(57)【要約】【課題】直流電圧側に存在する短絡に起因する損傷を電源系統の投入時にも防止する。【解決手段】交流電圧端子と直流電圧中間回路に接続される直流電圧端子を有する少なくとも１つの相モジュールと、少なくとも１つのエネルギー蓄積器を備え、各直流電圧端子と各交流電圧端子の間に相モジュールアームが構成され、各相モジュールアームが、各々電力用半導体素子を有するサブモジュールからなる直列回路を持ち、各サブモジュールの電力用半導体素子の１つに対する並列回路に半導体保護手段が設けられると共に、半導体保護手段の制御のための制御ユニットが設けられ、エネルギー蓄積器が制御ユニットにエネルギーを供給するように配置された装置において、直流電圧側に存在する短絡に起因する損傷を電源系統の投入時にも確実に防止すべく、各相モジュールの直流電圧端子が直流電圧開閉器を経て直流電圧中間回路に接続されている。【選択図】図４
2010521130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの交流電圧端子（３1、３2、３3）と直流電圧中間回路（４）に接続された少なくとも１つの直流電圧端子（ｐ、ｎ）とを有する少なくとも１つの相モジュール（３ａ、３ｂ、３ｃ）と、少なくとも１つのエネルギー蓄積器（５、１３）とを備えた電流変換のための装置（１）であって、
各直流電圧端子（ｐ、ｎ）と各交流電圧端子（３1、３2、３3）との間に相モジュールアーム（６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ、６ａｎ、６ｂｎ、６ｃｎ）が構成されていて、各相モジュールアーム（６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ、６ａｎ、６ｂｎ、６ｃｎ）が、各々少なくとも１つの電力用半導体素子（８、９）を有するサブモジュール（７）からなる直列回路を持ち、各サブモジュール（７）の電力用半導体素子（８、９）の１つに対する並列回路に半導体保護手段（１０）が設けられていると共に、半導体保護手段（１０）の制御のための制御ユニットが設けられていて、エネルギー蓄積器（５、１３）が制御ユニットにエネルギーを供給するように配置されている装置において、
各相モジュール（３ａ、３ｂ、３ｃ）の少なくとも１つの直流電圧端子（ｐ）が直流電圧開閉器（１５）を経て直流電圧中間回路（４）に接続されたことを特徴とする装置。
【請求項２】
各交流電圧端子（３1、３2、３3）が交流電圧開閉器（１６）を経て電源系統（１１）に接続可能であることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
半導体保護要素 が少なくとも１つのサイリスタ（１０）を含むことを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
【請求項４】
各サブモジュール（７）が、逆並列接続されたフリーホイールダイオード（９）を有するターンオフ制御可能な電力用半導体素子（８）を含み、各エネルギー蓄積器（５）が直流電圧中間回路（４）内に配置されたことを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
【請求項５】
各サブモジュール（７）が、エネルギー蓄積器（１３）と、エネルギー蓄積器（１３）に並列に接続された電力用半導体素子回路（１４）とを有することを特徴とする請求項１乃至３の１つに記載の装置。
【請求項６】
電力用半導体素子回路がフルブリッジ回路であることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項７】
電力用半導体素子回路（１４）が、互いに直列に接続された２つのターンオフ制御可能な電力用半導体素子（８）を有し、各電力用半導体素子（８）に各々１つのフリーホイールダイオード（９）が逆並列接続されていることを特徴とする請求項５記載の装置。
【請求項８】
直流電圧開閉器（１５）が断路器であることを特徴とする請求項１乃至７の１つに記載の装置。
【請求項９】
