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JP7415391B2 - power converter - Google Patents

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JP7415391B2
JP7415391B2 JP2019170751A JP2019170751A JP7415391B2 JP 7415391 B2 JP7415391 B2 JP 7415391B2 JP 2019170751 A JP2019170751 A JP 2019170751A JP 2019170751 A JP2019170751 A JP 2019170751A JP 7415391 B2 JP7415391 B2 JP 7415391B2
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Description

本発明は、電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device.

大容量・高圧用途に適した次世代トランスレス電力変換器として、モジュラーマルチレベルコンバータ（ＭＭＣ）がある。ＭＭＣは、例えば、無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）や直流送電システム（ＨＶＤＣ）に適用可能である。ＭＭＣの回路方式として、例えば特許文献１が知られている。 A modular multilevel converter (MMC) is a next-generation transformerless power converter suitable for large-capacity, high-voltage applications. MMC is applicable to, for example, a reactive power compensator (STATCOM) and a direct current power transmission system (HVDC). For example, Patent Document 1 is known as an MMC circuit system.

国際公開第２０１２／０９９１７６号International Publication No. 2012/099176

ＭＭＣは、直列に接続される複数のセル変換器（コンバータセル又はインバータセルとも称する）を備える電力変換装置である。しかしながら、直接に接続される複数のセル変換器のうち一つでも故障すると、電力変換装置の運転を継続することが難しい。 MMC is a power conversion device that includes a plurality of cell converters (also referred to as converter cells or inverter cells) connected in series. However, if even one of the directly connected cell converters breaks down, it is difficult to continue operating the power converter.

本開示は、セル変換器の故障時に運転を継続可能な電力変換装置を提供する。 The present disclosure provides a power conversion device that can continue operating when a cell converter fails.

本開示は、
一対の交流出力端子をそれぞれ有し、前記一対の交流出力端子を介して直列に接続される複数のセル変換器を備え、
前記複数のセル変換器は、それぞれ、
コンデンサと、前記コンデンサと前記一対の交流出力端子との間に接続される電力変換回路と、前記一対の交流出力端子の間に接続される半導体スイッチと、前記複数のセル変換器のうち自身のセル変換器の故障が検出された場合に前記半導体スイッチをオンにする駆動回路とを有する、電力変換装置を提供する。 This disclosure:
A plurality of cell converters each having a pair of AC output terminals and connected in series via the pair of AC output terminals,
Each of the plurality of cell converters includes:
a capacitor, a power conversion circuit connected between the capacitor and the pair of AC output terminals, a semiconductor switch connected between the pair of AC output terminals, and one of the plurality of cell converters. and a drive circuit that turns on the semiconductor switch when a failure of a cell converter is detected.

本開示の技術によれば、セル変換器の故障時に運転を継続可能な電力変換装置を提供できる。 According to the technology of the present disclosure, it is possible to provide a power conversion device that can continue operation even when a cell converter fails.

一実施形態における電力変換装置の構成例を示す図である。FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a power conversion device in an embodiment. セル変換器の第１の構成例を示す図である。It is a figure showing the 1st example of composition of a cell converter. 半導体スイッチの構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor switch. 半導体スイッチの構成例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor switch. 給電回路の構成例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a power feeding circuit. セル変換器の第２の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of a cell converter. セル変換器の第３の構成例を示す図である。It is a figure showing the 3rd example of composition of a cell converter.

以下、本開示に係る実施形態を図面を参照して説明する。 Embodiments according to the present disclosure will be described below with reference to the drawings.

図１は、一実施形態における電力変換装置の構成例を示す図であり、ＭＭＣの回路構成の一例を示す。図１に示す電力変換装置１０１は、Ｕ相アーム部１０２、Ｖ相アーム部１０３、Ｗ相アーム部１０４、リアクトル１０５（１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ）及び制御部１０６を備える。 FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a power converter according to an embodiment, and shows an example of the circuit configuration of an MMC. The power conversion device 101 shown in FIG. 1 includes a U-phase arm section 102, a V-phase arm section 103, a W-phase arm section 104, a reactor 105 (105a, 105b, 105c), and a control section 106.

