JP2017166938A - State monitoring device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a state monitoring device with which it is possible to reduce the number of voltage detectors, and which makes continuous and highly flexible operation of devices possible.SOLUTION: The state monitoring device comprises: resistive element groups GR, GRconnected in series between DC busbars P, N; a ground resistor Rconnected between a neutral point M and a ground point G; a positive-side power feeding circuit 3 connected to a connecting point A and its output-side capacitor C; a power supply monitoring circuit 11a for monitoring the output voltage of the positive-side power feeding circuit 3 and an intermittent signal generation circuit 12 for generating an intermittent signal in accordance with its monitoring result; voltage detection means between the connecting point A and the neutral point M and between the neutral point M and a connecting point B; AD conversion circuits 13a, 13b for converting each voltage detection value to a digital signal in accordance with the intermittent signal, and serial signal conversion circuits 14a, 14b for converting the outputs thereof to a serial signal; and an electric/optical conversion circuit 16 for converting the serial signal to an optical serial signal (state monitoring signal).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、直流回路を有する電力変換装置において、地絡故障や直流過電圧故障等を監視するための状態監視装置に関するものである。   The present invention relates to a state monitoring device for monitoring a ground fault or a DC overvoltage failure in a power converter having a DC circuit.

図8は一般的な電力変換装置の回路構成図である。
図8において、ダイオード整流回路からなるコンバータ101は、交流入力端子R,S,Tから入力される三相交流電圧を直流電圧に変換し、正負の直流母線P,N間に出力する。これらの直流母線P,Nに接続された2レベルインバータ102は、コンデンサ102aと、半導体スイッチング素子からなる三相インバータ回路102bとによって構成され、スイッチング素子の動作により直流電圧を三相交流電圧に変換して交流出力端子U,V,Wから出力する。
なお、三相交流電源及びコンバータ101の組み合わせに代えてバッテリー等の直流電源が使用される場合もある。
FIG. 8 is a circuit configuration diagram of a general power converter.
In FIG. 8, a converter 101 composed of a diode rectifier circuit converts a three-phase AC voltage input from AC input terminals R, S, and T into a DC voltage and outputs the DC voltage between positive and negative DC buses P and N. The two-level inverter 102 connected to the DC buses P and N includes a capacitor 102a and a three-phase inverter circuit 102b made of a semiconductor switching element, and converts the DC voltage into a three-phase AC voltage by the operation of the switching element. And output from the AC output terminals U, V, W.
A DC power source such as a battery may be used instead of the combination of the three-phase AC power source and the converter 101.

図9は、図8に示したような電力変換装置の直流母線P,N間に接続されて地絡故障や直流過電圧故障を検出する状態監視装置の回路図であり、特許文献1に記載されているものである。
図9において、直流母線P,N間には、抵抗素子R1P,R2Pを直列に接続してなる第1の抵抗素子群GRと、抵抗素子R1N,R2Nを直列に接続してなる第2の抵抗素子群GRとが直列に接続されている。
FIG. 9 is a circuit diagram of a state monitoring device that is connected between the DC buses P and N of the power converter as shown in FIG. 8 and detects a ground fault or a DC overvoltage failure. It is what.
In FIG. 9, between the DC buses P and N, a first resistance element group GR 1 formed by connecting resistance elements R 1P and R 2P in series and a resistance element R 1N and R 2N are connected in series. The second resistance element group GR 2 is connected in series.

抵抗素子群GRを構成する抵抗素子R1P,R2P同士の接続点Aは、正側給電回路3に接続されると共に、接続点Aの電圧Vは直流電圧演算回路207の一方の入力端子に入力されている。正側給電回路3には、例えば3端子レギュレータが使用されており、装置の動作に必要な正側電源電圧Vccが出力される。
また、抵抗素子群GRを構成する抵抗素子R1N,R2N同士の接続点Bは、負側給電回路4に接続されると共に、接続点Bの電圧Vは直流電圧演算回路207の他方の入力端子に入力されている。この負側給電回路4にも3端子レギュレータ等が使用されており、装置の動作に必要な負側電源電圧Veeが出力される。
A connection point A between the resistance elements R 1P and R 2P constituting the resistance element group GR 1 is connected to the positive power feeding circuit 3, and a voltage V p at the connection point A is one input of the DC voltage calculation circuit 207. Input to the terminal. The positive power supply circuit 3, for example, three-terminal regulator is used, the positive-side power supply voltage V cc necessary for the operation of the device is output.
The connection point B between the resistance elements R 1N and R 2N constituting the resistance element group GR 2 is connected to the negative power feeding circuit 4, and the voltage V n at the connection point B is the other of the DC voltage calculation circuit 207. Is input to the input terminal. The negative power supply circuit 4 also uses a three-terminal regulator or the like, and outputs a negative power supply voltage V ee necessary for the operation of the apparatus.

そして、抵抗素子群GRとGRとの相互接続点である中性点Mと、正側給電回路3の出力側との間にコンデンサCが接続され、中性点Mと負側給電回路4の出力側との間にコンデンサCが接続されている。
更に、中性点Mと接地点Gとの間には、接地抵抗となる第3の抵抗素子群GRが接続されている。この抵抗素子群GRも抵抗素子R1G,R2Gの直列回路によって構成されており、抵抗素子R1G,R2G同士の接続点Cから抵抗素子R1Gの両端電圧Vが検出される。
A capacitor C 1 is connected between the neutral point M, which is an interconnection point between the resistance element groups GR 1 and GR 2, and the output side of the positive power supply circuit 3, and the neutral point M and the negative power supply. A capacitor C 2 is connected between the output side of the circuit 4.
Further, a third resistance element group GR 3 serving as a ground resistance is connected between the neutral point M and the ground point G. The resistive element group GR 3 the resistance element R 1G, is constituted by a series circuit of R 2G, the voltage across V g of the resistance element R 1G is detected from the resistance element R 1G, the connection point between R 2G C.

