(57)【要約】【課題】直流側に地絡等の異常を生じた場合に、安全に初期充電動作を停止することができる電力変換装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る電力変換装置は、充放電を切り替え可能とされたコンデンサを含むアームを含む電力変換部と、交流電源と前記コンデンサとの間に接続された抵抗器を含み、前記抵抗器を介して前記コンデンサを充電する充電回路と、前記コンデンサの両端の電圧の時間当たりの変化率が所定の値よりも小さい場合に、前記交流電源と前記電力変換部との間に接続された遮断部を遮断して、前記充電回路の動作を停止させる制御部と、を備える。【選択図】図３
2017143625.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充放電を切り替え可能とされたコンデンサを含むアームを含む電力変換部と、
交流電源と前記コンデンサとの間に接続された抵抗器を含み、前記抵抗器を介して前記コンデンサを充電する充電回路と、
前記コンデンサの両端の電圧の時間当たりの変化率が所定の値よりも小さい場合に、前記交流電源と前記電力変換部との間に接続された遮断部を遮断して、前記充電回路の動作を停止させる制御部と、
を備えた電力変換装置。
【請求項２】
前記制御部は、
前記コンデンサの両端の電圧の時間に対する変化を計算する第１演算部と、
前記変化とあらかじめ設定された規定値とを比較して第１状態または第２状態を出力する第２演算部と、
を含み、
前記第１状態の場合には、前記充電回路の動作を継続し、
前記第２状態の場合には、前記充電回路を遮断して前記抵抗器への電流の供給を停止する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第２演算部は、前記変化および前記規定値を入力して前記第２状態を出力するまでの遅延時間を設定する遅れ時間要素を含む請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記アームに直列に接続されたリアクトルをさらに備え、
前記充電回路は、前記リアクトルを介して前記コンデンサに充電する請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記アームは、直列に接続された第１アームと第２アームとを含み、
前記交流電源に接続された一次巻線を含む３巻線トランスをさらに備え、
前記３巻線トランスは、前記第１アームに直列に接続された二次巻線と、前記第２アームに直列に接続された三次巻線とを含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記交流電源の各相に接続された一次巻線と、前記一次巻線に磁気的に結合された二次巻線とを含み、前記交流電源の相ごとに設けられたトランスをさらに備え、
前記二次巻線は、デルタ結線された請求項１〜３のいずれか１つに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】
交流電力を直流電力に変換し、または直流電力を交流電力に変換する電力変換装置がある。このような電力変換装置の大容量化が望まれている。
【０００３】
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、以下、ＭＭＣという。）の実用化が進められている。
【０００４】
このような大容量の電力変換装置は、基幹となる電力系統等で用いられる場合があるので、交流側や直流側の地絡等を生じても、安定して運転を継続することが求められる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】萩原  誠、赤木  泰文  著、「モジュラー・マルチレベル変換器（ＭＭＣ）のＰＷＭ制御法と動作検証」、電気学会論文誌Ｄ，１２８巻７号，２００８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
実施形態は、直流側に地絡等の異常を生じた場合に、安全に初期充電動作を停止する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】
【０００７】
実施形態に係る電力変換装置は、充放電を切り替え可能とされたコンデンサを含むアームを含む電力変換部と、交流電源と前記コンデンサとの間に接続された抵抗器を含み、前記抵抗器を介して前記コンデンサを充電する充電回路と、前記コンデンサの両端の電圧の時間当たりの変化率が所定の値よりも小さい場合に、前記交流電源と前記電力変換部との間に接続された遮断部を遮断して、前記充電回路の動作を停止させる制御部と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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】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ブロック図である。
【図３】第１の実施形態の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
【図４】電力変換装置の初期充電動作を説明するための電力変換装置の主要部を例示するブロック図である。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、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的な動作波形の例である。
【図６】第１の実施形態の変形例の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
【図７】第２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８】第３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９】第４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１０】第５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。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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。
【００１０】
（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２（ａ）および図２（ｂ）は、本実施形態の電力変換装置の一部であるチョッパセルを例示するブロック図である。
図３は、本実施形態の電力変換装置の一部である制御部を例示するブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の電力変換装置１０は、電力変換部２０と、初期充電回路３０と、制御部４０と、を備える。電力変換装置１０は、遮断部１６を介して、電力系統１２に接続されている。電力系統１２は、たとえば三相の交流電力を供給する系統である。
【００１１】
