(57)【要約】【課題】サイリスタバルブを構成している複数のサイリスタのうち、故障したサイリスタの交換が容易に行えるサイリスタ変換器を得る。【解決手段】サイリスタバルブを構成するサイリスタのうち、一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタ及び二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタを物理的に隣接して配置し、前記一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに第１の電圧検出器を接続し、この第１の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する逆電圧検出回路を含む構成とし、前記二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに第２の電圧検出器を接続し、この第２の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する予備の逆電圧検出回路を含む構成としたサイリスタ変換器。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のサイリスタを直列接続してなるサイリスタバルブモジュールを複数組配置し、各サイリスタバルブモジュールを直列接続して構成されるサイリスタバルブにおいて一部のサイリスタバルブモジュールまたはすべてのサイリスタバルブモジュールにサイリスタの逆電圧検出回路を備え、逆電圧検出回路の出力信号を光信号とし、ライトガイドを用いて大地電位に光信号を伝達するサイリスタ変換器において、前記各サイリスタバルブモジュールを構成するサイリスタのうち、一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタ及び二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタを物理的に隣接して配置し、前記一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに第１の電圧検出器を接続し、この第１の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する逆電圧検出回路を含む構成とし、前記二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに第２の電圧検出器を接続し、この第２の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する予備の逆電圧検出回路を含む構成とし、逆電圧信号を伝送するライトガイドは第１の電圧検出器にも予備の第２の電圧検出器にも接続可能な様に余長を有した構成としたサイリスタ変換器。
【請求項２】
複数個のサイリスタを直列接続してなるサイリスタバルブを備えたサイリスタ変換器において、
前記サイリスタバルブを構成するサイリスタのうち、一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタ及び二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタを物理的に隣接して配置し、前記一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに第１の電圧検出器を接続し、この第１の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する逆電圧検出回路を含む構成とし、前記二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに第２の電圧検出器を接続し、この第２の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する予備の逆電圧検出回路を含む構成としたことを特徴とするサイリスタ変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、直流送電などに用いられるサイリスタバルブを備えたサイリスタ変換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、直流送電設備等に使用する、複数個のサイリスタを直列接続したサイリスタバルブを備えたサイリスタ変換器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−５６６６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
複数のサイリスタを直列接続して構成されるサイリスタバルブにおいて、部分ターンオフ現象によるサイリスタの破損を防止するために、直列接続されたサイリスタの中で最も逆回復電荷の大きなサイリスタの逆電圧期間を監視し、サイリスタがターンオフ後、この逆電圧期間が所定値に満たない場合に再度ゲートパルスを出力しサイリスタを保護することが行われている。
【０００５】
直列接続されたサイリスタの中で最も逆回復電荷の大きなサイリスタの逆電圧期間を監視するためには当該サイリスタに分圧回路と電圧検出器を接続して逆電圧期間を監視している。
【０００６】
