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JP2023037869A - Power conversion device - Google Patents

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JP2023037869A
JP2023037869A JP2021144672A JP2021144672A JP2023037869A JP 2023037869 A JP2023037869 A JP 2023037869A JP 2021144672 A JP2021144672 A JP 2021144672A JP 2021144672 A JP2021144672 A JP 2021144672A JP 2023037869 A JP2023037869 A JP 2023037869A
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converter
circuit
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JP2021144672A
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智之 山川
Tomoyuki Yamakawa
航平 柏木
Kohei Kashiwagi
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
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Abstract

【課題】直列に接続された複数の変換器において、スイッチング素子の短絡故障が発生した際に、短絡故障したスイッチング素子の不安定な短絡状態を抑制できる電力変換装置を提供する。【解決手段】直列に接続された複数の変換器の動作により、電力の変換を行う主回路部と、主回路部の動作を制御する制御装置と、を備え、複数の変換器のそれぞれは、一対の接続端子と、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、を有し、制御装置は、複数の変換器の複数のスイッチング素子の短絡故障の検出を行い、複数の変換器のいずれかで複数のスイッチング素子のいずれかの短絡故障を検出した場合に、複数のスイッチング素子のいずれかの短絡故障が発生した変換器に対して主回路部内を循環する循環電流を供給するように、複数の変換器の動作を制御する電力変換装置が提供される。【選択図】図3Kind Code: A1 A power converter is provided that can suppress an unstable short-circuit state of a switching element having a short-circuit failure when a short-circuit failure of a switching element occurs in a plurality of converters connected in series. The main circuit unit converts electric power by operating a plurality of converters connected in series, and a control device controls the operation of the main circuit unit. a pair of connection terminals, a plurality of switching elements, and a charge storage element connected in parallel to the plurality of switching elements; When a short-circuit fault is detected in any of the multiple switching elements in any of the multiple converters, the main circuit section for the converter in which the short-circuit fault has occurred in any of the multiple switching elements A power converter is provided that controls the operation of a plurality of converters to provide a circulating circulating current. [Selection drawing] Fig. 3

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。 TECHNICAL FIELD Embodiments of the present invention relate to power converters.

複数の変換器を直列に接続した電力変換装置がある。各変換器は、一対の接続端子と、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、を有する。各変換器は、一対の接続端子を介して直列に接続される。 There is a power converter in which a plurality of converters are connected in series. Each converter has a pair of connection terminals, a plurality of switching elements, and a charge storage element connected in parallel to the plurality of switching elements. Each converter is connected in series via a pair of connection terminals.

このような電力変換装置では、複数の変換器のうちの所定数の変換器が故障した際にも、故障した変換器の一対の接続端子間を短絡させることにより、残りの変換器で運転を継続することができる。このように、一対の接続端子間を短絡させることは、バイパスと呼ばれる場合がある。例えば、変換器の異常や故障の検出を行い、異常や故障を検出した変換器をバイパス状態とすることにより、残りの変換器で運転を継続することが行われている。 In such a power conversion device, even when a predetermined number of converters out of a plurality of converters fails, operation is resumed with the remaining converters by short-circuiting the pair of connection terminals of the failed converter. can continue. Such short-circuiting between a pair of connection terminals is sometimes called bypass. For example, an abnormality or failure of a converter is detected, and the converter in which the abnormality or failure is detected is placed in a bypass state so that the remaining converters continue to operate.

また、このような電力変換装置において、各変換器のスイッチング素子が、短絡故障を起こしてしまう場合がある。変換器において複数のスイッチング素子のいずれかが短絡故障を起こした際に、短絡故障したスイッチング素子によって一対の接続端子間が短絡し、変換器がバイパス状態となった場合には、上記のように、残りの変換器で運転を継続することができる。 Moreover, in such a power converter, the switching element of each converter may cause a short-circuit failure. When a short-circuit failure occurs in one of a plurality of switching elements in a converter, the short-circuited switching element causes a short circuit between a pair of connection terminals, and the converter enters a bypass state. , operation can continue with the remaining converters.

しかしながら、スイッチング素子が短絡故障を起こした際のスイッチング素子の短絡状態は、故障の様相によって異なる。場合によっては、高い抵抗値を持った状態で短絡する場合もあり、大きな発熱をともなったり、一対の接続端子間に電圧が発生したりしてしまう可能性がある。 However, when a switching element causes a short-circuit failure, the short-circuit state of the switching element differs depending on the mode of failure. In some cases, a short circuit may occur with a high resistance value, resulting in large heat generation or voltage generation between the pair of connection terminals.

このため、複数の変換器を直列に接続した電力変換装置では、スイッチング素子の短絡故障が発生した際に、短絡故障したスイッチング素子の不安定な短絡状態を抑制できるようにすることが望まれる。 For this reason, in a power conversion device in which a plurality of converters are connected in series, it is desirable to be able to suppress an unstable short-circuit state of a switching element that has a short-circuit failure when a short-circuit failure occurs in the switching element.

特開2020-54223号公報JP 2020-54223 A

本発明の実施形態は、直列に接続された複数の変換器において、スイッチング素子の短絡故障が発生した際に、短絡故障したスイッチング素子の不安定な短絡状態を抑制できる電力変換装置を提供する。 An embodiment of the present invention provides a power converter that can suppress an unstable short-circuit state of a switching element having a short-circuit failure when a short-circuit failure of a switching element occurs in a plurality of converters connected in series.

本発明の実施形態によれば、直列に接続された複数の変換器を有し、複数の前記変換器の動作により、電力の変換を行う主回路部と、前記主回路部の動作を制御する制御装置と、を備え、複数の前記変換器のそれぞれは、一対の接続端子と、複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、を有し、前記一対の接続端子を介して直列に接続されるとともに、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記電荷蓄積素子の電圧を前記一対の接続端子間に出力する出力状態と、前記一対の接続端子間を導通させたバイパス状態と、前記複数のスイッチング素子をオフ状態とした停止状態と、を切り替え可能であり、前記制御装置は、複数の前記変換器の前記複数のスイッチング素子の短絡故障の検出を行い、複数の前記変換器のいずれかで前記複数のスイッチング素子のいずれかの短絡故障を検出した場合に、前記複数のスイッチング素子のいずれかの短絡故障が発生した前記変換器に対して前記主回路部内を循環する循環電流を供給するように、複数の前記変換器の動作を制御する電力変換装置が提供される。 According to an embodiment of the present invention, a main circuit unit includes a plurality of converters connected in series, and the operation of the plurality of converters converts power, and the operation of the main circuit unit is controlled. a control device, wherein each of the plurality of converters has a pair of connection terminals, a plurality of switching elements, and a charge storage element connected in parallel to the plurality of switching elements; an output state in which the charge storage element is connected in series via the pair of connection terminals and outputs the voltage of the charge storage element between the pair of connection terminals by switching of the plurality of switching elements; and a stop state in which the plurality of switching elements are turned off, and the control device detects short-circuit failures of the plurality of switching elements of the plurality of converters. and when any one of the plurality of converters detects a short-circuit failure of one of the plurality of switching elements, the main A power converter is provided that controls the operation of a plurality of said converters to provide a circulating current that circulates in a circuit section.

直列に接続された複数の変換器において、スイッチング素子の短絡故障が発生した際に、短絡故障したスイッチング素子の不安定な短絡状態を抑制できる電力変換装置が提供される。 Provided is a power converter capable of suppressing an unstable short-circuit state of a switching element having a short-circuit failure when a short-circuit failure of a switching element occurs in a plurality of converters connected in series.

第1の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。1 is a block diagram schematically showing a power converter according to a first embodiment; FIG. 変換器を模式的に表すブロック図である。1 is a block diagram schematically representing a converter; FIG. 電力変換装置の動作の一例を模式的に表す説明図である。It is explanatory drawing which represents typically an example of operation|movement of a power converter device. 変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。FIG. 11 is a block diagram schematically showing a modified example of the converter;

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
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は適宜省略する。
Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
Note that the drawings are schematic or conceptual, and the relationship between the thickness and width of each portion, the size ratio between portions, and the like are not necessarily the same as the actual ones. Also, even when the same parts are shown, the dimensions and ratios may be different depending on the drawing.
In addition, in the present specification and each figure, the same reference numerals are given to the same elements as those described above with respect to the already-appearing figures, and detailed description thereof will be omitted as appropriate.

(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図1に表したように、電力変換装置10は、主回路部12と、制御装置14と、を備える。電力変換装置10は、例えば、直流送電システムに用いられる。電力変換装置10は、直流送電システムにおいて、交流電力系統2及び一対の直流送電線3、4に接続される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the power converter according to the first embodiment.
As shown in FIG. 1 , the power conversion device 10 includes a main circuit section 12 and a control device 14 . The power conversion device 10 is used, for example, in a DC power transmission system. The power converter 10 is connected to an AC power system 2 and a pair of DC power transmission lines 3 and 4 in a DC power transmission system.