遮断部１６は、遮断器１６ａ〜１６ｃを含む。遮断器１６ａ〜１６ｃは、電力系統１２の各相に挿入されている。遮断器１６ａはＵ相に、遮断器１６ｂはＶ相に、遮断器１６ｃはＷ相に、それぞれ各相を接続または開放できるように接続されている。遮断部１６は、投入信号や遮断信号を入力する制御入力端子ＣＴＬ１を有している。制御入力端子ＣＴＬ１に投入信号が入力されたときには、すべての遮断器１６ａ〜１６ｃはほぼ同時に回路を接続する。制御入力端子ＣＴＬ１に遮断信号が入力されたときには、すべての遮断器１６ａ〜１６ｃがほぼ同時に回路を遮断する。
【００１２】
本実施形態の電力変換装置１０では、初期充電回路３０は、遮断部１６と電力変換部２０との間に接続されている。この例では、初期充電回路３０は、電力系統１２の一次側に接続されている。初期充電回路３０は、初期充電を行うための信号や初期充電を完了させるための信号を入力する制御入力端子ＣＴＬ２を有する。
【００１３】
制御部４０は、遮断部１６、電力変換部２０および初期充電回路３０に接続されている。制御部４０は、入力端子４１ａ，４１ｂと、出力端子４１ｃ，４１ｄと、を有している。入力端子４１ａは、たとえば起動信号を発生する外部回路に接続されている。入力端子４１ｂは、電力変換部２０の電圧検出器５１に接続されている。電圧検出器５１は、１つのチョッパセル２２のコンデンサの両端の電圧を検出する。出力端子４１ｃは、遮断部１６の制御入力端子ＣＴＬ１に接続されており、出力端子４１ｄは、初期充電回路３０の制御入力端子ＣＴＬ２に接続されている。
【００１４】
制御部４０は、入力端子４１ａから起動信号ＰＵを入力する。制御部４０は、入力端子４１ｂを介して、電力変換部２０の１つのチョッパセル２２のコンデンサの両端の電圧データＶｃｕｐ１を入力する。制御部４０は、電圧データＶｃｕｐ１および起動信号ＰＵにもとづいて、出力端子４１ｃから起動遮断信号ＰＵ−ＳＤを遮断部１６に供給し、出力端子４１ｄから初期充電完了信号ＣＣを初期充電回路３０に供給する。
【００１５】
制御部４０は、電圧データＶｃｕｐ１の大きさおよび電圧データＶｃｕｐ１の変化率を検出する。制御部４０は、電圧データＶｃｕｐ１に関するしきい値と、電圧データＶｃｕｐ１の変化率に関する規定値とを有する。制御部４０は、電圧データＶｃｕｐ１の大きさが所定のしきい値に達する前に、電圧データＶｃｕｐ１の変化率の規定値以下に低下したことを検出したときに、初期充電の状態に異常が生じたと判断する。この場合には、制御部４０は、起動遮断信号ＰＵ−ＳＤによって、遮断部１６を遮断する。
【００１６】
以下では、各信号は、正論理で動作するものとして説明する。すなわち、起動信号ＰＵは、ハイレベルの場合（以下、Ｈレベルの場合ともいう。）に、電力変換装置１０は、起動または動作を継続し、ローレベルの場合（Ｌレベルの場合ともいう。）に、電力変換装置１０は、動作を停止する。また、起動遮断信号ＰＵ−ＳＤがＨレベルの場合に、遮断部１６の各遮断器１６ａ〜１６ｃは、回路を接続し、Ｌレベルの場合に、遮断器１６ａ〜１６ｃは、回路を遮断する。また、初期充電完了信号ＣＣは、Ｈレベルの場合に、初期充電完了状態とし、Ｌレベルの場合に、初期充電継続状態とする。
【００１７】
各部の構成について詳細に説明する。
（電力変換部）
電力変換部２０は、交流端子２１ａ〜２１ｃと、直流端子２１ｄ，２１ｅと、を含む。交流端子２１ａ〜２１ｃは、三相交流の各相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）に接続される。直流端子２１ｄは、直流のＰ（Positive）側に接続され、直流端子２１ｅは、直流のＮ（Negative）側に接続される。交流端子２１ａ〜２１ｃは、電力の入力端子ともなり、出力端子ともなる。直流端子２１ｄ，２１ｅは、交流端子２１ａ〜２１ｃが電力の入力端子のときには、出力端子となり、交流端子２１ａ〜２１ｃが電力の出力端子のときには、入力端子となる。
【００１８】
電力変換部２０は、チョッパセル２２と、バッファリアクトル２４と、を含む。電力変換部２０は、チョッパセル２２を複数個含んでいる。電力変換部２０は、アーム２６ａ〜２６ｆを含む。各アーム２６ａ〜２６ｆは、それぞれ同数のチョッパセル２２を含んでおり、チョッパセル２２同士は直列に接続されている。１つのアーム２６ａは、Ｐ側の直流端子２１ｄとＮ側の直流端子２１ｅとの間に接続されている。他のアーム２６ｂは、アーム２６ａとＮ側の直流端子２１ｅとの間に接続されている。
【００１９】
アーム２６ｃ，２６ｄおよびアーム２６ｅ，２６ｆもアーム２６ａ，２６ｂと同様に、直流端子２１ｄ，２１ｅ間に直列に接続されている。
【００２０】
アーム２６ａと交流端子２１ａとの間には、バッファリアクトル２４が接続されている。交流端子２１ａとアーム２６ｂとの間には、バッファリアクトル２４の一端が接続されている。つまり、アーム２６ａ、２つのバッファリアクトル２４，２４、およびアーム２６ｂは、直列に接続され、２つのバッファリアクトル２４，２４が接続されているノードが交流端子２１ａに接続されている。
【００２１】
同様に、アーム２６ｃと交流端子２１ｂとの間には、バッファリアクトル２４が接続され、交流端子２１ｂとアーム２６ｄとの間にもバッファリアクトル２４が接続されている。また、アーム２６ｄと交流端子２１ｃとの間には、バッファリアクトル２４が接続され、交流端子２１ｃとアーム２６ｆとの間にもバッファリアクトル２４が接続されている。
【００２２】
バッファリアクトル２４は、上下のアームに直流の短絡電流が流れることを防止する。
【００２３】
Ｕ相に接続された上下のアーム２６ａ，２６ｂをレグ２８ａと呼ぶ。つまり、レグ２８ａは、直列に接続されたアーム２６ａ，２６ｂを含む。同様に、Ｖ相に接続された上下のアーム２６ｃ，２６ｄ、Ｗ相に接続された上下のアーム２６ｄ，２６ｆをそれぞれレグ２８ｂ，２８ｃと呼ぶ。電力変換部２０は、直流端子２１ｄ，２１ｅ間に、三相交流の各相に接続されたレグ２８ａ，２８ｂ，２８ｃを含んでいる。
【００２４】
図２（ａ）に示すように、チョッパセル２２は、スイッチング素子２２１，２２２と、ダイオード２２３，２２４と、コンデンサ２２６とを含む。スイッチング素子２２１，２２２は、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）等の自己消弧形の半導体スイッチング素子である。ダイオード２２３，２２４は、たとえばファストリカバリダイオードである。スイッチング素子２２１およびダイオード２２３は、互いに逆並列に接続されている。つまり、スイッチング素子２２１のエミッタとダイオード２２３のアノードが接続され、スイッチング素子２２１のコレクタとダイオード２２３のカソードが接続されている。同様に、スイッチング素子２２２とダイオード２２４は逆並列に接続されている。
【００２５】
スイッチング素子２２１，２２２は、カスコードに接続されている。すなわち、スイッチング素子２２１のエミッタとスイッチング素子２２２のコレクタが接続されている。
【００２６】
カスコード接続されたスイッチング素子２２１，２２２は、コンデンサ２２６に並列に接続されている。すなわち、スイッチング素子２２１のコレクタがコンデンサ２２６の一方の端子に接続され、スイッチング素子２２２のエミッタがコンデンサ２２６の他方の端子に接続されている。
【００２７】