なお、図9において、208a,208bは基準電圧設定回路、209a,209bは電圧比較回路、210a,210bは間欠信号発振回路、212a,212bはE/O(電気/光)変換回路、213a,213bは光ケーブル、214a,214bはO/E(光/電気)変換回路、216は演算回路(図示せず)を含む上位の制御装置である。   In FIG. 9, 208a and 208b are reference voltage setting circuits, 209a and 209b are voltage comparison circuits, 210a and 210b are intermittent signal oscillation circuits, 212a and 212b are E / O (electric / optical) conversion circuits, and 213a and 213b. Is an optical cable, 214a and 214b are O / E (optical / electrical) conversion circuits, and 216 is a host control device including an arithmetic circuit (not shown).

この状態監視装置では、電圧比較回路209aにより電圧Vを設定値Vgfsetと比較して信号Vgfdetを生成し、間欠信号発振回路210aから出力される間欠信号Sintaに基づきE/O変換回路212a、光ケーブル213a、O/E変換回路214aを介して地絡検出信号Fgfが出力される。
また、直流電圧演算回路207により演算した直流電圧Vを電圧比較回路209bにより設定値Vodsetと比較して信号Voddetを生成し、間欠信号発振回路210bから出力される間欠信号Sintbに基づき、E/O変換回路212b、光ケーブル213b、O/E変換回路214bを介して直流過電圧検出信号Fodが出力される。
なお、図10は、上記間欠信号SintaまたはSintbをSintと表記した波形図であり、Tは間欠信号Sintの周期を示し、T,Tはそれぞれ論理状態が“1”,“0”の期間を示している。
In this state monitoring device generates a signal V Gfdet compared with a set value V Gfset voltage V g by the voltage comparator circuit 209a, based on the intermittent signal S inta outputted from the intermittent signal oscillator 210a E / O conversion circuit The ground fault detection signal F gf is output via 212a, the optical cable 213a, and the O / E conversion circuit 214a.
Further, a DC voltage V d which is calculated by the DC voltage calculation circuit 207 is compared with a set value V Odset the voltage comparator circuit 209b generates the signal V Oddet, on the basis of the intermittent signal S intb outputted from the intermittent signal oscillator 210b The DC overvoltage detection signal F od is output via the E / O conversion circuit 212b, the optical cable 213b, and the O / E conversion circuit 214b.
Incidentally, FIG. 10 is a waveform diagram of the intermittent signal S inta or S intb denoted as S int, T represents the cycle of the intermittent signal S int, T 1, T 2 respectively is logic "1", A period of “0” is shown.

特開2013−183522号公報(図1等)JP2013-183522A (FIG. 1 etc.)

図8〜図10に示した従来技術によれば、地絡故障及び直流過電圧故障の両方を1台の状態監視装置によって検出可能であると共に、装置の動作に必要な電源を外部から供給する必要がないことから、装置のコスト低減や小型化を図ることができる。
しかし、実際の電力変換装置では、地絡や直流過電圧等の故障検出用以外に、装置の運転を制御するうえで直流電圧の大きさを知るための電圧検出器等が必要になるため、全体的な電圧検出器の台数を少なくしたい要請には十分に応えることができない。
According to the prior art shown in FIGS. 8 to 10, both a ground fault and a DC overvoltage fault can be detected by a single state monitoring device, and the power necessary for the operation of the device needs to be supplied from the outside. Therefore, the cost and size of the apparatus can be reduced.
However, in actual power converters, in addition to detecting faults such as ground faults and DC overvoltages, a voltage detector is required to know the magnitude of the DC voltage to control the operation of the device. The demand to reduce the number of typical voltage detectors cannot be fully met.

また、上記従来技術では、予め設定された故障判定用の設定値と電圧検出値との比較結果だけを上位の制御装置216に伝送して故障判定を行うことが動作の基本となっている。
従って、電力変換装置の運転状態に応じて故障判定用の設定値を変更することで可能な限り運転を継続可能とする、等の柔軟な対応を行うことができなかった。
In the above prior art, the basic operation is to transmit a comparison result between a preset failure determination setting value and a voltage detection value to the host control device 216 to perform failure determination.
Accordingly, it has been impossible to perform a flexible response such as allowing the operation to continue as much as possible by changing the set value for failure determination according to the operation state of the power conversion device.

そこで、本発明の解決課題は、電力変換装置全体で使用される電圧検出器の台数を減少させると共に、故障判定用の設定値を運転状態に応じて柔軟に変更可能とし、電力変換装置をできるだけ継続的に運転可能とした状態監視装置を提供することにある。   Therefore, the problem to be solved by the present invention is to reduce the number of voltage detectors used in the entire power converter, and to make it possible to flexibly change the set value for failure determination according to the operating state, and to make the power converter as much as possible. An object of the present invention is to provide a state monitoring device that can be operated continuously.

上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、直流電源の正側と負側との間に直列接続された第1の抵抗素子群及び第2の抵抗素子群と、
前記第1の抵抗素子群及び前記第2の抵抗素子群の相互接続点と接地点との間に接続された接地抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第1の接続点に接続された第1の給電手段と、
前記第1の給電手段の出力側に接続された第1の蓄電手段と、
前記第1の給電手段の出力電圧を監視する電圧監視手段と、
前記電圧監視手段による監視結果に応じて間欠信号を発生する間欠信号発生手段と、
前記第1の接続点と前記相互接続点との間の電圧を検出する第1の電圧検出手段と、
前記第2の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第2の接続点と前記相互接続点との間の電圧を検出する第2の電圧検出手段と、
前記間欠信号に応じて、前記第1の電圧検出手段及び前記第2の電圧検出手段による各電圧検出値に相当するディジタル信号を演算するディジタル信号演算手段と、
前記ディジタル信号をシリアル信号に変換して出力するシリアル信号変換手段と、
前記シリアル信号から変換した光シリアル信号を状態監視信号として出力する電気/光変換手段と、を備えたものである。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 includes a first resistance element group and a second resistance element group connected in series between a positive side and a negative side of a DC power source,
A ground resistance element connected between an interconnection point of the first resistance element group and the second resistance element group and a ground point;
A first power supply means connected to a first connection point between the resistance elements constituting the first resistance element group;
First power storage means connected to the output side of the first power supply means;
Voltage monitoring means for monitoring the output voltage of the first power supply means;
Intermittent signal generating means for generating an intermittent signal according to the monitoring result by the voltage monitoring means;
First voltage detecting means for detecting a voltage between the first connection point and the interconnection point;
Second voltage detection means for detecting a voltage between a second connection point of the resistance elements constituting the second resistance element group and the interconnection point;
A digital signal calculating means for calculating a digital signal corresponding to each voltage detected value by the first voltage detecting means and the second voltage detecting means in accordance with the intermittent signal;
Serial signal conversion means for converting the digital signal into a serial signal and outputting the serial signal;
Electrical / optical conversion means for outputting an optical serial signal converted from the serial signal as a state monitoring signal.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載した状態監視装置において、前記第2の接続点に接続された第2の給電手段と、前記第2の給電手段の出力側に接続された第2の蓄電手段と、を備え、前記電圧監視手段が、前記第2の給電手段の出力電圧も監視可能であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 is the state monitoring apparatus according to claim 1, wherein the second power feeding means connected to the second connection point and the second power feeding means connected to the output side of the second power feeding means. Two power storage means, and the voltage monitoring means can also monitor the output voltage of the second power supply means.

