JPWO2019043993A1 - 電力変換装置、電力変換システム、および電力変換システムの使用方法 - Google Patents

Abstract

実施形態の電力変換装置は、三相のそれぞれに対応するアームを持つ。各アームは、正側アームと、第１の一次巻線と、負側アームと、第２の一次巻線とを持つ。正側アームでは、直列に接続された複数のスイッチング素子と、前記直列に接続された複数のスイッチング素子に対して並列に接続されたコンデンサとを含む複数の変換器が互いに直列に接続され、正側アームの一端が正側直流端子に接続される。第１の一次巻線は、前記正側アームの他端と中性点との間に設けられ、対応する相の二次巻線と磁気結合する。負側アームでは、複数の前記変換器が互いに直列に接続され、負側アームの一端が負側直流端子に接続される。第２の一次巻線は、前記負側アームの他端と前記中性点との間に設けられ、前記第１の一次巻線と共通する二次巻線と磁気結合する。前記各アームの中性点は、互いに接続され且つ接地される。

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置、電力変換システム、および電力変換システムの使用方法に関する。

交流と直流との間で相互に電力の変換を行う電力変換装置は、種々の用途に使用されている。電力変換装置のうち、直流側の電圧（直流電圧）が高電圧となる用途に用いられる電力変換装置は、直流電圧に対してスイッチング素子であるＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）の定格が小さいことを解決するため、マルチレベルインバータの構成を有する場合がある。なお、直流電圧が高電圧となる用途としては、例えば、海底ケーブルによる送電、５０［Ｈｚ］と６０［Ｈｚ］の変換、遠隔の大規模太陽光発電システムから消費地への長距離直流送電などが挙げられる。

マルチレベルインバータは、スイッチング素子とコンデンサとを含む変換器を直列に複数個接続して構成される。このコンデンサは、適宜充放電が行われるように、電圧値を一定に制御する必要がある。このため、変換器には、直流電源を還流させる還流電流を、常時流すことが必要であり、相毎に充放電のための短絡経路を設ける必要がある。

ここで、三相用の電力変換装置では、三相を同一の直流電源に接続しているため、各相の直流電圧合成値がわずかでも異なると、相間に過大な短絡電流が流れてしまい、機器に影響を与える可能性がある。各相の直流電圧合成値の平均値が一致していても、オンオフのタイミングや周期が異なれば、同様の問題が生じる。これに対処するため、各相にバッファリアクトルを挿入し、短絡電流が過大にならないように制限を加える場合があるが、この場合、装置全体の大型化、高コスト化を招くことになる。

このような背景から、二次巻線を正側アームと負側アームで共用し、且つ正側と負側の一次巻線の接続点（中性点）を相間で接続した形式のマルチレベルインバータが開発されている。しかしながら、この構成において、部品の絶縁耐圧について考慮した技術については開示がなされていない。

特許第５８８１３８６号公報

本発明が解決しようとする課題は、装置のサイズやコストの増大を抑制しつつ、絶縁耐圧の低い部品を使用可能にすることができる電力変換装置、電力変換システム、および電力変換システムの使用方法を提供することである。

実施形態の電力変換装置は、三相のそれぞれに対応するアームを持つ。各アームは、正側アームと、第１の一次巻線と、負側アームと、第２の一次巻線とを持つ。正側アームでは、直列に接続された複数のスイッチング素子と、前記直列に接続された複数のスイッチング素子に対して並列に接続されたコンデンサとを含む複数の変換器が互いに直列に接続され、正側アームの一端が正側直流端子に接続される。第１の一次巻線は、前記正側アームの他端と中性点との間に設けられ、対応する相の二次巻線と磁気結合する。負側アームでは、複数の前記変換器が互いに直列に接続され、負側アームの一端が負側直流端子に接続される。第２の一次巻線は、前記負側アームの他端と前記中性点との間に設けられ、前記第１の一次巻線と共通する二次巻線と磁気結合する。前記各アームの中性点は、互いに接続され且つ接地される。

