(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置（９）内の第１のコンバータセル（３２）をバイパスするために、前記第１のコンバータセルの端子間に直接的に接続されるように構成された、機械式バイパススイッチ装置（１）であって、
機械式スイッチ（３）、
電気信号が供給されたときに、前記機械式スイッチ（３）を通電させるように構成された、機械式スイッチ作動装置（５）、
第１の制御入力部（４ａ）、及び
第２の制御入力部（４ｂ）を備え、
前記第１の制御入力部（４ａ）及び前記第２の制御入力部（４ｂ）のいずれか、又は前記第１の制御入力部（４ａ）及び前記第２の制御入力部（４ｂ）の両方に提供される制御信号が、前記機械式スイッチ（３）を通電させるように構成され、かつ前記第１の制御入力部は前記第１のコンバータセルの局所的制御ユニットに接続され、前記第２の制御入力部は第２のコンバータセルの局所的制御ユニットに接続されるように構成される、機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項２】
前記第１の制御入力部（４ａ）を使用して導電状態が制御される、第１の制御スイッチ（６ａ）、
前記第２の制御入力部（４ｂ）を使用して導電状態が制御される、第２の制御スイッチ（６ｂ）、及び
前記第２の制御スイッチ（６ｂ）と並列に接続された前記第１の制御スイッチ（６ａ）を備えた、制御スイッチの組み合わせ（７）を更に備え、
前記制御スイッチの組み合わせ（７）は、前記機械式スイッチ作動装置（５）に直列に接続される、請求項１に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項３】
前記機械式スイッチ作動装置（５）は、火工式の作動装置を備える、請求項１又は２に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項４】
前記機械式スイッチ（３）が通電しているか否かを検出するモニタリング装置（８）を更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項５】
前記モニタリング装置（８）は、前記機械式スイッチ（３）が２つの分離した装置に通電しているか否かを表示する信号を供給するための２つの信号出力部（１１ａ、１１ｂ）を備える、請求項４に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項６】
前記機械式スイッチ（３）は、固定部分（２０ａ、２０ｂ）及び可動部分（２１）を備え、前記可動部分（２１）は、前記可動部分（２１）が前記機械式スイッチ（３）を通電させるために動いたときに、ブレークするように配置された光ファイバー（２５）に取り付けられる、請求項４又は５に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項７】
前記機械式スイッチ（３）は、固定部分（２０ａ、２０ｂ）及び可動部分（２１）を備え、前記可動部分（２１）は、前記可動部分（２１）が前記機械式スイッチ（３）を通電させる位置にあるときに、光を反射するように配置された反射面（２８）を備える、請求項４又は５に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項８】
前記第１の制御入力部（４ａ）及び前記第２の制御入力部（４ｂ）の各々は、光ファイバー入力部である、請求項１から７のいずれか一項に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項９】
前記機械式スイッチ作動装置に電力供給するためのエネルギー貯蔵装置（７１ａ、７１ｂ）を更に備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項１０】
２つのエネルギー貯蔵装置（７１ａ、７１ｂ）を更に備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項１１】
任意のエネルギー貯蔵装置は、２つの分離した電源から充電されるように構成される、請求項９又は１０に記載のバイパススイッチ装置（１）。
【請求項１２】
一方の電源は前記コンバータセルであり、他方の電源は、前記コンバータセルの動作を制御するようにもまた構成された、局所的制御ユニットである、請求項１１に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）。
【請求項１３】
