JP2016158341A - Cooling fan driver in power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置内に設けられた冷却用ファンの駆動装置に関する。 The present invention relates to a driving device for a cooling fan provided in a power converter.
自然エネルギーから発電を行う、例えば太陽光発電システムは、太陽光パネルで発電した直流電力を、電力変換装置としてのパワーコンディショナー(Power Conditioning System 以下、PCSと表記することもある)によって交流電力に変換している。 For example, a photovoltaic power generation system that generates power from natural energy converts DC power generated by a solar panel into AC power by a power conditioner (hereinafter referred to as “PCS”) as a power converter. doing.
このパワーコンディショナーの盤内にはインバータ(電力変換器)、変圧器(メイントランス)および冷却用ファンなどが設置されている。 An inverter (power converter), a transformer (main transformer), a cooling fan, and the like are installed in the power conditioner panel.
太陽光発電システムのパワーコンディショナーの、ある1日における運転時間(PCS運転時間)とその出力電流(太陽光パネルの発電量に対応した太陽光PCS出力電流)の関係は、例えば図4のように示されるが、太陽光PCS出力電流の推移は1日、1日の状況によって変化する(日によって異なる)。 The relationship between the operation time (PCS operation time) of a solar power generation system power conditioner and its output current (solar PCS output current corresponding to the amount of power generated by the solar panel), for example, as shown in FIG. As shown, the transition of the solar PCS output current varies depending on the situation of one day and one day (varies depending on the day).
パワーコンディショナー(電力変換装置)としては、昼間運転し夜間停止するが、盤内に設置された変圧器は昼間の装置運転によって温度が上昇する。そのため、装置停止後、冷却用ファンを停止すると変圧器内部の熱が表面に現われて盤内の温度上昇を引き起こすため、アフタークーリングが必要となる(盤内の冷却用ファンを一定期間回し続ける必要がある)。 As a power conditioner (power conversion device), it operates in the daytime and stops at night, but the temperature of the transformer installed in the panel rises due to the device operation in the daytime. Therefore, if the cooling fan is stopped after stopping the equipment, the heat inside the transformer appears on the surface and causes the temperature in the panel to rise, so after-cooling is necessary (the cooling fan in the panel must be kept running for a certain period of time) There).
従来は、変圧器の特定の場所に温度センサを設け、その検出温度に基づいて所定の温度になるまでファン駆動を制御運転していた。 Conventionally, a temperature sensor is provided at a specific location of the transformer, and the fan drive is controlled and operated until a predetermined temperature is reached based on the detected temperature.
尚、従来、異常温度検出器の出力信号によってファンの駆動を制御する技術は例えば特許文献1に記載されている。
Conventionally, a technique for controlling the driving of a fan by an output signal of an abnormal temperature detector is described in
また、本発明において、変圧器の温度を推定する際に利用する熱計算等価回路は例えば非特許文献1に記載されている。
In addition, in the present invention, a thermal calculation equivalent circuit used when estimating the temperature of the transformer is described in Non-Patent
従来の、温度センサの検出温度に基づいて、冷却用ファンによるアフタークーリングを行う方式では、温度センサの取り付け場所が制約され、電力変換装置盤(パワーコンディショナー盤)内の構造を検討する必要があるという問題がある。 In the conventional method of performing after cooling with a cooling fan based on the temperature detected by the temperature sensor, the mounting location of the temperature sensor is restricted, and the structure in the power converter panel (power conditioner panel) needs to be examined. There is a problem.
例えば変圧器の特定の箇所(例えば巻線、絶縁油、タンク表面など)において、温度センサの受感部の取り付けが困難な場所がある。 For example, there is a place where it is difficult to attach the sensing part of the temperature sensor at a specific place of the transformer (for example, winding, insulating oil, tank surface, etc.).
また、温度センサを設けることにより、電気部品点数が増加し、コストおよび故障率が高くなる。 Further, by providing the temperature sensor, the number of electrical components is increased, and the cost and failure rate are increased.
