特許 7552853 制御装置及び電力変換装置

(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】2024-09-09

(45)【発行日】2024-09-18

(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 20070101AFI20240910BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2023502659

(86)(22)【出願日】2021-06-25

(86)【国際出願番号】 JP2021024231

(87)【国際公開番号】W WO2022269929

(87)【国際公開日】2022-12-29

【審査請求日】2023-01-13

(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】多和田 義大

(72)【発明者】

【氏名】勝倉 朋也

(72)【発明者】

【氏名】深澤 一誠

【審査官】間宮 嘉誉

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－１５８４５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１１６７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２４１５０３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１１－１０１５４８（ＪＰ，Ａ）

(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】

電力変換装置の制御装置であって、
インバータ回路の交流側の出力回路におけるコンデンサ回路に接続される交流コンデンサに流れる電流の電流値を取得し、前記電流値を変換して所定の変換値を求める変換値算出部と、
前記変換値算出部が求めた前記変換値と、故障検出に用いられる所定の判定値とを比較して前記交流コンデンサの故障を検出する故障検出部と、
前記インバータ回路の出力電圧の電圧値を取得し、前記電圧値から故障検出に用いられる判定値を求める判定値算出部と、
を備え、
前記故障検出部は、前記変換値算出部が求めた前記変換値と、前記判定値算出部が求めた前記判定値とを比較して前記交流コンデンサの故障を検出し、
前記判定値は、前記判定値算出部が、前記インバータ回路の出力電圧の電圧値と前記交流コンデンサの定格コンダクタンスの値とを用いて求めた、コンデンサ電圧に対して９０度位相がずれた軸の電流成分の値である第２のｑ軸電流値である
ことを特徴とする制御装置。

【請求項2】

電力変換装置の制御装置であって、
インバータ回路の交流側の出力回路におけるコンデンサ回路に接続される交流コンデンサに流れる電流の電流値を取得し、前記電流値を変換して所定の変換値を求める変換値算出部と、
前記変換値算出部が求めた前記変換値と、故障検出に用いられる所定の判定値とを比較して前記交流コンデンサの故障を検出する故障検出部と、
を備え、
前記交流側の出力回路は、三相交流回路であり、
前記変換値は、前記変換値算出部が、前記三相交流回路の各相における前記コンデンサ回路における単数又は複数の前記交流コンデンサに流れる各相の各電流の前記電流値をｄｑ変換して求めた、コンデンサ電圧に対して９０度位相がずれた軸の電流成分の値である第１のｑ軸電流値である
ことを特徴とする制御装置。

【請求項3】

電力変換装置の制御装置であって、
インバータ回路の交流側の出力回路におけるコンデンサ回路に接続される交流コンデンサに流れる電流の電流値を取得し、前記電流値を変換して所定の変換値を求める変換値算出部と、
前記変換値算出部が求めた前記変換値と、故障検出に用いられる所定の判定値とを比較して前記交流コンデンサの故障を検出する故障検出部と、
前記インバータ回路の出力電圧の電圧値を取得し、前記電圧値から故障検出に用いられる判定値を求める判定値算出部と、
を備え、
前記故障検出部は、前記変換値算出部が求めた前記変換値と、前記判定値算出部が求めた前記判定値とを比較して前記交流コンデンサの故障を検出し、
前記故障検出部は、前記変換値と前記判定値とを大小比較し、前記変換値が前記判定値よりも小さいときは、前記交流コンデンサの故障を検出する
ことを特徴とする制御装置。

【請求項4】

請求項２に記載の制御装置において、
前記判定値は、所定の異常検出レベルを乗算した値に基づく誤差を許容する値である
ことを特徴とする制御装置。

【請求項5】

請求項２に記載の制御装置において、
前記故障検出部は、前記変換値と前記判定値とを大小比較し、前記変換値が前記判定値よりも小さいときは、前記交流コンデンサの故障を検出する
ことを特徴とする制御装置。

【請求項6】

請求項２に記載の制御装置において、
前記故障検出部が前記交流コンデンサの故障を検出したときは、所定の上位装置に向けて故障情報を発報する故障情報発報部をさらに備える
ことを特徴とする制御装置。

【請求項7】

請求項２に記載の制御装置において、
前記故障検出部が前記交流コンデンサの故障を検出したときは、前記電力変換装置の停止又は前記交流側の出力回路における交流スイッチの開放の少なくともいずれか一方の動作を行うように動作指示を与え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8】

直流電源を交流電源に変換するインバータ回路と、
前記インバータ回路の交流側の三相交流回路において、前記三相交流回路の各相におけるコンデンサ回路に接続された交流コンデンサと、
前記各相の前記交流コンデンサに流れる電流の電流値を取得する電流センサと、
前記インバータ回路の出力電圧の電圧値を取得する電圧センサと、
請求項１又は請求項２に記載の制御装置と、
を備え、
前記変換値算出部は、前記電流センサで取得した前記電流値を取得して前記変換値を求め、
判定値算出部は、前記電圧センサで取得した前記電圧値を取得して前記判定値を求める
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項9】

請求項８に記載の電力変換装置において、
前記電流センサは、前記三相交流回路から分岐したコンデンサ回路に設けられる
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項10】

請求項８に記載の電力変換装置において、
前記電流センサは、前記三相交流回路において、前記三相交流回路からコンデンサ回路に分岐する分岐点の前後に設けられる
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項11】

請求項８に記載の電力変換装置において、
前記交流コンデンサは、スター結線又はデルタ結線されたパッケージが複数並列接続されている
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、コンデンサ容量を稼ぐため、コンデンサを複数並列接続する構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、直流－三相交流変換を行う電力変換装置においても、コンデンサ容量を稼ぐため、三相交流回路の各相のフィルタ回路（コンデンサ回路）に、交流コンデンサを複数並列接続することが行われている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】日本特開２０１３－０４２０７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

このような電力変換装置において、複数並列接続されている交流コンデンサの一部がオープン故障した場合、電圧波形はひずむものの、従来は、運転中には故障として検出できなかったため、電力変換装置は、運転を継続していた。また、複数並列接続されている交流コンデンサの全てがオープン故障した場合、一部がオープン故障した場合よりも電圧波形はひずむが、従来は、このような場合でも、運転中には故障として検出できないことがあり、電力変換装置の運転を継続することがあった。

【0005】

しかし、交流コンデンサの一部がオープン故障した場合、運転中に故障が検出できないと、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する恐れがあった。また、故障が拡大し、交流コンデンサの全てがオープン故障した場合にも、運転中に故障が検出できないと、系統側に大きな高調波を流出させてしまう恐れがあった。

【0006】

そこで、本発明は、電力変換装置の運転中に交流コンデンサがオープン故障した場合において、交流コンデンサの故障を早期に発見し、正常な交流コンデンサへの故障拡大や系統側への高調波の流出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】

