專利名稱：電力轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使多個單位轉(zhuǎn)換器級聯(lián)連接而成的電カ轉(zhuǎn)換器，涉及檢測所述單位轉(zhuǎn)換器的異常的技木。
背景技術(shù)：
模塊化多電平轉(zhuǎn)換器(MMC)以及級聯(lián)多模塊化轉(zhuǎn)換器(CMC)是使用InsulatedGate Bipolar Transistor (IGBT)等的可進(jìn)行接通/斷開控制的開關(guān)元件,能夠輸出所述開關(guān)元件的耐壓以上的電壓的電路方式，是期待應(yīng)用于直流輸電系統(tǒng)(HVDC)、無功功率補(bǔ)償裝置(STATC0M)、電機(jī)驅(qū)動逆變器等的電路方式。非專利文獻(xiàn)I公開了 MMC的電路方式。
根據(jù)非專利文獻(xiàn)1，MMC是將多個單位轉(zhuǎn)換器(以下稱為“單元”)串聯(lián)(級聯(lián))連接而構(gòu)成的。各単元例如是雙向斬波器電路，具備開關(guān)元件和直流電容器。各単元至少經(jīng)由2端子而與外部連接，井能將所述2端子間的電壓控制在該單元所具有的直流電容器的電壓或零。在對各單元進(jìn)行PWM控制的情況下，通過適當(dāng)?shù)仄葡蚋鲄g元給予的三角波載波的相位，從而能夠?qū)MC的輸出電壓波形變?yōu)槎嚯娖讲ㄐ?。由此，與2電平轉(zhuǎn)換器相比，能夠降低高次諧波成分。作為MMC的特征而舉出各單元具有進(jìn)行自單元的控制的單元控制裝置，所述單元控制裝置與進(jìn)行全部単元的控制的中央控制裝置進(jìn)行通信?，F(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)非專利文獻(xiàn)I :萩原誠 赤木泰文「モジユラ一.マルチレべル變換器(M M C)のP W M制御法と動作検証」、電気學(xué)會論文誌D、128巻7號、pp. 957-965。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明所要解決的技術(shù)問題如前述那樣在控制MMC的情況下，需要在多個單元與中央控制裝置之間進(jìn)行通信。隨著單元數(shù)的增大而通信的信息量及信息處理的負(fù)荷増大。在通信的信息量及信息處理的負(fù)荷増大、且在運(yùn)算周期內(nèi)必要運(yùn)算沒有完成的情況下，無法進(jìn)行正?？刂?。由此，要求降低在各単元與中央控制裝置之間通信的信息量。本發(fā)明的目的在于在將使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件的單元連接成級聯(lián)狀而構(gòu)成的電カ轉(zhuǎn)換裝置中，減低在各単元與中央控制裝置之間通信的信息量。用于解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案通過具備使多個單元連接成級聯(lián)狀而構(gòu)成的多個橋臂，并具有從主電路向與中央控制裝置進(jìn)行通信的單元控制裝置供給電カ的功能的電カ轉(zhuǎn)換裝置，從而能夠?qū)崿F(xiàn)上述目的。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種電力轉(zhuǎn)換裝置，具備被級聯(lián)連接的多個單元，所述電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于具備自給電源，其從主電路向各所述單元供給電力。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述電力轉(zhuǎn)換裝置具備中央控制裝置和對所述單元進(jìn)行控制的單元控制裝置，從所述自給電源供給該單元控制裝置的電源。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述單元具備主電路，其由開關(guān)元件和直流電容器構(gòu)成；和直流電壓傳感器，其檢測所述直流電容器的電壓；柵極驅(qū)動器，其接收來自所述單元控制裝置的柵極脈沖并使開關(guān)元件接通/斷開，所述單元控制裝置接收來自所述中央控制裝置的信號而生成所述開關(guān)元件的柵極脈沖，所述自給電源向所述單元控制裝置和柵極驅(qū)動器供給電源。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述中央控制裝置和各單元控制裝置經(jīng)由光纖電纜被菊鏈連接。 進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述中央控制裝置和各單元控制裝置經(jīng)由光纖電纜被星形接線連接。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述單元的主電路具備開關(guān)元件和直流電容器，在中央控制裝置與單元控制裝置之間通信用于判別所述單元的所述直流電容器或開關(guān)元件發(fā)生了故障的信號。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述中央控制裝置根據(jù)與所述單元控制裝置無法取得通信這一情況而判定出該單元的直流電容器或開關(guān)元件發(fā)生了故障。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述自給電源從直流電容器供給。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述自給電源從施加于開關(guān)元件的電壓供給。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述自給電源具備由多個分壓用供電電容器構(gòu)成的串聯(lián)體、以及對各所述分壓用供電電容器的電壓進(jìn)行調(diào)整的電壓調(diào)整電路，該各電壓調(diào)整電路的輸出被并聯(lián)連接。