特許 7559285 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(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-20

(45)【発行日】2024-10-01

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/49 20070101AFI20240924BHJP

【ＦＩ】

H02M7/49

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2024501147

(86)(22)【出願日】2023-08-07

(86)【国際出願番号】 JP2023028714

【審査請求日】2024-01-10

(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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】小堀 晃平

(72)【発明者】

【氏名】杉山 隆

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２１－８７２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／２０２４６８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１８／２１６２０８（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列接続された複数の単位変換器を含み、交流電源に接続される電力変換器と、
前記複数の単位変換器の各々に制御信号を送信する制御装置とを備え、
各単位変換器は、
直流電力を蓄えるコンデンサと、前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換して前記コンデンサに供給する整流素子と、前記コンデンサの直流電力を交流電力に変換して前記交流電源に供給するスイッチング素子とを含む主回路と、
前記コンデンサから供給される直流電圧によって駆動され、前記制御信号を受信する第１の通信回路と、
前記第１の通信回路によって受信される前記制御信号に従って前記スイッチング素子を駆動させる駆動回路とを含み、
前記制御装置は、
前記制御信号を生成する制御部と、
前記制御部によって生成される前記制御信号を前記第１の通信回路に送信する第２の通信回路と、
各単位変換器に対応して設けられ、対応する単位変換器に含まれる前記コンデンサを検査する検査部とを備え、
前記検査部は、
前記交流電源から前記電力変換器への電力供給が開始されてから前記第１および第２の通信回路間の通信が確立するまでの第１の時間と、前記交流電源から前記電力変換器への電力供給が停止されてから前記第１および第２の通信回路間の通信が遮断されるまでの第２の時間とのうちの少なくともいずれか一方の時間を計測する計時部と、
前記第１の時間が第１の判定時間よりも短い第１の場合と、前記第２の時間が第２の判定時間よりも短い第２の場合とのうちの少なくともいずれか一方の場合に、対応する前記コンデンサを新品と交換する必要があると判定する判定部とを含む、電力変換装置。

【請求項2】

前記各単位変換器は、
前記直流電圧が上昇して第１のしきい値電圧を超えた場合には、前記直流電圧に基づいて電源電圧を生成し、前記直流電圧が下降して第２のしきい値電圧よりも低下した場合には、前記電源電圧の生成を停止する電源をさらに含み、
前記第１の通信回路は前記電源電圧によって駆動され、
前記電源によって前記電源電圧が生成されている場合に、前記第１および第２の通信回路間の通信が確立し、
前記電源によって前記電源電圧の生成が停止された場合に、前記第１および第２の通信回路間の通信が遮断される、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記各単位変換器は、
前記コンデンサの端子間電圧を検出し、その検出値を示す信号を出力する電圧センサをさらに含み、
前記第１の通信回路は、前記電圧センサの出力信号を前記第２の通信回路に送信し、
前記制御部は、前記第２の通信回路によって受信される前記電圧センサの出力信号に基づいて前記制御信号を生成する、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項4】

複数の前記判定部の判定結果を表示する表示部をさらに備える、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記交流電源から前記電力変換器への電力供給の開始および停止は複数回行なわれ、
前記検査部は、
前記計時部の複数回の計測結果を順次記憶する記憶部と、
前記第１の時間が前記第１の判定時間よりも長い第３の場合、および前記第２の時間が前記第２の判定時間よりも長い第４の場合のうちの少なくともいずれか一方の場合に、前記記憶部の記憶内容に基づいて、対応する前記コンデンサを新品と交換すべき時期を推定する推定部とをさらに含む、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項6】

複数の前記推定部の推定結果を表示する表示部をさらに備える、請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記交流電源と前記電力変換器との間に接続され、前記交流電源から前記電力変換器への電力供給を開始する場合にオンされ、前記交流電源から前記電力変換器への電力供給を停止する場合にオフされるスイッチをさらに備える、請求項１に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置に関し、特に、直列接続された複数の単位変換器を含む電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば国際公開第２０１８／１９３６０６号（特許文献１）には、交流電源に接続される電力変換器と、電力変換器を制御する制御装置とを備えた電力変換装置が開示されている。電力変換器は、直列接続された複数の単位変換器を含む。各単位変換器は、直流電力を蓄えるコンデンサと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換してコンデンサに供給する整流素子と、コンデンサの直流電力を交流電力に変換して交流電源に供給するスイッチング素子とを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】国際公開第２０１８／１９３６０６号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかし、従来の電力変換装置では、複数の単位変換器に含まれる複数のコンデンサの経年劣化が発生し、装置性能が低下するという問題がある。

【0005】

この対策として、定期的に電力変換装置の運転を停止し、各コンデンサの容量値を測定し、劣化したコンデンサを新品と交換する方法がある。しかし、この方法では、複数のコンデンサの容量値を測定するための時間が長くなり、装置の運転停止時間が長くなるという問題がある。

【0006】

それゆえに、本開示の主たる目的は、複数の単位変換器に含まれる複数のコンデンサの各々を新品と交換する必要があるか否かを容易かつ迅速に判定することが可能な電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の電力変換装置は、電力変換器および制御装置を備える。電力変換器は、直列接続された複数の単位変換器を含み、交流電源に接続される。制御装置は、複数の単位変換器の各々に制御信号を送信する。

【0008】

各単位変換器は、主回路、第１の通信回路、および駆動回路を含む。主回路は、直流電力を蓄えるコンデンサと、交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換してコンデンサに供給する整流素子と、コンデンサの直流電力を交流電力に変換して交流電源に供給するスイッチング素子とを含む。第１の通信回路は、コンデンサから供給される直流電圧によって駆動され、制御信号を受信する。駆動回路は、第１の通信回路によって受信される制御信号に従ってスイッチング素子を駆動させる。

【0009】

制御装置は、制御信号を生成する制御部と、制御部によって生成される制御信号を第１の通信回路に送信する第２の通信回路と、各単位変換器に対応して設けられ、対応する単位変換器に含まれるコンデンサを検査する検査部とを備える。検査部は、計時部および判定部を含む。

【0010】

計時部は、交流電源から電力変換器への電力供給が開始されてから第１および第２の通信回路間の通信が確立するまでの第１の時間と、交流電源から電力変換器への電力供給が停止されてから第１および第２の通信回路間の通信が遮断されるまでの第２の時間とのうちの少なくともいずれか一方の時間を計測する。

【0011】

判定部は、第１の時間が第１の判定時間よりも短い第１の場合と、第２の時間が第２の判定時間よりも短い第２の場合とのうちの少なくともいずれか一方の場合に、対応する前記コンデンサを新品と交換する必要があると判定する。

【発明の効果】

【0012】

本開示の電力変換装置では、コンデンサの充電が開始されてから第１および第２の通信回路間の通信が確立するまでの第１の時間と、コンデンサの放電が開始されてから第１および第２の通信回路間の通信が遮断されるまでの第２の時間とのうちの少なくともいずれか一方の時間が計測される。そして、第１の時間が第１の判定時間よりも短い第１の場合と、第２の時間が第２の判定時間よりも短い第２の場合とのうちの少なくともいずれか一方の場合に、コンデンサを新品と交換する必要があると判定される。したがって、複数の単位変換器に含まれる複数のコンデンサの各々を新品と交換する必要があるか否かを容易かつ迅速に判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示の実施の形態１に従う電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図2】図１に示す単位変換器の構成を示す回路ブロック図である。

