(57)【要約】【課題】遮過電圧保護機能付きサイリスタにスナバ回路が設けられた電力変換装置において、過電圧保護機能付きサイリスタがブレークオーバ電圧を超えることにより自己点弧する場合、より長く運転を継続させて、スナバ回路を保護することのできる電力変換装置を提供することにある。【解決手段】直列に接続されたＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃにスナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが設けられたサイリスタバルブ２を備えた電力変換装置１０において、ＶＢＯ点弧を検出した場合、カウンタ１４をカウントアップさせ、ＶＢＯ点弧を検出していない間は、クロック１３によるパルス信号に応じて、カウンタ１４をカウントダウンさせ、カウンタ１４のカウント値が設定値ＮＴ以上になると、保護装置４が保護動作する。【選択図】      図１
2010226809.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ブレークオーバ電圧を超えると自己点弧するスイッチング素子にスナバ回路が設けられた電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出する自己点弧検出手段と、
カウント値を保持するカウンタと、
前記自己点弧検出手段により前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出した場合、前記カウント値を増加させるカウント値増加手段と、
前記自己点弧検出手段により前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出していない時間に応じて、前記カウント値を減少させるカウント値減少手段と、
前記カウント値が所定値以上の場合、前記スナバ回路を保護するための動作をする保護動作手段と
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項２】
前記自己点弧検出手段は、前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを示す自己点弧検出信号を出力し、
前記カウント値増加手段は、前記自己点弧検出手段から前記自己点弧検出信号が出力された場合、前記スナバ回路の温度特性に基づく加算値を前記カウント値に加算し、
前記カウント値減少手段は、前記自己点弧検出手段から前記自己点弧検出信号が出力されていない間、前記スナバ回路の温度特性に基づく減算値を前記カウント値から減算すること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項３】
ブレークオーバ電圧を超えると自己点弧するスイッチング素子にスナバ回路が設けられた電力変換装置を制御する制御装置であって、
前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出したことを示す自己点弧検出信号を出力する自己点弧検出手段と、
カウント値を保持するカウンタと、
前記自己点弧検出手段から前記自己点弧検出信号が入力されている間と前記自己点弧検出手段から前記自己点弧検出信号が入力されなくなってから第１の所定時間が経過するまでの間、継続して信号を出力するオフディレイと、
前記オフディレイから出力された前記信号が第２の所定時間を超えた場合、前記スナバ回路を保護するための動作をする保護動作手段と
を備えたことを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項４】
前記スイッチング素子の主極間の順電圧が所定電圧より大きいか否かを検出する電圧検出手段を備え、
前記自己点弧検出手段は、前記スイッチング素子を点弧させるためのゲート基準が出力されてから所定時間以内に、前記電圧検出手段により、前記順電圧が前記所定電圧より大きくないことを検出しない場合、前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出すること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置の制御装置。
【請求項５】
ブレークオーバ電圧を超えると自己点弧するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に設けられたスナバ回路と、
前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出する自己点弧検出手段と、
カウント値を保持するカウンタと、
前記自己点弧検出手段により前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出した場合、前記カウント値を増加させるカウント値増加手段と、
前記自己点弧検出手段により前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出していない時間に応じて、前記カウント値を減少させるカウント値減少手段と、
前記カウント値が所定値以上の場合、前記スナバ回路を保護するための動作をする保護動作手段と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
前記自己点弧検出手段は、前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを示す自己点弧検出信号を出力し、
前記カウント値増加手段は、前記自己点弧検出手段から前記自己点弧検出信号が出力された場合、前記スナバ回路の温度特性に基づく加算値を前記カウント値に加算し、
前記カウント値減少手段は、前記自己点弧検出手段から前記自己点弧検出信号が出力されていない間、前記スナバ回路の温度特性に基づく減算値を前記カウント値から減算すること
