本發(fā)明涉及一種具有多重逆變器裝置結(jié)構(gòu)的電力變換裝置。

背景技術(shù)：

作為這種具有多重逆變器裝置結(jié)構(gòu)的電力變換裝置，例如已知專利文獻(xiàn)1和專利文獻(xiàn)2所記載的結(jié)構(gòu)。

在專利文獻(xiàn)1所記載的以往例中，如圖7所示，是如下的多重逆變器裝置：包括具有多個次級繞組的輸入變壓器101，將多個單位逆變器單元102串聯(lián)連接n級(例如n＝3)來構(gòu)成U相電路103U、V相電路103V以及W相電路103W，并與輸入變壓器101相組合來向3相負(fù)載供給電力。而且，輸入變壓器101在次級側(cè)具有3n(例如3n＝9)組多相繞組，將各相中相位偏移的變壓器101的次級繞組連接于n級的各相的單位逆變器單元來構(gòu)成多重逆變器裝置。

在此，如圖8所示，單位逆變器單元102具有單相逆變器的結(jié)構(gòu)，其至少具備：正變換部105，其將所輸入的3相交流變換為直流，包括6個二極管；以及逆變換部106，其將由該正變換部105變換得到的直流變換為單相交流，包括4個半導(dǎo)體開關(guān)元件。

在該多重逆變器裝置中，在輸出各相的第n級的3臺逆變器單元的輸入端子上，連接有變壓器的次級側(cè)繞組的電壓相位各偏移電角度20°的端子，作為電力變換裝置整體而實現(xiàn)了與18脈沖整流相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果。

而且，在單位逆變器單元的輸出側(cè)設(shè)置有在單位逆變器單元發(fā)生故障時用于繞開該逆變器單元的開關(guān)。

記載了以下內(nèi)容：在該情況下，在1臺逆變器單元發(fā)生故障時，接通設(shè)置于該逆變器所屬的第n級的3臺逆變器單元的輸出側(cè)的開關(guān)來繞開這3臺逆變器單元，使其它逆變器單元運轉(zhuǎn)來進(jìn)行動作。由此，在1臺逆變器單元發(fā)生故障時，也能夠?qū)崿F(xiàn)仍保持與18脈沖整流相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果的 部分運轉(zhuǎn)。在該以往例中，逆變器單元的串聯(lián)數(shù)為3，與變壓器次級側(cè)繞組的三種電壓相位(0°，20°，40°)分別連接的運轉(zhuǎn)的逆變器單元的臺數(shù)在無故障的健全時各有3臺，在1臺逆變器單元發(fā)生故障時是各為2臺，臺數(shù)相同，因此無論在哪種情況下都能夠?qū)崿F(xiàn)與18脈沖整流相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果。

另外，在專利文獻(xiàn)2所記載的以往例中，公開了以下內(nèi)容：在1臺逆變器單元發(fā)生故障時，使該逆變器單元的輸出短路來繞開該逆變器單元，使用其它逆變器單元來進(jìn)行部分運轉(zhuǎn)。但是，沒有考慮進(jìn)行該部分運轉(zhuǎn)時的電流諧波降低效果。

專利文獻(xiàn)1：日本特開平11-122943號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2000-60142號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的問題

然而，在上述專利文獻(xiàn)1所記載的以往例中，在逆變器單元的串聯(lián)數(shù)為4以上時存在以下問題：在1臺逆變器單元發(fā)生故障的情況下，相對于健全時而言，輸入電流諧波的低次分量大幅增加。

對此，以逆變器單元串聯(lián)5臺而共計15臺的情況為例，結(jié)合圖9來進(jìn)行說明。在該情況下，作為變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位，將5種(0°，12°，24°，36°，48°)電壓相位設(shè)置3組，在3組電壓相位不同的次級繞組上依序連接U相逆變器單元U101、V相逆變器單元V101、W相逆變器單元W101、U相逆變器單元U102、V相逆變器單元V102、W相逆變器單元W102、U相逆變器單元U103…W相逆變器單元W105。在此，由3臺同一標(biāo)記的逆變器單元形成1個單元框，從而形成5個單元框。在不存在發(fā)生故障的逆變器單元的健全時，能夠?qū)崿F(xiàn)與30脈沖整流相當(dāng)?shù)慕档土溯斎腚娏髦C波的電力變換裝置。然后，在1臺逆變器單元、例如U102發(fā)生故障的情況下，繞開圖9中以點線包圍的包括發(fā)生故障的逆變器單元U102的同一單元框的3臺逆變器單元U102、V102 以及W102的輸出，利用剩余12臺逆變器單元來繼續(xù)運轉(zhuǎn)，在該專利文獻(xiàn)1所記載的以往例的思考方式下，在變壓器次級側(cè)繞組的5種電壓相位中，

1)與相同電壓相位的變壓器次級側(cè)繞組連接而運轉(zhuǎn)的逆變器單元為2臺的電壓相位是36°、48°以及0°這3種電壓相位(由于已將發(fā)生故障的逆變器單元所屬的第n(＝2)級的3臺逆變器單元停止)

2)與相同電壓相位的變壓器次級側(cè)繞組連接而運轉(zhuǎn)的逆變器單元為3臺的電壓相位是12°和24°這2種電壓相位，

1)和2)中運轉(zhuǎn)的逆變器單元臺數(shù)不同，因此無法如健全時那樣與30脈沖整流相當(dāng)，低次的輸入電流諧波會增加。

若以同樣的方式思考，則在專利文獻(xiàn)1所記載的方法中，只有在逆變器單元的串聯(lián)數(shù)與輸出相的數(shù)量、即3相等的3串聯(lián)的情況下才在1臺逆變器單元故障時低次的輸入電流諧波不增加。若變?yōu)?串聯(lián)以上，則存在與健全時相比而言輸入電流諧波的低次分量大幅增加的問題。

