CN104969433B - 功率转换装置及功率转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明中，接地故障位置检测部(15)基于从功率传输电路(13)流向负载电路(16)的电流与从负载电路(16)流向功率传输电路(13)的电流之差，检测出是否在功率传输电路侧和负载电路侧中的某一侧发生了接地故障。若检测出在负载电路(16)中发生了接地故障，则接触器控制部断开第1接触器(12)，并且在由接地故障位置检测部(15)检测到接地故障位置为功率传输电路侧的情况下，即使在第1接触器(12)被断开后进行了指示接通第1接触器(12)的操作，也仍然维持第1接触器(12)断开。

Description

功率转换装置及功率转换方法

技术领域

本发明涉及功率转换装置及功率转换方法。

背景技术

在发生接地故障的情况下需要对功率转换装置进行保护。

专利文献1所公开的技术中，将变压器的二次绕组的两端分别连接至接触器，在发生接地故障问题时断开该接触器。根据该技术，通过断开两个接触器，使得接地故障电流不会流入变压器，从而能够防止变压器损坏。

在专利文献2～5中公开了关于检测出接地故障的技术。专利文献2所公开的技术中，设置有电流检测器，在利用电流检测器检测到电流的情况下，视为发生了接地故障，从而切断与架空线相连接的断路器。根据该技术，通过切断断路器，将由架空线提供的功率切断，从而能够保护电路。

专利文献3所公开的技术中，变流器正侧的布线和变流器负侧的布线与电流检测器相连接，以使得流过这两根布线的电流向同一方向流动。根据该技术，在变流器的负侧发生接地故障的情况下，通过使电流不流过电流检测器，由此可检测到变流器负侧的接地故障。

专利文献4所公开的技术中，利用断路开关(breaker)来连接重要负载和电源装置，并利用特定断路开关来连接通常负载和电源装置。该技术中，若在重要负载中发生接地故障，则使断路开关跳闸，若在通常负载中发生接地故障，则使特定断路开关跳闸。根据该技术，即使在其中一个负载中发生接地故障的情况下，也能够向另一个负载继续进行供电。

专利文献5所公开的技术中，设置有零相电流互感器，在利用零相电流互感器检测到电流的情况下，断开与由变电站功率供电的干线相连接的断路器。根据该技术，通过断开断路器，将从干线流入的电流切断，从而能够保护高压受电设备。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开平11-235039号公报

专利文献2：日本专利特开平6-141404号公报

专利文献3：日本专利特开2012－29479号公报

专利文献4：日本专利特开平7-177603号公报

专利文献5：日本专利特开平2-106131号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

在例如专利文献1所公开的技术中，由于需要在变压器的二次绕组的两端分别设置接触器，因此存在功率转换装置大型化的问题。

本发明是鉴于上述情况完成的，其目的在于提供一种具有切断接地故障电流的功能，且可实现小型化的功率转换装置及功率转换方法。

解决技术问题所采用的技术手段

为达成上述目的，本发明所涉及的功率转换装置的功率传输电路从外部电路接受功率供给，并输出交流功率。第1接触器对在功率传输电路与外部电路之间流过的电流的通电和断电进行控制。负载电路利用从功率传输电路输出的功率来进行动作，通过检测流过被接地的端子的电流，从而可检测出接地故障的发生。第2接触器对在功率传输电路与负载电路之间流过的电流的通电和断电进行控制。接地故障位置检测部基于从功率传输电路流向负载电路的电流与从负载电路流向功率传输电路的电流之差，检测出是否在功率传输电路侧和负载电路侧中的任一侧发生了接地故障。接触器控制部基于负载电路中是否发生了接地故障的检测结果、以及接地故障位置检测部的检测结果，来控制第1接触器和第2接触器。

发明效果

根据本发明，能够切断接地故障电流，并能够实现小型化。

附图说明

图1是本发明的实施方式1所涉及的功率转换装置的结构图。

图2是图1所示的控制部的框图。

图3是图2所示的接触器控制部所执行的接触器控制处理的流程图。

图4是图2所示的接触器控制部所执行的接触器接通命令接收处理的流程图。

图5是举例示出在接地故障位置检测部的前级发生了接地故障的情况下的接地故障电流的流向的图。

图6是举例示出在接地故障位置检测部的后级发生了接地故障的情况下的接地故障电流的流向的图。

图7是表示存在有两个负载电路的情况下的功率转换装置的结构图。

图8是图7所示的控制部的结构图。

图9是图8所示的接触器控制部所执行的接触器控制处理的流程图。

图10是图8所示的接触器控制部所执行的接触器接通命令接收处理的流程图。

图11是将本发明的实施方式所涉及的功率转换装置搭载到电车时的结构图。

图12是图11所示的控制部的框图。

图13是对稳定状态下电流的流向进行例示的图。

图14是举例示出在接地故障位置检测部的前级发生了接地故障的情况下的接地故障电流的流向的图。

图15是举例示出在接地故障位置检测部的后级发生了接地故障的情况下的接地故障电流的流向的图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的功率转换装置进行说明。

(实施方式1)