を特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
ブレークオーバ電圧を超えると自己点弧するスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に設けられたスナバ回路と、
前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出したことを示す自己点弧検出信号を出力する自己点弧検出手段と、
カウント値を保持するカウンタと、
前記自己点弧検出手段から前記自己点弧検出信号が入力されている間と前記自己点弧検出信号が入力されなくなってから第１の所定時間が経過するまでの間、継続して信号を出力するオフディレイと、
前記オフディレイから出力された前記信号が第２の所定時間を超えた場合、前記スナバ回路を保護するための動作をする保護動作手段と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
前記スイッチング素子の主極間の順電圧が所定電圧より大きいか否かを検出する電圧検出手段を備え、
前記自己点弧検出手段は、前記スイッチング素子を点弧させるためのゲート基準が出力されてから所定時間以内に、前記電圧検出手段により、前記順電圧が前記所定電圧より大きくないことを検出しない場合、前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出すること
を特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
ブレークオーバ電圧を超えると自己点弧するスイッチング素子にスナバ回路が設けられた電力変換装置に適用される前記スナバ回路の保護方法であって、
前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出する自己点弧検出ステップと、
前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出した場合、カウント値を増加させるカウント値増加ステップと、
前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出していない時間に応じて、前記カウント値を減少させるカウント値減少ステップと、
前記カウント値が所定値以上の場合、前記スナバ回路を保護するための保護動作をする保護動作ステップと
を含むことを特徴とするスナバ回路の保護方法。
【請求項１０】
前記自己点弧検出ステップは、前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを示す自己点弧検出信号を出力し、
前記カウント値増加ステップは、前記自己点弧検出信号が出力された場合、前記スナバ回路の温度特性に基づく加算値を前記カウント値に加算し、
前記カウント値減少ステップは、前記自己点弧検出信号が出力されていない間、前記スナバ回路の温度特性に基づく減算値を前記カウント値から減算すること
を特徴とする請求項９に記載のスナバ回路の保護方法。
【請求項１１】
ブレークオーバ電圧を超えると自己点弧するスイッチング素子にスナバ回路が設けられた電力変換装置に適用される前記スナバ回路の保護方法であって、
前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出したことを示す自己点弧検出信号を出力する自己点弧検出ステップと、
前記自己点弧検出ステップから前記自己点弧検出信号が入力されている間と前記自己点弧検出ステップから前記自己点弧検出信号が入力されなくなってから第１の所定時間が経過するまでの間、継続して信号を出力する信号出力ステップと、
出力された前記信号が第２の所定時間を超えた場合、前記スナバ回路を保護するための動作をする保護動作ステップと
を含むことを特徴とするスナバ回路の保護方法。
【請求項１２】
前記スイッチング素子の主極間の順電圧が所定電圧より大きいか否かを検出する電圧検出ステップを含み、
前記自己点弧検出ステップは、前記スイッチング素子を点弧させるためのゲート基準が出力されてから所定時間以内に、前記電圧検出ステップにより、前記順電圧が前記所定電圧より大きくないことを検出しない場合、前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出すること
を特徴とする請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載のスナバ回路の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、過電圧保護機能付きサイリスタを用いた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、過電圧保護機能付きサイリスタ（以下、「ＶＢＯ（ブレークオーバ電圧）フリーサイリスタ」という。）を用いた電力変換装置が知られている。ＶＢＯフリーサイリスタは、主電極間であるアノード（Ａ）−カソード（Ｋ）間（以下、「Ａ−Ｋ間」という。）の順方向に過電圧（ブレークオーバ電圧）が印加されると、自らターンオン（点弧）し（以下、「ＶＢＯ点弧」という。）、過電圧からの保護を図るサイリスタである。大容量電力変換器では、電力変換回路として、複数個のＶＢＯフリーサイリスタが直列に接続されている。
【０００３】
このような電力変換装置において、ＶＢＯ点弧が継続して行われると、ＶＢＯフリーサイリスタに設けられているスナバ回路に負荷が掛かる。このようなＶＢＯ点弧が継続して行われる状態としては、ＶＢＯフリーサイリスタを駆動させるための光ゲートパルス（ゲート信号）が光量低下により断続する場合などがある。
【０００４】
次に、ＶＢＯ点弧によるスナバ回路に掛かる負荷について説明する。
【０００５】
