JP2013038917A - Failure diagnosis device, electric power conversion system, and fault diagnosis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、故障診断装置、電力変換装置および故障診断方法に関する。 The present invention relates to a failure diagnosis device, a power conversion device, and a failure diagnosis method.
太陽光発電用パワーコンディショナ(以下、パワコンと略す)においては、太陽電池出力であるDC(Direct current)電源を、一般には系統電源である交流電源に接続することを目的として、太陽電池からの入力については、DC−DCコンバータによる降圧/昇圧/直結回路等からなる入力を1チャンネル以上備え、系統電源である交流電源へ逆潮流させる為のACインバータを備える。パワコンは、所定の太陽電池入力電圧範囲においては前記DC−DCコンバータを動作させ、前記ACインバータの入力電源用に、所定の電圧目標に基づいて電圧変換が行われるとともに素子能力を越えないように電流制御されている。またACインバータにおいても、系統電源の電圧と連系するために、AC電圧制御とともに電流制御を行っている。このように、パワコンでは、系統電源に対し、高効率の電力変換効率とともに安定した電力供給を実現するための構成を有している。 In a power conditioner for photovoltaic power generation (hereinafter abbreviated as power conditioner), a DC (Direct current) power source that is a solar cell output is generally connected to an AC power source that is a system power source. As for the input, one or more channels including a step-down / boost / direct connection circuit or the like by a DC-DC converter are provided, and an AC inverter is provided for reverse power flow to an AC power source as a system power source. The power converter operates the DC-DC converter within a predetermined solar cell input voltage range, and performs voltage conversion based on a predetermined voltage target for the input power source of the AC inverter so as not to exceed the element capability. The current is controlled. Also in the AC inverter, current control is performed together with AC voltage control in order to link with the voltage of the system power supply. Thus, the power conditioner has a configuration for realizing a stable power supply with high power conversion efficiency with respect to the system power supply.
しかし、DC−DCコンバータ回路においては、接続される太陽電池の設置容量や日射量にともなう電力パターンの変化から、入力される電圧および電流範囲が広範囲に分布する。このため、制御に使用する電圧/電流測定部の正常範囲が大きくなり、自己診断検証が困難であった。また、複数の入力チャンネルを備える場合には、各入力チャンネルの発電パターンが異なることや、パワコンの発電出力開始時点では発電していない入力源も存在している場合もあることや、早朝での日射量が少なく発電電力が少ない起動条件では電流量も少ないこと等により、電流計測系の自己診断検証は困難であった。 However, in the DC-DC converter circuit, the input voltage and current range are distributed over a wide range due to the change in the power pattern according to the installed capacity of the connected solar cells and the amount of solar radiation. For this reason, the normal range of the voltage / current measurement unit used for control becomes large, and self-diagnosis verification is difficult. Also, when multiple input channels are provided, the power generation pattern of each input channel may be different, there may be input sources that are not generating power at the start of power generation output of the power converter, Self-diagnosis verification of the current measurement system was difficult due to the small amount of current, etc. under the startup conditions where the amount of solar radiation was small and the generated power was small.
このような電圧/電流の計測は、一般に制御用コンピュータによりデジタル制御される。このため、各種の電気計測センサーの回路出力はA/D変換器にてデジタル数値化して演算される構成となっており、数値演算により、DC計測では平均値、AC計測においては実効値、を求める演算がなされてこれらの演算結果が所定の入力範囲であるか否かを自己検証している。 Such voltage / current measurement is generally digitally controlled by a control computer. For this reason, the circuit output of various electric measurement sensors is configured to be converted into a digital numerical value by an A / D converter, and an average value in DC measurement and an effective value in AC measurement are obtained by numerical calculation. Calculations to be obtained are performed, and it is self-verified whether or not these calculation results are within a predetermined input range.
