(57)【要約】【課題】直流短絡が継続しても、電源側からの続流で被害が拡大することを防止することが出来る電力変換装置を得ることを目的とする。【解決手段】電源の交流電圧を直流に変換する第１の電力変換器１、第１の電力変換器１の直流側に接続された直流コンデンサ３、直流コンデンサ３の電圧を交流に変換し負荷に供給する第２の電力変換器２、および直流コンデンサ３と第２の電力変換器２の直流側との間に挿入された第１のスイッチ４を備える。第２の電力変換器２に直流短絡が発生すると、第１のスイッチ４をオフすることにより、直流コンデンサ３から第２の電力変換器２に流れる放電電流と第１の電力変換器１を介して電源から第２の電力変換器２に流れる続流とを同時に遮断する。【選択図】　　　　図１
2004088858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された直流コンデンサ、スイッチング素子を有し上記直流コンデンサの電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記直流コンデンサと上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第１のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐに一端が接続されたＰ側の直流コンデンサ、自己消弧素子を有し上記Ｐ側の直流コンデンサの他端と上記端子Ｃとの間に接続されたＰ側の第１のスイッチ手段、上記端子Ｎに一端が接続されたＮ側の直流コンデンサ、自己消弧素子を有し上記Ｎ側の直流コンデンサの他端と上記端子Ｃとの間に接続されたＮ側の第１のスイッチ手段、第１の交流回路の電圧を直流に変換して上記Ｐ側の直流コンデンサの両端に出力するＰ側の交流直流変換手段、上記第１の交流回路の電圧を直流に変換して上記Ｎ側の直流コンデンサの両端に出力するＮ側の交流直流変換手段、およびスイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段を備え、上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続されたＰ側の直流コンデンサ、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサ、第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第１のスイッチ手段、および上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第１のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し上記直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記直列接続体と上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第２のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、この直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記交流直流変換手段の直流側と上記直列接続体との間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し上記直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記直列接続体と上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第２のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段の直流側と上記直列接続体との間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２の両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断し、上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第２のスイッチ手段、および上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第２のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記交流直流変換手段のＰ側端子と上記端子Ｐとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第３のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段のＮ側端子と上記端子Ｎとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第２のスイッチ手段、上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第２のスイッチ手段、上記交流直流変換手段のＰ側端子と上記端子Ｐとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第３のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段のＮ側端子と上記端子Ｎとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２の両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断し、上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
上記第１のスイッチ手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、この電圧検出手段の出力が所定の設定値を越えたとき直流短絡が発生したと判別す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電力変換装置。
【請求項１１】
上記第１のスイッチ手段を互いに直列に接続された複数の自己消弧素子で構成する場合、
上記電圧検出手段を上記複数の自己消弧素子のそれぞれに設け、これら複数の電圧検出手段のいずれかの出力が所定の設定値を越えたとき直流短絡が発生したと判別することを特徴とする請求項１０記載の電力変換装置。
【請求項１２】
上記第１のスイッチ手段を互いに直列に接続された複数の自己消弧素子で構成する場合、
ゲート用交流電源が接続される１次巻線と中点端子Ｃを含むＰ、Ｃ、Ｎ３端子を設けた２次巻線とを有する第１の絶縁変圧器、および上記複数の自己消弧素子のそれぞれに設けられた第２の絶縁変圧器を備え、上記第１の絶縁変圧器はその中点端子Ｃを３レベル直流端子の端子Ｃに接続し、上記第２の絶縁変圧器は、上記端子Ｃに最も近い自己消弧素子に設けられるＰ側およびＮ側の第１番目の変圧器の１次側をそれぞれ上記第１の絶縁変圧器の端子Ｐ、Ｃおよび端子Ｃ、Ｎに接続し、上記第１番目の変圧器の２次側から第２番目以降の変圧器は順次カスケードに接続し、上記各第２の絶縁変圧器の２次側から当該自己消弧素子にゲート用電力を供給するゲート電源供給回路を備えたことを特徴とする請求項２、７ないし９のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項１３】
端子ＰまたはＮに最も近い自己消弧素子に設けられる第２の絶縁変圧器の２次側の電圧を検出する電圧検出手段を備え、この電圧検出手段の出力が所定の設定値未満となったときゲート電源供給異常と判別することを特徴とする請求項１２記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自己消弧素子を用いた電力変換装置の直流短絡時の自己消弧素子の保護に関し、特に上記直流短絡に伴う被害の拡大を防止するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図９は、例えば、特願２００１−３３７３３０に示された従来の電力変換装置における主回路および保護制御回路を示す図である。図において、１は第１の電力変換器で、電源の交流電圧を直流に変換して端子Ｐ、Ｎに供給する。２は第２の電力変換器で、直流電圧を交流に変換して負荷に供給する。３は直流コンデンサ、４は自己消弧素子とダイオードとからなるスイッチである。５、６Ｕ、６Ｘはゲート回路、７はスイッチ４のコレクタ電圧を検出する電圧検出器、８は直流短絡制御回路である。