ＶＢＯフリーサイリスタが正常にゲート信号によりターンオンすると、ＶＢＯフリーサイリスタの主電極間（Ａ−Ｋ間）の電圧は、略零になる。従って、１個のＶＢＯフリーサイリスタがターンオンせずに、他のＶＢＯフリーサイリスタが全てターンオンした場合、スナバ回路の構成によるインピーダンスに応じて、ターンオンしていないＶＢＯフリーサイリスタの主電極間に掛かる電圧が上昇する。上昇した電圧がブレークオーバ電圧を超えると、ターンオンしていなかったＶＢＯフリーサイリスタは、ターンオン（ＶＢＯ点弧）する。この上昇した電圧は、このＶＢＯフリーサイリスタに設けられているスナバ回路にも同時に加わっている。このように、ＶＢＯ点弧がされると、スナバ回路には、ＶＢＯフリーサイリスタが正常にゲート信号によりターンオンされる場合よりも高い電圧が加わる。この高い電圧が加わり続けると、スナバ回路が焼損する恐れがある。
【０００６】
そこで、ＶＢＯフリーサイリスタの順電圧を検出して、ＶＢＯフリーサイリスタがＶＢＯ点弧したのか、それともゲート信号により点弧したのかを監視し、ＶＢＯ点弧したと判断した場合は、保護動作することにより、ＶＢＯ点弧が繰り返されることを防止する電力変換装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２１０７９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、先行技術文献に開示されている電力変換装置では、電力変換装置の状態に関係なく、保護動作をしている。このため、ＶＢＯ点弧にまだ充分に耐えられるにも関わらず保護停止する可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、過電圧保護機能付きサイリスタにスナバ回路が設けられた電力変換装置において、過電圧保護機能付きサイリスタがブレークオーバ電圧を超えることにより自己点弧する場合、より長く運転を継続させて、スナバ回路を保護することのできる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の観点に従った電力変換装置を制御する制御装置は、ブレークオーバ電圧を超えると自己点弧するスイッチング素子にスナバ回路が設けられた電力変換装置を制御する制御装置であって、前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出する自己点弧検出手段と、カウント値を保持するカウンタと、前記自己点弧検出手段により前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出した場合、前記カウント値を増加させるカウント値増加手段と、前記自己点弧検出手段により前記スイッチング素子が自己点弧をする状態であることを検出していない時間に応じて、前記カウント値を減少させるカウント値減少手段と、前記カウント値が所定値以上の場合、前記スナバ回路を保護するための動作をする保護動作手段とを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、過電圧保護機能付きサイリスタにスナバ回路が設けられた電力変換装置において、過電圧保護機能付きサイリスタがブレークオーバ電圧を超えることにより自己点弧する場合、より長く運転を継続させて、スナバ回路を保護することのできる電力変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す構成図。
【図２】第１の実施形態に係るカウンタに設定される加算値及び減算値の求め方を説明するためのグラフ図。
【図３】第１の実施形態に係る論理積回路ＡＤ３から出力される信号の波形図。
【図４】第１の実施形態に係るクロックから出力されるパルス信号の波形図。
【図５】第１の実施形態に係るカウンタによるカウント値の推移を示す波形図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す構成図。
【図７】本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電力変換装置１０の構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。
【００１５】
電力変換装置１０は、ゲート制御回路１と、サイリスタバルブ２と、位相制御装置３と、保護装置４とを備えている。
【００１６】
電力変換装置１０は、例えば、直流送電（ＨＶＤＣ：High Voltage Direct Current transmission）に用いる他励式変換装置である。
【００１７】
サイリスタバルブ２は、直列リアクトル２６と、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが全て直列に接続された回路を備えている。ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃには、それぞれスナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃと、分圧抵抗２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと、順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃとが設けられている。なお、図１に示しているサイリスタバルブ２の構成は、説明に必要な一部の構成のみを図示し、その他の構成は省略している。
【００１８】
ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、電力変換するためのスイッチング素子である。ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、ゲート制御回路１から出力される光ゲートパルス（ゲート信号）に応じて点弧する。ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、ゲートに光ゲートパルスが入力されると、ターンオンする。ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのそれぞれのゲートは、ライトガイドによりゲート制御回路１と接続されている。ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃは、ライトガイドを介して、ゲート制御回路１から光ゲートパルスを受信する。
