JP2006101576A - 電力変換装置及び故障解析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽故障時の故障波形データと重故障時の故障波形データをともに取得可能な電力変換装置を提供する。
【解決手段】 データ書き込み処理部１３は、ＲＡＭ１４に状態データを一定期間ごとに書き込み、ＲＡＭ１４の最後尾アドレスに達した場合には先頭アドレスに戻り、書き込みを繰り返し、故障波形取得部１５は、軽故障または重故障を検出すると、故障発生時の前後所定の範囲内においてＲＡＭ１４に記憶される状態データを、軽故障時または重故障時の故障波形データとして取得する。
【選択図】 図１

Description

本発明は電力変換装置及び故障解析方法に関し、特に電力変換器の故障解析のための状態データを記憶する記憶部を有した電力変換装置及び電力変換器の状態データをもとに故障解析を行う故障解析方法に関する。

電源に混入した各種ノイズや電圧変動などの各種電源トラブルから負荷を保護する装置には、インバータなどの電力変換器が用いられており、負荷に一定電圧・一定周波数の安定した電力供給を行っている。コンピュータなどの情報通信機器は電源変動に敏感であり、電源トラブルが発生すると、データの喪失、ファイルの破壊、システム停止を引き起こす。

このように、電源トラブルから保護する電力変換器の役目はきわめて重要であるので、電力変換器自体の故障も大きな問題につながりかねない。そのため、電力変換器の状態を監視するために、各種状態データ（出力電流、出力電圧、設定周波数、出力周波数などの数値データ）を取得してモニタなどに表示し、解析することが行われている。また、多数の状態データのうち、モニタ表示に必要な状態データの集団を自動的に判別し、その判別した状態データの集団のみを伝送するようにし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）の処理効率の向上や、データ伝送のためのＲＡＭ（Random Accesses Memory）の占有領域を少なくできることによりＲＡＭのコストを削減するものがあった（例えば、特許文献１参照）。

ところで、一般に故障には、緊急停止などの緊急な処置が必要な重故障と、継続して運転が可能な軽故障に分かれる。電力変換器における重故障の例としては、半導体スイッチそのものを破壊してしまう恐れがある過電流や過電圧などがあり、軽故障の例としては半導体スイッチを過熱する過負荷などがあげられる。
特開平５−８０７２７号公報（段落番号〔０００９〕〜〔００１３〕，図１）

しかし、従来の技術では、ＲＡＭ上に一度取得した状態データを破棄するか、あるいは状態データを転送し終えるまでデータの更新はできず、リアルタイムで変化する状態データを連続的にＲＡＭに記録できなかった。そのため連続する故障が発生した場合、一方の情報しか取得できなかった。すなわち、故障の一次要因として軽故障が発生し、その後重故障で装置が停止した時にも、どちらか一方の故障の情報を記録するだけで、もう一方の状態は予測するしかなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、電力変換器の軽故障時の故障波形データと重故障時の故障波形データをともに取得可能な電力変換装置を提供することを目的とする。

また、本発明の他の目的は、電力変換器の軽故障時の故障波形データと重故障時の故障波形データをともに取得可能な故障解析方法を提供することである。

本発明では上記問題を解決するために、電力変換器の故障解析のための状態データを記憶する記憶部を有した電力変換装置において、前記記憶部に前記状態データを一定期間ごとに書き込み、前記記憶部の最後尾に達した場合には先頭の書き込み位置に戻り、前記書き込みを繰り返すデータ書き込み処理部と、軽故障または重故障を検出すると、故障発生時の前後所定の範囲内において前記記憶部に記憶される前記状態データを、前記軽故障時または重故障時の故障波形データとして取得する故障波形取得部と、を有することを特徴とする電力変換装置が提供される。

上記の構成によれば、データ書き込み処理部は、記憶部に状態データを一定期間ごとに書き込み、記憶部の最後尾に達した場合には先頭の書き込み位置に戻り、書き込みを繰り返し、故障波形取得部は、軽故障または重故障を検出すると、故障発生時の前後所定の範囲内において記憶部に記憶される状態データを、軽故障時または重故障時の故障波形データとして取得する。