【０００３】
次に、第２の電力変換器２内の素子の故障で直流短絡が発生した場合の動作について説明する。破線の経路で直流短絡電流ＩＳが流れると、スイッチ４のコレクタ電圧ｖｃｅ４が基準電圧値ｖｃｅｒを越えて比較器８ｂの出力がＨに反転する。ゲート指令信号Ｓ４’はＨであり、ＡＮＤ回路８ｂの出力もＨに反転して保持回路８ｃの出力はＨからＬに反転した状態で保持される。その結果、ゲート信号Ｓ４、Ｓ２Ｕ、Ｓ２Ｘはすべて強制的にＬ状態に保持され、それぞれゲート回路５、６Ｕ、６Ｘを経由してそれぞれスイッチ４、第２の電力変換器２のアーム２Ｕおよび２Ｘ内素子をオフする。
以上のように、スイッチ４の電圧を監視して直流短絡の発生を検出し、スイッチ４および第２の電力変換器２の全アーム内素子をオフすることにより、速やかに直流短絡電流を遮断できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力変換装置においては、直流短絡に対して以上のような保護制御が成されるが、万が一、直流短絡時に第２の電力変換器２のアーム２Ｕ、２Ｘ内の素子が破損し直流短絡が継続すると、直流コンデンサ３からの放電は阻止されるが、電源側の図示しない開閉器が開放されるまで、電源から第１の電力変換器１を介して直流短絡個所に続流が流れ、他の健全部分、例えば、第１の電力変換器１内素子まで破損が拡大する恐れがあった。
【０００５】
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたもので、直流短絡が継続しても、電源側からの続流で被害が拡大することを防止することが出来る電力変換装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力変換装置は、第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された直流コンデンサ、スイッチング素子を有し上記直流コンデンサの電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記直流コンデンサと上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第１のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【０００７】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐに一端が接続されたＰ側の直流コンデンサ、自己消弧素子を有し上記Ｐ側の直流コンデンサの他端と上記端子Ｃとの間に接続されたＰ側の第１のスイッチ手段、上記端子Ｎに一端が接続されたＮ側の直流コンデンサ、自己消弧素子を有し上記Ｎ側の直流コンデンサの他端と上記端子Ｃとの間に接続されたＮ側の第１のスイッチ手段、第１の交流回路の電圧を直流に変換して上記Ｐ側の直流コンデンサの両端に出力するＰ側の交流直流変換手段、上記第１の交流回路の電圧を直流に変換して上記Ｎ側の直流コンデンサの両端に出力するＮ側の交流直流変換手段、およびスイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【０００８】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続されたＰ側の直流コンデンサ、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサ、第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第１のスイッチ手段、および上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第１のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【０００９】
また、この発明に係る電力変換装置は、第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し上記直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記直列接続体と上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第２のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【００１０】
また、この発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、この直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記交流直流変換手段の直流側と上記直列接続体との間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【００１１】
また、この発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し上記直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記直列接続体と上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第２のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段の直流側と上記直列接続体との間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２の両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断し、上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【００１２】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第２のスイッチ手段、および上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第２のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【００１３】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記交流直流変換手段のＰ側端子と上記端子Ｐとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第３のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段のＮ側端子と上記端子Ｎとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【００１４】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第２のスイッチ手段、上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第２のスイッチ手段、上記交流直流変換手段のＰ側端子と上記端子Ｐとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第３のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段のＮ側端子と上記端子Ｎとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２の両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断し、上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたものである。
【００１５】