另外，在專利文獻(xiàn)2中，沒有考慮進(jìn)行部分運轉(zhuǎn)時的輸入電流諧波降低效果，因此同樣存在產(chǎn)生大的低次的輸入電流諧波的問題。

因此，本發(fā)明是著眼于上述以往例的問題而完成的，其目的在于提供一種在具有3串聯(lián)以上的多重逆變器結(jié)構(gòu)的情況下在1臺逆變器單元故障時能夠?qū)崿F(xiàn)低次的輸入電流諧波的降低的電力變換裝置。

用于解決問題的方案

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個方式所涉及的電力變換裝置具備：3組串聯(lián)電路，各所述串聯(lián)電路是將N臺逆變器單元串聯(lián)連接而得到的，該逆變器單元至少具有將三相交流輸入變換為直流輸出的正變換部以及將該正變換部的直流輸出變換為單相交流輸出并輸出該單相交流輸出的逆變換部，其中，N為3以上的正整數(shù)；多繞組變壓器，其具有初級側(cè)繞組和3組次級側(cè)繞組，在3組次級側(cè)繞組上分別連接3組串聯(lián)電路，其中，所述初級側(cè)繞組被輸入三相交流，所述3組次級側(cè)繞組分別具有各間隔電角度(60/N)°的包含電角度0°的N個電壓相位；短路開關(guān)，其設(shè)置于各逆變器單元的輸出側(cè)；以及 統(tǒng)一控制裝置，其在逆變器單元故障時對發(fā)生故障的逆變器單元的短路開關(guān)進(jìn)行接通控制，其中，統(tǒng)一控制裝置在對一個發(fā)生故障的逆變器單元的短路開關(guān)進(jìn)行了接通控制時，將逆變器單元分為由該發(fā)生故障的逆變器單元所屬的串聯(lián)電路的正常的逆變器單元組成的第一群、由不包括發(fā)生故障的逆變器單元的2組串聯(lián)電路中的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元相同的2個逆變器單元組成的第二群以及由剩余的逆變器單元組成的第三群，將第一群的逆變器單元的輸出電壓控制為相等的等電壓，將第二群和所述第三群中的至少一方的輸出電壓控制為與等電壓不同的電壓。

發(fā)明的效果

根據(jù)本發(fā)明的一個方式，即使在有1臺逆變器單元發(fā)生故障的情況下，也能夠進(jìn)行降低了低次的輸入電流諧波的部分運轉(zhuǎn)。

附圖說明

圖1是表示本發(fā)明的一個方式所涉及的電力變換裝置的第一實施方式的框圖。

圖2是說明第一實施方式中的電壓控制狀態(tài)的圖。

圖3是表示本發(fā)明的一個方式所涉及的電力變換裝置的第一實施例的框圖。

圖4是說明第一實施例中的電壓控制狀態(tài)的圖。

圖5是說明本發(fā)明的一個方式所涉及的電力變換裝置的第二實施方式中的電壓控制狀態(tài)的圖。

圖6是表示本發(fā)明的一個方式所涉及的電力變換裝置的第二實施例的框圖。

圖7是表示以往例的使逆變器單元為3串聯(lián)的情況的電路圖。

圖8是表示以往例的逆變器單元的具體結(jié)構(gòu)的電路圖。

圖9是表示以往例的使逆變器單元為5串聯(lián)的情況的電路圖。

附圖標(biāo)記說明

10：系統(tǒng)電源；11：多繞組變壓器；12：交流感應(yīng)電動機；U1～UN、V1～VN、W1～WN：逆變器單元；21：正變換部；22：電容器；23：逆變換部；24：控制電路；30：統(tǒng)一控制裝置；30a～30c：乘法器。

具體實施方式

接著，參照附圖來說明本發(fā)明的一個實施方式。在下面的附圖記載中，對同一或類似的部分標(biāo)注同一或類似的標(biāo)記。其中，附圖是示意性的。

另外，下面示出的實施方式用于例示用于使本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的裝置、方法，本發(fā)明的技術(shù)思想并沒有將構(gòu)成部件的構(gòu)造、配置等指定為下述的構(gòu)造、配置等。本發(fā)明的技術(shù)思想能夠在權(quán)利要求書中記載的權(quán)利要求所規(guī)定的技術(shù)范圍內(nèi)追加各種變更。

[第一實施方式]

首先，說明表示本發(fā)明的一個方式的電力變換裝置的第一實施方式。

如圖1所示，電力變換裝置具有在初級側(cè)繞組上連接有系統(tǒng)電源10的、由多重繞組的三相變壓器構(gòu)成的多繞組變壓器11，在該多繞組變壓器11中進(jìn)行系統(tǒng)電壓的絕緣和降壓。該多繞組變壓器11以抑制初級側(cè)的諧波電流為目的，設(shè)置有3組次級側(cè)繞組，各組中包含的(多個)次級側(cè)繞組的電壓相位相互錯開。

在本第一實施方式中，是以下的N串聯(lián)多重逆變器結(jié)構(gòu)：多繞組變壓器11的次級繞組的電壓相位有N(N為3以上的正整數(shù))種(0°，+(60/N)°，+2(60/N)°，…，+(N-1)(60/N)°)，各電壓相位是針對三相的各相設(shè)置的。在此，U相用次級繞組Lu1～LuN和W相用次級繞組Lw1～LwN被設(shè)定成電角度沿順時針方向依次變大，V相用次級繞組Lv1～LvN被設(shè)定成電角度沿順時針方向依次變小。

在該多繞組變壓器11的次級繞組Lu1～LuN、Lv1～LvN以及Lw1～LwN上，連接有構(gòu)成U相串聯(lián)電路SCu的N臺串聯(lián)連接的U相用的逆變器單元U1、U2、……UN、構(gòu)成V相串聯(lián)電路SCv的N臺串聯(lián)連接的V相用的逆變器單元 V1、V2、……VN以及構(gòu)成W相串聯(lián)電路SCw的N臺串聯(lián)連接的W相用的逆變器單元W1、W2、……WN。各相的串聯(lián)電路SCu、SCv以及SCw的輸出例如被連接到交流感應(yīng)電動機12。

