(57)【要約】コンバータの直流電圧側の反対極に接続され且つスイッチングセル（７）の直列接続を備えた少なくとも一つの位相レグを持つ電圧源コンバータは、半導体アセンブリのスタックの反対端に圧力を加えることで、それぞれのスイッチングセルが故障した場合にコンバータの各スイッチングセルの第一路（２３）の半導体アセンブリが永久閉回路状態となることを確実にすると同時に前記スタックの半導体アセンブリ間で電気接点が得られるようにアセンブリを互いに対して押圧するように設定された構成（２５）を有する。各スイッチングセルの第二路（２７）は、前記故障の発生時にエネルギ蓄積コンデンサ（２０）を含む前記第二路を非導電に維持するように設定された手段（２９）を有する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータの直流電圧側の反対極（５，６）に接続しており且つスイッチングセル（７，７’，７’’）の直列接続を備えた少なくとも一つの位相レグ（２−４）を有した電圧源コンバータであって、各前記スイッチングセルがその端子（１４，１５）の間に、直列接続され且つそれぞれがターンオフタイプの半導体デバイス（１６，１７）とそこに並列接続されたフリーホイールダイオード（１８，１９）とを有した一又は複数の第一半導体アセンブリ（２４）によって形成された第一電流路（２３）、並びに、一方にターンオフタイプの半導体デバイスとそこに並列接続されたフリーホイールダイオードとを有した少なくとも一つの第二半導体アセンブリ（２８）、及びもう一方に少なくとも一つのエネルギ蓄積コンデンサ（２０）の直列接続を含む第二電流路（２７）を持つ少なくとも二つの電流路（２３，２７）を有し、位相出力（１０−１２）を形成する前記スイッチングセルの直列接続の中間点が、コンバータの交流電圧側に接続されるように設定されており、各前記スイッチングセルが、前記位相出力で所定の交流電圧を得るために、各スイッチングセルの前記半導体デバイスを制御することによって二つのスイッチング状態、つまり前記第一路（２３）が非導電状態で且つ前記少なくとも一つのエネルギ蓄積コンデンサ（２０）を通した電圧がスイッチングセルの端子（１４，１５）に印加される第一スイッチング状態と、前記第一路（２３）が閉じられ且つゼロ電圧がスイッチングセルの端子（１４，１５）に印加される第二スイッチング状態とを得るように設定されているコンバータにおいて、前記スイッチングセル（７，７’，７’’）の前記第一半導体アセンブリ（２４）が、それぞれ少なくとも一つの半導体アセンブリを備えてなるスタックに配されること、コンバータが、それぞれのスイッチングセルが故障した場合に前記第一路（２３）の半導体アセンブリが永久閉回路状態となることを確実にすると同時に前記スタックの半導体アセンブリ（２４）間で電気接点を得るように設定された構成（２５）を備えること、及び各スイッチングセル（７，７’，７’’）の前記第二路（２７）が、前記故障の発生時に前記第二路を非導電に維持するように設定された手段（２９，２９’）を有することを特徴とする、コンバータ。
【請求項２】
前記手段が、前記第二路（２７）で第二半導体アセンブリ（２８）を相互接続するように設定され且つ前記故障の発生時に開路しそしてそれにより前記第二路を開回路状態に移行させるように設定された部材を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記部材が、第二半導体アセンブリ（２８）を互いに接着し且つ前記故障の発生時に当該ワイヤを通る過電流によって溶落ちて前記第二半導体アセンブリを電気的に切断するように設定された少なくとも一つのワイヤを備えることを特徴とする、請求項２に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記手段が、前記第二路（２７）で前記エネルギ蓄積コンデンサ（２０）と直列接続され且つ前記故障の発生時にそこを通る前記第二路で生じる過電流によって溶落ちるように設定された部材（２９，２９’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記部材がヒューズ（２９’）であることを特徴とする、請求項４に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記手段が、前記第二路（２７）で前記エネルギ蓄積コンデンサ（２０）と直列接続され且つ前記故障の発生時にそこを通る前記第二路を機械的に遮断するように設定された部材（２９’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記構成（２５）が、各前記スタックにバネ荷重圧力を加えるように設定され、前記手段の部材（２６）に蓄えられたポテンシャルエネルギを放出すると同時にスタックの二端を互いに対して推進する手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項８】
