(57)【要約】【課題】系統に地絡等の事故を生じても、動作を継続することを可能にする電力変換装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る電力変換装置は、直列接続された複数の単位変換器を含む電力変換器と、前記複数の単位変換器のそれぞれのために分散された位相を有するキャリア信号を生成するキャリア分散部を含む制御装置と、を備える。前記キャリア分散部は、前記複数の単位変換器のうち隣接して接続された単位変換器に対しては、３６０°を前記複数の単位変換器の個数で除した値よりも大きい位相シフト量を有する前記キャリア信号を生成する。【選択図】図１
2019092333.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直列接続された複数の単位変換器を含む電力変換器と、
前記複数の単位変換器のそれぞれのために分散された位相を有するキャリア信号を生成するキャリア分散部を含む制御装置と、
を備え、
前記キャリア分散部は、前記複数の単位変換器のうち隣接して接続された単位変換器に対しては、３６０°を前記複数の単位変換器の個数で除した値よりも大きい位相シフト量を有する前記キャリア信号を生成する電力変換装置。
【請求項２】
前記複数の単位変換器のそれぞれは、
コンデンサと、
前記コンデンサを充放電する２以上のスイッチング素子と、
前記２以上のスイッチング素子を駆動するゲート駆動回路と、
前記コンデンサに蓄積されたエネルギによって前記ゲート駆動回路に電力を供給する給電回路と、
を含み、
前記複数の単位変換器うちの１つの単位変換器が、自己の前記給電回路から給電できないときには、前記複数の単位変換器のうち隣接して接続された他の単位変換器の給電回路から電力の供給を受ける請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記電力変換器の動作を遮断する保護機能を含み、
前記１つの単位変換器または前記他の単位変換器のうちのいずれか一方に過大な電圧が印加され、または、過少な電圧が印加された場合には、
前記保護機能は、前記電力変換器の動作を継続する請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記複数の単位変換器のうちの各単位変換器に、過大な電圧が印加され、または過少な電圧が印加された場合には、
前記制御装置は、その前記単位変換器をバイパスする請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記キャリア分散部は、前記複数の単位変換器のうちバイパスされた前記単位変換器を除いた残りの単位変換器の数にもとづいて、前記位相シフト量を設定する請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記位相シフト量は、１２０°〜２４０°である請求項１〜５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流を直流に変換し、あるいは直流を交流に変換する電力変換装置がある。このような電力変換装置では、たとえば基幹系の電力網に用いるために大容量化が望まれている。
【０００３】
自己消弧形の半導体スイッチング素子を用いることによって小型化をはかりつつ、大容量化を実現することができる電力変換方式として、モジュラーマルチレベルコンバータ（Modular Multilevel Converter、以下、ＭＭＣという。）の実用化が進められている。
【０００４】
このような大容量の電力変換装置を基幹となる電力系統等で用いる場合には、交流側や直流側に地絡等の事故を生じた場合であっても、運転を継続することが求められる。
【０００５】
