JP2021158758A

JP2021158758A - 電力装置

Info

Publication number: JP2021158758A
Application number: JP2020055890A
Authority: JP
Inventors: 弥川村; Wataru Kawamura
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-10-07
Anticipated expiration: 2040-03-26
Also published as: JP7209666B2

Abstract

【課題】過電圧保護回路の動作遅れを短縮して、より安全な電力装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る電力装置は、過電圧保護の対象となる部品と、前記部品を過電圧状態から保護するように設けられた光サイリスタと、検出された電圧があらかじめ設定された過電圧しきい値以上の場合に第１発光素子を駆動して第１光信号を出力する過電圧検出部と、前記第１光信号を前記光サイリスタのゲートに供給する第１光ファイバと、を含む電力部と、第２光ファイバを介して、前記過電圧しきい値以上であることを表す第２光信号を受信し、前記第２光信号にもとづいて、第３光信号を出力する第２発光素子を含む制御装置と、前記前記第３光信号を前記光サイリスタのゲートに供給する第３光ファイバと、を備える。前記第１光ファイバによる伝搬遅延時間は、前記第２および第３光ファイバによる伝搬遅延時間の和よりも短い。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、直流遮断装置や電力変換装置等を含む電力装置に関する。

インバータや整流器等の電力変換装置や、電力系統に用いられる遮断器等といった電力装置では、主要な部品を過電圧から保護し、被害を装置全体におよぼさないように処置されている場合がある。

過電圧の検出にはばらつきがあるため、検出電圧を動作電圧近傍に設定すると、動作保証されるべき電圧において過電圧保護が誤動作してしまい、電力装置の停止により電力システム全体が停止するおそれがある。

一方、動作電圧よりも十分高い電圧を過電圧検出レベルに設定しようとしても、保護すべき部品の耐電圧は、有限である。過電圧検出レベル設定のために、耐電圧の高い特殊な部品を用いたり、直列数を増やしたりしたのでは、装置自体の大型化や高コスト化するおそれがある。

ところで、過電圧の検出のばらつきには、電圧値の検出精度にもとづくばらつきのほか、過電圧検出後の保護回路の動作遅れに起因するものが含まれる。過電圧保護回路の動作遅れを短縮することによって、より適切な検出レベルを設定することが可能になる。

特開２０１５−１２６９３号公報

実施形態は、過電圧保護回路の動作遅れを短縮して、より安全な電力装置を提供する。

実施形態に係る電力装置は、過電圧保護の対象となる部品と、前記部品を過電圧状態から保護するように設けられた光サイリスタと、前記部品の電圧を検出するように設けられ、検出された電圧があらかじめ設定された過電圧しきい値以上の場合に第１発光素子を駆動して第１光信号を出力する過電圧検出部と、前記第１光信号を前記光サイリスタのゲートに供給する第１光ファイバと、を含む電力部と、前記電力部から、第２光ファイバを介して、前記部品の電圧が前記過電圧しきい値以上であることを表す第２光信号を受信し、前記第２光信号にもとづいて、第３光信号を出力する第２発光素子を含む制御装置と、前記第３光信号を前記光サイリスタのゲートに供給する第３光ファイバと、を備える。前記第１光ファイバによる伝搬遅延時間は、前記第２光ファイバによる伝搬遅延時間および前記第３光ファイバによる伝搬遅延時間の和よりも短い。

実施形態では、過電圧保護回路の動作遅れを短縮して、より安全な電力装置が実現される。

第１の実施形態に係る電力装置を例示する模式的なブロック図である。第１の実施形態の電力装置の一部を例示するブロック図である。第１の実施形態の電力装置の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。図４（ａ）は、比較例の電力装置を例示する模式的なブロック図である。図４（ｂ）は、比較例の電力装置の動作を表す模式的な動作波形図の例である。直流遮断装置の図２に対応する回路の各部の波形を模式的に示す動作波形図である。図５（ａ）は、第２の実施形態に係る電力装置を例示する模式的なブロック図である。図５（ｂ）は、第２の実施形態の電力装置の一部を例示するブロック図である。