ところが、何らかの原因で逆電圧期間を監視しているサイリスタが故障した場合、当該サイリスタを予備のサイリスタと交換し復旧をすることになるが、直列接続されたサイリスタの中で最も逆回復電荷の大きなサイリスタの逆電圧期間を監視するためには予備のサイリスタは他の直列接続されたサイリスタの逆回復電荷より大きなサイリスタを選定しなければならないという困難があった。
【０００７】
本実施形態は、サイリスタバルブを構成している多数個のサイリスタのうち、故障したサイリスタの選定及び交換が容易に行えるサイリスタ変換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態の一つには、複数個のサイリスタを直列接続してなるサイリスタバルブモジュールを複数組配置し、各サイリスタバルブモジュールを直列接続して構成されるサイリスタバルブにおいて一部のサイリスタバルブモジュールまたはすべてのサイリスタバルブモジュールにサイリスタの逆電圧検出回路を備え、逆電圧検出回路の出力信号を光信号とし、ライトガイドを用いて大地電位に光信号を伝達するサイリスタ変換器において、前記各サイリスタバルブモジュールを構成するサイリスタのうち、一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタ及び二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタを物理的に隣接して配置し、前記一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに第１の電圧検出器を接続し、この第１の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する逆電圧検出回路を含む構成とし、前記二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに第２の電圧検出器を接続し、この第２の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する予備の逆電圧検出回路を含む構成とし、逆電圧信号を伝送するライトガイドは第１の電圧検出器にも予備の第２の電圧検出器にも接続可能な様に余長を有した構成としたサイリスタ変換器である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態が適用される直流送電系統を示す図。
【図２】図１の１２相サイリスタ変換器の主回路を説明するための図。
【図３】図２のサイリスタ変換器のうちの一部のサイリスタバルブを説明するための図。
【図４】図２のサイリスタ変換器の一部であって、本実施形態を説明するための回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図面を参照して説明する。図１は、電力系統Ａと電力系統Ｂの間に、変圧器１、２と、７、８を介して接続される直流送電回路を示すもので、直列接続されるサイリスタ変換器３と４、更に直列接続されるサイリスタ変換器５と６、ＤＣリアクトル９，１０を備えている。尚、システムによってはＤＣリアクトルは９，１０のいずれか片方のみのものもある。
【００１１】
図２は図１のサイリスタ変換器５、６の詳細図である、１２相構成のサイリスタ変換器の主回路を説明するための図で、これは以下のように構成されている。電力変換器を構成する１２個のサイリスタアームからなり、各サイリスタアームにはサイリスタバルブ５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ、６Ｘ、６Ｙ、６Ｚが接続されている。
【００１２】
サイリスタ変換器５の交流出力端子には、高圧側変換用変圧器７の一次側巻線（星形結線）が接続され、また変圧器７の二次側巻線（星形結線）が電力系統Ｂに接続されている。サイリスタ変換器６の交流出力端子には、低圧側変換用変圧器８の一次側巻線（三角形結線）が接続され、また変圧器８の二次側巻線（星形結線）が電力系統Ｂに接続されている。
【００１３】
図３は図２のサイリスタバルブ５Ｕの構成を説明するための図である。サイリスタバルブ５Ｕは一般に図３に示される様にサイリスタバルブモジュール５ＵＭ−１〜５ＵＭ−Ｎを複数個直列接続して構成される。サイリスタバルブ５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ、６Ｘ、６Ｙ、６Ｚも同様な構成である。
【００１４】
図４は本実施形態のサイリスタ変換器を説明するための図である。
【００１５】
ここで、本実施形態は、複数個のサイリスタを直列接続してなる図４に示すサイリスタバルブモジュールを複数組配置し、各サイリスタバルブモジュールを直列接続して構成されるサイリスタバルブを備えたサイリスタ変換器において、各サイリスタバルブモジュールを構成するサイリスタのうち、一番目に大きい逆回復電荷Ｑｒｒのサイリスタ例えばＴＨ７及び二番目に大きい逆回復電荷Ｑｒｒのサイリスタ例えばＴＨ６を物理的に隣接して配置し、前記一番目に大きい逆回復電荷Ｑｒｒのサイリスタに電圧検出器を接続し、この電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する逆電圧検出回路ＲＶ１を含む構成とし、前記二番目に大きい逆回復電荷Ｑｒｒのサイリスタに電圧検出器を接続し、この電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する予備の逆電圧検出回路ＲＶ予備を含む構成としたサイリスタ変換器である。