本発明によれば、地絡故障や直流過電圧故障を示す情報だけでなく、接地電圧についても連続的なアナログ信号として装置内に取り込み、これをディジタル信号に変換した後に光シリアル信号として上位の制御装置に伝送し、演算処理を行うものである。これにより、故障検出用及び直流電圧検出用の電圧検出器を統合することが可能であり、電力変換装置全体で使用する電圧検出器の台数を減少させてコストの低減を図ることができる。
また、電圧検出値と比較される判定用の設定値を運転状態に応じて柔軟に切替えるようにすれば、結果として電力変換装置を継続的に運転可能な期間が長くなり、信頼性の向上につながる。
According to the present invention, not only information indicating a ground fault or a DC overvoltage failure, but also a ground voltage is taken into the device as a continuous analog signal, converted into a digital signal, and then converted into an optical serial signal. The data is transmitted to the apparatus to perform arithmetic processing. As a result, it is possible to integrate voltage detectors for failure detection and DC voltage detection, and the number of voltage detectors used in the entire power conversion device can be reduced to reduce costs.
In addition, if the setting value for determination to be compared with the voltage detection value is switched flexibly according to the operating state, the period during which the power conversion device can be continuously operated becomes longer, resulting in improved reliability. Connected.

本発明の第1実施形態を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態における電源電圧監視回路の動作を説明するための信号波形図である。It is a signal waveform diagram for demonstrating operation | movement of the power supply voltage monitoring circuit in 1st Embodiment. 第1実施形態における検出動作の概要を説明するための信号波形図である。It is a signal waveform diagram for demonstrating the outline | summary of the detection operation in 1st Embodiment. 第1実施形態における検出動作の詳細を説明するための信号波形図である。It is a signal waveform diagram for demonstrating the detail of the detection operation in 1st Embodiment. UART方式により伝送されるシリアル信号の説明図である。It is explanatory drawing of the serial signal transmitted by a UART system. 第1実施形態における地絡故障の有無による電圧・電流の状態を説明するための回路構成図(等価回路図)である。It is a circuit block diagram (equivalent circuit diagram) for demonstrating the state of the voltage and electric current by the presence or absence of the ground fault in 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態を示す回路構成図である。It is a circuit block diagram which shows 2nd Embodiment of this invention. 従来の状態監視装置が適用される電力変換装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the power converter device with which the conventional state monitoring apparatus is applied. 従来の状態監視装置の回路構成図である。It is a circuit block diagram of the conventional state monitoring apparatus. 図9における間欠信号SintaまたはSintbの一例を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows an example of the intermittent signal Sinta or Sintb in FIG.

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図1は、例えば図8に示した電力変換装置に適用される第1実施形態の状態監視装置の回路構成図である。この状態監視装置も、電力変換装置内の正負の直流母線P,N間に接続して使用される。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, FIG. 1 is a circuit configuration diagram of a state monitoring apparatus according to a first embodiment applied to, for example, the power conversion apparatus illustrated in FIG. This state monitoring device is also used by connecting between positive and negative DC buses P and N in the power conversion device.

図1において、直流母線P,N間に、抵抗素子R1P,R2Pの直列回路からなる第1の抵抗素子群GRと、抵抗素子R1N,R2Nの直列回路からなる第2の抵抗素子群GRとが直列に接続される点は、図9と同様である。ここで、Vは母線P−中性点M間の電圧、Vは中性点M−母線N間の電圧、Vは接続点A−中性点M間の電圧、Vは中性点M−接続点B間の電圧、I,Iは抵抗素子群GR,GRをそれぞれ流れる電流を示す。
は中性点Mと接地点Gとの間に接続された接地抵抗であり、Iは接地抵抗Rを流れる電流(地絡電流)である。なお、中性点Mは、請求項における相互接続点に相当する。
In FIG. 1, a first resistance element group GR 1 composed of a series circuit of resistance elements R 1P and R 2P and a second resistance composed of a series circuit of resistance elements R 1N and R 2N are arranged between the DC buses P and N. point where the element group GR 2 are connected in series is the same as FIG. Here, V P is the voltage between bus P- neutral M, V N is the voltage between the neutral point M- bus N, V p the connection point A- voltage between neutral points M, V n is the medium sexual point M- connection point voltage between the B, I p, the I n indicates the current flowing through the resistor element group GR 1, GR 2 respectively.
R G is connected grounding resistance between the ground point G and the neutral point M, the I g is a current flowing through the ground resistor R G (ground fault current). The neutral point M corresponds to an interconnection point in the claims.

抵抗素子群GRの中の接続点Aには、3端子レギュレータ等の正側給電回路3が接続されており、この正側給電回路3から、状態監視装置の動作に必要な正側電源電圧Vccが出力される。また、正側給電回路3の出力側と中性点Mとの間にはコンデンサCが接続されている。
ここで、正側給電回路3は請求項における第1の給電手段に相当し、コンデンサCは第1の蓄電手段に相当する。
A positive power supply circuit 3 such as a three-terminal regulator is connected to the connection point A in the resistance element group GR 1 , and the positive power supply voltage necessary for the operation of the state monitoring device is connected from the positive power supply circuit 3. Vcc is output. Further, a capacitor C 1 is connected between the output side of the positive power supply circuit 3 and the neutral point M.
Here, the positive-side power supply circuit 3 corresponds to the first power supply unit of the invention, capacitor C 1 corresponds to the first storage means.