第１の実施形態の電力変換装置１の構成図。 変換器Ｃの構成図。 トランス５０の構造の一例を示す図。 電力変換装置１の動作原理について説明するための図。 電力変換装置１の動作原理について説明するための図。 電力変換装置１の動作原理について説明するための図。 変形例１の電力変換装置１Ａの構成図。 変形例２の電力変換装置１Ｂの構成図。 変形例３の電力変換装置１Ｃの構成図。 変形例４の電力変換装置１Ｄの構成図。 変形例５の電力変換装置１Ｅの構成図。 第１の実施形態の電力変換装置の利用例を示す図。 図１２に示す電力変換システムの運用開始時における作業手順の流れの一例を示すフローチャート。 図１２に示す電力変換システムの運用開始時における作業手順の流れの他の例を示すフローチャート。 第２の実施形態の電力変換装置２の構成図。 第２の実施形態の電力変換装置２の利用例を示す図。

以下、実施形態の電力変換装置、電力変換システム、および電力変換システムの使用方法を、図面を参照して説明する。

＜第１の実施形態＞
［構成］
図１は、第１の実施形態の電力変換装置１の構成図である。電力変換装置１は、三相の交流系統１００と直流系統（不図示）との間に接続され、交流と直流との変換を行う。実施形態の電力変換装置１は、例えば、Ｕ、Ｖ、Ｗの三相ごとのアーム１０−Ｕ、１０−Ｖ、１０−Ｗを備える。各アームは同じ構成を有することができる。図１においては、代表してアーム１０−Ｕに属する構成要素に符号を付している。以下の説明では、各相のアームを互いに区別せず、アーム１０と総称して説明する。

アーム１０は、例えば、正側アーム２０と、負側アーム３０と、トランス５０とを備える。

正側アーム２０は、複数の変換器Ｃが直列に接続されたものである。変換器Ｃの構成については後述する。直列に接続された複数の変換器Ｃのうち正側アーム２０の一端に相当するものは、正側直流端子９０Ｐに接続されており、他端に相当するものは、トランス５０の正側の一次巻線（直流側巻線）５４に接続されている。

負側アーム３０は、複数の変換器Ｃが直列に接続されたものである。直列に接続された複数の変換器Ｃのうち負側アーム３０の一端に相当するものは、負側直流端子９０Ｎに接続されており、他端に相当するものは、トランス５０の負側の一次巻線５６に接続されている。

図２は、変換器Ｃの構成図である。変換器Ｃは、例えば、チョッパ単位変換器である。変換器Ｃは、例えば、レグ４０とコンデンサ４６とを並列に接続したものである。レグ４０は、自己消弧能力を持つ２つのスイッチング素子４１および４２が直列に接続されたものである。スイッチング素子４１および４２は、例えば、ＩＧＢТである。スイッチング素子４１には、逆並列にダイオード４３が接続され、スイッチング素子４２には、逆並列にダイオード４４が接続されている。ダイオード４３および４４は、還流ダイオードである。

トランス５０は、二次巻線（交流側巻線）５２に対し、正側の一次巻線（第１の一次巻線）５４と、負側の一次巻線（第２の一次巻線）５６とがそれぞれ磁気結合する絶縁用の単相トランスである。二次巻線５２と二つの一次巻線５４および５６との巻線比は、例えば１：１である。なお、図１では、二次巻線５２、並びに一次巻線５４および５６における正側を黒点で示している。

二次巻線５２の正側は、対応する相の接続端として交流系統１００側に接続されている。二次巻線５２の負側（中性点）は、例えば、互いに短絡接続され、且つ接地されている。正側の一次巻線５４の負側と、負側の一次巻線５６の負側とは、互いに接続されている。この接続点を中性点５８と称する。各相の中性点は、互いに短絡接続され、且つ接地されている。

係る構成によって、トランス５０の一次側の漏れインダクタンス成分を、リアクトルとして機能させることができる。トランスには、磁気漏れによる漏れ磁束が必ず存在する。この漏れ磁束は、変圧作用に寄与せずに、一次側及び二次側の巻線の漏れインダクタンスとして働く。本実施形態においては、直流循環電流が流れる際に、絶縁トランスとしてのトランス５０の一次巻線５４および５６が、直流循環電流の経路となっている。このため、トランス５０の一次巻線５４および５６の漏れインダクタンス成分によって、リアクトルと同様に、直流循環電流の急増が抑制される。電力変換装置１では、リアクトルを省略または小型化することができるため、装置のサイズやコストが増大するのを抑制することができる。

