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公開番号2025036398
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-14
出願番号2024152105,2024504868
出願日2024-09-04,2023-09-01
発明の名称電力変換装置
出願人三菱電機株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H02M 7/48 20070101AFI20250306BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】直列接続された2つのハーフブリッジ回路で構成された変換器セルの異常発生時に、バイパス要素に流れる過電流を抑制してバイパス要素を保護することが可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置に含まれる複数の変換器セルの各々は、セル制御部と、直列接続された第1スイッチング回路および第2スイッチング回路と、バイパス要素とを含む。第1スイッチング回路は、第1半導体素子と、第2半導体素子と、第1エネルギー蓄積要素とを含む。第2スイッチング回路は、第3半導体素子と、第4半導体素子と、第2エネルギー蓄積要素とを含む。第1半導体素子に流れる短絡電流または第4半導体素子に流れる短絡電流が検出された場合、セル制御部は、第1半導体素子および第4半導体素子をオフ状態に制御する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
直列接続された複数の変換器セルを備える電力変換装置であって、
前記複数の変換器セルの各々は、
セル制御部と、
直列接続された第１スイッチング回路および第２スイッチング回路と、
第１入出力端子および第２入出力端子と、
前記第１入出力端子と前記第２入出力端子との間に接続されたバイパス要素とを含み、
前記第１スイッチング回路は、第１半導体素子と、第２半導体素子と、前記第１半導体素子および前記第２半導体素子を含む直列体に並列接続された第１エネルギー蓄積要素とを含み、
前記第１入出力端子は、前記第１半導体素子の負極端子と前記第２半導体素子の正極端子との接続点に接続され、
前記第２スイッチング回路は、第３半導体素子と、第４半導体素子と、前記第３半導体素子および前記第４半導体素子を含む直列体に並列接続された第２エネルギー蓄積要素とを含み、
前記第２入出力端子は、前記第３半導体素子の負極端子と前記第４半導体素子の正極端子との接続点に接続され、
前記第１半導体素子に流れる短絡電流または前記第４半導体素子に流れる短絡電流が検出された場合、前記セル制御部は、前記第１半導体素子および前記第４半導体素子をオフ状態に制御する、電力変換装置。
続きを表示（約 97 文字）【請求項２】
前記セル制御部は、前記第１半導体素子のエミッタ側の寄生インダクタンスの電圧に基づいて、前記第１半導体素子に流れる短絡電流を検出する、請求項１に記載の電力変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力変換装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電力系統等の高圧系統に適用される高電圧、大容量の電力変換装置として、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）が知られている。ＭＭＣは、変換器セルがカスケード接続されたアームにより構成される。変換器セルは、複数の半導体スイッチとコンデンサとを含んでおり、半導体スイッチをオンオフさせることにより、コンデンサの両端電圧またはゼロ電圧を出力する。また、変換器セルに異常が発生した場合に、バイパス要素を用いて当該変換器セルを短絡することにより運転継続を可能にする電力変換装置が知られている。
【０００３】
例えば、特許５８８９４９８号公報（特許文献１）に係る電力変換装置は、変換器セルの異常が検知された場合に、バイパス要素の閉路が確立されるまでの期間、複数の半導体素子のうち、バイパス要素を含まない電流経路を継続的に形成するように選択した半導体素子をオン状態にするように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特許５８８９４９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、変換器セルの異常発生時において、バイパス要素の閉路動作に伴ってバイパス要素に流れる過電流を抑制することにより、バイパス要素の損傷を防止することを検討している。特許文献１に係る変換器セルは、ハーフブリッジ回路またはフルブリッジ回路で構成されている。
【０００６】
一方、ハーフブリッジ回路を２個直列に接続した構成を有する変換器セルでは、２つのハーフブリッジ回路によって変換器セル全体に印加される電圧を分割できるため、各ハーフブリッジ回路への印加電圧を低減できる．当該構成を有する変換器セルにおいても、バイパス要素に流れる過電流を抑制してバイパス要素が損傷しないように保護する必要がある。しかしながら、特許文献１は当該保護を実現するための解決手段を教示も示唆もしていない。
【０００７】
本開示のある局面における目的は、直列接続された２つのハーフブリッジ回路で構成された変換器セルの異常発生時に、バイパス要素に流れる過電流を抑制してバイパス要素を保護することが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施の形態に従うと、直列接続された複数の変換器セルを備える電力変換装置が提供される。複数の変換器セルの各々は、セル制御部と、直列接続された第１スイッチング回路および第２スイッチング回路と、第１入出力端子および第２入出力端子と、第１入出力端子と第２入出力端子との間に接続されたバイパス要素とを含む。第１スイッチング回路は、第１半導体素子と、第２半導体素子と、第１半導体素子および第２半導体素子を含む直列体に並列接続された第１エネルギー蓄積要素とを含む。第１入出力端子は、第１半導体素子の負極端子と第２半導体素子の正極端子との接続点に接続される。第２スイッチング回路は、第３半導体素子と、第４半導体素子と、第３半導体素子および第４半導体素子を含む直列体に並列接続された第２エネルギー蓄積要素とを含む。第２入出力端子は、第３半導体素子の負極端子と第４半導体素子の正極端子との接続点に接続される。第１スイッチング回路および第２スイッチング回路のうちのいずれかの異常が検出された場合、セル制御部は、バイパス要素を閉路するための制御を実行し、制御に応じてバイパス要素の閉路が確立される前の期間において、第１半導体素子および第４半導体素子の各々をオフ状態にするための制御を実行し、第２半導体素子および第３半導体素子の各々をオン状態にするための制御を実行する。
【０００９】
他の実施の形態に従うと、直列接続された複数の変換器セルを備える電力変換装置が提供される。複数の変換器セルの各々は、セル制御部と、直列接続された第１スイッチング回路および第２スイッチング回路と、第１入出力端子および第２入出力端子と、第１入出力端子と第２入出力端子との間に接続されたバイパス要素とを含む。第１スイッチング回路は、第１半導体素子と、第２半導体素子と、第１半導体素子および第２半導体素子を含む直列体に並列接続された第１エネルギー蓄積要素とを含む。第１入出力端子は、第１半導体素子の負極端子と第２半導体素子の正極端子との接続点に接続される。第２スイッチング回路は、第３半導体素子と、第４半導体素子と、第３半導体素子および第４半導体素子を含む直列体に並列接続された第２エネルギー蓄積要素とを含む。第２入出力端子は、第３半導体素子の負極端子と第４半導体素子の正極端子との接続点に接続される。第１半導体素子に流れる短絡電流または第４半導体素子に流れる短絡電流が検出された場合、セル制御部は、第１半導体素子および第４半導体素子をオフ状態に制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によると、直列接続された２つのハーフブリッジ回路で構成された変換器セルの異常発生時に、バイパス要素に流れる過電流を抑制してバイパス要素を保護することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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