WO2018078807A9

WO2018078807A9 - 電力変換装置および高調波抑制装置

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Publication number: WO2018078807A9
Application number: PCT/JP2016/082113
Authority: WO
Inventors: 憲嗣岩崎; 有澤　浩一
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2019-04-18
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Abstract

高調波抑制装置（２）において、直流電源（９）は第１の電源配線（ＰＬ１）と第１の接地配線（ＮＬ１）との間に接続される。電力変換器（５）は、第１の電源配線（ＰＬ１）および第１の接地配線（ＮＬ１）の間の第１の電源電圧を交流電圧に変換するように構成される。制御装置（１５）は、第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧を供給する第２の電源配線（ＰＬ２）と第２の接地配線（ＮＬ２）との間に接続され、電力変換器（５）を制御する。分離部（１４）は、第１の接地配線（ＮＬ１）と第２の接地配線（ＮＬ２）とを互いに分離するように構成される。第１の接地配線（Ｎｌ１）と第２の接地配線（ＮＬ２）とは単一のノード（Ｐ１）において電気的に接続される。

Description

電力変換装置および高調波抑制装置

　この発明は、電力変換装置および高調波抑制装置に関する。

　高調波抑制装置は、一般的に、負荷に接続されており、負荷が発生する高調波電流とは逆位相の補償電流を電力系統に供給することで、高調波成分を相殺するように構成されている。高調波抑制装置において、制御部は、負荷に流れる電流（以下、負荷電流）の高調波成分を抽出し、抽出した高調波成分とは逆位相となる補償電流指令を生成する。

　補償電流指令を生成するためには、負荷電流から高調波成分を精度良く抽出しなければならないが、負荷電流を検出するための電流検出器にノイズが混入すると、高調波成分を抽出する精度が低下し、結果的に高調波成分を相殺することが困難となる。

　また、高調波抑制装置においては、補償電流を生成するためのインバータ回路が用いられる。高調波成分を相殺し得る補償電流を出力するためには、インバータ回路は、系統電圧よりも高い交流電圧を出力することが要求される。そのため、高調波抑制装置では、直流電源であるコンデンサとインバータ回路の直流側端子との間に接続される直流母線の電圧を、系統電圧の実効値よりも高い電圧に保つ必要がある。母線電圧を一定電圧に保つためには、母線電圧を正確に検出することが求められる。

　しかしながら、高電圧および大電流を扱うインバータ回路からは、スイッチングノイズを含む多くのノイズが発生するため、母線電圧を検出するための電圧検出器に対してノイズが混入し、電圧検出器の検出精度を低下させる可能性がある。

　上述したノイズの影響の対策として、特開平３－２０３５２０号公報（特許文献１）では、高調波抑制装置において、高調波電流補償演算回路からの補償電流指令をアナログ増幅して補償電流として出力するアナログ増幅回路において、補償電流指令を送るための回路と補償電流を出力するための回路との間をフォトカプラで結合することで、両回路間の電気的絶縁を実現している。

　また、特開平１１－２７５７６１号公報（特許文献２）では、高調波抑制装置において、コンデンサの充放電を制御する制御部において、コンデンサの端子間電圧を検出するための電圧検出器として、端子間電圧を増幅する絶縁増幅器を用いている。これにより、コンデンサと制御部との間の電気的絶縁を確保している。

特開平３－２０３５２０号公報特開平１１－２７５７６１号公報

　上記特許文献１，２に記載される技術によれば、実質的に、インバータ回路と電圧検出器とは電気的に絶縁されるため、インバータ回路から電圧検出器および制御部等にノイズが混入することを抑制することができる。その一方で、インバータ回路の基準電位と、制御部の基準電位とは互いに分離されているため、２つの基準電位の間に電位差が生じる可能性がある。