また、電力変換装置１は、複数の変換器Ｃを直列に接続した構成を有することによって、出力波形を正弦波に近づけることができ、高調波を抑制することができる。この結果、電力変換装置１では、高調波成分を抑制するリアクトルやコンデンサを省略または小型化することができるため、装置のサイズやコストが増大するのを抑制することができる。

更に、電力変換装置１は、各相の中性点５８を接続し且つ接地しているため、装置内の対地電位の上限が制限されることになる。この結果、絶縁耐圧の低い部品を使用可能にすることができる。
また、各相の中性点５８を接続し且つ接地することにより直流端子９０Ｐと９０Ｎの電位が正負対称となるため、たとえば９０Ｎを接地した場合と比較して電力変換装置１の直流端子９０Ｐと９０Ｎに生ずる電圧を半分とすることができる。その結果、アーム２０やアーム３０だけでなく、例えば、後述する図１６の９０Ｐや９０Ｎに接続される避雷器の耐圧も半分にすることができる。

図３は、トランス５０の構造の一例を示す図である。トランス５０では、例えば、各相の一次巻線（５４、５６）と二次巻線５２とが共通の鉄心Ｍに巻回されている。また、各相における二次巻線５２の負側は、三相間で互いに接続され、且つ接地されている。このような構成によって、各相の直流磁束が相互に打ち消されることによる効果が得られる。また、三相三脚トランス等により構成するので、装置を小型化することができる。なお、電力変換装置１は、二次巻線５２の負側を相間で接続しない構成を有してもよい。また、各相のトランス５０は図３に示すように一体に形成されるのではなく、個別の箇所に配置されてもよい。

［動作原理］
以下、電力変換装置１の動作原理について簡単に説明する。ここでは、説明を簡略化するために正側アーム２０および負側アーム３０における変換器Ｃの数を１とする。図４〜６は、電力変換装置１の動作原理について説明するための図である。

以下のようにパラメータを定義する。
Ｖｕ…接地点からみた交流出力点の電圧
Ｖｄｃ…直流電源の正負それぞれの電圧
Ｖｃ…変換器Ｃのコンデンサ４６の電圧
ＶｕＰ…正側電源側に接続される変換器Ｃの出力電圧
ＶｕＮ…負側電源側に接続される変換器Ｃの出力電圧
ＶｕＲｅｆ…上位のシステムで演算される出力したい交流電圧指令
この場合、正側の変換器Ｃの出力電圧ＶｕＰは、式（１）で表される。
ＶｕＰ＝Ｖｄｃ−ＶｕＲｅｆ …（１）。

ＶｕＰの電圧波形は、図５（Ａ）で表される。また、正側の一次巻線５４の電圧ＶｔｒＰ１の波形は、図６（Ａ）で表される。

これらを用いると、電力変換装置１の出力電圧Ｖｕは、式（２）で表される。
Ｖｕ＝Ｖｄｃ−ＶｕＰ＝Ｖｄｃ−（Ｖｄｃ−ＶｕＲｅｆ）＝ＶｕＲｅｆ …（２）

一方、負側の変換器Ｃの出力電圧ＶｕＮは、式（３）で表される。
ＶｕＮ＝Ｖｄｃ−ＶｕＲｅｆ …（３）。

このＶｕＮの電圧波形は、図５（Ｂ）で表される。また、負側の一次巻線５６の電圧ＶｔｒＮ１の波形は、図６（Ｂ）で表される。

これらを用いると、出力電圧Ｖｕは式（４）で表される。
Ｖｕ＝−Ｖｄｃ＋ＶｕＮ＝−Ｖｄｃ＋（Ｖｄｃ―ＶｕＲｅｆ）＝−ＶｕＲｅｆ …（４）

トランス５０の正側は減極性、トランス５０の負側は加極性となっているので、図６（Ｃ）に示すように、二次側で合成された電圧Ｖｔｒ２が出力される。

交流負荷電流をＩｕとすると、このＩｕは、正側の変換器Ｃと負側の変換器Ｃとにそれぞれ流れる。この時、正側の変換器Ｃのコンデンサ４６では、式（５）で表される電力ＰｏｗｅｒＰによって充放電がなされる。
ＰｏｗｅｒＰ＝ＶｕＰ×Ｉｕ＝（Ｖｄｃ−ＶｕＲｅｆ）×Ｉｕ …（５）

