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公開番号2021182849
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211125
出願番号2021024917
出願日20210219
発明の名称電力変換装置及び異常検出方法
出願人株式会社日立製作所
代理人特許業務法人磯野国際特許商標事務所
主分類H02M 7/487 20070101AFI20211029BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力変換装置における直流電圧検出器の異常を外部に接続されたモータやトランスの回路定数が未知の場合であっても適切に検出することができるようにする。
【解決手段】電力変換装置100は、直流電圧検出器の検出値を用いた指標により直流電圧検出器の異常有無を診断する第1種指標を算出する第1種指標算出部と、検出値が所定方向に変化する検出異常が第1直流電圧検出器25と第2直流電圧検出器26とのいずれか一方に発生したときに、指標の変化として現れる第2種指標を算出する第2種指標算出部と、第2種指標から総合診断指標を算出する総合診断指標算出部と、異常と仮定した直流電圧検出器の検出値を、他の直流電圧検出器の検出値に基づいて推定する出力推定値に切り替える動作を直流電圧検出器に対して行い、総合診断指標の変化に基づき第1直流電圧検出器25と第2直流電圧検出器26とのいずれに異常が発生しているかを判断する異常判断器72を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
交流を、第1電位と、第1電位よりも低い第2電位と、前記第2電位よりも低い第3電位とに変換するコンバータと、前記第1電位と、前記第2電位と、前記第3電位との電圧を交流に変換するインバータとを備える電力変換装置であって、
前記第1電位と前記第2電位との間に接続された第1平滑コンデンサと、
前記第2電位と前記第3電位との間に接続された第2平滑コンデンサと、
前記第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第1直流電圧検出器と、
前記第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第2直流電圧検出器と、
検出値が所定方向に変化する検出異常が前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれか一方に発生したときに、前記第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差と前記第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差とを含む回路において成り立つ電圧関係式に基づく直流電圧検出器の検出値を用いた指標により直流電圧検出器の異常有無を診断する第1種指標を算出する第1種指標算出部と、
検出値が所定方向に変化する検出異常が前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれか一方に発生したときに、指標の変化として現れる第2種指標を算出する第2種指標算出部と、
1又は2以上の第2種指標をスカラー合成あるいはベクトル合成した総合診断指標を算出する総合診断指標算出部と、
前記第1直流電圧検出器又は前記第2直流電圧検出器の中から異常が発生している直流電圧検出器を1つ仮定し、異常と仮定した直流電圧検出器の検出値を、他の直流電圧検出器の検出値に基づいて推定する出力推定値に切り替える動作を1又は2以上の直流電圧検出器に対して行い、前記出力推定値に切替える動作を行った後の総合診断指標の変化に基づき前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれに異常が発生しているかを判断する異常判断部と、
を備える電力変換装置。
続きを表示(約 5,600 文字)【請求項2】
前記インバータ側の第2電位と、前記コンバータ側の第2電位との間に接続され、直流共振を抑制するための中性点抵抗をさらに有し、
前記第1平滑コンデンサは、前記中性点抵抗よりもコンバータ側に接続されるコンバータ側第1平滑コンデンサと、前記中性点抵抗よりもインバータ側に接続されるインバータ側第1平滑コンデンサとを含み、
前記第2平滑コンデンサは、前記中性点抵抗よりもコンバータ側に接続されるコンバータ側第2平滑コンデンサと、前記中性点抵抗よりもインバータ側に接続されるインバータ側第2平滑コンデンサとを含み、
前記第1直流電圧検出器は、前記コンバータ側第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出するコンバータ側第1直流電圧検出器と、前記インバータ側第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出するインバータ側第1直流電圧検出器とを含み、
前記第2直流電圧検出器は、前記コンバータ側第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出するコンバータ側第2直流電圧検出器と、前記インバータ側第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出するインバータ側第2直流電圧検出器とを含み、
