特許 7599802 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】2024-12-06

(45)【発行日】2024-12-16

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20241209BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 M

H02M7/48 R

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2021132200

(22)【出願日】2021-08-16

(65)【公開番号】P2023026819

(43)【公開日】2023-03-01

【審査請求日】2023-08-18

(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】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】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】山川 智之

(72)【発明者】

【氏名】柏木 航平

【審査官】清水 康

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－３２０８９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１８２２５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０９２３０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開昭６３－０７９０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－１１７０６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１８４４９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－０３２７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－１４１８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／２０３５１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１８－１５２９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０１４１６３７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４２ － ７／９８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

直列に接続された複数の変換器を有し、複数の前記変換器の動作により、電力の変換を行う主回路部と、
前記主回路部の動作を制御する制御装置と、
複数の前記変換器のそれぞれに設けられ、複数の前記変換器の異常の検出を行い、前記異常の検出に応じて保護動作を行うことにより、複数の前記変換器の保護を行う複数の保護回路と、
を備え、
複数の前記変換器のそれぞれは、
一対の接続端子と、
複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、
を有し、前記一対の接続端子を介して直列に接続されるとともに、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記電荷蓄積素子の電圧を前記一対の接続端子間に出力する出力状態と、前記一対の接続端子間を導通させたバイパス状態と、前記複数のスイッチング素子をオフ状態とした停止状態と、を切り替え可能であり、
前記制御装置は、前記保護回路が前記変換器の異常を検出するように前記変換器を動作させる前記変換器の異常模擬運用を行うことにより、前記保護回路の動作を確認することができ、
前記制御装置は、電力の変換を行う前記主回路部の通常の運用中に、直列に接続された複数の前記変換器のうちの所定数の前記変換器について前記異常模擬運用を行い、前記異常模擬運用を行う所定数の前記変換器を順次変更することにより、複数の前記変換器のそれぞれの前記保護回路の動作を確認する電力変換装置。

【請求項2】

前記保護回路は、前記電荷蓄積素子の直流電圧が上限値以上になった際に、前記変換器を前記バイパス状態に切り替えることを前記保護動作として行い、
前記制御装置は、前記電荷蓄積素子の電圧が上昇する前記変換器の運用を前記異常模擬運用として行うことにより、前記保護回路の動作を確認する請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記保護回路は、直列に接続された複数の前記変換器に流れる過電流を異常として検出し、
前記制御装置は、直列に接続された複数の前記変換器に模擬的に過電流を流す運用を前記異常模擬運用として行うことにより、前記保護回路の動作を確認する請求項１記載の電力変換装置。

【請求項4】

複数の前記変換器のそれぞれは、前記複数のスイッチング素子を動作させるための基板を有し、
前記保護回路は、前記基板の異常を検出し、
前記制御装置は、前記保護回路に対して前記基板の異常を検出する信号を意図的に入力する運用を前記異常模擬運用として行うことにより、前記保護回路の動作を確認する請求項１記載の電力変換装置。

【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】

変換器の異常を検知し、変換器の保護を行う保護回路を備えた電力変換装置がある。保護回路は、変換器の通常運用中は動作しない。このため、保護回路においては、装置停止時などに動作の健全性を点検することが行われている。保護回路の点検には、回路処置や外部機器の接続など、点検員による作業が必要な場合が多く、点検時間やコストの増加を引き起こしてしまう可能性がある。このため、電力変換装置においては、より簡単に保護回路の点検を行えるようにすることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－３６８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明の実施形態は、より簡単に保護回路の点検を行うことができる電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の実施形態によれば、直列に接続された複数の変換器を有し、複数の前記変換器の動作により、電力の変換を行う主回路部と、前記主回路部の動作を制御する制御装置と、複数の前記変換器のそれぞれに設けられ、複数の前記変換器の異常の検出を行い、前記異常の検出に応じて保護動作を行うことにより、複数の前記変換器の保護を行う複数の保護回路と、を備え、複数の前記変換器のそれぞれは、一対の接続端子と、複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、を有し、前記一対の接続端子を介して直列に接続されるとともに、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記電荷蓄積素子の電圧を前記一対の接続端子間に出力する出力状態と、前記一対の接続端子間を導通させたバイパス状態と、前記複数のスイッチング素子をオフ状態とした停止状態と、を切り替え可能であり、前記制御装置は、前記保護回路が前記変換器の異常を検出するように前記変換器を動作させる前記変換器の異常模擬運用を行うことにより、前記保護回路の動作を確認することができ、前記制御装置は、電力の変換を行う前記主回路部の通常の運用中に、直列に接続された複数の前記変換器のうちの所定数の前記変換器について前記異常模擬運用を行い、前記異常模擬運用を行う所定数の前記変換器を順次変更することにより、複数の前記変換器のそれぞれの前記保護回路の動作を確認する電力変換装置が提供される。

【発明の効果】

【0006】

より簡単に保護回路の点検を行うことができる電力変換装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【図2】変換器を模式的に表すブロック図である。

【図3】変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。

【図4】第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【図5】異常模擬運用の一例を模式的に表す説明図である。

【0008】

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
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は適宜省略する。

【0009】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力変換装置１０は、主回路部１２と、制御装置１４と、を備える。電力変換装置１０は、例えば、直流送電システムに用いられる。電力変換装置１０は、直流送電システムにおいて、交流電力系統２及び一対の直流送電線３、４に接続される。

【0010】

直流送電システムは、例えば、変圧器６を有する。電力変換装置１０の主回路部１２は、変圧器６を介して交流電力系統２に接続される。交流電力系統２の交流電力は、三相交流電力である。より詳しくは、対称三相交流電力である。変圧器６は、交流電力系統２の三相交流電力を主回路部１２に対応した交流電力に変換する。変圧器６は、主回路部１２に合わせて三相交流電力の各相の実効値を変化させる。変圧器６は、三相変圧器である。変圧器６は、必要に応じて設けられ、省略可能である。主回路部１２には、交流電力系統２の三相交流電力を直接供給してもよい。

【0011】

電力変換装置１０は、交流電力系統２から供給された三相交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を直流送電線３、４に供給する。また、電力変換装置１０は、直流送電線３、４から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、変換後の三相交流電力を交流電力系統２に供給する。このように、電力変換装置１０は、交流から直流への交直変換、及び、直流から交流への交直変換を行う。

【0012】

例えば、直流送電線３は、直流電力の高圧側の送電線であり、直流送電線４は、直流電力の低圧側の送電線である。電力変換装置１０は、直流送電線３側が高圧、直流送電線４側が低圧となるように、変換後の直流電力を直流送電線３、４に出力する。

【0013】

主回路部１２は、交流電力系統２と各直流送電線３、４との間に設けられる。主回路部１２は、三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を行う。主回路部１２は、例えば、直列に接続された複数の変換器を有するマルチレベル電力変換器である。主回路部１２は、例えば、ＭＭＣ（Modular Multilevel Converter）型の電力変換器である。ＭＭＣ型の主回路部１２は、直列に接続された複数の変換器を有する。各変換器は、ハーフブリッジ接続又はフルブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列に接続された電荷蓄積素子と、を有する。主回路部１２は、複数の変換器の動作により、電力の変換を行う。主回路部１２は、例えば、複数の変換器の各スイッチング素子のスイッチングにより、交直変換を行う。

