(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】2024-09-02
(45)【発行日】2024-09-10
(54)【発明の名称】制御装置及び電力変換装置
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20240903BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 M
【請求項の数】
9
(21)【出願番号】P 2023562793
(86)(22)【出願日】2022-06-30
(86)【国際出願番号】 JP2022026318
(87)【国際公開番号】W WO2024004154
(87)【国際公開日】2024-01-04
【審査請求日】2023-10-12
(73)【特許権者】
【識別番号】501137636
【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ
(74)【代理人】
【識別番号】110003199
【氏名又は名称】弁理士法人高田・高橋国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】寺島 大貴
(72)【発明者】
【氏名】深澤 一誠
【審査官】今井 貞雄
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２２／２６９９２９（ＷＯ，Ａ１）
【文献】国際公開第２０２３／０５３２８９（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
インバータの出力側の交流回路から分岐したコンデンサ回路に配置され、故障時に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサと、前記コンデンサ回路に配置され、前記交流コンデンサに流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得する電流センサと、
を有する電力変換装置の制御装置であって、
前記電流センサから、前記交流コンデンサに流れる前記各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得し、取得した前記各相の交流電流の電流値に基づいて、前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値をそれぞれ算出する振幅算出部と、
前記振幅算出部によって算出された前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値と、所定の判定値とをそれぞれ大小比較して、前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値のうち少なくともいずれかの相の振幅の値が、前記所定の判定値よりも小さいときは、前記交流コンデンサの故障と判定する故障判定部と、
を備え、
前記振幅算出部は、前記各相の交流電流の電流値と、系統側の系統電圧に基づいて調整された位相角に基づく値と、をそれぞれ乗算して算出された前記各相の交流電流の所定の電流成分に基づいて、前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値をそれぞれ算出する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項2】
請求項１に記載の制御装置において、前記振幅算出部は、前記各相の交流電流の所定の電流成分から、所定のローパスフィルタを用いて抽出された直流成分に基づいて、前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値を算出する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項3】
請求項１に記載の制御装置において、系統側の交流スイッチが投入された状態であれば、前記故障判定部により前記交流コンデンサの故障と判定されたときは、前記電力変換装置を停止させるとともに前記交流スイッチを開放させる動作指示を出力する動作制御部をさらに備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項4】
請求項１に記載の制御装置において、系統側の交流スイッチが開放された状態で前記電力変換装置の始動時に行われる前記インバータの出力電圧と前記系統側の系統電圧とを同期させる同期制御時に、前記故障判定部により前記交流コンデンサの故障と判定されたときは、前記電力変換装置を停止させる動作指示を出力する動作制御部をさらに備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項5】
電力を変換して交流電力を出力するインバータと、前記インバータの出力側の交流回路から分岐したコンデンサ回路に設けられた、故障時に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサと、
前記コンデンサ回路に配置され、前記交流コンデンサに流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得する電流センサと、
前記交流回路における前記コンデンサ回路への分岐点よりも系統側に配置され、前記系統側に向けて流れる前記交流電流を遮断可能な交流スイッチと、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項6】
インバータの出力側の交流回路から分岐したコンデンサ回路に配置され、故障時に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサと、前記インバータの出力側の前記交流回路における、前記インバータと前記コンデンサ回路への分岐点との間において、交流リアクトルと直列に配置され、前記交流回路に流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得する電流センサと、
を有する電力変換装置の制御装置であって、
系統側の交流スイッチが開放された状態で前記電力変換装置の始動時に行われる前記インバータの出力電圧と前記系統側の系統電圧とを同期させる同期制御時に、前記電流センサから、前記交流コンデンサに流れる前記各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得し、取得した前記各相の交流電流の電流値に基づいて、前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値をそれぞれ算出する振幅算出部と、
前記振幅算出部によって算出された前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値と、所定の判定値とをそれぞれ大小比較して、前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値のうち少なくともいずれかの相の振幅の値が、前記所定の判定値よりも小さいときは、前記交流コンデンサの故障と判定する故障判定部と、
前記同期制御時に、前記故障判定部により前記交流コンデンサの故障と判定されたときは、前記交流コンデンサの故障情報を発報する故障情報発報部と、
を備え、
前記振幅算出部は、前記各相の交流電流の電流値と、前記系統側の系統電圧に基づいて調整された位相角に基づく値と、をそれぞれ乗算して算出された前記各相の交流電流の所定の電流成分に基づいて、前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値をそれぞれ算出する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項7】
請求項６に記載の制御装置において、前記振幅算出部は、前記各相の交流電流の所定の電流成分から、所定のローパスフィルタを用いて抽出された直流成分に基づいて、前記各相の交流電流の基本波成分の振幅の値を算出する
ことを特徴とする制御装置。
【請求項8】
請求項６に記載の制御装置において、前記同期制御時に、故障情報発報部により前記交流コンデンサの故障が発報されたときは、前記電力変換装置を停止させる動作指示を出力する動作制御部をさらに備える
ことを特徴とする制御装置。
【請求項9】
電力を変換して交流電力を出力するインバータと、前記インバータの出力側の交流回路から分岐したコンデンサ回路に設けられた、故障時に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサと、
前記インバータの出力側の前記交流回路における、前記インバータと前記コンデンサ回路への分岐点との間において、交流リアクトルと直列に配置され、前記交流回路に流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得する電流センサと、
前記交流回路における前記分岐点よりも前記系統側に配置され、前記系統側に向けて流れる前記交流電流を遮断可能な交流スイッチと、
請求項６から請求項８のいずれか１項に記載の制御装置と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、制御装置及び電力変換装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、系統連系運転が開始される前（交流スイッチが投入される前）に電圧合わせ運転が行われ、その後に系統連系運転が開始される（交流スイッチが投入される）電力変換装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
電圧合わせ運転は、系統連系運転が開始される前に、電力変換装置の出力電圧と系統電圧とを同期させる制御であり、例えば、電力変換装置の交流出力電圧の振幅と位相とを、系統電圧の振幅と位相とに合わせることにより行われる。なお、電圧合わせ運転は、例えば、交流自動電圧調整器（ＡＣ－ＡＶＲ：Alternating-Current-Automatic Voltage Regulator）によって行われる。以下、本明細書において、電圧合わせ運転は、「同期制御」とも称される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】日本特開２０１７－２１２８３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、電力変換装置の交流出力のフィルタとして用いられるコンデンサには、異常過熱があった場合にコンデンサ素子を回路から切り離すヒューズ機構を有するものがある。当該ヒューズ機構が働いた場合、当該交流コンデンサは、オープン故障状態となる。このような場合、通常、電力変換装置では、電圧合わせ運転のときに同期合わせ異常として故障が検出される。
【0006】
しかし、従来の電力変換装置では、交流コンデンサがオープン故障しているにもかかわらず、電圧合わせ運転時に故障が検出されないことがあった。この場合、電力変換装置では、電圧合わせ運転後に交流スイッチが投入されて系統連系運転が開始され、その後も故障が検出されることなく運転が継続されることがある。交流コンデンサがオープン故障した状態で運転された場合、電力変換装置は、系統側に大きな高調波を流出させてしまう恐れがあり、また、正常な交流コンデンサに電圧印加が集中するため、正常な交流コンデンサにまで故障が拡大してしまう恐れもあった。
【0007】
そこで、本件開示は、交流コンデンサに流れる各相の電流成分に基づいて故障を検出することで、故障情報の発報や電力変換装置の停止を行い、系統側への高調波の流出や正常な交流コンデンサへの故障拡大を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一態様に係る制御装置は、インバータの出力側の交流回路から分岐したコンデンサ回路に配置され、故障時に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサと、コンデンサ回路に配置され、交流コンデンサに流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得する電流センサと、を有する電力変換装置の制御装置であって、電流センサから、交流コンデンサに流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得し、取得した各相の交流電流の電流値に基づいて、各相の交流電流の基本波成分の振幅の値をそれぞれ算出する振幅算出部と、振幅算出部によって算出された各相の交流電流の基本波成分の振幅の値と、所定の判定値とをそれぞれ大小比較して、各相の交流電流の基本波成分の振幅の値のうち少なくともいずれかの相の振幅の値が、所定の判定値よりも小さいときは、交流コンデンサの故障と判定する故障判定部と、を備え、振幅算出部は、各相の交流電流の電流値と、系統側の系統電圧に基づいて調整された位相角に基づく値と、をそれぞれ乗算して算出された各相の交流電流の所定の電流成分に基づいて、各相の交流電流の基本波成分の振幅の値をそれぞれ算出することを特徴とする。