前記第1種指標は、コンバータ側第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差と、コンバータ側第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差と、インバータ側第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差と、インバータ側第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差とを含む回路において成り立つ電圧関係式に基づく直流電圧検出器の検出値を用いた指標であり、
前記第2種指標は、検出値が所定方向に変化する検出異常が前記コンバータ側第1直流電圧検出器と前記コンバータ側第2直流電圧検出器とのいずれか一方に発生したときに、指標の変化として現れるコンバータ側指標、又は、検出値が所定方向に変化する検出異常が前記インバータ側第1直流電圧検出器と前記インバータ側第2直流電圧検出器とのいずれか一方に発生したときに、指標の変化として現れるインバータ側指標との少なくとも一方を含む
請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記インバータ側の第2電位と、前記コンバータ側の第2電位との間には、直流共振を抑制するための中性点抵抗が接続されておらず、
前記第1平滑コンデンサは、前記コンバータ側に接続されるコンバータ側第1平滑コンデンサと、前記インバータ側に接続されるインバータ側第1平滑コンデンサとを含み、
前記第2平滑コンデンサは、前記コンバータ側に接続されるコンバータ側第2平滑コンデンサと、前記インバータ側に接続されるインバータ側第2平滑コンデンサとを含み、
前記第1平滑コンデンサと前記第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第3直流電圧検出器をさらに備え、
前記第1種指標算出部は、
前記第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差と、前記第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差と、前記第1平滑コンデンサと第2平滑コンデンサとが接続された電位間の電位差とを含む箇所において成り立つ電圧関係式に基づく直流電圧検出器の検出値を用いた指標である
請求項1に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記第1種指標算出部は、前記コンバータ側第1直流電圧検出器と前記コンバータ側第2直流電圧検出器とにより検出された電圧値の和と、前記インバータ側第1直流電圧検出器と前記インバータ側第2直流電圧検出器とにより検出された電圧値の和との差に基づいた指標であるインバータ・コンバータ間電圧検出値差指標を前記第1種指標として算出する
請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記第1種指標算出部は、前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器との合計電圧を測定する第3直流電圧検出器を備え、前記第1直流電圧検出器の電圧値と前記第2直流電圧検出器とにより検出された電圧値の和と、前記第3直流電圧検出器の電圧値との差に基づいた指標である第1及び第2平滑コンデンサ電圧検出値差指標を前記第1種指標として算出する
請求項2に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記第1直流電圧検出器と、前記第2直流電圧検出器とにより検出された電圧値の差に基づいて、前記コンバータの前記第2電位の電位をゼロに調整するための指令値を生成するコンバータ中性点制御装置をさらに備え、
前記第2種指標算出部は、
前記指令値に基づくコンバータ中性点電圧制御信号指標を前記第2種指標として算出する
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記コンバータの電源側の位置における電流を検出する交流電流検出器をさらに備え、
前記第2種指標算出部は、
前記電源側の位置での電流についての基準偶数次高調波波形を算出し、前記基準偶数次高調波波形と、前記交流電流検出器により検出された電流値との積に基づく指標であるコンバータ側偶数次高調波電流指標を前記第2種指標として算出する
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記コンバータの電源側の位置における電圧を検出する交流電圧検出器をさらに備え、
前記第2種指標算出部は、
前記電源側の位置での電圧についての基準偶数次高調波波形を計算し、前記基準偶数次高調波波形と、前記電源側の位置で検出される電圧値との積に基づく指標であるコンバータ側偶数次高調波電圧指標を前記第2種指標として算出する
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記第1直流電圧検出器と、前記第2直流電圧検出器とにより検出された電圧値の差に基づいて、前記インバータの前記第2電位の電位をゼロに調整するための指令値を生成するインバータ中性点制御装置をさらに備え、
前記第2種指標算出部は、
前記指令値に基づくインバータ中性点電圧制御信号指標を前記第2種指標として算出する
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項10】
前記インバータの負荷側の位置における電流を検出する電流検出器をさらに備え、
前記第2種指標算出部は、
前記負荷側の位置での電流についての基準偶数次高調波波形を算出し、前記基準偶数次高調波波形と、前記電流検出器により検出された電流値との積に基づく指標であるインバータ側偶数次高調波電流指標を前記第2種指標として算出する