　２つの基準電位の間に電位差が生じると、高調波抑制装置全体として正常な動作ができず、母線電圧を一定電圧に保つことが困難となり得る。その結果、高調波抑制装置は、高調波成分を相殺し得る補償電流を出力することができなくなり、高調波抑制性能が低下してしまう可能性がある。

　この発明は上記の問題点を解決するためになされたものであって、電力変換装置において、高調波抑制装置としての性能を確保することを可能にする技術を提供することである。

　この発明のある局面による電力変換装置は、直流電源と、電力変換器と、制御装置と、分離部とを備える。直流電源は、第１の電源配線と第１の接地配線との間に接続される。電力変換器は、第１の電源配線および第１の接地配線の間の第１の電源電圧を交流電圧に変換するように構成される。制御装置は、第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧を供給するための第２の電源配線と第２の接地配線との間に接続される。制御装置は電力変換器を制御するように構成される。分離部は、第１の接地配線と第２の接地配線とを互いに分離するように構成される。第１の接地配線と第２の接地配線とは単一のノードにおいて電気的に接続される。

　この発明によれば、電力変換装置において、高調波抑制装置としての性能を確保することができる。

この発明の実施の形態１に従う電力変換装置の構成を示す回路図である。図１に示した制御装置の機能ブロック図である。電圧検出部の詳細な構成について説明するための図である。この発明の実施の形態２に従う電力変換装置の構成を示す回路図である。図４に示した制御装置の機能ブロック図である。制御装置の詳細な構成について説明するための図である。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当する部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に従う電力変換装置の構成を示す回路図である。実施の形態１に従う電力変換装置２は、例えば、高調波抑制装置に適用することができる。

　図１を参照して、交流電源１は、代表的にはＡＣ１００ＶまたはＡＣ２００Ｖの商用系統電源である。交流電源１から供給される交流電力は、電力系統Ｌ１を経由して負荷３に供給される。負荷３はインバータなどの電力変換装置を含み、高調波電流を発生し得る。負荷３から発生した高調波電流が電力系統Ｌ１に流出すると、電力系統Ｌ１の電力品質が低下する可能性がある。

　電力変換装置２は、負荷３に接続されており、負荷３が発生する高調波電流とは逆位相の補償電流を電力系統Ｌ１に供給するように構成される。これにより、負荷３から発生した高調波電流が相殺されるため、電力系統Ｌ１の電流波形が補償されて正弦波となる。

　具体的には、電力変換装置２は、リアクトル４と、電力変換器５と、電源配線ＰＬ１と、接地配線ＮＬ１と、直流電源９と、電圧検出器１０と、電流検出器１８と、制御装置１５とを備える。

　直流電源９は、電源配線ＰＬ１と接地配線ＮＬ１との間に接続される。直流電源９は、蓄電装置であり、たとえば、電気二重層キャパシタＣ１を含む。直流電源９は、リチウムイオン二次電池およびニッケル水素電池のような二次電池を含んでいてもよい。あるいは、直流電源９は、蓄電装置と、蓄電装置から出力される直流電圧を昇圧または降圧するように構成されたコンバータとを含んでいてもよい。

　直流電源９は、電力系統Ｌ１における交流電圧の振幅相当の直流電圧よりも高い直流電圧（たとえば、１００Ｖよりも高い直流電圧）Ｖｄｃを保持する。以下では、直流電圧Ｖｄｃを電源電圧Ｖｄｃとも称する。本実施の形態１において、直流電圧（電源電圧）Ｖｄｃは「第１の電源電圧」に対応し、電源配線ＰＬ１は「第１の電源配線」に対応し、接地配線ＮＬ１は「第１の接地配線」に対応する。

　電力変換器５は、電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１と電力系統Ｌ１との間に接続される。電力変換器５は、電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１の間の直流電圧Ｖｄｃを、交流電圧に変換して電力系統Ｌ１に供給する。電力系統Ｌ１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相を有しており、３つの電力線（Ｕ相ラインＵＬ、Ｖ相ラインＶＬ、Ｗ相ラインＷＬ）を含む。

