JP7050391B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

電力変換装置の保守点検時等には、電力変換装置の運転を停止して行う必要がある。電力変換装置は、大きな静電容量を有するコンデンサを備えていることが多く、運転の停止後に、安全に保守点検作業等を行うには、このコンデンサに蓄えられた電荷を十分に放電させる必要がある。

電力変換装置の変換器には、扱う電力や入出力の電圧の範囲等に応じて、さまざまな形式のものが用いられ、あるいは提案されている。自己消弧形の半導体スイッチング素子を用いることによって小型化をはかりつつ、大容量化を実現することができる電力変換方式として、モジュラーマルチレベルコンバータ（Modular Multilevel Converter、ＭＭＣ）の実用化が進められている。

ＭＭＣ方式の電力変換器では、多数の単位変換器をカスケード接続して、各相のアームを構成する。単位変換器を含むモジュールが接地電位に対して高電位にあるため、各単位変換器を主回路として、制御電源を生成し、単位変換器を動作させている。

ＭＭＣ方式の電力変換器では、単位変換器ごとに大容量のコンデンサを有しており、運転停止時に安全な電圧まで、各コンデンサの両端の電圧が低下していることを確認する必要がある。

高電圧の単位変換器に地上から電源を供給して、コンデンサの電圧が安全な範囲となったかどうかを確認する監視装置を設けることは困難である。各コンデンサに直接接続してコンデンサの電圧を確認する方法が現実的である。

そこで、半導体発光素子（ＬＥＤ）等の発光素子をコンデンサの両端に接続して、発光の有無によりコンデンサ電圧の低下を確認する方法が考えられる。この方法では、コンデンサの電圧が高い場合には、多数の発光素子を直列接続する必要がある。１つの発光素子が故障して開放状態になると、すべての発光素子が消灯してしまい、コンデンサの電圧が安全範囲に低下して消灯したのか、故障によって消灯したのか判断することができない。

特開平１１－４５３４号公報

実施形態は、発光素子が故障してもコンデンサの電圧を確実に監視できる電力変換装置を提供する。

実施形態に係る電力変換装置は、コンデンサと、前記コンデンサの電荷を放電するように設けられた放電回路と、前記コンデンサに並列に接続されたコンデンサ電圧監視回路と、を含む主回路を含む電力変換器を備える。前記コンデンサ電圧監視回路は、直列に接続された複数の第１発光素子を含む第１直列回路と、前記第１直列回路に並列に接続され、直列に接続された複数の第２発光素子を含む第２直列回路と、を含む。前記第１発光素子が発光する電流が流れたときの前記第１直列回路の両端の電圧の大きさは、前記第２発光素子が発光する電流が流れたときの前記第２直列回路の両端の電圧の大きさと異なる。前記コンデンサ電圧監視回路は、前記第１直列回路および前記第２直列回路をそれぞれ含む複数のブロックを有する。前記複数のブロックは、直列に接続されて前記コンデンサに並列に接続される。前記コンデンサの両端電圧は、前記電力変換器の通常の動作時に１０００Ｖ以上に充電される。

本実施形態では、発光素子が故障してもコンデンサの電圧を確実に監視できる電力変換装置が実現される。

第１の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。 図２（ａ）および図２（ｂ）は、第１の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。 第１の実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式図である。 第１の実施形態の電力変換装置の使用方法を説明するための模式図である。 図５（ａ）～図５（ｄ）は、比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。 図６（ａ）および図６（ｂ）は、第２の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。 図７（ａ）および図７（ｂ）は、第３の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。 図８（ａ）および図８（ｂ）は、第４の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図１に示すように、電力変換装置１０は、電力変換器２０を備える。電力変換器２０は、端子２１ａ～２１ｃを介して、交流回路１に接続される。交流回路１は、たとえば交流電源、交流送電線および交流負荷等を含むことができる。交流回路１は、たとえば交流の電力系統である。この例のように、電力変換装置１０は、変圧器２を介して、交流回路１に接続されてもよい。電力変換器２０は、端子２１ｄ，２１ｅを介して、直流回路３に接続される。直流回路３は、たとえば直流電源、直流送電線および直流負荷等を含むことができる。直流回路３は、たとえば直流送電線であり、直流送電線の他端には、交流と直流とを相互に変換することができる電力変換装置が接続されることができる。