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述電壓調(diào)整電路具備檢測各分壓用供電電容器的電壓并調(diào)整各所述電壓調(diào)整電路的輸出的功能。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述自給電源具備供電電容器，其蓄積電力；放電防止二極管，其防止該供電電容器的放電；限制電阻，其限制從所述主電路流入所述自給電源的電流；電壓限制部件，其將所述供電電容器的電壓控制為固定電壓；以及電壓調(diào)整電路，其調(diào)整所述供電電容器的電壓。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述電壓調(diào)整電路具備多個輸出端子，與該電壓調(diào)整電路的輸出端子并聯(lián)地連接備用電容器，針對該備用電容器的放電時間
常數(shù)給予差異。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，在所述單元的輸出端子連接常接通(normally on)的短路開關(guān)，從所述自給電源供給所述短路開關(guān)的驅(qū)動電力。進(jìn)而，本發(fā)明在電力轉(zhuǎn)換裝置中的特征在于，所述中央控制裝置具備在各單元之中的一個單元發(fā)生了故障的情況下確定該發(fā)生了故障的單元的部件，向該發(fā)生了故障的單元以外的單元傳輸使各單元的單元控制裝置與中央控制裝置之間的通信的傳輸延遲時間取得平衡的信號。
發(fā)明效果即便不設(shè)置各単元主要部件的故障位，在將多個單元連接成級聯(lián)狀而構(gòu)成的電カ轉(zhuǎn)換裝置中，通過從主電路供給各單元的單元控制裝置的電カ，從而在各単元主要部件發(fā)生了故障之時與相應(yīng)單元的單元控制裝置無法通信，故能夠由中央控制裝置識別相應(yīng)單元發(fā)生了故障的情形。由此，本發(fā)明在將使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件的單元連接成級聯(lián)狀而構(gòu)成的電カ轉(zhuǎn)換裝置中，能夠?qū)崿F(xiàn)減小在各単元與中央控制裝置之間進(jìn)行通信的信息量。


圖I是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式的電カ轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。圖2是表示本發(fā)明的第I實(shí)施方式的單元的電路圖。圖3是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的電カ轉(zhuǎn)換裝置的電路圖。 圖4是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的單元的電路圖。圖5是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的自給電源的電路圖。圖6是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的自給電源的電路圖。圖7是表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式的電壓調(diào)整電路的電路圖。
具體實(shí)施例方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例I下面，說明實(shí)施本發(fā)明的第一方式。在實(shí)施例I中，實(shí)現(xiàn)了即便不將構(gòu)成単元的直流電容器的故障的故障位發(fā)送至中央控制裝置也能檢測直流電容器的故障的結(jié)構(gòu)。以下，利用圖I、圖2來敘述實(shí)施例I的構(gòu)成。在本實(shí)施例中，假定各單元105的構(gòu)成為斬波器單元。其中，本發(fā)明也可適用于全橋單元。另外，在本實(shí)施例中，作為本發(fā)明的電カ轉(zhuǎn)換裝置103而采取與三相電カ系統(tǒng)互聯(lián)的三相MMC。其中，本發(fā)明也適用于與単相系統(tǒng)互聯(lián)的単相MMC、驅(qū)動電機(jī)的MMC。另外，本發(fā)明也適用于級聯(lián) 多電平轉(zhuǎn)換器(CMC)。電カ轉(zhuǎn)換裝置103經(jīng)由變壓器102而與三相電カ系統(tǒng)101互聯(lián)。電カ轉(zhuǎn)換裝置103的U點(diǎn)、V點(diǎn)、W點(diǎn)被連接在變壓器102的2次側(cè)。另外，在電カ轉(zhuǎn)換裝置103的P點(diǎn)與N點(diǎn)之間連接了負(fù)荷裝置112。本實(shí)施例中的電カ轉(zhuǎn)換裝置103與三相電カ系統(tǒng)101進(jìn)行交流電カ的授受。另外，電カ轉(zhuǎn)換裝置103與負(fù)荷裝置112進(jìn)行直流電カ的授受。在這里，負(fù)荷裝置112代表性示出直流負(fù)荷、電機(jī)驅(qū)動逆變器的直流傳輸線(link)、直流電源等。在本實(shí)施例中，將三相電カ系統(tǒng)101的相電壓分別稱作VR、VS、VT。將流經(jīng)變壓器102的2次側(cè)的各相的電流分別稱作IU、IV、IW。在本實(shí)施例中，說明變壓器102的2次側(cè)(連接了電カ轉(zhuǎn)換裝置103的ー側(cè))的中性點(diǎn)被接地的情形。
