JP2018029440A

JP2018029440A - 光ゲート回路

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Publication number: JP2018029440A
Application number: JP2016160428A
Authority: JP
Inventors: 飛鳥大竹; Asuka Otake
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2016-08-18
Publication date: 2018-02-22
Anticipated expiration: 2036-08-18
Also published as: JP6541269B2

Abstract

【課題】二重系で同時に光ゲート信号を出力する場合でも片系の故障を容易に検出することのできる光ゲート回路を提供することにある。【解決手段】光ゲート回路１は、二重系を構成し、それぞれが光ゲート信号を発生させる２つの発光素子１１ａ，１１ｂと、２つの発光素子１１ａ，１１ｂからそれぞれ発生した光ゲート信号を合成し、合成された光ゲート信号を複数の光トリガサイリスタ３１に出力するために複数の光ゲート信号に分岐する光スプリッタ１２と、光スプリッタ１２により分岐された複数の光ゲート信号のうち１つの光量に基づいて、二重系のうち片系の故障を検出する故障検出器２とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、光ゲート信号を出力する光ゲート回路に関する。

一般に、スイッチング素子を用いた電力変換装置において、二重系に構成した光ゲート信号によりスイッチング素子を点弧することが知られている。

例えば、二重系のゲートパルスのうちサイリスタを最初に点弧する系のゲートパルスを選択し、サイリスタの点弧を検出し、検出したサイリスタの点弧が、最初に点弧する系のゲートパルスで点弧されていないと判断した場合、その系の異常と判断する電力変換装置の制御装置が開示されている（特許文献１参照）。

特開２０１４−１１７１１６号公報

しかしながら、二重系で同時に光ゲート信号を出力する場合、一方の系が故障しても、もう一方の系が正常であれば、故障を検出するのが困難である。

そこで、本発明の目的は、二重系で同時に光ゲート信号を出力する場合でも片系の故障を容易に検出することのできる光ゲート回路を提供することにある。

本発明の観点に従った光ゲート回路は、二重系を構成し、それぞれが光ゲート信号を発生させる２つの発光素子と、前記２つの発光素子からそれぞれ発生した光ゲート信号を合成する光合成手段と、前記光合成手段により合成された前記光ゲート信号を複数のスイッチング素子に出力するために複数の光ゲート信号に分岐する光分岐手段と、前記光分岐手段により分岐された前記複数の光ゲート信号のうち１つの故障検出用光ゲート信号の光量に基づいて、前記二重系のうち片系の故障を検出する故障検出手段とを備える。

本発明によれば、二重系で同時に光ゲート信号を出力する場合でも片系の故障を容易に検出することのできる光ゲート回路を提供することにある。

本発明の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す構成図。本実施形態に係る故障検出器の構成を示す構成図。本実施形態に係る発光素子の経年による光量低下を示すグラフ図。

（実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係る電力変換装置１０の構成を示す構成図である。なお、図面における同一部分には同一符号を付して、異なる部分を主に説明する。

ここでは、電力変換装置１０は、サイリスタバルブとして説明するが、サイリスタバルブに限らず、光信号で点弧されるスイッチング素子を用いるのであれば、どのような電力変換装置でもよい。

電力変換装置１０は、複数の光ゲート回路１、複数の故障検出器２、及び、複数のサイリスタバルブモジュール３を備える。図１では、１つのサイリスタバルブモジュール３についての構成を図示するが、光ゲート回路１及び故障検出器２は、複数のサイリスタバルブモジュール３とそれぞれ対応して備えているものとする。なお、故障検出器２は、どのように設けてもよい。例えば、故障検出器２は、光ゲート回路１の一部としてもよいし、光ゲート回路１と共に制御装置などの１つの装置の一部としてもよい。

光ゲート回路１は、サイリスタバルブモジュール３を制御する制御装置などに実装される。光ゲート回路１は、Ｎ個（Ｎは２以上）の光トリガサイリスタ３１を点弧する光ゲート信号を出力する。光ゲート回路１は、Ｎ個の光トリガサイリスタ３１とそれぞれ光信号を伝送するＮ本の伝送路Ｌ１，Ｌ２，…，ＬＮで接続される。伝送路Ｌ１〜ＬＮは、例えば、光ファイバである。