　電力変換器５は、たとえば三相インバータであり、Ｕ相アーム６、Ｖ相アーム７およびＷ相アーム８を含む。各相アームは、２つの半導体スイッチング素子と２つのダイオードとを含む。本実施の形態では、半導体スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）が用いられる。半導体スイッチング素子の材料としては、Ｓｉ（シリコン）だけでなく、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）、Ｃ（ダイヤモンド）などのワイドギャップ半導体を用いてもよい。

　Ｕ相アーム６は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２を含む。ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２は、電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１の間に直列に接続される。ダイオードＤ１，Ｄ２は、ＩＧＢＴ素子Ｑ１，Ｑ２にそれぞれ逆並列に接続される。

[規則91に基づく訂正 25.12.2018]　
　Ｖ相アーム７は、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４およびダイオードＤ３，Ｄ４を含む。ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４は、電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１の間に直列に接続される。ダイオードＤ３，Ｄ４は、ＩＧＢＴ素子Ｑ３，Ｑ４にそれぞれ逆並列に接続される。

　Ｗ相アーム８は、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６およびダイオードＤ５，Ｄ６を含む。ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６は、電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１の間に直列に接続される。ダイオードＤ５，Ｄ６は、ＩＧＢＴ素子Ｑ５，Ｑ６にそれぞれ逆並列に接続される。電力変換器６の各相アームの中間点（各ＩＧＢＴ素子の接続点）は、リアクトル４を介して電力系統Ｌ１の各相ラインに接続される。

　電流検出器１７は、電力系統Ｌ１から負荷３に流れる交流電流（負荷電流）ＩＬを検出し、その検出値を示す信号を制御装置１５に出力する。電流検出器１８は、電力系統Ｌ１および電力変換器５の間に流れる交流電流（インバータ電流）Ｉｉを検出し、その検出値を示す信号を制御装置１５に出力する。

　電圧検出器１０は、コンデンサＣ１の両端の電圧（電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１間の直流電圧に相当）Ｖｄｃを検出し、その検出値を示す信号を制御装置１５に出力する。電圧検出器１０の詳細な構成については後述する。直流電圧Ｖｄｃは、たとえば１００Ｖを超える高電圧である。

　電圧検出器１６は、電力系統Ｌ１の交流電圧（系統電圧）Ｖｓを検出し、その検出値を示す信号を制御装置１５に出力する。系統電圧Ｖｓは、たとえば実効値が１００Ｖ程度である。

　制御装置１５は、電源配線ＰＬ２および接地配線ＮＬ２に電気的に接続される。電源配線ＰＬ２は、直流電圧Ｖｄｃよりも低い電源電圧Ｖｃｃを制御装置１５に供給する。このように、制御装置１５に供給される電源電圧Ｖｃｃは「第２の電源電圧」に対応し、電源配線ＰＬ２は「第２の電源配線」に対応し、接地配線ＮＬ２は「第２の接地配線」に対応する。

　制御装置１５は、たとえばマイクロコンピュータで構成され、電力変換器５の動作を制御する。制御装置１５は、直流電源９の電圧Ｖｄｃに比べて遥かに低い電圧を電源電圧Ｖｃｃとして動作する。制御装置１５の電源電圧Ｖｃｃは、たとえば最大１５Ｖである。

　本実施の形態では、ＩＧＢＴ素子Ｑ１～Ｑ６の制御方式としてＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）制御を適用する。制御装置１５は、電流検出器１７，１８および電圧検出器１０，１６の出力信号を受けてＰＷＭ制御を実行することにより、電力変換器５の制御信号Ｓ１～Ｓ６を生成する。