【0010】
また、一態様に係る制御装置において、振幅算出部は、各相の交流電流の所定の電流成分から、所定のローパスフィルタを用いて抽出された直流成分に基づいて、各相の交流電流の基本波成分の振幅の値を算出してもよい。
【0011】
また、一態様に係る制御装置において、系統側の交流スイッチが投入された状態であれば、故障判定部により交流コンデンサの故障と判定されたときは、電力変換装置を停止させるとともに交流スイッチを開放させる動作指示を出力する動作制御部をさらに備えてもよい。
【0012】
また、一態様に係る制御装置において、系統側の交流スイッチが開放された状態で電力変換装置の始動時に行われるインバータの出力電圧と系統側の系統電圧とを同期させる同期制御時に、故障判定部により交流コンデンサの故障と判定されたときは、電力変換装置を停止させる動作指示を出力する動作制御部をさらに備えてもよい。
【0013】
一態様に係る電力変換装置は、電力を変換して交流電力を出力するインバータと、インバータの出力側の交流回路から分岐したコンデンサ回路に設けられた、故障時に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサと、コンデンサ回路に配置され、交流コンデンサに流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得する電流センサと、交流回路におけるコンデンサ回路への分岐点よりも系統側に配置され、系統側に向けて流れる交流電流を遮断可能な交流スイッチと、上記のいずれかに記載の制御装置と、を備えることを特徴とする。
【0014】
別の態様に係る制御装置は、インバータの出力側の交流回路から分岐したコンデンサ回路に配置され、故障時に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサと、インバータの出力側の交流回路における、インバータとコンデンサ回路への分岐点との間において、交流リアクトルと直列に配置され、交流回路に流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得する電流センサと、を有する電力変換装置の制御装置であって、系統側の交流スイッチが開放された状態で電力変換装置の始動時に行われるインバータの出力電圧と系統側の系統電圧とを同期させる同期制御時に、電流センサから、交流コンデンサに流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得し、取得した各相の交流電流の電流値に基づいて、各相の交流電流の基本波成分の振幅の値をそれぞれ算出する振幅算出部と、振幅算出部によって算出された各相の交流電流の基本波成分の振幅の値と、所定の判定値とをそれぞれ大小比較して、各相の交流電流の基本波成分の振幅の値のうち少なくともいずれかの相の振幅の値が、所定の判定値よりも小さいときは、交流コンデンサの故障と判定する故障判定部と、同期制御時に、故障判定部により交流コンデンサの故障と判定されたときは、交流コンデンサの故障情報を発報する故障情報発報部と、を備え、振幅算出部は、各相の交流電流の電流値と、系統側の系統電圧に基づいて調整された位相角に基づく値と、をそれぞれ乗算して算出された各相の交流電流の所定の電流成分に基づいて、各相の交流電流の基本波成分の振幅の値をそれぞれ算出することを特徴とする。
【0016】
また、別の態様に係る制御装置において、振幅算出部は、各相の交流電流の所定の電流成分から、所定のローパスフィルタを用いて抽出された直流成分に基づいて、各相の交流電流の基本波成分の振幅の値を算出してもよい。
【0017】
また、別の態様に係る制御装置において、同期制御時に、故障情報発報部により交流コンデンサの故障が発報されたときは、電力変換装置を停止させる動作指示を出力する動作制御部をさらに備えてもよい。
【0018】
別の態様に係る電力変換装置は、電力を変換して交流電力を出力するインバータと、インバータの出力側の交流回路から分岐したコンデンサ回路に設けられた、故障時に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサと、インバータの出力側の交流回路における、インバータとコンデンサ回路への分岐点との間において、交流リアクトルと直列に配置され、交流回路に流れる各相の交流電流の電流値をそれぞれ取得する電流センサと、交流回路における分岐点よりも系統側に配置され、系統側に向けて流れる交流電流を遮断可能な交流スイッチと、上記のいずれかに記載の制御装置と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0019】
本件開示によれば、交流コンデンサに流れる各相の電流成分に基づいて故障を検出することで、故障情報の発報や電力変換装置の停止を行い、系統側への高調波の流出や正常な交流コンデンサへの故障拡大を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
以下、本件開示に係る制御装置及び電力変換装置の実施形態について、図面を用いて説明する。
【0022】
＜第１実施形態の構成＞
図１は、第１実施形態に係る制御装置３０及び電力変換装置１の構成の一例について示す図である。図１に示すとおり、電力変換装置１は、図１中左側の一端側で直流電源２と接続され、図１中右側の他端側（出力側）で交流電力系統３（以下、「系統３」とも称する。）と接続される。
図１は、第１実施形態に係る制御装置３０及び電力変換装置１の構成の一例について示す図である。図１に示すとおり、電力変換装置１は、図１中左側の一端側で直流電源２と接続され、図１中右側の他端側（出力側）で交流電力系統３（以下、「系統３」とも称する。）と接続される。
【0023】
電力変換装置（ＰＣＳ：Power Conditioning System）１は、例えば、直流電源２から供給される直流電力を交流電力に変換し、変換した交流電力を系統３側に出力する。なお、電力変換装置１は、直流電力を交流電力に変換するものには限られず、交流電力を交流電力に変換するものであってもよい。また、電力変換装置１は、太陽光発電（ＰＶ：Photovoltaics）用の電力変換装置（ＰＶ－ＰＣＳ：Photovoltaics-Power Conditioning System）であってもよい。また、電力変換装置１は、蓄電池（ＥＳＳ：Energy Storage System）用の電力変換装置（ＥＳＳ－ＰＣＳ：Energy Storage System-Power Conditioning System）であってもよい。以下、本明細書において、電力変換装置１は、「ＰＣＳ１」とも称される。
【0024】
直流電源２は、電力変換装置１の一端側に接続され、電力変換装置１の一端側を介して電力変換装置１に直流電力を供給する。直流電源２は、例えば、太陽光パネルを備える太陽光発電装置（ＰＶ）や蓄電池（ＥＳＳ）等であっても、風力発電機と交流直流コンバータ等からなる直流電源システム等であってもよい。また、電力変換装置１の一端側に接続されるのは直流電源２には限られず、電力変換装置１が交流電力を交流電力に変換するものである場合、交流電源であってもよい。
【0025】
交流電力系統（系統）３は、電力変換装置１の他端側である出力端に接続され、電力変換装置１から出力された交流電力を需要家の受電設備に供給するための、発電・変電・送電・配電を統合したシステムであり、例えば、不特定の負荷が接続されている。
【0026】
また、図１において、電力変換装置１は、インバータ回路１１と、三相交流回路１２と、交流リアクトル１３と、交流スイッチ１４と、コンデンサ回路１５と、交流コンデンサ１６とを有する。また、電力変換装置１は、電流センサ２１と、第一電圧センサ２２と、第二電圧センサ２３と、制御装置３０とを有する。
【0027】
電力変換装置１は、インバータ１１の出力側に出力回路として三相交流回路１２を有し、三相交流回路１２には、交流リアクトル１３と、交流スイッチ１４とが設けられている。三相交流回路１２は、交流リアクトル１３と交流スイッチ１４との間の分岐点１２ａを介してコンデンサ回路１５に分岐しており、コンデンサ回路１５は、交流コンデンサ１６と接続されている。また、コンデンサ回路１５において、分岐点１２ａと交流コンデンサ１６との間には、電流センサ２１が配置されている。また、交流回路１２において、交流リアクトル１３と分岐点１２ａとの間には、第一電圧センサ２２が配置され、交流スイッチ１４の系統３側には、第二電圧センサ２３が配置されている。なお、制御装置３０は、図中配線は省略するが、電力変換装置１の各要素と電気的に接続されている。
【0028】
インバータ回路（インバータ）１１は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の複数のスイッチング素子で構築される。インバータ回路１１は、一端側が直流電源２と接続され、出力側である他端側が交流リアクトル１３と接続される。インバータ１１は、例えば、後述のインバータ制御部３２Ａ（図１０、図１１等参照）で生成されるスイッチング素子のゲート駆動信号（ゲート信号）であるパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）信号によって制御される。インバータ１１は、直流電源２から供給される直流電力を一端側から取得し、パルス幅変調信号（ゲート信号）による制御に従い、取得した直流電力を交流電力に変換して、出力端である他端側から出力して三相交流回路１２に供給する。以下、本明細書において、インバータ回路１１は、単に「インバータ１１」とも称される。また、本明細書において、パルス幅変調信号は、「ＰＷＭ信号」とも称される。
【0029】
三相交流回路１２は、一端がインバータ１１の出力端に接続され、他端が系統３と接続される。三相交流回路１２は、例えば、電流又は電圧の位相を互いにずらした３系統の単相交流を組み合わせた三相交流電力を３本の電線・ケーブルを用いて供給する三相三線式の三相交流回路である。以下、本明細書において、三相交流回路１２は、単に「交流回路１２」とも称される。
【0030】
交流リアクトル１３は、ＡＣ（alternating-current）リアクトルとも称され、インバータ１１の出力側の交流回路１２に直列に接続される。以下、本明細書において、交流リアクトル１３は、「ＡＣリアクトル１３」とも称される。ＡＣリアクトル１３は、例えば、騒音を低減させる効果やサージ電圧を抑制させる効果を有する平滑要素である。ＡＣリアクトル１３は、例えば、分岐点１２ａを介してＬ型に接続された交流コンデンサ１６とともにインバータ１１の不図示のスイッチング素子がスイッチングするときに発生するリプル（振動）を低減させるＬＣフィルタ回路（フィルタ回路）を構成する。
【0031】
交流スイッチ（交流開閉器）１４は、ＡＣスイッチとも称され、交流回路１２において、上述のＬＣフィルタ回路の分岐点１２ａよりも系統３側に直列に設けられる。以下、本明細書において、交流スイッチ１４又は交流開閉器１４は、「ＡＣスイッチ１４」とも称される。ＡＣスイッチ１４は、制御装置３０や不図示の上位装置やオペレータからの投入指示又は開放指示に従って、交流回路１２と系統３との間を投入（接続）又は開放する。ＡＣスイッチ１４は、系統３側に向けて流れる交流電流を遮断可能であり、ＡＣスイッチ１４が開放されるとインバータ１１から供給される交流電力が系統３に流出することが遮断される。ＡＣスイッチ１４は、電力変換装置１に始動時（起動時）に、電力変換装置１が系統３側との電圧合わせ運転（同期制御）を行っているときは開放され、系統連系運転が開始されるときに投入される。
【0032】
コンデンサ回路１５は、交流回路１２におけるＡＣリアクトル１３と交流スイッチ１４との間の分岐点１２ａを介して分岐された回路であり、一端が分岐点１２ａと接続され、他端側が交流コンデンサ１６と接続される。また、コンデンサ回路１５は、分岐点１２ａと交流コンデンサ１６との間に、電流センサ２１が配置される。
