JP2001211074A - コンバータの動作をモニタする装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 入力変数と、少なくとも１つの出力変数をモ
ニタしコンバータの誤動作を検出。 【解決手段】 コンバータについての入力変数の値が第
１の所定入力参照値内となっているかどうかを検出しコ
ンバータからの出力変数が、同様に、対応する、第２の
所定出力参照値内に入っているかでコンバータ（１）の
動作をモニタする。本発明による方法は、特に、電気ス
イッチギヤ組立体のための制御装置または保護装置にお
けるコンバータの動作をモニタすることに適している。
これに関連して、コンバータの故障が検出されたとき、
コンバータに依存しているすべての保護機能をオフにす
ると好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、保護技術、特に電
気スイッチギヤ組立体のための保護技術の分野に関す
る。本発明は、装置に、そして、特許請求の範囲の請求
項１、５の前文によるコンバータの動作をモニタする装
置および方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電気スイッチギヤ組立体、たとえば、
中、高、低電圧スイッチギヤ組立体は、制御、保護装置
を有する。保護装置は、電気的な故障、たとえば、短絡
またはライン中断を確実に検出、識別、位置確定しなけ
ればならないし、また、故障が伝播し、システム・パー
ツを破壊するのを防ぐように適切な対抗策を開始しなけ
ればならない。しかしながら、同時に、保護装置は、い
かなるシステム・パーツも不必要にオフにしてはならな
い。したがって、保護装置それ自体もまた、高レベルの
信頼性を持たなければならない。このために、保護装置
の個々のユニット、特に、コンバータをモニタする必要
がある。このようなコンバータの例としては、試験アン
プ、デジタル／アナログ・コンバータまたはアナログ／
デジタル・コンバータがある。コンバータの欠陥は、一
般的に、測定データの破壊を招き、そして、保護装置か
らの誤反応を招く。一般的に知られている方法では、装
置内のユニットについて冗長な設計を行って活動中のモ
ニタリングを実施している。すなわち、このようなユニ
ットは、二重または三重の設計となっており、そして、
ユニットからの出力信号間の不一致により、１つのユニ
ットが故障していることを推測する。しかしながら、こ
のような冗長性は、ユニットのコストが少なくとも二
倍、三倍となる。

【０００３】装置の動作をモニタする他の方法が、米国
特許第４，２１５，４１２号明細書から知られている。
この場合、航空機エンジンについての制御変数および出
力変数が、エンジン作動中に、測定される。エンジンの
コンピュータ・ベースのシミュレーション・モデルが、
測定された制御変数を使用して、作動中に連続的にエン
ジンの応答性および出力変数をシミュレーションする。
このために、適切な計算複雑レベルを持つ複雑な数学的
なモデルが使用される。もし連続的に変化し、算出さ
れ、測定された出力変数が一致しないならば、インジケ
ータがオペレータのために起動される。しかしながら、
シミュレーション・モデルを作り、それを所定のエンジ
ンに一致させ、作動中に連続的に計算を行うには、高レ
ベルの複雑さを必要とする。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、前記の欠点を排除する、冒頭に記載したタイプ
のコンバータの動作をモニタする装置および方法を提供
することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的は、特許請求の
範囲の請求項１、５の特徴を有する、コンバータの動作
をモニタする装置および方法によって達成される。コン
バータの動作をモニタする本発明の方法は、コンバータ
についての入力変数の値が第１の所定入力参照値となっ
ているかどうかを検出すること、そして、コンバータか
らの出力変数が、同様に、対応する、第２の所定出力参
照値となっているかどうかをチェックすることからな
る。このことは、コンバータの動作が、特に個々の所定
値を使用するだけで、随時の瞬間にのみテストされるこ
とを意味する。所定値のみを入力、出力変数の瞬間的な
値と比較するという事実は、本発明による装置が非常に
簡単な手段を使用して作ることができることを意味す
る。本発明の１つの好ましい変形例において、所定値
は、電流についての値０または電圧についての値０に対
応する。すなわち、アース電位および／または電気シス
テムの供給電圧に対応する。本発明による方法は、特
に、電気スイッチギヤ組立体用の制御装置あるいは保護
装置におけるコンバータの動作をモニタするのに適して
いる。これに関連して、コンバータの故障が検出された
とき、このコンバータに依存するすべての保護機能がオ
フにされると好ましい。さらなる好ましい実施例は、特
許請求の範囲の従属請求項に見出すことができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明を、添付図面に示す
好ましい実施例を用いてさらに詳細に説明する。図面に
おいて使用する参照符号は、それらの意味と共に参照符
号の説明の項に要約されている。原則として、全図を通
じて、同じ部品は、同じ参照符号が付けてある。

