW1の動作波形を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing current IL flowing through reactors L1 and L2, voltage Vc across terminals of capacitor C1, forward current If of freewheeling diode D of
図2に示すように、時刻t0にて負荷または直流送電線に短絡故障が発生したことによって出力端子T3およびT4が電気的に短絡すると、リアクトルL1,L2およびコンデンサC1の並列共振回路が形成され、コンデンサC1の放電が開始される。時刻t0以降、コンデンサC1の端子間電圧Vcが徐々に低下する一方で、リアクトルL1,L2を流れる電流ILは徐々に増加する。電流ILによりリアクトルL1,L2には磁場エネルギーが蓄積される。時刻t1にてコンデンサC1の放電が終了した後においても、リアクトルL1,L2には電流が流れ続ける。 As shown in FIG. 2, when output terminals T3 and T4 are electrically short-circuited due to a short-circuit fault occurring in the load or DC transmission line at time t0, a parallel resonant circuit of reactors L1 and L2 and capacitor C1 is formed. , the discharge of the capacitor C1 is started. After time t0, voltage Vc between terminals of capacitor C1 gradually decreases, while current IL flowing through reactors L1 and L2 gradually increases. Magnetic field energy is accumulated in the reactors L1 and L2 by the current IL. Even after the discharge of capacitor C1 ends at time t1, current continues to flow through reactors L1 and L2.
なお、図2中に破線で示すように、リアクトルL1,L2の電流を受けてコンデンサC1の端子間電圧Vcが逆の極性(負電圧)になると、比較例(図7)では、コンデンサC1からダイオードDへ短絡電流の転流が生じ、ダイオードDの順方向電流Ifが流れ始める。順方向電流Ifが流れ続けることにより、時刻t1より後の時刻t3にて電力変換器10を構成する半導体素子が損傷するおそれがある。
2, when the voltage Vc across the terminals of the capacitor C1 becomes the opposite polarity (negative voltage) by receiving the currents of the reactors L1 and L2, in the comparative example (FIG. 7), from the capacitor C1 A commutation of the short-circuit current occurs to the diode D, and the forward current If of the diode D starts to flow. Due to the forward current If continuing to flow, there is a risk that the semiconductor elements forming
一方、本実施の形態1では、コントローラ16は、電圧センサ14により検出される端子間電圧Vcが予め設定された閾値電圧以下になったことを判定すると、スイッチSW1をオンする(時刻t2)。スイッチSW1がオンすることにより、図1中に矢印A3で示すように、リアクトルL2、スイッチSW1およびリアクトルL1を順に経由して短絡電流が流れる経路が新たに形成される。その結果、ダイオードDへの転流が抑制される。
On the other hand, in the first embodiment, when
上記閾値電圧は、ゼロ電圧またはゼロ電圧近傍の電圧に設定される。閾値電圧を負電圧に設定する場合、閾値電圧の絶対値は、電力変換器10の出力ノード10c,10d間に直列接続されるダイオードDの順方向電圧の総和よりも小さいことが好ましい。例えば、電力変換器10が図8の構成を有する場合には、閾値電圧の絶対値は、ダイオードD1,D2(またはダイオードD3,D4)の順方向電圧の和よりも小さいことが好ましい。このようにすると、ダイオードDへの転流が始まる前にスイッチSW1をオンすることができる。閾値電圧をゼロ電圧または正電圧に設定した場合にも同様の効果を得ることができる。ただし、閾値電圧を正電圧に設定する場合には、スイッチSW1のオンによりコンデンサC1が短絡故障するおそれがあるため、コンデンサC1の短絡故障が発生しない端子間電圧Vcに基づいて閾値電圧を設定する必要がある。
The threshold voltage is set to zero voltage or a voltage near zero voltage. When setting the threshold voltage to a negative voltage, the absolute value of the threshold voltage is preferably smaller than the sum of the forward voltages of the diodes D connected in series between the
