JPWO2021049016A1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置の直流側で地絡した場合においても地絡を検出することができることを可能とする電力変換装置を得る。直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が前記第一の直流出力端子と接続され、他端が前記第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が前記第三の直流出力端子と接続され、他端が前記第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、を備え、前記第三の直流出力端子は、前記接地相と同電位である電力変換装置。

Description

この発明は、三相交流のうち一相が接地された系統の三相交流電力を直流電力に変換する電力変換装置に関するものである。

従来、交流電力を直流電力に変換する種々の電力変換装置が提案されている。従来の電力変換装置として、整流用ダイオードを備えた整流用ブリッジ回路と整流用ダイオードの端子と接続されたコンデンサと直流電力を出力するための一対の出力端子を備えた例がある。また、この一対の出力端子と接続され、直流電力を降圧する降圧チョッパ回路を組み合わせた例がある。（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−３０３２９公報（第４項〜第７項、図１）

特許文献１に記載の電力変換装置においては、電力変換装置の直流側の回路が地絡した場合、直流側に地絡電流が流れる経路が無いため、地絡を検出できないという課題があった。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、電力変換装置の直流側で地絡した場合においても地絡を検出することが容易な電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明における電力変換装置は、直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が前記第一の直流出力端子と接続され、他端が前記第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が前記第三の直流出力端子と接続され、他端が前記第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、を備え、前記第三の直流出力端子は、前記接地相と同電位である。

この発明によれば、電力変換装置の直流側で地絡した場合においても地絡の検出が容易な電力変換装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態１における電力変換装置の通常時の電流経路を示す模式図である。 本発明の実施の形態１における電力変換装置の直流出力の正側で地絡が生じたときの電流経路を示す模式図である。 本発明の実施の形態１における電力変換装置の直流出力の負側で地絡が生じたときの電流経路を示す模式図である。 本発明の実施の形態２における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態２における電力変換装置の変更例を示す回路図である。 本発明の実施の形態３における交流直流変換部の回路図である。 本発明の実施の形態３における交流直流変換部の変更例を示す回路図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の地絡判定部のハードウエア構成図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態５におけるチョッパ部の電圧波形の一例である。 本発明の実施の形態５におけるチョッパ部の電圧波形の一例である。 本発明の実施の形態５における電力変換装置の回路図である。 本発明の実施の形態５における電力変換装置の制御部のハードウエア構成を示す図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における電力変換装置の回路図である。本発明の実施の形態１における電力変換装置１００は、三相交流電力と直流電力との電力変換を行う交流直流変換部１と、コンデンサ２１（第一のコンデンサ）と、コンデンサ２２（第二のコンデンサ）と、で構成される。

また、本発明の実施の形態１における電力変換装置１００は、受電用変圧器９１を介して三相交流電源９０と接続されている。受電用変圧器９１の巻線間の絶縁が失われた際に、変圧器巻線の低圧側と高圧側が接触し、低圧側端子に高圧側の電圧が印加されることを避けるために、低圧側の一相が接地されることが多い。

本発明の実施の形態１における電力変換装置１００に接続する三相交流についても、一相が接地されたものである。なお、受電用変圧器９１については周知技術であるため、その詳細な説明は省略する。また、図１以外の図において、受電用変圧器９１の記載は省略する。

交流直流変換部１は、受電用変圧器９１を介して得られる三相交流電源９０からの三相交流電力を直流電力に変換して出力する。受電用変圧器９１から交流直流変換部１に接続される三相のうち一相は接地されている（以下、接地相とよぶ）。

交流直流変換部１は、直流電力が出力される直流出力の正側端子である直流出力端子１１（第一の直流出力端子）と、直流出力の負側端子である直流出力端子１２（第二の直流出力端子）と、直流中性点から引き出される中性端子１３（第三の直流出力端子）と、の３端子を有する。

直流中性点すなわち中性端子１３は、三相交流電力の入力のうちの接地相と同電位になるように設けられる。すなわち、中性端子１３は接地相と接続されている。

本発明の実施の形態１における電力変換装置１００において、三相交流電力が入力される側を前段とし、三相交流電力が電力変換されて直流電力が出力される側を後段と定義する。

このときコンデンサ２１およびコンデンサ２２は、交流直流変換部１の後段に設けられる。コンデンサ２１は、一端が直流出力端子１１と接続され、他端が中性端子１３と接続される。コンデンサ２２は、一端が直流出力端子１２と接続され、他端は中性端子１３と接続される。すなわち、コンデンサ２１とコンデンサ２２は、中性端子１３に対して直流出力の正側と直流出力の負側とに対称に接続される。

このように接続することで、急な電圧上昇や低下をすることなく、電力変動に対応することができる。したがって、直流電圧を安定化させる効果を奏する。

このような回路の場合、通常、交流直流変換部１は、直流出力の正側のコンデンサ２１と直流出力の負側のコンデンサ２２の電圧が等しくなるように動作が制御される。

図２は、本発明の実施の形態１における電力変換装置１００の通常動作時の電流経路を示す模式図である。図２における実線および点線は電流の流れを示している。上述のとおり、交流直流変換部１は、コンデンサ２１とコンデンサ２２との電圧が等しくなるように動作が制御されている。通常、直流出力の正側と直流出力の負側との間の負荷１０はバランスを保っている。すなわち、正側と負側の電圧は等しく、正側と負側の負荷に同じ大きさの電流を供給している。ここで、負荷１０は、直流出力の正側と直流出力の負側との間に一体接続されているものとする。

図２における点線は、直流出力の正側から負荷１０に供給される電流と、直流出力の負側から負荷１０に供給される電流を示している。このとき、負荷１０の中性点と中性端子１３とを結ぶ線路（以下、直流中性線とよぶ）は、直流出力の正側から負荷１０の正側を通り直流中性線に流れる負荷電流と、直流中性線から直流出力の負側へと流れる負荷電流とが流れる。上述の通り、このときの各負荷電流は等しい。

この結果、直流中性線において、直流出力の正側から負荷１０の正側を通り直流中性線に流れる負荷電流と直流中性線から直流出力の負側へと流れる負荷電流とが打ち消しあい、電流はほとんど流れなくなる。すなわち、図２において実線で示したように、直流出力の正側から負荷１０を通り、直流出力の負側へ戻る経路を通る負荷電流が流れる。

図３は、発明の実施の形態１における電力変換装置１００の交流直流変換部１後段の直流出力の正側で地絡が生じたときの電流経路を示す模式図である。図４は、本発明の実施の形態１における電力変換装置１００の交流直流変換部１より後段の直流出力の負側で地絡が生じたときの電流経路を示す模式図である。

例えば、交流直流変換部１後段の直流出力の正側で地絡が生じた場合を、図３を用いて説明する。図３における実線および一点鎖線は電流の流れを示している。

図３における実線は、直流出力の正側で地絡が生じた場合に直流出力の正側から地絡点Ｐおよび三相交流の接地相を通り、直流中性点を通る地絡電流の経路である。すなわち地絡点Ｐからアースを介して接地相と同電位とした中性端子１３へ電流が還流する。