ポテンシャルエネルギを蓄積する前記部材（２６）が、各前記スタックの少なくとも一端に作用するバネであることを特徴とする、請求項７に記載のコンバータ。
【請求項９】
各前記スイッチングセル（７，７’，７’’）が、前記スタックに、互いに続くＮ個の前記第一半導体アセンブリを有し、ここでＮは整数
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であることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１０】
前記位相レグ（２−４）のスイッチングセル（７，７’，７’’）の数が、
2011514799.tif 000006
であることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１１】
スイッチングセルアセンブリの前記半導体デバイス（１６，１７）が、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＩＧＣＴ（集積ゲート転流型サイリスタ）、又はＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）であることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１２】
高電圧直流（ＨＶＤＣ）を伝送するために直流電圧ネットワーク（５，６）に接続された前記直流電圧側と、交流電圧ネットワークに属する交流電圧相線に接続された交流電圧側とを有するように設定されることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１３】
スイッチングセルの前記エネルギ蓄積コンデンサ（２０）によって形成された直流電圧側と交流電圧ネットワークに接続された交流電圧位相出力（１０−１２）とを持つＳＶＣ（静止型無効電力補償装置）の一部であることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１４】
１ｋＶ−１２００ｋＶ、１０ｋＶ−１２００ｋＶ、又は１００ｋＶ−１２００ｋＶの前記二極（５，６）を通る直流電圧を有するように設定されることを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１５】
直流電圧ネットワーク及びそこに変電所を介して接続された少なくとも一つの交流電圧ネットワークを備えた送電プラントであって、前記変電所が、直流電圧ネットワークと交流電圧ネットワークの間で送電を実行するようにできており且つ直流電圧を交流電圧に及びその逆に変換するようにできた少なくとも一つの電圧源コンバータを備えたプラントにおいて、該プラントの前記変電所が請求項１ないし１４のいずれかに記載の電圧源コンバータを備えることを特徴とする、プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータの直流電圧側の反対極に接続しており且つスイッチングセルの直列接続を備えた少なくとも一つの位相レグを有した電圧源コンバータであって、各前記スイッチングセルはその端子の間に、直列接続され且つそれぞれがターンオフタイプの半導体デバイスとそこに並列接続されたフリーホイールダイオードとを有した一又は複数の第一半導体アセンブリによって形成された第一電流路、並びに、一方にターンオフタイプの半導体デバイスとそこに並列接続されたフリーホイールダイオードとを有した少なくとも一つの第二半導体アセンブリ、及びもう一方に少なくとも一つのエネルギ蓄積コンデンサの直列接続を含む第二電流路を持つ少なくとも二つの電流路を有し、位相出力を形成する前記スイッチングセルの直列接続の中間点は、コンバータの交流電圧側に接続されるように設定されており、各前記スイッチングセルは、前記位相出力で所定の交流電圧を得るために、各スイッチングセルの前記半導体デバイスを制御することによって二つのスイッチング状態、つまり前記第一路が非導電状態で且つ前記少なくとも一つのエネルギ蓄積コンデンサを通した電圧がスイッチングセルの端子に印加される第一スイッチング状態と、前記第一路が閉じられ且つゼロ電圧がスイッチングセルの端子に印加される第二スイッチング状態とを得るように設定されている、直流源コンバータに関する。
【０００２】
こういったコンバータは任意の数の前記位相レグを有してなるが、通常は、その交流電圧側で三相交流電圧を持つようにそういった位相レグを三つ有する。
【０００３】