【図3】図２に示す電源の構成を示すブロック図である。

【図4】図１に示す制御装置の構成を示すブロック図である。

【図5】図４に示す制御回路の構成を示すブロック図である。

【図6】図２に示すコンデンサの初期充電を説明するための回路ブロック図である。

【図7】図５に示す検査部の構成を示すブロック図である。

【図8】図７に示す計時部の動作を説明するためのタイムチャートである。

【図9】図８に示す直流電圧の波形の経年変化を示すタイムチャートである。

【図10】図７に示す推定部の動作を説明するためのタイムチャートである。

【図11】図４～図１０に示す制御回路の動作を示すフローチャートである。

【図12】実施の形態１の変更例を示す回路ブロック図である。

【図13】本開示の実施の形態２に従う電力変換装置の要部を示す回路ブロック図である。

【図14】図１３に示す計時部の動作を説明するためのタイムチャートである。

【図15】図１４に示す直流電圧の波形の経年変化を示すタイムチャートである。

【図16】図１３に示す推定部の動作を説明するためのタイムチャートである。

【図17】図１３に示す検査部を含む制御回路の動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

［実施の形態１］
図１は、本開示の実施の形態１に従う電力変換装置１の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この電力変換装置１は、商用交流電源８から負荷に三相交流電力を供給するための送電線９ｕ，９ｖ，９ｗに接続され、負荷などで発生する無効電力を補償する無効電力補償装置として使用される。

【0015】

この電力変換装置１は、スイッチＳ１～Ｓ６、変圧器２，３、限流抵抗器Ｒ１～Ｒ３、交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬ、変流器Ｃ１～Ｃ３、リアクトルＬ１～Ｌ３、アームＡ１～Ａ３、操作部６、および制御装置７を備える。

【0016】

スイッチＳ１～Ｓ３の一方端子はそれぞれ送電線９ｕ，９ｖ，９ｗに接続され、それらの他方端子はそれぞれ変圧器２の３つの一次巻線に接続される。スイッチＳ１～Ｓ３は、制御装置７によって制御され、通常時にオンされ、電力変換装置１の検査およびメンテナンス時にオフされる。変圧器２は、３つの一次巻線と３つの二次巻線とを含み、三相交流電力を授受する。

【0017】

限流抵抗器Ｒ１～Ｒ３の一方端子はそれぞれ変圧器２の３つの二次巻線に接続され、それらの他方端子はそれぞれ交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬの一方端に接続される。限流抵抗器Ｒ１～Ｒ３は、電力変換装置１の起動時に商用交流電源８からアームＡ１～Ａ３にそれぞれ流れる電流を制限する。

【0018】

スイッチＳ４～Ｓ６は、それぞれ限流抵抗器Ｒ１～Ｒ３に並列接続される。スイッチＳ４～Ｓ６は、制御装置７によって制御され、電力変換装置１の起動時においてアームＡ１～Ａ３に流れる電流が安定した後にオンされる。変圧器３は、交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬの交流電圧に応じた値の三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを制御装置７にフィードバックする。

【0019】

リアクトルＬ１およびアームＡ１は、交流ラインＵＬと交流ラインＶＬとの間に直列接続される。リアクトルＬ２およびアームＡ２は、交流ラインＶＬと交流ラインＷＬとの間に直列接続される。リアクトルＬ３およびアームＡ３は、交流ラインＷＬと交流ラインＵＬとの間に直列接続される。すなわち、アームＡ１～Ａ３はデルタ接続されている。アームＡ１～Ａ３（電力変換器）は、制御装置７によって制御され、三相交流電力を発生する。

【0020】

アームＡ１～Ａ３の各々は、直列接続されたＮ個の単位変換器５を含む。Ｎ個の単位変換器５の各々は、制御装置７からの制御信号に従って交流電力を発生する。Ｎは、２以上の整数であり、たとえば６０である。

【0021】

アームＡ１の初段の単位変換器５の第１端子５ａは、リアクトルＬ１の一方端子に接続されている。アームＡ１において、最終段以外の各単位変換器５の第２端子５ｂは、隣接する単位変換器５の第１端子５ａに接続されている。アームＡ１の最終段の単位変換器５の第２端子５ｂは、リアクトルＬ２の一方端子に接続されている。

【0022】

アームＡ２の初段の単位変換器５の第１端子５ａは、リアクトルＬ２の他方端子に接続されている。アームＡ２において、最終段以外の各単位変換器５の第２端子５ｂは、隣接する単位変換器５の第１端子５ａに接続されている。アームＡ２の最終段の単位変換器５の第２端子５ｂは、リアクトルＬ３の一方端子に接続されている。

【0023】

アームＡ３の初段の単位変換器５の第１端子５ａは、リアクトルＬ３の他方端子に接続されている。アームＡ３において、最終段以外の各単位変換器５の第２端子５ｂは、隣接する単位変換器５の第１端子５ａに接続されている。アームＡ３の最終段の単位変換器５の第２端子５ｂは、リアクトルＬ１の他方端子に接続されている。

【0024】

リアクトルＬ１～Ｌ３は、アームＡ１～Ａ３に流れる循環電流をそれぞれ抑制する。リアクトルＬ１～Ｌ３は、アームＡ１～Ａ３とは別に設けられていてもよいし、アームＡ１～Ａ３のインダクタンス成分であっても構わない。変流器Ｃ１～Ｃ３は、アームＡ１～Ａ３に流れる交流電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕをそれぞれ検出して、制御装置７にフィードバックする。

【0025】

操作部６は、電力変換装置１の使用者によって操作される複数のボタン、種々の情報を表示する画像表示部などを含む。使用者が操作部６を操作することにより、種々の情報を設定したり、電力変換装置１を起動および停止させることが可能となっている。操作部６は、操作内容を示す信号を制御装置７に出力する。

【0026】

制御装置７は、操作部６からの信号に従って、スイッチＳ１～Ｓ３をオンおよびオフさせる。また、制御装置７は、無効電力指令値Ｑｒ、三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ、交流電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕ、後述する直流電圧ＶＤＣなどに基づいて、後述する制御信号ＧＣ、制御信号ＧＢ、オン指令Ｓｏｎなどを生成することにより、３つのアームＡ１～Ａ３の各々（すなわち３×Ｎ個の単位変換器５の各々）を制御する。

【0027】

無効電力指令値Ｑｒは、たとえば商用交流電源８を含む電力系統の中央指令室（図示せず）から与えられる。電力変換装置１は、無効電力指令値Ｑｒに応じた値の無効電力を送電線９ｕ，９ｖ，９ｗに供給する。

【0028】

図２は、図１に示した単位変換器５の構成を示す回路ブロック図である。図２において、単位変換器５は、主回路１０、抵抗素子Ｒ４、電源２０、および制御回路３０を含む。主回路１０は、コンデンサを備えたフルブリッジ回路により構成される。

【0029】

具体的には、主回路１０は、スイッチング素子１１～１４、ダイオード（整流素子）Ｄ１～Ｄ４、およびコンデンサ１５を含む。主回路１０は、スイッチング素子１１～１４のオンおよびオフによりコンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣに応じた振幅の電圧パルスを第１端子５ａおよび第２端子５ｂ間に出力することにより、直流電力を交流電力に変換する。

【0030】

スイッチング素子１１～１４の各々は、自己消弧型電力用半導体素子であり、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）で構成されている。スイッチング素子１１，１３は直流ラインＰＬおよび直流ラインＮＬの間に直列に接続されている。スイッチング素子１２，１４は直流ラインＰＬおよび直流ラインＮＬの間に直列に接続されている。スイッチング素子１１，１２のコレクタはともに直流ラインＰＬに接続され、スイッチング素子１３，１４のエミッタはともに直流ラインＮＬに接続されている。スイッチング素子１１のエミッタとスイッチング素子１３のコレクタとの接続点は第１端子５ａに接続されている。スイッチング素子１２のエミッタとスイッチング素子１４のコレクタとの接続点は第２端子５ｂに接続されている。