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

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る電力装置を例示する模式的なブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の電力装置１０は、電力機器２０と、制御装置４０と、を備える。電力機器２０（電力部）は、１つ以上の主回路３０を含んでおり、この例では、３つの主回路３０を含んでいる。各主回路３０は同一の構成とされている。主回路３０は、光サイリスタ３２と、過電圧検出部３４と、を含む。過電圧検出部３４は、主回路３０内で過電圧検出すべきとされた箇所の電圧が過電圧しきい値を超えたときに、過電圧信号を生成する。

過電圧検出部３４は、第１レーザダイオード（以下、ＬＤ１と称することがある）を駆動するＬＤ１駆動回路３４ｂを含んでいる。ＬＤ１（第１発光素子）は、光ファイバ３６（第１光ファイバ）を介して、光サイリスタ３２のゲートに接続されている。ＬＤ１は、過電圧検出部３４によって生成された過電圧信号にもとづいて駆動され、光信号（第１光信号）を出力し、光サイリスタ３２を点弧する。

この例では、各主回路３０のＬＤ１は、光ファイバ１２（第２光ファイバ）を介して、制御装置４０に接続されている。ＬＤ１は、光サイリスタ３２のゲートを駆動するとともに、過電圧信号にもとづく光信号（第２光信号）を制御装置４０に送信する。

制御装置４０は、第２レーザダイオード４２（以下、ＬＤ２と称することがある）を有している。制御装置４０は、ＬＤ１からの光信号を電気信号に変換して、変換された電気信号にもとづいて、ＬＤ２（第２発光素子）を駆動して光信号（第３光信号）を出力する。

ＬＤ２は、光ファイバ１４（第３光ファイバ）を介して、光サイリスタ３２のゲートに接続されている。ＬＤ２は、制御装置４０内で変換された電気信号にもとづいて駆動され、光サイリスタ３２を点弧する。

電力機器２０および制御装置４０は、離れた場所にそれぞれ設置されている。電力機器２０および制御装置４０の設置されている場所の距離は、たとえば数ｍから数１０ｍ等である。したがって、電力機器２０と制御装置４０との間に設けられている光ファイバ１２，１４の長さも数ｍから数１０ｍ以上とされている。なお、電力機器２０内のスペースは、数ｍ程度よりも狭く、光ファイバ３６の長さは十分に短く設定されることができる。電力機器２０内のスペースとは、たとえば、電力機器２０を構成する各種部品や配線、基板等が収納された筐体の内部の空間である。電力機器２０内のスペースとされる場合には、必ずしも、同一の筐体内とは限らず、たとえば、光サイリスタ３２および過電圧検出部３４がそれぞれ異なる筐体内に収納され、これらの筐体が近接し、隣接して配置されていてもよい。

図１には、電力機器２０および制御装置４０の配置間の距離および回路の動作遅れにもとづく遅延時間ｔｄ１，ｔｄ２，ｔｄ３，ｔｄ４が合わせて、表記されている。遅延時間ｔｄ１は、過電圧検出部３４が過電圧を検出して、光サイリスタ３２を点弧するまでの遅延時間を表している。遅延時間ｔｄ１には、過電圧検出部３４における回路動作の遅れおよび光ファイバ３６による伝搬遅延時間が含まれている。遅延時間ｔｄ２には、光ファイバ１２による伝搬遅延が含まれている。遅延時間ｔｄ３には、制御装置４０の回路の動作遅れが含まれている。遅延時間ｔｄ４には、光ファイバ１４による伝搬遅延が含まれている。

このように、電力機器２０と制御装置４０との間の信号の送受信には、光ファイバ１２，１４の長さにもとづく遅延時間が含まれる。また、制御装置４０は、受信した光信号を処理して、ＬＤ２を駆動するまでに信号処理やプログラムの処理にもとづく遅延時間を有している。上述したように、光ファイバ３６は、主回路３０内に設けられており、離れた位置に設けられた制御装置４０との間の光ファイバ１２，１４の長さに比べて十分に短い。したがって、遅延時間ｔｄ１は、遅延時間ｔｄ２，ｔｄ４よりも十分に短い。