また、下記特許文献1では、電力変換回路の故障診断において、3相電力変換回路の電流値の各2線の和が0値になる場合は、1回路が断線していると判断する例がのべられており、個々の計測部の異常検出機能では計測値演算結果から故障判定する例が述べられている。
Moreover, in the following
上記特許文献1によれば、スイッチング素子が故障状態であるか否かを、検出回路または回路ブロックの入力電流の総和を基準値と比較する方法が述べられている。しかしながら、太陽電池のような各種電力発生パターンをもつパワコンにおいては、判定基準値が広範囲となることから、故障判定基準を設定することが出来ない、という問題があった。
According to
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽光発電用パワーコンディショナ等のように入力される電力パターンが多様でかつ複数の入力電力を有する電力変換装置の故障診断を行うことができる故障診断装置、電力変換装置および故障診断方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and performs failure diagnosis of a power conversion device having a variety of input power patterns and a plurality of input powers, such as a power conditioner for photovoltaic power generation. An object of the present invention is to obtain a failure diagnosis device, a power conversion device, and a failure diagnosis method.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、複数の入力電力を電力変換して出力電力を生成する電力変換装置の故障を診断する故障診断装置であって、前記入力電力ごとに入力電力値を計測する入力電力計測部と、前記出力電力の出力電力値を計測する出力電力計測部と、前記出力電力値と、前記入力電力値の総和と所定の電力変換効率との乗算結果と、の差が所定の範囲内であるか否かに基づいて前記電力変換装置の故障を診断する、ことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a failure diagnosis device that diagnoses a failure of a power conversion device that generates output power by converting a plurality of input powers, the input power An input power measurement unit that measures an input power value for each, an output power measurement unit that measures an output power value of the output power, the output power value, a sum of the input power values, and a predetermined power conversion efficiency A failure of the power converter is diagnosed based on whether or not a difference between the multiplication result and the result is within a predetermined range.
本発明によれば、太陽光発電用パワーコンディショナ等のように入力される電力パターンが多様でかつ複数の入力電力を有する電力変換装置の故障診断を行うことができるという効果を奏する。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, there is an effect that failure diagnosis can be performed on a power conversion device having various input power patterns such as a power conditioner for photovoltaic power generation and having a plurality of input powers.
以下に、本発明にかかる故障診断装置、電力変換装置および故障診断方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of a failure diagnosis device, a power conversion device, and a failure diagnosis method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかる電力変換システムの実施の形態1の構成例を示す図である。本実施の形態の電力変換システムは、入力装置1−1,1−2と、電力変換装置2と、負荷3と、を備える。本実施の形態の電力変換システムは、例えば太陽光発電用パワーコンディショナ等であり、電力変換の対象となる入力電力の電力発生パターンが多様な場合を想定しているが、電力発生パターンが多様な場合に限定されない。
1 is a diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of a power conversion system according to the present invention. The power conversion system according to the present embodiment includes input devices 1-1 and 1-2, a
入力装置1−1,1−2は、例えば太陽電池等のように、直流電力を出力する装置である。電力変換装置2は、入力装置1−1,1−2から入力された直流電力を交流電力に変換して負荷3へ供給する。
The input devices 1-1 and 1-2 are devices that output DC power, such as solar cells. The
図1に示すように、電力変換装置2は、入力電力計測部21−1,21−2と、故障診断部22と、出力電力計測部23と、電力変換部24と、を備える。入力電力計測部21−1,21−2は、それぞれ電流計測部211、電圧計測部212および演算部213を備え、演算部213が、電流計測部211、電圧計測部212の計測結果に基づいて入力電力を求める。出力電力計測部23も同様に、電流計測部231、電圧計測部232および演算部233を備え、演算部233が、電流計測部231、電圧計測部232の計測結果に基づいて出力電力を求める。