本発明では、記憶部に状態データを一定期間ごとに書き込み、記憶部の最後尾に達した場合には先頭の書き込み位置に戻り、書き込みを繰り返し、軽故障または重故障を検出すると、故障発生時の前後所定の範囲内において記憶部に記憶される状態データを、軽故障時または重故障時の故障波形データとして取得するので、連続する故障に対して、一次要因である軽故障発生時と、重故障発生時両方の故障波形データを記録することができる。これにより、軽故障発生時と重故障発生時の状態がわかり、より詳細な故障解析ができるようになり復旧対策及び不具合フォローをより迅速に行えるようになる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施の形態の電力変換装置の機能構成を示す図である。
電力変換装置１０は、電力変換器１１、異常検出部１２、データ書き込み処理部１３、ＲＡＭ１４、故障波形取得部１５、波形転送用バッファ１６、表示部１７を有する。

電力変換器１１は、具体的にはインバータなどであり、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体スイッチからなる。
異常検出部１２は、電力変換器１１の異常を検出し、軽故障か重故障か判定する。

データ書き込み処理部１３は、電力変換器１１の状態データ（出力電流、出力電圧、設定周波数、出力周波数などの数値データ）を、ＲＡＭ１４に一定期間（サンプル周期）ごとに書き込む。ＲＡＭ１４の最後尾に達した場合には、先頭の書き込み位置（アドレス）に戻り、書き込みを繰り返してＲＡＭ１４を更新させる。

ＲＡＭ１４は、電力変換器１１の故障解析のための状態データを記憶する記憶部である。データ書き込み処理部１３により、先頭アドレスから順に状態データが記憶される。
故障波形取得部１５は、異常検出部１２で軽故障または重故障を検出すると、故障発生時の前後所定の範囲内においてＲＡＭ１４に記憶される状態データを、軽故障時または重故障時の故障波形データとして取得する。

波形転送用バッファ１６は、故障波形データを表示部１７に表示させるために、一時保存するためのバッファである。
表示部１７は、ディスプレイなどに故障波形データを波形表示する。

このような電力変換装置１０において、電力変換器１１の故障を解析するための各部は、１つまたは複数のＣＰＵにて実現可能である。
以下、電力変換装置１０の動作を説明する。

電力変換装置１０の動作が開始すると、電力変換器１１からの状態データは、データ書き込み処理部１３によって、サンプル周期ごとにＲＡＭ１４の先頭アドレスから順に書き込まれていく。ＲＡＭ１４の最後尾アドレスに達した場合には、先頭アドレスに戻り、状態データの書き込みを繰り返してＲＡＭ１４の内容を更新する。

ある時点で、異常検出部１２によって電力変換器１１の異常が検出された場合、異常検出部１２は、軽故障が発生したのか重故障が発生したのかを判定する。そして、それを故障波形取得部１５に通知する。故障波形取得部１５は、軽故障の場合は軽故障発生フラグをセットする。さらに、状態データが書き込まれる故障発生位置のアドレスの、数アドレス分（以下プレトリガ分という）前のアドレスを、図示しない軽故障用先頭アドレスバッファに、取得する故障波形データの先頭アドレス（波形先頭位置）として格納する。同様に、重故障の場合は、重故障発生フラグをセットし、故障発生位置のアドレスのプレトリガ分前のアドレスを、図示しない重故障用先頭アドレスバッファに、取得する故障波形データの先頭アドレス（波形先頭位置）として格納する。

データ書き込み処理部１３は、故障発生後も状態データの書き込みを行う。故障発生位置から、図の波形終了位置で示した所定量の状態データが書き込まれると、故障波形取得部１５は、前述の図示しない重故障用先頭アドレスバッファに格納された先頭アドレスから、波形終了位置のアドレスまでの状態データを取得する。そして、故障波形データとして波形転送用バッファ１６に転送する。ここで、重故障発生フラグがセット（“１”）されている場合には、データ書き込み処理部１３は、ＲＡＭ１４への書き込みを中止する。具体的には、データ書き込み処理部１３が参照するデータ書き込み許可フラグを設け、重故障の場合には、故障波形データが取得後にデータ書き込み許可フラグをクリア（“０”）する。軽故障発生フラグがセット（“１”）されている場合には、データ書き込み許可フラグをセット（“１”）したままで、書き込みを継続する。

