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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-26
(45)【発行日】2023-08-03
(54)【発明の名称】電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 1/08 20060101AFI20230727BHJP
G05F 1/70 20060101ALI20230727BHJP
【ＦＩ】
H02M1/08 301B
H02M1/08 341D
H02M1/08 341C
G05F1/70 K
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2020143424
(22)【出願日】2020-08-27
(65)【公開番号】P2022038775
(43)【公開日】2022-03-10
【審査請求日】2022-08-09
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108062
【弁理士】
【氏名又は名称】日向寺 雅彦
(74)【代理人】
【識別番号】100168332
【弁理士】
【氏名又は名称】小崎 純一
(74)【代理人】
【識別番号】100146592
【弁理士】
【氏名又は名称】市川 浩
(74)【代理人】
【識別番号】100172188
【弁理士】
【氏名又は名称】内田 敬人
(72)【発明者】
【氏名】近藤 晃司
【審査官】阿部 弘
(56)【参考文献】
【文献】特開昭５９－１９４４６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０３３００４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１４０７３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０２９４４０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭６２－１４１９６５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００２－３０５８３９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ １／０８
Ｇ０５Ｆ １／７０
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
直列に接続された複数の第１サイリスタを含むサイリスタバルブを含むサイリスタバルブモジュールと、ゲート信号を生成するゲート駆動装置と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を伝送する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの受光端と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに分配する第１光スプリッタと、
前記第１光スプリッタと前記複数の第１サイリスタとの間に設けられ、前記第１光スプリッタによって分配された前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに供給する複数の第２光ファイバと、
を備え、
前記第１光ファイバの長さは、前記複数の第２光ファイバのいずれの長さよりも長く、
前記第１光スプリッタは、導電性の筐体内に収納され、
前記筐体は、前記筐体が取り付けられた前記サイリスタバルブモジュール内のいずれかの電位に接続された電力変換装置。
【請求項2】
直列に接続された複数の第１サイリスタを含むサイリスタバルブを含むサイリスタバルブモジュールと、
ゲート信号を生成するゲート駆動装置と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を伝送する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの受光端と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに分配する第１光スプリッタと、
前記第１光スプリッタと前記複数の第１サイリスタとの間に設けられ、前記第１光スプリッタによって分配された前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに供給する複数の第２光ファイバと、
前記ゲート駆動装置と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を伝送する第３光ファイバと、
前記第３光ファイバの受光端と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに分配する第２光スプリッタと、
前記第２光スプリッタと前記複数の第１サイリスタとの間に設けられ、前記第２光スプリッタによって分配された前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに供給する複数の第４光ファイバと、
を備え、
前記第１光ファイバの長さは、前記複数の第２光ファイバのいずれの長さよりも長く、
前記複数の第２光ファイバは、前記複数の第１サイリスタのうち、対地電位が近接するサイリスタの第１グループに接続され、
前記複数の第４光ファイバは、前記複数の第１サイリスタのうち、対地電位が近接するサイリスタの第２グループに接続された電力変換装置。
【請求項3】
直列に接続された複数の第１サイリスタを含むサイリスタバルブを含むサイリスタバルブモジュールと、
ゲート信号を生成するゲート駆動装置と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を伝送する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの受光端と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに分配する第１光スプリッタと、
前記第１光スプリッタと前記複数の第１サイリスタとの間に設けられ、前記第１光スプリッタによって分配された前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに供給する複数の第２光ファイバと、