直流送電システムは、例えば、変圧器6を有する。電力変換装置10の主回路部12は、変圧器6を介して交流電力系統2に接続される。交流電力系統2の交流電力は、三相交流電力である。より詳しくは、対称三相交流電力である。変圧器6は、交流電力系統2の三相交流電力を主回路部12に対応した交流電力に変換する。変圧器6は、主回路部12に合わせて三相交流電力の各相の実効値を変化させる。変圧器6は、三相変圧器である。変圧器6は、必要に応じて設けられ、省略可能である。主回路部12には、交流電力系統2の三相交流電力を直接供給してもよい。 The DC power transmission system has a transformer 6, for example. A main circuit unit 12 of the power converter 10 is connected to the AC power system 2 via a transformer 6 . The AC power of the AC power system 2 is three-phase AC power. More specifically, it is symmetrical three-phase AC power. The transformer 6 converts the three-phase AC power of the AC power system 2 into AC power corresponding to the main circuit section 12 . The transformer 6 changes the effective value of each phase of the three-phase AC power according to the main circuit section 12 . Transformer 6 is a three-phase transformer. The transformer 6 is provided as required and can be omitted. The three-phase AC power of the AC power system 2 may be directly supplied to the main circuit unit 12 .

電力変換装置10は、交流電力系統2から供給された三相交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を直流送電線3、4に供給する。また、電力変換装置10は、直流送電線3、4から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、変換後の三相交流電力を交流電力系統2に供給する。このように、電力変換装置10は、交流から直流への交直変換、及び、直流から交流への交直変換を行う。 The power converter 10 converts the three-phase AC power supplied from the AC power system 2 into DC power, and supplies the converted DC power to the DC transmission lines 3 and 4 . The power conversion device 10 also converts the DC power supplied from the DC transmission lines 3 and 4 into three-phase AC power, and supplies the converted three-phase AC power to the AC power system 2 . Thus, the power converter 10 performs AC-DC conversion from AC to DC and AC-DC conversion from DC to AC.

例えば、直流送電線3は、直流電力の高圧側の送電線であり、直流送電線4は、直流電力の低圧側の送電線である。電力変換装置10は、直流送電線3側が高圧、直流送電線4側が低圧となるように、変換後の直流電力を直流送電線3、4に出力する。 For example, the DC transmission line 3 is a transmission line on the high voltage side of DC power, and the DC transmission line 4 is a transmission line on the low voltage side of DC power. The power conversion device 10 outputs converted DC power to the DC transmission lines 3 and 4 so that the DC transmission line 3 side has a high voltage and the DC transmission line 4 side has a low voltage.

主回路部12は、交流電力系統2と各直流送電線3、4との間に設けられる。主回路部12は、三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を行う。主回路部12は、例えば、直列に接続された複数の変換器を有するマルチレベル電力変換器である。主回路部12は、例えば、MMC(Modular Multilevel Converter)型の電力変換器である。MMC型の主回路部12は、直列に接続された複数の変換器を有する。各変換器は、ハーフブリッジ接続又はフルブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列に接続された電荷蓄積素子と、を有する。主回路部12は、複数の変換器の動作により、電力の変換を行う。主回路部12は、例えば、複数の変換器の各スイッチング素子のスイッチングにより、交直変換を行う。 The main circuit unit 12 is provided between the AC power system 2 and the DC transmission lines 3 and 4 . The main circuit unit 12 converts three-phase AC power to DC power, and converts DC power to three-phase AC power. The main circuit section 12 is, for example, a multi-level power converter having a plurality of converters connected in series. The main circuit unit 12 is, for example, an MMC (Modular Multilevel Converter) type power converter. The MMC type main circuit section 12 has a plurality of converters connected in series. Each converter has a plurality of half-bridge-connected or full-bridge-connected switching elements and a charge storage element connected in parallel to each switching element. The main circuit unit 12 converts electric power by operating a plurality of converters. The main circuit unit 12 performs AC/DC conversion by, for example, switching each switching element of a plurality of converters.

制御装置14は、主回路部12に接続されている。制御装置14は、各スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、主回路部12による三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を制御する。 The control device 14 is connected to the main circuit section 12 . The control device 14 controls the conversion of the three-phase AC power to the DC power and the conversion of the DC power to the three-phase AC power by the main circuit unit 12 by controlling the ON/OFF of each switching element.

主回路部12は、第1及び第2の一対の直流端子20a、20bと、第1~第3の3つの交流端子21a~21cと、第1~第6の6つのアーム部22a~22fと、を有する。 The main circuit section 12 includes first and second pairs of DC terminals 20a and 20b, three first to third AC terminals 21a to 21c, and first to sixth arm sections 22a to 22f. , has

第1直流端子20aは、高圧側の直流送電線3に接続される。第2直流端子20bは、低圧側の直流送電線4に接続される。これにより、主回路部12によって変換された直流電力が直流送電線3、4に供給されるとともに、直流送電線3、4から供給された直流電力が主回路部12に入力される。 The first DC terminal 20a is connected to the DC transmission line 3 on the high voltage side. The second DC terminal 20b is connected to the DC transmission line 4 on the low voltage side. As a result, the DC power converted by the main circuit section 12 is supplied to the DC transmission lines 3 and 4 , and the DC power supplied from the DC transmission lines 3 and 4 is input to the main circuit section 12 .

第1アーム部22aは、第1直流端子20aに接続される。第2アーム部22bは、第1アーム部22aと第2直流端子20bとの間に接続される。第1アーム部22a及び第2アーム部22bは、各直流端子20a、20bの間に直列に接続される。 The first arm portion 22a is connected to the first DC terminal 20a. The second arm portion 22b is connected between the first arm portion 22a and the second DC terminal 20b. The first arm portion 22a and the second arm portion 22b are connected in series between the DC terminals 20a and 20b.

第3アーム部22cは、第1直流端子20aに接続される。第4アーム部22dは、第3アーム部22cと第2直流端子20bとの間に接続される。第3アーム部22c及び第4アーム部22dは、第1アーム部22a及び第2アーム部22bに対して並列に接続される。 The third arm portion 22c is connected to the first DC terminal 20a. The fourth arm portion 22d is connected between the third arm portion 22c and the second DC terminal 20b. The third arm portion 22c and the fourth arm portion 22d are connected in parallel to the first arm portion 22a and the second arm portion 22b.

第5アーム部22eは、第1直流端子20aに接続される。第6アーム部22fは、第5アーム部22eと第2直流端子20bとの間に接続される。すなわち、第5アーム部22e及び第6アーム部22fは、第1アーム部22a及び第2アーム部22bに対して並列に接続されるとともに、第3アーム部22c及び第4アーム部22dに対して並列に接続される。 The fifth arm portion 22e is connected to the first DC terminal 20a. The sixth arm portion 22f is connected between the fifth arm portion 22e and the second DC terminal 20b. That is, the fifth arm portion 22e and the sixth arm portion 22f are connected in parallel to the first arm portion 22a and the second arm portion 22b, and the third arm portion 22c and the fourth arm portion 22d. connected in parallel.

主回路部12では、第1アーム部22a及び第2アーム部22bによって第1レグLG1が構成され、第3アーム部22c及び第4アーム部22dによって第2レグLG2が構成され、第5アーム部22e及び第6アーム部22fによって第3レグLG3が構成される。すなわち、この例において、主回路部12は、3レグ、6アームの三相インバータである。換言すれば、主回路部12は、ブリッジ接続された複数のアーム部22a~22fを有する。この例では、主回路部12は、三相ブリッジ接続された6つのアーム部22a~22fを有する。 In the main circuit section 12, the first leg LG1 is configured by the first arm section 22a and the second arm section 22b, the second leg LG2 is configured by the third arm section 22c and the fourth arm section 22d, and the fifth arm section. 3rd leg LG3 is comprised by 22e and the 6th arm part 22f. That is, in this example, the main circuit section 12 is a 3-leg, 6-arm three-phase inverter. In other words, the main circuit section 12 has a plurality of bridge-connected arm sections 22a to 22f. In this example, the main circuit section 12 has six arm sections 22a to 22f that are three-phase bridge-connected.

第1アーム部22a、第3アーム部22c及び第5アーム部22eは、上側アームである。第2アーム部22b、第4アーム部22d及び第6アーム部22fは、下側アームである。このように、主回路部12は、複数のスイッチング素子によって構成される複数のアーム部及び複数のレグを有する。主回路部12は、例えば、2レグ、4アームの単相インバータなどでもよい。アーム部及びレグの数は、上記に限ることなく、任意の数でよい。 The first arm portion 22a, the third arm portion 22c and the fifth arm portion 22e are upper arms. The second arm portion 22b, the fourth arm portion 22d and the sixth arm portion 22f are lower arms. In this way, the main circuit section 12 has a plurality of arm sections and a plurality of legs that are configured by a plurality of switching elements. The main circuit unit 12 may be, for example, a 2-leg, 4-arm single-phase inverter. The number of arms and legs is not limited to the above, and may be any number.