図２は、本実施形態の電力装置の一部を例示するブロック図である。
図２に示すように、図１に示した電力装置１０の主回路３０は、コンデンサ３０ａを有するブリッジ回路である。このブリッジ回路では、ダイオードＤ１およびスイッチング素子Ｑ１の直列回路ならびにスイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２の直列回路がコンデンサ３０ａに並列に接続されている。ダイオードＤ１およびスイッチング素子Ｑ１の直列回路の接続ノードには、端子３１ａが設けられており、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２の直列回路の接続ノードには、端子３１ｂが設けられている。

この例において、主回路３０は、直流遮断器に用いられる逆電圧印加回路である。逆電圧印加回路は、１つまたは複数個直列に接続されて、機械式遮断器に並列に接続される。逆電圧印加回路は、直流遮断器が直流遮断電流を検出して、機械式遮断器を開放するときにスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をオンして、機械式遮断器の両端に所望の逆電圧を印加し、ゼロクロスを実現して、機械式遮断器を安全に開放させる。

この例では、機械式遮断器には、端子３１ａが接続される側から端子３１ｂが接続される側に直流電流が流れる。つまり、通常時には、端子３１ａ側が高電位であり、端子３１ｂ側が低電位となる。

端子３１ａ，３１ｂ間には、光サイリスタ３２が接続されている。光サイリスタ３２の接続方向は、光サイリスタ３２がオンしたときに、端子３１ａから端子３１ｂに電流が流れる向きである。すなわち、端子３１ａには光サイリスタ３２のアノード端子が接続され、端子３１ｂには、光サイリスタ３２のカソード端子が接続されている。正常時には、光サイリスタ３２は、オフ状態が維持される。コンデンサ３０ａの両端電圧が過電圧検出レベルとなったときに、光サイリスタ３２は、ターンオンして、コンデンサ３０ａが過電圧になることを防止する。

過電圧検出部３４は、電源回路３４ａと、ＬＤ１駆動回路３４ｂと、を含む。電源回路３４ａの入力は、コンデンサ３０ａに接続されている。電源回路３４ａの出力は、ＬＤ１駆動回路３４ｂに接続されている。電源回路３４ａは、コンデンサ３０ａから電力供給を受けて、ＬＤ１駆動回路３４ｂのための電源に変換して、ＬＤ１駆動回路３４ｂに供給する。

ＬＤ１駆動回路３４ｂは、電源回路３４ａから供給される電力で、ＬＤ１を駆動する。ＬＤ１駆動回路３４ｂは、電圧検出器３４ｃの出力に接続されている。ＬＤ１駆動回路３４ｂは、過電圧検出回路を有しており、電圧検出器３４ｃから入力されたコンデンサ３０ａの両端電圧が、あらかじめ設定された過電圧しきい値を超えたときに、ＬＤ１を駆動する。ＬＤ１によって生成された光信号は、光ファイバ３６を介して、光サイリスタ３２のゲートに供給される。

光サイリスタ３２のゲートには、光ファイバカプラ３７に接続された光ファイバ１４を介して、制御装置４０からも光信号が送信されてくる。なお、光ファイバカプラ３７は、２つの光ファイバ３６，１４からの光信号を合流させて、光サイリスタ３２のゲートに供給する。この例では、光ファイバ３６，１２のための分岐も、図示しない光ファイバカプラによって実現されている。

ＬＤ１駆動回路３４ｂまたは制御装置４０から光信号を供給された光サイリスタ３２は、ターンオンし、端子３１ａ，３１ｂ間を短絡して、たとえば、端子３１ａから継続的に流入する電流をバイパスして、端子３１ｂに流出させる。このようにして、コンデンサ３０ａの継続的な充電状態を解消し、コンデンサ３０ａを過電圧から保護する。