また、この発明に係る電力変換装置は、その第１のスイッチ手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、この電圧検出手段の出力が所定の設定値を越えたとき直流短絡が発生したと判別するものである。
【００１６】
また、この発明に係る電力変換装置は、その第１のスイッチ手段を互いに直列に接続された複数の自己消弧素子で構成する場合、
上記電圧検出手段を上記複数の自己消弧素子のそれぞれに設け、これら複数の電圧検出手段のいずれかの出力が所定の設定値を越えたとき直流短絡が発生したと判別するものである。
【００１７】
また、この発明に係る電力変換装置は、その第１のスイッチ手段を互いに直列に接続された複数の自己消弧素子で構成する場合、
ゲート用交流電源が接続される１次巻線と中点端子Ｃを含むＰ、Ｃ、Ｎ３端子を設けた２次巻線とを有する第１の絶縁変圧器、および上記複数の自己消弧素子のそれぞれに設けられた第２の絶縁変圧器を備え、上記第１の絶縁変圧器はその中点端子Ｃを３レベル直流端子の端子Ｃに接続し、上記第２の絶縁変圧器は、上記端子Ｃに最も近い自己消弧素子に設けられるＰ側およびＮ側の第１番目の変圧器の１次側をそれぞれ上記第１の絶縁変圧器の端子Ｐ、Ｃおよび端子Ｃ、Ｎに接続し、上記第１番目の変圧器の２次側から第２番目以降の変圧器は順次カスケードに接続し、上記各第２の絶縁変圧器の２次側から当該自己消弧素子にゲート用電力を供給するゲート電源供給回路を備えたものである。
【００１８】
また、この発明に係る電力変換装置は、端子ＰまたはＮに最も近い自己消弧素子に設けられる第２の絶縁変圧器の２次側の電圧を検出する電圧検出手段を備え、この電圧検出手段の出力が所定の設定値未満となったときゲート電源供給異常と判別するものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。図において、１は、交流直流変換手段としての第１の電力変換器（コンバータ）で、第１の交流回路である電源の交流電力を直流電力に変換し、直流コンデンサ３に供給する。図は、１相分のみ示す。２は、１相分のアーム２Ｕと２Ｘがそれぞれ自己消弧素子と逆並列接続されたダイオードとで構成された、直流交流変換手段としての第２の電力変換器（インバータ）で、この直流回路の端子Ｐ、Ｎに接続されて直流電力を交流電力に変換し、第２の交流回路である負荷に供給する。４は自己消弧素子と逆並列接続されたダイオードとで構成された第１のスイッチ（第１のスイッチ手段）で、直流コンデンサ３と第２の電力変換器２の直流側との間に挿入されている。
【００２０】
５はこの第１のスイッチ４のゲート回路、６Ｕと６Ｘはそれぞれ第２の電力変換器２のアーム２Ｕと２Ｘのゲート回路である。７は第１のスイッチ４のコレクタ電圧Ｖｃｅ４を検出する第１の電圧検出器、８はこの第１の電圧検出器７からの出力信号ｖｃｅ４に基づいて第１のスイッチ４および第２の電力変換器２アーム内素子のゲートを制御する直流短絡制御回路である。第１の電圧検出器７の出力信号ｖｃｅ４は比較器８ａで基準電圧ｖｃｅｒと比較される。この比較器８ａの出力は上位の制御回路（図示せず）から与えられる第１のスイッチ４のゲート指令信号Ｓ４’とＡＮＤ回路８ｂでＡＮＤ演算され、保持回路８ｃに与えられる。この保持回路８ｃの出力は、ＡＮＤ回路８ｄ，８ｅ、８ｆに与えられ、上位の制御回路（図示せず）から与えられるゲート指令信号Ｓ４’、第２の電力変換器２のアーム２Ｕおよび２Ｘ内素子のゲート指令信号Ｓ２Ｕ’、およびＳ２Ｘ’とＡＮＤ演算される。このＡＮＤ回路８ｄ、８ｅ、８ｆの出力信号Ｓ４、Ｓ２Ｕ、Ｓ２Ｘはそれぞれゲート回路５、６Ｕ、６Ｘに与えられる。
【００２１】
次に動作について説明する。
第２の電力変換器２のアーム２Ｕ、２Ｘ内素子が導通し、破線の経路で示す直流短絡電流ＩＳが流れると、第１のスイッチ４内素子のコレクタ電圧Ｖｃｅ４が大きくなり、その電圧値が基準電圧値ｖｃｅｒを越えると、比較器８ａの出力はＨに反転する。一方、第１のスイッチ４内素子は通常導通しているので、ゲート指令信号Ｓ４’はＨであり、ＡＮＤ回路８ｂの出力もＨに反転して保持回路８ｃの出力はＨからＬに反転した状態で保持される。その結果、ゲート信号Ｓ４、Ｓ２Ｕ、Ｓ２Ｘはすべて強制的にＬ状態に保持され、それぞれゲート回路５、６Ｕ、６Ｘを経由してそれぞれ第１のスイッチ４、第２の電力変換器２のアーム２Ｕおよび２Ｘ内素子をオフする。
【００２２】
これにより、このときスイッチ４に流れていた図中破線で示す直流短絡電流ＩＳが遮断されると同時に、第１の電力変換器１を介して電源から第２の電力変換器２に流れる続流ＩＳＬ（図中一点鎖線で示す）も同時に遮断される。
このように、第２の電力変換器２のアーム２Ｕ、２Ｘ内素子が破損しても第１の電力変換器１からの続流がスイッチ４で遮断されるので、第１の電力変換器１等の関連機器に事故が波及する恐れがなくなる。
なお、通常運転中にスイッチ４に流れる電流は、第２の電力変換器２に流れる電流と同程度になるので、スイッチ４の電流耐量は第２の電力変換器２のそれと同程度の値に設定する必要がある。
【００２３】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。図において、２１は電源の接続された開閉器、２０は変圧器であって、２次側と３次側が３０°の位相差を有する多相変圧器で構成され、それぞれＰ側の第１の電力変換器１ＰとＮ側の第１の電力変換器１Ｎに接続されて、いわゆる１２相整流回路を構成する。このＰ側の第１の電力変換器１Ｐの直流側はＰ側の直流コンデンサ３Ｐに接続され、Ｎ側の第１の電力変換器１Ｎの直流側はＮ側の直流コンデンサ３Ｎに接続されている。
２Ａは３レベルインバータで構成された第２の電力変換器であって、自己消弧素子からなるアームＴ１〜Ｔ４で１相分が構成される。このアームＴ１〜Ｔ４は具体的には逆並列に接続されたダイオードを有するＩＧＢＴであって、３レベル直流端子の端子Ｐ（正電位）、Ｎ（負電位）間に直列接続される。ＣＤ１およびＣＤ２はクランプダイオードであって、アームＴ１とＴ２との中間点とアーム素子Ｔ３とＴ４との中間点との間に直列接続され、このクランプダイオードＣＤ１とＣＤ２との中間点は端子Ｃ（中間電位）に接続される。
【００２４】
４ＰはＰ側の第１のスイッチであって、Ｐ側の直流コンデンサ３Ｐの下端と端子Ｃとの間に接続される。４ＮはＮ側の第１のスイッチであって、Ｎ側の直流コンデンサ３Ｎの上端と端子Ｃとの間に接続される。このＰ側の第１のスイッチ４ＰとＮ側の第１のスイッチ４Ｎは自己消弧素子からなり、具体的には逆並列に接続されたダイオードを有するＩＧＢＴである。
７Ｐおよび７ＮはＰ側およびＮ側の第１の電圧検出器であって、それぞれＰ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎに並列接続される。５Ｐおよび５Ｎはゲート回路であって、それぞれＰ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎのゲートに接続される。６Ｔ１〜６Ｔ４はゲート回路であって、それぞれ第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子のゲートに接続される。
１９は直流短絡制御回路であって、Ｐ側およびＮ側の第１の電圧検出器７Ｐ、７Ｎの出力に基いて直流短絡が発生したことを検出し、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子を一斉にオフ制御する機能を有する。
【００２５】
次に動作について説明する。第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ３内素子が導通し、直流端子Ｐ、Ｃ間で直流短絡が発生した場合には破線の経路で直流短絡電流ＩＳが流れるとともに、一点鎖線の経路で電源側からの続流ＩＳＬが流れる。このとき、Ｐ側の第１のスイッチ４Ｐのコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｐが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９の比較器１９ａの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。このときＰ側の第１のスイッチ４Ｐに流れていた直流短絡電流ＩＳおよび続流ＩＳＬは同時に遮断される。