Ｕ相アーム部１０２は、一対の交流出力端子ａ，ｂを介して直列にカスケード接続される複数のセル変換器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃを有する。Ｖ相アーム部１０３は、一対の交流出力端子ａ，ｂを介して直列にカスケード接続される複数のセル変換器１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃを有する。Ｗ相アーム部１０４は、一対の交流出力端子ａ，ｂを介して直列にカスケード接続される複数のセル変換器１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃを有する。セル変換器の直列接続数は、３以外の数でもよい。 The U-phase arm section 102 includes a plurality of cell converters 102a, 102b, and 102c connected in series in cascade via a pair of AC output terminals a and b. The V-phase arm section 103 includes a plurality of cell converters 103a, 103b, and 103c connected in series in cascade via a pair of AC output terminals a and b. The W-phase arm section 104 includes a plurality of cell converters 104a, 104b, and 104c connected in series in cascade via a pair of AC output terminals a and b. The number of cell converters connected in series may be other than three.

複数のセル変換器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、それぞれ、一対の交流出力端子ａ，ｂをそれぞれ有し、一対の交流出力端子ａ，ｂを介して直列に接続される。複数のセル変換器は、それぞれ、自身の第１の交流出力端子ａが、自身に隣接する一方のセル変換器の第２の交流出力端子ｂに接続され、自身の第２の交流出力端子ｂが、自身に隣接する他方のセル変換器の第１の交流出力端子ａに接続される。 Each of the plurality of cell converters 102a, 102b, 102c, 103a, 103b, 103c, 104a, 104b, and 104c has a pair of AC output terminals a, b, and a pair of AC output terminals a, b. connected in series. Each of the plurality of cell converters has its own first AC output terminal a connected to the second AC output terminal b of one cell converter adjacent to itself, and its own second AC output terminal b. is connected to the first AC output terminal a of the other cell converter adjacent to itself.

Ｕ相アーム部１０２、Ｖ相アーム部１０３、Ｗ相アーム部１０４は、リアクトル１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃを介してデルタ結線されており、系統２００に連系している。系統２００への連系は、図示しない変圧器を介してもよい。デルタ結線は、デルタ結線内に循環電流が流れるので、制御部１０６は、この循環電流を複数のセル変換器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃによって制御することにより、逆相無効電流を調整できる。なお、図１は、デルタ結線を例示するが、Ｕ相アーム部１０２、Ｖ相アーム部１０３、Ｗ相アーム部１０４は、スター結線されてもよい。 The U-phase arm section 102, the V-phase arm section 103, and the W-phase arm section 104 are delta-connected via reactors 105a, 105b, and 105c, and are interconnected to the system 200. The connection to the grid 200 may be via a transformer (not shown). Since a circulating current flows in the delta connection, the control unit 106 controls this circulating current by using the plurality of cell converters 102a, 102b, 102c, 103a, 103b, 103c, 104a, 104b, and 104c. , the negative sequence reactive current can be adjusted. Although FIG. 1 illustrates a delta connection, the U-phase arm section 102, the V-phase arm section 103, and the W-phase arm section 104 may be star-connected.

複数のセル変換器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、それぞれ、少なくとも一つのスイッチング素子を有する電力変換回路と、その電力変換回路を動作させる駆動回路部とを有する。スイッチング素子は、例えば、トランジスタと、そのトランジスタに逆並列に接続されるダイオードとを有する。トランジスタの具体例として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）などが挙げられる。 Each of the plurality of cell converters 102a, 102b, 102c, 103a, 103b, 103c, 104a, 104b, and 104c includes a power conversion circuit having at least one switching element and a drive circuit section for operating the power conversion circuit. have The switching element includes, for example, a transistor and a diode connected in antiparallel to the transistor. Specific examples of transistors include IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors).

電力変換装置１０１は、各セル変換器が互いに異なる位相で電圧波形を出力することで、スイッチング素子の耐圧以上の電圧を有し、且つ、高調波が低減されたマルチレベル電圧波形を出力できる。そのため、電力変換装置１０１は、例えば、特別高圧系統に直接連系する無効電力補償装置や直流送電システムなどに適用可能である。 The power conversion device 101 can output a multilevel voltage waveform having a voltage higher than the withstand voltage of the switching element and having reduced harmonics, by having each cell converter outputting a voltage waveform with a phase different from each other. Therefore, the power converter 101 can be applied to, for example, a reactive power compensator or a DC power transmission system that is directly connected to a special high voltage system.