【０００７】図１は、本発明によるモニタリング装置１
０を有するコンバータ１の構造を示す概略図である。コ
ンバータ１についての入力変数２および入力参照値４１
が、入力検出器４に送られる。コンバータ１からの出力
変数３および出力参照値６１は、出力検出器６に送られ
る。入力検出器４からのデジタル入力フラグ５および出
力検出器６からのデジタル出力フラグ７は、状況信号９
を生成するために評価ユニット８に送られる。オプショ
ンとして、入力フラグ５は、出力検出器６にも送られ
る。本発明による方法は、次の方法で機能する。入力検
出器４は、連続的に入力変数２をモニタする。入力変数
２の値が入力参照値４１についての所定許容範囲の外に
位置する限り、入力検出器４は入力フラグ５を所定値
に、たとえば値０にセットする。もし入力変数２の値が
入力参照値４１とほぼ同じであるならば、すなわち、入
力変数２の値が入力参照値４１とについての所定許容範
囲内に位置する場合には、入力検出器４は、入力変数２
と入力参照値４１との一致を検出する。したがって、入
力検出器４は、それに応答して入力フラグ５を別の値
に、たとえば、値１にセットする。同様にして、出力検
出器６は、連続的に出力変数３の値を出力参照値６１と
比較する。出力検出器６は、フラグ７を形成し、出力変
数３と出力参照値６１との一致を示す。すなわち、出力
変数３が出力参照値６１についての所定許容範囲内に位
置するかどうかを示す。本発明による方法の１つの変形
例において、入力フラグ５と出力検出器６の間のオプシ
ョンのつながりが入力検出器４から応答を示している場
合にのみ、出力変数３が比較される。評価ユニット８
は、入力フラグ５および出力フラグ７を受け取り、それ
らを使用して次の方法で状況信号９を形成する。もし入
力フラグ５および出力フラグ７が共に適切な検出器４、
６からの応答を示している場合には、状況信号９はコン
バータ１の正しい動作を知らせる。もし入力フラグ５と
出力フラグ７の間に一致がないならば、状況信号９はコ
ンバータ１の故障を知らせる。状況信号９は、連続的
に、あるいは、入力フラグ５が入力検出器４からの応答
を示す場合にのみ、形成されてもよい。

【０００８】本発明の１つの変形例において、出力検出
器６における比較動作は、連続的に実施され、入力検出
器４での比較および／または状況信号９の形成は、出力
検出器６からの応答がある場合にのみ実施される。本発
明のさらなる変形例において、評価ユニット８は、コン
バータ遅延時間を取り入れ、入力フラグ５を、この遅延
時間後にのみ生じる出力フラグ７の値と比較する。この
ことは、入力変数２および出力変数３がそれぞれの所定
許容範囲内に位置するかどうかの判定が、コンバータ１
についての遅延時間だけ互いに対してシフトした後に決
定された入力変数２および出力変数３の値に基づいて行
われることを意味する。

