(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オン／オフを切替可能な半導体スイッチング素子及び前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される整流素子により構成される半導体スイッチングユニットが複数接続され、直流電圧が印加されると共に、直流電圧を異なる複数の電位に分割し、
前記異なる複数の電位を有する部位と、前記半導体スイッチングユニット同士の接続部とを電気的に接続し、前記半導体スイッチング素子のオン／オフを切替ることにより、前記直流電圧から異なる複数の電位を出力する電力変換器であって、
前記半導体スイッチング素子は、故障時に導通状態となり、前記異なる複数の電位を有する部位と、該電位を有する部位に接続される前記半導体スイッチングユニット同士の接続部との間に配置されて、該電位を有する部位と該半導体スイッチングユニット同士の接続部との間を開閉する開閉ユニットを備え、該開閉ユニットは、該開閉ユニットに過電流が流れた際には、該電位を有する部位と該半導体スイッチングユニット同士の接続部との間の電流を開状態にし、前記開閉ユニットの開閉状態を検出し、前記開閉ユニットが開状態にある場合には、前記開閉ユニットが接続される電位を出力しないことで、出力する電位数を減じ、前記異なる複数の電位のうち、中心電位に対して、互いに非対称な電位が印加される開閉ユニットは、同時に開状態に切り替わらないことを特徴とする電力変換器。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換器であって、前記開閉ユニットは、電流の通電または遮断可能な遮断回路ユニットであることを特徴とする電力変換器。
【請求項３】
請求項２に記載の電力変換器であって、前記遮断回路ユニットは整流素子が逆直列になる様な向きに配置された複数のスイッチング素子で構成されることを特徴とする電力変換器。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換器であって、前記開閉ユニットは、電流の通電または断路位置を切替可能な断路ユニットであり、
前記断路ユニットの断路位置への切替時は、前記電力変換器の動作を停止させ、前記過電流が減衰した後に、前記断路ユニットを操作することで断路位置に切替ることを特徴とする電力変換器。
【請求項５】
請求項２に記載の電力変換器であって、前記遮断回路ユニットはヒューズであり、前記異なる複数の電位のうち、中心電位に対して、互いに非対称な電位が印加される前記ヒューズ同士は、互いに異なる電流二乗時間積を有することを特徴とする電力変換器。
【請求項６】
請求項１に記載の電力変換器であって、前記開閉ユニットに開または閉指令を出す制御部を備え、該制御部は過電流が検出された場合、前記開閉ユニットに開指令を出すことを特徴とする電力変換器。
【請求項７】
請求項６に記載の電力変換器であって、前記開閉ユニットに開指令が出される場合には、前記異なる複数の電位のうち、中心電位に対して、前記開閉ユニットに印加される電位と略対称な電位が印加される他の開閉ユニットにも開指令が出されることを特徴とする電力変換器。
【請求項８】
請求項６または７に記載の電力変換器であって、前記開閉ユニットに開指令が出される場合で、前記開閉ユニットが、前記異なる複数の電位のうち、中心電位が印加される開閉ユニットである場合には、前記開閉ユニットにのみ開指令が出されることを特徴とする電力変換器。
【請求項９】
請求項２に記載の電力変換器であって、
電力変換器から出力する電圧指令を出力する指令値演算器と、
搬送波信号を出力するキャリア生成器と、
前記遮断回路ユニットの開閉状態を示す開閉状態信号、前記指令値演算器から出力される出力電圧指令及び前記キャリア生成器から出力される搬送波信号が入力されると共に、前記各半導体スイッチング素子にオン／オフ指令を出力する半導体スイッチングユニット制御器とを備え、
前記開閉状態信号に開状態を示す信号が含まれている場合には、開状態にある遮断回路ユニットが接続される電位と、他の電位との間で変化させていた搬送波信号を、開状態にある遮断回路ユニットが接続される前記電位を省略して拡大することによって、出力する電位数を減ずることを特徴とする電力変換器。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力変換器であって、
前記遮断回路ユニットの開閉状態信号を出力する遮断回路ユニット制御器を更に備え、
前記遮断回路ユニットは該遮断回路ユニット制御器に過電流信号を出力し、
前記遮断回路ユニット制御器は前記過電流信号に応じて前記遮断回路ユニットに開閉指令信号を出力し、
前記遮断回路ユニットは前記開閉指令信号により、開閉状態を切替えることを特徴とする電力変換器。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電力変換器であって、
前記遮断回路ユニットに開指令が出される場合には、前記異なる複数の電位のうち、中心電位に対して、前記遮断回路ユニットに印加される電位と略対称な電位が印加される他の遮断回路ユニットにも前記遮断回路ユニット制御器から開指令が出されることを特徴とする電力変換器。
【請求項１２】
請求項１０または１１に記載の電力変換器であって、
前記遮断回路ユニットに開指令が出される場合で、前記遮断回路ユニットが、前記異なる複数の電位のうち、中心電位が印加される遮断回路ユニットである場合には、該遮断回路ユニットにのみ前記遮断回路ユニット制御器から開指令が出されることを特徴とする電力変換器。
【請求項１３】
オン／オフを切替可能な半導体スイッチング素子及び前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される整流素子により構成される半導体スイッチングユニットが複数接続され、
前記半導体スイッチングユニット同士の接続部２つずつを、重複しない様に各々キャパシタを介して電気的に接続し、該各キャパシタには異なる電位が印加されており、前記半導体スイッチング素子のオン／オフを切替ることにより、異なる複数の電位を出力するフライングキャパシタ型の電力変換器であって、
前記半導体スイッチング素子は、故障時に導通状態となり、前記各キャパシタには、直列に遮断回路ユニットが接続されていると共に、該遮断回路ユニットは、該遮断回路ユニットに過電流が流れた際には、過電流を遮断し、前記遮断回路ユニットの通電または遮断態を検出し、前記遮断回路ユニットが遮断状態にある場合には、前記遮断回路ユニットが接続される電位を出力しないことで、出力する電位数を減ずることを特徴とする電力変換器。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の電力変換器が複数相に設けられた複数相電力変換器であって、