複数のセル変換器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃは、互いに同一の構成を有する。 The plurality of cell converters 102a, 102b, 102c, 103a, 103b, 103c, 104a, 104b, and 104c have the same configuration.

図２は、セル変換器の第１の構成例を示す図である。図２に示すセル変換器１１１は、複数のセル変換器１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ，１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ，１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃのそれぞれの第１の構成例である。セル変換器１１１は、コンデンサ５における直流電力を交流電力に変換して一対の交流出力端子ａ，ｂに出力でき、一対の交流出力端子ａ，ｂから入力される交流電力を直流電力に変換してコンデンサ５に供給できる。 FIG. 2 is a diagram showing a first configuration example of a cell converter. The cell converter 111 shown in FIG. 2 is a first configuration example of each of the plurality of cell converters 102a, 102b, 102c, 103a, 103b, 103c, 104a, 104b, and 104c. The cell converter 111 can convert the DC power in the capacitor 5 into AC power and output it to a pair of AC output terminals a, b, and converts the AC power input from the pair of AC output terminals a, b into DC power. can be supplied to the capacitor 5.

セル変換器１１１は、一対の交流出力端子ａ，ｂ、コンデンサ５、電力変換回路２８、ＧＤＵ（Gate Drive Unit）６～９，１２、半導体スイッチ１１及び給電回路１０を備える。 The cell converter 111 includes a pair of AC output terminals a and b, a capacitor 5, a power conversion circuit 28, GDUs (Gate Drive Units) 6 to 9, 12, a semiconductor switch 11, and a power supply circuit 10.

電力変換回路２８は、コンデンサ５と一対の交流出力端子ａ，ｂとの間に接続され、直流と交流との間で双方向に電力を変換するインバータ回路である。電力変換回路２８は、コンデンサ５に並列に接続されている。図２には、複数のスイッチング素子１～４を有するフルブリッジ回路が例示されている。フルブリッジ回路は、スイッチング素子１，２が直列に接続される回路と、スイッチング素子３，４が直列に接続される回路とが並列に接続された構成を有する。電力変換回路２８は、フルブリッジ回路に限られず、例えば、ハーフブリッジ回路でもよい。上アームのスイッチング素子１と下アームのスイッチング素子２との間の接続点に、第１の交流出力端子ａが接続され、上アームのスイッチング素子３と下アームのスイッチング素子４との間の接続点に、第２の交流出力端子ｂが接続される。 The power conversion circuit 28 is an inverter circuit that is connected between the capacitor 5 and the pair of AC output terminals a and b, and bidirectionally converts power between DC and AC. Power conversion circuit 28 is connected to capacitor 5 in parallel. FIG. 2 illustrates a full bridge circuit having a plurality of switching elements 1-4. The full bridge circuit has a configuration in which a circuit in which switching elements 1 and 2 are connected in series and a circuit in which switching elements 3 and 4 are connected in series are connected in parallel. The power conversion circuit 28 is not limited to a full bridge circuit, but may be a half bridge circuit, for example. The first AC output terminal a is connected to the connection point between the switching element 1 of the upper arm and the switching element 2 of the lower arm, and the connection between the switching element 3 of the upper arm and the switching element 4 of the lower arm is connected. The second AC output terminal b is connected to the point.

図２に例示するスイッチング素子１～４は、ダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴであるが、ＭＯＳＦＥＴやサイリスタ等のスイッチング機能を有するスイッチング素子でもよい。 The switching elements 1 to 4 illustrated in FIG. 2 are IGBTs in which diodes are connected in antiparallel, but they may also be switching elements having a switching function such as MOSFETs or thyristors.

