JP2014073017A - 故障検出装置及び故障検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】サイリスタ11のアノード・カソード間の順電圧を検出する順電圧検出器21と、サイリスタ11のアノード・カソード間の逆電圧を検出する逆電圧検出器31と、順電圧検出器21から入力される順電圧検出信号と、逆電圧検出器31から入力される逆電圧検出信号と、に応じて、順電圧検出器21及び逆電圧検出器31が並列接続されるサイリスタ11の素子故障の有無と、順電圧検出器11の故障の有無と、逆電圧検出器31の故障の有無と、の判定を含む故障検出処理を実行する故障検出部172と、を備える。
【選択図】図1
Description
なお可変速発電システムには、大電力に耐えられるサイリスタ素子を備えた電力変換器(サイリスタ変換器)が用いられる。
なお、前記故障判断手段は、逆電圧検出手段によって逆電圧が検出されている期間に、前記逆電圧を検出しているサイリスタとは異なるサイリスタおいて順電圧が検出された場合、当該順電圧が検出されたサイリスタが故障していると判定する。
また、特許文献2に記載の発明においても、電圧検出器の故障について考慮されていない。つまり、電圧検出器が故障した場合でも素子故障と判定してしまう。
なお、詳細については、発明を実施するための形態において説明する。
図1は、本実施形態に係る故障検出装置を含む電力変換システムの構成図である。電力変換システムA1は、電力変換器1と、順電圧検出器21〜26と、逆電圧検出器31〜36と、を備えている。
電力変換器1は、三相交流電源4から入力される交流電力を、所定の電圧・周波数の交流電力(又は直流電力)に変換し、負荷5に対して出力する。ちなみに、揚水発電所では、電力変換器1によって変換された交流電力が送配電される(この場合、図1に示す負荷5は、送配電先に存在する)。
第1レグを構成するサイリスタ11のアノードは、配線a1を介してサイリスタ12のカソードに接続されている。第2レグを構成するサイリスタ13のアノードは、配線a2を介してサイリスタ14のカソードに接続されている。第3レグを構成するサイリスタ15のアノードは、配線a3を介してサイリスタ16のカソードに接続されている。
なお、配線a1,a2,a3はそれぞれ、三相交流電源4のU相配線,V相配線,W相配線に接続されている。
順電圧検出器21は、サイリスタ11の順方向(サイリスタ11に電流を流す方向)に印加される電圧(以下、「順電圧」という。)を検出し、故障検出部172に出力する。なお、順電圧変換器22〜26についても同様である。
逆電圧検出器31は、サイリスタ11の逆方向(サイリスタ11に電流を流さない方向)に印加される電圧(以下、「逆電圧」という。)を検出し、故障検出部172に出力する。なお、逆電圧変換器32〜36についても同様である。
以下では、順電圧検出器21などによって検出される順電圧検出信号を「FV信号」と記し、逆電圧検出器31などによって検出される逆電圧検出信号を「RV信号」と記すことがあるものとする。
より具体的に、駆動制御部171は、サイリスタ11〜16に対し、交流の1周期を360°とした電気角で、それぞれ60°の位相差を有する導通指令信号を、電気角120°に対応する時間に亘って出力する。
ここで、「故障」には、サイリスタ11などの素子故障と、順電圧検出器21などの故障(後記する誤動作又は誤不動作)と、逆電圧検出器31などの故障(後記する誤動作又は誤不動作)と、が含まれる。なお、故障検出部172の処理については、後記する。
故障検出部172は、オンディレイ回路101〜104と、NOT演算回路105〜110と、AND演算回路111〜118と、を有している。
以下では、サイリスタ11のアノード・カソード間電圧を、「AK間電圧」と記すことがあるものとする。
NOT演算回路105〜110は、入力信号のNOT(否定)演算を実行する。AND演算回路111〜118は、複数の入力信号の論理積を演算する。
次に、制御手段17(故障検出部172)の動作について、図3〜図7を参照しつつ順次説明する。以下では、1個のサイリスタ11及び当該サイリスタ11に接続される順電圧検出器21・逆電圧検出器31の故障検出について説明する。また、図3は、駆動制御部171からサイリスタ11に対して出力される導通指令信号の点弧角が90°である場合を示している(図4〜図6も同様)。
図3(a)は、電力変換システムが正常に動作している場合におけるサイリスタのAK間電圧の波形図である。ちなみに、電力変換システムA1が正常に動作しているとは、サイリスタ11〜16が素子故障(短絡故障)しておらず、かつ、順電圧検出器21〜26・逆電圧検出器31〜36が故障していないことを意味している。
そうすると、図2に示すオンディレイ回路101は、信号aの値が1となった時刻から所定時間後に立ち上がる信号bを出力する(ただし、前記立ち上がるタイミングにおいて信号aの値が0である場合、信号bの値も0である)。前記した所定時間は、サイリスタ11に印加される電圧が正となる時間を含んでいるため、電気角30°〜120°の区間において信号bの値は0である(図3(b)に示すオンディレイ区間を参照)。