【0033】
交流コンデンサ１６は、ＡＣ（alternating-current）コンデンサ、ＡＣキャパシタ（alternating-current capacitor）、フィルタコンデンサとも称され、電気（電荷）を蓄え又は放出する電子部品である。以下、本明細書において、交流コンデンサ１６は、「ＡＣコンデンサ１６」とも称される。ＡＣコンデンサ１６は、例えば、Ｌ型に接続されたＡＣリアクトル１３とともにインバータ１１の不図示のスイッチング素子がスイッチングするときに発生させるリプル（振動）を低減させるＬＣフィルタ回路（フィルタ回路）を構成する。ＡＣコンデンサ１６は、ＡＣリアクトル１３とともにフィルタ回路を構成することで、系統３側に高調波（高調波電流）が流出することを抑制する。ＡＣコンデンサ１６は、故障した際に回路から切り離される少なくとも一つの交流コンデンサであればよい。
【0034】
ＡＣコンデンサ１６は、例えば、静電容量を稼ぐため又は定格電流を満たすために、コンデンサ回路１５が複数に分岐して、複数のＡＣコンデンサ１６ａが並列接続されて構成される。
【0035】
複数のＡＣコンデンサ１６ａは、それぞれ保安機構１６ｂを有する。なお、本実施形態において、ＡＣコンデンサ１６は、必ずしも複数並列接続されている必要は無く、ＡＣコンデンサ１６ａと保安機構１６ｂとを有するＡＣコンデンサ１６が少なくとも一つあれば良い。
【0036】
保安機構１６ｂは、例えば、ヒューズ又はスイッチ等であり、ＡＣコンデンサ１６ａの故障時や、ＡＣコンデンサ１６ａに異常が発生してＡＣコンデンサ１６ａの内圧が上昇したときなどに、当該ＡＣコンデンサ１６ａを回路から切り離す役割を有する。なお、保安機構１６ｂは、ＡＣコンデンサ１６ａとは別体として設けられたヒューズ又はスイッチ等には限られず、ＡＣコンデンサ１６ａ自身に備えられた、故障した際に回路から切り離される機能等であってもよい。
【0037】
また、保安機構１６ｂは、ＡＣコンデンサ１６ａを個別に回路から切り離すものであってもよく、複数のＡＣコンデンサ１６ａを有するＡＣコンデンサ１６の所定のパッケージ毎に回路から切り離すものであってもよい。すなわち、例えば、複数のＡＣコンデンサ１６ａを有するＡＣコンデンサ１６の所定のパッケージが複数並列接続されている場合などでは、保安機構１６ｂは、当該ＡＣコンデンサ１６の所定のパッケージ毎に配置されてもよい。
【0038】
電流センサ２１は、コンデンサ回路１５における分岐点１２ａと交流コンデンサ１６との間において、電流センサ２１が配置される。電流センサ２１は、例えば、公知の交流電流計又は交流電流センサ等である。電流センサ２１がコンデンサ回路１５に配置されることにより、電流センサ２１は、交流スイッチ１４が開放されている電圧合わせ運転時（同期制御時）に、ＡＣコンデンサ１６に流れる電流を計測することができる。さらに、電流センサ２１は、交流スイッチ１４が投入されている系統連系運転時にも、ＡＣコンデンサ１６に流れる電流を計測することができる。
【0039】
図２は、図１に示す電力変換装置１において、交流コンデンサ１６の実際の接続状況の一例を示す図である。図２において、図１と同一又は同様の構成については、同一の符号を付し、詳細な説明は、省略又は簡略化する。
【0040】
図２に示すとおり、交流回路１２は、実際は、例えば、三相三線式の三相交流回路であり、ＡＣコンデンサ１６を始めとする各構成要素は、実際は三相交流回路１２にそれぞれ設けられている。なお、図１及び他の図面では、図面の簡単のため、これらの交流回路１２及びＡＣコンデンサ１６を始めとする各構成要素は、簡略化して示されている。
【0041】
図２において、ＡＣコンデンサ１６は、静電容量を稼ぐため又は定格電流を満たすために、三相交流回路１２の各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコンデンサ回路１５が複数に分岐されて、複数並列接続されている。なお、図２において、コンデンサ回路１５は、各相とも３つに分岐され、ＡＣコンデンサ１６は、各相とも３個並列接続されているが、分岐数や並列数は、これには限られない。例えば、コンデンサ回路１５は、各相とも５つに分岐され、ＡＣコンデンサ１６は、各相とも５個並列接続されていてもよい。また、ＡＣコンデンサ１６は、三相で一塊のパッケージとなっており、一塊のＡＣコンデンサパッケージが並列接続されていてもよい。
【0042】
また、図２における各ＡＣコンデンサパッケージにおいて、ＡＣコンデンサ１６は、デルタ結線（Δ結線）されているが、スター結線（Ｙ結線）されていてもよく、その他の結線方式であってよい。また、異なる結線方式のＡＣコンデンサ１６又はＡＣコンデンサパッケージが混在して並列接続されていてもよい。すなわち、ＡＣコンデンサ１６の並列接続の方式は特に限定されない。また、図２において、保安機構１６ｂは、ＡＣコンデンサ１６ａ毎に配置されているが、上述のとおり、ＡＣコンデンサパッケージ毎に配置されていてもよい。なお、保安機構１６ｂが配置される位置は、図２に示す位置には限られず、ＡＣコンデンサ１６又は１６ａが故障した際にこれらを回路から切り離すことが出来る場所であればどこでもよい。
【0043】
また、図２に示すとおり、電流センサ２１は、コンデンサ回路１５における三相の交流電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを検出可能に配置される。なお、電流センサ２１が配置される位置は、図２に示される位置には限られず、各ＡＣコンデンサパッケージに流れる三相の交流電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷをそれぞれ検出可能な位置に配置されてもよい。すなわち、電流センサ２１は、例えば、ＡＣコンデンサパッケージ毎に配置されてもよい。電流センサ２１によって検出された三相の交流電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷは、制御装置３０によって取得される。
【0044】
図１に戻り、第一電圧センサ２２は、例えば、インバータ１１の出力側の交流回路１２におけるインバータ１１とコンデンサ回路１５への分岐点１２ａとの間に配置される。第一電圧センサ２２は、例えば、公知の交流電圧計又は交流電圧センサ等であり、インバータ１１の出力電圧の電圧値Ｖｉを検出する。第一電圧センサ２２は、例えば、電圧合わせ運転（同期制御）時などに、インバータ１１の出力電圧の電圧値Ｖｉを検出する。第一電圧センサ２２によって検出された出力電圧の電圧値Ｖｉは、制御装置３０によって取得される。なお、第一電圧センサ２２が配置される位置は、インバータ１１の出力電圧の電圧値Ｖｉが計測できる位置であればどこでもよく、図１に示される位置には限られない。
【0045】
第二電圧センサ２３は、例えば、インバータ１１の出力側の交流回路１２における交流スイッチ１４と系統３との間に配置される。第二電圧センサ２３は、例えば、公知の交流電圧計又は交流電圧センサ等であり、三相の系統電圧の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを検出する。第二電圧センサ２３によって検出された電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷは、制御装置３０によって取得される。なお、第二電圧センサ２３が配置される位置は、系統３側の三相の系統電圧の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷが計測できる位置であればどこでもよく、図１に示される位置には限られない。
【0046】
制御装置３０は、例えば、電力変換装置１の内部又は外部に設けられ、図中配線等は省略されているが、インバータ１１を始めとする電力変換装置１の各要素と、有線又は無線によって電気的に接続されている。なお、制御装置３０は、不図示のインバータ制御回路の機能として実現されていてもよい。
【0047】
制御装置３０は、例えば、プログラムを実行することにより動作するＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等の後述のプロセッサ９１（図１３参照）を有する。制御装置３０は、後述の記憶部４０（図３等参照）やメモリ９２（図１３参照）等を有し、例えば、記憶部４０又はメモリ９２に記憶された所定のプログラムを実行することによりプロセッサ９１を動作させて電力変換装置１の動作を統括的に制御する。なお、制御装置３０は、例えば、不図示の上位装置や不図示の操作部を介したオペレータ等からの指示に従って動作してもよい。制御装置３０は、電流センサ２１で検出された三相の交流電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷのうち、少なくともいずれかの相の電流値（例えばＵ相の電流値ＩＵ）に基づいて、後述の検出ロジックを用いてＡＣコンデンサ１６の故障を検出する（図４～図６等参照）。なお、不図示の上位装置は、例えば、複数台の電力変換装置１を統括的に監視及び制御するものであり、各電力変換装置１と有線又は無線で接続されている。
【0048】
【0049】
制御装置３０は、記憶部４０を有し、例えば、記憶部４０又は後述のメモリ９２（図１３参照）に記憶された所定のプログラムを実行することにより、以下の各部として機能する。制御装置３０は、位相角調整部３１と、振幅算出部３３と、故障判定部３５と、動作制御部３７として機能する。なお、上記の各機能は、制御装置３０が有する後述の処理回路９０（図１３参照）における後述のプロセッサ９１（図１３参照）が実行するプログラムにより実現されても、後述のハードウェア９３（図１３参照）により実現されてもよい。位相角調整部３１と、振幅算出部３３と、故障判定部３５と、動作制御部３７とは、所定のプログラムを実行して、以下の処理を行う。
【0050】
位相角調整部３１は、第二電圧センサ２３から、系統３側の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の系統電圧の測定値である電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを取得する。位相角調整部３１は、例えば、任意の位相角θに基づいて、取得した系統電圧の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを三相二相変換（ｄｑ変換）し、ｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを求める。位相角調整部３１は、求めたｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとに対してＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御を行い、ｑ軸電圧Ｖｑが、ｄ軸電圧Ｖｄに対して十分小さくなるように（０になるように）位相角θの変化率を調整する。これにより、位相角θの周波数と位相とは系統電圧の周波数と位相とに一致し、ｄｑ座標上において、系統電圧ベクトルの方向は、ｄ軸方向に一致する。
【0051】
位相角調整部３１は、調整された位相角θに基づいて、系統電圧の三相の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに対して三相二相変換（ｄｑ変換）を行い、ｄ軸成分とｑ軸成分とを出力する。これにより、ｄｑ座標軸上において、ｑ軸は、ｄ軸に対して９０度位相が進んだ方向にとられることになる。位相角調整部３１は、調整された位相角θに基づいて系統電圧の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを三相二相変換（ｄｑ変換）し、ｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを求める。位相角調整部３１は、調整された位相角θを振幅算出部３３に出力する。
【0052】
