JP7034331B2 - 電力変換装置および断線検出方法 - Google Patents

Description

この発明は、電力変換装置および断線検出方法に関する。

電気鉄道車両には、架線を通して変電所から供給された電力を所望の交流電力に変換し、変換した電力を電動機に供給する電力変換装置が搭載されているものがある。この種の電力変換装置の一例が特許文献１に開示されている。この電力変換装置は、複数のフィルタコンデンサと、それぞれの一次端子にフィルタコンデンサが接続され、フィルタコンデンサに印加された直流電圧を所望の交流電圧に変換して、二次端子に接続された電動機に供給する複数の電力変換部と、複数のフィルタコンデンサを放電させる複数のフィルタコンデンサに共通の放電回路と、を備える。

特開２００１－１４５２０８号公報

特許文献１に開示される電力変換装置はさらに、逆流防止用の複数のダイオードを備える。各ダイオードのアノードは対応するフィルタコンデンサに接続され、カソードは、放電回路に共通に接続されている。電気鉄道車両に搭載される電力変換装置が有する複数のフィルタコンデンサは高電圧に充電されている。そのため、電力変換装置の保守作業の際には、放電スイッチを操作して放電回路を動作させ、複数のフィルタコンデンサを放電させてから、保守作業が行われる。この電力変換装置が有する複数のダイオードの一部がオープン故障すると、放電回路が動作しても、オープン故障したダイオードに接続されるフィルタコンデンサは放電されない。この電力変換装置は、ダイオードのオープン故障の有無を判別する機能を有さないため、放電されていないフィルタコンデンサが存在することは、保守作業を行う作業員に通知されない。そのため、作業員が保守作業を安全に行うことができないという課題が生じる。

本発明は上述の事情に鑑みてなされたものであり、複数のフィルタコンデンサのそれぞれから共通放電回路に至る回路の断線の有無を判別することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、複数の電力変換部と、複数のフィルタコンデンサと、少なくとも１つの接触器と、複数のフィルタコンデンサに共通する共通放電回路と、判定部と、断線検出部と、を備える。複数の電力変換部はそれぞれ、電源から一次端子を介して供給された直流電力を直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する。複数のフィルタコンデンサのそれぞれは、対応する１つの電力変換部の一次端子の間に接続されている。少なくとも１つの接触器は、少なくとも１つの電力変換部を、電源に電気的に接続または電源から電気的に切り離す。共通放電回路は、複数のフィルタコンデンサに接続され、複数のフィルタコンデンサを放電する。判定部は、複数の電力変換部が電源から電気的に切り離されているか否かを判定する。断線検出部は、判定部が複数の電力変換部が電源から電気的に切り離されていると判定した場合に、複数のフィルタコンデンサの電圧に基づいて、複数のフィルタコンデンサのそれぞれから共通放電回路に至るまでの回路の断線の有無を判別する。

本発明によれば、複数のフィルタコンデンサの電圧に基づいて、複数のフィルタコンデンサのそれぞれから共通放電回路に至るまでの回路の断線の有無を判別することが可能である。

本発明の実施の形態１に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態１に係る電力変換装置の鉄道車両への搭載例を示す図 実施の形態１に係る電力変換装置が行う断線の有無を判別する動作のフローチャート 本発明の実施の形態２に係る電力変換装置のブロック図 実施の形態２に係る電力変換装置が行う断線の有無を判別する動作のフローチャート 本発明の実施の形態に係る電力変換装置が行う断線の有無を判別する動作のフローチャート 本発明の実施の形態に係る電力変換装置の鉄道車両への搭載例を示す図

以下、本発明の実施の形態に係る電力変換装置について図面を参照して詳細に説明する。なお図中、同一または同等の部分には同一の符号を付す。

（実施の形態１）
電気鉄道車両には、架線を通して変電所から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を電動機に供給する電力変換装置が搭載される。図１に示す実施の形態１に係る電力変換装置１は、供給された直流電力を、電動機５１，５２を駆動するための交流電力に変換して、交流電力を電動機５１，５２に供給する。電力変換装置１の電気鉄道車両への搭載例を図２に示す。なお図２は、直流き電方式の例である。集電装置４は、架線３を介して変電所から直流電力を取得し、高速遮断器５を介して、電力変換装置１に電力を供給する。なお集電装置４は、電力変換装置１に電力を供給する電源に相当する。高速遮断器５は、図示しない遮断器制御部によって制御され、集電装置４と電力変換装置１とを電気的に接続し、または電力変換装置１を集電装置４から電気的に遮断する。電動機５１，５２は、例えば、三相誘導電動機で構成される。電力変換装置１が、電動機５１，５２に電力を供給すると、電動機５１，５２が駆動され、電気鉄道車両の推進力が得られる。