【0007】

本発明の一態様に係る制御装置は、電力変換装置の制御装置であって、インバータ回路の交流側の出力回路におけるコンデンサ回路に接続される交流コンデンサに流れる電流の電流値を取得し、電流値を変換して所定の変換値を求める変換値算出部と、変換値算出部が求めた変換値と、故障検出に用いられる所定の判定値とを比較して交流コンデンサの故障を検出する故障検出部と、前記インバータ回路の出力電圧の電圧値を取得し、前記電圧値から故障検出に用いられる判定値を求める判定値算出部と、を備え、前記故障検出部は、前記変換値算出部が求めた前記変換値と、前記判定値算出部が求めた前記判定値とを比較して前記交流コンデンサの故障を検出し、判定値は、判定値算出部が、インバータ回路の出力電圧の電圧値と交流コンデンサの定格コンダクタンスの値とを用いて求めた、コンデンサ電圧に対して９０度位相がずれた軸の電流成分の値である第２のｑ軸電流値であることを特徴とする。

【0008】

本発明の別の態様に係る制御装置は、電力変換装置の制御装置であって、インバータ回路の交流側の出力回路におけるコンデンサ回路に接続される交流コンデンサに流れる電流の電流値を取得し、前記電流値を変換して所定の変換値を求める変換値算出部と、前記変換値算出部が求めた前記変換値と、故障検出に用いられる所定の判定値とを比較して前記交流コンデンサの故障を検出する故障検出部と、を備え、前記交流側の出力回路は、三相交流回路であり、前記変換値は、前記変換値算出部が、前記三相交流回路の各相における前記コンデンサ回路における単数又は複数の前記交流コンデンサに流れる各相の各電流の前記電流値をｄｑ変換して求めた、コンデンサ電圧に対して９０度位相がずれた軸の電流成分の値である第１のｑ軸電流値であることを特徴とする。

【0010】

また、一態様に係る制御装置は、電力変換装置の制御装置であって、インバータ回路の交流側の出力回路におけるコンデンサ回路に接続される交流コンデンサに流れる電流の電流値を取得し、電流値を変換して所定の変換値を求める変換値算出部と、変換値算出部が求めた変換値と、故障検出に用いられる所定の判定値とを比較して交流コンデンサの故障を検出する故障検出部と、インバータ回路の出力電圧の電圧値を取得し、電圧値から故障検出に用いられる判定値を求める判定値算出部と、を備え、故障検出部は、変換値算出部が求めた変換値と、判定値算出部が求めた判定値と、を比較して交流コンデンサの故障を検出し、故障検出部は、変換値と判定値とを大小比較し、変換値が判定値よりも小さいときは、交流コンデンサの故障を検出することを特徴とする。

【0011】

また、一態様に係る制御装置において、判定値は、所定の異常検出レベルを乗算した値に基づく誤差を許容する値であってもよい。

【0012】

また、一態様に係る制御装置において、故障検出部は、変換値と判定値とを大小比較し、変換値が判定値よりも小さいときは、交流コンデンサの故障を検出してもよい。

【0013】

また、一態様に係る制御装置において、故障検出部が交流コンデンサの故障を検出したときは、所定の上位装置に向けて故障情報を発報する故障情報発報部をさらに備えてもよい。

【0014】

また、一態様に係る制御装置において、故障検出部が交流コンデンサの故障を検出したときは、電力変換装置の停止又は交流側の出力回路における交流スイッチの開放の少なくともいずれか一方の動作を行うように動作指示を与える動作制御部をさらに備えてもよい。

【0015】

本発明の一態様に係る電力変換装置は、直流電源を交流電源に変換するインバータ回路と、インバータ回路の交流側の三相交流回路において、三相交流回路の各相におけるコンデンサ回路に接続された交流コンデンサと、各相の交流コンデンサに流れる電流の電流値を取得する電流センサと、インバータ回路の出力電圧の電圧値を取得する電圧センサと、上記の制御装置と、を備え、変換値算出部は、電流センサで取得した電流値を取得して変換値を求め、判定値算出部は、電圧センサで取得した電圧値を取得して判定値を求めることを特徴とする。

【0016】

なお、一態様に係る電力変換装置において、電流センサは、三相交流回路から分岐したコンデンサ回路に設けられてもよい。

【0017】

また、一態様に係る電力変換装置において、電流センサは、三相交流回路において、三相交流回路からコンデンサ回路に分岐する分岐点の前後に設けられてもよい。

【0018】

また、一態様に係る電力変換装置において、交流コンデンサは、スター結線又はデルタ結線されたパッケージが複数並列接続されていてもよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、電力変換装置の運転中に交流コンデンサがオープン故障した場合において、交流コンデンサの故障を早期に発見し、正常な交流コンデンサへの故障拡大や系統側への高調波の流出を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】制御装置、電力変換装置、及び交流コンデンサの故障検出方法の一実施形態を示す図である。

【図2】図１に示す電力変換装置において、交流コンデンサの別の接続方法の一例を示す図である。

【図3】図１及び図２に示す電力変換装置の内部構成の一例を示す図である。

【図4】図３に示すインバータ制御部の構成例を示す図である。

【図5】図１から図４に示す制御装置の故障検出動作の一例を示す図である。

【図6】図５に示す故障検出ロジックを説明する図である。

【図7】図１から図６に示す実施形態に係る電力変換装置の動作例を示す図である。

【図8】図１から図７に示す実施形態に係る電力変換装置の別の動作例を示す図である。

【図9】比較例に係る電力変換装置の動作例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明に係る制御装置、電力変換装置、及び交流コンデンサの故障検出方法の実施形態について、図面を用いて説明する。

【0023】

＜一実施形態＞
図１は、制御装置、電力変換装置、及び交流コンデンサの故障検出方法の一実施形態を示す図である。

【0024】

図１において、電力変換装置１は、図１中左側の直流端で直流電源２と接続され、図１中右側の交流端で交流電力系統３（以下、「系統３」とも称する。）と接続されている。

【0025】

電力変換装置１は、直流電源２から直流母線を介して供給された直流電源を交流電源に変換し、変換した交流電源を系統３に出力する。なお、電力変換装置１は、電力変換器、インバータユニット、パワーコンディショナー、パワーコンディショニングシステム（ＰＣＳ：Power Conditioning Subsystem）とも称される。

【0026】

直流電源２は、例えば、太陽電池パネル、太陽電池モジュール、又は太陽電池アレイ等からなる太陽電池であっても、各種の二次電池又は燃料電池等からなる蓄電池であってもよく、これらの両方を備えてもよい。なお、直流電源２は、風力発電機と交流直流コンバータとからなる直流電源システムであっても、各種の再生可能エネルギー発電装置であってもよい。直流電源２は、直流電力を電力変換装置１に供給する。

