WO2023089819A1 - 電力変換システム - Google Patents

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仁志 貞國
亮太 大西
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    • H05K7/14339—Housings specially adapted for power drive units or power converters specially adapted for high voltage operation

Definitions

  • the present disclosure relates to power conversion systems.
  • a power conversion system that converts in the order AC, DC, AC is used to interchange power between two mainly independent, asynchronous AC power systems.
  • This type of power conversion system is also called BTB (back-to-back) because the rectifier and the inverter are arranged with their backs to each other (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-507462 (Patent Document 1)).
  • a BTB is used between a 50 Hz frequency AC power system and a 60 Hz frequency AC power system.
  • a modular multilevel converter may be used as the forward converter and the inverse converter that constitute the above BTB.
  • An MMC is provided with an arm for each phase of the AC power system, and each arm is constructed by cascading a large number of submodules.
  • a submodule is a unit converter composed of a plurality of semiconductor switching elements and one or more capacitors. Furthermore, each arm is provided with a reactor to suppress circulating currents and fault currents.
  • the power conversion system described above is high-voltage and large-capacity, it requires installation space and maintenance costs. Therefore, it is important how to arrange each sub-module and each reactor in consideration of the maintainability of the power conversion system.
  • the present disclosure has been made in consideration of the above problems, and one of its purposes is to provide a power conversion system with excellent maintainability.
  • a power conversion system that performs power conversion between a first AC power system and a second AC power system includes a positive side DC bus and a negative side DC bus, and respective phases and positive sides of the first AC power system. a plurality of first upper arms connected between the DC bus; a plurality of first lower arms connected between each phase of the first AC power system and the negative DC bus; a plurality of second upper arms connected between each phase of the second AC power system and the positive DC bus; and between each phase of the second AC power system and the negative DC bus. and a plurality of second lower arms.
  • Each first upper arm, each first lower arm, each second upper arm, and each second lower arm are cascaded together and each unit converter converts alternating current power and direct current power.
  • the power conversion system further includes a plurality of sub-modules in each of each first upper arm, each first lower arm, each second upper arm, and each second lower arm; It further comprises at least one storage chamber for storing the side DC bus.
  • Each reactor of each first upper arm, each first lower arm, each second upper arm, and each second lower arm is provided outside the at least one storage chamber.
  • a plurality of sub-modules constituting each upper arm and each lower arm are housed in at least one storage room, and each reactor is arranged outside the at least one storage room. It is possible to provide a power conversion system with excellent performance.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of a power conversion system according to this embodiment
  • FIG. FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration example of a sub-module that constitutes the power converter
  • FIG. 4 is a perspective view showing a specific arrangement example of a plurality of sub-modules forming each arm
  • 2 is a plan view showing the configuration of stage ST1.
  • FIG. FIG. 2 is a plan view showing a specific arrangement example of the power conversion system 2 of FIG. 1
  • 6 is a side view of a portion of a reactor 7UA of the U-phase upper arm 3UA of FIG. 5
  • FIG. FIG. 6 is a side view of a portion of a plurality of submodules 20 (5UA) and a positive side DC bus 14P in FIG. 5;
  • the Z direction indicates the vertical direction
  • the X and Y directions indicate directions in the horizontal plane.
  • the X direction and the Y direction do not necessarily have to be orthogonal, and may cross each other at an angle close to 90 degrees.
  • the same reference numerals are given to the same or corresponding parts, and the description thereof will not be repeated.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the electrical configuration of the power conversion system of this embodiment.
  • power conversion system 2 performs power conversion between first AC power system 1A and second AC power system 1B.
  • the power conversion system 2 includes a first power conversion device 2A that performs power conversion between the AC power system 1A and the DC buses 14P and 14N, and a power conversion between the AC power system 1B and the DC buses 14P and 14N. and a second power conversion device 2B that performs
  • power converter 2A is configured by a modular multilevel converter (MMC) including a plurality of submodules (SM) 20 cascaded with each other.
  • MMC modular multilevel converter
  • a “submodule” is also called a “converter cell” or a “unit converter”.
  • the power conversion device 2A includes a U-phase upper arm 3UA and a U-phase lower arm 4UA corresponding to the U-phase of the AC power system 1A, a V-phase upper arm 3VA and a V-phase lower arm 4VA corresponding to the V-phase, and a W-phase. It includes corresponding W-phase upper arm 3WA and W-phase lower arm 3WB.
  • U-phase upper arm 3UA includes a plurality of submodules 20 (5UA) and a reactor 7UA connected in series between positive DC bus 14P and U-phase AC terminal 9UA.
  • U-phase lower arm 4UA includes a plurality of submodules 20 (6UA) and a reactor 8VB connected in series between negative DC bus 14N and U-phase AC terminal 9UA.
  • V-phase upper arm 3VA includes a plurality of sub-modules 20 (5VA) and a reactor 7VA connected in series between positive DC bus 14P and V-phase AC terminal 9VA.
  • V-phase lower arm 4VA includes a plurality of sub-modules 20 (6VA) and a reactor 8VB connected in series between negative DC bus 14N and V-phase AC terminal 9VA.
  • W-phase upper arm 3WA includes a plurality of submodules 20 (5WA) and a reactor 7WA connected in series between positive DC bus 14P and W-phase AC terminal 9WA.
  • W-phase lower arm 4WA includes a plurality of sub-modules 20 (6WA) and a reactor 8VB connected in series between negative DC bus 14N and W-phase AC terminal 9WA.
  • upper arm 3A and lower arm 4A When collectively referring to the upper arm and the lower arm or when indicating an arbitrary phase, they are referred to as upper arm 3A and lower arm 4A.
  • a plurality of sub-modules 5A, 6A are used when collectively referring to the plurality of sub-modules of the upper arm and the plurality of sub-modules 20 of the lower arm or when referring to any one.
  • Reactors 7A and 8A are used to collectively refer to the reactors of the upper arm and the reactors of the lower arm or to indicate arbitrary reactors.
  • the reactor 7A is connected between the AC terminal 9A and the plurality of submodules 5A, and the reactor 8A is connected between the reactor 8A and the plurality of submodules 6A. That is, reactors 7A and 8A are arranged close to AC terminal 9A (that is, away from positive DC bus 14P or negative DC bus 14N). The reason for this is to consider the maintainability of the power conversion system 2, and the details will be described later with reference to FIG.
  • the power converter 2A further includes a transformer 13A and an initial charging resistor 10A.
  • the transformer 13A is connected between the AC power system 1A and AC terminals 9UA, 9VA, and 9WA (collectively referred to as AC terminals 9A).
  • AC terminals 9A instead of using the transformer 13A in FIG. 1, a configuration may be adopted in which the AC power system 1A and the power converter 2A are connected via a grid reactor.
  • the initial charging resistor 10A includes a resistor 11 connected in series to each of the U-phase, V-phase, and W-phase lines of the AC power system 1A, and a switch 12 connected in parallel with each resistor.
  • the charging current flowing through the submodule 20 is suppressed by opening each switch 12 .
  • resistor 11 is bypassed by closing switch 12 .
  • the initial charging resistor 10A may be provided on either the primary side (that is, the AC power system 1A side) or the secondary side (that is, the AC terminal 9A side) of the transformer 13A. By providing the initial charging resistor 10A on the primary side of the transformer 13A, the inrush current flowing from the AC power system 1A to the transformer 13A can be suppressed.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration example of a sub-module configuring the power converter.
  • the sub-module 20 shown in (A) of FIG. 2 has a circuit configuration called a half-bridge configuration.
  • This submodule 20 includes a series body formed by connecting two switching elements 21P and 21N in series, a storage element 22, and input/output terminals T1 and T2.
  • the series body of switching elements 21P and 21N and storage element 22 are connected in parallel. Both terminals of the switching element 21N are connected to the input/output terminals T1 and T2, respectively.
  • a half bridge circuit is configured by switching elements 21P and 21N.
  • the submodule 20 outputs the voltage of the storage element 22 or zero voltage between the input/output terminals T1 and T2 by switching operations of the switching elements 21P and 21N.
  • the switching element 21P is turned on and the switching element 21N is turned off
  • the voltage of the storage element 22 is output from the submodule 20 .
  • the switching element 21P is turned off and the switching element 21N is turned on
  • the submodule 20 outputs zero voltage.
  • the submodule 20 shown in FIG. 2(B) has a circuit configuration called a full bridge configuration.
  • the submodule 20 includes a first series body formed by connecting two switching elements 21P1 and 21N1 in series, a second series body formed by connecting two switching elements 21P2 and 21N2 in series, It has a power storage element 22 and input/output terminals T1 and T2.
  • the first series body, the second series body, and the storage element 22 are connected in parallel.
  • a midpoint of switching element 21P1 and switching element 21N1 is connected to input/output terminal T1.
  • the midpoint of switching element 21P2 and switching element 21N2 is connected to input/output terminal T2.
  • a full bridge circuit 25 is configured by the switching elements 21P1, 21N1, 21P2, and 21N2.