实施方式1所涉及的功率转换装置10如图1所示，包括：电流输入端子11、第1接触器12、功率传输电路13、第2接触器14、接地故障位置检测部15、负载电路16、以及控制部30。

向电流输入端子11施加交流电压。

第1接触器12由电磁接触器(Electromagnetic Contactor)等构成，其一端与电流输入端子11相连接，另一端与功率传输电路13的输入端子相连接。第1接触器12对从控制部30输出的控制信号SigA进行响应，通过对连接电流输入端子11与功率传输电路13的输入端子的电路进行闭路和开路，从而对在电流输入端子11与功率传输电路13之间流动的电流进行通电和断电。由此对从外部电路向功率传输电路13的功率的供给和切断进行控制。

功率传输电路13因第1接触器12的接通(闭路)而经由电流输入端子11和第1接触器12接受来自外部电路的功率的供给。功率传输电路13例如由绝缘型的变压器构成，该绝缘型的变压器具备连接在第1接触器12与大地之间的一次绕组、以及两端连接至一对输出端的二次绕组。

第2接触器14由电磁接触器构成，其一端与功率传输电路13的一个输出端子相连接，另一端与负载电路16的一个输入端子相连接。第2接触器14对从控制部30输出的控制信号SigB进行响应，对连接功率传输电路13的一个输出端子与负载电路16的一个输入端子的电路进行闭路和开路。第2接触器14对在功率传输电路13与负载电路16之间流动的电流(从功率传输电路13提供给负载电路16的功率)进行通电和断电。

接地故障位置检测部15是用于利用控制部30检测出功率转换装置10中所发生的接地故障的位置是在接地故障位置检测部15的前级(功率传输电路13的输出端侧)还是在其后级(负载电路16侧)的传感器。接地故障位置检测部15具有霍尔元件、电流互感器等，求出流过功率传输电路13的一个输出端子与负载电路16的一个输入端子之间的第1电路的电流、与流过功率传输电路13的另一个输出端子与负载电路16的另一个输入端子之间的第2电路的电流之差，并将表示该所求得的差的电压信号SigC输出至控制部30。

在稳定状态下，流过第1电路的电流与流过第2电路的电流方向相反，电流值相等。因此，接地故障位置检测部15输出大约为0V的电压信号SigC。另一方面，在接地故障位置检测部15的前级(功率传输电路13、或功率传输电路13与接地故障位置检测部15之间)发生了接地故障的情况下，接地故障电流流过第1电路和第2电路中的一个电路，从而产生电流差。因此，接地故障位置检测部15输出具有与电流差相对应的电压的电压信号SigC。另一方面，在接地故障位置检测部15的后级(接地故障位置检测部15与负载电路16之间，或负载电路16)发生了接地故障的情况下，接地故障电流同时流过第1电路和第2电路，从而不会产生电流差。因此，接地故障位置检测部15将电压信号SigC设为约0V左右。

负载电路16是利用由功率传输电路13提供的交流功率进行动作的电路。负载电路16的一个输入端子经由第1电路与第2接触器14的另一端相连接。负载电路16的另一个输入端子经由第2电路与功率传输电路13的另一个输出端子相连接。负载电路16通过检测流过自身的输出端子中被接地的一个端子的接地故障电流，从而可检测出接地故障。

负载电路16具备电源电路17和接地故障检测部18。

电源电路17根据输入功率生成用于提供给后级电路的输出功率。

接地故障检测部18是用于供控制部30检测出接地故障的发生的电流传感器。接地故障检测部18由霍尔元件、电流互感器等构成，测定在电源电路17中被接地的输出端子与大地之间流过的接地故障电流，并将表示与所测定得到的电流的大小相对应的电压的电压信号SigD输出至控制部30。

控制部30是判断有无发生接地故障以及接地故障的发生位置，并根据所发生的接地故障的位置，来控制第1接触器12和第2接触器14的断开和接通的电路。

控制部30如图2所示，由接地故障监控部310和接触器控制部320构成。

接地故障监控部310例如由比较器组构成，将从接地故障检测部18输出的电压信号SigD的电压与预先设定的第1阈值进行比较，在判断为电压信号SigD的电压为第1阈值以上的情况下，输出表示发生了接地故障的接地故障检测信号Sg。

接地故障监控部310将从接地故障位置检测部15输出的电压信号SigC的电压与预先设定的第2阈值进行比较，在判断为电压信号SigC的电压为第2阈值以上的情况下，输出表示接地故障发生位置为接地故障位置检测部15的前级这一意思的接地故障位置检测信号Sb。另一方面，接地故障监控部310在判断为电压信号SigC的电压小于第2阈值的情况下，由于接地故障发生位置为接地故障位置检测部15的后级，因此不输出接地故障位置检测信号Sb。

接触器控制部320例如由微处理器构成，对来自接地故障监控部310的接地故障检测信号Sg及接地故障位置检测信号Sb进行响应，输出控制信号SigA和SigB，从而对预先设定的第1接触器12和第2接触器14的电路进行断开和闭合。