なお、図1に示す短絡電流の経路を形成するためには、スイッチSW1は、電力変換器10内の還流ダイオードDに比べて、導通抵抗値(オン抵抗値とも称する)が小さいことが求められる。例えば、電力変換器10が図8に示すフルブリッジインバータである場合、スイッチSW1の導通抵抗値は、出力ノード10cおよび10d間に接続されるダイオードD1~D4のフルブリッジ回路が有する導通抵抗値よりも小さいことが求められる。
In order to form the path of the short-circuit current shown in FIG. 1, the switch SW1 is required to have a conduction resistance value (also referred to as an on-resistance value) smaller than that of the freewheeling diode D in the
(スイッチSW1の構成例)
図1に示すスイッチSW1は、図3に示すように、リレー等の機械式スイッチM1により構成することができる。機械式スイッチM1は、コントローラ16から電気信号が出力されるとオンされる一方で、電気信号の非出力時にはオフされる。なお、機械式スイッチM1は高速動作が可能な機械式スイッチが適用される。
(Configuration example of switch SW1)
The switch SW1 shown in FIG. 1 can be composed of a mechanical switch M1 such as a relay as shown in FIG. The mechanical switch M1 is turned on when an electrical signal is output from the
または、スイッチSW1は、図4に示すように、ノーマリオフ型の半導体スイッチにより構成することができる。図4の例では、スイッチSW1はサイリスタTh1である。サイリスタTh1は、アノードが出力端子T4と電気的に接続され、カソードが出力端子T3と電気的に接続される。サイリスタTh1は、アノード-カソード間に順電圧が印加されている状態において、コントローラ16からゲート端子に与えられる信号に従ってオンする。出力端子T3および出力端子T4が短絡していない通常時には、アノード-カソード間には逆電圧が印加されるため、サイリスタTh1はオフ状態となる。
Alternatively, the switch SW1 can be composed of a normally-off semiconductor switch, as shown in FIG. In the example of FIG. 4, the switch SW1 is the thyristor Th1. The thyristor Th1 has an anode electrically connected to the output terminal T4 and a cathode electrically connected to the output terminal T3. The thyristor Th1 is turned on according to a signal supplied from the
図3の構成例では、コントローラ16は、コンデンサC1の端子間電圧Vcがゼロ電圧以下になったと判断すると、サイリスタTh1のゲート端子に信号を与える。コンデンサC1の端子間電圧Vcが負電圧になると、サイリスタTh1のアノード-カソード間に順電圧が印加されるため、ゲート端子に信号を受けてサイリスタTh1がオンする。その結果、図4に示すように、オン状態のサイリスタTh1を経由して短絡電流が流れることにより、ダイオードDへの転流が抑制される。
In the configuration example of FIG. 3, the
一般的に、半導体スイッチは機械式スイッチに比べて、高速動作が可能である一方で、電圧または電流が定格値を超えたときに破壊され易いというデメリットがある。そのため、サイリスタTh1には定格値が短絡電流よりも大きい素子が適用される。 In general, semiconductor switches are capable of high-speed operation compared to mechanical switches, but have the disadvantage of being easily destroyed when the voltage or current exceeds the rated value. Therefore, an element having a rated value higher than the short-circuit current is applied to the thyristor Th1.
以上説明したように、実施の形態1に係る電力変換装置は、電力変換器の出力端子T3,T4間にリアクトルL1,L2およびコンデンサC1が直列接続される構成において、コンデンサC1に対してスイッチSW1を並列に接続し、出力端子T3,T4間が短絡した場合には、スイッチSW1をオンするように構成される。より具体的には、リアクトルL1,L2に流れる電流によってコンデンサC1の端子間電圧Vcがゼロ電圧以下となった場合、スイッチSW1をオンする。これによると、短絡電流が電力変換器10内の還流ダイオードDに転流することを抑制できるため、出力側での短絡発生時に電力変換器10に含まれる半導体素子を保護することができる。
As described above, the power converter according to
[実施の形態2]
図5は、実施の形態2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。
[Embodiment 2]
FIG. 5 is a circuit block diagram showing the configuration of the power converter according to the second embodiment.