スイッチング素子と逆並列ダイオードとのうち少なくとも一方は、ＳｉＣ（炭化ケイ素）やＧａＮ（窒化ガリウム）やＧａ２Ｏ３（酸化ガリウム）やダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体を含む素子であることが好ましい。ワイドバンドギャップ半導体をスイッチング素子に適用することにより、スイッチング素子の損失低減の効果が高まる。なお、スイッチング素子は、Ｓｉ（シリコン）などの半導体を含む素子でもよい。同様に、ワイドバンドギャップ半導体を含む素子をダイオードに適用することにより、ダイオードの損失低減の効果が高まる。なお、ダイオードは、Ｓｉ（シリコン）などの半導体を含む素子でもよい。 At least one of the switching element and the antiparallel diode is preferably an element containing a wide bandgap semiconductor such as SiC (silicon carbide), GaN (gallium nitride), Ga 2 O 3 (gallium oxide), or diamond. By applying a wide bandgap semiconductor to a switching element, the effect of reducing loss in the switching element is enhanced. Note that the switching element may be an element containing a semiconductor such as Si (silicon). Similarly, by applying an element including a wide bandgap semiconductor to a diode, the effect of reducing loss in the diode is enhanced. Note that the diode may be an element containing a semiconductor such as Si (silicon).

ＧＤＵ６～９は、制御部１０６（図１参照）からの制御信号に従って、複数のスイッチング素子１～４のうち対応するスイッチング素子のゲート－エミッタ間に電圧を印加することで、当該対応するスイッチング素子をオンまたはオフにするゲート駆動部である。 The GDUs 6 to 9 apply a voltage between the gate and emitter of a corresponding switching element among the plurality of switching elements 1 to 4 according to a control signal from the control unit 106 (see FIG. 1), thereby controlling the corresponding switching element. A gate driver that turns on or off.

給電回路１０は、コンデンサ５からの電力に基づいて、スイッチング素子１～４及び半導体スイッチ１１を駆動するＧＤＵ６～９，１２に給電する自己給電回路である。 The power supply circuit 10 is a self-power supply circuit that supplies power to the GDUs 6 to 9 and 12 that drive the switching elements 1 to 4 and the semiconductor switch 11 based on the power from the capacitor 5.

一対の交流出力端子ａ，ｂの間には、セル変換器１１１を短絡してバイパスする半導体スイッチ１１が接続される。ＧＤＵ１２は、直列に接続される複数のセル変換器のうち自身のセル変換器１１１の故障が検出された場合に半導体スイッチ１１をオンにする駆動回路である。当該故障が検出された場合に半導体スイッチ１１がオンになることで、図１のように直列に接続される複数のセル変換器のうち任意のセル変換器が故障しても、電力変換装置１０１の運転を継続できる。当該故障が検出された場合、一対の交流出力端子ａ，ｂに流れる電流は、半導体スイッチ１１を経由するので、故障したセル変換器１１１の電力変換回路２８に電流が流れることを防止できる。 A semiconductor switch 11 that short-circuits and bypasses the cell converter 111 is connected between the pair of AC output terminals a and b. The GDU 12 is a drive circuit that turns on the semiconductor switch 11 when a failure of its own cell converter 111 among a plurality of cell converters connected in series is detected. When the failure is detected, the semiconductor switch 11 is turned on, so that even if any cell converter among the plurality of cell converters connected in series as shown in FIG. 1 fails, the power conversion device 101 can continue to operate. When the failure is detected, the current flowing to the pair of AC output terminals a and b passes through the semiconductor switch 11, so that current can be prevented from flowing to the power conversion circuit 28 of the failed cell converter 111.

例えば、制御部１０６は、複数のセル変換器のそれぞれを監視する。ＧＤＵ１２は、自身のセル変換器１１１の故障が制御部１０６により検出された場合、制御部１０６からの指令信号に従って半導体スイッチ１１をオンにする。制御部１０６は、例えば、スイッチング素子１～４のそれぞれに異常な印加電圧が検出された場合、あるいは、コンデンサ５に異常な印加電圧が検出された場合、半導体スイッチ１１をオンにする。 For example, the control unit 106 monitors each of the plurality of cell converters. When the control unit 106 detects a failure in the cell converter 111 of the GDU 12, the GDU 12 turns on the semiconductor switch 11 according to a command signal from the control unit 106. The control unit 106 turns on the semiconductor switch 11, for example, when an abnormal applied voltage is detected to each of the switching elements 1 to 4, or when an abnormal applied voltage is detected to the capacitor 5.