短絡を負った直流電圧中間回路（４）を経て少なくとも１つの電力変換器又は少なくとも１つの電気機械に接続されている電力用半導体素子（８、９）を有する電力変換器（２）の損傷制限のための方法であって、制御ユニットが電力変換器（２）又は直流電圧中間回路（４）のエネルギー蓄積器（５、１３）からエネルギーを供給され、制御ユニットが短絡を確認し、続いて短絡電流が半導体保護手段（１０）を経ても、それに並列に接続されている電力用半導体素子（８、９）を経ても流れるように電力用半導体素子（８、９）に並列に接続された少なくとも１つの半導体保護手段（１０）を制御し、かつ電力変換器（２）と直流電圧中間回路（４）との接続前に各エネルギー蓄積器（５、１３）が充電される方法。
【請求項１０】
各電力用半導体素子（８、９）が直流電圧開閉器（１５）により直流電圧中間回路（４）に接続されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
各直流電圧開閉器（１５）が電力変換器（２）と電源系統（１１）との接続前に開路されることを特徴とする請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
電力変換器（２）が交流電圧開閉器（１６）により電源系統（１１）に接続されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
電力変換器（２）と直流電圧中間回路（４）との接続のために、先ず全ての交流電圧開閉器（１６）および全ての直流電圧開閉器（１５）が開路され、続いてエネルギー蓄積器（５、１３）の充電のために交流電圧開閉器（１６）が閉成され、各交流電圧開閉器（１６）がエネルギー蓄積器（５、１３）の充電後に開路され、直流電圧開閉器（１５）が電力変換器（２）と直流電圧中間回路との接続のために閉路され、そして直流短絡が事前に検出されなかった場合に最終的に各交流電圧開閉器（１６）が電力変換器（２）と電源系統（１１）との接続のために閉路されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの交流電圧端子と直流電圧中間回路に接続された少なくとも１つの直流電圧端子とを有する少なくとも１つの相モジュールと、少なくとも１つのエネルギー蓄積器とを備えた電流変換のための装置であって、各直流電圧端子と各交流電圧端子との間に相モジュールアームが構成されていて、各相モジュールアームが、各々少なくとも１つの電力用半導体素子を有するサブモジュールからなる直列回路を持ち、各サブモジュールの電力用半導体素子の１つに対する並列回路に半導体保護手段が設けられていると共に、半導体保護手段の制御のための制御ユニットが設けられていて、エネルギー蓄積器が制御ユニットにエネルギーを供給するように配置されている装置に関する。
【０００２】
更に本発明は、短絡を負った直流電圧中間回路を経て少なくとも１つの他の電力変換器又は少なくとも１つの電気機械に接続されている電力用半導体素子を有する電力変換器の損傷制限のための方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
この種の装置は公知である（例えば特許文献１参照）。該文献は、エネルギーを供給する３相電源系統に接続するための所謂多端子電力変換器を開示している。公知の電力変換器は相モジュールを持ち、相モジュールの個数は電源系統の接続すべき相数に対応する。各相モジュールは１つの交流電圧端子と２つの直流電圧端子とを有し、相モジュールの直流電圧端子は直流電圧中間回路に接続されている。各交流電圧端子と各直流電圧端子との間に相モジュールアームが延びていて、各相モジュールアームはサブモジュールの直列回路からなる。各サブモジュールは、電力用半導体素子回路に並列に接続されている専用のエネルギー蓄積器を有する。電力用半導体素子回路は、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ等のターンオフ制御可能な電力用半導体素子を持ち、各電力用半導体素子にはフリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。直流電圧回路に短絡が存在する場合には、各サブモジュールのエネルギー蓄積器の放電が起きる。サブモジュールの電力用半導体素子の破壊を回避するために、直流電圧回路における短絡によって危険にさらされる各電力用半導体素子に、半導体保護手段、例えばサイリスタが並列接続されている。半導体保護手段が短絡時に点弧されて、その後短絡電流の大部分を受け入れる。この公知の解決策の欠点は、サイリスタを点弧する点弧ユニットがサブモジュールのエネルギー蓄積器によってエネルギーを供給されることにある。