【0027】

交流電力系統３（系統３）は、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。

【0028】

また、図１において、電力変換装置１は、インバータ回路１０と、三相交流回路２０と、交流リアクトル３０と、交流スイッチ４０と、コンデンサ回路５０と、交流コンデンサ６０と、電流センサ７０と、制御装置８０とを有する。

【0029】

電力変換装置１は、インバータ回路１０の交流端（交流側）に出力回路として三相交流回路２０を有し、三相交流回路２０には、交流リアクトル３０と、交流スイッチ４０とが設けられている。三相交流回路２０は、交流リアクトル３０と交流スイッチ４０の間で、コンデンサ回路５０に分岐している。コンデンサ回路５０は、電流センサ７０を介して交流コンデンサ６０と接続されている。制御装置８０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。

【0030】

インバータ回路１０は、電力変換回路又は単にインバータとも称され、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ている。インバータ回路１０は、不図示のインバータ制御回路を有し、インバータ制御回路は、スイッチング素子のゲート駆動信号であるパルス幅変調信号を生成する。インバータ回路１０は、直流端で直流母線を介して直流電源２と接続され、交流端で交流回路２０を介して交流リアクトル３０と接続されている。インバータ回路１０は、直流電源２から供給される直流電力を、直流母線を介して直流端から受け、交流電力に変換して、交流端から出力する。

【0031】

交流回路２０は、一端がインバータ回路１０の交流端に接続され、他端が交流電力系統３と接続されている。本実施形態における交流回路２０は、三相三線式の三相交流回路であり、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。以下、交流回路２０は、「三相交流回路２０」とも称する。

【0032】

交流リアクトル３０は、ＡＣ（alternating-current）リアクトルとも称され、インバータ回路１０の出力側の三相交流回路２０の各相に直列に接続されている。インバータ回路１０の出力側の交流リアクトル３０は、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。交流リアクトル３０と後述の交流コンデンサ６０とは、Ｌ型に接続されたＬＣフィルタ回路（フィルタ回路）を構成する。

【0033】

交流スイッチ（交流開閉器）４０は、三相交流回路２０の各相において、上述のＬＣフィルタ回路と交流電力系統３との間に直列に設けられ、後述の制御装置８０や作業者からの投入指示又は開放指示に従って、交流回路２０を接続又は開放する。交流スイッチ４０が開放されるとインバータ回路１０から供給される交流電力が交流電力系統３に流出することが遮断される。

【0034】

コンデンサ回路５０は、一端が、交流リアクトル３０と交流スイッチ４０との間で三相交流回路２０の各相から分岐した回路であり、他端が交流コンデンサ６０と接続されている。なお、コンデンサ回路５０は、ＬＣフィルタ回路（フィルタ回路）の一例である。

【0035】

交流コンデンサ６０は、電気（電荷）を蓄えたり、放出したりする電子部品であり、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る。以下、交流コンデンサ６０は、「ＡＣコンデンサ６０」とも称する。ＡＣコンデンサ６０は、インバータ回路１０の不図示のスイッチング素子がスイッチングするときのリプル（振動）を除去するフィルタの役割を果たし、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。

【0036】

ＡＣコンデンサ６０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２０の各相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のコンデンサ回路５０が複数に分岐して、複数並列接続されている。本実施形態におけるコンデンサ回路５０は、各相とも３つに分岐され、ＡＣコンデンサ６０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５０は、各相とも５つに分岐され、ＡＣコンデンサ６０は、各相とも５個並列接続されていてもよい。ＡＣコンデンサ６０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６１が並列接続されていてもよい。また、各ＡＣコンデンサパッケージ６１において、ＡＣコンデンサ６０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もよい。また、異なる結線方式のＡＣコンデンサ６０又はＡＣコンデンサパッケージ６１が混在して並列接続されていてもよい。

【0037】

ＡＣコンデンサ６０は、それぞれ保安機構６２を有する。保安機構６２は、例えば、ＡＣコンデンサ６０に異常が発生し、ＡＣコンデンサ６０の内圧が上昇したときなどに、当該ＡＣコンデンサ６０を回路から切り離すヒューズのような役割を有する。保安機構６２は、ＡＣコンデンサ６０を個別に回路から切り離すものであってもよいし、ＡＣコンデンサパッケージ６１毎に回路から切り離すものであってもよい。なお、保安機構６２は、図１に示すようにＡＣコンデンサ６０毎に配置されることには限られず、ＡＣコンデンサパッケージ６１毎に配置されてもよい。

【0038】

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６０の別の接続方法の一例を示す図である。図２において、図１と同一の構成については、図１と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。ＡＣコンデンサ６０は、例えば、図２に示す結線方式でも良く、図２に示すＡＣコンデンサパッケージ６１の方式でもよい。すなわち、ＡＣコンデンサ６０の並列接続の方式は特に限定されない。また、図２においても、図１と同様に、保安機構６２が配置される位置も、図２に示す位置には限られない。

【0039】

図１に戻り、電流センサ７０は、例えば、ホール式、ＣＴ（Current Transformer）式等のセンサであり、三相の各コンデンサ回路５０に配置され、三相の各ＡＣコンデンサ６０に流れる電流の電流値を測定する。なお、電流センサ７０の設けられる位置は、図１に示す位置には限られず、例えば、三相の各コンデンサ回路５０が分岐した先の回路に設けられてもよい。

【0040】

また、後述の図８に示すように、電流センサ７０は、三相交流回路２０において、三相交流回路２０からコンデンサ回路５０に分岐する分岐点の前後に設けられてもよい。後述の図８に示すように、理論上、電流センサ７０で測定された電流値Ｉ_７０は、電流センサ７０Ｘで測定された電流値Ｉ_Ｘから電流センサ７０Ｙで測定された電流値Ｉ_Ｙをマイナスした値と等しいからである。すなわち、理論上、電流値Ｉ_７０＝電流値Ｉ_Ｘ－電流値Ｉ_Ｙが成立する。このため、電流値Ｉ_Ｘの値と電流値Ｉ_Ｙの値とが分かれば、理論上、電流値Ｉ_７０の値を求めることができる。このため、三相の各コンデンサ回路５０に電流センサ７０が配置されなくとも、図８に示す電流センサ７０Ｘと電流センサ７０Ｙとが三相交流回路２０に配置されていれば、三相の各ＡＣコンデンサ６０に流れる電流の電流値を取得することができる。

【0041】

制御装置８０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ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のプロセッサであり、所定のプログラムに従って電力変換装置１の動作の統括的な制御を行う。制御装置８０は、電力変換装置１の内部又は外部に設けられ、図中配線は省略するが、電力変換装置１の各要素と、有線又は無線で電気的に接続されている。制御装置８０は、例えば、電流センサ７０の測定値を取得することや、インバータ回路１０や交流スイッチ４０の動作を制御することができる。