上述したように、光ファイバ３６による伝搬遅延時間は、光ファイバ１２，１４による伝搬遅延時間よりも十分短いので（図１において、ｔｄ１＜＜ｔｄ２＋ｔｄ４）、光サイリスタ３２は、当初ＬＤ１駆動回路３４ｂによってオン指令が入力され、その後、オン指令状態は、制御装置４０のＬＤ２によって生成された光信号によって維持される。

ここで、電源回路３４ａは、ＬＤ１を駆動するために、ＬＤ１に比較的大きな電流を供給する必要がある。この電流は、ステップ状あるいはパルス状であるため、電源回路３４ａに高い負荷応答特性が要求される。電源回路自体の周波数応答は、安定度を確保するため高くすることが困難な場合がある。そのため、電源回路の出力側のコンデンサの静電容量を大きくすることによって、負荷応答に対応する場合が多い。一方、電源回路３４ａは、主回路３０内に配置されることから外形的な制約を受ける。また、ＬＤ１の駆動時以外の出力電力は小さくてもよいため、変換効率の観点から、電源回路３４ａは、比較的小容量とすることが好ましい。そのため、電源回路３４ａの出力のコンデンサの静電容量を大きくすることは困難であり、この静電容量値によって、ＬＤ１への電流供給可能期間が制約され得る。

図３は、本実施形態の電力装置の動作を説明するための模式的な動作波形図の例である。
図３の３つのグラフは、回路の動作状態および光信号の状態を、ＬレベルとＨレベルで表している。Ｌレベルは、その回路および光信号が非アクティブ状態であることを表しており、Ｈレベルは、その回路および光信号がアクティブ状態であることを表している。３つのグラフは、このように２つのレベルを表すためのものであり、Ｌレベルを上下にずらして表示している。
図３の最上段のグラフでは、過電圧検出回路が生成する過電圧信号のレベル（図では、過電圧検出レベルと表記）が示されている。過電圧検出回路は、ＬＤ１駆動回路３４ｂ内の過電圧保護回路に入力される電圧が過電圧しきい値を超えたときに、過電圧信号をＬレベルからＨレベルに変化させる。
図３の２段目のグラフでは、ＬＤ１による光信号がアクティブのとき（発光状態）に、光信号はＨレベルとなる。このグラフでは、光ファイバ３６の出力側の発光状態が示されている。
図３の最下段のグラフは、ＬＤ２による光信号がアクティブのとき（発光状態）に、光信号はＨレベルとなる。このグラフでは、光ファイバ１４の出力側の発光状態が示されている。

図３に示すように、時刻ｔ１において、ＬＤ１駆動回路３４ｂに内蔵された過電圧検出回路は、コンデンサ３０ａの両端電圧が過電圧検出のしきい値を超えたことを検出する。過電圧検出回路は、過電圧信号をＨレベルに遷移させる。

ＬＤ１駆動回路３４ｂは、コンデンサ３０ａの両端電圧が過電圧検出のしきい値を超えたことによって、ＬＤ１の駆動を開始し、時刻ｔ２において、ＬＤ１による光信号が光サイリスタ３２のゲートに入力される。このときの時刻ｔ１からｔ２の期間は、過電圧検出およびＬＤ１駆動に関する遅延時間であり、図１に模式的に示した遅延時間ｔｄ１に相当する。

時刻ｔ２以降、制御装置４０は、ＬＤ１の光信号を受信し、受信した光信号にもとづいて、ＬＤ２の駆動を開始する。時刻ｔ３において、ＬＤ２によって生成された光信号は、光ファイバ１４を介して、光サイリスタ３２のゲートに到達する。このときの時刻ｔ１からｔ３の期間は、図１に模式的に示した遅延時間ｔｄ２，ｔｄ３，ｔｄ４の和に相当する。

ＬＤ１の駆動レベルは、ＬＤ２からの光信号が光サイリスタ３２のゲートに到達した以降も、Ｈレベルであることが好ましいが、時刻ｔ３以降にＬレベルに遷移しても、光サイリスタ３２は、ＬＤ２からの光信号によってオン状態が維持される。