振幅算出部３３は、電流センサ２１から、ＡＣコンデンサ１６に流れる三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相の交流電流の測定値である電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを取得する。なお、振幅算出部３３は、電流センサ２１から、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の各相の交流電流の測定値である電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷのうち、少なくともいずれか一相の電流値のみを取得してもよい。そして、振幅算出部３３は、取得した各相の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷと、位相角調整部３１によって調整された位相角θに基づく値ｓｉｎθ，ｃｏｓθと、を乗算して各相の所定の電流成分を算出する。そして、振幅算出部３３は、算出した各相の所定の電流成分から、所定のローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low Pass Filter）を経由させて、各相の直流成分を抽出する。そして、振幅算出部３３は、抽出した各相の直流成分に基づいて、各相の交流電流の周波数成分（基本波成分）の振幅の値を算出する。振幅算出部３３は、算出した各相の交流電流の周波数成分（基本波成分）の振幅の値を故障判定部３５に出力する。なお、上記の各相の交流電流の基本波成分の振幅の値の算出方法についての詳細は、後述する（図４～図６等参照）。
【0053】
故障判定部（比較器）３５は、振幅算出部３３によって算出された各相の交流電流の周波数成分（基本波成分）の振幅の値と、記憶部４０から取得した所定の判定値とをそれぞれ大小比較する。そして、故障判定部３５は、振幅算出部３３によって算出された各相の交流電流の振幅の値のうちの少なくともいずれか一つが、記憶部４０から取得した所定の判定値よりも小さいときは、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定する。すなわち、例えば、複数のＡＣコンデンサ１６のうち、少なくとも一つがオープン故障した場合、故障したＡＣコンデンサ１６と接続される少なくともいずれか一つの相の振幅の値が正常時よりも小さくなる。このため、故障判定部３５は、振幅算出部３３によって算出された各相の振幅の値と、所定の判定値とを大小比較することにより、これを検出して故障と判定する。故障判定部３５は、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定したときは、故障している旨の判定結果である「１」を動作制御部３７に出力する。なお、故障判定部３５は、例えば、不図示の上位装置等に故障している旨の判定結果である「１」を出力してもよく、電力変換装置１の不図示の表示部や操作部等に警報やアラーム等を出力してもよい。
【0054】
動作制御部３７は、故障判定部３５からＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得した場合、交流スイッチ１４の投入前の同期制御時であれば、電力変換装置１を停止するよう電力変換装置１の各部に動作指示を与える。一方、動作制御部３７は、上記の場合において、系統連系運転中など、交流スイッチ１４が投入されている状態であれば、電力変換装置１を停止するよう電力変換装置１の各部に動作指示を与えるとともに交流スイッチ１４を開放させる動作指示を与える。
【0055】
記憶部４０は、例えば、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、ＳＳＤ（Solid State Drive）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、その他の半導体メモリ等の揮発性又は不揮発性の記憶媒体である。記憶部４０は、例えば、制御装置３０の各部の動作に必要なプログラムを記憶するとともに、制御装置３０の各部により、各種の情報の書き込みや読み出しが行われる。また、記憶部４０は、例えば、電流センサ２１等の各センサによって取得された値や、振幅算出部３３による演算に用いられる各種の演算式や係数等や、故障判定部３５による大小比較で用いられる所定の判定値等を記憶する。
【0056】
記憶部４０は、例えば、不図示のバス（システムバス）等により、各種の情報の入出力が可能なように制御装置３０の各部と接続されている。なお、記憶部４０は、制御装置３０の外部に設けられ、有線又は無線で制御装置３０と接続されていてもよく、メモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の外部記憶媒体等であっても、オンラインストレージ等であってもよい。また、記憶部４０は、後述のメモリ９２（図１３参照）と共通であってもよい。
【0057】
＜第１実施形態の動作＞
図４は、図１から図３に示す制御装置３０の故障検出動作の一例を示す図である。図４に示す動作は、電力変換装置１の始動時（起動指令受付）の電圧合わせ運転（同期制御）時又は電力変換装置１の系統連系運転中に開始される。すなわち、図４に示す動作は、系統３側のＡＣスイッチ１４が開放されている電力変換装置１の始動時の電圧合わせ運転（同期制御）時であるか、系統３側のＡＣスイッチ１４が投入されている電力変換装置１の系統連系運転中であるかに拘わらず開始される。なお、図４に示す動作は、常時行われても良く、所定の間隔毎に行われても、例えば、制御装置３０や不図示の上位装置や不図示のオペレータからの指示に従って行われてもよい。
図４は、図１から図３に示す制御装置３０の故障検出動作の一例を示す図である。図４に示す動作は、電力変換装置１の始動時（起動指令受付）の電圧合わせ運転（同期制御）時又は電力変換装置１の系統連系運転中に開始される。すなわち、図４に示す動作は、系統３側のＡＣスイッチ１４が開放されている電力変換装置１の始動時の電圧合わせ運転（同期制御）時であるか、系統３側のＡＣスイッチ１４が投入されている電力変換装置１の系統連系運転中であるかに拘わらず開始される。なお、図４に示す動作は、常時行われても良く、所定の間隔毎に行われても、例えば、制御装置３０や不図示の上位装置や不図示のオペレータからの指示に従って行われてもよい。
【0058】
ステップＳ１１において、制御装置３０の位相角調整部３１は、第二電圧センサ２３から、系統３側の三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の系統電圧の測定値である電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを取得し、ステップＳ１２に処理を移行させる。
【0059】
ステップＳ１２において、位相角調整部３１は、取得した系統電圧の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを、例えば、任意の位相角θに基づいて三相二相変換（ｄｑ変換）してｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを求め、ステップＳ１３に処理を移行させる。
【0060】
ステップＳ１３において、位相角調整部３１は、求められたｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを取得し、ステップＳ１４に処理を移行させる。
【0061】
ステップＳ１４において、位相角調整部３１は、取得されたｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとに対してＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御を行う。そして、位相角調整部３１は、ｑ軸電圧Ｖｑが、ｄ軸電圧Ｖｄに対して十分小さくなるように（０になるように）位相角θの変化率を調整する。これにより、位相角θの周波数と位相とは系統電圧の周波数と位相とに一致し、ｄｑ座標上において系統電圧ベクトルの方向はｄ軸方向に一致することになる。位相角調整部３１は、調整された位相角θを出力し、ステップＳ１５に処理を移行させる。さらに、位相角調整部３１は、調整された位相角θを振幅算出部３３にも出力する。
【0062】
ステップＳ１５において、位相角調整部３１は、調整された位相角θに基づいて、三相の系統電圧の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに対して三相二相変換（ｄｑ変換）を行い、ｄ軸成分（ｄ軸電圧Ｖｄ）とｑ軸成分（ｑ軸電圧Ｖｑ）とを求める。これにより、ｄｑ座標軸上において、ｑ軸は、ｄ軸に対して９０度位相が進んだ方向にとられることになる。そして、位相角調整部３１は、ステップＳ１３に処理を移行させ、電力変換装置１の運転中、ステップＳ１３からＳ１５の処理を繰り返す。
【0063】
ステップＳ３１において、制御装置３０の振幅算出部３３は、電流センサ２１から、ＡＣコンデンサ１６に流れる各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電流の測定値である電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷをそれぞれ取得し、ステップＳ３２に処理を移行させる。なお、電流センサ２１は、常時又は所定の間隔毎に電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを測定しており、振幅算出部３３は、常時又は所定の間隔毎に電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを取得している。
【0064】
なお、図４では、一例として、電流値ＩＵについての処理動作の流れを示している。このため、以下、電流値ＩＵを例にとって説明するが、他の電流値ＩＶ、ＩＷについても、同様の動作が実施される。
【0065】
ステップＳ３２において、振幅算出部３３は、ＡＣコンデンサ１６に流れる各相の交流電流の測定値である電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷと、ステップＳ１４のＰＬＬ制御によって調整された位相角θに基づく値とを取得する。そして、振幅算出部３３は、取得したＡＣコンデンサ１６に流れる各相の交流電流の測定値である電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷと、ステップＳ１４のＰＬＬ制御によって調整された位相角θに基づく値とを乗算して、所定の電流成分を算出する。具体的には、電流値ＩＵを例にとって説明すると、振幅算出部３３は、電流値ＩＵと、位相角θに基づく値であるｓｉｎθとを乗算して所定の電流成分であるＩＵｓｉｎθを算出する。また、振幅算出部３３は、電流値ＩＵと、位相角θに基づく値であるｃｏｓθとを乗算して、所定の電流成分であるＩＵｃｏｓθを算出する。そして、振幅算出部３３は、ステップＳ３３に処理を移行させる。
【0066】
なお、ステップＳ１４では、位相角調整部３１は、ｑ軸電圧Ｖｑが、ｄ軸電圧Ｖｄに対して十分小さくなるように（０になるように）位相角θを調整している。このため、ステップＳ１４におけるＰＬＬ制御の結果、θの周波数と位相とは、系統電圧の周波数と位相とに一致し、ｄｑ座標上で系統電圧のベクトルの方向は、ｄ軸方向に一致している。
【0067】
ステップＳ３３において、振幅算出部３３は、直流成分を抽出するための所定のローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いて、ステップＳ３２で求めた所定の電流成分であるＩＵｓｉｎθから直流成分を抽出する。これにより、電流値ＩＵのうちｓｉｎθと同位相の成分が抽出される。また、振幅算出部３３は、直流成分を抽出するための所定のローパスフィルタ（ＬＰＦ）を用いて、ステップＳ３２で求めた所定の電流成分であるＩＵｃｏｓθから直流成分を抽出する。これにより、電流値ＩＵのうちｃｏｓθと同位相の成分が抽出される。そして、振幅算出部３３は、ステップＳ３４に処理を移行させる。
【0068】
ステップＳ３４において、振幅算出部３３は、ステップＳ３３で抽出されたＩＵｓｉｎθに含まれる直流成分（電流値ＩＵのうちｓｉｎθと同位相の成分）を２乗した値を求める。また、振幅算出部３３は、ステップＳ３３で抽出されたＩＵｃｏｓθに含まれる直流成分（電流値ＩＵのうちｃｏｓθと同位相の成分）を２乗した値を求める。そして、振幅算出部３３は、ステップＳ３５に処理を移行させる。
【0069】
ステップＳ３５において、振幅算出部３３は、ステップＳ３４で求められたＩＵｓｉｎθの直流成分を２乗した値と、ＩＵｃｏｓθの直流成分を２乗した値との加算値を求め、ステップＳ３６に処理を移行させる。
【0070】