ＶｕＲｅｆとＩｕが同位相、すなわち力率１で動作している場合について計算すると、交流１周期でのＰｏｗｅｒＰの平均値はマイナスとなる。すなわち、上記のような出力電圧制御を行うと、正側の変換器Ｃのコンデンサ電圧平均値を一定に保つことができず、運転を継続することができない。

同様に、負側の変換器Ｃのコンデンサ電圧も、力率１の場合のＰｏｗｅｒＮは、交流１周期での平均値がプラスとなり、コンデンサ電圧平均値を一定に保つことができずに、運転を継続することができない。

これに対処するため、図示しない制御装置は、直流電源の正側から正側の変換器Ｃ、正側の一次巻線５４、負側の一次巻線５６、負側の変換器Ｃ、直流電源の負側という経路で、直流で充放電電流を流す。これにより、コンデンサ電圧の平均値を一定にすることができる。

具体的には、式（６）に基づいて、コンデンサ電圧の平均値を一定に制御するための補正値ΔＶｆｃＣｏｎｔｒｏｌを演算する。そして、この補正値ΔＶｆｃＣｏｎｔｒｏｌにより、正側及び負側の変換器Ｃの出力電圧ＶｕＰ、ＶｕＮを補正出力する。式中、ＶＣｒｅｆは、変換器Ｃのコンデンサ電圧指令値（規定値）であり、ＶＣｕ＿ＡＶＥは、アーム１０全体の変換器Ｃのコンデンサ電圧平均値であり、Ｇ（ｓ）は、制御ゲインである。ｓは、ラプラス演算子である。この制御には、ＰＩ制御が適している。
ΔＶｆｃＣｏｎｔｒｏｌ＝Ｇ（ｓ）×（ＶＣｒｅｆ−ＶＣｕ＿ＡＶＥ） …（６）

［変形例１］
図７は、変形例１の電力変換装置１Ａの構成図である。電力変換装置１Ａでは、各相の中性点が互いに接続された箇所が、断路器６０を介して接地される。これによって、実施形態と同様の効果を奏すると共に、後述するように接地が不要な場合は断路器６０を遮断状態（開放状態）にし、用途に応じた運用をすることができる。

［変形例２］
図８は、変形例２の電力変換装置１Ｂの構成図である。電力変換装置１Ｂでは、各相の中性点が互いに接続された箇所が、直列に設けられた断路器６０および事故電流抑制用抵抗６２を介して接地される。これによって、変形例１と同様の効果を奏すると共に、例えば、断路器６０が導通状態である場合に正側直流端子９０Ｐで地絡事故が起こり、事故電流が接地点を介して流れてきた場合に、その事故電流を抑制することができる。なお、地絡事故時には、その事故電流は主に変換器Ｃのダイオード４４を流れる。そのため、事故電流抑制用抵抗６２の抵抗値は、特に、事故電流がダイオード４４の耐電流許容値以内となるように決定することが望ましい。また、後述するように接地が不要な場合は断路器６０を遮断状態（開放状態）にし、用途に応じた運用をすることができる。

［変形例３］
図９は、変形例３の電力変換装置１Ｃの構成図である。電力変換装置１Ｃは、変形例２の電力変換装置１Ｂにおける断路器６０および充電抵抗６２ｂを相ごとに設け、接続点６３で相間を接続した先で接地されるものである。断路器６０と充電抵抗６２ｂとによって充電ユニットが構成される。このように設置された各充電抵抗６２ｂは、各相に接続された変換器の初期充電時に使用することができる。また、変形例３によれば、変形例１と同様の効果を奏すると共に、変形例２と同様に事故電流を抑制することもできる。