電力轉(zhuǎn)換裝置103是將多個單元105級聯(lián)連接而構(gòu)成的。詳細(xì)內(nèi)容在后面敘述，各單元105是具備直流電容器的雙向斬波器電路(參照圖2)。各單元105至少經(jīng)由2端子而與外部電路進(jìn)行連接，并將所述2端子之間的電壓能控制在直流電容器電壓或零。在本實(shí)施例中，將所述2端子之間的電壓稱作單元的輸出電壓或單元電壓。如圖I所示，將I個或多個單元105級聯(lián)連接而構(gòu)成的電路稱作轉(zhuǎn)換器橋臂104。在本實(shí)施例中，設(shè)I個轉(zhuǎn)換器橋臂104包括N個單元105。另外，將流經(jīng)各轉(zhuǎn)換器橋臂104的電流稱作橋臂電流，如圖I所示定義為IUH、IVH、IWH、IUL、IVL、IWL。電力轉(zhuǎn)換裝置103是將6個轉(zhuǎn)換器橋臂104和6個電抗器106如圖I所示那樣連接而構(gòu)成的。中央控制裝置107控制電力轉(zhuǎn)換裝置103整體。中央控制裝置107圖I中位于被 接地在以GND點(diǎn)表示的接地點(diǎn)處的電位。交流電壓傳感器108檢測系統(tǒng)相電壓VR、VS、VT，并將其瞬時值信號傳輸至中央控制裝置107。另外，電流傳感器109檢測各橋臂電流IUH、IVH、IWH、IUL、IVL、IffL,并將其瞬時值信號傳輸至中央控制裝置107。中央控制裝置107具備一個或兩個光收發(fā)器110，各光收發(fā)器110經(jīng)由光纖電纜111而與各單元的單元控制裝置204進(jìn)行通信。中央控制裝置107檢測系統(tǒng)相電壓VR、VS、VT、橋臂電流IUH、IVH、IWH、IUL、IVL,IWL，并基于這些信息來決定向各單元105發(fā)送的輸出電壓指令值，并將所述輸出電壓指令值發(fā)送至各單元105。中央控制裝置107大致以一定周期來進(jìn)行該一系列動作。將該周期稱作控制周期。中央控制裝置107通過進(jìn)行上述的一系列動作來控制橋臂電流IUH、IVH、IffH,IUL、IVL、IffL,由此與三相電力系統(tǒng)101進(jìn)行電力的授受。中央控制裝置107經(jīng)由光收發(fā)器110和光纖電纜111而將輸出電壓指令值發(fā)送至各單元的單元控制裝置204。另外，在本實(shí)施例中，所述單元控制裝置204具備2個光收發(fā)器205，經(jīng)由光纖電纜111而與所述中央控制裝置107、或相鄰的其他單元控制裝置204進(jìn)行通信。另外，本實(shí)施例的各單元控制裝置204具有在與下一單元控制裝置204或中央控制裝置107的通信完成了的時點(diǎn)傳達(dá)向前一單元控制裝置或中央控制裝置的通信完成了這一功能、以及在與下一單元控制裝置204或中央控制裝置107的通信沒有完成的情況下相反地傳達(dá)無法通信這一功能。另外，所述單元控制裝置204基于從所述中央控制裝置107或相鄰的其他單元控制裝置204經(jīng)由光纖電纜111傳送來的自單元105的輸出電壓指令值、以及自單元的直流電容器203的電壓VC的信息，生成用于開關(guān)元件201和202的柵極脈沖。另外，在本實(shí)施例中，在單元臺數(shù)為6N的情況下，由第6N單元發(fā)送出的光串行信號幀被返回至中央控制裝置107。接著，利用圖2來說明單元105的構(gòu)成。單元105的主電路是由高電位側(cè)開關(guān)元件201、低電位側(cè)開關(guān)元件202、直流電容器203構(gòu)成的雙向斬波器電路。將直流電容器203的電壓稱作VC。其中，直流電容器203也可以是電池等的直流電壓源。另外，將高電位側(cè)開關(guān)元件201和低電位側(cè)開關(guān)元件202總稱作開關(guān)元件。在本實(shí)施例中，將開關(guān)元件201、202設(shè)為IGBT，但是本發(fā)明也適用于開關(guān)兀件 201、202 為 Gate-Turn-Off Thysistor(GTO) > Gate-Commutated Turn-offThyristor (GCT) > Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor (MOSFET)、其他接通斷開控制元件的情況。各單元105具備單元控制裝置204、自給電源208，單元控制裝置204經(jīng)由光收發(fā)器205和光纖電纜111而與相鄰的其他單元105的單元控制裝置204或中央控制裝置107連接。 本發(fā)明的特征在于具備向單元控制裝置204供給電源的自給電源208，關(guān)于其效果在后面敘述。單元控制裝置204生成用于驅(qū)動開關(guān)元件201、202的柵極脈沖，并將其發(fā)送至柵極驅(qū)動器206。柵極驅(qū)動器206在開關(guān)元件201、202的柵極與發(fā)射極之間施加適當(dāng)?shù)碾妷?，而使開關(guān)元件201、202導(dǎo)通或截止。直流電壓傳感器207檢測直流電容器電壓VC，并將其瞬時值信號傳輸至單元控制裝置204。各單元控制裝置204的電位是與各單元204的低電位側(cè)開關(guān)元件202的發(fā)射極端子相同的電位，在圖2中用G(CELL)點(diǎn)來表示該點(diǎn)。另外，所述單元控制裝置204基于從所述中央控制裝置107經(jīng)由光纖電纜111傳送來的自單元105的輸出電壓指令值、以及自単元的直流電容器203的電壓VC的信息，生成用于開關(guān)元件201、202用的柵極脈沖。另外，自給電源208與直流電容器203并聯(lián)連接，并向所述單元控制裝置204供給電源。另外，所述自給電源208也可以向柵極驅(qū)動器206供給電源。另外，所述自給電源208因為從直流電容器203供給電力，所以在電壓VC為某ー電壓(Vm)以下時停止動作。在本實(shí)施例中，由于來自中央控制裝置的信號與各單元控制裝置串行地通信，所以與所通信的信號的信息量成比例地蓄積信號傳輸延遲時間。在I個控制周期內(nèi)沒有完成全部単元的信號處理的情況下，無法正常地控制所述電カ轉(zhuǎn)換器103。因而，削減所通信的信號的信息量是非常重要的。以下，對本實(shí)施例中的信號的傳輸延遲進(jìn)行敘述。