を備え、
前記第１光ファイバの長さは、前記複数の第２光ファイバのいずれの長さよりも長く、
前記サイリスタバルブモジュールは、前記複数の第１サイリスタに逆並列に接続された複数の第２サイリスタを含み、
前記複数の第２光ファイバは、それぞれ分岐され、
分岐された一方の複数の第２光ファイバは、前記複数の第１サイリスタに接続され、
分岐された他方の複数の第２光ファイバは、前記複数の第２サイリスタに接続された電力変換装置。
【請求項4】
直列に接続された複数の第１サイリスタを含むサイリスタバルブを含むサイリスタバルブモジュールと、
ゲート信号を生成するゲート駆動装置と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を伝送する第１光ファイバと、
前記第１光ファイバの受光端と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに分配する第１光スプリッタと、
前記第１光スプリッタと前記複数の第１サイリスタとの間に設けられ、前記第１光スプリッタによって分配された前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに供給する複数の第２光ファイバと、
を備え、
前記第１光ファイバの長さは、前記複数の第２光ファイバのいずれの長さよりも長く、
前記サイリスタバルブモジュールは、４つの隣接する側面を有する筐体を有し、
前記第１光スプリッタは、前記４つの側面のうちの１つに設けられ、
前記第１光スプリッタの筐体は、前記４つの側面がなす外周の外側に向かって凸となる導電性を有する曲面を含む電力変換装置。
【請求項5】
直列に接続された複数のサイリスタを含むサイリスタバルブを含むサイリスタバルブモジュールと、ゲート信号を生成するゲート駆動装置と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を伝送する複数の第１の光ファイバと、
前記ゲート駆動装置と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を伝送する複数の第２の光ファイバと、
を備え、
前記複数の第１の光ファイバは、前記複数のサイリスタのうち、対地電位が近接するサイリスタの第１グループに接続され、まとめて敷設され、
前記複数の第２の光ファイバは、前記複数のサイリスタのうち、対地電位が近接するサイリスタの第２グループに接続され、まとめて敷設された電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電力系統には、高電圧大電力容量の電力変換装置が用いられる場合がある。このような電力変換装置では、電力用半導体素子を必要数だけ直列に接続して、所望の耐圧を実現する。
【0003】
サイリスタバルブを用いた電力変換装置は、大電流出力が可能な光サイリスタの普及とともに、サイリスタを多段に直列接続することによって高電圧化が可能なため、電力系統に用いられることが多い。
【0004】
このようなサイリスタバルブでは、サイリスタの直列接続数が多くなると、サイリスタを点弧させるための光源や、ゲート信号を送信する光ファイバの本数が多くなり、部品数の増加や光ファイバの敷設工事が煩雑になるなどの問題が生じ得る。
【0005】
部品数の増加を抑制し、光ファイバの敷設工事を容易にする電力変換装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開昭６３－８０７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
実施形態は、部品数の増加を抑制し、光ファイバの敷設工事を容易にする電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態に係る電力変換装置は、直列に接続された複数の第１サイリスタを含むサイリスタバルブを含むサイリスタバルブモジュールと、ゲート信号を生成するゲート駆動装置と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を伝送する第１光ファイバと、前記第１光ファイバの受光端と前記サイリスタバルブモジュールとの間に設けられ、前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに分配する第１光スプリッタと、前記第１光スプリッタと前記複数の第１サイリスタとの間に設けられ、前記第１光スプリッタによって分配された前記ゲート信号を前記複数の第１サイリスタに供給する複数の第２光ファイバと、を備える。前記第１光ファイバの長さは、前記複数の第２光ファイバのいずれの長さよりも長い。前記第１光スプリッタは、導電性の筐体内に収納される。前記筐体は、前記筐体が取り付けられた前記サイリスタバルブモジュール内のいずれかの電位に接続される。
【発明の効果】
【0009】
本実施形態では、部品数の増加を抑制し、光ファイバの敷設工事を容易にする電力変換装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図5】第３の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
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を適宜省略する。
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を適宜省略する。
【0012】
（第１の実施形態）
図１（ａ）および図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
図１（ａ）および図１（ｂ）には、電力変換装置として、サイリスタ式の無効電力補償装置（Static VAR Compensator、ＳＶＣ）の主回路２，２ａが示されている。
図１（ａ）および図１（ｂ）は、第１の実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
図１（ａ）および図１（ｂ）には、電力変換装置として、サイリスタ式の無効電力補償装置（Static VAR Compensator、ＳＶＣ）の主回路２，２ａが示されている。
【0013】