前記した駆動制御部171は(図1参照)、故障検出部172から入力される信号t5の値が1である場合、通常どおり電力変換システムA1を駆動させる。
図4(a)は、素子故障が生じている場合におけるサイリスタのAK間電圧の波形図である。図4(a)の符号Gで示すタイミングにおいてサイリスタ11が素子故障(つまり、短絡故障)すると、AK間電圧がゼロになる。したがって、サイリスタ11が素子故障した後は、順電圧検出器21から入力されるFV信号、及び逆電圧検出器31から入力されるRV信号の値は、常に0となる。
したがって、図2に示す信号a(FV信号)がNOT演算された結果である信号dの値は常に1となり、オンディレイ回路102の出力である信号eの値も常に1となる。同様に、信号hがNOT演算された結果である信号kの値は常に1となり、オンディレイ回路104の出力である信号lの値も常に1となる。
前記した駆動制御部171は(図1参照)、故障検出部172から入力される信号t6の値が1である場合、電力変換システムA1を緊急停止させる。
図5は、逆電圧検出器において誤不動作が生じている場合の波形図である。ここで、「誤不動作」とは、AK間電圧が正(負)になった場合に、順(逆)電圧検出器21がオン信号を故障検出部172に出力しない状態を意味している。
図5(c)に示すように、符号Hで示すタイミングにおいて逆電圧検出器31が誤不動作を起こした場合、逆電圧が検出されなくなる。一方、図5(b)に示すように、順電圧検出器21は正常に動作しているため、パルス状の検出信号が出力され続ける。
一方、順電圧検出器21は正常であるため、前記した正常動作の場合と同様に、信号gの値は常に1となる。
なお、逆電圧検出器31が誤不動作した場合でも、駆動制御部171は電力変換システムA1を駆動し続けることが好ましい。これによって、電力変換システムA1を徒に停止させることを防止できるからである。
逆電圧検出器31が誤不動作した場合、表示手段6(図1参照)はこれに対応する表示処理を行い、逆電圧検出器31が誤不動作していることを管理者などに通知する。
図6は、順電圧検出器において誤動作が生じている場合の波形図である。ここで、「誤動作」とは、AK間電圧がゼロ以下(ゼロ以上)になった場合でも、順(逆)電圧検出器21がオン信号を故障検出部172に出力し続ける状態を意味している。
図6(b)に示すように、符号Iで示すタイミングにおいて順電圧検出器21が誤動作を起こした場合、順電圧検出器21からは、順電圧がかかっていない場合でもFV信号として常に1が出力される。一方、図6(c)に示すように、逆電圧検出器31からはパルス状のRV信号が出力され続ける。
なお、順電圧検出器21が誤動作した場合でも、駆動制御部171は電力変換システムA1を駆動し続けることが好ましい。これによって、電力変換システムA1を徒に停止させることを防止できるからである。
図7は、故障判定部に入力されるFV信号波形と、RV信号波形と、検出される故障原因との関係を示す説明図である。図7に示すように、FV信号及びRV信号が、オン/オフを繰り返すパルス波形である場合、故障検出部172は電力変換システムA1が正常に動作していると判定する。ちなみに、FV信号がパルス波形である場合は、図2に示す信号gの値が1である場合に対応し、RV信号がパルス波形である場合は、図2に示す信号nの値が1である場合に対応する。
図7に示すその他の場合については、前記と同様であるから説明を省略する。
本実施形態に係る故障検出装置(故障検出部172)によれば、順電圧検出器21から入力されるFV信号と、逆電圧検出器31から入力されるRV信号と、を用いることによって、電力変換システムA1の状態を適切に判別することができる。
ここで、電力変換システムA1の状態とは、正常動作と、サイリスタの素子故障と、順電圧検出器21の誤動作又は誤不動作と、逆電圧検出器31の誤動作又は誤不動作と、電力変換システムA1の停止状態と、を含んでいる。
図24は、比較例に係る電力変換システムが備える故障検出部の真偽値表である。
図24に示すように、順/逆電圧検出器20によって順電圧及び逆電圧が検出される場合、故障検出部(図示せず)によって電力変換システムが正常であると判定される。また、順/逆電圧検出器20によって順電圧が検出されず、かつ、逆電圧が検出されない場合、素子故障又は順/逆電圧検出器20の誤不動作であると判定される。つまり、比較例では、「素子故障」と「順/逆電圧検出器の故障」とが混同して検出される。
すなわち、本実施形態によれば、電力変換システムA1を停止する必要がある場合(素子故障が起こった場合)と、電力変換システムA1を停止する必要がない場合(電圧検出器の故障)と、を適切に判別することができる。
第2実施形態は、前記した第1実施形態と比較して、電力変換システムA2が備えるそれぞれのサイリスタ11〜16に、順電圧検出器及び逆電圧検出器が2個ずつ並列接続される点と、故障検出部172による処理方法と、が異なる。したがって、当該異なる部分について説明し、第1実施形態と重複する部分については説明を省略する。