この種の電流源コンバータは、直流電圧が交流電圧に及びその逆に変換されるべき全ての場合で用いられてよく、そういった使用例は、直流電圧が通常三相交流電圧に及びその逆に変換されるＨＶＤＣ（高電圧直流)プラントの変電所、又は交流電圧がまず直流電圧に変換されそしてこれが次いで交流電圧に変換される所謂バックトゥバック変電所、並びに直流電圧側が自由懸垂状態のコンデンサからなるＳＶＣ（静止型無効電力補償装置）におけるものである。しかしながら、本発明はこれらの適用に制限されるものではなく、機械、車両などの異なる種類の駆動システムでの適用といった他の適用も考えられる。
【背景技術】
【０００４】
この種の電圧源コンバータは、例えばＤＥ１０１０３０３１Ａ１及びＷＯ２００７／０２３０６４Ａ１を通じて知られており、それらに開示されているように通常マルチセルコンバータ又はＭ２ＬＣと称される。この種のコンバータの機能についてこれらの公報を参照する。コンバータの前記スイッチングセルは、前記公報に示されているもの以外の外観を有することがあり、例えば、導入で述べた二つの状態の間で切り替えられるべきスイッチングセルを制御することが可能である限り、各スイッチングセルは一つ以上の前記エネルギ蓄積コンデンサを有することができる。
【０００５】
この種の別の電圧源コンバータは、ＳＶＣで用いられるＵＳ５６４２２７５を通じて知られており、ここでスイッチングセルは所謂フルブリッジの形態の異なる外観を有する。
【０００６】
本発明は第一に、しかし限定的にではなく、高出力を伝送するように設定されたそのような電圧源コンバータを対象とし、その理由で明確化のために高出力を伝送する場合が以下で主に論じられるが、本発明はそれに何ら限定されるものではない。そのような電圧源コンバータが高出力の伝送に用いられるとき、そのことはまた高出力が取り扱われていることを意味し、コンバータの直流電圧側の電圧はスイッチングセルの前記エネルギ蓄積コンデンサを通った電圧によって決定される。これは、多数の半導体デバイス、つまり前記半導体アセンブリが各前記スイッチングセルで直列接続されるべき場合に、比較的多数のそういったスイッチングセルが直列接続されるべきことを意味し、そしてこの種の電圧源コンバータは、前記位相レグのスイッチングセルの数が比較的多い場合に特に興味深い。多数の直列接続されたそういったスイッチングセルは、それらのスイッチングセルを制御して前記第一及び第二スイッチング状態の間で切り替えること、及びそれにより既に前記位相出力で正弦波電圧に非常に近い交流電圧を得ることが可能となることを意味する。これは、少なくとも一つのターンオフタイプの半導体デバイスとそこに逆並列接続された少なくとも一つのフリーホイールダイオードを持つスイッチングセルを有したＤＥ１０１０３０３１Ａ１の図１に示された種類の周知の電圧源コンバータで典型的に用いられる周波数よりも実質的に低いスイッチング周波数で既に得られうる。これにより、実質的に更なる低損失を達成することが可能となり、またフィルタリング及び高調波電流及び無線障害の問題が大幅に低減され、よってそのための設備が低コストとなりうる。
【０００７】
高電圧を取り扱うために複数のスイッチングセルが直列接続されうるこの種の電圧源コンバータでは、一つのスイッチングセル又はその半導体アセンブリにおける故障がコンバータ全体の操作を台無しにしうるため、信頼性が低下しうる。ＷＯ２００７／０２３０６４は、冗長性の実現によるこの問題に対する解決策を開示している。これは、バイパススイッチの配置によって、欠陥のあるスイッチングセルを短絡させることによりなされる。しかしながら、これは、スイッチングセルの短絡に用いられる手段、つまりスイッチの信頼性に対して高度な要求を課すこととなり、また前記手段を確実に制御する必要もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】ＤＥ１０１０３０３１Ａ１
【特許文献２】ＵＳ５６４２２７５
【特許文献３】ＷＯ２００７／０２３０６４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、少なくともいくつかの側面で周知の解決策より好適な形でスイッチングセルの故障に対処するための冗長性を得るという課題に対処する、導入で定義された種類の電圧源コンバータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この目的は、本発明によると、導入で定義した種類の電圧源コンバータにおいて、前記スイッチングセルの前記第一半導体アセンブリが、それぞれ少なくとも一つの半導体アセンブリを備えてなるスタックに配され、コンバータが、それぞれのスイッチングセルが故障した場合に前記第一路の半導体アセンブリが永久閉回路状態となることを確実にすると同時に前記スタックの半導体アセンブリ間で電気接点を得るように設定された構成を備え、そして各スイッチングセルの前記第二路が、前記故障の発生時に前記第二路を非導電に維持するように設定された手段を有する、電圧源コンバータを提供することによって達成される。
【００１１】