図２に示すように、電力変換装置１は、高速遮断器５に接続される正極入力端子１ａと、接地される負極入力端子１ｂとを備える。また電力変換装置１は、正極入力端子１ａに一端が接続された接触器ＭＣ１，ＭＣ２と、一端が接触器ＭＣ１の他端に接続されたフィルタリアクトルＦＬ１と、一端が接触器ＭＣ２の他端に接続されたフィルタリアクトルＦＬ２と、一端がフィルタリアクトルＦＬ１の他端に接続され、他端が負極入力端子１ｂに接続されたフィルタコンデンサＦＣ１と、一端がフィルタリアクトルＦＬ２の他端に接続され、他端が負極入力端子１ｂに接続されたフィルタコンデンサＦＣ２と、を備える。

電力変換装置１はさらに、一次端子間にフィルタコンデンサＦＣ１が接続され、各二次端子が電動機５１に接続された電力変換部１１と、一次端子間にフィルタコンデンサＦＣ２が接続され、各二次端子が電動機５２に接続された電力変換部１２と、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電する共通放電回路１５と、を備える。電力変換装置１はさらに、アノードが接触器ＭＣ１の他端とフィルタリアクトルＦＬ１の一端との接続点に接続され、カソードが共通放電回路１５に接続されたダイオードＤ１と、アノードが接触器ＭＣ２の他端とフィルタリアクトルＦＬ２の一端との接続点に接続され、カソードが共通放電回路１５に接続されたダイオードＤ２と、フィルタコンデンサＦＣ１に並列に接続された電圧測定部１３と、フィルタコンデンサＦＣ２に並列に接続された電圧測定部１４と、を備える。

電力変換装置１はさらに、電力変換部１１，１２の制御を行うスイッチング制御部１６と、電力変換部１１，１２が、集電装置４から電気的に切り離されているか否かを判定する判定部１７と、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２から共通放電回路１５に至る回路の断線の有無を判定する断線検出部１８と、を備える。

接触器ＭＣ１，ＭＣ２は、図示しない接触器制御部によって投入または開放される。
接触器ＭＣ１は投入されると、高速遮断器５とフィルタリアクトルＦＬ１とを電気的に接続する。高速遮断器５と接触器ＭＣ１が投入されると、電力変換部１１は、集電装置４に電気的に接続される。接触器ＭＣ２は投入されると、高速遮断器５とフィルタリアクトルＦＬ２とを電気的に接続する。高速遮断器５と接触器ＭＣ２が投入されると、電力変換部１２は、集電装置４に電気的に接続される。高速遮断器５と接触器ＭＣ１，ＭＣ２が投入された状態で、フィルタリアクトルＦＬ１，ＦＬ２は、高調波成分を低減する。またフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２には、直流電圧が印加される。
また接触器ＭＣ１は開放されると、高速遮断器５とフィルタリアクトルＦＬ１とを電気的に切断する。この結果、電力変換部１１は、集電装置４から電気的に切り離される。接触器ＭＣ２は開放されると、高速遮断器５とフィルタリアクトルＦＬ２とを電気的に切断する。この結果、電力変換部１２は、集電装置４から電気的に切り離される。

電力変換部１１は、一次端子を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を各二次端子が接続された電動機５１に供給する。電力変換部１２は、一次端子を介して供給された直流電力を三相交流電力に変換し、三相交流電力を各二次端子が接続された電動機５２に供給する。電力変換部１１，１２は、例えば、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）インバータで構成される。

共通放電回路１５は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２に共通の放電回路であって、直列に接続された抵抗Ｒ１とスイッチＳＷ１とを有する。スイッチＳＷ１は、例えば、放電用のナイフスイッチで構成される。作業員が放電用のナイフスイッチであるスイッチＳＷ１を機械的に操作することで、スイッチＳＷ１がオンまたはオフになる。電力変換部１１，１２が集電装置４から電気的に切り離された状態で、スイッチＳＷ１がオンになると、共通放電回路１５は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電させる。

ダイオードＤ１は、スイッチＳＷ１がオンの場合に、共通放電回路１５からフィルタコンデンサＦＣ１に電流が逆流することを防止する。ダイオードＤ２は、スイッチＳＷ１がオンの場合に、共通放電回路１５からフィルタコンデンサＦＣ２に電流が逆流することを防止する。
電圧測定部１３は、フィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧の値を測定し、スイッチング制御部１６および判定部１７に測定した電圧値を示す信号を供給する。電圧測定部１４は、フィルタコンデンサＦＣ２の端子間電圧の値を測定し、スイッチング制御部１６および判定部１７に測定した電圧値を示す信号を供給する。

スイッチング制御部１６には、図示しない運転台から運転指令が供給される。運転指令は、電気鉄道車両の目標加速度を示す力行指令、電気鉄道車両の目標減速度を示すブレーキ指令等を含む。スイッチング制御部１６は、後述するように、運転指令に応じて、電力変換部１１，１２が有するスイッチング素子にスイッチング制御信号Ｓ１を送り、スイッチング素子を制御する。

判定部１７は、電力変換部１１，１２が集電装置４から電気的に切り離されているか否かを判定する。詳細には、判定部１７は、接触器制御部が接触器ＭＣ１，ＭＣ２に供給する接触器制御信号を取得し、接触器制御信号に基づいて、接触器ＭＣ１，ＭＣ２が開放されているか否かを判定する。判定部１７は、接触器ＭＣ１，ＭＣ２が開放されているか否かを断線検出部１８に通知する。例えば、判定部１７は、接触器ＭＣ１，ＭＣ２が開放されている場合にＨｉｇｈレベルとなり、接触器ＭＣ１，ＭＣ２の少なくともいずれかが投入されている場合にＬｏｗレベルとなる判定信号Ｓ２を断線検出部１８に出力する。