複数の直列に接続されたコンバータセル（３２ａ〜３２ｉ）を備えたコンバータアーム（１３、１３ａ、１３ｂ）であって、各々のコンバータセル（３２ａ〜３２ｉ）は、エネルギー貯蔵要素（４１）、少なくとも２つのスイッチング要素（４０ａ、４０ｂ）、及び請求項１から１２のいずれか一項に記載の機械式バイパススイッチ装置（１）を備える、コンバータアーム（１３、１３ａ、１３ｂ）。
【請求項１４】
各々のコンバータセルは、それぞれの局所的制御ユニット（３０ａ、３０ｂ）に関連し、各々の局所的制御ユニット（３０ａ、３０ｂ）は、その関連したコンバータセル及びその関連したコンバータセルに隣接したコンバータセルの、第１の制御入力部（４ａ）及び第２の制御入力部（４ｂ）のうちの１つに接続される、請求項１３に記載のコンバータアーム（１３、１３ａ、１３ｂ）。
【請求項１５】
前記局所的制御ユニット（３０ａ、３０ｂ）は、それら自身、及び互いのそれぞれに関連したコンバータセルに接続された対の組である、請求項１４に記載のコンバータアーム（１３、１３ａ、１３ｂ）。
【請求項１６】
前記コンバータセルの各々は、ハーフブリッジセルである、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のコンバータアーム（１３、１３ａ、１３ｂ）。
【請求項１７】
前記コンバータセルの各々は、フルブリッジセルである、請求項１３から１５のいずれか一項に記載のコンバータアーム（１３、１３ａ、１３ｂ）。
【請求項１８】
請求項１４から１６のいずれか一項に記載の少なくとも１つのコンバータアーム（１３、１３ａ、１３ｂ）を備える、電力変換装置（９）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械式バイパススイッチ装置、コンバータアーム、及びコンバータセルをバイパスするためのバイパスコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＶＤＣ（高電圧直流）の用途では、高電圧電力変換装置は、ＡＣ（交流）グリッドとＤＣ（直流）との間の変換のために使用される。変換は、しばしば、多数のコンバータセルを使用して行われる。コンバータセルは、また、中電圧電力変換装置などの他の用途で使用される。
【０００３】
ＵＳ２０１１／０２６７８５２は、スイッチングアセンブリの直列接続を有する電圧形変換器を提示し、ここで、各々のスイッチングアセンブリは、各々が少なくともターンオフ（ｔｕｒｎ‐ｏｆｆ）タイプの半導体デバイス及びそれと並列に接続された環流ダイオードを有する複数の半導体チップを搬送する導電性プレート部材を有する。前記チップは、各々が、少なくとも１つの個別の導電性部材によって、前記直列接続の隣接するスイッチングアセンブリの前記プレート部材に接続されることによって、互いに並列に接続される。各々のスイッチングアセンブリは、スイッチングアセンブリの通常の動作の下でオープンするように構成され、スイッチングアセンブリの半導体チップを通る短絡電流が生じる場合には、機械式スイッチが属するスイッチングアセンブリの前記半導体チップをバイパスするために、隣接するスイッチングアセンブリのプレート部材に対するスイッチングアセンブリの前記プレート部材の接続を可能にする。
【０００４】
しかしながら、ＵＳ２０１１／０２６７８５２の解決法は、故障に対して未だに脆弱であり得る。いかに小さいものであっても、一般的に電力変換の用途の利用可能性及び信頼性において、特に機械式バイパススイッチにおいて、任意の改良が非常に有益である。
【発明の概要】
【０００５】
電力変換装置内のコンバータセルをバイパスするように構成された、機械式バイパススイッチ装置の信頼性を改良することが、目的である。
【０００６】
第１の態様によれば、電力変換装置内のコンバータセルをバイパスするように構成された、機械式バイパススイッチ装置が提供される。機械式バイパススイッチ装置は、機械式スイッチ、電気信号が供給されたときに機械式スイッチを通電させるように構成された機械式スイッチ作動装置、第１の制御入力部、及び第２の制御入力部を備える。機械式バイパススイッチ装置は、第１の制御入力部及び第２の制御入力部のいずれか、又は第１の制御入力部及び第２の制御入力部の両方に供給される制御信号が、機械式スイッチを通電させるように、構成される。２つの制御入力部を提供することによって、先行技術では見られなかった程度の信頼性を獲得できる。任意の制御不能な故障は、重要な電子ネットワーク要素の利用可能性に深刻な影響を与えるダウンタイムをもたらし得るので、このことは非常に重要である。更なる大きな冗長性のために、ここで記述された２つよりも多くの制御入力部が存在し得る。
【０００７】