図１（ａ）は、リアクトル電流を連続的に制御するＴＣＲ（Thyristor Controlled Reactor）の１相分の主回路２を示している。図１（ａ）の主回路２は、たとえばΔ結線され、あるいはスター結線されて、電力系統等に接続される。三相の電力線にΔ結線で接続される場合には、Ｕ相１００ａとＶ相１００ｂとの間に主回路２が接続される。
図１（ａ）に示すように、電力変換装置は、主回路２を備える。主回路２は、サイリスタバルブ１０を含む。サイリスタバルブ１０は、サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂを含んでいる。サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂは、逆並列に接続されている。逆並列に接続されたサイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂは、同じ位相のゲート信号で点弧される。
図１（ａ）に示すように、電力変換装置は、主回路２を備える。主回路２は、サイリスタバルブ１０を含む。サイリスタバルブ１０は、サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂを含んでいる。サイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂは、逆並列に接続されている。逆並列に接続されたサイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂは、同じ位相のゲート信号で点弧される。
【0014】
サイリスタバルブ１０の一方の主端子は、リアクトル２１を介して、電力線のＵ相１００ａに接続される。サイリスタバルブ１０の他方の主端子は、リアクトル２２を介して、電力線のＶ相１００ｂに接続される。リアクトル２１，２２は、サイリスタバルブ１０に流れる電流のｄｉ／ｄｔを抑制して、サイリスタバルブ１０を保護するために設けられている。電力線の線間には、コンデンサ２３およびリアクトル２４の直列回路が設けられている。この直列回路は、サイリスタバルブ１０が位相制御動作をすることによる高調波の発生を抑制するために設けられている。
【0015】
図１（ｂ）は、コンデンサ２５をオンオフ制御するＴＳＣ（Thyristor Switched Capacitor）の１相分の主回路２ａを示している。図１（ｂ）の主回路２ａは、図１（ａ）の主回路２と同様に、たとえばΔ結線され、あるいはスター結線されて、電力系統等に接続される。三相の電力線にΔ結線で接続される場合には、Ｕ相１００ａ’とＶ相１００ｂ’との間に主回路２ａは、接続される。
図１（ｂ）に示すように、電力変換装置は、主回路２ａを備える。主回路２ａは、サイリスタバルブ１０を含む。サイリスタバルブ１０の構成は、主回路２の場合と同じである。
図１（ｂ）に示すように、電力変換装置は、主回路２ａを備える。主回路２ａは、サイリスタバルブ１０を含む。サイリスタバルブ１０の構成は、主回路２の場合と同じである。
【0016】
サイリスタバルブ１０の一方の主端子は、コンデンサ２５を介して、電力線のＵ相１００ａ’に接続される。サイリスタバルブ１０の他方の主端子は、リアクトル２６を介して、電力線のＶ相１００ｂ’に接続される。ＴＳＣでは、コンデンサ２５は、サイリスタバルブ１０によってオンオフされる。ＴＳＣは、これによって、電力線に供給する無効電力を調整する。リアクトル２６は、サイリスタバルブ１０に流れる電流のｄｉ／ｄｔを抑制する。
【0017】
以下、本実施形態および他の実施形態の電力変換装置の構成等について説明する場合には、電力変換装置はＳＶＣであり、サイリスタバルブ１０は、双方向のスイッチであるものする。ただし、サイリスタバルブの構成は、ＳＶＣのためのものに限らない。サイリスタバルブを一方向逆阻止の回路構成とすることによって、交流－直流間の電力変換装置とすることもできる。
【0018】
図２（ａ）は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。図２（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の外観を例示する模式的な側面図である。
図２（ａ）に示すように、サイリスタバルブ１０は、サイリスタスイッチ１２ａ（図１）を含んでおり、サイリスタスイッチ１２ａは、複数のサイリスタ１２ａ１～１２ａ１６を含んでいる。サイリスタバルブ１０は、サイリスタスイッチ１２ｂ（図１）を含んでおり、サイリスタスイッチ１２ｂは、複数のサイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６を含んでいる。
図２（ａ）に示すように、サイリスタバルブ１０は、サイリスタスイッチ１２ａ（図１）を含んでおり、サイリスタスイッチ１２ａは、複数のサイリスタ１２ａ１～１２ａ１６を含んでいる。サイリスタバルブ１０は、サイリスタスイッチ１２ｂ（図１）を含んでおり、サイリスタスイッチ１２ｂは、複数のサイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６を含んでいる。
【0019】
サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６は、端子１１ａ，１１ｂの間で直列に接続されている。サイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６は、端子１１ａ，１１ｂの間で直列に接続されている。サイリスタ１２ａ１，１２ｂ１は、逆並列に接続され、サイリスタ１２ａ２，１２ｂ２も逆並列に接続されている。すべてのサイリスタ１２ａｉ，１２ｂｉ（ｉ＝１～１６）は、逆並列にそれぞれ接続されている。サイリスタ１２ａｉ，１２ｂｉの逆並列回路には、それぞれスナバが並列に接続されている。この例では、スナバは、スナバコンデンサＣｓおよびスナバ抵抗Ｒｓの直列回路である。
【0020】
サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６は、１つのサイリスタスタックを構成している。サイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６も１つのサイリスタスタックを構成している。この例では、各サイリスタスタックは、１６個のサイリスタの直列回路を形成している。たとえば、サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６およびサイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６からなる２つのサイリスタスタックは、図に示すように逆並列となるように接続されて、１つの筐体に収納される。サイリスタバルブモジュールは、サイリスタスタック、図示しないリアクトル等の回路部品およびこれらを収納する筐体からなる。サイリスタバルブモジュールについては後述する。
【0021】
以下では、簡単のため、２つのサイリスタスイッチ１２ａ，１２ｂを含む１つのサイリスタバルブ１０が１つの筐体に収納されてサイリスタバルブモジュールとされる場合について説明するが、これに限るものではない。たとえば、サイリスタバルブモジュールは、さらに直列接続された複数のサイリスタスタックを含むようにしてもよいし、サイリスタバルブモジュール同士をさらに直列に接続するようにしてもよい。また、サイリスタバルブを構成するサイリスタの直列数を１６個とする構成は一例であって、これに限るものではなく、必要な耐圧を実現するように、適切かつ任意に直列数を設定することができる。
【0022】
サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６は、たとえば光サイリスタである。光サイリスタ以外のサイリスタの場合には、サイリスタのゲートと光ファイバとの間に光電変換回路を含むゲート駆動回路が設けられる。以下では、サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６は、光サイリスタであるものとする。
【0023】
光スプリッタ３０ａ，３０ｂは、この例では、１入力１６出力の光信号分配回路素子である。サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６のゲートは、光ファイバ４１ａ１～４１ａ１６によって、光スプリッタ３０ａに接続されている。光スプリッタ３０ａは、光ファイバ４２ａによって、ゲート駆動装置に接続されている。サイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６のゲートは、光ファイバ４１ｂ１～４１ｂ１６によって、光スプリッタ３０ｂに接続されている。光スプリッタ３０ｂは、光ファイバ４２ｂによって、ゲート駆動装置に接続されている。
【0024】
ゲート駆動装置は、電力線の無効電力にもとづいて、サイリスタバルブ１０を位相制御するためのゲート信号を生成する。サイリスタバルブ１０を構成するすべてのサイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６は、同じ位相のゲート信号によって点弧される。つまり、この例では、ゲート駆動装置は、光ファイバ４２ａを介して光スプリッタ３０ａにゲート信号を送信し、送信されたゲート信号は、光スプリッタ３０ａによって１６個のサイリスタ１２ａ１～１２ａ１６に分配される。同様に、ゲート駆動装置は、光ファイバ４２ｂを介して光スプリッタ３０ｂにゲート信号を送信し、送信されたゲート信号は、光スプリッタ３０ｂによって１６のサイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６に分配される。このようにして、サイリスタバルブ１０は、ゲート駆動装置から送信されたゲート信号によって点弧される。
【0025】
光スプリッタ３０ａ，３０ｂに光ファイバ４２ａ，４２ｂを介して送信されるゲート信号は、同一の発光素子によって生成されていてもよいし、異なる発光素子によって生成されてもよい。同一の発光素子によってゲート信号が伝送される場合には、１つの発光素子からゲート駆動装置側で別の光スプリッタ等で、２本の光ファイバ４２ａ，４２ｂに分配される。異なる発光素子によってゲート信号が伝送される場合には、異なる発光素子は、同一の駆動源によって駆動され、同一の位相のゲート信号を生成する。つまり、いずれの場合であっても、サイリスタバルブ１０中の各サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６は、同一の位相のゲート信号によって点弧される。
【0026】
図２（ｂ）に示すように、本実施形態の電力変換装置１は、サイリスタバルブモジュール５０を備える。サイリスタバルブモジュール５０は、複数台設けられており、各サイリスタバルブモジュール５０は、絶縁支柱６２を介して、積み重ねられる。この例では、３段に積み重ねられた最下段のサイリスタバルブモジュール５０は、絶縁架台６０上に絶縁支柱６２を介して設置されている。絶縁架台６０は、設置面Ｅ上に設けられている。設置面Ｅは、電力変換装置１が設けられているプラント等の施設内の設置面である。
【0027】
サイリスタバルブモジュール５０は、主回路２（図１）を備えている。この例では、主回路２は、１つの主回路を含み、１つのサイリスタバルブ１０を含んでいる。
【0028】
光スプリッタ３０ａは、サイリスタバルブモジュール５０の外壁面上に設けられている。図２（ａ）の光スプリッタ３０ｂは、この図には示されないが、たとえば、光スプリッタ３０ａが設置された外壁面上の他の位置に設けられている。光スプリッタ３０ａ，３０ｂは、多段に積み上げられたサイリスタバルブモジュール５０ごとに設けられる。光ファイバ４２ａ，４２ｂの受光端は、光スプリッタ３０ａ，３０ｂの入力にそれぞれ接続されている。したがって、ゲート駆動装置および各サイリスタバルブモジュール５０は、ゲート駆動装置と光スプリッタ３０ａ，３０ｂとの間の光ファイバ４２ａ，４２ｂによって接続されている。
【0029】
ゲート駆動装置とサイリスタバルブモジュール５０との間に設けられる光ファイバ４２ａの本数は、サイリスタバルブモジュール５０に設けられた光スプリッタ３０ａ，３０ｂの個数となる。ゲート駆動装置は、サイリスタバルブモジュール５０が設置された場所から離れた場所に設置される場合があるので、その場合には、光ファイバ４２ａの長さは、距離に応じて長くなる。本実施形態では、光スプリッタ３０ａ，３０ｂを用いることによって、長い光ファイバ４２ａの本数を削減することが可能になる。
【0030】