チョッパセル２２は、スイッチング素子２２１，２２２を適切に駆動することによって、端子２３ａ，２３ｂを介して、コンデンサ２２６を充電し、コンデンサ２２６から放電する。たとえば、スイッチング素子２２１，２２２は、適切に駆動されてスイッチングすることによって、コンデンサ２２６の両端の電圧を所望の値に制御する。コンデンサ２２６は、端子２３ａが端子２３ｂよりも高電位になるように充電される。
【００２８】
チョッパセル２２は、端子２３ａ，２３ｂを介して、他のチョッパセル２２と直列に接続され、他の外部回路に接続される。コンデンサ２２６は、端子２３ａには、端子２３ｂよりも高電位になるように充電される。チョッパセル２２が他のチョッパセル２２と直列に接続されるときには、チョッパセル２２の端子２３ｂに、他のチョッパセル２２の端子２３ａを接続する。
【００２９】
各チョッパセル２２は、図示しない駆動回路および制御回路によって、適切に駆動されて、所望の電圧に制御される。電力変換装置１０は、チョッパセル２２が所望の電圧に制御されることによって、交流を直流に変換し、または、直流を交流に変換して出力する。
【００３０】
チョッパセルの回路構成は、上述に限らない。図２（ｂ）に示すように、チョッパセル７２は、４つのスイッチング素子７２１〜７２４を含む。４つのスイッチング素子７２１〜７２４はフルブリッジ回路をなしている。すなわち、ハイサイドのスイッチング素子７２１にローサイドのスイッチング素子７２２が直列に接続され、ハイサイドのスイッチング素子７２３にローサイドのスイッチング素子７２４が直列に接続されている。そして、これら直列接続体は並列に接続されている。コンデンサ７２０は、直列接続体に並列に接続されている。
【００３１】
各スイッチング素子７２１〜７２４には、それぞれ逆並列にダイオード７２５〜７２８が接続されている。
【００３２】
チョッパセル７２は、端子７３ａ，７３ｂによって、外部の回路と接続される。
【００３３】
電力変換装置１０では、いずれの回路形式のチョッパセルを含むことができるが、以下では、電力変換装置１０は、２個のスイッチング素子２２１，２２２を含むハーフブリッジ形式のチョッパセル２２を含むものとして説明する。
【００３４】
電力変換部２０は、電圧検出器５１を含む。電圧検出器５１は、任意のチョッパセル２２のコンデンサ２２６の両端の電圧を検出する。検出されたアナログの電圧値は、電圧検出器５１によって、ディジタルの電圧データＶｃｕｐ１に変換される。
【００３５】
電圧検出器５１は、複数個設けられていてもよい。同一アーム内の複数のチョッパセル２２のコンデンサ２２６の電圧を検出して、これらの平均値をとったり、最大値や最小値を選定したりしてもよい。
【００３６】
後述するように、初期充電時の充電電流は、上下のアームでそれぞれ異なる充電経路を流れるので、好ましくは、電圧検出器５１は、上下のアームにそれぞれ設けられる。
【００３７】
チョッパセル２２のコンデンサ２２６は、電力変換装置１０の起動時においては、電荷が蓄積されていない。そのため、電荷蓄積がほぼゼロの状態で電力変換装置１０を起動した場合には、コンデンサ２２６に突入電流が流れるので、これを抑制する必要がある。
【００３８】
（初期充電回路）
初期充電回路３０は、電力変換装置１０の起動時に、コンデンサ２２６への突入電流を抑制するようにすべてのコンデンサ２２６を初期充電する。初期充電回路３０は、三相交流の各相に対応した抵抗器３３ａ〜３３ｃを含む。抵抗器３３ａはＵ相に直列に接続されている。抵抗器３３ｂは、Ｖ相に直列に接続されている。抵抗器３３ｃは、Ｗ相に直列に接続されている。抵抗器３３ａ〜３３ｃには、断路器３４ａ〜３４ｃがそれぞれ並列に接続されている。つまり、断路器３４ａが開放されているときには、Ｕ相の電流は、抵抗器３３ａを介して、出力される。断路器３４ａが回路を閉じたときには、Ｕ相の電流は、そのまま出力される。Ｖ相およびＷ相についても同様に動作する。
【００３９】
初期充電回路３０は、外部からの信号によって断路器３４ａ〜３４ｃの接続および切断が選択される。断路器３４ａ〜３４ｃは、開閉のための信号によって、ほぼ同時に開放し、または接続する。
【００４０】
初期充電回路３０の制御入力端子ＣＴＬ２には、制御部４０が出力する初期充電完了信号ＣＣが入力される。初期充電完了信号ＣＣがＨレベルの場合には、断路器３４ａ〜３４ｃが閉じて、三相の電流がそのまま出力される。初期充電完了信号ＣＣがＬレベルの場合には、断路器３４ａ〜３４ｃは解放され、三相の電流は、抵抗器３３ａ〜３３ｃを介して出力される。抵抗器３３ａ〜３３ｃを介して電力系統１２の出力が電力変換部２０に供給される動作を、初期充電動作という。
【００４１】
（制御部）
図３に示すように、制御部４０は、コンデンサ電圧取得部４２と、コンデンサ電圧変化率演算部４３と、比較部４４と、規定値設定部４５と、ＯＲ回路４６と、比較部４７と、しきい値設定部４８と、ＡＮＤ回路４９と、を含む。
【００４２】
制御部４０は、入力端子４１ａ，４１ｂと、出力端子４１ｃ，４１ｄと、を含んでいる。入力端子４１ａには、起動信号ＰＵが入力される。入力端子４１ｂは、任意のチョッパセル２２のコンデンサ２２６の電圧検出器５１に接続されている。出力端子４１ｃは、遮断部１６の制御入力端子ＣＴＬ１に接続されており、遮断部１６の制御入力端子ＣＴＬ１力に起動遮断信号ＰＵ−ＳＤを供給する。出力端子４１ｄは、初期充電回路３０の制御入力端子ＣＴＬ２に接続されており、制御入力端子ＣＴＬ２に初期充電完了信号ＣＣを供給する。
【００４３】
入力端子４１ａは、ＡＮＤ回路４９の１つの入力に接続されている。入力端子４１ａに入力される起動信号ＰＵがＨレベルのときに、ＡＮＤ回路４９は、Ｈレベルの信号を出力し得る。
【００４４】
入力端子４１ａは、起動回路６１を介して、ＯＲ回路４６の１つの入力に接続されている。起動回路６１は、たとえばワンショットパルス回路である。入力端子４１ａに入力される起動信号ＰＵがＬレベルからＨレベルに遷移する場合に、起動信号ＰＵの電圧値が所定のしきい値を超えたときに、所定のパルス幅のＨレベルの信号を出力する。所定のパルス幅は、コンデンサ電圧変化率演算部４３によって変化率ｋが計算され、比較部４４から最初のＨレベルの信号が出力されるまでの時間よりも長い時間に設定されている。起動回路６１が動作することによって、制御部４０の初期状態において動作が保証される。なお、制御部４０の起動が確保されれば、上述の回路に限らず用いることができる。
【００４５】
入力端子４１ｂには、コンデンサ電圧取得部４２が接続されている。コンデンサ電圧取得部４２は、チョッパセル２２のコンデンサ２２６の両端の電圧を計測する電圧検出器５１から電圧データＶｃｕｐ１を取得する。電圧データＶｃｕｐ１の取得は、一定の周期で実行される。この周期は、たとえば内部クロックｔｃをｎ分周する分周器６２から出力されるクロックｔｃ’によって設定され、順次次段のコンデンサ電圧変化率演算部４３に送られる。
【００４６】
コンデンサ電圧変化率演算部４３は、コンデンサ電圧取得部４２の出力に接続されており、電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋを計算する。コンデンサ電圧変化率演算部４３は、分周されたクロックｔｃ’が入力される。電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋは、直前の電圧データとの差を計算し、その差をクロックｔｃ’の周期で除することによって求められる。内部クロックｔｃやその分周比ｎは、初期充電時の時定数等に応じて任意に設定することができる。たとえば、分周比ｎ＝１、つまり内部クロックｔｃをそのまま用いて変化率ｋを求めるようにしてもよい。