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、温度センサを設けることなく温度を推定し冷却用ファンを駆動させることができる電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置を提供することにある。 The present invention solves the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a cooling fan driving device in a power conversion device that can drive a cooling fan by estimating temperature without providing a temperature sensor. is there.
上記課題を解決するための請求項1に記載の電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置は、
同一盤内に電力変換器、変圧器および冷却用ファンが設置された電力変換装置における冷却用ファン駆動装置であって、
無負荷損失および負荷電流に対応した負荷損失のデータをテーブル化した第1のデータテーブルと、変圧器の各部の熱容量および変圧器の各部間の熱抵抗値がパラメータとして設定された熱計算等価回路とを有し、前記電力変換装置が出力する負荷電流を取り込み、取り込まれた負荷電流に対応する負荷損失を第1のデータテーブルから取得し、取得された負荷損失と前記熱計算等価回路を用いて変圧器の温度上昇分を計算し変圧器の温度を推定する変圧器温度演算部と、
温度に対応する、電力変換装置停止後の盤内温度上昇を抑制するためのファン駆動時間のデータをテーブル化した第2のデータテーブルを有し、前記変圧器温度演算部によって推定された変圧器の温度を取り込み、取り込まれた温度に対応するファン駆動時間を第2のデータテーブルから取得し出力するアフタークーリング時間設定部とを備え、
前記アフタークーリング時間設定部から出力されたファン駆動時間、前記冷却用ファンを駆動することを特徴としている。
The fan driving device for cooling in the power conversion device according to
A cooling fan driving device in a power converter in which a power converter, a transformer and a cooling fan are installed in the same panel,
A first data table in which load loss data corresponding to no-load loss and load current is tabulated, and a heat calculation equivalent circuit in which the heat capacity of each part of the transformer and the thermal resistance value between each part of the transformer are set as parameters A load current output from the power conversion device is acquired, a load loss corresponding to the acquired load current is acquired from the first data table, and the acquired load loss and the thermal calculation equivalent circuit are used. A transformer temperature calculation unit that calculates the temperature rise of the transformer and estimates the temperature of the transformer,
Transformer having a second data table in which fan driving time data for suppressing temperature rise in the panel after stopping the power converter corresponding to the temperature is tabulated and estimated by the transformer temperature calculation unit An after-cooling time setting unit that acquires and outputs the fan driving time corresponding to the captured temperature from the second data table,
The cooling fan is driven for the fan driving time output from the after cooling time setting unit.
また、請求項2に記載の電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置は、
請求項1において、前記熱計算等価回路における変圧器の各部間の熱抵抗値は、負荷電流による負荷損失を発生させたときの変圧器の各部の温度を測定することによって設定され、前記熱計算等価回路における変圧器の各部の熱容量は、パルス状の負荷損失を発生させたときの変圧器の過渡温度を測定することによって設定されていることを特徴としている。
Moreover, the cooling fan drive device in the power converter according to claim 2 is:
In
上記構成によれば、温度センサを設けなくても温度を推定し冷却用ファンを駆動させることができる。これによって、温度センサを設けるための電力変換装置盤内の構造の検討が不要となり、また部品点数が低減され、コストおよび故障率を下げることができる。 According to the above configuration, the temperature can be estimated and the cooling fan can be driven without providing a temperature sensor. As a result, it is not necessary to examine the structure in the power conversion device panel for providing the temperature sensor, the number of parts is reduced, and the cost and failure rate can be reduced.
本発明によれば、温度センサを設けることなく冷却用ファンを駆動させることができ、温度センサを設けるための電力変換装置盤内の構造の検討が不要となり、また部品点数が低減され、コストおよび故障率を下げることができる。 According to the present invention, it is possible to drive the cooling fan without providing a temperature sensor, making it unnecessary to examine the structure in the power conversion device panel for providing the temperature sensor, reducing the number of parts, cost, and The failure rate can be lowered.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。以下では、本発明を太陽光発電システムに適用した実施例を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments. Below, the Example which applied this invention to the solar energy power generation system is described.