　以下、本実施の形態１による電力変換装置２の制御構成について説明する。
　図２は、図１に示した制御装置１５の機能ブロック図である。

　図２を参照して、制御装置１５は、位相検出部２０と、補償電流指令演算部２２と、電流制御部２４と、ＰＷＭ回路２６と、ゲート駆動回路２８とを含む。

　位相検出部２０は、電圧検出器１６により検出された系統電圧Ｖｓに基づいて、電力系統Ｌ１の三相交流電圧の位相θを算出する。位相検出部２０は、算出した位相θを補償電流指令演算部２２へ出力する。

[規則91に基づく訂正 25.12.2018]　
　補償電流指令演算部２２は、位相検出部２０からの位相θ、および電圧検出器１０により検出された直流電圧Ｖｄｃに基づいて、補償電流指令Ｉｉ＊を生成する。補償電流指令Ｉｉ＊は、以下に述べるように、負荷電流ＩＬの高調波成分を相殺するための高調波電流指令と、直流電圧Ｖｄｃを所定の電圧に保つための充電電流指令とを加算することによって生成される。

　具体的には、補償電流指令演算部２２は、まず、位相検出部２０により算出された位相θを用いて、三相の負荷電流ＩＬを三相／二相変換して、ｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑを算出する。次に、補償電流指令演算部２２は、算出されたｄ軸電流Ｉｄおよびｑ軸電流Ｉｑから基本波成分を除去することにより、ｄ軸高調波成分およびｑ軸高調波成分を求める。続いて、補償電流指令演算部２２は、位相θを用いて、ｄ軸高調波成分およびｑ軸高調波成分を二相／三相変換することにより、三相の高調波成分を算出する。補償電流指令演算部２２は、この三相の高調波成分に「－１」を乗算して符号を反転することにより、高調波補償電流指令を生成する。

　補償電流指令演算部２２は、また、電圧検出器１６により検出された直流電圧Ｖｄｃに基づいて、充電電流指令を生成する。具体的には、直流電圧Ｖｄｃが所定の電圧に等しいときには、充電電流指令は０に設定される。一方、直流電圧Ｖｄｃが上記所定の電圧よりも低いときには、充電電流指令は、所定の電圧に対する直流電圧Ｖｄｃの偏差が大きくなるに従って高い値となるように設定される。なお、所定の電圧は、電力系統Ｌ１の三相交流電圧の実効値よりも高い電圧（たとえば、１００Ｖを超える電圧）に設定される。

　補償電流指令演算部２２は、最後に、高調波電流補償指令と充電電流指令とを加算することにより、補償電流指令Ｉｉ＊を生成する。

　電流制御部２４は、補償電流指令Ｉｉ＊に対する電流検出器１８により検出されたインバータ電流Ｉｉの偏差ΔＩｉを比例積分演算する。電流制御部２４は、その演算結果を、基準電圧指令に加算することにより、三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊を生成する。基準電圧指令とは、電力系統Ｌ１が供給すべき三相交流電圧の電圧値を示す。三相交流電圧の電圧値は基本波成分のみを含む。

　ＰＷＭ回路２６は、電流制御部２４により生成された三相電圧指令Ｖｕ＊，Ｖｖ＊，Ｖｗ＊と、たとえば三角波状のキャリア信号とに基づいて、各相のパルス幅変調演算を行なうことにより、電力変換器５を構成するＩＧＢＴ素子Ｑ１～Ｑ６をスイッチング制御するための制御信号（ゲート信号）を生成する。

　ゲート駆動回路２８は、ＰＷＭ回路２６により生成されたゲート信号を、電力変換器５を構成するＩＧＢＴ素子Ｑ１～Ｑ６の制御端子（たとえば、ゲート端子）に与える。

　以上説明したように、制御装置１５は、電圧検出器１０により検出される直流電圧Ｖｄｃを所定の電圧に保つように、電力変換器５を制御する。

　しかしながら、上記制御構成において、電圧検出器１０を通じて制御装置１５と電力変換器５とが電気的に接続されていると、電力変換器５に含まれるＩＧＢＴ素子が発生するスイッチングノイズやその他のノイズが電圧検出器１０を通じて制御装置１５内部に混入する可能性がある。