第1アーム部22aは、直列に接続された複数の変換器UP1、UP2…UPMを有する。第2アーム部22bは、直列に接続された複数の変換器UN1、UN2…UNMを有する。第3アーム部22cは、直列に接続された複数の変換器VP1、VP2…VPMを有する。第4アーム部22dは、直列に接続された複数の変換器VN1、VN2…VNMを有する。第5アーム部22eは、直列に接続された複数の変換器WP1、WP2…WPMを有する。第6アーム部22fは、直列に接続された複数の変換器WN1、WN2…WNMを有する。 The first arm portion 22a has a plurality of converters UP1, UP2 . . . UPM1 connected in series. The second arm portion 22b has a plurality of transducers UN1, UN2 . . . UNM2 connected in series. The third arm portion 22c has a plurality of converters VP1, VP2 . . . VPM3 connected in series. The fourth arm portion 22d has a plurality of converters VN1, VN2 . . . VNM4 connected in series. The fifth arm portion 22e has a plurality of transducers WP1, WP2 . . . WPM 5 connected in series. The sixth arm portion 22f has a plurality of transducers WN1, WN2 . . . WNM 6 connected in series.

但し、以下では、各変換器UP1、UP2…UPM、UN1、UN2…UNM、VP1、VP2…VPM、VN1、VN2…VNM、WP1、WP2…WPM、WN1、WN2…WNMをまとめて呼称する場合に、「変換器CEL」と称す。 However, hereinafter, each converter UP1, UP2... UPM1 , UN1, UN2...UNM2, VP1, VP2... VPM3 , VN1 , VN2... VNM4 , WP1, WP2... WPM5 , WN1, WN2... WNM6 When collectively referred to, they are referred to as "converter CEL".

各アーム部22a~22fにおいて、M、M、M、M、M、Mは、直列接続された変換器CELの台数を表す。各アーム部22a~22fにおいて、直列接続される変換器CELの台数は、例えば、100台~120台程度である。但し、直列接続される変換器CELの台数は、これに限ることなく、任意の台数でよい。 In each arm 22a-22f, M 1 , M 2 , M 3 , M 4 , M 5 , M 6 represent the number of converters CEL connected in series. In each of the arms 22a-22f, the number of converters CEL connected in series is, for example, about 100-120. However, the number of converters CEL connected in series is not limited to this, and may be any number.

各アーム部22a~22fに設けられる変換器CELの台数は、実質的に同じである。例えば、多数の各変換器CELが接続される場合には、主回路部12の動作に影響のない範囲において、各アーム部22a~22fに設けられる変換器CELの台数が異なってもよい。例えば、1つのアーム部に100台の変換器CELを直列に接続する場合、別のアーム部に設ける変換器CELの台数は、1~2台異なってもよい。 The number of transducers CEL provided in each arm portion 22a-22f is substantially the same. For example, when a large number of converters CEL are connected, the number of converters CEL provided in each arm section 22a to 22f may be different as long as the operation of the main circuit section 12 is not affected. For example, when 100 transducers CEL are connected in series to one arm, the number of transducers CEL provided to another arm may differ by one or two.

各アーム部22a~22fのそれぞれは、バッファリアクトル23a~23fと、複数の電流検出器24a~24fと、をさらに有する。また、電力変換装置10は、電圧検出部25をさらに有する。 Each arm portion 22a-22f further has a buffer reactor 23a-23f and a plurality of current detectors 24a-24f. Moreover, the power conversion device 10 further has a voltage detection unit 25 .

各バッファリアクトル23a~23fは、各アーム部22a~22fのそれぞれにおいて、各変換器CELに直列に接続される。第1アーム部22aのバッファリアクトル23aは、交流端子21aと第1アーム部22a及び第2アーム部22bとの接続点と変換器UP1との間に設けられる。第2アーム部22bのバッファリアクトル23bは、交流端子21aと第1アーム部22a及び第2アーム部22bとの接続点と変換器UN1との間に設けられる。第3アーム部22cのバッファリアクトル23cは、交流端子21bと第3アーム部22c及び第4アーム部22dとの接続点と変換器VP1との間に設けられる。第4アーム部22dのバッファリアクトル23dは、交流端子21bと第3アーム部22c及び第4アーム部22dとの接続点と変換器VN1との間に設けられる。第5アーム部22eのバッファリアクトル23eは、交流端子21cと第5アーム部22e及び第6アーム部22fとの接続点と変換器WP1との間に設けられる。第6アーム部22fのバッファリアクトル23fは、交流端子21cと第5アーム部22e及び第6アーム部22fとの接続点と変換器WN1との間に設けられる。 Each buffer reactor 23a-23f is connected in series with each converter CEL in each arm portion 22a-22f. The buffer reactor 23a of the first arm portion 22a is provided between the connection point between the AC terminal 21a, the first arm portion 22a and the second arm portion 22b, and the converter UP1. The buffer reactor 23b of the second arm portion 22b is provided between the connection point between the AC terminal 21a, the first arm portion 22a and the second arm portion 22b, and the converter UN1. The buffer reactor 23c of the third arm portion 22c is provided between the connection point between the AC terminal 21b, the third arm portion 22c and the fourth arm portion 22d, and the converter VP1. The buffer reactor 23d of the fourth arm portion 22d is provided between the connection point between the AC terminal 21b, the third arm portion 22c and the fourth arm portion 22d, and the converter VN1. The buffer reactor 23e of the fifth arm portion 22e is provided between the connection point between the AC terminal 21c, the fifth arm portion 22e and the sixth arm portion 22f, and the converter WP1. The buffer reactor 23f of the sixth arm portion 22f is provided between the connection point between the AC terminal 21c, the fifth arm portion 22e and the sixth arm portion 22f, and the converter WN1.

電流検出器24aは、第1アーム部22aに設けられ、第1アーム部22aに流れる電流を検出する。すなわち、電流検出器24aは、第1アーム部22aのアーム電流を検出する。電流検出器24aは、図示を省略した配線などを介して制御装置14に接続されている。電流検出器24aは、検出した第1アーム部22aの電流値を制御装置14に入力する。これにより、制御装置14には、第1アーム部22aの電流値が入力される。 The current detector 24a is provided on the first arm portion 22a and detects the current flowing through the first arm portion 22a. That is, the current detector 24a detects the arm current of the first arm portion 22a. The current detector 24a is connected to the control device 14 via wiring (not shown) or the like. The current detector 24 a inputs the detected current value of the first arm portion 22 a to the control device 14 . Thereby, the current value of the first arm portion 22 a is input to the control device 14 .

以下同様に、電流検出器24bは、第2アーム部22bに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置14に入力する。電流検出器24cは、第3アーム部22cに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置14に入力する。電流検出器24dは、第4アーム部22dに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置14に入力する。電流検出器24eは、第5アーム部22eに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置14に入力する。電流検出器24fは、第6アーム部22fに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置14に入力する。 Similarly, the current detector 24b detects the current flowing through the second arm portion 22b and inputs the detected current value to the control device 14 . The current detector 24 c detects the current flowing through the third arm portion 22 c and inputs the detected current value to the controller 14 . The current detector 24 d detects the current flowing through the fourth arm portion 22 d and inputs the detected current value to the controller 14 . The current detector 24 e detects the current flowing through the fifth arm portion 22 e and inputs the detected current value to the controller 14 . The current detector 24 f detects the current flowing through the sixth arm portion 22 f and inputs the detected current value to the control device 14 .

電圧検出部25は、交流電力系統2の各相の交流電圧(相電圧)を検出し、検出値を制御装置14に入力する。電圧検出部25は、変圧器6の一次側に接続してもよいし、二次側に接続してもよい。 The voltage detection unit 25 detects the AC voltage (phase voltage) of each phase of the AC power system 2 and inputs the detected value to the control device 14 . The voltage detector 25 may be connected to the primary side of the transformer 6 or may be connected to the secondary side.

主回路部12では、第1アーム部22aと第2アーム部22bとの接続点、第3アーム部22cと第4アーム部22dとの接続点、及び、第5アーム部22eと第6アーム部22fとの接続点のそれぞれが、交流出力点となる。 In the main circuit section 12, a connection point between the first arm section 22a and the second arm section 22b, a connection point between the third arm section 22c and the fourth arm section 22d, and a connection point between the fifth arm section 22e and the sixth arm section 22f becomes an AC output point.

第1交流端子21aは、第1アーム部22aと第2アーム部22bとの接続点に接続される。第2交流端子21bは、第3アーム部22cと第4アーム部22dとの接続点に接続される。第3交流端子21cは、第5アーム部22eと第6アーム部22fとの接続点に接続される。各交流端子21a~21cは、例えば、変圧器6に接続される。 The first AC terminal 21a is connected to a connection point between the first arm portion 22a and the second arm portion 22b. The second AC terminal 21b is connected to a connection point between the third arm portion 22c and the fourth arm portion 22d. The third AC terminal 21c is connected to a connection point between the fifth arm portion 22e and the sixth arm portion 22f. Each AC terminal 21a-21c is connected to a transformer 6, for example.