図8(b)は、図8(a)に示す領域Kの部分拡大図である。図8(b)に示すように、サイリスタ11には、順電圧検出器A系21aと、逆電圧検出器A系31aと、順電圧検出器B系21bと、逆電圧検出器B系31bと、がそれぞれ並列接続されている。
なお、図8(a)では図示を省略したが、他のサイリスタ12〜16に関しても順電圧検出器と逆電圧検出器が2個ずつ並列接続されている。
図9に示すオフディレイ回路121〜124は、入力がオンになると同時に出力がオンになり、入力がオフになってから所定時間が経過した後に出力がオフになる回路である。なお、前記所定時間は、サイリスタ11が正常に動作している場合において、AK間電圧がゼロとなる転流区間(図3(a)における電気角120°〜240°の区間)と、AK間電圧が負となる逆電圧区間(図3(a)における電気角240°〜330°の区間)と、を含むように設定されている。
次に、制御手段17(故障検出部172)の動作について説明する。以下では、1個のサイリスタ11、及び当該サイリスタ11に接続される順電圧検出器(A系・B系)・逆電圧検出器(A系・B系)の故障検出処理に関して説明する。
電力変換システムA2が正常に動作している場合、サイリスタ11のAK間電圧、順電圧検出器(A系・B系)から出力されるFV信号(FVA信号、FVB信号)、逆電圧検出器(A系・B系)から出力されるRV信号(RVA信号、RVB信号)はそれぞれ、第1実施形態で説明した図3(a)〜(c)と同様の波形となる。
例えば、図3(a)に示す電気角30°〜120°の区間はオフディレイ回路121にFVA信号(図9に示す信号a)の値として1が入力される。したがって、図9に示すオフディレイ回路121から出力される信号bの値も1となる。
したがって、順電圧検出器A系21a及び順電圧検出器B系21b(図8(b)参照)のうち少なくとも一方によって順電圧が検出される場合、図9に示す信号bと信号dとの論理和である信号eの値は、常に1となる。
なお、順電圧検出器A系21a及び順電圧検出器B系21bのうちいずれか一方が故障した場合でも、正常状態が継続していることとする。これは、正常である側の順電圧検出器によって適切に順電圧を検出し続けることができるからである。
なお、P_FV OFFは、前記したP_FV(AorB)のNOT演算を行うことで得られる。また、P_RV OFFは、前記したP_RV(AorB)のNOT演算を行うことで得られる。図11の表に示す「軽故障」、「重故障」については後記する。
なお、図11に示すNo.2,3,5〜7,9〜11についても同様である。
サイリスタ11が短絡故障している場合、サイリスタ11のAK間電圧、順電圧検出器(A系・B系)から出力されるFV信号(FVA信号・FVB信号)、逆電圧検出器(A系・B系)から出力されるRV信号(RVA信号・RVB信号)はそれぞれ、第1実施形態で説明した図4(a)〜(c)と同様の波形となる。
このとき、サイリスタ11のAK間電圧は0となるため、順電圧検出器21a,21bのいずれによっても順電圧が検出されず、逆電圧検出器31a,31bのいずれによっても逆電圧が検出されない。
また、図11のNo.16に示すように、素子故障が生じている場合においてP_FVA,P_FVB,P_RVA,P_RVBの値は全て0となる。このとき、故障検出部172は、サイリスタ11の素子故障を示す信号:THY Short=1を出力する(太枠の網掛け部分を参照)。なお、THY Shortは、前記した信号u4(図9参照)の値に対応する。
一方、順電圧検出器(A系・B系)又は逆電圧検出器(A系・B系)が故障した場合、電力変換システムA2を緊急停止させることなく対応可能である。以下では、このような故障を「軽故障」(図11参照)と記す。
例えば、逆電圧検出器A系31a及び逆電圧検出器B系31bが共に誤不動作している場合、サイリスタのAK間電圧、順電圧検出器(A系・B系)から出力されるFV信号(FVA信号、FVB信号)、逆電圧検出器(A系・B系)から出力されるRV信号(RVA信号、RVB信号)はそれぞれ、第1実施形態で説明した図5(a)〜(c)と同様の波形となる。
図5(c)に示すように、逆電圧検出器(A系・B系)では共に逆電圧が検出されなくなる。一方、図5(b)に示すように、順電圧検出器(A系・B系)では継続して順電圧が検出される。
なお、順電圧検出器A系21a及び順電圧検出器B系21bが共に誤不動作した場合、図9に示すように、信号u2の値が1となる。
なお、逆電圧検出器の誤不動作は、前記した「軽故障」に相当するため、ただちに電力変換システムA2を停止させる必要はない。
一方、図11のNo.13〜15に示すように、順電圧検出器(A系・B系)が共に誤不動作している場合、故障検出部はP_FV OFF=1を出力する(網掛け部分を参照)。ここで、P_FV OFFは、前記した信号u2(図9参照)に対応する。