ＭＭＣは、多数の単位変換器（以下、セルという。）をカスケードに接続、つまり直列に接続して、高電圧の入出力を可能にしている。ＭＭＣは、連系している交流系統に地絡等が生じ、多数のセルのうちのいくつかに過大な電圧が印加された場合に、そのセルをバイパスすることによって動作を継続する。さらに多数のセルに過電圧が印加された場合には、過電圧保護機能によってＭＭＣの動作を停止させて、装置を保護する。また、複数のセルの電圧が所定の値に満たない場合にも、ＭＭＣの動作を停止させて装置を保護する。
【０００６】
一方で、一旦動作停止したＭＭＣを再起動させるには、すべてのセルのコンデンサを所定値まで放電または充電する必要があり、停止期間が長時間にわたるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２４３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
実施形態は、系統に地絡等の事故を生じても、動作を継続することを可能にする電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態に係る電力変換装置は、直列接続された複数の単位変換器を含む電力変換器と、前記複数の単位変換器のそれぞれのために分散された位相を有するキャリア信号を生成するキャリア分散部を含む制御装置と、を備える。前記キャリア分散部は、前記複数の単位変換器のうち隣接して接続された単位変換器に対しては、３６０°を前記複数の単位変換器の個数で除した値よりも大きい位相シフト量を有する前記キャリア信号を生成する。
【発明の効果】
【００１０】
本実施形態では、制御装置が、複数の単位変換器のそれぞれのために分散された位相を有するキャリア信号を生成し、ＰＷＭ変調器に供給するキャリア分散部を含み、このキャリア分散部は、前記複数の単位変換器のうち隣接して接続された単位変換器の位相シフト量が、３６０°を前記複数の単位変換器の個数で除した値よりも大きい前記キャリア信号を生成する。そのため、隣接して接続された単位変換器が同時に同じ程度の電圧が印加されることがないので、電力変換器の動作を継続することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、第１の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
【図２】主回路給電ペアを例示するブロック図である。
【図３】第１の実施形態の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
【図４】第１の実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式的な波形図である。
【図５】比較例の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
【図６】比較例の電力変換装置の動作を説明するための模式的な波形図である。
【図７】第２の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
図１（ａ）に示すように、本実施形態の電力変換装置１０は、電力変換器２０と、制御装置５０と、を備える。電力変換装置１０は、交流端子２１ａ〜２１ｃを介して、交流系統１に接続される。この例のように、電力変換装置１０は、変圧器２を介して交流系統１に接続されてもよい。たとえば、交流系統１は、三相または単相の５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの電源、負荷および交流送電線を備える構成とすることができる。電力変換装置１０は、直流系統３に接続される。直流系統３は、たとえば直流送電線等を含む。
【００１４】
電力変換装置１０は、交流系統１と直流系統３との間に接続されて、双方向の電力変換を行うことができる。
【００１５】
電力変換器２０は、三相交流の各相に対応した単位アーム２２を含む。単位アーム２２は、直流端子２１ｄ，２１ｅ間で直列に接続されレグを形成する。
【００１６】
直流端子２１ｄ，２１ｅ間で直列に接続される単位アーム２２には、変圧器２４がそれぞれ直列に接続されている。変圧器２４に代えてバッファリアクトルを接続してもよい。