【００４７】
比較部４４は、コンデンサ電圧変化率演算部４３の出力に接続されている。比較部４４には、規定値設定部４５の出力も接続されている。規定値設定部４５には、あらかじめコンデンサ２２６の単位時間当たりの変化率の規定値ｋｐが設定されている。比較部４４は、電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋと規定値ｋｐとを比較する。変化率ｋが規定値ｋｐよりも大きい場合には、比較部４４は、Ｈレベルの信号を出力する。変化率ｋが規定値ｋｐ以下の場合には、比較部４４は、Ｌレベルの信号を出力する。規定値ｋｐは、十分に小さい値が設定されており、比較部４４では、電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋが小さいときに、コンデンサ２２６の両端の電圧の上昇に異常があるとして、初期充電動作を停止させるための信号を生成する。
【００４８】
比較部４４の出力は、ＯＲ回路４６に入力される。Ｈレベルの起動信号ＰＵが入力端子４１ａに入力されている場合には、コンデンサ２２６の両端の電圧上昇に異常がない限り、ＯＲ回路４６はＨレベルの信号を出力する。
【００４９】
比較部４７は、コンデンサ電圧取得部４２の出力に接続されている。比較部４７には、しきい値設定部４８の出力も接続されている。しきい値設定部４８には、コンデンサ２２６の電圧のためのしきい値Ｖｔｈがあらかじめ設定されている。しきい値Ｖｔｈは、コンデンサへの充電電流によってコンデンサの両端の電圧が上昇して、飽和する電圧レベルよりも少し低い値に設定されている。
【００５０】
比較部４７は、電圧データＶｃｕｐ１としきい値Ｖｔｈとを比較する。比較部４７は、電圧データＶｃｕｐ１がしきい値Ｖｔｈよりも小さい場合には、Ｌレベルを出力する。比較部４７は、電圧データＶｃｕｐ１がしきい値以上の場合には、Ｈレベルを出力する。
【００５１】
比較部４７の出力は、出力端子４１ｄを介して、断路器３４ａ〜３４ｃに接続されている。断路器３４ａ〜３４ｃには、電圧データＶｃｕｐ１がしきい値Ｖｔｈ以上のときには、Ｈレベルの信号が供給されるので、断路器３４ａ〜３４ｃは、回路を閉じるように動作する。つまり、電力変換装置１０は、抵抗器３３ａ〜３３ｃを介した初期充電動作を停止して、通常の交流電力供給動作に移行し得る状態となる。
【００５２】
なお、電圧データＶｃｕｐ１がしきい値Ｖｔｈよりも低いときには、比較部４７は、Ｌレベルの信号を出力する。断路器３４ａ〜３４ｃは、Ｌレベルの信号によって開放状態が維持される。
【００５３】
ＯＲ回路４６は、起動回路６１の出力、電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率に関する比較部４４の出力および電圧データＶｃｕｐ１が飽和レベル近傍に達したか否かに関する比較部４７の出力の論理和を出力する。
【００５４】
ＡＮＤ回路４９の１つの入力には、入力端子４１ａが接続されている。ＡＮＤ回路４９の他の入力には、ＯＲ回路４６の出力が接続されている。ＡＮＤ回路４９は、起動遮断信号ＰＵ−ＳＤによって起動すべきレベルの信号であるＨレベルの信号が入力され、ＯＲ回路４６からＨレベルの信号が入力された場合に、Ｈレベルを出力する。つまり、電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋが規定値ｋｐよりも大きいとき、または、電圧データＶｃｕｐ１がしきい値Ｖｔｈ以上のときにＨレベルを出力する。
【００５５】
次に、本実施形態の電力変換装置１０の動作について説明する。
まず、電力変換装置１０の初期充電動作について説明する。
図４は、電力変換装置の初期充電動作を説明するための電力変換装置の主要部を例示するブロック図である。
本実施形態の電力変換装置１０では、各相間の電位差によって、各チョッパセルのダイオードを介してコンデンサを初期充電する。ここでは、Ｕ相とＶ相との間の電位差によってコンデンサを初期充電する場合について説明する。
【００５６】
図４に示すように、チョッパセルは、各相、各アームに同数が直列に接続されている。ここでは、Ｕ相上側のアームのチョッパセルをＰ側からＣｕｐ１，Ｃｕｐ２，…とし、Ｕ相下側のアームのチョッパセルを同様にＣｕｎ１，Ｃｕｎ２，…とする。Ｖ相についても同様に、上側アームについてＰ側からＣｖｐ１，Ｃｖｐ２，…とし、下側アームについてＰ側からＣｖｎ１，Ｃｖｎ２，…とする。Ｗ相についても同様である。
【００５７】
なお、初期充電動作においては、すべてのチョッパセルのスイッチング素子はオフしている。
【００５８】
Ｕ相の電位がＶ相の電位よりも高いときには、図４の実線の経路で電流が流れる。すなわち、上側のアームでは、充電電流は、交流Ｕ相からチョッパセルＣｕｐ２の下側のダイオード、チョッパセルＣｕｐ１の下側のダイオードを通って、正電位線Ｐに流れる。充電電流は、正電位線ＰからチョッパセルＣｖｐ１の上側のダイオードを通ってコンデンサを充電し、チョッパセルＣｖｐ２の上側のダイオードを通ってコンデンサを充電した後、交流Ｖ相に流れる。
【００５９】
下側のアームでは、充電電流は、交流Ｕ相からチョッパセルＣｕｎ１の上側のダイオードを通ってコンデンサを充電し、チョッパセルＣｕｎ２の上側のダイオードを通って、コンデンサを充電し、負電位線Ｎに流れる。充電電流は、負電位線ＰからチョッパセルＣｖｎ２の下側のダイオード、チョッパセルＣｖｎ１の下側のダイオードを通って、交流Ｖ相に流れる。
【００６０】
Ｖ相の電位がＵ相の電位よりも高いときには、図４の破線の経路で電流が流れる。すなわち、上側のアームでは、充電電流は、交流Ｖ相からチョッパセルＣｖｐ２の下側のダイオード、チョッパセルＣｖｐ１の下側のダイオードを通って、正電位線Ｐに流れる。充電電流は、正電位線ＰからチョッパセルＣｕｐ１の上側のダイオードを通ってコンデンサを充電し、チョッパセルＣｕｐ２の上側のダイオードを通ってコンデンサを充電した後、交流Ｕ相に流れる。
【００６１】
下側のアームでは、充電電流は、交流Ｖ相からチョッパセルＣｖｎ１の上側のダイオードを通ってコンデンサを充電し、チョッパセルＣｖｎ２の上側のダイオードを通って、コンデンサを充電し、負電位線Ｎに流れる。充電電流は、負電位線ＮからチョッパセルＣｕｎ２の下側のダイオード、チョッパセルＣｕｎ１の下側のダイオードを通って、交流Ｕ相に流れる。
【００６２】
充電電流は、各相を流れるときに、抵抗器３３ａ〜３３ｃを流れる。抵抗器３３ａ〜３３ｃは、充電するチョッパセルのコンデンサと直列に接続されているので、充電電流は、抵抗器が有する抵抗値によって制限された電流となる。抵抗器とコンデンサとは直列に接続されているので、抵抗器が有する抵抗値と、コンデンサが有する静電容量値との積で決定される時定数に応じて、コンデンサの両端の電圧が一定値に近づく。この時定数よりも十分長い時間、抵抗器３３ａ〜３３ｃを介してコンデンサを充電することによって、コンデンサの初期充電が完了する。
【００６３】