接触器控制部320还根据用户的指示，接受对第1接触器12及第2接触器14的接通进行指示的接触器接通命令。接触器控制部320在通常情况下，对接触器接通命令进行响应，接通第1接触器12及第2接触器14，但如后文所述，在接地故障位置检测部15的前级发生了接地故障，从而在第1接触器12断开之后，即使提供了接触器接通命令，第1接触器12也不接通。该状态可通过复位信号来进行复位。

更具体而言，接触器控制部320执行图3所示的接触器控制处理，周期性地从接地故障监控部310读取接地故障检测信号Sg和接地故障位置检测信号Sb，并存储到非易失性存储器(步骤S1)。

接着，接触器控制部320判断是否输出了接地故障检测信号Sg(步骤S2)，若没有输出接地故障检测信号Sg(步骤S2：否)，则没有发生接地故障，因此返回步骤S1。

另一方面，若输出了接地故障检测信号Sg(步骤S2：是)，则断开第1接触器12及第2接触器14(步骤S3)。由此，向功率转换装置10的功率供给被停止，从而因接地故障而导致的装置的损坏得以防止。

此外，接触器控制部320若接收到接触器接通命令，则执行图4所示的接触器接通命令接收处理，首先，判断是否存储有接地故障检测信号Sg(步骤S4)。在没有存储接地故障检测信号Sg的情况下(步骤S4：否)，接通第1接触器12及第2接触器14(步骤S5)，然后结束处理。

另一方面，在存储有接地故障检测信号Sg的情况下(步骤S4：是)，判断是否存储有接地故障位置检测信号Sb(步骤S6)。在存储有接地故障位置检测信号Sb的情况下(步骤S6：是)，由于接地故障位置为接地故障位置检测部15的前级，因此维持第1接触器12的断开状态(步骤S7)。另一方面，在没有存储接地故障位置检测信号Sb的情况下(步骤S6：否)，由于接地故障位置为接地故障位置检测部15的后级，因此接通第1接触器12，维持第2接触器14的断开状态(步骤S8)。

另外，接触器控制部320所存储的信号Sg、Sb等可通过复位信号来进行复位。

接着，基于具体示例对具有上述结构的功率转换装置10的接地故障检测动作及接触器控制动作进行说明。

图5是示出在功率传输电路13的一个输出端附近的地点P1发生接地故障时的接地故障电流I1的流向。如图所示，接地故障电流I1从地点P1流向大地，经由负载电路16的另一个输出端子、电源电路17、第2电路、功率传输电路13，返回地点P1。

此时，接地故障检测部18对该接地故障电流I1进行检测，输出与检测出的接地故障电流I1的大小相对应的电压信号SigD。并且，由于接地故障电流I1的存在，流过第1电路的电流与流过第2电路的电流之间产生差。接地故障位置检测部15检测该电流之差，输出具有与检测出的差相对应的电压的电压信号SigC。

控制部30的接地故障监控部310根据电压信号SigC和SigD，输出表示发生了接地故障的接地故障检测信号Sg、以及表示接地故障位置为接地故障位置检测部15的前级这一意思的接地故障位置检测信号Sb。

接触器控制部320如图3所示，读入接地故障检测信号Sg和接地故障位置检测信号Sb(步骤S1)。

接着，接触器控制部320判断为输出了接地故障检测信号Sg(步骤S2：是)，从而断开第1接触器12及第2接触器14(步骤S3)。由此，向功率转换装置10的功率供给被停止，从而因接地故障而导致的装置的损坏得以防止。

然后，若用户向接触器控制部320发出接触器接通命令，则开始图4的处理，接触器控制部320判断是否存储有接地故障检测信号Sg(步骤S4)。在本例中，由于存储有接地故障检测信号Sg(步骤S4：是)，因此，判断是否存储有接地故障位置检测信号Sb(步骤S6)。在本例中，由于存储有接地故障位置检测信号Sb(步骤S6：是)，因此维持第1接触器12的断开(步骤S7)。由此，不会流过接地故障电流，从而可保护装置免受损坏。

接着，图6是示出在负载电路16的一个输入端附近的地点P2发生接地故障时的接地故障电流I2的流向。如图所示，接地故障电流I2从地点P2流向大地，经由负载电路16的另一个输出端子、电源电路17、第2电路、功率传输电路13、第1电路，返回地点P2。

此时，接地故障检测部18对接地故障电流I2进行检测，输出与检测出的电流相对应的电压信号SigD。接地故障电流I2同时流过第1电路和第2电路。因此，接地故障位置检测部15检测出流过第1电路的电流与流过第2电路的电流之差约为0，并输出具有与检测到的差相对应的电压的电压信号SigC。

控制部30的接地故障监控部310输出表示发生了接地故障的接地故障检测信号Sg、以及表示接地故障位置为接地故障位置检测部15的后级这一意思的接地故障位置检测信号Sb。

接触器控制部320如图3所示，判断为输出了接地故障检测信号Sg(步骤S2：是)，从而断开第1接触器12及第2接触器14(步骤S3)。由此，向功率转换装置10的功率供给被停止，从而因接地故障而导致的装置的损坏得以防止。