【００１７】
単位アーム２２は、カスケードに接続された、つまり、直列接続された単位変換器（以下、セルという。）３０を含む。セル３０は、単位アーム２２あたり１個以上あればよいが、以下では、Ｍ個直列接続されているものとする（Ｍは２以上の整数）。
【００１８】
図１（ｂ）に示すように、セル３０は、端子３１ａ，３１ｂを含む。セル３０は、端子３１ａ，３１ｂによって、他のセル３０等と接続される。セル３０は、スイッチ部３２と、主回路給電部３４と、ゲート制御回路３６と、ゲート駆動回路３５と、を含む。主回路給電部３４は、スイッチ部３２に接続されており、スイッチ部３２から給電されてゲート制御回路３６およびゲート駆動回路３５等の電源を生成する。ゲート制御回路３６およびゲート駆動回路３５は、主回路給電部３４からの電力供給によって動作し、制御装置５０から出力されるゲート信号にしたがって、ゲート駆動信号を生成する。
【００１９】
スイッチ部３２は、スイッチング素子３２ａと、ダイオード３２ｂと、コンデンサ３２ｃと、を含む。スイッチング素子３２ａは、自己消弧型の半導体素子である。スイッチング素子３２ａは、直列に２個接続されている。
【００２０】
ダイオード３２ｂは、還流ダイオードである。２個のダイオード３２ｂは、直列に接続されているスイッチング素子３２ａにそれぞれ逆並列に接続されている。
【００２１】
コンデンサ３２ｃは、直列に接続された２個のスイッチング素子３２ａに並列に接続されている。
【００２２】
なお、図示しないが、各セル３０は、コンデンサ３２ｃの両端のセル電圧Ｖｃｅｌｌを検出する電圧検出器を有しており、電圧検出器によって検出されたセル電圧Ｖｃｅｌｌは制御装置５０に供給される。
【００２３】
以下では、上述したようなハーフブリッジ構成のセル３０を用いたＭＭＣについて説明するが、セルをフルブリッジ構成とし、すべてのセルをフルブリッジ構成に置き換えてももちろんよい。
【００２４】
制御装置５０は、セル電圧Ｖｃｅｌｌや交流電流、直流電圧を検出して、これらにもとづいてゲート信号を生成し、電力変換器２０に供給する。後に詳述するように、制御装置５０は、キャリア分散機能を有するキャリア分散部５２を含み、セル電圧Ｖｃｅｌｌや交流電流、直流電圧にもとづいて生成された電圧指令値と、キャリア分散部５２によって生成されたキャリア信号とを比較して、ＰＷＭ制御を行う。この際に、キャリア信号は、直列に接続されたセル数Ｍにもとづいて設定された位相シフト量で、位相がシフトされる。このように、本実施形態の電力変換装置１０では、位相シフトＰＷＭ制御方式にしたがって、電力変換制御を行う。
【００２５】
図２は、主回路給電ペアを例示するブロック図である。
本実施形態の電力変換装置１０では、主回路給電ペア４０は、隣接して直列に接続されている２つのセル３０Ｕ，３０Ｌを含む。電力変換装置１０では、主回路給電ペア４０を組む一方のセル３０Ｕまたは３０Ｌの主回路給電部３４Ｕまたは３４Ｌが故障しても、他方のセル３０Ｌまたは３０Ｕの主回路給電部３４Ｌまたは３４Ｕによって、ゲート制御回路３６Ｕ，３６Ｌおよびゲート駆動回路３５Ｕ，３５Ｌに電力供給することができる。そのため、主回路給電ペア４０のいずれのセル３０Ｕ，３０Ｌの動作を継続させることができる。
【００２６】
図２に示すように、高電位側のセル３０Ｕは、スイッチ部３２Ｕと、主回路給電部３４Ｕと、ゲート制御回路３６Ｕと、ゲート駆動回路３５Ｕと、を含む。低電位側のセル３０Ｌは、スイッチ部３２Ｌと、主回路給電部３４Ｌと、ゲート制御回路３６Ｌと、ゲート駆動回路３５Ｌと、を含む。スイッチ部３２Ｕ，３２Ｌ、ゲート制御回路３６Ｕ，３６Ｌおよびゲート駆動回路３５Ｕ，３５Ｌは、それぞれ同等の回路である。したがって、セル３０Ｕ，３０Ｌは同等のセルである。
【００２７】