［変形例４］
図１０は、変形例４の電力変換装置１Ｄの構成図である。電力変換装置１Ｄは、実施形態の電力変換装置１に、安定巻線６４を付加したものである。安定巻線６４はデルタ結線され、高調波電流を他の相に還流させる。これによって、変圧器の励磁特性の非線形性に伴う不要な高調波電流を交流系統へ流出させないようにし、より安定的な電力変換を行うことができる。

図１１は、変形例５の電力変換装置１Ｅの構成図である。電力変換装置１Ｅでは、各相の中性点が互いに接続された箇所が、断路器６０およびアレスタ６８を介して接地される。これによって、実施形態と同様の効果を奏すると共に、サージ電流が流れるような状況においては、仮に断路器６０が遮断状態であっても、速やかに大地に電流を流すことができる。この結果、装置の保護性能を高めることができる。

［その他の変形例］
上記説明した実施形態、および各変形例は、互いに排他的な関係に無く、適宜、組み合わせて実現することができる。例えば、変形例３の構成に、変形例４の安定巻線６４を付加した構成を採用してもよい。

［第１の実施形態の利用例］
図１２は、第１の実施形態の電力変換装置の利用例を示す図である。ここで用いられる電力変換装置は、実施形態の電力変換装置１、各変形例の電力変換装置１Ａ〜１Ｅ、或いはこれらの組み合わせのいずれであってもよいが、ここでは代表して変形例５の電力変換装置１Ｅが用いられるものとする。

図示するように、二つの電力変換装置１Ｅ（１）、１Ｅ（２）がセットで使用される。電力変換装置１Ｅ（１）は、交流系統１００（１）に接続され、電力変換装置１Ｅ（２）は、交流系統１００（２）に接続される。交流系統１００（１）と交流系統１００（２）は、例えば、周波数が異なる二つの交流系統である。そして、電力変換装置１Ｅ（１）の正側直流端子９０Ｐと電力変換装置１Ｅ（２）の正側直流端子９０Ｐ、および、電力変換装置１Ｅ（１）の負側直流端子９０Ｎと電力変換装置１Ｅ（２）の負側直流端子９０Ｎが、それぞれ直流系統１１０を介して接続される。これによって、電力変換装置１Ｅ（１）、直流系統１１０、および電力変換装置１Ｅ（２）が交流を交流に変換する電力変換システムを構成する。

この場合において、二つの電力変換装置１Ｅ（１）、１Ｅ（２）のうち一方の断路器６０を導通状態（閉止状態）にし、他方の断路器６０を遮断状態にすると好適である。仮に双方の断路器６０を導通状態にした場合、地面を通るループ線路が形成されるため、双方の電力変換装置の内部において電気的な影響が生じる可能性があるからである。例えば、一方の交流系統が５０［Ｈｚ］、他方の交流系統が６０［Ｈｚ］である場合や、周波数は同一でも位相が異なる系統の場合に、その差分の電圧によって発生する不要な電流がループ線路に流れてしまう。一方の断路器６０を導通状態にし、他方の断路器６０を遮断状態にすることで、係る現象が生じるのを抑制することができる。

図１３は、図１２に示す電力変換システムの運用開始時における作業手順の流れの一例を示すフローチャートである。

まず、二つの電力変換装置を設置する（ステップＳ１００）。次に、それぞれの電力変換装置の必要な箇所を接地する（ステップＳ１０２）。次に、一方の電力変換装置の断路器６０を導通状態に、他方の電力変換装置の断路器６０を遮断状態にする（ステップＳ１０４）。

次に、直流系統１１０を二つの電力変換装置にそれぞれ接続し（ステップＳ１０６）、二系統の交流系統１００を二つの電力変換装置にそれぞれ接続する（ステップＳ１０８）。そして、二つの電力変換装置の運用を開始する（ステップＳ１１０）。

上記のうちステップＳ１０４とステップＳ１０６の作業手順を逆にしてもよい。図１４は、図１２に示す電力変換システムの運用開始時における作業手順の流れの他の例を示すフローチャートである。