【０００９】図２は、水平方向時間軸ｔ、第１変数につ
いての曲線ｓ１、第１の参照値ｒ１、第１の許容範囲ｄ
１および第１のフラグについての曲線ｆ１、第２の変数
についての曲線ｓ２、第２の参照値ｒ２、第２の許容範
囲ｄ２および第２のフラグｆ２、第３の変数についての
曲線ｓ３、第３の参照値ｒ３、第３の許容範囲ｄ３およ
び第３のフラグｆ３、およびまた、第４の変数について
の曲線ｓ４、第４の参照値ｒ４、第４の許容範囲ｄ４お
よび第４のフラグｆ４を示している。第１、第２のフラ
グｆ１、ｆ２は、第１、第２の変数ｓ１、ｓ２が、第
１、第２の参照値ｒ１、ｒ２についての第１、第２の許
容範囲ｄ１、ｄ２内にある場合にのみ、上記の方法で、
値１にセットされる。同じことが、第３、第４のフラグ
ｆ３、ｆ４に対して同様の方法で適用される。第１の変
数はその値について連続曲線ｓ１を有する。そして、第
２の変数は個別の値ｓ２を有する。第１、第２の変数
は、たとえば、作動しているアナログ／デジタル・コン
バータ１の入力変数２および出力変数３のそれぞれに対
応する。この場合、コンバータ１からの出力変数は、デ
ジタル符号化形態にある。本発明の他の変形例におい
て、コンバータ１は、アナログ・アンプである。そし
て、コンバータ１が作動しているとき、入力変数２およ
び出力変数３についての曲線は、共に、第１の変数につ
いての曲線とほぼ一致する。本発明のさらなる変形例に
おいて、コンバータ１は、デジタル／アナログ・コンバ
ータであり、このコンバータ１が作動しているとき、入
力変数２および出力変数３についての曲線は、共に、第
２の変数についての曲線とほぼ一致する。

【００１０】コンバータ１が、瞬間ｔ1の後、出力変数
３を最大値または最低低へ連続的に駆動／オーバーライ
ドしているという理由によって作動していない場合に
は、出力変数３についての曲線は、曲線ｓ３に従って創
り出される。出力フラグ７についての対応する曲線ｆ３
は、瞬間ｔ1の後、出力検出器６から何らの応答もない
ことを示している。このことは、入力フラグ５、出力フ
ラグ７間にまったく一致が生じないことを意味する。従
って、コンバータ１の故障が検出され、状況信号９をセ
ットすることによって知らされる。出力変数３が大きす
ぎるオフセットを有するという理由でコンバータ３が作
動していない場合には、入力変数２がｓ１またはｓ２に
よる曲線を有するとき、出力変数３についての曲線が、
曲線ｓ4に従って創り出される。出力フラグ７について
の対応する曲線ｆ４は、出力検出器６が、ｓ１による曲
線についての入力検出器４とは異なった瞬間に応答する
ということを示している。このことは、この場合、入力
フラグ５と出力フラグ７の間に一致が生じないことを意
味する。従って、コンバータ１の故障が検出され、状況
信号９をセットすることによって知らされる。

【００１１】参照値４１、６１は、たとえば、機器を作
動させたときに、コンバータ１をチューニングすること
によって決定される。コンバータ１がアナログ／デジタ
ル・コンバータである場合には、入力変数２は、所定
値、好ましくはアース電位または電流ゼロとして接続さ
れる値０を有すると好ましい。入力検出器４が応答する
所定入力参照値４１も同様に値０である。コンバータ１
におけるオフセットは、一般的にゼロとは異なる出力変
数３の或る特定の値を生成する。出力変数３のこの値
は、出力検出器６が応答する出力参照値６１と同じもの
として選ばれる。出力参照値６１は、入力参照値４１ゼ
ロに対応する。コンバータ１がデジタル／アナログ・コ
ンバータである場合、出力変数３が値０になるまで、入
力変数２は変化する。入力変数２の対応する値は、入力
参照値４１と同じものとして選ばれ、出力参照値６１ゼ
ロに割り当てられる。同様の方法で、アース電位の代わ
りにコンバータ１のアナログ側についての参照値として
システムの供給電圧または定格電圧を使用するチューニ
ングが実施される。したがって、コンバータ１の動作を
モニタするための本発明のモニタリング装置１０は、コ
ンバータ１がシステム内のアナログ・コンバータまたは
既存のコンバータ１である場合、次のものを有する。す
なわち、コンバータ１についての入力変数２についての
入力参照値４１の検出に基づいて入力フラグ５を生成す
る入力検出器４と、コンバータ１から出力検出器６、
６′、６″、６'''に割り当てられた出力変数３、
３′、３″、３'''についての出力参照値６１、６
１′、６１″、６１'''の検出に基づいて出力フラグ
７、７′、７″、７'''を生成するための出力検出器
６、６′、６″、６'''と、検出器からの結果、すなわ
ち、入力、出力フラグ５、７、７′、７″、７'''を比
較し、また、フラグ５、７、７′、７″、７'''間の一
致を知らせる状況信号９を生成する評価ユニット８とを
有する。