【0031】

ダイオードＤ１～Ｄ４は、スイッチング素子１１～１４にそれぞれ逆並列に接続されている。コンデンサ１５は、直流ラインＰＬおよび直流ラインＮＬの間に接続され、直流電力を蓄える。

【0032】

スイッチング素子１１～１４の導通状態（オンおよびオフ）は制御回路３０によって制御される。スイッチング素子１１，１３は、互いに相補的にオンおよびオフされる。スイッチング素子１２，１４は、互いに相補的にオンおよびオフされる。図２に示されるように、第２端子５ｂを基準とした第１端子５ａまでの電圧をセル電圧Ｖｃｅｌｌと定義すると、セル電圧Ｖｃｅｌｌは、スイッチング素子１１～１４の各々のオンおよびオフによって制御される。

【0033】

具体的には、スイッチング素子１１，１４が共にオンであり、スイッチング素子１２，１３が共にオフである場合、セル電圧Ｖｃｅｌｌはコンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣと等しい。スイッチング素子１１，１２が共にオンであり、スイッチング素子１３，１４が共にオフである場合、セル電圧Ｖｃｅｌｌは０Ｖである。スイッチング素子１１，１２が共にオフであり、スイッチング素子１３，１４が共にオンである場合、セル電圧Ｖｃｅｌｌは０Ｖである。スイッチング素子１１，１４が共にオフであり、スイッチング素子１２，１３が共にオンである場合、セル電圧Ｖｃｅｌｌはコンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣの極性を反転させた電圧に等しい。

【0034】

アームＡ１～Ａ３の各々の全体の電圧は、該アームＡ１～Ａ３の各々に含まれるＮ個の単位変換器５のセル電圧Ｖｃｅｌｌの和となる。したがって、各単位変換器５のスイッチング素子１１～１４の各々のオンおよびオフ状態によって制御することにより、アームＡ１～Ａ３の各々の全体の電圧を制御することができる。

【0035】

また、主回路１０は、スイッチＳ７をさらに含む。スイッチＳ７は、第１端子５ａと第２端子５ｂとの間に接続されている。スイッチＳ７は、制御回路３０からの指令に応じて閉成することにより、第１端子５ａおよび第２端子５ｂを短絡することが可能に構成されている。

【0036】

抵抗素子Ｒ４は、直流ラインＰＬと電源２０の入力端子２０ａとの間に接続されている。抵抗素子Ｒ４は、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣを降圧して電源２０に供給するとともに、コンデンサ１５から電源２０に流れる電流を制限する。

【0037】

電源２０の入力端子２０ｂは直流ラインＮＬに接続される。電源２０は、コンデンサ１５から抵抗素子Ｒ４を介して供給される直流電圧Ｖｉｎをさらに降圧して制御回路３０の電源電圧を生成する。すなわち、各単位変換器５は、主回路１０から制御回路３０に電力を供給することができる自給式のセルを形成する。

【0038】

制御回路３０は、通信回路３１（第１の通信回路）、駆動回路３２，３３、スイッチ操作回路３４、および電圧センサ３５を含む。制御回路３０は、電源２０から供給される電源電圧によって駆動され、制御装置７と信号を授受するとともに、主回路１０を制御する。

【0039】

図３は、図２に示した電源２０の構成を示すブロック図である。図３において、電源２０は、入力電圧監視回路２１、電源部２２～２６、および制御部２７を含む。入力電圧監視回路２１は、入力端子２０ａ，２０ｂ間の直流電圧Ｖｉｎを検出し、その検出値を示す信号を制御部２７に出力する。

【0040】

第１電源部２２は、直流電圧Ｖｉｎを降圧して制御部２７の電源電圧ＶＣ１を生成する。制御部２７は、電源電圧ＶＣ１によって駆動され、入力電圧監視回路２１の出力信号によって示される直流電圧Ｖｉｎに基づいて起動指令信号ＣＭＤを生成する。直流電圧Ｖｉｎが第１しきい値電圧Ｖｔ１よりも低い場合には、起動指令信号ＣＭＤは非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。

【0041】

直流電圧Ｖｉｎが上昇して第１しきい値電圧Ｖｔ１を超えた場合には、起動指令信号ＣＭＤは非活性化レベルの「Ｌ」レベルから活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられる。直流電圧Ｖｉｎが下降して第２しきい値電圧Ｖｔ２よりも低下した場合には、起動指令信号ＣＭＤは活性化レベルの「Ｈ」レベルから非活性化レベルの「Ｌ」レベルに立ち下げられる。第１しきい値電圧Ｖｔ１は、第２しきい値電圧Ｖｔ２よりも高い電圧に設定されている。

【0042】

起動指令信号ＣＭＤは、電源部２３～２６に与えられる。起動指令信号ＣＭＤが活性化レベルの「Ｈ」レベルである場合には、電源部２３～２６が活性化されてそれぞれ電源電圧ＶＣ２～ＶＣ５を出力する。起動指令信号ＣＭＤが非活性化レベルの「Ｌ」レベルである場合には、電源部２３～２６が非活性化されて電源電圧ＶＣ２～ＶＣ５の出力を停止する。

【0043】

具体的には、第２電源部２３は、信号ＣＭＤが「Ｈ」レベルである場合に、直流電圧Ｖｉｎを降圧して電源電圧ＶＣ２を生成し、駆動回路３２，３３に与える。第３電源部２４は、信号ＣＭＤが「Ｈ」レベルである場合に、直流電圧Ｖｉｎを降圧して電源電圧ＶＣ３を生成し、スイッチ操作回路３４に与える。第４電源部２５は、信号ＣＭＤが「Ｈ」レベルである場合に、直流電圧Ｖｉｎを降圧して電源電圧ＶＣ４を生成し、電圧センサ３５に与える。

【0044】

第５電源部２６は、信号ＣＭＤが「Ｈ」レベルである場合に、直流電圧Ｖｉｎを降圧して電源電圧ＶＣ５を生成し、通信回路３１に与える。信号ＣＭＤが非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされると、電源部２３～２６はそれぞれ電源電圧ＶＣ２～ＶＣ５の出力を停止する。

【0045】

再び図２を参照して、通信回路３１は、第５電源部２６から与えられる電源電圧ＶＣ５によって駆動され、通信回線（図示せず）を介して制御装置７と通信する。また、第５電源部２６から電源電圧ＶＣ５の供給が開始されると、通信回路３１は、信号ＥＮを「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げる。「Ｈ」レベルの信号ＥＮは、通信回路３１と制御装置７の間の通信が確立したことを示す信号である。

【0046】

第５電源部２６からの電源電圧ＶＣ５の供給が停止されると、通信回路３１は、信号ＥＮを「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げる。「Ｌ」レベルの信号ＥＮは、通信回路３１と制御装置７の間の通信が遮断されたことを示す信号である。

【0047】

第５電源部２６から電源電圧ＶＣ５が供給されている期間には、通信回路３１は、スイッチング素子１１～１４を制御するための制御信号ＧＣと、スイッチング素子１１～１４を全てオフさせるための制御信号ＧＢとを受信し、受信した制御信号ＧＣ，ＧＢを駆動回路３２，３３に与える。また、通信回路３１は、スイッチＳ７をオンさせるためのオン指令信号Ｓｏｎを受信し、受信したオン指令信号Ｓｏｎをスイッチ操作回路３４に与える。

【0048】

駆動回路３２は、第２電源部２３から供給される電源電圧ＶＣ２によって駆動され、制御信号ＧＣに応答してスイッチング素子１１，１３の各々をオンまたはオフさせる。また、駆動回路３２は、制御信号ＧＢに応答して、スイッチング素子１１，１３をオフさせる。