本実施形態に係る故障検出装置(故障検出部172)によれば、順電圧検出器(A系・B系)から入力されるFV信号(FVA信号・FVB信号)と、逆電圧検出器(A系・B系)から入力されるRV信号(RVA信号・RVB信号)と、を用いることによって、電力変換システムA2の状態を適切に判別することができる。
また、2個の順電圧検出器21a,21bを備えることによって、一方の順電圧検出器が故障した場合でも、他方の順電圧検出器を用いて順電圧を検出し続けることができる。逆電圧検出器31a,31bについても同様のことがいえる。
したがって、本実施形態に係る故障検出装置によれば、電力変換システムA2の信頼性を向上させることができる。
このように、軽故障と重故障とを区別して検出することで、無用の緊急停止(つまり、軽故障が生じた場合の緊急停止)を回避することができる。したがって、電力変換システムA2の信頼性を向上させることができる。
第3実施形態は、前記した第1実施形態と比較して、逆並列に接続された正群サイリスタ及び逆群サイリスタを備える点と、故障検出部172による処理方法と、が異なる。したがって、当該異なる部分について説明し、第1実施形態と重複する部分については説明を省略する。
これらの逆並列サイリスタが互いに直列接続されることで1つサイリスタ群(領域Lに相当)を構成している。そして、図12(a)に示すように、6つのサイリスタ群がブリッジ接続され、いわゆる2S1Pの構造となっている。
なお、制御手段17の機能については、第1実施形態と同様であるから説明を省略する。
なお、図12(a)では図示を省略したが、逆並列に接続されている他のサイリスタに関しても、正群順電圧検出器と逆群順電圧検出器が1つずつ並列接続されている。
なお、図13に示すP1_FV信号は、正群順電圧検出器21cから入力されるFV信号を意味し、P2_FV信号は、正群順電圧検出器21dから入力されるFV信号を意味している。
また、図13に示すN1_FV信号は、逆群順電圧検出器31cから入力されるFV信号を意味し、N2_FV信号は、逆群順電圧検出器31dから入力されるFV信号を意味している。
なお、図13に示すように、本実施形態における故障検出部172は、オンディレイ回路やオフディレイ回路を有していない。
次に、制御手段17(故障検出部172)の動作について説明する。以下の説明は、サイリスタP11,P12,N11,N12及びこれらのサイリスタに接続される正群順電圧検出器21c,21d・逆群順電圧検出器31c,31dの故障検出に関するものである(図12(b)参照)。
図14(a)は、電力変換システムが正常に動作をしている場合における正群サイリスタP11のAK間電圧の波形図である。当該波形は、第1実施形態で説明した正常動作時の波形と同様であり(図3(a)参照)、区間Pでは正群サイリスタP11に順電圧が印加され、区間Nでは正群サイリスタP11に逆電圧が印加される。
図14(b)は、正群順電圧検出器21cから入力されるFV信号の波形図である。当該波形は、第1実施形態で説明した正常動作時のFV信号と同様である(図3(b)参照)。
また、正群サイリスタP12のAK間電圧(図14(c)参照)、及び正群順電圧検出器21dから入力されるFV信号(図14(d)参照)はそれぞれ、図14(a),(b)と同様の波形である。
なお、図14(f)〜(h)については、説明を省略する。
例えば、図14(a),(c)に示す電気角30°〜120°の区間において、正群順電圧検出器21cと、正群順電圧検出器21dと、によって順電圧が検出される(図14(b)、(d)参照)。このとき、逆群順電圧検出器31c及び逆群順電圧検出器31dでは、順電圧が検出されない(図14(f)、(h)参照)。
図20は、故障判定部に入力される正群順電圧検出信号と、逆群順電圧検出信号と、検出される故障原因との関係を示す説明図である。例えば、図20に示す「P群#1サイリスタ」は、正群サイリスタP11(図12(b)参照)に対応している。また、「第1P群順電圧検出器」は、正群順電圧検出器21c(図12(b)に対応している。その他のサイリスタ、順電圧検出器についても同様である。
したがって、図13に示す信号b,d,f,hの値が1となり、これらの論理積i3の値が1となる。その結果、信号i1〜i3の論理和である信号iの値が1(正常動作に対応)となる。
すなわち、図20のNo.16に示すように、いずれの電圧検出器によっても順電圧が検出されない場合、故障検出部172は電力変換システムA3が正常動作している(サイリスタ11の転流中)と判定する。
したがって、図13に示す信号b,d,e,gの値が1となり、これらの論理積i2の価が1となる。その結果、信号i1〜i3の論理和である信号iの値が1(正常動作に対応)となる。
つまり、図20のNo.13に示すように、正群順電圧検出器21c,21dによって順電圧が検出されず、逆群順電圧検出器31c,31dによって順電圧が検出される場合、故障検出部172は電力変換システムA3が正常動作している(サイリスタ11の出力電圧<0)と判定する。
ちなみに、電力変換システムA3が正常である場合、図13に示す他の信号j〜rの値は全て0である。