主回路給電部３４Ｕ，３４Ｌは、それぞれ絶縁された４系統の電源を出力することができる。このうち、主回路給電部３４Ｕの２つの電源系統は、自らのゲート制御回路３６Ｕおよびゲート駆動回路３５Ｕにそれぞれ給電される。主回路給電部３４Ｕの他の２つの電源系統は、隣接するセル３０Ｌのゲート制御回路３６Ｌおよびゲート駆動回路３５Ｌにそれぞれ供給される。
【００２８】
主回路給電部３４Ｌの２つの電源系統は、自らのゲート制御回路３６Ｌおよびゲート駆動回路３５Ｌにそれぞれ給電される。主回路給電部３４Ｌの他の２つの電源系統は、隣接するセル３０Ｕのゲート制御回路３６Ｕおよびゲート駆動回路３５Ｕにそれぞれ供給される。
【００２９】
高電位側のセル３０Ｕの主回路給電部３４Ｕの電源供給が停止した場合には、ゲート制御回路３６Ｕおよびゲート駆動回路３５Ｕは、低電位側のセル３０Ｌの主回路給電部３４Ｕから電源の供給を受けることができる。同様に、低電位側のセル３０Ｌの主回路給電部３４Ｌの電源供給が停止した場合には、ゲート制御回路３６Ｌおよびゲート駆動回路３５Ｌは、高電位側のセル３０Ｕの主回路給電部３４Ｕから電源の供給を受けることができる。
【００３０】
電力変換装置１０は、セル３０ごとに過電圧保護機能や低電圧保護機能を有している。セル３０Ｕ，３０Ｌにおいて、過電圧や低電圧の状態が検出された場合には、ロウサイド側のスイッチング素子３２ａを常時オンさせることによってセル３０Ｕ，３０Ｌの両端を短絡する。このようにバイパスされたセルでは、コンデンサ電圧が自然放電し、そのセルの主回路給電部は、コンデンサから電力供給を受けることができないので、上述のように、電源系統を切り替えて、そのセル３０のバイパス状態を維持して、電力変換装置１０の動作を継続する。
【００３１】
主回路給電ペア４０を組まないセル３０が多数バイパスされた場合には、適切な制御ができないおそれがあるため、電力変換装置１０は動作を停止する。過電圧や低電圧の状態が除去された後に、電力変換装置１０は再起動することができる。
【００３２】
このようにすることによって、電力変換装置１０は、多数のセル３０のうちいくつかがバイパス状態となっても、動作を継続することができる。なお、セル電圧Ｖｃｅｌｌの過電圧や低電圧によって、電力変換装置１０の動作を停止するバイパス個数は任意に設定することができる。
【００３３】
主回路給電ペア４０を組む２つのセル３０Ｕ，３０Ｌのいずれも過電圧や低電圧の状態となった場合には、２つのセル３０Ｕ，３０Ｌのゲート制御回路３６Ｕ，３６Ｌおよびゲート駆動回路３５Ｕ，３５Ｌのいずれにも制御電源を供給できず、バイパス状態を維持できなくなるため、電力変換装置１０は動作を停止する。
【００３４】
このようにすることによって、電力変換装置１０は、複数のセル３０がバイパス状態になっても、バイパス数が少なければ動作を継続し、隣接して配置されたセル３０に事故が生じた場合には、すみやかに動作を遮断して、不具合が拡大することを防止することができる。
【００３５】
図３は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
本実施形態の電力変換装置１０では、位相シフトＰＷＭ制御を用いるが、シフト量決定のための基準位相を複数にして、隣接するセル３０のためのキャリア信号の位相が大きく異なるように設定する。
【００３６】
図３に示すように、制御装置５０は、キャリア分散部５２とＰＷＭ変調部５６（１）〜５６（Ｍ）とを含む。キャリア分散部５２およびＰＷＭ変調部５６（１）〜５６（Ｍ）は、単位アーム２２ごとに設けられている。ＰＷＭ変調部５６（１）〜５６（Ｍ）は、たとえば比較器である。
【００３７】
キャリア分散部５２は、位相シフトＰＷＭ制御のために位相シフトされたキャリア信号を生成して、ＰＷＭ変調部５６（１）〜５６（Ｍ）に供給する。生成されるキャリア信号φ１，φ２，…，φＭは、単位アーム２２内のＭ個のセルに対応するように生成される。たとえば、Ｍ個のセル３０のうち電位が高い側のセル３０からキャリア信号φ１，φ２，…，φＭがそれぞれ用いられる。
【００３８】
この例では、キャリア分散部５２は、基準信号生成部５３と、加算器５４（２）〜５４（Ｍ）と、キャリア信号生成部５５（１）〜５５（Ｍ）と、を含む。