遅延時間ｔｄ１は、主回路３０内のハードウェア構成の各回路要素間の遅延および短い距離の光ファイバ３６による遅延の和であり、十分に短くすることができる。

これに対して、光ファイバ１２，１４については、上述したとおり、長い距離間に設けられており、物理的に距離の短縮が困難である。そのため、遅延時間ｔｄ２＋ｔｄ４は、ｔｄ１に比べて長くなり、短縮が困難である。

また、制御装置４０内の処理をソフトウェアで行う場合には、過電圧検出処理をソフトウェアの一部に組み込むことが好ましい場合が多い。光信号の入力からＬＤ２の駆動までの処理をソフトウェアによって行う場合には、ソフトウェア動作のためのデジタル処理回路の処理速度の高速化には限界がある。したがって、遅延時間ｔｄ２＋ｔｄ３＋ｔｄ４は、遅延時間ｔｄ１に比べてかなり長くなる場合がある。

上述では、光ファイバ１２を介して、制御装置４０に送信される光信号は、ＬＤ１によって生成されるものとしたが、他の発光素子によって生成されるようにしてもよい。他の発光素子は、たとえば、小出力の発光ダイオード等である。

本実施形態の電力装置１０の効果を、比較例の場合と比較しつつ説明する。
図４（ａ）は、比較例の電力装置を例示する模式的なブロック図である。図４（ｂ）は、比較例の電力装置の動作を表す模式的な動作波形図の例である。
図４（ａ）に示すように、比較例の電力装置１１０は、実施形態の電力装置１０とは異なる主回路１３０を含む電力機器１２０を有している。各主回路１３０は、主回路１３０内で光サイリスタ３２を直接駆動する機能を有していない。そのため、過電圧検出部１３４が検出した過電圧信号は、光信号に変換されて、光ファイバ１２を介して、制御装置４０に送信される。以降、上述した第１の実施形態の場合と同様に動作する。

図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１において、過電圧検出レベルがＨレベルとなった後、過電圧検出部１３４で生成された光信号は、光ファイバ１２によって制御装置４０に伝送され、制御装置４０において所望の処理をされてＬＤ２による光信号が生成される。ＬＤ２によって生成された光信号は、光ファイバ１４を介して、主回路１３０に伝送される。したがって、時刻ｔ１からｔ３の期間は、過電圧検出レベルがＨレベルになってから、光サイリスタ３２に到達するまでの期間であり、遅延時間ｔｄ２，ｔｄ３，ｔｄ４の和である。

なお、光サイリスタ３２がＬＤ２による光信号で駆動されるまでの、時刻ｔ１からｔ３までの期間において、過電圧検出部１３４の発光素子は、発光状態を維持する必要があるため、小容量の発光ダイオード等によって構成される。

上述したように、遅延時間ｔｄ２，ｔｄ４は、光ファイバ１２，１４の長さによって決定される一方、電力機器１２０および制御装置４０の配置は、あらかじめ設定されており、電力機器１２０と制御装置４０との間の距離を調整することは困難である。したがって、比較例の場合には、遅延時間ｔｄ２，ｔｄ４を短縮することは、困難である。

さらに、制御装置４０の過電圧時の処理をソフトウェアの一部に組み込んだ場合には、遅延時間ｔｄ３も、ＣＰＵ（Central Processing Unit）の動作クロック等の制約により、十分高速にすることが困難な場合がある。

したがって、過電圧検出部１３４における過電圧検出値は、検出後の遅延時間を含めて設定する必要がある。そのため、検出値の設定精度にもとづくばらつきに加え、遅延時間分を見込んで十分な余裕を見る必要がある。その場合には、過電圧検出値は、過大な値に設定せざるを得ず、過電圧保護対象の部品（この例では、コンデンサ３０ａ）の耐電圧を必要以上に高いものとせざるを得ない場合がある。

過電圧保護対象の部品の耐電圧を高くすることが困難な場合には、過電圧検出値を下げざるを得ず、正常時の動作電圧を狭めざるを得ない場合もある。

遅延時間ｔｄ３の短縮に関しては、過電圧保護のための経路を、ソフトウェア処理からはずし、あるいは、ソフトウェア処理に加えて、ハードウェアで実装することが考えられる。しかしかしながら、制御装置４０側で過電圧保護処理をハードウェア処理とした場合には、過電圧検出値の変更等を要する場合には、ハードウェアの修正をともなうこととなる。そのため、設定値の修正や調整等の容易さが失われ、システムの設定の柔軟性が損なわれるおそれがある。