また、図３における一点鎖線は、直流出力の正側で地絡が生じた場合に直流中性点から負荷１０の負側を通り、直流出力の負側を通る負荷電流の経路である。

このように、直流出力の正側で地絡が生じた場合には、負荷１０を経由する経路を流れる負荷電流と、直流中性点を経由する経路を流れる地絡電流とが生じる。

次に、交流直流変換部１より後段の直流出力の負側で地絡が生じた場合を、図４を用いて説明する。図４における実線および一点鎖線は電流の流れを示している。

図４における実線は、直流中性点から三相交流の接地相を通り、地絡点Ｐから直流出力の負側を通る地絡電流の経路である。また、図４における一点鎖線は、直流出力の正側から負荷１０の正側を通り、直流中性点を通る負荷電流の経路である。

このように、直流出力の負側で地絡が生じた場合にも、負荷１０を経由する経路を流れる負荷電流と、直流中性点を経由する経路を流れる地絡電流とが生じる。

したがって、接地相と中性端子１３とを同電位とする構成とすることにより、直流出力の正側または負側で地絡が発生したいずれの場合においても、接地相と直流中性端子とを経由する電流が流れる。また、直流中性線を流れる電流は打ち消されることなく、負荷１０の大きさに応じた電流が流れる。

いずれの場合も通常の運転時と比べ大きな電流が流れることになる。これらの各電流を例えば電流検出部６６、６７、６８などを用いて計測することにより地絡を検出可能である。電流検出部６６、６７、６８は交流直流変換部１の直流出力の各出力端子１１、１２、１３が引き出された配線に流れる電流を測定する。これにより電流検出部６６、６７、６８は地絡時の電流を検出することができる。なお、電流検出部６６、６７、６８の検出位置は一例であり、上述した地絡時の各電流の経路の電流を検出できるように設けられていればよい。この検出された電流値に応じて地絡の判定をすることができる。

すなわち、電力変換装置１００の交流側および直流側の少なくとも一方において地絡時に流れる電流を検出することにより地絡を容易に検出することができる。なお、以上の説明は、負荷１０の中性点と中性端子１３を明示的に接続した場合に基づくが、負荷１０の中性点が接地され、中性端子１３と接続されていない場合においても、負荷１０の中性点と中性端子１３は同電位となるため同様である。

このように、本発明の実施の形態１は、直流中性点を三相交流の接地相と同電位とする構成により、直流の出力側で地絡した場合において、電力変換装置１００の交流側または直流側で地絡を検出することが容易な電力変換装置を得ることができる。

実施の形態２．
従来、交流電圧を整流する整流器と直流電力の変換回路とで構成され、複数の出力端子をもち、必要電圧に適した電圧を供給する例がある（例えば、特開２０１２−９５４５０公報（図２））。しかしながら、このような例においても直流側の回路が地絡した場合、地絡電流が流れる経路が無いため、地絡検出できないという課題があり、さらには複数の電圧出力に対応する場合には構成要素が増加する課題もあった。これらの課題を解決するための形態を本発明の実施の形態２において説明する。

図５は、本発明の実施の形態２における電力変換装置の回路図、図６は本発明の実施の形態２における電力変換装置の変更例を示す回路図である。図１と同じ符号をつけたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。実施の形態１とは交流直流変換部１よりも後段側の構成が相違している。実施の形態１と構成および動作の異なる部分のみを説明する。

実施の形態２の電力変換装置１０１は、コンデンサ２１およびコンデンサ２２よりも後段側にチョッパ回路３、直流フィルタリアクトル４１（第一の直流フィルタリアクトル）および直流フィルタリアクトル４２（第二の直流フィルタリアクトル）、直流フィルタコンデンサ５１（第一の直流フィルタコンデンサ）および直流フィルタコンデンサ５２（第二の直流フィルタコンデンサ）とを備えている。

チョッパ回路３は、その直流入力側に直流出力端子１１と接続される第一の直流入力端子、直流出力端子１２と接続される第二の直流入力端子および中性端子１３と接続される第三の直流入力端子を有する。また、チョッパ回路３は、その直流出力側に直流電力を出力する正側の出力端子（第四の直流出力端子）と負側の出力端子（第五の直流出力端子）、出力中性端子（第六の直流出力端子）とを有する。チョッパ回路３は、各入力端子から入力される直流電力を電力変換して各出力端子から出力する。

チョッパ回路３は、第３の直流入力端子に対して、第１の直流入力端子側と第２の直流入力端子側に対称に接続されるハーフブリッジ３０１（第一のハーフブリッジ）およびハーフブリッジ３０２（第二のハーフブリッジ）で構成される。

ハーフブリッジ３０１は、直列接続された半導体スイッチ３０３および半導体スイッチ３０４により構成され、半導体スイッチ３０３と半導体スイッチ３０４との接続点からハーフブリッジ３０１の出力端子が引き出される。この出力端子は、チョッパ回路３の正側の出力端子である。

ハーフブリッジ３０２は、ハーフブリッジ３０１と同様に直列接続された半導体スイッチ３０５および半導体スイッチ３０６により構成される。そして、半導体スイッチ３０５と半導体スイッチ３０６との接続点からハーフブリッジ３０２の出力端子が引き出される。この出力端子は、チョッパ回路３の負側の出力端子である。

ハーフブリッジ３０１とハーフブリッジ３０２との接続点から出力端子が引き出される。この出力端子は、チョッパ回路３の出力中性端子である。この出力中性端子は中性端子１３と接続されている。すなわち、三相交流の接地相と同電位となるように接続されている。

直流フィルタリアクトル４１は、一端がハーフブリッジ３０１から引き出された出力端子と接続される。また、直流フィルタリアクトル４２は、一端がハーフブリッジ３０２から引き出された出力端子と接続される。

直流フィルタコンデンサ５１は、直流フィルタリアクトル４１の後段に一端が接続され、他端が出力中性端子と接続される。直流フィルタコンデンサ５２は、直流フィルタリアクトル４２の後段に一端が接続され、他端が出力中性端子と接続される。

直流フィルタコンデンサ５１および直流フィルタコンデンサ５２よりも後段に引き出された電力変換装置１０１の各出力端子は、実施の形態１と同様に例えば負荷（図示なし）と接続される。各出力端子のうち出力中性端子は、負荷の中性点と接続される。

このような構成において、チョッパ回路３では、直流出力の正側の直流出力電圧と直流出力の負側の直流出力電圧が等しくなるように各半導体スイッチが制御される。これにより、交流側の電圧に関わらず、所望の直流電圧が出力できるという効果を奏する。

次に、図６を用いて本発明の実施の形態２における電力変換装置１０１の変更例を説明する。図１から図５と同じ符号をつけたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。

図６に示す電力変換装置１０１の変更例は、さらにチョッパ回路３１、直流フィルタリアクトル４３および直流フィルタリアクトル４４、直流フィルタコンデンサ５３および直流フィルタコンデンサ５４、を備える。