關(guān)于各逆變器單元U1～UN、V1～VN以及W1～WN，以逆變器單元U1為代表來進(jìn)行說明，如圖1所示，逆變器單元U1具備：正變換部21，其將從多繞組變壓器11的次級側(cè)供給的三相交流輸入變換為直流輸出，包括二極管轉(zhuǎn)換器；電容器22，其使該正變換部21的直流輸出平滑化；以及逆變換部23，其包括并聯(lián)連接于該電容器22的兩端之間的單相逆變器。

正變換部21在正極側(cè)線Lp和負(fù)極側(cè)線Ln之間將例如6個二極管D1～D6兩兩串聯(lián)連接來構(gòu)成全波整流電路。

另外，逆變換部23具有將連接于正極側(cè)線Lp和負(fù)極側(cè)線Ln之間的例如由IGBT構(gòu)成的4個半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1～Q4兩兩串聯(lián)連接后并聯(lián)連接于正極側(cè)線Lp和負(fù)極側(cè)線Ln之間而成的結(jié)構(gòu)。對各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1～Q4反并聯(lián)地連接有二極管D7～D10。

而且，構(gòu)成逆變換部23的一方的半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1和Q2的連接點連接于其它相的逆變器單元V1和W1側(cè)，另一方的半導(dǎo)體開關(guān)元件Q3和Q4的連接點連接于串聯(lián)連接的同相的逆變器單元U2的逆變換部23中的一方的半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1和Q2之間。

對構(gòu)成逆變換部23的各半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1～Q4進(jìn)行開關(guān)控制，使得輸出電壓與輸入到內(nèi)部的控制電路24的單元輸出電壓指令一致。

并且，最終級的逆變器單元UN、VN以及WN的另一方的半導(dǎo)體開關(guān)元件Q3和Q4的連接點連接于作為負(fù)載的例如交流感應(yīng)電動機12。

在作為各逆變器單元U1～UN、V1～VN以及W1～WN的逆變換部23的輸出側(cè)的半導(dǎo)體開關(guān)元件Q3和Q4的連接點與半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1和Q2的連接點之間連接有旁路用的短路開關(guān)SWu1～SWuN、SWv1～SWvN以及SWw1～SWwN，這些短路開關(guān)設(shè)于各逆變器單元的外側(cè)。

從對電力變換裝置整體進(jìn)行控制的統(tǒng)一控制裝置30向各逆變器單元 U1～UN、V1～VN以及W1～WN的控制電路24輸入各相的電力指令，在逆變器單元故障時通過統(tǒng)一控制裝置30對各短路開關(guān)SWu1～SWuN、SWv1～SWvN以及SWw1～SWwN進(jìn)行接通控制。

在全部逆變器單元U1～UN、V1～VN以及W1～WN均正常的健全時，該統(tǒng)一控制裝置30計算將用于對交流感應(yīng)電動機12進(jìn)行驅(qū)動控制的U相輸出電壓指令Vu*、V相輸出電壓指令Vv*以及W相輸出電壓指令Vw*乘以1/N(N為各相的逆變器單元數(shù))后得到的值Vu*/N、Vv*/N以及Vw*/N，來作為針對各逆變器單元U1～UN、V1～VN以及W1～WN的單元輸出電壓指令Vu1～VuN、Vv1～VvN、Vw1～VwN，將計算出的單元輸出電壓指令Vu1～VuN、Vv1～VvN、Vw1～VwN輸出到各逆變器單元的控制電路24。因此，電力變換裝置在健全時實現(xiàn)與N×6脈沖整流相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果。

另外，在檢測出逆變器單元U1～UN、V1～VN以及W1～WN的某一個發(fā)生故障時，統(tǒng)一控制裝置30輸出將與發(fā)生故障的逆變器單元Xi(X＝U，V，W、i＝1～N)對應(yīng)的短路開關(guān)SWxi(x＝u，v，w、i＝1～N)控制為接通狀態(tài)的開關(guān)信號，并且生成針對除發(fā)生故障的逆變器單元Xi以外的正常的逆變器單元的、故障時的單元電壓指令，將所生成的故障時的單元電壓指令輸出到各逆變器單元U1～UN、V1～VN以及W1～WN中的除發(fā)生故障的逆變器單元Xi以外的各逆變器單元的控制電路24。

在此，統(tǒng)一控制裝置30如以下那樣生成故障時的單元電壓指令。

首先，將逆變器單元分類為由發(fā)生故障的1臺逆變器單元Xi所屬的串聯(lián)電路的正常的(N-1)臺逆變器單元構(gòu)成的第一群、由不包括所述發(fā)生故障的逆變器單元的兩組串聯(lián)電路中的輸入電壓相位與所述發(fā)生故障的逆變器單元Xi相同的兩個逆變器單元構(gòu)成的第二群、以及由剩余的逆變器單元構(gòu)成的第三群。

例如，如圖1所示，當(dāng)假設(shè)U相串聯(lián)電路SCu的電壓相位為(60/N)°的逆變器單元U2發(fā)生故障時，第一群由包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的U相串聯(lián)電路SCu的正常的逆變器單元U1、U3～UN這(N-1)臺逆變器單元構(gòu)成。

另外，第二群由不包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的V相串聯(lián)電路SCv的電壓相位為(60/N)°的逆變器單元V(N-1)和W相串聯(lián)電路SCw的電壓相位為(60/N)°的逆變器單元W2這2臺逆變器單元構(gòu)成。