機械式バイパススイッチ装置は、第１の制御入力部を使用して導電状態が制御される、第１の制御スイッチ、第２の制御入力部を使用して導電状態が制御される、第２の制御スイッチ、及び第２の制御スイッチと並列に接続された第１の制御スイッチを備えた、制御スイッチの組み合わせを更に備え得る。そのような場合に、制御スイッチの組み合わせは、機械式スイッチ作動装置と直列に接続される。これは、機械式スイッチ作動装置を制御するために独立した制御入力を実施する。
【０００８】
機械式スイッチ作動装置は、火工式の（ｐｙｒｏｔｅｃｈｉｎｉｃ）作動装置を備え得る。
【０００９】
機械式バイパススイッチ装置は、機械式スイッチが通電しているか否かを検出するモニタリング装置を更に備え得る。このやり方では、機械式スイッチが導電状態を担うことに失敗した場合に、他の測定器が影響を受け得る。
【００１０】
モニタリング装置は、機械式スイッチが２つの分離した装置に通電しているか否かを表示する信号を供給するための２つの信号出力を備え得る。このことは、機械式バイパススイッチ装置の更に優れた信頼性のための、より大きな冗長性を獲得する。更なる大きな冗長性のために、ここで記述された２つよりも多くの信号出力が存在し得る。
【００１１】
機械式スイッチは、固定部分及び可動部分を備え得、ここで、可動部分は、可動部分が機械式スイッチを通電させるために動いたときに、ブレークする（ｂｒｅａｋ）ように構成された光ファイバーに取り付けられる。
【００１２】
機械式スイッチは、固定部分及び可動部分を備え得、可動部分は、可動部分が機械式スイッチを通電させる位置にあるときに、光を反射するように構成された反射面を備える。
【００１３】
第１の制御入力部及び第２の制御入力部の各々は、光ファイバー入力部であり得る。光ファイバー入力部を伴って、第１及び第２の制御入力部と、これらの制御入力部に対して入力を提供する装置との間に、大幅な電圧差が存在し得る。このことは、たとえ機械式バイパススイッチ装置が著しく異なった電圧レベルにある場合であっても、幾つかの機械式バイパススイッチ装置が、（随意の冗長性を伴って）単一の中央制御ユニットによって制御されることを可能にする。
【００１４】
機械式バイパススイッチ装置は、機械式スイッチ作動装置に電力供給するためのエネルギー貯蔵装置を更に備え得る。機械式バイパススイッチ装置内にエネルギー貯蔵装置を含むことによって、一般的に機械式バイパススイッチ装置の、及び特に機械式スイッチ作動装置の動作に電力供給することにおける、より大きな独立性が取得される。
【００１５】
機械式バイパススイッチ装置は、機械式スイッチ作動装置に電力供給するための２つのエネルギー貯蔵装置を更に備え得る。２つのエネルギー貯蔵装置を有することによって、エネルギー提供における冗長性が獲得され、たとえエネルギー貯蔵装置のうちの１つが故障した場合であっても、機械式バイパススイッチ装置が未だ動作することを可能にする。
【００１６】
任意のエネルギー貯蔵装置が、２つの分離した電源から充電されるように構成され得る。このことは、エネルギー貯蔵装置の充電、及び、それ故、機械式バイパススイッチ装置の動作に影響を与えることなしに、電源が故障することを可能にするので、更に大きな冗長性を提供する。
【００１７】
１つの電源はコンバータセルであり得、かつ１つの電源は局所的制御ユニットであり得、また、コンバータセルの動作を制御するように構成される。これらは、両方とも、機械的バイパススイッチ装置の近傍にあり得る電源である。
【００１８】
第２の態様によれば、複数の直列に接続されたコンバータセルを備えたコンバータアームが提供され、各々のコンバータセルは、エネルギー貯蔵要素、少なくとも２つのスイッチング要素、及び第１の態様による機械式バイパススイッチ装置を備える。
【００１９】
各々のコンバータセルは、それぞれの局所的制御ユニットに関連し得、かつ各々の局所的制御ユニットは、その関連したコンバータセル及びその関連したコンバータセルに隣接したコンバータセルの、第１の制御入力部及び第２の制御入力部のうちの１つに接続され得る。
【００２０】
局所的制御ユニットは、それら自身、及び互いがそれぞれ関連したコンバータセルに接続された対の組であり得る。
【００２１】
コンバータセルの各々は、ハーフブリッジセル（ｈａｌｆ  ｂｒｉｄｇｅ  ｃｅｌｌ）又はフルブリッジセル（ｆｕｌｌ  ｂｒｉｄｇｅ  ｃｅｌｌ）であり得る。代替的に、他のコンバータセル構造は、例えば、他のブリッジ構造又は共鳴構造に基づいて、使用され得る。
【００２２】
第３の態様によれば、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の少なくとも１つのコンバータアームを備えた、電力変換装置が提供される。
【００２３】