また、第２の電力変換器２ＡのアームＴ２〜Ｔ４内素子が導通し、直流端子Ｃ、Ｎ間で直流短絡が発生した場合には、Ｎ側の第１のスイッチ４Ｎのコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｎが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９の比較器１９ｂの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。
【００２６】
また、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子が導通し、直流端子Ｐ、Ｎ間で直流短絡が発生した場合にはＰ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎのコレクタ電圧Ｖｃｅ４ＰおよびＶｃｅ４Ｎが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９の比較器１９ａおよび１９ｂの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。
【００２７】
ここで通常運転中にＰ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎに流れる電流は、第２の電力変換器２Ａに流れる電流と同程度に増加するので、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎの電流耐量は、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子と同じ程度の耐量が必要となる。
【００２８】
なお、図２では簡単のため、変圧器２０とＰ側およびＮ側の第１の電力変換器１Ｐ、１Ｎで１２相整流回路を構成したものを示したが、２４相以上の多相整流回路を構成したものであってもよく、同様の効果を奏する。また第２の電力変換器２ＡにおいてクランプダイオードＣＤ１とＣＤ２で構成したものについて説明したが、このクランプダイオードＣＤ１およびＣＤ２のそれぞれと逆並列接続された自己消弧素子を備えたＩＧＢＴなどであってもよい。
【００２９】
また、図２では、Ｐ側およびＮ側の直流コンデンサ３Ｐ、３Ｎと第２の電力変換器２Ａの直流側との間に挿入するＰ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎを、中性点である端子Ｃ側に挿入したが、それぞれ端子Ｐおよび端子Ｎ側に挿入するようにしてもよい。
即ち、Ｐ側の第１のスイッチ４Ｐを端子Ｐと端子Ｐ２との間に挿入し、Ｎ側の第１のスイッチ４Ｎを端子Ｎと端子Ｎ２との間に挿入するようにしても同様の効果が得られる。
【００３０】
以上のように、Ｐ側およびＮ側の第１の電力変換器１Ｐ、１Ｎを直接直列接続することなく、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと直列接続構成し、Ｐ側の直流コンデンサ３ＰとＮ側の直流コンデンザ３ＮをそれぞれＰ側およびＮ側の第１の電力変換器１Ｐ、１Ｎに並列接続する構成として、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎの電圧を監視して直流短絡の発生を検出し、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと第２の電力変換器２Ａの全アーム内素子をオフすることにより、速やかに直流短絡電流および電源からの続流を同時に遮断できるので、直流短絡による関連機器への被害波及を防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００３１】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。実施の形態１と同様、直流短絡電流と電源からの続流を同時に遮断するものであるが、第１のスイッチ４は従来の図９と同様、直流コンデンサ３と直列にして端子Ｐ、Ｎ間に接続され、第１の電力変換器１の直流側もこの端子Ｐ、Ｎ間に接続されている。そして、直流コンデンサ３と第１のスイッチ４との直列接続体と第２の電力変換器２の直流側との間に、別途、自己消弧素子と逆並列接続されたダイオードとで構成された第２のスイッチ（第２のスイッチ手段）９が挿入されている。１０はこの第２のスイッチ９のゲート回路である。
【００３２】
次に動作について説明する。
第２の電力変換器２のアーム２Ｕ、２Ｘ内素子が導通し、破線の経路で示す直流短絡電流ＩＳが流れると、第１のスイッチ４内素子のコレクタ電圧Ｖｃｅ４が大きくなり、その電圧値が基準電圧値ｖｃｅｒを越えると、比較器８ａの出力はＨに反転する。一方、第１のスイッチ４内素子は通常導通しているので、ゲート指令信号Ｓ４’はＨであり、ＡＮＤ回路８ｂの出力もＨに反転して保持回路８ｃの出力はＨからＬに反転した状態で保持される。その結果、ゲート信号Ｓ４、Ｓ２Ｕ、Ｓ２Ｘはすべて強制的にＬ状態に保持され、それぞれゲート回路５、１０、６Ｕ、６Ｘを経由してそれぞれ第１のスイッチ４、第２のスイッチ９、第２の電力変換器２のアーム２Ｕおよび２Ｘ内素子をオフする。
【００３３】
これにより、このときスイッチ４に流れていた図中破線で示す直流短絡電流ＩＳが遮断されると同時に、第１の電力変換器１を介して電源から第２の電力変換器２に流れる続流ＩＳＬ（図中一点鎖線で示す）も同時に遮断される。
このように、第２の電力変換器２のアーム２Ｕ、２Ｘ内素子が破損しても第１の電力変換器１からの続流がスイッチ９で遮断されるので、第１の電力変換器１等の関連機器に事故が波及する恐れがなくなる。
なお、通常運転中にスイッチ９に流れる電流は、第２の電力変換器２に流れる電流と同程度になるので、スイッチ９の電流耐量は第２の電力変換器２のそれと同程度の値に設定する必要があるが、第１のスイッチ４については電流耐量は低減できる。
【００３４】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。ここでは、第１の電力変換器１の直流短絡時の保護を扱っている。図において、直流コンデンサ３と第１のスイッチ４との直列接続体と第１の電力変換器１の直流側との間に、自己消弧素子と逆並列接続されたダイオードとで構成された第３のスイッチ（第３のスイッチ手段）１１が挿入されている。１２はこの第３のスイッチ１１のゲート回路である。
【００３５】
次に動作について説明する。
第１の電力変換器１内の素子が導通し、破線の経路で示す直流短絡電流ＩＳ２が流れると、第１のスイッチ４内素子のコレクタ電圧Ｖｃｅ４が大きくなり、その電圧値が基準電圧値ｖｃｅｒを越えると、比較器８ａの出力はＨに反転する。一方、第１のスイッチ４内素子は通常導通しているので、ゲート指令信号Ｓ４’はＨであり、ＡＮＤ回路８ｂの出力もＨに反転して保持回路８ｃの出力はＨからＬに反転した状態で保持される。その結果、ゲート信号Ｓ４、Ｓ２Ｕ、Ｓ２Ｘはすべて強制的にＬ状態に保持され、それぞれゲート回路５、１２、６Ｕ、６Ｘを経由してそれぞれ第１のスイッチ４、第３のスイッチ１１、第２の電力変換器２のアーム２Ｕおよび２Ｘ内素子をオフする。
【００３６】
これにより、このときスイッチ４に流れていた図中破線で示す直流短絡電流ＩＳ２が遮断されると同時に、第２の電力変換器２を介して負荷から第１の電力変換器１に流れる続流ＩＳＬ２（図中一点鎖線で示す）も同時に遮断される。
このように、第１の電力変換器１内の素子が破損しても第２の電力変換器２からの続流がスイッチ１１で遮断されるので、第２の電力変換器２等の関連機器に事故に波及する恐れがなくなる。
なお、第１の電力変換器１を第２の電力変換器２と同様、ＩＧＢＴ等で構成し、直流短絡を検出すると第１の電力変換器１の素子も同時にオフさせるようにしてもよい。
【００３７】
なお、図示は省略するが、実施の形態３の図３で説明した第２のスイッチ９と、実施の形態４の図４で説明した第３のスイッチ１１との両者を採用する構成としてもよい。即ち、直流コンデンサ３と第１のスイッチ４との直列接続体と第２の電力変換器２の直流側との間に第２のスイッチ９を挿入するとともに、上記直列接続体と第１の電力変換器１の直流側との間に第３のスイッチ１１を挿入する。
この構成を採用すれば、第２の電力変換器２と第１の電力変換器１のいずれで生じた直流短絡に対しても、直流短絡電流と続流との同時遮断が可能となり、直流短絡保護がより完全になされ信頼度が向上する。