次に、初期充電動作における制御部４０の動作について説明する。
図５（ａ）および図５（ｂ）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的な動作波形の例である。
図５（ａ）は、初期充電動作が正常に完了する場合の動作波形を示しており、図５（ｂ）は、初期充電動作が異常である場合の動作波形を示している。図５（ａ）では、最上段の波形図は、チョッパセル２２のコンデンサ２２６の両端の電圧データＶｃｕｐ１を示している。２段目の波形図は、コンデンサ２２６の充電電流Ｉｃｈａｒｇｅを示している。３段目の波形図は、比較部４４の出力信号ＣＭＰの波形を示している。４段目の波形図は、出力端子４１ｃの出力である起動遮断信号ＰＵ−ＳＤの波形を示している。最下段の波形図は、出力端子４１ｄの出力である初期充電完了信号ＣＣの波形を示している。図５（ｂ）では、図５（ａ）にそれぞれ対応する波形を示している。
【００６４】
図５（ａ）を用いて、初期充電動作が正常に完了する場合について説明する。
時刻ｔ０において、起動信号ＰＵがＨレベルに設定され、入力端子４１ａに入力される。このとき、ＯＲ回路４６には、起動回路６１によってＨレベルの信号が入力されている。そのため、ＡＮＤ回路４９の両方の入力にはＨレベルが入力され、出力端子４１ｃから、Ｈレベルの起動遮断信号ＰＵ−ＳＤが出力される。起動遮断信号ＰＵ−ＳＤによって、遮断部１６が接続される。
【００６５】
このとき、比較部４７に入力される電圧データＶｃｕｐ１は、しきい値Ｖｔｈよりも低いので、比較部４７は、Ｌレベルの信号を出力する。したがって、初期充電完了信号ＣＣはＬレベルになっている。そのため、断路器３４ａ〜３４ｃは開放されており、チョッパセル２２の各コンデンサ２２６は、電力系統１２から抵抗器３３ａ〜３３ｃを介して、充電される。充電電流Ｉｃｈａｒｇｅの最大値は、各相の相間電圧と抵抗器３３ａ〜３３ｃの抵抗値とによって決定される。
【００６６】
その後、コンデンサ電圧取得部４２に電圧データＶｃｕｐ１が取り込まれ、コンデンサ電圧変化率演算部４３によって、コンデンサ２２６の両端の電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋが計算される。このときの変化率ｋは、規定値ｋｐよりも大きく、比較部４４は、Ｈレベルの出力信号ＣＭＰを出力する。したがって、ＯＲ回路４６はＨレベルの信号を出力し続ける。
【００６７】
比較部４７に入力される電圧データＶｃｕｐ１は、しきい値Ｖｔｈよりも低いので、比較部４７は、Ｌレベルの信号を出力している。
【００６８】
Ｌレベルの初期充電完了信号ＣＣは、初期充電回路３０の断路器３４ａ〜３４ｃに供給される。断路器３４ａ〜３４ｃの開放状態は維持されており、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅは、抵抗器３３ａ〜３３ｃを介してコンデンサ２２６を充電し続ける。
【００６９】
時刻ｔ１において、電圧データＶｃｕｐ１がしきい値Ｖｔｈ以上となる。そのため、比較部４７の出力が反転し、初期充電完了信号ＣＣはＨレベルとなる。
【００７０】
Ｈレベルとなった初期充電完了信号ＣＣは、断路器３４ａ〜３４ｃに供給され、断路器３４ａ〜３４ｃは、回路を閉じる。抵抗器３３ａ〜３３ｃの両端は短絡され、コンデンサ２２６は、抵抗器３３ａ〜３３ｃを介さずに、電力系統１２から充電される。
【００７１】
規定値ｋｐは、時刻ｔ１における電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋよりも低い値に設定されている。そのため、時刻ｔ１においては、比較部４４の出力は、Ｈレベルが維持され、したがって、起動遮断信号ＰＵ−ＳＤもＨレベルとなる。
【００７２】
電圧データＶｃｕｐ１がしきい値Ｖｔｈ以上となった後、遅延時間ｔｄ１後に比較部４７の出力が反転する（時刻ｔ２）。遅延時間ｔｄ１は、比較部４７の遅延時間であり、誤動作等を防止するために、時間遅れ要素を比較部４７の出力に設ける等してもよい。
【００７３】
時刻ｔ２において、コンデンサ２２６は、抵抗器３３ａ〜３３ｃを介さずに電力系統１２に接続される。そのため、電圧データＶｃｕｐ１は、短時間で電力系統１２によって設定される電圧に到達する。この電圧に到達した時刻ｔ３では、電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋは、ほぼ０になるので、比較部４４の出力ＣＭＰはＬレベルに遷移する。比較部４４の出力は、比較部４７と同様に、遅延時間ｔｄ２を生ずるが、時間遅れ要素により積極的に遅延時間を生成するようにしてもよい。
【００７４】
ＡＮＤ回路４９には、Ｈレベルの起動信号ＰＵおよびＨレベルの初期充電完了信号ＣＣが入力されるので、Ｈレベルが維持される。つまり、遮断部１６は、回路を閉じた状態を維持する。
【００７５】
このようにして、正常状態において初期充電動作が完了する。
【００７６】
次に、図５（ｂ）を用いて、初期充電動作が異常である場合について説明する。
時刻ｔ０において、起動信号ＰＵがＨレベルに設定されて、遮断部１６が閉じて初期充電動作が開始される。時刻ｔ１１は、時刻ｔ０と時刻ｔ１との間にある。時刻ｔ０〜ｔ１１の期間においては、正常動作の場合と同じ動作である。
【００７７】
時刻ｔ１１において、たとえば直流側に地絡等が生じた場合には、初期充電回路３０の抵抗器３３ａ（または３３ｂや３３ｃ）の一端が接地されるため、コンデンサ２２６の両端の電圧の上昇が抑制される。
【００７８】
その場合には、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅは、抵抗器３３ａ〜３３ｃによって制限される電流まで上昇する。
【００７９】
比較部４４は、電圧データＶｃｕｐ１の単位時間当たりの変化率ｋが、規定値ｋｐよりも小さくなったことを検出する。遅延時間ｔｄ１の経過後、出力信号ＣＭＰは、Ｌレベルに反転する。
【００８０】
比較部４７に入力される電圧データＶｃｕｐ１は、しきい値Ｖｔｈよりも低いので、比較部４７は、Ｌレベルの初期充電完了信号ＣＣを出力している。
【００８１】
比較部４４および比較部４７のいずれの出力信号ともＬレベルとなったために、ＯＲ回路４６はＬレベルの信号を出力する。そのため、ＡＮＤ回路４９の出力は反転し、起動遮断信号ＰＵ−ＳＤは、Ｌレベルとなる。Ｌレベルの起動遮断信号ＰＵ−ＳＤが遮断部１６に供給されるので、遮断部１６は、回路を遮断する。
【００８２】
遮断部１６によって、電力変換装置１０は、電力系統１２から遮断されるので、充電電流Ｉｃｈａｒｇｅは、ゼロになる。
【００８３】
図５（ｂ）において、一点鎖線は、正常動作時の充電電流の波形である。異常を検出し、初期充電を停止するまでの抵抗器３３ａ〜３３ｃが消費する電力量は、Ａ部の面積で表される。Ｂ部の面積は、正常な初期充電動作を行った場合の抵抗器３３ａ〜３３ｃが消費する電力量である。Ａ部およびＢ部は、正常時と異常時との抵抗器３３ａ〜３３ｃの消費電力量を表している。
【００８４】
Ａ部の面積は、遅延時間ｔｄ１を増減することによって調整をすることができる。Ａ部の面積がＢ部の面積以下になるように遅延時間ｔｄ１を設定することによって、抵抗器３３ａ〜３３ｃの許容電力を適切に設定することができる。
【００８５】
このようにして、初期充電動作は、停止される。