　特に、本実施の形態１のように、電力変換装置２が高調波抑制装置である場合には、制御装置１５内部にノイズが混入することで、負荷電流ＩＬの高調波成分を精度良く検出することが困難となる。また、制御装置１５の基準電位となる接地電位がノイズの影響を受けて変動するため、電圧検出器１０の検出値および制御装置１５の電源電圧等が不安定となる。その結果、制御装置１５において、高調波成分を相殺するための補償電流を正しく生成することができず、高調波抑制性能が低下してしまう可能性がある。

　このようなノイズへの対策として、本実施の形態１では、電圧検出器１０の内部に分離部１４を設ける。分離部１４は、以下に述べるように、高圧系回路群１００と低圧系回路群１１０との間で、接地配線同士を互いに分離する働きを有する。分離部１４は「第１の絶縁回路」に対応する。

　以下、図２および図３を参照して、電圧検出器１０の詳細な構成について説明する。
　図２および図３に示すように、電圧検出器１０は、入力部１２と、出力部１３と、分離部１４とを含む。

　入力部１２は、電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１の間に接続され、直流電源９からの直流電圧Ｖｄｃを受ける。入力部１２は、直流電圧Ｖｄｃを降圧し、その降圧した直流電圧を分離部１４に出力する。たとえば、入力部１２は、１００Ｖを超える直流電圧Ｖｄｃを０～５Ｖの範囲の低電圧に降圧するように構成される。入力部１２には、たとえば、直流電圧Ｖｄｃを所定の分圧比で分圧する分圧回路を含む。

　上記のように、制御装置１５の電源電圧Ｖｃｃは、たとえば最大１５Ｖ程度であり、直流電圧Ｖｄｃに比べて低い。そのため、電圧検出器１０は、電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１の間の直流電圧Ｖｄｃを直接的に制御装置１５に入力することができない。そこで、電圧検出器１０では、入力部１２において、直流電圧Ｖｄｃを制御装置１５の電源電圧Ｖｃｃよりも低い電圧（たとえば、５Ｖ以下程度）に降圧している。

　出力部１３は、入力部１２から分離部１４を経由して入力される直流電圧が、安定的に０～５Ｖの範囲内に収まるように、当該直流電圧を増幅する。出力部１３は、増幅した直流電圧を、直流電圧Ｖｄｃの検出値を示す信号として制御装置１５内部の補償電流指令演算部２２に出力する。出力部１３は、たとえば、トランジスタまたはオペアンプ等によって構成された増幅回路を含む。

　分離部１４は、入力部１２と出力部１３との間に接続される。分離部１４は絶縁回路を含む。絶縁回路としては、たとえば、フォトカプラ、絶縁増幅器、および、信号伝送用のトランスなどを用いることができる。分離部１４は、絶縁回路を介して入力部１２からの直流電圧を出力部１３に伝達する。

　ただし、絶縁回路の特性によっては、分離部１４から出力される直流電圧が０～２．５Ｖの範囲に抑えられる場合がある。出力部１３は、このような場合においても、分離部１４の出力を増幅することで、制御装置１５に与えられる信号が０～５Ｖの電圧の範囲内に収まるように調整している。

　本実施の形態１に従う電力変換装置２は、直流電源９および電力変換器５を主体とする、電源電圧Ｖｄｃの供給を受ける高圧系回路群１００と、制御装置１５を主体とする、電源電圧Ｖｃｃの供給を受ける低圧系回路群１１０とに分かれて構成されている。高圧系回路群１００は電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１に電気的に接続され、低圧系回路群１１０は電源配線ＰＬ２および接地配線ＮＬ２に電気的に接続されている。