ステップＳ３６において、振幅算出部３３は、ステップＳ３５で求められた加算値（抽出された各成分の２乗和）の平方根であるコンデンサ電流ＩＵａｂｓを算出し、ステップＳ３７に処理を移行させる。振幅算出部３３は、ステップＳ３１からステップＳ３６の処理を実行し、抽出した各成分の２乗和の平方根を計算することで、電流値ＩＵのうち位相角θの周波数成分（基本波成分）の振幅の値を計算することができる。また、振幅算出部３３は、ステップＳ３１からステップＳ３６の処理を実行し、抽出した各成分の２乗和の平方根を計算することで、例えば、電流値ＩＵがマイナスの値であったとしても、コンデンサ電流ＩＵａｂｓをプラスの値とすることができる。
【0071】
ステップＳ３７において、振幅算出部３３は、ステップＳ３６で算出したコンデンサ電流ＩＵａｂｓ（基本波成分振幅）を取得し、故障判定部（比較器）３５に出力する。なお、振幅算出部３３は、ステップＳ３６で平方根をとる前のコンデンサ電流（ステップＳ３５で求めた加算値）を故障判定部（比較器）３５に出力してもよい。
【0072】
ステップＳ４１において、制御装置３０は、例えば、記憶部４０に記憶されている所定の判定値ＩＵｔを取得し、故障判定部（比較器）３５に出力する。なお、所定の判定値ＩＵｔは、各種の実験や、シミュレーションや、各種の条件や、所定の演算方法等に基づいて定められ、例えば、記憶部４０に記憶されている。
【0073】
なお、所定の判定値ＩＵｔは、制御装置３０や、不図示の上位装置や、オペレータ等の指示に基づくものであってもよい。また、所定の判定値ＩＵｔは、コンデンサ電流ＩＵａｂｓに多少の誤差があっても、当該誤差を許容してＡＣコンデンサ１６の故障を検出することができるように、例えば、１よりも小さい値である所定の故障検出レベルの値（例えば、０．８）が乗算されてもよい。なお、ステップＳ３７で、平方根をとる前のコンデンサ電流（加算値）が出力されているときは、所定の判定値ＩＵｔは、２乗の計算を考慮したものとする必要がある。
【0074】
ステップＳ５１において、故障判定部（比較器）３５は、振幅算出部３３により求められたコンデンサ電流ＩＵａｂｓ（基本波成分振幅）と、記憶部４０に記憶されている所定の判定値ＩＵｔとを取得する。そして、故障判定部（比較器）３５は、これらを大小比較し、ＡＣコンデンサ１６が故障しているか否かを判定する。そして、故障判定部３５は、コンデンサ電流ＩＵａｂｓ（基本波成分振幅）が判定値ＩＵｔよりも小さいときは、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定する。すなわち、故障判定部３５は、例えば、複数のＡＣコンデンサ１６のうち、少なくとも一つがオープン故障した場合、コンデンサ電流ＩＵａｂｓ（基本波成分振幅）は正常時よりも小さくなるため、これを検出して故障と判定する。故障判定部３５は、ＡＣコンデンサ１６が故障しているか否かを判定したときは、ステップＳ５２に処理を移行させる。
【0075】
ステップＳ５２において、故障判定部３５は、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定したときは、故障している旨の判定結果である「１」を動作制御部３７に出力する。なお、故障判定部３５は、ＡＣコンデンサ１６が故障していないと判定したときは、故障していない旨の判定結果である「０」を動作制御部３７に出力してもよく、故障していると判定されるまで何も出力しなくてもよい。
【0076】
なお、故障判定部３５は、故障している旨の判定結果である「１」を後述の故障情報発報部３６Ａ（図１０、図１１等参照）に対して出力してもよい。この場合、後述の故障情報発報部３６Ａ（図１０、図１１等参照）は、例えば、不図示の上位装置等に故障情報を発報（出力）することや、電力変換装置１の不図示の表示画面や操作盤等に警報やアラーム等を発報することにより、故障情報を発報してもよい。
【0077】
【0078】
図５において、コンデンサ回路１５には、三相の交流電流が流れており、電流センサ２１によって、各相の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷが取得されている。そして、図５では、Δ結線されたＡＣコンデンサ１６のＵ相とＶ相との間の（Ｕ－Ｖ間）のＡＣコンデンサ１６ａにオープン故障が発生している。
【0079】
図６は、図５に示す場合における各相のコンデンサ電流のシミュレーション波形を示す図である。図６において、縦軸は電流（Ａ）を示し、横軸は、時間（ｓ）を示す。また、実線は、Ｕ相のコンデンサ電流ＩＵａｂｓを示し、破線は、Ｖ相のコンデンサ電流ＩＶａｂｓを示し、一点鎖線は、Ｗ相のコンデンサ電流ＩＷａｂｓを示す。すなわち、図６に示す図では、図５に示す電流センサ２１によって取得された各相の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷについて、図４で示したステップＳ３１からステップＳ３７の処理が実行された値が示されている。
【0080】
図６では、時間が０．５（ｓ）進んだところで、図５に示すＵ相とＶ相との間の（Ｕ－Ｖ間）のＡＣコンデンサ１６ａにオープン故障が発生している。このため、図６に示すように、時間が０．５（ｓ）進むまでの正常時には、三相のコンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓは、いずれも０．６５（Ａ）付近の略一定値で推移している。
【0081】
一方、時間が０．５（ｓ）進んだ時点のオープン故障発生時において、実線で示されるＵ相のコンデンサ電流ＩＵａｂｓと、破線で示されるＶ相のコンデンサ電流ＩＶａｂｓとが０．４（Ａ）以下まで低下している。なお、図６に示すように、時間が０．５（ｓ）進んだ時点のオープン故障発生時以降であっても、一点鎖線で示されるＷ相のコンデンサ電流ＩＷａｂｓは、そのまま０．６５（Ａ）付近の略一定値で推移している。
【0082】
これにより、例えば、０．４（Ａ）から０．６（Ａ）の間に判定値ＩＵｔ、ＩＶｔ、ＩＷｔを設定して、三相のコンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓと大小比較すれば、ＡＣコンデンサ１６が故障しているか否かを判定することが出来る。このため、本実施形態では、故障判定部３５は、コンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓと、判定値ＩＵｔ、ＩＶｔ、ＩＷｔとを大小比較して、ＡＣコンデンサ１６（ＡＣコンデンサ１６ａのいずれか）が故障しているか否かを判定している。
【0083】
なお、ステップＳ３７で、平方根をとる前のコンデンサ電流（加算値）が出力されているときは、図６に示すグラフは縦軸方向に伸びると考えられる。このため、この場合、判定値ＩＵｔ、ＩＶｔ、ＩＷｔも、２乗の計算を考慮したもの（縦軸方向に伸びたものを考慮したもの）とする必要がある。
【0084】
また、Δ結線の場合と、Ｙ結線の場合とで様相は異なるが、Ｙ結線の場合であっても、いずれかの相の電流値は低下すると考えられるため、本実施形態に示す方法で、ＡＣコンデンサ１６が故障しているか否かを判定することができる。
【0085】
図４に戻り、ステップＳ７１において、制御装置３０の動作制御部３７は、故障判定部３５から、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得したときは、電力変換装置１を停止するよう電力変換装置１の各部に動作指示を与える。なお、動作制御部３７は、系統連系運転中など、交流スイッチ１４が投入されている状態のときに、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得した場合は、さらに交流スイッチ１４を開放させる動作指示を与える。これにより、動作制御部３７は、電力変換装置１を停止させ、正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大や系統３側への高調波の流出を抑制することができる。
【0086】
なお、動作制御部３７は、不図示の上位装置や不図示のオペレータからの操作部を介した動作指示を受け付けたときに、電力変換装置１の停止（及び交流スイッチ１４の開放）をさせる動作指示を与えてもよい。なお、動作制御部３７は、同期制御時において、同期判定ＯＫの情報を取得したときに、故障判定部３５から、故障している旨の判定結果を取得していないときは、交流スイッチ１４にスイッチ投入の動作指示を与え、系統連系運転を開始させてもよい。
【0087】
以上により、制御装置３０は、図４に示す故障検出動作を終了する。なお、図４に示す故障検出動作は、上述のとおり、常時行われても良く、所定の間隔毎に行われても、例えば、制御装置３０や不図示の上位装置や不図示のオペレータからの指示に従って行われてもよい。
【0088】
図７は、図１から図６に示す電力変換装置１の起動指令入力後における動作の一例を示す図である。図７（ａ）は、ＡＣコンデンサ１６が正常な場合における電力変換装置１の起動指令入力後の電圧合わせ運転（同期制御）中の状態を示す図である。図７（ｂ）は、ＡＣコンデンサ１６の一部がオープン故障している場合における電力変換装置１の起動指令入力後の電圧合わせ運転（同期制御）中の状態を示す図である。
【0089】
なお、図７において、実際は、図２に示すように、インバータ１１の出力側には三相分の交流回路１２が接続されており、三相分のＡＣリアクトル１３、交流スイッチ１４、ＡＣコンデンサ１６等が配置されている。また、ＡＣコンデンサ１６は、実際には、図２に示すように、各相に複数並列接続されている。しかし、図面の簡単のため、これらを含む各要素は、省略又は簡略化して示されている。
【0090】
図７（ａ）において、ＡＣコンデンサ１６が正常な場合、電力変換装置１は、停止状態から起動指令を受け付けた直後、インバータ１１（インバータ回路１１）を駆動させて電圧合わせ運転（同期制御）を行い、交流スイッチ１４の前後の電圧を同期させようとする。このとき、交流スイッチ１４が開放されているため、インバータ回路１１から出力されている交流電力は、系統３側には流出していないが、ＡＣコンデンサ１６には、電流が流れている。
【0091】
この場合、コンデンサ回路１５に配置された各相の電流センサ２１によって各相のＡＣコンデンサ１６に流れるコンデンサ電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷが常時検出されている。そして、このとき、制御装置３０は、図４に示すステップＳ１１からステップＳ５１までの動作を常時行っている。この場合、通常は、ＡＣコンデンサ１６には、電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの電流が流れている。この場合、上述のとおり、三相のコンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓは、略一定値で推移する。
【0092】
図７（ｂ）において、ＡＣコンデンサ１６の一部がオープン故障している場合においても、電力変換装置１は、図７（ａ）と同様の動作を行っている。この場合、ＡＣコンデンサ１６の一部がオープン故障していると、上述のとおり、三相のコンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓの少なくともいずれかが減少するため、制御装置３０によってＡＣコンデンサ１６の故障が検出される。
【0093】
すなわち、制御装置３０は、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定し（Ｓ５１）、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を動作制御部３７に出力する（Ｓ５２）。この場合、動作制御部３７は、電力変換装置１が電圧合わせ運転中に、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得したことになる。この場合、動作制御部３７は、電力変換装置１を停止させ（Ｓ７１）、ＡＣコンデンサ１６への電圧印加を停止させる。
【0094】
これにより、電圧合わせ運転（同期制御）中に故障が検出された場合、系統連系運転前に電力変換装置１を停止させる（起動を防止する）ことができる。これにより、正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大や系統３側への高調波の流出を抑制することができる。
【0095】