一方、波形転送用バッファ１６は、受け取った故障波形データを一時保存し、表示部１７に転送する。表示部１７は、故障波形データをもとに、波形を例えばディスプレイに表示する。故障波形データの転送が終わると、重故障発生フラグ及び軽故障発生フラグをクリアする。

次に、連続して発生する故障を解析する際の電力変換装置１０の動作の詳細を説明する。
図２は、連続して発生する故障の故障波形データを取得する電力変換装置の処理を示すフローチャートである。

ステップＳ１：状態データ書き込み処理
データ書き込み処理部１３は、前述したデータ書き込み許可フラグがセットされている場合には、ＲＡＭ１４上の指定されたアドレスに、電力変換器１１の状態データの書き込みを行う。

ステップＳ２：先頭アドレス演算
故障波形取得部１５は、ステップＳ１で書き込みを行ったアドレスからプレトリガ分のアドレスを差し引いた値を、取得する故障波形データの先頭アドレスとして演算する。演算した結果が０以下の場合には、ＲＡＭ１４を周回したと見なし、ＲＡＭ１４の最後尾アドレスからマイナス分を差し引いた値を先頭アドレスとする。

ステップＳ３：重故障波形データ取得処理
重故障が発生したときは重故障発生フラグをセットし、ステップＳ２にて演算した先頭アドレスを図示しない重故障用先頭アドレスバッファにセットし、ステップＳ１と同じ処理で必要な回数だけ状態データを書き込んだ後に、データ書き込み許可フラグをクリアする。これにより、データ書き込み処理部１３によるデータの書き込みを中止する。また、表示部１７へ通信中の故障波形データがない場合には、図示しない重故障用先頭アドレスバッファに格納されたアドレス（波形先頭位置）を先頭として、波形終了位置までの故障波形データを波形転送用バッファ１６にコピーする。表示部１７への故障波形データの転送が完了したことを確認したら、重故障発生フラグをクリアする。

なお、取得する故障発生位置の前後所定の範囲の状態データを決めるための上述のプレトリガ分のアドレスや、波形終了位置は、故障解析に必要な分だけユーザの所望により自由に設定可能である。例えば、数周期分の状態データが取得可能なように設定する。

ステップＳ４：軽故障波形データ取得処理
重故障がなく軽故障が発生したときは、軽故障発生フラグをセットし、ステップＳ２にて演算した先頭アドレスを図示しない軽故障用先頭アドレスバッファにセットし、状態データの書き込みを継続する。そして、ステップＳ１と同じ処理で必要な回数だけ状態データを書き込んだら、図示しない軽故障用先頭アドレスバッファに格納されたアドレス（波形先頭位置）を先頭として、波形終了位置までの故障波形データを波形転送用バッファ１６にコピーする。なお、このときは、ステップＳ３の重故障が発生した場合の処理と異なり、波形書き込み許可フラグをクリアしない。これにより、後に発生する恐れのある重故障の波形を記録することができる。表示部１７への故障波形データの転送が完了したことを確認したら、軽故障発生フラグをクリアする。これにより、軽故障時の波形と、重故障時の波形を両方ともユーザに提示することができる。

ステップＳ５：書き込みアドレス編集処理
最後に、次に状態データを書き込むアドレスを設定する。次回書き込むアドレスが、ＲＡＭ１４の領域を超えた場合には、ＲＡＭ１４の先頭アドレスに戻る。

以上の処理を繰り返す。
図３は、連続して発生した故障において、ＲＡＭ上の故障波形データの具体例を示す図である。

ここでは、軽故障の後に重故障が発生した場合について示している。図のように先頭アドレスから順に状態データが書き込まれる。軽故障が発生した場合には、軽故障発生位置のアドレスからプレトリガ分のアドレスを差し引いた値を先頭アドレス（軽故障波形先頭位置）とし、さらに必要回数状態データを書き込んだ軽故障波形終了位置までの状態データ群（軽故障波形取得領域）を軽故障波形データとして取得する。