【0049】

駆動回路３３は、第２電源部２３から供給される電源電圧ＶＣ２によって駆動され、制御信号ＧＣに応答してスイッチング素子１２，１４の各々をオンまたはオフさせる。また、駆動回路３３は、制御信号ＧＢに応答して、スイッチング素子１２，１４をオフさせる。

【0050】

スイッチ操作回路３４は、第３電源部２４から供給される電源電圧ＶＣ３によって駆動され、オン指令信号Ｓｏｎに応答して励磁コイル１８に電流を供給し、スイッチＳ７をオンさせる。通常動作時、励磁コイル１８への電流供給が停止されているため、スイッチＳ７はオフ（開放）状態とされる。

【0051】

電圧センサ３５は、第４電源部２５から供給される電源電圧ＶＣ４によって駆動され、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣを検出し、その検出値を示す信号を通信回路３１に出力する。通信回路３１は、直流電圧ＶＤＣの検出値を示す信号を制御装置７へ送信する。

【0052】

図４は、制御装置７の構成を示すブロック図である。図４において、制御装置７は、電源４０、通信回路４１（第２の通信回路）、および制御回路４２を含む。電力変換装置１が送電線９ｕ，９ｖ，９ｗ（図１）に接続されている場合には、電源４０は常時、通信回路４１用の電源電圧ＶＣ１１と、制御回路４２用の電源電圧ＶＣ１２とを生成する。したがって、通信回路４１および制御回路４２は、電力変換装置１が停止されている場合でも動作可能になっている。

【0053】

通信回路４１は、電源４０から供給される電源電圧ＶＣ１１によって駆動され、３つのアームＡ１～Ａ３（図１）に含まれる３×Ｎ個の単位変換器５と制御回路４２との間で信号を授受する。すなわち通信回路４１は、各単位変換器５から送信される信号ＥＮと直流電圧ＶＤＣを示す信号とを受信し、受信したそれらの信号を制御回路４２に与える。また、通信回路４１は、制御回路４２によって生成される３×Ｎ組の信号ＧＣ，ＧＢ，Ｓｏｎをそれぞれ３×Ｎ個の単位変換器５に送信する。

【0054】

図５は、制御回路４２の構成を示すブロック図である。図５において、制御回路４２は、制御部５０，５１、３×Ｎ個の検査部５２、および画像表示部５３を含む。制御部５０は、操作部６からの信号に従って、スイッチＳ１～Ｓ３を制御する。すなわち、電力変換装置１の使用者によって操作部６（図１）が操作され、電力変換装置１の起動が指示されると、操作部６は、電力変換装置１の起動を指令する信号を出力する。

【0055】

その信号に応答して制御部５０は、信号φ５０を「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げる。信号φ５０が「Ｌ」レベルである場合にはスイッチＳ１～Ｓ３がオフし、信号φ５０が「Ｈ」レベルにされるとスイッチＳ１～Ｓ３がオンする。スイッチＳ１～Ｓ３がオンされると、商用交流電源８からスイッチＳ１～Ｓ３、変圧器２、限流抵抗器Ｒ１～Ｒ３、およびリアクトルＬ１～Ｌ３を介してアームＡ１～Ａ３に交流電力が供給され、コンデンサ１５の初期充電が開始される。

【0056】

図６は、コンデンサ１５の初期充電を説明するための回路ブロック図である。図６では、隣接する２個の単位変換器５が示されている。図６中の左側の単位変換器５はアームＡ１の初段の単位変換器５であり、図６中の右側の単位変換器５はアームＡ１の２段目の単位変換器５であるものとする。初期充電時には、スイッチＳ７が開放され、かつ、スイッチング素子１１～１４がオフされている。

【0057】

交流ラインＵＬ（図１）の交流電圧Ｖｕが交流ラインＶＬの交流電圧Ｖｖよりも高い場合には、図６中の矢印で示されるように、左側の単位変換器５の第１端子５ａからダイオードＤ１、コンデンサ１５、およびダイオードＤ４を介して第２端子５ｂに至る経路に電流Ｉｃが流れる。この電流Ｉｃによってコンデンサ１５が充電され、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣが上昇する。

【0058】

この電流Ｉｃは、左側の単位変換器５の第２端子５ｂから右側の単位変換器５の第１端子５ａに流入し、ダイオードＤ１、コンデンサ１５、およびダイオードＤ４を介して第２端子５ｂに流れる。この電流Ｉｃによって右側の単位変換器５のコンデンサ１５が充電され、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣが上昇する。

【0059】

逆に、交流ラインＵＬの交流電圧Ｖｕが交流ラインＶＬの交流電圧Ｖｖよりも低い場合には、右側の単位変換器５の第２端子５ｂからダイオードＤ２、コンデンサ１５、およびダイオードＤ３を介して第１端子５ａに至る経路に電流Ｉｃが流れる。この電流Ｉｃによってコンデンサ１５が充電され、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣが上昇する。

【0060】

この電流Ｉｃは、右側の単位変換器５の第１端子５ａから左側の単位変換器５の第２端子５ｂに流入し、ダイオードＤ２、コンデンサ１５、およびダイオードＤ３を介して第１端子５ａに至る経路に流れる。この電流Ｉｃによって左側の単位変換器５のコンデンサ１５が充電され、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣが上昇する。このようにして、アームＡ１～Ａ３の全ての単位変換器５のコンデンサ１５が充電される。

【0061】

アームＡ１～Ａ３の各々においてＮ個の単位変換器５は直列に接続されているので、各単位変換器５のコンデンサ１５の電圧ＶＤＣは、アームＡ１～Ａ３の各々に印加される電圧（相間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕ）のピーク値をアームＡ１～Ａ３の各々に含まれる単位変換器５の数Ｎで除算した値まで上昇する。

【0062】

再び図５を参照して、コンデンサ１５の初期充電が終了すると、制御部５０はスイッチＳ４～Ｓ６をオンさせる。これにより、限流抵抗器Ｒ１～Ｒ３（図１）の各々の端子間が短絡され、変圧器２の３つの二次巻線がそれぞれ交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬに直接接続される。

【0063】

また、電力変換装置１の使用者によって操作部６（図１）が操作され、電力変換装置１の停止が指示されると、操作部６は、電力変換装置１の停止を指令する信号を出力する。制御部５０は、その信号に応答してスイッチＳ１～Ｓ６をオフさせる。これにより、商用交流電源８からアームＡ１～Ａ３への電力供給が停止される。

【0064】

また、コンデンサ１５の初期充電が終了すると制御部５１は、変圧器３からの三相交流電圧Ｖｕ,Ｖｖ，Ｖｗ、変流器Ｃ１～Ｃ３によって検出される三相交流電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕ、３×Ｎ個の単位変換器５から通信回路４１を介して与えられる３×Ｎ個の直流電圧ＶＤＣを示す信号などに基づき、３×Ｎ組の制御信号ＧＣ，ＧＢを生成して通信回路４１に出力する。

【0065】

すなわち、制御部５１は、変流器Ｃ１～Ｃ３からの交流電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕに基づいて、交流ラインＵＬ，ＶＬ，ＷＬに流れる交流電流に応じたレベルの三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを求める。ただし、Ｉｕ＝Ｉｕｖ－Ｉｗｕ、Ｉｖ＝Ｉｖｗ－Ｉｕｖ、Ｉｗ＝Ｉｗｕ－Ｉｖｗである。

【0066】

制御部５１は、変圧器３からの三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗと上記三相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗとに基づいて無効電力Ｑを求め、無効電力指令値Ｑｒと無効電力Ｑとの偏差ΔＱ＝Ｑｒ－Ｑを求める。