【0042】

制御装置８０は、電圧変換部８１と、電流変換部８２と、位相同期回路８３と、電力制御部８４と、インバータ制御部８５との機能を有する（図３参照）。なお、これらの一部又は全部の機能は、インバータ回路１０が有する不図示のインバータ制御回路が有していてもよい。なお、制御装置８０の上記の各機能の詳細は、後述する。

【0043】

図３は、図１及び図２に示す電力変換装置１の内部構成の一例を示す図である。図３において、図１及び図２と同一の構成については、図１及び図２と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。なお、図３において、実際は、図１及び図２に示すように、インバータ回路１０の出力側には三相分の交流回路２０が接続されており、三相分の交流リアクトル３０、交流スイッチ４０、ＡＣコンデンサ６０等が配置されている。また、ＡＣコンデンサ６０は、実際には、図１及び図２に示すように、各相に複数並列接続されているが、図面の簡単のため、これらの要素を簡略化して示している。

【0044】

図３において、電力変換装置１は、交流スイッチ４０と系統３との間の交流回路２０に電圧センサ２１と、電流センサ２２とを有する。電圧センサ２１は、インバータ回路１０の出力電圧の電圧値Ｖを測定する。電流センサ２２は、インバータ回路１０から出力される電流の電流値Ｉを測定する。

【0045】

制御装置８０は、上述のとおり、電圧変換部８１と、電流変換部８２と、位相同期回路８３と、電力制御部８４と、インバータ制御部８５との機能を有する。

【0046】

電圧変換部８１は、電圧センサ２１から電圧値Ｖを取得し、位相同期回路８３から位相指令値θ^＊を取得する。電圧変換部８１は、取得した電圧値Ｖを、取得した位相指令値θ^＊に基づいてｄｑ信号に変換（ｄｑ変換）し、ｄ軸電圧値Ｖ_ｄとｑ軸電圧値Ｖ_ｑとを求めて、電力制御部８４に出力する。また、電圧変換部８１は、電圧センサ２１によって測定された電圧値Ｖ、又は電圧変換部８１によってｄｑ変換されたｄ軸電圧値Ｖ_ｄ及びｑ軸電圧値Ｖ_ｑを位相同期回路８３に出力する。なお、ｄｑ変換は、３相２相変換、すなわち、３相から２相への座標変換であり、三相交流を２軸で表すためのものである。ここで、本実施形態では、ｄ軸はコンデンサ電圧と同じ軸とし、ｑ軸はコンデンサ電圧から９０度位相をずらした軸としている。

【0047】

電流変換部８２は、電流センサ２２から電流値Ｉを取得し、位相同期回路８３から位相指令値θ^＊を取得する。電流変換部８２は、取得した電流値Ｉを、取得した位相指令値θ^＊に基づいてｄｑ変換し、ｄ軸電流値Ｉ_ｄとｑ軸電流値Ｉ_ｑとを求めて、電力制御部８４に出力する。なお、上述のとおり、本実施形態では、ｄ軸はコンデンサ電圧と同じ軸とし、ｑ軸はコンデンサ電圧から９０度位相をずらした軸としている。このため、ｑ軸電流値Ｉ_ｑは、コンデンサ電圧に対して９０度位相がずれた軸の電流成分の値である。

【0048】

位相同期回路８３は、周波数負帰還回路を構成する。位相同期回路８３は、入力される周期的な信号を元にフィードバック制御を加えて、別の発振器から位相が同期した信号を出力する電子回路である。位相同期回路８３は、電圧変換部８１から電圧値Ｖ、又はｄ軸電圧値Ｖ_ｄ及びｑ軸電圧値Ｖ_ｑを取得する。位相同期回路８３は、取得した電圧値の位相θに基づいて、ｑ軸電圧値Ｖ_ｑが０になるようにＰＬＬ（Phase Locked Loop）制御を行い、位相指令値θ^＊を求める。位相同期回路８３は、求めた位相指令値θ^＊を電圧変換部８１及び電流変換部８２に出力する。

【0049】

電力制御部８４は、電圧変換部８１からｄ軸電圧値Ｖ_ｄ及びｑ軸電圧値Ｖ_ｑを取得し、電流変換部８２からｄ軸電流値Ｉ_ｄ及びｑ軸電流値Ｉ_ｑを取得する。電力制御部８４は、インバータ回路１０と接続され、これらの電圧値Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑ及び電流値Ｉ_ｄ、Ｉ_ｑ等を用いてインバータ回路１０（電力変換装置１）の電力を統括的に制御する。電力制御部８４は、インバータ制御部８５とも接続されており、インバータ制御部８５にこれらの電圧値Ｖ_ｄ、Ｖ_ｑ及び電流値Ｉ_ｄ、Ｉ_ｑ等を出力する。なお、インバータ制御部８５の構成は、後述する。

【0050】

図４は、図３に示すインバータ制御部８５の構成例を示す図である。なお、図３における電力制御部８４とインバータ制御部８５の構成は一例であり、電力制御部８４が、インバータ制御部８５の機能を有していてもよく、インバータ制御部８５が電力制御部８４の機能を有していてもよい。また、制御装置８０内の他の要素がこれらの機能を有していてもよい。

【0051】

インバータ制御部８５は、変換値算出部９１と、判定値算出部９２と、記憶部９３と、故障検出部９４と、故障情報発報部９５と、動作制御部９６との機能を有する。変換値算出部９１と、判定値算出部９２と、故障検出部９４と、故障情報発報部９５と、動作制御部９６とは、例えば、記憶部９３に記憶されている所定のプログラムを実行して、以下の処理を行う。

【0052】

変換値算出部９１は、電流センサ７０から三相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のＡＣコンデンサ６０に流れる電流の測定値である電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを取得する。変換値算出部９１は、所定の演算プログラムを用いて電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ変換し、変換値、すなわち、ｄ軸電流値Ｉ_ｄ１とｑ軸電流値Ｉ_ｑ１とを求める。なお、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１は、請求項の「変換値」及び「第１のｑ軸電流値」の一例である。

【0053】

判定値算出部９２は、電力制御部８４からインバータ回路１０の出力電圧の測定値であるｄ軸電圧値Ｖ_ｄを取得する。判定値算出部９２は、記憶部９３に記憶されているＡＣコンデンサ６０の定格コンダクタンスの値を取得する。ＡＣコンデンサ６０の定格コンダクタンスの値は、例えば、並列接続されている複数のＡＣコンデンサ６０の全てが正常な場合における複数のＡＣコンデンサ６０全体の値であり、一定値である。判定値算出部９２は、例えば、取得したｄ軸電圧値Ｖ_ｄと、取得したＡＣコンデンサ６０の定格コンダクタンスの値とを乗算して、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑを求める。なお、求めたｑ軸電流値Ｉ’_ｑは、ＡＣコンデンサ６０全てが正常な場合におけるｑ軸電流の理論値である。