【００３８】
実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。実施の形態３を、直流３レベルの回路に適用したものである。
図において、９ＰはＰ側の第２のスイッチであって直流端子Ｐと第２の電力変換器２Ａの直流側端子Ｐ２との間に接続され、９ＮはＮ側の第２のスイッチであって直流端子Ｎと第２の電力変換器２Ａの直流側端子Ｎ２との間に接続される。このＰ側の第２のスイッチ９ＰとＮ側の第２のスイッチ９Ｎは自己消弧素子からなり、具体的には逆並列に接続されたダイオードを有するＩＧＢＴである。１０Ｐおよび１０ＮはそれぞれＰ側の第２のスイッチ９ＰおよびＮ側の第２のスイッチ９Ｎのゲート回路であって、直流短絡制御回路１９の信号Ｓ４に基いてＰ側の第２のスイッチ９ＰおよびＮ側の第２のスイッチ９Ｎを導通制御する。
【００３９】
次に動作について説明する。第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ３内素子が導通し、直流端子Ｐ２、Ｃ間で直流短絡が発生した場合には破線の経路で直流短絡電流ＩＳが流れるとともに一点鎖線の経路で電源側からの続流ＩＳＬが流れる。このとき、Ｐ側の第１のスイッチ４Ｐのコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｐが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９の比較器１９ａの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。このときＰ側の第２のスイッチ９Ｐに流れていた直流短絡電流ＩＳおよび続流ＩＳＬは同時に遮断される。
また、第２の電力変換器２ＡのアームＴ２〜Ｔ４内素子が導通し、直流端子Ｃ、Ｎ２間で直流短絡が発生した場合にはＮ側の第１のスイッチ４Ｎのコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｎが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９の比較器１９ｂの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。
また、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子が導通し、直流端子Ｐ２、Ｎ２間で直流短絡が発生した場合にはＰ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎのコレクタ電圧Ｖｃｅ４ＰおよびＶｃｅ４Ｎが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９の比較器１９ａおよび１９ｂの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。
【００４０】
以上のように、第２の電力変換器２Ａの直流端子Ｐ２およびＮ２側にそれぞれ第２のスイッチ９Ｐおよび９Ｎを直列に接続する構成として、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎの電圧を監視して直流短絡の発生を検出し、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、第２の電力変換器２Ａの全アーム内素子をオフすることにより、速やかに直流短絡電流および電源からの続流を同時に遮断できるので、直流短絡のよる関連機器への被害波及を防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００４１】
なお、上記実施の形態５の図５の回路は、実施の形態３を直流３レベルの回路に適用したものであるが、同様の要領により、図示は省略するが、先に説明した実施の形態４を直流３レベルの回路に適用することもできる。
【００４２】
実施の形態６．
図６は、この発明の実施の形態６における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。実施の形態２および５に記載した第１の電力変換器１Ｐおよび１Ｎの替わりに、第２の電力変換器２Ａと同じ構成の、自己消弧素子を使用した自励式電力変換器で構成した場合における直流短絡電流および続流を同時遮断する保護方式に関するものである。
図において、１Ａは第２の電力変換器と同じ３レベルインバータ方式の第１の電力変換器（３レベルコンバータ）である。２２は交流リアクトルであって、開閉器２１とこの第１の電力変換器１Ａ間に接続される。１１ＰはＰ側の第３のスイッチであって第１の電力変換器１Ａの直流端子Ｐ１と直流端子Ｐとの間に接続される。１１ＮはＮ側の第３のスイッチであって第１の電力変換器１Ａの直流端子Ｎ１と直流端子Ｎとの間に接続される。
このＰ側の第３のスイッチ１１ＰとＮ側の第３のスイッチ１１Ｎは、自己消弧素子からなり、具体的には逆並列に接続されたダイオードを有するＩＧＢＴである。１９Ａは直流短絡制御回路であって、先の直流短絡制御回路１９内の第２の電力変換器２Ａへの一斉ゲートオフ論理と同じ構成のものを、第１の電力変換器１Ａへの一斉ゲートオフ論理用に追加している。
【００４３】
次に動作について説明する。第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ３内素子が導通し、直流端子Ｐ２、Ｃ間で直流短絡が発生した場合には、破線の経路で直流短絡電流ＩＳが流れるとともに一点鎖線の経路で電源側からの続流ＩＳＬが流れる。このとき、Ｐ側の第１のスイッチ４Ｐのコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｐが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９Ａの比較器１９ａの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第３のスイッチ１１Ｐ、１１Ｎと、第１の電力変換器１ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子と、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。このときＰ側の第２のスイッチ９Ｐに流れていた直流短絡電流ＩＳおよび続流ＩＳＬは同時に遮断される。
【００４４】
第２の電力変換器２ＡのアームＴ２〜Ｔ４内素子が導通し、直流端子Ｃ、Ｎ２間で直流短絡が発生した場合には、Ｎ側の第１のスイッチ４Ｎのコレクタ電庄Ｖｃｅ４Ｎが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９Ａの比較器１９ｂの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第３のスイッチ１１Ｐ、１１Ｎと、第１の電力変換器１ＡのアームＴＩ〜Ｔ４内素子と、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。このときＮ側の第２のスイッチ９Ｎに流れていた直流短絡電流ＩＳおよび続流ＩＳＬは同時に遮断される。
【００４５】
また、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子が導通し、直流端子Ｐ２、Ｎ２間で直流短絡が発生した場合には、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎのコレクタ電圧Ｖｃｅ４ＰおよびＶｃｅ４Ｎが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９Ａの比較器１９ａおよび１９ｂの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第３のスイッチ１１Ｐ、１１Ｎと、第１の電力変換器１ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子と、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。このときＰ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐおよび９Ｎに流れていた直流短絡電流ＩＳおよび続流ＩＳＬは同時に遮断される。