一つの相の電力変換器の開閉ユニットが開状態になる場合には、残りの相の電力変換器の開閉ユニットのうちで、前記一つの相の電力変換器で開状態になった開閉ユニットに印加される電位と略同電位が印加される開閉ユニットにも、開指令が出されることを特徴とする複数相電力変換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の半導体スイッチング素子を備え、複数の電圧レベルを出力する電力変換器に係り、半導体スイッチング素子の故障時においても電力変換運転を継続するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
インバータやコンバータなどの電力変換器は、パワーＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)やＧＴＯ(Gate Turn Off Thyristor)などの半導体スイッチング素子で構成されている。このような電力変換器は、それらの半導体スイッチング素子のオン／オフを制御することで交流・直流変換など電力を所望の形態に変換することができる。これにより、電力の形態を変換する様々な用途、例えば、電力系統における交流送電網の５０Ｈｚ／６０Ｈｚ周波数変換所や、交流送電網と直流送電網とを接続させる交直変換所、自然条件に発電電力が変動する風力発電システムや太陽光発電システムなどに使用される。【０００３】
電力系統システムに使用される電力変換器は、電力変換器の故障が停電の原因となるため、電力変換器を構成する部品の一部が故障した場合においても、電力変換運転を継続することが求められる。また、風力発電システムや太陽光発電システムでは、故障による発電停止は発電事業者の売電損益となるため、発電停止期間を最小化し設備稼働率を向上させることが重要である。洋上や山岳地などの保守のためのアクセスが困難な立地においては、電力変換器の故障時に発電システムが運転継続可能であることは特に重要である。【０００４】
このような故障時にも電力変換器を運転継続可能とする技術として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。該特許文献には、単相の電力変換モジュールを多数直列接続することで構成された相モジュールを少なくとも２つ以上もつ電力変換器において、相モジュールを構成する単相の電力変換モジュールが故障した場合に、その他の健全な相モジュールの対応する単相の電力変換モジュールの出力する電圧を０であるように制御することで、電力変換を継続する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００９−５０９４８３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、単相の電力変換モジュールを多直列に接続することで相モジュールを構成する電力変換器において、故障した電力変換モジュールに対応して健全な相モジュールの対応する単相の電力変換モジュールの出力する電圧を０であるように制御する必要があり、出力可能な電圧の最大値が減少する。出力電圧の比較的高い電力変換器であれば、多直列に接続する単相の電力変換モジュール数が多いため、相モジュールを構成する単相の電力変換モジュールのうち少数が故障停止した場合に、健全な対応する相モジュールの出力する電圧を０であるように制御しても、出力可能な電圧の最大値の減少は小さい。しかし、風力発電システムや太陽光発電システムなどの比較的出力電圧の低いシステムを単相の電力変換モジュールを多直列に接続することで構成した場合、必要となる単相の電力変換モジュール数が少ないため、故障時の出力可能な電圧の最大値の減少が大きくなり、電力変換器の変換電力を減じた運転が必要となる。【０００７】
一方、故障時の出力可能な電圧の最大値の減少を小さくするべく、出力電圧の低い単相の電力変換モジュールによって多直列数を増加させた場合、必要となる半導体スイッチング素子の数が増大してしまい、部品点数の増加となる。【０００８】
また、半導体スイッチング素子を多並列に接続することで相モジュールを構成する電力変換器に関しては、故障した半導体スイッチング素子に並列に接続される健全な半導体スイッチング素子のスイッチング動作を阻害しないために、故障した半導体スイッチング素子をその多並列回路から電気的に切り離す必要がある。これにより、導通可能な電流の最大値が減少するため、電力変換器の変換電力を減じた運転が必要となる。【０００９】
以上のように、半導体スイッチング素子の故障時に電力変換器の運転を継続させるために、単相の電力変換モジュールを多直列に接続する構成や半導体スイッチング素子を多並列に接続する構成を採用した場合、部品点数の冗長化や故障時に出力電力を減じる運転が必須となる。出力電力の低下は、出力電圧の比較的低い電力変換器において、影響が顕著になる。【００１０】
本発明は、このような事情を鑑みてなされたものであり、複数の電位を出力する電力変換器において、一部の半導体スイッチング素子が故障した場合においても、出力電力を減じることなく電力変換運転を継続可能な電力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】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明にかかる電力変換器は、オン／オフを切替可能な半導体スイッチング素子及び前記半導体スイッチング素子に逆並列に接続される整流素子により構成される半導体スイッチングユニットが複数接続され、直流電圧が印加されると共に、直流電圧を異なる複数の電位に分割し、前記異なる複数の電位を有する部位と、前記半導体スイッチングユニット同士の接続部とを電気的に接続し、前記半導体スイッチング素子のオン／オフを切替ることにより、前記直流電圧から異なる複数の電位を出力する電力変換器であって、前記半導体スイッチング素子は、故障時に導通状態となり、前記異なる複数の電位を有する部位と、該電位を有する部位に接続される前記半導体スイッチングユニット同士の接続部との間に配置されて、該電位を有する部位と該半導体スイッチングユニット同士の接続部との間を開閉する開閉ユニットを備え、該開閉ユニットは、該開閉ユニットに過電流が流れた際には、該電位を有する部位と該半導体スイッチングユニット同士の接続部との間の電流を開状態にし、前記開閉ユニットの開閉状態を検出し、前記開閉ユニットが開状態にある場合には、前記開閉ユニットが接続される電位を出力しないことで、出力する電位数を減ずることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、複数の電位を出力する電力変換器に関して、一部の半導体スイッチング素子が故障した場合においても、出力電力を減じることなく電力変換運転を継続可能な電力変換器を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１（ａ）】本発明の実施例１に係るダイオードクランプ型５レベル変換器の１相分の主回路構成を示す図である。
