CN117652089A - 控制装置及电力变换装置 - Google Patents

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CN117652089A
CN117652089A CN202280047491.8A CN202280047491A CN117652089A CN 117652089 A CN117652089 A CN 117652089A CN 202280047491 A CN202280047491 A CN 202280047491A CN 117652089 A CN117652089 A CN 117652089A
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寺岛大贵
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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Abstract

电力变换装置的控制装置，电力变换装置具有：至少一个交流电容器，配置在从逆变器的输出侧的交流电路分支的电容器电路中，在故障时被从电路切离；以及电流传感器，配置在电容器电路中，分别取得流到交流电容器中的各相的交流电流的电流值；控制装置具备：振幅计算部，从电流传感器分别取得流到交流电容器中的各相的交流电流的电流值，基于所取得的各相的交流电流的电流值，分别计算各相的交流电流的基波成分的振幅的值；以及故障判定部，对由振幅计算部计算出的各相的交流电流的基波成分的振幅的值与规定的判定值分别进行大小比较，当各相的交流电流的基波成分的振幅的值中的至少某个相的振幅的值比规定的判定值小时，判定为交流电容器的故障。

Description

控制装置及电力变换装置
技术领域
本发明涉及控制装置及电力变换装置。
背景技术
以往，已知有在开始并网运转之前(交流开关被接通之前)进行电压匹配(voltagematching)运转、然后开始并网运转(交流开关被接通)的电力变换装置(例如，参照专利文献1)。
电压匹配运转是在开始并网运转之前使电力变换装置的输出电压与系统电压同步的控制，例如通过将电力变换装置的交流输出电压的振幅及相位与系统电压的振幅及相位匹配来进行。另外，电压匹配运转例如由交流自动电压调整器(AC－AVR：Alternating－Current－Automatic Voltage Regulator)进行。以下，在本说明书中，将电压匹配运转也称作“同步控制”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2017－212838号公报
发明内容
发明要解决的课题
另外，在作为电力变换装置的交流输出的滤波器使用的电容器中，有具有在有异常过热的情况下将电容器元件从电路切离的熔断机构的结构。在该熔断机构工作的情况下，该交流电容器成为开路故障状态。在这样的情况下，通常在电力变换装置中，在电压匹配运转时作为同步匹配异常而检测到故障。
但是，在以往的电力变换装置中，有尽管交流电容器发生了开路故障了但在电压匹配运转时没有检测到故障的情况。在此情况下，在电力变换装置中，有在电压匹配运转后将交流开关接通而开始并网运转、然后也不再检测故障而继续运转的情况。在交流电容器为开路故障的状态下运转的情况下，电力变换装置有可能使较大的谐波流出到系统侧，此外，由于电压施加集中于正常的交流电容器，所以也有可能故障扩大到正常的交流电容器。
所以，本公开的目的是通过基于流到交流电容器中的各相的电流成分检测故障而进行故障信息的报告及电力变换装置的停止，抑制谐波向系统侧的流出及故障向正常的交流电容器的扩大。
用来解决课题的手段
有关一技术方案的控制装置，是电力变换装置的控制装置，该电力变换装置具有：至少一个交流电容器，配置在从逆变器的输出侧的交流电路分支的电容器电路中，在故障时被从电路切离；以及电流传感器，配置在电容器电路中，分别取得流到交流电容器中的各相的交流电流的电流值；其特征在于，该控制装置具备：振幅计算部，从电流传感器分别取得流到交流电容器中的各相的交流电流的电流值，基于所取得的各相的交流电流的电流值，分别计算各相的交流电流的基波成分的振幅的值；以及故障判定部，对由振幅计算部计算出的各相的交流电流的基波成分的振幅的值与规定的判定值分别进行大小比较，当各相的交流电流的基波成分的振幅的值中的至少某个相的振幅的值比规定的判定值小时，判定为交流电容器的故障。
另外，在有关一技术方案的控制装置中，振幅计算部也可以基于将各相的交流电流的电流值与基于系统侧的系统电压调整后的相位角的值分别相乘而计算出的各相的交流电流的规定的电流成分，分别计算各相的交流电流的基波成分的振幅的值。
此外，在有关一技术方案的控制装置中，振幅计算部也可以基于从各相的交流电流的规定的电流成分中使用规定的低通滤波器而提取出的直流成分，计算各相的交流电流的基波成分的振幅的值。
此外，在有关一技术方案的控制装置中，也可以还具备动作控制部，该动作控制部在系统侧的交流开关被接通的状态下逆变器与系统侧接入运转的过程中，在由故障判定部判定为交流电容器的故障时，输出使电力变换装置停止并使交流开关断开的动作指示。
此外，在有关一技术方案的控制装置中，也可以还具备动作控制部，该动作控制部在系统侧的交流开关被断开的状态下在电力变换装置的启动时所进行的使逆变器的输出电压与系统侧的系统电压同步的同步控制时，当由故障判定部判定为交流电容器的故障时，输出使电力变换装置停止的动作指示。
有关一技术方案的电力变换装置，其特征在于，具备：逆变器，变换电力而输出交流电力；至少一个交流电容器，设在从逆变器的输出侧的交流电路分支的电容器电路中，在故障时被从电路切离；电流传感器，配置在电容器电路中，分别取得流到交流电容器中的各相的交流电流的电流值；交流开关，配置在交流电路中的比向电容器电路分支的分支点更靠系统侧，能够将朝向系统侧流动的交流电流切断；以及上述的任一项所述的控制装置。
有关另一技术方案的控制装置，是电力变换装置的控制装置，该电力变换装置具有：至少一个交流电容器，配置在从逆变器的输出侧的交流电路分支的电容器电路中，在故障时被从电路切离；以及电流传感器，与交流电抗器串联地配置在逆变器的输出侧的交流电路中的逆变器与向电容器电路分支的分支点之间，分别取得流到交流电路中的各相的交流电流的电流值；其特征在于，该控制装置具备：振幅计算部，在系统侧的交流开关被断开的状态下在电力变换装置的启动时所进行的使逆变器的输出电压与系统侧的系统电压同步的同步控制时，从电流传感器分别取得流到交流电容器中的各相的交流电流的电流值，基于所取得的各相的交流电流的电流值，分别计算各相的交流电流的基波成分的振幅的值；故障判定部，对由振幅计算部计算出的各相的交流电流的基波成分的振幅的值和规定的判定值分别进行大小比较，当各相的交流电流的基波成分的振幅的值中的至少某相的振幅的值比规定的判定值小时，判定为交流电容器的故障；以及故障信息报告部，在同步控制时，当由故障判定部判定为交流电容器的故障时，报告交流电容器的故障信息。
另外，在有关另一技术方案的控制装置中，振幅计算部也可以基于将各相的交流电流的电流值与基于根据系统侧的系统电压调整后的相位角的值分别相乘而计算出的各相的交流电流的规定的电流成分，分别计算各相的交流电流的基波成分的振幅的值。
此外，在有关另一技术方案的控制装置中，振幅计算部基于从各相的交流电流的规定的电流成分中使用规定的低通滤波器而提取出的直流成分，计算各相的交流电流的基波成分的振幅的值。
此外，在有关另一技术方案的控制装置中，也可以还具备动作控制部，该动作控制部在上述同步控制时，当由故障信息报告部报告了上述交流电容器的故障时，输出使上述电力变换装置停止的动作指示。
有关另一技术方案的电力变换装置的特征在于，具备：逆变器，变换电力而输出交流电力；至少一个交流电容器，设在从逆变器的输出侧的交流电路分支出的电容器电路中，在故障时被从电路切离；电流传感器，与交流电抗器串联地配置在逆变器的输出侧的交流电路中的逆变器与向电容器电路分支的分支点之间，分别取得流到交流电路中的各相的交流电流的电流值；交流开关，配置在交流电路中的比分支点靠系统侧，能够将朝向系统侧流动的交流电流切断；以及上述的任一项所述的控制装置。
发明效果
根据本公开，通过基于流到交流电容器中的各相的电流成分检测故障，能够进行故障信息的报告及电力变换装置的停止，抑制谐波向系统侧的流出及故障向正常的交流电容器的扩大。
附图说明
图1是表示有关第1实施方式的控制装置及电力变换装置的结构的一例的图。
图2是在图1所示的电力变换装置中表示交流电容器的实际的连接状况的一例的图。
图3是表示图1及图2所示的电力变换装置中的控制装置的结构的一例的图。
图4是表示图1至图3所示的控制装置的故障检测动作的一例的图。
图5是示意地表示在图1及图2所示的AC电容器中、在Δ型连线的U－V间的AC电容器中发生了开路故障的状态的图。
图6是表示图5所示的情况下的各相的电容器电流的模拟波形的图。