これは確かに点弧ユニットの別個のエネルギー供給源が不要であるが、電力変換器と３相交流系統との接続時にはサブモジュールのエネルギー蓄積器が未充電なので、サイリスタの点弧が不可能である。従って、電源系統の投入時に、直流電圧回路に短絡が存在する場合、公知の電力変換器の電力用半導体素子の破壊を回避し得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０３２３２２０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、直流電圧側に存在する短絡に起因する損傷が電源系統の投入時にも確実に防止される冒頭に述べた如き装置および方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、この課題を、冒頭に述べた装置から出発し、各相モジュールの少なくとも１つの直流電圧端子を直流電圧開閉器を経て直流電圧中間回路に接続することで解決する。
【０００７】
更に本発明はこの課題を次の方法によって解決する。即ち、短絡を負った直流電圧中間回路を経て他の電力変換器又はその他の電気機械に接続されている電力用半導体素子を有する電力変換器の損傷制限のための方法であって、制御ユニットが電力変換器又は直流電圧中間回路のエネルギー蓄積器からエネルギーを供給され、制御ユニットが、短絡を確認し、ひき続き、短絡電流が半導体保護手段を経ても、それに並列に接続されている電力用半導体素子を経ても流れるように、電力用半導体素子に並列に接続された少なくとも１つの半導体保護手段を制御し、かつ電力変換器と直流電圧中間回路との接続前に各エネルギー蓄積器が充電される方法によって解決する。
【０００８】
本発明によれば、装置の各エネルギー蓄積器が、交流電圧系統の作動又は投入の前に先ず充電され、エネルギー蓄積器の充電後に初めて直流電圧中間回路に接続される。
【０００９】
短絡時における電流の流れを阻止するためには、本発明による装置が直流電圧開閉器を持ち、直流電圧開閉器を経て各相モジュールの少なくとも１つの直流電圧端子が直流電圧中間回路に接続されているのが得策である。直流電圧開閉器は、直流電圧開閉器を介する電流の流れが阻止されている断路位置と、直流電圧開閉器を介する電流の流れが可能にされている接触位置とを持つ。従って直流電圧開閉器が断路位置にあるならば、直流電圧中間回路の各エネルギー蓄積器又は各サブモジュールの各エネルギー蓄積器が先ず充電可能である。エネルギー蓄積器の充電後に交流電圧系統が再び電力変換器から切り離される。そのときに初めて、直流電圧開閉器の接触位置への移行によって、直流電圧中間回路の接続が行なわれる。直流電圧中間回路において短絡が発生している場合には、交流電圧系統の再投入後に、充電されたエネルギー蓄積器が半導体保護手段の点弧に必要なエネルギーを供給する。直流電圧開閉器は機械的な断路器であると好ましい。
【００１０】
各交流電圧端子が交流電圧開閉器を経て電源系統に接続されているとよい。交流電圧開閉器によって電源系統の特に簡単な投入が可能になる。交流電圧開閉器は、同様に２つの開閉位置、即ち断路位置および接触位置を有する。交流電圧開閉器の断路位置から接触位置への移行により電源系統が電力変換器に接続されるので、直流電圧開閉器の開路状態においてエネルギー蓄積器が充電される。交流電圧開閉器は機械的な遮断器であるとよい。
【００１１】
半導体保護手段が少なくとも１つのサイリスタを含むとよい。サイリスタは低コストで入手可能であり、十分に高いサージ電流容量を有する故、サイリスタは、直流電圧回路における短絡に対する交流電圧系統の接続時に発生する急上昇する高い短絡電流の場合にも交流電圧開閉器の再開路迄に、発生する短絡電流によって破壊されることはない。
【００１２】
各サブモジュールが、逆並列接続されたフリーホイールダイオードを有するターンオフ制御可能な電力用半導体素子を含み、各エネルギー蓄積器が直流電圧中間回路内に配置されているとよい。このような中央のエネルギー蓄積器を有する電力変換器は送電および配電の分野で使用される。しかし、中央のエネルギー蓄積器には一般に上記の短絡時に解き放たれる高いエネルギー量が蓄積されている。直流電圧開閉器に対する中央のエネルギー蓄積器の配置又は配線は、本発明の枠内で、エネルギー蓄積器の充電および放電が直流電圧開閉器の開路状態でも可能であるように用意されている。従って直流電圧開閉器は、相モジュールの直流電圧端子から見てエネルギー蓄積器の接続端子の後に接続されている。換言すれば、中央のエネルギー蓄積器が、直流電圧中間回路において、相モジュールの直流電圧端子と直流電圧開閉器との間に、相モジュールに並列に接続されている。