電力変換器２０は、交流回路１の各相に対応したアーム２２を含む。アーム２２は、端子２１ｄ，２１ｅ間で直列に接続されレグを形成する。

端子２１ｄ，２１ｅ間で直列に接続されるアーム２２には、変圧器２５がそれぞれ直列に接続されている。変圧器２５に代えてバッファリアクトルを接続してもよい。

アーム２２は、カスケードに接続された単位変換器３０を含む。単位変換器３０は、アーム２２あたりＭ台接続されている。Ｍは１でもよいが、好ましくは、Ｍは２以上の整数である。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
図２（ａ）に示すように、単位変換器３０は、主回路３２と、コンデンサ電圧監視回路３４と、を含む。単位変換器３０は、端子３１ａ，３１ｂを含む。単位変換器３０は、端子３１ａ，３１ｂによって、他の単位変換器３０等と接続される。

主回路３２は、スイッチング素子３２ａと、ダイオード３２ｂと、コンデンサ３２ｃと、抵抗器３２ｄと、を含む。２つのスイッチング素子３２ａは、直列に接続されている。２つのダイオード３２ｂは、２つのスイッチング素子３２ａにそれぞれ逆並列に接続されている。コンデンサ３２ｃは、スイッチング素子３２ａの直列回路に並列に接続されている。抵抗器３２ｄは、コンデンサ３２ｃに並列に接続されている。

なお、抵抗器３２ｄは、コンデンサ３２ｃに実質的に並列に接続されていればよく、たとえば、２つに分割されて２つのスイッチング素子３２ａにそれぞれ並列に接続されていてもよい。

単位変換器３０は、主回路３２およびコンデンサ電圧監視回路３４のほか、図示しない制御回路やゲート駆動回路等を含んでいる。単位変換器３０では、図示しない制御装置によって生成された制御信号を制御回路で受信する。制御回路およびゲート駆動回路は、受信した制御信号にもとづいて、スイッチング素子３２ａのためのゲート駆動信号を生成し、スイッチング素子３２ａをオンオフしてコンデンサ３２ｃを充放電し、コンデンサ３２ｃの両端の電圧（以下、コンデンサ電圧という）を制御する。

なお、ＭＭＣでは、多くの場合、単位変換器３０の制御回路およびゲート駆動回路等の動作のための電力の給電は、コンデンサ３２ｃに蓄積された電力を用いて行われる。

コンデンサ電圧監視回路３４は、主回路３２のコンデンサ３２ｃの両方の端子に接続されている。つまり、コンデンサ電圧監視回路３４は、コンデンサ３２ｃに並列に接続されており、抵抗器３２ｄ、制御回路等（放電回路）とともに、コンデンサ３２ｃに蓄積された電荷の放電経路となる。

コンデンサ電圧監視回路３４は、発光素子３５と、抵抗器３６と、を含む。発光素子３５および抵抗器３６は、直列に接続されており、コンデンサ３２ｃからの電力供給により電流が流れて、発光素子３５が点灯する。抵抗器３６は、発光素子３５に流れる電流を制限し設定する。

コンデンサ電圧監視回路３４は、複数のブロックを含み、各ブロックは直列に接続されている。この例では、Ｎ個のブロックが接続されている。直列に接続されたブロックは、抵抗器３６を介して、コンデンサ３２ｃの両方の端子に接続されている。

各ブロックは、２つの直列回路を含んでいる。２つの直列回路は並列に接続されている。この例では、一方の直列回路は直列接続された２個の発光素子３５を含み、他方の直列回路は直列接続された３個の発光素子３５を含んでいる。