各スイッチングセルの端子間で前記第一路の第一半導体アセンブリを相互接続するためにＵＳ特許５７０５８５３を通じて知られている所謂プレスパック技術を用いることによって、前記第一路が永久閉回路状態となり、且つそれにより故障しているスイッチングセルがその故障の発生時に自動的にバイパスされることが確実となりうる。更に、各スイッチングセルの前記第二路における前記手段の配置は、前記第二路が前記故障の発生時に非導電に維持されることを確実とし、よってエネルギ蓄積コンデンサがそういった故障の場合に切断されることとなり、これはコンバータの他の構成要素を保護するために非常に重要である。こうして前記手段は、前記故障の発生時にコンデンサが「隔離」されることを確実にすることによって、スイッチングセルの直列接続におけるプレスパック技術を良好に機能させることができる。従って本発明は、スイッチングセルに、非常に簡単な手段によって達成される本質的な信頼性を付与する。
【００１２】
本発明の実施例によると、前記手段は、前記第二路で第二半導体アセンブリを相互接続するように設定され且つ前記故障の発生時に開路しそしてそれにより前記第二路を開回路状態に移行させるように設定された部材を備える。これは、スイッチングセルの前記故障の発生時に前記第二路を確実に非導電状態にするコスト効率の高い方法を成す。これを達成する興味をそそる方法が本発明の別の実施形態に定義されており、ここで前記部材は少なくとも一つのワイヤを備え、該ワイヤは第二半導体アセンブリを互いに接着し且つ前記故障の発生時に当該ワイヤを通る過電流によって溶落ちて前記半導体アセンブリを電気的に切断するように設定されている。直列接続された半導体アセンブリのこういったワイヤ接着されたモジュールは、所謂プレスパック技術を利用するスタックの形態のモジュールよりもコストが低く、そして第二半導体アセンブリを相互接続するこの従来の方法は、スイッチングセルが故障した場合にエネルギ蓄積コンデンサを確実に切断するために用いられうる。
【００１３】
本発明の別の実施形態によると、前記手段は、前記第二路で前記エネルギ蓄積コンデンサと直列接続され且つ前記故障の発生時にそこを通る前記第二路で生じる過電流によって溶落ちるように設定された部材を備える。よって、当該部材はヒューズであることが有利である。これは、コンバータの寸法をなるべく小さく維持することが望ましい場合に前記プレスパック技術を用いると同時に、更に前記故障の発生時に故障したスイッチングセルのエネルギ蓄積コンデンサを確実に切断すると同時に、前記第二半導体アセンブリもまたスタック型とすることが可能であることを意味する。
【００１４】
本発明の別の実施形態によると、前記手段は、前記第二路で前記エネルギ蓄積コンデンサと直列接続され且つ前記故障の発生時にそこを通る前記第二路を機械的に遮断するように設定された部材を備える。本発明はまた、前記故障の発生時にエネルギ蓄積コンデンサを隔絶するために前記第二路に機械的スイッチを配する場合も対象とする。
【００１５】
本発明の別の実施形態によると、前記構成は、各前記スタックにバネ荷重圧力を加えるように設定され、前記手段の部材に蓄えられたポテンシャルエネルギを放出すると同時にスタックの二端を互いに対して推進する手段を備える。前期部材は、圧縮されたときにポテンシャルエネルギを蓄える任意の種類のものであってよく、本発明の別の実施形態によると、各前記スタックの少なくとも一端に作用するバネであり、ここで前記バネは機械的バネであっても、ガススプリングといった他の種類のバネであってもよい。これは、例えば前記スタックにおける半導体アセンブリの並列接続の場合など、その寸法が不規則であっても高い信頼性を持って前記スタックの半導体アセンブリ間で電気接点が得られうることを意味する。また、隣り合う半導体アセンブリの相互接続が前記故障の発生時に生じる過電流によって破損され、故障半導体アセンブリが永久的に導電となり且つそれによりスイッチングセルがバイパスされるリスクもない。
【００１６】
本発明の別の実施形態によると、各前記スイッチングセルは、前記スタックに、互いに続くＮ個の前記第一半導体アセンブリを有し、ここでＮは整数
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である。
【００１７】
本発明の別の実施形態によると、前記位相レグのスイッチングセルの数は
2011514799.tif 000004
である。この種のコンバータは、既に上述したように、前記位相レグのスイッチングセルの数が比較的多く、その結果多数の可能なレベルの電圧パルスが前記位相出力で伝達される場合に特に興味深い。
【００１８】
本発明の別の実施形態によると、スイッチングセルアセンブリの前記半導体デバイスは、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＩＧＣＴ（集積ゲート転流型サイリスタ）、又はＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）である。これらは、こういったコンバータの場合に適切な半導体デバイスであるが、他のターンオフタイプの半導体デバイスもまた考えられる。