然后，若用户向接触器控制部320发出接触器接通命令，则开始图4的处理，接触器控制部320判断是否存储有接地故障检测信号Sg(步骤S4)。在本例中，由于存储有接地故障检测信号Sg(步骤S4：是)，因此，判断是否存储有接地故障位置检测信号Sb(步骤S6)。在本例中，由于没有存储接地故障位置检测信号Sb(步骤S6：否)，因此，接通第1接触器12，并维持第2接触器14的断开(步骤S8)。由此，在功率传输电路13还与负载电路16以外的电路相连接的情况下，在防止接地故障电流的产生的基础上，还可向负载电路16以外的电路提供功率。

如上所述，根据本实施方式1所涉及的功率转换装置10，检测出接地故障位置，并断开第1接触器12及第2接触器14。然后，在发出接触器接通命令的情况下，根据检测出的接地故障位置，控制第1接触器12及第2接触器14的接通和断开，以使得不发生接地故障。由此，能够利用第1接触器12和第2接触器14，来切断接地故障电流，从而防止装置和电路损坏。作为对功率传输电路13与负载电路16之间的电流的通电和切断进行控制的接触器，仅设置第2接触器14即可，由此可实现装置的小型化。并且，若在接地故障位置检测部15的后级发生接地故障，则重新打开对功率传输电路13的供电，从而能够继续对未发生接地故障的正常电路进行功率的供给。

(变形例)

在以上的说明中，当输入了接触器接通命令时，进行图4的处理，但可以在存储有接地故障检测信号Sg并存储有接地故障位置检测信号Sb的情况(接地故障位置为接地故障位置检测部15的前级的情况)下，断开第1接触器12(第2接触器14可以断开，也可以保持闭路状态)，在存储有接地故障检测信号Sg但未存储接地故障位置检测信号Sb的情况(接地故障位置为接地故障位置检测部15的后级)下，仅断开第2接触器14即可。

作为接地故障位置检测信号SigC、接地故障检测信号SigD的信号形式，示出的是电压信号，但可以是电流信号，也可以是数字信号。

对于接地故障位置检测部15的位置，只要能够求出流过第1电路的电流与流过第2电路的电流之差，则可以是任意位置。例如，也可以设在功率传输电路13与第2接触器14之间。但是，优选配置在第2接触器14的附近。

接地故障位置检测部15不限于霍尔元件、电流互感器等，只要能够求出流过第1电路的电流与流过第2电路的电流之差，则可以是任何结构。此外，接地故障检测部18也不限于霍尔元件、电流互感器等，只要能够检测出接地故障电流，则可以是任何结构。

对于控制部30，也只要能够实现相同的功能即可，其结构可以是任意的。

(实施方式2)

如实施方式1所示，功率传输电路13可与多个负载电路相连接。并且，可对每个负载电路配置第2接触器14、接地故障位置检测部15、接地故障检测部18等。

下面，对具有下述结构的功率转换装置20进行说明，即：对每个负载电路均配置有第2接触器14、接地故障位置检测部15、接地故障检测部18等。

实施方式2所涉及的功率转换装置20如图7所示，具有多对功率传输电路130的输出端子。例如，功率传输电路130由具有两个二次绕组的变压器来构成。

对于功率传输电路130的每一对输出端子，设置第2接触器14、接地故障位置检测部15及负载电路16功率。

在下述说明中，将第2接触器14、接地故障位置检测部15及负载电路16的组称为第1系统或第2系统。此外，为了区别，在参考编号的末尾标注i(1或2)。

于是，第i系统的电路具备第2接触器14i、接地故障位置检测部15i以及负载电路16i，与功率传输电路130的第i输出端子相连接。

接地故障位置检测部15i将电压信号SigCi输出至控制部31，接地故障检测部18i将电压信号SigDi输出至控制部31。

控制部31如图8所示，具备接地故障监控部311和接触器控制部321。

接地故障监控部311在电压信号SigDi的电压为第i系统用的第1阈值以上时，输出接地故障检测信号Sgi。接地故障监控部311在电压信号SigCi的电压为第i系统用的第2阈值以上时，输出接地故障位置检测信号Sbi。

接触器控制部321如图9所示，周期性地读取信号Sgi(Sg1、Sg2)，Sbi(Sb1、Sb2)，并进行存储(步骤S11)。

接触器控制部321判断是否输出了接地故障检测信号Sg1或Sg2(步骤S12)。在没有输出接地故障检测信号Sg1和Sg2中任一个的情况下(步骤S12：否)，处理返回到步骤S11。

另一方面，在输出了接地故障检测信号Sg1或Sg2的情况下(步骤S12：是)，由于发生了接地故障，因此接触器控制部321断开第1接触器12及第2接触器141、142，从而防止因接地故障电流而引起的装置的损坏(步骤S13)。

若提供了接触器接通命令，则接触器控制部321如图10所示，利用是否存储有接地故障检测信号Sg1或Sg2来判断是否发生了接地故障(步骤S14)。在判断为未发生接地故障的情况下(步骤S14：否)，接通第1接触器12及第2接触器141、142(步骤S15)。

另一方面，若存储有接地故障检测信号Sg1或Sg2(步骤S14：是)，则对发生了接地故障的系统i进行判断(步骤S16)。若存储有接地故障检测信号Sgi，则判断为在第i系统中发生了接地故障(步骤S16)。