断線検出部１８は、電圧測定部１３からフィルタコンデンサＦＣ１の端子間電圧の値である電圧ＥＦＣ１を取得し、電圧測定部１４からフィルタコンデンサＦＣ２の端子間電圧の値である電圧ＥＦＣ２を取得し、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２に基づいて、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれの一端から共通放電回路１５に至るまでの回路の断線の有無を判別する。この断線の一例として、ダイオードＤ１，Ｄ２のオープン故障がある。例えばダイオードＤ１のオープン故障が生じていると、共通放電回路１５のスイッチＳＷ１がオンになっても、フィルタコンデンサＦＣ１は放電されず、フィルタコンデンサＦＣ２のみが放電されるため、電圧ＥＦＣ１は一定とみなせるが、電圧ＥＦＣ２は減少する。換言すれば、共通放電回路１５によるフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の放電中に、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２のいずれかのみが減少した場合には、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のいずれかから共通放電回路１５に至るまでの回路の故障が生じているとみなせる。

そこで、断線検出部１８は、共通放電回路１５がフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電している間の電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２に基づいて回路の断線の有無を判別する。詳細には、断線検出部１８は、Ｈｉｇｈレベルの判定信号Ｓ２が判定部１７から供給された場合に、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の一方が第１基準電圧Ｔｈ１より大きく、かつ、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の他方が第１基準電圧Ｔｈ１より低い第２基準電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定し、判定結果を出力する。

具体的に、断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１が、第１基準電圧Ｔｈ１より大きく、かつ、電圧ＥＦＣ２が、第２基準電圧Ｔｈ２以下である場合に、フィルタコンデンサＦＣ１に対応した振幅を有する断線検出信号Ｓ３を、判定結果として、運転台に設けられた表示機器に出力する。また断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１が第２基準電圧Ｔｈ２以下であって、かつ、電圧ＥＦＣ２が第１基準電圧Ｔｈ１より大きい場合に、フィルタコンデンサＦＣ２に対応した振幅を有する断線検出信号Ｓ３を、判定結果として表示機器に出力する。また断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１および電圧ＥＦＣ２が第１基準電圧Ｔｈ１より大きい、または、電圧ＥＦＣ１および電圧ＥＦＣ２が第２基準電圧Ｔｈ２以下であると判定した場合は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれに対応する振幅よりも低い振幅を有する断線検出信号Ｓ３を、判定結果として表示機器に出力する。

表示機器は、断線検出信号Ｓ３の振幅に基づいて、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれから共通放電回路１５に至るまでの回路に断線が生じていない状態、フィルタコンデンサＦＣ１から共通放電回路１５に至るまでの回路に断線が生じている状態、または、フィルタコンデンサＦＣ２から共通放電回路１５に至るまでの回路に断線が生じている状態のいずれであるかを判別することができる。

なお判定部１７は、第１基準電圧Ｔｈ１および第２基準電圧Ｔｈ２を予め保持している。第１基準電圧Ｔｈ１および第２基準電圧Ｔｈ２は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２が充電された状態でのフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の端子間電圧の値に応じて定められる。例えば、第１基準電圧Ｔｈ１は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の満充電時の端子間電圧値の２／３の値であって、第２基準電圧Ｔｈ２は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の満充電時の端子間電圧値の１／３の値である。

次に、上記構成を有する電力変換装置１の動作について説明する。
電気鉄道車両の運転開始時に、集電装置４の一例であるパンタグラフを上昇させる上昇スイッチの操作が行われて、集電装置４が架線３に接触すると、集電装置４は、変電所から電力の供給を受ける。そして、高速遮断器５が投入された後に、接触器ＭＣ１，ＭＣ２が投入される。その結果、電力変換装置１に電力が供給される。

電気鉄道車両の運転時に、スイッチング制御部１６には、図示しない運転台からの運転指令が入力される。運転指令が力行指令を含む場合、すなわち、電気鉄道車両の力行時に、スイッチング制御部１６は、電力変換部１１，１２がそれぞれ、直流電力を電動機５１，５２を駆動するための三相交流電力に変換するように、電力変換部１１，１２のスイッチング素子を制御する。スイッチング制御部１６は、力行指令が示す目標加速度を得るための目標トルクを算出する。またスイッチング制御部１６は、図示しない電流測定部から電動機５１，５２に流れる電流の値を測定し、測定した電流値から電動機５１，５２の実トルクを算出する。具体的には、スイッチング制御部１６は、電動機５１，５２に流れるＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電流の値を測定する電流測定部から電動機５１，５２に流れる相電流の値を取得し、相電流の値から電動機５１，５２の実トルクを算出する。そして、スイッチング制御部１６は、電動機５１，５２の実トルクを目標トルクに近づけるために、電力変換部１１，１２のスイッチング素子にスイッチング制御信号Ｓ１を送って、スイッチング素子を制御する。なお電力変換部１１，１２のそれぞれの一次端子の間に接続されたフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２が充電されることで、電力変換部１１，１２が発生させるノイズが低減される。