  • the submodule 20 converts the voltage of the storage element 22, the voltage obtained by inverting the sign of the voltage of the storage element 22, or zero voltage to the input/output terminals T1 and T2 by switching operations of the switching elements 21P1, 21N1, 21P2, and 21N2. output between
  • each of the switching elements 21P, 21N, 21P1, 21N1, 21P2, and 21N2 is, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a GCT (Gate Commutated Turn-off) thyristor, or the like.
  • An FWD Freewheeling Diode is connected in anti-parallel to a self-arc-extinguishing semiconductor switching element.
  • capacitors such as film capacitors are mainly used for the storage element 22 .
  • the storage element 22 may also be referred to as a capacitor in the following description.
  • the input/output terminal T1 is connected to the input/output terminal T2 of the adjacent submodule 20 or the positive side DC bus 14P.
  • the input/output terminal T2 is connected to the input/output terminal T1 of the adjacent submodule 20 or the AC terminals 9A and 9B.
  • the input/output terminal T1 is connected to the input/output terminal T2 of the adjacent submodule 20 or the AC terminals 9A and 9B. is connected to the input/output terminal T1 of the submodule 20 or the negative side DC bus 14N.
  • each sub-module 20 is housed in a plurality of insulating containers stacked in a tower.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a specific arrangement example of a plurality of submodules that constitute each arm.
  • An arrangement example of a plurality of sub-modules 20 (5UA) constituting the U-phase upper arm 3UA will be described below, but the same applies to other arms.
  • Racks LK1 and LK2 are arranged adjacent to each other in the X direction in the figure.
  • the stages ST1 to ST5 are sequentially arranged in the Z direction (height direction) in the figure and arranged parallel to each other.
  • the first stage ST1 is supported on the floor by six pillars 35 .
  • Stages ST2-ST5 are supported by six columns 36 on stages ST1-ST4, respectively.
  • the stages ST11 to ST15 are sequentially arranged in the Z direction (height direction) in the figure and arranged parallel to each other.
  • the first stage ST11 is supported on the floor by six supports 35 .
  • Stages ST12 to ST15 are supported by six columns 36 on stages ST11 to ST14, respectively.
  • Stages ST11 to ST15 of rack LK2 are arranged at the same height as stages ST1 to ST5 of rack LK1, respectively.
  • FIG. 4 is a plan view showing the configuration of the stage ST1.
  • the stage ST1 includes a rectangular substrate 31, six insulators 32, an insulating shield 33, a positive terminal T11, and a negative terminal T12.
  • the short side of the substrate 31 is oriented in the X direction in the drawing, and the long side is oriented in the Y direction in the drawing.
  • Six holes are formed in the peripheral portion of the substrate 31 , six insulators 32 are fitted into the six holes, respectively, and the central portion of each insulator 32 is fixed to the substrate 31 .
  • a hole for fitting a support 35 or 36 is drilled in the upper end and lower end of each insulator 32 .
  • the periphery of the substrate 31 is covered with an insulating shield 33 .
  • the insulating shield 33 is divided into four portions corresponding to the four sides of the substrate 31, and each portion is fixed to the substrate 31 by a fixing member (not shown).
  • a positive terminal T11 first terminal
  • a negative terminal T11 second terminal
  • the positive terminal T11, the eight sub-modules 20, and the negative terminal T12 are arranged in the Y direction in the drawing.
  • the positive terminal T11 penetrates the insulating shield 33 and protrudes toward the front side of the stage ST1.
  • the negative terminal T12 penetrates the insulating shield 33 and protrudes toward the rear side of the stage ST1.
  • Eight submodules 20 are cascaded between terminals T11 and T12.
  • Input/output terminals T1 and T2 of adjacent sub-modules 20 are connected to each other by a metal plate EL.
  • Each of the other stages ST2 to ST5 of rack LK1 has the same configuration as stage ST1.
  • the positive terminal T11, the eight sub-modules 20, and the negative terminal T12 are arranged in the direction opposite to the Y direction in the figure.
  • the positive terminal T11 penetrates the insulating shield 33 and protrudes to the rear side of the stage ST11.
  • the negative terminal T12 penetrates the insulating shield 33 and protrudes toward the front side of the stage ST11.
  • Eight submodules 20 are cascaded between terminals T11 and T12.
  • each sub-module 20 is connected in series.
  • the terminal T11 of the stage ST1 is the terminal on the highest potential side.
  • a terminal T12 of the stage ST1 and a terminal T11 of the stage ST11 are connected by a wiring 37.
  • FIG. Terminal T12 of stage ST11 and terminal T11 of stage ST2 are connected by wiring 37 .
  • Terminal T12 of stage ST2 and terminal T11 of stage ST12 are connected by wiring 37 .
  • Stages ST12, ST3, ST13, ST4, ST14, ST5, ST5, and ST15 are spirally connected in this order.
  • the terminal T12 of the stage ST15 is the terminal on the lowest potential side.
  • FIG. 1 [Planar layout of power conversion system] A practical arrangement example of the power conversion system 2 of FIG. 1 will be described below with reference to FIGS. 5 to 7. FIG. Each component of the power conversion system 2 is arranged in consideration of maintainability.
  • FIG. 5 is a plan view showing a specific arrangement example of the power conversion system 2 of FIG.
  • the walls 41-44 defining the storage chamber 40 are shown in cross section.
  • a plurality of sub-modules 20 (5UA, 5VA, 5WA) of upper arm 3A constituting power converter 2A of FIG. 1 and a plurality of sub-modules 20 of upper arm 3B constituting power converter 2B.
  • (5UB, 5VB, 5WB) and the positive side DC bus line 14P connecting them are arranged in the storage room 40.
  • a plurality of sub-modules 20 (6UA, 6VA, 6WA) of the lower arm 4A constituting the power conversion device 2A and a plurality of sub-modules 20 (6UB, 6VB, 6WB) of the lower arm 4B constituting the power conversion device 2B , and the negative side DC bus 14N that connects them are arranged inside the storage room 40 .
  • the plurality of submodules 20 forming each arm are stacked in a tower shape.
  • the positive side DC bus 14P and the negative side DC bus 14N are arranged extending in the Y direction in FIG. 5 in plan view.
  • positive side DC bus 14P and negative side DC bus 14N do not have to extend in exactly the same direction.
  • the plurality of sub-modules 20 (5UA, 5VA, 5WA) of the upper arm 3A constituting the power conversion device 2A and the plurality of sub-modules 20 (5UB, 5VB, 5WB) of the upper arm 3B constituting the power conversion device 2B? , are arranged opposite to each other with respect to the positive DC bus 14P.
  • a plurality of sub-modules 20 (6UA, 6VA, 6WA) of the lower arm 4A constituting the power conversion device 2A and a plurality of sub-modules 20 (6UB, 6VB, 6WB) of the lower arm 4B constituting the power conversion device 2B ) are arranged opposite to each other with respect to the negative DC bus 14N.
  • the plurality of sub-modules 20 of each arm constituting the power conversion device 2A and the sub-modules 20 of the corresponding arms constituting the power conversion device 2B are arranged side by side in the X direction intersecting the Y direction. be.
  • the floor surface of the storage room 40 includes a first area and a second area.
  • the floor surface of the storage room 40 is divided into a first area 49P and a second area 49N at the position of the two-dot chain line of reference numeral 57.
  • the first region 49P there are a plurality of sub-modules 20 (5UA, 5VA, 5WA) of the upper arm 3A constituting the power conversion device 2A and a plurality of sub-modules 20 (5UA, 5VA, 5WA) of the upper arm 3B constituting the power conversion device 2B.
  • 5UB, 5VB, 5WB and the positive side DC bus 14P are arranged.
  • a plurality of sub-modules 20 (6UA, 6VA, 6WA) of the lower arm 4A constituting the power conversion device 2A and a plurality of sub-modules 20 (6UA, 6VA, 6WA) of the lower arm 4B constituting the power conversion device 2B ( 6UB, 6VB, 6WB) and a negative side DC bus 14N.
  • the plurality of sub-modules 20 (5UA, 5VA, 5WA) of the upper arm 3A that constitute the power converter 2A are arranged between the wall 41 defining the storage room 40 and the positive DC bus 14P.
  • a plurality of sub-modules 20 (5UB, 5VB, 5WB) of the upper arm 3B constituting the power converter 2B are arranged between a wall 42 defining a storage room 40 and facing the wall 41 and the positive DC bus 14P. be.
  • a plurality of sub-modules 20 (6UA, 6VA, 6WA) of the lower arm 4A that constitute the power converter 2A are arranged between the wall 41 and the negative side DC bus 14N.
  • a plurality of sub-modules 20 (6UB, 6VB, 6WB) of the lower arm 4B that constitute the power conversion device 2B are arranged between the wall 42 and the negative side DC bus 14N.
  • a current transformer 46P for DC current detection, a voltage transformer 47P for DC voltage detection, and a DC lightning arrester 48P are connected to the positive DC bus 14P.