【0054】

判定値算出部９２は、記憶部９３に記憶されている異常検出レベルの値を取得する。なお、異常検出レベルの値は、予め判定値算出部９２が実行するプログラムに組み込まれていてもよい。判定値算出部９２は、求めた理論値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑと、取得した又は既にプログラムされている異常検出レベルの値とを乗算して、判定値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２を求める。ここで、本実施形態における異常検出レベルの値は、例えば、１よりも小さい値であり、例えば、０．８である。なお、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑ又はｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２（判定値）は、予め決められた値（故障検出に用いられる所定の判定値）であってもよい。この場合、判定値算出部９２は、省略されてもよい。なお、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２は、請求項の「判定値」及び「第２のｑ軸電流値」の一例である。

【0055】

記憶部９３は、例えば、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、又はＳＳＤ（Solid State Drive）等の揮発性又は不揮発性の記憶媒体である。記憶部９３は、制御装置８０の各部が実行するプログラムを記憶するとともに、制御装置８０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。記憶部９３は、インバータ制御部８５が実行するプログラムや情報も記憶しており、例えば、判定値算出部９２で用いられるＡＣコンデンサ６０の定格コンダクタンスの値や、異常検出レベルの値を記憶する。なお、記憶部９３は、制御装置８０の外部に設けられ、有線又は無線のネットワークを介して制御装置８０と接続されていてもよい。

【0056】

故障検出部９４は、変換値算出部９１が求めたｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、判定値算出部９２が求めたｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２とを比較して、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出する。すなわち、故障検出部９４は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２とを大小比較して、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１がｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも小さいときは、ＡＣコンデンサ６０が故障していると判定し、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出する。故障検出部９４は、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出したときは、故障情報発報部９５と、動作制御部９６との少なくともいずれか一方に故障情報を出力する。なお、故障検出部９４は、変換値算出部９１が求めたｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、予め決められた判定値（故障検出に用いられる所定の判定値）とを比較して、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出してもよい。この場合、判定値算出部９２は、省略されてもよい。

【0057】

故障情報発報部９５は、故障検出部９４がＡＣコンデンサ６０の故障を検出したときは、故障検出部９４からＡＣコンデンサ６０の故障情報を取得し、例えば、不図示の上位装置等に故障情報を発報する。すなわち、故障情報発報部９５は、例えば、不図示の上位装置や、電力変換装置１の操作盤等に警報やアラームを発報する。

【0058】

動作制御部９６は、故障検出部９４がＡＣコンデンサ６０の故障を検出したときは、故障検出部９４からＡＣコンデンサ６０の故障情報を取得する。そして、動作制御部９６は、電力変換装置１の停止又は交流スイッチ４０の開放の少なくともいずれか一方の動作を行うよう、それらに動作指示を与える。

【0059】

＜一実施形態の動作＞
図５は、図１から図４に示す制御装置８０の故障検出動作の一例を示す図である。なお、図５は、電力変換装置１の運転中におけるインバータ制御部８５の故障検出動作の一例を示す。ここで、本実施形態では、上述のとおり、ｄ軸はコンデンサ電圧と同じ軸とし、ｑ軸はコンデンサ電圧から９０度位相をずらした軸としている。

【0060】

ステップＳ１において、変換値算出部９１は、電流センサ７０から三相（ｕ相、ｖ相、ｗ相）のＡＣコンデンサ６０に流れる電流の測定値である電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを取得する。なお、電流センサ７０は、常時電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを測定しており、変換値算出部９１は、常時電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを取得する。

【0061】

ステップＳ２において、変換値算出部９１は、所定の演算プログラムを用いて電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗをｄｑ変換し、ｄ軸電流値Ｉ_ｄ１とｑ軸電流値Ｉ_ｑ１とを求める。

【0062】

ステップＳ３において、変換値算出部９１は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１を故障検出部９４に出力する。なお、ｑ軸電圧がゼロになるように、すなわちｄ軸電圧のみが見えるようにｄｑ変換した場合、ＡＣコンデンサ６０の容量が減った場合でも、ｄ軸電流値Ｉ_ｄ１は変わらないため、ｄ軸電流値Ｉ_ｄ１はＡＣコンデンサの６０の故障検出には影響しない。このため、変換値算出部９１は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１を故障検出部９４に出力する。

【0063】

ステップＳ４において、判定値算出部９２は、電力制御部８４からインバータ回路１０の出力電圧の測定値であるｄ軸電圧値Ｖ_ｄを取得する。

【0064】

ステップＳ５において、判定値算出部９２は、記憶部９３に記憶されているＡＣコンデンサ６０の定格コンダクタンスの値（一定値）を取得する。

【0065】

ステップＳ６において、判定値算出部９２は、取得したｄ軸電圧値Ｖ_ｄと、取得したＡＣコンデンサ６０の定格コンダクタンスの値とを乗算して、ｑ軸電流の理論値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑを求める。

【0066】

ステップＳ７において、判定値算出部９２は、記憶部９３に記憶されている異常検出レベルの値を取得する。なお、本実施形態において、以下、異常検出レベルの値は、０．８であるとする。

【0067】

ステップＳ８において、判定値算出部９２は、理論値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑに異常検出レベルである０．８を乗算して、判定値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２を求める。

【0068】

ステップＳ９において、故障検出部９４は、変換値算出部９１が求めたｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、判定値算出部９２が求めたｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２とを大小比較する。そして、故障検出部９４は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１がｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも小さいときは、ＡＣコンデンサ６０が故障していると判定し、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出する。なお、故障検出部９４は、変換値算出部９１が求めたｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、予め決められた判定値（故障検出に用いられる所定の判定値）とを大小比較して故障を検出してもよい。そして、故障検出部９４は、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出したときは、故障情報発報部９５と、動作制御部９６との少なくともいずれか一方に故障情報を出力する。

【0069】

図６は、図５に示す故障検出ロジックを説明する図である。図６（ａ）において、中央のコンパレータ（比較器）は、故障検出部９４を表す。左上のＩ_ｑ１は、ステップＳ３で求められたｑ軸電流値Ｉ_ｑ１であり、左中央のＩ’_ｑは、ステップＳ６で求められた理論値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑであり、左下の０．８は、ステップＳ７で取得された異常検出レベルの値である。そして、図６（ａ）では、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、理論値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑと異常検出レベルの値である０．８とが乗算されたｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２とが、故障検出部９４に向けて出力されている様子が示されている。