まず、二つの電力変換装置を設置する（ステップＳ１００）。次に、それぞれの電力変換装置の必要な箇所を接地する（ステップＳ１０２）。次に、直流系統１１０を二つの電力変換装置にそれぞれ接続する（ステップＳ１０４）、次に、一方の電力変換装置の断路器６０を導通状態に、他方の電力変換装置の断路器６０を遮断状態にする（ステップＳ１０６）。

次に、二系統の交流系統１００を二つの電力変換装置にそれぞれ接続する（ステップＳ１０８）。そして、二つの電力変換装置の運用を開始する（ステップＳ１１０）。これによって、二つの電力変換装置の双方において、接地されていない状況が生じないようにすることができる。

＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態について説明する。以下の説明において、第１の実施形態との共通部分については同じ符号を付し、詳細な説明を省略する。図１５は、第２の実施形態の電力変換装置２の構成図である。

電力変換装置２では、以下のポイント（１）〜（３）のうち一部または全部が、第１の実施形態の電力変換装置１と相違する。

（１）三相の二次巻線５２の負側（中性点、以下中性点５３）は、例えば互いに短絡接続され、且つ部材７０を介して接地されている。部材７０は、以下のいずれかである。
（Ａ）絶縁耐圧に影響を与えない範囲の小抵抗のＮＧＲ（中性点接地抵抗器）
（Ｂ）Ａ種接地（１０［Ω］以下での接地）、有効接地、直接接地を実現するための線路

（２）中性点５８は、事故電流制限用抵抗７２を介して接地される。事故電流制限用抵抗７２は、各アーム１０が事故電流によって破壊されないように制限できる抵抗値を有する。変形例２で述べたように、事故電流制限用抵抗７２の抵抗値は、特に、事故電流がダイオード４４の耐電流許容値以内となるように決定することが望ましい。

（３）以下の箇所のうち一部または全部は、避雷器６６を介して接地される。図では、三角形のマークによって以下の箇所を示しており、（ａ）についてのみ代表して避雷器６６を図示している。
（ａ）中性点５３（但し、部材７０がＮＧＲで無ければ不要）
（ｂ）三相ごとの、交流系統と二次巻線５２との間の箇所
（ｃ）三相ごとの、正側アーム２０と正側の一次巻線５４との間の箇所
（ｄ）三相ごとの、負側アーム２０と負側の一次巻線５６との間の箇所
（ｅ）正側直流端子９０Ｐおよび負側直流端子９０Ｎの付近

上記の構成によって、第１の実施形態と同様の効果を奏する他、絶縁耐圧を確保できる範囲内で動作効率を維持することができる。また、定常的に印加される電圧だけでなく、雷などによるサージ性の過電圧が電力変換装置に作用した場合でも、最大電圧をクランプすることで、機器の絶縁耐圧を適切な範囲にすることができる。

［第２の実施形態の利用例］
図１６は、第２の実施形態の電力変換装置２の利用例を示す図である。図示するように、二つの電力変換装置２（１）、２（２）がセットで使用される。電力変換装置２（１）は、交流系統１００（１）に接続され、電力変換装置２（２）は、交流系統１００（２）に接続される。交流系統１００（１）と交流系統１００（２）は、例えば、周波数が異なる二つの交流系統である。

電力変換装置２（１）の正側直流端子９０Ｐと電力変換装置２（２）の正側直流端子９０Ｐは、直流系統１１０Ｐを介して接続される。直流系統１１０Ｐは、避雷器６６を介して接地される。図１５の例では、一つの電力変換装置２の正側直流端子９０Ｐに一つの避雷器６６が取り付けられるものとしたが、図１５の例では、二つの電力変換装置２によって避雷器６６を共用している。これによって、装置のコストや設置スペースを低減することができる。

電力変換装置２（１）の負側直流端子９０Ｎと電力変換装置２（２）の負側直流端子９０Ｎは、直流系統１１０Ｎを介して接続される。直流系統１１０Ｎは、避雷器６６を介して接地される。図１５の例では、一つの電力変換装置２の負側直流端子９０Ｎに一つの避雷器６６が取り付けられるものとしたが、図１５の例では、二つの電力変換装置２によって避雷器６６を共用している。これによって、装置のコストや設置スペースを低減することができる。