【００８６】
本実施形態の電力変換装置１０の作用および効果について説明する。
本実施形態の電力変換装置１０は、チョッパセル２２のコンデンサ２２６の両端電圧を検出して、単位時間当たりの変化率ｋを所定の規定値ｋｐと比較して比較結果を出力する制御部４０を備えている。そのため、変化率ｋが規定値ｋｐよりも小さい場合に、電力変換装置１０は、初期充電の異常と判定し、初期充電動作を停止させることができる。したがって、初期充電用の抵抗器３３ａ〜３３ｃに長時間通電させることによって、破損等の事故を回避することができ、信頼性の高い電力変換装置１０が実現される。
【００８７】
一般に、初期充電を開始し、コンデンサの電圧が上昇しないという異常が発生したときに、十分長い時間を有するタイマ回路等を設けた保護回路が用いられる。このような保護回路では、タイマ回路等で設定された時間になっても充電完了しないときに遮断信号を発生させる。しかしながら、このようなタイマ回路等による方法の場合には、コンデンサの電圧の上昇は、コンデンサの静電容量と初期充電回路の抵抗器の抵抗値とで決定される時定数に依存する。静電容量や抵抗値の温度変化やばらつき等を考慮すると、相当程度長い時間に設定する必要があり、抵抗器で消費する電力量が大きくなる。そのため、初期充電回路のために電力容量の大きい大形の抵抗器を用いざるを得ない。
【００８８】
本実施形態の電力変換装置１０では、コンデンサ２２６の両端電圧の変化率ｋを計算して、規定値ｋｐと比較することによって初期充電の異常を検出する。そのため、迅速に初期充電を停止させることができ、異常時の許容電力を考慮した大形の抵抗器３３ａ〜３３ｃを用いる必要がない。したがって、小形で低電力容量の抵抗器３３ａ〜３３ｃを用いることができ、装置の低コスト化、小型化に寄与することができる。
【００８９】
また、本実施形態の電力変換装置１０では、異常を検出して、時間遅れ要素で遅延時間を任意に設定することによって、比較部４４の出力信号ＣＭＰが反転するタイミングを適切に設定することができる。そのため、抵抗器３３ａ〜３３ｃを適切な容量等のものを採用することができ、費用の削減をはかることができる。
【００９０】
（第１の実施形態の変形例）
電圧データＶｃｕｐ１としきい値Ｖｔｈとの比較を行うことに代えて、タイマ回路によって、初期充電完了信号ＣＣを生成するようにしてもよい。
図６は、本変形例の電力変換装置の一部である制御部を例示するブロック図である。
図６に示すように、本変形例の制御部４０ａは、タイマ回路４７ａを含む。タイマ回路４７ａは、起動信号ＰＵの立上りによってタイマ動作を開始する。たとえば、タイマ回路４７ａは、上述の実施形態の時刻ｔ１（図５（ａ））に相当するタイマを有している。つまり、タイマ回路４７ａは、起動信号ＰＵの入力によってＬレベルを出力し、時刻ｔ１経過後Ｈレベルの信号を出力する。
【００９１】
本変形例では、コンデンサ２２６の静電容量値や抵抗器３３ａ〜３３ｃの抵抗値のばらつきあるいは温度変化等により、電圧データＶｃｕｐ１の検出レベルは変化するが、より簡便に充電完了を検出する機能を実現することができる。
【００９２】
本変形例は、以下に説明する他の実施形態の場合にも適用されることができる。
【００９３】
（第２の実施形態）
初期充電回路３０および制御部４０は、他の形式の電力変換部と組み合わせても上述と同様に動作させることができる。
図７は、本実施形態の電力変換装置を例示するブロック図である。
本実施形態の電力変換装置１１０では、電力変換部１２０は、第１の実施形態の場合のバッファリアクトル２４に代えて、３巻線トランス１２４を含む。この場合には、初期充電回路３０は、３巻線トランス１２４の二次側に接続されている。
【００９４】
図７に示すように、電力変換装置１１０は、電力変換部１２０と、初期充電回路３０と、制御部４０と、を備える。第１の実施形態の場合と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【００９５】
電力変換部１２０は、交流端子１２１ａ〜１２１ｃと、直流端子１２１ｄ，１２１ｅと、充電端子１２１ｆ〜１２１ｈと、を含む。交流端子１２１ａ〜１２１ｃは、三相交流の各相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）に接続される。直流端子１２１ｄは、直流の高電位側に接続され、直流端子１２１ｅは、直流の低電位側に接続される。交流端子１２１ａ〜１２１ｃは、電力の入力端子ともなり、出力端子ともなる。直流端子１２１ｄ，１２１ｅは、交流端子１２１ａ〜１２１ｃが電力の入力端子のときには、出力端子となり、交流端子１２１ａ〜１２１ｃが電力の出力端子のときには、入力端子となる。
【００９６】
充電端子１２１ｆ〜１２１ｈは、初期充電回路３０の抵抗器３３ａ〜３３ｃおよび断路器３４ａ〜３４ｃの並列回路のそれぞれの一端に接続されている。この並列回路の他端は、互いに接続されている。
【００９７】
電力変換部１２０は、複数のチョッパセル２２と、３巻線トランス１２４と、を含む。チョッパセル２２は、フルブリッジ形式のチョッパセル７２であってもよい。電力変換部１２０は、アーム２６ａ〜２６ｆを含む。各アーム２６ａ〜２６ｆは、それぞれ同数のチョッパセル２２を含んでいる。１つのアーム２６ａは、高電位側の直流端子１２１ｄと低電位側の直流端子１２１ｅとの間に接続されている。他のアーム２６ｂは、アーム２６ａと低電位側の直流端子１２１ｅとの間に接続されている。アーム２６ｃ，２６ｄおよびアーム２６ｅ，２６ｆもアーム２６ａ，２６ｂと同様に、直流端子１２１ｄ，１２１ｅ間に直列に接続されている。
【００９８】
３巻線トランス１２４は、一次巻線１２５ａと、２つの二次巻線１２５ｂ，１２５ｃと、を含む。一次巻線１２５ａおよび二次巻線１２５ｂ，１２５ｃは、同一の鉄心に巻回されている。２つの二次巻線１２５ｂ，１２５ｃは、電流が流れたときに、鉄心に発生する磁界の方向が逆向きになるような向きに巻回され接続されている。二次巻線１２５ｂの一端は、上側のアーム２６ａに接続され、二次巻線１２５ｃの一端は、下側のアーム２６ｂに接続されている。他のアームについても同様である。
【００９９】
一次巻線１２５ａは、一端が交流端子１２１ａを介して、電力系統１２の１つの相に接続されている。他端は、他の３巻線トランス１２４の一次巻線に接続され、中性点接地されている。つまり、各相の一次巻線１２５ａは、スター結線されて、電力系統の各相に接続されている。
【０１００】
本実施形態の電力変換装置１１０の動作について説明する。
本実施形態の電力変換装置１１０においては、電力変換部１２０の構成が第１の実施形態の場合と異なるが、第１の実施形態の場合と同様に初期充電動作が行われる。たとえばＵ相とＶ相との間では、Ｕ相の電位がＶ相の電位よりも高い場合には、充電電流は、Ｕ相の３巻線トランス１２４の一次巻線１２５ａからＶ相の３巻線トランス１２４の一次巻線１２５ａに流れる。充電電流は、二次側に誘起され、Ｕ相の３巻線トランス１２４の二次巻線１２５ｂから、Ｖ相の上側のアーム２６ｃのチョッパセル２２のコンデンサを充電し、Ｖ相の３巻線トランス１２４の二次巻線１２５ｂに流れる。充電電流は、同時に、Ｕ相の３巻線トランス１２４の二次巻線１２５ｃから、Ｕ相の下側のアーム２６ｂのチョッパセル２２のコンデンサを充電する。Ｖ相の電位がＵ相の電位よりも高い場合には、Ｖ相の二次巻線１２５ｂを介してＵ相のチョッパセル２２のコンデンサを充電し、同時にＵ相の二次巻線１２５ｃを介してＶ相のチョッパセル２２のコンデンサを充電する。