图7是表示图1至图6所示的电力变换装置的起动指令输入后的动作的一例的图。
图8是表示图1至图6所示的电力变换装置的逆变器并网运转中的动作的一例的图。
图9是表示有关第2实施方式的控制装置及电力变换装置的结构的一例的图。
图10是表示图9所示的电力变换装置中的控制装置的结构的一例的图。
图11是表示图9及图10所示的控制装置的故障检测动作的一例的图。
图12是表示图9至图11所示的电力变换装置的电压匹配运转(同步控制)的动作的一例的图。
图13是表示图1至图12所示的实施方式的控制装置具有的处理电路的硬件结构例的概念图。
具体实施方式
以下，使用附图对有关本公开的控制装置及电力变换装置的实施方式进行说明。
<第1实施方式的结构>
图1是表示有关第1实施方式的控制装置30及电力变换装置1的结构的一例的图。如图1所示，电力变换装置1在图1中左侧的一端侧与直流电源2连接，在图1中右侧的另一端侧(输出侧)与交流电力系统3(以下也称作“系统3”)连接。
电力变换装置(PCS：Power Conditioning Subsystem)1例如将从直流电源2供给的直流电力变换为交流电力，将变换后的交流电力向系统3侧输出。另外，电力变换装置1并不限于将直流电力变换为交流电力的装置，也可以是将交流电力变换为交流电力的装置。此外，电力变换装置1也可以是太阳能发电(PV：Photovoltaics)用的电力变换装置(PV－PCS：Photovoltaics－Power ConditioningSubsystem)。此外，电力变换装置1也可以是蓄电池(ESS：Energy Storage System)用的电力变换装置(ESS－PCS：Energy StorageSystem－Power Conditioning Subsystem)。以下，在本说明书中也将电力变换装置1称作“PCS1”。
直流电源2与电力变换装置1的一端侧连接，经由电力变换装置1的一端侧向电力变换装置1供给直流电力。直流电源2例如也可以是具备太阳能面板的太阳能发电装置(PV)或蓄电池(ESS)等，也可以是由风力发电机和交流直流变换器等构成的直流电源系统等。此外，与电力变换装置1的一端侧连接的并不限于直流电源2，在电力变换装置1是将交流电力变换为交流电力的装置的情况下也可以是交流电源。
交流电力系统(系统)3与作为电力变换装置1的另一端侧的输出端连接，是用来将从电力变换装置1输出的交流电力向需求方的受电设备供给的、综合了发电—变电—送电—配电的系统，例如连接着不特定的负载。
此外，在图1中，电力变换装置1具有逆变器电路11、三相交流电路12、交流电抗器13、交流开关14、电容器电路15和交流电容器16。此外，电力变换装置1具有电流传感器21、第一电压传感器22、第二电压传感器23和控制装置30。
电力变换装置1在逆变器11的输出侧作为输出电路而具有三相交流电路12，在三相交流电路12中设有交流电抗器13和交流开关14。三相交流电路12经由交流电抗器13与交流开关14之间的分支点12a分支至电容器电路15，电容器电路15与交流电容器16连接。此外，在电容器电路15中，在分支点12a与交流电容器16之间配置有电流传感器21。此外，在交流电路12中，在交流电抗器13与分支点12a之间配置有第一电压传感器22，在交流开关14的系统3侧配置有第二电压传感器23。另外，控制装置30在图中省略了配线，但与电力变换装置1的各元件电连接。
逆变器电路(逆变器：inverter)11例如由IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极晶体管)等的多个开关元件构建。逆变器电路11其一端侧与直流电源2连接，作为输出侧的另一端侧与交流电抗器13连接。逆变器11例如受由后述的逆变器控制部32A(参照图10、图11等)生成的作为开关元件的栅极驱动信号(栅极信号)的脉冲宽度调制(PWM：Pulse Width Modulation)信号控制。逆变器11从一端侧取得从直流电源2供给的直流电力，按照基于脉冲宽度调制信号(栅极信号)的控制，将所取得的直流电力变换为交流电力，从作为输出端的另一端侧输出，向三相交流电路12供给。以下，在本说明书中，也将逆变器电路11单称作“逆变器11”。此外，在本说明书中，也将脉冲宽度调制信号称作“PWM信号”。
三相交流电路12其一端与逆变器11的输出端连接，另一端与系统3连接。三相交流电路12例如是使用3根电线/线缆供给使电流或电压的相位相互错开的3个系统的单相交流组合的三相交流电力的三相三线式的三相交流电路。以下，在本说明书中，也将三相交流电路12单称作“交流电路12”。
交流电抗器13也被称作AC(alternating－current)电抗器，与逆变器11的输出侧的交流电路12串联地连接。以下，在本说明书中，也将交流电抗器13称作“AC电抗器13”。AC电抗器13例如是具有使噪声降低的效果及抑制浪涌电压的效果的平滑元件。AC电抗器13例如与经由分支点12a以L型连接的交流电容器16一起，构成使在逆变器11的未图示的开关元件开关时发生的纹波(ripple)(振动)减小的LC滤波器电路(滤波器电路)。
交流开关(交流开闭器)14也被称作AC开关，在交流电路12中串联地设置在比上述的LC滤波器电路的分支点12a靠系统3侧。以下，在本说明书中，也将交流开关14或交流开闭器14称作“AC开关14”。AC开关14按照来自控制装置30、未图示的上位装置或操作者的接通指示或断开指示，将交流电路12与系统3之间接通(连接)或断开。AC开关14能够将朝向系统3侧流动的交流电流断路，如果AC开关14被断开，则从逆变器11供给的交流电力向系统3流出被断路。AC开关14在电力变换装置1启动时(起动时)，在电力变换装置1进行与系统3侧的电压匹配运转(同步控制)时被断开，在并网运转被开始时被接通。
电容器电路15是经由交流电路12中的AC电抗器13与交流开关14之间的分支点12a而分支的电路，一端与分支点12a连接，另一端侧与交流电容器16连接。此外，电容器电路15在分支点12a与交流电容器16之间配置有电流传感器21。
交流电容器16也被称作AC(alternating－current)电容器、AC电容器(alternating－current capacitor)、滤波电容器，是储存或放出电(电荷)的电子部件。以下，在本说明书中，也将交流电容器16称作“AC电容器16”。AC电容器16与例如以L型连接的AC电抗器13一起构成使在逆变器11的未图示的开关元件开关时产生的纹波(振动)减小的LC滤波器电路(滤波器电路)。AC电容器16通过与AC电抗器13一起构成滤波器电路，抑制谐波(谐波电流)流出到系统3侧。AC电容器16只要是在故障时被从电路切离的至少一个交流电容器即可。
AC电容器16例如为了获得静电电容或为了满足额定电流，电容器电路15分支为多个，将多个AC电容器16a并联连接而构成。
多个AC电容器16a分别具有安全机构16b。另外，在本实施方式中，AC电容器16并不一定需要并联连接多个，只要至少有一个具有AC电容器16a和安全机构16b的AC电容器16即可。
安全机构16b例如是熔断器或开关等，具有在AC电容器16a的故障时或AC电容器16a发生异常而导致AC电容器16a的内压上升时等将该AC电容器16a从电路切离的作用。另外，安全机构16b并不限于与AC电容器16a分体设置的熔断器或开关等，也可以是AC电容器16a自身所具备的、在故障时被从电路切离的功能等。
此外，安全机构16b也可以是将AC电容器16a单独地从电路切离的机构，也可以是按具有多个AC电容器16a的AC电容器16的每个规定的封装(package)从电路切离的机构。即，例如在并联连接着多个具有多个AC电容器16a的AC电容器16的规定的封装的情况下等，也可以将安全机构16b按该AC电容器16的每个规定的封装配置。
电流传感器21配置在电容器电路15中的分支点12a与交流电容器16之间。电流传感器21例如是公知的交流电流计或交流电流传感器等。通过将电流传感器21配置在电容器电路15中，电流传感器21在交流开关14被断开的电压匹配运转时(同步控制时)能够计测流到AC电容器16中的电流。进而，电流传感器21在交流开关14被接通的并网运转时也能够计测流到AC电容器16中的电流。
图2是在图1所示的电力变换装置1中表示交流电容器16的实际的连接状况的一例的图。在图2中，对于与图1相同或同样的结构赋予相同的标号，将详细的说明省略或简略化。
如图2所示，交流电路12实际上例如是三相三线式的三相交流电路，以AC电容器16为代表的各构成元件实际上分别设在三相交流电路12中。另外，在图1及其他附图中，为了图面的简单，将以这些交流电路12及AC电容器16为代表的各构成元件简略化表示。
在图2中，AC电容器16为了获得静电电容或为了满足额定电流而被分支为多个三相交流电路12的各相(U相、V相、W相)的电容器电路15，并联连接着多个。另外，在图2中，电容器电路15在各相都被分支为3个，AC电容器16在各相都并联连接着3个，但分支数及并联数并不限于此。例如，也可以将电容器电路15在各相都分支为5个，将AC电容器16在各相都并联连接着5个。此外，AC电容器16也可以以三相作为一块封装，并联连接着一块AC电容器封装。