【００１９】
スナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのそれぞれに並列に設けられている。スナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、スナバコンデンサＣＳとスナバ抵抗ＲＳとが、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの間に直列に接続された回路である。
【００２０】
スナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、それぞれの対応するＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを、ターンオフ時に加わる過渡的な電圧から保護する。また、スナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃは、それぞれの対応するＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに対して、ターンオフ時の陽極電流を分流して、電圧上昇率を下げことにより、電力損失を軽減して、陽極電流の遮断能力を高める。
【００２１】
ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの主電極間には、分圧抵抗２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃと、順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃとがそれぞれ直列に接続されている。
【００２２】
順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、それぞれの分圧抵抗２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃにより分圧された順電圧を検出する。順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、それぞれＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに対応する順電圧を検出する。順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、順電圧が所定値以上になると、ゲート制御回路１に光信号の順電圧信号を出力する。順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、それぞれライトガイドによりゲート制御回路１と接続されている。順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃは、ライトガイドを介して、順電圧信号をゲート制御回路１に出力する。
【００２３】
ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃがターンオンすると、順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃが検出する電圧は、略零になる。従って、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃがターンオンすると、順電圧信号は、出力されない。
【００２４】
なお、サイリスタバルブ２は、光ゲートパルスがＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに与えられてから、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの主電極間がＶＢＯ点弧する電圧になるまでの過渡時間が例えば１０マイクロ秒以上になるように、回路構成されている。この過渡時間は、直列リアクトル２６及びスナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃを構成するスナバ抵抗ＲＳ及びスナバコンデンサＣＳ選定することで調整できる。このように調整することで、順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃから出力される順電圧信号の信号処理時間が不足することを防止する。
【００２５】
ゲート制御回路１は、位相制御装置３から位相制御基準信号ＯＮ，ＯＦＦを受信する。ゲート制御回路１は、受信した位相制御基準信号ＯＮ，ＯＦＦに基づいて、光ゲートパルスを発生させる。ゲート制御回路１は、発生させた光ゲートパルスをＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに出力することで、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの駆動を制御する。
【００２６】
ゲート制御回路１は、順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃから順電圧信号を受信する。ゲート制御回路１は、受信した順電圧信号に基づいて、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１ＣがＶＢＯ点弧したことを検出する。ゲート制御回路１は、ＶＢＯ点弧を検出することにより、保護装置４に保護動作をさせるための保護動作信号を出力する。
【００２７】