正側給電回路3の出力側には電源電圧監視回路11aが接続され、その出力信号VENは間欠信号発生回路12により間欠信号SINTに変換される。この間欠信号SINTはAD(アナログ/ディジタル)変換回路13a,13b及びシリアル信号変換回路14a,14bに入力され、AD変換回路13a,13bには接続点A,Bの電圧V,Vもそれぞれ入力されている。 A power supply voltage monitoring circuit 11 a is connected to the output side of the positive power supply circuit 3, and the output signal V EN is converted into an intermittent signal S INT by the intermittent signal generation circuit 12. The intermittent signal S INT is input to AD (analog / digital) conversion circuits 13a and 13b and serial signal conversion circuits 14a and 14b. The AD conversion circuits 13a and 13b also receive voltages V p and V n at connection points A and B, respectively. Each is entered.

AD変換回路13a,13bは、間欠信号SINTの論理状態(“0”または“1”)に応じて、アナログ電圧V,Vをディジタル信号DVA,DVBにそれぞれ変換して出力する。
シリアル信号変換回路14a,14bは、間欠信号SINTの論理状態に応じて、ディジタル信号DVA,DVBをシリアル信号SVA,SVBにそれぞれ変換して出力する。
The AD conversion circuits 13a and 13b convert the analog voltages V p and V n into digital signals D VA and D VB , respectively, according to the logic state (“0” or “1”) of the intermittent signal S INT and output them. .
The serial signal conversion circuits 14a and 14b convert the digital signals D VA and D VB into serial signals S VA and S VB , respectively, according to the logic state of the intermittent signal S INT and output them.

シリアル信号選択回路15は、シリアル信号SVA,SVBのうち何れかを選択し、シリアル信号Sとして出力する。
E/O(電気/光)変換回路16は、シリアル信号Sを光シリアル信号Sに変換し、光ケーブル41を介して上位の制御装置51内のO/E(光/電気)変換回路17に送出する。このO/E変換回路17では、光シリアル信号Sを電気信号としての状態監視データSdataに変換する。
The serial signal selection circuit 15 selects one of the serial signals S VA and S VB and outputs it as the serial signal S E.
E / O (electrical / optical) conversion circuit 16 converts the serial signal S E to the optical serial signal S L, O / E (optical / electrical) in the control device 51 of the upper through the optical cable 41 conversion circuit 17 To send. In the O / E converter 17 converts the optical serial signal S L to the condition monitoring data S data as an electrical signal.

上記構成において、AD変換回路13a,13bは請求項におけるディジタル信号演算手段に相当し、シリアル信号変換回路14a,14bは同じくシリアル信号変換手段に相当する。また、光シリアル信号Sは請求項における状態監視信号に相当する。 In the above configuration, the AD conversion circuits 13a and 13b correspond to digital signal calculation means in the claims, and the serial signal conversion circuits 14a and 14b similarly correspond to serial signal conversion means. Further, the optical serial signal S L is equivalent to a state supervisory signal in the claims.

次に、この状態監視装置の詳細な動作を説明する。
前述の図8に示したコンバータ101等から図1の直流母線P,Nの間に直流電圧が印加されると、抵抗素子群GR,GRに電流が流れる。地絡故障が発生していない状態では、抵抗素子群GRに流れる電流Iと抵抗素子群GRに流れる電流Iとは、ほぼ同じ値となる。
Next, detailed operation of this state monitoring apparatus will be described.
When a DC voltage is applied between the DC buses P and N in FIG. 1 from the converter 101 or the like shown in FIG. 8 described above, a current flows through the resistance element groups GR 1 and GR 2 . In a state where the ground fault has not occurred, the current I n flowing in the current I p flowing through the resistor element group GR 1 resistive element group GR 2, substantially the same value.

抵抗素子群GRを構成する抵抗素子R1P,R2P同士の接続点Aから正側給電回路3に電流が流れるので、厳密にはIの方がIより若干小さくなる。しかし、正側給電回路3の入力電流は微少であるため、通常の装置において、IとIとの差はAD変換回路13a,13bの精度や制御演算、故障検出などにおいて誤差の範囲にとどまる。よって、IとIとは等しいと考えて差し支えない。 Resistance element R 1P constituting the resistive element group GR 1, since the connection point A between the R 2P current flows to the positive-side power supply circuit 3, strictly I found the following I p is slightly smaller than I n. However, since the input current of the positive-side power supply circuit 3 is small, the conventional equipment, I p and I n and the difference between the AD conversion circuit 13a, 13b of precision and control operations, the range of error in the malfunction detection Stay. Thus, no problem is considered to be equal and I p and I n.

正側給電回路3に入力電流が流れると正側電源電圧Vccが出力され、コンデンサCが充電される。充電の開始時刻をtv0とすると、コンデンサCの電圧すなわち正側電源電圧Vccは、図2(a)に示すように正側給電回路3が定常状態で出力する電圧V100に向かって上昇する。
コンデンサCの充電を開始してから時刻tv95まで経過すると、正側電源電圧Vccは回路が十分に動作可能な設定値、例えば電圧V95に到達し、この時点で、電源電圧監視回路11aの出力信号VENは、図2(b)のように論理状態が“0”から“1”に変化する。
なお、電源電圧監視回路11aにおいて、出力信号VENの論理状態を“0”から“1”に変化させる設定値(上記の例では電圧V95)を必要に応じて変更することにより、後述する地絡故障や直流過電圧故障の検出感度、電源電圧の監視精度を適宜調整することができる。
When the input current flows through the positive-side power supply circuit 3 positive power supply voltage V cc is outputted, the capacitor C 1 is charged. When the start time of charging and t v0, voltage or the positive power supply voltage V cc of the capacitor C 1 is toward voltage V 100 where the positive-side power supply circuit 3 outputs a steady state as shown in FIG. 2 (a) To rise.
When elapsed from the start of the charging of the capacitor C 1 to the time t V95, positive power supply voltage V cc is circuit sufficiently operable set value, for example to reach the voltage V 95, at this point, the power supply voltage monitoring circuit The logic state of the output signal V EN of 11a changes from “0” to “1” as shown in FIG.
In the power supply voltage monitoring circuit 11a, a setting value (the voltage V 95 in the above example) for changing the logic state of the output signal V EN from “0” to “1” is changed as necessary, which will be described later. Detection sensitivity of ground faults and DC overvoltage faults, and monitoring accuracy of power supply voltage can be adjusted as appropriate.