図1において、1は太陽光パネル、100は電力変換装置盤(パワーコンディショナー盤)である。電力変換装置盤100には、電力変換器(インバータ)11、変圧器(メイントランス)12、制御装置13、変圧器温度演算部14、アフタークーリング時間設定部15およびファン(冷却用ファン)16等が設置されている。
In FIG. 1, 1 is a solar panel, 100 is a power converter panel (power conditioner panel). The power
太陽光パネル1で発電した直流電力は電力変換器11によって交流電力に変換され、変圧器12を介して盤外の電力系統に出力される。
The DC power generated by the
制御装置13は、変圧器12の二次側電圧、二次側電流および電力変換器11の運転(PCS運転)情報を取り込んで電力変換器11の運転を制御する。尚、変圧器12の二次側電圧(負荷電圧)を検出する計器用変圧器、二次側電流(負荷電流)を検出する変流器は図示省略している。
The
変圧器温度演算部14は、無負荷損失および負荷電流に対応した負荷損失のデータをテーブル化した第1のデータテーブルと、変圧器12の各部の熱容量および変圧器12の各部間の熱抵抗値がパラメータとして設定された熱計算等価回路とを有し、前記電力変換装置が出力する負荷電流(変圧器12の二次側電流)を取り込み、取り込まれた負荷電流に対応する負荷損失を第1のデータテーブルから取得し、取得された負荷損失と前記熱計算等価回路を用いて変圧器12の温度を推定する。
The transformer
アフタークーリング時間設定部15は、温度に対応する、電力変換装置(電力変換器11)停止後の電力変換装置盤100内の温度上昇を抑制するためのファン駆動時間のデータをテーブル化した第2のデータテーブルを有し、前記変圧器温度演算部14によって推定された変圧器の温度を取り込み、取り込まれた温度に対応するファン駆動時間を第2のデータテーブルから取得し出力する。
The after-cooling
そして、制御装置13に入力されるPCS運転情報中の電力変換器11の停止情報に基づいて(運転停止時間後に)、制御装置13又は図示省略の駆動部が、アフタークーリング時間設定部15から出力されたファン駆動時間、ファン16を駆動する。
Then, based on the stop information of the
アフタークーリング時間設定部15が保有する第2のデータテーブルの一例を図3に示す。図3の縦軸は温度を、横軸はアフタークーリング時間(装置停止後のファン駆動時間)を各々表しており、図3の例では温度上昇とともに所定の伸び率でアフタークーリング時間を長く設定している。
An example of the second data table held by the after cooling
上記構成によれば、従来のように温度センサを設けることなくファン16を駆動させることができ、温度センサを設けるための電力変換装置盤100内の構造の検討が不要となる。また、部品点数が低減され、コストおよび故障率を下げることができる。
According to the above configuration, the
次に、変圧器温度演算部14の詳細を説明する。変圧器の発熱は無負荷損失と負荷損失に分かれ、無負荷損失は鉄損、無負荷電流による銅損、誘電体損であり、ほぼ固定値である。負荷損失は負荷電流による巻線による銅損、浮遊負荷損であり、温度により異なることが知られている。近年、変圧器の過渡温度解析の技術が進み、損失と熱計算の等価回路が提案検証され、例えば非特許文献1に「配電用変圧器過負荷運転時の過渡温度上昇計算方法」が開示されている。
Next, details of the transformer
本実施形態例の変圧器温度演算部14では、非特許文献1の技術を用いて変圧器の所定箇所の温度を次のような手順で推定する。
In the transformer
まず予め次の準備をする。 First, the following preparations are made in advance.
