(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カスケード接続された複数の変換器ユニットと、
前記複数の変換器ユニットに対応して設けられ、前記変換器ユニットが実装されると、
前記変換器ユニットに接続される２つの配線を電気的に切り離し、前記変換器ユニットが取り除かれると、前記２つの配線を短絡する複数の機械スイッチと
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記機械スイッチは、
前記２つの配線を短絡する短絡用導体と、
前記変換器ユニットの２つの端子を接続する２つのコネクタと、
前記短絡用導体を前記２つの配線を接触させて、前記２つの配線を短絡する短絡手段と、
前記２つのコネクタに、前記変換器ユニットの前記２つの端子を接続すると、前記短絡用導体を前記２つの配線から離し、前記２つの配線が電気的に切り離される切り離し手段とを備えること
を特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数の変換器ユニットは、三相の相変換器を構成し、
各相に設けられた開閉器を備えること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、複数の変換器ユニット（例えば、ＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)ユニット）をカスケード接続（直列接続）した構成の電力変換装置（カスケード変換器）が知られている。例えば、多レベル変換器の変換器セルを短絡するためのブリッジングユニット及び複数の変換器セルを具備する変換器ブランチが開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、上側及び下側の変換整流器を有する相モジュールを備えた電力変換回路であって、各変換整流器が電気的に直列に接続された複数の２極のサブシステムを有するものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。さらに、接続手段を介して直列回路構成にて互いに接続されたパワー半導体モジュールを備え、各パワー半導体に、それぞれのパワー半導体モジュールを短絡するための短絡装置が付設されている装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２０５８８７号公報
【特許文献２】特表２００９−５０６７３６号公報
【特許文献３】特表２００９−５２７８７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、複数の変換器ユニットを直列接続して構成された電力変換装置では、１つの変換器ユニットが故障して、交換用の変換器ユニットがすぐに手に入らない場合、運転を再開するまでに時間を要する。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、カスケード接続された変換器ユニットが故障しても、運転を再開するまでに要する時間を短縮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】
【０００６】
本発明の観点に従った電力変換装置は、カスケード接続された複数の変換器ユニットと、前記複数の変換器ユニットに対応して設けられ、前記変換器ユニットが実装されると、前記変換器ユニットに接続される２つの配線を電気的に切り離し、前記変換器ユニットが取り除かれると、前記２つの配線を短絡する複数の機械スイッチとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、カスケード接続された変換器ユニットが故障しても、運転を再開するまでに要する時間を短縮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】
【０００８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る変換器ユニットの構成を示す構成図。
【図２】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３】第１の実施形態に係る機械スイッチの切り状態の構造を示す構成図。
【図４】第１の実施形態に係る機械スイッチの入り状態の構造を示す構成図。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置の構成の一部を示す構成図。
【図６】ハーフブリッジで構成された変換器ユニットの構成を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る変換器ユニット１の構成を示す構成図である。図２は、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、図面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。
【００１１】
変換器ユニット１は、電力変換装置（カスケード変換器）１０を構成する電力変換回路の単位ユニットである。複数の変換器ユニット１をカスケード接続（直列接続）することで、電力変換装置１０が構成される。変換器ユニット１は、例えば、フルブリッジで構成されたＩＧＢＴ(insulated gate bipolar transistor)ユニットである。
【００１２】
変換器ユニット１は、４つのスイッチング素子（ＩＧＢＴ）１１，１２，１３，１４、４つのダイオード１５，１６，１７，１８、及びコンデンサ１９で構成される。ダイオード１５〜１８は、それぞれスイッチング素子１１〜１４と逆並列に接続されている。２つのスイッチング素子１１，１２は、直列に接続されている。残りの２つのスイッチング素子１３，１４も、直列に接続されている。２組の直列に接続されたスイッチング素子１１〜１４は、並列に接続されている。コンデンサ１９は、２組の直列に接続されたスイッチング素子１１〜１４と並列に接続されている。２組の直列に接続されたスイッチング素子１１〜１４のそれぞれの接続点は、カスケード接続するための配線Ｌ１，Ｌ２に接続される。
【００１３】
電力変換装置１０は、三相交流電力系統４の各相の系統電圧を制御する装置である。電力変換装置１０は、３相分の相変換器で構成される。各相変換器は、６つの変換器ユニット１がカスケード接続された構成である。各相変換器は、それぞれリアクトル３を介して、電力系統４に接続されている。
【００１４】
