(57)【要約】【課題】過大な順方向電圧上昇率のサージ電圧の印加による破損からサイリスタを保護する。【解決手段】サイリスタと並列に電圧検出器を接続しサイリスタのアノード−カソード間電圧を測定する。印加電圧から電圧上昇率計算器で順方向電圧上昇率を求める。印加電圧と順方向電圧上昇率から保護動作判定器にて、印加電圧毎に規定された順方向電圧上昇率以上となった場合を判定したとき、パルスジェネレータから、保護ゲートトリガを当該サイリスタおよび当該サイリスタと直列接続された全サイリスタに出力することで、過大な順方向電圧上昇率からサイリスタを保護する。印加電圧ごとで順方向電圧上昇率の判定を行うことで、順方向電圧上昇率を１つで判定する場合と比較して、不要な保護動作回数を減らせる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サイリスタのアノード−カソード間に印加される順方向電圧を検出する順方向電圧検出回路と、検出された前記順方向電圧の上昇率が所定の基準値を超えたとき、前記サイリスタにオンゲート信号を与える保護回路を備えたサイリスタ電力変換器の保護装置において、前記基準値を、前記順方向電圧の大きさに応じて異なるように設定する手段を備えたことを特徴とするサイリスタ電力変換器の保護装置。
【請求項２】
請求項１において、前記基準値を、前記順方向電圧が高いほど小さく設定する手段を備えたことを特徴とするサイリスタ電力変換器の保護装置。
【請求項３】
請求項１または２において、前記順方向電圧検出回路の出力を入力し順方向電圧の上昇率を計算する上昇率計算部と、前記順方向電圧検出回路の出力を入力し順方向電圧が高いほど小さな前記基準値を出力する基準値発生部と、前記上昇率計算部の出力と前記基準値発生部の出力とを入力し、前記上昇率が前記基準値を上回ったとき前記保護回路を駆動する保護動作判定部を備えたことを特徴とするサイリスタ電力変換器の保護装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、前記順方向電圧検出回路は、前記サイリスタに抵抗器を介して並列接続された発光素子と、この発光素子からの光信号を伝達するライトガイドと、このライトガイドに接続された光−電気信号変換器とを備えたことを特徴とするサイリスタ電力変換器の保護装置。
【請求項５】
サイリスタのアノード−カソード間に印加される順方向電圧を検出するステップと、検出された前記順方向電圧の上昇率が所定の基準値を超えたとき、前記サイリスタにオンゲート信号を与えるステップを備えたサイリスタ電力変換器の保護方法において、前記基準値を、前記順方向電圧の大きさに応じて異なるように設定するステップを備えたことを特徴とするサイリスタ電力変換器の保護方法。
【請求項６】
請求項５において、前記基準値を、前記順方向電圧が大きいほど小さく設定するステップを備えたことを特徴とするサイリスタ電力変換器の保護方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直流送電や電力系統の周波数変換、揚水力発電用の揚水始動などに用いるサイリスタ電力変換器の保護装置および保護方法に関わる。
【背景技術】
【０００２】
電力の安定供給を目的とした大容量直流送電や異周波数系統間の電力融通、発電所のポンプ／タービンの始動などの分野において、高効率で大容量なサイリスタ電力変換器が使用されている。現在、国内でも系統を連系する直流送電・周波数変換設備が稼動しており、これらの設備は長時間の運転継続が望まれている。
【０００３】
サイリスタ電力変換器のうち、電力系統などに接続される機器は、外部から雷などの急峻なサージが侵入する場合があり、サージ電圧の順方向電圧上昇率が過大である場合、サイリスタが破損する。
【０００４】
サイリスタ電力変換器に用いられるサイリスタについて、サイリスタがオフ状態にあるときに過大な順方向電圧上昇率の電圧サージが印加された場合、サイリスタ内部の寄生キャパシタに電流が流れ、これが不十分なゲートパルスとして働き、不十分な状態でターンオンしようとする。この結果、サイリスタは不完全なスイッチ動作を行い、小さな通電領域に電流が集中して局部過熱が発生してサイリスタの破損につながる。この現象は、サイリスタがスイッチング動作をせずにオフ状態であったとしても発生する。サイリスタは、自己消弧型のスイッチング素子ではないのでこの不十分なターンオンを自分では止めることが出来ない。そのため、保護方法としては、規定値以上の順方向電圧上昇率を検出した場合には、特許文献１〜３に開示されているように、積極的にターンオンさせることで破損を回避することが行われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−４８２５３号公報
【特許文献２】特開平１−２１５１１６号公報
【特許文献３】特開平４−８８８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１〜３に開示されているように、サイリスタの規定値以上の順方向電圧上昇率を検出した場合、サイリスタに積極的にゲートパルスを入力して、十分な通電領域を確保できるようにしている。
【０００７】
しかし、オフ状態でサイリスタが耐えられる順方向電圧上昇率は印加される電圧の大きさによって変化するため、上限値を１つの値で規定すると、不必要な保護動作となり、サイリスタ電力変換器の運転継続性が低下することになる。
【０００８】