チョッパ回路３１は、上述したチョッパ回路３と同様の構成である。すなわち、ハーフブリッジ３０１およびハーフブリッジ３０２と同様の構成であるハーフブリッジ３１１とハーフブリッジ３１２で構成される。チョッパ回路３とチョッパ回路３１の各直流入力端子は並列に接続される。

ハーフブリッジ３１１を構成する各半導体スイッチの接続点から出力端子が引き出される。この出力端子は、チョッパ回路３１の正側の出力端子である。同様に、ハーフブリッジ３１２を構成する各半導体スイッチの接続点から出力端子が引き出される。この出力端子は、チョッパ回路３１の負側の出力端子である。

ハーフブリッジ３１１とハーフブリッジ３１２との接続点から出力端子が引き出される。この出力端子は、チョッパ回路３１の出力中性端子である。この出力中性端子はチョッパ回路３の出力中性端子と接続されている。すなわち、三相交流の接地相と同電位となるように接続されている。

直流フィルタリアクトル４３および直流フィルタリアクトル４４、直流フィルタコンデンサ５３および直流フィルタコンデンサ５４は、チョッパ回路３１の後段に接続される。これらは直流フィルタリアクトル４１および直流フィルタリアクトル４２、直流フィルタコンデンサ５１および直流フィルタコンデンサ５２がチョッパ回路３の後段に接続されたものと同様の配置でチョッパ回路３１に接続される。

また、各チョッパ回路３、３１を異なる出力電圧になるように制御する。これによりチョッパ回路を追加することで異なる電圧を出力することが可能となる。すなわち、複数の電圧の直流出力を同時に得ることが可能となる。

また、直流フィルタコンデンサ５３および直流フィルタコンデンサ５４よりも後段に引き出された出力中性端子は、三相交流の接地相と同電位になるように接続されている。この場合における複数の出力電圧の基準電位は直流中性点となる。

したがって、実施の形態１と同様に直流出力側で地絡した場合において、交流直流変換部１の交流側または直流側で地絡を検出することが容易な電力変換装置を得ることができる効果を奏する。さらに、基準電位のそろった所望の複数の直流電圧を得ることができる効果を奏する。

なお、本発明の実施の形態２では、チョッパ回路を２組接続したが、チョッパ回路は３組以上であってもよい。また、ＭＯＳＦＥＴの記号によって半導体スイッチを表現しているが、半導体素子としてＭＯＳＦＥＴに限られるものではなく、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＪＦＥＴなど他の種類の素子であっても良い。この場合においても、上述の各効果を奏する。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３における交流直流変換部１の回路図である。図８は本発明の実施の形態３における交流直流変換部１の変更例を示す回路図である。実施の形態１および実施の形態２と構成および動作の異なる部分のみを説明する。

本発明の実施の形態３における交流直流変換部１は、図７に示すように、半導体スイッチ１００１と１００２で構成されるハーフブリッジ（第三のハーフブリッジ）と、半導体スイッチ１００３と１００４で構成されるハーフブリッジ（第四のハーフブリッジ）を用いたフルブリッジで構成される。また、フルブリッジの交流側には、系統側の高調波規制値に合わせた交流フィルタが接続される。なお、交流フィルタの構成については、各コンデンサ５０１、５０２および各リアクトル４０１、４０２で構成されるものを図示しているが周知技術であるためその詳細な説明を省略する。

本発明の実施の形態３におけるフルブリッジは一端が、直流出力端子１１と接続され、他端が直流出力端子１２と接続される各ハーフブリッジが並列に接続されて構成される。

フルブリッジの正側の直流端子は、交流直流変換部１の直流出力の正側にあたる。また、フルブリッジの負側の直流端子は、交流直流変換部１の直流出力の負側にあたる。そして直流中性点が三相交流の接地相と同電位になるように接続される。

半導体スイッチ１００１と１００２の接続点は、三相交流の接地相以外の一相と接続される。また、半導体スイッチ１００３と１００４の接続点は三相交流の接地相および前記一相以外の相と接続される。

このように交流直流変換部１は、各半導体スイッチを用いたフルブリッジで構成される交流直流変換回路である。これにより、交流側が電圧変動した場合でも、直流リンク電圧を一定に保つように制御可能となる効果を奏する。また、電源周波数よりも充分高い周波数でスイッチングすることで、交流側の低次高調波を抑制する効果を奏する。

図８は、上述したフルブリッジの各半導体スイッチを、各ダイオード１００５，１００６，１００７，１００８を用いて構成したものである。各ダイオードを用いてフルブリッジを構成した交流直流変換回路は、各半導体スイッチで構成するよりも安価であることや、制御系が不要となるため、コスト面で有利な効果を奏する。

すなわち、高調波を抑制したい場合においては、図７に示した交流直流変換回路を選択し、高調波を許容できる場合においては、図８に示した交流直流変換回路を選択する。これにより、本発明の実施の形態１および実施の形態２の効果に加え、本発明の実施の形態３において上述した各交流直流変換回路による効果を奏する。

さらに、実施の形態１および実施の形態２と同様に直流出力側で地絡した場合において、交流直流変換部１の交流側または直流側で地絡の検出することが容易な電力変換装置を得ることができる効果を奏する。また、所望の直流電圧を得ることができる効果を奏する。

また、本発明の実施の形態２で示すように、交流直流変換部１の直流出力の後段側にチョッパ回路３を接続した場合には、チョッパ回路３の制御によって交流入力電圧変動が直流出力に与える影響を抑制できる効果を奏する。

なお、図７および図８に示した交流フィルタは一例であり、他の形式のフィルタを用いてもよい。また、三相交流の接地された相と、直流中性点が同電位になるように接続された交流直流変換回路であれば適用可能であり、他の回路形式であっても良い。

また、ＭＯＳＦＥＴの記号によって半導体スイッチを表現しているが、半導体素子としてＭＯＳＦＥＴに限られるものではなく、バイポーラトランジスタ、ＩＧＢＴ、ＪＦＥＴなど他の種類の素子であっても良い。これらの場合においても上述の各効果を奏する。

実施の形態４．
本発明の実施の形態１から実施の形態３で示したように、本発明の実施の形態における各電力変換装置では直流出力側で地絡した場合において、交流直流変換部１の交流側または直流側で地絡を検出することが容易となる。

地絡電流は、通常動作では想定されない大きさの電流であるため、電力変換装置や地絡電流が流れる経路の配線などに損傷を与えることがある。このため、地絡の有無を判断する必要がある。さらには、地絡を検出した後、適切に地絡電流を遮断する必要がある。

本発明の実施の形態４においては、地絡の検出が可能な電力変換装置を説明する。図９は、本発明の実施の形態４における電力変換装置の回路図である。図１から図８と同じ符号をつけたものは、同一または対応する構成を示しており、その説明を省略する。