電力変換装置１０の運転が停止されると、コンデンサ電圧は、抵抗器３２ｄ、制御回路およびコンデンサ電圧監視回路３４等による放電によって、継続的に低下する。コンデンサ電圧が低下することによって、発光素子３５は消灯する。本実施形態では、発光素子が消灯するときのコンデンサ電圧は、保守点検等の際に安全に作業できる程度の値に設定され、たとえば５０Ｖ程度である。

この実施形態では、複数の発光素子３５は、ほぼ同じ電流電圧特性（以下、単に特性ともいう）を有する。同じ特性とは、ほぼ同一の順電流を流したときに、ほぼ等しい順電圧を出力し、ほぼ等しい明るさで発光することをいう。

なお、２つの直列回路に含まれる発光素子３５の個数は、上述の例に限られず、一方が１個、他方が２個であったり、一方が３個、他方が４個であったりしてもよいし、後述するように、一方の直列回路が２個、他方の直列回路が４個の発光素子３５を含むようにしてもよい。一方の直列回路に電流が流れたときのその直列回路の両端の電圧の大きさが、他方の直列回路に電流が流れたときのその直列回路の両端の電圧の大きさよりも十分低ければよい。

本実施形態の電力変換装置１０の動作について、説明する。
図２（ａ）および図２（ｂ）には、コンデンサ３２ｃおよびコンデンサ電圧監視回路３４による閉回路の電流経路も示されている。
図２（ａ）には、すべての発光素子３５が健全な状態の場合のコンデンサ３２ｃおよびコンデンサ電圧監視回路３４による閉回路の電流経路が太実線の矢印で示されている。

この例では、各発光素子３５の特性はほぼ等しく、順電圧Ｖｆはほぼ等しいので、コンデンサ電圧が十分高い場合には、発光素子３５の直列数の少ない方の直列回路では、発光素子３５が点灯し、発光素子３５の直列数の多い方の直列回路では、発光素子３５は消灯する。つまり、コンデンサ３２ｃの一方の端子から流出した電流は、抵抗器３６を介して、各ブロックの発光素子３５の数の少ない方の直列回路を流れて、コンデンサ３２ｃの他方の端子に流入する。

図２（ｂ）には、Ｎ個のブロックのうち、２番目のブロックであるブロック２の直列回路の２個の発光素子３５のうち１つが故障し、開放状態となった場合の電流経路が太実線の矢印で示されている。図では、×印を付けた発光素子３５が故障しているものとする。図２（ｂ）に示すように、直列接続された発光素子３５の数の少ない方の直列回路で、１つの発光素子３５が故障して開放状態となると、この直列回路の全体は、コンデンサ３２ｃとの接続が遮断される。

一方、発光素子３５の数の多い方の直列回路のすべての発光素子３５は導通可能である。そのため、ブロック２以外の各ブロックにおいては、発光素子３５の数の少ない方の直列回路に電流が流れ、ブロック２においては、発光素子３５の数の多い方の直列回路に電流が流れる。したがって、コンデンサ３２ｃおよびコンデンサ電圧監視回路３４による閉回路の電流経路は維持され、発光素子３５は点灯することができる。

図３は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式図である。
図３には、ｎ個の発光素子３５が直列に接続された場合の特性グラフが太い実線で表されている。ｎ＋１個の発光素子３５を直列に接続された場合の特性グラフが一点鎖線で表されている。グラフの横軸はｎ個の発光素子（ＬＥＤ）３５の順電圧であり、グラフの縦軸は発光素子（ＬＥＤ）３５に流れる順電流である。この場合のＬＥＤ順電圧は、ｎ個の発光素子３５の直列回路の両端の電圧である。図３には、抵抗値Ｒを有する抵抗器３６が発光素子３５に直列に接続された場合の負荷線が破線および二点鎖線で示されている。破線の負荷線は発光素子３５がｎ個直列に接続された場合であり、二点鎖線は発光素子３５がｎ＋１個直列に接続された場合を表している。