信号VENの論理状態が“1”になると、この信号VENが入力された間欠信号発生回路12からは、図3(a)のように周期Tの間欠信号SINTが出力される。この間欠信号SINTの論理状態“1”の期間をT、論理状態“0”の期間をTとすると、これらの期間の長さの関係はT<Tであり、期間Tが後段の回路の動作時間、期間Tが休止期間と考えることができる。
図3(a)の間欠信号SINTに応じて、間欠信号発生回路12の後段に接続されたAD変換回路13aの動作及び出力信号DVA、シリアル信号変換回路14aから出力されるシリアル信号SVAは、図3(b)〜(d)のようになる。
When the logic state of the signal V EN becomes “1”, the intermittent signal generation circuit 12 to which the signal V EN is input outputs an intermittent signal S INT having a period T as shown in FIG. When the period of the logic state “1” of the intermittent signal S INT is T 1 and the period of the logic state “0” is T 2 , the relationship between the lengths of these periods is T 1 <T 2 , and the period T 1 There can be considered operating time, the period T 2 rest period of the subsequent circuit.
The operation of the AD conversion circuit 13a connected to the subsequent stage of the intermittent signal generation circuit 12 and the output signal D VA , and the serial signal S VA output from the serial signal conversion circuit 14a according to the intermittent signal S INT of FIG. Is as shown in FIGS.

次に、図4は、間欠信号SINTの論理状態“1”の期間Tを拡大した状態の、後段の回路の動作や出力信号を示す波形図である。
図4(a)のように、間欠信号SINTの論理状態が“0”から“1”に変化すると、この間欠信号SINTが入力されたAD変換回路13aの動作は図4(b)のように変換中となり、入力電圧Vに対する変換動作を開始する。そして、変換動作に必要な期間TCHGを経過すると変換動作が終了し、図4(c)のように、入力電圧Vに相当する変換結果データ(ディジタル信号DVA)が出力される。
図示されていないが、同様に、図4(a)の間欠信号SINTが入力された他方のAD変換回路13bでも、入力電圧Vに対する変換結果データを出力する。
Next, FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the subsequent circuit and output signals in a state where the period T 1 of the logic state “1” of the intermittent signal S INT is enlarged.
When the logic state of the intermittent signal S INT changes from “0” to “1” as shown in FIG. 4A, the operation of the AD conversion circuit 13a to which the intermittent signal S INT is input is as shown in FIG. Thus, the conversion is being performed, and the conversion operation for the input voltage V p is started. When the period T CHG necessary for the conversion operation elapses, the conversion operation ends, and conversion result data (digital signal D VA ) corresponding to the input voltage V p is output as shown in FIG.
Although not shown, similarly, the other AD converter circuit 13b to which the intermittent signal S INT of FIG. 4A is input also outputs conversion result data for the input voltage V n .

シリアル信号変換回路14aでは、図4(d)のように、AD変換回路13aによる変換動作が終了してから遅れ時間TDLYAを経過した後に、変換結果データであるディジタル信号DVAをシリアル信号SVAに変換して出力する。
上記の遅れ時間TDLYAとしては、AD変換回路13aにより変換結果データが出力され始めてから安定(確定)するまでの時間を考慮して、シリアル信号変換回路14aに適当な値を設定すれば良い。
In the serial signal conversion circuit 14a, as shown in FIG. 4 (d), AD conversion circuit 13a after the conversion has exceeded the delay time T DLYA from completion by the digital signal D VA serial signal S is a conversion result data Convert to VA and output.
As the delay time T_DLYA , an appropriate value may be set in the serial signal conversion circuit 14a in consideration of the time from the start of output of the conversion result data by the AD conversion circuit 13a to the stabilization (determination).

シリアル信号は出力方法によって様々な形式があるが、例えば、一般的によく知られたUART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter:汎用非同期送受信回路)方式では、図5(a)のようにクロック信号SCLKの立ち上がりに同期して図5(b)のように1ビットずつシリアルデータを出力する。シリアル信号として出力されるデータの先頭はスタートビット(ST)であり、これに続いて8ビット分のデータ(D〜D)、次にパリティビット(PR)と続き、最後にストップビット(SP)となる。ストップビット、パリティビットは,装置の仕様により、使用しない場合もある。 There are various types of serial signals depending on the output method. For example, in the generally well-known UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) system, the clock signal S CLK is shown in FIG. In synchronization with the rising edge, serial data is output bit by bit as shown in FIG. The start of data output as a serial signal is a start bit (ST), followed by 8 bits of data (D 0 to D 7 ), then a parity bit (PR), and finally a stop bit ( SP). The stop bit and parity bit may not be used depending on the specifications of the device.

シリアル信号変換回路14bの動作も、基本的にはシリアル信号変換回路14aと同様であるが、図4(e)のように、AD変換回路13bによる変換動作が終了してから遅れ時間TDLYBを経過した後にシリアル信号SVBが出力されるようになっている。
上記の遅れ時間TDLYBは、図4(e)に示すごとく、前述した遅れ時間TDLYAに加えて、シリアル信号変換回路14aがシリアル信号SVAを出力する時間TSLOUTと、この時間TSLOUT経過後の適宜な余裕時間Tとを考慮してシリアル信号変換回路14bに設定すれば良い。
The operation of the serial signal conversion circuit 14b is basically the same as that of the serial signal conversion circuit 14a. However, as shown in FIG. 4E , the delay time T DLYB is set after the conversion operation by the AD conversion circuit 13b is completed. After the elapse of time, the serial signal SVB is output.
The above delay time T DLYB is, as shown in FIG. 4 (e), in addition to the delay time T DLYA described above, and time T SLout serial signal conversion circuit 14a outputs a serial signal S VA, the time T SLout elapsed it may be set to the serial signal conversion circuit 14b in consideration of the appropriate margin time T D after.