図９を用いて地絡電流を検出する例を説明する。図９から図１６は、本発明の実施の形態における交流直流変換部１の交流側または直流側の少なくともいずれかの電流を検出する地絡判定手段６０を有している。

図９は電力変換装置１０２の交流側で地絡の検出を行う例を示す図である。図９における地絡判定手段６０は、電流検出部６１と地絡判定部７０とを有する。

電流検出部６１は、交流直流変換部１の交流側に設けられる。具体的には、接地相が接地されている箇所と交流直流変換部１との間に設けられる。そして、この間の三相電流を一括して測定する。

地絡判定部７０は、電流検出部６１で検出された検出電流値に基づいて地絡の有無を判定する。

交流直流変換部１の交流側は、通常運転時に三相平衡状態もしくは三相平衡に近い状態にある。このとき交流側の三相電流の和は０もしくは非常に小さな値となる。一方で、地絡時には、各相の電流にアンバランスが発生する。地絡の発生は、その各相の電流のアンバランスを測定することで検知が可能となる。そこで電流検出部６１は、三相交流電流の零相成分を測定することにより各相の電流のアンバランスを測定する。

そして、地絡判定部７０は、電流検出部６１によって検出された零相成分が予め決められた大きさを超過した場合に、地絡が発生したと判定する。したがって、交流直流変換部１の交流側で地絡を検出することが可能となる。

図１０は、図９の地絡判定部７０のハードウエア構成図である。図１０において地絡判定部７０はプロセッサ３３と、記憶部３４を有する。プロセッサ３３は、記憶部３４に記憶されたプログラムを実行することにより、上述の地絡判定部７０の処理を行う。ここで、記憶部３４は、判定に必要なパラメータ、上記の処理を記述したプログラムなどが記憶されたメモリにより構成される。プロセッサ３３は、マイコン（マイクロコンピュータ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）などのハードウエア回路に論理構成されたプロセッサにより構成される。また、複数のプロセッサ３３および複数の記憶部３４が連携して上記機能を実行してもよい。以下で説明する地絡判定部７０についても同様である。

次に、図１１に示す、電力変換装置１０２の交流側で地絡の検出を行う例を説明する。図１１における地絡判定手段６０は、各電流検出部６２、６３、６４と地絡判定部７０とを有する。

各電流検出部６２、６３、６４は、接地相が接地されている箇所と交流直流変換部１との間に設けられる。各電流検出部６２、６３、６４はそれぞれ異なった相の電流を検出する。

各電流検出部６２、６３、６４で個別に測定された測定値の総和をとることにより零相成分すなわち零相電流を求めることができる。

そして、地絡判定部７０は、電流検出部６２、６３、６４によって検出された電流検出値から算出された零相電流が予め決められた大きさを超過した場合に、地絡が発生したと判定する。したがって、交流直流変換部１の交流側で地絡を検出することが可能となる。

次に、図１２に示す、電力変換装置１０２の交流側で地絡の検出を行う例を説明する。
図１２における地絡判定手段６０は、電流検出部６３と地絡判定部７０を有する。これは、図１１に示す構成から、電流検出部６２および６４を省略したものである。

電流検出部６３は、接地相が接地されている箇所と交流直流変換部１との間の接地相に設けられる。接地相には、通常運転時に電流は流れないが、地絡が発生すると、地絡電流が流れる。電流検出部６３で接地相の電流を測定することにより、地絡電流の検出が可能となる。

そして、地絡判定部７０は、電流検出部６３によって検出された電流検出値が予め決められた大きさを超過した場合に、地絡が発生したと判定する。したがって、交流直流変換部１の交流側で地絡を検出することが可能となる。

次に、図１３に示す、電力変換装置１０２の交流側で地絡の検出を行う例を説明する。図１３における地絡判定手段６０は、三相交流の接地相を接地している線路の電流を検出する電流検出部６５と地絡判定部７０とを有する。

三相交流の接地相を接地している線路は、通常運転時に電流は流れないが、地絡が発生すると、地絡電流が流れる。電流検出部６５は、この三相交流の接地相を接地する線路に流れる地絡電流を測定するものである。

そして、地絡判定部７０は、電流検出部６５によって検出された電流検出値が予め決められた値よりも大きい場合に地絡が発生したと判定する。これにより、交流直流変換部１の交流側で地絡を検出することが可能となる。

次に、図１４に示す、電力変換装置１０２の直流側で地絡の検出を行う例を説明する。図１４における地絡判定手段６０は、電流検出部６６、６７と地絡判定部７０を有する。

具体的には、電流検出部６６は、コンデンサ２１の後段に設けられ、交流直流変換部１の直流出力の正側の線路に流れる電流を検出する。電流検出部６７は、コンデンサ２２の後段に設けられ、交流直流変換部１の直流出力の負側の線路に流れる電流を検出する。

また、電流検出部６６は、直流出力側に各直流フィルタリアクトルおよび各直流コンデンサが設けられている場合には、各直流フィルタリアクトルと各直流フィルタコンデンサの後段に設けられる。電流検出部６７は、直流出力側に各直流フィルタリアクトルおよび各直流コンデンサが設けられている場合には、各直流フィルタリアクトルと各直流フィルタコンデンサの後段に設けられる。

交流直流変換部１の直流出力の正側の線路に流れる電流値と直流出力の負側の線路に流れる電流値は、通常運転時は同等になる。すなわち、直流中性線に流れる電流は０もしくは非常に小さい値となる。一方で地絡が発生すると、直流出力の正側と直流出力の負側の線路に流れる電流値は異なり、直流中性線に地絡電流が流れる。

したがって、地絡判定部７０は、地絡発生時に直流出力の正側と負側との電流値は異なることを利用し、電流検出部６６および電流検出部６７で測定された各電流検出値を用いて地絡を判定することができる。

地絡の判定方法として、例えば各電流検出値の差分を用いる方法がある。各電流検出値の差分を求め、この差分が大きくなったときに地絡を検出できる。具体的には、地絡が発生した際の差分の基準値を予め設けており、この基準値と検出した差分の値とを比較し、基準値よりも差分の値が大きくなったときに地絡したと判定するようにする。または、通常時の各電流検出値の差分の値を基準値とし、これと各電流検出値との差分の値を比較し、通常時の基準値からの増加に基づいて判定してもよい。

また、別の判定方法として、各電流検出値を足し合わせた値を用いる方法がある。この場合は、通常運転時には足し合わせた値がほぼ０となり、地絡時はそれと比較して大きな値となることを利用する。すなわち、各電流検出値を足し合わせた値が、予め設けた基準値より大きくなったときに、地絡したと判定する。これらのように、各電流検出値を用いた値と予め決められた基準値との比較により地絡を検出することができる。

次に、図１５に示す電力変換装置１０２の直流側で地絡の検出を行う例を説明する。図１５における地絡判定手段６０は、電流検出部６８と地絡判定部７０を有する。電流検出部６８は、直流中性線に設けられ、直流中性線の電流を検出する。