【００１３】
これとは違って各相モジュールが、エネルギー蓄積器と、エネルギー蓄積器に並列に接続された電力用半導体素子回路とを有してもよい。このような装置は、所謂マルチレベル電力変換器とも呼ばれる。何故ならば、中央の大きなエネルギー蓄積器の代わりに、互いに直列に接続された多数の小さなエネルギー蓄積器が設けられており、それらのエネルギー蓄積器が各々１つの電力用半導体素子回路に並列接続されているからである。
【００１４】
これに関する適切な発展形態によれば、電力用半導体素子回路がフルブリッジ回路である。フルブリッジ回路により、直列に接続されている両極性サブモジュールの両接続端子に、所謂零電圧又は極性反転されたコンデンサ電圧を印加することが可能である。
【００１５】
これとは異なり、電力用半導体素子回路が、互いに直列に接続された２つのターンオフ制御可能な電力用半導体素子を有し、各電力用半導体素子に各々１つのフリーホイールダイオードが逆並列接続されていてもよい。この種電力用半導体素子回路は所謂マルクワルト回路とも呼ばれ、独国特許出願公開第１０１０３０３１号明細書に開示されており、この関連付けによってここでの開示の一部にしようとするものである。フルブリッジ回路と違って、マルクワルトによる電力用半導体素子回路は、互いに直列に接続された２つの電力用半導体素子だけを有し、各々のサブモジュールのエネルギー蓄積器に次のように接続されている。即ち、各々のサブモジュールのエネルギー蓄積器電圧又は零電圧のいずれかがサブモジュールの両接続端子に現われるように接続されている。サブモジュール接続端子でのエネルギー蓄積器電圧の極性反転はマルクワルト回路によっては不可能である。しかしマルクワルト回路はフルブリッジ回路よりも低コストである。
【００１６】
本発明による方法の適切な発展形態によれば、各電力用半導体素子が直流電圧開閉器により直流電圧中間回路に接続される。この方法にて断路器等の機械的な電力開閉器によって直流電圧中間回路を電力変換器から切り離すことができる。しかしこれは、例えばサイリスタ、ＩＧＢＴ等の電力用半導体素子を有する電子的な開閉器によっても可能である。この場合、全てのエネルギー蓄積器が直流電圧開閉器を経て直流電圧中間回路に接続されていることが重要である。
【００１７】
電力変換器、エネルギー蓄積器および直流電圧開閉器が共通なハウジング内に配置されていると有利である。
【００１８】
各直流電圧開閉器が電力変換器と電源系統との接続前に開路されるのが得策である。半導体保護手段の点弧に必要なエネルギーを用意すべく、直流電圧開閉器の開路状態においてエネルギー蓄積器を充電することができる。
【００１９】
電力変換器が交流電圧開閉器により電源系統に接続されるとよい。既述のように、本発明のこの発展形態はエネルギー蓄積器の充電時に最大限の柔軟性をもたらす。同時に機械的な開閉器の助けにより低コストの解決策が提供される。しかし、この場合にも機械的な開閉器に代えて、電力用半導体素子を有する電子的な開閉器が設けられていてもよい。
【００２０】
電力変換器と直流電圧中間回路との接続のために、先ず全ての交流電圧開閉器および全ての直流電圧開閉器が開路され、続いてエネルギー蓄積器の充電のために交流電圧開閉器が閉路され、各交流電圧開閉器がエネルギー蓄積器の充電後に開路され、直流電圧開閉器が電力変換器と直流電圧中間回路との接続のために閉路され、そして直流短絡が事前に検出されなかった場合に最終的に各交流電圧開閉器が電力変換器と電源系統との接続のために閉路される。この簡単な開閉順序に基づいて、直流電圧中間回路における短絡の結果で交流電圧系統によって駆動される高い短絡電流が装置の電力用半導体素子を経て流れる前に、半導体保護手段の制御に必要なエネルギーが用意されるように装置のエネルギー蓄積器を充電するという低コストの可能性が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術による装置を示す回路図
【図２】従来技術による他の装置を示す回路図
【図３】本発明による装置の実施例を示す回路図
【図４】本発明による装置の他の実施例を示す回路図
【図５】異なる開閉状態における図３による装置を示す回路図
【図６】異なる開閉状態における図４による装置を示す回路図