一般的に、特許請求の範囲で使用される全ての用語は、本明細書で特段の定義が明快になされていなければ、当該技術分野におけるそれらの通常の意味によって解釈されるべきである。「ａ／ａｎ／ｔｈｅが付いた、要素、装置、構成要素、手段、ステップなど」に対する全ての言及は、特段の記載が明快になされていなければ、要素、装置、構成要素、手段、ステップなどのうちの少なくとも１つの例に言及しているものと解釈されるべきである。本明細書で開示される任意の方法のステップは、明快に記述されていなければ、開示された正確な順序で実行される必要はない。
【００２４】
本発明が、添付の図面を参照しながら、実施例として説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＤＣ及びＡＣの間で変換するための電力変換装置の概略図である。
【図２】ＤＣ及びＡＣの間で変換するための３相の電力変換装置の概略図である。
【図３】単一の電力変換装置アセンブリによって表される、図１及び図２の、電力変換装置アセンブリの実施形態を示す概略図である。
【図４Ａ】単一のコンバータアームによって表される、図３の上側コンバータアーム及び下側コンバータアームの実施形態を示す概略図である。
【図４Ｂ】単一のコンバータアームによって表される、図３の上側コンバータアーム及び下側コンバータアームの実施形態を示す概略図である。
【図５Ａ】一実施形態による、２つのコンバータセル、及びそれらがそれぞれ関連する局所的制御ユニットを示す概略図である。
【図５Ｂ】一実施形態による、コンバータセルを示す概略図である。
【図６】図５Ａ及び図５Ｂの２つのコンバータセルのうちの１つのコンバータセルを示す概略図である。
【図７Ａ】図６のモニタリング装置の様々な実施形態を伴った機械式スイッチを示す概略図である。
【図７Ｂ】図６のモニタリング装置の様々な実施形態を伴った機械式スイッチを示す概略図である。
【図７Ｃ】図６のモニタリング装置の様々な実施形態を伴った機械式スイッチを示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明が、添付の図面を参照しながらこれ以降、より完全に説明され、本発明の特定の実施形態が示される。しかしながら、本発明は、多くの種々の形態で具現化され得、本明細書で説明される実施形態に限定されるものと解釈されるべきではなく、むしろ、本開示が徹底的であり、完全であるように、かつ本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように、これらの実施形態は実施例によって提供される。各図面を通して、類似の番号は、類似の要素を言及する。
【００２７】
図１は、ＤＣ及びＡＣの間で変換するための電力変換装置９の概略図である。電源変換装置９は、ＤＣ接続部８１とＡＣ接続部８０との間で、いずれかの方向に電力を変換する。ＤＣ接続部８１は、正極ＤＣ＋及び負極ＤＣ−を備える。ＡＣ接続部８０は、（図示せぬ）位相端子ＡＣ及びＡＣアース端子を備える。電力は、ＤＣからＡＣへ、又はその逆に伝達される。電力変換装置９は、実際の電力変換を実行する電力変換装置アセンブリ６を備える。電力変換装置９と電力変換装置アセンブリ６との間のこの分割は、必ずしも物理的物体によって表される必要はなく、したがって、電力変換装置９及び電力変換装置アセンブリ６は、実際には、同じ装置であり得る。
【００２８】
図２は、ＤＣ及びＡＣの間で変換するための３相の電力変換装置９の概略図である。３相の電力変換装置９は、ここで、３つの電力変換装置アセンブリ６ａ〜６ｃを備える。ここで、ＡＣ接続部は、例えば、ＡＣグリッド、ＡＣ電源、又はＡＣ電源負荷に対する３相の接続部を提供することができる、３相の端子８０ａ、８０ｂ、及び８０ｃを備える。随意に、（図示せぬ）ＡＣアース端子が、また、提供される。対応する多相の電力変換装置は、存在する位相と同じ数の電力変換装置アセンブリを接続することによって、３相以外の他の位相に対して取得され得る。例えば、２、４、５、６などの任意の適切な数の位相に対する多相の電力変換装置が、提供され得る。
【００２９】
図３は、単一の電力変換装置アセンブリ６によってここで表される、図１及び図２の電力変換装置アセンブリ６、６ａ〜６ｃの実施形態を示す概略図である。電力変換装置アセンブリ６は、ＤＣ接続部８１の正極及び負極ＤＣ＋、ＤＣ−の間に直列に接続された、上側コンバータアーム１３ａ及び下側コンバータアーム１３ｂを備える。正及び負は、ここで、相対的な用語として解釈されるべきであり、絶対的な用語として解釈されるべきではない。例えば、正極又は負極は、接地電位にあり得る。
【００３０】
ＡＣ接続部８０は、上側コンバータアーム１３ａと下側コンバータアーム１３ｂとの間に提供される。随意に、１又は２（又はそれ以上）の平滑用インダクタ１５ａ、１５ｂが、コンバータアーム１３ａ、１３ｂの間に提供される。
【００３１】