また、本実施形態では、ゲート駆動装置は、長い光ファイバ４２ａを駆動すればよいので、発光素子の数を光ファイバ４２ａの本数とすることができる。なお、光スプリッタ３０ａ，３０ｂは、光ファイバ４１ａ１～４１ａ１６，４１ｂ１～４１ｂ１６の長さが光ファイバ４２ａ，４２ｂの長さよりも十分に短くなるように、サイリスタバルブモジュール５０の近傍に設けられていればよい。光スプリッタ３０ａ，３０ｂは、サイリスタバルブモジュール５０の外壁面上に限らず、サイリスタバルブモジュール５０の筐体内に収納されていてもよいし、絶縁架台６０上に設置されていてもよい。
【0031】
本実施形態の電力変換装置１の効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図３（ａ）は、比較例の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。図３（ｂ）は、比較例の電力変換装置の外観を例示する模式的な側面図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、比較例の電力変換装置１０１は、光スプリッタを備えていない。サイリスタバルブ１１０は、直列接続されたサイリスタ１２ａ１～１２ａ１６と、これらにそれぞれ逆並列に接続されたサイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６と、を含んでいるのは、実施形態の場合と同じである。
図３（ａ）は、比較例の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。図３（ｂ）は、比較例の電力変換装置の外観を例示する模式的な側面図である。
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、比較例の電力変換装置１０１は、光スプリッタを備えていない。サイリスタバルブ１１０は、直列接続されたサイリスタ１２ａ１～１２ａ１６と、これらにそれぞれ逆並列に接続されたサイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６と、を含んでいるのは、実施形態の場合と同じである。
【0032】
比較例の場合では、サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６は、光スプリッタを介さずに、ゲート駆動装置に接続される。そのため、光ファイバ１４１ａ１～１４１ａ１６，１４１ｂ１～１４１ｂ１６は、ゲート駆動装置とサイリスタバルブモジュール５０との間に設けられる。図３（ｂ）では図示の煩雑さを回避するために最上段のサイリスタバルブモジュール５０とゲート駆動装置との間の光ファイバのみ表されているが、同じ本数の光ファイバが他のサイリスタバルブモジュール５０とゲート駆動装置との間に設けられている。この例では、サイリスタバルブモジュール５０当たり３２本の光ファイバが設けられているので、電力変換装置１０１のゲート信号送信用としては、合計３２本×３台＝９６本の光ファイバが用いられる。
【0033】
これに対して、本実施形態の電力変換装置１では、光スプリッタ３０ａ，３０ｂを介して、同じ位相のゲート信号をサイリスタバルブモジュール５０側で分配するので、長い光ファイバ４２ａ，４２ｂの本数を削減することができる。この例では、サイリスタバルブモジュール５０当たり２本の光ファイバが設けられているので、合計２本×３台＝６本となり、比較例の場合の１／１６とすることができる。これにより、光ファイバに要するコストを低減することができるとともに、光ファイバの敷設が容易になり、電力変換装置１の設置にともなう生産性を格段に向上させることができる。ゲート駆動装置側の光ファイバの本数に応じて、光ファイバを駆動する発光素子の数も削減することができる。
【0034】
サイリスタバルブモジュール５０内の光ファイバ４１ａ１～４１ａ１６，４１ｂ１～４１ｂ１６に帯電したときの電位は、直列に接続されたサイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６の電位に依存するので、その大きさのばらつきが大きくなる。一方、光スプリッタ３０ａ，３０ｂの筐体を導電性の材料で形成し、特定の電位に固定することによって、光ファイバ４２ａに帯電する電位のばらつきを抑制することができる。そのため、光ファイバ４２ａ同士のコロナ放電に対する耐性が実質的に向上するので、光ファイバ４２ａの敷設時の相互の間隔や配置等の配慮を少なくすることができる。
【0035】
ここで、特定の電位は、任意に設定することができるが、サイリスタバルブモジュール５０のいずれかの電位とすることが好ましく、たとえば、端子１１ａの電位または端子１１ｂの電位である。サイリスタスタックは、サイリスタバルブモジュール５０の筐体のたとえば長手方向に沿うように配置される。したがって、端子１１ａ，１１ｂは、サイリスタバルブモジュール５０の長手方向の側板側に配置されるので、光スプリッタ３０ａ，３０ｂの筐体ともっとも短い距離で接続することができる。
【0036】
（第２の実施形態）
上述の他の実施形態の場合では、ゲート駆動装置とサイリスタバルブモジュール５０間の光ファイバに帯電する電位差のばらつきを小さくすることができるので、光ファイバの耐コロナ性を向上させることができる。本実施形態では、サイリスタバルブモジュール５０内の光ファイバに帯電する電位差を抑制して、光ファイバの耐コロナ性を向上させる。
図４（ａ）は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。図４（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の外観を例示する模式的な側面図である。
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、電力変換装置２０１は、光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄを備える。光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄは、１入力８出力の分配器である。光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄには、同じ位相のゲート信号が伝送される。
上述の他の実施形態の場合では、ゲート駆動装置とサイリスタバルブモジュール５０間の光ファイバに帯電する電位差のばらつきを小さくすることができるので、光ファイバの耐コロナ性を向上させることができる。本実施形態では、サイリスタバルブモジュール５０内の光ファイバに帯電する電位差を抑制して、光ファイバの耐コロナ性を向上させる。