在本實(shí)施例中，菊鏈連接光纖電纜，因而直到某一單元控制裝置204向相鄰的其他單元控制裝置204傳輸信號為止，會產(chǎn)生延遲時間。由于所有單元使用光纖電纜被菊鏈連接，所以在遠(yuǎn)離中央控制裝置107的單元中，蓄積單元之間的信號傳輸?shù)难舆t。因此，直到從中央控制裝置107向各単元傳遞控制信號為止的延遲時間，由于每個単元的不同而不同。因此，確保因菊鏈連接引起的由于每個単元的不同而不同的延遲時間的平衡是重要的。在這里，定義單元編號。單元編號是各單元105的單元控制裝置204被保存于其內(nèi)部的信息。單元編號是指從中央控制裝置107到該單元105的、基于光纖電纜111 114的菊鏈連接的次序。將該單元編號為K的單元105稱作第K單元。第K單元是從中央控制裝置107中第K個接收信息的單元。以下，說明延遲平衡時間TB。延遲平衡時間TB是指用于使從中央控制裝置107向各單元105的信號傳輸延遲時間大致相等的時間，由于每個單元的不同而具有不同的值。在實(shí)施例I中，從中央控制裝置107發(fā)送出的光串行信號通過6N臺單元105，再次返回到中央控制裝置107。 因此，中央控制裝置107能夠測量光串行信號通過6N臺單元的時間(全部延遲時間)TD。例如，能夠在中央控制裝置107以及各單元控制裝置204的初始化時，中央控制裝置107使用用于延遲時間測定的試驗用光串行信號幀來測量全部延遲時間TD，并將TD的數(shù)字值以光串行的方式傳輸至全部單元。由此，所有的單元105具有全部單元(6N臺)的全部延遲時間TD的信息。另外，各單元具有自單元是第幾個單元的信息(單元編號K)。在這里，若設(shè)第K單元的延遲平衡時間為TB (K)，則通過用下式來給出TB (K)，從而能夠使從中央控制裝置107向各單元105的信號傳輸延遲時間大致相等?！彩絀〕TB(K) = (1-K/6N) TD接著，說明本發(fā)明的效果。本發(fā)明的特征在于通過使用自給電源208向單元控制裝置204供給電力，從而即便在中央控制裝置107中不設(shè)置直流電容器的以上信號也能夠檢測故障。以下，進(jìn)行詳細(xì)說明。以下，作為一例，敘述各單元105之中的I個單元例如第H個單元的直流電容器電壓降低了的情況下的故障檢測法。若第H個單元的直流電容器電壓降低、且低于一定電壓(Vm)，則所述自給電源208無法向所述單元控制裝置204供給電力。由于所述單元控制裝置204沒有供給電力，所以無法與中央控制裝置107或相鄰的其他單元控制裝置進(jìn)行通信。因而，第H個單元控制裝置無法向第H-I個單元控制裝置或中央控制裝置傳達(dá)通信已完成。由此，第H-I個單元控制裝置相反地經(jīng)由各單元控制裝置向中央控制裝置107傳遞第H個單元控制裝置無法通信。中央控制裝置107通過檢測出與第H個單元控制裝置無法通信，從而能夠判定出第H個單元控制裝置的直流電容器的異常。由此，無需以通信的方式始終監(jiān)視直流電壓的狀態(tài)，能夠進(jìn)行通信位的有效利用。而且，在本實(shí)施例中，在中央控制裝置107具備2個光收發(fā)器的情況下，中央控制裝置107通過實(shí)施與基于通常的次序的通信(從第I個單元向第6N個單元的通信)相反的通信(從6N個單元向第I個單元的通信)，即便在I臺單元停止了的情況下，通過使單元級數(shù)具有冗長性從而可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
以下，敘述本實(shí)施例中的、I臺單元停止了的情況下的繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)方法。在I臺單元停止了的情況下，如果雙向(如從第I個單元向第6N個單元的通信、以及從第6N個單元向第I個單元的通信這兩個通信)地進(jìn)行通信，則可以向停止了的單元以外的各單元進(jìn)行通信。其中，全部臺單元運(yùn)轉(zhuǎn)了的情況和I臺單元停止了的情況的延遲平衡時間TB不同。因而，中央控制裝置在檢測到第H個單元停止了之時，再次設(shè)定各單元的延遲平衡時間。例如，在第H個單元停止了之際，在將全部臺運(yùn)轉(zhuǎn)了的情況下的延遲平衡時間設(shè)為TB的情況下，從正向開始進(jìn)行通信的第K個單元(第I個 第H-I個單元)的延遲平衡時間TBl (K)，通過設(shè)為式2的值，從而能夠使從中央控制裝置107向各單元105的信號傳輸延遲時間大致相等。
〔式2〕TBl(K) = {2 (H-I)-K} TD/6N另外，從反向開始進(jìn)行通信的第K個單元(從第H+1個 第6N個單元)的延遲平衡時間TB2 (K)，通過設(shè)為式3的值，從而能夠使從中央控制裝置107向各單元105的信號傳輸延遲時間大致相等?！彩?〕TB2 (K) = {18N-2(H+1)-K} TD/6N另外，將短路開關(guān)209與單元的輸出并聯(lián)連接，從所述自給電源208供給所述短路開關(guān)的驅(qū)動電力即可。短路開關(guān)209是在所述單元105發(fā)生故障的情況下使所述單元105的輸出短路的部件，在沒有來自所述自給電源208的驅(qū)動電力的情況下，是使所述單元105的輸出短路的常接通型的開關(guān)。若所述自給電源208停止，則通過所述短路開關(guān)209而異常單元的輸出被短路，所以通過使單元的級數(shù)具有冗余性，從而即便單元發(fā)生故障作為系統(tǒng)也可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。另外，作為本實(shí)施例的其他效果，由于能夠從主電路供給單元控制裝置204以及柵極驅(qū)動器206的電力，所以無需通過絕緣變壓器等取得與對地電位的絕緣，能夠使得單元小型化、輕量化。該效果與上述的故障位的有無的構(gòu)成無關(guān)。實(shí)施例2下面說明實(shí)施本發(fā)明的第2方式。