ＤＣ側のコンデンサ１２は、ＡＣ電流が最小効果で循環することを可能にするために、正極端子及び負極端子、ＤＣ＋及びＤＣ−の間に配置される。随意に、図２で示されるもののような多相の電力変換装置９が使用される場合に、ＡＣ電流は様々な位相のＤＣ側の間で循環し得るので、ＤＣ側のコンデンサ１２は省略され得る。
【００３２】
中央制御ユニット（ＣＣＵ）５０は、その動作を制御する電力変換装置アセンブリ６に接続される。これは、上側及び下側コンバータアーム１３ａ、１３ｂのコンバータセルを制御することによって、ＤＣとＡＣとの間の変換を実行するための上側コンバータアーム１３ａ及び下側コンバータアーム１３ｂの制御を含む。
【００３３】
図３に示される電力変換装置アセンブリの実施形態は一実施例に過ぎず、本明細書で提示される原理は、例えば、コンバータアーム内に含まれたコンバータセルを使用して、任意のタイプの適切な電力変換装置アセンブリに適用されることができる。例えば、様々な位相に対するコンバータセルが、ＤＣ端子の間で直列に接続される、電力変換装置アセンブリが使用され得、又は（コンバータセル及びコンバータセルから分離したスイッチの両方を備えた）短絡した（ｓｈｕｎｔ）直列のハイブリッド変換装置であり得る。
【００３４】
図４Ａ、図４Ｂは、単一のコンバータアーム１３によって表される、上側コンバータアーム１３ａ及び下側コンバータアーム１３ｂを示す概略図である。
【００３５】
コンバータアーム１３は、任意の数のコンバータセル３２ａ〜３２ｉを備える。各々のコンバータセルは、局所的制御ユニット（ＬＣＵ）３０ａ〜３０ｉによって制御され、局所的制御ユニット（ＬＣＵ）３０ａ〜３０ｉが、中央制御ユニット５０によって制御される。
【００３６】
中央制御ユニット５０は、例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）を使用して、ＡＣ出力部（図３のＡＣ）に交流電流を供給するためのスイッチングを実行するために、局所的制御ユニット３０ａ〜３０ｉを制御する。
【００３７】
コンバータセル３２ａ〜３２ｉは直列に接続され、変換におけるより細かい細分度を取得するために、例えば、より正弦曲線（又は四角い、ノコギリの歯の形状など）に近い電力変換を取得するために、コンバータセル３２ａ〜３２ｉが独立して制御されることを可能にする。また、直列に接続されたコンバータセル３２ａ〜３２ｉをこのやり方で制御することによって、各々のコンバータセルのスイッチング周波数が比較的低く成り得、より高いスイッチング周波数と比較したときに、低いスイッチングの損失をもたらす。更に、コンバータセルを直列に接続することによって、定格電圧が増加する。代替的に又は付加的に、コンバータセルは、定格電流を増加するために、（図示せぬ）並列に接続され得る。
【００３８】
コンバータアーム１３は、１つ、２つ、３つ、又はそれ以上を含んだ、任意の適切な数のコンバータセルを備え得る。一実施形態では、各々のコンバータアーム１３内のコンバータセルの数は、３０から１０００までの範囲内に含まれる。
【００３９】
図４Ａで示されるシナリオでは、全てのコンバータセル３２ａ〜３２ｉが動作可能である。しかしながら、図４Ｂのシナリオでは、第２のコンバータセル３２ｂが故障した。
【００４０】
にもかかわらず、コンバータアーム１３は、故障したコンバータセル３２ｂがバイパスモードで通電するように設定されれば、未だ好適に働き得る。バイパスモードでは、問題のコンバータセルは、短絡され連続的に通電する。言い換えると、中央制御ユニット５０からの信号にかかわらず、故障したコンバータセル３２ｂは通電する。この構成における何らかの寸法上の余裕、すなわち、コンバータセル３２ａ〜３２ｉの余剰が存在する限り、残っている動作可能なコンバータセルは、故障したコンバータセル３２ｂが置き代えられ又は修理されるまで、動作し、コンバータアームの望ましい機能を提供する。
【００４１】
図５Ａは、一実施形態による、２つのコンバータセル３２ａ、３２ｂ、及びそれらがそれぞれ関連する局所的制御ユニット３０ａ、３０ｂを示す概略図である。第１のコンバータセル３２ａは、第１の局所的制御ユニット３０ａに関連し、第２のコンバータセル３２ｂは、第２の局所的制御ユニット３０ｂに関連する。
【００４２】