図３，４は、バイパス用の半導体スイッチ１１の構成例を示す。図３のように、２つのサイリスタ１３，１４を逆並列に接続する構成や、図４のように２つのＩＧＢＴ１５，１６を逆直列に接続する構成がある。一対の交流出力端子ａ，ｂ間のバイパスをオフするときは、各素子をオフにし、バイパスをオンするときは、各素子をオンすることで、バイパス機能を実現できる。半導体スイッチ１１の構成は、これらに限られない。 3 and 4 show an example of the configuration of the semiconductor switch 11 for bypass. There is a configuration in which two thyristors 13 and 14 are connected in anti-parallel as shown in FIG. 3, and a configuration in which two IGBTs 15 and 16 are connected in anti-series as shown in FIG. The bypass function can be realized by turning off each element when turning off the bypass between the pair of AC output terminals a and b, and turning on each element when turning on the bypass. The configuration of the semiconductor switch 11 is not limited to these.

また、半導体スイッチ１１の故障モードは、例えば、短絡故障であることが好ましい。ＧＤＵ１２が半導体スイッチ１１をオンにすると、半導体スイッチ１１を壊す電流を半導体スイッチ１１に流して、半導体スイッチ１１のオン状態を維持させる。これにより、ＧＤＵ１２の動作電源がセル変換器１１１の故障により喪失しても、故障したセル変換器１１１をバイパスして、電力変換装置１０１の動作を継続できる。つまり、半導体スイッチ１１を常時オンさせる信号を継続的に供給できなくても、バイパス状態を維持できる。 Further, it is preferable that the failure mode of the semiconductor switch 11 is, for example, a short circuit failure. When the GDU 12 turns on the semiconductor switch 11, a current that destroys the semiconductor switch 11 flows through the semiconductor switch 11, thereby maintaining the semiconductor switch 11 in the on state. Thereby, even if the operating power source of the GDU 12 is lost due to a failure of the cell converter 111, the failed cell converter 111 can be bypassed and the operation of the power conversion device 101 can be continued. In other words, even if it is not possible to continuously supply a signal that turns on the semiconductor switch 11 at all times, the bypass state can be maintained.

故障モードが短絡故障となる半導体スイッチ１１として、例えば、プレスパック素子が挙げられる。 An example of the semiconductor switch 11 whose failure mode is a short-circuit failure is a press pack element.

例えば、コンデンサ５からＧＤＵ１２へ給電する場合、セル変換器の故障によってコンデンサ５への電力供給が途絶え、コンデンサ５のエネルギーがほとんどなくなる。その結果、コンデンサ５のエネルギーを利用して半導体スイッチ１１のオン状態を維持する形態では、バイパス用の半導体スイッチ１１のオン状態を維持できなくなる。そこで、バイパス用の半導体スイッチ１１に、半導体スイッチ１１が許容する最大電流Ｉｐを超える電流を流して、半導体スイッチ１１を壊し、オン状態を維持する。半導体スイッチ１１が許容する最大電流Ｉｐは、例えば、電力変換回路２８を構成するスイッチング素子１～４が許容する最大電流Ｉｑよりも低い。最大電流Ｉｐよりも大きく且つ最大電流Ｉｑ以下の電流が電力変換回路２８に流れているときに、半導体スイッチ１１をオフからオンにして、半導体スイッチ１１に最大電流Ｉｐを超える電流を流すことで容易に壊すことができる。また、半導体スイッチ１１に流れる電流を制御することによって、過大な電流が半導体スイッチ１１に流れることを防止できる。半導体スイッチ又はスイッチング素子が許容する最大電流とは、例えば、破壊又は劣化を抑制する上で許容できる電流を表し、定格電流でもよいし、定格電流とは別に設定される電流でもよい。 For example, when power is supplied from the capacitor 5 to the GDU 12, the power supply to the capacitor 5 is interrupted due to a failure of the cell converter, and the energy in the capacitor 5 is almost exhausted. As a result, in the configuration in which the semiconductor switch 11 is kept in the on state using the energy of the capacitor 5, it becomes impossible to maintain the on state of the semiconductor switch 11 for bypass. Therefore, a current exceeding the maximum current Ip allowed by the semiconductor switch 11 is caused to flow through the semiconductor switch 11 for bypass, thereby destroying the semiconductor switch 11 and maintaining the on state. The maximum current Ip allowed by the semiconductor switch 11 is lower than, for example, the maximum current Iq allowed by the switching elements 1 to 4 forming the power conversion circuit 28. When a current greater than the maximum current Ip and less than the maximum current Iq is flowing through the power conversion circuit 28, the semiconductor switch 11 is turned on from off to allow a current exceeding the maximum current Ip to flow through the semiconductor switch 11. can be broken into Furthermore, by controlling the current flowing through the semiconductor switch 11, it is possible to prevent excessive current from flowing through the semiconductor switch 11. The maximum current allowed by a semiconductor switch or a switching element represents, for example, a current that can be allowed to suppress destruction or deterioration, and may be a rated current or a current set separately from the rated current.