正群順電圧検出器21cから入力されるFV信号:P1_FV=1、正群順電圧検出器21dから入力されるFV信号:P2_FV=1、逆群順電圧検出器31cから入力されるFV信号:N1_FV=0、逆群順電圧検出器31dから入力されるFV信号:N2_FV=0となっている。
なお、P1_FV ONの値は、図13に示す信号l,qの論理和を演算することで得られる。また、P1_FV OFFの値は、図13に示す信号oの値に対応している。
故障検出部172は、図21に示す表の左から6列目「THY_1 Short」〜18列目「重故障」までの各データを表示手段6(図12(a)参照)に出力し、管理者などに電力変換システムA3の状態を知らせる。
図15は、逆群サイリスタN12(第2逆群サイリスタ)が素子故障している場合の波形図である。なお、逆群サイリスタN12以外の各サイリスタ及び各電圧検出器は正常に動作している。
図15(g)の符号Oで示すタイミングで逆群サイリスタN12が素子故障(短絡故障)した場合、前記タイミング以後において逆群サイリスタN12のAK間電圧が0になる。したがって、逆群順電圧検出器31dから入力されるFV信号の値が0になる。ちなみに、逆群サイリスタN12が短絡状態となっているため、これと並列接続される正群サイリスタP12の電圧も0になる(図15(c)、参照)
詳細な説明は省略するが、逆群サイリスタN12が素子故障している場合、図13に示す信号p,qの値が、時間的に交互に1となる。なお、その他の信号i〜o,rの値は常に0である。
このような場合、故障検出部172は、逆群サイリスタN12(又は第2正群サイリスタP12)が素子故障していると判定する。図20のNo.8に示すように、このとき正群順電圧検出器21cが誤動作しているか、又は正群順電圧検出器21dが誤不動作している可能性も考えられるが、故障検出部172は優先的に素子故障と判定することが好ましい。重故障(つまり、素子故障)の可能性を優先することによって、電力変換システムA3の保守性を高めるためである。
なお、図20のNo.14についても同様である。
なお、正群サイリスタP11,P12、逆群サイリスタN12の素子故障については、前記した場合と同様であるから説明を省略する。
図16は、逆群順電圧検出器31d(第2逆群順電圧検出器)が誤不動作している場合の波形図である。なお、他の電圧検出器及び各サイリスタは正常に動作している。
図16(h)に示すように、逆群順電圧検出器31dが符号Qで示すタイミングから誤不動作した場合、前記タイミング以後の出力値は常に0となる。
詳細な説明は省略するが、このとき、図13に示す信号pの値が1となる。なお、その他の信号i〜o,q,rの値hは0となる。
これは、図21のNo.14に示すN2_FV OFF=(1)>0に対応している。なお、図21のNo.14に示すように、逆群サイリスタN12の素子故障である可能性もある(THY_1=1)。したがって、故障検出部172は、素子故障を示す信号を優先的に駆動制御部171に出力することで重故障の場合にも対応可能とすることが好ましい。
なお、正群順電圧検出器21c、正群順電圧検出器21d、逆群順電圧検出器31cの誤不動作については、前記した場合と同様であるから説明を省略する。
図17は、正群順電圧検出器21c(第1正群順電圧検出器)が誤動作している場合の波形図である。なお、他の電圧検出器及び各サイリスタは正常に動作している。
図17(b)の符号Rで示すタイミング以後において正群順電圧検出器21cが誤動作した場合、前記タイミング以後の出力値は、常に1となる。
詳細な説明は省略するが、正群順電圧検出器21cが誤動作している場合、図13に示す信号l,qの値が、時間的に交互に1となる。なお、その他の信号i〜k,m〜p,rの値は0となる。
これは、図21のNo.5,No.8に示すP1_FV ON=1に対応している。
なお、正群順電圧検出器21d、逆群順電圧検出器31c,31dの誤動作については、前記した場合と同様であるから説明を省略する。
図18は、正群順電圧検出器21c(第1正群順電圧検出器)において配線等入力異常が生じている場合の波形図である。なお、配線等入力異常とは、順電圧検出器と故障検出部172との配線のつなぎ間違いやノイズの影響などによる誤動作を意味している。
図18(b)に示すように、正群順電圧検出器21cにおいて配線等入力異常が生じている場合、AK間電圧が正又は負となる区間における正群順電圧検出器21cの出力値は1となる。
詳細な説明は省略するが、配線等入力異常が生じている場合、図13に示す信号r1〜r5のいずれかの値が1となるため、信号r1〜r5の論理和である信号rの値は1となる。ちなみに、この場合において他の信号i〜qの値は0である。
これは、図21のNo.1に示す「入力異常」(図9に示すrの値)=1に対応している。なお、配線等入力異常は、軽故障に相当する。
本実施形態に係る故障検出装置(故障検出部172)によれば、正群順電圧検出器21c,21dから入力されるFV信号と、逆群順電圧検出器31c,31dから入力されるRV信号と、を用いることによって、電力変換システムA3の状態を適切に判別することができる。