在實(shí)施例I中，是將中央控制裝置和各單元控制裝置的通信聯(lián)成一串、即所謂的菊鏈方式，但是在實(shí)施例2中不同，如圖3所示是中央控制裝置單獨(dú)與各單元控制裝置進(jìn)行通信的所謂的星形接線方式。以下，在實(shí)施例2的構(gòu)成中，僅說明與實(shí)施例I的構(gòu)成不同的部分。圖3是表示本發(fā)明的第2實(shí)施方式的電路圖。中央控制裝置107具備6N個光收發(fā)器110，從光收發(fā)器110經(jīng)由光纖電纜111向各單元105發(fā)送輸出電壓指令值。在本實(shí)施例中，由于從中央控制裝置107向各單元的單元控制裝置204并行地傳輸信號，所以必要的光收發(fā)器的個數(shù)增加。通過應(yīng)用于本實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置303，從而能夠削減信號的信息量，所以能夠使用信號處理能力低且價格低的光收發(fā)器，故謀求了裝置的低成本化。接著，對本發(fā)明的效果進(jìn)行說明。在本實(shí)施例中，也使用自給電源208向單元控制裝置204供給電力，因而關(guān)于単元的直流電容器的異常，即便在中央控制裝置中不設(shè)置信號，也能檢測故障。以下，進(jìn)行更詳細(xì)的說明。舉出在各単元105之中的I個單元的直流電容器電壓VC降低了的情況的例子來進(jìn)行說明(以后，將直流電容器電壓降低了的単元105稱作異常單元)。若異常單元的直流電容器電壓VC降低且低于Vm，則所述自給電源208停止，無法向所述單元控制裝置204供給電力。由于所述單元控制裝置204沒有供給電力，所以無法與中央控制裝置107進(jìn)行通 ィ目。中央控制裝置107在無法與異常單元進(jìn)行通信的時點(diǎn)，能夠判定出異常單元的直流電容器為異常。中央控制裝置107無需以通信的方式始終監(jiān)視直流電容器的異常，能夠進(jìn)行通信位的有效利用。另外，通過將短路開關(guān)209與単元的輸出并聯(lián)連接，從所述自給電源208供給所述短路開關(guān)的驅(qū)動電力，從而在I臺単元停止了的情況下從所述自給電源208沒有供給驅(qū)動電力，所以所述單元105的輸出短路，即便I臺單元發(fā)生故障作為系統(tǒng)也可以繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在本實(shí)施例中，雖然作為各單元105而采用了斬波器単元，但是本發(fā)明也可適用于全橋単元。另外，在本實(shí)施例中，作為電カ轉(zhuǎn)換裝置103而采用了與三相電カ系統(tǒng)互聯(lián)的三相MMC，但是本發(fā)明也可適用于與単相系統(tǒng)互聯(lián)的単相MMC、或驅(qū)動電機(jī)的MMC。另外，本發(fā)明也可適用于級聯(lián) 多電平轉(zhuǎn)換器(CMC)。并且，作為本實(shí)施例的其他效果，由于能夠從主電路供給單元控制裝置204以及柵極驅(qū)動器206的電力，所以無需通過絕緣變壓器等取得與對地電位的絕緣，能夠使得單元小型化、輕量化。該效果與上述的故障位的有無的構(gòu)成無關(guān)。實(shí)施例3下面說明實(shí)施本發(fā)明的第3方式。在實(shí)施例I中，從各單元的直流電容器經(jīng)由自給電源供給單元控制裝置的驅(qū)動電力，但是在本實(shí)施例中不同，從施加于開關(guān)元件的電壓經(jīng)由自給電源供給。以下，在實(shí)施例3的構(gòu)成中，僅說明與實(shí)施例I的構(gòu)成不同的部分。圖4是表示本發(fā)明的第3實(shí)施方式的電路圖。高電位側(cè)開關(guān)元件201以及低電位側(cè)開關(guān)元件202在兩個開關(guān)元件為OFF狀態(tài)之時施加VC/2電壓，在一個開關(guān)元件為ON狀態(tài)之時施加VC和大致零的脈沖狀的電壓。自給電源401利用施加于高電位側(cè)開關(guān)元件201的電壓來供給電力。另外，自給電源402利用施加于低電位側(cè)開關(guān)元件202的電壓來供給電力。自給電源401向驅(qū)動高電位側(cè)開關(guān)元件201的柵極驅(qū)動器403供給電力。自給電源402向驅(qū)動低電位側(cè)開關(guān)元件202的柵極驅(qū)動器404、單元控制裝置204以及短路開關(guān)209供給電力。
接著，在本實(shí)施例中，敘述作為本申請?zhí)卣鞯耐ㄟ^從自給電源向單元控制裝置供給電力，從而在不以通信的方式始終監(jiān)視也能夠檢測單元的開關(guān)元件的異常的情形。下面敘述各單元105的低電位側(cè)開關(guān)元件202發(fā)生短路故障的情況(以后，將開關(guān)元件發(fā)生故障的單元105稱作故障單元)。若故障單元的低電位側(cè)開關(guān)元件202發(fā)生短路故障，則不向低電位側(cè)開關(guān)元件施加電壓，所述自給電源402停止，從而向所述單元控制裝置204不供給電力。由于所述單元控制裝置204不供給電力，所以無法與中央控制裝置107進(jìn)行通信。中央控制裝置107在無法進(jìn)行通信的時點(diǎn)，能夠?qū)⒐收蠁卧卸ㄊ堑碗娢粋?cè)開關(guān)元件故障。另外，若從利用施加于高電位側(cè)開關(guān)元件201的電壓來供給電力的自給電源401供給單元控制裝置204的電力，則在高電位側(cè)開關(guān)元件發(fā)生了短路故障的情況下，自給電 源401停止，向所述單元控制裝置204不供給電力，所以無法與中央控制裝置107進(jìn)行通信，故中央控制裝置107在無法進(jìn)行通信的時點(diǎn)能夠?qū)⒐收蠁卧卸ㄊ歉唠娢粋?cè)開關(guān)元件故障。如上述，中央控制裝置107無需以通信的方式始終監(jiān)視高電位側(cè)開關(guān)元件201或低電位側(cè)開關(guān)元件202的異常，所以能夠有效利用通信位。