此外，在图2中的各AC电容器封装中，将AC电容器16三角型连线(Δ型连线)，但也可以星型连线(Y型连线)，也可以是其他的连线方式。此外，也可以将不同连线方式的AC电容器16或AC电容器封装混杂而并联连接。即，AC电容器16的并联连接的方式没有被特别限定。此外，在图2中，将安全机构16b按每个AC电容器16a配置，但也可以如上述那样按每个AC电容器封装配置。另外，配置安全机构16b的位置并不限于图2所示的位置，只要是在AC电容器16或16a故障时能够将它们从电路切离的地方，是哪里都可以。
此外，如图2所示，电流传感器21被配置为，能够检测电容器电路15中的三相的交流电流的电流值IU、IV、IW。另外，配置电流传感器21的位置并不限于图2所示的位置，也可以配置在能够分别检测流到各AC电容器封装中的三相的交流电流的电流值IU、IV、IW的位置处。即，也可以将电流传感器21例如按每个AC电容器封装配置。由电流传感器21检测到的三相的交流电流的电流值IU、IV、IW被控制装置30取得。
回到图1，第一电压传感器22例如被配置在逆变器11的输出侧的交流电路12中的逆变器11与向电容器电路15的分支点12a之间。第一电压传感器22例如是公知的交流电压计或交流电压传感器等，检测逆变器11的输出电压的电压值Vi。第一电压传感器22例如在电压匹配运转(同步控制)时等检测逆变器11的输出电压的电压值Vi。由第一电压传感器22检测到的输出电压的电压值Vi被控制装置30取得。另外，配置第一电压传感器22的位置只要是能够计测逆变器11的输出电压的电压值Vi的位置，是哪里都可以，并不限于图1所示的位置。
第二电压传感器23例如被配置在逆变器11的输出侧的交流电路12中的交流开关14与系统3之间。第二电压传感器23例如是公知的交流电压计或交流电压传感器等，检测三相的系统电压的电压值VU、VV、VW。由第二电压传感器23检测到的电压值VU、VV、VW被控制装置30取得。另外，配置第二电压传感器23的位置只要是能够计测系统3侧的三相的系统电压的电压值VU、VV、VW的位置，是哪里都可以，并不限于图1所示的位置。
控制装置30例如设在电力变换装置1的内部或外部，在图中省略了配线等，但通过有线或无线与以逆变器11为代表的电力变换装置1的各元件电连接。另外，控制装置30也可以作为未图示的逆变器控制电路的功能实现。
控制装置30例如具有通过执行程序而动作的CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、MPU(Micro Processing Unit：微处理单元)、GPU(Graphics ProcessingUnit：图形处理单元)等的后述的处理器91(参照图13)。控制装置30具有后述的存储部40(等参照图3)、存储器92(参照图13)等，例如通过执行存储在存储部40或存储器92中的规定的程序而使处理器91动作，总括地控制电力变换装置1的动作。另外，控制装置30例如也可以遵循来自未图示的上位装置或经由未图示的操作部的来自操作者等的指示而动作。控制装置30基于由电流传感器21检测到的三相的交流电流的电流值IU、IV、IW中的至少某个相的电流值(例如U相的电流值IU)，使用后述的检测逻辑检测AC电容器16的故障(参照图4～图6等)。另外，未图示的上位装置例如总括地监视及控制多台电力变换装置1，与各电力变换装置1通过有线或无线连接。
图3是表示图1及图2所示的电力变换装置1中的控制装置30的结构的一例的图。
控制装置30具有存储部40，例如通过执行存储在存储部40或后述的存储器92(参照图13)中的规定的程序，作为以下的各部发挥功能。控制装置30作为相位角调整部31、振幅计算部33、故障判定部35和动作控制部37发挥功能。另外，上述的各功能也可以通过控制装置30具有的后述的处理电路90(参照图13)中的后述的处理器91(参照图13)执行的程序实现，也可以通过后述的硬件93(参照图13)实现。相位角调整部31、振幅计算部33、故障判定部35和动作控制部37执行规定的程序，进行以下的处理。
相位角调整部31从第二电压传感器23取得作为系统3侧的三相(U相、V相，W相)的系统电压的测量值的电压值VU、VV、VW。相位角调整部31例如基于任意的相位角θ，对所取得的系统电压的电压值VU、VV、VW进行三相二相变换(dq变换)，求出d轴电压Vd和q轴电压Vq。相位角调整部31对所求出的d轴电压Vd和q轴电压Vq进行PLL(Phase Locked Loop：锁相环)控制，调整相位角θ的变化率，以使q轴电压Vq相对于d轴电压Vd充分变小(成为0)。由此，相位角θ的频率及相位与系统电压的频率及相位一致，在dq坐标上，系统电压向量的方向与d轴方向一致。
相位角调整部31基于被调整后的相位角θ，对于系统电压的三相的电压值VU、VV、VW进行三相二相变换(dq变换)，输出d轴成分和q轴成分。由此，在dq坐标轴上，成为将q轴取为相对于d轴相位超前了90度的方向。相位角调整部31基于被调整后的相位角θ对系统电压的电压值VU、VV、VW进行三相二相变换(dq变换)，求出d轴电压Vd和q轴电压Vq。相位角调整部31将被调整后的相位角θ向振幅计算部33输出。
振幅计算部33从电流传感器21取得作为流到AC电容器16中的三相(U相、V相，W相)的各相的交流电流的测量值的电流值IU、IV、IW。另外，振幅计算部33也可以从电流传感器21仅取得作为三相(U相、V相，W相)的各相的交流电流的测量值的电流值IU、IV、IW中的至少某一相的电流值。并且，振幅计算部33将所取得的各相的电流值IU、IV、IW与基于由相位角调整部31调整后的相位角θ的值sinθ、cosθ相乘，计算各相的规定的电流成分。并且，振幅计算部33从计算出的各相的规定的电流成分中，不经由规定的低通滤波器(LPF：Low PassFilter)而提取各相的直流成分。并且，振幅计算部33基于提取出的各相的直流成分，计算各相的交流电流的频率成分(基波成分)的振幅的值。振幅计算部33将计算出的各相的交流电流的频率成分(基波成分)的振幅的值向故障判定部35输出。另外，关于上述的各相的交流电流的基波成分的振幅的值的计算方法的详细情况在后面叙述(参照图4～图6等)。
故障判定部(比较器)35对由振幅计算部33计算出的各相的交流电流的频率成分(基波成分)的振幅的值和从存储部40取得的规定的判定值分别进行大小比较。并且，故障判定部35在由振幅计算部33计算出的各相的交流电流的振幅的值中的至少某一个比从存储部40取得的规定的判定值小时，判定为AC电容器16故障了。即，故障判定部35例如在多个AC电容器16中的至少一个开路故障了的情况下，与故障的AC电容器16连接的至少某一个相的振幅的值相比正常时变小。因此，故障判定部35通过对由振幅计算部33计算出的各相的振幅的值与规定的判定值进行大小比较，来检测该情况而判定故障。故障判定部35当判定为AC电容器16故障时，将作为故障了的判定结果的“1”向动作控制部37输出。另外，故障判定部35例如也可以向未图示的上位装置等输出作为故障了的判定结果的“1”，也可以向电力变换装置1的未图示的显示部或操作部等输出警报或报警信号等。
动作控制部37在从故障判定部35取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”的情况下，如果是交流开关14的接通前的同步控制时，向电力变换装置1的各部给出动作指示以将电力变换装置1停止。另一方面，动作控制部37在上述的情况下，如果是交流开关14的接通后的并网运转中，则向电力变换装置1的各部给出动作指示以将电力变换装置1停止，并给出使交流开关14断开的动作指示。
存储部40例如是HDD(Hard Disk Drive：硬盘驱动器)、SSD(Solid State Drive：固态驱动器)、DRAM(Dynamic Random Access Memory：动态随机存取存储器)、其他的半导体存储器等的易失性或非易失性的存储介质。存储部40例如存储控制装置30的各部的动作所需要的程序，并且被控制装置30的各部进行各种信息的写入或读出。此外，存储部40例如存储由电流传感器21等的各传感器取得的值、在由振幅计算部33进行的运算中使用的各种运算式或系数等、在由故障判定部35进行的大小比较中使用的规定的判定值等。
存储部40例如通过未图示的总线(系统总线)等与控制装置30的各部连接，以便能够进行各种信息的输入输出。另外，存储部40也可以设置在控制装置30的外部，通过有线或无线与控制装置30连接，也可以是存储卡、DVD(Digital Versatile Disc：数字多功能盘)等的外部存储介质等，也可以是在线存储等。此外，存储部40也可以与后述的存储器92(参照图13)为共用。
<第1实施方式的动作>