図４（ａ）は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。図４（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の外観を例示する模式的な側面図である。
図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、電力変換装置２０１は、光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄを備える。光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄは、１入力８出力の分配器である。光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄには、同じ位相のゲート信号が伝送される。
【0037】
光スプリッタ２３０ａの出力には、サイリスタ１２ａ１～１２ａ８のゲートが接続されている。光スプリッタ２３０ｂの出力には、サイリスタ１２ｂ１～１２ｂ８のゲートが接続されている。光スプリッタ２３０ｃの出力には、サイリスタ１２ａ９～１２ａ１６のゲートが接続されている。光スプリッタ２３０ｄの出力には、サイリスタ１２ｂ９～１２ｂ１６のゲートが接続されている。
【0038】
サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６の直列回路およびサイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６の直列回路は、端子１１ａ，１１ｂの間に接続されている。端子１１ａ，１１ｂには、交流電圧が印加されるので、たとえば端子１１ｂに対して、端子１１ａの電位がもっとも高くなる場合があり、端子１１ｂに対して、端子１１ａの電位がもっとも低くなる場合がある。したがって、サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６の対地電位は、この順にもっとも高くなる場合があり、この順にもっとも低くなる場合がある。同様にサイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６の対地電圧は、この順にもっとも高くなる場合があり、この順にもっとも低くなる場合がある。
【0039】
サイリスタバルブモジュール５０内に収納される光ファイバ３４１ａ１～３４１ａ１６，３４１ｂ１～３４１ｂ１６は、接続されるサイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６ｂの対地電位により、この順にもっとも高い電位となり得、もっとも低い電位に帯電され得る。本実施形態では、帯電され得る電位差の近い光ファイバを１つのグループにして、そのグループの光ファイバを１つの光スプリッタに接続する。
【0040】
好ましくは、光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄの筐体は、導電性の材料、たとえば金属で形成されている。光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄの筐体は、特定の電位に固定される。特定の電位は、上述の他の実施形態の場合と同様に任意に設定することができるが、たとえば端子１１ａ，１１ｂの電位とすることによって、接続距離を短くすることができる。
【0041】
この例では、直列に接続された１６個のサイリスタを２つのグループに分けて、光ファイバに対応させたが、２つのグループに限らない。また、同じ数の光ファイバとなるようにすることにも限らない。たとえば、１６個のサイリスタを３つ、あるいは４つ以上のグループに分けて、１つの光スプリッタに接続するようにしてもよい。このように光ファイバをグループ分けすることによって、帯電し得る電位の近い光ファイバを近接して配置することができ、耐コロナ性を向上させるとともに、光ファイバの配置の自由度を向上させ、電力変換装置２０１の製造時の生産性を高くすることができる。
【0042】
（第３の実施形態）
図５は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
図５に示すように、本実施形態の電力変換装置では、サイリスタバルブモジュール内の光ファイバ３４１ａ～３４１ａ１６は、一端で光スプリッタ２３０ａ，２３０ｃに接続されており、他端が２本に分岐している。２本に分岐した光ファイバ３４１ａ１の他端は、サイリスタ１２ａ１，１２ｂ１のゲートにそれぞれ接続されている。同様に、２本に分岐した光ファイバ３４１ａ２の他端は、サイリスタ１２ａ２，１２ｂ２のゲートにそれぞれ接続されている。つまり、２本に分岐した光ファイバ３４１ａｉの他端は、サイリスタ１２ａｉ，１２ｂｉのゲートにそれぞれ接続されており、ｉ＝１～１６の整数である。
図５は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
図５に示すように、本実施形態の電力変換装置では、サイリスタバルブモジュール内の光ファイバ３４１ａ～３４１ａ１６は、一端で光スプリッタ２３０ａ，２３０ｃに接続されており、他端が２本に分岐している。２本に分岐した光ファイバ３４１ａ１の他端は、サイリスタ１２ａ１，１２ｂ１のゲートにそれぞれ接続されている。同様に、２本に分岐した光ファイバ３４１ａ２の他端は、サイリスタ１２ａ２，１２ｂ２のゲートにそれぞれ接続されている。つまり、２本に分岐した光ファイバ３４１ａｉの他端は、サイリスタ１２ａｉ，１２ｂｉのゲートにそれぞれ接続されており、ｉ＝１～１６の整数である。
【0043】
並列に接続されたサイリスタ１２ａｉ，１２ｂｉの対地電位の大きさは、ほぼ等しいので、光ファイバ３４１ａｉの２本に分岐された光ファイバのそれぞれに帯電し得る電位もほぼ等しい。そのため、異なる光スプリッタを用いることによって、光ファイバをサイリスタスイッチ１２ａ側とサイリスタスイッチ１２ｂ側で分離しなくても、同位相のゲート信号を送信することができる。
【0044】
本実施形態では、光スプリッタの使用数を上述の他の実施形態の場合よりも減らすことができる。また、ゲート駆動装置側の光ファイバの本数も減らすことができるとともに、ゲート駆動装置側の光ファイバを駆動する発光素子の数も減らすことができる。
【0045】