(1)変圧器12の無負荷損失と、負荷電流を流したときの負荷損失とを測定し、データテーブル(第1のデータテーブル)を作成する。温度依存性がある場合は計算により推定しておく。
(1) Measure the no-load loss of the
(2)熱計算等価回路の設定と回路定数の設定を、例えば図2に示す非特許文献1の熱計算等価回路を用いて行う。
(2) The setting of the thermal calculation equivalent circuit and the setting of the circuit constant are performed using, for example, the thermal calculation equivalent circuit of
図2は、変圧器タンクが外箱に収められ、変圧器タンク内に動力専用と灯動共用の異なる2つの容量の巻線が結線された地上設置形変圧器の熱計算等価回路を表している。 Fig. 2 shows an equivalent circuit for thermal calculation of a ground-mounted transformer in which a transformer tank is housed in an outer box, and two different-capacity windings for power and light are connected in the transformer tank. Yes.
図2(a)は、動力専用変圧器と灯動共用変圧器のうち、対象巻線の発熱による対象変圧器の温度上昇を計算する4段のRCはしご型回路であり、図2(b)は他巻線の発熱による対象変圧器の温度上昇を計算する4段のRCはしご型回路である。 FIG. 2 (a) is a four-stage RC ladder circuit that calculates the temperature rise of the target transformer due to heat generation of the target winding among the power dedicated transformer and the lighting common transformer, and FIG. Is a four-stage RC ladder circuit that calculates the temperature rise of the target transformer due to heat generated by other windings.
図2の等価回路において、Rth(Rth11〜Rth14、Rth21〜Rth24)は各間(変圧器の各部間;例えば巻線と絶縁油の間、絶縁油とタンク表面の間、タンク表面と外気の間)熱抵抗を表し、C(C11〜C14、C21〜C24)は各部(例えば巻線、絶縁油、タンク表面)熱容量を表している。また、T0(t)は周囲温度(電圧源)、W1(t)、W2(t)は発生熱源(電流源)、Tn(T1〜T4)は対象巻線の計算温度、ΔTn(ΔT1〜ΔT4)は他巻線の計算温度であり、Tn+ΔTnが対象巻線の各部の温度となる。 In the equivalent circuit of FIG. 2, R th (R th11 to R th14 , R th21 to R th24 ) is between each part (between each part of the transformer; for example, between the winding and the insulating oil, between the insulating oil and the tank surface, C (C 11 to C 14 , C 21 to C 24 ) represents the heat capacity of each part (for example, winding, insulating oil, tank surface). T 0 (t) is the ambient temperature (voltage source), W 1 (t) and W 2 (t) are generated heat sources (current sources), and T n (T 1 to T 4 ) is the calculated temperature of the target winding. , ΔT n (ΔT 1 to ΔT 4 ) is the calculated temperature of the other winding, and T n + ΔT n is the temperature of each part of the target winding.
(2−1)負荷電流による指定の負荷損失を発生させ、そのときの変圧器の各部の温度を測定し、各間(変圧器の各部間)の熱抵抗(Rth)を設定する。 (2-1) Generate a specified load loss due to the load current, measure the temperature of each part of the transformer at that time, and set the thermal resistance (R th ) between each part (between each part of the transformer).
(2−2)パルス状の負荷損失を発生させ、そのときの過渡温度を測定することによって各部熱容量(C)を決定する。 (2-2) A pulse-like load loss is generated, and the heat capacity (C) of each part is determined by measuring the transient temperature at that time.
以上で熱計算等価回路と等価回路の定数が決定される。 Thus, the thermal calculation equivalent circuit and the constants of the equivalent circuit are determined.
(3)アフタークーリング時間設定部15の設定を行う。指定箇所の温度とアフタークーリング時間(装置停止後のファン駆動時間)のデータテーブル(第2のデータテーブル)を例えば図3のように作成する。
(3) The after cooling
以上が予め行う準備である。 The above is the preparation to be performed in advance.