本発明の実施の形態１でも説明したように、直流中性線には、通常運転時に電流がほとんど流れない。

一方で、地絡時には、直流中性線に地絡電流が流れる。すなわち、電流検出部６８で検出された直流中性線の電流検出値を用いて地絡を検出することが可能となる。

したがって、電流検出部６８の電流検出値と予め決められた基準値との比較により地絡を検出することができる。また、電流検出部６８の電流検出値の増加により地絡を検出することができる。

次に、図１６に示す電力変換装置１０２の直流側で地絡の検出を行う例を説明する。図１６における地絡判定手段６０は、電流検出部６９と地絡判定部７０を有する。この電流検出部６９は、交流直流変換部１の直流出力の正側と直流出力の負側を一括して測定するものであり、直流中性線の電流を測定しないように設置する。

通常運転時に、直流電流を一括して検出すると、正側を流れる電流と負側を流れる電流が打ち消しあい、ほとんど電流は検出されない。一方で、地絡が発生すると、直流出力の正側の電流と直流出力の負側の電流が打ち消されないため、通常運転時と比較して大きな電流が流れる。これを利用することで地絡を検出することが可能となる。

すなわち、電流検出部６９の電流検出値と予め決められた基準値との比較により地絡が発生したことを判定できる。

したがって、各電力変換装置の直流側で地絡した場合において、交流直流変換部１の交流側または直流側で地絡の検出が可能となる効果を奏する。

なお、図９から図１６において、地絡判定部７０は、地絡を判定したら地絡電流を遮断するように電力変換装置１０２の動作を停止するような制御を行ってもよい。

例えば、チョッパ回路３やチョッパ回路３１を有する各電力変換装置において地絡検出した際には、各チョッパ回路３、３１の前記半導体スイッチのスイッチングを停止するようにすることで地絡電流を遮断することが可能となる。これにより地絡電流による各電力変換装置や経路の配線などへの損傷を防止することができる効果を奏する。

また、図９から図１６で地絡判定手段６０を有する電力変換装置１０２を説明したが、図１７に示すように、電力変換装置１０２は遮断器８０を有する構成としてもよい。遮断器８０には、例えば、ＭＣＣＢ（Ｍｏｌｄｅｄ Ｃａｓｅ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｒｅａｋｅｒ）や漏電遮断器などが用いられる。この場合、各電流検出部によって検出された電流値に応じて、上述した各方法によって地絡を判定し、地絡を検出した後、遮断器８０をオフにすることで地絡電流を遮断することができる。

すなわち、遮断器８０と組み合わせることで地絡判定手段６０の検出電流値を利用し、地絡電流を遮断することを可能とする効果を奏する。

上述の各電流検出部は、例えば、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を用いるが、例えば、遮断器８０としてＭＣＣＢや漏電遮断器等を用いる場合、各電流検出部および地絡判定部７０は遮断器８０に内蔵していても良い。この場合、遮断器８０外の地絡判定部７０は、補助接点などによって遮断器８０の動作を検出することで、地絡を検出しても良い。

したがって、本実施の形態によれば、直流側で地絡した場合において、交流直流変換部１の交流側または直流側で地絡の検出が容易となる効果を奏する。また、各電流検出部の電流測定値と、地絡判定部７０または遮断器８０とを用いることにより、地絡を検出した後、地絡電流を遮断することができる効果を奏する。さらに、地絡電流による各電力変換装置や経路の配線などの損傷を防止することができる効果を奏する。

なお、本実施の形態４において、各電流検出部を設けた各例を示したが、交流側または直流側のいずれかに図９から図１６のいずれかの電流検出部があればよく、図９から図１６に示した各電流検出部は組み合わせて用いてもよい。この場合においても、上述した効果を奏する。

また、電流検出部の電流検出値に基づいて地絡電流を遮断できるものであれば、上述した遮断器８０以外でも適用可能である。

実施の形態５．
本発明の実施の形態２において、チョッパ回路３を備えた電力変換装置１０１について図５および図６を用いて説明した。本発明の実施の形態５においては、チョッパ回路３の各ハーフブリッジのスイッチングタイミングの制御について説明する。

図１８は、本発明の実施の形態５におけるチョッパ回路の各ハーフブリッジのスイッチタイミングが同一のときの電圧波形を示したものである。図１９は、本発明の実施の形態５におけるチョッパ回路の各ハーフブリッジのスイッチタイミングが同一のときおよび異なるときの各電圧波形を示したものである。

スイッチング型の変換器では、一般的に半導体スイッチのスイッチングに伴って、コモンモード電圧が発生することが知られている。このコモンモード電圧は、変換器と基準電位間の浮遊容量などに印加されることでコモンモード電流となる。コモンモード電流は、通常動作時の電流に対してノイズ成分であるコモンモードノイズや、損失増加の原因となる。このため、コモンモード電圧の発生を抑制することが望ましい。

本発明の実施の形態におけるチョッパ回路３の回路は、直流中性線に対して、直流の出力正側と負側に対称に各ハーフブリッジ３０１、３０２が接続されている。このような回路形式においては、直流出力の正側のハーフブリッジ３０１のスイッチングタイミングと直流出力の負側のハーフブリッジ３０２のスイッチングタイミングとを揃えることにより、コモンモード電圧の発生を抑制することができる。

図１８を用いて詳細に説明する。図１８上段の各横軸は時間ｔを示している。図１８上段に示す正側ハーフブリッジ出力電圧は、直流中性点電位を基準に取った、図５に示した直流フィルタコンデンサ５１の両端にかかる電圧を示している。また、図１８上段に示す負側ハーフブリッジ出力電圧は、直流中性点電位を基準に取った、図５に示した直流フィルタコンデンサ５２の両端にかかる電圧を示している。

コモンモード電圧は正側ハーフブリッジ出力電圧と負側ハーフブリッジ出力電圧の和である。すなわち、直流フィルタコンデンサ５１の両端にかかる電圧と直流フィルタコンデンサ５２の両端にかかる電圧との和である。

図１８の上段は、各直流フィルタコンデンサ５１、５２と各直流フィルタリアクトル４１、４２によって構成されるＬＣフィルタが設けられている場合の各電圧を示している。

一方、図１８下段は、回路動作をよりわかりやすくするため、各直流フィルタリアクトル４１、４２と各直流フィルタコンデンサ５１、５２から構成されるＬＣフィルタを接続していない場合の正側ハーフブリッジ出力電圧、負側ハーフブリッジ出力電圧およびコモンモード電圧を示したものである。

図１８下段における横軸は時間ｔを示している。図１８下段に示した正側ハーフブリッジ出力電圧および負側ハーフブリッジ出力電圧は、各ハーフブリッジ３０１、３０２を構成する各半導体スイッチ間の接続部と直流中性線間の各電圧である。この場合のコモンモード電圧も正側ハーフブリッジ出力電圧と負側ハーフブリッジ出力電圧との和である。

上述したように、直流出力の正側出力電圧と直流出力の負側の出力電圧は等しくなるように電力変換装置は制御される。また、正側のコンデンサ２１にかかる電圧と、負側のコンデンサ２２にかかる電圧も同様に等しくなるように制御される。