  • a current transformer 46N for DC current detection, a voltage transformer 47N for DC voltage detection, and a DC lightning arrester 48N are connected to the negative DC bus 14N.
  • Air adjusted to the set temperature range and the set room temperature range by the air conditioner 54 is supplied to the storage room 40 via the duct 55 . Furthermore, the inside of storage room 40 may be made more clean than the outside of storage room 40 by providing a dust filter at the blower port of air conditioner 54 . In order to improve the cleanliness of the interior of the storage room 40 in this manner, the air pressure inside the storage room 40 is set higher than the air pressure outside the storage room 40 .
  • Reactors 7UA, 7VA, 7WA, 8UA, 8VA, and 8WA constituting power converter 2A and reactors 7UB, 7VB, 7WB, 8UB, 8VB, and 8WB constituting power converter 2B are stored outside storage room 40. They are arranged opposite each other with respect to the chamber 40 .
  • the reactors 7UA, 7VA, 7WA, 8UA, 8VA, and 8WA constituting the power converter 2A are provided with a plurality of corresponding submodules 5UA, 5VA, It is arranged adjacent to 5WA, 6UA, 6VA and 6WA.
  • the reactors 7UA, 7VA, 7WA, 8UA, 8VA, 8WA are connected to a plurality of corresponding submodules 5UA, 5VA, 5WA, 6UA via through bushings 51UA, 51VA, 51WA, 52UA, 52VA, 52WA penetrating the wall 41, respectively. , 6VA and 6WA, respectively.
  • the reactors 7UB, 7VB, 7WB, 8UB, 8VB, and 8WB constituting the power conversion device 2B are provided with a plurality of corresponding sub-sub reactors with a wall 42 (opposed to the wall 41) that defines the storage chamber 40 interposed therebetween. It is arranged adjacent to modules 5UB, 5VB, 5WB, 6UB, 6VB and 6WB.
  • the reactors 7UB, 7VB, 7WB, 8UB, 8VB, 8WB are connected to a plurality of corresponding submodules 5UB, 5VB, 5WB, through bushings 51UB, 51V1, 51WB, 52UB, 52VB, 52WB that penetrate the wall 42, respectively. 6UB, 6VB and 6WB are connected respectively.
  • the reactors 7UA, 7VA, 7WA, 8UA, 8VA, and 8WA that make up the power converter 2A are connected to the AC bus 53A, and connected to the initial charging resistor 10A and the transformer 13A via the AC bus 53A.
  • reactors 7UB, 7VB, 7WB, 8UB, 8VB, and 8WB constituting power converter 2B are connected to AC bus 53B, and connected to initial charging resistor 10B and transformer 13B via AC bus 53B.
  • AC buses 53A and 53B extend in the Y direction.
  • the AC bus 53A is arranged outside the storage room 40 along the wall 41 and its extending direction
  • the AC bus 53B is arranged outside the storage room 40 along the wall 42 and its extending direction.
  • Reactors 7UA, 7VA, 7WA, 8UA, 8VA, and 8WA are arranged between AC bus 53A and storage chamber 40 .
  • Reactors 7UB, 7VB, 7WB, 8UB, 8VB, and 8WB are arranged between AC bus 53B and storage chamber 40 .
  • a plurality of sub-modules 20 (5UA, 5VA, 5WA, 5UB, 5VB, 5WB) and a positive side DC bus 14P related to the upper arms 3A and 3B, and a plurality of modules related to the lower arms 4A and 4B.
  • Submodules 20 (6UA, 6VA, 6WA, 6UB, 6VB, 6WB) and negative side DC bus 14N are arranged separately in the Y direction. Therefore, the storage room 40 is separated in the Y direction by the wall 57 extending in the X direction, and the components related to the upper arms 3A and 3B and the components related to the lower arms 4A and 4B are separated into separate rooms. You can store it.
  • the power conversion system of the modified example includes a first storage room and a second storage room.
  • the first storage room corresponds to the portion having the floor surface 49P, the wall 43, the wall 57, the first wall (the portion of the wall 41 that rises from the floor surface 49P) and the second wall. (the portion of the wall 42 that rises from the floor surface 49P).
  • the first wall and the second wall face each other.
  • the second storage room corresponds to the portion having the floor surface 49N, the wall 44, the wall 57, the third wall (the portion of the wall 41 that rises from the floor surface 49N) and the fourth wall (the floor surface of the wall 42). 49N).
  • the third wall is positioned in the extending direction of the first wall
  • the fourth wall is positioned in the extending direction of the second wall.
  • the third wall and the fourth wall face each other.
  • the first storage room contains a plurality of submodules 20 (5UA, 5VA, 5WA) of the upper arm 3A that constitutes the power converter 2A, and a plurality of submodules 20 (5UA, 5VA, 5WA) of the upper arm 3B that constitutes the power converter 2B.
  • Submodules 20 (5UB, 5VB, 5WB) and positive side DC bus 14P are accommodated.
  • a plurality of sub-modules 20 (6UA, 6VA, 6WA) of the lower arm 4A constituting the power converter 2A and a plurality of sub-modules 20 (6UA, 6VA, 6WA) of the lower arm 4B constituting the power converter 2B are provided.
  • a plurality of sub-modules 20 (5UA, 5VA, 5WA) of upper arm 3A are arranged between the first wall and positive side DC bus 14P.
  • a plurality of sub-modules 20 (5UB, 5VB, 5WB) of upper arm 3B are arranged between the second wall and positive side DC bus 14P.
  • a plurality of sub-modules 20 (6UA, 6VA, 6WA) of the lower arm 4A are arranged between the third wall and the negative side DC bus 14N.
  • a plurality of sub-modules 20 (6UB, 6VB, 6WB) of the lower arm 4B are arranged between the fourth wall and the negative DC bus 14N.
  • the reactors 7UA, 7VA, 7WA that constitute the upper arm 3A of the power converter 2A are arranged adjacent to the corresponding plurality of sub-modules 5UA, 5VA, 5WA with the first wall interposed therebetween.
  • the reactors 7UA, 7VA, 7WA are respectively connected to the plurality of corresponding submodules 5UA, 5VA, 5WA via through bushings 51UA, 51VA, 51WA penetrating through the first wall.
  • the reactors 7UB, 7VB, 7WB that constitute the upper arm 3B of the power conversion device 2B are arranged adjacent to the corresponding plurality of sub-modules 5UB, 5VB, 5WB with the second wall interposed therebetween.
  • the reactors 7UB, 7VB, 7WB are connected to the corresponding plurality of submodules 5UB, 5VB, 5WB via through bushings 51UB, 51VB, 51WB penetrating through the second wall, respectively.
  • the reactors 8UA, 8VA, 8WA that constitute the lower arm 4A of the power conversion device 2A are arranged adjacent to the corresponding plurality of sub-modules 6UA, 6VA, 6WA with the third wall interposed therebetween.
  • the reactors 8UA, 8VA, 8WA are connected to the corresponding sub-modules 6UA, 6VA, 6WA via through bushings 52UA, 52VA, 52WA that penetrate the third wall, respectively.
  • the reactors 8UB, 8VB, 8WB that constitute the lower arm 4B of the power conversion device 2B are arranged adjacent to the corresponding plurality of sub-modules 6UB, 6VB, 6WB with the fourth wall interposed therebetween.
  • the reactors 8UB, 8VB, 8WB are connected to the corresponding sub-modules 6UB, 6VB, 6WB via through bushings 52UB, 52VB, 52WB penetrating through the fourth wall, respectively.
  • FIG. 6 is a side view of the reactor 7UA portion of the U-phase upper arm 3UA of FIG.
  • the wall surface 41 defining the storage room 40, the floor portion, and the AC bus 53A are shown in cross section.
  • the reactor 7UA is supported by insulator-equipped struts 71 attached to a frame 70 on the floor surface 65 .
  • a first terminal 72 of reactor 7UA is connected to through bushing 51UA via wiring 62 (for example, an aluminum stranded wire).
  • Through bushing 51UA is fixed to wall 41 by flange 69 .
  • a second terminal 73 of reactor 7UA is connected to AC bus 53A via wiring 63 and bushing 74 .
  • AC bus 53A is, for example, a gas-tight bus.
  • AC bus 53A is supported by pedestal 75 .
  • a current transformer 76 for detecting an alternating current (arm current) is provided between the bushing 74 and the AC bus 53A.
  • FIG. 7 is a side view of the multiple sub-modules 20 (5UA) and the positive side DC bus 14P of FIG.
  • the wall surface 41 defining the storage chamber 40, the floor portion, and the positive side DC bus 14P are shown in cross section.
  • the positive DC bus 14P is supported on the floor surface 65 by a support 80 with an insulator.
  • a plurality of submodules 5UA are stacked in a tower shape as described with reference to FIGS.
  • Terminal T11 of stage ST1 which has the highest potential in racks LK1 and LK2, is connected to positive side DC bus 14P via wiring 60 (for example, aluminum twisted wire).
  • Terminal T12 of stage S15 which has the lowest potential in racks LK1 and LK2, is connected to through bushing 51UA via wiring 61 (for example, aluminum twisted wire).