接着，接触器控制部321判断是否存储有接地故障位置检测信号Sbi(步骤S17)。

在存储有接地故障位置检测信号Sbi的情况下(步骤S17：是)，则在第i系统中发生接地故障，且接地故障发生位置为接地故障位置检测部15i的前级。因此，接触器控制部321维持将第1接触器12断开的状态(步骤S18)。

另一方面，在没有输出接地故障位置检测信号Sbi的情况下(步骤S17：否)，则在第i系统中发生了接地故障，且发生位置为接地故障位置检测部15i的后级。因此，接触器控制部321维持第2接触器14i的断开状态不变，并利用控制信号SigA来接通第1接触器12。并且，利用控制信号SigBj(j≠i)，来接通第2接触器14j，向未发生接地故障的电路进行供电(步骤S19)。

根据具有上述结构的功率转换装置20，当在任一系统的接地故障位置检测部15i的前级发生了接地故障时，向功率传输电路130的功率的供给被停止，从而可防止装置的损伤。该状态下，若输入了接触器接通命令，则当在第i系统的接地故障位置检测部15i的后级发生了接地故障时，停止从功率传输电路130向第i系统的功率的供给，但继续向其他的系统进行功率的供给，从而其他系统能够继续进行动作。该功率转换装置20中所需的接触器只要有第1接触器12、以及与系统数量相对应的第2接触器14即可。因此，根据功率转换装置20，可实现装置的小型化。

另外，系统数量并不限于2，也可以是3以上。此外，也无需对所有的系统均设置第2接触器14，可以仅在一部分系统中配置第2接触器14。

在图8所示的接触器控制部321的动作中，当在步骤S12中检测到发生了接地故障时，也可以进行图10的步骤S17之后的处理，以取代断开第1接触器12及第2接触器14。

(实施方式3)

使用实施方式1和实施方式2所涉及的功率转换装置的场景是任意的。下面，作为一个示例，对将图1所示的功率转换装置10应用于电车的实施方式3进行说明。

实施方式3的功率转换装置10如图11所示，包括：相当于电流输入端子11的导电弓19、第1接触器12、相当于功率传输电路13的变压器13a、第2接触器14、接地故障位置检测部15、负载电路16、第3接触器21、电阻器22、以及控制部30。

负载电路16包括：接地故障检测部18、AC-DC转换器23、第1滤波电容器24a、第2滤波电容器24b、直流电压施加端子25、以及DC-AC转换器26。

导电弓19安装于电车的车顶。导电弓19使由架空线提供的交流电流向第1接触器12流动。

第1接触器12根据从控制部30输出的控制信号SigA来切换状态。第1接触器12若变为断开状态，则切断由架空线提供的交流电流。第1接触器12若变为接通状态，则由架空线提供的交流电流流向变压器13a的一次绕组。

第1接触器12的一端与导电弓19相连接，第1接触器12的另一端与变压器13a的一次绕组的一端相连接。

变压器13a是绝缘型。变压器13a对施加到一次绕组的电压进行电压转换，并从二次绕组进行输出。

变压器13a的一次绕组的一端与第1接触器12的另一端相连接。变压器13a的一次绕组的另一端接地。变压器13a的二次绕组的一端与第2接触器14的一端以及第3接触器21的一端相连接。变压器13a的二次绕组的另一端与AC-DC转换器23的另一个输入端子相连接。

第2接触器14根据从控制部30输出的控制信号SigB11来改变状态。第2接触器14若变为断开状态，则从变压器13a的二次绕组的一端输出并将流入AC-DC转换器23的一个输入端子的电流切断。

第2接触器14若变为接通状态，则从变压器13a的二次绕组的一端输出的交流电流流至AC-DC转换器23的一个输入端子。

第2接触器14的一端与第3接触器21的一端以及变压器13a的二次绕组的一端相连接。第2接触器14的另一端与电阻器22的另一端以及AC-DC转换器23的一个输入端子相连接。

第3接触器21根据从控制部30输出的控制信号SigB12来改变状态。第3接触器21若变为断开状态，则将流入电阻器22的交流电流切断。第3接触器21若变为断开状态，则将流向电阻器22的电流切断。第3接触器21若变为接通状态，则交流电流流向电阻器22。

第3接触器21的一端与变压器13a的二次绕组的一端相连接，第3接触器21的另一端与电阻器22的一端相连接。

电阻器22对流过第3接触器21的交流电流的振幅进行限制。

电阻器22的一端与第3接触器21的另一端相连接。电阻器22的另一端与第2接触器14的另一端以及AC-DC转换器23的一个输入端子相连接。

接地故障位置检测部15是在发生了接地故障的情况下，用于利用控制部30来检测出发生了接地故障的位置是接地故障位置检测部15的前级还是后级的传感器。

接地故障位置检测部15例如具有霍尔元件。接地故障位置检测部15检测出连接电阻器22的另一端、第2接触器14的另一端以及AC-DC转换器23的一个输入端子的导线中流过的电流、与连接变压器13a的二次绕组的另一端以及AC-DC转换器23的另一个输入端子的导线中流过的电流之差。接地故障位置检测部15将表示与所检测出的电流差相对应的电压的电压信号SigC输出至控制部30。