また、過電圧保護を冗長化する場合には、長い光ファイバ１２，１４を冗長系統分用意する必要があり、工事費用も含めて、高コスト化するおそれもある。

本実施形態の電力装置１０では、主回路３０ごとに、光サイリスタ３２を駆動できる過電圧検出部３４を有しているので、電力機器２０および制御装置４０の離間した配置にもとづく遅延時間ｔｄ２，ｔｄ４を０にすることができる。そのため、過電圧検出値の設定において、遅延時間を十分に短縮して考慮することができ、過大な検出値とすることを回避することが可能になる。

遅延時間ｔｄ１以外の遅延時間は、そのまま維持することができるので、制御装置４０の過電圧保護の経路もソフトウェア処理とすることができ、柔軟なシステム構築が可能になる。

また、万一、光ファイバ３６による過電圧保護経路、または光ファイバ１２，１４による過電圧保護経路のいずれかに欠陥等がある場合であっても、他方の経路によって過電圧保護が可能になる。そのため、同一の長い経路を用意することなく、実質的に冗長化された電力装置１０とすることができる。

（第２の実施形態）
図５（ａ）は、本実施形態に係る電力装置を例示する模式的なブロック図である。図５（ｂ）は、本実施形態の電力装置の一部を例示するブロック図である。
本実施形態は、電力変換器の出力の過電圧保護に適用された例である。この例では、電力変換器は、誘導発電機において、励磁巻線に低周波の交流電流を供給する。上述の他の実施形態の場合と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を適宜省略する。
図５（ａ）に示すように、電力装置２１０は、電力変換器２２０と、制御装置２４０と、を備える。電力変換器２２０は、交流電源２０１に接続されており、電源周波数の交流（第１交流）を所定の周波数の交流（第２交流）に変換して、励磁巻線のための電力として発電機２１１に供給する。電力変換器２２０および制御装置２４０は、光ファイバ１２，１４によって接続されている。なお、電源周波数は、たとえば商用電源周波数であり、５０Ｈｚや６０Ｈｚとされる。励磁巻線に供給する交流電流の所定の周波数は、電源周波数とは必ずしも一致しない。所定の周波数は、発電する交流の周波数および回転子による回転磁界の周波数にもとづいて設定される。また、電力変換器は、交流を入力する場合に限らず、直流電圧を入力するようにしてもよい。

光サイリスタ３２は、電力変換器２２０の出力に接続されている。光サイリスタ３２に直列に接続されたリアクトルは、光サイリスタ３２に流れる電流の急峻な時間変化を抑制するために設けられている。

電力変換器２２０および光サイリスタ３２は、近接して設けられている。制御装置２４０は、電力変換器２２０から十分に離れた位置に設けられている。つまり、上述の他の実施形態の場合と同様に、光ファイバ１２，１４は、電力変換器２２０内に配置される場合に比べて、十分長い長さを有する。

図５（ｂ）に示すように、電力変換器２２０は、過電圧検出部２３４を含む。過電圧検出部２３４は、電源回路２３４ａと、ＬＤ１駆動回路２３４ｂと、を含む。電源回路２３４ａは、交流電源２０１から電力供給されてＬＤ１駆動回路２３４ｂを動作させる電力を供給する。

ＬＤ１駆動回路２３４ｂは、電源回路２３４ａから電力供給を受けて動作する。ＬＤ１駆動回路２３４ｂは、電圧検出器２３４ｃの出力に接続されている。電圧検出器２３４ｃは、電力変換器２２０に出力端子間の電圧を検出している。ＬＤ１駆動回路２３４ｂは、過電圧検出回路を有しており、電圧検出器２３４ｃによって入力された電圧が過電圧検出回路のしきい値を超えたときに、ＬＤ１を駆動する。