  • the bottom end of the through bushing 51UA (that is, the bottom end of the flange 69) is positioned higher than at least one of the top ends of the racks LK1 and LK2 and the top end of the reactor 7UA. It is attached to the wall 41 . This allows the penetration bushing 51UA to be pulled out from the wall 41 during maintenance and inspection of the penetration bushing 51UA.
  • the arrangement of the through bushings is the same for the other phases and the lower arm.
  • the DC buses 14P and 14N and the plurality of sub-modules 20, which have a large influence in the event of an accident and have a relatively high frequency of maintenance, are placed in the clean storage room 40. placed.
  • the reactors 7A, 7B, 8A, 8B which are easily contaminated with insulating oil, are arranged outside the storage chamber 40 . This facilitates maintenance of the DC buses 14P and 14N and the plurality of sub-modules 20, which are important parts requiring relatively high maintenance frequency.

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Abstract

電力変換システム（２）は、第１および第２の交流電力系統の各相と直流母線（１４Ｐ，１４Ｎ）との間に設けられ、互いにカスケード接続された各アーム用の複数のサブモジュール（５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂ）を備える。複数のサブモジュールの各々は、交流電力と直流電力とを変換する単位変換器である。電力変換システムは、さらに、各アーム用の複数のサブモジュールと各交流電力系統との接続部との間に接続されたリアクトル（７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂ）と、少なくとも１つの収納室（４０）とを備える。各アーム用の複数のサブモジュールおよび直流母線は、前記少なくとも１つの収納室に収納され、各リアクトルは収納室の室外に配置される。

Description

電力変換システム
　本開示は、電力変換システムに関する。
　主として独立した２つの非同期の交流電力系統間で電力を融通するのに、交流、直流、交流の順に変換する電力変換システムが用いられる。この種の電力変換システムは、順変換器と逆変換器とが互いに背中を付き合わせて配置されているので、ＢＴＢ（back　to　back）とも呼ばれる（たとえば、特表２００９－５０７４６２号公報（特許文献１）を参照）。日本では、５０Ｈｚの周波数の交流電力系統と６０Ｈｚの周波数の交流電力系統との間にＢＴＢが使用されている。
　上記のＢＴＢを構成する順変換器および逆変換器としてモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular　Multilevel　Converter）が用いられる場合がある。ＭＭＣは、交流電力系統の相ごとにアームが設けられ、各アームは多数のサブモジュールをカスケード接続することによって構成される。サブモジュールは、複数の半導体スイッチング素子と１つ以上のコンデンサによって構成された単位変換器である。さらに、各アームには、循環電流および事故電流を抑制するためにリアクトルが設けられる。
特表２００９－５０７４６２号公報
　上記のような電力変換システムは高電圧かつ大容量なものであるので、設置スペースを要し、保守コストもかかる。したがって、電力変換システムの保守性を考慮して上記の各サブモジュールおよび各リアクトルをどのように配置するかが重要となる。
　本開示は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、その目的の１つは保守性に優れた電力変換システムを提供することである。
　第１の交流電力系統と第２の交流電力系統との間で電力変換を行う電力変換システムは、正側直流母線および負側直流母線と、第１の交流電力系統のそれぞれの相と正側直流母線との間に接続された複数の第１の上アームと、第１の交流電力系統のそれぞれの相と負側直流母線との間に接続された複数の第１の下アームと、第２の交流電力系統のそれぞれの相と正側直流母線との間に接続された複数の第２の上アームと、第２の交流電力系統のそれぞれの相と負側直流母線との間に接続された複数の第２の下アームとを備える。各第１の上アーム、各第１の下アーム、各第２の上アーム、および各第２の下アームの各々は、互いにカスケード接続され、各々が交流電力と直流電力とを変換する単位変換器である複数のサブモジュールと、複数のサブモジュールと直列に接続されたリアクトルとを含む。各第１の上アームおよび各第２の上アームの各々において、複数のサブモジュールはリアクトルと正側直流母線との間に接続される。各第１の下アームおよび各第２の下アームの各々において、複数のサブモジュールはリアクトルと負側直流母線との間に接続される。電力変換システムは、さらに、各第１の上アーム、各第１の下アーム、各第２の上アーム、および各第２の下アームの各々の複数のサブモジュールと、正側直流母線および負側直流母線とを収納する少なくとも１つの収納室をさらに備える。各第１の上アーム、各第１の下アーム、各第２の上アーム、および各第２の下アームの各々のリアクトルは、上記の少なくとも１つの収納室の室外に設けられる。
　上記の実施形態によれば、各上アームおよび各下アームを構成する複数のサブモジュールを少なくとも１つの収納室に収納し、各リアクトルを上記少なくとも１つの収納室の室外に配置することによって、保守性に優れた電力変換システムを提供できる。
本実施の形態の電力変換システムの電気的構成を示すブロック図である。 電力変換器を構成するサブモジュールの構成例を示す回路図である。 各アームを構成する複数のサブモジュールの具体的配置例を示す斜視図である。 ステージＳＴ１の構成を示す平面図である。 図１の電力変換システム２の具体的な配置例を示す平面図である。 図５のＵ相上アーム３ＵＡのリアクトル７ＵＡの部分の側面図である。 図５の複数のサブモジュール２０（５ＵＡ）および正側直流母線１４Ｐの部分の側面図である。
　以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。以下の説明において、Ｚ方向は鉛直方向を示し、Ｘ方向およびＹ方向は水平面内の方向を示す。Ｘ方向とＹ方向とは必ずしも直交していなくてもよく、９０度に近い角度で互いに交差していてもよい。また、以下の説明において同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。
　実施の形態１．
　［電力変換システムの全体構成］
　まず、電力変換システムの電気的な接続関係について説明する。図１は、本実施の形態の電力変換システムの電気的構成を示すブロック図である。
　図１を参照して、電力変換システム２は、第１の交流電力系統１Ａと第２の交流電力系統１Ｂとの間で電力変換を行う。電力変換システム２は、交流電力系統１Ａと直流母線１４Ｐ，１４Ｎとの間で電力変換を行う第１の電力変換装置２Ａと、交流電力系統１Ｂと直流母線１４Ｐ，１４Ｎとの間で電力変換を行う第２の電力変換装置２Ｂとを含む。
　以下、電力変換システム２を構成する各要素についてさらに詳しく説明する。以下の説明において、交流電力系統１Ａ側の電力変換装置２Ａの構成と、電力変換装置２Ｂ側の電力変換装置２Ｂの構成とは同じである。したがって、以下では、電力変換装置２Ａの構成について主として説明する。電力変換装置２Ｂ側の構成要素の参照符号は、電力変換装置２Ａ側の構成要素の参照符号の末尾をＡからＢに変更したものである。
　［電力変換器の電気的構成］
　図１を参照して、電力変換装置２Ａは、互いにカスケード接続された複数のサブモジュール（ＳＭ）２０を含むモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）によって構成されている。なお、「サブモジュール」は、「変換器セル」または「単位変換器」とも呼ばれる。
　電力変換装置２Ａは、交流電力系統１ＡのＵ相に対応するＵ相上アーム３ＵＡおよびＵ相下アーム４ＵＡと、Ｖ相に対応するＶ相上アーム３ＶＡおよびＶ相下アーム４ＶＡと、Ｗ相に対応するＷ相上アーム３ＷＡおよびＷ相下アーム３ＷＢとを含む。Ｕ相上アーム３ＵＡは、正側直流母線１４ＰとＵ相交流端子９ＵＡとの間に直列に接続された複数のサブモジュール２０（５ＵＡ）とリアクトル７ＵＡとを含む。Ｕ相下アーム４ＵＡは、負側直流母線１４ＮとＵ相交流端子９ＵＡとの間に直列に接続された複数のサブモジュール２０（６ＵＡ）とリアクトル８ＶＢとを含む。