【0070】

ここで、上述のとおり、異常検出レベルの値は、１よりも小さい値であり、一例として、本実施形態では、０．８である。通常、ＡＣコンデンサ６０が正常な場合、ＡＣコンデンサ６０に流れる電流の電流値（測定値）から求めたｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、インバータ回路１０の出力電圧の電圧値（測定値）から求めたｑ軸電流値Ｉ’_ｑとは、同一の値のはずである。しかし、誤差もあることから、多少の誤差を許容するため、判定値算出部９２は、理論値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑに、１よりも小さい値である異常検出レベルの値である０．８を乗算して、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２を求めている。これにより、多少の誤差があったとしても、ＡＣコンデンサ６０が正常な場合、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１の方が、０．８が乗算されたｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも大きくなるはずである。

【0071】

それにもかかわらず、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１の方が、０．８が乗算されたｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも小さいときは、ＡＣコンデンサ６０に何らかの異常が発生している場合と考えられる。このため、故障検出部９４は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２とを大小比較して、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１がｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも小さいときは、ＡＣコンデンサ６０が故障していると判定し、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出している。

【0072】

式を用いて説明すると、下記のとおりである。ＡＣコンデンサ６０がオープン故障した場合を例にとって説明する。まず、理論値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑは、以下の（１）式で求められる。

【数1】

【0073】

次に、例えば、ＡＣコンデンサ６０が３個並列されており、全てのＡＣコンデンサ６０が正常な場合のｑ軸電流値Ｉ_ｑ１は、以下の（２）式で求められる。

【数2】

【0074】

すなわち、Ｖ_ｄが同一である場合、（１）式で求められるｑ軸電流値Ｉ’_ｑと（２）式で求められるｑ軸電流値Ｉ_ｑ１とは同一の値である。これにより、多少の誤差があったとしても、ＡＣコンデンサ６０が正常な場合、（１）式で求められるｑ軸電流値Ｉ’_ｑに０．８が乗算されたｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも、（２）式で求められるｑ軸電流値Ｉ_ｑ１の方が大きくなる。

【0075】

次に、例えば、ＡＣコンデンサ６０が３個並列されており、３個中１個がオープン故障した場合、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１は、以下の（３）式で求められる。

【数3】

【0076】

（３）式によれば、ＡＣコンデンサ６０が正常な場合のｑ軸電流値Ｉ_ｑ１に（２／３）≒０．６７が乗算されている。このため、（１）式で求められるｑ軸電流値Ｉ’_ｑに０．８が乗算されたｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも、（３）式で求められるｑ軸電流値Ｉ_ｑ１の方が小さくなる。これにより、故障検出部９４は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１がｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも小さいときは、ＡＣコンデンサ６０が故障していると判定し、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出する。

【0077】

ここで、ＡＣコンデンサ６０に異常が発生した場合、なぜｑ軸電流値Ｉ_ｑ１がｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２より小さくなるか、ＡＣコンデンサ６０がオープン故障した場合を例にとって説明する。一般に、ＡＣコンデンサ６０に流れる電流値は、複素数で表され、以下の（４）式で求められる。なお、図６（ｂ）は、（４）式を図で表したものである。

【数4】

【0078】

（４）式によれば、ＡＣコンデンサ６０がオープン故障するとコンデンサの容量Ｃが減少することになるため、電流値Ｉも比例して減少する。そうすると、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１も減少する。これにより、ＡＣコンデンサ６０がオープン故障すると、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１がｑ軸電流値Ｉ’_ｑ（ｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２）より小さくなる。なお、（４）式によれば、ＡＣコンデンサ６０には、電圧の位相に対して、大きさとしてはωＣ、位相としては９０度進んだ電流が流れることを示している。

【0079】

このため、故障検出部９４は、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１と、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２とを大小比較して、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１がｑ軸電流値Ｉ’_ｑ２よりも小さいときは、ＡＣコンデンサ６０が故障していると判定し、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出している。これは、ＡＣコンデンサ６０の容量Ｃが減った場合、電流の大きさも減るため、故障検出部９４は、この性質を用いてＡＣコンデンサ６０の故障を検出していることにもなる。また、これは、故障検出部９４が、電圧の位相に対して９０度位相が進んだ電流成分の大きさに基づいてＡＣコンデンサ６０の故障を検出していることにもなる。

【0080】

図５に戻り、ステップＳ１０において、故障情報発報部９５は、故障検出部９４がＡＣコンデンサ６０の故障を検出したときは、故障検出部９４からＡＣコンデンサ６０の故障情報を取得する。そして、故障情報発報部９５は、例えば、不図示の上位装置や、電力変換装置１の操作盤等に警報やアラーム等の故障情報を発報する。

【0081】

これにより、例えば、人の手、不図示の上位装置、又はソフトウェアにより、電力変換装置１の停止又は交流スイッチ４０の開放のいずれか一方又は両方を行うことができる。そうすることにより、正常なＡＣコンデンサ６０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。なお、電力変換装置１の停止又は交流スイッチ４０の開放のうち、電力変換装置１の停止を優先してもよい。

【0082】

なお、不図示の上位装置は、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。

【0083】

ステップＳ１１において、動作制御部９６は、故障検出部９４がＡＣコンデンサ６０の故障を検出したときは、故障検出部９４からＡＣコンデンサ６０の故障情報を取得する。そして、動作制御部９６は、電力変換装置１の停止又は交流スイッチ４０の開放の少なくともいずれか一方の動作を行うよう、それらに動作指示を与える。

【0084】

これにより、電力変換装置１の停止又は交流スイッチ４０の開放のいずれか一方又は両方が行われ、正常なＡＣコンデンサ６０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。なお、上記のステップＳ９と同様に、電力変換装置１の停止及び交流スイッチ４０の開放のうち、電力変換装置１の停止を優先してもよい。

【0085】

図７は、図１から図６に示す実施形態に係る電力変換装置１の動作例を示す図である。図７（ａ）は、電力変換装置１が運転中の状態を示す図であり、図７（ｂ）は、電力変換装置１の運転中にＡＣコンデンサ６０のオープン故障が発生したときの状態を示す図である。

【0086】

なお、図７において、実際は、図１及び図２に示すように、インバータ回路１０の出力側には三相分の交流回路２０が接続されており、三相分の交流リアクトル３０、交流スイッチ４０、ＡＣコンデンサ６０等が配置されている。また、ＡＣコンデンサ６０は、実際には、図１及び図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３と同様に、図面の簡単のため、これらの要素を簡略化して示している。

【0087】

図７（ａ）において、電力変換装置１の運転中は、交流スイッチ４０が投入されている。これにより、インバータ回路１０から出力されている交流電力は、系統３側に流出している。電力変換装置１には、コンデンサ回路５０に電流センサ７０が設けられており、複数並列接続されている各相のＡＣコンデンサの電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを常時検出している。そして、制御装置８０は、図５に示すステップＳ１からステップＳ９の動作を常時行っている。