【００３９】
基準信号生成部５３は、基準となる位相を有する基準信号Ｄ１を生成する。基準信号生成部５３は、隣接するセルのための位相シフトのための位相差Δφ１を生成する。位相差Δφ１を有するセル３０は、主回路給電ペア４０を組んでいる。位相差Δφ１は、たとえば基準信号Ｄ１の位相に対して＋１８０°（π［ｒａｄ］）である。基準信号生成部５３は、位相シフトのための位相差Δφ２を生成する。Δφ２は、たとえば１８０°／Ｍである。
【００４０】
基準信号Ｄ１は、キャリア信号生成部５５（１）に入力されて、たとえば三角波のキャリア信号φ１に変換される。
【００４１】
基準信号Ｄ１の位相データは、加算器５４（２）に入力され、位相差Δφ１が加算された位相シフト信号Ｄ２に変換される。位相シフト信号Ｄ２は、キャリア信号生成部５５（２）に入力され、キャリア信号φ１の位相とΔφ１（＝１８０°）だけ位相シフトされたキャリア信号φ２に変換される。
【００４２】
基準信号Ｄ１の位相データは、加算器５４（３）に入力され、位相差Δφ２が加算される。位相差Δφ２が加算された位相にもとづいて、位相シフト信号Ｄ３が生成される。位相シフト信号Ｄ３は、キャリア信号生成部５５（３）に入力され、キャリア信号φ１の位相とΔφ２（＝１８０°／Ｍ）だけ位相シフトされたキャリア信号φ３に変換される。
【００４３】
位相シフト信号Ｄ２の位相は、加算器５４（４）に入力され、位相差Δφ２が加算される。位相差Δφ２が加算された位相にもとづいて、位相シフト信号Ｄ４が生成される。位相シフト信号Ｄ４は、キャリア信号生成部５５（４）に入力される。位相シフト信号Ｄ４は、位相シフト信号Ｄ２からΔφ２（＝１８０°／Ｍ）だけ位相がシフトされており、基準信号Ｄ１からは、さらにΔφ１（＝１８０°）位相がシフトされている。
【００４４】
つまり、基準信号生成部５３が位相差Δφ１として１８０°を出力する場合には、奇数の添え字を有する位相シフト信号は、１８０°／Ｍずつ異なる位相を有する。偶数の添え字を有する位相信号同士も、１８０°／Ｍずつ異なる位相を有する。奇数と偶数との間では、さらに１８０°異なる位相を有する。
【００４５】
このように位相シフトされたキャリア信号φ１〜φＭは、交流電流の検出値がそれぞれの指令値に一致し、各コンデンサ電圧がバランスするように生成された電圧の指令値Ｅｃ１〜ＥｃＭと、ＰＷＭ変調部５６（１）〜５６（Ｍ）によってそれぞれ比較され、セル３０のスイッチング素子を駆動するゲート信号をそれぞれ生成する。
【００４６】
本実施形態の電力変換装置１０の動作について説明する。
図４は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式的な波形図である。
図４では、隣接するセル３０のセル電圧Ｖｃｅｌｌの時間変化が示されている。図４の隣接するセル３０は、主回路給電ペア４０を組んでいる。
【００４７】
図４に示すように、セル電圧Ｖｃｅｌｌは、系統電圧の周期を有するほぼ正弦波状のリップルを有する。このリップルは、キャリア信号に応じた位相を有している。そのため、隣接するセルのキャリア信号の位相が１８０°離れている場合には、リップルの山と谷との位相はほぼ一致する。
【００４８】
各セル３０のセル電圧Ｖｃｅｌｌは、過電圧あるいは低電圧を監視されている。各セル３０の過電圧検出値Ｖｏｖは、たとえば通常の値の１５０％等に設定されている。低電圧検出値Ｖｕｖは、たとえば通常の値の５０％等に設定されている。各セル３０のセル電圧Ｖｃｅｌｌが過電圧検出値Ｖｏｖを超えたり、低電圧検出値Ｖｕｖを下回ったりした場合には、制御装置５０の過電圧や低電圧の保護機能が動作する。これらの保護機能は、保護すべきセル３０のロウサイド側のスイッチング素子３２ａを常時オンとすることによって実現される。つまり、過電圧や低電圧保護機能が動作した場合には、そのセル３０は、「バイパス」される。残ったセル３０は、引き続き動作することができ、電力変換装置１０は、動作を継続する。
【００４９】