このように、セル変換器のバイパス手段として圧接型の半導体スイッチを用いて、そのスイッチに最大電流を超える電流を流し、そのスイッチを壊して短絡する構成を採用することで、そのスイッチを壊した後は、ＧＤＵ１２へ常時供給する必要がなくなる。これにより、セル変換器が故障したときでも、バイパス状態を維持することができる。 In this way, we used a pressure-contact type semiconductor switch as a bypass means for the cell converter, and by applying a configuration in which a current exceeding the maximum current was passed through the switch, breaking the switch and causing a short circuit, we were able to break the switch. Thereafter, there is no need to constantly supply the GDU 12. This allows the bypass state to be maintained even when the cell converter fails.

図５は、給電回路１０の構成例を示す図である。給電回路１０は、抵抗１０ａ，１０ｂと、ダイオード１０ｃと、容量素子１０ｄとを有する。容量素子１０ｄは、半導体スイッチ１１のオンに必要な電力を維持できる程度の容量を有し、コンデンサ５からの電力で充電される。セル変換器が故障して、コンデンサ５の電圧が零になっても、容量素子１０ｄに電荷（エネルギー）が残っているので、その残ったエネルギーを利用して、ＧＤＵ１２は半導体スイッチ１１をオンにできる。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration example of the power feeding circuit 10. As shown in FIG. The power supply circuit 10 includes resistors 10a and 10b, a diode 10c, and a capacitive element 10d. The capacitive element 10d has a capacity sufficient to maintain the power necessary to turn on the semiconductor switch 11, and is charged with the power from the capacitor 5. Even if the cell converter fails and the voltage of the capacitor 5 becomes zero, there is still charge (energy) in the capacitive element 10d, so the GDU 12 uses the remaining energy to turn on the semiconductor switch 11. can.

なお、各ＧＤＵへの給電方式は、図２に示す給電回路１０に限られない。図６に示すセル変換器１１２は、各ＧＤＵのそれぞれに対して設けられた給電回路２１～２５を備える。給電回路２１～２４は、それぞれ、対応するスイッチング素子１～４の素子端から電力供給を受ける。給電回路２５は、半導体スイッチ１１の素子端（一対の交流出力端子ａ，ｂ）から電力供給を受ける。図７に示すセル変換器１１３は、一対の交流出力端子ａ，ｂに接続されるトランス２７を介して供給される電力に基づいて、各ＧＤＵに給電する給電回路２６を有する。給電回路２１～２６は、例えば、図５に示す回路構成を有する。 Note that the method of feeding power to each GDU is not limited to the power feeding circuit 10 shown in FIG. 2. The cell converter 112 shown in FIG. 6 includes power supply circuits 21 to 25 provided for each GDU. The power supply circuits 21 to 24 receive power from the element terminals of the corresponding switching elements 1 to 4, respectively. The power supply circuit 25 receives power from the element terminals (a pair of AC output terminals a and b) of the semiconductor switch 11. The cell converter 113 shown in FIG. 7 includes a power supply circuit 26 that supplies power to each GDU based on power supplied via a transformer 27 connected to a pair of AC output terminals a and b. The power supply circuits 21 to 26 have a circuit configuration shown in FIG. 5, for example.