各変換器CELは、例えば、信号線26を介して制御装置14と接続される。制御装置14は、信号線26を介して変換器CELに制御信号を入力することにより、変換器CELの動作を制御する。また、変換器CELは、例えば、変換器CELの制御及び動作保護に関する制御信号や保護信号を図示されていない別の信号線を介して制御装置14に入力する。なお、制御装置14と各変換器CELとの間の通信方式は、上記に限定されるものではない。例えば、直列に接続された複数の変換器CELをデイジーチェーン接続し、制御装置14は、デイジーチェーン接続された一端の変換器CEL及び他端の変換器CELのみと通信を行ってもよい。制御装置14と各変換器CELとの間の通信方式は、制御装置14と各変換器CELとの間で適切に通信を行うことができる任意の通信方式でよい。 Each converter CEL is connected to the control device 14 via a signal line 26, for example. The control device 14 controls the operation of the converter CEL by inputting control signals to the converter CEL via the signal line 26 . Further, the converter CEL inputs, for example, a control signal and a protection signal relating to the control and operation protection of the converter CEL to the control device 14 via another signal line (not shown). The communication method between the control device 14 and each converter CEL is not limited to the above. For example, a plurality of serially connected converters CEL may be daisy-chained, and the controller 14 may communicate only with the converters CEL at one end and the converters CEL at the other end of the daisy-chain connection. The communication method between the control device 14 and each converter CEL may be any communication method that allows proper communication between the control device 14 and each converter CEL.

図2は、変換器を模式的に表すブロック図である。
図2に表したように、変換器CELは、複数のスイッチング素子41、42と、複数の整流素子51、52と、複数の駆動回路61、62と、一対の接続端子71、72と、電荷蓄積素子74と、給電回路76と、電圧検出回路78と、制御回路80と、を有する。
FIG. 2 is a block diagram schematically representing a converter.
As shown in FIG. 2, the converter CEL includes a plurality of switching elements 41 and 42, a plurality of rectifying elements 51 and 52, a plurality of drive circuits 61 and 62, a pair of connection terminals 71 and 72, a charge It has a storage element 74 , a power supply circuit 76 , a voltage detection circuit 78 and a control circuit 80 .

各スイッチング素子41、42は、一対の主端子と、制御端子と、を有する。制御端子は、一対の主端子間に流れる電流を制御する。各スイッチング素子41、42には、例えば、IGBTなどの自己消弧素子が用いられる。一対の主端子は、例えば、エミッタ及びコレクタであり、制御端子は、例えば、ゲートである。 Each switching element 41, 42 has a pair of main terminals and a control terminal. The control terminal controls current flowing between the pair of main terminals. Self-extinguishing elements such as IGBTs are used for the switching elements 41 and 42, for example. A pair of main terminals are, for example, an emitter and a collector, and a control terminal is, for example, a gate.

各スイッチング素子41、42は、一対の主端子間に電流を流せるようにするオン状態と、一対の主端子間に流れる電流を遮断するオフ状態と、を切り替える。オフ状態は、一対の主端子間に完全に電流が流れない状態に限ることなく、例えば、変換器CELの動作に影響の無い程度の微弱な電流が一対の主端子間に流れる状態でもよい。オフ状態は、換言すれば、一対の主端子間に流れる電流を十分に小さくした状態である。 Each of the switching elements 41 and 42 switches between an ON state that allows current to flow between the pair of main terminals and an OFF state that cuts off the current flowing between the pair of main terminals. The off state is not limited to a state in which no current flows between the pair of main terminals. For example, a weak current that does not affect the operation of the converter CEL may flow between the pair of main terminals. In other words, the off state is a state in which the current flowing between the pair of main terminals is sufficiently reduced.

各スイッチング素子41、42には、例えば、ノーマリオフ型の半導体素子が用いられる。各スイッチング素子41、42は、制御端子の電圧が高い状態においてオン状態となり、制御端子の電圧が低い状態においてオフ状態となる。各スイッチング素子41、42は、制御端子の電圧がオン状態よりも低い状態において、オフ状態となる。各スイッチング素子41、42は、例えば、制御端子に正電圧を印加した際にオン状態となり、制御端子の電圧を0Vに設定した際又は制御端子に負電圧を印加した際にオフ状態となる。 A normally-off semiconductor element, for example, is used for each of the switching elements 41 and 42 . Each of the switching elements 41 and 42 is turned on when the voltage of the control terminal is high, and turned off when the voltage of the control terminal is low. Each of the switching elements 41 and 42 is turned off when the voltage of the control terminal is lower than that of the on state. Each of the switching elements 41 and 42 is, for example, turned on when a positive voltage is applied to the control terminal, and turned off when the voltage of the control terminal is set to 0V or when a negative voltage is applied to the control terminal.

スイッチング素子42の一対の主端子は、スイッチング素子41の一対の主端子に対して直列に接続される。この例において、変換器CELは、直列に接続された2つのスイッチング素子41、42を有する。換言すれば、変換器CELは、ハーフブリッジ接続された2つのスイッチング素子41、42を有する。この例において、変換器CELは、ハーフブリッジ構成の変換器である。 A pair of main terminals of the switching element 42 are connected in series with a pair of main terminals of the switching element 41 . In this example, the converter CEL has two switching elements 41, 42 connected in series. In other words, the converter CEL has two switching elements 41, 42 connected in a half-bridge. In this example, the converter CEL is a half-bridge configured converter.

整流素子51は、スイッチング素子41の一対の主端子に対して逆並列に接続されている。整流素子51の順方向は、スイッチング素子41の一対の主端子間に流れる電流の向きに対して逆向きである。同様に、整流素子52は、スイッチング素子42の一対の主端子に対して逆並列に接続されている。整流素子51、52は、いわゆる還流ダイオードである。 The rectifying element 51 is connected in anti-parallel to the pair of main terminals of the switching element 41 . The forward direction of the rectifying element 51 is opposite to the direction of the current flowing between the pair of main terminals of the switching element 41 . Similarly, the rectifying element 52 is connected in anti-parallel to the pair of main terminals of the switching element 42 . The rectifying elements 51 and 52 are so-called freewheeling diodes.

接続端子71は、スイッチング素子41とスイッチング素子42との間に接続される。接続端子72は、スイッチング素子41のスイッチング素子42に接続された主端子と反対側の主端子に接続される。 The connection terminal 71 is connected between the switching element 41 and the switching element 42 . The connection terminal 72 is connected to the main terminal of the switching element 41 opposite to the main terminal connected to the switching element 42 .

同一アーム部内の複数の変換器CELは、一対の接続端子71、72を介して直列に接続される。変換器CELに対する電力の供給は、各接続端子71、72を介して行われる。スイッチング素子41は、いわゆるローサイドスイッチであり、スイッチング素子42は、いわゆるハイサイドスイッチである。 A plurality of transducers CEL within the same arm are connected in series via a pair of connection terminals 71 and 72 . Power is supplied to the converter CEL via respective connection terminals 71 , 72 . The switching element 41 is a so-called low-side switch, and the switching element 42 is a so-called high-side switch.

制御回路80は、信号線26を介して制御装置14に接続されている。制御装置14は、各スイッチング素子41、42のオン・オフを制御するための制御信号を信号線26を介して制御回路80に送信する。制御回路80は、入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子41、42のオン・オフを切り替えるための駆動信号を駆動回路61、62に入力する。 Control circuit 80 is connected to control device 14 via signal line 26 . The control device 14 transmits a control signal for controlling ON/OFF of the switching elements 41 and 42 to the control circuit 80 via the signal line 26 . The control circuit 80 inputs driving signals for switching on/off of the switching elements 41 and 42 to the driving circuits 61 and 62 based on the input control signals.

駆動回路61は、スイッチング素子41の制御端子に接続されている。駆動回路62は、スイッチング素子42の制御端子に接続されている。駆動回路61、62は、制御回路80から入力された駆動信号に基づいて、各スイッチング素子41、42のオン・オフを切り替える。これにより、制御装置14からの制御信号に応じて、各スイッチング素子41、42のオン・オフが制御される。制御装置14は、各変換器CEL毎に制御信号を生成し、各変換器CELのそれぞれの各スイッチング素子41、42のオン・オフを制御する。これにより、制御装置14は、主回路部12による電力の変換を制御する。 The drive circuit 61 is connected to the control terminal of the switching element 41 . The drive circuit 62 is connected to the control terminal of the switching element 42 . The drive circuits 61 and 62 switch ON/OFF of the respective switching elements 41 and 42 based on the drive signal input from the control circuit 80 . Thus, the switching elements 41 and 42 are controlled to be on/off according to the control signal from the control device 14 . The control device 14 generates a control signal for each converter CEL and controls on/off of each switching element 41, 42 of each converter CEL. Thereby, the control device 14 controls power conversion by the main circuit section 12 .

なお、駆動回路61、62及び制御回路80の構成は、上記に限ることなく、各スイッチング素子41、42のオン・オフを制御可能な任意の構成でよい。例えば、制御装置14からの制御信号を駆動回路61、62に直接的に入力してもよい。この場合、制御回路80は、省略可能である。 The configurations of the drive circuits 61 and 62 and the control circuit 80 are not limited to those described above, and may be any configuration capable of controlling the on/off of the switching elements 41 and 42 . For example, control signals from the control device 14 may be directly input to the drive circuits 61 and 62 . In this case, the control circuit 80 can be omitted.