图4是表示图1至图3所示的控制装置30的故障检测动作的一例的图。图4所示的动作在电力变换装置1的启动时(起动指令受理)的电压匹配运转(同步控制)时或电力变换装置1的并网运转中被开始。即，不论是系统3侧的AC开关14被断开的电力变换装置1的启动时的电压匹配运转(同步控制)时、还是系统3侧的AC开关14被接通的电力变换装置1的并网运转中，都开始图4所示的动作。另外，图4所示的动作既可以常时进行，也可以每隔规定的间隔进行，例如也可以遵循来自控制装置30、未图示的上位装置或未图示的操作者的指示进行。
在步骤S11中，控制装置30的相位角调整部31从第二电压传感器23取得作为系统3侧的三相(U相、V相、W相)的系统电压的测量值的电压值VU、VV、VW，使处理转移到步骤S12。
在步骤S12中，相位角调整部31对于所取得的系统电压的电压值VU、VV、VW，例如基于任意的相位角θ进行三相二相变换(dq变换)，求出d轴电压Vd和q轴电压Vq，使处理转移到步骤S13。
在步骤S13中，相位角调整部31取得所求出的d轴电压Vd和q轴电压Vq，使处理转移到步骤S14。
在步骤S14中，相位角调整部31度所取得的d轴电压Vd和q轴电压Vq进行PLL(PhaseLocked Loop)控制。并且，相位角调整部31调整相位角θ的变化率，以使q轴电压Vq相对于d轴电压Vd充分变小(成为0)。由此，相位角θ的频率及相位与系统电压的频率及相位一致，在dq坐标上，系统电压向量的方向与d轴方向一致。相位角调整部31将调整后的相位角θ输出，使处理转移到步骤S15。进而，相位角调整部31将调整后的相位角θ也向振幅计算部33输出。
在步骤S15中，相位角调整部31基于调整后的相位角θ，对三相的系统电压的电压值VU、VV、VW进行三相二相变换(dq变换)，求出d轴成分(d轴电压Vd)和q轴成分(q轴电压Vq)。由此，在dq坐标轴上，成为将q轴取为相对于d轴相位超前了90度的方向。并且，相位角调整部31使处理转移到步骤S13，在电力变换装置1的运转中，反复进行步骤S13到S15的处理。
在步骤S31中，控制装置30的振幅计算部33从电流传感器21分别取得作为流到AC电容器16中的各相(U相、V相、W相)的交流电流的测量值的电流值IU、IV、IW，使处理转移到步骤S32。另外，电流传感器21常时或每隔规定的间隔测量电流值IU、IV、IW，振幅计算部33常时或每隔规定的间隔取得电流值IU、IV、IW。
另外，在图4中，作为一例表示了关于电流值IU的处理动作的流程。因此，以下以电流值IU为例进行说明，但关于其他的电流值IV、IW也实施同样的动作。
在步骤S32中，振幅计算部33取得作为流到AC电容器16中的各相的交流电流的测量值的电流值IU、IV、IW和基于通过步骤S14的PLL控制被调整后的相位角θ的值。并且，振幅计算部33将所取得的作为流到AC电容器16中的各相的交流电流的测量值的电流值IU、IV、IW与基于通过步骤S14的PLL控制被调整后的相位角θ的值相乘，计算规定的电流成分。具体而言，如果以电流值IU为例进行说明，则振幅计算部33将电流值IU与作为基于相位角θ的值的sinθ相乘，计算作为规定的电流成分的IUsinθ。此外，振幅计算部33将电流值IU与作为基于相位角θ的值的cosθ相乘，计算作为规定的电流成分的IUcosθ。并且，振幅计算部33使处理转移到步骤S33。
另外，在步骤S14中，相位角调整部31调整相位角θ，以使q轴电压Vq相对于d轴电压Vd充分变小(成为0)。因此，步骤S14中的PLL控制的结果是，θ的频率及相位与系统电压的频率及相位一致，在dq坐标上，系统电压的向量的方向与d轴方向一致。
在步骤S33中，振幅计算部33使用用来提取直流成分的规定的低通滤波器(LPF)，从在步骤S32中求出的作为规定的电流成分的IUsinθ中提取直流成分。由此，提取电流值IU中的与sinθ同相位的成分。此外，振幅计算部33使用用来提取直流成分的规定的低通滤波器(LPF)，从在步骤S32中求出的作为规定的电流成分的IUcosθ中提取直流成分。由此，提取电流值IU中的与cosθ同相位的成分。并且，振幅计算部33使处理转移到步骤S34。
在步骤S34中，振幅计算部33求出对在由步骤S33提取出的IUsinθ中包含的直流成分(电流值IU中的与sinθ同相位的成分)进行平方的值。此外，振幅计算部33求出对在由步骤S33提取出的IUcosθ中包含的直流成分(电流值IU中的与cosθ同相位的成分)进行平方的值。并且，振幅计算部33使处理转移到步骤S35。
在步骤S35中，振幅计算部33求出将对由步骤S34求出的IUsinθ的直流成分进行平方的值与对IUcosθ的直流成分进行平方的值的相加值，使处理转移到步骤S36。
在步骤S36中，振幅计算部33计算作为由步骤S35求出的相加值(提取出的各成分的平方和)的平方根的电容器电流IUabs，使处理转移到步骤S37。振幅计算部33执行步骤S31到步骤S36的处理，通过计算提取出的各成分的平方和的平方根，能够计算电流值IU中的相位角θ的频率成分(基波成分)的振幅的值。此外，振幅计算部33执行步骤S31到步骤S36的处理，通过计算提取出的各成分的平方和的平方根，例如即使电流值IU是负值，也能够使电容器电流IUabs成为正值。
在步骤S37中，振幅计算部33取得在步骤S36中计算出的电容器电流IUabs(基波成分振幅)，向故障判定部(比较器)35输出。另外，振幅计算部33也可以将在步骤S36中取平方根之前的电容器电流(在步骤S35中求出的相加值)向故障判定部(比较器)35输出。
在步骤S41中，控制装置30例如取得存储在存储部40中的规定的判定值IUt，向故障判定部(比较器)35输出。另外，规定的判定值IUt基于各种实验、模拟、各种条件、规定的运算方法等设定，例如被存储在存储部40中。
另外，规定的判定值IUt也可以基于控制装置30、未图示的上位装置或操作者等的指示。此外，也可以对规定的判定值IUt乘以例如作为比1小的值的规定的故障检测级别的值(例如0.8)的值，以使得即使电容器电流IUabs有若干误差也能够容许该误差而检测到AC电容器16的故障。另外，在步骤S37中输出取平方根之前的电容器电流(相加值)时，规定的判定值IUt需要设为考虑到平方的计算的值。
在步骤S51中，故障判定部(比较器)35取得由振幅计算部33求出的电容器电流IUabs(基波成分振幅)和存储在存储部40中的规定的判定值IUt。并且，故障判定部(比较器)35对它们进行大小比较，判定AC电容器16是否故障了。并且，故障判定部35当电容器电流IUabs(基波成分振幅)比判定值IUt小时，判定为AC电容器16故障了。即，故障判定部35例如在多个AC电容器16中的至少一个开路故障了的情况下，由于电容器电流IUabs(基波成分振幅)比正常时小，所以检测到该情况而判定为故障。故障判定部35当判定为AC电容器16故障了时，使处理转移到步骤S52。
在步骤S52中，故障判定部35在判定为AC电容器16故障了时，将作为故障了的判定结果的“1”向动作控制部37输出。另外，故障判定部35在判定为AC电容器16没有故障时，也可以将作为没有故障的判定结果的“0”向动作控制部37输出，也可以什么都不输出直到判定为故障。
另外，故障判定部35也可以将作为故障了的判定结果的“1”对后述的故障报告部36A(参照图10、图11等)输出。在此情况下，后述的故障报告部36A(参照图10、图11等)例如也可以通过对未图示的上位装置等报告(输出)故障信息或对电力变换装置1的未图示的显示画面或操作盘等报告警报或报警信息等来报告故障信息。
图5是示意地表示在图1及图2所示的AC电容器16中在Δ型连线的U－V间的AC电容器16a中发生了开路故障的状态的图。
在图5中，在电容器电路15中流过三相的交流电流，由电流传感器21取得各相的电流值IU、IV、IW。并且，在图5中，在Δ型连线的AC电容器16的U相与V相之间的(U－V间)的AC电容器16a中发生了开路故障。
图6是表示图5所示的情况下的各相的电容器电流的模拟波形的图。在图6中，纵轴表示电流(A：安培)，横轴表示时间(s：秒)。此外，实线表示U相的电容器电流IUabs，虚线表示V相的电容器电流IVabs，单点划线表示W相的电容器电流IWabs。即，在图6所示的图中，表示了对于图5所示的由电流传感器21取得的各相的电流值IU、IV、IW执行由图4表示的步骤S31到步骤S37的处理后的值。
在图6中，在时间前进了0.5(s)的地方，在图5所示的U相与V相之间的(U－V间)的AC电容器16a中发生了开路故障。因此，如图6所示，在时间前进0.5(s)之前的正常时，三相的电容器电流IUabs、IVabs、IWabs都以0.65(A)附近的大致一定的值推移。
另一方面，在时间前进了0.5(s)的时刻的开路故障发生时，由实线表示的U相的电容器电流IUabs和由虚线表示的V相的电容器电流IVabs下降到0.4(A)以下。另外，如图6所示，即使是时间前进了0.5(s)的时刻的开路故障发生时以后，由单点划线表示的W相的电容器电流IWabs也原样以0.65(A)附近的大致一定值推移。