図３に示すように、１つあたりの発光素子３５の順電圧をＶｆとすると、発光素子３５がｎ個直列接続された場合には、太実線のように、順電圧がＶｆ１＝Ｖｆ×ｎとなるまでは、発光素子３５は遮断状態である。順電圧がＶｆ１を超えた後には、発光素子３５は導通し、順電流が流れる。発光素子３５は、順電流が流れることで、発光して、順電流に応じて明るさも増大する。なお、発光素子３５は、動作抵抗を有するため、図示のように、順電流が大きいほど順電圧が増大する。

破線の負荷線において、ＬＥＤ順電流軸と交わる電流は、発光素子３５が短絡状態のときに抵抗器３６に流れる電流を表している。この負荷線の傾きは、（－）１／Ｒである。この負荷線と発光素子３５の特性曲線とが交わる点が動作点ＯＰ１である。動作点ＯＰ１における電圧は、電力変換器２０が通常の運転をしているときのコンデンサ電圧に応じて決定される。

電力変換器２０の運転停止によりコンデンサ電圧が低下するにしたがい、破線の負荷線は平行移動し、Ｖｆ１で電圧軸に交わるときに、発光素子３５は消灯する。

図２（ｂ）を用いて説明したように、発光素子３５の数の少ない方の直列回路の発光素子３５が開放された場合には、図３の一点鎖線の特性曲線となる。一点鎖線の特性曲線では、Ｖｆ２＝Ｖｆ×（ｎ＋１）以上で発光素子３５が導通し、順電流の増大とともに明るさも増大する。

発光素子３５の少ない方の直列回路の発光素子３５が故障して、発光素子３５の多い方の直列回路に電流が流れる場合には、動作点はＯＰ２に移動する。動作点ＯＰ２における電圧は、発光素子３５の数が多くなった分、増大し、動作点ＯＰ２における電流は、ＬＥＤ順電圧が増大した分、低下する。動作点は、コンデンサ電圧の低下とともに一点鎖線の特性曲線に沿って下方へ移動し、順電圧がＶｆ２となったところで発光素子３５は消灯する。

このように、並列に接続された発光素子３５の直列回路において、発光素子３５の直列数をそれぞれで異ならせることによって、一方の発光素子３５の故障に対して、他方の発光素子３５で電流経路を冗長化することができる。電流経路を冗長化することによって、発光素子３５の故障による消灯を回避して、発光素子３５の消灯がコンデンサ電圧の十分な低下であることを判定することができる。

図４は、本実施形態の電力変換装置の使用方法を説明するための模式図である。
図４に示すように、電力変換装置の電力変換器２０は、変電所等の床面Ｅに絶縁架台５０を介して、設置される。絶縁架台５０は、絶縁性の材料によって構成されており、電力変換器２０の各単位変換器（図ではモジュールと表記）３０は、床面Ｅから電気的に絶縁されている。

各単位変換器３０は、絶縁架台５０上を図示しない絶縁性の柱状部材等により床面Ｅから上方に積み上げられるように配置される。コンデンサ電圧監視回路は、単位変換器３０の外周面近傍に設けられ、発光素子３５は、単位変換器３０の外周面から外側を向くように配置されている。したがって、発光素子３５の点灯状態あるいは消灯状態は、外部から視認することができる。

直流送電等の基幹電力系統に用いられるＭＭＣでは、単位変換器３０のコンデンサ電圧は、数１０００Ｖにもおよび、電力変換器２０が入出力する電圧は、数１０ｋＶ～数１００ｋＶに達する場合がある。そのため、電力変換器２０の通常の運転時においては、作業者Ｗが接近すると放電して作業者Ｗが感電するおそれがある。作業者Ｗが運転中に電力変換器２０に近づけないように、電力変換器２０から距離Ｌ１離れたところに防護フェンスＦが設けられている。距離Ｌ１は、電力変換器２０の扱う電圧等にもとづいて決定され、高圧の直流送電設備等では、数１０ｍにおよぶ場合もある。