　そして、上記構成において、電圧検出器１０に設けられた分離部１４によって、高圧系回路群１００の接地配線ＮＬ１と、低圧系回路群１１０の接地配線ＮＬ２とは互いに分離されている。なお、本願明細書において、接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２とが互いに分離されているとは、接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２とが互いに物理的に分離されていることを意味する。

　このような構成とすることにより、高圧系回路群１００において発生したノイズが接地配線ＮＬ１および接地配線ＮＬ２を通じて低圧系回路群１１０に伝搬することが抑制される。したがって、高圧系回路群１００から低圧系回路群１１０へのノイズの混入を防止することができる。

　さらに、本実施の形態１では、図３中に破線ｋ１～ｋ４で示されるように、接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２とは、単一のノードＰ１において電気的に接続されている。したがって、接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２とは同電位となる。

　上記のように、接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２とを互いに分離すると、高圧系回路群１００および低圧系回路群１１０の間でのノイズの伝搬が抑制されるが、その一方で、接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２との間に電位差が生じる可能性がある。この場合、高圧系回路群１００における基準電位である接地電位と、低圧系回路群１１０における基準電位である接地電位とが異なるため、電力変換装置２全体として正常な動作ができなくなる。その結果、電力変換装置２が高調波抑制装置である場合には、直流電圧Ｖｄｃを所定の電圧に保つことが困難となる。これにより、高調波成分を相殺するための補償電流を正しく生成することができず、高調波抑制性能が低下してしまう可能性がある。

　本実施の形態１によれば、接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２との間の電位差を無くすことができるため、高圧系回路群１００における接地電位と、低圧系回路群１１０における接地電位とを定常的に一致させることができる。したがって、電力変換装置２全体として正常な動作を行なうことができるため、高調波抑制性能を確保することができる。

　なお、本実施の形態１では、単一のノードＰ１によって接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２とを電気的に接続したことで、接地配線ＮＬ１，ＮＬ２間でノイズが伝搬することを抑制することができる。これは、接地配線ＮＬ１，ＮＬ２の各々を流れる電流（以下、接地電流とも称する）はいずれもノードＰ１に向かって流れるため、一方の接地配線を流れる接地電流が他方の接地配線に流れ込むことが無いことによる。

　ここで、図３に示されるように、単一のノードＰ１は、高圧系回路群１００の接地配線ＮＬ１上に設けられることが好ましい。

　なぜなら、低圧系回路群１１０の接地配線ＮＬ２上にノードＰ１を設けた場合では、接地配線ＮＬ１とノードＰ１との間には配線インピーダンスが存在するため、接地配線ＮＬ１に大きな接地電流が流れると、この配線インピーダンスによる電圧降下が発生し、基準電位となる接地電位が変動する可能性が生じるためである。これに対して、接地配線ＮＬ１にノードＰ１を設けた場合には、接地配線ＮＬ２に流れる接地電流は非常に小さいため、接地配線ＮＬ２とノードＰ１との間に生じる電圧降下量も小さくなり、結果的に接地電位ＧＮＤの変動を抑えることができる。

　また、高圧系回路群１００において、たとえば電力変換器５を構成するＩＧＢＴ素子Ｑ１～Ｑ６のいずれかが短絡する故障が発生した場合、接地配線ＮＬ１には非常に大きな短絡電流が流れる可能性がある。接地配線ＮＬ１上にノードＰ１が設けられていることで、短絡電流が直ちにノードＰ１に流れるため、接地配線ＮＬ２に流れ込むことがない。したがって、大電流から低圧系回路群１１０を保護することができる。