図８は、図１から図６に示す電力変換装置１のインバータ連系運転中における動作の一例を示す図である。図８（ａ）は、ＡＣコンデンサ１６が正常な場合における電力変換装置１のインバータ連系運転中（系統連系運転中）の状態を示す図である。図８（ｂ）は、ＡＣコンデンサ１６の一部がオープン故障している場合における電力変換装置１のインバータ連系運転中（系統連系運転中）の状態を示す図である。なお、図８においても、図７と同様に、図面の簡単のため、各要素は、省略又は簡略化して示されている。
【0096】
図８（ａ）に示すように、電流センサ２１は、コンデンサ回路１５に配置されているため、電力変換装置１のＡＣスイッチ１４が投入され、かつ、インバータ回路１１が駆動している場合でも、コンデンサ電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを検出することができる。
【0097】
この場合、電力変換装置１のＡＣスイッチ１４が投入され、かつ、インバータ回路１１が駆動している場合でも、各相の電流センサ２１によって各相のＡＣコンデンサ１６に流れるコンデンサ電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷが常時検出される。この場合も、図７と同様に、制御装置３０は、図４に示すステップＳ１１からステップＳ５１までの動作を常時行っている。この場合、図７と同様に、通常は、ＡＣコンデンサ１６には、電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷの電流が流れており、三相のコンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓは、略一定値で推移する。
【0098】
図８（ｂ）において、ＡＣコンデンサ１６の一部がオープン故障している場合においても、電力変換装置１は、図８（ａ）と同様の動作を行っている。この場合、図７と同様に、ＡＣコンデンサ１６の一部がオープン故障していると、上述のとおり、三相のコンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓの少なくともいずれかが減少するため、制御装置３０によってＡＣコンデンサ１６の故障が検出される。
【0099】
すなわち、図７と同様に、制御装置３０は、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定し（Ｓ５１）、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を動作制御部３７に出力する（Ｓ５２）。この場合、動作制御部３７は、電力変換装置１がインバータ連系運転中（系統連系運転中）に、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得したことになる。この場合、動作制御部３７は、交流回路１２のＡＣスイッチ１４を開放させるとともに電力変換装置１を停止させ（Ｓ７１）、ＡＣコンデンサ１６への電圧印加を停止させる。なお、このときの停止手段は、動作制御部３７によるものには限られず、所定のソフト上で電力変換装置１の運転動作が止められてもよく、不図示のオペレータによる人の手でＡＣスイッチ１４が開放されてもよい。
【0100】
これにより、インバータ連系運転中（系統連系運転中）に故障が検出された場合でも、正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大や系統３側への高調波の流出を抑制することができる。
【0101】
＜第１実施形態の作用効果＞
以上、図１～図８に示す第１実施形態によれば、故障判定部３５は、振幅算出部３３により求められたコンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓ（基本波成分振幅）と、判定値ＩＵｔ、ＩＶｔ、ＩＷｔとを大小比較する。そして、故障判定部３５は、コンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓ（基本波成分振幅）が判定値ＩＵｔ、ＩＶｔ、ＩＷｔよりも小さいときは、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定し、判定結果を出力する（Ｓ５１、Ｓ５２）。すなわち、図１～図８に示す第１実施形態では、ＡＣコンデンサ１６に流れる各相の電流成分に基づいて、ＡＣコンデンサ１６の故障が検出される。これにより、ＡＣコンデンサ１６の故障情報の発報や電力変換装置１の停止を行うことができ、系統３側への高調波の流出や正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大を抑制することができる。
以上、図１～図８に示す第１実施形態によれば、故障判定部３５は、振幅算出部３３により求められたコンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓ（基本波成分振幅）と、判定値ＩＵｔ、ＩＶｔ、ＩＷｔとを大小比較する。そして、故障判定部３５は、コンデンサ電流ＩＵａｂｓ、ＩＶａｂｓ、ＩＷａｂｓ（基本波成分振幅）が判定値ＩＵｔ、ＩＶｔ、ＩＷｔよりも小さいときは、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定し、判定結果を出力する（Ｓ５１、Ｓ５２）。すなわち、図１～図８に示す第１実施形態では、ＡＣコンデンサ１６に流れる各相の電流成分に基づいて、ＡＣコンデンサ１６の故障が検出される。これにより、ＡＣコンデンサ１６の故障情報の発報や電力変換装置１の停止を行うことができ、系統３側への高調波の流出や正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大を抑制することができる。
【0102】
また、図１～図８に示す第１実施形態によれば、電流センサ２１が、コンデンサ回路１５に配置されている。このため、電力変換装置１の電圧合わせ運転中（交流スイッチ１４の開放時）であっても、系統連系運転中（交流スイッチ１４の投入時）であっても、ＡＣコンデンサ１６に流れる電流（コンデンサ電流）の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを区別して測定することができる。これにより、図１～図８に示す第１実施形態では、電力変換装置１の電圧合わせ運転中（交流スイッチ１４の開放時）であっても、系統連系運転中（交流スイッチ１４の投入時）であっても、ＡＣコンデンサ１６の故障か否かを判定することができる。また、これにより、電力変換装置１の電圧合わせ運転中（交流スイッチ１４の開放時）であっても、系統連系運転中（交流スイッチ１４の投入時）であっても、正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大や系統３側への高調波の流出を抑制することができる。
【0103】
また、図１～図８に示す第１実施形態によれば、コンデンサ回路１５に配置される電流センサ２１は、ＡＣコンデンサ１６（コンデンサ回路１５）に流れる小さな電流のみを測定するため、小さな定格電流のものを用いることができる。このため、交流回路１２に配置されるような大きな定格電流の電流センサよりも、小さな定格電流である電流センサ２１の方が、小さな電流であるコンデンサ電流を精度良く測定することができる。また、交流回路１２に配置されるような大きな定格電流の電流センサよりも、小さな定格電流の電流センサ２１の方が、小さくて安価なものを用いることができる。
【0104】
また、図１～図８に示す第１実施形態によれば、電流センサ２１は、コンデンサ回路１５に配置されている。これにより、例えば、仕様として、電流センサが、交流回路１２の交流スイッチ１４よりも系統３側にのみ配置されていた場合であっても、ＡＣコンデンサ１６の故障判定や電力変換装置１の停止をすることができる。このため、このような場合であっても、系統３側への高調波の流出や正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大を抑制することができる。
【0105】
＜第２実施形態の構成＞
図９は、第２実施形態に係る制御装置３０Ａ及び電力変換装置１Ａの構成の一例について示す図である。なお、図９において、図１～図８に示す実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略又は簡略化する。なお、図９に示す構成は、図２と同様に、交流回路１２は、実際は三相三線式の三相交流回路であり、ＡＣコンデンサ１６を始めとする各構成要素は、実際は三相交流回路１２にそれぞれ設けられている。但し、図９においても、図１と同様に、図面の簡単のため、各要素は、簡略化して示されている。
図９は、第２実施形態に係る制御装置３０Ａ及び電力変換装置１Ａの構成の一例について示す図である。なお、図９において、図１～図８に示す実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略又は簡略化する。なお、図９に示す構成は、図２と同様に、交流回路１２は、実際は三相三線式の三相交流回路であり、ＡＣコンデンサ１６を始めとする各構成要素は、実際は三相交流回路１２にそれぞれ設けられている。但し、図９においても、図１と同様に、図面の簡単のため、各要素は、簡略化して示されている。
【0106】
図９に示す実施形態では、図１～図８に示す実施形態とは異なり、電流センサ２１は、コンデンサ回路１５には配置されておらず、電流センサ２１Ａが、交流回路１２に配置されている。図９に示す実施形態では、交流スイッチ１４が開放されている電圧合わせ運転時（同期制御時）にのみ、電流センサ２１Ａによって、ＡＣコンデンサ１６に流れる電流（コンデンサ電流）の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを測定することができる。
【0107】
電流センサ２１Ａは、インバータ１１の出力側の交流回路１２におけるインバータ１１とコンデンサ回路１５への分岐点１２ａとの間において、交流リアクトル１３と直列に接続されるように配置される。電流センサ２１Ａは、例えば、公知の交流電流計又は交流電流センサ等であり、電力変換装置１Ａにおける三相の出力電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを検出する。電流センサ２１Ａによって検出された電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷは、制御装置３０Ａによって取得される。
【0108】
なお、電流センサ２１Ａは、交流回路１２において、ＡＣリアクトル１３と直列に接続されていればよく、接続順序は問われない。但し、電流センサ２１Ａは、交流回路１２において、インバータ１１と分岐点１２ａとの間に設けられる必要がある。電流センサ２１Ａが、当該位置に設けられることにより、交流スイッチ１４が開放されている電圧合わせ運転時（同期制御時）に、ＡＣコンデンサ１６に流れる電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを計測することができる。なお、実際は、電流センサ２１Ａは、多くの電力変換装置１Ａにおいて、仕様として上述の位置に既に配されているため、本実施形態では、既に配されている既存の電流センサ２１Ａを用いることができる。
【0109】
制御装置３０Ａは、電圧合わせ運転時（同期制御時）にのみ、電流センサ２１Ａによって測定された電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷによって、ＡＣコンデンサ１６の故障を検出することが出来る。なお、制御装置３０Ａの構成又は機能、及び動作の詳細は、後述する（図１０、図１１等参照）。
【0110】
図１０は、図９に示す電力変換装置１Ａにおける制御装置３０Ａの構成の一例を示す図である。なお、図１０においても、図１～図８に示す実施形態と同一の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略又は簡略化する。
【0111】
制御装置３０Ａは、記憶部４０を有し、例えば、記憶部４０又は後述のメモリ９２（図１３参照）に記憶された所定のプログラムを実行することにより、以下の各部として機能する。制御装置３０Ａは、位相角調整部３１Ａと、インバータ制御部３２Ａと、振幅算出部３３と、故障判定部３５Ａと、故障情報発報部３６Ａと、動作制御部３７Ａとして機能する。位相角調整部３１Ａと、インバータ制御部３２Ａと、振幅算出部３３と、故障判定部３５Ａと、故障情報発報部３６Ａと、動作制御部３７Ａとは、所定のプログラムを実行して、以下の処理を行う。