并且，第三群由剩余的逆變器單元V1～V(N-2)、VN這(N-1)臺逆變器單元以及W1、W3～WN這(N-1)臺逆變器單元構(gòu)成。

針對發(fā)生故障的逆變器單元U2，使短路開關(guān)SWu2為接通狀態(tài)，并且使從控制電路24向逆變換部23的控制信號的輸出停止。

因此，在U相串聯(lián)電路SCu中，對正常的(N-1)臺逆變器單元U1、U3～UN進(jìn)行驅(qū)動，在V相串聯(lián)電路SCv和W相串聯(lián)電路SCw中，分別對正常的N臺逆變器V1～VN和W1～WN進(jìn)行驅(qū)動。

另外，當(dāng)將三相輸出設(shè)為U相、V相、W相、將與電壓相位相同的次級繞組連接的U相、V相以及W相的3臺逆變器單元設(shè)為同一小組時，形成第一小組～第N小組。

在1臺逆變器單元發(fā)生故障時，為了以避免輸入電流諧波的低次分量相對于健全時增加的方式進(jìn)行部分運轉(zhuǎn)，需要使包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的U相串聯(lián)電路SCu與不包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的V相串聯(lián)電路SCv(或W相串聯(lián)電路SCw)的總輸出電壓相等。

為此，當(dāng)將第一群的逆變器單元的輸出電壓(基波)的大小設(shè)為E、將第二群的逆變器單元的輸出電壓(基波)的大小設(shè)為αE、將第三群的逆變器單元的輸出電壓(基波)的大小設(shè)為βE時，由于U相串聯(lián)電路SCu由第一群的(N-1)臺逆變器單元構(gòu)成，V相串聯(lián)電路SCv(或W相串聯(lián)電路SCw)包括1臺第二群的逆變器單元、包括(N-1)臺第三群的逆變器單元，因此需要使下述(1)式成立。

E×(N-1)臺＝αE×1臺+βE×(N-1)臺…(1)

根據(jù)該式(1)，用下述式(2)來表示α和β的關(guān)系。

α＝(N-1)(1-β)…(2)

另外，在1臺逆變器單元發(fā)生故障時，為了避免低次的輸入電流諧波增 加，需要使包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的故障小組(第二小組)的正常的2臺逆變器單元V(N-1)、W2與除此以外的正常小組的3臺逆變器單元(U1、VN、W1；U3、V(N-2)、W3；U4、V(N-3)、W4；…；UN、V1、WN)的總輸出有效電力相等。

在此，故障小組由第二群的2臺逆變器單元構(gòu)成。另一方面，正常小組必然包括第三群的逆變器單元V1～V(N-2)、VN中的1臺和W1、W3～WN中的1臺這共計2臺逆變器單元以及第一群的逆變器單元U1、U3～UN中的1臺逆變器單元。

因此，為了使故障小組與正常小組的總輸出有效電力相等，在將第一群的逆變器單元的輸出有效電力設(shè)為W時，需要使下述式(3)成立。

αW×2臺＝W×1臺+βW×2臺…(3)

根據(jù)該式(3)，用下述式(4)來表示α與β的關(guān)系。

2α＝1+2β…(4)

此外，各逆變器單元的輸出電流的大小是相等的，因此逆變器單元輸出的有效電力與逆變器單元輸出電壓成正比。

當(dāng)像這樣使故障小組與正常小組的輸出有效電力相等時，能夠使流過多繞組變壓器11的次級繞組的電流的總安匝數(shù)相等，因此能夠由此降低低次的輸入電流諧波。

當(dāng)根據(jù)式(2)和式(4)來求出α和β時，成為下述式(5)和式(6)。

α＝3(N-1)/(2N)…(5)

β＝(2N-3)/(2N)…(6)

通過滿足這些式(5)和式(6)，能夠避免輸入電流諧波的低次分量相比于健全時增加，即使在1臺逆變器單元故障時也能夠進(jìn)行部分運轉(zhuǎn)。

在此，當(dāng)對式(5)和式(6)進(jìn)行求解時，僅在N＝0時α、β相等的條件成立，在本實施方式中設(shè)想的N為3以上的整數(shù)的情況下，α≠β始終成立。

因此，要使得在1臺逆變器單元發(fā)生故障時也可以在利用其它逆變器單元進(jìn)行部分運轉(zhuǎn)時降低低次的輸入電流諧波，其必要條件是：在第一群～第 三群中，使同一群的逆變器單元的輸出電壓的大小相同，對于不同的群的輸出的大小而言，使至少一個群的輸出的大小不同于其它群的輸出的大小。

因而，通過滿足上述的式(5)和式(6)，即，當(dāng)將第一群的逆變器單元的輸出電壓的大小設(shè)為E時，使第二群的逆變器單元的輸出電壓的大小為[3(N-1)/2N]E、使第三群的1臺逆變器單元的輸出電壓的大小為[(2N-3)/2N]E，由此能夠發(fā)揮與健全時同等的輸入電流諧波降低效果。

因此，如第一實施方式那樣，在次級繞組的種類數(shù)為N的情況下，在作為一例、與電壓相位為(60/N)°的變壓器次級側(cè)繞組連接的逆變器單元U2發(fā)生故障時，在統(tǒng)一控制裝置30中，如圖2所示，將與發(fā)生故障的逆變器單元U2的逆變換部23的輸出側(cè)連接的短路開關(guān)SWu2控制為接通狀態(tài)，并且停止向逆變器單元U2的控制電路24輸出單元輸出電壓指令Vu2來停止逆變器單元U2的運轉(zhuǎn)。

另外，通過統(tǒng)一控制裝置30，將設(shè)置于其它逆變器單元的逆變換部23的輸出側(cè)的短路開關(guān)控制為斷開狀態(tài)。

并且，U相串聯(lián)電路SCu是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，因此被設(shè)定為第一群，統(tǒng)一控制裝置30針對正常的剩余(N-1)臺逆變器單元U1和U3～UN，使用乘法器30a對U相輸出電壓指令Vu*乘以1/(N-1)來計算等輸出電壓指令Vu*/(N-1)，將等輸出電壓指令Vu*/(N-1)作為單元輸出電壓指令Vu1和Vu3～VuN輸出到逆變器單元U1和U3～UN。