電荷蓄積素子74は、スイッチング素子41及びスイッチング素子42に対して並列に接続される。電荷蓄積素子74は、例えば、コンデンサである。 The charge storage element 74 is connected in parallel with the switching element 41 and the switching element 42 . Charge storage element 74 is, for example, a capacitor.

スイッチング素子41がオフ状態で、スイッチング素子42がオン状態の時には、電荷蓄積素子74の電圧が各接続端子71、72間に現れる。スイッチング素子41がオン状態で、スイッチング素子42がオフ状態の時には、各接続端子71、72間が導通し、各接続端子71、72間の電圧は、実質的にゼロになる。 When the switching element 41 is in the OFF state and the switching element 42 is in the ON state, the voltage of the charge storage element 74 appears between the connection terminals 71 and 72 . When the switching element 41 is in the ON state and the switching element 42 is in the OFF state, the connection terminals 71 and 72 are electrically connected and the voltage between the connection terminals 71 and 72 becomes substantially zero.

このように、変換器CELは、制御装置14からの制御信号に基づく各スイッチング素子41、42のスイッチングにより、電荷蓄積素子74の電圧を各接続端子71、72間に出力する出力状態と、各接続端子71、72間を導通させたバイパス状態と、各スイッチング素子41、42をオフ状態とした停止状態と、を切り替える。 In this way, the converter CEL has an output state in which the voltage of the charge storage element 74 is output between the connection terminals 71 and 72 by switching the switching elements 41 and 42 based on the control signal from the control device 14, and each It switches between a bypass state in which the connection terminals 71 and 72 are electrically connected and a stopped state in which the switching elements 41 and 42 are turned off.

各アーム部22a~22fにおいては、出力状態となった変換器CELの合計の電圧が、各アーム部22a~22fの電圧となる。主回路部12及び制御装置14は、出力状態とする変換器CELの台数を制御することにより、マルチレベルの電力変換を行う。 In each of the arm portions 22a to 22f, the total voltage of the converter CEL in the output state becomes the voltage of each of the arm portions 22a to 22f. The main circuit unit 12 and the control device 14 perform multi-level power conversion by controlling the number of converters CEL to be in the output state.

各スイッチング素子41、42がともにオフ状態の時(変換器CELが停止状態の時)には、アーム電流の向きによって各接続端子71、72間の電圧が決まる。例えば、接続端子72から接続端子71に向かう向きにアーム電流が流れている時には、整流素子51がオンし、各接続端子71、72間の電圧は、実質的にゼロになる。反対に、接続端子71から接続端子72に向かう向きにアーム電流が流れている時には、整流素子52がオンし、電荷蓄積素子74が充電され、各接続端子71、72間には、電荷蓄積素子74の電圧が現れる。 When both the switching elements 41 and 42 are in the OFF state (when the converter CEL is in the stopped state), the voltage between the connection terminals 71 and 72 is determined by the direction of the arm current. For example, when the arm current flows from the connection terminal 72 to the connection terminal 71, the rectifying element 51 is turned on and the voltage between the connection terminals 71 and 72 becomes substantially zero. Conversely, when the arm current flows in the direction from the connection terminal 71 to the connection terminal 72, the rectifying element 52 is turned on, the charge storage element 74 is charged, and the charge storage element 74 voltage appears.

給電回路76は、電荷蓄積素子74に対して並列に接続されている。給電回路76は、電荷蓄積素子74に蓄積された電荷を基に、駆動回路61、62及び制御回路80の駆動電源を生成し、生成した駆動電源を駆動回路61、62及び制御回路80に供給する。駆動回路61、62及び制御回路80は、給電回路76からの駆動電源の供給に応じて動作する。 The power supply circuit 76 is connected in parallel with the charge storage element 74 . The power supply circuit 76 generates drive power for the drive circuits 61 and 62 and the control circuit 80 based on the charge accumulated in the charge storage element 74, and supplies the generated drive power to the drive circuits 61 and 62 and the control circuit 80. do. The drive circuits 61 and 62 and the control circuit 80 operate according to the supply of drive power from the power supply circuit 76 .

なお、駆動回路61、62及び制御回路80への給電方式は、上記に限定されるものではない。例えば、電荷蓄積素子74とは別の電源から駆動回路61、62及び制御回路80に対して給電を行ってもよい。駆動回路61、62及び制御回路80への給電方式は、駆動回路61、62及び制御回路80に対して適切に給電を行うことができる任意の方式でよい。 The method of supplying power to the drive circuits 61 and 62 and the control circuit 80 is not limited to the above. For example, power may be supplied to the drive circuits 61 and 62 and the control circuit 80 from a power supply other than the charge storage element 74 . A method of supplying power to the drive circuits 61 and 62 and the control circuit 80 may be any method that can appropriately supply power to the drive circuits 61 and 62 and the control circuit 80 .

電圧検出回路78は、電荷蓄積素子74に対して並列に接続されている。電圧検出回路78は、制御回路80と接続されている。電圧検出回路78は、電荷蓄積素子74の直流電圧を検出し、電荷蓄積素子74の直流電圧の電圧検出値を制御回路80に入力する。 A voltage detection circuit 78 is connected in parallel with the charge storage element 74 . The voltage detection circuit 78 is connected with the control circuit 80 . The voltage detection circuit 78 detects the DC voltage of the charge storage element 74 and inputs the voltage detection value of the DC voltage of the charge storage element 74 to the control circuit 80 .

制御回路80は、保護回路82を有する。保護回路82は、電圧検出回路78によって検出された電荷蓄積素子74の直流電圧が上限値以上になった際に、保護動作を行う。保護回路82は、電荷蓄積素子74の直流電圧が上限値以上になった際に、変換器CELをバイパス状態に切り替える。 The control circuit 80 has a protection circuit 82 . The protection circuit 82 performs a protection operation when the DC voltage of the charge storage element 74 detected by the voltage detection circuit 78 exceeds the upper limit value. The protection circuit 82 switches the converter CEL to the bypass state when the DC voltage of the charge storage element 74 exceeds the upper limit value.

例えば、制御回路80の異常でスイッチング素子41、42のスイッチングが意図したタイミングで行われなかった際に、電荷蓄積素子74の電圧が上昇してしまう場合がある。こうした電荷蓄積素子74の電圧の上昇は、スイッチング素子41、42や電荷蓄積素子74などの変換器CELの各部の故障の要因となってしまう。 For example, when the switching elements 41 and 42 are not switched at the intended timing due to an abnormality in the control circuit 80, the voltage of the charge storage element 74 may rise. Such an increase in the voltage of the charge accumulating element 74 causes failure of each part of the converter CEL such as the switching elements 41 and 42 and the charge accumulating element 74 .

このため、保護回路82は、電圧検出回路78からの電圧検出値を基に、電荷蓄積素子74の直流電圧が上限値以上になった際に、変換器CELをバイパス状態に切り替える。これにより、電荷蓄積素子74の電圧の上昇による変換器CELの故障を抑制することができるとともに、異常の発生した変換器CELをバイパスしつつ、同一アーム部内の残りの変換器CELで電力変換装置10の運転を継続することができる。 Therefore, based on the voltage detection value from the voltage detection circuit 78, the protection circuit 82 switches the converter CEL to the bypass state when the DC voltage of the charge storage element 74 exceeds the upper limit value. As a result, it is possible to suppress the failure of the converter CEL due to an increase in the voltage of the charge storage element 74, and to bypass the converter CEL in which the abnormality has occurred, and the remaining converters CEL in the same arm section can be used as the power conversion device. 10 runs can be continued.

なお、保護回路82の構成は、上記に限定されるものではない。例えば、保護回路82は、必ずしも制御回路80内に設ける必要はなく、制御回路80と別に設けてもよい。例えば、制御回路80と別に設けられた保護回路82を電荷蓄積素子74に対して並列に接続することにより、保護回路82で電荷蓄積素子74の直流電圧を検出するようにしてもよい。この場合、電圧検出回路78は、省略可能である。 Note that the configuration of the protection circuit 82 is not limited to the above. For example, the protection circuit 82 does not necessarily have to be provided within the control circuit 80 and may be provided separately from the control circuit 80 . For example, a protection circuit 82 provided separately from the control circuit 80 may be connected in parallel to the charge storage element 74 so that the protection circuit 82 detects the DC voltage of the charge storage element 74 . In this case, the voltage detection circuit 78 can be omitted.

制御装置14は、複数の変換器CELのそれぞれについて、複数のスイッチング素子41、42の短絡故障の検出を行う。 The control device 14 detects short-circuit failures of the plurality of switching elements 41 and 42 for each of the plurality of converters CEL.