また、本実施形態では、逆並列に接続された正群サイリスタP11・逆群サイリスタN11と、逆並列に接続された正群サイリスタP12・逆群サイリスタN12とを直列接続することで1つサイリスタ群を構成している。このように、直列に2個の正群(又は逆群)サイリスタを接続することによって、第1,2実施形態と比較して、より高い電圧に耐えることができる。
第4実施形態は、第3実施形態と比較して、m×6個の正群サイリスタ、及びm×6個の逆群サイリスタと、を備える点と、各サイリスタに並列接続される電圧検出器として、正群順電圧検出器a系〜n系と、逆群順電圧検出器a系〜n系と、を備える点が異なる。なお、その他の点については、前記した第3実施形態と同様である。
したがって、第3実施形態と異なる部分について説明し、重複する部分については説明を省略する。
なお、図12(a)では図示を省略したが、三相ブリッジを構成する他のサイリスタ群に関しても、複数の順電圧検出器及び逆電圧検出器が並列接続されている。
なお、制御手段17の機能については、第3実施形態と同様であるから説明を省略する。
本実施形態に係る故障検出装置によれば、図22(a)に示すように1個のサイリスタ群に多数(m個)の正群サイリスタ及び逆群サイリスタが直列接続されている。したがって、三相交流電源4から高電圧が入力された場合でも、各サイリスタで前記電圧が分散されるため、高電圧にも十分に耐えることができる。なお、1群において直列接続されるサイリスタの数mは、三相交流電源4から入力される電圧の値に応じて適宜設定することができる。
したがって、1個のサイリスタに対して接続される順電圧検出器のうち、1つ又は複数個(<n個)が故障した場合でも、残りの正常な順電圧検出器によって適切に順電圧を検出することができる。
このように、本実施形態に係る故障検出装置によれば、電力変換器の保守性を向上させ、信頼性を高めることができる。
また、第3実施形態の場合と同様の方法によって、正群順電圧検出器から入力されるFV信号と、逆群順電圧検出器から入力されるFV信号と、を用いて電力変換システムA4の状態を適切に判別することができる。
以上、本発明に係る故障検出装置について各実施形態により説明したが、本発明の実施態様はこれらの記載に限定されるものではなく、種々の変更を行うことができる。
例えば、前記第1実施形態では、6つのサイリスタをブリッジ接続する場合について説明したが(図1参照)、これに限らない。すなわち、直列接続された複数のサイリスタによって1つのサイリスタ群を構成し、6つのサイリスタ群をブリッジ接続してもよい。この場合、電力変換器1に設置される各サイリスタに順電圧検出器及び逆電圧検出器を並列接続する。これによって、三相交流電源4から高電圧が入力された場合でも、直列接続された各サイリスタに電圧を分散させることができる。
なお、この場合の故障検出方法については、第1実施形態の場合同様であるから説明を省略する。
例えば、故障検出部172は、以下の(1)又は(2)のいずれかに該当する場合、順電圧検出器、逆電圧検出器、及びサイリスタが正常であると判定する。
(1)検出対象であるサイリスタに関して、パルス状の順電圧を検出する順電圧検出器が少なくとも1つ存在し、かつ、パルス状の逆電圧を検出する逆電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合。
(2)サイリスタに電圧が印加されていない状態において、当該サイリスタに並列接続される順電圧検出器のいずれによっても順電圧が検出されず、当該サイリスタに並列接続される逆電圧検出器のいずれによっても逆電圧が検出されない場合。
また、前記した場合において故障検出部172は、検出対象であるサイリスタに関して、パルス状の順電圧を検出する順電圧検出器が少なくとも1つ存在し、かつ、常時ゼロの逆電圧を検出する前記逆電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、当該逆電圧検出器が誤不動作していると判定する。順電圧検出器の誤不動作についても同様である。
1 電力変換器
11,12,13,14,15,16 サイリスタ
17 制御手段(故障検出装置)
171 駆動制御部
172 故障検出部(故障検出手段)
21,22,23,24,25,26 順電圧検出器
31,32,33,34,35,36 逆電圧検出器
21a 順電圧検出器A系
21b 順電圧検出器B系
31a 逆電圧検出器A系
31b 逆電圧検出器B系
P11,P12,・・・ 正群サイリスタ
N11,N12,・・・ 逆群サイリスタ
21c,21d,211a,212a,・・・ 正群順電圧検出器
31c,31d,311b,312b,・・・ 逆群順電圧検出器
Claims (13)
- 互いにブリッジ接続されるとともに外部から入力される指令信号に応じてオン/オフが切り替わる複数のサイリスタのそれぞれに並列接続され、前記サイリスタのアノード・カソード間の順電圧を検出する順電圧検出器と、