另外，統(tǒng)一控制裝置30判斷為V相串聯(lián)電路SCv不是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，將變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元U2相同的逆變器單元V(N-1)設(shè)定為第二群，使用乘法器30a來計算V相輸出電壓指令Vv*的、與針對U相用的進(jìn)行運轉(zhuǎn)的逆變器單元的等輸出電壓指令的大小相等的等輸出電壓指令Vv*/(N-1)，并使用乘法器30b來計算對所計算出的等輸出電壓指令Vv*/(N-1)乘以α[＝3(N-1)/2N]后得到的值，將該值作為針對逆變器單元V(N-1)的單元輸出電壓指令Vv(N-1)輸出到控制電路24。

并且，統(tǒng)一控制裝置30將V相串聯(lián)電路SCv的剩余的逆變器單元 V1～V(N-2)和VN設(shè)定為第三群，使用乘法器30c來計算對通過乘法器30a計算出的V相輸出電壓指令Vv*的等輸出電壓指令Vv*/(N-1)乘以β[＝(2N-3)/2N]后得到的值，將該值作為針對逆變器單元V1～V(N-2)和VN的單元輸出電壓指令Vv1～Vv(N-2)和VvN輸出到逆變器單元V1～V(N-2)和VN的控制電路24。

另外，統(tǒng)一控制裝置30判斷為W相串聯(lián)電路SCw不是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，將變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元U2相同的逆變器單元W2設(shè)定為第二群，使用乘法器30a來計算W相輸出電壓指令Vw*的、與針對U相用的進(jìn)行運轉(zhuǎn)的逆變器單元的等輸出電壓指令的大小相等的等輸出電壓指令Vw*/(N-1)，并使用乘法器30b來計算對所計算出的等輸出電壓指令Vw*/(N-1)乘以α[＝3(N-1)/2N]后得到的值，將該值作為針對逆變器單元W2的單元輸出電壓指令Vw2輸出到控制電路24。

并且，統(tǒng)一控制裝置30將W相串聯(lián)電路SCw的剩余的逆變器單元W1、W3～WN設(shè)定為第三群，使用乘法器30c來計算對通過乘法器30a計算出的W相輸出電壓指令Vw*的等輸出電壓指令Vw*/(N-1)乘以β[＝(2N-3)/2N]后得到的值，將該值作為針對逆變器單元W1和W3～WN的單元輸出電壓指令Vw1和Vw3～VwN輸出到逆變器單元W1和W3～WN的控制電路24。

通過這樣，能夠使發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的U相串聯(lián)電路SCu與不包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的V相串聯(lián)電路SCv及W相串聯(lián)電路SCw的輸出電壓的大小一致，并且在按同一電壓相位對逆變器單元進(jìn)行分組時，能夠使故障小組(U2、V(N-1)、W2)與正常小組(除U2、V(N-1)、W2以外的小組)的輸出有效電力相等，從而能夠發(fā)揮與健全時相同的與N×6脈沖整流相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果。即，在N×6脈沖整流中，會產(chǎn)生表示為N×6×n±1(n為正整數(shù))的((N×6×1-1)次、(N×6×1+1)次、(N×6×2-1)次、(N×6×2+1)次…)的輸入電流諧波。因而，能夠降低(N×6×1-2)次以下的輸入電流諧波。因此，能夠不招致隨著諧波電流的增加所產(chǎn)生的對電力設(shè)備的不良影響(例如，諧波降低濾波器的燒損等)地進(jìn)行部分運轉(zhuǎn)。

(第一實施例)

接著，結(jié)合圖3和圖4來說明將第一實施方式中的次級繞組的種類數(shù)N設(shè)為5的情況下的第一實施例。

在本第一實施例中，是N＝5的5串聯(lián)多重逆變器結(jié)構(gòu)，關(guān)于多繞組變壓器11的與三相的各相對應(yīng)的次級側(cè)繞組Lu1～Lu5、Lv1～Lv5以及Lw1～Lw5，每個相具有各偏移將電角度60°除以串聯(lián)數(shù)N＝5而得到的電角度12°的0°、12°、24°、36°、48°這5種電壓相位。在此，U相用次級繞組Lu1～Lu5和W相用次級繞組Lw1～Lw5被設(shè)定成電角度沿順時針方向依次變大，V相用次級繞組Lv1～Lv5被設(shè)定成電角度沿順時針方向依次變小。

在全部逆變器單元U1～U5、V1～V5以及W1～W5均正常的健全時，統(tǒng)一控制裝置30計算將用于對交流感應(yīng)電動機12進(jìn)行驅(qū)動控制的U相輸出電壓指令Vu*、V相輸出電壓指令Vv*以及W相輸出電壓指令Vw*乘以1/N(N為各相的逆變器單元數(shù))、即1/5后得到的值，來作為針對各逆變器單元U1～U5、V1～V5以及W1～W5的單元輸出電壓指令Vu1～Vu5、Vv1～Vv5、Vw1～Vw5，將計算出的單元輸出電壓指令Vu1～Vu5、Vv1～Vv5、Vw1～Vw5輸出到各逆變器單元U1～U5、V1～V5以及W1～W5的控制電路24。因此，電力變換裝置在健全時實現(xiàn)與30脈沖整流相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果。

另一方面，當(dāng)與第一實施方式同樣地假設(shè)逆變器單元U2發(fā)生故障時，在統(tǒng)一控制裝置30中，如圖3所示，將與發(fā)生故障的逆變器單元U2的逆變換部23的輸出側(cè)連接的短路開關(guān)SWu2控制為接通狀態(tài)，并且停止向逆變器單元U2的控制電路24輸出單元輸出電壓指令Vu2來停止逆變器單元U2的運轉(zhuǎn)。