電力変換装置１の保守作業を行う場合には、電力変換部１１，１２の停止後に、高速遮断器５および接触器ＭＣ１，ＭＣ２が開放される。これにより、電力変換部１１，１２は、集電装置４から電気的に切り離される。そして保守作業を行う前に、保守作業員が放電用のナイフスイッチであるスイッチＳＷ１を機械的に操作することで、スイッチＳＷ１がオンになる。接触器ＭＣ１，ＭＣ２が開放された状態で、スイッチＳＷ１がオンになると、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２が放電される。

フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれから共通放電回路１５に至るまでの回路に断線が生じていると、スイッチＳＷ１がオンになっても、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２が放電されないため、保守作業を安全に行うことができない。そこで、電力変換装置１は、接触器ＭＣ１および接触器ＭＣ２が開放されていることを示す接触器制御信号が供給されると、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれから共通放電回路１５に至るまでの回路の断線の有無を判別する処理を開始する。電力変換装置１が行う断線の有無を判別する処理について、図３を用いて説明する。

判定部１７は、接触器ＭＣ１および接触器ＭＣ２が開放されているか否かを判定する（ステップＳ１１）。そして、判定部１７は、判定した結果を示す判定信号Ｓ２を断線検出部１８に出力する。判定部１７が、接触器ＭＣ１，ＭＣ２の少なくともいずれかが開放されていないと判定した場合は（ステップＳ１１；Ｎｏ）、ステップＳ１１の処理が繰り返される。このとき、判定部１７はＬｏｗレベルの判定信号Ｓ２を断線検出部１８に供給するため、断線検出部１８は、後述のステップＳ１２以降の処理を行わない。

判定部１７は、接触器ＭＣ１および接触器ＭＣ２が開放されていると判定した場合は（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、Ｈｉｇｈレベルの判定信号Ｓ２を断線検出部１８に出力し、断線検出部１８は後述のステップＳ１２以降の処理を行う。判定部１７がステップＳ１１の処理を行うため、高速遮断器５と接触器ＭＣ１，ＭＣ２が投入されている状態で、例えば、架線３の直流電圧の変動に起因する電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の変動、回生動作中の電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の変動等が生じても、ステップＳ１２以降の処理は行われない。したがって、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の変動によって、誤って回路が断線していると判定することが防止される。

Ｈｉｇｈレベルの判定信号Ｓ２が供給されると、断線検出部１８は、電圧測定部１３，１４のそれぞれから、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２を取得する（ステップＳ１２）。断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２と第１基準電圧Ｔｈ１とを比較する（ステップＳ１３）。

断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１が第１基準電圧Ｔｈ１より大きく、かつ、電圧ＥＦＣ２が第１基準電圧Ｔｈ１より大きいと判定した場合（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、接触器ＭＣ１，ＭＣ２が開放されてから定められた判定時間が経過したか否かを判定する（ステップＳ１４）。詳細には、断線検出部１８は、Ｈｉｇｈレベルの判定信号Ｓ２が供給されると、タイマを開始し、タイマの測定時間が判定時間に到達しているか否かを判定する。なお判定時間は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれから共通放電回路１５に至るまでの回路に断線が生じていない状態で、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を満充電された状態から放電して、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２が第１基準電圧Ｔｈ１まで低下するのに要する時間である。

断線検出部１８が、判定時間が経過していると判定すると（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、断線検出部１８は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の放電が正常に行われていないことを表示機器に出力し（ステップＳ１５）、断線の有無を判別する処理を終了する。断線検出部１８が、判定時間が経過していないと判定すると（ステップＳ１４；Ｎｏ）、ステップＳ１１から上述の処理が繰り返し行われる。

断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の少なくともいずれかは第１基準電圧Ｔｈ１以下であると判定した場合（ステップＳ１３；Ｎｏ）、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の一方が第１基準電圧Ｔｈ１より大きく、かつ、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の他方が第２基準電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。

断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１が第１基準電圧Ｔｈ１より大きく、かつ、電圧ＥＦＣ２が第２基準電圧Ｔｈ２以下であると判定した場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、フィルタコンデンサＦＣ１に対応する振幅を有する断線検出信号Ｓ３を表示機器に出力する（ステップＳ１７）。
また断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１が第２基準電圧Ｔｈ２以下であり、かつ、電圧ＥＦＣ２が第１基準電圧Ｔｈ１より大きいと判定した場合（ステップＳ１６；Ｙｅｓ）、フィルタコンデンサＦＣ２に対応する振幅を有する断線検出信号Ｓ３を表示機器に出力する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７の処理が完了すると、電力変換装置１は、断線の有無を判別する処理を終了する。

以上説明したとおり、実施の形態１に係る電力変換装置１によれば、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２に基づき、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれから共通放電回路１５に至るまでの回路の断線の有無を判別することが可能である。