通常の運転時にコンデンサ電圧が数１０００Ｖとなる場合には、運転停止後、相当の時間が経過し、数１００Ｖ程度まで経過した後、作業者Ｗは、防護フェンスＦよりも電力変換器２０に接近することができる。作業者Ｗは、距離Ｌ１よりも短い距離Ｌ２まで電力変換器２０に接近することができる。コンデンサ電圧が数１００Ｖの場合には、たとえばＬ２は、１ｍ程度とすることができる。

コンデンサ電圧が数１０００Ｖから数１００Ｖに低下すると、発光素子３５に流れる電流も通常運転時の１／１０程度に低下する。そのため、発光素子３５の明るさも低下するので、発光の有無を確認するのには、作業者Ｗは、電力変換器２０に十分接近して発光素子３５を視認する必要がある。

作業者Ｗが電力変換器２０の保守点検等に安全に作業するためには、コンデンサ電圧は５０Ｖ程度まで低下する必要がある。コンデンサ電圧が数１００Ｖから５０Ｖ程度まで低下すると、発光素子３５に流れる電流もさらに低下し、作業者Ｗは、単位変換器３０ごとの発光素子３５のより接近する必要がある。

そこで、作業者Ｗは、安全接近が可能な距離Ｌ２まで近づくことができる電圧まで低下した後には、この例のように、リフタＬＦ等を用いて、上方の単位変換器３０に対応する発光素子３５に十分接近して発光有無を視認する。十分接近した上で発光素子３５の発光有無を視認して、発光素子３５の消灯が確認された場合には、作業者Ｗは、コンデンサ電圧が５０Ｖ程度に低下したと判断する。

発光素子３５の消灯が確認された単位変換器３０から点検作業等を開始してもよいし、すべての発光素子３５の消灯が確認された後に、点検作業等を開始するようにしてもよい。

本実施形態の電力変換装置１０の効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図５（ａ）～図５（ｄ）は、比較例の電力変換装置を例示するブロック図である。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、１つの直列回路に複数の発光素子３５が直列接続されている場合である。
図５（ａ）に示すように、比較例の電力変換装置の単位変換器１３０ａは、コンデンサ電圧監視回路１３４ａを含む。コンデンサ電圧監視回路１３４ａは、主回路３２のコンデンサ３２ｃに抵抗器３２ｄとともに並列に接続されている。

このコンデンサ電圧監視回路１３４ａは、直列に接続された複数の発光素子３５を有する。すべての発光素子３５が健全である場合には、コンデンサ電圧、抵抗器３６の抵抗値および発光素子３５の直列数に応じて電流が流れ、発光素子３５は発光し、コンデンサ電圧が低下すると、電流が遮断されて発光素子３５は消灯する。

図５（ｂ）に示すように、発光素子３５の直列回路中の１つの発光素子３５が故障して開放状態となると、コンデンサ電圧監視回路１３４ａ自体が解放され、コンデンサ３２ｃから切り離される。そのため、発光素子３５は、コンデンサ電圧によらずに消灯する。コンデンサ３２ｃが高いコンデンサ電圧を維持しているにもかかわらず、発光素子３５が消灯したことをもって、コンデンサ電圧が安全電圧以下に低下したと判断して、保守点検作業を実施すると、作業者が危険な状態にさらされることとなる。

図５（ｃ）および図５（ｄ）では、コンデンサ電圧監視回路１３４ｂは、冗長化のために並列に接続された２つの直列回路を含む。２つの直列回路は、同じ数の発光素子３５がそれぞれ直列に接続されている。発光素子３５は、すべて同じ特性を有しており、ほぼ同じ順電流を流したときにほぼ同じ順電圧を出力する。