【0014】

制御装置１４は、主回路部１２に接続されている。制御装置１４は、各スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、主回路部１２による三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を制御する。

【0015】

主回路部１２は、第１及び第２の一対の直流端子２０ａ、２０ｂと、第１～第３の３つの交流端子２１ａ～２１ｃと、第１～第６の６つのアーム部２２ａ～２２ｆと、を有する。

【0016】

第１直流端子２０ａは、高圧側の直流送電線３に接続される。第２直流端子２０ｂは、低圧側の直流送電線４に接続される。これにより、主回路部１２によって変換された直流電力が直流送電線３、４に供給されるとともに、直流送電線３、４から供給された直流電力が主回路部１２に入力される。

【0017】

第１アーム部２２ａは、第１直流端子２０ａに接続される。第２アーム部２２ｂは、第１アーム部２２ａと第２直流端子２０ｂとの間に接続される。第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂは、各直流端子２０ａ、２０ｂの間に直列に接続される。

【0018】

第３アーム部２２ｃは、第１直流端子２０ａに接続される。第４アーム部２２ｄは、第３アーム部２２ｃと第２直流端子２０ｂとの間に接続される。第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄは、第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂに対して並列に接続される。

【0019】

第５アーム部２２ｅは、第１直流端子２０ａに接続される。第６アーム部２２ｆは、第５アーム部２２ｅと第２直流端子２０ｂとの間に接続される。すなわち、第５アーム部２２ｅ及び第６アーム部２２ｆは、第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂに対して並列に接続されるとともに、第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄに対して並列に接続される。

【0020】

主回路部１２では、第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂによって第１レグＬＧ１が構成され、第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄによって第２レグＬＧ２が構成され、第５アーム部２２ｅ及び第６アーム部２２ｆによって第３レグＬＧ３が構成される。すなわち、この例において、主回路部１２は、３レグ、６アームの三相インバータである。第１アーム部２２ａ、第３アーム部２２ｃ及び第５アーム部２２ｅは、上側アームである。第２アーム部２２ｂ、第４アーム部２２ｄ及び第６アーム部２２ｆは、下側アームである。このように、主回路部１２は、複数のスイッチング素子によって構成される複数のアーム部及び複数のレグを有する。主回路部１２は、例えば、２レグ、４アームの単相インバータなどでもよい。アーム部及びレグの数は、上記に限ることなく、任意の数でよい。

【0021】

第１アーム部２２ａは、直列に接続された複数の変換器ＵＰ１、ＵＰ２…ＵＰＭ_１を有する。第２アーム部２２ｂは、直列に接続された複数の変換器ＵＮ１、ＵＮ２…ＵＮＭ_２を有する。第３アーム部２２ｃは、直列に接続された複数の変換器ＶＰ１、ＶＰ２…ＶＰＭ_３を有する。第４アーム部２２ｄは、直列に接続された複数の変換器ＶＮ１、ＶＮ２…ＶＮＭ_４を有する。第５アーム部２２ｅは、直列に接続された複数の変換器ＷＰ１、ＷＰ２…ＷＰＭ_５を有する。第６アーム部２２ｆは、直列に接続された複数の変換器ＷＮ１、ＷＮ２…ＷＮＭ_６を有する。

【0022】

但し、以下では、各変換器ＵＰ１、ＵＰ２…ＵＰＭ_１、ＵＮ１、ＵＮ２…ＵＮＭ_２、ＶＰ１、ＶＰ２…ＶＰＭ_３、ＶＮ１、ＶＮ２…ＶＮＭ_４、ＷＰ１、ＷＰ２…ＷＰＭ_５、ＷＮ１、ＷＮ２…ＷＮＭ_６をまとめて呼称する場合に、「変換器ＣＥＬ」と称す。

【0023】

各アーム部２２ａ～２２ｆにおいて、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４、Ｍ_５、Ｍ_６は、直列接続された変換器ＣＥＬの台数を表す。各アーム部２２ａ～２２ｆにおいて、直列接続される変換器ＣＥＬの台数は、例えば、１００台～１２０台程度である。但し、直列接続される変換器ＣＥＬの台数は、これに限ることなく、任意の台数でよい。

【0024】

各アーム部２２ａ～２２ｆに設けられる変換器ＣＥＬの台数は、実質的に同じである。例えば、多数の各変換器ＣＥＬが接続される場合には、主回路部１２の動作に影響のない範囲において、各アーム部２２ａ～２２ｆに設けられる変換器ＣＥＬの台数が異なってもよい。例えば、１つのアーム部に１００台の変換器ＣＥＬを直列に接続する場合、別のアーム部に設ける変換器ＣＥＬの台数は、１～２台異なってもよい。

【0025】

各アーム部２２ａ～２２ｆのそれぞれは、バッファリアクトル２３ａ～２３ｆと、複数の電流検出器２４ａ～２４ｆと、をさらに有する。また、電力変換装置１０は、電圧検出部２５をさらに有する。

【0026】

各バッファリアクトル２３ａ～２３ｆは、各アーム部２２ａ～２２ｆのそれぞれにおいて、各変換器ＣＥＬに直列に接続される。第１アーム部２２ａのバッファリアクトル２３ａは、交流端子２１ａと第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂとの接続点と変換器ＵＰ１との間に設けられる。第２アーム部２２ｂのバッファリアクトル２３ｂは、交流端子２１ａと第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂとの接続点と変換器ＵＮ１との間に設けられる。第３アーム部２２ｃのバッファリアクトル２３ｃは、交流端子２１ｂと第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄとの接続点と変換器ＶＰ１との間に設けられる。第４アーム部２２ｄのバッファリアクトル２３ｄは、交流端子２１ｂと第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄとの接続点と変換器ＶＮ１との間に設けられる。第５アーム部２２ｅのバッファリアクトル２３ｅは、交流端子２１ｃと第５アーム部２２ｅ及び第６アーム部２２ｆとの接続点と変換器ＷＰ１との間に設けられる。第６アーム部２２ｆのバッファリアクトル２３ｆは、交流端子２１ｃと第５アーム部２２ｅ及び第６アーム部２２ｆとの接続点と変換器ＷＮ１との間に設けられる。

【0027】

電流検出器２４ａは、第１アーム部２２ａに設けられ、第１アーム部２２ａに流れる電流を検出する。すなわち、電流検出器２４ａは、第１アーム部２２ａのアーム電流を検出する。電流検出器２４ａは、図示を省略した配線などを介して制御装置１４に接続されている。電流検出器２４ａは、検出した第１アーム部２２ａの電流値を制御装置１４に入力する。これにより、制御装置１４には、第１アーム部２２ａの電流値が入力される。

【0028】

以下同様に、電流検出器２４ｂは、第２アーム部２２ｂに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。電流検出器２４ｃは、第３アーム部２２ｃに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。電流検出器２４ｄは、第４アーム部２２ｄに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。電流検出器２４ｅは、第５アーム部２２ｅに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。電流検出器２４ｆは、第６アーム部２２ｆに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。