另外，在即便在單元發(fā)生故障之時也使本實(shí)施例的電力轉(zhuǎn)換裝置繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，將短路開關(guān)209與單元的輸出并聯(lián)連接，從所述自給電源401或所述自給電源402供給所述短路開關(guān)的驅(qū)動電力即可。短路開關(guān)209是在所述單元105發(fā)生故障的情況下使所述單元105的輸出短路的部件，是在沒有來自所述自給電源401或402的驅(qū)動電力的情況下使所述單元105的輸出短路的常接通型的開關(guān)。若所述自給電源401或所述自給電源402停止，則通過所述短路開關(guān)209異常單元的輸出被短路，所以通過使單元的級數(shù)具有冗余性，從而即便單元發(fā)生故障作為系統(tǒng)也可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。在本實(shí)施例中，雖然作為各單元105而采用斬波器單元，但是本發(fā)明也可適用于全橋單元。另外，在本實(shí)施例中，作為電力轉(zhuǎn)換裝置103而采用了與三相電力系統(tǒng)互聯(lián)的三相MMC，但是本發(fā)明也可適用于與單相系統(tǒng)互聯(lián)的單相MMC、驅(qū)動電機(jī)的MMC。另外，本發(fā)明也可適用于級聯(lián) 多電平轉(zhuǎn)換器(CMC)。并且，作為本實(shí)施例的其他效果，由于能夠從主電路供給單元控制裝置204以及柵極驅(qū)動器403或404的電力，所以無需通過絕緣變壓器等取得與對地電位的絕緣，能夠使得單元小型化、輕量化。該效果與上述的故障位的有無的構(gòu)成無關(guān)。實(shí)施例4下面說明實(shí)施本發(fā)明的第4方式。本實(shí)施例是在實(shí)施例I、實(shí)施例2或?qū)嵤├?中用到的自給電源的I例。通過將本實(shí)施例適用于實(shí)施例I、實(shí)施例2或?qū)嵤├?，從而即便不將構(gòu)成單元的直流電容器的異?；蜷_關(guān)元件的故障位發(fā)送至中央控制裝置也能夠進(jìn)行檢測。圖5是表示本發(fā)明的第4實(shí)施方式的電路圖。
首先，在本發(fā)明的特征中，以從主電路向某一單元控制裝置供給電力作為特征來說明自給電源500的構(gòu)成。自給電源500在輸入端子501與502之間連接放電防止ニ極管503、限制電阻504以及供電電容器505的串聯(lián)體。與所述供電電容器并聯(lián)地連接齊納ニ極管等的電壓限制部件506以及電壓調(diào)整電路507。電壓調(diào)整電路507的輸出與輸出端子508及509連接。接著，說明自給電源500的動作。根據(jù)構(gòu)成及用途，向輸入端子501、502施加幾百V 幾千V的直流電壓或脈沖狀的電壓，對供電電容器505進(jìn)行充電。放電防止ニ極管503防止被充電至所述供電電容器505的電荷放電。其中，如實(shí)施例I或?qū)嵤├?所不那樣,在輸入電壓視為大致一定的情況下也能夠削減。若所述供電電容器505的電壓VCQ變?yōu)橐欢ㄒ陨系碾妷篤lim，則電壓限制部件506動作，將供電電容器505的電壓大致限制為一定。若電壓限制部件506動作、且供電電容器505的電壓VCQ變?yōu)榇笾乱欢?，則電壓調(diào)整電路507動作。電壓調(diào)整電路將供電電容 器505的電壓VCQ轉(zhuǎn)換成負(fù)荷所必需的電壓，并輸出至輸出端子508、509。本發(fā)明的自給電源500，若施加于輸入端子501、502的電壓Vin變?yōu)閂lim以下，則不將供電電容器505的電壓VCQ變?yōu)橐欢?，電壓調(diào)整電路507的動作停止，向輸出端子508、509不輸出電壓。由于向?qū)嵤├齀、實(shí)施例2或?qū)嵤├?的單元控制裝置204不供給電力，所以無法與中央控制裝置107進(jìn)行通信。若認(rèn)識到中央控制裝置107無法進(jìn)行通信，則判定出直流電容器203、高電位側(cè)開關(guān)元件201、或低電位側(cè)開關(guān)元件202發(fā)生異常。如上述那樣，中央控制裝置107無需以通信的方式始終監(jiān)視直流電容器203或開關(guān)元件201、202的異常，所以能夠有效利用通信位。另外，作為本發(fā)明的其他效果，由于能夠從主電路供給單元控制裝置及柵極驅(qū)動器的電力，所以無需通過絕緣變壓器等取得與對地電位的絕緣，能夠使得単元小型化、輕量化。此外，該效果與上述的故障位的有無的構(gòu)成無關(guān)。實(shí)施例5下面說明實(shí)施本發(fā)明的第5方式。本實(shí)施例是在實(shí)施例I或?qū)嵤├?中用到的自給電源的I例。通過將本實(shí)施例適用于實(shí)施例I或?qū)嵤├?，從而即便不將?gòu)成単元的直流電容器的故障位發(fā)送至中央控制裝置也能夠進(jìn)行檢測。另外，在本實(shí)施例中，由于因在實(shí)施例4中用到的限制電阻引起的損耗消失，所以能夠低損耗地供給電力。圖6是表示本發(fā)明的第5實(shí)施方式的電路圖。另外，本實(shí)施例的特征在于在本發(fā)明的特征即從主電路向某一單元控制裝置供給電カ的自給電源中，通過將構(gòu)成自給電源的各電壓調(diào)整電路的輸出并聯(lián)而使各電壓調(diào)整電路的輸出平衡，從而能夠?qū)⒎謮汗╇婋娙萜鞯碾妷浩胶獯_保為一定，能夠削減在實(shí)施例4中成為必要的限制電阻。首先，說明自給電源600的構(gòu)成。自給電源600在輸入端子601與602之間連接了多個分壓供電電容器603的串聯(lián)體。所述各分壓供電電容器603分別連接了電壓調(diào)整電路604。所述各電壓調(diào)整電路604的輸出分別被并聯(lián)連接，且與輸出端子508、509連接。接著，說明本發(fā)明的自給電源600的動作。通過分壓供電電容器603來分壓被施加于輸入端子601、602的電壓Vin。所述各電壓調(diào)整電路604將所述各分壓供電電容器603的電壓轉(zhuǎn)換成柵極驅(qū)動器、或單元控制裝置等的負(fù)荷為必要的電壓，將各電壓調(diào)整電路604的輸出端子并聯(lián)連接，從輸出端子605、606供給電力。其中，電壓調(diào)整電路604具有若輸入電壓變?yōu)橐欢ㄒ韵?Vmin)則停止輸出的功能。由于各電壓調(diào)整電路604將輸出并聯(lián)連接，所以所述各電壓調(diào)整電路604的輸出變得大致相等，所述分壓供電電容器603的電壓變得彼此大致相等。另外，雖然在圖6中并未圖示，但是通過檢測各分壓供電電容器603的電壓，并調(diào)整各電壓調(diào)整電路604的輸出，從而也能夠進(jìn)行各分壓供電電容器603的電壓平衡。