AC-DC转换器23将传输至输入端子的交流电压转换成直流电压，并从具有第1～第3端子的输出端子输出转换后的直流电压。AC-DC转换器23的一个输入端子与第2接触器14的另一端以及电阻器22的另一端相连接。AC-DC转换器23的另一个输入端子与变压器13a的二次绕组的另一端相连接。

此外，AC-DC转换器23的输出端子的第1端子与直流电压施加端子25的正极端子、第1滤波电容器24a的一端以及DC-AC转换器26的一个输入端子相连接。AC-DC转换器23的输出端子的第2端子与第1滤波电容器24a的另一端以及第2滤波电容器24b的一端相连接。并且，AC-DC转换器23的输出端子的第3端子与直流电压施加端子25的负极端子、第2滤波电容器24b的另一端以及DC-AC转换器26的另一个输入端子相连接。

AC-DC转换器23在例如向输入端子施加有效值为1700V(伏)的交流电压的情况下，从第1端子－第2端子之间，输出1650V的直流电压Va，从第2端子－第3端子之间，输出1650V的直流电压Vb。

由第1滤波电容器24a和第2滤波电容器24b构成的串联电路利用从AC-DC转换器23的输出端子输出的直流电压来进行充电。利用该充电，由第1滤波电容器24a和第2滤波电容器24b构成的串联电路对施加到DC-AC转换器26的输入端子的直流电压进行平滑化。

由第1滤波电容器24a和第2滤波电容器24b构成的串联电路与AC-DC转换器23的输出端子、直流电压施加端子25以及DC-AC转换器26的输入端子相连接。

具体而言，第1滤波电容器24a的一端与AC-DC转换器23的第1端子、直流电压施加端子25的正极端子、以及DC-AC转换器26的一个输入端子相连接。第1滤波电容器24a的另一端与AC-DC转换器23的第2端子以及第2滤波电容器24b的一端相连接。

并且，第2滤波电容器24b的另一端与AC-DC转换器23的第3端子、直流电压施加端子25的负极端子以及DC-AC转换器26的另一个输入端子相连接。

这里，若第1接触器12为接通状态，并从电压计322(测量滤波电容器24a、24b的电压的测量仪表，参照图12)输出表示第1和第2滤波电容器24a、24b的电压小于阈值这一意思的信息，则控制部30输出使第3接触器21接通的控制信号SigB12。并且，控制部30输出使第2接触器14断开的控制信号SigB11。

由此，将流过第2接触器14的交流电流切断，振幅被电阻器22限制后的交流电流流入AC-DC转换器23的一个输入端子。因此，在第1滤波电容器24a及第2滤波电容器24b的初始充电时，可利用电阻器22来限制流过滤波电容器24a、24b的电流。

控制部30如图12所示，具备接地故障监控部310和接触器控制部320。接触器控制部320具备测定滤波电容器24a、24b的电压的电压计322。控制部30在第1接触器12为接通状态，且由电压计322测定得到的滤波电容器24a、24b的电压为阈值以上的情况下，输出使第3接触器21断开的控制信号SigB12，并且输出使第2接触器14接通的控制信号SigB11。由此，将流过第3接触器21和电阻器22的电流切断，变压器13a的输出电流经由第2接触器14流入至AC-DC转换器23。

流过第3接触器21的电流的振幅被电阻器22进行限制。另一方面，流过第2接触器14的电流的振幅未被电阻器22限制。因此，与电流的振幅未被电阻器22限制的第2接触器14的容许电流值相比，能够减小第3接触器21的容许电流值。因此，能够使第3接触器21比第2接触器14更小型化。

接地故障检测部18是在第1接触器12为接通状态时(交流电气化区间存在有电车时)，且功率转换装置10中发生了接地故障的情况下，用于利用控制部30检测出发生了接地故障这一意思的传感器。

接地故障检测部18例如具有霍尔元件。接地故障检测部18对连接第1滤波电容器24a及第2滤波电容器24b的连接点与大地的导线中流过的接地故障电流进行检测。接地故障检测部18向控制部30输出表示与接地故障电流的大小相对应的值的电压信号SigD。

直流电压施加端子25在直流电气化区间存在有电车时，施加有由架空线提供的直流电压。正极端子上施加有由架空线提供的直流电压的正极电位。负极端子上施加有由架空线提供的直流电压的负极电位(提供时已进行接地的电位)。该负极端子接地。

DC-AC转换器26将输入到输入端子的直流功率转换成交流功率，并从输出端子输出交流功率。DC-AC转换器26的一个输入端子与AC-DC转换器23的第1端子、第1滤波电容器24a的一端以及直流电压施加端子25的正极端子相连接。并且，DC-AC转换器26的另一个输入端子与AC-DC转换器23的第3端子、第2滤波电容器24b的另一端以及直流电压施加端子25的负极端子相连接。并且，DC-AC转换器26的输出端子例如与交流电动机M相连接。