【0112】
【0113】
インバータ制御部３２Ａは、位相角調整部３１Ａによって調整された位相角θに基づいて求められたｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを取得する。インバータ制御部３２Ａは、取得したｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとに対し、所定のフィルタを経由させて、二相三相変換（逆変換）を行い、インバータ出力電圧指令値ＶＵ
＊、ＶＶ
＊、ＶＷ
＊を求める。インバータ制御部３２Ａは、求めたインバータ出力電圧指令値ＶＵ
＊、ＶＶ
＊、ＶＷ
＊に対してＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御を行い、ゲート信号を発生させる。
【0114】
インバータ制御部３２Ａは、発生させたゲート信号により、インバータ１１の不図示のスイッチング素子を制御して、電力変換装置１Ａの電圧合わせ運転（同期制御）を行わせる。なお、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）中であるか否かの情報は、故障情報発報部３６Ａによって、インバータ制御部３２Ａから適宜取得される。
【0115】
故障判定部（比較器）３５Ａは、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定したときは、故障している旨の判定結果である「１」を故障情報発報部３６Ａに出力する。故障判定部３５Ａのその他の構成又は機能は、図１～図８に示す実施形態における故障判定部３５と同様である。
【0116】
故障情報発報部３６Ａは、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）中であるか否かの情報を、インバータ制御部３２Ａから適宜取得する。故障情報発報部３６Ａは、故障判定部３５ＡによってＡＣコンデンサが故障していると判定されたときは、故障している旨の判定結果である「１」を故障判定部３５Ａから取得する。故障情報発報部３６Ａは、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）中であるとの情報を取得しているときに、故障判定部３５Ａから、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得したときは、故障情報を発報する。故障情報発報部３６Ａは、例えば、不図示の上位装置等に故障情報を出力することや、電力変換装置１Ａの不図示の表示部や操作部等に警報やアラーム等を発報することにより、故障情報を発報する。また、故障情報発報部３６Ａは、動作制御部３７Ａにも故障情報を発報する。
【0117】
動作制御部３７Ａは、故障情報発報部３６ＡからＡＣコンデンサ１６の故障情報の発報を取得したときは、電力変換装置１Ａを停止するよう電力変換装置１Ａの各部に動作指示を与え、交流スイッチ１４の投入前に電力変換装置１Ａを停止させる。なお、動作制御部３７Ａは、インバータ制御部３２Ａから同期判定ＯＫの情報を取得したときに、故障情報発報部３６ＡからＡＣコンデンサ１６の故障情報の発報を取得していないときは、交流スイッチ１４投入の動作指示を与え、系統連系運転を開始させてもよい。
【0118】
＜第２実施形態の動作＞
図１１は、図９及び図１０に示す制御装置３０Ａの故障検出動作の一例を示す図である。なお、図１１においても、図１～図８に示す実施形態と同一の動作（処理）については同一の符号（処理ステップ番号）を付し、詳細な説明は省略又は簡略化する。
図１１は、図９及び図１０に示す制御装置３０Ａの故障検出動作の一例を示す図である。なお、図１１においても、図１～図８に示す実施形態と同一の動作（処理）については同一の符号（処理ステップ番号）を付し、詳細な説明は省略又は簡略化する。
【0119】
図１１に示す動作は、電力変換装置１Ａの始動（起動指令受付）とともに開始される。すなわち、図１１に示す動作は、系統３側のＡＣスイッチ１４が開放されている電力変換装置１Ａの始動時（起動時）の電圧合わせ運転（同期制御）時に開始される。なお、図１１に示す動作は、電圧合わせ運転（同期制御）時に常時行われても良く、所定の間隔毎に行われても、例えば、制御装置３０Ａや不図示の上位装置や不図示のオペレータからの指示に従って行われてもよい。
【0120】
ステップＳ１２Ａ及びステップＳ１５Ａにおいて、位相角調整部３１Ａは、求めたｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとをインバータ制御部３２Ａにも出力する。ステップＳ１２Ａ及びステップＳ１５Ａにおけるその他の処理は、図１～図８に示す実施形態におけるステップＳ１２及びステップＳ１５と同様である。
【0121】
ステップＳ２１Ａにおいて、制御装置３０Ａのインバータ制御部３２Ａは、最初はステップＳ１２Ａで出力されたｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを取得し、その後は、ステップＳ１５Ａで出力されたｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとを取得する。インバータ制御部３２Ａは、取得したｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとに、例えば所定のフィルタ処理を行い、ステップＳ２２Ａに処理を移行させる。なお、所定のフィルタ処理は、必須ではなく、行われなくてもよい。
【0122】
ステップＳ２２Ａにおいて、インバータ制御部３２Ａは、取得したｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとに対し、二相三相変換（逆変換）を行い、インバータ出力電圧指令値ＶＵ
＊、ＶＶ
＊、ＶＷ
＊を求め、ステップＳ２３Ａに処理を移行させる。なお、系統電圧の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷに対し、一旦三相二相変換（ｄｑ変換）が行われ、その後に二相三相変換（逆変換）が行われるのは、三相の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷよりも、二軸のｄ軸電圧Ｖｄとｑ軸電圧Ｖｑとの方が、フィルタ処理が容易だからである。
【0123】
ステップＳ２３Ａにおいて、インバータ制御部３２Ａは、求めたインバータ出力電圧指令値ＶＵ
＊、ＶＶ
＊、ＶＷ
＊に対してＰＷＭ制御を行い、ゲート信号を発生させる。インバータ制御部３２Ａは、発生させたゲート信号により、インバータ１１の不図示のスイッチング素子を制御して、電力変換装置１Ａの電圧合わせ運転（同期制御）を行わせ、ステップＳ２４Ａに処理を移行させる。なお、上記の制御の結果、電圧合わせ運転（同期制御）時において、インバータ１１の出力電圧の位相と振幅とは、系統電圧の位相と振幅とほぼ一致する。これにより、ｄ軸電流Ｉｄはインバータ１１の出力電圧と同位相の成分、ｑ軸電流Ｉｑは、インバータ１１の出力電圧に対して９０度位相が進んだ成分となる。
【0124】
ステップＳ２４Ａにおいて、インバータ制御部３２Ａは、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）中であるか否かの情報を出力する。電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）中であるか否かの情報は、故障情報発報部３６Ａによって適宜取得される。
【0125】
図１２は、図９から図１１に示す電力変換装置１Ａの電圧合わせ運転（同期制御）の動作の一例を示す図である。図１２（ａ）は、電力変換装置１Ａが始動してから系統３側と同期されるまでの電圧合わせ運転（同期制御）時の状態を示す図である。図１２（ｂ）は、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）を行った結果、系統３側と同期されたときの状態を示す図である。図１２（ｃ）は、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）により系統３側と同期されたため、交流スイッチ１４が投入されたときの状態を示す図である。
【0126】
図１２において、左側は、回路状態が示される。図１２の左側では、図９に示す電力変換装置１Ａの一部の構成を省略した図が示されている。図１２の左側において、交流スイッチ１４の左側は、インバータ１１の出力電圧が印加されており、交流スイッチ１４の右側は、系統３側の系統電圧が印加されている。また、図１２の左側において、矢印は、インバータ１１から出力された電流経路を示す。図１２の右側は、電圧波形が示される。図１２の右側において、実線は、系統電圧の波形を示し、破線は、インバータ１１の出力電圧の波形を示す。なお、インバータ１１の出力電圧の電圧値Ｖｉは、第一電圧センサ２２により検出され、三相の系統電圧の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷは、第二電圧センサ２３により検出され、検出結果は、それぞれ制御装置３０Ａによって取得される（図９等参照）。
【0127】
図１２（ａ）において、電力変換装置１Ａが始動すると（起動指令を受け付けると）、インバータ１１は、インバータ制御部３２Ａから出力されるゲート信号により制御され、電圧合わせ運転（同期制御）が開始される。始動時は、任意の位相角θに基づいたゲート信号によってインバータ１１が制御されるため、インバータ１１の出力電圧の電圧波形と系統電圧の電圧波形とは、最初はバラバラである（Ｓ１２Ａ、Ｓ２１Ａ～Ｓ２３Ａ）。
【0128】
図１２（ｂ）において、電圧合わせ運転（同期制御）を行った結果、同期判定がＯＫとなる。すなわち、位相角調整部３１Ａは、系統電圧から取得された三相の電圧値ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを基にＰＬＬ制御を行い、位相角θを調整している（Ｓ１４）。そして、調整された位相角θに基づいたゲート信号によってインバータ１１が制御されていくと、インバータ１１の出力電圧の位相と振幅とは、系統電圧の位相と振幅とほぼ一致するようになる（Ｓ１５Ａ、Ｓ２１Ａ～Ｓ２３Ａ）。
【0129】
図１２（ｃ）において、同期判定がＯＫとなったときは、インバータ１１の出力電圧の電圧波形と系統電圧の電圧波形とはほぼ一致するため、例えば動作制御部３７Ａの動作指示により、交流スイッチ１４が投入され、系統連系運転が開始される。
【0130】
図１１に戻り、ステップＳ５２Ａにおいて、制御装置３０Ａの故障判定部３５Ａは、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定したときは、故障している旨の判定結果である「１」を故障情報発報部３６Ａに出力する。なお、故障判定部３５Ａは、ＡＣコンデンサ１６が故障していないと判定したときは、故障していない旨の判定結果である「０」を故障情報発報部３６Ａに出力してもよく、故障していると判定されるまで何も出力しなくてもよい。
【0131】
ステップＳ６１Ａにおいて、制御装置３０Ａの故障情報発報部３６Ａは、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）中であるか否かの情報を、インバータ制御部３２Ａから適宜取得する（Ｓ２４Ａ参照）。また、故障情報発報部３６Ａは、故障判定部３５ＡによってＡＣコンデンサが故障していると判定されたときは、故障している旨の判定結果である「１」を故障判定部３５Ａから取得する（Ｓ５２Ａ参照）。そして、故障情報発報部３６Ａは、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）中との情報を取得しているときに、故障判定部３５Ａから、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得したときは、ステップＳ６２Ａに処理を移行させる。
【0132】
ステップＳ６２Ａにおいて、故障情報発報部３６Ａは、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転（同期制御）中であるとの情報を取得しているときに、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得したときは、故障情報を発報する。故障情報発報部３６Ａは、例えば、不図示の上位装置等に故障情報を発報（出力）することや、電力変換装置１Ａの不図示の表示画面や操作盤等に警報やアラーム等を発報することにより、故障情報を発報する。また、故障情報発報部３６Ａは、動作制御部３７Ａにも故障情報を発報（出力）する。