なお、この例では、光ファイバを２つのグループに分割して、それぞれ光スプリッタ２３０ａ，２３０ｃによってゲート信号を送信することとしているが、第１の実施形態の場合のように、グループ分けせずに１つの光スプリッタとすることによって、さらに部品数を削減することができる。また、第２の実施形態の場合で説明したように、グループ分けするグループの数も２つに限らず、３つ以上であってもよい。
【0046】
（第４の実施形態）
図６（ａ）は、本実施形態の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な平面図および正面図である。図６（ｂ）は、本実施形態の変形例の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な平面図および正面図である。図６（ｃ）は、比較例の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な平面図および正面図である。
本実施形態では、光スプリッタをサイリスタバルブモジュール５０の外周に配置することによって、電界緩和のための部材を兼用させることができる。
図６（ａ）～図６（ｃ）は、いずれも上段の図がサイリスタバルブモジュール５０の平面図であり、下段の図がサイリスタバルブモジュール５０の正面図である。
図６（ａ）は、本実施形態の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な平面図および正面図である。図６（ｂ）は、本実施形態の変形例の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な平面図および正面図である。図６（ｃ）は、比較例の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な平面図および正面図である。
本実施形態では、光スプリッタをサイリスタバルブモジュール５０の外周に配置することによって、電界緩和のための部材を兼用させることができる。
図６（ａ）～図６（ｃ）は、いずれも上段の図がサイリスタバルブモジュール５０の平面図であり、下段の図がサイリスタバルブモジュール５０の正面図である。
【0047】
図６（ａ）の例は、上述した第２の実施形態に対応している。つまり、第２の実施形態の光スプリッタ２３０ａ～２３０ｄが、本実施形態の光スプリッタ４３０ａ～４３０ｄに対応している。図６（ｂ）の例は、第３の実施形態に対応しており、第３の実施形態の光スプリッタ２３０ａ，２３０ｃが本実施形態の光スプリッタ４３０ａａ，４３０ｃｃに対応している。
【0048】
図６（ａ）に示すように、本実施形態の電力変換装置は、光スプリッタ４３０ａ～４３０ｄを備える。この例では、光スプリッタ４３０ａ～４３０ｄは、平面視で、サイリスタバルブモジュール５０の長手方向の両側の壁面（側面）に設けられており、サイリスタバルブモジュール５０の筐体の角部を覆うように設けられている。
【0049】
光スプリッタ４３０ａ～４３０ｄは、平面視で、サイリスタバルブモジュール５０の角部に応じた位置に曲面を有している。曲面は、平面視でのサイリスタバルブモジュール５０の外周を外側に向かって凸となる面を有している。光スプリッタ４３０ａ～４３０ｄは、少なくとも曲面において、導電性を有する材料で形成されている。好ましくは、光スプリッタ４３０ａ～４３０ｄは、上記曲面を含む筐体の全体が導電性を有する材料で形成されている。たとえば、光スプリッタ４３０ａ，４３０ｂの筐体は、図４（ａ）に示した端子１１ａに接続され、光スプリッタ４３０ｃ，４３０ｄの筐体は、図４（ａ）に示した端子１１ｂに接続される。これにより、光スプリッタ４３０ａ～４３０ｄは、角部に導電性を有する曲面を有しているので電力変換装置への電界集中を緩和することができる。
【0050】
図６（ｂ）に示すように、本変形例の電力変換装置は、光スプリッタ４３０ａａ，４３０ｃｃを備えている。光スプリッタ４３０ａａ，４３０ｃｃは、平面視で、サイリスタバルブモジュール５０の長手方向の両側に設けられている。光スプリッタ４３０ａａは、平面視におけるサイリスタバルブモジュール５０の２つの角部に対応する位置に曲面を有する導電性の筐体を有している。光スプリッタ４３０ｃｃも、平面視におけるサイリスタバルブモジュール５０の２つに角部に対応する位置に曲面を有する導電性の筐体を有している。光スプリッタ４３０ａａの筐体は、たとえば図５の端子１１ａに接続されており、光スプリッタ４３０ｃｃの筐体は、たとえば図５の端子１１ｂに接続されている。
【0051】
本実施形態および変形例の電力変換装置の効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図６（ｃ）は、比較例の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な平面図および正面図である。
図６（ｃ）に示すように、比較例の電力変換装置は、サイリスタバルブモジュール５０の角部にシールドリング４０２ａ～４０２ｄを備えている。シールドリング４０２ａ～４０２ｄは、サイリスタバルブモジュール５０の４つの角部を覆うように設けられている。シールドリング４０２ａ～４０２ｄは、サイリスタバルブモジュール５０の外周の外側に向かって凸となる局面を有している。シールドリング４０２ａ～４０２ｄは、導電性を有する材料で形成されている。
図６（ｃ）は、比較例の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な平面図および正面図である。
図６（ｃ）に示すように、比較例の電力変換装置は、サイリスタバルブモジュール５０の角部にシールドリング４０２ａ～４０２ｄを備えている。シールドリング４０２ａ～４０２ｄは、サイリスタバルブモジュール５０の４つの角部を覆うように設けられている。シールドリング４０２ａ～４０２ｄは、サイリスタバルブモジュール５０の外周の外側に向かって凸となる局面を有している。シールドリング４０２ａ～４０２ｄは、導電性を有する材料で形成されている。
【0052】
電力系統等に用いられる電力変換装置は、高電圧を発生し、あるいは高電圧が印加されるので、設置施設の設置面や天井、壁面等との間で高い電位差を生じ、電力変換装置の筐体の一部をなすサイリスタバルブモジュール５０の筐体に角部があると、角部に電界が集中し、部分放電（コロナ放電）等を生じるおそれがある。そのため、比較例の場合のように、サイリスタバルブモジュール５０の角部を覆うように、導電性の曲面を有するシールドリング４０２ａ～４０２ｄを設けることによって、角部への電界を緩和し、電界集中を抑制する場合がある。