【0067】

制御部５１は、変流器Ｃ１～Ｃ３からの交流電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕ、変圧器３からの三相交流電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗなどに基づいて、それぞれ３×Ｎ個の単位変換器５に対応する３×Ｎ個の電圧指令値ＶＤＣｒを生成する。

【0068】

制御部５１は、各電圧指令値ＶＤＣｒと、それに対応する直流電圧ＶＤＣとの偏差ΔＶＤＣを求める。制御部５１は、電圧偏差ΔＶＤＣの積分値が０になり、かつ無効電力偏差ΔＱの積分値が０になるように、三相交流電圧指令値Ｖｕｖｒ，Ｖｖｗｒ，Ｖｗｕｒを生成する。

【0069】

換言すると、制御部５１は、電圧偏差ΔＶＤＣの積分値が０になるように各単位変換器５の有効電流制御を行なうとともに、無効電力偏差ΔＱの積分値が０になるように各単位変換器５の無効電流制御を行なう。三相交流電圧指令値Ｖｕｖｒ，Ｖｖｗｒ，Ｖｗｕｒを基に、アームＡ１～Ａ３の各単位変換器５が運転され、直流電圧ＶＤＣが電圧指令値ＶＤＣｒにされるとともに、無効電力Ｑが無効電力指令値Ｑｒにされる。

【0070】

具体的には、制御部５１は、たとえばＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御に従って、電力変換装置１が三相交流電圧指令値Ｖｕｖｒ，Ｖｖｗｒ，Ｖｗｕｒに相当する電圧を出力するための、３×Ｎ組の制御信号ＧＣ，ＧＢを生成する。

【0071】

通信回路４１は、制御部５１によって生成される３×Ｎ組の制御信号ＧＣ，ＧＢをアームＡ１～Ａ３に含まれる３×Ｎ個の単位変換器５に送信する。各単位変換器５において、制御信号ＧＣ，ＧＢが通信回路３１によって受信されて駆動回路３２，３３に与えられる。駆動回路３２，３３は、制御信号ＧＣ，ＧＢに従って、スイッチング素子１１～１４をオンおよびオフさせる。これにより、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣが交流電圧に変換される。

【0072】

また、制御部５１は、３×Ｎ個の直流電圧ＶＤＣなどに基づいて、３×Ｎ個の単位変換器５のうちのいずれかの単位変換器５において、スイッチング素子の短絡故障等の異常を検知した場合には、この故障した単位変換器５に向けてスイッチＳ７のオン指令信号Ｓｏｎを出力する。このオン指令信号Ｓｏｎは、通信回路４１，３１を介して、故障した単位変換器５のスイッチ操作回路３４に与えられる。

【0073】

スイッチ操作回路３４は、オン指令信号Ｓｏｎに応答して励磁コイル１８に電流を供給し、スイッチＳ７をオンさせる。これにより、故障した単位変換器５の第１端子５ａおよび第２端子５ｂ間が短絡される。また、故障した単位変換器５を特定する情報は、たとえば操作部６の画像表示部に表示される。

【0074】

また、電力変換装置１の使用者によって操作部６（図１）が操作され、電力変換装置１の停止が指示されると、操作部６は、電力変換装置１の停止を指令する信号を出力する。その信号に応答して制御部５１の運転が停止され、全単位変換器５のスイッチング素子１１～１４がオフ状態にされる。

【0075】

電力変換装置１の運転時間が所定時間（たとえば１年）に到達すると、運転が停止され、検査、メンテナンスが行なわれた後に、電力変換装置１が再起動される。すなわち、電力変換装置１では、所定時間間隔で起動と停止が繰り返される。検査部５２は、制御部５０の出力信号φ５０と、対応する単位変換器５からの信号ＥＮとに基づき、電力変換装置１が起動される度に、対応するコンデンサ１５を検査し、そのコンデンサ１５を新品と交換する必要があるか否かを判定する。

【0076】

図７は、検査部５２の構成を示すブロック図である。図７において、検査部５２は、計時部６１、判定部６２、記憶部６３、および推定部６４を含む。計時部６１は、制御部５０の出力信号φ５０が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられたことに応じて時間の測定を開始し、対応する単位変換器５からの信号ＥＮが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられたことに応じて時間の測定を停止し、測定した時間Ｔｃを示す信号ＤＴｃを出力する。

【0077】

換言すると、計時部６１は、スイッチＳ１～Ｓ３がオンされてコンデンサ１５の充電が開始されてから、通信回路３１，４１間の通信が確立するまでの時間Ｔｃを計測し、計測した時間Ｔｃを示す信号ＤＴｃを出力する。

【0078】

図８は、計時部６１の動作を説明するためのタイムチャートである。図８において、（Ａ）は制御部５０の出力信号φ５０の波形を示し、（Ｂ）はスイッチＳ１～Ｓ３の導通状態を示し、（Ｃ）は電源２０の直流入力電圧Ｖｉｎ（図３）の波形を示し、（Ｄ）は通信回路３１の出力信号ＥＮの波形を示している。

【0079】

電力変換装置１の停止時（時刻ｔ０）には、信号φ５０は「Ｌ」レベルにされ、スイッチＳ１～Ｓ３はオフされ、直流電圧Ｖｉｎは０Ｖにされ、信号ＥＮは「Ｌ」レベルにされている。

【0080】

ある時刻ｔ１において電力変換装置１の起動が指令されると、信号φ５０が「Ｈ」レベルに立ち上げられてスイッチＳ１～Ｓ３がオンされる。これにより、コンデンサ１５の充電が開始され、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣが上昇し、電源２０の直流入力電圧Ｖｉｎが上昇する。

【0081】

電源２０の直流入力電圧Ｖｉｎが上昇して第１しきい値電圧Ｖｔ１を超えると、第５電源部２６（図３）から通信回路３１に電源電圧ＶＣ５が供給され、通信回路３１は信号ＥＮを「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げる。計時部６１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔｃを計測し、計測した時間Ｔｃを示す信号ＤＴｃを出力する。

【0082】

図９は、図８に示した直流電圧Ｖｉｎの波形の経年変化を示すタイムチャートである。図９において、曲線Ａ１はコンデンサ１５の劣化レベルが小さい場合の波形を示し、曲線Ａ２はコンデンサ１５の劣化レベルが中程度の場合の波形を示し、曲線Ａ３はコンデンサ１５の劣化レベルが大きい場合の波形を示している。

【0083】

コンデンサ１５の劣化レベルが増大するに従ってコンデンサ１５の容量値が減少し、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣの立ち上りが速くなり、直流電圧Ｖｉｎの立ち上がりが速くなる。このため、コンデンサ１５の劣化レベルが増大するに従って、直流電圧Ｖｉｎが第１しきい値電圧Ｖｔ１を超えるまでの時間Ｔｃが短くなる。

【0084】

図９では、曲線Ａ１，Ａ２，Ａ３から計測される時間Ｔｃ１，Ｔｃ２，Ｔｃ３が順次短縮している状態が示されている（Ｔｃ１＞Ｔｃ２＞Ｔｃ３）。したがって、この時間Ｔｃからコンデンサ１５の劣化レベルを判定することができる。

【0085】

再び図７を参照して、判定部６２は、信号ＤＴｃによって示される時間Ｔｃと判定時間ＴｃＬとの長短を比較し、比較結果を示す信号φ６２を出力する。時間Ｔｃが判定時間ＴｃＬよりも長い場合には、信号φ６２は「Ｌ」レベルにされる。時間Ｔｃが判定時間ＴｃＬよりも短い場合には、信号φ６２は「Ｈ」レベルにされる。判定時間ＴｃＬは、予め実験により求められている。