【００１２】図３は、本発明の好ましい変形例を示して
いる。モニタリング装置１０は、コンバータ１と、出力
検出器６と、デジタル・ユニット１２とを有する。コン
バータ１は、デジタル・ユニット１２からデジタル符号
化形態の入力変数２を受け取るデジタル／アナログ・コ
ンバータである。デジタル・ユニット１２は、入力部
（図示せず）を経て伝えられる入力変数２を受け取る
か、または、入力変数２そのものを生成する。出力検出
器６は、出力フラグ７またはアナログ・フラグをデジタ
ル・ユニット１２に伝えるアナログ・モジュールであ
る。アナログ・フラグは、出力変数３と出力参照値６１
との一致を示す。デジタル・ユニット１２は、プログラ
ム可能な演算装置、たとえば、マイクロプロセッサまた
はASIC（Application-Specific Integrated Circuit）
またはFPGA（Field Programmable Gate Array）および
／または特別に設計したデジタル回路を有する。入力検
出器４および評価ユニット８の上記の機能は、デジタル
・ユニット１２において実現される。このために、デジ
タル・ユニット１２は、入力変数２と入力参照値４１と
の一致を示すデジタル・フラグを形成すると好ましい。
デジタル・フラグは、デジタル・ユニット１２内の内部
変数または内部信号によって生成されると好ましい。

【００１３】図４は、本発明のさらに別の好ましい変形
例を示している。モニタリング装置１０は、コンバータ
１と、入力検出器４と、デジタル・ユニット１２とを有
する。コンバータ１は、アナログ／デジタル・コンバー
タであり、デジタル・ユニット１２にデジタル符号化形
態の出力変数３を伝える。デジタル・ユニット１２は、
出力部（図示せず）を経て出力変数３を伝えるか、それ
自体を演算処理する。入力検出器４は、入力フラグ５ま
たはアナログ・フラグをデジタル・ユニット１２に伝え
るアナログ・モジュールである。アナログ・フラグは、
入力変数２と入力参照値４１との一致を示す。デジタル
・ユニット１２は、プログラム可能な演算装置、たとえ
ば、マイクロプロセッサまたはASICまたはFPGAおよび／
または特別に設計したデジタル回路を有する。出力検出
器６および評価ユニット８の上記の機能は、デジタル・
ユニット１２において実現される。このために、デジタ
ル・ユニット１２、出力変数３と出力参照値６１との一
致を示すデジタル・フラグを形成する。デジタル・フラ
グは、デジタル・ユニット１２における内部変数または
内部信号によって生成されると好ましい。

【００１４】図５は、本発明のさらに別の好ましい変形
例を示している。この図において、コンバータ１は、複
数のカスケード式コンバータ部１′、１″、１'''を包
含する。これらのコンバータ部の出力変数３′、３″、
３'''は、出力検出器６′、６″、６'''に送られ、出力
フラグ７′、７″、７'''を形成する。入力フラグ５お
よび出力フラグ７′、７″、７'''は、評価ユニット８
によって評価される。評価ユニット８は、入力フラグ５
および／または出力フラグ７′、７″、７'''間に一致
がない場合、コンバータ部１′、１″、１'''が故障し
ていると推測する。