【0088】

図７（ｂ）において、電力変換装置１の運転中にＡＣコンデンサ６０の一部にオープン故障が発生すると、複数並列接続されている各相のＡＣコンデンサ６０の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの値から求められるｑ軸電流値Ｉ_ｑ１が正常時よりも小さくなる。このため、制御装置８０は、図５に示すステップＳ９に示す動作において、これをＡＣコンデンサ６０のオープン故障として検出する。制御装置８０は、ＡＣコンデンサ６０のオープン故障を検出したときは、ステップＳ１０により、故障情報を発報し、ステップＳ１１により、電力変換装置１を停止させ、交流スイッチ４０を開放し、ＡＣコンデンサ６０への電圧印加を止める。これにより、正常なＡＣコンデンサ６０への故障拡大が抑制され、系統３側への高調波流出を抑制することができる。

【0089】

＜一実施形態の作用効果＞
以上、図１から図７に示す実施形態では、交流回路２０の各相におけるコンデンサ回路５０でそれぞれ複数並列接続された複数のＡＣコンデンサ６０に流れる電流の電流値を測定する複数の電流センサ７０を備える。これにより、制御装置８０は、電力変換装置１の運転中にもＡＣコンデンサ６０に流れる電流の電流値の変動を検出することができるため、電力変換装置１の運転中にもＡＣコンデンサ６０のオープン故障を検出することができる。

【0090】

また、図１から図７に示す実施形態では、判定値算出部９２は、ステップＳ８において、ステップＳ６で求められた理論値であるｑ軸電流値Ｉ’_ｑに、ステップＳ７で取得された異常検出レベルの値を乗算している。これにより、故障検出部９４が比較する電流値に多少の誤差があった場合でも、多少の誤差を許容することが出来る。

【0091】

また、図１から図７に示す実施形態では、ステップＳ１０において、故障情報発報部９５は、ＡＣコンデンサ６０の故障情報を取得したときは、取得した故障情報を不図示の上位装置に発報する。これにより、例えば、人の手、不図示の上位装置、又はソフトウェアにより、電力変換装置１の停止又は交流スイッチ４０の開放のいずれか一方又は両方を行うことができる。そうすることにより、正常なＡＣコンデンサ６０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。

【0092】

また、図１から図７に示す実施形態では、ステップＳ１１において、動作制御部９６は、ＡＣコンデンサ６０の故障情報を取得したときは、電力変換装置１の停止又は交流スイッチ４０の開放の少なくともいずれか一方の動作を行うよう、それらに動作指示を与える。これにより、電力変換装置１の停止又は交流スイッチ４０の開放のいずれか一方又は両方が行われ、正常なＡＣコンデンサ６０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。

【0093】

＜変形例＞
図８は、図１から図７に示す実施形態の変形例である電力変換装置１’の動作例を示す図である。図８において、図１から図７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、詳細な説明は省略する。なお、図８においても、図７と同様に、図８（ａ）は、電力変換装置１’が運転中の状態を示し、図８（ｂ）は、電力変換装置１’の運転中にＡＣコンデンサ６０のオープン故障が発生したときの状態を示す。また、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、簡略化して示されている。

【0094】

図８において、電力変換装置１’は、コンデンサ回路５０に設けられた電流センサ７０の代わりに、三相交流回路２０に電流センサ７０Ｘと電流センサ７０Ｙとが設けられる。三相交流回路２０において、電流センサ７０Ｘは、三相交流回路２０からコンデンサ回路５０に分岐する分岐点の前に設けられ、電流センサ７０Ｙは、三相交流回路２０からコンデンサ回路５０に分岐する分岐点の後に設けられる。

【0095】

理論上、電流センサ７０で測定される電流値Ｉ_７０は、電流センサ７０Ｘで測定された電流値Ｉ_Ｘから電流センサ７０Ｙで測定された電流値Ｉ_Ｙをマイナスした値と等しい。すなわち、理論上、電流値Ｉ_７０＝電流値Ｉ_Ｘ－電流値Ｉ_Ｙが成立する。このため、電流値Ｉ_Ｘの値と電流値Ｉ_Ｙの値とが分かれば、理論上、電流値Ｉ_７０の値を求めることができる。このため、三相の各コンデンサ回路５０に電流センサ７０が配置されなくとも、図８に示す位置に電流センサ７０Ｘと電流センサ７０Ｙとが配置されていれば、制御装置８０は、三相の各ＡＣコンデンサ６０に流れる電流の電流値を取得することができる。

【0096】

以上より、図８に示す電力変換装置１’によっても、制御装置８０は、理論上、電流センサ７０で測定される電流値Ｉ_７０を算出して取得することができるため、図１から図７に示す実施形態と同様の効果を奏する。

【0097】

＜比較例＞
図９は、比較例に係る電力変換装置１００の動作例を示す図である。図９（ａ）は、電力変換装置１００のＡＣコンデンサ６０の一部にオープン故障が発生したときの状態を示す図であり、図９（ｂ）は、ＡＣコンデンサ６０の全てにオープン故障が発生したときの状態を示す図である。なお、図９において、図１から図７に示す実施形態と同一の構成については、図１から図７と同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0098】

また、図９において、実際は、図１及び図２に示すように、インバータ回路１０の出力側には三相分の交流回路２０が接続されており、三相分の交流リアクトル３０、交流スイッチ４０、ＡＣコンデンサ６０等が配置されている。また、ＡＣコンデンサ６０は、実際には、図１及び図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３及び図７と同様に、図面の簡単のため、これらの要素を簡略化して示している。

【0099】

図９に示す比較例では、図１から図７に示す実施形態と異なり、コンデンサ回路５０に電流センサ７０が設けられていない。このため、制御装置８０は、ＡＣコンデンサ６０に流れる電流を把握することができない。

【0100】

図９（ａ）において、比較例に係る電力変換装置１００の運転中にＡＣコンデンサ６０の一部にオープン故障が発生したときは、制御装置８０は、電圧波形のひずみを検出することはできる。しかし、コンデンサ回路５０に電流センサ７０が設けられていないため、制御装置８０は、ＡＣコンデンサ６０の故障として検出することができないため、運転を継続する。これにより、比較例に係る電力変換装置１００では、正常なＡＣコンデンサ６０に負荷が集中して、正常なＡＣコンデンサ６０もドミノ倒し的に故障する恐れがある。また、比較例に係る電力変換装置１００では、あまりにも１つのＡＣコンデンサ６０に負荷が集中すると、保安機構６２の動作も追いつかず、ＡＣコンデンサ６０（ＡＣコンデンサパッケージ６１）が破裂する恐れもある。