（実施の形態２）
フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれから共通放電回路１５に至るまでの回路に断線が生じていると、共通放電回路１５によってフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電することができない。そこで、実施の形態２に係る電力変換装置２は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２から共通放電回路１５に至るまでの回路に断線が生じている場合に、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２が過電圧になることを防止するために設けられている個別放電回路を動作させて、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれを放電する。

この個別放電回路を動作させるタイミングについて説明する。
電力変換装置２は、例えば、電力変換部１１，１２の出力が異常となって、電力変換部１１，１２を停止した際に電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２が過電圧になることを防止するため、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれに接続される２つの個別放電回路を備える。電力変換装置２は、電力変換部１１，１２の出力が異常となったときに、個別放電回路を動作させることで、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電する。
また電力変換装置２は、電気鉄道車両の回生ブレーキ時、すなわち、電動機５１，５２が発電機として動作し、電動機５１，５２が発生させた電力を架線３に供給することで、電気鉄道車両に回生ブレーキ力がかかっている間に、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２が架線３の電圧と比べて高くなり過ぎることを防止するために、この個別放電回路を動作させる。
さらに、この個別放電回路を、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２から共通放電回路１５に至るまでの回路に断線が生じている場合にも作動させることで、保守作業を安全に行うことが可能になる。

図４に示す実施の形態２に係る電力変換装置２は、実施の形態１に係る電力変換装置１の構成に加えて、フィルタコンデンサＦＣ１に並列に接続される個別放電回路１９と、フィルタコンデンサＦＣ２に並列に接続される個別放電回路２０と、個別放電回路１９，２０の動作を制御する放電制御部２１と、をさらに備える。

実施の形態１に係る電力変換装置１と異なる電力変換装置２の各部について説明する。
個別放電回路１９は、直列に接続された抵抗Ｒ２とスイッチング素子ＳＷ２を備える。放電制御部２１の制御によって、スイッチング素子ＳＷ２がオンになると、個別放電回路１９は、フィルタコンデンサＦＣ１を放電する。個別放電回路２０は、直列に接続された抵抗Ｒ３とスイッチング素子ＳＷ３を備える。放電制御部２１の制御によって、スイッチング素子ＳＷ３がオンになると、個別放電回路２０は、フィルタコンデンサＦＣ２を放電する。スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３は、例えばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）で構成される。

放電制御部２１は、電力変換部１１，１２の出力が異常となって、スイッチング制御部１６が電力変換部１１，１２を停止した際に、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオンにする。詳細には、スイッチング制御部１６は、電力変換部１１，１２の出力の異常によって電力変換部１１，１２を停止すると、停止された電力変換部１１，１２を示す保護停止信号Ｓ４を放電制御部２１に供給する。放電制御部２１は、電力変換部１１を示す保護停止信号Ｓ４が供給されると、電力変換部１１に接続された個別放電回路１９が有するスイッチング素子ＳＷ２をオンにする。また放電制御部２１は、電力変換部１２を示す保護停止信号Ｓ４が供給されると、電力変換部１２に接続された個別放電回路２０が有するスイッチング素子ＳＷ３をオンにする。

また放電制御部２１は、電気鉄道車両の回生動作中に、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の電圧が閾値電圧以上である場合は、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３をオンにする。詳細には、放電制御部２１は、運転台から運転指令を取得し、電圧測定部１３から電圧ＥＦＣ１を取得し、電圧測定部１４から電圧ＥＦＣ２を取得する。そして、放電制御部２１は、運転指令がブレーキ指令を含み、かつ、電圧ＥＦＣ１が閾値電圧以上である場合、スイッチング素子ＳＷ２をオンにする。また放電制御部２１は、運転指令がブレーキ指令を含み、かつ、電圧ＥＦＣ２が閾値電圧以上である場合、スイッチング素子ＳＷ３をオンにする。閾値電圧は、架線３の直流電圧に応じて定められ、回生動作が可能であって、架線３で過電圧が生じない範囲の電圧である。

さらに放電制御部２１は、フィルタコンデンサＦＣ１を示す断線検出信号Ｓ３が供給されると、スイッチング素子ＳＷ２をオンにする。この結果、フィルタコンデンサＦＣ１が放電される。また放電制御部２１は、フィルタコンデンサＦＣ２を示す断線検出信号Ｓ３が供給されると、スイッチング素子ＳＷ３をオンにする。この結果、フィルタコンデンサＦＣ２が放電される。

次に、上記構成を有する電力変換装置２の動作について説明する。電気鉄道車両の運転開始時およびブレーキ時の電力変換装置２の動作は、実施の形態１と同様である。
電力変換装置２は、実施の形態１に係る電力変換装置１と同様に、接触器ＭＣ１および接触器ＭＣ２が開放されていることを示す接触器制御信号が供給されると、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２のそれぞれから共通放電回路１５に至るまでの回路の断線の有無を判別する処理を開始する。電力変換装置２が行う断線の有無を判別する処理について、図５を用いて説明する。