【００１５】本発明の１つの好ましい変形例において、
所定参照値は、電流についての値０または電圧について
の値０に対応する。すなわち、アース電位および／また
は電気システムについての供給電圧に対応する。このよ
うな参照値は、それらがシステムの全体にわたって生
じ、定められるという利点を有する。アナログ変数につ
いての参照値がアース電位または値０に対応する場合、
アナログ検出器は、単にアナログ・コンパレータとな
り、そのチェンジオーバー閾値は、参照値０についての
所定許容範囲の上限と同じとなる。アナログ変数の絶対
値が許容範囲の上限より下にある場合には、コンパレー
タは、その出力信号またはアナログ・フラグを値１にセ
ットし、したがって、アナログ変数が所定参照値０を有
することを示す。

【００１６】本発明による方法は、特に、電気スイッチ
ギヤ組立体のための制御装置または保護装置におけるコ
ンバータの動作をモニタするのに適している。たとえ
ば、デジタル／アナログ・コンバータ１は、保護装置か
らグラスファイバを経てデジタル的に伝えられた信号２
をアナログ信号３に変換するのに使用される。これらの
アナログ信号３は、既存の保護器具のアナログ入力部に
送られる。好ましくは、図３の構造に基づく本発明によ
るモニタリング装置１０は、このようなデジタル／アナ
ログ・コンバータ１について使用される。アース電位に
対応する参照値０を使用して電圧をモニタすることが好
ましい。電流も、参照値０を使用してモニタされると好
ましい。電流測定値を処理するコンバータ１についての
モニタリングをチューンするために、ラインの適切な部
をゼロ電流に切り替える。電流測定値を処理するコンバ
ータ１の場合、コンバータ３からの出力変数３をオーバ
ーライドさせるコンバータ１における故障は、遅延なし
の、すなわち、保護装置が反応する必要がある時点での
システム内の短絡電流から区別できない。この場合で
も、本発明は、故障を検出するのを可能にする。電気ス
イッチギヤ組立体のための保護装置におけるコンバータ
１の動作をモニタするとき、コンバータ１における故障
の検出で、たとえば、適切な状況信号を伝えることによ
って、出力変数３を無効としてマーク付けすると好まし
い。この場合、コンバータ１に依存している保護機能を
オフにすると好ましい。これは、スイッチギヤ組立体に
おいて故障が非常に希に生じるために、許される。これ
に関連して、欠陥のあるコンバータ１によって生じた作
動上の欠陥のリスクが、最適のやり方では検出されない
欠陥のリスクよりも大きいという点で有利である。

【００１７】本発明は、非常に単純な手段を使用してモ
ニタリングを実現できるという利点を有する。たとえ
ば、デジタル／アナログ・コンバータまたはアナログ／
デジタル・コンバータのためにたった１つの付加的なア
ナログ・モジュールを必要とするだけであると共に、他
の機能は、デジタル・ユニット１２、たとえば、どこに
でもあるプログラム可能なデジタル・ユニットで実現さ
れ得る。本発明によるモニタリングは、既存のコンバー
タに後付けで実装することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモニタリング装置を有するコンバ
ータ構造の概略図である。

【図２】本発明による信号についての波形を示してい
る。

【図３】本発明によるモニタリングを行うコンバータ・
ユニットの構造を示している。

【図４】本発明によるモニタリングを行うコンバータ・
ユニットの構造を示している。

【図５】複数のコンバータ・ステージおよび本発明によ
るモニタリング装置を有するコンバータ構造の概略図で
ある。

【符号の説明】

１ コンバータ １′、１″、１''' コンバータ部 ２ 入力変数 ３、３′、３″、３''' 出力変数 4 入力検出器 ５ 入力フラグ ６、６′、６″、６''' 出力検出器 ７、７′、７″、７''' 出力フラグ ８ 評価ユニット ９ 状況信号 １０ モニタリング装置 １２ デジタル・ユニット ４１ 入力参照値 ６１、６１′、６１″、６１''' 出力参照値 ｓ１、ｓ２、ｓ３、ｓ4 第１、第２、第３、第４の曲
線 ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４ 第１、第２、第３、第４の参
照値 ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４ 第１、第２、第３、第４の許
容範囲 ｆ１、ｆ２、ｆ３、ｆ４ 第１、第２、第３、第４のフ
ラグ