由此，例如如果对0.4(A)到0.6(A)之间设定判定值IUt、IVt、IWt，与三相的电容器电流IUabs、IVabs、IWabs进行大小比较，则能够判定AC电容器16是否故障了。因此，在本实施方式中，故障判定部35对电容器电流IUabs、IVabs、IWabs和判定值IUt、IVt、IWt进行大小比较，判定AC电容器16(AC电容器16a的某个)是否故障了。
另外，当在步骤S37中输出了取平方根之前的电容器电流(相加值)时，可以考虑将图6所示的曲线图在纵轴方向上拉伸。因此，在此情况下，判定值IUt、IVt、IWt也需要设为考虑到平方的计算的值(考虑到在纵轴方向上拉伸的值)。
此外，在Δ型连线的情况和Y型连线的情况中虽然形态不同，但在Y型连线的情况下，由于可以考虑为某个相的电流值下降，所以能够通过本实施方式所示的方法判定AC电容器16是否故障了。
回到图4，在步骤S71中，控制装置30的动作控制部37当从故障判定部35取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”时，对电力变换装置1的各部给出动作指示以将电力变换装置1停止。另外，动作控制部37在交流开关14的接通后的并网运转中取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”的情况下，再给出使交流开关14断开的动作指示。由此，动作控制部37能够使电力变换装置1停止，抑制故障向正常的AC电容器16a的扩大及谐波向系统3侧的流出。
另外，动作控制部37在受理了来自未图示的上位装置或未图示的操作者的经由操作部的动作指示时，也可以给出进行电力变换装置1的停止(及交流开关14的断开)的动作指示。另外，动作控制部37在同步控制时，在取得了同步判定OK的信息时，当没有从故障判定部35取得故障了的判定结果时，也可以对交流开关14给出开关接通的动作指示，开始并网运转。
通过以上，控制装置30结束图4所示的故障检测动作。另外，图4所示的故障检测动作既可以如上述那样常时地进行，也可以每隔规定的间隔进行，例如也可以遵循来自控制装置30、未图示的上位装置或未图示的操作者的指示来进行。
图7是表示图1至图6所示的电力变换装置1的起动指令输入后的动作的一例的图。图7的(a)是表示AC电容器16为正常的情况下的电力变换装置1的起动指令输入后的电压匹配运转(同步控制)中的状态的图。图7的(b)是表示AC电容器16的一部分开路故障的情况下的电力变换装置1的起动指令输入后的电压匹配运转(同步控制)中的状态的图。
另外，在图7中，实际上如图2所示，在逆变器11的输出侧连接着三相的交流电路12，配置有三相的AC电抗器13、交流开关14、AC电容器16等。此外，AC电容器16实际上如图2所示，在各相并联连接有多个。但是，为了图面的简单，将包括这些的各元件省略或简略化表示。
在图7的(a)中，在AC电容器16为正常的情况下，电力变换装置1在从停止状态刚受理起动指令之后，使逆变器11(逆变器电路11)驱动而进行电压匹配运转(同步控制)，使交流开关14的前后的电压同步。此时，由于交流开关14被断开，所以从逆变器电路11输出的交流电力不向系统3侧流出，但在AC电容器16中流过电流。
在此情况下，由配置在电容器电路15中的各相的电流传感器21常时检测流到各相的AC电容器16中的电容器电流的电流值IU、IV、IW。并且，此时控制装置30常时地进行图4所示的步骤S11到步骤S51的动作。在此情况下，通常在AC电容器16中流过电流值IU、IV、IW的电流。在此情况下，如上述那样，三相的电容器电流IUabs、IVabs、IWabs以大致一定值推移。
在图7的(b)中，在AC电容器16的一部分开路故障了的情况下，电力变换装置1也进行与图7的(a)同样的动作。在此情况下，如果AC电容器16的一部分开路故障了，则如上述那样，三相的电容器电流IUabs、IVabs、IWabs的至少某个减小，所以由控制装置30检测到AC电容器16的故障。
即，控制装置30判定为AC电容器16故障了(S51)，将作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”向动作控制部37输出(S52)。在此情况下，动作控制部37在电力变换装置1电压匹配运转中取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”。在此情况下，动作控制部37使电力变换装置1停止(S71)，使向AC电容器16的电压施加停止。
由此，在电压匹配运转(同步控制)中检测到故障的情况下，能够在并网运转前使电力变换装置1停止(防止起动)。由此，能够抑制故障向正常的AC电容器16a的扩大及谐波向系统3侧的流出。
图8是表示图1至图6所示的电力变换装置1的逆变器并网运转中的动作的一例的图。图8的(a)是表示AC电容器16为正常的情况下的电力变换装置1的逆变器并网运转中(并网运转中)的状态的图。图7的(b)是表示AC电容器16的一部分开路故障的情况下的电力变换装置1的逆变器并网运转中(并网运转中)的状态的图。另外，在图8中也与图7同样，为了图面的简单，将各元件省略或简略化表示。
如图8的(a)所示，电流传感器21被配置在电容器电路15中，所以在电力变换装置1的AC开关14被接通、并且在逆变器电路11正在驱动的情况下也能够检测电容器电流的电流值IU、IV、IW。
在此情况下，在电力变换装置1的AC开关14被接通、并且逆变器电路11正在驱动的情况下，也由各相的电流传感器21常时检测流到各相的AC电容器16中的电容器电流的电流值IU、IV、IW。在此情况下，也与图7同样，控制装置30常时进行图4所示的步骤S11到步骤S51的动作。在此情况下，与图7同样，通常在AC电容器16中流过电流值IU、IV、IW的电流，三相的电容器电流IUabs、IVabs、IWabs以大致一定值推移。
在图8的(b)中，在AC电容器16的一部分开路故障了的情况下，电力变换装置1也进行与图8的(a)同样的动作。在此情况下，与图7同样，如果AC电容器16的一部分开路故障了，则如上述那样，三相的电容器电流IUabs、IVabs、IWabs的至少某个减小，所以由控制装置30检测到AC电容器16的故障。
即，与图7同样，控制装置30判定为AC电容器16故障了(S51)，将作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”向动作控制部37输出(S52)。在此情况下，动作控制部37在电力变换装置1进行逆变器并网运转中(并网运转中)判定为取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”。在此情况下，动作控制部37使交流电路12的AC开关14断开并使电力变换装置1停止(S71)，使向AC电容器16的电压施加停止。另外，此时的停止手段并不限于通过动作控制部37，也可以在规定的软件上将电力变换装置1的运转动作停止，也可以由未图示的操作者的手动将AC开关14断开。
由此，即使在逆变器并网运转中(并网运转中)检测到故障的情况下，也能够抑制故障向正常的AC电容器16a的扩大及谐波向系统3侧的流出。
<第1实施方式的作用效果>
以上，根据图1～图8所示的第1实施方式，故障判定部35对由振幅计算部33求出的电容器电流IUabs、IVabs、IWabs(基波成分振幅)和判定值IUt、IVt、IWt进行大小比较。并且，故障判定部35当电容器电流IUabs、IVabs、IWabs(基波成分振幅)比判定值IUt、IVt、IWt小时，判定为AC电容器16故障了，输出判定结果(S51，S52)。即，在图1～图8所示的第1实施方式中，基于流到AC电容器16中的各相的电流成分检测AC电容器16的故障。由此，能够进行AC电容器16的故障信息的报告及电力变换装置1的停止，能够抑制谐波向系统3侧的流出及故障向正常的AC电容器16a的扩大。
此外，根据图1～图8所示的第1实施方式，电流传感器21被配置在电容器电路15中。因此，不论是电力变换装置1的电压匹配运转中(交流开关14的断开时)还是并网运转中(交流开关14的接通时)，都能够区分测量流到AC电容器16中的电流(电容器电流)的电流值IU、IV、IW。由此，在图1～图8所示的第1实施方式中，不论是电力变换装置1的电压匹配运转中(交流开关14的断开时)还是并网运转中(交流开关14的接通时)，都能够判定是否有AC电容器16的故障。此外，由此不论在电力变换装置1的电压匹配运转中(交流开关14的断开时)还是并网运转中(交流开关14的接通时)，都能够抑制故障向正常的AC电容器16a的扩大及谐波向系统3侧的流出。
此外，根据图1～图8所示的第1实施方式，配置在电容器电路15中的电流传感器21由于仅检测流到AC电容器16(电容器电路15)中的较小的电流，所以能够使用较小的额定电流的元件。因此，与配置在交流电路12中那样的较大的额定电流的电流传感器相比，为较小的额定电流的电流传感器21能够精度更好地测量作为较小的电流的电容器电流。此外，与配置在交流电路12中那样的较大的额定电流的电流传感器相比，较小的额定电流的电流传感器21能够使用较小而便宜的元件。