保護装置４は、ゲート制御回路１から受信した保護動作信号に基づいて、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃを駆動させるためのゲート回路を予備系に切り替えたり、電力変換装置１０を停止させたりするなどの保護動作を行う。
【００２８】
次に、ゲート制御回路１の構成について説明する。
【００２９】
ゲート制御回路１は、ゲートパルス発生回路１１と、Ｏ／Ｅ変換器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃと、クロック１３と、カウンタ１４と、論理積回路ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３と、比較回路ＣＰと、フリップフロップＦＦ１，ＦＦ２と、オンディレイ回路ＮＤ１，ＮＤ２と、論理和回路ＯＲ１と、ワンショット回路ＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３とを備えている。
【００３０】
フリップフロップＦＦ１は、位相制御装置３から位相制御基準信号ＯＮ，ＯＦＦを受信する。フリップフロップＦＦ１のセットには、位相制御基準信号の位相制御オンタイミング信号ＯＮが入力される。フリップフロップＦＦ１のリセットには、位相制御基準信号の位相制御オフタイミング信号ＯＦＦが入力される。フリップフロップＦＦ１は、セットされる（セットに信号が入力される）と、フリップフロップＦＦ２のセット及びワンショット回路ＯＳ３に信号を出力する（信号を「１」として出力する）。フリップフロップＦＦ１は、リセットされる（リセットに信号が入力される）と、信号の出力を停止する（信号を「０」として出力する）。
【００３１】
フリップフロップＦＦ２のセットには、フリップフロップＦＦ１からの信号が入力される。フリップフロップＦＦ２のリセットには、サイリスタバルブ２から出力される逆電圧信号ＶＲがオンディレイ回路ＮＤ１を介して、入力される。オンディレイ回路ＮＤ１は、逆電圧信号ＶＲの入力が所定時間ＴＮ１継続すると、信号を出力する。これにより、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの直列回路に逆電圧が加わって、部分転流失敗が発生した場合でも、再点弧パルスを出力できる。フリップフロップＦＦ２は、セットされると、論理積回路ＡＤ１に信号を出力する。
【００３２】
論理和回路ＯＲ１には、順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのそれぞれから出力された順電圧信号が、それぞれＯ／Ｅ変換器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃを介して入力される。Ｏ／Ｅ変換器１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのそれぞれから入力された光信号の順電圧信号を、電気信号の順電圧信号に変換する。従って、論理和回路ＯＲ１には、順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのそれぞれから出力された順電圧信号が電気信号として入力される。
【００３３】
論理和回路ＯＲ１は、入力された３つの信号の論理和を演算（ＯＲ演算）する。順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのうち１つ以上から信号を受信している場合は、論理和回路ＯＲ１は、論理積回路ＡＤ１，ＡＤ２に信号を出力する。順電圧検出器２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃのいずれからも信号を受信していない場合は、論理和回路ＯＲ１は、信号を出力しない。論理和回路ＯＲ１の信号出力が停止した状態は、基本的には、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが全てターンオンされた状態である。
【００３４】
論理積回路ＡＤ１には、フリップフロップＦＦ２からの出力信号及び論理和回路ＯＲ１からの出力信号が入力される。論理積回路ＡＤ１は、入力された２つの信号の論理積を演算（ＡＮＤ演算）する。論理積回路ＡＤ１は、フリップフロップＦＦ２及び論理和回路ＯＲ１の両方から信号が入力されている場合は、ワンショット回路ＯＳ１に信号を出力する。論理積回路ＡＤ１は、フリップフロップＦＦ２及び論理和回路ＯＲ１のいずれか一方でも信号が入力されていない場合は、信号を出力しない。
【００３５】
ワンショット回路ＯＳ１は、論理積回路ＡＤ１から信号が入力されると、所定時間ＴＯ１継続させたゲート基準信号を、ゲートパルス発生回路１１及びワンショット回路ＯＳ２に出力する。
【００３６】
ゲートパルス発生回路１１は、ワンショット回路ＯＳ１から入力されたゲート基準信号を増幅する。ゲートパルス発生回路１１は、発光ダイオード（ＬＥＤ：light-emitting diode）ＬＡ，ＬＢ，ＬＣにより、増幅させたゲート基準信号を電気信号から光信号である光ゲートパルスに変換する。発光ダイオードＬＡ，ＬＢ，ＬＣから出力された光ゲートパルスは、それぞれＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのゲートに入力される。
【００３７】
上述したように、全てのＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃがゲートパルス発生回路１１からの光ゲートパルスによりターンオンされると、論理和回路ＯＲ１からの出力信号は停止する。ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのいずれか１つでもターンオンされていない場合は、全てのＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃがターンオンされるまでの間、論理和回路ＯＲ１から論理積回路ＡＤ１，ＡＤ２に信号が出力され続ける。