【００４６】
更に、第１の電力変換器１ＡのアームＴ１〜Ｔ３内素子が導通し、直流端子Ｐ１、Ｃ間で直流短絡が発生した場合には、破線の経路で直流短絡電流ＩＳ２が流れるとともに一点鎖線の経路で負荷側からの続流ＩＳＬ２が流れる。このとき、Ｐ側の第１のスイッチ４Ｐのコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｐが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９Ａの比較器１９ａの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第３のスイッチ１１Ｐ、１１Ｎと、第１の電力変換器１ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子と、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。このときＰ側の第３のスイッチ１１Ｐに流れていた直流短絡電流ＩＳ２および続流ＩＳＬ２は同時に遮断される。
【００４７】
第１の電力変換器１ＡのアームＴ２〜Ｔ４内素子が導通し、直流端子Ｃ、Ｎ１間で直流短絡が発生した場合には、Ｎ側の第１のスイッチ４Ｎのコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｎが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９Ａの比較器１９ｂの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第３のスイッチ１１Ｐ、１１Ｎと、第１の電力変換器１ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子と、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。このときＮ側の第３のスイッチ１１Ｎに流れていた直流短絡電流ＩＳ２および続流ＩＳＬ２は同時に遮断される。
【００４８】
また、第１の電力変換器１ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子が導通し、直流端子Ｐ１、Ｎ１間で直流短絡が発生した場合には、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎのコレクタ電圧Ｖｃｅ４ＰおよびＶｃｅ４Ｎが増加し、基準電圧ｖｃｅｒを越えると、直流短絡制御回路１９Ａの比較器１９ａおよび１９ｂの出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎと、Ｐ側およびＮ側の第３のスイッチ１１Ｐ、１１Ｎと、第１の電力変換器１ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子と、第２の電力変換器２ＡのアームＴ１〜Ｔ４内素子をオフする。このときＰ側およびＮ側の第３のスイッチ１１Ｐ、１１Ｎに流れていた直流短絡電流ＩＳ２および続流ＩＳＬ２は同時に遮断される。
【００４９】
以上のように、第２の電力変換器２Ａが直流短絡を発生した場合には電源側からの続流は第２のスイッチ９Ｐ、９Ｎで遮断され、第１の電力変換器１Ａが直流短絡を発生した場合には負荷側からの続流は第３のスイッチ１１Ｐ、１１Ｎで遮断されので、直流短絡による関連機器への被害波及を防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００５０】
実施の形態７．
図７は、この発明の実施の形態７における電力変換装置の一部主回路と保護制御回路を示す図である。特に、直流回路の電圧が高圧であり、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐ、４Ｎが直列接続構成される場合の直流短絡制御回路方式に関するものである。図において、４Ｐ１および４Ｐ２は２直列接続されたＰ側の第１のスイッチ群、４Ｎ１および４Ｎ２は２直列接続されたＮ側の第１のスイッチ群である。５Ｐ１および５Ｐ２はそれぞれこのＰ側の第１のスイッチ群４Ｐ１および４Ｐ２のゲート回路、５Ｎ１および５Ｎ２はそれぞれこのＮ側の第１のスイッチ群４Ｎ１および４Ｎ２のゲート回路であって、素子電圧を検出する電圧検出器５１、この電圧検出器５１の出力と基準電圧ｖｃｅｒとを比較する比較器５２およびＡＮＤ回路５３をこのゲート回路毎に備えて、絶縁された端子５４に与えられるゲート指令がオン状態で、かつ素子電圧が基準値ｖｃｅｒよりも越えた場合に直流短絡の検出信号を絶縁された端子５５から出力する。
１９Ｂは直流短絡制御回路であって、ゲート回路５Ｐ１、５Ｐ２、５Ｎ１、５Ｎ２の直流短絡の検出信号ＳＰ１、ＳＰ２、ＳＮ１、ＳＮ２を入力する絶縁された端子１９ｍから、ＯＲ回路１９ｋを介して保持回路１９ｅへ与えるように構成している。またゲート回路５Ｐ１、５Ｐ２、５Ｎ１、５Ｎ２へは絶縁された端子１９ｌを介してゲート指令Ｓ４を与えている。ここでこれら絶縁された端子は具体的には光／電気変換機能を有する送信器と受信器で構成される。
【００５１】
次に動作について説明する。直流端子Ｐ、Ｃ間で直流短絡が発生すると、Ｐ側の第１のスイッチ群４Ｐ１および４Ｐ２に点線で図示された直流短絡電流ＩＳが流れてＰ側の第１のスイッチ群４Ｐ１および４Ｐ２のコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｐ１およびＶｃｅ４Ｐ２が増加し、ゲート回路５Ｐ１および５Ｐ２内の比較器５２とＡＮＤ回路５３の出力がＨに反転し、保持回路１９ｅの出力はＬの状態に保持され、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ群４Ｐ１、４Ｐ２内素子および４Ｎ１、４Ｎ２内素子を同時にオフして直流短絡電流ＩＳを遮断する。
ここで素子は２直列接続で構成されているので厳密には素子特性のばらつきによりコレクタ電圧Ｖｃｅ４Ｐ１およびＶｃｅ４Ｐ２の増加特性が異なるので、先に基準電圧ｖｃｅｒを越えた素子のゲート回路から直流短絡検出信号が直流短絡制御回路１９Ｂに与えられ、一斉にゲートオフ指令を発生する。
なお、例えばゲート回路５Ｐ１の電圧検出器５１が故障して直流短絡検出を行えなくとも、ゲート回路５Ｐ２の電圧検出器５１が正常であれば直流短絡検出ができ、直流短絡制御回路１９Ｂにより、一斉にゲートオフ指令を発生することができる。
【００５２】
以上のように、直流短絡検出手段を直列接続された第１のスイッチ群のゲート回路毎に設けて各ゲート回路のいずれかからの先着直流短絡検出信号に基いて一斉にゲートオフ指令を発生するようにしたので、確実で信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
なお、直流短絡検出信号がＨアクティブ動作の例を説明したが、ゲート回路内のＡＮＤ回路５３をＮＡＮＤ回路に変更し、さらに直流短絡制御回路１９Ｂ内のＯＲ回路１９ｋをＮＡＮＤ回路に変更してＬアクティブ動作にしたものであっても同様な効果を奏する。また簡単のため直列接続素子数が２個の場合について説明したが、当然ながら直列接続素子数が３個以上の場合にも適用できる。
【００５３】
実施の形態８．
図８は、この発明の実施の形態８における電力変換装置の一部主回路と保護制御回路を示す図である。特に、直流回路の電圧が高圧であり、Ｐ側およびＮ側の第１のスイッチ４Ｐおよび４Ｎが実施の形態７と同様に直列接続構成される場合のゲート回路へのゲート電源給電方式に関するものである。図において、２３は低圧の直流電源、２４はこの直流電源２３に接続された高周波電源回路であって直流入力をゲート用交流電源とする高周波出力に変換する。２５は第１の絶縁変圧器であって、この高周波電源回路２４の出力を主回路の高電圧に対して絶縁する。
この第１の絶縁変圧器２５の２次側の中点が直流端子Ｃに接続され、２次側の両端はゲート回路５Ｐ２と５Ｎ１内の第２の絶縁変圧器５６に接続される。このゲート回路５Ｐ２および５Ｎ１内のこの第２の絶縁変圧器５６の２次側はＡＣ／ＤＣ変換回路５７に接続されるとともに、それぞれゲート回路５Ｐ１と５Ｎ２内の第２の絶縁変圧器５６に接続され、この第２の絶縁変圧器５６の出力はＡＣ／ＤＣ変換回路５７に接続され、続いて電圧検出回路５８に接続される。