此外，根据图1～图8所示的第1实施方式，电流传感器21A被配置在电容器电路15中。由此，例如在作为规格而电流传感器仅被配置在交流电路12的比交流开关14靠系统3侧的情况下，也能够进行AC电容器16的故障判定及电力变换装置1的停止。因此，在这样的情况下，也能够抑制谐波向系统3侧的流出故障及向正常的AC电容器16a的扩大。
<第2实施方式的结构>
图9是表示有关第2实施方式的控制装置30A及电力变换装置1A的结构的一例的图。另外，在图9中，对于与图1～图8所示的实施方式相同的结构赋予相同的标号，将详细的说明省略或简略化。另外，图9所示的结构与图2同样，交流电路12实际上是三相三线式的三相交流电路，以AC电容器16为代表的各构成元件实际上分别设在三相交流电路12中。但是，在图9中也与图1同样，为了图面的简单而将各元件简略化表示。
在图9所示的实施方式中，与图1～图8所示的实施方式不同，电流传感器21没有被配置在电容器电路15中，电流传感器21A被配置在交流电路12中。在图9所示的实施方式中，仅在交流开关14被断开的电压匹配运转时(同步控制时)，能够由电流传感器21A测量流到AC电容器16中的电流(电容器电流)的电流值IU、IV、IW。
电流传感器21A以与交流电抗器13串联连接的方式配置在逆变器11的输出侧的交流电路12中的逆变器11与向电容器电路15的分支点12a之间。电流传感器21A例如是公知的交流电流计或交流电流传感器等，检测电力变换装置1A中的三相的输出电流的电流值IU、IV、IW。由电流传感器21A检测到的电流值IU、IV、IW被控制装置30A取得。
另外，电流传感器21A在交流电路12中只要与AC电抗器13串联地连接即可，连接顺序没有限制。但是，电流传感器21A在交流电路12中需要设置在逆变器11与分支点12a之间。通过将电流传感器21A设置在该位置处，能够在交流开关14被断开的电压匹配运转时(同步控制时)计测流到AC电容器16中的电流的电流值IU、IV、IW。另外，实际上电流传感器21A在较多的电力变换装置1A中已经作为规格被配设在上述的位置处，所以在本实施方式中能够使用已经配设的已有的电流传感器21A。
控制装置30A能够仅在电压匹配运转时(同步控制时)根据由电流传感器21A测量的电流值IU、IV、IW来检测AC电容器16的故障。另外，控制装置30A的结构或功能及动作的详细情况在后面叙述(参照图10、图11等)。
图10是表示图9所示的电力变换装置1A中的控制装置30A的结构的一例的图。另外，在图10中，也对于与图1～图8所示的实施方式相同的结构赋予相同的标号，将详细的说明省略或简略化。
控制装置30A具有存储部40，例如通过执行存储在存储部40或后述的存储器92(参照图13)中的规定的程序，作为以下的各部发挥功能。控制装置30A作为相位角调整部31A、逆变器控制部32A、振幅计算部33、故障判定部35A、故障信息报告部36A和动作控制部37A发挥功能。相位角调整部31A、逆变器控制部32A、振幅计算部33、故障判定部35A、故障信息报告部36A和动作控制部37A执行规定的程序，进行以下的处理。
相位角调整部31A将所求出的d轴电压Vd和q轴电压Vq向逆变器控制部32A输出。相位角调整部31A的其他的结构或功能与图1～图8所示的实施方式的相位角调整部31是同样的。
逆变器控制部32A取得基于由相位角调整部31A调整后的相位角θ求出的d轴电压Vd和q轴电压Vq。逆变器控制部32A对于所取得的d轴电压Vd和q轴电压Vq，经由规定的滤波器进行二相三相变换(逆变换)，求出逆变器输出电压指令值VU *、VV *、VW *。逆变器控制部32A对于所求出的逆变器输出电压指令值VU *、VV *、VW *进行PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制，产生栅极信号。
逆变器控制部32A通过所产生的栅极信号，对逆变器11的未图示的开关元件进行控制，进行电力变换装置1A的电压匹配运转(同步控制)。另外，电力变换装置1A是否是电压匹配运转(同步控制)中的信息由故障信息报告部36A从逆变器控制部32A适当取得。
故障判定部(比较器)35A在判定为AC电容器16故障了时，将作为故障了的判定结果的“1”向故障信息报告部36A输出。故障判定部35A的其他的结构或功能与图1～图8所示的实施方式的故障判定部35是同样的。
故障信息报告部36A从逆变器控制部32A适当取得电力变换装置1A是否是电压匹配运转(同步控制)中的信息。故障信息报告部36A当由故障判定部35A判定为AC电容器故障了时，从故障判定部35A取得作为故障了的判定结果的“1”。故障信息报告部36A当取得了电力变换装置1A是电压匹配运转(同步控制)中的信息时，当从故障判定部35A取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”时，报告故障信息。故障信息报告部36A例如通过向未图示的上位装置等输出故障信息、或向电力变换装置1A的未图示的显示部或操作部等报告警报或报警信息等来报告故障信息。此外，故障信息报告部36A也向动作控制部37A报告故障信息。
动作控制部37A当从故障信息报告部36A取得了AC电容器16的故障信息的报告时，向电力变换装置1A的各部给出动作指示以将电力变换装置1A停止，在交流开关14的接通前使电力变换装置1A停止。另外，动作控制部37A在从逆变器控制部32A取得了同步判定OK的信息时，当没有从故障信息报告部36A取得AC电容器16的故障信息的报告时，也可以给出交流开关14接通的动作指示，开始并网运转。
<第2实施方式的动作>
图11是表示图9及图10所示的控制装置30A的故障检测动作的一例的图。另外，在图11中，也对于与图1～图8所示的实施方式相同的动作(处理)赋予相同的标号(处理步骤号)，将详细的说明省略或简略化。
图11所示的动作与电力变换装置1A的启动(起动指令受理)一起开始。即，图11所示的动作在系统3侧的AC开关14被断开的电力变换装置1A的启动时(起动时)的电压匹配运转(同步控制)时开始。另外，图4所示的动作既可以在电压匹配运转(同步控制)时常时进行，也可以每隔规定的间隔进行，例如也可以遵循来自控制装置30A、未图示的上位装置或未图示的操作者的指示进行。
在步骤S12A及步骤S15A中，相位角调整部31A将所求出的d轴电压Vd和q轴电压Vq也向逆变器控制部32A输出。步骤S12A及步骤S15A中的其他的处理与图1～图8所示的实施方式的步骤S12及步骤S15是同样的。
在步骤S21A中，控制装置30A的逆变器控制部32A首先取得在步骤S12A中输出的d轴电压Vd和q轴电压Vq，然后取得在步骤S15A中输出的d轴电压Vd和q轴电压Vq。逆变器控制部32A对所取得的d轴电压Vd和q轴电压Vq例如进行规定的滤波处理，使处理转移到步骤S22A。另外，规定的滤波处理不是必须的，也可以不进行。
在步骤S22A中，逆变器控制部32A对于所取得的d轴电压Vd和q轴电压Vq进行二相三相变换(逆变换)，求出逆变器输出电压指令值VU *、VV *、VW *，使处理转移到步骤S23A。另外，对于系统电压的电压值VU、VV、VW先进行三相二相变换(dq变换)、然后进行二相三相变换(逆变换)是因为，与三相的电压值VU、VV、VW相比，两轴的d轴电压Vd和q轴电压Vq其滤波处理更容易。
在步骤S23A中，逆变器控制部32A对所求出的逆变器输出电压指令值VU *、VV *、VW *进行PWM控制，产生栅极信号。逆变器控制部32A通过所产生的栅极信号，对逆变器11的未图示的开关元件进行控制，进行电力变换装置1A的电压匹配运转(同步控制)，使处理转移到步骤S24A。另外，上述的控制的结果是，在电压匹配运转(同步控制)时，逆变器11的输出电压的相位及振幅与系统电压的相位及振幅大致一致。由此，d轴电流Id为与逆变器11的输出电压同相位的成分，q轴电流Iq为相位相对于逆变器11的输出电压超前了90度的成分。
在步骤S24A中，逆变器控制部32A输出电力变换装置1A是否是电压匹配运转(同步控制)中的信息。电力变换装置1A是否是电压匹配运转(同步控制)中的信息由故障信息报告部36A适当取得。
图12是表示图9至图11所示的电力变换装置1A的电压匹配运转(同步控制)的动作的一例的图。图12的(a)是表示从电力变换装置1A启动到与系统3侧同步的电压匹配运转(同步控制)时的状态的图。图12的(b)是表示电力变换装置1A进行电压匹配运转(同步控制)的结果是与系统3侧取得了同步时的状态的图。图12的(c)是表示由于电力变换装置1A通过电压匹配运转(同步控制)与系统3侧取得了同步所以交流开关14被接通时的状态的图。