たとえば、交流系統１に地絡等の事故が発生した場合に、セル電圧Ｖｃｅｌｌが上昇することがある。図４の時刻ｔ１において、交流系統１の地絡事故が発生し、セル３０のセル電圧Ｖｃｅｌｌが上昇すると、それに隣接するセル３０や、近傍のセル３０のセル電圧Ｖｃｅｌｌも上昇する。
【００５０】
本実施形態の電力変換装置１０では、隣接するセル３０のリップル電圧は、ほぼ逆位相となるので、これらのセル電圧Ｖｃｅｌｌにおいて、同じ程度の電圧上昇を生じた場合には、その一方のセル３０のセル電圧Ｖｃｅｌｌは、過電圧検出値Ｖｏｖを超えても、他方のセル３０のセル電圧Ｖｃｅｌｌは、過電圧検出値Ｖｏｖを超える確率を下げることができる。隣接するセル３０は主回路給電ペア４０を組んでおり、いずれか一方のセル３０がバイパスされるので、電力変換装置１０は、動作を継続することができる。
【００５１】
本実施形態の電力変換装置の効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図５は、比較例の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
図５に示すように、比較例の電力変換装置では、制御装置１５０は、基準信号生成部１５３と、加算器５４（２）〜５４（Ｍ）と、キャリア信号生成部５５（１）〜５５（Ｍ）と、を含む。
【００５２】
基準信号生成部１５３は、基準となる位相を有する基準信号Ｄ１を生成する。基準信号生成部１５３は、位相シフトのための位相差Δφ１’を生成する。位相差Δφ１’は３６０°／Ｍである。
【００５３】
基準信号Ｄ１の位相は、位相差Δφ１’だけ位相シフトされ、位相シフト信号Ｄ２’が生成される。位相シフト信号Ｄ２’は、キャリア信号生成部５５（２）によってキャリア信号φ２’に変換される。同様にして、各位相シフト信号Ｄ３’〜ＤＭ’が生成され、各位相シフト信号Ｄ３’〜ＤＭ’は、キャリア信号φ３’〜φＭ’にそれぞれ変換される。隣接するセル３０は、１周期分を単位アーム内のセル３０の個数Ｍで除した位相差Δφ１’で位相シフトＰＷＭ制御される。
【００５４】
図６は、比較例の電力変換装置の動作を説明するための模式的な波形図である。
図６に示すように、比較例の電力変換装置においては、隣接するセルのリップルの位相差は、Δφ１’（＝３６０°／Ｍ）である。Ｍが大きい場合には、Δφ１’は十分小さくなる。そのため、時刻ｔ１’において事故発生等によるセル電圧Ｖｃｅｌｌ上昇が生じた場合には、隣接するセル３０のいずれのセル電圧Ｖｃｅｌｌも過電圧検出値Ｖｏｖを超えてしまう可能性が高い。隣接するセルが主回路給電ペア４０を組んでいる場合には、時刻ｔ１’以降で、比較例の電力変換装置は、過電圧保護機能によって動作を停止する。
【００５５】
交流系統の地絡事故等は、基幹系の送電網では、落雷等によって地絡事故等を生じ、事故の状態が重大である場合には、適切に電力変換装置を事故から保護する必要がある。一方で、落雷等による軽微で一時的な事故状態は頻繁に生じうるものであり、電力変換装置がその保護機能によって頻繁に停止するのでは、送電網の安定性が損なわれるおそれがある。
【００５６】
本実施形態の電力変換装置１０では、隣接するセル３０の位相シフト量が１周期をセル個数Ｍで除した値よりも十分大きく設定されている。そのため、セル電圧Ｖｃｅｌｌが通常の値よりも上昇したり、低下したりした場合であっても、隣接するセル３０がともに過電圧検出値や低電圧検出値に達することが少なくなる。したがって、電力変換器２０を適切に過電圧や低電圧状態から保護しつつ、電力変換器２０の動作を継続することができる電力変換装置１０が実現される。
【００５７】
上述では、隣接するセル３０の位相差は十分に大きければよく、１８０°に限らない。位相差の設定精度等に応じて、たとえば１２０°〜２４０°のように設定してもよい。あるいは、３６０°を４分割して、隣接するセルの位相差を９０°とし、４つのグループごとに９０°／Ｍだけの位相差を付与するようにしてもよい。また、位相差については、厳密にたとえば１８０°等とする必要はなく、１７５°および１８５°のように任意の値に設定し、それぞれのグループで位相差を１７５°／Ｍ、１８５°／Ｍのように設定してもよい。