第１のコンバータセル３２ａは、ここで、ハーフブリッジセルである。第１のコンバータセル３２ａは、２つの直列に接続されたスイッチング要素４０ａ、４０ｂの脚部を備える。スイッチング要素４０ａ、４０ｂの各々は、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、集積ゲート整流サイリスタ（ＩＧＣＴ）、ゲートターンオフサイリスタ（ＧＴＯ）、又は任意の他の半導体要素を使用して実装される。随意に、各々のスイッチング要素４０ａ、４０ｂを横断して接続された（図示せぬ）逆並列ダイオードが存在する。エネルギー貯蔵要素４１は、また、スイッチング要素４０ａ、４０ｂの脚部と並列に提供される。エネルギー貯蔵要素４１は、例えば、コンデンサ、超コンデンサ、インダクタ、蓄電池などであり得る。第１のコンバータセル３２ａによって合成された電圧は、それ故、ゼロ又はエネルギー貯蔵要素４１の電圧のいずれかであり得、エネルギー貯蔵要素４１は、通常、第１の局所的制御ユニット３０ａによって制御される。
【００４３】
随意に、通電モードに設定された場合に、放電スイッチを通る電流を低減させるために、放電抵抗器３５と直列に接続された放電スイッチ３６を備えた、エネルギー貯蔵要素４１と並列な脚部が存在する。放電スイッチ３６は、エネルギー貯蔵要素が、例えば、保守又は修理のために放電されることを必要とする場合に、使用される。
【００４４】
第１のコンバータセルは、また、第１のコンバータセル３２ａの端子間に直接的に接続された、機械式バイパススイッチ装置１を備える。通常は、機械式バイパススイッチ装置１は、ブロッキングモード（ｂｌｏｃｋｉｎｇ  ｍｏｄｅ）にあり、それによって、第１のコンバータセルの電圧は、第１の局所的制御ユニット３２ａによって制御され得る。しかしながら、機械式バイパススイッチ装置１が通電モードにある場合、機械式バイパススイッチ装置１は、第１のコンバータセル３２ａを短絡させる。言い換えると、機械式バイパススイッチ装置１は、上述のバイパスモードを実施するために使用される。機械式バイパススイッチ装置１は、２つの制御入力部を有し、それによって、第１の局所的制御ユニット３０ａ及び第２の局所的制御ユニット３０ｂの両方によって、制御され得る。このやり方では、機械式バイパススイッチ装置１の制御における冗長性が存在する。第１のコンバータセル３２ａが故障し、かつ第１の局所的制御ユニット３０ａが機能不全であるためにバイパスモードが有効でない場合、第１のコンバータセル３２ａの動作は不明瞭となり得るので、この際の処置は非常に有益となる。電源故障及び／又は過大な費用をもたらし得る、そのような状況では、全体の電力変換装置９は、電源を切断される必要があり得る。しかしながら、ここで二重の指示命令が提示されるので、第２の局所的制御ユニット３０ｂは、第１のコンバータセル３２ａをバイパスモードに設定するために、機械的バイパススイッチ装置１を制御することができる。
【００４５】
第２のコンバータセル３２ｂは、第１のコンバータセル３２ｂと同一の構造を有する。局所的制御ユニット３０ａ、３０ｂは、それら自身、及び互いがそれぞれ関連したコンバータセルに接続された対の組であり得る。コンバータアームの（図示せぬ）他の制御ユニット及びコンバータセルも、また、このやり方で接続され得る。このことは、全体のコンバータアームを通じて、制御不能が伝播する故障の危険性を低減する。更に、そのような構造は、局所的制御ユニットとコンバータセルとの間のケーブルの接続の長さを低減し、電磁妨害（ＥＭＩ）を抑止する。高電圧の用途では、ＥＭＩは、しばしば非常に大きくなる。
【００４６】
（図示せぬ）別の実施形態では、制御ユニットは、全てのコンバータセルと連結され（ｄａｉｓｙ  ｃｈａｉｎｅｄ）、それによって、局所的制御ユニットは、２つの隣接するコンバータセル間にブリッジを形成する。代替的に、制御ユニット及びコンバータセルは、３つ、４つ、又はそれ以上のグループで接続され得る。
【００４７】
図５Ｂは、フルブリッジ構造を実装したコンバータセル３２を示す。コンバータセルは、図４Ａ、図４Ｂのコンバータセル３２ａ〜３２ｉのうちの任意の１つであり得、図５Ａで示されるハーフブリッジコンバータセル３２Ａ、３２Ｂと交換することができる。コンバータセル３２は、ここで、４つのスイッチング要素４０ａ〜４０ｄ、例えば、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ、ＧＴＯなどを備える。随意に、各々のスイッチング要素４０ａ〜４０ｄを横断して接続された（図示せぬ）逆並列ダイオードが存在する。エネルギー貯蔵要素４１は、また、２つのスイッチング要素４０ａ、４０ｂの第１の脚部及び２つのスイッチング要素４０ｃ、４０ｄの第２の脚部を横断して並列に提供され得る。コンバータセル３２は、また、コンバータセル３２の端子間に直接的に接続された機械式バイパススイッチ装置１を備え、図５Ａを参照して上述されたのと同じやり方で機能する。図５Ａを参照して上述されたのと同じやり方で機能する、（図示せぬ）局所的制御ユニットも、また、存在する。
【００４８】