したがって、通常動作時に各ハーフブリッジ３０１、３０２がスイッチングした時の正側ハーフブリッジ出力電圧と負側ハーフブリッジ出力電圧の大きさは等しくなる。また、正側ハーフブリッジ出力電圧は、直流中性点電位に対して正の電圧になり、負側ハーフブリッジ出力電圧は直流中性点電位に対して負の電圧になる。このため、正側ハーフブリッジと負側ハーフブリッジがスイッチングするタイミングが揃っていれば、正側ハーフブリッジ出力電圧と負側ハーフブリッジ出力電圧の和で表されるコモンモード電圧は０となる。

図１８上段に示すように、ＬＣフィルタを接続した場合においても、正側と負側でそれぞれ等しいインダクタンスの直流フィルタリアクトルと、それぞれ等しいキャパシタンスの直流フィルタコンデンサを用いることで、正側直流出力電圧のリプル電圧と負側直流出力電圧のリプル電圧が逆極性で等しい大きさとなる。したがって、コモンモード電圧は０となる。

正側ハーフブリッジと負側ハーフブリッジのスイッチングタイミングを揃えるためには、例えば、周波数と位相が揃い、極性が逆転したキャリア信号を使用し、正側ハーフブリッジ出力電圧と負側ハーフブリッジ出力電圧のそれぞれの指令値を用いてキャリア比較し、半導体スイッチのゲート信号を生成する方法が考えられる。また、１つのキャリア信号に対して、正側ハーフブリッジ出力電圧指令値と極性を反転させた負側ハーフブリッジ出力電圧指令値を用いてキャリア比較し、各半導体スイッチのゲート信号を生成する方法などが考えられる。

上述のように各ハーフブリッジ３０１、３０２の制御を行うことにより、コモンモード電圧を抑制することができ、ノイズの低減や損失増加を抑制することが可能となる効果を奏する。

一方で、リプル電圧の観点から考えると、スイッチングタイミングを揃えた場合の直流出力電圧のリプル電圧に対して、スイッチングタイミングを揃えない場合の直流出力電圧のリプル電圧の方が抑制される。

図１９を用いて詳細に説明する。図１９の各横軸は時間ｔを示している。図１９の上から順に正側ハーフブリッジ出力電圧、負側ハーフブリッジ出力電圧、正側直流出力電圧と負側直流出力電圧の差電圧である出力電圧をそれぞれ示している。

図１９中の実線は、正側ハーフブリッジと負側ハーフブリッジとのスイッチタイミングが同一のときの出力電圧値をそれぞれ示したものである。一方、図１９中の点線は、正側ハーフブリッジと負側ハーフブリッジとのスイッチタイミングが異なる場合の出力電圧値をそれぞれ示したものである。

負荷に供給される直流電圧は、正側の直流出力電圧と負側の直流出力電圧の差電圧になる。このため、各ハーフブリッジ３０１、３０２のスイッチングタイミングが揃い、それぞれの電圧がピークに至るタイミングが揃うときに、直流電圧のリプルが最大になることがわかる。リプル電圧が大きくなると、直流出力電圧の電圧変動を所望の値に抑えるために必要な直流フィルタコンデンサの容量が増加し、コストやサイズ増加の要因となってしまう。

一方で、スイッチングタイミングを揃えない場合、正側の直流出力電圧がピークに至るタイミングと負側の直流出力電圧がピークに至るタイミングがずれることが図１９中からもわかる。これにより、直流出力電圧のリプル電圧ピーク値が抑制される。

スイッチタイミングをずらすことは、正側ハーフブリッジに与えるキャリア信号の位相と負側ハーフブリッジに与えるキャリア信号の位相をずらすことでできる。上述の通り、スイッチタイミングを異ならせる制御を行うことにより、直流出力電圧のリプル電圧ピーク値を抑制することが可能となる効果を奏する。

上述の制御は、例えば、図２０に示すような制御部３２によって実現される。図２１は、図２０の制御部のハードウエア構成図である。図２１において、制御部３２はプロセッサ３３と、記憶部３４を有する。プロセッサ３３は、記憶部３４に記憶されたプログラムを実行することにより、上述の制御部３２の処理を行う。ここで、記憶部３４は、制御に必要なパラメータ、上記の処理を記述したプログラムなどが記憶されたメモリにより構成される。プロセッサ３３は、マイコン（マイクロコンピュータ）やＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＦＰＧＡなどにより構成される。また、複数のプロセッサ３３および複数の記憶部３４が連携して上記機能を実行してもよい。

以上のように、実施の形態１から実施の形態４と同様に直流出力側で地絡した場合において、交流直流変換部１の交流側または直流側で地絡の検出が容易な電力変換装置を得ることができる検出させることができる効果を奏する。また、チョッパ回路におけるハーフブリッジのスイッチングのタイミングを制御することにより、ノイズの低減やリプルの低減可能な効果を奏する。

１ 交流直流変換部、２１、２２ コンデンサ、３、３１ チョッパ回路、３２ 制御部、３３ プロセッサ、３４ 記憶部、３０１、３０２、３１１、３１２ ハーフブリッジ、３０３、３０４、３０５、３０６、１００１，１００２、１００３、１００４ 半導体スイッチ、１０ 負荷、１１、１２ 直流出力端子、１３ 中性端子、４１、４２、４３、４４ 直流フィルタリアクトル、４０１、４０２ リアクトル、５１、５２、５３、５４ 直流フィルタコンデンサ、５０１、５０２ コンデンサ、６０ 地絡判定手段、６１、６２、６３、６４、６５、６６、６７、６８、６９ 電流検出部、７０ 地絡判定部、８０ 遮断器、９０ 三相交流電源、９１ 受電用変圧器、１００５、１００６、１００７、１００８ ダイオード

本発明における電力変換装置は、直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が第一の直流出力端子と接続され、他端が第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が第三の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、第一の直流出力端子と接続される第一の直流入力端子、第二の直流出力端子と接続される第二の直流入力端子、および第三の直流出力端子と接続される第三の直流入力端子、正側端子である第四の直流出力端子、負側端子である第五の直流出力端子、および中性端子である第六の直流出力端子を有し、第一から第三の直流入力端子から入力された直流電力を電力変換して出力するチョッパ回路と、一端が第四の直流出力端子と接続される第一の直流フィルタリアクトルと、一端が第五の直流出力端子と接続される第二の直流フィルタリアクトルと、一端が第一の直流フィルタリアクトルの他端と接続され、他端が第六の直流出力端子に接続される第一の直流フィルタコンデンサと、一端が第六の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流フィルタリアクトルの他端と接続される第二の直流フィルタコンデンサと、を備え、チョッパ回路は、複数の半導体スイッチを有し、一端が第一の直流入力端子と接続され、他端が第三の直流入力端子と接続される第一のハーフブリッジと、複数の半導体スイッチを有し、一端が第三の直流入力端子と接続され、他端が第二の直流入力端子と接続される第二のハーフブリッジと、を有し、第四の直流出力端子は、第一のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第五の直流出力端子は、第二のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第三の直流出力端子および第六の直流出力端子は、接地相と同電位である。