ステップＳ１１－Ｓ１７の処理は、図３のステップＳ１１－Ｓ１７と同様である。ステップＳ１７の処理が完了すると、放電制御部２１が、断線検出部１８が出力する断線検出信号Ｓ３に応じて、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ３のオンオフを切り替え、個別放電回路１９，２０がフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電する（ステップＳ１８）。具体的には、フィルタコンデンサＦＣ１に対応する振幅を有する断線検出信号Ｓ３が供給されると、放電制御部２１は、スイッチング素子ＳＷ２をオンにして個別放電回路１９を動作させて、フィルタコンデンサＦＣ１を放電させる。またフィルタコンデンサＦＣ２に対応する振幅を有する断線検出信号Ｓ３が供給されると、放電制御部２１は、スイッチング素子ＳＷ３をオンにして個別放電回路２０を動作させて、フィルタコンデンサＦＣ２を放電させる。

以上説明したとおり、実施の形態２に係る電力変換装置２によれば、断線のために共通放電回路１５がフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電させることができない場合に、個別放電回路１９，２０によってフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電させることが可能である。その結果、高い安全性を有する電力変換装置２を提供することが可能である。

本発明の実施の形態は、上述の例に限られない。例えば、判定部１７は、接触器ＭＣ１，ＭＣ２のそれぞれが出力する接点信号に基づいて、接触器ＭＣ１，ＭＣ２のそれぞれが開放されているか否かを判定することができる。なお接点信号は、接触器ＭＣ１，ＭＣ２のそれぞれが有する接点が導通されているか否かを示すものとする。
また判定部１７は、高速遮断器５が開放されているか否かを判定してもよい。詳細には、判定部１７は、遮断器制御部が高速遮断器５に送る制御信号、または、高速遮断器５が出力する接点信号に基づいて、高速遮断器５が開放されているか否かを判定することができる。なお接点信号は、高速遮断器５が有する接点が導通されているか否かを示すものとする。

また判定部１７は、上述の判定処理に加え、断線検出部１８での誤検出を防止するための判定処理をさらに行ってもよい。判定部１７が行う判定処理の一例を図６を用いて説明する。図６のステップＳ１１－Ｓ１７の処理は、図３のステップＳ１１－Ｓ１７の処理と同様である。判定部１７は、接触器ＭＣ１および接触器ＭＣ２が開放されていると判定した場合は（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）、電力変換部１１および電力変換部１２のそれぞれが有する全てのスイッチング素子がオフになっているか否かを判定する（ステップＳ１９）。

電力変換部１１および電力変換部１２のそれぞれが有する全てのスイッチング素子がオフになっているか否かの判定は、スイッチング制御部１６が電力変換部１１，１２に供給するスイッチング制御信号Ｓ１に基づいて行われる。詳細には、判定部１７は、スイッチング制御信号Ｓ１を取得し、スイッチング制御信号Ｓ１に基づいて、電力変換部１１，１２が有するスイッチング素子が全てオフになっている否かを判定する。

判定部１７が、電力変換部１１，１２の少なくともいずれかが有する少なくとも１つのスイッチング素子がオンになっていると判定した場合（ステップＳ１９；Ｎｏ）、ステップＳ１１の処理が繰り返される。このとき、判定部１７はＬｏｗレベルの判定信号Ｓ２を断線検出部１８に供給するため、断線検出部１８は、ステップＳ１２以降の処理を行わない。

判定部１７は、電力変換部１１および電力変換部１２のそれぞれが有する全てのスイッチング素子がオフになっていると判定した場合（ステップＳ１９；Ｙｅｓ）、Ｈｉｇｈレベルの判定信号Ｓ２を断線検出部１８に出力し、断線検出部１８はステップＳ１２以降の処理を行う。

また例えば、判定部１７は、電力変換部１１，１２が集電装置４から電気的に切り離されていて、かつ、電力変換装置１，２が搭載される電気鉄道車両が停止しているか否かを判定してもよい。接触器ＭＣ１および接触器ＭＣ２が開放されているか否かの判定は、上述の実施の形態で示した通りである。電気鉄道車両が停止しているか否かの判定は、電気鉄道車両の速度に基づいて行うことができる。詳細には、判定部１７は、電動機５１，５２に取り付けられた速度センサから電気鉄道車両の速度を取得し、電気鉄道車両が停止しているか否かを判定する。そして、判定部１７は、接触器ＭＣ１および接触器ＭＣ２が開放されていて、かつ、電気鉄道車両が停止していると判定した場合に、Ｈｉｇｈレベルとなり、接触器ＭＣ１，ＭＣ２の少なくともいずれかが投入されている、または、電気鉄道車両が停止していないと判定した場合に、Ｌｏｗレベルとなる判定信号Ｓ２を出力する。