軽故障発生後の軽故障波形データの取得中に重故障が発生した場合、図３の右図のように、軽故障波形データとして取得したデータの一部も再び重故障波形データとして取得できる。ここでも同様に、重故障発生位置のアドレスからプレトリガ分のアドレスを差し引いた値を先頭アドレス（重故障波形先頭位置）とする。ＲＡＭ１４の最後尾アドレスに達すると先頭アドレスに戻り、状態データの書き込みを続けＲＡＭ１４を更新する。さらに必要回数状態データを書き込んだ重故障波形終了位置までの状態データ群（重故障波形取得領域）を重故障波形データとして取得する。

上記のように、本発明では連続する故障に対して、一次要因である軽故障発生時と、重故障発生時両方の故障波形データを記録することができる。これにより、軽故障発生時と重故障発生時の状態がわかり、より詳細な故障解析ができるようになり復旧対策及び不具合フォローをより迅速に行えるようになる。

本実施の形態の電力変換装置の機能構成を示す図である。 連続して発生する故障の故障波形データを取得する電力変換装置の処理を示すフローチャートである。 連続して発生した故障において、ＲＡＭ上の故障波形データの具体例を示す図である。

符号の説明

１０ 電力変換装置
１１ 電力変換器
１２ 異常検出部
１３ データ書き込み処理部
１４ ＲＡＭ
１５ 故障波形取得部
１６ 波形転送用バッファ
１７ 表示部

Claims (10)

1. 電力変換器の故障解析のための状態データを記憶する記憶部を有した電力変換装置において、
   前記記憶部に前記状態データを一定期間ごとに書き込み、前記記憶部の最後尾に達した場合には先頭の書き込み位置に戻り、前記書き込みを繰り返すデータ書き込み処理部と、
   軽故障または重故障を検出すると、故障発生時の前後所定の範囲内において前記記憶部に記憶される前記状態データを、前記軽故障時または重故障時の故障波形データとして取得する故障波形取得部と、
   を有することを特徴とする電力変換装置。
2. 前記故障波形取得部は、前記記憶部において故障発生時の前記状態データの書き込みアドレスから、プレトリガ分のアドレスを差し引いた値を、取得する前記故障波形データの先頭アドレスとすることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記故障波形取得部は、前記プレトリガ分のアドレスを差し引いた値が０以下の場合には、前記記憶部の最後尾アドレスからマイナス分を差し引いた値を、前記先頭アドレスとすることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
4. 前記データ書き込み処理部は、前記重故障が発生すると、前記故障波形データの取得のための前記状態データの書き込み後、前記書き込みを中止することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
5. 取得した前記故障波形データを一時保存する波形転送用バッファと、
   前記故障波形データを前記波形転送用バッファから受信して波形として表示する表示部と、
   を更に有することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
6. 電力変換器の状態データをもとに故障解析を行う故障解析方法において、
   記憶部に前記状態データを一定期間ごとに書き込み、前記記憶部の最後尾に達した場合には先頭の書き込み位置に戻り、前記書き込みを繰り返すステップと、
   軽故障または重故障を検出すると、故障発生時の前後所定の範囲内において前記記憶部に記憶される前記状態データを、前記軽故障時または重故障時の故障波形データとして取得するステップと、
   を有したことを特徴とする故障解析方法。
7. 前記記憶部において前記故障発生時の前記状態データの書き込みアドレスから、プレトリガ分のアドレスを差し引いた値を、取得する前記故障波形データの先頭アドレスとすることを特徴とする請求項６記載の故障解析方法。
8. 前記プレトリガ分のアドレスを差し引いた値が０以下の場合には、前記記憶部の最後尾アドレスからマイナス分を差し引いた値を、前記先頭アドレスとすることを特徴とする請求項７記載の故障解析方法。
9. 前記重故障が発生すると、前記故障波形データの取得のための前記状態データの書き込み後、前記書き込みを中止することを特徴とする請求項６記載の故障解析方法。
10. 取得した前記故障波形データを一時保存し、表示部に転送して表示させることを特徴とする請求項６記載の故障解析方法。
    

Images