シリアル信号選択回路15では、シリアル信号変換回路14a,14bからそれぞれ出力されるシリアル信号SVA,SVBのうち、実際に存在するシリアル信号を選択し、シリアル信号Sとして出力する。言い換えれば、シリアル信号選択回路15は、時間軸に沿ってシリアル信号SVA,SVBの和を出力することになる。 In the serial signal selection circuit 15, among the serial signal S VA, S VB respectively output the serial signal conversion circuit 14a, from 14b, selects the serial signal that is actually present, and outputs a serial signal S E. In other words, the serial signal selection circuit 15 outputs the sum of the serial signals S VA and S VB along the time axis.

シリアル信号選択回路15から出力されたシリアル信号Sは、前述したように、E/O変換回路16により図4(f)に示す光シリアル信号Sすなわち状態監視信号に変換され、光ケーブル41を介して制御装置51内のO/E変換回路17により状態監視データSdataに変換される。この状態監視データSdataは、図示されていない演算装置に取り込まれ、電力変換装置の運転を制御するための演算や、地絡故障,直流過電圧故障を検出するための演算が実行される。 Serial signal S E output from the serial signal selection circuit 15, as described above, is converted into an optical serial signal S L That state monitoring signals shown in FIG. 4 (f) by E / O conversion circuit 16, the optical cable 41 The state monitoring data S data is converted by the O / E conversion circuit 17 in the control device 51. The state monitoring data S data is taken into a calculation device (not shown), and a calculation for controlling the operation of the power converter and a calculation for detecting a ground fault or a DC overvoltage fault are executed.

光ケーブル41上の光シリアル信号Sは、図4(f)における※1,※2で示すように、電圧VをAD変換回路13aにより変換して得た光シリアル信号SVAと、電圧VをAD変換回路13bにより変換して得た光シリアル信号SVBとが連続する信号となる。 Optical serial signal S L on the optical cable 41, 1 ※ in FIG. 4 (f), the as shown by ※ 2, an optical serial signal S VA of the voltage V p obtained by converting by the AD conversion circuit 13a, voltage V The optical serial signal SVB obtained by converting n by the AD conversion circuit 13b is a continuous signal.

図9,図10に示した従来技術では、間欠信号Sint(Sinta,Sintb)の論理状態が“1”の場合に、E/O変換回路212a,212bが光を常時、出力している。これに対し、本実施形態では、図4(f)に示すような光シリアル信号SをE/O変換回路16から出力させることで、光を出力する論理状態“1”の期間を短くすることができ、結果として消費電力の低減が可能となる。 9 and 10, when the logic state of the intermittent signal S int (S inta , S intb ) is “1”, the E / O conversion circuits 212 a and 212 b always output light. Yes. On the other hand, in this embodiment, the optical serial signal SL as shown in FIG. 4F is output from the E / O conversion circuit 16 to shorten the period of the logical state “1” for outputting light. As a result, power consumption can be reduced.

次いで、図6は、第1実施形態において地絡故障の有無による電圧・電流の状態を説明するための回路構成図であり、直流電源60(図8のコンバータ101に相当)、抵抗素子群GR,GR、接地抵抗Rのみを用いて示した等価回路図である。
以下の説明では、簡略化のために抵抗素子R1P,R1Nの抵抗値が等しいものとし(何れも抵抗値をR[Ω]とし)、抵抗素子R2P,R2Nの抵抗値も等しいものとする(何れも抵抗値をR[Ω]とする)。なお、接地抵抗Rの抵抗値は、符号をそのまま用いてR[Ω]とする。
Next, FIG. 6 is a circuit configuration diagram for explaining the state of voltage and current depending on the presence or absence of a ground fault in the first embodiment. The DC power source 60 (corresponding to the converter 101 in FIG. 1, GR 2, an equivalent circuit diagram illustrating using only ground resistor R G.
In the following description, for the sake of simplification, it is assumed that the resistance values of the resistance elements R 1P and R 1N are equal (both resistance values are R 1 [Ω]), and the resistance values of the resistance elements R 2P and R 2N are also equal. (Each resistance value is R 2 [Ω]). Note that the resistance value of the ground resistance RG is R G [Ω] using the sign as it is.

図6(a)は、地絡故障がない場合の等価回路である。この場合、接地抵抗Rには電流が流れず、I=0として無視することができ、抵抗素子群GRを流れる電流Iはそのまま抵抗素子群GRを流れるIとなる。よって、数式1の関係が成り立つ。
[数式1]
=I
FIG. 6A is an equivalent circuit when there is no ground fault. In this case, no current flows through the grounding resistor R G, can be ignored as I g = 0, the current I p flowing through the resistor element group GR 1 becomes I n that it flows through the resistive element group GR 2. Therefore, the relationship of Formula 1 is established.
[Formula 1]
I p = I n

上記の電流I,Iは、既知の抵抗値R及び電圧V,Vから、数式2,数式3によって表される。

Figure 2017166938
Figure 2017166938
The above current I p, I n is known resistance R 1 and the voltage V p, from V n, as represented by Equation 2, Equation 3.
Figure 2017166938
Figure 2017166938

以上の関係から、電圧VとVとは、数式4に示すように等しくなる。
[数式4]
=V
From the above relationship, the voltages V p and V n are equal as shown in Equation 4.
[Formula 4]
V p = V n

従って、図1に示した回路において、電圧V,Vの値が光シリアル信号Sとして光ケーブル41経由で制御装置51内の演算回路に伝送されることにより、演算回路がVとVとが等しいことを検出できれば、地絡故障が発生していないと判定することができる。また、図6(a)において直流電源60が直流母線P,N間に出力している電圧Eは、電圧V,Vと既知の抵抗値R,Rとを用いて表すと数式5のようになるので、演算回路はこの電圧Eも求めることができる。

Figure 2017166938
Therefore, in the circuit shown in FIG. 1, the values of the voltages V p and V n are transmitted as the optical serial signal S L to the arithmetic circuit in the control device 51 via the optical cable 41, so that the arithmetic circuit becomes V p and V If it can be detected that n is equal, it can be determined that no ground fault has occurred. In addition, in FIG. 6A, the voltage E output from the DC power supply 60 between the DC buses P and N can be expressed by using the voltages V p and V n and the known resistance values R 1 and R 2. Therefore, the arithmetic circuit can also obtain this voltage E.
Figure 2017166938