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項11】
前記インバータ側の交流がU相、V相、W相を含む三相交流であり、
前記インバータの各相の電圧を検出する交流電圧検出器をさらに備え、
前記第2種指標算出部は、
前記交流電圧検出器により検出される、U相とV相との間の電圧である第1線間電圧と、V相とW相との間の電圧である第2線間電圧とが共に正又は、負である場合における第1線間電圧と第2線間電圧との差に基づく交流線間電圧指標を前記第2種指標として算出する
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項12】
前記異常判断部は、前記第1種指標に基づき全ての直流電圧器が正常と判断した場合における正常時総合診断指標を記憶し、
前記第1種指標に基づきいずれかの直流電圧器が異常と判断した場合において、
前記コンバータ側第1直流電圧検出器又は前記コンバータ側第2直流電圧検出器又は前記インバータ側第1直流電圧検出器又は前記インバータ側第2直流電圧検出器の中から1つを異常と仮定し、異常と仮定した直流電圧検出器の検出値を、他の直流電圧検出器の検出値に基づいて推定した出力推定値に切り替え、このときの総合診断指標(推定値切替時総合診断指標)を記憶する動作を、全ての直流電圧検出器に対して行い、
正常時総合診断指標に対する推定値切替時総合診断指標との差をそれぞれ計算し、差の大きさが最も小さいときに異常と仮定した直流電圧検出器が異常直流電圧検出器と判定する
請求項2又は請求項4、請求項6から請求項11のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項13】
前記異常判断部は、前記第1種指標に基づき全ての直流電圧器が正常と判断した場合における正常時総合診断指標を記憶し、
前記第1種指標に基づきいずれかの直流電圧器が異常と判断した場合において、
第1種直流電圧検出器又は第2直流電圧検出器の中から1つを異常と仮定し、異常と仮定した直流電圧検出器の検出値を、他の直流電圧検出器の検出値に基づいて推定した出力推定値に切り替え、このときの総合診断指標(推定値切替時総合診断指標)を記憶する動作を、全ての直流電圧検出器に対して行い、
正常時総合診断指標に対する推定値切替時総合診断指標との差をそれぞれ計算し、差の大きさが最も小さいときに異常と仮定した直流電圧検出器が異常直流電圧検出器と判定する
請求項3又は、請求項5から請求項11のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項14】
前記異常判断部は、
前記第1種指標に基づきいずれかの直流電圧器が異常と判断した場合における異常時総合診断指標をさらに記憶し、
正常時総合診断指標と異常時総合診断指標とに基づき基準値をさらに設定し、
前記第1種指標に基づきいずれかの直流電圧器が異常と判断した場合において、
異常と仮定した直流電圧検出器の検出値を、他の直流電圧検出器の検出値に基づいて推定した出力推定値に切り替え、その際の総合診断指標を記憶する動作を行った際における総合診断指標が前記基準値よりも正常時総合診断指標に近い値になった場合において、そのときに直流電圧検出器が異常直流電圧検出器と判定する
請求項12又は請求項13に記載の電力変換装置。
【請求項15】
前記コンバータの電源側の位置における電流を検出する交流電流検出器をさらに備え、
前記第2種指標算出部は、
前記電源側の位置での電流の基本波Q軸電流に含まれるキャリア周波数成分に基づく指標を前記第2種指標として算出する
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項16】
前記インバータの負荷側の位置における電流を検出する電流検出器をさらに備え、
前記第2種指標算出部は、
前記負荷側の位置での電流の基本波Q軸電流に含まれるキャリア周波数成分に基づく指標を前記第2種指標として算出する
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項17】
前記異常判断部は、前記インバータの負荷側の位置における負荷が無負荷であるか否かを検出し、
前記負荷が無負荷であると判定した時又は前記負荷が有負荷から無負荷に変化したと判定した時に、
異常と仮定した直流電圧検出器の検出値を、出力推定値又は出力補正値に切り替える動作を行う
請求項2又は請求項3に記載の電力変換装置。
【請求項18】
交流を、第1電位と、第1電位よりも低い第2電位と、前記第2電位よりも低い第3電位とに変換するコンバータと、前記第1電位と、前記第2電位と、前記第3電位との電圧を交流に変換するインバータとを備える電力変換装置による異常検出方法であって、
前記電力変換装置は、
前記第1電位と前記第2電位との間に接続された第1平滑コンデンサと、
前記第2電位と前記第3電位との間に接続された第2平滑コンデンサと、
前記第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第1直流電圧検出器と、
前記第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第2直流電圧検出器と、
検出値が所定方向に変化する検出異常が前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれか一方に発生したときに、前記第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差と前記第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差とを含む回路において成り立つ電圧関係式に基づく直流電圧検出器の検出値を用いた指標により直流電圧検出器の異常有無を診断する第1種指標を算出する第1種指標算出部と、