参照图13对上述功率转换装置10在没有发生接地故障的情况(稳定状态)下的动作进行说明。

以下述情况为例进行说明，即：当交流电气化区间存在有电车时，接通第1接触器12的情况。

这里，若第3接触器21为接通状态，第2接触器14为断开状态，则电流从变压器13a经由第3接触器21及电阻器22，流向AC-DC转换器23。另一方面，若第3接触器21为断开状态，第2接触器14为接通状态，则电流从变压器13a经由第2接触器14，流向AC-DC转换器23。

AC-DC转换器23对由变压器13a提供的交流功率进行整流，并将直流电压输出至其第1端子与第3端子之间。第1滤波电容器24a和第2滤波电容器24b利用该直流电压来进行充电。经由第1滤波电容器24a和第2滤波电容器24b进行了稳压后的直流电压由DC-AC转换器26转换成三相交流电压，并被提供给交流电动机M。由此，交流电动机M旋转，从而驱动电车。

这里，通过接地故障位置检测部15的电流，具体而言，在变压器13a的一个输出端与AC-DC转换器23的一个输入端子之间流动的电流、与在变压器13a的另一个输出端与AC-DC转换器23的另一个输入端子之间流动的电流虽然方向相反，但具有相同的电流值。因此，接地故障位置检测部15不会检测到电流差，而是电压信号SigC约为0V。

并且，由于也没有流过接地故障检测部18的电流，因此接地故障检测部18也不会检测出接地故障电流。因而，电压信号SigD也约为0V。

另外，在对直流电压施加端子25施加直流电压的情况下，第2接触器14和第3接触器21变为断开状态。因此，从直流电压施加端子25的正极端子流出的直流电流流入DC-AC转换器26的一个输入端子。然后，直流电流从DC-AC转换器26的另一个输入端子被输出，并流入直流电压施加端子25的负极端子。

接着，对发生了接地故障时的功率转换装置10的动作进行说明。

在交流电气化区间存在有电车且第1接触器12处于接通的状态下，若在接地故障位置检测部15的前级的地点P3发生接地故障，则如图14所示，接地故障电流按接地故障点P3→大地→接地故障检测部18→第2滤波电容器24b→AC-DC转换器23的第2端子→AC-DC转换器23的另一个输入端子→接地故障位置检测部15→变压器13a的二次绕组的另一端→接地故障点P3的顺序流动。

从而接地故障检测部18检测出接地故障电流。接地故障位置检测部15检测出电流差。

另一方面，在接地故障位置检测部15的后级的地点P4发生接地故障的情况下，接地故障电流如图15所示，按接地故障点P4→大地→第2滤波电容器24b→AC-DC转换器23的第2端子→AC-DC转换器23的另一个输入端子→变压器13a的二次绕组的另一端→变压器13a的二次绕组的一端的顺序流动。接着，若第3接触器21为接通状态，且第2接触器14为断开状态，则接地故障电流流过第3接触器21及电阻器22，若第3接触器21为断开装置，且第2接触器14为接通状态，则接地故障电流流过第2接触器14，最后均返回接地故障点P4。

因而，接地故障检测部18检测出接地故障电流。接地故障位置检测部15未检测出电流差。

接地故障监控部310在电压信号SigD的电压为阈值以上时，判断为发生了接地故障。于是，接地故障监控部310向接触器控制部320输出表示发生了接地故障这一意思的接地故障检测信号Sg。

并且，接地故障监控部310在所获得的电压信号SigC的电压为阈值以上时，判断为在接地故障位置检测部15的前级发生了接地故障，并输出接地故障位置检测信号Sb，并输出至接触器控制部320。接地故障监控部310在电压信号SigC的电压小于阈值时，判断为在接地故障位置检测部15的后级发生了接地故障，不输出接地故障位置检测信号Sb。

接触器控制部320在交流电气化区间存在电车、且从电压计322输出表示滤波电容器24a、24b的电压小于阈值这一意思的信息的情况下，断开第2接触器14，并接通第3接触器21，然后接通第1接触器12。由此，第1滤波电容器24a和第2滤波电容器24b变为初始充电状态。

然后，若从电压计322输出表示滤波电容器24a、24b的电压为阈值以上这一意思的信息，则接通第2接触器14，断开第3接触器21，将功率转换装置10设为稳定状态(第1接触器12维持接通状态)。

然后，接触器控制部320若接收到表示发生了接地故障的接地故障检测信号Sg，则断开第1接触器12、第2接触器14以及第3接触器21。由此，接触器控制部320在接地故障发生时防止了变压器13a的损坏。

并且，接触器控制部320在存储有接地故障位置检测信号Sb的情况下，即使输入了接通第1接触器12的指示，也仍然维持第1接触器12的断开状态，从而防止接地故障电流流入变压器13a以导致变压器13a损坏。

另一方面，在没有存储接地故障位置检测信号Sb的情况下，若输入了接通第1接触器12的指示，则接触器控制部320接通第1接触器12。

另外，接触器控制部320在直流电气化区间存在有电车的情况下，断开第1接触器12、第2接触器14以及第3接触器21。

另外，在用于电车的情况下，如图7所例示的那样，也可以对多个负载分别配置接触器。

以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式，可进行各种变形和应用。

此外，上述图11所示的功率转换装置10使用第1滤波电容器24a和第2滤波电容器24b这两个来构成利用从AC-DC转换器23的输出端子输出的直流电压进行充电的串联电路，但并不限于此。即，构成串联电路的滤波电容器例如也可以为一个。