本発明は、長期間の運用が求められるサイリスタ電力変換器の、サージ電圧に対する保護品質を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の望ましい実施態様においては、サイリスタのアノード−カソード間の順方向電圧を検出し、検出電圧の時間変化から順方向電圧上昇率を計算する。保護パルス出力の要否判定は、順方向電圧上昇率の上限値の規定を順方向電圧範囲毎に規定し、印加電圧での順方向電圧上昇率上限値を超えた場合に保護パルスをサイリスタに出力する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の望ましい実施態様によれば、順方向電圧上昇率の上限値規定を印加電圧との関係で規定することで、サイリスタの耐量に対して不必要な余裕を持たせることなく、サイリスタを保護することができ、稼働率の無駄な低下を防止することができる。
【００１１】
本発明のその他の目的と特徴は、以下に述べる実施形態の中で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例によるサイリスタ電力変換器の保護装置の制御ブロック図である。
【図２】本発明の一実施例によるサイリスタ電力変換器の保護装置のより具体的な制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の一実施例を、図１を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の一実施例によるサイリスタ電力変換器の保護装置の制御ブロック図である。図において、サイリスタ１の保護装置として、サイリスタ１に並列に接続された順方向電圧検出器２と、順方向電圧検出器２の後段に接続された順方向電圧上昇率計算器３を備えている。また、前記順方向電圧検出器２と前記順方向電圧上昇率計算器３の後段に接続された保護動作判定器４と、さらに、この保護動作判定器４の後段に接続されたパルスジェネレータ５とを備えている。
【００１５】
サイリスタ１のアノード−カソード間に順方向電圧が印加されると、順方向電圧検出器２からサイリスタ１の順方向印加電圧情報が、順方向電圧上昇率計算器３および保護動作判定器４に出力される。順方向電圧上昇率計算器３では、順方向印加電圧情報から順方向電圧上昇率情報を保護動作判定器４に出力する。保護動作判定器４では、順方向印加電圧情報から印加電圧における順方向電圧上昇率上限値を選択し、順方向電圧上昇率情報と比較して上限値を超えている場合、保護パルス出力指令をパルスジェネレータ５に出力する。パルスジェネレータ５は、保護パルス出力指令に従ってサイリスタ１に対してトリガパルスを出力し、サイリスタ１を点弧させ、これを保護する。
【００１６】
図２は、本発明の一実施例によるサイリスタ電力変換器の保護装置のより具体的な制御ブロック図である。
【００１７】
図２において、前記順方向電圧検出器２は、抵抗器６、発光素子７、ライトガイド８、および光電気信号変換器９で構成されている。抵抗器６と発光素子７を直列に接続したものを、サイリスタ１と並列に接続する。ここで、発光素子７の向きはサイリスタ１に順方向電圧が印加されたときに抵抗器６に流れる電流で発光する向きとする。発光素子７の光出力はライトガイド８によって光−電気変換器９に接続されている。光−電気変換器９からは、印加電圧情報を出力する。
【００１８】
サイリスタ１のアノード−カソード間に電圧が印加されると抵抗器６の抵抗値によって決まる電流が発光素子７に流れる。発光素子７の光出力はライトガイド８を通じて光電気信号変換器９に入力される。光電気信号変換器９では発光素子７の通電電流と光出力強度の関係からサイリスタ１に印加されている順方向電圧情報が算出可能となる。
【００１９】
光−電気変換器９からの印加電圧情報は、上昇率計算器３と保護動作判定器４内の基準値発生部４１に入力される。基準値発生部４１は、サイリスタ１のＡ−Ｋ間のブレークオーバ電圧対そのｄＶ／ｄｔ特性を模擬し、Ａ−Ｋ間電圧毎に異なるｄＶ／ｄｔの基準値を発生する。保護動作判定部４２は、上昇率計算器３で得られたサイリスタ１のＡ−Ｋ間電圧の上昇率ｄＶ／ｄｔが、そのＡ−Ｋ間電圧での基準値を超えると、パルスジェネレータ５を駆動する。したがって、パルスジェネレータ５は、サイリスタ１に対してトリガパルスを出力し、サイリスタ１を点弧させ、これを保護する。
【００２０】
本構成とすることで、例えばサイリスタ１が多直列に接続されて使用される変換器などにおいて、高電圧が印加された場合など、ライトガイド８を通して光信号で情報の送受信が可能となり、絶縁が確保できる。これにより、光−電気信号変換器９以降、パルスジェネレータ５までを大地電位に設置可能となる。
【００２１】
以上の本発明の望ましい実施例によれば、順方向電圧上昇率の上限値をサイリスタのＡ−Ｋ間印加電圧との関係で規定することで、サイリスタの耐量に対して不必要な余裕を持たせることなく、サイリスタを保護することができ、稼働率の無駄な低下を防止することができる。
【符号の説明】
【００２２】
１…サイリスタ、２…順方向電圧検出器、３…電圧上昇率計算器、４…保護動作判定器、４１…基準値発生部、４２…保護動作判定部、５…パルスジェネレータ、６…抵抗器、７…発光素子、８…ライトガイド、９…光−電気信号変換器。
【図１】
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【図２】
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