【００１６】
具体的には、図４はサイリスタバルブモジュールの１組を示すもので、例えば７個の光サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７（以下単にサイリスタＴＨ１〜ＴＨ７と称する）を直列接続し、直列接続の両端部にそれぞれリアクトルＡＬ１、ＡＬ２を接続し、サイリスタＴＨ１にコンデンサＣ１と抵抗ＲＳ１の直列回路からなるスナバ回路を並列に接続し、コンデンサＣ１と抵抗ＲＳ１からなるスナバ回路に並列に分圧抵抗ＲＤ１と電圧検出器ＶＤ１の直列回路を接続し、他のサイリスタＴＨ２〜ＴＨ７にも同様にスナバ回路、電圧検出器を接続したものである。
【００１７】
すなわち、サイリスタＴＨ２にコンデンサＣ２と抵抗ＲＳ２の直列回路からなるスナバ回路を並列に接続し、コンデンサＣ２と抵抗ＲＳ２からなるスナバ回路に並列に分圧抵抗ＲＤ２と電圧検出器ＶＤ２の直列回路を接続し、サイリスタＴＨ３にコンデンサＣ３と抵抗ＲＳ３の直列回路からなるスナバ回路を並列に接続し、コンデンサＣ３と抵抗ＲＳ３からなるスナバ回路に並列に分圧抵抗ＲＤ３と電圧検出器ＶＤ３の直列回路を接続し、サイリスタＴＨ４にコンデンサＣ４と抵抗ＲＳ４の直列回路からなるスナバ回路を並列に接続し、コンデンサＣ４と抵抗ＲＳ４からなるスナバ回路に並列に分圧抵抗ＲＤ４と電圧検出器ＶＤ４の直列回路を接続し、サイリスタＴＨ５にコンデンサＣ５と抵抗ＲＳ５の直列回路からなるスナバ回路を並列に接続し、コンデンサＣ５と抵抗ＲＳ５からなるスナバ回路に並列に分圧抵抗ＲＤ５と電圧検出器ＶＤ５の直列回路を接続し、サイリスタＴＨ６にコンデンサＣ６と抵抗ＲＳ６の直列回路からなるスナバ回路を並列に接続し、コンデンサＣ６と抵抗ＲＳ６からなるスナバ回路に並列に分圧抵抗ＲＤ６と電圧検出器ＶＤ６の直列回路を接続し、サイリスタＴＨ７にコンデンサＣ７と抵抗ＲＳ７の直列回路からなるスナバ回路を並列に接続し、コンデンサＣ７と抵抗ＲＳ７からなるスナバ回路に並列に分圧抵抗ＲＤ７と電圧検出器ＶＤ７の直列回路を接続したものである。
【００１８】
なお、サイリスタＴＨ１〜ＴＨ７の各ゲートには、図示しないゲート制御回路からのゲート信号をそれぞれゲート用ライトガイドＧ１〜Ｇ７を介して供給されるようになっている。
【００１９】
電圧検出器ＶＤ１〜ＶＤ５には、各々順電圧検出回路ＦＶ１〜ＦＶ５を備えている。電圧検出器ＶＤ７には、順電圧検出回路ＦＶ７と逆電圧検出回路ＲＶ７を備えている。電圧検出器ＶＤ６には、順電圧検出回路ＦＶ６と逆電圧検出回路ＲＶ予備を備えている。
【００２０】
順電圧検出回路ＦＶ１〜ＦＶ７は、いずれもサイリスタに順方向（サイリスタのアノードからカソードに向かう方向）の電圧が印加されたとき、発光ダイオードが発光し、この光信号を各々電圧検出用ライトガイドＦ１〜Ｆ７を介して図示しない制御回路に出力するようになっている。電圧検出用ライトガイドＦ１〜Ｆ７の光出力は図示しない制御回路の光電変換器により電気信号に変換されゲートパルスを所定のタイミングで発生するために使用される。
【００２１】
逆電圧検出回路ＲＶ１は、順電圧検出回路ＦＶと同様に、サイリスタに逆方向（サイリスタのカソードからアノードに向かう方向）の電圧が印加されたとき、発光ダイオードが発光し、この光信号を電圧検出用ライトガイドＲ１を介して図示しない制御回路に出力するようになっている。電圧検出用ライトガイドＲ１の光出力は図示しない制御回路の光電変換器により電気信号に変換されゲートパルスを所定のタイミングで発生するために使用される。
【００２２】
逆電圧検出回路ＲＶ予備は、逆電圧検出回路ＲＶ１と同様に、サイリスタに逆方向（サイリスタのカソードからアノードに向かう方向）の電圧が印加されたとき、発光ダイオードが発光し、この光信号を電圧検出用ライトガイド（図示せず）を接続することにより図示しない制御回路に出力できるようになっている。
【００２３】
ここで、逆電圧検出回路ＲＶ１が接続されるサイリスタは、順電圧検出回路とは異なり、通常全てのサイリスタに接続せず、サイリスタバルブを構成する複数個直列接続されるサイリスタのうちの数個のサイリスタであって、１つのサイリスタバルブを構成するサイリスタの中から逆回復電荷Ｑｒｒの最も大きいサイリスタから順に選択され接続される。例えば1つのサイリスタバルブが全体で２８個のサイリスタを直列接続して構成することを考え、このときサイリスタバルブモジュールが７個のサイリスタで構成されており、4台のサイリスタバルブモジュールを直列接続して構成される場合で、逆電圧回路が４回路必要とする場合は、各サイリスタバルブモジュールのＴＨ７に接続される電圧検出器ＶＤ７に逆電圧検出回路ＲＶ１と順電圧検出回路ＦＶ７が内蔵した電圧検出器とし、各サイリスタバルブモジュールのＴＨ７には１つのサイリスタバルブを構成する２８個のサイリスタの中で逆回復電荷Ｑｒｒのもっとも大きい４個を選択して割り当てるようにしている。
【００２４】
ここで、逆回復電荷Ｑｒｒとは、指定の接合温度にて指定のオン電流を流した後、指定の電流減少率にてオン状態からオフ状態に切り換えるとき、素子内部に蓄積された電荷で、このとき逆方向に流れる逆回復電流の時間積分値のことで、逆回復電荷Ｑｒｒが大きなサイリスタは逆電圧が加わりにくいことを意味している。
【００２５】