【００１９】
本発明の別の実施形態によると、前記コンバータは、高電圧直流（ＨＶＤＣ）を伝送するために直流電圧ネットワークに接続された前記直流電圧側と、交流電圧ネットワークに属する交流電圧相線に接続された交流電圧側とを有するように設定される。これは、この種のコンバータの特に興味深い適用には多数の半導体アセンブリが必要とされるためである。
【００２０】
本発明の別の実施形態によると、コンバータは、スイッチングセルの前記エネルギ蓄積コンデンサによって形成された直流電圧側と交流電圧ネットワークに接続された交流電圧位相出力とを有したＳＶＣ（静止型無効電力補償装置）の一部である。この種のコンバータの所謂フルブリッジスイッチングセルで故障が発生したとき、当該スイッチングセルはＭ２ＬＣタイプのハーフブリッジセルに変更され、そうすると、スイッチングセルで更なる故障が発生したとき、スイッチングセルのエネルギ蓄積コンデンサを切断すると同時に前記第一路が永久閉回路状態となり且つ前記第二路が非導電状態に維持されることが重要であるが、本発明の実施形態によるコンバータによってこれが確実となる。
【００２１】
本発明の別の実施形態によると、コンバータは、１ｋＶ−１２００ｋＶ、１０ｋＶ−１２００ｋＶ、又は１００ｋＶ−１２００ｋＶの前記二極を通る直流電圧を有するように設定される。本発明は、前記直流電圧が高くなるほど興味深い。
【００２２】
本発明はまた、添付の請求項に記載の送電プラントに関する。そういったプラントの変電所に低コストで魅力的な寸法と高い信頼性が付与されうる。
【００２３】
本発明の更なる利点並びに有利な特徴は、以下の説明から明らかとなるであろう。
【００２４】
添付の図面を参照して、例として挙げる本発明の実施形態を以下で説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による電圧源コンバータの非常に簡単な図である。
【図２】本発明による電圧源コンバータの一部でありうる周知のスイッチングセルを示す。
【図３】本発明による電圧源コンバータの一部でありうる、図２と異なる周知のスイッチングセルを示す。
【図４】本発明による電圧源コンバータを非常に概略的に示した簡単図である。
【図５】本発明の第一実施形態によるコンバータ用に設計された図３に示した種類のスイッチングセルを非常に概略的に示した簡単図である。
【図６】本発明の第二実施形態によるコンバータにおけるスイッチングセルの、図５に対応する図である。
【図７】本発明の第三実施形態によるコンバータにおけるスイッチングセルの、図５に対応する図である。
【図８】静止型無効電力補償装置で使用される本発明によるコンバータを非常に概略的に示す。
【図９】図８に示したコンバータのスイッチングセルを概略的に示す。
【図１０】図９に示したスイッチングセルでの故障発生時に該セルがどうなるかを示す。
【実施例】
【００２６】
図１は、本発明が関連する種類の電圧源コンバータ１の一般構成を非常に概略的に示す。当該コンバータは、高電圧直流を伝送するための直流電圧ネットワークといった、コンバータの直流電圧側の反対極５，６に接続された三位相レグ２−４を有する。各位相レグは、ボックスで表示されたスイッチングセル７、この場合は１６個の数、の直列接続を備え、当該直列接続は上方バルブブランチ８及び下方バルブブランチ９に二等分されており、コンバータの交流電圧側に接続されるように設定されている位相出力を形成する中間点１０−１２によって隔てられている。位相出力１０−１２は場合によっては、変圧器を介して三相交流電圧ネットワーク、抵抗などに接続しうる。また、前記交流電圧側の交流電圧の形態を改良するために前記交流電圧側にフィルタリング設備が配される。
【００２７】
スイッチングセル７を制御し、そしてそれによりコンバータが直流電圧を交流電圧に及びその逆に変換するために、制御構成１３が配される。
【００２８】