図５Ａで示されたコンバータセルのハーフブリッジ構造と比較して、フルブリッジ構造は、両方のサインを担うことができる電圧の合成を可能にし、それによって、コンバータセルの電圧は、ゼロ、エネルギー貯蔵要素４１の電圧、又はエネルギー貯蔵要素４１の逆電圧（ｒｅｖｅｒｓｅｄ  ｖｏｌｔａｇｅ）のいずれかであり得る。
【００４９】
代替的に、（図示せぬ）他のコンバータセル構造は、例えば、他のブリッジ構造又は共鳴構造に基づいて、コンバータセル３２に対して使用され得る。そのような構造において、機械式バイパススイッチ装置１は、コンバータセルをバイパスモードに設定するために使用され得る。
【００５０】
図６は、図５Ａの２つのコンバータセルのうちの１つのコンバータセル３２を、より詳細に示す概略図である。特に、例示的な一実施形態による機械式バイパススイッチ装置１が、より詳細に示される。図５Ｂの機械式バイパススイッチ装置１は、図６で描かれるのと同じやり方で実装され得、図６を参照して以下に説明される。
【００５１】
機械式バイパススイッチ装置１は、機械的スイッチ作動装置５に電気信号が供給されたときに、機械式スイッチ３を通電させる機械式スイッチ作動装置５によって制御され得る、機械式スイッチ３を備える。電気信号は、所定の特性、例えば、閾値レベルを超えた電圧及び／又は閾値レベルを超えた電流を有する信号である。一実施形態では、機械式スイッチ作動装置５は、機械式スイッチ３を通電させるための火工式の（ｐｙｒｏｔｅｃｈｎｉｃ）作動装置を備え得る。
【００５２】
機械式バイパススイッチ装置１は、上の図５を参照して説明されたような、２つのそれぞれの局所的制御ユニットに接続された、第１の制御入力部４ａ及び第２の制御入力部４ｂを更に備える。このやり方では、第１の制御入力部４ａ及び第２の制御入力部４ｂのいずれか１つ又はそれらの両方に提供された制御信号は、提供された電気信号が、機械式スイッチ３を通電させる機械式スイッチ作動装置５に提供されることをもたらす。言い換えると、第１の制御入力部４ａにのみ提供された制御信号は、機械式スイッチを通電させ、第２の制御入力部４ｂにのみ提供された制御信号は、機械式スイッチを通電させ、第１の制御入力部４ａ及び第２の制御入力部４ｂの両方に提供された制御信号は、機械式スイッチ３を通電させる。第１の制御入力部４ａ及び第２の制御入力部４ｂの各々は、光ファイバー入力部又はガルバニック入力部であり得る。光ファイバー入力部を伴って、ガルバニック接続とは対照的に、本質的に、ガルバニック絶縁を全く必要とすることなしに、第１及び第２の制御入力部４ａ、４ｂと、これらの入力部４ａ、４ｂに対して入力を提供する装置との間に、重大な電圧差が存在し得ることを可能にする。
【００５３】
この実施形態では、第１の制御入力部４ａを使用して導電状態が制御される第１の制御スイッチ６ａ、及び第２の制御入力部４ｂを使用して導電状態が制御される第２の制御スイッチ６ｂが存在する。制御スイッチの組み合わせ７は、第２の制御スイッチ６ｂと並列に接続された第１の制御スイッチ６ａを備え、かつ制御スイッチ７の組み合わせは、機械式スイッチ作動装置５と直列に接続される。制御スイッチ６ａ、６ｂは、例えば、光学的に又はガルバニックに制御されたトランジスタ又はサイリスタなどの、任意の適切な電気制御されたスイッチであり得る。
【００５４】
高いオーム抵抗器６０が、コンバータセル３２の正電圧側と、２つのそれぞれのエネルギー貯蔵装置７１ａ、７１ｂとの間に提供され、２つのそれぞれのダイオード７０ａ、７０ｂを介して２つのエネルギー貯蔵装置７１ａ、７１ｂを充電する。エネルギー貯蔵装置７１ａ、７１ｂは、例えば、コンデンサ、超コンデンサ、インダクタ、蓄電池などを使用して実装され得る。更に、分離した電力供給源７３が、２つのそれぞれのダイオード７０ｅ、７０ｆを介して機械式バイパススイッチ装置１に電力供給する。分離した電力供給源７３は、例えば、局所的制御ユニットの部分であり得る。２つの独立したツェナーダイオード７２ａ、７２ｂが、２つのそれぞれのエネルギー貯蔵装置７１ａ、７１ｂを充電する電圧レベルを規制するために使用される。エネルギー貯蔵装置７１ａ、７１ｂの各々は、その後、２つのそれぞれのダイオード７０ｂ、７０ｃを介して、機械式スイッチ作動装置５に接続される。
【００５５】
このやり方では、電力供給の冗長性が、２つの分離したやり方で取得される。第１に、２つの分離した電力供給源が存在し、１つはエネルギー貯蔵装置７１ａ、７１ｂを充電するコンバータセル３２であり、１つは分離した電力供給源７３である。第２に、２つの電力供給源から機械式スイッチ作動装置５に電力供給するための制御回路の２つの分離した組が存在する。これは、単一の又は更に複数の構成要素の故障のための故障の任意の危険性を低減する。
【００５６】