　Ｖ相およびＷ相についても同様である。すなわち、Ｖ相上アーム３ＶＡは、正側直流母線１４ＰとＶ相交流端子９ＶＡとの間に直列に接続された複数のサブモジュール２０（５ＶＡ）とリアクトル７ＶＡとを含む。Ｖ相下アーム４ＶＡは、負側直流母線１４ＮとＶ相交流端子９ＶＡとの間に直列に接続された複数のサブモジュール２０（６ＶＡ）とリアクトル８ＶＢとを含む。Ｗ相上アーム３ＷＡは、正側直流母線１４ＰとＷ相交流端子９ＷＡとの間に直列に接続された複数のサブモジュール２０（５ＷＡ）とリアクトル７ＷＡとを含む。Ｗ相下アーム４ＷＡは、負側直流母線１４ＮとＷ相交流端子９ＷＡとの間に直列に接続された複数のサブモジュール２０（６ＷＡ）とリアクトル８ＶＢとを含む。上アームおよび下アームを総称する場合または任意の相を示す場合に、上アーム３Ａおよび下アーム４Ａと記載する。上アームの複数のサブモジュールおよび下アームの複数のサブモジュール２０を総称する場合または任意のものを示す場合に、複数のサブモジュール５Ａ，６Ａと記載する。上アームのリアクトルおよび下アームのリアクトルを総称する場合または任意のものを示す場合に、リアクトル７Ａ，８Ａと記載する。
　リアクトル７Ａは、交流端子９Ａと複数のサブモジュール５Ａとの間に接続され、リアクトル８Ａは、リアクトル８Ａと複数のサブモジュール６Ａと間に接続される。すなわち、リアクトル７Ａおよび８Ａは、交流端子９Ａに近接して（すなわち、正側直流母線１４Ｐまたは負側直流母線１４Ｎから離れて）配置される。この理由は、電力変換システム２の保守性を考慮したためであり、詳しくは図５を参照して後述する。
　電力変換装置２Ａは、さらに、変圧器１３Ａと初期充電用抵抗器１０Ａとを含む。変圧器１３Ａは、交流電力系統１Ａと交流端子９ＵＡ，９ＶＡ，９ＷＡ（総称する場合に、交流端子９Ａと記載する）との間に接続される。図１の変圧器１３Ａを用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流電力系統１Ａと電力変換装置２Ａとの間を接続する構成としてもよい。
　初期充電用抵抗器１０Ａは、交流電力系統１ＡのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の線路にそれぞれ直列に接続された抵抗器１１と、各抵抗器と並列に接続されたスイッチ１２とを含む。起動時には各スイッチ１２を開放状態にすることによってサブモジュール２０に流れる充電電流を抑制する。定常動作時には、スイッチ１２を閉路状態にすることによって抵抗器１１をバイパスさせる。
　初期充電用抵抗器１０Ａは、変圧器１３Ａの一次側（すなわち、交流電力系統１Ａの側）および二次側（すなわち、交流端子９Ａの側）のいずれに設けてもよい。初期充電用抵抗器１０Ａを変圧器１３Ａの一次側に設けると、交流電力系統１Ａから変圧器１３Ａに流れるインラッシュ電流を抑制できる。
　［サブモジュールの構成例］
　図２は、電力変換器を構成するサブモジュールの構成例を示す回路図である。
　図２の（Ａ）に示すサブモジュール２０は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。このサブモジュール２０は、２つのスイッチング素子２１Ｐおよび２１Ｎを直列接続して形成した直列体と、蓄電素子２２と、入出力端子Ｔ１，Ｔ２とを備える。スイッチング素子２１Ｐおよび２１Ｎの直列体と蓄電素子２２とは並列接続される。スイッチング素子２１Ｎの両端子は、入出力端子Ｔ１，Ｔ２にそれぞれ接続される。スイッチング素子２１Ｐおよび２１Ｎによってハーフブリッジ回路が構成される。
　サブモジュール２０は、スイッチング素子２１Ｐ，２１Ｎのスイッチング動作により、蓄電素子２２の電圧または零電圧を、入出力端子Ｔ１およびＴ２の間に出力する。スイッチング素子２１Ｐがオン、かつスイッチング素子２１Ｎがオフとなったときに、サブモジュール２０からは、蓄電素子２２の電圧が出力される。スイッチング素子２１Ｐがオフ、かつスイッチング素子２１Ｎがオンとなったときに、サブモジュール２０は、零電圧を出力する。
　図２の（Ｂ）に示すサブモジュール２０は、フルブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。このサブモジュール２０は、２つのスイッチング素子２１Ｐ１および２１Ｎ１を直列接続して形成された第１の直列体と、２つスイッチング素子２１Ｐ２および２１Ｎ２を直列接続して形成された第２の直列体と、蓄電素子２２と、入出力端子Ｔ１，Ｔ２とを備える。第１の直列体と、第２の直列体と、蓄電素子２２とが並列接続される。スイッチング素子２１Ｐ１およびスイッチング素子２１Ｎ１の中点は、入出力端子Ｔ１と接続される。同様に、スイッチング素子２１Ｐ２およびスイッチング素子２１Ｎ２の中点は、入出力端子Ｔ２と接続される。スイッチング素子２１Ｐ１，２１Ｎ１，２１Ｐ２，２１Ｎ２によって、フルブリッジ回路２５が構成される。
　サブモジュール２０は、スイッチング素子２１Ｐ１，２１Ｎ１，２１Ｐ２，２１Ｎ２のスイッチング動作により、蓄電素子２２の電圧、蓄電素子２２の電圧の符号を反転させた電圧、または零電圧を、入出力端子Ｔ１およびＴ２の間に出力する。
　図２の（Ａ）および（Ｂ）において、スイッチング素子２１Ｐ，２１Ｎ，２１Ｐ１，２１Ｎ１，２１Ｐ２，２１Ｎ２の各々は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）、ＧＣＴ（Gate　Commutated　Turn-off）サイリスタなどの自己消弧型の半導体スイッチング素子にＦＷＤ（Freewheeling　Diode）が逆並列に接続されて構成される。
　図２の（Ａ）および（Ｂ）において、蓄電素子２２には、フィルムコンデンサなどのキャパシタが主に用いられる。蓄電素子２２は、以降の説明では、キャパシタと呼称することもある。
　図２の（Ａ）および（Ｂ）の各々において、上アーム３Ａ，３Ｂに配置されたサブモジュール２０では、入出力端子Ｔ１は、隣のサブモジュール２０の入出力端子Ｔ２または正側直流母線１４Ｐと接続され、入出力端子Ｔ２は、隣のサブモジュール２０の入出力端子Ｔ１または交流端子９Ａ，９Ｂと接続される。同様に、下アーム４Ａ，４Ｂに配置されたサブモジュール２０では、入出力端子Ｔ１は、隣のサブモジュール２０の入出力端子Ｔ２または交流端子９Ａ，９Ｂと接続され、入出力端子Ｔ２は、隣のサブモジュール２０の入出力端子Ｔ１または負側直流母線１４Ｎと接続される。
　［複数のサブモジュールの具体的構成例］
　次に、各アームを構成する多数のサブモジュール２０の具体的な配置例について説明する。以下に示すように、各サブモジュール２０は、タワー状に積層された複数の絶縁性容器に収納される。
　図３は、各アームを構成する複数のサブモジュールの具体的配置例を示す斜視図である。以下では、Ｕ相上アーム３ＵＡを構成する複数のサブモジュール２０（５ＵＡ）の配置例について説明するが、他のアームについても同様である。
　図３を参照して、Ｕ相上アーム３ＵＡは、Ｑ個（ただし、Ｑは２以上の整数であり、図３ではＱ＝２である）のラックＬＫ１，ＬＫ２を備える。ラックＬＫ１，ＬＫ２は、図中のＸ方向に隣接して配置されている。
　ラックＬＫ１は、Ｎ段（ただし、Ｎは２以上の整数であり、図３ではＮ＝５である）のステージＳＴ１～ＳＴ５を含む。ステージＳＴ１～ＳＴ５は、図中のＺ方向（高さ方向）に順次配列され、互いに平行に配置されている。１段目のステージＳＴ１は、６本の支柱３５によって床の上に支持されている。ステージＳＴ２～ＳＴ５は、それぞれステージＳＴ１～ＳＴ４の上に６本の支柱３６によって支持されている。
　ラックＬＫ２は、Ｎ段（ただし、Ｎは２以上の整数であり、図３ではＮ＝５である）のステージＳＴ１１～ＳＴ１５を含む。ステージＳＴ１１～ＳＴ１５は、図中のＺ方向（高さ方向）に順次配列され、互いに平行に配置されている。１段目のステージＳＴ１１は、６本の支柱３５によって床の上に支持されている。ステージＳＴ１２～ＳＴ１５は、それぞれステージＳＴ１１～ＳＴ１４の上に６本の支柱３６によって支持されている。ラックＬＫ２のステージＳＴ１１～ＳＴ１５は、それぞれラックＬＫ１のステージＳＴ１～ＳＴ５と同じ高さに配置されている。
　図４は、ステージＳＴ１の構成を示す平面図である。図４において、ステージＳＴ１は、長方形の基板３１と、６個の碍子３２と、絶縁シールド３３と、正側端子Ｔ１１と、負側端子Ｔ１２とを含む。基板３１の短辺は図中のＸ方向に向けられ、その長辺は図中のＹ方向に向けられている。基板３１の周縁部の６箇所に孔(図示せず)が開けられており、６つの碍子３２はそれぞれ６つの孔に嵌め込まれ、各碍子３２の中央部は基板３１に固定されている。
　各碍子３２の上端部および下端部には、支柱３５または３６を嵌め込むための穴が開けられている。基板３１の周囲は絶縁シールド３３で覆われている。絶縁シールド３３は、基板３１の４辺に対応する４つの部分に分割されており、各部分は固定部材(図示せず)によって基板３１に固定されている。