検出値が所定方向に変化する検出異常が前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれか一方に発生したときに、指標の変化として現れる第2種指標を算出する第2種指標算出部と、
1又は2以上の第2種指標をスカラー合成あるいはベクトル合成した総合診断指標を算出する総合診断指標算出部と、を備え、
前記第1直流電圧検出器又は前記第2直流電圧検出器の中から異常が発生している直流電圧検出器を1つ仮定し、異常と仮定した直流電圧検出器の検出値を、他の直流電圧検出器の検出値に基づいて推定する出力推定値に切り替える動作を1又は2以上の直流電圧検出器に対して行い、
前記出力推定値に切替える動作を行った後の総合診断指標の変化に基づき前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれに異常が発生しているかを判断する
異常検出方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電力変換装置及び異常検出方法に関する。
続きを表示(約 11,000 文字)【背景技術】
【0002】
交流電源の電力を可変電圧可変周波数の電力に変換する電力変換装置が知られている。電力変換装置には、直流回路に平滑コンデンサと、その平滑コンデンサの両端電圧を測定する直流電圧検出器とが備えられ、当該電力変換器の連系する交流系統との電力授受により、直流電圧が一定になるように制御される。
例えば、直流電圧検出器の健全性を確認するための技術として、運転時における複数の信号に基づき異常を判断するものが知られている(特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2019−195231号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1には、直流電圧検出器の健全性を確認するために運転中の直流電圧の挙動から複数の診断指標を作成し、複数の診断指標と基準値とを比較することで異常を判断する技術が示されているが、適用先の電力変換装置の外部に接続されたモータやトランスの回路定数が未知の場合に基準値を設定する技術は開示されていない。また、特許文献1の技術では、適用先の電力変換装置の外部に接続されたモータやトランスの回路定数が既知であっても、回路定数に応じて直流電圧検出器の異常に対する指標変化量が異なるため、適用先ごとに基準値を設定する必要がある。直流電圧検出器は、電力変換装置の直流電圧を制御するために必須なものであり、直流電圧検出器の異常は、システムの動作の不安定をもたらし、最悪の場合にはシステムが計画外停止し、大きな被害を及ぼす虞がある。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電力変換装置の外部に接続された回路の回路定数が未知であっても、電力変換装置における直流電圧検出器の異常を適切に検出することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、一観点に係る電力変換装置は、交流を、第1電位と、第1電位よりも低い第2電位と、前記第2電位よりも低い第3電位とに変換するコンバータと、前記第1電位と、前記第2電位と、前記第3電位との電圧を交流に変換するインバータとを備える電力変換装置であって、前記第1電位と前記第2電位との間に接続された第1平滑コンデンサと、前記第2電位と前記第3電位との間に接続された第2平滑コンデンサと、前記第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第1直流電圧検出器と、前記第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第2直流電圧検出器と、検出値が所定方向に変化する検出異常が前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれか一方に発生したときに、前記第1平滑コンデンサが接続された電位間の電位差と前記第2平滑コンデンサが接続された電位間の電位差とを含む回路において成り立つ電圧関係式に基づく直流電圧検出器の検出値を用いた指標により直流電圧検出器の異常有無を診断する第1種指標を算出する第1種指標算出部と、検出値が所定方向に変化する検出異常が前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれか一方に発生したときに、指標の変化として現れる第2種指標算出部と、1又は2以上の第2種指標をスカラー合成あるいはベクトル合成した総合診断指標を算出する総合診断指標算出部と、前記第1直流電圧検出器又は前記第2直流電圧検出器の中から異常が発生している直流電圧検出器を1つ仮定し、異常と仮定した直流電圧検出器の検出値を、他の直流電圧検出器の検出値に基づいて推定する出力推定値に切り替える動作を1又は2以上の直流電圧検出器に対して行い、前記出力推定値に切替える動作を行った後の総合診断指標の変化に基づき前記第1直流電圧検出器と前記第2直流電圧検出器とのいずれに異常が発生しているかを判断する異常判断部と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、電力変換装置の外部に接続された回路の回路定数が未知であっても、電力変換装置における直流電圧検出器の異常を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本発明の第1実施形態に係る電力変換システムの全体構成図である。