【図７】異なる開閉状態における図３と図５による装置を示す回路図
【図８】異なる開閉状態における図４と図６による装置を示す回路図
【図９】更に別の開閉状態における図４、図６と図８による装置を示す回路図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明の他の好ましい構成と利点を、添付図面を参照する以下の本発明の実施例に基づき説明する。図面において、同じ作用をする構成部分には同じ符号を付している。
【００２３】
図１は従来技術による装置１を示す。公知の装置１は電力変換器２を含み、この電力変換器は３つの相モジュール３ａ、３ｂ、３ｃから構成されている。各相モジュール３ａ、３ｂ、３ｃは、１つの交流電圧端子３1、３2、３3と２つの直流電圧端子とを持つ。２つの直流電圧端子は各々ｐおよびｎにて示している。直流電圧端子ｐ又はｎは、直流電圧中間回路４の極を成していて、エネルギー蓄積器としての中央コンデンサ５が両極ｐ、ｎ間に並列回路にて接続されている。相モジュール３ａ、３ｂ、３ｃの各交流電圧端子３1、３2、３3と各直流電圧端子ｐ又はｎとの間に、相モジュールアーム６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ又は６ａｎ、６ｂｎ、６ｃｎが接続されている。これらの各相モジュールアームは、同一に構成されているサブモジュール７の直列回路からなる。図１に示す実施例では、各サブモジュール７が、ターンオフ制御可能な電力用半導体素子、例えばＩＧＢＴ、ＧＴＯ等と、それに逆並列接続されたフリーホイールダイオード９とを持っている。更に、短絡発生時に制御可能なサイリスタ１０がフリーホイールダイオード９に同極性に並列接続されている。直流電圧中間回路４に短絡が存在する場合には、破線で示す短絡電流の発生という結果になる。概略的にのみ示す電源系統１１への本発明による装置の接続時に、電源系統１１から変圧器１２を経て短絡電流が供給される。その際図示の実施例では、短絡電流がサブモジュールのフリーホイールダイオード９と、フリーホイールダイオード９に並列接続された半導体保護手段１０、つまり点弧されたサイリスタとを経て流れる。しかし、サイリスタの点弧のために点弧エネルギーが必要であり、この点弧エネルギーは中央コンデンサ５から供給される。中央コンデンサ５は電源系統１１から充電される。電源系統１１の最初の投入時に既に直流電圧中間回路４に短絡が存在する場合には、発生する短絡電流がフリーホイールダイオード９とサイリスタ１０とに分配されるようにサイリスタ１０を図１に示すように導通状態に移行させることができない。むしろフリーホイールダイオード９だけが短絡電流を受け入れるので、サブモジュール７の破壊という結果となり、場合によっては電力変換器２の全体の破壊という結果になり得る。
【００２４】
図２も従来技術による装置１を示し、電力変換器２は所謂マルチレベル電力変換器として構成されている。図１の装置と違い図２の装置は、直流電圧中間回路における中央のエネルギー蓄積器を持っていない。各サブモジュール７が単極性のコンデンサの形で個別のエネルギー蓄積器１３を含んでいる。コンデンサ１３は電力用半導体素子回路１４に並列に接続されている。この場合電力用半導体素子回路１４は、２つの直列接続されたターンオフ制御可能な電力用半導体素子８、例えばＩＧＢＴ、ＧＴＯ等から構成されている。これらのターンオフ制御可能な各電力用半導体素子８にフリーホイールダイオード９が逆並列接続されている。直流電圧中間回路４に短絡が存在する場合、電源系統１１から供給される短絡電流が流れる。短絡電流の経路を図２に破線で示す。短絡電流が電力用半導体素子回路の一方のフリーホイールダイオード９を経て流れることが分かる。このフリーホイールダイオード９のみに半導体保護手段がサイリスタ１０の形で並列接続されている。サイリスタ１０の点弧に伴い、短絡電流がサイリスタを経ても、上述のフリーホイールダイオード９を経ても流れる。サイリスタ１０とフリーホイールダイオード９は、発生する短絡電流に耐えるべく十分に高い電流容量を有するように設計されている。しかしこの場合にも、具象的に示さない点弧電子回路が各サブモジュール７のコンデンサ１３からサイリスタ１０の点弧のためのエネルギーを供給される欠点がある。電源系統１１の接続前にはコンデンサ１３が充電されていないので、電源系統１１の投入中にはサイリスタ１０を点弧することができない。従って、電源系統１１の投入時に直流電圧中間回路４に短絡が存在する場合、短絡電流がサブモジュール７の一方のフリーホイールダイオード９だけを経て流れ、このフリーホイールダイオード９の破壊という結果になり得る。フリーホイールダイオードは一般にターンオフ制御可能な電力用半導体素子８と共に１つの構成部分にまとめられているので、これは電力用半導体素子回路１４の全体の破壊をもたらす。