【図１（ｂ）】図１（ａ）に示すダイオードクランプ型５レベル変換器の１相分の制御器を示す図である。
【図２】５レベル変換器の半導体スイッチング素子のオン／オフ制御方法を説明する模式図である。
【図３】半導体スイッチング素子Ｓ1が故障した場合の短絡電流経路を示す図である。
【図４】半導体スイッチング素子Ｓ2が故障した場合の短絡電流経路を示す図である。
【図５】半導体スイッチング素子Ｓ3が故障した場合の短絡電流経路を示す図である。
【図６】半導体スイッチング素子Ｓ4が故障した場合の短絡電流経路を示す図である。
【図７】半導体スイッチング素子Ｓ’1が故障した場合の短絡電流経路を示す図である。
【図８】半導体スイッチング素子Ｓ’2が故障した場合の短絡電流経路を示す図である。
【図９】半導体スイッチング素子Ｓ’3が故障した場合の短絡電流経路を示す図である。
【図１０】半導体スイッチング素子Ｓ’4が故障した場合の短絡電流経路を示す図である。
【図１１（ａ）】遮断回路ユニットＢ1が動作した場合のダイオードクランプ型５レベル変換器の１相分の主回路構成を示す図である。
【図１１（ｂ）】図１１（ａ）の場合の制御器を示す図である。
【図１２】遮断回路ユニットＢ1が動作した場合のダイオードクランプ型５レベル変換器の半導体スイッチング素子のオン／オフ制御方法を説明する模式図である。
【図１３（ａ）】遮断回路ユニットＢ0が動作した場合のダイオードクランプ型５レベル変換器の１相分の主回路構成を示す図である。
【図１３（ｂ）】図１３（ａ）の場合の制御器を示す図である。
【図１４】遮断回路ユニットＢ0が動作した場合のダイオードクランプ型５レベル変換器の半導体スイッチング素子のオン／オフ制御方法を説明する模式図である。
【図１５（ａ）】本発明の実施例２に係るダイオードクランプ型５レベル変換器の１相分の主回路構成を示す図である。
【図１５（ｂ）】図１５（ａ）に示すダイオードクランプ型５レベル変換器の１相分の制御器を示す図である。
【図１６】アクティブクランプ型３レベル変換器の１相分の主回路構成を示す図である。
【図１７】フライングキャパシタ型３レベル変換器の１相分の主回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係る電力変換器を実施する上で好適となる実施例について図面を参照しながら詳細に説明する。尚、各図において、共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。下記はあくまでも実施例であって、本発明の態様が下記具体的態様に限定されるものではない。
【実施例１】
【００１５】
図１（ａ）は、実施例１に係る異なる５つの電圧レベルを出力するダイオードクランプ型電力変換器（以下、５レベル変換器と略し、出力電圧数がＸのものを同様にＸレベル変換器と略す）における、第１実施形態に係る１相分の主回路構成および制御装置を示す図である。【００１６】
該図に示す様に、５レベル変換器の相ユニットは、半導体スイッチング素子５−１２及び還流用整流素子であるダイオード１３−２０が逆並列に接続された半導体スイッチングユニットＳ（Ｓ1，Ｓ2，Ｓ3，Ｓ4，Ｓ’1，Ｓ’2，Ｓ’3，Ｓ’4）を直列に接続し、これら半導体スイッチングユニットＳが直列接続された両端をそれぞれ直流電圧部の最大電位点Ｖ2および最小電位点Ｖ-2に接続する。そして、隣接する半導体スイッチングユニットＳ同士の各々の接続点が、ダイオード素子Ｄ（Ｄ1，Ｄ’1，Ｄ0，Ｄ’0，Ｄ-1，Ｄ’-1）及び遮断回路ユニットＢ（Ｂ1，Ｂ0，Ｂ-1）を介して、コンデンサＣ2，Ｃ1，Ｃ-1，Ｃ-2，によって分圧された異なる電位点Ｖ1，Ｖ0，Ｖ-1に接続される。コンデンサＣ2は、高電位側が最大電位点Ｖ2に接続され、低電位側は分圧の結果Ｖ1となる。コンデンサＣ1は、高電位側がＶ1に接続され、低電位側は分圧の結果Ｖ0となる。Ｖ0は本５レベル変換器において中心電位となる。コンデンサＣ-1は、高電位側がＶ0に接続され、低電位側は分圧の結果Ｖ-1となる。コンデンサＣ-2は、高電位側がＶ-1に接続され、低電位側は最小電位点Ｖ-2に接続される。Ｓ1とＳ2の間の接続点とＳ’1とＳ’2の間の接続点を繋ぐ並列回路にはダイオード素子Ｄ1，Ｄ’1を整流する方向が同じになるように配置し、ダイオード素子Ｄ1，Ｄ’1の間と分圧された電位点Ｖ1を接続すると共に、該接続路内に遮断回路ユニットＢ1を配置している。また、Ｓ2とＳ3の間の接続点とＳ’2とＳ’3の間の接続点を繋ぐ並列回路にダイオード素子Ｄ0，Ｄ’0を整流する方向が同じになるように配置し、ダイオード素子Ｄ0，Ｄ’0の間と分圧された電位点Ｖ0を接続すると共に、該接続路内に遮断回路ユニットＢ0を配置している。更に、Ｓ3とＳ4の間の接続点とＳ’3とＳ’4の間の接続点を繋ぐ並列回路にダイオード素子Ｄ-1，Ｄ’-1を整流する方向が同じになるように配置し、ダイオード素子Ｄ-1，Ｄ’-1の間と分圧された電位点Ｖ-1を接続すると共に、該接続路内に遮断回路ユニットＢ-1を配置している。この様に構成される相ユニットを、複数直流部に対して並列に接続することで５レベル変換器は構成される。尚、図４では半導体スイッチング素子をＩＧＢＴ素子記号によって示すが、ＩＧＢＴに限らずＭＯＳＦＥＴ,サイリスタ等の任意の半導体スイッチング素子でよい。また、遮断回路ユニットＢは、過電流で電気的接続を遮断する機構を有している。【００１７】
さらに、半導体スイッチングユニットＳは、半導体スイッチング素子の故障時に導通状態となる機構を有する。当該機構として、例えば、故障時に短絡導通状態となる圧接型半導体スイッチング素子や、外部からの制御信号が印加されない状態で導通状態となるノーマリーオンの性質をもつ半導体スイッチング素子、または電磁接触器等の短絡させるための回路を並列接続した任意の半導体スイッチング素子などで構成し得る。ここで例示した以外でも、故障時に短絡状態となる機構を備えた半導体スイッチングユニットであれば適用可能である。【００１８】