変換器CELにおいて、各スイッチング素子41、42の短絡故障は、例えば、各スイッチング素子41、42を同時にオン状態にし、各スイッチング素子41、42を介して電荷蓄積素子74の両端を短絡させた、いわゆる直流短絡の発生の際に、発生する可能性がある。各スイッチング素子41、42には、例えば、圧接型のスイッチング素子が用いられる。圧接型のスイッチング素子では、直流短絡が発生した際の故障モードが短絡故障となる。但し、各スイッチング素子41、42は、圧接型のスイッチング素子に限定されるものではない。各スイッチング素子41、42は、例えば、短絡故障の故障モードを有する任意のスイッチング素子でよい。 In the converter CEL, a short-circuit failure of each switching element 41, 42 is caused, for example, by simultaneously turning on each switching element 41, 42 and short-circuiting both ends of the charge storage element 74 via each switching element 41, 42. It can occur in the event of a so-called DC short circuit. For each of the switching elements 41 and 42, for example, pressure contact type switching elements are used. In pressure contact type switching elements, the failure mode when a DC short circuit occurs is a short circuit failure. However, the switching elements 41 and 42 are not limited to pressure contact type switching elements. Each switching element 41, 42 may be any switching element having a failure mode of, for example, a short circuit failure.

図3は、電力変換装置の動作の一例を模式的に表す説明図である。
制御装置14は、複数の変換器CELのいずれかでスイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障を検出した場合に、図3に表したように、交流電力系統2又は直流送電線3、4に対して制御指令値などに応じた所定の電力を供給するとともに、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELに対して主回路部12内を循環する循環電流を供給するように、複数の変換器CELの動作を制御する。制御装置14は、複数の変換器CELのいずれかでスイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障を検出した場合、交流電力系統2や直流送電線3、4などの負荷側への電力の供給を行いつつ、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELに対して循環電流を供給するように、複数の変換器CELの動作を制御する。
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing an example of the operation of the power converter.
When the control device 14 detects a short-circuit fault in one of the switching elements 41 and 42 in one of the plurality of converters CEL, as shown in FIG. , and supply a circulating current circulating in the main circuit unit 12 to the converter CEL in which a short-circuit fault has occurred in one of the switching elements 41 and 42. It controls the operation of a plurality of converters CEL so as to do so. When the control device 14 detects a short circuit failure of one of the switching elements 41 and 42 in one of the plurality of converters CEL, the control device 14 supplies power to the load side such as the AC power system 2 and the DC transmission lines 3 and 4. , the operation of the plurality of converters CEL is controlled so as to supply a circulating current to the converter CEL in which one of the switching elements 41 and 42 has a short-circuit failure.

図3では、第5アーム部22eの変換器WP1のスイッチング素子41、42に短絡故障が発生した場合を例示している。この場合、制御装置14は、例えば、図3に表したように、第5アーム部22eから第6アーム部22f、第4アーム部22d、及び第3アーム部22cを経由して再び第5アーム部22eに戻る経路に循環電流を供給する。このように、循環電流は、例えば、主回路部12において、ブリッジ接続された複数のアーム部22a~22fを循環する電流である。制御装置14は、ブリッジ接続された複数のアーム部22a~22fを循環するように循環電流を供給する。但し、循環電流を供給する経路は、これに限ることなく、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELを含む任意の経路でよい。図3の例では、少なくとも第5アーム部22eに循環電流を供給可能な任意の経路でよい。 FIG. 3 illustrates a case where a short circuit failure occurs in the switching elements 41 and 42 of the converter WP1 of the fifth arm portion 22e. In this case, for example, as shown in FIG. 3, the control device 14 moves from the fifth arm portion 22e through the sixth arm portion 22f, the fourth arm portion 22d, and the third arm portion 22c to the fifth arm again. A circulating current is supplied to the path returning to the portion 22e. Thus, the circulating current is, for example, a current that circulates through the plurality of bridge-connected arm portions 22a to 22f in the main circuit portion 12. FIG. The controller 14 supplies a circulating current to circulate through the bridge-connected arms 22a-22f. However, the path for supplying the circulating current is not limited to this, and may be any path including the converter CEL in which one of the switching elements 41 and 42 has a short-circuit failure. In the example of FIG. 3, any path that can supply circulating current to at least the fifth arm portion 22e may be used.

制御装置14は、複数の変換器CELのいずれかでスイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障を検出した場合に、例えば、各アーム部22a~22fに流れるアーム電流の指令値を制御する。これにより、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELに対して主回路部12内を循環する循環電流を供給するように、複数の変換器CELの動作を制御することができる。 When the control device 14 detects a short-circuit fault in one of the switching elements 41 and 42 in one of the plurality of converters CEL, for example, it controls the command value of the arm current flowing through each of the arm portions 22a to 22f. Thereby, the operations of the plurality of converters CEL are controlled so as to supply a circulating current circulating in the main circuit section 12 to the converter CEL in which one of the switching elements 41 and 42 has a short-circuit failure. can be done.

スイッチング素子41、42が短絡故障を起こした際のスイッチング素子41、42の短絡状態は、故障の様相によって異なる。場合によっては、高い抵抗値を持った状態で短絡する場合もあり、大きな発熱をともなったり、一対の接続端子71、72間に電圧が発生したりしてしまう可能性がある。 The short-circuit state of the switching elements 41 and 42 when the switching elements 41 and 42 have a short-circuit failure differs depending on the mode of failure. In some cases, short-circuiting may occur with a high resistance value, resulting in large heat generation or voltage generation between the pair of connection terminals 71 and 72 .

これに対し、本実施形態に係る電力変換装置10では、制御装置14が、複数の変換器CELのスイッチング素子41、42の短絡故障の検出を行い、複数の変換器CELのいずれかでスイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障を検出した場合に、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELに対して主回路部12内を循環する循環電流を供給するように、複数の変換器CELの動作を制御する。 On the other hand, in the power conversion device 10 according to the present embodiment, the control device 14 detects a short-circuit failure in the switching elements 41 and 42 of the plurality of converters CEL, and the switching element in one of the plurality of converters CEL. A circulating current circulating in the main circuit unit 12 is supplied to the converter CEL in which a short circuit fault has occurred in one of the switching elements 41 and 42 when a short circuit fault in one of the switching elements 41 and 42 is detected. , controls the operation of a plurality of converters CEL.

このように、アーム電流に循環電流を重畳することにより、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELに供給されるアーム電流を一時的に大きくする。接触面が少なく高い抵抗値を持った状態となっているスイッチング素子41に大きな電流を流すことで、自身の発熱によって接触面を安定化させ、抵抗値を下げることができる。これにより、例えば、交流電力系統2や直流送電線3、4に電力を供給する電力変換装置10の通常の動作(直流から交流又は交流から直流に変換する動作)の際に、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELにおいて、大きな発熱が生じたり、一対の接続端子71、72間に電圧が発生したりすることを抑制することができる。 By superimposing the circulating current on the arm current in this way, the arm current supplied to the converter CEL in which one of the switching elements 41 and 42 has a short-circuit failure is temporarily increased. By applying a large current to the switching element 41 that has a small contact surface and a high resistance value, the contact surface can be stabilized by its own heat generation, and the resistance value can be reduced. As a result, for example, during the normal operation of the power conversion device 10 that supplies power to the AC power system 2 and the DC transmission lines 3 and 4 (the operation of converting DC to AC or vice versa), the switching element 41, In the converter CEL in which one of the short-circuit failures of 42 has occurred, generation of large heat and generation of voltage between the pair of connection terminals 71 and 72 can be suppressed.

循環電流は、抵抗値が安定するまで流せばよいので、短時間でよい。従って、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障を検出した場合に、その変換器CELが存在するアーム部に循環電流を短時間だけ流す制御を行うことで、スイッチング素子41の短絡状態を安定的なものにすることができ、運転継続性を向上させることができる。また、循環電流は、主回路部12内を還流する電流であるため、交流電力系統2側や直流送電線3、4側に寄与しない。 The circulating current only needs to flow until the resistance value is stabilized, so a short time is sufficient. Therefore, when a short-circuit fault is detected in one of the switching elements 41 and 42, the short-circuit state of the switching element 41 is stabilized by controlling the flow of a circulating current to the arm portion where the converter CEL exists for a short period of time. It is possible to improve the continuity of operation. Moreover, since the circulating current is a current that circulates in the main circuit section 12, it does not contribute to the AC power system 2 side or the DC transmission lines 3, 4 side.

また、この場合、制御装置14は、一対の接続端子71、72の一方から他方に向かう方向又は一対の接続端子71、72の他方から一方に向かう方向に循環電流を供給する。変換器CELがハーフブリッジ構成である場合、スイッチング素子41、42に対して循環電流を供給する向きは、アーム電流を大きくすることができる任意の方向でよい。 Also, in this case, the control device 14 supplies a circulating current in a direction from one of the pair of connection terminals 71 and 72 to the other or in a direction from the other of the pair of connection terminals 71 and 72 to one. When the converter CEL has a half-bridge configuration, the direction in which the circulating current is supplied to the switching elements 41 and 42 may be any direction that can increase the arm current.