図５（ｃ）に示すように、並列に接続された２つの直列回路の発光素子３５は、すべてほぼ同じ順電圧を有しているので、コンデンサ３２ｃの一方の端子から流出した電流は、抵抗器３６に流入した後、２つの直列回路に分流する。つまり、１つの直列回路に流れる順電流は、分流することによって抵抗器３６を流れる電流のほぼ１／２となる。

上述したように、数１０００Ｖから５０Ｖ程度の範囲で発光素子３５の発光有無を視認できる程度とするためには、消灯直前の視認できる限界近くで、コンデンサ電圧が５０Ｖ程度に達するようにする必要がある。そのため、この比較例の場合では、２つの直列回路に分流する分だけ、通常動作時の順電流を大きくなるように設定する必要がある。したがって、この比較例の場合には、コンデンサ電圧監視回路１３４ｂでの消費電力が増大することとなる。

本実施形態では、コンデンサ電圧監視回路３４は、２つの直列回路を含み、これら２つの直列回路が並列接続され、それぞれの直列回路で異なる直列個数の発光素子３５を含んでいる。そのため、コンデンサ３２ｃを流出した電流は、分流することなく、２つの直列回路のうち発光素子３５の直列個数の少ない方の直列回路に流れる。そのため、コンデンサ電圧がたとえば５０Ｖ程度近くに低下した場合でも、点灯状態を維持することができる。

直列個数の少ない方の直列回路の発光素子３５が故障した場合には、これに並列に接続された直列回路に電流が流れることによって、発光素子３５の点灯状態を維持することができる。

コンデンサ電圧監視回路３４では、ブロックを直列に接続することによって、各ブロックは、ブロック数に応じて分圧されたコンデンサ電圧を監視することができる。２つの直列回路は、分圧されたより低い電圧間に接続されるので、それぞれの発光素子３５の直列数を異ならせた場合に、導通時の順電圧の差を大きくすることができる。そのため、２つの直列回路に電流が分流して発光素子３５の明るさが低下するのを防止することができる。

発光素子３５の直列回路をブロックに分割することによって、たとえば１つのブロックを１つの基板にモジュールのように回路を形成することができる。発光素子３５の故障時等に交換作業をブロック単位で行うことができ、迅速な修繕を行うことができる。

（第２の実施形態）
並列に接続された２つの直列回路は、一方に２個の発光素子３５を含み、他方に３個の発光素子３５を含む場合に限らない。
図６（ａ）および図６（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
本実施形態では、直列数の少ない一方の直列回路の発光素子３５の直列数は２個であり、直列数の多い他方の直列回路の発光素子３５の直列は４個である。
図６（ａ）に示すように、単位変換器２３０は、上述の他の実施形態とは異なるコンデンサ電圧監視回路２３４を含む。このコンデンサ電圧監視回路２３４は、複数のブロックを含み、これらのブロックは直列に接続されている。ブロックは、並列に接続された２つの直列回路を含む。一方の直列回路は、２個の発光素子３５を含み、他方の直列回路は、４個の発光素子３５を含んでいる。

すべての発光素子３５が健全な場合には、図の太実線の矢印のように、発光素子３５の直列数の少ない方の直列回路に電流が流れて、発光素子３５が点灯する。

図６（ｂ）に示すように、ブロック２の直列回路のうち、発光素子３５の数の少ない直列回路の発光素子３５が故障により開放された場合には、電流は、ブロック２の発光素子３５の数の多い方の直列回路に流れる。そのため、コンデンサ３２ｃから流出する電流は、コンデンサ電圧監視回路２３４に流れ続けて、発光素子３５は点灯状態を維持することができる。

一方の直列回路は２個に限らず、他方の直列回路は３個（第１の実施形態）、４個（第２の実施形態）に限らない。２つの直列回路に含まれる発光素子３５の特性が同じ場合には、発光素子３５の直列数を異ならせることによって、電流経路の冗長化をはかることができる。

（第３の実施形態）
並列に接続される直列回路に含まれる発光素子の直列数を異ならせる場合に限らず、発光素子の導通時の直列回路の両端の電圧を異ならせるようにしてもよい。