また、過電流で電気的接続を遮断する遮断回路ユニットＢは、例えば、過電流による発熱エネルギーにより導電性経路を溶断するヒューズや、電流センサ等で過電流を検知し導電性経路を遮断する遮断器や、半導体スイッチング素子と過電流を検出する電流センサとを組み合わせて過電流の遮断機能を発現させる機構や、外部からの指令信号で操作可能な断路器等で構成される。無論、ここで例示した以外でも、過電流が流れた際に、（外部からの指令なしに）導電性経路を遮断する機能を有する機構であればこの限りではない。【００１９】
尚、遮断回路ユニットＢの配置位置についてもコンデンサによって分圧された異なる電位点Ｖ1，Ｖ0，Ｖ-1と各半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4の各々の接続点とを電気的に接続する導電性経路を遮断する電気回路上の経路に具備されていれば良い。例えば、遮断回路ユニットＢ1は、半導体スイッチングユニットＳ1とＳ2の接続点と，半導体スイッチングユニットＳ’1とＳ’2の接続点と、を同時に電位点Ｖ1に対する導電性経路を遮断できる機能を発現すれば良く、回路上の複数の箇所に具備された機構を遮断回路ユニットＢ1とすることができる。【００２０】
図１（ｂ）に示す半導体スイッチングユニット制御器１（ＳＣＵ）には、指令値演算器４によって出力される電圧指令Ｖ※と、キャリア生成器３によって出力される搬送波信号ＳＷと、遮断回路ユニット２（Ｂ）の開閉状態を示す２値信号ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1（本明細書の実施例中では開閉を０／１で示し、０が開状態、１が閉状態を示すものとしたが、この示し方には無論縛られる必要はない）と、が入力される。そして、半導体スイッチングユニット制御器１は、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4のオン／オフを制御する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4，を出力する。半導体スイッチングユニットＳの矩形波制御信号はそれぞれ（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ’1），（ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ’2），（ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ’3），（ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’4）が対になっており、各対となる半導体スイッチングユニット（Ｓ1，Ｓ’1），（Ｓ2，Ｓ’2），（Ｓ3，Ｓ’3），（Ｓ4，Ｓ’4）がそれぞれ同時に導通状態にならないように制御される。前記同時導通状態を防止する機構を一般にデットタイム制御，デットタイム導入による出力電圧の補正をデットタイム補正と呼ばれる。本発明の効果の発現に関与しないため、以下の説明において、前述のデットタイム処理についての説明は省略するものとする。【００２１】
図２は半導体スイッチングユニット制御器の内部処理による信号演算の概要を示す。入力された搬送波信号ＳＷは遮断回路ユニットの開閉状態を示す信号ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1に応じて、拡大縮小およびシフトされる。図２では、ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1が全て閉状態１を示す場合を図示しており、各遮断回路ユニットＢ1，Ｂ0，Ｂ-1が各々対応する３つの電圧レベルＶ1，Ｖ0，Ｖ-1を出力可能であり、搬送波信号ＳＷから出力可能な電圧レベルＶ2，Ｖ1，Ｖ0，Ｖ-1，Ｖ-2によって定義される振幅をもつ４つの搬送波信号ＳＷSigS1,S’1，ＳＷSigS2,S’2，ＳＷSigS3,S’3，ＳＷSigS4,S’4が演算される。演算された４つの搬送波信号ＳＷSigS1,S’1，ＳＷSigS2,S’2，ＳＷSigS3,S’3，ＳＷSigS4,S’4と入力された電圧指令Ｖ※とをそれぞれ比較し、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4のオン／オフを制御する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4，を演算する。例えば、半導体スイッチングユニットＳ1，Ｓ’1に対する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ’1は搬送波信号ＳＷSigS1,S’1と電圧指令Ｖ※と比較し、半導体スイッチングユニットＳの導通状態の指令を１、非導通状態の指令を０とすると、比較演算Ｖ※＞＝ＳＷSigS1,S’1を満たす場合に（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ’1）＝（１，０）、満たさない場合に（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ’1）＝（０，１）を出力する。上記の比較演算を他の対となる半導体スイッチングユニットＳ1とＳ’1，Ｓ2とＳ’2向けにも行うことにより、半導体スイッチングユニットＳのオン／オフを制御する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が演算され、これに従い半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4がオン／オフすることで、５レベル変換器は５つの異なる電圧レベルＶ2，Ｖ1，Ｖ0，Ｖ-1，Ｖ-2からなる階段状の交流電圧Ｖacを出力する。なお、図２に示す搬送波信号ＳＷSigS1,S’1〜ＳＷSigS4,S’4は同位相で示しているが、上下の搬送波ＳＷSigS1,S’1とＳＷSigS2,S’2，ＳＷSigS2,S’2とＳＷSigS3,S’3，ＳＷSigS3,S’3とＳＷSigS4,S’4，が互いに逆位相の関係であっても良く、また、特定の電圧レベルを境にして上下の搬送波で逆位相の関係であっても良い。【００２２】
以下、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4がそれぞれ短絡故障した場合を説明する。上述した様に、各半導体スイッチングユニットＳは、半導体スイッチング素子の故障時に導通状態となる機構を有しており、短絡故障時には常時オンとなる。【００２３】