この電圧検出回路５８の出力信号ＳＰ１’およびＳＮ２’は、絶縁された端子５９から直流短絡制御回路１９Ｃ内の絶縁された端子１９Ｐへ与えられ、ＮＡＮＤ回路１９ｎを介して保持回路１９ｅに与えられる。ここでこれら絶縁された端子は具体的には光／電気変換機能を有する送信器と受信器で構成される。
【００５４】
次に動作について説明する。高周波電源回路２４の高周波出力は第１の絶縁変圧器２５を介してゲート回路５Ｐ２の第２の絶縁変圧器５６へ給電され、続いてゲート回路５Ｐ２の第２の絶縁変圧器５６の２次側からゲート回路５Ｐ１の第２の絶縁変圧器５６に給電されるとともに、ゲート回路５Ｎ１の第２の絶縁変圧器５６へ給電され、続いてゲート回路５Ｎ１の第２の絶縁変圧器５６の２次側からゲート回路５Ｎ２の第２の絶縁変圧器５６に給電される。
この場合に第１の絶縁変圧器２５は主回路電位の絶縁耐圧を持たなければならないのに対して、第２の絶縁変圧器５６の絶縁耐圧はＰ側およびＮ側の第１のスイッチ群４Ｐ１、４Ｐ２内素子および４Ｎ１、４Ｎ２内素子の耐圧と同じでよいので、第２の絶縁変圧器５６は小型化できる。
【００５５】
このようにゲート回路５Ｐ２の第２の絶縁変圧器５６とゲート回路５Ｐ１の第２の絶縁変圧器５６はカスケード接続されるように構成されているので、たとえばカスケード接続線が断線した場合にはゲート回路５Ｐ１へゲート用電力が供給されなくなる。このためにゲート回路５Ｐ１および５Ｎ２では電圧検出回路５８を備え、ＡＣ／ＤＣ変換回路５７の出力電圧を監視して電圧低下が発生すると、Ｌアクティブの出力信号ＳＰ１’およびＳＮ２’を発生して直流短絡制御回路１９Ｃの保持回路１９ｅから一斉ゲートオフ信号を発生して運転を停止する。
ここで、第１の絶縁変圧器２５の２次側の中点を主回路の直流端子Ｃに接続するようにしているのは第１の絶縁変圧器２５および第２の絶縁変圧器５６内の漂遊Ｃ分によるゲート回路内の誤作動を防止するためであり、Ｐ側およびＮ側の初段（ゲート回路５Ｐ２および５Ｎ１）の第２の絶縁変圧器５６に対して共通電位として第１の絶縁変圧器２５の２次側の電位を固定している。
【００５６】
以上のように、Ｐ側およびＮ側の直列接続された素子のゲート回路ヘゲート電力を供給する場合に、主回路絶縁耐圧をもたせた第１の絶縁変圧器の２次側を主回路の中間端子Ｃに固定するとともに、この第１の絶縁変圧器の２次側から、ゲート回路に備えた第２の絶縁変圧器５６をＰ側およびＮ側ともに主回路の中間端子Ｃ側から順番にカスケード接続構成し、さらにゲート電力の給電異常をカスケード接続された最終段のゲート回路で検出して運転停止するようにしたので、信頼性が高く、また安価にゲート電源の給電が行える。
なお、簡単のため直列接続素子数が２個の場合について説明したが、当然ながら直列接続素子数が３個以上の場合にも適用できる。
【００５７】
【発明の効果】
この発明に係る電力変換装置は、第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された直流コンデンサ、スイッチング素子を有し上記直流コンデンサの電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記直流コンデンサと上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第１のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、直流交流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００５８】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐに一端が接続されたＰ側の直流コンデンサ、自己消弧素子を有し上記Ｐ側の直流コンデンサの他端と上記端子Ｃとの間に接続されたＰ側の第１のスイッチ手段、上記端子Ｎに一端が接続されたＮ側の直流コンデンサ、自己消弧素子を有し上記Ｎ側の直流コンデンサの他端と上記端子Ｃとの間に接続されたＮ側の第１のスイッチ手段、第１の交流回路の電圧を直流に変換して上記Ｐ側の直流コンデンサの両端に出力するＰ側の交流直流変換手段、上記第１の交流回路の電圧を直流に変換して上記Ｎ側の直流コンデンサの両端に出力するＮ側の交流直流変換手段、およびスイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、３レベル直流電圧を変換する直流交流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００５９】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続されたＰ側の直流コンデンサ、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサ、第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第１のスイッチ手段、および上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第１のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両第１のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、３レベル直流電圧を変換する直流交流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００６０】
また、この発明に係る電力変換装置は、第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し上記直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記直列接続体と上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第２のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、直流交流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を確実に防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００６１】
また、この発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、この直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、および上記交流直流変換手段の直流側と上記直列接続体との間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、交流直流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を確実に防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００６２】