【００２５】
図３は、図１に対応して構成されている本発明による装置１を示し、各サブモジュール７はターンオフ制御可能な電力用半導体素子８とこれに逆並列接続されたフリーホイールダイオード９とから構成されている。各フリーホイールダイオード９には、サイリスタ１０が同極性にて並列接続されている。直流電圧中間回路４はここでも直流電圧中間回路４の正極ｐと負極ｎとの間に中央コンデンサ５を持つ。図１による公知の装置と違い、図３による本発明の実施例は直流電圧開閉器１５と交流電圧開閉器１６とを有する。交流電圧開閉器１６は電源系統１１と変圧器１２との間に接続されている。更に、直流電圧中間回路４の正極に接続されているコンデンサ５の接続端子が相モジュール３ａ、３ｂ、３ｃの直流電圧端子ｐと直流電圧開閉器１５との間に配置されていることが重要である。直流電圧開閉器１５、コンデンサ５および相モジュール３ａ、３ｂ、３ｃは、所謂高電圧直流送電設備の構成では通常であるバルブホール１７内に配置されている。
【００２６】
図３では直流電圧開閉器１５が断路位置にあり、この位置では直流電圧開閉器１５を経る電流が阻止されている。これに対し交流電圧開閉器１６が接触位置にある故、電源系統１１がバルブホール１７内に配置された電力変換器２と電気的に接続されている。しかし開路された直流電圧開閉器１５によって、短絡を負った直流電圧中間回路４を介する電流の流れが阻止されている。しかし、中央コンデンサ５は電源系統１１の投入時に充電可能である。コンデンサ５の充電のための経路を図３に破線で示している。充電電流がサブモジュール７のフリーホイールダイオード９を経て流れることが分かる。
【００２７】
図４は、構成が図２による電力変換器に相当する所謂マルチレベル電力変換器１４を再び示す。しかし、本発明によるこの実施例は、更に再び直流電圧開閉器１５を含み、この開閉器１５を経て、相モジュール３ａ、３ｂ又は３ｃの直流電圧端子ｐが直流電圧中間回路４に接続されている。更に電源系統１１が、再び交流電圧開閉器１６を経て変圧器に、従って電力変換器２に接続されている。図３におけると同様に直流電圧開閉器１５が断路位置にあり、交流電圧開閉器１６が接触位置にある。図３におけると同様に、図４によるマルチレベル電力変換器１４においても、この開閉位置で各サブモジュール７のコンデンサ１３が充電される。充電経路をここでも破線で示している。充電電流がサイリスタ１０に並列接続されていないフリーホイールダイオード９を経て流れることが分かる。
【００２８】
図５は図３による装置を示す。但し交流電圧開閉器１６が断路位置に移行している。これは、例えば故障時における、即ち直流電圧中間回路４における短絡時におけるサイリスタ１０の点弧が可能になる迄コンデンサ５が充電されたときに行なわれる。
【００２９】
図６は図４による実施例を示すが、同様に交流電圧開閉器１６が断路位置に移行している。この場合にも、半導体保護手段としての各サイリスタ１０を点弧するできるように十分にサブモジュール７のコンデンサ１３が充電されたときに初めて、交流電圧開閉器１６が断路位置に移行される。
【００３０】
図７は図５による装置を示し、直流電圧開閉器１５が接触位置に移行されている。直流電圧中間回路４での短絡に基づき、直流電圧中間回路４に並列に接続されている中央コンデンサ５が放電される。この場合にまたもや高い短絡電流が流れ、これは適切な電流測定に基づいて直流電圧中間回路４における短絡を推定させる。換言すれば、直流電圧中間回路４における短絡がコンデンサ５の高い放電電流に基づいて認識されるので、適切な措置を講ずることができる。
【００３１】
図８によるマルチレベル接続構成において、図７におけると同じ開閉位置の場合、即ち直流電圧開閉器１５が閉路されかつ交流電圧開閉器１６が開路された場合に、コンデンサ１３の放電は起きない。何故ならば、サブモジュール７のフリーホイールダイオード９が放電を阻止するからである。
【００３２】