半導体スイッチングユニットＳ1が短絡故障した場合において、電圧Ｖ1を出力する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が与えられると、矩形波制御信号は（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’1，ＳｉｇＳ’2，ＳｉｇＳ’3，ＳｉｇＳ’4）＝（０，１，１，１，１，０，０，０）となるが、半導体スイッチングユニットＳ1は常時オンの状態にあるため、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ4，Ｓ’1が導通状態にある。従って、コンデンサＣ2に蓄えられた電気的エネルギーが図３に示される経路で短絡電流として放出される。これにより、遮断回路ユニットＢ1には過電流が流れることになり、過電流で電気的接続を遮断する遮断回路ユニットＢ1が電流経路を遮断する。【００２４】
半導体スイッチングユニットＳ2が短絡故障した場合において、電圧Ｖ0を出力する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が与えられると、矩形波制御信号は（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’1，ＳｉｇＳ’2，ＳｉｇＳ’3，ＳｉｇＳ’4）＝（０，０，１，１，１，１，０，０）となるが、半導体スイッチングユニットＳ2は常時オンの状態にあるため、半導体スイッチングユニットＳ2〜Ｓ4，Ｓ’1〜Ｓ’2が導通状態にある。従って、コンデンサＣ1に蓄えられた電気的エネルギーが図４に示される経路で短絡電流として放出される。これにより、遮断回路ユニットＢ1およびＢ0に過電流が流れる。しかし、遮断回路ユニットＢ1，Ｂ0が同時に遮断機能を発現すると、電圧Ｖ1，Ｖ0の２つの電圧レベルの出力が不可となるため、遮断回路ユニットＢ間で遮断機能の発現時限に差異を与え一方のみが機能するようにしておき、電流経路を遮断する。【００２５】
半導体スイッチングユニットＳ3が短絡故障した場合において、電圧Ｖ-1を出力する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が与えられると、矩形波制御信号は（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’1，ＳｉｇＳ’2，ＳｉｇＳ’3，ＳｉｇＳ’4）＝（０，０，０，１，１，１，１，０）となるが、半導体スイッチングユニットＳ3は常時オンの状態にあるため、半導体スイッチングユニットＳ3〜Ｓ4，Ｓ’1〜Ｓ’3が導通状態にある。従って、コンデンサＣ-1に蓄えられた電気的エネルギーが図５に示される経路で短絡電流として放出される。これにより、遮断回路ユニットＢ0およびＢ-1に過電流が流れる。しかし、遮断回路ユニットＢ0，Ｂ-1が同時に遮断機能を発現すると、電圧Ｖ0，Ｖ-1の２つの電圧レベルの出力が不可となるため、遮断回路ユニットＢ間で遮断機能の発現時限に差異を与え一方のみが機能するようにしておき、電流経路を遮断する。【００２６】
半導体スイッチングユニットＳ4が短絡故障した場合において、電圧-2を出力する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が与えられると、矩形波制御信号は（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’1，ＳｉｇＳ’2，ＳｉｇＳ’3，ＳｉｇＳ’4）＝（０，０，０，０，１，１，１，１）となるが、半導体スイッチングユニットＳ4は常時オンの状態にあるため、半導体スイッチングユニットＳ4，Ｓ’1〜Ｓ’4が導通状態にある。従って、コンデンサＣ-2に蓄えられた電気的エネルギーが図６に示される経路で短絡電流として放出される。これにより、遮断回路ユニットＢ-1には過電流が流れることになり、過電流で電気的接続を遮断する遮断回路ユニットＢ-1が電流経路を遮断する。【００２７】
半導体スイッチングユニットＳ’1が短絡故障した場合において、電圧Ｖ2を出力する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が与えられると、矩形波制御信号は（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’1，ＳｉｇＳ’2，ＳｉｇＳ’3，ＳｉｇＳ’4）＝（１，１，１，１，０，０，０，０）となるが、半導体スイッチングユニットＳ’1は常時オンの状態にあるため、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ4，Ｓ’1が導通状態にある。従って、コンデンサＣ2に蓄えられた電気的エネルギーが図７に示される経路で短絡電流として放出される。これにより、遮断回路ユニットＢ1には過電流が流れることになり、過電流で電気的接続を遮断する遮断回路ユニットＢ1が電流経路を遮断する。【００２８】
半導体スイッチングユニットＳ’2が短絡故障した場合において、電圧Ｖ1を出力する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が与えられると、矩形波制御信号は（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’1，ＳｉｇＳ’2，ＳｉｇＳ’3，ＳｉｇＳ’4）＝（０，１，１，１，１，０，０，０）となるが、半導体スイッチングユニットＳ’2は常時オンの状態にあるため、半導体スイッチングユニットＳ2〜Ｓ4，Ｓ’1〜Ｓ’2が導通状態にある。従って、コンデンサＣ1に蓄えられた電気的エネルギーが図８に示される経路で短絡電流として放出される。これにより、遮断回路ユニットＢ1およびＢ0に過電流が流れる。しかし、遮断回路ユニットＢ1，Ｂ0が同時に遮断機能を発現すると、電圧Ｖ1，Ｖ0の２つの電圧レベルの出力が不可となるため、遮断回路ユニットＢ間で遮断機能の発現時限に差異を与え一方のみが機能するようにしておき、電流経路を遮断する。【００２９】
半導体スイッチングユニットＳ’3が短絡故障した場合において、電圧Ｖ0を出力する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が与えられると、矩形波制御信号は（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’1，ＳｉｇＳ’2，ＳｉｇＳ’3，ＳｉｇＳ’4）＝（０，０，１，１，１，１，０，０）となるが、半導体スイッチングユニットＳ’3は常時オンの状態にあるため、半導体スイッチングユニットＳ3〜Ｓ4，Ｓ’1〜Ｓ’3が導通状態にある。従って、コンデンサＣ-1に蓄えられた電気的エネルギーが図９に示される経路で短絡電流として放出される。これにより、遮断回路ユニットＢ0およびＢ-1に過電流が流れる。しかし、遮断回路ユニットＢ0，Ｂ-1が同時に遮断機能を発現すると、電圧Ｖ0，Ｖ-1の２つの電圧レベルの出力が不可となるため、遮断回路ユニットＢ間で遮断機能の発現時限に差異を与え一方のみが機能するようにしておき、遮断機能の発現時限に差異を与え一方のみが機能するように設計し、電流経路を遮断する。【００３０】