上記第1実施形態に係る異常判断器の構成図である。
上記第1実施形態に係る指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る第1指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る第2指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る第3指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る2次高調波を説明する第1の図(その1)である。
上記第1実施形態に係る2次高調波を説明する第1の図(その2)である。
上記第1実施形態に係る2次高調波を説明する第2の図(その1)である。
上記第1実施形態に係る2次高調波を説明する第2の図(その2)である。
上記第1実施形態に係る第4指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る第5指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る第6指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る第7指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る判定断面の抽出を説明する図である。
上記第1実施形態に係る異常検出器と異常検出器のゲインと指標201の変化を表にして示す図である。
上記第1実施形態に係る異常検出器と異常検出器のゲインと指標202の変化を表にして示す図である。
上記第1実施形態に係る異常検出器と異常検出器のゲインと指標203,204の変化を表にして示す図である。
上記第1実施形態に係る異常検出器と異常検出器のゲインと指標205の変化を表にして示す図である。
上記第1実施形態に係る異常検出器と異常検出器のゲインと指標206,207の変化を表にして示す図である。
上記第1実施形態に係る異常検出器と指標とコンバータ側指標とインバータ側指標との関係をまとめた図である。
上記第1実施形態に係る直流電圧信号生成部の構成図である。
上記第1実施形態に係る異常判断器による異常箇所診断処理のフローチャートである。
上記第1実施形態に係る異常判断器による異常箇所診断処理のフローチャートである。
上記第1実施形態に係る異常判断器による各時刻範囲における、直流電圧検出器が異常になった場合の直流電圧検出器の状態及び、対応するフローチャートの番号、補正部の入力を示す図である。
上記第1実施形態に係る異常判断器による指標201の時間変化例を示す図である。
上記第1実施形態に係る異常判断器による指標203(コンバータ側指標)の時間変化例を示す図である。
上記第1実施形態に係る異常判断器による指標206(インバータ側指標)の時間変化例を示す図である。
上記第1実施形態に係る異常判断器による総合診断指標250の時間変化例を示す図である。
上記第1実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の動作例を示す図である。
上記第1実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の指標201の時間変化例を示す図
上記第1実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の指標203(コンバータ側指標)の時間変化例を示す図
上記第1実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の指標206(インバータ側指標)の時間変化例を示す図
上記第1実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の総合診断指標の時間変化例を示す図である。
本発明の第2実施形態に係る直流電圧検出器が正常時(t
0
〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつ推定値未使用時(t

〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつE
FBH_CP
使用時(t

〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつE
FBH_CN
使用時(t

〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつE
FBH_IP
使用時(t

〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつE
FBH_IN
使用時(t

〜t
10
)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
本発明の第2実施形態に係る直流電圧検出器が正常時(t
0
〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつ推定値未使用時(t

〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつE
FBH_CP
使用時(t

〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつE
FBH_CN
使用時(t

〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつE
FBH_IP
使用時(t

〜t

)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