As illustrated in FIG. 1, the
入力電力計測部21−1,21−2は、それぞれ入力装置1−1,1−2から入力される電力を計測する。具体的には、例えば、入力装置1−1は、入力される電流Is#1および電圧Vs#1を計測し、これらに基づいて電力Pin#1を求め、入力装置1−2は、入力電流Is#2および入力電圧Vs#2を計測し、これらに基づいて入力電力(入力電力値)Pin#2を求める。電力変換部24は、入力された直流電力を交流電力に変換して出力する。出力電力計測部23は、電力変換部24から出力される出力電力(出力電力値)Poを計測する。具体的には、例えば、出力される出力電流Ioと出力電圧Voを計測し、これらに基づいて出力電力Poを求める。
The input power measuring units 21-1 and 21-2 measure the power input from the input devices 1-1 and 1-2, respectively. Specifically, for example, the input device 1-1 measures the input current Is # 1 and the
入力電力計測部21−1,21−2と、故障診断部22と、出力電力計測部23と、は、本実施の形態の故障診断装置を構成する。
The input power measuring units 21-1, 21-2, the
なお、図1では、入力装置の数を2台としているが、入力装置の数はこれに限定されない。ただし、入力装置の数に応じて電力変換装置2の入力電力計測部を備えることとする。
In FIG. 1, the number of input devices is two, but the number of input devices is not limited to this. However, the input power measuring unit of the
次に、本実施の形態の故障診断部22の動作を説明する。本実施の形態の故障診断部22は、電力変換装置2の動作モード(例えば、最大電力追従モード、昇圧・降圧動作モードなど)ごとに設定した電力変換効率を電力変換効率情報として保持している。図2は、故障診断部22が保持している電力変換効率情報の一例を示す図である。このように、動作モードに対応して電力変換効率を設定しておく。また、さらに、電力変換部内のDCコンバータの各種モードや発生電力量に応じて電力変換効率を設定してもよい。この場合、例えば、電力変換効率情報として考慮する条件の組み合わせごとに対応して電力変換効率を定めておいてもよいし、入力条件に応じて計算式を用いて電力変換効率が求められるように計算式を定めておいてもよい。
Next, the operation of the
図3は、本実施の形態の故障診断部22が実施する故障診断処理手順の一例を示すフローチャートである。故障診断部22は、故障診断処理が開始されると、まず、その時点での動作モードを取得する(ステップS1)。次に、故障診断部22は、電力変換効率情報を参照して、取得した動作モードに対応する電力変換効率ηを設定する(ステップS2)。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a failure diagnosis processing procedure performed by the
故障診断部22は、入力電力計測部21−1,21−2から入力電力Pin#1、Pin#2を取得してこれらの総和としてPinを求めるとともに、出力電力計測部23から出力電力Poを取得する(ステップS3)。そして、故障診断部22は、出力電圧の推定値であるPin×ηを求め、Po=Pin×ηであるか否かを判断する(ステップS4)。なお、この際、Pin×ηとPoが完全に一致しているか否かを判断する必要はなく、例えばPoがPin×ηに対して±X%以内であるか否かにより判断する等、誤差等を考慮して適宜判断条件を設定しておけばよい。
The
Po=Pin×ηであると判断した場合(ステップS4 Yes)、故障診断部22は、電力変換装置2が正常であると診断(判定)し(ステップS5)、処理を終了する。Po=Pin×ηでないと判断した場合(ステップS4 No)、故障診断部22は、電力変換装置2に故障が生じていると診断し(ステップS6)、所定の故障処理を実施し(ステップS7)、処理を終了する。なお、所定の故障処理は、どのような処理でもよいが、例えば、故障であることをユーザに通知を行う処理や電力変換の動作を停止する処理等を行う。
When it is determined that Po = Pin × η (step S4 Yes), the failure diagnosis unit 22 diagnoses (determines) that the
以上のように、本実施の形態では、入力電力計測部21−1,21−2が入力装置1−1,1−2からそれぞれ電力変換装置2へ入力される入力電力を測定し、出力電力計測部23が電力変換装置2から出力される出力電力を測定する。そして、故障診断部22が、入力電力の総和と、出力電力と、動作モードごとに設定された電力変換効率と、に基づいて電力変換装置2が故障であるか否かを判断するようにした。このため、太陽光発電用パワーコンディショナ等のように入力される電力パターンが多様でかつ複数の入力電力を有する場合にも電力変換装置の故障診断を行うことができる。また、このように、故障と判断した場合に動作の停止等を実施することにより、従属故障を防ぐことができる。さらに、個々の電力計測部が自己検証回路を設けることなく、1つの演算部にて故障診断を実施するため、安価にシステムを実現することが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the input power measuring units 21-1 and 21-2 measure the input power input from the input devices 1-1 and 1-2 to the
なお、入力電力計測部21−1,21−2および出力電力計測部23のうち1つ以上を計測精度の異なる独立した計測系を複数備え、故障診断部22は、2組以上の独立した計測系の計測結果に基づいて上述の故障診断を行うようにしてもよい。これにより、例えば、各々計測系による計測結果を比較することにより計測精度を検証することができる。具体的には、例えば、複数ある計測系により得られた計測値(実測値)と推定値(複数ある計測系のいづれか一つを対象として得られる入力または出力の演算値)とを比較検証できる。
Note that one or more of the input power measurement units 21-1, 21-2 and the output power measurement unit 23 are provided with a plurality of independent measurement systems having different measurement accuracy, and the
実施の形態2.