電圧源コンバータは、一方に、それぞれがターンオフタイプの半導体デバイスとそこに並列接続されたフリーホイールダイオードとを持つ少なくとも二つの半導体アセンブリ、及びもう一方に、少なくとも一つのエネルギ蓄積コンデンサを有した種類のスイッチングセル７を有し、そういったスイッチングセルの二つの例が図２及び３に示されている。スイッチングセルの端子１４，１５は、位相レグを形成するスイッチングセルの直列接続の中で隣り合うスイッチングセルに接続されるようにできている。半導体デバイス１６，１７はこの場合、ダイオード１８，１９と並列接続されたＩＧＢＴである。アセンブリ毎に一つの半導体デバイスと一つのダイオードだけが示されているが、これらは、アセンブリに流れる電流を共有するために並列接続された複数の半導体デバイスとダイオードをそれぞれ表しうる。エネルギ蓄積コンデンサ２０は、ダイオード及び半導体デバイスの直列接続のそれぞれと並列に接続される。一つの端子１４は、二つの半導体デバイス間の中間点に、並びに二つのダイオード間の中間点に接続される。もう一方の端子１５は、エネルギ蓄積コンデンサ２０に接続され、図２の実施形態ではその一方の側に、そして図３の実施形態ではそのもう一方の側に接続される。図２及び図３に示されたような各半導体デバイスと各ダイオードは、取り扱われるべき電圧を取り扱うことができるように直列接続された一つ以上のものであってよく、そしてそのように直列接続された半導体デバイスは単一の半導体デバイスとして作用するように同時に制御されうることに注目されたい。
【００２９】
図２及び図３に示されたスイッチングセルは、ａ）第一スイッチング状態、及びｂ）第二スイッチング状態の一つを得るために制御されてよく、ここでａ）の場合はコンデンサ２０を通した電圧、そしてｂ）の場合はゼロ電圧が端子１４，１５を介して印加される。第一状態を得る場合、図２では半導体デバイス１６が作動され且つ半導体デバイス１７が止められ、そして図３に記載の実施形態では半導体デバイス１７が作動され且つ半導体デバイス１６が止められる。スイッチングセルは、図２に記載の実施形態では半導体デバイス１６が止められ且つ１７が作動されるように、そして図３では半導体デバイス１７が止められ且つ１６が作動されるように半導体デバイスの状態を変更することによって第二状態に切り換えられる。
【００３０】
図４は、図１に記載のコンバータの位相レグがどのようにして図３に示された種類のスイッチングセルによって形成されるかを少し詳細に示し、ここでは図を簡単化するために合わせて１０個のスイッチングセルが省略されている。制御構成１３は、スイッチングセルが、前記直列接続にある他のスイッチングセルの電圧に加えられるべきコンデンサを通した電圧又はゼロ電圧のいずれかを伝達するように、スイッチングセルの半導体デバイスを制御することによって該セルを制御するようにできている。変圧器２１及びフィルタリング設備２２もここに示されている。どのように各バルブブランチが相リアクタ５０，５１を介して位相出力１０に接続されるかが示され、そしてそういった相リアクタは位相出力１０，１１及び１２に対して図１にも存在するべきであるが、図の簡単化のために省略されている。
【００３１】
図５は、本発明の第一実施形態による電圧源コンバータの図３に示した種類の各スイッチングセル７の設計を非常に概略的に示す。各スイッチングセルは、図３に示されたように直列接続され且つそれぞれがターンオフタイプの半導体デバイスとそこに並列接続されたフリーホイールダイオードとを有した、平板で概略的に表された複数の第一半導体アセンブリ２４によって形成された第一電流路２３を有する。構成２５は、第一半導体アセンブリのそういったスタック３０の反対端に圧力を加えることで、前記スタックの半導体アセンブリ間で電気接点が得られるようにアセンブリを互いに対して押圧するように設定される。該構成はこのために、各前記スタックの少なくとも一端に作用するバネ２６の形態の、ポテンシャルエネルギを蓄積し、そこに蓄えられたポテンシャルエネルギを放出すると同時にスタックの二端を互いに対して推進する部材を有する。前記第一半導体アセンブリのこの所謂プレスパック構成の結果、非常に高い電流が取得できる相互接続がそこにもたらされる。
【００３２】
スイッチングセルはまた、一方にターンオフタイプの半導体デバイスとそこに並列接続されたフリーホイールダイオードとを有した少なくとも一つの第二半導体アセンブリ２８、及びもう一方に少なくとも一つのエネルギ蓄積コンデンサ２０の直列接続を含む第二電流路２７を備える。
【００３３】
スイッチングセルに故障が発生したとき、スイッチングセルが短絡され、エネルギ蓄積コンデンサ２０が第二路２７を通って放電されないことが重要である。故障発生時、第一半導体アセンブリ２４によって構成されたスイッチングモジュール及び第二半導体アセンブリ２８によって構成されたスイッチングモジュールが開く。するとコンデンサ２０からの放電電流は第一半導体アセンブリ２４を破損し、それによりそれらはスイッチングセル７をバイパスする永久閉回路状態となる。そのとき、第二路２７はコンデンサ２０をコンバータの他の部分から切断するために非導電に保たれることがまた重要である。これは異なる方法で達成されうる。例えば、第二半導体アセンブリの半導体デバイスとして、故障の場合に発生する電圧を遮断しうるＩＧＣＴ又はＧＴＯを用いることが可能で、それにより、コンデンサを切断するために前記故障の発生時に第二路を開回路状態に移行させる必要がない。
【００３４】
図５に示された実施形態で、第二路の第二半導体アセンブリ２８は、故障の発生時にそこを通る第二路で生じる過電流によって溶落ちるように設定された従来型のワイヤによって相互接続されることもまた可能である。