前記複数のサイリスタのそれぞれに並列接続され、前記サイリスタのアノード・カソード間の逆電圧を検出する逆電圧検出器と、
前記順電圧検出器から入力される順電圧検出信号と、前記逆電圧検出器から入力される逆電圧検出信号と、に応じて、前記順電圧検出器及び前記逆電圧検出器が並列接続される前記サイリスタの素子故障の有無と、当該順電圧検出器の故障の有無と、当該逆電圧検出器の故障の有無と、の判定を含む故障検出処理を実行する故障検出手段と、を備えること
を特徴とする故障検出装置。 - それぞれの前記サイリスタに対して、一組又複数組の前記順電圧検出器及び前記逆電圧検出器が並列接続され、
前記故障検出手段は、
検出対象である前記サイリスタに関して、パルス状の順電圧を検出する前記順電圧検出器が少なくとも1つ存在し、かつ、パルス状の逆電圧を検出する前記逆電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、
又は、
前記サイリスタに電圧が印加されていない状態において、当該サイリスタに並列接続される前記順電圧検出器のいずれによっても順電圧が検出されず、当該サイリスタに並列接続される前記逆電圧検出器のいずれによっても逆電圧が検出されない場合、
前記順電圧検出器、前記逆電圧検出器、及び前記サイリスタが正常であると判定すること
を特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 - それぞれの前記サイリスタに対して、一組又複数組の前記順電圧検出器及び前記逆電圧検出器が並列接続され、
前記故障検出手段は、
検出対象である前記サイリスタに関して、パルス状の順電圧を検出する前記順電圧検出器が少なくとも1つ存在し、かつ、逆電圧を常時検出する前記逆電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、当該逆電圧検出器が誤動作していると判定し、
検出対象である前記サイリスタに関して、パルス状の逆電圧を検出する前記逆電圧検出器が少なくとも1つ存在し、かつ、順電圧を常時検出する前記順電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、当該順電圧検出器が誤動作していると判定すること
を特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 - それぞれの前記サイリスタに対して、一組又複数組の前記順電圧検出器及び前記逆電圧検出器が並列接続され、
前記故障検出手段は、
検出対象である前記サイリスタに関して、パルス状の順電圧を検出する前記順電圧検出器が少なくとも1つ存在し、かつ、常時ゼロの逆電圧を検出する前記逆電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、当該逆電圧検出器が誤不動作していると判定し、
検出対象である前記サイリスタに関して、パルス状の逆電圧を検出する前記逆電圧検出器が少なくとも1つ存在し、かつ、常時ゼロの順電圧を検出する前記順電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、当該順電圧検出器が誤不動作していると判定すること
を特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 - それぞれの前記サイリスタに対して、一組又複数組の前記順電圧検出器及び前記逆電圧検出器が並列接続され、
前記故障検出手段は、
前記サイリスタの順電圧を検出する前記順電圧検出器が少なくとも1つ存在し、かつ、当該サイリスタの逆電圧を検出する前記逆電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、前記順電圧検出器、前記逆電圧検出器、及び前記サイリスタが正常であると判定すること
を特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 - それぞれの前記サイリスタに対して、一組又複数組の前記順電圧検出器及び前記逆電圧検出器が並列接続され、
前記故障検出手段は、
前記サイリスタに電圧が印加されている状態において、前記サイリスタに並列接続される前記順電圧検出器のいずれによっても順電圧が検出されず、かつ、当該サイリスタに並列接続される前記逆電圧検出器のいずれによっても逆電圧が検出されない場合、当該サイリスタは素子故障であると判定すること
を特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 - それぞれの前記サイリスタに対して、一組又複数組の前記順電圧検出器及び前記逆電圧検出器が並列接続され、
前記故障検出手段は、
前記サイリスタに並列接続される前記順電圧検出器のいずれによっても順電圧が検出されず、かつ、当該サイリスタの逆電圧を検出する前記逆電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、前記順電圧検出器が誤不動作していると判定し、