上記第2実施形態に係る直流電圧検出器が異常時かつE
FBH_IN
使用時(t

〜t
10
)の総合診断指標のベクトル量を示す図である。
本発明の第3実施形態に係る電力変換装置の異常判断器による異常箇所診断処理のフローチャートである。
上記第3実施形態に係る電力変換装置の異常判断器による異常箇所診断処理のフローチャートである。
上記第3実施形態に係る電力変換装置の動作例の一例を示す図である。
上記第3実施形態に係る電力変換装置の異常判断器による指標201の時間変化例を示す図である。
上記第3実施形態に係る電力変換装置の指標203(コンバータ側指標)の時間変化例を示す図である。
上記第3実施形態に係る電力変換装置の指標206(インバータ側指標)の時間変化例を示す図である。
上記第3実施形態に係る電力変換装置の総合診断指標の時間変化例を示す図である。
本発明の第4実施形態に係る電力変換装置の異常判断器による異常箇所診断処理のフローチャートである。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の異常判断器による異常箇所診断処理のフローチャートである。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の異常判断器による指標201の時間変化例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の指標203(コンバータ側指標)の時間変化例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の指標206(インバータ側指標)の時間変化例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の総合診断指標の時間変化例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の1番目の動作例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の異常判断器による指標201の時間変化例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の指標203(コンバータ側指標)の時間変化例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の指標206(インバータ側指標)の時間変化例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の総合診断指標の時間変化例を示す図である。
上記第4実施形態に係る電力変換装置の2番目の動作例を示す図である。
本発明の第5実施形態に係る電力変換システムの全体構成図である。
本発明の第6実施形態に係る電力変換システムの全体構成図である。
上記第6実施形態に係る異常判断器の構成図である。
上記第6実施形態に係る指標作成部の構成図である。
上記第6実施形態に係る第8指標作成部の構成図である。
上記第6実施形態に係る指標の検出器異常に伴う変化を説明する第1の図であって、直流電圧検出器のいずれか一方が故障した場合において、異常のある直流電圧検出器と、ゲイン異常の方向と、指標202の変化の方向を示す図である。
上記第6実施形態に係る指標の検出器異常に伴う変化を説明する第1の図であって、直流電圧検出器のいずれか一方が故障した場合において、異常のある直流電圧検出器と、ゲイン異常の方向と、指標203,204の変化の方向を示す図である。
上記第6実施形態に係る指標の検出器異常に伴う変化を説明する第1の図であって、直流電圧検出器いずれか一方が故障した場合において、異常のある直流電圧検出器と、ゲイン異常の方向と、指標205の変化の方向を示す図である。
上記第6実施形態に係る指標の検出器異常に伴う変化を説明する第2の図であって、直流電圧検出器43又は44のいずれか一方が故障した場合において、異常のある直流電圧検出器と、ゲイン異常の方向と、指標206、207の変化の方向を示す図
上記第6実施形態に係る指標の検出器異常に伴う変化を説明する第2の図であって、直流電圧検出器43又は44のいずれか一方が故障した場合において、異常のある直流電圧検出器と、ゲイン異常の方向と、指標208の変化の方向を示す図である。
上記第6実施形態に係る推定部の構成図である。
上記第6実施形態に係る異常判断器による異常箇所診断処理のフローチャートである。
上記第6実施形態に係る異常判断器による異常箇所診断処理のフローチャートである。
上記第6実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の推定値使用割合KCIPを示す図である。
上記第6実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の推定値使用割合KCINを示す図である。
上記第6実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の指標209を示す図である。
上記第6実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の総合診断指標を示す図である。
上記第6実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の推定値使用割合K
CIP
を示す図である。
上記第6実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の推定値使用割合K
CIN
を示す図である。
上記第6実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の指標209を示す図である。