　基板３１の表面には、Ｍ個（ただし、Ｍは２以上の整数であり、図４ではＭ＝８である）のサブモジュール２０と、正側端子Ｔ１１（第１の端子）と、負側端子Ｔ１２（第２の端子）とが搭載されている。正側端子Ｔ１１と、８個のサブモジュール２０と、負側端子Ｔ１２とは、図中のＹ方向に配列されている。正側端子Ｔ１１は、絶縁シールド３３を貫通してステージＳＴ１の正面側に突出している。負側端子Ｔ１２は、絶縁シールド３３を貫通してステージＳＴ１の背面側に突出している。８個のサブモジュール２０は、端子Ｔ１１，Ｔ１２間にカスケード接続されている。隣接するサブモジュール２０の入出力端子Ｔ１，Ｔ２は、金属プレートＥＬで相互に接続されている。ラックＬＫ１の他のステージＳＴ２～ＳＴ５の各々はステージＳＴ１と同じ構成である。
　ラックＬＫ２のステージＳＴ１１～ＳＴ１５の各々では、正側端子Ｔ１１と、８個のサブモジュール２０と、負側端子Ｔ１２とは、図中のＹ方向と逆方向に配列されている。正側端子Ｔ１１は、絶縁シールド３３を貫通してステージＳＴ１１の背面側に突出している。負側端子Ｔ１２は、絶縁シールド３３を貫通してステージＳＴ１１の正面側に突出している。８個のサブモジュール２０は、端子Ｔ１１，Ｔ１２間にカスケード接続されている。
　各サブモジュール２０は直列に接続される。図３の場合、ステージＳＴ１の端子Ｔ１１が最も高電位側の端子である。ステージＳＴ１の端子Ｔ１２とステージＳＴ１１の端子Ｔ１１とが配線３７で接続される。ステージＳＴ１１の端子Ｔ１２とステージＳＴ２の端子Ｔ１１とが配線３７で接続される。ステージＳＴ２の端子Ｔ１２とステージＳＴ１２の端子Ｔ１１とが配線３７で接続される。以下、ステージＳＴ１２，ＳＴ３，ＳＴ１３，ＳＴ４，ＳＴ１４，ＳＴ５，ＳＴ５，ＳＴ１５の順にらせん状に接続される。ステージＳＴ１５の端子Ｔ１２が最も低電位側の端子である。
　［電力変換システムの平面配置例］
　以下、図５～図７を参照して図１の電力変換システム２の実際上の配置例について説明する。電力変換システム２の各構成要素は、保守性を考慮して配置されている。
　図５は、図１の電力変換システム２の具体的な配置例を示す平面図である。図５において、収納室４０を規定する壁面４１～４４は、断面として示されている。
　図５を参照して、図１の電力変換装置２Ａを構成する上アーム３Ａの複数のサブモジュール２０（５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ）および電力変換装置２Ｂを構成する上アーム３Ｂの複数のサブモジュール２０（５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ）と、これらを接続する正側直流母線１４Ｐとは、収納室４０の室内に配置される。同様に、電力変換装置２Ａを構成する下アーム４Ａの複数のサブモジュール２０（６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡ）および電力変換装置２Ｂを構成する下アーム４Ｂの複数のサブモジュール２０（６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢ）と、これらを接続する負側直流母線１４Ｎとは、収納室４０の室内に配置される。図３および図４で説明したように、各アームを構成する複数のサブモジュール２０は、タワー状に積層配置されている。
　より詳細には、図５に示すように、正側直流母線１４Ｐおよび負側直流母線１４Ｎは、平面視して図５のＹ方向に延在して配置される。ただし、正側直流母線１４Ｐと負側直流母線１４Ｎとは厳密に同方向に延在していなくてもよい。電力変換装置２Ａを構成する上アーム３Ａの複数のサブモジュール２０（５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ）と、電力変換装置２Ｂを構成する上アーム３Ｂの複数のサブモジュール２０（５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ）とは、正側直流母線１４Ｐに対して互いに反対側に配置される。同様に、電力変換装置２Ａを構成する下アーム４Ａの複数のサブモジュール２０（６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡ）と、電力変換装置２Ｂを構成する下アーム４Ｂの複数のサブモジュール２０（６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢ）とは、負側直流母線１４Ｎに対して互いに反対側に配置される。上記の場合、電力変換装置２Ａを構成する各アームの複数のサブモジュール２０と、電力変換装置２Ｂを構成する対応するアームのサブモジュール２０とは、Ｙ方向に交差するＸ方向に並んで配置される。
　上記を別の観点から説明すると、収納室４０の床面は、第１の領域と第２の領域とを含む。図５の例の場合、収納室の４０の床面は参照符号５７の二点鎖線の位置で第１の領域４９Ｐと第２の領域４９Ｎとに区分される。第１の領域４９Ｐには、電力変換装置２Ａを構成する上アーム３Ａの複数のサブモジュール２０（５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ）と、電力変換装置２Ｂを構成する上アーム３Ｂの複数のサブモジュール２０（５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ）と、正側直流母線１４Ｐとが配置される。第２の領域４９Ｎには、電力変換装置２Ａを構成する下アーム４Ａの複数のサブモジュール２０（６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡ）と、電力変換装置２Ｂを構成する下アーム４Ｂの複数のサブモジュール２０（６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢ）と、負側直流母線１４Ｎとが配置される。
　ここで、電力変換装置２Ａを構成する上アーム３Ａの複数のサブモジュール２０（５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ）は、収納室４０を規定する壁４１と正側直流母線１４Ｐとの間に配置される。電力変換装置２Ｂを構成する上アーム３Ｂの複数のサブモジュール２０（５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ）、収納室４０を規定し且つ壁４１に対向する壁４２と正側直流母線１４Ｐとの間に配置される。電力変換装置２Ａを構成する下アーム４Ａの複数のサブモジュール２０（６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡ）は、壁４１と負側直流母線１４Ｎとの間に配置される。電力変換装置２Ｂを構成する下アーム４Ｂの複数のサブモジュール２０（６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢ）は、壁４２と負側直流母線１４Ｎとの間に配置される。
　正側直流母線１４Ｐには、直流電流検出用の電流変成器４６Ｐ、直流電圧検出用の電圧変成器４７Ｐ、および直流避雷器４８Ｐが接続される。負側直流母線１４Ｎには、直流電流検出用の電流変成器４６Ｎ、直流電圧検出用の電圧変成器４７Ｎ、および直流避雷器４８Ｎが接続される。
　収納室４０には、空気調和機５４によって設定温度範囲および設定室度範囲に調整された空気が、ダクト５５を介して供給される。さらに、空気調和機５４の送風口に防塵フィルタが設けられることによって、収納室４０の室内を収納室４０の室外よりも清浄度を高めてもよい。このように収納室４０の室内の清浄度を高める場合には、収納室４０の室内の気圧を収納室４０の室外の気圧よりも高く設定する。
　電力変換装置２Ａ構成するリアクトル７ＵＡ，７ＶＡ，７ＷＡ，８ＵＡ，８ＶＡ，８ＷＡと、電力変換装置２Ｂを構成するリアクトル７ＵＢ，７ＶＢ，７ＷＢ，８ＵＢ，８ＶＢ，８ＷＢとは、収納室４０の室外において、収納室４０に対して互いに反対側に配置される。
　より詳細には、電力変換装置２Ａ構成するリアクトル７ＵＡ，７ＶＡ，７ＷＡ，８ＵＡ，８ＶＡ，８ＷＡは、収納室４０を規定する壁４１を間に挟んで、それぞれ対応する複数のサブモジュール５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ，６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡに隣接して配置される。リアクトル７ＵＡ，７ＶＡ，７ＷＡ，８ＵＡ，８ＶＡ，８ＷＡは、壁４１を貫通する貫通ブッシング５１ＵＡ，５１ＶＡ，５１ＷＡ，５２ＵＡ，５２ＶＡ，５２ＷＡをそれぞれ介して、対応する複数のサブモジュール５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ，６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡにそれぞれ接続される。
　同様に、電力変換装置２Ｂ構成するリアクトル７ＵＢ，７ＶＢ，７ＷＢ，８ＵＢ，８ＶＢ，８ＷＢは、収納室４０を規定する壁４２（壁４１に対向する）を間に挟んで、それぞれ対応する複数のサブモジュール５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ，６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢに隣接して配置される。リアクトル７ＵＢ，７ＶＢ，７ＷＢ，８ＵＢ，８ＶＢ，８ＷＢは、壁４２を貫通する貫通ブッシングを５１ＵＢ，５１Ｖ１，５１ＷＢ，５２ＵＢ，５２ＶＢ，５２ＷＢをそれぞれ介して、対応する複数のサブモジュール５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ，６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢにそれぞれ接続される。