【００３８】
ワンショット回路ＯＳ２は、ワンショット回路ＯＳ１からゲート基準信号が入力されると、所定時間ＴＯ２継続させた信号を、論理積回路ＡＤ２に出力する。
【００３９】
論理積回路ＡＤ２には、論理和回路ＯＲ１からの信号及びワンショット回路ＯＳ２からの信号が入力される。論理積回路ＡＤ２は、入力された２つの信号の論理積を演算する。論理積回路ＡＤ２は、論理和回路ＯＲ１及びワンショット回路ＯＳ２の両方から信号が入力されている場合は、オンディレイ回路ＮＤ２に信号を出力する。論理積回路ＡＤ２は、論理和回路ＯＲ１及びワンショット回路ＯＳ２のいずれか一方でも信号が入力されていない場合は、信号を出力しない。
【００４０】
オンディレイ回路ＮＤ２は、論理積回路ＡＤ２から入力される信号が所定時間ＴＮ２継続すると、論理積回路ＡＤ３に信号を出力する。所定時間ＴＮ２は、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃに光ゲートパルスが出力されてから全てのＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃがターンオンするまでの時間に余裕時間を加えた時間である。
【００４１】
ワンショット回路ＯＳ３は、フリップフロップＦＦ１から信号が入力されると、所定時間ＴＯ３継続させた信号を、論理積回路ＡＤ３に出力する。ワンショット回路ＯＳ３は、電流断続によるＶＢＯ点弧の誤検出を防止するための回路である。ここで、電流断続とは、ＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃのオン通電時に電源電圧の電流リプルにより負荷電流が断続する運転状態である。
【００４２】
所定時間ＴＯ３は、ワンショット回路ＯＳ２の所定時間ＴＯ２及びオンディレイ回路ＮＤ２の所定時間ＴＮ２よりも長い時間で、数百マイクロ秒以下に設定する。ＶＢＯフリーサイリスタの直列回路が６相で変換している場合、電流断続が発生するのは、位相制御オンタイミング信号ＯＮが発生してから電気角で約６０度経過した時点である。よって、この場合は、所定時間ＴＯ３は、電気角６０度に相当する時間よりも充分短い（例えば、５分の１以下）時間に設定する。ＶＢＯフリーサイリスタの直列回路が１２相で変換している場合、電流断続が発生するのは、位相制御オンタイミング信号ＯＮが発生してから電気角で約３０度経過した時点である。よって、この場合は、所定時間ＴＯ３は、電気角３０度に相当する時間よりも充分短い（例えば、５分の１以下）時間に設定する。
【００４３】
論理積回路ＡＤ３には、ワンショット回路ＯＳ３からの信号及びオンディレイ回路ＮＤ２からの信号が入力される。論理積回路ＡＤ３は、入力された２つの信号の論理積を演算する。論理積回路ＡＤ３は、ワンショット回路ＯＳ３及びオンディレイ回路ＮＤ２の両方から信号が入力された場合は、カウンタ１４にカウントアップするための信号を出力する。論理積回路ＡＤ３は、ワンショット回路ＯＳ３及びオンディレイ回路ＮＤ２のいずれか一方でも信号が入力されていない場合は、信号を出力しない。論理積回路ＡＤ３から出力される信号は、ＶＢＯ点弧が生じる状態にあることを示す信号（以下、「ＶＢＯ点弧検出信号」という。）である。
【００４４】
クロック１３は、所定の間隔でパルス信号を発生させ続ける。ここで、所定の間隔とは、適用する電力系統システムの商用周波数（５０Ｈｚ，６０Ｈｚ）などの同期と同等以下である。クロック１３は、発生させたパルス信号をカウンタ１４に出力することにより、カウント１４をカウントダウンする。
【００４５】
カウンタ１４は、カウント値を保持している。カウンタ１４は、積分器により構成されている。カウンタ１４は、論理積回路ＡＤ３から入力されたＶＢＯ点弧検出信号及びクロック１３から入力されたパルス信号に応じて、カウント値を増減させる。カウンタ１４は、カウント値を比較回路ＣＰに出力する。
【００４６】
カウンタ１４によるカウント値の増減は、スナバ温度特性を模擬するように構成されている。スナバ温度特性は、最大飽和温度を「ΔＴ」、実測値から求めた係数を「τ」（例えば、τ＝２秒）、ＶＢＯの継続時間を「ｔ」とすると、次式のように模擬できる。
【００４７】
現在のスナバ温度＝ΔＴ（１−ｅ＾（−ｔ／τ））＋ベース温度  …式（１）
ここで、「＾」は、べき乗を示す演算子、「ｅ」は、自然数である。なお、式（１）は、１周期に１度ＶＢＯ点弧した場合のスナバ温度特性を表した近似曲線となる式である。実際には、他相の影響も受け、１周期中にスナバ温度の増減がある。
【００４８】
次に、図２を参照して、式（１）に基づいて、カウンタ１４に設定される加算値Ｎ１及び減算値Ｎ２の求め方を説明する。ここでは、商用周波数が５０Ｈｚ（２０ミリ秒の周期）の電力系統に適用する場合について説明するが、その他の電源周波数でも同様に加算値Ｎ１及び減算値Ｎ２を求めることができる。図２の時間軸（横軸）の時刻０ミリ秒は、ＶＢＯ点弧を検出した時刻を示している。また、ここではクロック１３の周期を商用周波数に合わせている。
【００４９】
グラフＦ１（ｔ）は、式（１）を用いて表したＶＢＯ点弧時のスナバ温度の上昇を示すスナバ温度特性グラフの例である。グラフＦ１（ｔ）は、次式を用いて表している。
【００５０】
Ｆ１（ｔ）＝Ｔ１（１−ｅ＾（−ｔ／τ））  …式（２）
ここで、「Ｔ１」は、飽和温度である。
【００５１】
グラフＦ２（ｔ）は、式（１）を用いて表したＶＢＯ点弧をしていない時のスナバ温度の低下を示すスナバ温度特性グラフの例である。グラフＦ２（ｔ）は、次式を用いて表している。
【００５２】
Ｆ２（ｔ）＝Ｔ２（１−ｅ＾（−ｔ／τ））  …式（３）
ここで、「Ｔ２」は、飽和温度である。
【００５３】
グラフＦ１（ｔ）に示すように、ＶＢＯ点弧検出時点から２０ミリ秒後には、スナバ温度が約１［Ｋ］となっている。従って、加算値Ｎ１は、ベース温度に加算すると、１［Ｋ］を超える温度に設定する。