次に、図6(b)は直流回路の負側の母線Nが地絡したときの等価回路である。この場合は、抵抗素子群GRの電流Iが、抵抗素子群GRの電流Iと接地抵抗Rを流れる電流Iとに分流する。これらの電流の関係と、大きさが異なる電流IとIとの大小関係は、数式6,数式7となる。
[数式6]
=I+I
[数式7]
>I
Next, FIG. 6B is an equivalent circuit when the negative bus N of the DC circuit is grounded. In this case, the current I p of the resistive element group GR 1 is shunted to the current I g flowing current I n of the resistive element group GR 2 a ground resistance R G. Magnitude relationship between these currents, the current I p and I n having different sizes may Equation 6, the formula 7.
[Formula 6]
I p = I n + I g
[Formula 7]
I p > I n

電圧V,Vは前述した数式2,数式3により表されるので、これらの電圧V,Vも大きさが異なるようになり、両者の大小関係は数式8となる。
[数式8]
>V
以上から、電圧V,Vの値が光シリアル信号Sとして伝送された制御装置51内の演算回路は、V>Vであることを検出した場合に、負側の母線Nにおいて地絡故障が発生したと判定することができる。
Since the voltages V p and V n are expressed by Equations 2 and 3 described above, the voltages V p and V n are also different in magnitude, and the magnitude relationship between them is Equation 8.
[Formula 8]
V p > V n
From the above, when the arithmetic circuit in the control device 51 to which the values of the voltages V p and V n are transmitted as the optical serial signal S L detects that V p > V n , the arithmetic circuit in the negative bus N It can be determined that a ground fault has occurred.

更に、図6(c)は正側の母線Pが地絡したときの等価回路である。
この場合は、抵抗素子群GRの電流Iと接地抵抗Rの電流Iとの和が抵抗素子群GRの電流Iとなる。これらの電流の関係と、大きさが異なる電流I,Iの大小関係は数式9,数式10となる。
[数式9]
=I+I
[数式10]
<I
Further, FIG. 6C is an equivalent circuit when the positive bus P is grounded.
In this case, the sum of the current I g to the current I p of the resistive element group GR 1 ground resistance R G is the current I p of the resistive element group GR 2. The relationship of these currents, the current I p having different sizes, large and small relation of I n is the equation 9, equation 10.
[Formula 9]
I n = I p + I g
[Formula 10]
I p <I n

電圧V,Vは前述した数式2,3により表されるので、これらの電圧V,Vも大きさが異なるようになり、両者の大小関係は数式11となる。
[数式11]
<V
電圧V,Vの値が光シリアル信号Sとして伝送された制御装置51内の演算回路は、V<Vであることを検出した場合に、正側の母線Pにおいて地絡故障が発生したと判定することができる。
Since the voltages V p and V n are expressed by the above-described equations 2 and 3, the voltages V p and V n are also different in magnitude, and the magnitude relationship between them is given by equation 11.
[Formula 11]
V p <V n
Arithmetic circuit in the control unit 51 to voltage V p, the value of V n are transmitted as optical serial signal S L, when it is detected that a V p <V n, a ground fault in the positive busbar P Can be determined to have occurred.

図6による説明は、等価回路を用いて簡略化したものであるため、地絡発生時は母線PまたはNが接地点Gに直接接続されることを前提としているが、実際の電力変換装置では、他の何らかの導体や地面等、値が不明な抵抗要素が更に直列に接続されることになる。このため、地絡電流は変化するが、本実施形態では接地抵抗Rに流れる電流Iの計算に基づいて地絡電流の大きさを計算できるので、地絡の程度(危険度)を知ることが可能である。
また、数式5によれば、電圧V,V等の大きさに基づいて直流電源60の出力電圧Eも計算可能であり、その計算結果を用いた演算によって直流過電圧故障も判定することができる。
Since the explanation with FIG. 6 is simplified using an equivalent circuit, it is assumed that the bus P or N is directly connected to the ground point G when a ground fault occurs. However, in an actual power converter, Any other resistance element whose value is unknown, such as some other conductor or ground, is further connected in series. Thus, although the ground fault current changes, in the present embodiment it is possible to calculate the magnitude of the ground fault current on the basis of the calculation of the current I g flowing through the ground resistor R G, knowing the extent of ground fault (risk) It is possible.
Further, according to Equation 5, the output voltage E of the DC power supply 60 can be calculated based on the magnitudes of the voltages V p , V n and the like, and a DC overvoltage failure can be determined by an operation using the calculation result. it can.

次に、図7は、本発明の第2実施形態を示す回路構成図である。
前述した図1の第1実施形態は正側給電回路3(正側電源)のみで動作するのに対し、図7に示す第2実施形態は、正側及び負側の両電源を必要とする高精度のAD変換回路等を使用する場合を考慮したものである。
Next, FIG. 7 is a circuit configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.
While the first embodiment of FIG. 1 described above operates only with the positive power supply circuit 3 (positive power supply), the second embodiment shown in FIG. 7 requires both positive and negative power supplies. This is in consideration of using a high-precision AD conversion circuit or the like.

すなわち、図7において、抵抗素子群GRを構成する抵抗素子R1N,R2N同士の接続点Bに負側給電回路4(負側電源)の入力側を接続すると共に、この負側給電回路4の出力側と中性点Mとの間にコンデンサCを接続し、これらによって負側電源電圧Veeを発生させる。この負側電源電圧Veeと正側電源電圧Vccとを電源電圧監視回路11bに入力して所定の設定値(閾値)と比較することにより、各電源電圧Vcc,Veeが回路動作に必要な状態であるか否かを判定するようにしたものである。なお、図7におけるその他の部分については図1と同じ記号を付してあり、地絡故障を検出する動作も第1実施形態と同様である。
ここで、負側給電回路4は請求項における第2の給電手段に相当し、コンデンサCは第2の蓄電手段に相当する。
That is, in FIG. 7, the input side of the negative power supply circuit 4 (negative power supply) is connected to a connection point B between the resistance elements R 1N and R 2N constituting the resistance element group GR 2 , and this negative power supply circuit 4 and a capacitor C 2 between the output side and a neutral point M, these by generating a negative supply voltage V ee. The negative power supply voltage Vee and the positive power supply voltage Vcc are input to the power supply voltage monitoring circuit 11b and compared with a predetermined set value (threshold value), whereby the power supply voltages Vcc and Vee are changed into circuit operation. It is determined whether or not it is in a necessary state. The other parts in FIG. 7 are denoted by the same symbols as in FIG. 1, and the operation for detecting a ground fault is the same as in the first embodiment.
Here, the negative-side power supply circuit 4 corresponds to the second power supply unit of the invention, the capacitor C 2 corresponding to the second storage means.