【０１０１】
上述のように初期充電動作が行われ、任意のチョッパセル２２のコンデンサの両端電圧が監視される。コンデンサの電圧データＶｃｕｐ１は、制御部４０に供給され、第１の実施形態の場合と同様にして、制御部４０は、初期充電動作の正常または異常を判断する。
【０１０２】
このように、本実施形態の電力変換装置１１０では、バッファリアクトルに代えて、３巻線トランス１２４を用いることができ、初期充電回路３０を３巻線トランス１２４の二次側に配置することができる。１相当たり２個必要であったバッファリアクトルを１相当たり１個の３巻線トランス１２４とすることができるので、電力変換装置１１０の小型化をはかることができる。
【０１０３】
また、本実施形態の電力変換装置１１０では、初期充電回路３０を電力系統１２と電力変換部１２０との間に接続する場合に限らず、３巻線トランス１２４の二次側に配置することができる。そのため、各機器や回路の配置の自由度が向上し、システム全体として小型化が可能になる。
【０１０４】
（第３の実施形態）
上述したように、初期充電回路３０の接続位置は、電力系統１２と電力変換部２０との間に限らない。初期充電回路３０は、トランスの二次側にデルタ結線によって接続することもできる。
図８は、本実施形態の電力変換装置２１０を例示するブロック図である。
図８に示すように、電力変換装置２１０は、電力変換部２２０と、初期充電回路３０と、制御部４０と、を備える。本実施形態では、電力変換部２２０がバッファリアクトルに代えて、二次側をデルタ結線することを可能にするトランス２３４ａ〜２３４ｃを含む点で第１の実施形態の場合と相違する。第１の実施形態の場合と同じ構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。
【０１０５】
電力変換部２２０は、交流端子２３１ａ〜２３１ｃと、直流端子２３１ｄ，２３１ｅと、充電端子２３１ｆ〜２３１ｎとを含む。
【０１０６】
電力変換部２２０は、トランス２３４ａ〜２３４ｃを含んでいる。トランス２３４ａ〜２３４ｃは、一次巻線２３５ａ，２３５ｂと、二次巻線２３５ｃ〜２３５ｆと、をそれぞれ含んでいる。一次巻線２３５ａおよび二次巻線２３５ｃ，２３５ｄは同一の鉄心に巻回されており、一次巻線２３５ｂおよび二次巻線２３５ｅ，２３５ｆは同一の鉄心に巻回されている。二次巻線２３５ｃ，２３５ｄは、電流を流したときに磁界を打ち消す向きに巻回されている。二次巻線２３５ｅ，２３５ｆも電流を流したときに磁界を打ち消す向きに巻回されている。また、二次巻線２３５ｅ，２３５ｆの両端は、二次巻線２３５ｃ，２３５ｄの両端に接続されており、二次巻線２３５ｅ，２３５ｆに流れる電流の向きは、二次巻線２３５ｃ，２３５ｄに流れる電流の向きと逆方向になるように接続されている。
【０１０７】
トランス２３４ａの一方の一次巻線２３５ａには、交流端子２３１ａを介してＵ相が接続され、二次巻線２３５ｃ，２３５ｅには、上側のアーム２６ａが接続され、二次巻線２３５ｄ，２３５ｆには、下側のアーム２６ｂが接続されている。トランス２３４ａの他方の一次巻線２３５ｂには、交流端子２３１ｃを介してＷ相が接続されている。
【０１０８】
トランス２３４ｂの一方の一次巻線２３５ａには、交流端子２３１ｂを介してＶ相が接続され、二次巻線２３５ｃ，２３５ｅには、上側のアーム２６ｃが接続され、二次巻線２３５ｄ，２３５ｆには、下側のアーム２６ｄが接続されている。トランス２３４ｂの他方の一次巻線２３５ｂには、交流端子２３１ａを介してＵ相が接続されている。
【０１０９】
トランス２３４ｃの一方の一次巻線２３５ａには、交流端子２３１ｃを介してＷ相が接続され、二次巻線２３５ｃ，２３５ｅには、上側のアーム２６ｅが接続され、二次巻線２３５ｄ，２３５ｆには、下側のアーム２６ｆが接続されている。トランス２３４ｃの他方の一次巻線２３５ｂには、交流端子２３１ｂを介してＶ相が接続されている。
【０１１０】
トランス２３４ａの一方の二次巻線２３５ｃ，２３５ｄの接続ノードは、充電端子２３１ｆを介して、初期充電回路３０の抵抗器３３ａおよび断路器３４ａの一方の端子に接続されている。抵抗器３３ａおよび断路器３４ａの他方の端子は、充電端子２３１ｇを介して、トランス２３４ｂの他方の二次巻線２３５ｅ，２３５ｆの接続ノードに接続されている。
【０１１１】
トランス２３４ｂの一方の二次巻線２３５ｃ，２３５ｄの接続ノードは、充電端子２３１ｈを介して、初期充電回路３０の抵抗器３３ｂおよび断路器３４ｂの一方の端子に接続されている。抵抗器３３ｂおよび断路器３４ｂの他方の端子は、充電端子２３１ｋを介して、トランス２３４ｃの他方の二次巻線２３５ｅ，２３５ｆの接続ノードに接続されている。
【０１１２】
トランス２３４ｃの一方の二次巻線２３５ｃ，２３５ｄの接続ノードは、充電端子２３１ｍを介して、初期充電回路３０の抵抗器３３ｃおよび断路器３４ｃの一方の端子に接続されている。抵抗器３３ｃおよび断路器３４ｃの他方の端子は、充電端子２３１ｎを介して、トランス２３４ａの他方の二次巻線２３５ｅ，２３５ｆの接続ノードに接続されている。
【０１１３】
換言すると、トランス２３４ａの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅの一端は、抵抗器３３ａおよび断路器３４ａを介して、トランス２３４ｂの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅの他端と接続されている。トランス２３４ｂの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅの一端は、抵抗器３３ｂおよび断路器３４ｂを介して、トランス２３４ｃの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅの他端と接続されている。トランス２３４ｃの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅの一端は、抵抗器３３ｃおよび断路器３４ｃを介して、トランス２３４ｃの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅの他端と接続されている。つまり、トランス２３４ａの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅ、トランス２３４ｂの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅ、およびトランス２３４ｃの二次巻線２３５ｃ，２３５ｅは、各アーム２６ａ，２６ｃ，２６ｅをデルタ結線によって接続している。
【０１１４】
下側のアームについても同様である。トランス２３４ａの二次巻線２３５ｄ，２３５ｆ、トランス２３４ｂの二次巻線２３５ｄ，２３５ｆ、およびトランス２３４ｃの二次巻線２３５ｄ，２３５ｆは、各アーム２６ｂ，２６ｄ，２６ｆをデルタ結線によって接続している。
【０１１５】
本実施形態の電力変換装置２１０の動作について説明する。