【0029】

電圧検出部２５は、交流電力系統２の各相の交流電圧（相電圧）を検出し、検出値を制御装置１４に入力する。電圧検出部２５は、変圧器６の一次側に接続してもよいし、二次側に接続してもよい。

【0030】

主回路部１２では、第１アーム部２２ａと第２アーム部２２ｂとの接続点、第３アーム部２２ｃと第４アーム部２２ｄとの接続点、及び、第５アーム部２２ｅと第６アーム部２２ｆとの接続点のそれぞれが、交流出力点となる。

【0031】

第１交流端子２１ａは、第１アーム部２２ａと第２アーム部２２ｂとの接続点に接続される。第２交流端子２１ｂは、第３アーム部２２ｃと第４アーム部２２ｄとの接続点に接続される。第３交流端子２１ｃは、第５アーム部２２ｅと第６アーム部２２ｆとの接続点に接続される。各交流端子２１ａ～２１ｃは、例えば、変圧器６に接続される。

【0032】

各変換器ＣＥＬは、例えば、信号線２６を介して制御装置１４と接続される。制御装置１４は、信号線２６を介して変換器ＣＥＬに制御信号を入力することにより、変換器ＣＥＬの動作を制御する。また、変換器ＣＥＬは、例えば、変換器ＣＥＬの制御及び動作保護に関する制御信号や保護信号を図示されていない別の信号線を介して制御装置１４に入力する。なお、制御装置１４と各変換器ＣＥＬとの間の通信方式は、上記に限定されるものではない。例えば、直列に接続された複数の変換器ＣＥＬをデイジーチェーン接続し、制御装置１４は、デイジーチェーン接続された一端の変換器ＣＥＬ及び他端の変換器ＣＥＬのみと通信を行ってもよい。制御装置１４と各変換器ＣＥＬとの間の通信方式は、制御装置１４と各変換器ＣＥＬとの間で適切に通信を行うことができる任意の通信方式でよい。

【0033】

図２は、変換器を模式的に表すブロック図である。
図２に表したように、変換器ＣＥＬは、複数のスイッチング素子４１、４２と、複数の整流素子５１、５２と、複数の駆動回路６１、６２と、一対の接続端子７１、７２と、電荷蓄積素子７４と、給電回路７６と、電圧検出回路７８と、制御回路８０と、を有する。

【0034】

各スイッチング素子４１、４２は、一対の主端子と、制御端子と、を有する。制御端子は、一対の主端子間に流れる電流を制御する。各スイッチング素子４１、４２には、例えば、ＩＧＢＴなどの自己消弧素子が用いられる。一対の主端子は、例えば、エミッタ及びコレクタであり、制御端子は、例えば、ゲートである。

【0035】

各スイッチング素子４１、４２は、一対の主端子間に電流を流せるようにするオン状態と、一対の主端子間に流れる電流を遮断するオフ状態と、を切り替える。オフ状態は、一対の主端子間に完全に電流が流れない状態に限ることなく、例えば、変換器ＣＥＬの動作に影響の無い程度の微弱な電流が一対の主端子間に流れる状態でもよい。オフ状態は、換言すれば、一対の主端子間に流れる電流を十分に小さくした状態である。

【0036】

各スイッチング素子４１、４２には、例えば、ノーマリオフ型の半導体素子が用いられる。各スイッチング素子４１、４２は、制御端子の電圧が高い状態においてオン状態となり、制御端子の電圧が低い状態においてオフ状態となる。各スイッチング素子４１、４２は、制御端子の電圧がオン状態よりも低い状態において、オフ状態となる。各スイッチング素子４１、４２は、例えば、制御端子に正電圧を印加した際にオン状態となり、制御端子の電圧を０Ｖに設定した際又は制御端子に負電圧を印加した際にオフ状態となる。

【0037】

スイッチング素子４２の一対の主端子は、スイッチング素子４１の一対の主端子に対して直列に接続される。この例において、変換器ＣＥＬは、直列に接続された２つのスイッチング素子４１、４２を有する。この例において、変換器ＣＥＬは、ハーフブリッジ構成の変換器である。

【0038】

整流素子５１は、スイッチング素子４１の一対の主端子に対して逆並列に接続されている。整流素子５１の順方向は、スイッチング素子４１の一対の主端子間に流れる電流の向きに対して逆向きである。同様に、整流素子５２は、スイッチング素子４２の一対の主端子に対して逆並列に接続されている。整流素子５１、５２は、いわゆる還流ダイオードである。

【0039】

接続端子７１は、スイッチング素子４１とスイッチング素子４２との間に接続される。接続端子７２は、スイッチング素子４１のスイッチング素子４２に接続された主端子と反対側の主端子に接続される。

【0040】

同一アーム部内の複数の変換器ＣＥＬは、一対の接続端子７１、７２を介して直列に接続される。変換器ＣＥＬに対する電力の供給は、各接続端子７１、７２を介して行われる。スイッチング素子４１は、いわゆるローサイドスイッチであり、スイッチング素子４２は、いわゆるハイサイドスイッチである。

【0041】

制御回路８０は、信号線２６を介して制御装置１４に接続されている。制御装置１４は、各スイッチング素子４１、４２のオン・オフを制御するための制御信号を信号線２６を介して制御回路８０に送信する。制御回路８０は、入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子４１、４２のオン・オフを切り替えるための駆動信号を駆動回路６１、６２に入力する。

【0042】

駆動回路６１は、スイッチング素子４１の制御端子に接続されている。駆動回路６２は、スイッチング素子４２の制御端子に接続されている。駆動回路６１、６２は、制御回路８０から入力された駆動信号に基づいて、各スイッチング素子４１、４２のオン・オフを切り替える。これにより、制御装置１４からの制御信号に応じて、各スイッチング素子４１、４２のオン・オフが制御される。制御装置１４は、各変換器ＣＥＬ毎に制御信号を生成し、各変換器ＣＥＬのそれぞれの各スイッチング素子４１、４２のオン・オフを制御する。これにより、制御装置１４は、主回路部１２による電力の変換を制御する。

【0043】

なお、駆動回路６１、６２及び制御回路８０の構成は、上記に限ることなく、各スイッチング素子４１、４２のオン・オフを制御可能な任意の構成でよい。例えば、制御装置１４からの制御信号を駆動回路６１、６２に直接的に入力してもよい。この場合、制御回路８０は、省略可能である。

【0044】

電荷蓄積素子７４は、スイッチング素子４１及びスイッチング素子４２に対して並列に接続される。電荷蓄積素子７４は、例えば、コンデンサである。

【0045】

スイッチング素子４１がオフ状態で、スイッチング素子４２がオン状態の時には、電荷蓄積素子７４の電圧が各接続端子７１、７２間に現れる。スイッチング素子４１がオン状態で、スイッチング素子４２がオフ状態の時には、各接続端子７１、７２間が導通し、各接続端子７１、７２間の電圧は、実質的にゼロになる。