更に、機械式バイパススイッチ装置１は、随意に、機械式スイッチ３が通電しているか否かを検出するモニタリング装置８を備える。コンバータセル３２がバイパスモードにあることを単にモニターするだけでは不十分であり得るので、これは非常に有益である。第１のスイッチング要素４０ａが短絡モードで故障した場合には、また、コンバータセルも短絡モードであり得る。しかしながら、そのようなシナリオは、短絡モードにあり続ける第１のスイッチング要素４０ａに応じ、かつ信頼できない。それ故、そのようなシナリオは、安定した短絡として信頼されるべきでない。
【００５７】
モニタリング装置８は、また、機械式スイッチ３が、２つの分離した装置、例えば、上の図５を参照しながら説明された、２つの接続された局所的制御ユニットなどに通電しているか否かを表示する信号を供給するための、２つの信号出力部１１ａ、１１ｂを備えることによって、冗長な使用のために構成され得る。
【００５８】
一方で、機械式バイパススイッチ装置１は、任意のタイプのコンバータセルをバイパスするために提供され得る。例えば、機械式バイパススイッチ装置１は、（図６で示される構成のみではない）任意のタイプのハーフブリッジセル、フルブリッジセル、他のブリッジ構造、又は共鳴構造をバイパスするために提供され得る。
【００５９】
図７Ａ〜図７Ｃは、図６のモニタリング装置８の様々な実施形態を用いた機械式スイッチを示す概略図である。機械式スイッチ３は、固定部分２０ａ、２０ｂ及び可動部分２１を備える。可動部分２１に取り付けられた第１の接触ピース２２ａが存在する。機械式スイッチ作動装置５が駆動された場合に、それは、可動部分２１を矢印の方向に移動させ、それによって、第１の接触ピース２２ａは２２ｂと接触する。このことは、機械式スイッチ３を通電させる。
【００６０】
図７Ａで示される実施形態では、可動部分２１は、可動部分２１が機械式スイッチ３を通電させるために動いたときに、ブレークするように配置された光ファイバー２５に取り付けられる。光ファイバー２５がブレークしたときに、光ファイバー２５を通る光信号は遮断され、この変化は２つの信号出力部（図６の１１ａ、１１ｂ）に伝播する。随意に、２つのそれぞれの信号出力部に独立して接続された２つの光ファイバーが存在する。このやり方では、機械式スイッチ３が通電状態にあることを表示するために、２つの光ファイバーのうちの１つがブレークすることで十分である。
【００６１】
光ファイバー２５は、ここで、可動部分２１の動作の方向に対して基本的に垂直に突出した突出部２６の周りを、光ファイバー２５がループすることによって、可動部分２１に取り付けられている。
【００６２】
図７Ｂで示される実施形態では、図７Ａで示された実施形態におけるように、可動部分２１は、光ファイバー２５に取り付けられ、それによって、可動部分２１が機械式スイッチ３を通電させるために動いたときに、光ファイバー２５はブレークする。光ファイバー２５がブレークしたときに、この信号は、２つの信号出力部（図６の１１ａ、１１ｂ）に伝播する。しかしながら、ここで、光ファイバー２５は、光ファイバーを可動部分２１の孔を通してループさせることによって、可動部分２１に取り付けられる。
【００６３】
図７Ｃで示される実施形態では、可動部分２１は、可動部分２１が機械式スイッチ３を通電させる位置にあるときに、光を反射するように配置された反射面２８を備える。
【００６４】
本明細書で提示された実施形態は、高電圧の用途に適用され得る。代替的に又は付加的に、本明細書で提示された実施形態は、中電圧の用途又は更に低電圧の用途にも適用され得る。
【００６５】
本発明は、主として、２、３の実施形態を参照しながら上述されてきた。しかしながら、当業者によって容易に理解されるように、上述したものとは異なる他の実施形態が、同様に、添付の特許請求の範囲で定義される本発明の範囲内に含まれることは可能である。
【要約】
電力変換装置（９）内のコンバータセルをバイパスするように構成された、機械式バイパススイッチ装置（１）が提供される。機械式バイパススイッチ装置は、機械式スイッチ（３）、電気信号が供給されたときに機械式スイッチを通電させるように構成された機械式スイッチ作動装置（５）、第１の制御入力部（４ａ）、及び第２の制御入力部（４ｂ）を備える。機械式バイパススイッチ装置は、第１の制御入力部及び第２の制御入力部のいずれか、又は第１の制御入力部（４ａ）及び第２の制御入力部（４ｂ）の両方に提供される制御信号が、機械式スイッチ（３）を通電させるように、構成される。対応するコンバータアーム（１３、１３ａ、１３ｂ）及びバイパスコンバータ（９）も、また、提供される。
【選択図】図６【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７ｃ】
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