本実施形態の電力変換装置２１０についても、上述の他の実施形態と同様に初期充電動作を行うことができる。たとえば、Ｕ相の電位がＶ相の電位よりも高い場合には、線電流は、Ｕ相の一方の一次巻線２３５ａからＶ相の一次巻線２３５ｂに流れる。この線電流によって一方の二次巻線２３５ｃに誘起された充電電流は、アーム２６ａのチョッパセル２２のダイオードを通ってアーム２６ｃのチョッパセル２２のコンデンサを充電する。この充電電流は、他方の二次巻線２３５ｅから充電端子２３１ｇを介して、抵抗器３３ａおよび断路器３４ａに流れる。抵抗器３３ａおよび断路器３４ａに流れた充電電流は、充電端子２３１ｆを介して、トランス２３４ａの一方の二次巻線２３５ｃに戻る。
【０１１６】
下側のアーム２６ｂについても同様に充電電流が流れる。
【０１１７】
Ｖ相の電位がＵ相の電位よりも高い場合には、上述とは逆方向に相電流および充電電流が流れる。
【０１１８】
任意のチョッパセル２２のコンデンサの両端の電圧を電圧検出器５１によって検出し、制御部４０によって、第１の実施形態の場合と同様に正常または異常を判定する。
【０１１９】
本実施形態の電力変換装置２１０の作用および効果について説明する。
上述の他の実施形態と同様の作用効果のほかに以下の効果を奏する。
本実施形態の電力変換装置２１０では、バッファリアクトルや３巻線トランスに代えて、デルタ結線されたトランスを含む。二次側がデルタ結線されたトランスを含むことによって、鉄心の部分的な飽和や非対称性等によりトランスを流れる電流およびトランスから出力される電圧に歪みを生じにくい。したがって、本実施形態の電力変換装置２１０では、高品質な電力の連系が可能になる。
【０１２０】
トランスや３巻線トランスの一次側や二次側をスター結線する場合では、結線作業が容易になる一方で、スター結線の中性点を接地等できないときには、トランスの鉄心の非線形性や巻回の形状の非対称等により、電圧歪が発生する場合がある。トランスをデルタ結線することによって、巻線内に還流電流を流すことができるので、電圧歪を解消することができる。
【０１２１】
（第４の実施形態）
上述では、３相６アームのＭＭＣについて説明したが、上述の初期充電の手法は、３相３アームのＭＭＣについても適用されることができる。
図９は、本実施形態の電力変換装置を例示するブロック図である。
図９に示すように、電力変換装置３１０は、電力変換部３２０と、初期充電回路３０と、制御部４０と、を備える。第１の実施形態の場合と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【０１２２】
電力変換部３２０は、交流端子３２１ａ〜３２１ｃを含む。交流端子３２１ａ〜３２１ｃは、三相交流の各相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）に接続される。
【０１２３】
電力変換部３２０は、３つのアーム３２６ａ〜３２６ｃを含んでおり、各アーム３２６ａ〜３２６ｃは、直列に接続されたチョッパセル７２を含む。チョッパセル７２は、好ましくは、フルブリッジ形式のセルである。各アーム３２６ａ〜３２６ｃの一端は、連系リアクトル３２４を介して、電力系統１２の各相に接続される。
【０１２４】
各アーム３２６ａ〜３２６ｃの他端は、互いに接続されている。つまり、各アーム３２６ａ〜３２６ｃは、スター結線されている。
【０１２５】
電力変換装置３１０は、たとえば、自励式無効電力補償装置（STATic synchronous COMpensator、以下、ＳＴＡＴＣＯＭともいう。）である。電力変換装置３１０は、電力系統に連系されて、進み無効電力または遅れ無効電力を注入して、電力系統の無効電力補償を行う。
【０１２６】
本実施形態の電力変換装置３１０は、上述の他の実施形態の場合と同様に動作することができる。
【０１２７】
ＳＴＡＴＣＯＭにＭＭＣを適用することによって、大容量や小型化、高効率化を進めることができると期待されており、ＭＭＣによるＳＴＡＴＣＯＭの初期充電に本実施形態の構成を適用することによって、装置の低コストやさらなる小型化に寄与することができる。
【０１２８】
（第５の実施形態）
電力変換装置の各アームの結線方法は、スター結線に限らずデルタ結線とすることができる。
図１０は、本実施形態の電力変換装置を例示するブロック図である。
図１０に示すように、電力変換装置４１０は、電力変換部４２０と、初期充電回路３０と、制御部４０と、を備える。第１の実施形態の場合と同じ構成要素については、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
【０１２９】
電力変換部４２０は、交流端子４２１ａ〜４２１ｃを含む。交流端子４２１ａ〜４２１ｃは、三相交流の各相（Ｕ相、Ｖ相およびＷ相）に接続される。
【０１３０】
電力変換部４２０は、３つのアーム４２６ａ〜４２６ｃを含んでおり、各アーム４２６ａ〜４２６ｃは、直列に接続されたチョッパセル７２を含む。チョッパセル７２は、好ましくは、フルブリッジ形式のセルである。アーム４２６ａ〜４２６ｃの一端は、連系リアクトル４２４ａ〜４２４ｃを介して、電力系統１２の各相に接続されている。アーム４２６ａの他端は、アーム４２６ｂの一端に連系リアクトル４２４ｂを介して接続されている。アーム４２６ｂの他端は、アーム４２６ｃの一端に連系リアクトル４２４ｃを介して接続されている。アーム４２６ｃの他端は、アーム４２６ａの一端に連系リアクトル４２４ａを介して接続されている。つまり、各アームは、デルタ結線されている。
【０１３１】
本実施形態の電力変換装置４１０は、たとえばＳＴＡＴＣＯＭであり、このＳＴＡＴＣＯＭでは、各アームはデルタ結線されている。
【０１３２】
本実施形態の電力変換装置４１０では、第４の実施形態の場合と同様に、初期充電の手法をＳＴＡＴＣＯＭ等の３相３アームのＭＭＣに適用することができる。本実施形態では、各アーム４２６ａ〜４２６ｃをデルタ結線とすることによって、電圧歪の発生等を抑制し、電力の高品質化に寄与することができる。
【０１３３】
以上説明した実施形態によれば、直流側に地絡等の異常を生じた場合に、安全に初期充電動作を停止することができる電力変換装置を実現することができる。
【０１３４】
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。
【符号の説明】
【０１３５】
１０，１１０，２１０，３１０，４１０  電力変換装置、１２  電力系統、１４  変圧器、２０，１２０，２２０，３２０，４２０  電力変換部、２１ａ〜２１ｃ  交流端子、２１ｄ，２１ｅ  直流端子、２２  チョッパセル、２４  バッファリアクトル、２６ａ〜２６ｆ  アーム、２８ａ〜２８ｃ  レグ、４０  制御部、４２  コンデンサ電圧取得部、４３  コンデンサ電圧変化率演算部、４４  比較部、４５  規定値設定部、４６  ＯＲ回路、４７  比較部、４８  しきい値設定部、４９  ＡＮＤ回路、５１  電圧検出器、６１  起動回路、６２  分周器、１１０  電力変換装置、１２０  電力変換部、１２４  ３巻線トランス、２１０  電力変換装置、２２０  電力変換部、２３４ａ〜２３４ｃ  トランス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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