前記サイリスタに並列接続される前記逆電圧検出器のいずれによっても逆電圧が検出されず、かつ、当該サイリスタの順電圧を検出する前記順電圧検出器が少なくとも1つ存在する場合、前記逆電圧検出器が誤不動作していると判定すること
を特徴とする請求項1に記載の故障検出装置。 - 外部から入力される指令信号に応じてオン/オフが切り替わる正群サイリスタと逆群サイリスタとが互いに逆並列に接続される逆並列サイリスタ、又は、複数組の前記逆並列サイリスタが直列接続されるサイリスタ群が、互いにブリッジ接続され、
前記正群サイリスタのそれぞれに並列接続され、前記正群サイリスタの順電圧を検出する正群順電圧検出器と、
前記逆群サイリスタのそれぞれに並列接続され、前記逆群サイリスタの順電圧を検出する逆群順電圧検出器と、
前記正群順電圧検出器から入力される正群順電圧検出信号と、前記逆群順電圧検出器から入力される逆群順電圧検出信号と、に応じて、前記正群順電圧検出器及び前記逆群順電圧検出器が並列接続されるサイリスタの素子故障の有無と、当該正群順電圧検出器の故障の有無と、当該逆群順電圧検出器の故障の有無と、の判定を含む故障検出処理を実行する故障検出手段と、を備えること
を特徴とする故障検出装置。 - 2組の前記逆並列サイリスタが直列接続されることで構成される前記サイリスタ群が互いにブリッジ接続され、
前記故障検出手段は、
検出対象である前記サイリスタ群に関して、当該サイリスタ群に接続される前記正群順電圧検出器及び前記逆群順電圧検出器のいずれによっても順電圧が検出されない場合、
又は、
2つの前記正群順電圧検出器の両方によって順電圧が検出され、かつ、2つの前記逆群順電圧検出器のいずれによっても順電圧が検出されない場合、
又は、
2つの前記逆群順電圧検出器の両方によって順電圧が検出され、かつ、2つの前記正群順電圧検出器のいずれによっても順電圧が検出されない場合、
前記サイリスタ群、前記正群順電圧検出器、及び前記逆群順電圧検出器が正常であると判定すること
を特徴とする請求項8に記載の故障検出装置。 - 2組の前記逆並列サイリスタが直列接続されることで構成される前記サイリスタ群が互いにブリッジ接続され、
前記故障検出手段は、
検出対象である前記サイリスタ群に関して、当該サイリスタ群に接続される2つの前記正群順電圧検出器、及び2つの前記逆群順電圧検出器の合計4つの順電圧検出器のうち1つによって順電圧が検出される場合、前記サイリスタ群に素子故障が生じているサイリスタが存在すると判定すること
を特徴とする請求項8に記載の故障検出装置。 - 2組の前記逆並列サイリスタが直列接続されることで構成される前記サイリスタ群が互いにブリッジ接続され、
前記故障検出手段は、
検出対象である前記サイリスタ群に関して、当該サイリスタ群に接続される2つの前記正群順電圧検出器、及び2つの前記逆群順電圧検出器の合計4つの順電圧検出器のうち3つによって順電圧が検出される場合、前記4つの前記順電圧検出器のうち誤動作しているものが存在すると判定すること
を特徴とする請求項8に記載の故障検出装置。 - 互いにブリッジ接続されるとともに外部から入力される指令信号に応じてオン/オフが切り替わる複数のサイリスタのそれぞれに並列接続される順電圧検出器によって、前記サイリスタのアノード・カソード間の順電圧を検出する順電圧検出処理と、
前記複数のサイリスタのそれぞれに並列接続される逆電圧検出器によって、前記サイリスタのアノード・カソード間の逆電圧を検出する逆電圧検出処理と、
前記順電圧検出ステップにおいて検出される順電圧と、前記逆電圧検出ステップにおいて検出される逆電圧と、に応じて、当該順電圧及び逆電圧の検出対象である前記サイリスタの素子故障の有無と、前記順電圧検出器の故障の有無と、前記逆電圧検出器の故障の有無と、を含む判定を行う故障検出処理と、を含むこと
を特徴とする故障検出方法。 - 外部から入力される指令信号に応じてオン/オフが切り替わる正群サイリスタと逆群サイリスタとが互いに逆並列に接続される逆並列サイリスタ、又は、複数組の前記逆並列サイリスタが直列接続されるサイリスタ群が、互いにブリッジ接続され、
前記正群サイリスタのそれぞれのアノード・カソード間の順電圧を正群順電圧検出器によって検出する正群順電圧検出処理と、
前記逆群サイリスタのそれぞれのアノード・カソード間の順電圧を逆群順電圧検出器によって検出する逆群順電圧検出処理と、
前記正群順電圧ステップにおいて検出される正群順電圧検出と、前記逆群順電圧検出ステップにおいて検出される逆群順電圧と、に応じて、前記正群サイリスタ及び前記逆群サイリスタの素子故障の有無と、前記正群順電圧検出器の故障の有無と、前記逆群順電圧検出器の故障の有無と、を含む判定を行う故障検出処理と、を含むこと
を特徴とする故障検出方法。
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- 2012-09-28 JP JP2012218346A patent/JP6000786B2/ja active Active
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