図９は図８による実施例を示す。しかし交流電圧開閉器１６が接触位置に移行されている。直流電圧中間回路４における短絡に伴い、電源系統１１から供給される短絡電流が流れる。短絡電流が僅かなμ秒以内に適切な電子検出装置又はその他の検出装置により認識され、続いて検出装置がサイリスタ１０を点弧する。その際に必要な点弧エネルギーは、サブモジュール７の前もって充電されたコンデンサ１３から供給される。従って、ここでも破線により図９に示す短絡電流は、フリーホイールダイオード９を経て、かつ同時に並列に接続されているサイリスタ１０を経て導かれる。サイリスタ１０は高い電流サージ（ｄｉ／ｄｔ）に耐えるために十分に高いサージ電流容量を有する。フリーホイールダイオード９と、並列接続されたサイリスタ１０の電流容量が共に非常に高いので、予想される短絡電流が電力用半導体素子の破壊を招くことはない。
【００３３】
以下、本発明による方法の実施例を説明する。先ず全体の装置１が電源系統１１から切り離される。交流電圧開閉器１６も直流電圧開閉器１５も断路位置へ移行させられる。更に直流電圧開閉器１５の開路状態において交流電圧開閉器１６が閉路される。直流電圧中間回路４で起こり得る短絡が、開路されている直流電圧開閉器１５のおかげで、電力変換器２に電源系統１１から供給される短絡電流をもたらさない。しかし、閉路されている交流電圧開閉器１６のおかげで、電力変換器又は直流電圧中間回路４におけるエネルギー蓄積器が充電される。それにより、半導体保護手段の制御、即ちサイリスタ１０の制御が、或る特定の持続時間にわたって可能である。この持続時間は実際上に分の範囲にある。なぜならばコンデンサの放電が相応の時定数を有するからである。電源系統１１によるエネルギー蓄積器５、１３の充電後に、交流電圧開閉器１６が再び開路され、従って電力変換器が電源系統１１から切り離される。エネルギー蓄積器５、１３が充電されていてかつ交流電圧開閉器１６が開路されている状態において、直流電圧開閉器１５が閉路される。短絡発生時に、中央の中間回路コンデンサ５の場合にはこのコンデンサ５が直流電圧開閉器１５を経て放電し、それによって故障が認識可能である。直流電圧開閉器１５は、断路器として構成されていることが好ましいが、この場合に高い放電電流の故に損傷又は破壊される。サブモジュール７に分散されたコンデンサを有するマルチレベル電力変換器の接続構成の場合には、直流電圧中間回路４の投入時にコンデンサにおける電荷は保持されたままである。何故なら、フリーホイールダイオード９が放電を阻止するからである。従って直流電圧開閉器１５は無電圧、無電流にて閉路されるので、直流電圧開閉器１５の損傷が回避される。最終的に交流電圧開閉器１６が閉路される。短絡を負った直流電圧中間回路４の場合には、電源系統１１によって駆動される短絡電流がサブモジュール７を通して流れる。短絡電流が適切な電流測定に基づいて速やかに、即ちμ秒の範囲内に認識され、それに続いて直ちに半導体保護手段、即ちサイリスタ１０点弧用の点弧信号が生じる。予め充電されたエネルギー蓄積器５、１３により制御ユニットがサイリスタ１０を点弧させ、その結果並列の電力用半導体素子８、９を保護できる。
【００３４】
直流電圧開閉器１５は簡単な断路器であることが望ましい。しかし、交流電圧開閉器は遮断器である。遮断器は、電圧によって駆動される電流の場合にも断路位置へ移行することができ、発生するアークが消弧される。換言すれば、遮断器は高い電力を効果的に開閉することができる。これに対して断路器は無電流開路のために設けられていて、アーク発生が回避されている。従って、断路器は非常に低コストで入手可能である。
【符号の説明】
【００３５】
１  装置、２  電力変換器、３ａ、３ｂ、３ｃ  相モジュール、３1、３2、３3  交流電圧端子、４  直流電圧中間回路、５  中央エネルギー蓄積器、６ａｐ、６ｂｐ、６ｃｐ  相モジュールアーム、６ａｎ、６ｂｎ、６ｃｎ  相モジュールアーム、７  サブモジュール、８  電力用半導体素子、９  フリーホイールダイオード、１０  サイリスタ、１１  電源系統、１２  変圧器、１３  エネルギー蓄積器、１４  電力用半導体素子回路、１５  直流電圧開閉器、１６  交流電圧開閉器、１７  バルブホール、ｐ、ｎ  直流電圧端子
【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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【国際調査報告】
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