【００５８】
（第２の実施形態）
上述した実施形態の場合には、過電圧等によってバイパスされたセル３０を除いた状態で、そのまま電力変換器２０の動作を継続させたが、本実施形態では、バイパスされたセル３０を除いた新たなセル数にもとづいて、グループごとの位相差を再計算する。バイパスされた単位アーム内では、残ったセル数にもとづいて再計算された位相差によって位相シフトＰＷＭ制御が行われる。
【００５９】
図７は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図７に示すように、本実施形態の電力変換装置２１０は、電力変換器２０と、制御装置２５０と、を備える。電力変換器２０は、上述の他の実施形態の場合と同じである。同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００６０】
制御装置２５０は、位相差再計算部２５７を含む。位相差再計算部２５７は、単位アーム２２ごとに、バイパスされていない動作可能なセル数Ｍ’を入力して、このセル数Ｍ’にもとづいて、位相差Δφ２’を再計算する。上述した他の実施形態の場合をあてはめると、グループ化のための位相差Δφ１を１８０°の場合には、Δφ２’＝１８０°／Ｍ’＝１８０°／（Ｍ−ｍ）である。ここで、ｍは、バイパスされたセル数である。
【００６１】
本実施形態の電力変換装置２１０では、位相差再計算部２５７は、単位アームごとの動作可能なセル数のデータを有している。位相差再計算部２５７は、過電圧等によってバイパスされたセルが発生するごとに、動作可能なセル数のデータを更新する。位相差再計算部２５７は、更新された動作可能なセル数のデータにもとづいて、位相差Δφ２’を計算して、基準信号生成部５３に計算結果のデータを供給する。
【００６２】
基準信号生成部５３では、再計算された位相差Δφ２’にもとづいて各種信号を生成し出力する。
【００６３】
本実施形態の電力変換装置２１０の効果について説明する。
いずれかのセルがバイパスされた場合には、キャリアの位相が近いセルの電圧がわずかずつ上がる。しかし、上述の他の実施形態の場合ででは、隣接するセルのキャリア位相差は大きく離れて設定されている。キャリアの位相が遠いセルの電圧を上げても、アームの電圧を部分的に上昇させる効果にはならず、平均値制御によって電圧が低くなるセルも生ずる。
【００６４】
本実施形態の電力変換装置では、一部のセルがバイパスされた後に、位相差Δφ２’を再計算して適用して、セル電圧出力の抜けを補正するので、一部のセルの電圧が上がることはなく、全体がバランスして上昇することになる。したがって、バイパス後に十分な値の電圧の補償を行うことができる。
【００６５】
以上説明した実施形態によれば、交流系統に地絡等の事故を生じても、過電圧や低電圧保護機能によって停止することなく、動作を継続することを可能にする電力変換装置を実現することができる。
【００６６】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  交流系統、２  変圧器、３  直流系統、１０  電力変換装置、２０  電力変換器、２２  単位アーム、２４  変圧器、３０  単位変換器（セル）、３２  スイッチ部、３４  主回路給電部、３５  ゲート駆動回路、４０  主回路給電ペア、５０  制御装置、５２  キャリア分散部、５３  基準信号生成部、２１０  電力変換装置、２５０  制御装置、２５７  位相差再計算部
【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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【図７】
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