図4は、本発明にかかる電力変換システムの実施の形態2の構成例を示す図である。本実施の形態の電力変換システムは、実施の形態1の電力変換装置2を電力変換装置2aに代え、電流計測部4−1,4−2,6と、電圧計測部5−1,5−2,7と、を追加する以外は実施の形態1の電力変換システムと同様である。実施の形態1と同様の機能を有する構成要素は、実施の形態1と同一の符号を付して説明を省略する。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a second embodiment of the power conversion system according to the present invention. In the power conversion system of the present embodiment, the
実施の形態1では、電力変換装置2内で入力電力および出力電力の計測を行ったが、本実施の形態では、電力変換装置2aの外部に電流計測部4−1,4−2,6および電圧計測部5−1,5−2,7を備え、外部で計測した結果を電力変換装置2aが通信回線等により取得して故障診断を行う。
In the first embodiment, the input power and the output power are measured in the
図4に示すように、本実施の形態の電力変換装置2aは、電力変換部24と、演算部25−1,25−2と、故障診断部26と、を備える。演算部25−1は、電流計測部4−1および電圧計測部5−1により計測された電流Is#1および電圧Vs#1を取得して、これらに基づいて電力Pin#1を求める。演算部25−2は、電流計測部4−2および電圧計測部5−2により計測された電流Is#2および電圧Vs#2を取得して、これらに基づいて電力Pin#2を求める。本実施の形態では、演算部25−1,25−2、故障診断部26、電流計測部4−1,4−2,6および電圧計測部5−1,5−2,7により故障診断装置を構成する。
As illustrated in FIG. 4, the
故障診断部26は、電流計測部6および電圧計測部7により計測された電流Ioおよび電圧Voを取得して、これらに基づいてPoを求めるとともに、実施の形態1の故障診断部22と同様の故障診断処理を実施する。以上述べた以外の本実施の形態の動作は実施の形態1と同様である。
なお、本実施の形態では、故障診断部26が、電流計測部6および電圧計測部7により計測された電流Ioおよび電圧Voを取得して、これらに基づいてPoを求める出力電力演算部としての機能と、実施の形態1の故障診断部22と同様の機能と、を備えるようにしたが、出力電力演算部を故障診断部26とは別に備えるようにしてもよい。
In the present embodiment,
本実施の形態においても、電流計測部4−1,4−2,6および電圧計測部5−1,5−2,7の少なくとも1つ以上について計測精度の異なる独立した計測系を複数備えるようにしてもよい。 Also in the present embodiment, a plurality of independent measurement systems having different measurement accuracy are provided for at least one of the current measurement units 4-1, 4-2, 6 and the voltage measurement units 5-1, 5-2, 7. It may be.
このように、計測系を電力変換装置2aの外部に備えることで、実施の形態1と同様の効果が得られるとともに、安価にシステムを構築することができる。
Thus, by providing the measurement system outside the
1−1,1−2 入力装置
2,2a 電力変換装置
3 負荷
4−1,4−2,6,211,231 電流計測部
5−1,5−2,7,212,232 電圧計測部
21−1,21−2,213,233 電力計測部
22,26 故障診断部
23 出力電力計測部
24 電力変換部
25−1,25−2 演算部
1-1, 1-2
Claims (7)
前記入力電力ごとに入力電力値を計測する入力電力計測部と、
前記出力電力の出力電力値を計測する出力電力計測部と、
前記出力電力値と、前記入力電力値の総和と所定の電力変換効率との乗算結果と、の差が所定の範囲内であるか否かに基づいて前記電力変換装置の故障を診断する、ことを特徴とする故障診断装置。 A failure diagnosis device for diagnosing a failure of a power conversion device that converts a plurality of input powers to generate output power,
An input power measuring unit that measures an input power value for each input power;
An output power measuring unit for measuring an output power value of the output power;
Diagnosing a failure of the power conversion device based on whether or not a difference between the output power value and a multiplication result of the sum of the input power values and a predetermined power conversion efficiency is within a predetermined range; A failure diagnosis apparatus characterized by the above.