更に、電力変換装置２（１）の中性点５８と電力変換装置２（２）の中性点５８は、中性点接続線１１０Ｃによって接続される。中性点接続線１１０Ｃは、事故電流制限用抵抗７２を介して接地される。図１５の例では、一つの電力変換装置２の中性点５８に一つの事故電流制限用抵抗７２が取り付けられるものとしたが、図１５の例では、二つの電力変換装置２によって事故電流制限用抵抗７２を共用している。これによって、装置のコストや設置スペースを低減することができる。

また、中性点接続線１１０Ｃにおける電力変換装置２（１）と事故電流制限用抵抗７２との間の箇所には、開閉器７４（１）が設けられる。中性点接続線１１０Ｃにおける電力変換装置２（２）と事故電流制限用抵抗７２との間の箇所には、開閉器７４（２）が設けられる。これらの開閉器は、電力変換装置２（１）および２（２）が設定されて必要な箇所が接地されたときに、オフ状態からオン状態に制御され、直流系統が接続された後、一方がオフ状態に制御される。図１４において、ステップＳ１０６の「断路器」を「開閉器」と読み替えることで、電力変換装置２の使用方法とすることができる。この状態において、電力変換装置２（１）と電力変換装置２（２）のうち一方は、中性点が直接的には接地されていない状態となるが、他方の中性点が接地されていれば、電力変換装置２（１）と電力変換装置２（２）が対称構造を有するため、中性点が接地電位に近い電位に維持される。

これによって、電力変換装置２（１）、直流系統１１０Ｐ、１１０Ｎおよび電力変換装置２（２）が交流を交流に変換する電力変換システムを構成する。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、三相のそれぞれに対応するアーム（１０−Ｕ、１０−Ｖ、および１０−Ｗ）を備え、各アームは、直列に接続された複数のスイッチング素子（４１および４２）と、直列に接続された複数のスイッチング素子に対して並列に接続されたコンデンサ（４６）とを含む複数の変換器（Ｃ）が互いに直列に接続され、一端が正側直流端子（９０Ｐ）に接続される正側アーム（２０）と、正側アームの他端と中性点（５８）との間に設けられ、対応する相の二次巻線（５２）と磁気結合する第１の一次巻線（５４）と、複数の変換器が互いに直列に接続され、一端が負側直流端子（９０Ｎ）に接続される負側アームと、負側アームの他端と中性点との間に設けられ、第１の一次巻線と共通する二次巻線と磁気結合する第２の一次巻線（５６）と、を備え、各アームの中性点は、互いに接続され且つ接地され、二次巻線（５２）の中性点（５３）も接地されるため、装置のサイズやコストの増大を抑制しつつ、絶縁耐圧の低い部品を使用可能にすることができる。

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。これら実施形態は、その他の様々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同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
例えば、［利用例］のフローチャートにおいて「直流系統１１０を二つの電力変換装置にそれぞれ接続し（ステップＳ１０６）、二系統の交流系統１００を二つの電力変換装置にそれぞれ接続する（ステップＳ１０８）。」と記載したが、これに代えて「先に二系統の交流系統１００を二つの電力変換装置にそれぞれ接続し（ステップＳ１０８）、次に直流系統１１０を二つの電力変換装置にそれぞれ接続する（ステップＳ１０６）」形態であってもよい。

Claims (15)