在图12中，左侧表示电路状态。在图12的左侧，表示了将图9所示的电力变换装置1A的一部分的结构省略的图。在图12的左侧，交流开关14的左侧被施加逆变器11的输出电压，交流开关14的右侧被施加系统3侧的系统电压。此外，在图12的左侧，箭头表示从逆变器11输出的电流路径。图12的右侧表示电压波形。在图12的右侧，实线表示系统电压的波形，虚线表示逆变器11的输出电压的波形。另外，逆变器11的输出电压的电压值Vi由第一电压传感器22检测，三相的系统电压的电压值VU、VV、VW由第二电压传感器23检测，检测结果分别由控制装置30A取得(参照图9等)。
在图12的(a)中，如果电力变换装置1A启动(如果受理了起动指令)，则逆变器11受从逆变器控制部32A输出的栅极信号控制，开始电压匹配运转(同步控制)。在启动时，由于通过基于任意的相位角θ的栅极信号对逆变器11进行控制，所以逆变器11的输出电压的电压波形和系统电压的电压波形最开始为散乱的(S12A、S21A～S23A)。
在图12的(b)中，进行电压匹配运转(同步控制)的结果是，同步判定为OK。即，相位角调整部31A基于从系统电压取得的三相的电压值VU、VV、VW进行PLL控制，调整相位角θ(S14)。并且，如果通过基于调整后的相位角θ的栅极信号对逆变器11进行控制，则使得逆变器11的输出电压的相位及振幅与系统电压的相位及振幅大致一致(S15A、S21A～S23A)。
在图12的(c)中，当同步判定为OK时，由于逆变器11的输出电压的电压波形与系统电压的电压波形大致一致，所以例如通过动作控制部37A的动作指示，将交流开关14接通，开始并网运转。
回到图11，在步骤S52A中，控制装置30A的故障判定部35A在判定为AC电容器16故障了时，将作为故障了的判定结果的“1”向故障信息报告部36A输出。另外，故障判定部35A当判定为AC电容器16没有故障时，也可以将作为没有故障的判定结果的“0”向故障信息报告部36A输出，也可以什么都不输出直到判定为故障。
在步骤S61A中，控制装置30A的故障信息报告部36A从逆变器控制部32A适当取得电力变换装置1A是否是电压匹配运转(同步控制)中的信息(参照S24A)。此外，故障信息报告部36A在由故障判定部35A判定为AC电容器故障了时，从故障判定部35A取得作为故障了的判定结果的“1”(参照S52A)。并且，故障信息报告部36A在取得了电力变换装置1A为电压匹配运转(同步控制)中的信息时，当从故障判定部35A取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”时，使处理转移到步骤S62A。
在步骤S62A中，故障信息报告部36A在取得了电力变换装置1A为电压匹配运转(同步控制)中的信息时，当取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”时，报告故障信息。故障信息报告部36A例如通过向未图示的上位装置等报告(输出)故障信息、或向电力变换装置1A的未图示的显示画面或操作盘等报告警报或报警信息等来报告故障信息。此外，故障信息报告部36A对于动作控制部37A也报告(输出)故障信息。
在步骤S71A中，控制装置30A的动作控制部37A当从故障信息报告部36A取得了AC电容器16的故障信息的报告时，向电力变换装置1A的各部给出动作指示以将电力变换装置1A停止。由此，动作控制部37A在并网运转开始前(交流开关14的接通前)使电力变换装置1A停止。由此，能够抑制故障向正常的AC电容器16a的扩大及谐波向系统3侧的流出。
另外，动作控制部37A也可以在受理了来自取得了由故障信息报告部36A进行的故障信息的报告的未图示的上位装置或未图示的操作者的经由操作部的动作指示时使电力变换装置1A停止。此外，动作控制部37A例如在从逆变器控制部32A取得了同步判定OK的信息时，当没有从故障信息报告部36A取得故障信息的报告时，也可以向交流开关14给出开关接通的动作指示，开始并网运转。
另外，在图1～图8所示的第1实施方式中，图7所示的电力变换装置1的起动指令输入后的动作也能够对图9～图12所示的第2实施方式的电力变换装置1A的起动指令输入后的动作应用。在将图7所示的动作对图9～图12所示的第2实施方式的电力变换装置1A应用的情况下，不是由电流传感器21而是由电流传感器21A检测流到三相的AC电容器16中的电容器电流的电流值IU、IV、IW。
此外，控制装置30A判定为AC电容器16故障了(S51)，将作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”向故障信息报告部36A输出(S52A)。在此情况下，故障信息报告部36A成为在电力变换装置1A为电压匹配运转中取得了作为AC电容器16故障了的判定结果的“1”(S61A)，所以报告故障信息(S62A)。在此情况下，动作控制部37A使电力变换装置1A停止(S71)，使向AC电容器16的电压施加停止。
由此，在图9～图12所示的第2实施方式中，也能够在电压匹配运转(同步控制)中检测到故障的情况下，在并网运转前使电力变换装置1A停止(防止起动)。由此，能够抑制故障向正常的AC电容器16a的扩大及谐波向系统3侧的流出。
<第2实施方式的作用效果>
以上，根据图9～图12所示的第2实施方式，起到与图1～图8所示的第1实施方式同样的效果。
此外，在图9～图12所示的第2实施方式中，电流传感器21A以与交流电抗器13串联地连接的方式配置在逆变器11的输出侧的交流电路12中的逆变器11与向电容器电路15的分支点12a之间。因此，电流传感器21A在交流开关14被断开的电压匹配运转时(同步控制时)能够计测流到AC电容器16中的电流。由此，根据图9～图12所示的第2实施方式，控制装置30A在电压匹配运转(同步控制)中能够监测AC电容器16的开路故障。
另外，在图9～图12所示的第2实施方式中，电流传感器21A被配置在上述的位置处。在此情况下，电流传感器21A在交流开关14被接通的并网运转中与向系统3侧流动的电流混淆(不能区别)，所以不能仅提取流到AC电容器16中的电流。但是，在已有的电力变换装置1A中，电流传感器21A作为规格已经被配设在上述的位置处的情况较多。因此，根据图9～图12所示的第2实施方式，能够在较多的已有的电力变换装置1A中使用已经配置的已有的电流传感器21A。
此外，在图9～图12所示的第2实施方式中，控制装置30A当在电压匹配运转时(同步控制时)检测到AC电容器16的故障时，在并网运转开始前(交流开关14的接通前)报告故障信息(S62A)。此外，在图9～图12所示的第2实施方式中，控制装置30A在电压匹配运转时(同步控制时)，当检测到AC电容器16的故障时，在并网运转开始前(交流开关14的接通前)使电力变换装置1A停止(S71A)。由此，能够抑制故障向正常的AC电容器16a的扩大及谐波向系统3侧的流出。
<硬件结构例>
图13是表示图1至图12所示的实施方式的控制装置30、30A具有的处理电路90的硬件结构例的概念图。上述的各功能由处理电路90实现。作为一形态，处理电路90具备至少1个处理器91和至少1个存储器92。作为另一形态，处理电路90具备至少1个专用的硬件93。
在处理电路90具备处理器91和存储器92的情况下，各功能由软件、固件、或软件与固件的组合实现。软件及固件的至少一方被作为程序记述。软件及固件的至少一方被保存在存储器92中。处理器91通过将存储在存储器92中的程序读出并执行，实现各功能。
在处理电路90具备专用的硬件93的情况下，处理电路90例如是单一电路、复合电路、程序化的处理器或将它们组合的结构。各功能由处理电路90实现。
控制装置30、30A具有的各功能既可以各自一部分或全部由硬件构成，也可以作为处理器执行的程序构成。即，控制装置30、30A也能够由计算机和程序实现，程序既可以存储到存储介质中，也可以经由网络提供。
<实施方式的补充事项>
以上，根据图1～图13所示的实施方式，虽然分为图1～图8所示的第1实施方式和图9～图12所示的第2实施方式，但也可以将这些实施方式组合。即，电力变换装置1或1A也可以具备电流传感器21和电流传感器21A的两者。并且，也可以由某一方或两者的电流传感器测量流到AC电容器16(电容器电路15)中的电流(电容器电流)。即使是组合的实施方式，也能够起到与组合前的各实施方式起到的各作用效果同样的作用效果。
此外，在图1～图13所示的实施方式中，一旦图4及图11所示的步骤S51中，AC电容器16a的一部分开路故障，故障判定部35或35A就判定为AC电容器16的故障。但是，例如故障判定部35或35A也可以在AC电容器16a仅1个故障的情况下不判定为AC电容器16的故障，在故障了两个以上的情况下判定为AC电容器16的故障。这样的方法例如在AC电容器16a仅1个故障的程度下给电力变换装置1或1A带来的影响较小的情况下等是有效的。另外，故障判定部35或35A也可以根据实体，在AC电容器16a故障了3个以上或更多的情况下检测出AC电容器16的故障。
此外，在图1～图13所示的实施方式中，说明了对三相交流电路12中的三相交流电流应用的例子，但并不限于此。本公开例如也能够对单相交流电路(单相交流电流)或其他的多相交流电路(多相交流电流)应用。