【0133】
ステップＳ７１Ａにおいて、制御装置３０Ａの動作制御部３７Ａは、故障情報発報部３６ＡからＡＣコンデンサ１６の故障情報の発報を取得したときは、電力変換装置１Ａを停止するよう電力変換装置１Ａの各部に動作指示を与える。これにより、動作制御部３７Ａは、系統連系運転開始前（交流スイッチ１４の投入前）に電力変換装置１Ａを停止させる。これにより、正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大や系統３側への高調波の流出を抑制することができる。
【0134】
なお、動作制御部３７Ａは、故障情報発報部３６Ａによる故障情報の発報を取得した不図示の上位装置や不図示のオペレータからの操作部を介した動作指示を受け付けたときに電力変換装置１Ａを停止させてもよい。また、動作制御部３７Ａは、例えばインバータ制御部３２Ａから同期判定ＯＫの情報を取得したときに、故障情報発報部３６Ａから故障情報の発報を取得していないときは、交流スイッチ１４にスイッチ投入の動作指示を与え、系統連系運転を開始させてもよい。
【0135】
なお、図１～図８に示した第１実施形態において、図７に示した電力変換装置１の起動指令入力後における動作は、図９～図１２に示した第２実施形態における電力変換装置１Ａの起動指令入力後における動作についても適用可能である。図７に示した動作が、図９～図１２に示した第２実施形態における電力変換装置１Ａに適用される場合、電流センサ２１ではなく、電流センサ２１Ａによって三相のＡＣコンデンサ１６に流れるコンデンサ電流の電流値ＩＵ、ＩＶ、ＩＷが検出される。
【0136】
また、制御装置３０Ａは、ＡＣコンデンサ１６が故障していると判定し（Ｓ５１）、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を故障情報発報部３６Ａに出力する（Ｓ５２Ａ）。この場合、故障情報発報部３６Ａは、電力変換装置１Ａが電圧合わせ運転中に、ＡＣコンデンサ１６が故障している旨の判定結果である「１」を取得したことになるため（Ｓ６１Ａ）、故障情報を発報する（Ｓ６２Ａ）。この場合、動作制御部３７Ａは、電力変換装置１Ａを停止させ（Ｓ７１）、ＡＣコンデンサ１６への電圧印加を停止させる。
【0137】
これにより、図９～図１２に示した第２実施形態においても、電圧合わせ運転（同期制御）中に故障が検出された場合、系統連系運転前に電力変換装置１Ａを停止させる（起動を防止する）ことができる。これにより、正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大や系統３側への高調波の流出を抑制することができる。
【0138】
【0139】
また、図９～図１２に示す第２実施形態では、電流センサ２１Ａは、インバータ１１の出力側の交流回路１２におけるインバータ１１とコンデンサ回路１５への分岐点１２ａとの間において、交流リアクトル１３と直列に接続されるように配置される。このため、電流センサ２１Ａは、交流スイッチ１４が開放されている電圧合わせ運転時（同期制御時）に、ＡＣコンデンサ１６に流れる電流を計測することができる。これにより、図９～図１２に示す第２実施形態によれば、制御装置３０Ａは、電圧合わせ運転（同期制御）中において、ＡＣコンデンサ１６のオープン故障を検出することができる。
【0140】
なお、図９～図１２に示す第２実施形態では、電流センサ２１Ａは、上述の位置に配置される。この場合、電流センサ２１Ａは、交流スイッチ１４が投入されている系統連系運転中には、系統３側へ流れる電流と混同してしまう（区別することができない）ため、ＡＣコンデンサ１６に流れる電流のみを抽出することができない。但し、既存の電力変換装置１Ａにおいては、電流センサ２１Ａは、仕様として、既に上述の位置に配されていることが多い。このため、図９～図１２に示す第２実施形態によれば、多くの既存の電力変換装置１Ａにおいて、既に配置されている既存の電流センサ２１Ａを用いることができる。
【0141】
また、図９～図１２に示す第２実施形態では、制御装置３０Ａは、電圧合わせ運転時（同期制御時）に、ＡＣコンデンサ１６の故障を検出したときは、系統連系運転開始前（交流スイッチ１４の投入前）に、故障情報を発報する（Ｓ６２Ａ）。また、図９～図１２に示す第２実施形態では、制御装置３０Ａは、電圧合わせ運転時（同期制御時）に、ＡＣコンデンサ１６の故障を検出したときは、系統連系運転開始前（交流スイッチ１４の投入前）に、電力変換装置１Ａを停止させる（Ｓ７１Ａ）。これにより、正常なＡＣコンデンサ１６ａへの故障拡大や系統３側への高調波の流出を抑制することができる。
【0142】
＜ハードウェア構成例＞
図１３は、図１から図１２に示した実施形態における制御装置３０、３０Ａが有する処理回路９０のハードウェア構成例を示す概念図である。上述した各機能は処理回路９０により実現される。一態様として、処理回路９０は、少なくとも１つのプロセッサ９１と少なくとも１つのメモリ９２とを備える。他の態様として、処理回路９０は、少なくとも１つの専用のハードウェア９３を備える。
図１３は、図１から図１２に示した実施形態における制御装置３０、３０Ａが有する処理回路９０のハードウェア構成例を示す概念図である。上述した各機能は処理回路９０により実現される。一態様として、処理回路９０は、少なくとも１つのプロセッサ９１と少なくとも１つのメモリ９２とを備える。他の態様として、処理回路９０は、少なくとも１つの専用のハードウェア９３を備える。
【0143】
処理回路９０がプロセッサ９１とメモリ９２とを備える場合、各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、プログラムとして記述される。ソフトウェアおよびファームウェアの少なくとも一方は、メモリ９２に格納される。プロセッサ９１は、メモリ９２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。
【0144】
処理回路９０が専用のハードウェア９３を備える場合、処理回路９０は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、又はこれらを組み合わせたものである。各機能は処理回路９０で実現される。
【0145】
制御装置３０、３０Ａが有する各機能は、それぞれ一部又は全部がハードウェアによって構成されてもよく、プロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。すなわち、制御装置３０、３０Ａは、コンピュータとプログラムとによっても実現可能であり、プログラムは、記憶媒体に記憶されることも、ネットワークを通して提供されることも可能である。
【0146】
＜実施形態の補足事項＞
以上、図１～図１３に示す実施形態によれば、図１～図８に示す第１実施形態と、図９～図１２に示す第２実施形態とに分かれているが、これらの実施形態が組み合わされてもよい。すなわち、電力変換装置１又は１Ａは、電流センサ２１と電流センサ２１Ａの両方を備えていてもよい。そして、何れか一方又は両方の電流センサによって、ＡＣコンデンサ１６（コンデンサ回路１５）に流れる電流（コンデンサ電流）が測定されてもよい。組み合わされた実施形態であっても、組み合わされる前の各実施形態が奏する各作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
以上、図１～図１３に示す実施形態によれば、図１～図８に示す第１実施形態と、図９～図１２に示す第２実施形態とに分かれているが、これらの実施形態が組み合わされてもよい。すなわち、電力変換装置１又は１Ａは、電流センサ２１と電流センサ２１Ａの両方を備えていてもよい。そして、何れか一方又は両方の電流センサによって、ＡＣコンデンサ１６（コンデンサ回路１５）に流れる電流（コンデンサ電流）が測定されてもよい。組み合わされた実施形態であっても、組み合わされる前の各実施形態が奏する各作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
【0147】
また、図１～図１３に示す実施形態では、図４及び図１１に示すステップＳ５１において、ＡＣコンデンサ１６ａの一部がオープン故障したら、故障判定部３５又は３５Ａは、ＡＣコンデンサ１６の故障と判定する。しかし、例えば、故障判定部３５又は３５Ａは、ＡＣコンデンサ１６ａが１つのみ故障した場合はＡＣコンデンサ１６の故障と判定せず、２つ以上故障した場合にＡＣコンデンサ１６の故障と判定するようにしてもよい。このような方法は、例えば、ＡＣコンデンサ１６ａが１つのみ故障した程度では電力変換装置１又は１Ａに与える影響が少ない場合などに有効である。なお、故障判定部３５又は３５Ａは、実態に即して、ＡＣコンデンサ１６ａが３つ以上やそれ以上故障した場合にＡＣコンデンサ１６の故障を検出するようにしてもよい。
【0148】
また、図１～図１３に示す実施形態では、三相交流回路１２における三相交流電流について適用される例について説明したが、これには限られない。本件開示は、例えば、単相交流回路（単相交流電流）やその他の多相交流回路（多相交流電流）についても適用可能である。
【0149】
また、図１～図１３に示す実施形態によれば、本件開示の一態様として、電力変換装置１、１Ａ及びこれらが有する制御装置３０、３０Ａを例に説明したが、これには限られない。本件開示は、制御装置３０、３０Ａの各部における処理ステップが行われる交流コンデンサの故障検出方法としても実現可能である。
【0150】
また、本件開示は、制御装置３０、３０Ａの各部における処理ステップをコンピュータに実行させる交流コンデンサの故障検出プログラムとしても実現可能である。
【0151】
また、本件開示は、交流コンデンサの故障検出プログラムが記憶された記憶媒体（非一時的なコンピュータ可読媒体）としても実現可能である。交流コンデンサの故障検出プログラムは、例えば、ＣＤ（Compact Disc）あるいはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ等のリムーバブルメディア等に記憶して頒布することができる。なお、交流コンデンサの故障検出プログラムは、制御装置３０、３０Ａが有する不図示のネットワークインタフェース等を介してネットワーク上にアップロードされてもよく、ネットワークからダウンロードされ、記憶部４０等に格納されてもよい。
【0152】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲がその精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずである。したがって、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物に拠ることも可能である。
【符号の説明】
【0153】
１，１Ａ…電力変換装置（ＰＣＳ）；２…直流電源；３…交流電力系統（系統）；１１…インバータ回路（インバータ）；１２…三相交流回路（交流回路）；１２ａ…分岐点；１３…交流リアクトル（ＡＣリアクトル）；１４…交流スイッチ（交流開閉器、ＡＣスイッチ）；１５…コンデンサ回路；１６…交流コンデンサ（ＡＣコンデンサ）；１６ａ…交流コンデンサ（ＡＣコンデンサ）；１６ｂ…保安機構；２１，２１Ａ…電流センサ；２２…第一電圧センサ；２３…第二電圧センサ；３０，３０Ａ…制御装置；３１，３１Ａ…位相角調整部；３２Ａ…インバータ制御部；３３…振幅算出部；３５，３５Ａ…故障判定部（比較器）；３６Ａ…故障情報発報部；３７，３７Ａ…動作制御部；４０…記憶部；９０…処理回路；９１…プロセッサ；９２…メモリ；９３…ハードウェア；Ｉｄ…ｄ軸電流；Ｉｑ…ｑ軸電流；ＩＵ…電流値；ＩＵａｂｓ…コンデンサ電流；ＩＵｔ…判定値；ＩＶ…電流値；ＩＶａｂｓ…コンデンサ電流；ＩＶｔ…判定値；ＩＷ…電流値；ＩＷａｂｓ…コンデンサ電流；ＩＷｔ…判定値；Ｖｄ…ｄ軸電圧；Ｖｉ…電圧値；Ｖｑ…ｑ軸電圧；ＶＵ
＊…インバータ出力電圧指令値；ＶＵ…電圧値；ＶＶ
＊…インバータ出力電圧指令値；ＶＶ…電圧値；ＶＷ
＊…インバータ出力電圧指令値；ＶＷ…電圧値；θ…位相角
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】