另外，通過統(tǒng)一控制裝置30，將設(shè)置于其它逆變器單元的逆變換部23的輸出側(cè)的短路開關(guān)控制為斷開狀態(tài)。

并且，U相串聯(lián)電路SCu是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，因此被設(shè)定為第一群，統(tǒng)一控制裝置30針對正常的剩余4臺逆變器單元U1和U3～U5，利用乘法器30a對U相輸出電壓指令Vu*乘以1/(N-1)＝1/(5-1)＝1/4來計算等輸出電壓指令Vu*/4，將該等輸出電壓指令Vu*/4作為單元輸出電壓指令Vu1和Vu3～Vu5輸出到逆變器單元U1和U3～U5的控制電路24。

另外，統(tǒng)一控制裝置30判斷為V相串聯(lián)電路SCv不是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，將變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元U2相同的逆變器單元V4設(shè)定為第二群，利用乘法器30b對通過乘法器30a計算出的等輸出電壓指令Vv*/4乘以α＝1.2([α＝3(5-1)/(2·5)])，將計算得到的值作為單元輸出電壓指令Vv4輸出到逆變器單元V4的控制電路24。

并且，統(tǒng)一控制裝置30將V相串聯(lián)電路SCv的剩余的逆變器單元V1～V3和V5設(shè)定為第三群，利用乘法器30c對通過乘法器30a計算出的等輸出電壓指令Vv*/4乘以β＝0.7(β＝[(2·5-3)/(2·5)])，將計算得到的值作為單元輸出電壓指令Vv1～Vv3和Vv5輸出到逆變器單元V1～V3和V5的控制電路24。

另外，統(tǒng)一控制裝置30判斷為W相串聯(lián)電路SCw不是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，將變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元U2相同的逆變器單元W2設(shè)定為第二群，利用乘法器30a來對W相輸出電壓指令Vw*乘以1/4，由此計算與U相用的進(jìn)行運轉(zhuǎn)的逆變器單元的輸出電壓指令的大小相等的等輸出電壓指令Vw*/4，并利用乘法器30b對該等輸出電壓指令Vw*/4乘以α＝1.2([α＝3(5-1)/(2·5)])，將計算得到的值作為單元輸出電壓指令Vw2輸出到逆變器單元W2的控制電路24。

并且，統(tǒng)一控制裝置30將W相串聯(lián)電路SCw的剩余的逆變器單元W1和W3～W5設(shè)定為第三群，利用乘法器30c對通過乘法器30a計算出的等輸出電壓指令Vw*/4乘以β＝0.7(β＝[(2·5-3)/(2·5)])，將計算得到的值作為單元輸出電壓指令Vw1和Vw3～Vw5輸出到逆變器單元W1和W3～W5的控制電路24。

通過這樣，能夠使發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的U相串聯(lián)電路SCu與不包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的V相串聯(lián)電路SCv及W相串聯(lián)電路SCw的輸出電壓一致，并且能夠使故障小組(第二小組)與正常小組(第一小組、第三小組～第五小組)的輸出有效電力相等，從而能夠發(fā)揮與健全時相同的與30脈沖整流相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果。即，在30脈沖整流中，會產(chǎn)生表示為30n±1(n為正整數(shù))的29次、31次、59次、61次…的輸入電流諧波，從而能夠降低28次以下的輸入電流諧波。因此，能夠不招致隨著諧波電流的增加所產(chǎn) 生的對電力設(shè)備的不良影響(例如，諧波降低濾波器的燒損等)地進(jìn)行部分運轉(zhuǎn)。

[第二實施方式]

接著，結(jié)合圖5來說明作為本發(fā)明的一個方式的電力變換裝置的第二實施方式。

前述的第一實施方式的條件為：在1臺逆變器單元發(fā)生故障時，使發(fā)生故障的逆變器單元所屬的串聯(lián)電路與不包括發(fā)生故障的逆變器單元的串聯(lián)電路的輸出電壓一致，并且使故障小組與正常小組的輸出有效電力相等，來避免與健全時相比輸入電流諧波的低次分量增加，在本第二實施方式中放寬前述的第一實施方式的條件，而設(shè)為以下條件：使低次的輸入電流諧波與專利文獻(xiàn)1所記載的以往例相比而言同等或降低。

即，在專利文獻(xiàn)1所記載的以往例中，在1臺逆變器單元發(fā)生故障的情況下，使包括發(fā)生故障的逆變器單元的同一單元框的全部逆變器單元停止，由此，在同一電壓相位的小組中，在健全時利用3臺逆變器單元進(jìn)行運轉(zhuǎn)，而在故障時利用2臺逆變器單元進(jìn)行運轉(zhuǎn)，輸出有效電力下降為健全時的2/3。

為了使低次的輸入電流諧波與該專利文獻(xiàn)1所記載的以往例同等或比以往例降低，如果使在發(fā)生故障的逆變器單元所屬的故障小組中運轉(zhuǎn)的2臺逆變器單元的總輸出有效電力與在除此以外的正常小組中運轉(zhuǎn)的3臺逆變器單元的總輸出有效電力之比為作為專利文獻(xiàn)1所記載的以往例的情況下的輸出有效電力之比的2/3以上且小于1的值，則能夠使低次的輸入電流諧波與以往例同等或者比以往例降低。

即，在第一實施方式中，關(guān)于在發(fā)生故障的逆變器單元所屬的故障小組中運轉(zhuǎn)的2臺逆變器單元的總輸出有效電力與在除此以外的正常小組中運轉(zhuǎn)的3臺逆變器單元的總輸出有效電力之比，通過將前述的式(4)的兩邊除以(1+2β)來形成兩者之比，由此能夠表示為下述式(7)。