半導体スイッチングユニットＳ’4が短絡故障した場合において、電圧-1を出力する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4が与えられると、矩形波制御信号は（ＳｉｇＳ1，ＳｉｇＳ2，ＳｉｇＳ3，ＳｉｇＳ4，ＳｉｇＳ’1，ＳｉｇＳ’2，ＳｉｇＳ’3，ＳｉｇＳ’4）＝（０，０，０，１，１，１，１，０）となるが、半導体スイッチングユニットＳ’4は常時オンの状態にあるため、半導体スイッチングユニットＳ4，Ｓ’1〜Ｓ’4が導通状態にある。従って、コンデンサＣ-2に蓄えられた電気的エネルギーが図１０に示される経路で短絡電流として放出される。これにより、遮断回路ユニットＢ-1には過電流が流れることになり、過電流で電気的接続を遮断する遮断回路ユニットＢ-1が電流経路を遮断する。【００３１】
以上のように、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4がそれぞれ短絡故障した場合において、遮断回路ユニットＢ1，Ｂ0，Ｂ-1のいずれかによって短絡電流が遮断できる。また、確実に短絡電流の遮断を実行するために、必要に応じて短時間電力変換動作を停止しても良い。短時間電力変換動作の停止を許容することで、遮断回路ユニットに代えて、遮断機能は備えないが、断路機能を備える断路ユニットを使用することも可能になる。【００３２】
図１１（ｂ）に示す様に遮断回路ユニットＢ1が動作した場合の５レベル変換器の半導体スイッチングユニット制御器１について説明する。図１１（ａ）に示す様に遮断回路ユニットＢ1が動作したことにより半導体スイッチングユニット制御器には遮断回路ユニットの開閉状態信号（ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1）＝（０，１，１）が入力される。これにより半導体スイッチングユニット制御器は電圧レベルＶ1が出力できないことを検知し、入力された搬送波信号ＳＷを図１２に示すように拡大縮小およびシフトする。すなわち、健全時に電圧レベル区間Ｖ2−Ｖ1に拡大縮小およびシフトされた搬送波信号ＳＷSigS1,S’1は電圧レベル区間Ｖ2−Ｖ0に拡大縮小およびシフトされ、同様に、健全時に電圧レベル区間Ｖ1−Ｖ0に拡大縮小およびシフトされた搬送波信号ＳＷSigS2,S’2は電圧レベル区間Ｖ2−Ｖ0に拡大縮小およびシフトされる。この演算により搬送波信号ＳＷSigS1,S’1とＳＷSigS2,S’2は同一の値をもつ信号となる。以後、健全時と同様に、演算された４つの搬送波信号ＳＷSigS1,S’1，ＳＷSigS2,S’2，ＳＷSigS3,S’3，ＳＷSigS4,S’4と入力された電圧指令Ｖ※とをそれぞれ比較し半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4のオン／オフを制御する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4，を演算する。半導体スイッチングユニットＳやダイオード素子Ｄの電圧耐量の許容範囲であれば、演算された矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4を半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4に出力し、健全な半導体スイッチングユニットをオン／オフすることで、４つの異なる電圧レベルＶ2，Ｖ0，Ｖ-1，Ｖ-2からなる階段状の交流電圧Ｖacを出力することができる。これにより、５レベル変換器を等価的に４レベル変換器として動作させることが可能になり、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4の故障時に電力変換動作を継続することができる。また、出力する電圧レベルの最大最小値は健全時と変化しないため、出力電力も変化しない。【００３３】
図１３（ｂ）に示す様に遮断回路ユニットＢ0が動作した場合の５レベル変換器の半導体スイッチングユニット制御器について説明する。図１３（ａ）に示す様に遮断回路ユニットＢ0が動作したことにより半導体スイッチングユニット制御器には遮断回路ユニットの開閉状態信号（ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1）＝（１，０，１）が入力される。これにより半導体スイッチングユニット制御器は電圧レベルＶ0が出力できないことを検知し、入力された搬送波信号ＳＷを図１４に示すように拡大縮小およびシフトする。すなわち、健全時に電圧レベル区間Ｖ1−Ｖ0に拡大縮小およびシフトされた搬送波信号ＳＷSigS2,S’2は電圧レベル区間Ｖ1−Ｖ-1に拡大縮小およびシフトされ、同様に、健全時に電圧レベル区間Ｖ0−Ｖ-1に拡大縮小およびシフトされた搬送波信号ＳＷSigS3,S’3は電圧レベル区間Ｖ1−Ｖ-1に拡大縮小およびシフトされる。この演算により搬送波信号ＳＷSigS2,S’2とＳＷSigS3,S’3は同一の値をもつ信号となる。以後、健全時と同様に、演算された４つの搬送波信号ＳＷSigS1,S’1，ＳＷSigS2,S’2，ＳＷSigS3,S’3，ＳＷSigS4,S’4と入力された電圧指令Ｖ※とをそれぞれ比較し半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4のオン／オフを制御する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4，を演算する。半導体スイッチングユニットＳやダイオード素子Ｄの電圧耐量の許容範囲であれば、演算された矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4を半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4に出力し、健全な半導体スイッチングユニットをオン／オフすることで、４つの異なる電圧レベルＶ2，Ｖ1，Ｖ-1，Ｖ-2からなる階段状の交流電圧Ｖacを出力することができる。これにより、５レベル変換器を等価的に４レベル変換器として動作させ、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4の故障時に電力変換動作を継続することができる。出力する電圧レベルの最大最小値は健全時と変化しないため、出力電力も変化しない。【００３４】