本發(fā)明的自給電源600在被施加于輸入端子601、602的電壓降低、且各分壓供電電容器的電壓變?yōu)閂min以下之時，電壓調(diào)整電路604的動作停止，從輸出端子605、606不供給電力。由此，向?qū)嵤├齀、實(shí)施例2的單元控制裝置204不供給電力，所以無法與中央控制裝置107進(jìn)行通信。若識別出無法與中央控制裝置107進(jìn)行通信，則判定出直流電容器203發(fā)生異常。如上述那樣，中央控制裝置107無需以通信的方式始終監(jiān)視直流電容器203的異常，能夠有效利用通信位。另外，作為本實(shí)施例的其他效果，由于能夠從主電路供給單元控制裝置及柵極驅(qū)動器的電力，所以無需通過絕緣變壓器等取得與對地電位的絕緣，能夠使得單元小型化、輕量化。此外，該效果與上述的故障位的有無的構(gòu)成無關(guān)。實(shí)施例6下面說明實(shí)施本發(fā)明的第6方式。本實(shí)施例是在實(shí)施例4或?qū)嵤├?中用到的電壓調(diào)整電路的變形。通過將本實(shí)施例適用于實(shí)施例4或?qū)嵤├?，從而在電壓調(diào)整電路停止之際能夠降低柵極驅(qū)動器輸出錯誤脈沖的可能性。圖7是表示本發(fā)明的第6實(shí)施方式的電路圖。另外，本實(shí)施例的特征在于在本發(fā)明的特征即包括從主電路向單元控制裝置能供給電力的自給電源在內(nèi)的單元中，按照柵極驅(qū)動器比單元控制裝置先停止的方式?jīng)Q定與電壓調(diào)整電路的各輸出連接的各備用(backup)電容器的靜電容量。首先，說明本實(shí)施例的構(gòu)成。在從電壓調(diào)整電路703向柵極驅(qū)動器供給電力的輸出端子706與708之間并聯(lián)連接備用電容器704，在從電壓調(diào)整電路703向單元控制裝置供給電力的輸出端子707與708之間并聯(lián)連接備用電容器705。接著，說明本實(shí)施例的動作。電壓調(diào)整電路703將被施加于輸入端子701、702的電壓轉(zhuǎn)換成柵極驅(qū)動器及單元控制裝置所必要的電壓，經(jīng)由輸出端子706、708而向柵極驅(qū)動器供給電力，經(jīng)由輸出端子707、708向單元控制裝置供給電力。通過如下那樣選擇備用電容器704、705的靜電容量，從而在電壓調(diào)整電路703停止了的情況下，使柵極驅(qū)動器比單元控制裝置先停止，從而即便在單元控制裝置停止之際輸出了錯誤脈沖的情況下也可不誤觸發(fā)開關(guān)元件。若將向柵極驅(qū)動器輸出的電壓設(shè)為VGD、將消耗的電カ設(shè)為PGD、將向單元控制裝置輸出的電壓設(shè)為VCC、將消耗的電カ設(shè)為PCC，則備用電容器704及705的靜電容量CGD、CCC滿足式5的關(guān)系即可，備用電容器704的電壓比備用電容器705的電壓先降低。〔式5〕CGD < [{PGD (VCC)2} /PCC (VGD)2] CCC如以上那樣，通過決定各備用電容器的靜電容量，從而在電壓調(diào)整電路703停止了的情況下，能夠使柵極驅(qū)動器比單元控制裝置先停止，并且能夠防止開關(guān)元件的誤觸發(fā)(點(diǎn)弧)。產(chǎn)業(yè)上的可利用性 本發(fā)明也可適用于將交流電カ暫時轉(zhuǎn)換為直流電カ的無功功率補(bǔ)償裝置(SVC、STATC0M)、電機(jī)驅(qū)動用電カ轉(zhuǎn)換裝置、直流輸電系統(tǒng)(HVDC)等的使用電カ轉(zhuǎn)換器的設(shè)備。符號說明101三相電カ系統(tǒng)102變壓器103,303電カ轉(zhuǎn)換裝置104轉(zhuǎn)換器橋臂105單元(單位轉(zhuǎn)換器)106電抗器107中央控制裝置108交流電壓傳感器109電流傳感器110、205 光收發(fā)器111光纖電纜112負(fù)荷裝置201高電位側(cè)開關(guān)元件202低電位側(cè)開關(guān)元件203直流電容器204單元控制裝置206、403、404 柵極驅(qū)動器207直流電壓傳感器208、401、402、500、600 自給電源209短路開關(guān)501、502、601、602、701、702 輸入端子503放電防止ニ極管504限制電阻505供電電容器506電壓限制部件
507,604,703電壓調(diào)整電路508、509、605、706、707、708 輸出端子603分壓供電電容器 704、705備用電容器
權(quán)利要求
1.一種電力轉(zhuǎn)換裝置，具備被級聯(lián)連接的多個單元，所述電力轉(zhuǎn)換裝置的特征在于具備 自給電源，其從主電路向各所述單元供給電力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述電力轉(zhuǎn)換裝置具備中央控制裝置和對所述單元進(jìn)行控制的單元控制裝置， 從所述自給電源供給該單元控制裝置的電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述單元具備 主電路，其由開關(guān)元件和直流電容器構(gòu)成； 直流電壓傳感器，其檢測所述直流電容器的電壓；和 柵極驅(qū)動器，其接收來自所述單元控制裝置的柵極脈沖并使開關(guān)元件接通/斷開，所述單元控制裝置接收來自所述中央控制裝置的信號而生成所述開關(guān)元件的柵極脈沖， 所述自給電源向所述單元控制裝置和柵極驅(qū)動器供給電源。