機械スイッチ２は、各変換器ユニット１に対応して設けられている。変換器ユニット１が実装されていない場合、変換器ユニット１に接続される２つの配線Ｌ１，Ｌ２を短絡（電気的に接続）するように、変換器ユニット１に対応する機械スイッチ２が入れられる。これにより、変換器ユニット１が実装されていない場合でも、カスケード接続が電気的に切断されることなく、他の変換器ユニット１が直列接続された状態を保つことができる。変換器ユニット１が実装されると、機械スイッチ２は切られる。これにより、変換器ユニット１に接続される２つの配線Ｌ１，Ｌ２は、電気的に切り離される。機械スイッチ２は、機械的な機構により、変換器ユニット１を実装すると、自動的に入れられ、変換器ユニット１を引き抜くと、自動的に切られる。
【００１５】
図３及び図４は、本実施形態に係る機械スイッチ２の構造を示す構成図である。図３は、機械スイッチ２が切られている状態を示している。図４は、機械スイッチ２が入れられている状態を示している。
【００１６】
機械スイッチ２は、短絡用導体２１、２つのばね２２，２３、２つの押出し棒２４，２５、２つのコネクタ（メス）２６，２７、及び２つの導体２８，２９を備える。
【００１７】
２つの導体２８，２９は、変換器ユニット１と電気的に接続される図１に示す配線Ｌ１，Ｌ２にそれぞれ取り付けられる。変換器ユニット１の２つの端子には、それぞれコネクタ（オス）３１，３２が設けられている。２つの導体２８，２９には、それぞれコネクタ３１，３２を接続するためのコネクタ２６，２７がそれぞれ設けられている。
【００１８】
短絡用導体２１は、２つの導体２８，２９に跨るように、２つのばね２２，２３で、２つの導体２８，２９に取り付けられている。ばね２２，２３は、縮む方向に張力を発生させる弾性体で、かつ絶縁体である。図４に示すように、変換器ユニット１のコネクタ３１，３２が、機械スイッチ２のコネクタ２６，２７に接続されていない場合、短絡用導体２１は、ばね２２，２３の張力により、導体２８，２９に接触するように引き付けられる。これにより、短絡用導体２１は、２つの導体２８，２９を短絡する配線の役割をする。
【００１９】
短絡用導体２１には、２つの押出し棒２４，２５が取り付けられている。押出し棒２４，２５は、絶縁体で出来ている。押出し棒２４，２５の一端は、それぞれコネクタ２６，２７を貫通して、コネクタ２６，２７の内部から突き出ている。押出し棒２４，２５は、コネクタ２６，２７に固定されていないため、押出し棒２４，２５が動くと、短絡用導体２１も一緒に動く。図３に示すように、コネクタ２６，２７に変換器ユニット１のコネクタ３１，３２が接続されると、コネクタ２６，２７の内部から突き出ている押出し棒２４，２５の一端が押されて、ばね２２，２３が短絡用導体２１を導体２８，２９から離す方向に伸びる。これにより、短絡用導体２１は、２つの導体２８，２９から離れるため、２つの導体２８，２９は電気的に切り離される。
【００２０】
本実施形態によれば、機械スイッチ２を設けることで、変換器ユニット１が故障した場合でも、変換器ユニット１を引き抜くだけで、故障していない他の変換器ユニット１のカスケード接続は保たれる。従って、電力変換装置１０は、故障した変換器ユニット１を引き抜くだけで、運転を再開することができる。例えば、変換器ユニット１に予備が無いようなときでも、電力変換装置１０の運転を再開することができる。
【００２１】
また、正常な変換器ユニット１を引き抜いた変換器ユニット１の箇所に戻す復旧作業をするときは、正常な変換器ユニット１を、機械スイッチ２のコネクタ２６，２７に、単に、差し込むだけでよい。このため、復旧作業を容易にすることができる。
【００２２】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る電力変換装置１０Ａの構成の一部を示す構成図である。
【００２３】
電力変換装置１０Ａは、図２に示す第１の実施形態に係る電力変換装置１０において、各相に断路器５を設けたものである。その他の点は、第１の実施形態に係る電力変換装置１０と同様である。
【００２４】
断路器５は、変換器ユニット１がカスケード接続された相変換器の電力系統４側に設けられている。相変換器を構成する全ての変換器ユニット１が引き抜かれた場合、引き抜かれた各変換器ユニット１に対応する機械スイッチ２が全て閉じるため、相が短絡状態になる。そこで、断路器５を開放することで、全ての変換器ユニット１が引き抜かれた場合でも、相が短絡するのを防止することができる。なお、断路器５が相変換器の電力系統４側に設けられていれば、相変換器を構成する全ての変換器ユニット１と電力系統４との電気的な接続を切り離すことができるが、相が短絡するのを防止するだけであれば、断路器５は、各相に設けられていれば何処に設けられていてもよい。また、断路器５の代わりに、遮断器などのどのような開閉器を用いてもよい。
【００２５】
本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、各相に断路器５を設けることで、変換器ユニット１を相単位で全て引き抜いても、相が短絡するのを防止することができる。
【００２６】
なお、各実施形態において、電力変換装置は、説明した構成に限らず、変換器ユニット１が直列に接続された構成があれば、どのような構成でもよい。どのような構成の電力変換装置であっても、変換器ユニット１毎に対応する機械スイッチ２を設けることで、各実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００２７】
機械スイッチ２の構成は、説明したものに限らない。変換器ユニット１を実装すると、機械スイッチ２が切り状態になり、変換器ユニット１を取り除くと、機械スイッチ２が入り状態になる構造であれば、どのような構造のものでもよい。また、ばね２２，２３及び押出し棒２４，２５は、それぞれ１つでもよいし、各実施形態と同様の働きをするのであれば、機械スイッチ２の何処に設けられていてもよい。さらに、機械スイッチ２を構成する部品は、どのような形状の構造物でもよい。
【００２８】
各実施形態では、図１に示すフルブリッジで構成された変換器ユニット１について説明したが、図６に示すハーフブリッジで構成された変換器ユニット１Ｈを用いてもよい。ハーフブリッジの変換器ユニット１Ｈは、フルブリッジの変換器ユニット１から２つのスイッチング素子１３，１４と２つのダイオード１７，１８を取り除いた構成である。
【００２９】
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】
【００３０】
１…変換器ユニット、１１〜１４…スイッチング素子、１５〜１８…ダイオード、１９…コンデンサ、Ｌ１，Ｌ２…配線。
【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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