2α/(1+2β)＝1…(7)

為了放寬使低次的輸入電流諧波與專利文獻(xiàn)1所記載的以往例同等或者 比以往例降低的條件，只要式(7)的左邊處于小于1且作為以往例的輸出有效電力之比的2/3以上的范圍內(nèi)即可，滿足條件的不等式為下述式(8)。

2/3≤[2α/(1+2β)]<1…(8)

如果進(jìn)一步滿足前述的式(2)，則能夠使總的輸出電壓在三相中平衡。因此，當(dāng)將式(2)代入式(8)來形成與α相關(guān)的不等式時，求出下述式(9)。

3(N-1)/(3N-1)≤α<3(N-1)/2N…(9)

因而，通過設(shè)定滿足該式(9)的α并將所設(shè)定的α代入所述式(2)來計算β，能夠使低次的輸入電流諧波與前述的專利文獻(xiàn)1所記載的以往例同等或者比以往例降低。

本第二實施方式的電路結(jié)構(gòu)為與第一實施方式中的圖1完全相同的電路結(jié)構(gòu)。

而且，若與第一實施方式同樣地以逆變器單元U2發(fā)生故障的情況為例來進(jìn)行說明則如下：在統(tǒng)一控制裝置30中，只要計算滿足前述的式(9)的α，將計算出的α代入前述的式(2)來計算β，使用所計算出的α和β來如圖5所示那樣計算輸出電壓指令即可。

即，在發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的U相串聯(lián)電路SCu中，將除發(fā)生故障的逆變器單元U2以外的正常的逆變器單元U1和U3～UN設(shè)定為第一群，針對各逆變器單元U1和U3～UN的控制電路24，計算利用乘法器30a對U相輸出電壓指令Vu*乘以1/(N-1)而得到的單元輸出電壓指令Vu1和Vu3～VuN，將該單元輸出電壓指令Vu1和Vu3～VuN輸出到控制電路24。

另外，在V相串聯(lián)電路SCv中，不包括發(fā)生故障的逆變器單元U2，因此將變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元U2相同的逆變器單元V(N-1)設(shè)定為第二群，利用乘法器30a對V相輸出電壓指令Vv*乘以1/(N-1)來計算出等輸出電壓指令Vv*/(N-1)之后，利用乘法器30b對等輸出電壓指令值Vv*/(N-1)乘以α來計算單元輸出電壓指令Vv(N-1)，將該單元輸出電壓指令Vv(N-1)輸出到逆變器單元V(N-1)的控制電路24，針對剩余的逆變器單元V1～V(N-2)和VN，利用乘法器30c對從乘法器30a輸出的等輸出電壓指 令Vv*/(N-1)乘以β來計算單元輸出電壓指令Vv1～Vv(N-2)和VvN，將這些單元輸出電壓指令Vv1～Vv(N-2)和VvN輸出到各逆變器單元的控制電路24。

同樣地，在W相串聯(lián)電路SCw中，不包括發(fā)生故障的逆變器單元U2，因此將變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元U2相同的逆變器單元W2設(shè)定為第二群，針對逆變器單元W2的控制電路24，利用乘法器30a對W相輸出電壓指令Vw*乘以1/(N-1)來計算出等輸出電壓指令Vw*/(N-1)之后，利用乘法器30b對等輸出電壓指令Vw*/(N-1)乘以α來計算單元輸出電壓指令Vw2，將該單元輸出電壓指令Vw2輸出到逆變器單元W2的控制電路24，針對剩余的逆變器單元W1和W3～WN的控制電路24，利用乘法器30c對從乘法器30a輸出的等輸出電壓指令Vw*/(N-1)乘以β來計算單元輸出電壓指令Vw1和Vw3～VwN，將這些單元輸出電壓指令Vw1和Vw3～VwN輸出到各逆變器單元的控制電路24。

通過這樣，能夠使發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的U相串聯(lián)電路SCu與不包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的V相串聯(lián)電路SCv及W相串聯(lián)電路SCw的輸出電壓一致，并且在按同一電壓相位對逆變器單元進(jìn)行分組時，能夠使故障小組(U2、V(N-1)、W2)與正常小組(除U2、V(N-1)、W2以外的小組)各自的總輸出有效電力之比相比于專利文獻(xiàn)1的以往例更接近1，從而能夠使輸入電流諧波與該以往例相比而言同等或降低。

因而，在僅繞開發(fā)生故障的逆變器單元U2來進(jìn)行部分運轉(zhuǎn)時，能夠使低次的輸入電流諧波與前述的專利文獻(xiàn)1所記載的以往例同等或比以往例降低。因此，能夠進(jìn)行降低了隨著諧波電流的增加所產(chǎn)生的對電力設(shè)備的不良影響(例如，諧波降低濾波器的燒損等)的部分運轉(zhuǎn)。

(第二實施例)

結(jié)合圖6來說明將第二實施方式中的次級繞組的種類數(shù)N設(shè)為5的情況下的第二實施例。

在本實施例2中，是N＝5的5串聯(lián)多重逆變器結(jié)構(gòu)，電路結(jié)構(gòu)具有與前述的實施例1的圖3同樣的結(jié)構(gòu)，因此省略其詳細(xì)說明。

在本第二實施例中，在全部逆變器單元U1～U5、V1～V5以及W1～W5均正常的健全時，統(tǒng)一控制裝置30計算將用于對交流感應(yīng)電動機12進(jìn)行驅(qū)動控制的U相輸出電壓指令Vu*、V相輸出電壓指令Vv*以及W相輸出電壓指令Vw*乘以1/N(N為各相的逆變器單元數(shù))、即1/5后得到的值，來作為針對各逆變器單元U1～U5、V1～V5以及W1～W5的單元輸出電壓指令Vu1～Vu5、Vv1～Vv5、Vw1～Vw5，將計算出的單元輸出電壓指令Vu1～Vu5、Vv1～Vv5、Vw1～Vw5輸出到各逆變器單元U1～U5、V1～V5以及W1～W5的控制電路24。因此，電力變換裝置在健全時實現(xiàn)與30脈沖整流相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果。