1. 三相のそれぞれに対応するアームを備え、
   各アームは、
   直列に接続された複数のスイッチング素子と、前記直列に接続された複数のスイッチング素子に対して並列に接続されたコンデンサとを含む複数の変換器が互いに直列に接続され、一端が正側直流端子に接続される正側アームと、
   前記正側アームの他端と中性点との間に設けられ、対応する相の二次巻線と磁気結合する第１の一次巻線と、
   複数の前記変換器が互いに直列に接続され、一端が負側直流端子に接続される負側アームと、
   前記負側アームの他端と前記中性点との間に設けられ、前記第１の一次巻線と共通する二次巻線と磁気結合する第２の一次巻線と、を備え、
   前記各アームの中性点は、互いに接続され且つ接地され、
   前記二次巻線の中性点も接地される、
   電力変換装置。
2. 前記各アームの中性点は、互いに接続され、且つ断路器を介して接地される、
   請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記各アームの中性点は、互いに接続され、且つ並列に設けられた断路器および抵抗を介して接地される、
   請求項１記載の電力変換装置。
4. 前記各アームの中性点は、並列に設けられた断路器および抵抗を介して接続点で接続され、且つ前記接続点よりも先で接地される、
   請求項１記載の電力変換装置。
5. 前記第１の一次巻線、前記第２の一次巻線、および前記二次巻線を含むトランスに包含され、相間で互いに接続される安定巻線を更に備える、
   請求項１記載の電力変換装置。
6. 前記各アームの中性点は、互いに接続され、且つ並列に設けられた断路器およびアレスタを介して接地される、
   請求項１記載の電力変換装置。
7. 請求項１から６のうちいずれか１項記載の電力変換装置を二つ備え、
   前記二つの電力変換装置の正側直流端子同士が接続され、
   前記二つの電力変換装置の負側直流端子同士が接続され、
   前記二つの電力変換装置の交流側は互いに異なる交流系統に接続される、
   電力変換システム。
8. 請求項２から４、または６のうちいずれか１項記載の電力変換装置を二つ備える電力変換システムの使用方法であって、
   前記二つの電力変換装置のうち第１の電力変換装置の断路器を導通状態にし、前記二つの電力変換装置のうち第２の電力変換装置の断路器を遮断状態にした状態で、前記二つの電力変換装置の運用を開始する、
   電力変換システムの使用方法。
9. 前記二次巻線の中性点は、ＮＧＲを介して、或いは、１０Ω以下での接地または有効接地により接地される、
   請求項１記載の電力変換装置。
10. 前記各アームの中性点は、事故電流制限用抵抗を介して接地される、
    請求項１または９記載の電力変換装置。
11. 以下の箇所のうち一部または全部は、避雷器を介して接地される：
    （ａ）前記二次巻線の中性点
    （ｂ）三相ごとの、前記交流系統と二次巻線との間の箇所
    （ｃ）三相ごとの、前記正側アームと前記第１の一次巻線との間の箇所
    （ｄ）三相ごとの、前記負側アームと前記第２の一次巻線との間の箇所
    （ｅ）正側直流端子および負側直流端子
    請求項１、９、または１０記載の電力変換装置。
12. 請求項１０記載の電力変換装置を二つ備え、
    前記二つの電力変換装置の正側直流端子同士が接続され、
    前記二つの電力変換装置の負側直流端子同士が接続され、
    前記二つの電力変換装置の前記各アームの中性点同士が接続されると共に、前記中性点同士を接続する線が、前記二つの電力変換装置によって共用される一つの前記事故電流制限用抵抗を介して接地され、
    前記二つの電力変換装置の交流側は互いに異なる交流系統に接続される、
    電力変換システム。
13. 前記中性点同士を接続する線における、前記二つの電力変換装置のうち第１の電力変換装置と前記事故電流制限用抵抗との間に第１の開閉器が設けられ、
    前記中性点同士を接続する線における、前記二つの電力変換装置のうち第２の電力変換装置と前記事故電流制限用抵抗との間に第２の開閉器が設けられる、
    請求項１２記載の電力変換システム。
14. 請求項１３記載の電力変換システムの使用方法であって、
    前記第１の開閉器を導通状態にし、前記第２の開閉器を遮断状態にした状態で、前記二つの電力変換装置の運用を開始する、
    電力変換システムの使用方法。
15. 請求項１１記載の電力変換装置を二つ備え、
    前記二つの電力変換装置の正側直流端子同士が接続されると共に、前記正側直流端子同士を接続する線が、前記二つの電力変換装置によって共用される一つの前記避雷器を介して接地され、
    前記二つの電力変換装置の負側直流端子同士が接続されると共に、前記負側直流端子同士を接続する線が、前記二つの電力変換装置によって共用される一つの前記避雷器を介して接地され、
    前記二つの電力変換装置の交流側は互いに異なる交流系統に接続される、
    電力変換システム。

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