前述した第1実施形態では、正側電源電圧Vccが所定値に達しない場合に信号VENの論理状態が“0”となり、間欠信号発生回路12以降の動作が行われなくなって正側電源電圧Vccの異常を検出可能であるが、第2実施形態によれば、同様の原理によって負側電源電圧Veeの異常も検出することができる。 In the first embodiment described above, the positive side power supply positive power supply voltage V cc is the logic state of the signal V EN if does not reach the predetermined value is "0", the operation of the intermittent signal generating circuit 12 later becomes not performed Although the abnormality of the voltage Vcc can be detected, according to the second embodiment, the abnormality of the negative power supply voltage Vee can also be detected by the same principle.

本発明に係る状態監視装置は、図8のような電力変換装置ばかりでなく、直流回路(正負の直流母線P,N)を有する様々な装置を対象として、地絡故障、直流過電圧故障、正負の電源電圧異常の監視に利用することができる。   The state monitoring device according to the present invention is not limited to the power conversion device as shown in FIG. 8 but also for various devices having DC circuits (positive and negative DC buses P and N), ground fault, DC overvoltage failure, positive and negative. Can be used to monitor power supply voltage abnormalities.

R,S,T:交流入力端子
U,V,W:交流出力端子
P:直流母線(正側母線)
N:直流母線(負側母線)
A,B:接続点
M:中性点
G:接地点
GR:第1の抵抗素子群
GR:第2の抵抗素子群
1P,R2P:抵抗素子
1N,R2N:抵抗素子
:接地抵抗
,C:コンデンサ
3:正側給電回路
4:負側給電回路
11a,11b:電源電圧監視回路
12:間欠信号発生回路
13a,13b:AD変換回路
14a,14b:シリアル信号変換回路
15:シリアル信号選択回路
16:E/O変換回路
17:O/E変換回路
41:光ケーブル
51:制御装置
101:コンバータ
102:2レベルインバータ
102a:コンデンサ
102b:三相インバータ回路
R, S, T: AC input terminals U, V, W: AC output terminal P: DC bus (positive bus)
N: DC bus (negative bus)
A, B: Connection point M: Neutral point G: Grounding point GR 1 : First resistance element group GR 2 : Second resistance element group R 1P , R 2P : Resistance elements R 1N , R 2N : Resistance element R G : ground resistance C 1 , C 2 : capacitor 3: positive side power supply circuit 4: negative side power supply circuit 11a, 11b: power supply voltage monitoring circuit 12: intermittent signal generation circuit 13a, 13b: AD conversion circuit 14a, 14b: serial signal Conversion circuit 15: Serial signal selection circuit 16: E / O conversion circuit 17: O / E conversion circuit 41: Optical cable 51: Controller 101: Converter 102: Two-level inverter 102a: Capacitor 102b: Three-phase inverter circuit

Claims (2)

直流電源の正側と負側との間に直列接続された第1の抵抗素子群及び第2の抵抗素子群と、
前記第1の抵抗素子群及び前記第2の抵抗素子群の相互接続点と接地点との間に接続された抵抗素子と、
前記第1の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第1の接続点に接続された第1の給電手段と、
前記第1の給電手段の出力側に接続された第1の蓄電手段と、
前記第1の給電手段の出力電圧を監視する電圧監視手段と、
前記電圧監視手段による監視結果に応じて間欠信号を発生する間欠信号発生手段と、
前記第1の接続点と前記相互接続点との間の電圧を検出する第1の電圧検出手段と、
前記第2の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第2の接続点と前記相互接続点との間の電圧を検出する第2の電圧検出手段と、
前記間欠信号に応じて、前記第1の電圧検出手段及び前記第2の電圧検出手段による各電圧検出値に相当するディジタル信号を演算するディジタル信号演算手段と、
前記ディジタル信号をシリアル信号に変換して出力するシリアル信号変換手段と、
前記シリアル信号から変換した光シリアル信号を状態監視信号として出力する電気/光変換手段と、
を備えたことを特徴とする状態監視装置。
A first resistor element group and a second resistor element group connected in series between the positive side and the negative side of the DC power supply;
A resistance element connected between an interconnection point and a ground point of the first resistance element group and the second resistance element group;
A first power supply means connected to a first connection point between the resistance elements constituting the first resistance element group;
First power storage means connected to the output side of the first power supply means;
Voltage monitoring means for monitoring the output voltage of the first power supply means;
Intermittent signal generating means for generating an intermittent signal according to the monitoring result by the voltage monitoring means;
First voltage detecting means for detecting a voltage between the first connection point and the interconnection point;
Second voltage detection means for detecting a voltage between a second connection point of the resistance elements constituting the second resistance element group and the interconnection point;
A digital signal calculating means for calculating a digital signal corresponding to each voltage detected value by the first voltage detecting means and the second voltage detecting means in accordance with the intermittent signal;
Serial signal conversion means for converting the digital signal into a serial signal and outputting the serial signal;
Electrical / optical conversion means for outputting an optical serial signal converted from the serial signal as a state monitoring signal;
A state monitoring device comprising:
請求項1に記載した状態監視装置において、
前記第2の接続点に接続された第2の給電手段と、前記第2の給電手段の出力側に接続された第2の蓄電手段と、を備え、
前記電圧監視手段が、前記第2の給電手段の出力電圧も監視可能であることを特徴とする状態監視装置。
In the state monitoring device according to claim 1,
A second power supply means connected to the second connection point; and a second power storage means connected to the output side of the second power supply means,
The state monitoring apparatus characterized in that the voltage monitoring means can also monitor the output voltage of the second power feeding means.
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