本発明における電力変換装置は、直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が第一の直流出力端子と接続され、他端が第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が第三の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、第一の直流出力端子と接続される第一の直流入力端子、第二の直流出力端子と接続される第二の直流入力端子、および第三の直流出力端子と接続される第三の直流入力端子、正側端子である第四の直流出力端子、負側端子である第五の直流出力端子、および中性端子である第六の直流出力端子を有し、第一から第三の直流入力端子から入力された直流電力を電力変換して出力するチョッパ回路と、一端が第四の直流出力端子と接続される第一の直流フィルタリアクトルと、一端が第五の直流出力端子と接続される第二の直流フィルタリアクトルと、一端が第一の直流フィルタリアクトルの他端と接続され、他端が第六の直流出力端子に接続される第一の直流フィルタコンデンサと、一端が第六の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流フィルタリアクトルの他端と接続される第二の直流フィルタコンデンサと、を備え、チョッパ回路は、複数の半導体スイッチを有し、一端が第一の直流入力端子と接続され、他端が第三の直流入力端子と接続される第一のハーフブリッジと、複数の半導体スイッチを有し、一端が第三の直流入力端子と接続され、他端が第二の直流入力端子と接続される第二のハーフブリッジと、を有し、第四の直流出力端子は、第一のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第五の直流出力端子は、第二のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第三の直流出力端子および第六の直流出力端子は、接地相と同電位であり、第六の直流出力端子に対する第四の直流出力端子の電圧と、第六の直流出力端子に対する第五の直流出力端子の電圧と、が互いに等しくなるようにチョッパ回路の動作が制御されるものである。
また、直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が第一の直流出力端子と接続され、他端が第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が第三の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、第一の直流出力端子と接続される第一の直流入力端子、第二の直流出力端子と接続される第二の直流入力端子、および第三の直流出力端子と接続される第三の直流入力端子、正側端子である第四の直流出力端子、負側端子である第五の直流出力端子、および中性端子である第六の直流出力端子を有し、第一から第三の直流入力端子から入力された直流電力を電力変換して出力するチョッパ回路と、一端が第四の直流出力端子と接続される第一の直流フィルタリアクトルと、一端が第五の直流出力端子と接続される第二の直流フィルタリアクトルと、一端が第一の直流フィルタリアクトルの他端と接続され、他端が第六の直流出力端子に接続される第一の直流フィルタコンデンサと、一端が第六の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流フィルタリアクトルの他端と接続される第二の直流フィルタコンデンサと、を備え、チョッパ回路は、複数の半導体スイッチを有し、一端が第一の直流入力端子と接続され、他端が第三の直流入力端子と接続される第一のハーフブリッジと、複数の半導体スイッチを有し、一端が第三の直流入力端子と接続され、他端が第二の直流入力端子と接続される第二のハーフブリッジと、を有し、第四の直流出力端子は、第一のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第五の直流出力端子は、第二のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第三の直流出力端子および第六の直流出力端子は、接地相と同電位であり、第一のハーフブリッジと第二のハーフブリッジとは、第一の直流出力端子と第二の出力端子との間に直列に接続されるものである。

本発明における電力変換装置は、直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が第一の直流出力端子と接続され、他端が第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が第三の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、第一の直流出力端子と接続される第一の直流入力端子、第二の直流出力端子と接続される第二の直流入力端子、および第三の直流出力端子と接続される第三の直流入力端子、正側端子である第四の直流出力端子、負側端子である第五の直流出力端子、および中性端子である第六の直流出力端子を有し、第一から第三の直流入力端子から入力された直流電力を電力変換して出力するチョッパ回路と、一端が第四の直流出力端子と接続される第一の直流フィルタリアクトルと、一端が第五の直流出力端子と接続される第二の直流フィルタリアクトルと、一端が第一の直流フィルタリアクトルの他端と接続され、他端が第六の直流出力端子に接続される第一の直流フィルタコンデンサと、一端が第六の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流フィルタリアクトルの他端と接続される第二の直流フィルタコンデンサと、交流直流変換部の直流側における地絡を検出する地絡判定手段と、を備え、チョッパ回路は、複数の半導体スイッチを有し、一端が第一の直流入力端子と接続され、他端が第三の直流入力端子と接続される第一のハーフブリッジと、複数の半導体スイッチを有し、一端が第三の直流入力端子と接続され、他端が第二の直流入力端子と接続される第二のハーフブリッジと、を有し、第四の直流出力端子は、第一のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第五の直流出力端子は、第二のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第三の直流出力端子および第六の直流出力端子は、接地相と同電位であり、第六の直流出力端子に対する第四の直流出力端子の電圧と、第六の直流出力端子に対する第五の直流出力端子の電圧と、が互いに等しくなるようにチョッパ回路の動作が制御され、地絡判定手段は、交流直流変換部の直流側または交流側の少なくともいずれか一方で電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出された検出電流値に基づいて地絡を判定する地絡判定部と、を有し、電流検出部は接地相を流れる電流または、接地相を接地している線路の電流の少なくとも一方を検出し、地絡判定部は、電流検出部により検出された検出電流値が予め定められた値を超過したときに地絡したと判定する。
本発明における電力変換装置は、、直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が第一の直流出力端子と接続され、他端が第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が第三の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、第一の直流出力端子と接続される第一の直流入力端子、第二の直流出力端子と接続される第二の直流入力端子、および第三の直流出力端子と接続される第三の直流入力端子、正側端子である第四の直流出力端子、負側端子である第五の直流出力端子、および中性端子である第六の直流出力端子を有し、第一から第三の直流入力端子から入力された直流電力を電力変換して出力するチョッパ回路と、一端が第四の直流出力端子と接続される第一の直流フィルタリアクトルと、一端が第五の直流出力端子と接続される第二の直流フィルタリアクトルと、一端が第一の直流フィルタリアクトルの他端と接続され、他端が第六の直流出力端子に接続される第一の直流フィルタコンデンサと、一端が第六の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流フィルタリアクトルの他端と接続される第二の直流フィルタコンデンサと、交流直流変換部の直流側における地絡を検出する地絡判定手段と、を備え、チョッパ回路は、複数の半導体スイッチを有し、一端が第一の直流入力端子と接続され、他端が第三の直流入力端子と接続される第一のハーフブリッジと、複数の半導体スイッチを有し、一端が第三の直流入力端子と接続され、他端が第二の直流入力端子と接続される第二のハーフブリッジと、を有し、第四の直流出力端子は、第一のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第五の直流出力端子は、第二のハーフブリッジを構成する複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、第三の直流出力端子および第六の直流出力端子は、接地相と同電位であり、第一のハーフブリッジと第二のハーフブリッジとは、第一の直流出力端子と第二の出力端子との間に直列に接続され、地絡判定手段は、交流直流変換部の直流側または交流側の少なくともいずれか一方で電流を検出する電流検出部と、電流検出部で検出された検出電流値に基づいて地絡を判定する地絡判定部と、を有し、電流検出部は接地相を流れる電流または、接地相を接地している線路の電流の少なくとも一方を検出し、地絡判定部は、電流検出部により検出された検出電流値が予め定められた値を超過したときに地絡したと判定する。
本発明における電力変換装置は、直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が第一の直流出力端子と接続され、他端が第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が第三の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、交流直流変換部の直流側における地絡を検出する地絡判定手段と、を備え、第三の直流出力端子は、接地相と同電位であり、地絡判定手段は、接地相を流れる電流または、接地相を接地している線路の電流の少なくとも一方を検出する電流検出部と、電流検出部により検出された検出電流値が予め定められた値を超過したときに地絡したと判定する地絡判定部と、を有する。
本発明における電力変換装置は、直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、一端が第一の直流出力端子と接続され、他端が第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、一端が第三の直流出力端子と接続され、他端が第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、交流直流変換部の直流側における地絡を検出する地絡判定手段と、を備え、第三の直流出力端子は、接地相と同電位であり、地絡判定手段は、第一の直流出力端子を流れる電流および、第二の直流出力端子を流れる電流を検出する電流検出部と、電流検出部により検出された第一の直流出力端子を流れる電流と第二の直流出力端子を流れる電流に基づいて地絡を判定する地絡判定部と、を有する。