　実施の形態２．
　図４は、この発明の実施の形態２に従う電力変換装置の構成を示す回路図である。

　図４を参照して、実施の形態２に従う電力変換装置２は、図１に示した実施の形態１に従う電力変換装置２に対して、分離部３０を追加したものである。

　分離部３０は、制御装置１５内部に設けられる。具体的には、分離部３０は、ＰＷＭ回路２６とゲート駆動回路２８との間に接続される。分離部３０は、分離部１４と同様、絶縁回路を含む。絶縁回路としては、たとえば、フォトカプラ、絶縁増幅器、および、信号伝送用のトランスなどを用いることができる。分離部３０は、絶縁回路を介してＰＷＭ回路２６からの制御信号（ゲート信号）をゲート駆動回路２８に伝達する。分離部３０は「第２の絶縁回路」に対応する。ＰＷＭ回路２６は「第１の制御回路」の一実施例に対応し、ゲート駆動回路２８は「第２の制御回路」の一実施例に対応する。

　本実施の形態２に従う電力変換装置２は、実施の形態１に従う電力変換装置２と同様に、電源電圧Ｖｄｃの供給を受ける高圧系回路群１００と、電源電圧Ｖｃｃの供給を受ける低圧系回路群１１０とに分かれて構成される。高圧系回路群１００は電源配線ＰＬ１および接地配線ＮＬ１に電気的に接続され、低圧系回路群１１０は電源配線ＰＬ２および接地配線ＮＬ２に電気的に接続されている。上記構成において、電圧検出器１０に設けられた分離部１４によって、高圧系回路群１００の接地配線ＮＬ１と、低圧系回路群１１０の接地配線ＮＬ２とは互いに分離されている。

[規則91に基づく訂正 25.12.2018]　
　本実施の形態２では、さらに、制御装置１５内に分離部３０を設けることによって、制御装置１５内に含まれる複数の回路を、電力変換器５などの高圧系回路に近接して配置せざるを得ない回路から成る回路群と、ノイズの影響を受けやすい回路から成る回路群とに分ける。図５および図６では、前者の回路群を高圧系制御回路群１５Ａと表記し、後者の回路群を低圧系制御回路群１５Ｂと表記する。

[規則91に基づく訂正 25.12.2018]　
　図５に示すように、ゲート駆動回路２８は、ＰＷＭ回路２６で生成されたゲート信号を電力変換器５のＩＧＢＴ素子Ｑ１～Ｑ６のゲート端子に与えるため、電力変換器５に近接して配置する必要がある。よって、ゲート駆動回路２８は、高圧系制御回路群１５Ａに含まれる。

　一方、ＰＷＭ回路２６、電流制御部２４、補償電流指令演算部２２および位相検出部２０は、協働して電力変換器５の動作を制御するための制御信号を生成するため、ノイズの混入を避ける観点から高圧系回路とは分離して配置することが求められる。よって、ＰＷＭ回路２６、電流制御部２４、補償電流指令演算部２２および位相検出部２０は、低圧系制御回路群１５Ｂに含まれる。

　図５および図６に示すように、高圧系制御回路群１５Ａは高圧系回路群１００に組み込まれ、低圧系制御回路群１５Ｂは低圧系回路群１１０に組み込まれる。なお、分離部３０によって、接地配線ＮＬ１と低圧系制御回路群１５Ｂの接地配線ＮＬ２とは互いに分離されている。よって、高圧系制御回路群１５Ａから低圧系制御回路群１５Ｂへのノイズの混入を防止することができる。

　なお、高圧系制御回路群１５Ａには、図示は省略するが、電力変換器５に生じる異常を検知して電力変換器５を保護するための保護回路を含めることができる。なお、保護回路は、電力変換器５の異常を検知すると、ＩＧＢＴ素子Ｑ１～Ｑ６全てをゲート遮断（全てオフ）するように電力変換器５を制御する。