(4)電力変換装置(図1の装置)の駆動時、変圧器温度演算部14は常時負荷電流を監視し(取り込み)、その負荷電流に対応した負荷損失を前記第1のデータテーブルから取得し、この負荷損失と図2の熱計算等価回路を用いて、変圧器12の温度上昇分を計算し変圧器12の温度を推定する。
(4) When the power converter (device of FIG. 1) is driven, the transformer
このとき、周囲温度(T0(t))が測定されていればこの値を加算し、指定箇所の温度を推定する。また、温度依存性がある損失は計算した後、補正を行う。周囲温度が測定されていなければ、所定の値を代用として測定値ではない値を用いる。 At this time, if the ambient temperature (T 0 (t)) has been measured, this value is added to estimate the temperature at the designated location. Further, the loss having temperature dependence is calculated and then corrected. If the ambient temperature is not measured, a value that is not a measured value is used instead of a predetermined value.
以上の手順により、温度センサを設けなくても温度を推定することができる。 With the above procedure, the temperature can be estimated without providing a temperature sensor.
(5)アフタークーリング時間設定部15では、変圧器温度演算部14により推定された温度に対応するアフタークーリング時間を図3のテーブルを参照して取得し出力する。これによって装置停止後に、前記アフタークーリング時間、ファン16が駆動される。
(5) The after cooling
1…太陽光パネル
11…電力変換器
12…変圧器
13…制御装置
14…変圧器温度演算部
15…アフタークーリング時間設定部
16…ファン
100…電力変換装置盤
DESCRIPTION OF
Claims (2)
無負荷損失および負荷電流に対応した負荷損失のデータをテーブル化した第1のデータテーブルと、変圧器の各部の熱容量および変圧器の各部間の熱抵抗値がパラメータとして設定された熱計算等価回路とを有し、前記電力変換装置が出力する負荷電流を取り込み、取り込まれた負荷電流に対応する負荷損失を第1のデータテーブルから取得し、取得された負荷損失と前記熱計算等価回路を用いて変圧器の温度上昇分を計算し変圧器の温度を推定する変圧器温度演算部と、
温度に対応する、電力変換装置停止後の盤内温度上昇を抑制するためのファン駆動時間のデータをテーブル化した第2のデータテーブルを有し、前記変圧器温度演算部によって推定された変圧器の温度を取り込み、取り込まれた温度に対応するファン駆動時間を第2のデータテーブルから取得し出力するアフタークーリング時間設定部とを備え、
前記アフタークーリング時間設定部から出力されたファン駆動時間、前記冷却用ファンを駆動することを特徴とする電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置。 A cooling fan driving device in a power converter in which a power converter, a transformer and a cooling fan are installed in the same panel,
A first data table in which load loss data corresponding to no-load loss and load current is tabulated, and a heat calculation equivalent circuit in which the heat capacity of each part of the transformer and the thermal resistance value between each part of the transformer are set as parameters A load current output from the power conversion device is acquired, a load loss corresponding to the acquired load current is acquired from the first data table, and the acquired load loss and the thermal calculation equivalent circuit are used. A transformer temperature calculation unit that calculates the temperature rise of the transformer and estimates the temperature of the transformer,
Transformer having a second data table in which fan driving time data for suppressing temperature rise in the panel after stopping the power converter corresponding to the temperature is tabulated and estimated by the transformer temperature calculation unit An after-cooling time setting unit that acquires and outputs the fan driving time corresponding to the captured temperature from the second data table,
The cooling fan driving device in the power converter, wherein the cooling fan is driven for the fan driving time output from the after cooling time setting unit.
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JP2015033456A JP2016158341A (en) | 2015-02-24 | 2015-02-24 | Cooling fan driver in power conversion device |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
US10508956B1 (en) | 2017-03-17 | 2019-12-17 | Mitsubishi Electric Corporation | Temperature estimation device and electric device |
CN112711830A (en) * | 2020-11-26 | 2021-04-27 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | Method and system for controlling cooling of transformer |
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2015
- 2015-02-24 JP JP2015033456A patent/JP2016158341A/en active Pending
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CN112711830A (en) * | 2020-11-26 | 2021-04-27 | 广西电网有限责任公司电力科学研究院 | Method and system for controlling cooling of transformer |
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