【００３５】
図６に示された実施形態のスイッチングセルは、前記第二路２７で前記エネルギ蓄積コンデンサと直列接続され且つ前記故障の発生時にそこを通る前記第二路で生じる過電流によって溶落ちるように設定された部材２９が配置されている点で図５に記載のものと異なる。当該部材はこの場合、半導体アセンブリをスイッチングセルの一つの端子１４に接続するワイヤである。
【００３６】
図７は、本発明の別の実施形態によるスイッチングセルを示し、ここで溶落ちる前記部材はヒューズ２９’によって形成される。図６及び７に示された二つの実施例では、コンデンサ２０の切断がそれぞれ部材２９，２９’の配置によって依然確実であるため、第二路で半導体アセンブリ２８を相互接続するための所謂プレスパック技術を用いることさえ可能である。図７の部材２９’はまた、前記故障の発生時に開かれるように設定された機械的スイッチを表しうる。
【００３７】
図８は、無効電力補償のための静止型無効電力補償装置で用いられる本発明による電圧源コンバータの一般構成を示す。当該コンバータの直流電圧側はスイッチングセル７’’の前記エネルギ蓄積コンデンサによって形成され、そして当該コンバータのスイッチングセル７’’は、米国特許第５６４２２７５号明細書に開示されたターンオフタイプの半導体デバイスとそこに並列接続されたフリーホイールダイオードとを有した半導体アセンブリを持つ所謂フルブリッジである。
【００３８】
図９及び１０を参照して、ここで当該スイッチングセル７’’で故障が発生したと仮定する。このことは、モジュールＡ及びＢの一方が永久的に導電となり、もう一方が切られることを意味する。Ａが永久導電状態になるモジュールで、モジュールＢが切られると仮定し、その結果図１０による回路となり、これは図５−７によるスイッチングセルに対応する。次いでモジュールＣは本発明に従って、プレスパック技術によって作成され、そしてモジュールＤは図５−７のいずれかによるスイッチングセルの第二半導体アセンブリ２８について述べられたものと同一の特徴を有する。このことは、更なる故障が当該スイッチングセルで発生すると、モジュールＣの破損によって第一路２３が永久閉回路状態となり、第二路２７が、コンデンサ２０を切断する永久開回路状態といった非導電状態に移行することを意味する。
【００３９】
本発明はもちろん上述された実施例に何ら制限されるものではなく、添付の請求項に定義された本発明の基本理念から逸脱しない範囲で数多くの変形が可能なことは当業者に明らかである。
【００４０】
各前記スタックに半導体アセンブリを一つだけ有することは本発明の範囲内であり、当該アセンブリの一つだけの半導体デバイスが前記プレスパック構成によって配されなければならないことに注目されたい。よって、ＵＳ５７０５８５３に開示されたように各半導体デバイス及びダイオードについて個別の圧力接点を得ることが可能である。また、外圧（例えば加圧されたスタックで）が電気接点を達成するウェハ要素を持つディスク型デバイスを有することも可能である。図５−７の非常に概略的な図示は、プレスパック技術の使用に代わるこれらの代替案を含むことを意図する。
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月1日(2009.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンバータの直流電圧側の反対極（５，６）に接続しており且つスイッチングセル（７，７’，７’’）の直列接続を備えた少なくとも一つの位相レグ（２−４）を有したマルチセルコンバータであって、各前記スイッチングセルがその端子（１４，１５）の間に、直列接続され、一又は複数の第一半導体アセンブリ（２４）によって形成された第一電流路（２３）、並びに、一方に少なくとも一つの第二半導体アセンブリ（２８）、及びもう一方に少なくとも一つのエネルギ蓄積コンデンサ（２０）の直列接続を含む第二電流路（２７）を持つ少なくとも二つの電流路（２３，２７）を有し、位相出力（１０−１２）を形成する前記スイッチングセルの直列接続の中間点が、コンバータの交流電圧側に接続されるように設定されており、前記スイッチングセル（７，７’，７’’）の前記第一半導体アセンブリ（２４）が、それぞれ少なくとも一つの半導体アセンブリを備えてなるスタックに配されること、コンバータが、それぞれのスイッチングセルが故障した場合に前記第一路（２３）の半導体アセンブリが永久閉回路状態となることを確実にすると同時に前記スタックの半導体アセンブリ（２４）間で電気接点を得るように設定された構成（２５）を備えること、及び各スイッチングセル（７，７’，７’’）の前記第二路（２７）が、前記故障の発生時に前記第二路を非導電に維持するように設定された手段（２９，２９’）を有することを特徴とする、コンバータ。