図5を参照して、実施の形態2に係る電力変換装置100は、図1に示した実施の形態1に係る電力変換装置100にスイッチSW2を追加したものである。図1と重複する部分については説明を省略する。
Referring to FIG. 5,
スイッチSW2は、出力端子T3およびT4間に、リアクトルL1、スイッチSW1およびリアクトルL2の直列回路に並列に接続される。スイッチSW2のオン/オフはコントローラ16によって制御される。スイッチSW2は、スイッチSW1と同様に、リレー等の機械式スイッチまたはノーマリオフ型の半導体スイッチにより構成することができる。例えば、スイッチSW1,SW2の双方を機械式スイッチまたは半導体スイッチにより構成してもよい。あるいは、スイッチSW1をノーマリオフ型の半導体スイッチにより構成し、スイッチSW2を機械式スイッチにより構成してもよい。
Switch SW2 is connected in parallel to a series circuit of reactor L1, switch SW1 and reactor L2 between output terminals T3 and T4. The on/off of the switch SW2 is controlled by the
次に、図6を用いて、実施の形態2に係る電力変換装置100が接続される負荷または直流送電線において短絡故障が発生したときの電力変換装置100の動作を説明する。
Next, the operation of the
図6は、リアクトルL1,L2を流れる電流IL、コンデンサC1の端子間電圧Vc、電力変換器10の還流ダイオードDの順方向電流If、およびスイッチSW1,SW2の動作波形を示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing current IL flowing through reactors L1 and L2, voltage Vc between terminals of capacitor C1, forward current If of freewheeling diode D of
図6に示すように、時刻t0にて出力端子T3およびT4が電気的に短絡すると、リアクトルL1,L2およびコンデンサC1の並列共振回路が形成され、コンデンサC1の放電が開始される。時刻t0以降、コンデンサC1の端子間電圧Vcが徐々に低下する一方で、リアクトルL1,L2を流れる電流ILは徐々に増加する。電流ILによりリアクトルL1,L2には磁場エネルギーが蓄積される。時刻t1にてコンデンサC1の放電が終了した後においても、リアクトルL1,L2には電流が流れ続ける。 As shown in FIG. 6, when output terminals T3 and T4 are electrically short-circuited at time t0, a parallel resonant circuit of reactors L1 and L2 and capacitor C1 is formed, and capacitor C1 starts to discharge. After time t0, voltage Vc between terminals of capacitor C1 gradually decreases, while current IL flowing through reactors L1 and L2 gradually increases. Magnetic field energy is accumulated in the reactors L1 and L2 by the current IL. Even after the discharge of capacitor C1 ends at time t1, current continues to flow through reactors L1 and L2.
コントローラ16は、電圧センサ14により検出される端子間電圧Vcがゼロ電圧以下になったことが判定されると、スイッチSW1,SW2をオンする(時刻t2)。具体的には、コントローラ16は、スイッチSW1,SW2を同時にオンする。もしくは、コントローラ16は、スイッチSW1をオンした後に、スイッチSW2をオンする。
When the
なお、スイッチSW1をノーマリオフ型の半導体スイッチにより構成し、かつ、スイッチSW2を機械式スイッチにより構成した場合、コントローラ16が時刻t2にてスイッチSW1,SW2に同時に信号を出力すると、最初にスイッチSW1(半導体スイッチ)がオンし、続いてスイッチSW2(機械式スイッチ)がオンする。
When the switch SW1 is composed of a normally-off semiconductor switch and the switch SW2 is composed of a mechanical switch, when the
スイッチSW1がオンすることにより、電力変換器10内の還流ダイオードDへの転流が抑制される。さらにSW2がオンすることにより、図5中に矢印A4で示すように、リアクトルL1、スイッチSW1、リアクトルL2およびスイッチSW2からなる閉回路が形成され、この閉回路を短絡電流が流れる。この短絡電流は、閉回路に含まれる寄生抵抗成分によって徐々に減衰する。なお、短絡電流が出力端子T3,T4を流れないため、出力端子T3,T4を負荷または直流送電線の事故点から切り離すことができる。
By turning on the switch SW1, commutation to the freewheeling diode D in the
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特許請求の範囲によって示され、特許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。 It should be considered that the embodiments disclosed this time are illustrative in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the above description, and is intended to include all modifications within the meaning and range of equivalents of the scope of the claims.