此外，根据图1～图13所示的实施方式，作为本公开的一形态，以电力变换装置1、1A及它们具有的控制装置30、30A为例进行了说明，但并不限于此。本公开也能够作为进行控制装置30、30A的各部的处理步骤的交流电容器的故障检测方法实现。
此外，本公开也能够作为使计算机执行控制装置30、30A的各部的处理步骤的交流电容器的故障检测程序实现。
此外，本公开也能够作为存储有交流电容器的故障检测程序的存储介质(非暂时性的计算机可读介质)实现。交流电容器的故障检测程序能够存储到例如CD(CompactDisc：紧致盘)或DVD(Digital Versatile Disc：数字多功能盘)、USB(Universal SerialBus：通用串行总线)存储器等的可移除盘等中而分发。另外，也可以将交流电容器的故障检测程序经由控制装置30、30A具有的未图示的网络接口等上载到网络上，也可以从网络下载并保存到存储部40等中。
通过以上的详细的说明，实施方式的特征点及优点应该会变得清楚。这意味着，权利要求的范围在不脱离其主旨及权利范围的范围内涉及到上述那样的实施方式的特征点及优点。此外，只要是在该技术领域中拥有通常的知识的人，就应该能够容易地想到所有的改良及变更。因而，不是要将具有发明性的实施方式的范围限定于上述的范围，也能够基于在实施方式所公开的范围中包含的适当的改良物及等价物。
标号说明
1、1A…电力变换装置(PCS)；2…直流电源；3…交流电力系统(系统)；11…逆变器电路(逆变器)；12…三相交流电路(交流电路)；12a…分支点；13…交流电抗器(AC电抗器)；14…交流开关(交流开闭器，AC开关)；15…电容器电路；16…交流电容器(AC电容器)；16a…交流电容器(AC电容器)；16b…安全机构；21、21A…电流传感器；22…第一电压传感器；23…第二电压传感器；30、30A…控制装置；31、31A…相位角调整部；32A…逆变器控制部；33…振幅计算部；35、35A…故障判定部(比较器)；36A…故障信息报告部；37、37A…动作控制部；40…存储部；90…处理电路；91…处理器；92…存储器；93…硬件；Id…d轴电流；Iq…q轴电流；IU…电流值；IUabs…电容器电流；IUt…判定值；IV…电流值；IVabs…电容器电流；IVt…判定值；IW…电流值；IWabs…电容器电流；IWt…判定值；Vd…d轴电压；Vi…电压值；Vq…q轴电压；VU *…逆变器输出电压指令值；VU…电压值；VV *…逆变器输出电压指令值；VV…电压值；VW *…逆变器输出电压指令值；VW…电压值；θ…相位角。

Claims (11)

1.一种控制装置，是电力变换装置的控制装置，该电力变换装置具有：至少一个交流电容器，配置在从逆变器的输出侧的交流电路分支的电容器电路中，在故障时被从电路切离；以及电流传感器，配置在上述电容器电路中，分别取得流到上述交流电容器中的各相的交流电流的电流值；
其特征在于，该控制装置具备：
振幅计算部，从上述电流传感器分别取得流到上述交流电容器中的上述各相的交流电流的电流值，基于所取得的上述各相的交流电流的电流值，分别计算上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值；以及
故障判定部，对由上述振幅计算部计算出的上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值与规定的判定值分别进行大小比较，当上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值中的至少某个相的振幅的值比上述规定的判定值小时，判定为上述交流电容器的故障。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
上述振幅计算部基于上述各相的交流电流的规定的电流成分，分别计算上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值，其中上述各相的交流电流的规定的电流成分是通过将上述各相的交流电流的电流值与基于系统侧的系统电压调整后的相位角的值分别相乘而计算出的。
3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
上述振幅计算部基于从上述各相的交流电流的规定的电流成分中使用规定的低通滤波器而提取出的直流成分，计算上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值。
4.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
还具备动作控制部，该动作控制部在系统侧的交流开关被接通的状态下上述逆变器与上述系统侧并网运转的过程中，由上述故障判定部判定为上述交流电容器的故障时，输出使上述电力变换装置停止并使上述交流开关断开的动作指示。
5.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
还具备动作控制部，该动作控制部在系统侧的交流开关被断开的状态下在上述电力变换装置的启动时所进行的使上述逆变器的输出电压与上述系统侧的系统电压同步的同步控制时，当由上述故障判定部判定为上述交流电容器的故障时，输出使上述电力变换装置停止的动作指示。
6.一种电力变换装置，其特征在于，
具备：
逆变器，变换电力而输出交流电力；
至少一个交流电容器，设在从上述逆变器的输出侧的交流电路分支的电容器电路中，在故障时被从电路切离；
电流传感器，配置在上述电容器电路中，分别取得流到上述交流电容器中的各相的交流电流的电流值；
交流开关，配置在上述交流电路中的比向上述电容器电路分支的分支点更靠系统侧，能够将向上述系统侧流动的上述交流电流切断；以及
权利要求1～5中任一项所述的控制装置。
7.一种控制装置，是电力变换装置的控制装置，该电力变换装置具有：至少一个交流电容器，配置在从逆变器的输出侧的交流电路分支的电容器电路中，在故障时被从电路切离；以及电流传感器，与交流电抗器串联地配置在上述逆变器的输出侧的上述交流电路中的上述逆变器与向上述电容器电路分支的分支点之间，分别取得流到上述交流电路中的各相的交流电流的电流值；
其特征在于，该控制装置具备：
振幅计算部，在系统侧的交流开关被断开的状态下在上述电力变换装置的启动时所进行的使上述逆变器的输出电压与上述系统侧的系统电压同步的同步控制时，从上述电流传感器分别取得流到上述交流电容器中的上述各相的交流电流的电流值，基于所取得的上述各相的交流电流的电流值，分别计算上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值；
故障判定部，对由上述振幅计算部计算出的上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值和规定的判定值分别进行大小比较，当上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值中的至少某相的振幅的值比上述规定的判定值小时，判定为上述交流电容器的故障；以及
故障信息报告部，在上述同步控制时，当由上述故障判定部判定为上述交流电容器的故障时，报告上述交流电容器的故障信息。
8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
上述振幅计算部基于上述各相的交流电流的规定的电流成分，分别计算上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值，其中上述各相的交流电流的规定的电流成分是通过将上述各相的交流电流的电流值与基于根据上述系统侧的系统电压调整后的相位角的值分别相乘而计算出的。
9.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
上述振幅计算部基于从上述各相的交流电流的规定的电流成分中使用规定的低通滤波器而提取出的直流成分，计算上述各相的交流电流的基波成分的振幅的值。
10.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，
还具备动作控制部，该动作控制部在上述同步控制时，当由故障信息报告部报告了上述交流电容器的故障时，输出使上述电力变换装置停止的动作指示。
11.一种电力变换装置，其特征在于，
具备：
逆变器，变换电力而输出交流电力；
至少一个交流电容器，设在从上述逆变器的输出侧的交流电路分支出的电容器电路中，在故障时被从电路切离；
电流传感器，与交流电抗器串联地配置在上述逆变器的输出侧的上述交流电路中的上述逆变器与向上述电容器电路分支的分支点之间，分别取得流到上述交流电路中的各相的交流电流的电流值；
交流开关，配置在上述交流电路中的比上述分支点靠上述系统侧，能够将向上述系统侧流动的上述交流电流切断；以及
权利要求7～10中任一项所述的控制装置。
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