図示は省略するが、遮断回路ユニットＢ-1が動作した場合も、同様に、出力ができない電圧レベルＶ-1を除いた電圧レベル区間Ｖ0−Ｖ-2へ搬送波信号ＳＷを拡大縮小およびシフトすることで搬送波信号ＳＷSigS3,S’3とＳＷSigS4,S’4を演算し、健全時と同様に、演算された４つの搬送波信号ＳＷSigS1,S’1，ＳＷSigS2,S’2，ＳＷSigS3,S’3，ＳＷSigS4,S’4と、入力された電圧指令Ｖ※と、をそれぞれ比較し半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4のオン／オフを制御する矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4を演算する。半導体スイッチングユニットＳやダイオード素子Ｄの電圧耐量の許容範囲であれば、演算された矩形波制御信号ＳｉｇＳ1〜ＳｉｇＳ’4を半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4に出力し、健全な半導体スイッチングユニットをオン／オフすることで、４つの異なる電圧レベルＶ2，Ｖ1，Ｖ0，Ｖ-2からなる階段状の交流電圧Ｖacを出力することができる。これにより、５レベル変換器を等価的に４レベル変換器として動作させ、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4の故障時に電力変換動作を継続することができる。出力する電圧レベルの最大最小値は健全時と変化しないため、出力電力も変化しない。【００３５】
遮断回路ユニットＢのいずれかが動作した時から、さらに遮断回路ユニットＢが動作した場合の振る舞いも同様であり、半導体スイッチングユニットＳやダイオード素子Ｄの電圧耐量の許容範囲であれば、等価的に３レベル変換器として電力変換動作を継続することができる。詳細な説明は省略する。【００３６】
以上の動作は一般化することができ、本発明による複数の電位を出力するＸレベル変換器は構成する半導体スイッチングユニットＳやダイオード素子Ｄの電圧耐量の許容範囲であれば、一部の半導体スイッチング素子が故障した場合においても、遮断回路ユニットＢの動作に従って順次出力レベル数をＸ−１，…，３，２と減じることで、出力電力を減じることなく、電力変換動作を継続することができる。
【実施例２】
【００３７】
実施例２について図１５（ａ）、図１５（ｂ）を用いて説明する。尚、実施例１と重複する箇所についてはその説明を省略する。本実施例では、半導体スイッチングユニット制御器１１（ＳＣＵ）に遮断回路ユニットＢの開閉状態を示す２値信号ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1を出力するものとして、遮断回路ユニット制御器１２（ＢＣＵ）を備えている。遮断回路ユニット制御器１２（ＢＣＵ）は遮断回路ユニットＢの開閉状態信号ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1を半導体スイッチングユニット制御器に出力することに加えて、過電流信号ＯＣＢ1，ＯＣＢ0，ＯＣＢ-1に応じて遮断回路ユニットＢへ開閉指令信号ＣｍｄＢ1，ＣｍｄＢ0，ＣｍｄＢ-1を出力する制御器である。遮断回路ユニットＢは遮断回路ユニット制御器に対して過電流信号ＯＣＢ1，ＯＣＢ0，ＯＣＢ-1を出力し、遮断回路開閉指令信号ＣｍｄＢ1，ＣｍｄＢ0，ＣｍｄＢ-1の入力に従って導電性経路を開閉できる機構を備える。また、遮断回路開閉指令信号ＣｍｄＢ1，ＣｍｄＢ0，ＣｍｄＢ-1に対しての動作結果を、開閉状態を示す２値信号ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1でアンサーバックしても良い。【００３８】
本実施例における遮断回路ユニットＢには、実施例１で説明したものを使用可能であり、他にも過電流を検出し指令信号で導電性経路を開閉する機能を有する機構であればこの限りではない。ただし、遮断回路ユニットＢが断路器で構成される場合には、通電状態での電流遮断能力がないため、遮断回路ユニットＢが過電流を検出した場合に、遮断回路ユニットＢから過電流検出信号を出力し、必要に応じて短時間変換器動作を停止させ、短絡電流が減衰した後に断路器を操作し、実施例１と同様の動作に沿って電力変換動作を再開する。この場合、必要に応じて短絡電流からコンデンサＣを保護する機構を具備するものとする。【００３９】
各半導体スイッチングユニットＳの短絡故障による短絡電流は実施例１に記載した場合の経路と同一であるが、本実施例では、遮断回路ユニットＢの開閉動作を遮断回路ユニット制御器１２（ＢＣＵ）が出力する開閉指令信号ＣｍｄＢ1，ＣｍｄＢ0，ＣｍｄＢ-1によって制御することで、実施例１と同様に動作させている。本実施例の構成においても、半導体スイッチングユニットＳやダイオード素子Ｄの電圧耐量の許容範囲であれば、等価的にレベル数を下げた変換器として電力変換動作を継続することができる。詳細な説明は実施例１と同一であり省略する。【００４０】
本実施例における遮断回路ユニットＢは遮断回路ユニット制御器からの開閉指令信号ＣｍｄＢ1，ＣｍｄＢ0，ＣｍｄＢ-1によって制御できるため、実施例１に記載の電力変換の継続動作に加えて、半導体スイッチングユニットＳの短絡故障後の出力電圧Ｖacの矩形波形状を、故障した半導体スイッチングユニットＳに関わらず、上下対称波形に維持することが出来るようになる。【００４１】
例えば、半導体スイッチングユニットＳの短絡故障により、遮断回路ユニットＢ1が過電流信号ＯＣＢ1を出力した場合、遮断回路ユニット制御器１２（ＢＣＵ）は、遮断回路ユニットＢ1に遮断動作指令を出すことに加え、遮断回路ユニットＢ1によって半導体スイッチングユニットＳの接続点との電気的接続が遮断される電圧レベルＶ1と電気的に対称な電圧レベルＶ-1についても出力制限をかけるべく、分圧された電圧レベルＶ-1と半導体スイッチングユニットＳとを電気的に接続する遮断回路ユニットＢ-1にも遮断動作指令を出す。即ち、開信号ＣｍｄＢ1のみならずＣｍｄＢ-1も出力する。また、半導体スイッチングユニット制御器に対して遮断回路ユニット制御器１２（ＢＣＵ）は開閉状態信号（ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1）＝（０，１，０）を出力する。逆に、遮断回路ユニットＢ-1が過電流信号ＯＣＢ-1を出力した場合、についても開信号ＣｍｄＢ-1のみならずＣｍｄＢきすう1も出力する。また、半導体スイッチングユニット制御器に対して遮断回路ユニット制御器１２（ＢＣＵ）は開閉状態信号（ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1）＝（０，１，０）を出力する。【００４２】