フィルタコンデンサの数は、２以上の任意の値である。例えば、電力変換装置１，２が３つのフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３を有する場合を例にして説明する。この場合に、電力変換装置１，２は、対応する電力変換部を集電装置４に電気的に接続する、または、集電装置４から電気的に切り離す接触器ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３を有するものとする。また電圧測定部で測定してフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３のそれぞれの端子間電圧の値をＥＦＣ１，ＥＦＣ２，ＥＦＣ３とする。判定部１７は、接触器ＭＣ１、接触器ＭＣ２、および接触器ＭＣ３が開放されているか否かを判定する。断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２，ＥＦＣ３の少なくともいずれかが第１基準電圧Ｔｈ１より大きく、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２，ＥＦＣ３の他の少なくともいずれかが第２基準電圧Ｔｈ２以下であるか否かを判定し、判定結果を出力する。例えば、断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１が第１基準電圧Ｔｈ１より大きく、電圧ＥＦＣ３が第２基準電圧Ｔｈ２以下である場合、フィルタコンデンサＦＣ３を示す断線検出信号Ｓ３を出力する。

断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の差が基準電圧差以上であるか否かを判定し、判定結果を出力してもよい。詳細には、断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１と電圧ＥＦＣ２の電圧差が基準電圧差以上であると判定すると、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の内、端子間電圧が高いフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２に対応する振幅を有する断線検出信号Ｓ３を判定結果として表示機器に出力する。具体的には、断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１と電圧ＥＦＣ２の電圧差が基準電圧差以上であって、かつ、電圧ＥＦＣ１が電圧ＥＦＣ２より高い場合、フィルタコンデンサＦＣ１に対応する振幅を有する断線検出信号Ｓ３を出力する。また断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１と電圧ＥＦＣ２の電圧差が基準電圧差以上であって、かつ、電圧ＥＦＣ２が電圧ＥＦＣ１より高い場合、フィルタコンデンサＦＣ２に対応する振幅を有する断線検出信号Ｓ３を出力する。基準電圧差は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の一方が充電された状態で、他方が放電されているとみなせる程度の電圧差であり、例えば、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の満充電時の端子間電圧の１／３の値である。

この断線検出部１８の処理を、電力変換装置１，２が３つのフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３を有する場合を例にして説明する。断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１と電圧ＥＦＣ２の電圧差、電圧ＥＦＣ１と電圧ＥＦＣ３の電圧差、電圧ＥＦＣ２と電圧ＥＦＣ３の電圧差を算出する。算出した各電圧差を基準電圧差と比較し、少なくとも１つの算出した電圧差が基準電圧差以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する。例えば、断線検出部１８は、電圧ＥＦＣ１と電圧ＥＦＣ３の電圧差が基準電圧差以上であり、かつ電圧ＥＦＣ３が電圧ＥＦＣ１より大きい場合、フィルタコンデンサＦＣ３に対応する振幅を有する断線検出信号Ｓ３を出力する。

電力変換装置１，２は、接触器ＭＣ１，ＭＣ２が投入されてから放電に必要な時間が経過した後に、電圧ＥＦＣ１，ＥＦＣ２の少なくともいずれかが第２閾値電圧Ｔｈ２より大きいか否かを判定し、判定結果を表示機器に出力してもよい。これにより、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２が放電されていない場合は、保守作業を行わないという運用が可能である。

電力変換装置１，２は、電力変換装置１，２に直流電力を供給可能な任意の車両、任意の機器等に搭載可能である。一例として、電力変換装置１，２は、交流き電方式の電気鉄道車両に搭載可能である。交流き電方式の電気鉄道車両に搭載された電力変換装置１０を図７に示す。架線３を介して変電所から交流電力を取得した集電装置４から、高速遮断器５を介してトランス６の一次端子に交流電力が供給される。トランス６は、一次端子に供給された交流電力の電圧を下げて、降圧された交流電力を二次端子から電力変換装置１０に供給する。

電力変換装置１０は、接触器ＭＣ１，ＭＣ２に代えて、トランス６の二次端子に接続される接触器ＭＣ４と、一次端子に供給された交流電力を直流電力に変換して、直流電力を二次端子から出力するコンバータ２２と、を備える。接触器ＭＣ３は、電力変換部１１，１２と集電装置４とを電気的に接続、または電気的に切断する。図７に示す電力変換装置１０が有する判定部１７は、接触器ＭＣ４が投入されているか否かを判定する。
また電気鉄道車両に限らず、気動車にも電力変換装置１，２を搭載することが可能である。

共通放電回路１５は、フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２を放電する回路であれば任意の構成である。フィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２から共通放電回路１５に至るまでの回路に設けられるものはダイオードＤ１，Ｄ２に限られず、共通放電回路１５によるフィルタコンデンサＦＣ１，ＦＣ２の放電を可能にする回路であれば、任意の構成の回路を設けることができる。

電力変換部１１，１２は、ＶＶＶＦインバータに限られず、一次端子に供給された直流電力を直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続される負荷に供給する機器であれば、任意である。例えば、電力変換部１１，１２は、ＤＣ（Direct Current）－ＤＣコンバータ、または、照明機器、空調機器等に電力を供給する静止形インバータで構成される。また例えば、電力変換部１１がＶＶＶＦインバータで構成され、電力変換部１２が静止形インバータで構成される。また電力変換部１１の二次端子に接続される負荷と、電力変換部１２の二次端子に接続される負荷とは、異なる種類の負荷でもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施の形態及び変形が可能とされるものである。また、上述した実施の形態は、この発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。すなわち、本発明の範囲は、実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。そして、特許請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、この発明の範囲内とみなされる。