　電力変換装置２Ａ構成するリアクトル７ＵＡ，７ＶＡ，７ＷＡ，８ＵＡ，８ＶＡ，８ＷＡは、交流母線５３Ａに接続され、交流母線５３Ａを介して初期充電用抵抗器１０Ａおよび変圧器１３Ａに接続される。同様に、電力変換装置２Ｂ構成するリアクトル７ＵＢ，７ＶＢ，７ＷＢ，８ＵＢ，８ＶＢ，８ＷＢは、交流母線５３Ｂに接続され、交流母線５３Ｂを介して初期充電用抵抗器１０Ｂおよび変圧器１３Ｂに接続される。交流母線５３Ａ，５３Ｂは、Ｙ方向に延在する。上記を別の観点から説明すると、交流母線５３Ａは、収納室４０の室外に壁４１およびその延在方向に沿って配置され、交流母線５３Ｂは、収納室４０の室外に壁４２およびその延在方向に沿って配置される。交流母線５３Ａと収納室４０との間にリアクトル７ＵＡ，７ＶＡ，７ＷＡ，８ＵＡ，８ＶＡ，８ＷＡが配置される。交流母線５３Ｂと収納室４０との間にリアクトル７ＵＢ，７ＶＢ，７ＷＢ，８ＵＢ，８ＶＢ，８ＷＢが配置される。
　なお、図５において、上アーム３Ａ，３Ｂに関係する複数のサブモジュール２０（５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ，５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ）および正側直流母線１４Ｐと、下アーム４Ａ，４Ｂに関係する複数のサブモジュール２０（６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡ，６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢ）および負側直流母線１４Ｎとは、Ｙ方向に分離して配置されている。したがって、Ｘ方向に延在する壁５７によって収納室４０をＹ方向に分離して、上アーム３Ａ，３Ｂに関係する構成要素と、下アーム４Ａ，４Ｂに関係する構成要素とを別々の部屋に収納してもよい。
　すなわち、一変形例の電力変換システムは、第１の収納室と第２の収納室とを含む。図５の例の場合、第１の収納室は、床面４９Ｐを有する部分に対応し、壁４３と壁５７と第１壁（壁４１のうち床面４９Ｐから起立する部分）と第２壁（壁４２のうち床面４９Ｐから起立する部分）とによって規定される。第１壁と第２壁とは互いに対向する。第２の収納室は、床面４９Ｎを有する部分に対応し、壁４４と壁５７と第３壁（壁４１のうち床面４９Ｎから起立する部分）と第４壁（壁４２のうち床面４９Ｎから起立する部分）とによって規定される。第３壁は第１壁の延在方向に位置し、第４壁は第２壁の延在方向に位置する。第３壁と第４壁とは互いに対向する。
　上記の場合、第１の収納室には、電力変換装置２Ａを構成する上アーム３Ａの複数のサブモジュール２０（５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ）と、電力変換装置２Ｂを構成する上アーム３Ｂの複数のサブモジュール２０（５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ）と、正側直流母線１４Ｐとが収納される。第２の収納室には、電力変換装置２Ａを構成する下アーム４Ａの複数のサブモジュール２０（６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡ）と、電力変換装置２Ｂを構成する下アーム４Ｂの複数のサブモジュール２０（６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢ）と、負側直流母線１４Ｎとが収納される。上アーム３Ａの複数のサブモジュール２０（５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡ）は、第１壁と正側直流母線１４Ｐとの間に配置される。上アーム３Ｂの複数のサブモジュール２０（５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢ）は、第２壁と正側直流母線１４Ｐとの間に配置される。下アーム４Ａの複数のサブモジュール２０（６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡ）は、第３壁と負側直流母線１４Ｎとの間に配置される。下アーム４Ｂの複数のサブモジュール２０（６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢ）は、第４壁と負側直流母線１４Ｎとの間に配置される。
　電力変換装置２Ａの上アーム３Ａを構成するリアクトル７ＵＡ，７ＶＡ，７ＷＡは、第１壁を間に挟んで、それぞれ対応する複数のサブモジュール５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡに隣接して配置される。リアクトル７ＵＡ，７ＶＡ，７ＷＡは、第１壁を貫通する貫通ブッシング５１ＵＡ，５１ＶＡ，５１ＷＡをそれぞれ介して、対応する複数のサブモジュール５ＵＡ，５ＶＡ，５ＷＡにそれぞれ接続される。
　同様に、電力変換装置２Ｂの上アーム３Ｂを構成するリアクトル７ＵＢ，７ＶＢ，７ＷＢは、第２壁を間に挟んで、それぞれ対応する複数のサブモジュール５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢに隣接して配置される。リアクトル７ＵＢ，７ＶＢ，７ＷＢは、第２壁を貫通する貫通ブッシング５１ＵＢ，５１ＶＢ，５１ＷＢをそれぞれ介して、対応する複数のサブモジュール５ＵＢ，５ＶＢ，５ＷＢにそれぞれ接続される。
　電力変換装置２Ａの下アーム４Ａを構成するリアクトル８ＵＡ，８ＶＡ，８ＷＡは、第３壁を間に挟んで、それぞれ対応する複数のサブモジュール６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡに隣接して配置される。リアクトル８ＵＡ，８ＶＡ，８ＷＡは、第３壁を貫通する貫通ブッシング５２ＵＡ，５２ＶＡ，５２ＷＡをそれぞれ介して、対応する複数のサブモジュール６ＵＡ，６ＶＡ，６ＷＡにそれぞれ接続される。
　電力変換装置２Ｂの下アーム４Ｂを構成するリアクトル８ＵＢ，８ＶＢ，８ＷＢは、第４壁を間に挟んで、それぞれ対応する複数のサブモジュール６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢに隣接して配置される。リアクトル８ＵＢ，８ＶＢ，８ＷＢは、第４壁を貫通する貫通ブッシング５２ＵＢ，５２ＶＢ，５２ＷＢをそれぞれ介して、対応する複数のサブモジュール６ＵＢ，６ＶＢ，６ＷＢにそれぞれ接続される。
　次に、図６を参照して、電力変換装置２Ａを構成するＵ相上アーム用のリアクトル７ＵＡのより詳細な配置について説明する。他の相のリアクトルの場合も同様であり、他の電力変換装置２Ｂの場合も同様である。
　図６は、図５のＵ相上アーム３ＵＡのリアクトル７ＵＡの部分の側面図である。図６において、収納室４０を規定する壁面４１、床部分、および交流母線５３Ａは断面として示している。
　図６に示すように、リアクトル７ＵＡは、床面６５上の架台７０に取り付けられた碍子付きの支柱７１によって支持される。リアクトル７ＵＡの第１の端子７２は、配線６２（たとえば、アルミニウム撚り線）を介して貫通ブッシング５１ＵＡに接続される。貫通ブッシング５１ＵＡは、フランジ６９によって壁４１に固定されている。リアクトル７ＵＡの第２の端子７３は、配線６３およびブッシング７４を介して交流母線５３Ａに接続される。交流母線５３Ａは、たとえば、ガス密閉母線である。交流母線５３Ａは、架台７５によって支持される。ブッシング７４と交流母線５３Ａとの間には、交流電流（アーム電流）を検出するための電流変成器７６が設けられる。
　次に、図７を参照して、電力変換装置２Ａを構成するＵ相上アーム３Ａ用の複数のサブモジュール２０（５ＵＡ）および正側直流母線１４Ｐのより詳細な配置について説明する。他の相の上アームの場合、下アームの場合、および他の電力変換装置２Ｂの場合も同様である。
　図７は、図５の複数のサブモジュール２０（５ＵＡ）および正側直流母線１４Ｐの部分の側面図である。図７において、収納室４０を規定する壁面４１、床部分、および正側直流母線１４Ｐは断面で示している。
　図７に示すように、正側直流母線１４Ｐは、碍子付の支柱８０によって床面６５上に支持される。複数のサブモジュール５ＵＡは、図３および図４を参照して説明したようにタワー状に積層されている。ラックＬＫ１，ＬＫ２において最も高電位のステージＳＴ１の端子Ｔ１１は、配線６０（たとえば、アルミニウム撚り線）を介して正側直流母線１４Ｐに接続される。ラックＬＫ１，ＬＫ２において最も低電位のステージＳ１５の端子Ｔ１２には、配線６１（たとえば、アルミニウム撚り線）を介して貫通ブッシング５１ＵＡに接続される。
　なお、貫通ブッシング５１ＵＡの最下端（すなわち、フランジ６９の最下端）は、ラックＬＫ１，ＬＫ２の最上端およびリアクトル７ＵＡの最上端のうちの少なくとも一方よりも高い位置となるように、貫通ブッシング５１ＵＡは壁４１に取り付けられる。これによって、貫通ブッシング５１ＵＡの保守点検時に、貫通ブッシング５１ＵＡを壁４１から引き抜くことができる。上記の貫通ブッシングの配置は、他の相の場合も同様であり、下アームの場合も同様である。
　［効果］