　また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様、図６中に破線ｋ１～ｋ６で示されるように、接地配線ＮＬ１と接地配線ＮＬ２とは、単一のノードＰ１において電気的に接続されている。好ましくは、単一のノードＰ１は、高圧系回路群１００の接地配線ＮＬ１上に設けられる。したがって、高圧系回路群１００および高圧系制御回路群１５Ａにおける接地電位ＧＮＤと、低圧系回路群１１０および低圧系制御回路群１５Ｂにおける接地電位ＧＮＤとを定常的に一致させることができる。これにより、電力変換装置２の正常な動作が保証されるため、高調波抑制性能を確保することができる。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　交流電源、２　電力変換装置、４　リアクトル、５　電圧変換器、６　Ｕ相アーム、７　Ｖ相アーム、８　Ｗ相アーム、９　直流電源、１０　電圧検出器、１２　入力部、１３　出力部、１４，３０　分離部、１５　制御装置、１５Ａ　高圧系制御回路群、１５Ｂ　低圧系制御回路群、１６　電圧検出器、１７，１８　電流検出器、２０　位相検出部、２２　補償電流指令演算部、２４　電流制御部、２６　ＰＷＭ回路、２８　ゲート駆動回路、１００　高圧系回路群、１１０　低圧系回路群、ＰＬ１，ＰＬ２　電源配線、ＮＬ１，ＮＬ２　接地配線、Ｌ１　電力系統、Ｑ１～Ｑ６　ＩＧＢＴ素子、Ｄ１～Ｄ６　ダイオード。

Claims

　第１の電源配線と第１の接地配線との間に接続される直流電源と、
　前記第１の電源配線および前記第１の接地配線の間の第１の電源電圧を交流電圧に変換するように構成された電力変換器と、
　前記第１の電源電圧よりも低い第２の電源電圧を供給するための第２の電源配線と第２の接地配線との間に接続され、前記電力変換器を制御するように構成された制御装置と、
　前記第１の接地配線と前記第２の接地配線とを互いに分離するように構成された分離部とを備え、
　前記第１の接地配線と前記第２の接地配線とは単一のノードにおいて電気的に接続される、電力変換装置。
　前記単一のノードは、前記第１の接地配線上に設けられる、請求項１に記載の電力変換装置。
　前記直流電源の電圧を検出するように構成された電圧検出器をさらに備え、
　前記電圧検出器は、
　前記第１の電源配線と前記第１の接地配線との間に接続され、前記直流電源の電圧を降圧するように構成された入力部と、
　前記第２の電源配線と前記第２の接地配線との間に接続され、前記入力部から与えられる電圧を前記制御装置に出力するように構成された出力部とを含み、
　前記分離部は、前記入力部と前記出力部との間に接続される第１の絶縁回路を含む、請求項１または２に記載の電力変換装置。
　前記制御装置は、
　前記第１の電源配線と前記第１の接地配線との間に接続される第１の制御回路と、
　前記第２の電源配線と前記第２の接地配線との間に接続され、前記第１の制御回路および前記電力変換器の間で信号を授受するように構成された第２の制御回路とを含み、
　前記分離部は、前記第１の制御回路と前記第２の制御回路との間に接続される第２の絶縁回路を含む、請求項１～３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
[規則91に基づく訂正 25.12.2018]　
　前記電力変換器は、前記第１の電源配線および前記第１の接地配線の間に電気的に接続される複数のスイッチング素子を含み、
　前記第１の制御回路は、前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を制御するための制御信号を生成する回路を含み、
　前記第２の制御回路は、前記制御信号に従って前記複数のスイッチング素子を駆動するように構成される回路を含む、請求項４に記載の電力変換装置。
　前記第１の接地配線により接地され、かつ、前記第１の電源電圧を受けて動作する高圧系回路群と、
　前記第２の接地配線により接地され、かつ、前記第２の電源電圧を受けて動作する低圧系回路群とをさらに備え、
　前記高圧系回路群は、前記直流電源および前記電力変換器を含み、
　前記低圧系回路群は、前記制御装置を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　請求項１～６のいずれか１項に記載の電力変換装置を備え、
　前記電力変換器は、電力系統を経由して負荷に接続されており、
　前記制御装置は、前記電力変換器を動作させて、前記負荷に流れる電流の高調波成分を逆極性の補償電流を前記電力系統に出力させるように構成される、高調波抑制装置。