【0086】

「Ｌ」レベルの信号φ６２は、対応するコンデンサ１５の劣化レベルが小さく、対応するコンデンサ１５を新品と交換する必要がないことを示している。「Ｈ」レベルの信号φ５３は、対応するコンデンサ１５の劣化レベルが大きく、対応するコンデンサ１５を新品と交換する必要があることを示している。

【0087】

電力変換装置１が新品の場合には、コンデンサ１５も新品であるので、１回目の判定結果を示す信号φ６２は「Ｌ」レベルにされるはずである。信号φ６２が「Ｈ」レベルにされるのは、２回目の判定からである。信号φ６２は、推定部６４および画像表示部５３に与えられる。

【0088】

記憶部６３は、計時部６１から信号ＤＴｃが出力される度に、その信号ＤＴｃを記憶する。電力変換装置１の起動および停止が複数回行なわれた場合には、計時部６１から複数の信号ＤＴｃが順次出力され、記憶部６３には複数の信号ＤＴｃが順次記憶される。

【0089】

推定部６４は、判定部６２の出力信号φ６２が「Ｌ」レベルである場合、すなわち対応するコンデンサ１５は新品と交換する必要がないと判定された場合に、記憶部６３に記憶された複数の信号ＤＴｃに基づいてコンデンサ１５の交換時期を推定し、推定結果を示す信号を出力する。

【0090】

図１０は、推定部６４の動作を説明するための図である。電力変換装置１の起動および停止がｍ回行なわれてコンデンサ１５の検査がｍ回行なわれ、ｍ個の信号ＤＴｃ１～ＤＴｃｍが記憶部５４に記憶されているものとする。ｍは、２以上の整数である。図１０では、ｍ＝３の場合が示されている。

【0091】

推定部６４は、記憶部６３からｍ個の信号ＤＴｃ１～ＤＴｃｍを読み出し、読み出した信号ＤＴｃ１～ＤＴｃｍを時間Ｔｃ１～Ｔｃｍに変換する。次に推定部６４は、横軸が検査回数を示し、縦軸が時間Ｔｃを示す図１０に時間Ｔｃ１～Ｔｃｍを書き込む。

【0092】

次いで推定部６４は、時間Ｔｃ１～Ｔｃｍを通る近似曲線Ｂ１を描き、その曲線Ｂ１が判定時間ＴｃＬよりも低下する検査回数Ｘを求める。推定部６４は、Ｘ回目の検査の前の停止時、すなわち（Ｘ－１）回目の停止時が、コンデンサ１５を新品と交換すべき時期である、と推定する。図１０では、Ｘ＝５の場合が示されている。推定部６４は、推定結果を示す信号φ６４を画像表示部５３に出力する。

【0093】

画像表示部５３は、判定部６２の出力信号φ６２によって示される判定結果と、推定部６４の出力信号φ６４によって示される推定結果とを表示する。画像表示部５３は、３×Ｎ個のコンデンサ１５の各々について判定結果および推定結果を表示する。

【0094】

なお、新品と交換すべきと判定されたコンデンサ１５を特定する情報や、次の停止時に交換すべきと推定されたコンデンサ１５を特定する情報を画像表示部５３に表示させてもよい。また、画像表示部５３が操作部６（図１）に含まれていても構わない。

【0095】

図１１は、図４～図１０に示した制御回路４２の動作を示すフローチャートである。操作部６によって電力変換装置１の起動が指令された場合には、ステップＳＴ１において、制御部５０によって信号φ５０が「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられる。信号φ５０が「Ｈ」レベルにされると、スイッチＳ１～Ｓ３がオンされてコンデンサ１５の充電が開始されるとともに、ステップＳＴ２において、計時部６１によって時間Ｔｃ（図８）の測定が開始される。

【0096】

ステップＳＴ３において、計時部６１は、対応する単位変換器５からの信号ＥＮが「Ｈ」レベルにされるまで待機する。「Ｈ」レベルの信号ＥＮは、単位変換器５の通信回路３１（図２）と制御装置７の通信回路４１（図４）との通信が確立したことを示す。

【0097】

信号ＥＮが「Ｈ」レベルにされた場合には、ステップＳＴ４において計時部６１は時間Ｔｃの測定を終了し、測定した時間Ｔｃを示す信号ＤＴｃを出力する。ステップＳＴ５において、記憶部６３によって信号ＤＴｃが記憶される。

【0098】

ステップＳＴ６において、判定部６２によって時間Ｔｃが判定時間ＴｃＬよりも短いか否かが判定される。Ｔｃ＜ＴｃＬである場合には、ステップＳＴ７において信号φ６２が「Ｈ」レベルにされる。「Ｈ」レベルの信号φ６２は、対応するコンデンサ１５を新品と交換する必要があることを示す。

【0099】

Ｔｃ＞ＴｃＬである場合には、ステップＳＴ８において信号φ６２が「Ｌ」レベルにされる。「Ｌ」レベルの信号φ６２は、対応するコンデンサ１５を新品と交換する必要がないことを示す。

【0100】

ステップＳＴ９において、記憶部６３に記憶された複数の信号ＤＴｃに基づいて、推定部６４によって対応するコンデンサ１５を新品と交換すべき時期が推定される。ステップＳＴ１０において、判定部６２の判定結果と推定部６４の推定結果とが画像表示部５３によって表示される。

【0101】

電力変換装置１の使用者は、画像表示部５３の表示結果に基づいてコンデンサ１５を交換するか否かを判断する。すなわち使用者は、コンデンサ１５を新品と交換すべきと判定された場合には、次回の停止時にコンデンサ１５を新品と交換する。判定結果が表示されたときには既に電力変換装置１を起動させているので、コンデンサ１５を直ぐには交換せずに次回の停止時に交換する。また、使用者は、コンデンサ１５を新品と交換すべき時期が推定された場合には、その時期に必要となる新品のコンデンサ１５を用意する。

【0102】

以上のように、本実施の形態１では、コンデンサ１５の充電が開始されてから通信回路３１，４１間の通信が確立するまでの時間Ｔｃを測定し、測定した時間Ｔｃが判定時間ＴｃＬよりも短い場合に、コンデンサ１５を新品と交換する必要があると判定する。したがって、３×Ｎ個の単位変換器５に含まれる３×Ｎ個のコンデンサ１５の各々を新品と交換する必要があるか否かを容易かつ迅速に判定することができる。

【0103】

また、コンデンサ１５を新品と交換する必要がないと判定した場合でも、コンデンサ１５を新品と交換すべき時期を推定する。したがって、推定された時期に新品のコンデンサ１５を用意することができ、新品のコンデンサ１５が不足することを未然に防止することができる。

【0104】

図１２は、実施の形態１の変更例を示す回路ブロック図であって、図２と対比される図である。図１２を参照して、この変更例が実施の形態１と異なる点は、各単位変換器５において主回路１０および制御回路３０がそれぞれ主回路１０Ａおよび制御回路３０Ａで置換されている点である。

【0105】

主回路１０Ａは、主回路１０からスイッチング素子１２，１４およびダイオードＤ２，Ｄ４を除去し、第２端子５ｂを直流ラインＮＬに接続したものである。主回路１０Ａは、コンデンサを備えたハーフブリッジ回路により構成される。制御回路３０Ａは、制御回路３０からスイッチング素子１２，１４用の駆動回路３３を除去したものである。

【0106】

主回路１０Ａは、スイッチング素子１１，１３のオンおよびオフによりコンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣに応じた振幅の電圧パルスを第１端子５ａおよび第２端子５ｂ間に出力することにより、直流電力を交流電力に変換する。第１端子５ａおよび第２端子５ｂ間のセル電圧Ｖｃｅｌｌは、スイッチング素子１１，１３の各々のオンおよびオフによって制御される。