【0053】
このようなシールドリング４０２ａ～４０２ｄは、電界集中抑制の目的に用いられる一方で、電力変換装置を構成する部材が増加し、電力変換装置の設置スペースも増大する場合がある。
【0054】
本実施形態およびその変形例では、光スプリッタの筐体を導電性の局面を有する外形形状とすることによって、別途シールドリングを設けることなく、電力変換装置への電界集中を緩和することが可能になる。
【0055】
上述した各実施形態および変形例では、光スプリッタの入力を１つであるものとして説明した。光スプリッタの入力は１つに限らず複数、たとえば２つとしてもよい。光スプリッタの入力を複数設けることによって、ゲート駆動装置側の伝送系を多重化することができる。ゲート駆動装置側の伝送系を多重化することによって、電力変換装置の可用性を向上させることができる。
【0056】
（第５の実施形態）
上述の他の実施形態では、光スプリッタを用いて、長い光ファイバ同士の帯電電位のばらつきを抑制したが、本実施形態では、光スプリッタを用いることなく、長い光ファイバ同士の帯電電位のばらつきを抑制する。
図７（ａ）は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。図７（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な正面図である。
図７（ａ）に示すように、サイリスタバルブ１０は、サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６を含んでいる。サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６は、直列に接続され、サイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６も直列に接続されている。光ファイバ５４１ａ１～５４１ａ１６は、一端でゲート駆動装置に接続されている。光ファイバ５４１ａ１～５４１ａ１６の他端は、２つに分岐している。２つに分岐した５４１ａｉの他端は、サイリスタ１２ａｉ，１２ｂｉのゲートにそれぞれ接続されている。
上述の他の実施形態では、光スプリッタを用いて、長い光ファイバ同士の帯電電位のばらつきを抑制したが、本実施形態では、光スプリッタを用いることなく、長い光ファイバ同士の帯電電位のばらつきを抑制する。
図７（ａ）は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。図７（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の一部の外観を例示する模式的な正面図である。
図７（ａ）に示すように、サイリスタバルブ１０は、サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６を含んでいる。サイリスタ１２ａ１～１２ａ１６は、直列に接続され、サイリスタ１２ｂ１～１２ｂ１６も直列に接続されている。光ファイバ５４１ａ１～５４１ａ１６は、一端でゲート駆動装置に接続されている。光ファイバ５４１ａ１～５４１ａ１６の他端は、２つに分岐している。２つに分岐した５４１ａｉの他端は、サイリスタ１２ａｉ，１２ｂｉのゲートにそれぞれ接続されている。
【0057】
ここで、光ファイバ５４１ａ１～５４１ａ１６は、帯電し得る電位の近いものとなるようにグループ分けされている。この例では、光ファイバ５４１ａ１～５４１ａ８を１つのグループとし、光ファイバ５４１ａ９～５４１ａ１６を１つのグループとしている。
【0058】
図７（ｂ）に示すように、１つのグループに属する光ファイバ５４１ａ１～５４１ａ８は、サイリスタバルブモジュール５０の一方の外壁面上で束ねられて絶縁板５２上に固定される。他の１つのグループに属する光ファイバ５４１ａ９～５４１ａ１６は、サイリスタバルブモジュール５０の他方の外壁面上で束ねられて、絶縁板５２上に固定される。
【0059】
たとえば、束ねられた光ファイバ５４１ａ１～５４１ａ８のグループおよび光ファイバ５４１ａ９～５４１ａ１６のグループは、それぞれ絶縁支柱６２に沿って固定され、ゲート駆動装置まで敷設される。
【0060】
このようなグループ分けを行わない場合には、光ファイバに帯電する電位が高いので、順不同にならべて配置し敷設すると、電位差の大きい光ファイバ間等で、コロナ放電を生じるおそれがあり、電力変換装置の信頼性に影響を及ぼすおそれがある。そこで、帯電する電位差順に光ファイバをならべて固定し、そのならびを維持したままゲート駆動装置まで敷設するなどの煩雑な作業を行っている場合がある。
【0061】
これに対して、本実施形態では、帯電する電位差が近い光ファイバをグループ分けして、まとめて敷設する。グループ分けを帯電電位がより近くなるように選定することによって、同一グループ内の光ファイバの配置に対する配慮を軽減することができ、光ファイバの敷設作業を簡素化することができる。たとえば、ゲート駆動装置の設置場所とサイリスタバルブモジュール５０の設置場所が近い場合には、光ファイバの敷設がより容易になるとの長所がある。
【0062】
このようにして、部品数の増加を抑制し、光ファイバの敷設工事を容易にする電力変換装置が実現される。
【0063】
以上、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、その他のさまざま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およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【符号の説明】
【0064】
１，２０１ 電力変換装置、１０ サイリスタバルブ、１２ａ，１２ｂ サイリスタスイッチ、１２ａ１～１２ａ１６，１２ｂ１～１２ｂ１６ サイリスタ、３０ａ，３０ｂ，２３０ａ～２３０ｄ，４３０ａ～４３０ｄ，４３０ａａ，４３０ｃｃ 光スプリッタ、４２ａ，４２ｂ，４１ａ１～４１ａ１６，４１ｂ１～４１ｂ１６，３４１ａ１～３４１ａ１６，３４１ｂ１～３４１ｂ１６ 光ファイバ、５０ サイリスタバルブモジュール
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】