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力変数（２）と、少なくとも１つの出
   力変数（３、３′、３″、３'''）をモニタする手段を
   有するコンバータ（１）の動作をモニタするためのモニ
   タリング装置（１０）であって、コンバータ（１）のた
   めの入力変数（２）についての入力参照値（４１）を検
   出する入力検出器（４）と、出力変数（３、３′、
   ３″、３'''）についての出力参照値（６１、６１′、
   ６１″、６１'''）を検出する出力検出器（６、６′、
   ６″、６'''）と、入力検出器（４）および出力検出器
   （６、６′、６″、６'''）からの結果（５、７、
   ７′、７″、７'''）を比較し、コンバータ（１）の適
   正動作または故障を伝える対応した状況信号（９）を発
   生する評価ユニット（８）とを有することを特徴とする
   モニタリング装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のモニタリング装置（１
   ０）において、所定の参照値（４１、６１、６１′、６
   １″、６１'''）が、電圧または電流についての値０と
   一致することを特徴とするモニタリング装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載のモニタリング装置（１
   ０）において、コンバータ（１）が、デジタル／アナロ
   グ・コンバータであり、出力検出器（６、６′、６″、
   ６'''）が、アナログ検出器であり、入力検出器（４）
   および評価ユニット（８）が、１つのデジタル・ユニッ
   ト（１２）で作られていることを特徴とするモニタリン
   グ装置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載のモニタリング装置（１
   ０）において、コンバータ（１）が、アナログ／デジタ
   ル・コンバータであり、入力検出器（４）が、アナログ
   検出器であり、出力検出器（６、６′、６″、６'''）
   および評価ユニット（８）が、１つのデジタル・ユニッ
   ト（１２）で作られていることを特徴とするモニタリン
   グ装置。
5. 【請求項５】 コンバータ（１）の動作をモニタする方
   法であって、コンバータ（１）についての入力変数
   （２）が入力参照値（４１）についての第１の所定許容
   範囲内に位置するかどうかの判定と、コンバータ（１）
   からの出力変数（３）が出力参照値（６１）についての
   第２の所定許容範囲内に位置するかどうかの判定とを行
   い、入力変数（２）および出力変数（３）の両方が、そ
   れぞれの参照値についての所定許容範囲内に位置する場
   合に、コンバータ（１）が正しく作動していると確認さ
   れ、さもなければ、コンバータ（１）が故障していると
   確認されることを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の方法において、入力参
   照値（４１）または出力参照値（６１）が、電圧または
   電流についての値０と一致することを特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の方法において、いった
   んコンバータ（１）が故障していると確認されたなら
   ば、出力変数（３）が無効とマークされることを特徴と
   する方法。
8. 【請求項８】 請求項５に記載の方法において、いった
   んコンバータ（１）が故障していることを確認されたな
   らば、コンバータ（１）に依存する電気スイッチギヤ組
   立体についての保護装置の保護機能をオフにすることを
   特徴とする方法。
9. 【請求項９】 請求項５に記載の方法において、入力変
   数（２）および出力変数（３）がそれぞれの所定許容範
   囲内に位置するかどうかの判定を、コンバータ（１）に
   ついての遅延時間だけ互いに対してシフトした後に決定
   された入力変数（２）および出力変数（３）の値に基づ
   いて行うことを特徴とする方法。
10. 【請求項１０】 請求項５に記載の方法において、出力
    変数（３）を、コンバータ（１）に対する入力変数
    （２）が入力参照値（４１）についての第１の所定許容
    範囲内に位置するかどうかに依存する出力参照値（６
    １）と比較することを特徴とする方法。