10 電力変換器、12,16 コントローラ、14 電圧センサ、100,200 電力変換装置、L1,L2 リアクトル、C1 コンデンサ、SW1,SW2 スイッチ、M1 機械式スイッチ、Th1 サイリスタ(半導体スイッチ)、Q,Q1~Q4 半導体スイッチング素子、D,D1~D4 ダイオード(還流ダイオード)、T1,T2 入力端子、T3,T4 出力端子。 10 power converter, 12, 16 controller, 14 voltage sensor, 100, 200 power converter, L1, L2 reactor, C1 capacitor, SW1, SW2 switch, M1 mechanical switch, Th1 thyristor (semiconductor switch), Q, Q1 ~ Q4 semiconductor switching element, D, D1 to D4 diodes (freewheeling diodes), T1, T2 input terminals, T3, T4 output terminals.
Claims (11)
前記電力変換器により生成された前記直流電力を出力するための第1の出力端子および第2の出力端子と、
前記第1の出力端子および前記第2の出力端子の間に接続されるコンデンサと、
前記第1の出力端子および前記第2の出力端子の間に、前記コンデンサと直列に接続されるリアクトルと、
前記コンデンサと並列に接続される第1のスイッチと、
前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記電力変換器の運転時に前記第1のスイッチをオフ状態に維持する一方で、前記第1の出力端子および前記第2の出力端子間の短絡が発生したときには、前記第1のスイッチをオンする、電力変換装置。 a power converter having at least one semiconductor switching element and at least one freewheeling diode connected in anti-parallel to each of the at least one semiconductor switching elements and configured to generate DC power;
a first output terminal and a second output terminal for outputting the DC power generated by the power converter;
a capacitor connected between the first output terminal and the second output terminal;
a reactor connected in series with the capacitor between the first output terminal and the second output terminal;
a first switch connected in parallel with the capacitor;
A control device that controls the power converter,
The control device maintains the first switch in an OFF state during operation of the power converter, and when a short circuit between the first output terminal and the second output terminal occurs, the first switch is turned off. A power conversion device that switches on the
前記制御装置は、前記電圧センサの検出値が閾値電圧以下になったときに、前記第1のスイッチをオンする、請求項1に記載の電力変換装置。 Further comprising a voltage sensor that detects the voltage between the terminals of the capacitor,
The power converter according to claim 1, wherein said control device turns on said first switch when the detected value of said voltage sensor becomes equal to or less than a threshold voltage.
前記制御装置は、前記電力変換器の運転時には前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオフ状態に維持する一方で、前記第1の出力端子および前記第2の出力端子間の短絡が発生したときには、前記第1のスイッチおよび前記第2のスイッチをオンする、請求項1から6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 further comprising a second switch connected in parallel to the series circuit of the reactor and the first switch between the first output terminal and the second output terminal;
The control device maintains the first switch and the second switch in an off state during operation of the power converter, while a short circuit between the first output terminal and the second output terminal occurs. 7. The power converter according to any one of claims 1 to 6, wherein said first switch and said second switch are turned on when said second switch is turned on.
前記第2のスイッチは、機械式スイッチにより構成される、請求項7または8に記載の電力変換装置。 The first switch is composed of a normally-off semiconductor switch,
9. The power converter according to claim 7, wherein said second switch is a mechanical switch.
9. The power converter according to claim 7, wherein said first switch and said second switch are configured by normally-off semiconductor switches.
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