ＬＤ１の発光光は、光ファイバ３６を介して。光サイリスタ３２のゲートに供給される。光サイリスタ３２は、ＬＤ１による光信号によってターンオンし、電力変換器２２０の出力端子間を短絡する。

ＬＤ１駆動回路２３４ｂには、上述の他の実施形態の場合と同様に、光ファイバ１２，１４が接続されている。

本実施形態の電力装置２１０も上述の他の実施形態の場合の電力装置１０と同様に動作する。すなわち、電圧検出器２３４ｃによって、電力変換器２２０の出力電圧が監視され、出力電圧が、過電圧検出のしきい値を超えたときにＬＤ１駆動回路２３４ｂは、ＬＤ１を駆動する。ＬＤ１によって生成された光信号は、光ファイバ３６を介して、光サイリスタ３２のゲートに供給される。

ＬＤ１によって生成された光信号は、光ファイバ１４を介して制御装置２４０に送信され、制御装置２４０は、受信した光信号にもとづいて、ＬＤ２を駆動する。ＬＤ２によって生成された光信号は、光ファイバ１２を介して、光サイリスタ３２のゲートに供給される。

なお、この例では、電源回路２３４ａには、交流電源２０１から継続的に電力供給がなされるので、光サイリスタ３２のゲートに供給される光信号は、光ファイバ３６，１２の両方を介して行われる。

上述した具体的な実施形態に限らず、電力機器に対応する部分と制御装置に対応する部分とが、十分に離間した位置とされている電力装置においては、上述の場合と同様に適用することができる。

以上説明した実施形態によれば、過電圧保護回路の動作遅れを短縮して、より安全な電力装置を実現することができる。

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

１０，２１０電力装置、１２，１４光ファイバ、２０電力機器、３０主回路、３２光サイリスタ、３４過電圧検出部、３４ｂＬＤ１駆動回路、３６光ファイバ、４０，２４０制御装置、４２第２レーザダイオード、２２０電力変換器

Claims

過電圧保護の対象となる部品と、
前記部品を過電圧状態から保護するように設けられた光サイリスタと、
前記部品の電圧を検出するように設けられ、検出された電圧があらかじめ設定された過電圧しきい値以上の場合に第１発光素子を駆動して第１光信号を出力する過電圧検出部と、
前記第１光信号を前記光サイリスタのゲートに供給する第１光ファイバと、
を含む電力部と、
前記電力部から、第２光ファイバを介して、前記部品の電圧が前記過電圧しきい値以上であることを表す第２光信号を受信し、前記第２光信号にもとづいて、第３光信号を出力する第２発光素子を含む制御装置と、
前記第３光信号を前記光サイリスタのゲートに供給する第３光ファイバと、
を備え、
前記第１光ファイバによる伝搬遅延時間は、前記第２光ファイバによる伝搬遅延時間および前記第３光ファイバによる伝搬遅延時間の和よりも短い電力装置。
前記部品は、コンデンサであり、
前記第１発光素子は、前記コンデンサに蓄積された電力で前記第１光信号を出力し、
前記光サイリスタは、前記コンデンサの両端を短絡するように設けられ、
前記第２発光素子は、前記第１発光素子が動作停止する前に発光して、前記第３光信号を前記光サイリスタのゲートに供給する請求項１記載の電力装置。
前記電力部に並列に接続され、直流電流を遮断するように設けられた機械式遮断器をさらに備え、
前記電力部は、前記機械式遮断器が開放されるときに前記機械式遮断器に前記コンデンサの電圧を逆電圧にして印加する請求項２記載の電力装置。
前記部品は、コンデンサであり、
前記光サイリスタは、前記コンデンサの両端を短絡するように設けられ、
前記第１発光素子は、前記第２発光素子が発光した後も発光を継続する請求項１記載の電力装置。
前記電力部は、第１交流または直流を前記第１交流の周波数とは異なり得る周波数を有する第２交流に電力変換して出力する電力変換部を含み、
前記コンデンサは、前記電力変換部の出力側に設けられた請求項４記載の電力装置。