このように逆回復電荷の大きいサイリスタは逆電圧が加わりにくいため、サイリスタバルブがターンオフした後の逆回復電荷の大きいサイリスタに逆電圧が加わった期間を図示していない制御回路で監視することにより、この期間が所定の時間より短い場合は、図示していない制御回路からゲートパルスを出力し、サイリスタバルブを構成するすべてのサイリスタを再度ターンオンさせ、いわゆるサイリスタバルブの部分ターンオフ現象によるサイリスタの故障を防止する構成としている。
【００２６】
以上述べたように、逆回復電荷Ｑｒｒの大きなサイリスタを選択して逆電圧検出回路ＲＶを接続しているのは、確実にサイリスタバルブを保護できるようにするためである。
【００２７】
何らかの事情でサイリスタＴＨ７が故障し、別のサイリスタと交換した場合、そのサイリスタはバルブを構成するサイリスタのなかで逆回復電荷が大きなものになるとはかぎらなくなる。従って、サイリスタＴＨＹ７が故障した場合は1つのサイリスタバルブを構成するサイリスタの中から逆回復電荷Ｑｒｒの最も大きいサイリスタから順に選択され、接続されることを維持する場合は、交換するサイリスタの逆回復電荷Ｑｒｒがサイリスタバルブを構成するサイリスタのなかで最も大きいサイリスタを選別する必要があった。
【００２８】
そこで、本実施形態では、サイリスタバルブモジュールを構成するサイリスタのうち、一番目に大きい逆回復電荷Ｑｒｒのサイリスタ例えばＴＨ７及び二番目に大きい逆回復電荷Ｑｒｒのサイリスタ例えばＴＨ６を物理的に隣接して配置し、前記一番目に大きい逆回復電荷Ｑｒｒのサイリスタに第１の電圧検出器を接続し、この第１の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する逆電圧検出回路ＲＶ１を含む構成とし、前記二番目に大きい逆回復電荷Ｑｒｒのサイリスタに第２の電圧検出器を接続し、この第２の電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する予備の逆電圧検出回路ＲＶ予備を含む構成とし、ライドガイドＲ１を逆電圧検出回路ＲＶ１にも接続でき逆電圧検出回路ＲＶ予備にも接続できる余長を持った構成とすることにしている。これによりＴＨＹ７が故障し、ＴＨＹ７を復旧する場合、その代替サイリスタの逆回復電荷Ｑｒｒが必ずしもサイリスタバルブを構成するサイリスタの中でＱｒｒがもっとも大きいサイリスタでなくとも、サイリスタバルブを構成するライトガイドＲ１を予備の逆電圧検出器ＲＶに接続変更するだけで、サイリスタの故障前と同様に逆回復電荷Ｑｒｒの大きなサイリスタから逆電圧を検出するという状態が維持できる。電圧検出器ＶＤ７と電圧検出器ＶＤ６は物理的に隣であるのでライトガイドの接続変更は容易である。
【００２９】
また、電圧検出器ＶＤ６に予備の逆電圧検出回路ＲＶを設けていない場合は、電圧検出器ＶＤ６と電圧検出器ＶＤ７を入れ替えて逆電圧検出回路ＲＶが設けられている電圧検出器ＶＤ７をサイリスタＴＨ７に接続した上で、ライトガイドＲ１を電圧検出器ＤＶ７に接続すればよい。
【００３０】
前述したサイリスタバルブは、複数組のサイリスタバルブモジュールにより構成されたものについて説明したが、サイリスタバルブモジュールが存在しないサイリスタバルブであっても同様に実施できる。具体的には、複数個のサイリスタを直列接続してなるサイリスタバルブを備えたサイリスタ変換器において、前記サイリスタバルブを構成するサイリスタのうち、一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタ及び二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタを物理的に隣接して配置し、前記一番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに電圧検出器を接続し、この電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する逆電圧検出回路を含む構成とし、前記二番目に大きい逆回復電荷のサイリスタに電圧検出器を接続し、この電圧検出器として前記サイリスタの逆電圧を検出する予備の逆電圧検出回路を含む構成としたサイリスタ変換器であってもよい。
【００３１】
以上述べた実施形態によれば、サイリスタバルブを構成している多数個のサイリスタのうち、故障したサイリスタの選定及び交換が容易に行えるサイリスタ変換器を提供できる。
【符号の説明】
【００３２】
ＲＶ…逆電圧検出回路、ＦＶ…順電圧検出回路、ＳＣ…浮遊キャパシタンス、１、２…変圧器、５…サイリスタ変換器、６…サイリスタ変換器、５Ｕ、５Ｖ、５Ｗ、５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ、６Ｘ、６Ｙ、６Ｚ…サイリスタバルブ、７…高圧側変換用変圧器、８…低圧側変換用変圧器、９、１０…ＤＣリアクトル、５ＵＭ−１〜５ＵＭ−Ｎ…サイリスタバルブモジュール、ＡＬ１、ＡＬ２…アノードリアクトル、Ｇ１〜Ｇ７…ゲート用ライトガイド、ＴＨ１〜ＴＨ７…光サイリスタ、ＲＳ１〜ＲＳ７…抵抗、Ｃ１〜Ｃ７…コンデンサ、ＲＤ１〜ＲＤ７…分圧抵抗、ＶＤ１〜ＶＤ７…電圧検出器、ＦＶ１〜ＦＶ７…順電圧検出回路、ＲＶ１、ＲＶ予備…逆電圧検出回路、Ｆ１〜Ｆ７、Ｒ１…電圧検出用ライトガイド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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