本发明在不脱离本发明的广义思想与范围的情况下，可进行各种实施方式和变形。另外，上述实施方式仅用来对本发明进行说明，而不对本发明的范围进行限定。即，本发明的范围由权利要求的范围来表示，而不由上述实施方式来表示。并且，在权利要求的范围内及与其同等发明意义的范围内所实施的各种变形也视为包含在本发明的范围内。

工业上的实用性

本发明除电车外，还可利用于转换功率的各种装置。

标号说明

10、20 功率转换装置，11 电流输入端子，12 第1接触器，13、130 功率传输电路，13a 变压器，14、141、142 第2接触器，15 接地故障位置检测部，16 负载电路，17 电源电路，18 接地故障检测部，19 导电弓，21 第3接触器，22 电阻器，23 AC-DC转换器，24a 第1滤波电容器，24b 第2滤波电容器，25 直流电压施加端子，26 DC-AC转换器，30、31 控制部，310、311 接地故障监控部，320、321 接触器控制部，322 电压计。

Claims (7)

1.一种功率转换装置，其特征在于，包括：

功率传输电路，该功率传输电路接受来自外部电路的功率供给，并输出交流功率；

第1接触器，该第1接触器对所述功率传输电路与所述外部电路之间流过的电流的通电和切断进行控制；

负载电路，该负载电路利用从所述功率传输电路输出的功率来进行动作，通过检测流过被接地的端子的电流，从而可检测出接地故障的发生；

第2接触器，该第2接触器对所述功率传输电路与所述负载电路之间流过的电流的通电和切断进行控制；

接地故障位置检测部，该接地故障位置检测部基于从所述功率传输电路流向所述负载电路的电流与从所述负载电路流向所述功率传输电路的电流之差，检测出是否在功率传输电路侧和负载电路侧中的某一侧发生了接地故障；以及

接触器控制部，该接触器控制部基于所述负载电路中是否发生接地故障的检测结果、以及所述接地故障位置检测部的检测结果，来控制所述第1接触器和所述第2接触器。

2.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

若检测出在所述负载电路中发生了接地故障，则所述接触器控制部断开所述第1接触器，并且在由所述接地故障位置检测部检测到接地故障位置为所述功率传输电路侧的情况下，即使在断开所述第1接触器后进行了指示接通所述第1接触器的操作，也仍然维持所述第1接触器的断开。

3.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

在所述负载电路中检测到接地故障的发生后，所述接触器控制部断开所述第1接触器，并且在由所述接地故障位置检测部检测到所述接地故障发生的位置为所述负载电路侧的情况下，若在断开所述第1接触器后进行了指示接通所述第1接触器的操作，则所述接触器控制部在断开所述第2接触器的基础上，接通所述第1接触器。

4.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述功率传输电路具有一对输出端，所述负载电路具有一对输入端，

所述第2接触器配置于连接所述功率传输电路的一个输出端与负载电路的一个输入端的电路，

所述接地故障位置检测部求出连接所述第2接触器与所述负载电路的电路中流过的电流、与连接所述功率传输电路的另一个输出端与负载电路的另一个输入端的电路中流过的电流之差。

5.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述功率传输电路具有多对输出端子，

所述第2接触器、所述负载电路以及所述接地故障位置检测部设置于所述功率传输电路的每一对输出端子，

若在任意一个所述负载电路中检测到发生了接地故障，则所述接触器控制部断开所述第1接触器，并且在由与该负载电路相对应的接地故障位置检测部检测到接地故障位置为功率传输电路侧的情况下，即使在断开所述第1接触器后进行了指示接通所述第1接触器的操作，也仍然维持所述第1接触器断开。

6.如权利要求1所述的功率转换装置，其特征在于，

所述功率传输电路具有通过接通所述第1接触器来施加交流电压的变压器，

所述负载电路具备通过接通所述第2接触器来将由所述变压器提供的交流功率转换成直流功率并进行输出的功率转换器。

7.一种功率转换方法，是下述功率转换装置的功率转换方法，该功率转换装置包括：功率传输电路，该功率传输电路从外部接受功率的供给，并输出交流功率；以及

负载电路，该负载电路利用由所述功率传输电路提供的功率来进行动作，所述功率转换方法的特征在于，包括下述步骤：

通过测定流过所述负载电路的接地端的接地故障电流，来检测接地故障的发生；

基于从所述功率传输电路流向所述负载电路的电流与从所述负载电路流向所述功率传输电路的电流之差，检测出是否在功率传输电路侧和负载电路侧中的某一侧发生了接地故障；以及

若检测到接地故障电流，则切断对所述功率传输电路的功率供给，并且若检测到在所述功率传输电路侧的位置发生了接地故障，则即使在切断对所述功率传输电路的功率供给后进行了指示向所述功率传输电路进行功率供给的操作，也仍然维持切断对所述功率传输电路的功率供给。