【0046】

このように、変換器ＣＥＬは、制御装置１４からの制御信号に基づく各スイッチング素子４１、４２のスイッチングにより、電荷蓄積素子７４の電圧を各接続端子７１、７２間に出力する出力状態と、各接続端子７１、７２間を導通させたバイパス状態と、各スイッチング素子４１、４２をオフ状態とした停止状態と、を切り替える。

【0047】

各アーム部２２ａ～２２ｆにおいては、出力状態となった変換器ＣＥＬの合計の電圧が、各アーム部２２ａ～２２ｆの電圧となる。主回路部１２及び制御装置１４は、出力状態とする変換器ＣＥＬの台数を制御することにより、マルチレベルの電力変換を行う。

【0048】

各スイッチング素子４１、４２がともにオフ状態の時（変換器ＣＥＬが停止状態の時）には、アーム電流の向きによって各接続端子７１、７２間の電圧が決まる。例えば、接続端子７２から接続端子７１に向かう向きにアーム電流が流れている時には、整流素子５１がオンし、各接続端子７１、７２間の電圧は、実質的にゼロになる。反対に、接続端子７１から接続端子７２に向かう向きにアーム電流が流れている時には、整流素子５２がオンし、電荷蓄積素子７４が充電され、各接続端子７１、７２間には、電荷蓄積素子７４の電圧が現れる。

【0049】

給電回路７６は、電荷蓄積素子７４に対して並列に接続されている。給電回路７６は、電荷蓄積素子７４に蓄積された電荷を基に、駆動回路６１、６２及び制御回路８０の駆動電源を生成し、生成した駆動電源を駆動回路６１、６２及び制御回路８０に供給する。駆動回路６１、６２及び制御回路８０は、給電回路７６からの駆動電源の供給に応じて動作する。

【0050】

なお、駆動回路６１、６２及び制御回路８０への給電方式は、上記に限定されるものではない。例えば、電荷蓄積素子７４とは別の電源から駆動回路６１、６２及び制御回路８０に対して給電を行ってもよい。駆動回路６１、６２及び制御回路８０への給電方式は、駆動回路６１、６２及び制御回路８０に対して適切に給電を行うことができる任意の方式でよい。

【0051】

電圧検出回路７８は、電荷蓄積素子７４に対して並列に接続されている。電圧検出回路７８は、制御回路８０と接続されている。電圧検出回路７８は、電荷蓄積素子７４の直流電圧を検出し、電荷蓄積素子７４の直流電圧の電圧検出値を制御回路８０に入力する。

【0052】

変換器ＣＥＬは、複数のスイッチング素子４１、４２を動作させるための基板９０を有する。基板９０には、例えば、駆動回路６１、６２、給電回路７６、電圧検出回路７８、及び制御回路８０などが実装されている。但し、基板９０の構成は、これに限定されるものではない。例えば、給電回路７６や電圧検出回路７８などは、必ずしも基板９０に実装されていなくてもよい。基板９０の構成は、複数のスイッチング素子４１、４２を動作させることが可能な任意の構成でよい。

【0053】

制御回路８０は、保護回路８２を有する。保護回路８２は、電圧検出回路７８によって検出された電荷蓄積素子７４の直流電圧が上限値以上になった際に、保護動作を行う。保護回路８２は、電荷蓄積素子７４の直流電圧が上限値以上になった際に、変換器ＣＥＬをバイパス状態に切り替える。

【0054】

例えば、制御回路８０の異常でスイッチング素子４１、４２のスイッチングが意図したタイミングで行われなかった際に、電荷蓄積素子７４の電圧が上昇してしまう場合がある。こうした電荷蓄積素子７４の電圧の上昇は、スイッチング素子４１、４２や電荷蓄積素子７４などの変換器ＣＥＬの各部の故障の要因となってしまう。

【0055】

このため、保護回路８２は、電圧検出回路７８からの電圧検出値を基に、電荷蓄積素子７４の直流電圧が上限値以上になった際に、変換器ＣＥＬをバイパス状態に切り替える。これにより、電荷蓄積素子７４の電圧の上昇による変換器ＣＥＬの故障を抑制することができるとともに、異常の発生した変換器ＣＥＬをバイパスしつつ、同一アーム部内の残りの変換器ＣＥＬで電力変換装置１０の運転を継続することができる。

【0056】

なお、保護回路８２の構成は、上記に限定されるものではない。例えば、保護回路８２は、必ずしも制御回路８０内に設ける必要はなく、制御回路８０と別に設けてもよい。例えば、制御回路８０と別に設けられた保護回路８２を電荷蓄積素子７４に対して並列に接続することにより、保護回路８２で電荷蓄積素子７４の直流電圧を検出するようにしてもよい。この場合、電圧検出回路７８は、省略可能である。

【0057】

上記のように、保護回路８２は、変換器ＣＥＬに何らかの異常が発生した場合にのみ動作する。この例において、保護回路８２は、電荷蓄積素子７４の直流電圧が上限値以上になった際にのみ、変換器ＣＥＬの異常を検出し、保護動作を行う。

【0058】

そこで、制御装置１４は、保護回路８２が変換器ＣＥＬの異常を検出するように変換器ＣＥＬを動作させる変換器ＣＥＬの運用を意図的に行うことにより、保護回路８２に変換器ＣＥＬの異常を検出させ、保護動作を行わせる。これにより、制御装置１４は、保護回路８２の動作を確認する。

【0059】

保護回路８２が変換器ＣＥＬの異常を検出するような変換器ＣＥＬの運用は、換言すれば、変換器ＣＥＬの異常を模擬する運用である。以下では、保護回路８２が変換器ＣＥＬの異常を検出するような変換器ＣＥＬの運用を、異常模擬運用と称す。

【0060】

制御装置１４は、異常模擬運用を開始した後、保護回路８２が変換器ＣＥＬの異常を適切に検出し、保護動作を行った際に、保護回路８２を正常と判定する。そして、制御装置１４は、異常模擬運用を開始した後にも、保護回路８２が保護動作を行わなかった場合に、保護回路８２を異常と判定する。

【0061】

制御装置１４は、例えば、異常模擬運用を開始した後、所定の条件を満たした際にも保護回路８２が保護動作を行わなかった場合に、保護回路８２を異常と判定する。所定の条件は、例えば、電荷蓄積素子７４の直流電圧である。制御装置１４は、例えば、異常模擬運用を開始した後、電荷蓄積素子７４の直流電圧が、上限値よりも高く設定された閾値以上となった際にも保護回路８２が保護動作を行わなかった場合に、保護回路８２を異常と判定する。

【0062】

所定の条件は、例えば、異常模擬運用の開始からの経過時間などでもよい。制御装置１４は、例えば、異常模擬運用を開始した後、異常模擬運用の開始から所定時間が経過した際にも保護回路８２が保護動作を行わなかった場合に、保護回路８２を異常と判定してもよい。所定の条件は、上記に限ることなく、保護回路８２の異常を適切に判定可能な任意の条件でよい。