Claims (15)

1. 直流出力側の正側端子である第一の直流出力端子、直流出力側の負側端子である第二の直流出力端子、および直流出力側の中性端子である第三の直流出力端子を有し、一相が接地された接地相である三相交流電力を直流電力に変換して出力する交流直流変換部と、
   一端が前記第一の直流出力端子と接続され、他端が前記第三の直流出力端子と接続される第一のコンデンサと、
   一端が前記第三の直流出力端子と接続され、他端が前記第二の直流出力端子と接続される第二のコンデンサと、
   を備え、
   前記第三の直流出力端子は、前記接地相と同電位である電力変換装置。
2. 前記第一の直流出力端子と接続される第一の直流入力端子、前記第二の直流出力端子と接続される第二の直流入力端子、および前記第三の直流出力端子と接続される第三の直流入力端子を有し、正側端子である第四の直流出力端子、負側端子である第五の直流出力端子、および中性端子である第六の直流出力端子を有し、前記第一から第三の直流入力端子から入力された直流電力を電力変換して出力するチョッパ回路と、
   一端が前記第四の直流出力端子と接続される第一の直流フィルタリアクトルと、
   一端が前記第五の直流出力端子と接続される第二の直流フィルタリアクトルと、
   一端が前記第一の直流フィルタリアクトルの他端と接続され、他端が前記第六の直流出力端子に接続される第一の直流フィルタコンデンサと、
   一端が前記第六の直流出力端子と接続され、他端が前記第二の直流フィルタリアクトルの他端と接続される第二の直流フィルタコンデンサと、
   を備え、
   前記第六の直流出力端子は、前記接地相と同電位である請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記チョッパ回路は、
   複数の半導体スイッチを有し、一端が前記第一の直流入力端子と接続され、他端が前記第三の直流入力端子と接続される第一のハーフブリッジと、
   複数の半導体スイッチで構成され、一端が前記第三の直流入力端子と接続され、他端が前記第二の直流入力端子と接続される第二のハーフブリッジと、
   を有し、
   前記第四の直流出力端子は、前記第一のハーフブリッジを構成する前記複数の半導体スイッチの接続点から引き出され、
   前記第五の直流出力端子は、前記第二のハーフブリッジを構成する前記複数の半導体スイッチの接続点から引き出される請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記チョッパ回路を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記第一のハーフブリッジと前記第二のハーフブリッジのスイッチタイミングが揃うように制御する請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記チョッパ回路を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、前記第一のハーフブリッジと前記第二のハーフブリッジのスイッチタイミングをずらして制御する請求項３に記載の電力変換装置。
6. 前記チョッパ回路を制御する制御部を有し、
   前記制御部は、地絡が発生したときに、前記チョッパ回路のスイッチングを停止する制御を行う、請求項３から請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記チョッパ回路と、前記第一および第二の直流フィルタリアクトルと、前記第一および第二の直流フィルタコンデンサと、をそれぞれ複数有し、複数の前記チョッパ回路の各直流入力端子は並列に接続され、
   複数の前記チョッパ回路の各第六の直流出力端子が互いに接続される請求項２から請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記交流直流変換部の直流側における地絡を検出する地絡判定手段を有し、
   前記地絡判定手段は、前記交流直流変換部の直流側または交流側の少なくともいずれか一方で電流を検出する電流検出部と、
   前記電流検出部で検出された検出電流値に基づいて地絡を判定する地絡判定部と、
   を有する請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記電流検出部は前記接地相を流れる電流または、接地相を接地している線路の電流の少なくとも一方を検出し、前記地絡判定部は、前記電流検出部により検出された前記検出電流値が予め定められた値を超過したときに地絡したと判定する前記請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記電流検出部は前記交流直流変換部の交流側の電流を検出し、前記地絡判定部は前記電流検出部で検出された前記検出電流値から求めた交流電流の零相成分が予め定められた値を超過した場合に地絡したと判定する請求項８に記載の電力変換装置。
11. 前記電流検出部は前記交流直流変換部の直流側の電流を検出し、前記地絡判定部は前記電流検出部で検出された前記検出電流値と予め定められた値とを比較して地絡したと判定する請求項８に記載の電力変換装置。
12. 前記交流直流変換部の交流側に遮断器を備え、地絡が発生したときに前記遮断器を遮断する請求項８から請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
13. 前記交流直流変換部は、
    前記第三の直流出力端子が前記接地相と接続され、
    ２つの半導体素子を直列接続した半導体素子で構成された第三のハーフブリッジと、
    ２つの半導体素子を直列接続した半導体素子で構成された第四のハーフブリッジを有し、
    前記第三のハーフブリッジの正側端子と前記第四のハーフブリッジの正側端子が前記第一の直流出力端子と接続され、
    前記第三のハーフブリッジの負側端子と前記第四のハーフブリッジの負側端子が前記第二の直流出力端子と接続され、
    前記第三のハーフブリッジを構成する各半導体素子の接続点が、前記接地相以外の一相と接続され、
    前記第四のハーフブリッジを構成する各半導体素子の接続点が、前記接地相および前記一相と異なる相と接続された請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の電力変換装置。
14. 前記第三のハーフブリッジおよび前記第四のハーフブリッジは、それぞれ２つの半導体スイッチが直列接続されている請求項１３に記載の電力変換装置。
15. 前記第三のハーフブリッジおよび前記第四のハーフブリッジは、それぞれ２つのダイオードが直列接続されている請求項１３に記載の電力変換装置。

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