【0107】

具体的には、スイッチング素子１１がオンであり、スイッチング素子１３がオフである場合、セル電圧Ｖｃｅｌｌはコンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣと等しい。スイッチング素子１１がオフであり、スイッチング素子１３がオンである場合、セル電圧Ｖｃｅｌｌは０Ｖである。

【0108】

アームＡ１～Ａ３の各々の全体の電圧は、該アームＡ１～Ａ３の各々に含まれるＮ個の単位変換器５のセル電圧Ｖｃｅｌｌの和となる。したがって、各単位変換器５のスイッチング素子１１，１３の各々のオンおよびオフを制御することにより、アームＡ１～Ａ３の各々の全体の電圧を制御することができる。

【0109】

また、コンデンサ１５の初期充電時には、スイッチＳ７が開放され、かつ、スイッチング素子１１，１３がオフされている。図１２の単位変換器５はアームＡ１の初段の単位変換器５であるものとする。

【0110】

交流ラインＵＬ（図１）の交流電圧Ｖｕが交流ラインＶＬの交流電圧Ｖｖよりも高い場合には、第１端子５ａからダイオードＤ１およびコンデンサ１５を介して第２端子５ｂに至る経路に電流が流れる。この電流によってコンデンサ１５が充電され、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣが上昇する。

【0111】

逆に、交流ラインＵＬの交流電圧Ｖｕが交流ラインＶＬの交流電圧Ｖｖよりも低い場合には、第２端子５ｂからダイオードＤ３を介して第１端子５ａに至る経路に電流が流れ、コンデンサ１５は充電されず、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣは変化しない。このようにして、アームＡ１～Ａ３の全ての単位変換器５のコンデンサ１５が充電される。

【0112】

アームＡ１～Ａ３の各々においてＮ個の単位変換器５は直列に接続されているので、各単位変換器５のコンデンサ１５の電圧ＶＤＣは、アームＡ１～Ａ３の各々に印加される電圧（相間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕ）のピーク値をアームＡ１～Ａ３の各々に含まれる単位変換器５の数Ｎで除算した値まで上昇する。

【0113】

他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。この変更例でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。

【0114】

［実施の形態２］
実施の形態１では、電力変換装置１の起動時におけるコンデンサ１５の充電時間に基づいてコンデンサ１５を新品と交換するか否かを判定した。これに対して実施の形態２では、電力変換装置１の停止時におけるコンデンサ１５の放電時間に基づいてコンデンサ１５を新品と交換するか否かを判定する。

【0115】

図１３は、本開示の実施の形態２に従う電力変換装置の要部を示すブロック図であって、図７と対比される図である。図１３を参照して、この電力変換装置が実施の形態１の電力変換装置１と異なる点は、各検査部５２が検査部７０で置換されている点である。

【0116】

検査部７０は、計時部７１、判定部７２、記憶部７３、および推定部７４を含む。計時部７１は、制御部５０の出力信号φ５０が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられたことに応じて時間Ｔｄの測定を開始し、対応する単位変換器５からの信号ＥＮが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち上げられたことに応じて時間Ｔｄの測定を停止し、測定した時間Ｔｄを示す信号ＤＴｄを出力する。

【0117】

換言すると、計時部７１は、スイッチＳ１～Ｓ３がオフされてコンデンサ１５の放電が開始されてから、通信回路３１，４１間の通信が遮断されるまでの時間Ｔｄを計測し、計測した時間Ｔｄを示す信号ＤＴｄを出力する。

【0118】

図１４は、計時部７１の動作を説明するためのタイムチャートである。図１４において、（Ａ）は制御部５０の出力信号φ５０の波形を示し、（Ｂ）はスイッチＳ１～Ｓ３の導通状態を示し、（Ｃ）は電源２０の直流入力電圧Ｖｉｎ（図３）の波形を示し、（Ｄ）は通信回路３１の出力信号ＥＮの波形を示している。

【0119】

電力変換装置の運転時（時刻ｔ０）には、信号φ５０は「Ｈ」レベルにされ、スイッチＳ１～Ｓ３はオンされ、直流電圧Ｖｉｎは所定電圧にされ、信号ＥＮは「Ｈ」レベルにされている。

【0120】

ある時刻ｔ１において電力変換装置の停止が指令されると、信号φ５０が「Ｌ」レベルに立ち下げられてスイッチＳ１～Ｓ３がオフされる。これにより、コンデンサ１５の放電が開始され、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣが下降し、電源２０の直流入力電圧Ｖｉｎが下降する。コンデンサ１５の直流電力は、電源２０および制御回路３０（図２）によって消費される。

【0121】

電源２０の直流入力電圧Ｖｉｎが下降して第２しきい値電圧Ｖｔ２よりも低くなると、第５電源部２６（図３）から通信回路３１への電源電圧ＶＣ５の供給が停止され、通信回路３１の出力信号ＥＮは「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられる。計時部７１は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間Ｔｄを計測し、計測した時間Ｔｄを示す信号ＤＴｄを出力する。

【0122】

図１５は、図１４に示した直流電圧Ｖｉｎの波形の経年変化を示すタイムチャートである。図１５において、曲線Ａ１１はコンデンサ１５の劣化レベルが小さい場合の波形を示し、曲線Ａ１２はコンデンサ１５の劣化レベルが中程度の場合の波形を示し、曲線Ａ１３はコンデンサ１５の劣化レベルが大きい場合の波形を示している。

【0123】

コンデンサ１５の劣化レベルが増大するに従ってコンデンサ１５の容量値が減少し、コンデンサ１５の端子間電圧ＶＤＣの立ち下がりが速くなり、直流電圧Ｖｉｎの立ち下がりが速くなる。このため、コンデンサ１５の劣化レベルが増大するに従って、直流電圧Ｖｉｎが第２しきい値電圧Ｖｔ２よりも低くなる時間Ｔｄが短くなる。

【0124】

図１５では、曲線Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３から計測される時間Ｔｄ１，Ｔｄ２，Ｔｄ３が順次短縮している状態が示されている（Ｔｄ１＞Ｔｄ２＞Ｔｄ３）。したがって、この時間Ｔｄからコンデンサ１５の劣化レベルを判定することができる。

【0125】

判定部７２は、信号ＤＴｄによって示される時間Ｔｄと判定時間ＴｄＬとの長短を比較し、比較結果を示す信号φ７２を出力する。時間Ｔｄが判定時間ＴｄＬよりも長い場合には、信号φ７２は「Ｌ」レベルにされる。時間Ｔｄが判定時間ＴｄＬよりも短い場合には、信号φ７２は「Ｈ」レベルにされる。判定時間ＴｄＬは、予め実験により求められている。

【0126】

「Ｌ」レベルの信号φ７２は、対応するコンデンサ１５の劣化レベルが小さく、対応するコンデンサ１５を新品と交換する必要がないことを示している。「Ｈ」レベルの信号φ７２は、対応するコンデンサ１５の劣化レベルが大きく、対応するコンデンサ１５を新品と交換する必要があることを示している。信号φ７２は、推定部７４および画像表示部５３に与えられる。

【0127】

記憶部７３は、計時部７１から信号ＤＴｄが出力される度に、その信号ＤＴｄを記憶する。電力変換装置１の起動および停止が複数回行なわれた場合には、計時部７１から複数の信号ＤＴｄが順次出力され、記憶部７３には複数の信号ＤＴｄが順次記憶される。