4.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述中央控制裝置和各單元控制裝置經(jīng)由光纖電纜被菊鏈連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I至3任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述中央控制裝置和各單元控制裝置經(jīng)由光纖電纜被星形接線連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I至5任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述單元的主電路具備開關(guān)元件和直流電容器， 在中央控制裝置與單元控制裝置之間通信用于判別所述單元的所述直流電容器或開關(guān)元件發(fā)生了故障的信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至6任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述中央控制裝置根據(jù)與所述單元控制裝置無法取得通信這一情況而判定出該單元的直流電容器或開關(guān)元件發(fā)生故障。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述自給電源從直流電容器供給。
9.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述自給電源從施加于開關(guān)元件的電壓供給。
10.根據(jù)權(quán)利要求I至8任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述自給電源具備由多個分壓用供電電容器構(gòu)成的串聯(lián)體；以及對各所述分壓用供電電容器的電壓進(jìn)行調(diào)整的電壓調(diào)整電路， 該各電壓調(diào)整電路的輸出被并聯(lián)連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述電壓調(diào)整電路具備檢測各分壓用供電電容器的電壓并調(diào)整各所述電壓調(diào)整電路的輸出的功能。
12.根據(jù)權(quán)利要求I至9任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述自給電源具備 供電電容器，其蓄積電力； 放電防止二極管，其防止該供電電容器的放電；限制電阻，其限制從所述主電路流入所述自給電源的電流； 電壓限制部件，其將所述供電電容器的電壓控制為固定電壓；以及 電壓調(diào)整電路，其調(diào)整所述供電電容器的電壓。
13.根據(jù)權(quán)利要求 I至12任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述電壓調(diào)整電路具備多個輸出端子， 與該電壓調(diào)整電路的輸出端子并聯(lián)地連接備用電容器， 針對該備用電容器的放電時間常數(shù)給予差異。
14.根據(jù)權(quán)利要求I至14任一項所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 在所述單元的輸出端子連接常接通的短路開關(guān)， 從所述自給電源供給所述短路開關(guān)的驅(qū)動電力。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電力轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于， 所述中央控制裝置具備在各單元之中的一個單元發(fā)生故障的情況下確定該發(fā)生了故障的單元的部件， 向該發(fā)生了故障的單元以外的單元傳輸使各單元的單元控制裝置與中央控制裝置之間的通信的傳輸延遲時間取得平衡的信號。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電力轉(zhuǎn)換裝置。在控制將使用了半導(dǎo)體開關(guān)元件的多個單元連接成級聯(lián)狀而構(gòu)成的電力轉(zhuǎn)換裝置的情況下，雖然需要在多個單元與中央控制裝置之間進(jìn)行通信，但是由于單元數(shù)的增大而導(dǎo)致通信的信息量及信息處理的負(fù)荷增大。本發(fā)明的技術(shù)問題在于減小在各單元與中央控制裝置之間進(jìn)行通信的信息量。本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置具備將多個單元連接成級聯(lián)狀而構(gòu)成的橋臂，具備從主電路向與構(gòu)成所述單元的中央控制裝置進(jìn)行通信的單元控制裝置供給電力的功能。在本發(fā)明的電力轉(zhuǎn)換裝置中，通過從主電路供給各單元的單元控制裝置的電力，從而在各單元的主要部件發(fā)生故障時無法與相應(yīng)單元的單元控制裝置進(jìn)行通信，故由中央控制裝置能識別相應(yīng)單元發(fā)生了故障。
文檔編號H02M1/08GK102771038SQ20118001049
公開日2012年11月7日 申請日期2011年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月15日
發(fā)明者井上重德, 加藤修治, 加藤哲也, 鳴島淳 申請人:株式會社日立制作所