【請求項２】
前記手段が、前記第二路（２７）で第二半導体アセンブリ（２８）を相互接続するように設定され且つ前記故障の発生時に開路しそしてそれにより前記第二路を開回路状態に移行させるように設定された部材を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項３】
前記部材が、第二半導体アセンブリ（２８）を互いに接着し且つ前記故障の発生時に当該ワイヤを通る過電流によって溶落ちて前記第二半導体アセンブリを電気的に切断するように設定された少なくとも一つのワイヤを備えることを特徴とする、請求項２に記載のコンバータ。
【請求項４】
前記手段が、前記第二路（２７）で前記エネルギ蓄積コンデンサ（２０）と直列接続され且つ前記故障の発生時にそこを通る前記第二路で生じる過電流によって溶落ちるように設定された部材（２９，２９’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項５】
前記部材がヒューズ（２９’）であることを特徴とする、請求項４に記載のコンバータ。
【請求項６】
前記手段が、前記第二路（２７）で前記エネルギ蓄積コンデンサ（２０）と直列接続され且つ前記故障の発生時にそこを通る前記第二路を機械的に遮断するように設定された部材（２９’）を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンバータ。
【請求項７】
前記構成（２５）が、各前記スタックにバネ荷重圧力を加えるように設定され、前記手段の部材（２６）に蓄えられたポテンシャルエネルギを放出すると同時にスタックの二端を互いに対して推進する手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項８】
ポテンシャルエネルギを蓄積する前記部材（２６）が、各前記スタックの少なくとも一端に作用するバネであることを特徴とする、請求項７に記載のコンバータ。
【請求項９】
各前記スイッチングセル（７，７’，７’’）が、前記スタックに、互いに続くＮ個の前記第一半導体アセンブリを有し、ここでＮは整数
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であることを特徴とする、請求項１ないし８のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１０】
前記位相レグ（２−４）のスイッチングセル（７，７’，７’’）の数が、
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であることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１１】
スイッチングセルアセンブリの前記半導体デバイス（１６，１７）が、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）、ＩＧＣＴ（集積ゲート転流型サイリスタ）、又はＧＴＯ（ゲートターンオフサイリスタ）であることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１２】
高電圧直流（ＨＶＤＣ）を伝送するために直流電圧ネットワーク（５，６）に接続された前記直流電圧側と、交流電圧ネットワークに属する交流電圧相線に接続された交流電圧側とを有するように設定されることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１３】
スイッチングセルの前記エネルギ蓄積コンデンサ（２０）によって形成された直流電圧側と交流電圧ネットワークに接続された交流電圧位相出力（１０−１２）とを持つＳＶＣ（静止型無効電力補償装置）の一部であることを特徴とする、請求項１ないし１１のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１４】
１ｋＶ−１２００ｋＶ、１０ｋＶ−１２００ｋＶ、又は１００ｋＶ−１２００ｋＶの前記二極（５，６）を通る直流電圧を有するように設定されることを特徴とする、請求項１ないし１３のいずれかに記載のコンバータ。
【請求項１５】
直流電圧ネットワーク及びそこに変電所を介して接続された少なくとも一つの交流電圧ネットワークを備えた送電プラントであって、前記変電所が、直流電圧ネットワークと交流電圧ネットワークの間で送電を実行するようにできており且つ直流電圧を交流電圧に及びその逆に変換するようにできた少なくとも一つのマルチセルコンバータを備えたプラントにおいて、該プラントの前記変電所が請求項１ないし１４のいずれかに記載の電圧源コンバータを備えることを特徴とする、プラント。
【国際調査報告】
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