制御装置14は、複数の変換器CELのいずれかでスイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障を検出し、スイッチング素子41、42のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELに対して循環電流を供給する制御を開始した後、例えば、循環電流の供給開始から所定時間の経過に応じて循環電流の供給の制御を停止する。 The control device 14 detects a short-circuit fault in one of the switching elements 41 and 42 in one of the plurality of converters CEL, and circulates to the converter CEL in which the short-circuit fault has occurred in one of the switching elements 41 and 42. After starting the control of the supply of the current, for example, the control of the supply of the circulating current is stopped when a predetermined time has elapsed from the start of the supply of the circulating current.

循環電流は、他の変換器CELの運転に対して、アーム電流に循環電流が重畳されたことによる影響を与えない範囲で設定する。循環電流は、スイッチング素子41、42の定格電流以下で、かつ短絡故障したスイッチング素子41の接触面を安定化させることが可能な任意の大きさの電流でよい。また、循環電流を供給する所定時間は、短絡故障したスイッチング素子41の接触面を循環電流によって安定化させることが可能な任意の時間でよい。 The circulating current is set within a range that does not affect the operation of other converters CEL due to the circulating current being superimposed on the arm current. The circulating current may be any magnitude of current that is equal to or less than the rated current of the switching elements 41 and 42 and is capable of stabilizing the contact surface of the short-circuited switching element 41 . Moreover, the predetermined time for which the circulating current is supplied may be any time during which the circulating current can stabilize the contact surface of the short-circuited switching element 41 .

以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換装置10では、スイッチング素子41、42の短絡故障が発生した際に、短絡故障したスイッチング素子41の不安定な短絡状態を抑制することができる。 As described above, in the power conversion device 10 according to the present embodiment, when a short-circuit failure occurs in the switching elements 41 and 42, an unstable short-circuit state of the switching element 41 that has the short-circuit failure can be suppressed. .

図4は、変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図4に表したように、この例の変換器CELaは、スイッチング素子41、42を有するとともに、スイッチング素子43、44をさらに有する。スイッチング素子43、44には、スイッチング素子41、42と実質的に同じ素子が用いられる。
FIG. 4 is a block diagram schematically showing a modification of the converter.
As represented in FIG. 4 , the converter CELa in this example has switching elements 41 and 42 and further has switching elements 43 and 44 . Substantially the same elements as the switching elements 41 and 42 are used for the switching elements 43 and 44 .

スイッチング素子43、44は、直列に接続されている。スイッチング素子43、44の直列接続体は、スイッチング素子41、42の直列接続体に対して並列に接続されている。すなわち、この例において、変換器CELaは、フルブリッジ接続された4つのスイッチング素子41~44を有する。この例において、変換器CELaは、フルブリッジ構成の変換器である。 The switching elements 43 and 44 are connected in series. The series connection body of the switching elements 43 and 44 is connected in parallel to the series connection body of the switching elements 41 and 42 . That is, in this example, the converter CELa has four switching elements 41-44 connected in a full bridge. In this example, the converter CELa is a full-bridge converter.

変換器CELaは、整流素子53、54、及び駆動回路63、64をさらに有する。整流素子53は、スイッチング素子43に対して逆並列に接続されている。整流素子54は、スイッチング素子44に対して逆並列に接続されている。変換器CELaにおいて、制御回路80は、制御装置14から入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子41~44のオン・オフを切り替えるための駆動信号を駆動回路61~64に入力する。駆動回路63は、制御回路80から入力された駆動信号に基づいて、スイッチング素子43のオン状態とオフ状態とを切り替える。駆動回路64は、制御回路80から入力された駆動信号に基づいて、スイッチング素子44のオン状態とオフ状態とを切り替える。 The converter CELa further comprises rectifying elements 53,54 and drive circuits 63,64. The rectifying element 53 is connected in anti-parallel with the switching element 43 . The rectifying element 54 is connected in anti-parallel with the switching element 44 . In the converter CELa, the control circuit 80 inputs drive signals for switching on/off of the switching elements 41 to 44 to the drive circuits 61 to 64 based on the control signals input from the control device 14 . The drive circuit 63 switches the switching element 43 between an ON state and an OFF state based on the drive signal input from the control circuit 80 . The drive circuit 64 switches the switching element 44 between an ON state and an OFF state based on the drive signal input from the control circuit 80 .

変換器CELaでは、接続端子71が、スイッチング素子41とスイッチング素子42との間に接続されている。接続端子72は、スイッチング素子43とスイッチング素子44との間に接続されている。この例において、接続端子72は、スイッチング素子43を介してスイッチング素子41のスイッチング素子42に接続された主端子と反対側の主端子に接続される。 In converter CELa, connection terminal 71 is connected between switching element 41 and switching element 42 . The connection terminal 72 is connected between the switching element 43 and the switching element 44 . In this example, the connection terminal 72 is connected via the switching element 43 to the main terminal of the switching element 41 opposite to the main terminal connected to the switching element 42 .

変換器CELaでは、電荷蓄積素子74の電圧をVcとする時に、スイッチング素子41とスイッチング素子44とをオン状態にし、スイッチング素子42とスイッチング素子43とをオフ状態にすることにより、各接続端子71、72間に-Vcの電圧が現れる。 In the converter CELa, when the voltage of the charge storage element 74 is Vc, the switching elements 41 and 44 are turned on, and the switching elements 42 and 43 are turned off. , 72 appears a voltage of -Vc.

また、スイッチング素子42とスイッチング素子43とをオン状態にし、スイッチング素子41とスイッチング素子44とをオフ状態にすることにより、各接続端子71、72間に+Vcの電圧が現れる。 By turning on the switching elements 42 and 43 and turning off the switching elements 41 and 44 , a voltage of +Vc appears between the connection terminals 71 and 72 .

さらに、ローサイド側のスイッチング素子41、43をオン状態にし、ハイサイド側のスイッチング素子42、44をオフ状態にする。もしくは、ハイサイド側のスイッチング素子42、44をオン状態にし、ローサイド側のスイッチング素子41、43をオフ状態にする。これにより、各接続端子71、72間が導通され、各接続端子71、72間に実質的に0Vが現れる。 Furthermore, the switching elements 41 and 43 on the low side are turned on, and the switching elements 42 and 44 on the high side are turned off. Alternatively, the switching elements 42 and 44 on the high side are turned on, and the switching elements 41 and 43 on the low side are turned off. As a result, the connection terminals 71 and 72 are electrically connected, and substantially 0 V appears between the connection terminals 71 and 72 .

このように、この変換器CELaでは、各接続端子71、72間に、+Vc、0、-Vcの3レベルの電圧を出力することができる。変換器CELaは、複数のスイッチング素子41~44のスイッチングにより、+Vcの電圧を各接続端子71、72間に出力する第1出力状態と、-Vcの電圧を各接続端子71、72間に出力する第2出力状態と、各接続端子71、72間を導通させたバイパス状態と、各スイッチング素子41~44をオフ状態とした停止状態と、を切り替えることができる。 In this manner, the converter CELa can output voltages of three levels of +Vc, 0, and -Vc between the connection terminals 71 and 72, respectively. The converter CELa outputs a voltage of +Vc between the connection terminals 71 and 72 and a voltage of −Vc between the connection terminals 71 and 72 by switching the switching elements 41 to 44. a second output state, in which the connection terminals 71 and 72 are electrically connected, and a stop state in which the switching elements 41 to 44 are turned off.

保護回路82は、例えば、電荷蓄積素子74の直流電圧が上限値以上になった際に、変換器CELaをバイパス状態に切り替える。 The protection circuit 82 switches the converter CELa to the bypass state, for example, when the DC voltage of the charge storage element 74 becomes equal to or higher than the upper limit value.

変換器CELaにおいても、例えば、直流短絡の発生の際に、スイッチング素子41~44の短絡故障が発生する可能性がある。制御装置14は、複数の変換器CELaのスイッチング素子41~44の短絡故障の検出を行い、複数の変換器CELaのいずれかでスイッチング素子41~44のいずれかの短絡故障を検出した場合に、スイッチング素子41~44のいずれかの短絡故障が発生した変換器CELaに対して主回路部12内を循環する循環電流を供給するように、複数の変換器CELaの動作を制御する。これにより、フルブリッジ回路の変換器CELaにおいても、上記実施形態と同様に、短絡故障したスイッチング素子41~44の不安定な短絡状態を抑制することができる。 Also in the converter CELa, for example, a short-circuit failure of the switching elements 41-44 may occur when a DC short-circuit occurs. The control device 14 detects short-circuit failures of the switching elements 41 to 44 of the plurality of converters CELa, and when detecting a short-circuit failure of any of the switching elements 41 to 44 in any of the plurality of converters CELa, The operation of the plurality of converters CELa is controlled so as to supply a circulating current circulating in the main circuit section 12 to the converter CELa in which one of the switching elements 41 to 44 has a short-circuit failure. As a result, even in the converter CELa of the full-bridge circuit, as in the above-described embodiment, it is possible to suppress an unstable short-circuit state of the switching elements 41 to 44 having a short-circuit failure.