図７（ａ）および図７（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
図７（ａ）に示すように、単位変換器３３０は、上述の他の実施形態とは異なるコンデンサ電圧監視回路３３４を含む。コンデンサ電圧監視回路３３４は、複数のブロックを含み、これらのブロックは直列に接続されている。ブロックは、並列に接続された２つの直列回路を含む。一方の直列回路は、２個の発光素子３５を含み、他方の直列回路は、２個の発光素子３３５を含んでいる。ここで、発光素子３３５は、発光素子３５よりも高い順電圧を有している。

発光素子３５，３３５の順電圧の大きさの差は、大きい方が好ましい。たとえば、発光素子３５，３３５は異なる種類の半導体発光ダイオードである。異なる種類とは、たとえば、発光素子を構成する半導体材料の組成が異なっている場合である。たとえば、順電圧が低い方の発光素子３５は、一般的な赤色発光ダイオードで、順電圧は２Ｖ程度である。順電圧が高い方の発光素子３３５は、一般的な白色ダイオードで、順電圧は３．５Ｖ～４Ｖ程度である。異なる種類の半導体発光ダイオードに限らず、同じ種類の半導体発光ダイオードであっても、順電圧が低めのものと高めのものとをあらかじめ選別して使い分けてもよい。

図７（ｂ）に示すように、ブロック２の直列回路のうち、順電圧が低い方の発光素子３５が故障により開放された場合には、電流は、ブロック２の順電圧が高い方の発光素子３３５に流れる。そのため、コンデンサ３２ｃから流出する電流は、コンデンサ電圧監視回路３３４に流れ続けて、発光素子３５，３３５は点灯状態を維持することができる。

一方の直列回路に電流が流れたときの両端の電圧と、他方の直列回路に電流が流れたときの両端の電圧との間に十分な差があれば、コンデンサ３２ｃから流出した電流が２つの直列回路に分流することがないので、発光素子３５，３３５を十分な明るさで発光させることができる。

図８（ａ）および図８（ｂ）は、第４の実施形態の電力変換装置の一部を例示する模式的な回路図である。
図８（ａ）に示すように、単位変換器４３０は、上述の他の実施形態とは異なるコンデンサ電圧監視回路４３４を含む。コンデンサ電圧監視回路４３４は、複数のブロックを含み、これらのブロックは直列に接続されている。ブロックは、並列に接続された２つの直列回路を含む。一方の直列回路は、２個の発光素子３５を含み、他方の直列回路は、２個の発光素子３５およびインピーダンス素子４３５を含んでいる。ここで、２つの直列回路において、それぞれの発光素子３５は、同じ数でもよいし、異なっていてもよい。発光素子３５の数が異なる場合には、好ましくは、インピーダンス素子４３５が含まれる直列回路の発光素子３５の数が、インピーダンス素子４３５が含まれない直列回路の発光素子３５の数よりも多い。

インピーダンス素子４３５は、たとえば整流器（ダイオード）や、定電圧ダイオード（ツェナーダイオード）、ダイアック等の非線形半導体素子である。インピーダンス素子４３５は、電流が流れたときに、直列回路の両端の電圧が他方の側の直列回路の両端の電圧よりも高くなればよいので、非線形素子に限らず、線形素子であってもよい。インピーダンス素子４３５は、たとえば抵抗器であり、抵抗器３６の抵抗値よりも十分小さい抵抗値を有する。

図８（ｂ）に示すように、ブロック２の直列回路のうち、インピーダンス素子４３５がない方の直列回路の発光素子３５が故障により開放された場合には、電流は、ブロック２のインピーダンス素子４３５がある方の直列回路に流れる。そのため、コンデンサ３２ｃから流出する電流は、コンデンサ電圧監視回路４３４に流れ続けて、発光素子３５は点灯状態を維持することができる。