另一方面，當(dāng)與第一實施方式同樣地假設(shè)逆變器單元U2發(fā)生故障時，在統(tǒng)一控制裝置30中，如圖3所示，將與發(fā)生故障的逆變器單元U2的逆變換部23的輸出側(cè)連接的短路開關(guān)SWu2控制為接通狀態(tài)，并且停止向逆變器單元U2的控制電路24輸出單元輸出電壓指令Vu2來停止逆變器單元U2的運轉(zhuǎn)。

另外，通過統(tǒng)一控制裝置30，將設(shè)置于其它逆變器單元的逆變換部23的輸出側(cè)的短路開關(guān)控制為斷開狀態(tài)。

另外，由于次級繞組的種類數(shù)N為5，因此統(tǒng)一控制裝置30將N＝5代入前述的式(9)，由此α的選擇范圍為

0.86≤α<1.2…(10)。

在此，當(dāng)例如選擇1.1作為α?xí)r，將該α＝1.1代入式(2)，由此β為0.725。

并且，U相串聯(lián)電路SCu是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，因此被設(shè)定為第一群，統(tǒng)一控制裝置30針對正常的剩余4臺的逆變器單元U1和U3～U5，利用乘法器30a對U相輸出電壓指令Vu*乘以1/(N-1)＝1/(5-1)＝1/4來計算等輸出電壓指令Vu*/4，將該等輸出電壓指令Vu*/4作為單元輸出電壓指令Vu1和Vu3～Vu5輸出到逆變器單元U1和U3～U5的控制電路24。

另外，統(tǒng)一控制裝置30判斷為V相串聯(lián)電路SCv不是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，將變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元U2相同的逆變器單元V4設(shè)定為第二群，利用乘法器30b對通過乘法器30a計 算出的等輸出電壓指令Vv*/4乘以α＝1.1，將計算得到的值作為單元輸出電壓指令Vv4輸出到逆變器單元V4的控制電路24。

并且，統(tǒng)一控制裝置30將V相串聯(lián)電路SCv的剩余的逆變器單元V1～V3和V5設(shè)定為第三群，利用乘法器30c對通過乘法器30a計算出的等輸出電壓指令Vv*/4乘以β＝0.725，將計算得到的值作為單元輸出電壓指令Vv1～Vv3和Vv5輸出到逆變器單元V1～V3和V5的控制電路24。

另外，統(tǒng)一控制裝置30判斷為W相串聯(lián)電路SCw不是發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的相，將變壓器次級側(cè)繞組的電壓相位與發(fā)生故障的逆變器單元U2相同的逆變器單元W2設(shè)定為第二群，利用乘法器30a來對W相輸出電壓指令Vw*乘以1/4，由此計算與U相用的進(jìn)行運轉(zhuǎn)的逆變器單元的輸出電壓指令的大小相等的等輸出電壓指令Vw*/4，并利用乘法器30b對該等輸出電壓指令Vw*/4乘以α＝1.1，將計算得到的值作為單元輸出電壓指令Vw2輸出到逆變器單元W2的控制電路24。

并且，統(tǒng)一控制裝置30將W相串聯(lián)電路SCw的剩余的逆變器單元W1和W3～W5設(shè)定為第三群，利用乘法器30c對通過乘法器30a計算出的等輸出電壓指令Vw*/4乘以β＝0.725，將計算得到的值作為單元輸出電壓指令Vw1和Vw3～Vw5來輸出到逆變器單元W1和W3～W5的控制電路24。

通過這樣，能夠使發(fā)生故障的逆變器單元U2所屬的U相串聯(lián)電路SCu與不包括發(fā)生故障的逆變器單元U2的V相串聯(lián)電路SCv及W相串聯(lián)電路SCw的輸出電壓一致，并且能夠使故障小組與正常小組的輸出有效電力相等，從而能夠發(fā)揮比以往例好的輸入電流諧波降低效果。因此，能夠進(jìn)行降低了隨著諧波電流的增加所產(chǎn)生的對電力設(shè)備的不良影響(例如，諧波降低濾波器的燒損等)的部分運轉(zhuǎn)。在此，通過將α設(shè)定為0.86，能夠取得三相的電壓平衡并發(fā)揮與以往例相當(dāng)?shù)妮斎腚娏髦C波降低效果。

此外，在上述第一實施方式和第二實施方式中，說明了對交流感應(yīng)電動機12進(jìn)行驅(qū)動的情況，但是并不限定于此，在對交流同步電動機進(jìn)行驅(qū)動的情況下也能夠應(yīng)用本發(fā)明。

另外，在上述第一實施方式和第二實施方式中，說明了利用二極管來構(gòu)成逆變器單元的正變換部21的情況，但是并不限定于此，也可以使用利用了自消弧器件的自激式的整流器等。

并且，在上述第一實施方式和第二實施方式中，說明了利用乘法器30a～30c來生成單元輸出電壓指令的情況，但是并不限定于此，也可以應(yīng)用微型計算機等運算處理裝置并通過運算處理來計算單元輸出電壓指令。

并且，在上述第一實施方式和第二實施方式中，說明了多繞組變壓器11的次級繞組Lv1～LvN的電壓相位相對于其它次級繞組Lu1～LuN和Lw1～LwN沿相反方向改變電壓相位的情況，但是并不限定于此，也可以使U相用的次級繞組Lu1～LuN或W相用的次級繞組Lw1～LwN沿與其它相的次級繞組相反的方向改變電壓相位，還可以使各相的次級繞組的電壓相位的變化方向均統(tǒng)一為順時針方向或逆時針方向。