【００５４】
グラフＦ２（ｔ）に示すように、ＶＢＯ点弧検出時点の２０ミリ秒後からは、スナバ温度が徐々に低下している。従って、減算値Ｎ２は、２０ミリ秒間隔で減算し続けたときに、グラフＦ２（ｔ）を下回らない値に設定する。
【００５５】
カウンタ１４は、上述のようにして求めた加算値Ｎ１及び減算値Ｎ２を設定する。カウンタ１４は、論理積回路ＡＤ３からＶＢＯ点弧検出信号が入力された場合、カウント値に加算値Ｎ１を加算する。カウンタ１４は、クロック１３からパルス信号が「１」として入力された場合、カウント値から減算値Ｎ２を減算する。
【００５６】
比較回路ＣＰには、予め設定された設定値ＮＴ及びカウンタ１４によりカウントされたカウント値が入力される。比較回路ＣＰは、カウンタ１４によりカウントされたカウント値が設定値ＮＴ以上になると、保護装置４に保護動作をさせるための信号を出力する。
【００５７】
設定値ＮＴは、次のように求める。
【００５８】
式（１）を用いて、スナバ回路が耐えられる温度を「現在のスナバ温度」が超えるのは、カウント値がいくつのときかを求める。この求めたカウント値を設定値ＮＴとして設定する。
【００５９】
図３〜図５は、本実施形態に係るゲート制御回路１によるＶＢＯ検出による制御を説明するための波形図である。図３は、論理積回路ＡＤ３から出力される信号の波形図である。図４は、クロック１３から出力されるパルス信号の波形図である。図５は、カウンタ１４によるカウント値の推移を示す波形図である。なお、図３〜図５に示す波形は、説明の便宜上、実際の波形（時間幅など）とは変えて図示している。
【００６０】
図３に示す時刻ｔｕは、ＶＢＯ点弧検出信号が出力された時刻を示している。カウンタ１４は、図５に示すように、時刻ｔｕのときに、カウント値に加算値Ｎ１を加算する。
【００６１】
図４に示す時刻ｔｄは、パルス信号の立ち上がり時刻を示している。カウンタ１４は、図５に示すように、時刻ｔｄのときに、カウント値から減算値２を減算する。
【００６２】
カウンタ１４のカウント値は、時刻ｔｕでのカウントアップと時刻ｔｄでのカウントダウンにより、図５に示す波形のように推移する。カウンタ１４のカウント値は、時刻ｔ１で設定値ＮＴ以上になる。このため、比較回路ＣＰは、時刻ｔ１で、保護装置４に保護動作させるための信号を出力する。
【００６３】
本実施形態によれば、カウンタ１４を設け、ＶＢＯ点弧検出信号に応じて、カウント値を増減させることで、スナバ温度特性を模擬したスナバ温度を推定することができる。これにより、ＶＢＯ点弧が発生しても、スナバ回路が耐えられる温度である間は継続して使用することができる。これにより、電力変換装置１０は、保護動作を遅らせることで、より長く継続して運転することができる。
【００６４】
また、ＶＢＯ点弧検出信号には、位相制御オンタイミング信号ＯＮに基づくワンショット回路ＯＳ３から出力された信号との論理積をした信号を用いているため、電流断続によるＶＢＯ点弧検出信号の誤検出を防止することができる。
【００６５】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置１０Ａの構成を示す構成図である。
【００６６】
電力変換装置１０Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１０において、ゲート制御回路１の代わりにゲート制御回路１Ａを設けた構成である。その他の点は、電力変換装置１０と同様である。
【００６７】
ゲート制御回路１Ａは、ゲート制御回路１において、クロック１３、カウンタ１４、及び比較回路ＣＰの代わりに、オフディレイ回路ＦＤ１Ａ、オンディレイ回路ＮＤ３Ａ、論理積回路ＡＤ４Ａ、及びフリップフロップＦＦ３Ａを設けた構成である。その他の点は、ゲート制御回路１と同様である。
【００６８】
ゲート制御回路１Ａは、論理積回路ＡＤ３からＶＢＯ点弧検出信号が出力されるまでの動作は、第１の実施形態に係るゲート制御回路１と同様である。
【００６９】
オフディレイ回路ＦＤ１Ａには、論理積回路ＡＤ３からのＶＢＯ点弧検出信号が入力される。オフディレイ回路ＦＤ１Ａは、論理積回路ＡＤ３から信号が入力されている間は、信号を出し続ける。オフディレイ回路ＦＤ１Ａは、論理積回路ＡＤ３から信号が入力されなくなってから更に所定時間ＴＦ１継続させた信号を出力する。即ち、オフディレイ回路ＦＤ１Ａが信号を出力されている間に、何回信号が入力されても、所定時間ＴＦ１以上の間隔が空かなければ、１つの継続させた信号を出力する。
【００７０】
所定時間ＴＦ１は、例えば、電力変換装置１０Ａを交流電源が５０ＨｚのＨＶＤＣに用いる場合は、２０ミリ秒以上（例えば、２５ミリ秒）にする。即ち、電源の周期（５０Ｈｚの場合、２０ミリ秒）よりも少し長い時間にする。
【００７１】
オンディレイ回路ＮＤ３Ａには、オフディレイ回路ＦＤ１Ａからの信号が入力される。オンディレイ回路ＮＤ３Ａは、オフディレイ回路ＦＤ１Ａから入力される信号が所定時間ＴＮ３継続すると、論理積回路ＡＤ４Ａに信号を出力する。
【００７２】
所定時間ＴＮ３は、例えば、電源の周期にスナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが耐えられるＶＢＯ点弧の上限の回数を乗算した時間にする。即ち、電源の周期が２０ミリ秒（５０Ｈｚ）であり、耐えられるＶＢＯ点弧の上限の回数が２０回である場合、４００ミリ秒（２０ミリ秒×２０回）となる。
【００７３】
論理積回路ＡＤ４Ａには、オンディレイ回路ＮＤ３Ａから出力された信号及びゲートブロック信号ＧＢが反転（論理否定）した信号が入力される。ゲートブロック信号ＧＢは、ゲートブロックしている状態のときに出力される信号である。論理積回路ＡＤ４Ａは、入力された２つの信号の論理積を演算する。論理積回路ＡＤ４Ａは、ゲートブロック信号ＧＢが入力されているときは、信号を出力しない。論理積回路ＡＤ４Ａは、ゲートブロック信号ＧＢが入力されておらず、オンディレイ回路ＮＤ３Ａから信号が入力された場合、フリップフロップＦＦ３Ａのセットに信号を出力する。