【0063】

なお、保護回路８２が保護動作を行ったか否かは、変換器ＣＥＬから制御装置１４に入力される信号に基づいて判定すればよい。変換器ＣＥＬから制御装置１４に入力される信号は、例えば、各スイッチング素子４１、４２の制御端子の電圧を表す情報を含む。換言すれば、変換器ＣＥＬから制御装置１４に入力される信号は、各スイッチング素子４１、４２のオン状態及びオフ状態を表す情報を含む。制御装置１４は、例えば、変換器ＣＥＬから入力された信号を基に、各スイッチング素子４１、４２の状態を判定することにより、保護回路８２が保護動作を行ったか否かを判定する。但し、保護回路８２が保護動作を行ったか否かの判定方法は、これに限定されるものではない。例えば、変換器ＣＥＬから制御装置１４に入力される信号は、保護回路８２の動作の有無を表す情報を含み、制御装置１４は、保護回路８２の動作の有無を表す情報を基に、保護回路８２が保護動作を行ったか否かを判定してもよい。保護回路８２が保護動作を行ったか否かの判定方法は、変換器ＣＥＬから制御装置１４に入力される信号を基に、保護回路８２が保護動作を行ったか否かを制御装置１４において適切に判定することができる任意の方法でよい。

【0064】

制御装置１４は、例えば、変換器ＣＥＬを停止状態とすることにより、異常模擬運用を行う。変換器ＣＥＬを停止状態とした場合には、前述のように、アーム電流によって電荷蓄積素子７４が充電され、電荷蓄積素子７４の電圧が上昇する。これにより、変換器ＣＥＬの異常を模擬し、電荷蓄積素子７４の直流電圧が上限値以上になることによって、保護回路８２に変換器ＣＥＬの異常を検出させ、保護回路８２に保護動作を行わせることができる。

【0065】

また、前述のように、ＭＭＣ型の主回路部１２では、各アーム部２２ａ～２２ｆに直列に接続された複数の変換器ＣＥＬのうちの所定数の変換器ＣＥＬを停止させたとしても、残りの変換器ＣＥＬで主回路部１２の通常の運用を継続することができる。このため、ＭＭＣ型の主回路部１２では、複数の変換器ＣＥＬの動作によって電力の変換を行う通常の運用中に、複数の変換器ＣＥＬのうちの所定数の変換器ＣＥＬについて、上記の異常模擬運用を行うことができる。

【0066】

制御装置１４は、電力の変換を行う主回路部１２の通常の運用中に、各アーム部２２ａ～２２ｆに直列に接続された複数の変換器ＣＥＬのうちの所定数の変換器ＣＥＬについて異常模擬運用を行い、異常模擬運用を行う所定数の変換器ＣＥＬを順次変更することにより、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれの保護回路８２の動作を確認する。

【0067】

制御装置１４は、例えば、各アーム部２２ａ～２２ｆに直列に接続された複数の変換器ＣＥＬの１台目及び２台目の変換器ＣＥＬについて異常模擬運用を行い、１台目及び２台目の変換器ＣＥＬの保護回路８２の動作を確認した後、複数の変換器ＣＥＬの３台目及び４台目の変換器ＣＥＬの保護回路８２の動作を確認する。そして、制御装置１４は、複数の変換器ＣＥＬの最後の変換器ＣＥＬまで同様の処理を繰り返すことにより、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれの保護回路８２の動作を確認する。なお、所定数の変換器ＣＥＬの台数は、２台に限ることなく、１台でもよいし、３台以上でもよい。所定数の変換器ＣＥＬの台数は、残りの変換器ＣＥＬで主回路部１２の通常の運用を適切に継続することができる任意の台数に設定すればよい。

【0068】

制御装置１４は、異常模擬運用によって保護回路８２の異常を検出した際に、例えば、異常を検出した保護回路８２（変換器ＣＥＬ）の報知を行う。これにより、例えば、電力変換装置１０の管理者などに対して保護回路８２の異常を知らせることができる。例えば、電力変換装置１０の管理者などに対して保護回路８２の交換などを促すことができる。

【0069】

制御装置１４は、例えば、図示を省略した表示部を有し、異常を検出した保護回路８２の情報を表示部に表示することによって、異常を検出した保護回路８２の報知を行う。例えば、異常を検出した保護回路８２の情報を管理者などの携帯端末に送信し、携帯端末の表示部に情報を表示することによって、異常を検出した保護回路８２の報知を行ってもよい。このように、異常を検出した保護回路８２の報知は、外部の端末などへの情報の出力によって行ってもよい。異常を検出した保護回路８２の報知の態様は、電力変換装置１０の管理者などに対して保護回路８２の異常を適切に報知することができる任意の態様でよい。

【0070】

以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換装置１０では、制御装置１４が、異常模擬運用を行うことにより、保護回路８２の動作を確認する。これにより、本実施形態に係る電力変換装置１０では、例えば、点検員が、電力変換装置１０の停止時に、保護回路８２に処置を施したり、保護回路８２に外部機器を接続したりして、保護回路８２の点検を行う手間を省くことができる。従って、本実施形態に係る電力変換装置１０では、より簡単に保護回路８２の点検を行うことができる。例えば、保護回路８２の点検時間の増加や点検にともなうコストの増加などを抑制することができる。

【0071】

また、本実施形態に係る電力変換装置１０では、制御装置１４が、電力の変換を行う主回路部１２の通常の運用中に、各アーム部２２ａ～２２ｆに直列に接続された複数の変換器ＣＥＬのうちの所定数の変換器ＣＥＬについて異常模擬運用を行う。これにより、複数の変換器ＣＥＬに対して異常模擬運用をより効率的に行い、保護回路８２の点検に係る手間をより省くことができる。

【0072】

但し、ＭＭＣ型の主回路部１２において、異常模擬運用は、必ずしも主回路部１２の通常の運用中に行わなくてもよい。異常模擬運用は、例えば、主回路部１２の通常の運用を停止したタイミングなどで、複数の変換器ＣＥＬに対してまとめて行ってもよい。

【0073】

図３は、変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図３に表したように、この例の変換器ＣＥＬａは、スイッチング素子４１、４２を有するとともに、スイッチング素子４３、４４をさらに有する。スイッチング素子４３、４４には、スイッチング素子４１、４２と実質的に同じ素子が用いられる。

【0074】

スイッチング素子４３、４４は、直列に接続されている。スイッチング素子４３、４４の直列接続体は、スイッチング素子４１、４２の直列接続体に対して並列に接続されている。すなわち、この例において、変換器ＣＥＬａは、フルブリッジ接続された４つのスイッチング素子４１～４４を有する。この例において、変換器ＣＥＬａは、フルブリッジ構成の変換器である。

【0075】

変換器ＣＥＬａは、整流素子５３、５４、及び駆動回路６３、６４をさらに有する。整流素子５３は、スイッチング素子４３に対して逆並列に接続されている。整流素子５４は、スイッチング素子４４に対して逆並列に接続されている。変換器ＣＥＬａにおいて、制御回路８０は、制御装置１４から入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子４１～４４のオン・オフを切り替えるための駆動信号を駆動回路６１～６４に入力する。駆動回路６３は、制御回路８０から入力された駆動信号に基づいて、スイッチング素子４３のオン状態とオフ状態とを切り替える。駆動回路６４は、制御回路８０から入力された駆動信号に基づいて、スイッチング素子４４のオン状態とオフ状態とを切り替える。駆動回路６３、６４は、例えば、基板９０に実装される。