上記第6実施形態に係る直流電圧検出器が異常になった場合の総合診断指標を示す図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の指標作成部の構成図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の第9指標作成部の構成の一例を示す図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の第9指標作成部による直流電圧検出器正常時のQ軸電流の解析結果を示す図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の第9指標作成部による異常時のQ軸電流の解析結果を示す図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の第10指標作成部の構成図の一例を示す図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の第10指標作成部による直流電圧検出器正常時のQ軸電流の解析結果を示す図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の第10指標作成部による異常時のQ軸電流の解析結果を示す図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の異常検出器と、異常検出器のゲインと、指標209の変化とを表にして示す図である。
上記第1実施形態の変形例に係る電力変換装置の異常検出器と、異常検出器のゲインと、指標210の変化とを表にして示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
いくつかの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
(第1実施形態)
図1は、本発明の第1実施形態に係る電力変換システムについて図1乃至図25を用いて説明する。
図1は、第1実施形態に係る電力変換システムの全体構成図である。
電力変換システム1000は、交流電力を供給する交流電源1と、交流電源1から供給される交流電力を所望の交流電力を変換して出力する電力変換装置100と、電力変換装置100から出力された交流電力により動作する電動機4とを含む。電力変換装置100と、電動機4とは、例えば、交流ケーブルを介して接続されている。
【0010】
電力変換装置100は、交流電力を変圧する変圧器12と、変圧器12を介して交流電源1と連系して交流電源1からの交流電力を直流電力に変換するコンバータユニット(コンバータともいう)2と、コンバータユニット2が出力する直流電力を所望の交流電力に変換して電動機4に出力するインバータユニット(インバータともいう)3と、コンバータユニット2を制御するコンバータ制御装置5と、インバータユニット3を制御するインバータ制御装置6と、を備える。
【0011】
コンバータユニット2は、中性点クランプ型の3レベルコンバータであり、交流電圧を、正の電位(第1電位)レベルと、中性点(ゼロ)電位(第2電位)レベルと、負の電位(第3電位)レベルとの直流電圧に変換する。インバータユニット3は、いわゆる3レベルインバータであり、正の電位(第1電位)レベルと、中性点(ゼロ)電位(第2電位)レベルと、負の電位(第3電位)レベルとの直流電圧を、電動機4用の交流電圧に変換する。コンバータユニット2と、インバータユニット3との正の電位レベルは、P配線40で接続され、中性点電位レベルは、C配線41で接続され、負の電位レベルは、N配線42で接続されている。
【0012】
コンバータユニット2は、コンバータ電力変換部21と、直流電圧の変動を抑制するためのコンバータ2のP側の平滑コンデンサ22(第1平滑コンデンサ:コンバータ側第1平滑コンデンサ)と、コンバータ2のN側の平滑コンデンサ23(第2平滑コンデンサ、コンバータ側第2平滑コンデンサ)と、平滑コンデンサ22の端子間電圧を測定するための直流電圧検出器25(第1直流電圧検出器、コンバータ側第1直流電圧検出器)と、平滑コンデンサ23の端子間電圧を測定するための直流電圧検出器26(第2直流電圧検出器、コンバータ側第2直流電圧検出器)と、直流共振を抑制するためのコンバータ中性点抵抗24と、を備える。コンバータ中性点抵抗24は、C配線41に接続される。なお、図1においては、コンバータユニット2の1相用の構成のみ(コンバータ中性点抵抗24、直流電圧検出器25、直流電圧検出器26を除く)を示しているが、他の相用にも同様の構成を備えている。
【0013】
インバータユニット3は、インバータ電力変換部31と、インバータ3のP側の平滑コンデンサ32(第1平滑コンデンサ、インバータ側第1平滑コンデンサ)と、インバータ3のN側の平滑コンデンサ33(第2平滑コンデンサ、インバータ側第2平滑コンデンサ)と、平滑コンデンサ32の端子間電圧を測定するための直流電圧検出器35(第1直流電圧検出器、インバータ側第1直流電圧検出器)と、インバータ3のN側の平滑コンデンサ33の端子間電圧を測定するための直流電圧検出器36(第2直流電圧検出器、インバータ側第2直流電圧検出器)と、直流共振を抑制するためのインバータ中性点抵抗34を備える。インバータ中性点抵抗34は、C配線41に接続される。なお、図1においては、インバータユニット3の1相用の構成のみ(インバータ中性点抵抗34、直流電圧検出器35、直流電圧検出器36を除く)を示しているが、他の相用にも同様の構成を備えている。
【0014】