また、この発明に係る電力変換装置は、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を直流に変換する交流直流変換手段、この交流直流変換手段の直流側に接続された、直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し上記直列接続体の電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記直列接続体と上記直流交流変換手段の直流側との間に挿入された、自己消弧素子を有する第２のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段の直流側と上記直列接続体との間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなる第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２の両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断し、上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、直流交流変換手段および交流直流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を確実に防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００６３】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第２のスイッチ手段、および上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第２のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、３レベル直流電圧を変換する直流交流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を確実に防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００６４】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記交流直流変換手段のＰ側端子と上記端子Ｐとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第３のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段のＮ側端子と上記端子Ｎとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、３レベル直流電圧に変換する交流直流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を確実に防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００６５】
また、この発明に係る電力変換装置は、Ｐ（正電位）、Ｃ（中間電位）、Ｎ（負電位）の３レベル直流端子の上記端子Ｐ、Ｃ間に接続された、Ｐ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、上記端子Ｃ、Ｎ間に接続されたＮ側の直流コンデンサと自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第１のスイッチ手段との直列接続体、スイッチング素子を有し第１の交流回路の電圧を３レベルの直流電圧に変換して上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎに出力する交流直流変換手段、スイッチング素子を有し上記端子Ｐ、Ｃ、Ｎの３レベルの直流電圧を交流に変換し第２の交流回路に出力する直流交流変換手段、上記端子Ｐと上記直流交流変換手段のＰ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＰ側の第２のスイッチ手段、上記端子Ｎと上記直流交流変換手段のＮ側端子との間に挿入された、自己消弧素子を有するＮ側の第２のスイッチ手段、上記交流直流変換手段のＰ側端子と上記端子Ｐとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＰ側の第３のスイッチ手段、および上記交流直流変換手段のＮ側端子と上記端子Ｎとの間に挿入された、自己消弧素子およびこの自己消弧素子に逆並列接続されたダイオードからなるＮ側の第３のスイッチ手段を備え、
上記スイッチング素子の故障で上記直流交流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第２の両スイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記直流交流変換手段に流れる放電電流と上記交流直流変換手段を介して上記第１の交流回路から上記直流交流変換手段に流れる続流とを同時に遮断し、上記スイッチング素子の故障で上記交流直流変換手段に直流短絡が発生した場合、上記第１および第３のスイッチ手段をオフすることにより、上記直流コンデンサから上記交流直流変換手段に流れる放電電流と上記直流交流変換手段を介して上記第２の交流回路から上記交流直流変換手段に流れる続流とを同時に遮断するようにしたので、３レベル直流電圧を変換する直流交流変換手段および３レベル直流電圧に変換する交流直流変換手段における直流短絡による関連機器への被害波及を確実に防止し、信頼性が高く、また安価に直流短絡保護が行える。
【００６６】
また、この発明に係る電力変換装置は、その第１のスイッチ手段の電圧を検出する電圧検出手段を備え、この電圧検出手段の出力が所定の設定値を越えたとき直流短絡が発生したと判別するので、直流短絡の発生を確実に検出することが出来る。
【００６７】
また、この発明に係る電力変換装置は、その第１のスイッチ手段を互いに直列に接続された複数の自己消弧素子で構成する場合、
上記電圧検出手段を上記複数の自己消弧素子のそれぞれに設け、これら複数の電圧検出手段のいずれかの出力が所定の設定値を越えたとき直流短絡が発生したと判別するので、信頼性の高い直流短絡検出が可能となる。
【００６８】
また、この発明に係る電力変換装置は、その第１のスイッチ手段を互いに直列に接続された複数の自己消弧素子で構成する場合、
ゲート用交流電源が接続される１次巻線と中点端子Ｃを含むＰ、Ｃ、Ｎ３端子を設けた２次巻線とを有する第１の絶縁変圧器、および上記複数の自己消弧素子のそれぞれに設けられた第２の絶縁変圧器を備え、上記第１の絶縁変圧器はその中点端子Ｃを３レベル直流端子の端子Ｃに接続し、上記第２の絶縁変圧器は、上記端子Ｃに最も近い自己消弧素子に設けられるＰ側およびＮ側の第１番目の変圧器の１次側をそれぞれ上記第１の絶縁変圧器の端子Ｐ、Ｃおよび端子Ｃ、Ｎに接続し、上記第１番目の変圧器の２次側から第２番目以降の変圧器は順次カスケードに接続し、上記各第２の絶縁変圧器の２次側から当該自己消弧素子にゲート用電力を供給するゲート電源供給回路を備えたので、信頼性の高いゲート電源供給が可能となる。
【００６９】
また、この発明に係る電力変換装置は、端子ＰまたはＮに最も近い自己消弧素子に設けられる第２の絶縁変圧器の２次側の電圧を検出する電圧検出手段を備え、この電圧検出手段の出力が所定の設定値未満となったときゲート電源供給異常と判別するので、ゲート電源供給異常の確実な検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態２における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態３における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態４における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態５における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態６における電力変換装置の主回路および保護制御回路を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態７における電力変換装置の一部主回路および保護制御回路を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態８における電力変換装置の一部主回路および保護制御回路を示す図である。
【図９】従来の電力変換装置を示す図である。
【符号の説明】
１，１Ａ　第１の電力変換器、２，２Ａ　第２の電力変換器、
３，３Ｐ，３Ｎ　直流コンデンサ、４，４Ｐ，４Ｎ　第１のスイッチ、
７，７Ｐ，７Ｎ　第１の電圧検出器、
８，１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ　直流短絡制御回路、
９，９Ｐ，９Ｎ　第２のスイッチ、１１，１１Ｐ，１１Ｎ　第３のスイッチ、
２５　第１の絶縁変圧器、５１　電圧検出器、５６　第２の絶縁変圧器、
５８　電圧検出回路。
【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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