【0128】

推定部７４は、判定部７２の出力信号φ７２が「Ｌ」レベルである場合、すなわち対応するコンデンサ１５は新品と交換する必要がないと判定された場合に、記憶部７３に記憶された複数の信号ＤＴｄに基づいてコンデンサ１５の交換時期を推定し、推定結果を示す信号φ７４を出力する。

【0129】

図１６は、推定部７４の動作を説明するための図である。電力変換装置の起動および停止がｍ回行なわれてコンデンサ１５の検査がｍ回行なわれ、ｍ個の信号ＤＴｄ１～ＤＴｄｍが記憶部７３に記憶されているものとする。ｍは、２以上の整数である。図１６では、ｍ＝３の場合が示されている。

【0130】

推定部７４は、記憶部７３からｍ個の信号ＤＴｄ１～ＤＴｄｍを読み出し、読み出した信号ＤＴｄ１～ＤＴｄｍを時間Ｔｄ１～Ｔｄｍに変換する。次に推定部７４は、横軸が検査回数を示し、縦軸が時間Ｔｄを示す図１６に時間Ｔｄ１～Ｔｄｍを書き込む。

【0131】

次いで推定部７４は、時間Ｔｄ１～Ｔｄｍを通る近似曲線Ｂ１１を描き、その曲線Ｂ１１が判定時間ＴｄＬよりも低下する検査回数Ｙを求める。推定部７４は、Ｙ回目の検査時が、コンデンサ１５を新品と交換すべき時期である、と推定する。図１６では、Ｙ＝５の場合が示されている。推定部７４は、推定結果を示す信号φ７４を画像表示部５３に出力する。

【0132】

画像表示部５３は、判定部７２の出力信号φ７２によって示される判定結果と、推定部７４の出力信号φ７４によって示される推定結果とを表示する。画像表示部５３は、３×Ｎ個のコンデンサ１５の各々について判定結果および推定結果を表示する。

【0133】

なお、新品と交換すべきと判定されたコンデンサ１５を特定する情報や、次の停止時に交換すべきと推定されたコンデンサ１５を特定する情報を画像表示部５３に表示させてもよい。また、画像表示部５３が操作部６に含まれていても構わない。

【0134】

図１７は、図１３に示した検査部７０を含む制御回路４２の動作を示すフローチャートである。操作部６によって電力変換装置の停止が指令された場合には、ステップＳＴ１１において、制御部５０によって信号φ５０が「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられる。信号φ５０が「Ｌ」レベルにされると、スイッチＳ１～Ｓ３がオフされてコンデンサ１５の放電が開始されるとともに、ステップＳＴ１２において、計時部７１によって時間Ｔｄ（図１４）の測定が開始される。

【0135】

ステップＳＴ１３において、計時部７１は、対応する単位変換器５からの信号ＥＮが「Ｌ」レベルにされるまで待機する。「Ｌ」レベルの信号ＥＮは、単位変換器５の通信回路３１（図２）と制御装置７の通信回路４１（図４）との間の通信が遮断されたことを示す。

【0136】

信号ＥＮが「Ｌ」レベルにされた場合には、ステップＳＴ１４において計時部７１は時間Ｔｄの測定を終了し、測定した時間Ｔｄを示す信号ＤＴｄを出力する。ステップＳＴ１５において、記憶部７３によって信号ＤＴｄが記憶される。

【0137】

ステップＳＴ１６において、判定部７２によって時間Ｔｄが判定時間ＴｄＬよりも短いか否かが判定される。Ｔｄ＜ＴｄＬである場合には、ステップＳＴ１７において信号φ７２が「Ｈ」レベルにされる。「Ｈ」レベルの信号φ７２は、対応するコンデンサ１５を新品と交換する必要があることを示す。

【0138】

Ｔｄ＞ＴｄＬである場合には、ステップＳＴ１８において信号φ７２が「Ｌ」レベルにされる。「Ｌ」レベルの信号φ７２は、対応するコンデンサ１５を新品と交換する必要がないことを示す。

【0139】

ステップＳＴ１９において、記憶部７３に記憶された複数の信号ＤＴｄに基づいて、推定部７４によって対応するコンデンサ１５を新品と交換すべき時期が推定される。ステップＳＴ２０において、判定部７２の判定結果と推定部７４の推定結果とが画像表示部５３によって表示される。

【0140】

電力変換装置の使用者は、画像表示部５３の表示結果に基づいてコンデンサ１５を交換するか否かを判断する。すなわち使用者は、コンデンサ１５を新品と交換すべきと判定された場合には、コンデンサ１５を新品と交換する。また、使用者は、コンデンサ１５を新品と交換すべき時期が推定された場合には、その時期に必要となる新品のコンデンサ１５を用意する。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

【0141】

以上のように、本実施の形態２では、コンデンサ１５の放電が開始されてから通信回路３１，４１間の通信が遮断されるまでの時間Ｔｄを測定し、測定した時間Ｔｄが判定時間ＴｄＬよりも短い場合に、コンデンサ１５を新品と交換する必要があると判定する。したがって、３×Ｎ個の単位変換器５に含まれる３×Ｎ個のコンデンサ１５の各々を新品と交換する必要があるか否かを容易かつ迅速に判定することができる。

【0142】

また、コンデンサ１５を新品と交換する必要がないと判定した場合でも、コンデンサ１５を新品と交換すべき時期を推定する。したがって、推定された時期に新品のコンデンサ１５を用意することができ、新品のコンデンサ１５が不足することを未然に防止することができる。

【0143】

なお、実施の形態１，２を適宜、組み合わせてもよいことは言うまでもない。たとえば、制御装置７内に検査部５２，７０の両方を設け、検査部５２，７０がともにコンデンサ１５を新品と交換する必要があると判定した場合のみ、コンデンサ１５を新品と交換するようにしても構わない。

【0144】

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はないと考えられるべきである。本開示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。

【符号の説明】

【0145】

１ 電力変換装置、Ｓ１～Ｓ６ スイッチ、２，３ 変圧器、Ｒ１～Ｒ３ 限流抵抗器、ＵＬ，ＶＬ，ＷＬ 交流ライン、Ｃ１～Ｃ３ 変流器、Ｌ１～Ｌ３ リアクトル、Ａ１～Ａ３ アーム、５ 単位変換器、６ 操作部、７ 制御装置、８ 商用交流電源、９ｕ，９ｖ，９ｗ 送電線、１０，１０Ａ 主回路、１１～１４ スイッチング素子、ＰＬ，ＮＬ 直流ライン、１５ コンデンサ、１８ 励磁コイル、Ｒ４ 抵抗素子、２０，４０ 電源、２１ 入力電圧監視回路、２２～２６ 電源部、２７，５０，５１ 制御部、３０，３０Ａ，４２ 制御回路、３１，４１ 通信回路、３２，３３ 駆動回路、３４ スイッチ操作回路、３５ 電圧センサ、５２，７０ 検査部、５３ 画像表示部、６１，７１ 計時部、６２，７２ 判定部、６３，７３ 記憶部、６４，７４ 推定部。

【要約】

この電力変換装置（１）は、直列接続された複数の単位変換器（５）を含み、交流電源（８）に接続されるアーム（Ａ１～Ａ３）と、アームを制御する制御装置（７）とを備える。各単位変換器はコンデンサ（１５）を含む。制御装置は、各単位変換器に対応して設けられ、対応するコンデンサを検査する検査部（５２）を含む。検査部は、対応するコンデンサの充電が開始されてから第１および第２の通信回路（３１，４１）間の通信が確立するまでの時間（Ｔｃ）を測定し、測定した時間が判定時間（ＴｃＬ）よりも短い場合に、コンデンサを新品と交換する必要があると判定する。したがって、複数のコンデンサの各々を新品と交換する必要があるか否かを容易かつ迅速に判定できる。

【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】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】