【0076】

変換器ＣＥＬａでは、接続端子７１が、スイッチング素子４１とスイッチング素子４２との間に接続されている。接続端子７２は、スイッチング素子４３とスイッチング素子４４との間に接続されている。この例において、接続端子７２は、スイッチング素子４３を介してスイッチング素子４１のスイッチング素子４２に接続された主端子と反対側の主端子に接続される。

【0077】

変換器ＣＥＬａでは、電荷蓄積素子７４の電圧をＶｃとする時に、スイッチング素子４１とスイッチング素子４４とをオン状態にし、スイッチング素子４２とスイッチング素子４３とをオフ状態にすることにより、各接続端子７１、７２間に－Ｖｃの電圧が現れる。

【0078】

また、スイッチング素子４２とスイッチング素子４３とをオン状態にし、スイッチング素子４１とスイッチング素子４４とをオフ状態にすることにより、各接続端子７１、７２間に＋Ｖｃの電圧が現れる。

【0079】

さらに、ローサイド側のスイッチング素子４１、４３をオン状態にし、ハイサイド側のスイッチング素子４２、４４をオフ状態にする。もしくは、ハイサイド側のスイッチング素子４２、４４をオン状態にし、ローサイド側のスイッチング素子４１、４３をオフ状態にする。これにより、各接続端子７１、７２間が導通され、各接続端子７１、７２間に実質的に０Ｖが現れる。

【0080】

このように、この変換器ＣＥＬａでは、各接続端子７１、７２間に、＋Ｖｃ、０、－Ｖｃの３レベルの電圧を出力することができる。変換器ＣＥＬａは、複数のスイッチング素子４１～４４のスイッチングにより、＋Ｖｃの電圧を各接続端子７１、７２間に出力する第１出力状態と、－Ｖｃの電圧を各接続端子７１、７２間に出力する第２出力状態と、各接続端子７１、７２間を導通させたバイパス状態と、各スイッチング素子４１～４４をオフ状態とした停止状態と、を切り替えることができる。

【0081】

保護回路８２は、例えば、電荷蓄積素子７４の直流電圧が上限値以上になった際に、変換器ＣＥＬａをバイパス状態に切り替える。

【0082】

フルブリッジ回路の変換器ＣＥＬａでは、各スイッチング素子４１～４４がともにオフ状態の時（変換器ＣＥＬａが停止状態の時）には、アーム電流によって電荷蓄積素子７４が充電される。例えば、接続端子７１から接続端子７２に向かう向きにアーム電流が流れている時には、整流素子５２、５３がオンし、電荷蓄積素子７４が充電される。反対に、接続端子７２から接続端子７１に向かう向きにアーム電流が流れている時には、整流素子５１、５４がオンし、電荷蓄積素子７４が充電される。

【0083】

これにより、フルブリッジ回路の変換器ＣＥＬａにおいても、上記実施形態と同様に、変換器ＣＥＬａを停止状態とすることにより、異常模擬運用を行うことができる。このように、ＭＭＣ型の主回路部１２において、変換器の構成は、ハーフブリッジ回路でもよいし、フルブリッジ回路でもよい。

【0084】

上記実施形態では、主回路部１２にＭＭＣ型の電力変換器を用いている。主回路部１２は、ＭＭＣ型に限ることなく、例えば、複数の変換器ＣＥＬ（変換器ＣＥＬａ）を直列に接続する他の方式の電力変換器でもよい。

【0085】

電力変換装置１０は、直流送電システムに限ることなく、交流から直流への変換及び直流から交流への変換が必要な他の任意のシステムなどに適用してもよい。主回路部１２による交直変換は、交流から直流及び直流から交流の双方に限ることなく、交流から直流又は直流から交流の一方のみでもよい。また、主回路部１２は、例えば、交流交流直接変換回路などでもよい。

【0086】

主回路部１２の構成は、例えば、複数のアーム部をスター結線、デルタ結線、あるいはマトリックス結線した構成などでもよい。主回路部１２は、例えば、モジュラーマトリックスコンバータなどでもよい。主回路部１２は、必ずしも複数のレグを有しなくてもよい。主回路部は、少なくとも複数のアーム部を有していればよい。主回路部の構成は、電力の変換が可能な任意の構成でよい。電力変換装置は、例えば、周波数変換装置、直流送電装置、無効電力補償装置、あるいは電力潮流制御装置などでもよい。これらの電力変換装置においても、上記のように異常模擬運用を行うことにより、各変換器に設けられた保護回路の動作を確認することができる。

【0087】

上記実施形態では、複数の変換器を直列に接続した主回路部１２において、保護回路８２が、電荷蓄積素子７４の直流電圧の過電圧を変換器の異常として検出している。そして、制御装置１４は、電荷蓄積素子７４の電圧を上昇させる運用を異常模擬運用として行っている。但し、複数の変換器を直列に接続した主回路部１２において、保護回路８２の検出する変換器の異常は、電荷蓄積素子７４の過電圧に限定されるものではない。

【0088】

保護回路８２は、例えば、電荷蓄積素子７４の電圧の低下を変換器の異常として検出してもよい。この場合、制御装置１４は、例えば、変換器をバイパス状態とし、電荷蓄積素子７４を放電させることで、異常模擬運用を行うことができる。

【0089】

保護回路８２は、例えば、各アーム部２２ａ～２２ｆに流れる過電流を異常として検出してもよい。換言すれば、保護回路８２は、直列に接続された複数の変換器ＣＥＬに流れる過電流を異常として検出してもよい。保護回路８２は、例えば、電流検出器２４ａ～２４ｆの検出結果を基に、各アーム部２２ａ～２２ｆに流れる電流の過電流を検出し、過電流の検出に応じて保護動作を行う。保護回路８２は、例えば、変換器ＣＥＬの動作の停止（ゲートブロック）を保護動作として行う。この場合には、制御装置１４は、例えば、制御指令値を変更し、各アーム部２２ａ～２２ｆに模擬的に過電流を流す運用を異常模擬運用として行うことにより、保護回路８２の動作を確認する。模擬的な過電流とは、例えば、保護回路８２が過電流を検出し、かつスイッチング素子の定格電流を超えない程度の大きさの電流である。模擬的な過電流は、例えば、各アーム部２２ａ～２２ｆを循環し、交流電力系統２側及び直流送電線３、４側に影響を与えない電流とすることが好ましい。また、この場合、異常模擬運用は、例えば、主回路部１２の通常の運用を停止したタイミングなどで、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の変換器ＣＥＬに対してまとめて行うことが好ましい。

【0090】

このように、各アーム部２２ａ～２２ｆに流れる過電流を異常として検出する場合、保護回路は、制御装置１４に設ける構成としてもよい。制御装置１４に設けられた保護回路が、各アーム部２２ａ～２２ｆに流れる電流の過電流を検出し、過電流の検出に応じて変換器ＣＥＬの動作を停止させることにより、保護動作を行う構成としてもよい。