コンバータ制御装置5は、変換される直流電力が所望の値となるようにコンバータ電力変換部21を制御する。インバータ制御装置6は、電動機4の出力トルクや速度が所望の特性を満たすようにインバータ電力変換部31を制御する。
【0015】
電力変換装置100は、コンバータユニット2と交流電源1との間に流れる電流を検出して出力する交流電流検出器の一例としての電流検出器7と、交流電源1の出力電圧を検出して出力する交流電圧検出器の一例としての電圧検出器11と、電動機4と直結され、電動機4の速度を検出して出力する速度検出器8と、インバータユニット3の出力電流を検出して出力する電流検出器9と、インバータユニット3の出力電圧を検出して出力する電圧検出器10と、異常判断部の一例としての異常判断器72(異常判断部)と、表示器73とをさらに備える。
【0016】
電流検出器7、及び直流電圧検出器(25、26)により検出された検出値の信号(出力信号)は、コンバータ制御装置5に入力される。コンバータ制御装置5は、入力された検出値に基づいて、各種演算処理を行い、コンバータ電力変換部21を制御する信号を出力する。
【0017】
速度検出器8、電流検出器9、及び直流電圧検出器(35、36)により検出された検出値の信号(出力信号)は、インバータ制御装置6に入力される。インバータ制御装置6は、入力された検出値に基づいて、各種演算処理を行い、インバータ電力変換部31を制御する信号をインバータ電力変換部31へ出力する。
【0018】
電流検出器7、速度検出器8、電流検出器9、電圧検出器11、直流電圧検出器(25、26)、直流電圧検出器(35、36)により検出された検出値の信号(出力信号)は、異常判断器72に入力される。
【0019】
コンバータ制御装置5は、直流電圧指令発生器51と、直流電圧制御器52と、電流制御器53と、パルス生成器54と、コンバータ中性点制御装置の一例としての中性点電圧制御器55とを備える。
【0020】
直流電圧指令発生器51は、コンバータユニット2から出力させる直流電圧の電圧値を示す直流電圧指令値を直流電圧制御器52に出力する。具体的には、直流電圧指令発生器51は、固定値であるコンバータ2の出力するP−N間電圧の指令値を出力する。
【0021】
直流電圧制御器52は、直流電圧指令発生器51から入力される直流電圧指令値と、直流電圧検出器(25、26)から入力される直流電圧の検出値とに基づいて、コンバータ出力有効電流指令値を演算して、電流制御器53に出力する。具体的には、直流電圧制御器52は、直流電圧検出器(25、26)のそれぞれから入力される直流電圧の検出値の合計値が直流電圧指令値と一致するようにコンバータ出力有効電流指令値を演算する。
【0022】
中性点電圧制御器55は、直流電圧検出器(25、26)のそれぞれから入力される直流電圧の検出値の差に基づいて、中性点電圧がゼロとなるような交流出力電圧補正値AVzR
OUT_C
を算出して電流制御器53に出力する。
【0023】
電流制御器53は、電流検出器7から入力される検出値(コンバータ出力電流検出値)が、直流電圧制御器52から入力されるコンバータ出力有効電流指令値と一致するようにコンバータ交流電圧指令値を演算してパルス生成器54に出力する。この際、電流制御器53は、中性点電圧制御器55から入力される交流出力電圧補正値AVzR
OUT_C
を所定の電流制御演算の出力である交流出力電圧指令値に加算し、コンバータ交流電圧指令値を算出する。
【0024】
パルス生成器54は、コンバータ電力変換部21による交流出力電圧が、電流制御器53から入力されるコンバータ交流電圧指令値に一致するように、搬送波である三角波とコンバータ交流電圧指令値とをパルス幅変調することでコンバータ電力変換部21の各スイッチング素子をオン・オフ制御するためのパルス信号を算出し、このパルス信号をコンバータ電力変換部21に出力する。
【0025】
インバータ制御装置6は、速度指令発生器61と、速度制御器62と、電流制御器63と、パルス生成器64と、インバータ中性点制御装置の一例としての中性点電圧制御器65を備える。
【0026】
速度指令発生器61は、電動機4を動作させる速度を示す速度指令値を速度制御器62に出力する。本実施形態では、速度指令値はあらかじめ設定された所定の値である。
【0027】
速度制御器62は、速度検出器8から入力される検出値(速度検出値)が、速度指令発生器61から入力される速度指令値と一致するようにインバータ出力電流指令値を演算し、インバータ出力電流指令値を電流制御器63に出力する。
【0028】
中性点電圧制御器65は、直流電圧検出器(35、36)のそれぞれから入力される直流電圧の検出値の差に基づいて、中性点電圧がゼロとなるような交流出力電圧補正値AVzR
OUT_I
を演算して電流制御器63に出力する。
【0029】
電流制御器63は、電流検出器9から入力されるインバータ出力電流検出値が、速度制御器62から入力されるインバータ出力電流指令値と一致するようにインバータ交流電圧指令値を演算してパルス生成器64に出力する。この際、電流制御器63は、中性点電圧制御器65から入力される交流出力電圧補正値AVzR
OUT_I
を所定の電流制御演算の出力である交流出力電圧指令値に加算し、インバータ交流電圧指令値を算出する。
【0030】
パルス生成器64は、インバータ電力変換部31による出力電圧が、電流制御器63から入力されるインバータ交流出力電圧指令値に一致するように、搬送波である三角波とインバータ交流電圧指令値をパルス幅変調することでインバータ電力変換部31の各スイッチング素子をオン・オフ制御するためのパルス信号を算出し、このパルス信号をインバータ電力変換部31に出力する。
(【0031】以降は省略されています)

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