　以上のとおり、上記の実施の形態の電力変換システム２によれば、事故時の波及が大きくかつ保守頻度が比較的高い直流母線１４Ｐ，１４Ｎおよび複数のサブモジュール２０が清浄な収納室４０内に配置される。一方、絶縁油によって汚染されやすいリアクトル７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂが収納室４０の室外に配置される。これによって、保守頻度が比較的高い重要部位である直流母線１４Ｐ，１４Ｎおよび複数のサブモジュール２０の保守を実行しやすくなる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この出願の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１Ａ　第１の交流電力系統、１Ｂ　第２の交流電力系統、２　電力変換システム、２Ａ　第１の電力変換装置、２Ｂ　第２の電力変換装置、３　上アーム、４　下アーム、５，６，２０　サブモジュール、７，８　リアクトル、９　交流端子、１０Ａ，１０Ｂ　初期充電用抵抗器、１３Ａ，１３Ｂ　変圧器、１４Ｎ　負側直流母線、１４Ｐ　正側直流母線、４０　収納室、４１，４２　壁、５１，５２　貫通ブッシング、５３　交流母線、５４　空気調和機、５５　ダクト、６５　床面、ＬＫ１，ＬＫ２　ラック、Ｔ１，Ｔ２　入出力端子、Ｔ１１　正側端子、Ｔ１２　負側端子。

Claims (9)

  1. 　第１の交流電力系統と第２の交流電力系統との間で電力変換を行う電力変換システムであって、
    　正側直流母線および負側直流母線と、
    　前記第１の交流電力系統のそれぞれの相と前記正側直流母線との間に接続された複数の第１の上アームと、
    　前記第１の交流電力系統のそれぞれの相と前記負側直流母線との間に接続された複数の第１の下アームと、
    　前記第２の交流電力系統のそれぞれの相と前記正側直流母線との間に接続された複数の第２の上アームと、
    　前記第２の交流電力系統のそれぞれの相と前記負側直流母線との間に接続された複数の第２の下アームとを備え、
    　各第１の上アーム、各第１の下アーム、各第２の上アーム、および各第２の下アームの各々は、
    　互いにカスケード接続され、各々が交流電力と直流電力とを変換する単位変換器である複数のサブモジュールと、
    　前記複数のサブモジュールと直列に接続されたリアクトルとを含み、
    　各第１の上アームおよび各第２の上アームの各々において、前記複数のサブモジュールは前記リアクトルと前記正側直流母線との間に接続され、
    　各第１の下アームおよび各第２の下アームの各々において、前記複数のサブモジュールは前記リアクトルと前記負側直流母線との間に接続され、
    　前記電力変換システムは、さらに、各第１の上アーム、各第１の下アーム、各第２の上アーム、および各第２の下アームの各々の前記複数のサブモジュールと、前記正側直流母線および負側直流母線とを収納する少なくとも１つの収納室をさらに備え、
    　各第１の上アーム、各第１の下アーム、各第２の上アーム、および各第２の下アームの各々の前記リアクトルは、前記少なくとも１つの収納室の室外に設けられる、電力変換システム。
  2. 　前記少なくとも１つの収納室の温度、湿度、および清浄度を設定範囲内に制御するための空気調和機をさらに備える、請求項１に記載の電力変換システム。
  3. 　前記正側直流母線および前記負側直流母線の各々は、平面視してそれぞれ一方向に延在して配置され、
    　各第１の上アームの前記複数のサブモジュールと、各第２の上アームの前記複数のサブモジュールとは、平面視して、前記正側直流母線に対して互いに反対側に配置され、
    　各第１の下アームの前記複数のサブモジュールと、各第２の下アームの前記複数のサブモジュールとは、平面視して、前記負側直流母線に対して互いに反対側に配置される、請求項１または２に記載の電力変換システム。
  4. 　前記少なくとも１つの収納室は、単一の収納室であり、
    　前記単一の収納室の床面は、第１の領域と、前記第１の領域と異なる第２の領域とを含み、
    　各第１の上アームの前記複数のサブモジュールと、各第２の上アームの前記複数のサブモジュールと、前記正側直流母線とは、前記第１の領域に配置され、
    　各第１の下アームの前記複数のサブモジュールと、各第２の下アームの前記複数のサブモジュールと、前記負側直流母線とは、前記第２の領域に配置され、
    　各第１の上アームの前記複数のサブモジュールは、前記単一の収納室を規定する第１壁と前記正側直流母線との間に配置され、
    　各第２の上アームの前記複数のサブモジュールは、前記単一の収納室を規定し且つ前記第１壁に対向する第２壁と、前記正側直流母線との間に配置され、
    　各第１の下アームの前記複数のサブモジュールは、前記第１壁と前記負側直流母線との間に配置され、
    　各第２の下アームの前記複数のサブモジュールは、前記第２壁と前記負側直流母線との間に配置される、請求項３に記載の電力変換システム。
  5. 　同一の前記第１の上アームを構成する前記リアクトルと前記複数のサブモジュールとは、前記第１壁を間に挟んで互いに隣り合って配置され、前記第１壁を貫通する第１の貫通ブッシングを介して互いに接続され、
    　同一の前記第２の上アームを構成する前記リアクトルと前記複数のサブモジュールとは、前記第２壁を間に挟んで互いに隣り合って配置され、前記第２壁を貫通する第２の貫通ブッシングを介して互いに接続され、
    　同一の前記第１の下アームを構成する前記リアクトルと前記複数のサブモジュールとは、前記第１壁を間に挟んで互いに隣り合って配置され、前記第１壁を貫通する第３の貫通ブッシングを介して互いに接続され、
    　同一の前記第２の下アームを構成する前記リアクトルと前記複数のサブモジュールとは、前記第２壁を間に挟んで互いに隣り合って配置され、前記第２壁を貫通する第４の貫通ブッシングを介して互いに接続される、請求項４に記載の電力変換システム。
  6. 　前記少なくとも１つの収納室は、第１の収納室と第２の収納室とを含み、
    　各第１の上アームの前記複数のサブモジュールと、各第２の上アームの前記複数のサブモジュールと、前記正側直流母線とは、前記第１の収納室に収納され、
    　各第１の下アームの前記複数のサブモジュールと、各第２の下アームの前記複数のサブモジュールと、前記負側直流母線とは、前記第２の収納室に収納され、
    　各第１の上アームの前記複数のサブモジュールは、前記第１の収納室を規定する第１壁と前記正側直流母線との間に配置され、
    　各第２の上アームの前記複数のサブモジュールは、前記第１の収納室を規定し且つ前記第１壁に対向する第２壁と、前記正側直流母線との間に配置され、
    　各第１の下アームの前記複数のサブモジュールは、前記第２の収納室を規定し且つ前記第１壁の延在方向に位置する第３壁と、前記負側直流母線との間に配置され、
    　各第２の下アームの前記複数のサブモジュールは、前記第２の収納室を規定し且つ前記第２壁の延在方向に位置し且つ前記第３壁に対向する第４壁と、前記負側直流母線との間に配置される、請求項３に記載の電力変換システム。
  7. 　同一の前記第１の上アームを構成する前記リアクトルと前記複数のサブモジュールとは、前記第１壁を間に挟んで互いに隣り合って配置され、前記第１壁を貫通する第１の貫通ブッシングを介して互いに接続され、
    　同一の前記第２の上アームを構成する前記リアクトルと前記複数のサブモジュールとは、前記第２壁を間に挟んで互いに隣り合って配置され、前記第２壁を貫通する第２の貫通ブッシングを介して互いに接続され、
    　同一の前記第１の下アームを構成する前記リアクトルと前記複数のサブモジュールとは、前記第３壁を間に挟んで互いに隣り合って配置され、前記第３壁を貫通する第３の貫通ブッシングを介して互いに接続され、
    　同一の前記第２の下アームを構成する前記リアクトルと前記複数のサブモジュールとは、前記第４壁を間に挟んで互いに隣り合って配置され、前記第４壁を貫通する第４の貫通ブッシングを介して互いに接続される、請求項６に記載の電力変換システム。
  8. 　前記第１の貫通ブッシングの下端は、対応する前記第１の上アームの前記リアクトルの上端と、対応する前記第１の上アームの前記複数のサブモジュールを収納するラックの上端との少なくとも一方よりも高く、
    　前記第２の貫通ブッシングの下端は、対応する前記第２の上アームの前記リアクトルの上端と、対応する前記第２の上アームの前記複数のサブモジュールを収納するラックの上端との少なくとも一方よりも高く、
    　前記第３の貫通ブッシングの下端は、対応する前記第１の下アームの前記リアクトルの上端と、対応する前記第１の下アームの前記複数のサブモジュールを収納するラックの上端との少なくとも一方よりも高く、
    　前記第４の貫通ブッシングの下端は、対応する前記第２の下アームの前記リアクトルの上端と、対応する前記第２の下アームの前記複数のサブモジュールを収納するラックの上端の少なくとも一方よりも高い、請求項５または７に記載の電力変換システム。
  9. 　前記第１の交流電力系統の交流母線は、前記少なくとも１つの収納室の室外に、前記第１壁およびその延在方向に沿って配置され、各第１の上アームの前記リアクトルおよび各第１の下アームの前記リアクトルと接続され、
    　前記第２の交流電力系統の交流母線は、前記少なくとも１つの収納室の室外に、前記第２壁およびその延在方向に沿って配置され、各第２の上アームの前記リアクトルおよび各第２の下アームの前記リアクトルと接続される、請求項５、７および８のいずれか１項に記載の電力変換システム。
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