【0101】

また、図９（ａ）において、比較例に係る電力変換装置１００が停止中の場合、制御装置８０は、交流回路２０のインバータ出力電圧を系統３の電圧と同期してから、交流スイッチ４０を投入して電力変換装置１００を起動する。しかし、比較例に係る電力変換装置１００では、制御装置８０は、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出することができないため、ＡＣコンデンサ６０の一部にオープン故障が発生している場合でも、電力変換装置１００を起動することが出来る。これにより、比較例に係る電力変換装置１００では運転中と同様に正常なＡＣコンデンサ６０への故障拡大等の恐れがある。

【0102】

一方、図１から図７に示す実施形態では、コンデンサ回路５０に電流センサ７０が設けられている。このため、制御装置８０は、電力変換装置１の運転中や起動後すぐにＡＣコンデンサ６０のオープン故障を検出することができ、正常なＡＣコンデンサ６０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。なお、図８に示す変形例においても、図１から図７に示す実施形態と同様の効果を奏する。

【0103】

図９（ｂ）において、比較例に係る電力変換装置１００の運転中にＡＣコンデンサ６０の全てにオープン故障が発生したときは、電圧波形がさらにひずむため、制御装置８０は、電圧波形のひずみを検出することはできる。しかし、コンデンサ回路５０に電流センサ７０が設けられていないため、制御装置８０は、ＡＣコンデンサ６０の故障として検出することができず、運転を継続するケースがある。これにより、比較例に係る電力変換装置１００では、高調波電流を系統３側に流出させてしまう恐れがある。

【0104】

また、図９（ｂ）において、比較例に係る電力変換装置１００が停止中の場合、制御装置８０は、交流回路２０のインバータ出力電圧を系統３の電圧と同期してから、交流スイッチ４０を投入して電力変換装置１００を起動する。図９（ｂ）に示す場合のように、ＡＣコンデンサ６０が全て故障している場合、インバータ出力電圧と系統３の電圧の同期制御が正しく動作しなくなり、制御装置８０は、「同期合わせ異常」として電力変換装置１の故障を検出する。これは、制御装置８０が、ソフト内でＡＣコンデンサ６０の容量を考慮してインバータ出力電圧を計算しているため、ＡＣコンデンサ６０が全て故障していると計算が合わなくなるためである。

【0105】

すなわち、制御装置８０は、電力変換装置１の電力制御をしているため、ＡＣコンデンサ６０の容量が分かれば、どの位電流を流せばインバータ出力電圧を系統３の電圧と合わせられるかを把握している。しかし、ＡＣコンデンサ６０が故障していると、電流が多めに流れてしまい、その結果、インバータ出力電圧が大きくなるため、制御装置８０は、インバータ出力電圧と系統３の電圧とを合わせられず、「同期合わせ異常」として電力変換装置１の故障を検出する。

【0106】

このように、比較例に係る電力変換装置１００では、運転中にはＡＣコンデンサ６０の故障を検出することができず、起動時の同期合わせのときに電圧を計測して初めて、故障を検出することができる。これにより、比較例に係る電力変換装置１００では運転中に正常なＡＣコンデンサ６０への故障が拡大する恐れや、系統３側への高調波を流出させる恐れがある。

【0107】

一方、図１から図７に示す実施形態では、コンデンサ回路５０に電流センサ７０が設けられている。このため、制御装置８０は、電力変換装置１の起動時に初めてＡＣコンデンサ６０のオープン故障を検出することができるわけではなく、電力変換装置１の運転中にもすぐにＡＣコンデンサ６０のオープン故障を検出することができる。このため、図１から図７に示す実施形態に係る電力変換装置１によれば、正常なＡＣコンデンサ６０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。なお、図８に示す変形例においても、図１から図７に示す実施形態と同様の効果を奏する。

【0108】

＜実施形態の補足事項＞
図１から図７に示す実施形態では、図５に示すステップＳ８において、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑに異常検出レベルの値（０．８）を乗算している。しかし、ｑ軸電流値Ｉ’_ｑに異常検出レベルの値を乗算しなくてもよい。すなわち、ｑ軸電流値Ｉ_ｑ１とｑ軸電流値Ｉ’_ｑとを大小比較してもよい。この場合、請求項の「第２のｑ軸電流値」は、理論値のｑ軸電流値Ｉ’_ｑとなる。なお、図８に示す変形例においても、同様である。

【0109】

また、図１から図７に示す実施形態では、図５に示すステップＳ９において、ＡＣコンデンサ６０の一部がオープン故障したら、故障検出部９４は、ＡＣコンデンサ６０の故障を検出する。しかし、例えば、故障検出部９４は、ＡＣコンデンサ６０が１つのみ故障した場合はＡＣコンデンサ６０の故障を検出せず、２つ以上故障した場合にＡＣコンデンサ６０の故障を検出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６０が１つのみ故障した程度では電力変換装置１に与える影響が少ない場合などに有効である。なお、故障検出部９４は、実体に即して、３つ以上やそれ以上故障した場合にＡＣコンデンサ６０の故障を検出するようにしてもよい。なお、図８に示す変形例においても、同様である。

【0110】

また、図１から図７に示す実施形態における各部の処理のステップは、故障検出方法としても、コンピュータに実行させる故障検出プログラムとしても実現可能である。また、当該故障検出プログラムは、当該故障検出プログラムを記憶させた記憶媒体としても実現可能である。すなわち、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ディスクに記録して頒布することができる。なお、故障検出プログラムは、電力変換装置１に含まれるネットワークインタフェースを介してネットワークからダウンロードされ、記憶部９３に格納されてもよい。なお、図８に示す変形例においても、同様である。

【0111】

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】

【0112】

１，１’，１００…電力変換装置；２…直流電源；３…交流電力系統（系統）；１０…インバータ回路；２０…交流回路（三相交流回路）；２１…電圧センサ；２２…電流センサ；３０…交流リアクトル（ＡＣリアクトル）；４０…交流スイッチ（交流開閉器）；５０…コンデンサ回路；６０…交流コンデンサ（ＡＣコンデンサ）；６１…ＡＣコンデンサパッケージ；６２…保安機構；７０，７０Ｘ，７０Ｙ…電流センサ；８０…制御装置；８１…電圧変換部；８２…電流変換部；８３…位相同期回路；８４…電力制御部；８５…インバータ制御部；９１…変換値算出部；９２…判定値算出部；９３…記憶部；９４…故障検出部；９５…故障情報発報部；９６…動作制御部；Ｉ，Ｉ_７０，Ｉ_Ｘ，Ｉ_Ｙ…電流値；Ｉ_ｄ，Ｉ_ｄ１…ｄ軸電流値；Ｉ_ｑ，Ｉ_ｑ１，Ｉ’_ｑ，Ｉ’_ｑ２…ｑ軸電流値；Ｖ…電圧値；Ｖ_ｄ…ｄ軸電圧値；Ｖ_ｑ…ｑ軸電圧値；θ…位相；θ^＊…位相指令値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】