前記故障診断部は、前記2以上の計測系の計測結果を比較することにより、計測精度を検証する、ことを特徴とする請求項1または2に記載の故障診断装置。 At least one of the input power measurement unit and the output power measurement unit has two or more independent measurement systems with different measurement accuracy,
The failure diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the failure diagnosis unit verifies measurement accuracy by comparing measurement results of the two or more measurement systems.
前記入力電力ごとに入力電力値を計測する入力電力計測部と、
前記出力電力の出力電力値を計測する出力電力計測部と、
前記入力電力値の総和と所定の電力変換効率とに基づいて出力電力の推定値を求め、前記出力電力値と前記推定値との差に基づいて前記電力変換装置の故障を診断する故障診断部と、
を備えることを特徴とする故障診断装置。 A failure diagnosis device for diagnosing a failure of a power conversion device that converts a plurality of input powers to generate output power,
An input power measuring unit that measures an input power value for each input power;
An output power measuring unit for measuring an output power value of the output power;
A failure diagnosis unit that obtains an estimated value of output power based on the sum of the input power values and a predetermined power conversion efficiency, and diagnoses a failure of the power conversion device based on a difference between the output power value and the estimated value When,
A failure diagnosis apparatus comprising:
前記入力電力ごとに入力電力値を計測する入力電力計測部と、
前記出力電力の出力電力値を計測する出力電力計測部と、
前記入力電力値の総和と所定の電力変換効率とに基づいて出力電力の推定値を求め、前記出力電力値と前記推定値との差に基づいて前記電力変換装置の故障を診断する故障診断部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that generates a power by converting a plurality of input powers,
An input power measuring unit that measures an input power value for each input power;
An output power measuring unit for measuring an output power value of the output power;
A failure diagnosis unit that obtains an estimated value of output power based on the sum of the input power values and a predetermined power conversion efficiency, and diagnoses a failure of the power conversion device based on a difference between the output power value and the estimated value When,
A power conversion device comprising:
前記電力変換装置の外部で計測された前記入力電力の電流値および電圧値を取得し、前記電流値および前記電圧値に基づいて入力電力ごとの入力電力値を求める演算部と、
前記電力変換装置の外部で計測された前記出力電力の電流値および電圧値を取得し、当該電流値および電圧値に基づいて前記出力電力の出力電力値を求める出力電力演算部と、
前記入力電力値の総和と所定の電力変換効率とに基づいて出力電力の推定値を求め、前記出力電力値と前記推定値との差に基づいて前記電力変換装置の故障を診断する故障診断部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。 A power conversion device that generates a power by converting a plurality of input powers,
An arithmetic unit that obtains a current value and a voltage value of the input power measured outside the power converter, and obtains an input power value for each input power based on the current value and the voltage value;
An output power calculation unit that obtains a current value and a voltage value of the output power measured outside the power converter, and obtains an output power value of the output power based on the current value and the voltage value;
A failure diagnosis unit that obtains an estimated value of output power based on the sum of the input power values and a predetermined power conversion efficiency, and diagnoses a failure of the power conversion device based on a difference between the output power value and the estimated value When,
A power conversion device comprising:
前記入力電力ごとに入力電力値を計測する入力電力計測ステップと、
前記出力電力の出力電力値を計測する出力電力計測ステップと、
前記入力電力値の総和と所定の電力変換効率とに基づいて出力電力の推定値を求め、前記出力電力値と前記推定値との差に基づいて前記電力変換装置の故障を診断する故障診断ステップと、
を含むことを特徴とする故障診断方法。 A failure diagnosis method for diagnosing a failure in a power conversion device that generates output power by converting a plurality of input powers,
An input power measurement step of measuring an input power value for each input power;
An output power measurement step for measuring an output power value of the output power; and
A failure diagnosis step of obtaining an estimated value of output power based on the sum of the input power values and a predetermined power conversion efficiency, and diagnosing a failure of the power conversion device based on a difference between the output power value and the estimated value When,
A failure diagnosis method comprising:
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