【0091】

保護回路８２は、例えば、変換器の基板９０の異常を検出してもよい。換言すれば、保護回路８２は、例えば、駆動回路６１、６２、給電回路７６、電圧検出回路７８、及び制御回路８０などの周辺機器の異常を検出してもよい。この場合には、制御装置１４は、例えば、制御回路８０や他の回路などから保護回路８２に対して、保護回路８２が基板９０の異常を検出する信号を意図的に入力する運用を異常模擬運用として行うことにより、保護回路８２の動作を確認する。

【0092】

このように、複数の変換器を直列に接続した主回路部１２において、保護回路８２の検出する変換器の異常は、電荷蓄積素子７４の過電圧に限ることなく、変換器の任意の異常でよい。制御装置１４の行う異常模擬運用は、保護回路８２に意図的に異常を検出させることができる任意の運用でよい。異常模擬運用は、保護回路８２の構成に応じて適宜設定すればよい。

【0093】

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図４に表したように、電力変換装置１００は、主回路部１０２と、制御装置１０４と、を備える。電力変換装置１００では、主回路部１０２が、１つの変換器ＣＥＬｂを有する。変換器ＣＥＬｂは、三相ブリッジ接続された６つのスイッチング素子１１１～１１６と、６つのスイッチング素子１１１～１１６のそれぞれに対して逆並列に接続された６つの整流素子１２１～１２６と、６つのスイッチング素子１１１～１１６のそれぞれに対して並列に接続された電荷蓄積素子１３０と、各スイッチング素子１１１～１１６のオン・オフを切り替える駆動回路１３１～１３６と、を有する。また、変換器ＣＥＬｂは、複数のスイッチング素子１１１～１１６を動作させるための基板１３８を有する。基板１３８には、例えば、駆動回路１３１～１３６が実装されている。但し、基板１３８の構成は、これに限ることなく、複数のスイッチング素子１１１～１１６を動作させることが可能な任意の構成でよい。

【0094】

変換器ＣＥＬｂでは、各スイッチング素子１１１～１１６の両端が、一対の直流端子１０６ａ、１０６ｂとなり、スイッチング素子１１１とスイッチング素子１１２との接続点、スイッチング素子１１３とスイッチング素子１１４との接続点、及びスイッチング素子１１５とスイッチング素子１１６との接続点が、それぞれ３つの交流端子１０８ａ～１０８ｃとなる。変換器ＣＥＬｂは、いわゆる三相２レベルインバータである。

【0095】

変換器ＣＥＬｂは、各交流端子１０８ａ～１０８ｃを介して交流電力系統と接続される。各交流端子１０８ａ～１０８ｃは、例えば、図示を省略した遮断器や変圧器などを介して交流電力系統と接続される。また、変換器ＣＥＬｂは、一対の直流端子１０６ａ、１０６ｂを介して直流電源あるいは直流負荷と接続される。これにより、主回路部１０２は、変換器ＣＥＬｂの動作により、電力の変換を行う。主回路部１０２は、例えば、変換器ＣＥＬｂの各スイッチング素子１１１～１１６のスイッチングにより、直流から交流への変換及び交流から直流への変換の少なくとも一方を行う。

【0096】

制御装置１０４は、主回路部１０２に接続されている。制御装置１０４は、例えば、駆動回路１３１～１３６に制御信号を送信する。駆動回路１３１～１３６は、制御装置１０４から入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子１１１～１１６のオン・オフを切り替える。制御装置１０４は、駆動回路１３１～１３６に制御信号を送信し、各スイッチング素子１１１～１１６のオン・オフを制御することにより、主回路部１０２による電力の変換を制御する。

【0097】

主回路部１０２は、例えば、電流検出器１４１～１４３をさらに有する。電流検出器１４１～１４３は、変換器ＣＥＬｂの交流端子１０８ａ～１０８ｃに流れる電流を検出する。電流検出器１４１～１４３は、制御装置１０４と電気的に接続されている。電流検出器１４１～１４３は、交流端子１０８ａ～１０８ｃに流れる電流の検出結果を制御装置１０４に入力する。

【0098】

電力変換装置１００は、保護回路１５０をさらに備える。保護回路１５０は、例えば、制御装置１０４に設けられる。保護回路１５０は、電流検出器１４１～１４３の検出結果を基に、変換器ＣＥＬｂに流れる電流が上限値以上になった際に、保護動作を行う。保護回路１５０は、例えば、変換器ＣＥＬｂに流れる電流が上限値以上になった際に、各スイッチング素子１１１～１１６をオフ状態とすることにより、変換器ＣＥＬｂの動作を停止させる。このように、保護回路１５０は、変換器ＣＥＬｂの過電流を変換器ＣＥＬｂの異常として検出し、保護動作を行う。

【0099】

なお、保護回路１５０の構成は、上記に限定されるものではない。保護回路１５０は、必ずしも制御装置１０４内に設ける必要はなく、制御装置１０４と別に設けてもよい。保護回路１５０は、例えば、変換器ＣＥＬｂに設けてもよい。例えば、複数のスイッチング素子１１１～１１６のそれぞれに対応する複数の保護回路１５０を設けてもよい。

【0100】

制御装置１０４は、保護回路１５０が変換器ＣＥＬｂの異常を検出するような変換器ＣＥＬｂの異常模擬運用を意図的に行うことにより、保護回路１５０に変換器ＣＥＬｂの異常を検出させ、保護動作を行わせる。これにより、制御装置１０４は、保護回路１５０の動作を確認する。

【0101】

図５は、異常模擬運用の一例を模式的に表す説明図である。
図５に表したように、制御装置１０４は、例えば、遮断器を開放し、変換器ＣＥＬｂを交流電力系統から切り離した状態で異常模擬運用を行う。制御装置１０４は、例えば、電力変換装置１００が動作を停止し、遮断器が開放されたタイミングにおいて異常模擬運用を行う。換言すれば、制御装置１０４は、電力の変換を行う主回路部１０２の通常の運用を停止し、遮断器を開放した際に、異常模擬運用を行う。

【0102】

遮断器を開放し、変換器ＣＥＬｂを交流電力系統から切り離した場合、変換器ＣＥＬｂの交流側の負荷は、一般的に誘導性負荷とみなすことができる。制御装置１０４は、例えば、遮断器を開放し、変換器ＣＥＬｂを交流電力系統から切り離した後、図５に表したように、交流側の負荷に負荷電流を流すようにスイッチング素子１１１～１１６のオン状態及びオフ状態を切り替えることにより、異常模擬運用を行う。

【0103】

制御装置１０４は、より詳しくは、ハイサイド側のスイッチング素子１１１、１１３、１１５のうちの１つをオン状態とし、残りをオフ状態とするとともに、ローサイド側のスイッチング素子１１２、１１４、１１６のうちの１つをオン状態とし、残りをオフ状態とする。また、この際、制御装置１０４は、直流短絡を引き起こさないように、オン状態とするハイサイド側のスイッチング素子及びローサイド側のスイッチング素子をそれぞれ異なる相に設定する。これにより、制御装置１０４は、図５に表したように、交流側の負荷に負荷電流を流すことができる。なお、図５では、図示を容易にするため、変換器ＣＥＬｂの一部のみを簡略化して図示している。また、図５では、スイッチング素子１１１～１１６のオン状態及びオフ状態を分かり易くするため、スイッチング素子１１１～１１６を図４と異なる記号で図示している。