以上、電力変換装置を実施形態により説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。他の実施形態の一部又は全部との組み合わせや置換などの種々の変形及び改良が、本発明の範囲内で可能である。 Although the power conversion device has been described above using the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various modifications and improvements, such as combinations and substitutions with part or all of other embodiments, are possible within the scope of the present invention.

１～４ スイッチング素子
５ コンデンサ
６～９，１２ ＧＤＵ
１０，２１～２６ 給電回路
１１ 半導体スイッチ
１３，１４ サイリスタ
２７ トランス
２８ 電力変換回路
１０１ 電力変換装置
１０２ Ｕ相アーム部
１０３ Ｖ相アーム部
１０４ Ｗ相アーム部
１０５ リアクトル
１０２ａ，１０２ｂ，１０２ｃ セル変換器
１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃ セル変換器
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ セル変換器
１０６ 制御部
１１１，１１２，１１３ セル変換器
２００ 系統 1 to 4 Switching element 5 Capacitor 6 to 9, 12 GDU
10, 21 to 26 Power supply circuit 11 Semiconductor switch 13, 14 Thyristor 27 Transformer 28 Power conversion circuit 101 Power conversion device 102 U-phase arm section 103 V-phase arm section 104 W-phase arm section 105 Reactor 102a, 102b, 102c Cell converter 103a , 103b, 103c Cell converter 104a, 104b, 104c Cell converter 106 Control section 111, 112, 113 Cell converter 200 system

Claims (6)

一対の交流出力端子をそれぞれ有し、前記一対の交流出力端子を介して直列に接続される複数のセル変換器を備え、
前記複数のセル変換器は、それぞれ、
コンデンサと、前記コンデンサと前記一対の交流出力端子との間に接続される電力変換回路と、前記一対の交流出力端子の間に接続される半導体スイッチと、前記複数のセル変換器のうち自身のセル変換器の故障が検出された場合に前記半導体スイッチをオンにする駆動回路とを有し、
前記故障が検出された場合、前記一対の出力端子に流れる電流は、前記半導体スイッチを経由し、
前記駆動回路が前記半導体スイッチをオンにすると、前記半導体スイッチを壊す電流を前記半導体スイッチに流して、前記半導体スイッチのオン状態を維持させる、電力変換装置。 A plurality of cell converters each having a pair of AC output terminals and connected in series via the pair of AC output terminals,
Each of the plurality of cell converters includes:
a capacitor, a power conversion circuit connected between the capacitor and the pair of AC output terminals, a semiconductor switch connected between the pair of AC output terminals, and one of the plurality of cell converters. a drive circuit that turns on the semiconductor switch when a cell converter failure is detected;
When the fault is detected, the current flowing to the pair of output terminals passes through the semiconductor switch,
When the drive circuit turns on the semiconductor switch, a current that destroys the semiconductor switch flows through the semiconductor switch to maintain the semiconductor switch in an on state. 前記半導体スイッチは、圧接型のスイッチである、請求項１に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1, wherein the semiconductor switch is a pressure contact type switch. 前記半導体スイッチの最大電流は、前記電力変換回路を構成するスイッチング素子の最大電流よりも低い、請求項１又は２に記載の電力変換装置。 The power conversion device according to claim 1 or 2, wherein a maximum current of the semiconductor switch is lower than a maximum current of a switching element forming the power conversion circuit. 前記複数のセル変換器は、それぞれ、前記コンデンサからの電力に基づいて前記駆動回路に給電する給電回路を有する、請求項１から３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 3, wherein each of the plurality of cell converters has a power feeding circuit that feeds power to the drive circuit based on power from the capacitor. 前記複数のセル変換器のそれぞれを監視する制御部を備え、
前記駆動回路は、前記故障が前記制御部により検出された場合、前記半導体スイッチをオンにする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電力変換装置。 comprising a control unit that monitors each of the plurality of cell converters,
The power conversion device according to claim 1 , wherein the drive circuit turns on the semiconductor switch when the failure is detected by the control unit. 前記電力変換回路は、複数のスイッチング素子を有するフルブリッジ回路である、請求項１から５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 power conversion circuit is a full bridge circuit having a plurality of switching elements.
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