制御装置14は、フルブリッジ回路の変換器CELaの場合、例えば、接続端子71から接続端子72に向かう方向及び接続端子72から接続端子71に向かう方向の双方向に循環電流を供給する。制御装置14は、例えば、交流の循環電流を供給する。これにより、ローサイド側のスイッチング素子41、43のそれぞれの接触面、又はハイサイド側のスイッチング素子42、44のそれぞれの接触面を適切に安定化させることができる。 In the case of the converter CELa of the full-bridge circuit, the control device 14 supplies circulating current in both directions from the connection terminal 71 to the connection terminal 72 and from the connection terminal 72 to the connection terminal 71, for example. The controller 14 supplies, for example, an alternating circulating current. As a result, the contact surfaces of the switching elements 41 and 43 on the low side or the contact surfaces of the switching elements 42 and 44 on the high side can be stabilized appropriately.

このように、MMC型の主回路部12において、変換器の構成は、ハーフブリッジ回路でもよいし、フルブリッジ回路でもよい。 Thus, in the MMC main circuit section 12, the configuration of the converter may be a half-bridge circuit or a full-bridge circuit.

上記実施形態では、主回路部12にMMC型の電力変換器を用いている。主回路部12は、MMC型に限ることなく、例えば、複数の変換器CEL(変換器CELa)を直列に接続する他の方式の電力変換器でもよい。 In the above embodiment, an MMC type power converter is used for the main circuit section 12 . The main circuit unit 12 is not limited to the MMC type, and may be, for example, a power converter of another type in which a plurality of converters CEL (converters CELa) are connected in series.

電力変換装置10は、直流送電システムに限ることなく、交流から直流への変換及び直流から交流への変換が必要な他の任意のシステムなどに適用してもよい。主回路部12による交直変換は、交流から直流及び直流から交流の双方に限ることなく、交流から直流又は直流から交流の一方のみでもよい。また、主回路部12は、例えば、交流交流直接変換回路などでもよい。 The power conversion device 10 is not limited to a DC power transmission system, and may be applied to any other system that requires AC-to-DC conversion and DC-to-AC conversion. The AC/DC conversion by the main circuit unit 12 is not limited to both AC to DC and DC to AC, but may be AC to DC or DC to AC. Also, the main circuit section 12 may be, for example, an AC/AC direct conversion circuit.

主回路部12の構成は、例えば、複数のアーム部をスター結線、デルタ結線、あるいはマトリックス結線した構成などでもよい。主回路部12は、例えば、モジュラーマトリックスコンバータなどでもよい。主回路部12は、必ずしも複数のレグを有しなくてもよい。主回路部は、少なくとも複数のアーム部を有していればよい。主回路部の構成は、電力の変換が可能な任意の構成でよい。電力変換装置は、例えば、周波数変換装置、直流送電装置、無効電力補償装置、あるいは電力潮流制御装置などでもよい。 The configuration of the main circuit section 12 may be, for example, a configuration in which a plurality of arm sections are star-connected, delta-connected, or matrix-connected. The main circuit section 12 may be, for example, a modular matrix converter. The main circuit section 12 does not necessarily have to have a plurality of legs. The main circuit section should have at least a plurality of arm sections. The configuration of the main circuit section may be any configuration that can convert power. The power conversion device may be, for example, a frequency conversion device, a DC power transmission device, a reactive power compensator, or a power flow control device.

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、その他の様々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とその均等の範囲に含まれる。 While several embodiments of the invention have been described, these embodiments have been presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and modifications can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the scope of the invention described in the claims and equivalents thereof.

2…交流電力系統、 3、4…直流送電線、 6…変圧器、 10…電力変換装置、 12…主回路部、 14…制御装置、 20a…第1直流端子、 20b…第2直流端子、 21a…第1交流端子、 21b…第2交流端子、 21c…第3交流端子、 22a…第1アーム部、 22b…第2アーム部、 22c…第3アーム部、 22d…第4アーム部、 22e…第5アーム部、 22f…第6アーム部、 23a~23f…バッファリアクトル、 24a~24f…電流検出器、 25…電圧検出部、 26…信号線、 41~44…スイッチング素子、 51~54…整流素子、 61~64…駆動回路、 71、72…接続端子、 74…電荷蓄積素子、 76…給電回路、 78…電圧検出回路、 80…制御回路、 82…保護回路、 CEL、CELa…変換器、 LG1…第1レグ、 LG2…第2レグ、 LG3…第3レグ 2 AC power system 3, 4 DC transmission line 6 Transformer 10 Power conversion device 12 Main circuit unit 14 Control device 20a First DC terminal 20b Second DC terminal 21a first AC terminal 21b second AC terminal 21c third AC terminal 22a first arm 22b second arm 22c third arm 22d fourth arm 22e 5th arm 22f 6th arm 23a to 23f buffer reactor 24a to 24f current detector 25 voltage detector 26 signal line 41 to 44 switching element 51 to 54 Rectifying element 61 to 64 Drive circuit 71, 72 Connection terminal 74 Charge storage element 76 Power supply circuit 78 Voltage detection circuit 80 Control circuit 82 Protection circuit CEL, CELa Converter , LG1...1st leg, LG2...2nd leg, LG3...3rd leg

Claims (5)

直列に接続された複数の変換器を有し、複数の前記変換器の動作により、電力の変換を行う主回路部と、
前記主回路部の動作を制御する制御装置と、
を備え、
複数の前記変換器のそれぞれは、
一対の接続端子と、
複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、
を有し、前記一対の接続端子を介して直列に接続されるとともに、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記電荷蓄積素子の電圧を前記一対の接続端子間に出力する出力状態と、前記一対の接続端子間を導通させたバイパス状態と、前記複数のスイッチング素子をオフ状態とした停止状態と、を切り替え可能であり、
前記制御装置は、複数の前記変換器の複数のスイッチング素子の短絡故障の検出を行い、複数の前記変換器のいずれかで前記複数のスイッチング素子のいずれかの短絡故障を検出した場合に、前記複数のスイッチング素子のいずれかの短絡故障が発生した前記変換器に対して前記主回路部内を循環する循環電流を供給するように、複数の前記変換器の動作を制御する電力変換装置。
a main circuit unit having a plurality of converters connected in series and performing power conversion by the operation of the plurality of converters;
a control device that controls the operation of the main circuit unit;
with
each of the plurality of transducers,
a pair of connection terminals;
a plurality of switching elements;
a charge storage element connected in parallel to the plurality of switching elements;
are connected in series via the pair of connection terminals, and an output state in which the voltage of the charge storage element is output between the pair of connection terminals by switching of the plurality of switching elements; can be switched between a bypass state in which the connection terminals of the are electrically connected and a stopped state in which the plurality of switching elements are turned off;
The control device detects a short-circuit failure in a plurality of switching elements of the plurality of converters, and detects a short-circuit failure in any one of the plurality of switching elements in any one of the plurality of converters. A power converter that controls operations of a plurality of converters so as to supply a circulating current circulating in the main circuit unit to the converter in which a short-circuit fault has occurred in any one of the plurality of switching elements.
前記制御装置は、前記循環電流を供給する制御を開始した後、前記循環電流の供給開始から所定時間の経過に応じて前記循環電流の供給の制御を停止する請求項1記載の電力変換装置。 2. The power converter according to claim 1, wherein said control device stops controlling the supply of said circulating current after a predetermined period of time has elapsed since the start of supplying said circulating current after starting the control of supplying said circulating current. 前記主回路部は、ブリッジ接続された複数のアーム部を有し、
前記複数のアーム部のそれぞれは、直列に接続された複数の前記変換器を有し、
前記制御装置は、ブリッジ接続された前記複数のアーム部を循環するように前記循環電流を供給する請求項1又は2に記載の電力変換装置。
The main circuit section has a plurality of bridge-connected arm sections,
each of the plurality of arm portions has a plurality of the transducers connected in series;
The power converter according to claim 1 or 2, wherein the control device supplies the circulating current so as to circulate through the plurality of bridge-connected arm portions.
複数の前記変換器は、ハーフブリッジ接続された2つの前記スイッチング素子を有し、
前記制御装置は、前記一対の接続端子の一方から他方に向かう方向又は前記一対の接続端子の他方から一方に向かう方向に前記循環電流を供給する請求項1~3のいずれか1つに記載の電力変換装置。
The plurality of converters have two switching elements connected in half bridges,
4. The control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device supplies the circulating current in a direction from one of the pair of connection terminals to the other or in a direction from the other of the pair of connection terminals to one. Power converter.
複数の前記変換器は、フルブリッジ接続された4つの前記スイッチング素子を有し、
前記制御装置は、前記一対の接続端子の一方から他方に向かう方向又は前記一対の接続端子の他方から一方に向かう方向に前記循環電流を供給する請求項1~3のいずれか1つに記載の電力変換装置。
The plurality of converters has four switching elements connected in a full bridge,
4. The control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control device supplies the circulating current in a direction from one of the pair of connection terminals to the other or in a direction from the other of the pair of connection terminals to one. Power converter.
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