【００７４】
フリップフロップＦＦ３Ａは、論理積回路ＡＤ４Ａから入力された信号によりセットされると、保護装置４に保護動作をさせるための信号を出力する。
【００７５】
本実施形態によれば、オフディレイ回路ＦＤ１Ａ及びオンディレイ回路ＮＤ３Ａを設けることにより、ＶＢＯ点弧検出信号に基づいて、ＶＢＯ点弧の回数を擬似的に求めることができる。これにより、ゲート制御回路１Ａは、スナバ回路２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが耐えられるＶＢＯ点弧の上限の回数に達したと判断される時点で、保護動作をすることができる。これにより、ＶＢＯ点弧が発生しても、スナバ回路が耐えられる回数である間は継続して使用することができる。これにより、電力変換装置１０Ａは、保護動作を遅らせることで、より長く継続して運転することができる。
【００７６】
また、ＶＢＯ点弧検出信号には、位相制御オンタイミング信号ＯＮに基づくワンショット回路ＯＳ３から出力された信号との論理積をした信号を用いているため、電流断続によるＶＢＯ点弧検出信号の誤検出を防止することができる。
【００７７】
本実施形態に係る電力変換装置１０Ａは、ＨＶＤＣのように通常運転ではＶＢＯフリーサイリスタ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃの点弧が１周期に１回であると判っているシステムに適している。
【００７８】
（第３の実施形態）
図７は、本発明の第３の実施形態に係る電力変換装置１０Ｂの構成を示す構成図である。
【００７９】
電力変換装置１０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１０において、ゲート制御回路１の代わりにゲート制御回路１Ｂを設けた構成である。その他の点は、電力変換装置１０と同様である。
【００８０】
ゲート制御回路１Ｂは、ゲート制御回路１において、クロック１３を取り除き、カウンタ１４の代わりに温度推定部１４Ｂを設け、比較回路ＣＰの代わりに比較回路ＣＰＢを設けた構成である。その他の点は、ゲート制御回路１と同様である。
【００８１】
温度推定部１４Ｂは、スナバ温度の推定温度としてのカウント値を保持している。カウント値の初期値は、ベース温度である。温度推定部１４Ｂには、論理積回路ＡＤ３から出力されたＶＢＯ点弧検出信号が入力される。温度推定部１４Ｂには、第１の実施形態で説明した図２に示すスナバ温度特性を示すグラフＦ１（ｔ）及びＦ２（ｔ）に相当する演算式がソフトウェアとして組み込まれている。温度推定部１４Ｂは、ＶＢＯ点弧検出信号に基づいて、カウント値を増減させる。
【００８２】
温度推定部１４Ｂは、論理積回路ＡＤ３からＶＢＯ点弧検出信号が入力され続けている間、ＶＢＯ点弧によるスナバ温度の上昇を示すスナバ温度特性グラフＦ１（ｔ）に相当する演算式に従って、カウント値を増加させる。
【００８３】
温度推定部１４Ｂは、論理積回路ＡＤ３からＶＢＯ点弧検出信号が入力されていない間、ＶＢＯ点弧をしていない場合におけるスナバ温度の低下を示すスナバ温度特性グラフＦ２（ｔ）に相当する演算式に従って、カウント値を減少させる。
【００８４】
温度推定部１４Ｂは、ＶＢＯ点弧検出信号に基づいて増減させたカウント値を比較回路ＣＰＢに出力する。
【００８５】
比較回路ＣＰＢは、スナバ回路が耐えられる最大の許容温度ＴＬが予め設定されている。比較回路ＣＰＢには、温度推定部１４Ｂからカウント値が入力される。比較回路ＣＰＢは、温度推定部１４Ｂから入力されたスナバ温度の推定温度としてのカウント値が許容温度ＴＬ以上になると、保護装置４に保護動作をさせるための信号を出力する。
【００８６】
本実施形態によれば、スナバ温度特性を模擬するための演算をする温度推定部１４Ｂを設けることで、ＶＢＯ点弧検出信号に基づいて、スナバ温度を推定することができる。これにより、ＶＢＯ点弧が発生しても、スナバ回路が耐えられる温度である間は継続して使用することができる。これにより、電力変換装置１０は、保護動作を遅らせることで、より長く継続して運転することができる。
【００８７】
また、ＶＢＯ点弧検出信号には、位相制御オンタイミング信号ＯＮに基づくワンショット回路ＯＳ３から出力された信号との論理積をした信号を用いているため、電流断続によるＶＢＯ点弧検出信号の誤検出を防止することができる。
【００８８】
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１…ゲート制御回路、２…サイリスタバルブ、３…位相制御装置、４…保護装置、１０…電力変換装置、１１…ゲートパルス発生回路、１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ…Ｏ／Ｅ変換器、１３…クロック、１４…カウンタ、２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…ＶＢＯフリーサイリスタ、２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…スナバ回路、２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ…分圧抵抗、２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ…順電圧検出器、２６…直列リアクトル、ＡＤ１，ＡＤ２，ＡＤ３…論理積回路、ＣＰ…比較回路、ＦＦ１，ＦＦ２…フリップフロップ、ＮＤ１，ＮＤ２…オンディレイ回路、ＯＲ１…論理和回路、ＯＳ１，ＯＳ２，ＯＳ３…ワンショット回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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