１，２，１０ 電力変換装置、１ａ 正極入力端子、１ｂ 負極入力端子、３ 架線、４ 集電装置、５ 高速遮断器、６ トランス、１１，１２ 電力変換部、１３，１４ 電圧測定部、１５ 共通放電回路、１６ スイッチング制御部、１７ 判定部、１８ 断線検出部、１９，２０ 個別放電回路、２１ 放電制御部、２２ コンバータ、５１，５２ 電動機、Ｄ１，Ｄ２ ダイオード、ＦＣ１，ＦＣ２，ＦＣ３ フィルタコンデンサ、ＦＬ１，ＦＬ２ フィルタリアクトル、ＭＣ１，ＭＣ２，ＭＣ３，ＭＣ４ 接触器、Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ 抵抗、Ｓ１ スイッチング制御信号、Ｓ２ 判定信号、Ｓ３ 断線検出信号、Ｓ４ 保護停止信号、ＳＷ１ スイッチ、ＳＷ２，ＳＷ３ スイッチング素子。

Claims (9)

1. それぞれが電源から一次端子を介して供給された直流電力を直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する複数の電力変換部と、
   それぞれが対応する１つの前記電力変換部の前記一次端子の間に接続されている複数のフィルタコンデンサと、
   少なくとも１つの前記電力変換部を、前記電源に電気的に接続または前記電源から電気的に切り離す少なくとも１つの接触器と、
   前記複数のフィルタコンデンサに接続され、前記複数のフィルタコンデンサを放電させ、前記複数のフィルタコンデンサに共通する共通放電回路と、
   前記複数の電力変換部が前記電源から電気的に切り離されているか否かを判定する判定部と、
   前記判定部が、前記複数の電力変換部が前記電源から電気的に切り離されていると判定した場合に、前記複数のフィルタコンデンサの電圧に基づいて、前記複数のフィルタコンデンサのそれぞれから前記共通放電回路に至るまでの回路の断線の有無を判別する断線検出部と、
   を備える電力変換装置。
2. 前記断線検出部は、前記複数のフィルタコンデンサの内、少なくとも１つのフィルタコンデンサの端子間電圧が、第１基準電圧より大きく、かつ、他の少なくとも１つのフィルタコンデンサの端子間電圧が、前記第１基準電圧より低い第２基準電圧以下であるか否かを判定し、判定結果を出力する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記断線検出部は、前記少なくとも１つのフィルタコンデンサの端子間電圧が、前記第１基準電圧より大きく、かつ、前記他の少なくとも１つのフィルタコンデンサの端子間電圧が、前記第２基準電圧以下である場合に、前記少なくとも１つのフィルタコンデンサを示す断線検出信号を前記判定結果として出力する、
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記断線検出部は、１つのフィルタコンデンサの端子間電圧と、他の１つのフィルタコンデンサの端子間電圧との差が、基準電圧差以上であるか否かを判定し、判定結果を出力する、
   請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記断線検出部は、前記１つのフィルタコンデンサの端子間電圧と、前記他の１つのフィルタコンデンサの端子間電圧との差が、前記基準電圧差以上である場合、前記１つのフィルタコンデンサと前記他の１つのフィルタコンデンサの内、端子間電圧が高いフィルタコンデンサを示す断線検出信号を前記判定結果として出力する、
   請求項４に記載の電力変換装置。
6. それぞれが対応する１つの前記フィルタコンデンサに接続されて、接続された前記フィルタコンデンサを放電させる複数の個別放電回路と、
   前記断線検出部が、前記断線が有ることを検出した場合に、前記断線が有ることが検出された前記回路に接続される前記フィルタコンデンサに接続された前記個別放電回路を動作させる放電制御部と、
   をさらに備える、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記判定部は、前記複数の電力変換部が前記電源から電気的に切り離されていて、かつ、前記複数の電力変換部が停止しているか否かを判定し、
   前記断線検出部は、前記判定部が、前記複数の電力変換部が前記電源から電気的に切り離されていて、かつ、前記複数の電力変換部が停止していると判定した場合に、前記複数のフィルタコンデンサの電圧に基づいて、前記複数のフィルタコンデンサのそれぞれから前記共通放電回路に至るまでの回路の断線の有無を判別する、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 複数の前記接触器を備え、
   前記複数の接触器のそれぞれは、対応する前記電力変換部を前記電源に電気的に接続または前記電源から電気的に切り離す、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. それぞれが電源から一次端子を介して供給された直流電力を直流電力または交流電力に変換して、二次端子に接続された負荷に供給する複数の電力変換部が、前記電源から電気的に切り離されているか否かを判定し、
   前記複数の電力変換部が前記電源から電気的に切り離されていると判定した場合に、それぞれが対応する１つの前記電力変換部の前記一次端子に接続された複数のフィルタコンデンサの電圧に基づいて、前記複数のフィルタコンデンサのそれぞれから、前記複数のフィルタコンデンサに共通する共通放電回路に至るまでの回路の断線の有無を判別する、
   断線検出方法。

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