半導体スイッチングユニットＳやダイオード素子Ｄの電圧耐量の許容範囲であれば、電位的に対称な遮断回路ユニットＢを遮断することで、５レベル変換器の主回路構成は図２に示される３レベル変換器の主回路構成と等価となり、３つの異なる電圧レベルＶ2，Ｖ0，Ｖ-2からなる階段状の交流電圧Ｖacを上下対称波形で出力することができる。これにより、５レベル変換器を等価的に３レベル変換器として動作させ、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4の故障時に電力変換動作を継続することができる。出力する電圧レベルの最大最小値は健全時と変化しないため、出力電力も変化しない。【００４３】
また、例えば、半導体スイッチングユニットＳの短絡故障により、遮断回路ユニットＢ0が過電流信号ＯＣＢ0を出力した場合、遮断回路ユニット制御器１２（ＢＣＵ）は、遮断回路ユニットＢ０の遮断動作によって半導体スイッチングユニットＳの接続点との電気的接続が遮断される電圧レベルＶ０と電気的に対称な電位レベルが他に無い場合、解信号ＣｍｄＢ０のみを出力し、半導体スイッチングユニット制御器に対して遮断回路ユニット制御器は開閉状態信号（ＳｉｇＢ1，ＳｉｇＢ0，ＳｉｇＢ-1）＝（１，０，１）を出力する。奇数レベル変換器の場合、中心電位は電気的に対称な電位レベルが他に無いことになる。半導体スイッチングユニットＳやダイオード素子Ｄの電圧耐量の許容範囲であれば、電位的に非対称な遮断回路ユニットＢの接続状態を維持することで、５レベル変換器の主回路構成は図３に示される４レベル変化期として動作させ、半導体スイッチングユニットＳ1〜Ｓ’4の故障時に電力変換動作を継続することができる。出力する電圧レベルの最大最小値は健全時と変化しないため、出力電力も変化しない。【００４４】
上記のように、遮断回路ユニット制御器が、過電流を検出する電位レベルに応じて選択的に遮断回路ユニットＢへ開信号を出力することで、故障時にも出力電圧Ｖacを対称な矩形波形状に維持することができ、これにより、運転継続動作に起因する出力電圧Ｖacの時間平均出力の中間電位変動を最小化することができる。【００４５】
さらに、３相交流等の複数の相ユニットによって多相の交流電力を変換する電力変換器において、故障を検知した相ユニット以外の健全な相ユニットに対しても、各相の遮断回路ユニット制御器を介して、故障相の出力が遮断される電位レベルの開指令信号ＣｍｄＢを指令することで、運転継続動作に起因する多相交流電圧の逆相（例えば、３相交流の相順がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の位相順を持つ状態を正相とし、これを正常な出力とする場合に、任意の２相の位相順が逆転している状態を意味する）成分および零相（例えば、３相交流の瞬時出力電圧の平均出力電圧であり、３相交流成分に直流成分が加算された状態を意味する）成分を最小化する効果が得られ、電力変換器が接続する負荷へ不要な電力の供給を低減できる。【００４６】
上記各実施例ではダイオードクランプ型Ｘレベル変換器について説明したが、それ以外の変換器にも無論適用が可能である。例えば、図１６に示されるアクティブクランプ型Ｘレベル変換器（３レベルの場合を例に示す）では、電位Ｖ0の出力を制御する双方向の半導体スイッチングユニットＳ0を、例えば、ＩＧＢＴ素子と逆並列接続されたダイオードからなるユニットを逆直列に接続して構成される半導体スイッチングユニットで構成し、過電流時に開故障とすることで、本発明における半導体スイッチングユニット制御器と組合せ遮断回路ユニットＢ0として機能させることができる。これによりアクティブクランプ型３レベル変換器を半導体スイッチングユニットＳ0の開放故障時に２レベル変換器として電力変換動作を継続することができる。【００４７】
また、図１７に示すように、半導体スイッチングユニットＳ同士の接続部２つずつを、重複しない様に各々異なる電位が印加されているキャパシタを介して電気的に接続し、半導体スイッチング素子Ｓのオン／オフを切替ることにより、異なる複数の電位を出力するフライングキャパシタ型Ｘレベル変換器（３レベルの場合を例に示す）では、フライングキャパシタＣ0と直列に遮断回路ユニットＢ0を接続することで、半導体スイッチングユニットＳ1もしくはＳ’1の導通故障時に遮断回路ユニットＢ0によりフライングキャパシタＣ0を回路から電気的に切り離し、２レベル変換器として電力変換動作を継続することができる。上記実施例では、単相電力変換器又は３相電力変換器について詳細に説明したが、４相以上の電力変換器や任意の多レベルの電力変換器にも適用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
ＳＣＵ  半導体スイッチングユニット制御器
ＢＣＵ  遮断回路ユニット制御器
Ｓ  半導体スイッチングユニット
Ｄ  ダイオード，還流用整流素子
Ｃ  コンデンサ
Ｂ  遮断回路ユニット
Ｖ  電圧
ＳＷ  搬送波信号
ＳｉｇＳ  半導体スイッチングユニット制御信号
ＳｉｇＢ  遮断回路ユニット状態信号
ＯＣＢ  遮断回路ユニット過電流信号
ＣｍｄＢ  遮断回路ユニット制御信号
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１２】
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【図１３（ａ）】
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【図１３（ｂ）】
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【図１４】
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【図１５（ａ）】
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【図１５（ｂ）】
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【図１６】
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【図１７】
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