【0104】

上記のように、交流側の負荷に負荷電流を流した場合、負荷電流は、電荷蓄積素子１３０の電圧、及び交流側の誘導性負荷のインダクタンスに応じて増加する。これにより、変換器ＣＥＬｂの異常を模擬し、変換器ＣＥＬｂに流れる電流が上限値以上になることによって、保護回路１５０に変換器ＣＥＬｂの異常を検出させ、保護回路１５０に保護動作を行わせることができる。この際、遮断器を開放し、変換器ＣＥＬｂを交流電力系統から切り離した状態で異常模擬運用を行うことにより、保護回路１５０が異常を検出するような負荷電流を流した際にも、異常模擬運用が交流電力系統側に影響を与えてしまうことを抑制することができる。

【0105】

制御装置１０４は、例えば、異常模擬運用を開始した後、所定の条件を満たした際にも保護回路１５０が保護動作を行わなかった場合に、保護回路１５０を異常と判定する。所定の条件は、例えば、変換器ＣＥＬｂに流れる電流である。制御装置１０４は、例えば、異常模擬運用を開始した後、変換器ＣＥＬｂに流れる電流が、上限値よりも高く設定された閾値以上となった際にも保護回路１５０が保護動作を行わなかった場合に、保護回路１５０を異常と判定する。但し、所定の条件は、上記に限ることなく、保護回路１５０の異常を適切に判定可能な任意の条件でよい。

【0106】

制御装置１０４は、例えば、異常模擬運用によって保護回路１５０の異常を検出した場合には、上記第１の実施形態と同様に、異常を検出した保護回路１５０の報知を行う。

【0107】

このように、本実施形態に係る電力変換装置１００においても、制御装置１０４が、異常模擬運用を行うことにより、保護回路１５０の動作を確認することができる。これにより、電力変換装置１００においても、上記第１の実施形態と同様に、より簡単に保護回路１５０の点検を行うことができる。

【0108】

このように、主回路部１０２の構成は、複数の変換器ＣＥＬを直列に接続した構成に限ることなく、三相２レベルインバータなどでもよい。このように構成された主回路部１０２であっても、上記のように異常模擬運用を行うことにより、保護回路１５０の動作を確認することができる。

【0109】

主回路部１０２の構成は、三相２レベルインバータに限ることなく、単相２レベルインバータ、単相３レベルインバータ、三相３レベルインバータなどでもよい。これらの構成においても、上記と同様に、遮断器を開放し、変換器ＣＥＬｂを交流電力系統から切り離した後、交流側の負荷に負荷電流を流すように複数のスイッチング素子のオン状態及びオフ状態を切り替えることにより、異常模擬運用を行うことができる。

【0110】

主回路部の構成は、上記各実施形態に表した構成に限ることなく、変換器を有し、変換器の動作によって電力の変換を行う任意の構成でよい。

【0111】

図４に表した例では、保護回路１５０が、変換器ＣＥＬｂの過電流を変換器ＣＥＬｂの異常として検出し、保護動作を行う。保護回路１５０は、これに限ることなく、例えば、変換器ＣＥＬｂの過電圧を変換器ＣＥＬｂの異常として検出し、保護動作を行う構成としてもよい。

【0112】

また、図４に表した例では、１つの保護回路１５０で変換器ＣＥＬｂの異常を検出している。これに限ることなく、例えば、複数のスイッチング素子１１１～１１６のそれぞれに対応させて複数の保護回路を設けることにより、複数のスイッチング素子１１１～１１６のそれぞれの過電流や過電圧を変換器ＣＥＬの異常として検出してもよい。

【0113】

また、保護回路１５０は、例えば、２レベルインバータや３レベルインバータなどにおいて、電荷蓄積素子１３０の過電圧を検出する構成としてもよい。この場合は、保護回路１５０は、例えば、複数のスイッチング素子の全てのオフ状態への切り替えを保護動作として行う。換言すれば、保護回路１５０は、変換器ＣＥＬｂの停止状態への切り替えを保護動作として行う。また、電荷蓄積素子１３０の過電圧を検出する場合、保護動作は、例えば、直流部に抵抗を挿入して電荷蓄積素子１３０を放電させるブレーキ回路を投入する動作などでもよい。

【0114】

この場合、制御装置１０４は、例えば、電荷蓄積素子１３０の電圧が上昇するように、スイッチング素子１１１～１１６の制御の指令値を変更する。このように、制御装置１０４は、例えば、電荷蓄積素子１３０の電圧が上昇する変換器ＣＥＬｂの運用を異常模擬運用として行うことにより、保護回路１５０の動作を確認する。

【0115】

保護回路１５０は、例えば、変換器ＣＥＬｂの基板１３８の異常を検出してもよい。換言すれば、保護回路１５０は、例えば、駆動回路１３１～１３６などの周辺機器の異常を検出してもよい。この場合には、制御装置１０４は、例えば、保護回路１５０に対して基板１３８の異常を検出する信号を意図的に入力する運用を異常模擬運用として行うことにより、保護回路１５０の動作を確認する。

【0116】

このように、保護回路の構成は、上記に限ることなく、変換器の異常を検出し、検出した異常に応じた保護動作を行うことにより、変換器の保護を行うことができる任意の構成でよい。

【0117】

制御装置による異常模擬運用は、上記に限ることなく、保護回路に変換器の異常を意図的に検出させることができる任意の運用でよい。異常模擬運用は、変換器の構成や保護回路の構成などに応じて適宜設定すればよい。

【0118】

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、その他の様々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とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0119】

２…交流電力系統、 ３、４…直流送電線、 ６…変圧器、 １０…電力変換装置、 １２…主回路部、 １４…制御装置、 ２０ａ…第１直流端子、 ２０ｂ…第２直流端子、 ２１ａ…第１交流端子、 ２１ｂ…第２交流端子、 ２１ｃ…第３交流端子、 ２２ａ…第１アーム部、 ２２ｂ…第２アーム部、 ２２ｃ…第３アーム部、 ２２ｄ…第４アーム部、 ２２ｅ…第５アーム部、 ２２ｆ…第６アーム部、 ２３ａ～２３ｆ…バッファリアクトル、 ２４ａ～２４ｆ…電流検出器、 ２５…電圧検出部、 ２６…信号線、 ４１～４４…スイッチング素子、 ５１～５４…整流素子、 ６１～６４…駆動回路、 ７１、７２…接続端子、 ７４…電荷蓄積素子、 ７６…給電回路、 ７８…電圧検出回路、 ８０…制御回路、 ８２…保護回路、 ９０…基板、 １００…電力変換装置、 １０２…主回路部、 １０４…制御装置、 １１１～１１６…スイッチング素子、 １２１～１２６…整流素子、 １３０…電荷蓄積素子、 １３１～１３６…駆動回路、 １３８…基板、 １４１～１４３…電流検出器、 １５０…保護回路、 ＣＥＬ、ＣＥＬａ、ＣＥＬｂ…変換器、 ＬＧ１…第１レグ、 ＬＧ２…第２レグ、 ＬＧ３…第３レグ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】