この実施形態では、２つの直列回路のそれぞれに電流が流れたときに発生する直列回路の両端の電圧の大きさが十分相違していればよいので、２つの直列回路の両方にインピーダンス素子を挿入し、発光素子３５の数を適切に調整してもよい。

上述した各実施形態において、２つの直列回路において、一方の直列回路に含まれる発光素子と他方の直列回路に含まれる発光素子とで、異なる発光色としてもよい。いずれかの直列回路の発光素子が点灯しているときの発光色によって、どちらの直列回路の発光素子が点灯しているかを識別することができる。たとえば、点灯している発光素子の発光色によって、導通時の両端の電圧が低い方の直列回路の発光素子が故障していることを事前に認識することができるので、次の定期保守点検時等に故障した発光素子を交換することができ、確実なコンデンサ電圧監視を実現することができる。

上述の各実施形態では、それぞれ単独の場合に限らず、複数の実施形態の要素を組み合わせてもよい。たとえば、２つの直列回路の発光素子の直列数を異ならせるとともに、発光素子の特性も異ならせるようにしてもよい。さらに、いずれかの直列回路あるいは両方の直列回路にインピーダンス素子を挿入してもよい。

上述の各実施形態では、１つのブロックは、並列に接続された２つの直列回路を含むものとしたが、３つ以上の直列回路を並列に接続するようにしてもよい。並列数を増やすことによって、冗長度が高まり、よりメンテナンスフリーに近づけることができる。ただし、並列に接続される直列回路の両端の電圧は、直列回路に電流が流れたときに十分相違している必要がある。

上述の各実施形態では、ＭＭＣの各単位変換器に適用されるのが好ましいが、適用される変換器は、ＭＭＣに限らず、コンデンサを有する主回路を有する電力変換器であってももちろんかまわない。

以上説明した実施形態によれば、発光素子が故障してもコンデンサの電圧を確実に監視できる電力変換装置を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１ 交流回路、２ 変圧器、３ 直流回路、１０ 電力変換装置、２０ 電力変換器、２２ アーム、３０，２３０，３３０，４３０ 単位変換器、３２ 主回路、３２ａ スイッチング素子、３２ｂ ダイオード、３２ｃ コンデンサ、３２ｄ 抵抗器、３４，２３４，３３４，４３４ コンデンサ電圧監視回路、３５，３３５ 発光素子、３６ 抵抗器、４３５ インピーダンス素子

Claims (5)

1. コンデンサと、前記コンデンサの電荷を放電するように設けられた放電回路と、前記コンデンサに並列に接続されたコンデンサ電圧監視回路と、を含む主回路を含む電力変換器を備え、
   前記コンデンサ電圧監視回路は、
   直列に接続された複数の第１発光素子を含む第１直列回路と、
   前記第１直列回路に並列に接続され、直列に接続された複数の第２発光素子を含む第２直列回路と、
   を含み、
   前記第１発光素子が発光する電流が流れたときの前記第１直列回路の両端の電圧の大きさは、前記第２発光素子が発光する電流が流れたときの前記第２直列回路の両端の電圧の大きさと異なり、
   前記コンデンサ電圧監視回路は、前記第１直列回路および前記第２直列回路をそれぞれ含む複数のブロックを有し、
   前記複数のブロックは、直列に接続されて前記コンデンサに並列に接続され、
   前記コンデンサの両端電圧は、前記電力変換器の通常の動作時に１０００Ｖ以上に充電される電力変換装置。
2. 前記第１発光素子および前記第２発光素子は、同一の電流電圧特性を有し、
   前記第１発光素子の直列数は、前記第２発光素子の直列数と異なる請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記第１発光素子は、前記第２発光素子とは異なる電流電圧特性を有する請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記第１直列回路または前記第２直列回路の少なくともいずれかは、前記第１発光素子および前記第２発光素子と電流電圧特性の異なるインピーダンス素子を含む請求項１～３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
5. 前記電力変換器は、カスケード接続された複数の前記主回路を含む請求項１～４のいずれか１つに記載の電力変換装置。

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