光ゲート回路１は、２つの発光素子１１ａ，１１ｂ及び光スプリッタ１２を備える。２つの発光素子１１ａ，１１ｂと光スプリッタ１２は、２つの伝送路Ｌａ，Ｌｂで接続される。伝送路Ｌａ，Ｌｂは、例えば、光ファイバである。

発光素子１１ａ，１１ｂは、上位制御系の装置等からの制御信号に応じて、二重系の光ゲート信号を発生させる。Ａ系の発光素子１１ａは、Ａ系の光ゲート信号をＡ系の伝送路Ｌａに出力する。Ｂ系の発光素子１１ｂは、Ｂ系の光ゲート信号をＢ系の伝送路Ｌｂに出力する。発光素子１１ａ，１１ｂは、レーザダイオード又は発光ダイオードなどである。

光スプリッタ１２は、入力された光信号を合成し、合成した光信号を複数に分岐して出力する。光スプリッタ１２には、少なくとも２つの入力口と少なくともＮ＋１個の出力口がある。光スプリッタ１２の入力口には、発光素子１１ａ，１１ｂと接続される２つの伝送路Ｌａ，Ｌｂが接続される。光スプリッタ１２の出力口には、Ｎ個の光トリガサイリスタ３１のゲート端子に接続されるＮ本の伝送路Ｌ１〜ＬＮと故障検出器２に接続される監視用伝送路Ｌｍが接続される。監視用伝送路Ｌｍは、例えば、光ファイバである。光スプリッタ１２は、分岐した光ゲート信号を全ての出力口から出力する。なお、２つの発光素子１１ａ，１１ｂと光スプリッタ１２を接続する伝送路は、２分岐光ファイバでもよい。２分岐光ファイバは、２つの入力口から別々に入力された２つの光信号を１つに合成して出力する。この場合、光スプリッタ１２の入力口は、少なくとも１つあればよい。

複数のサイリスタバルブモジュール３は、電力変換装置１０の電力変換回路を構成する。サイリスタバルブモジュール３は、Ｎ個の光トリガサイリスタ３１が直列に接続された構成をモジュール化したものである。各光トリガサイリスタ３１は、それぞれの伝送路Ｌ１〜ＬＮを介して光ゲート回路１から受信する光ゲート信号により点弧する。これにより、各光トリガサイリスタ３１がスイッチング動作することにより、電力変換装置１０の電力変換動作が制御される。

故障検出器２は、監視用伝送路Ｌｍを介して光ゲート回路１から受信する故障検出用の光ゲート信号に基づいて、光ゲート回路１の故障を検出する。故障検出器２は、故障を検出すると、故障信号Ｓｎｇを出力する。

図２は、本実施形態に係る故障検出器２の構成を示す構成図である。

故障検出器２は、受光素子２１、監視回路２２、及び、故障出力部２３を備える。

受光素子２１は、光ゲート回路１から受信する光ゲート信号の光量に応じて、電流を流す。受光素子２１は、光ゲート信号の光量が多いほど、大きい電流を出力する。受光素子２１から出力される電流は、監視回路２２に入力される。受光素子２１は、例えばフォトダイオードである。

監視回路２２は、受光素子２１から入力される電流に基づいて、光ゲート回路１が故障か否かを判断する。監視回路２２は、入力された電流が予め設定された電流値よりも小さい場合、Ａ系又はＢ系のいずれかの片系の故障と判断する。片系の故障とは、Ａ系又はＢ系のいずれかが故障している場合である。例えば、Ａ系の故障とは、Ａ系の発光素子１１ａ又はＡ系の伝送路ＬａなどのＡ系を構成する機器等が故障している場合である。監視回路２２は、入力される電流がほぼゼロの場合、Ａ系及びＢ系の両系の故障と判断する。両系の故障も片系の故障と同様に、監視回路２２は、予め設定された電流値よりも小さいか否かで判断してもよい。両系の故障を判断するために設定される電流値は、片系の故障を判断するために設定される電流値よりも小さい。監視回路２２は、故障を検出した場合、故障内容を示す故障検出信号を故障出力部２３に出力する。

ここで、故障か否かを判断するための閾値となる電流値の決め方について説明する。

光トリガサイリスタ３１をターンオンするには、ある一定以上の光量の光ゲート信号が入力される必要がある。また、図３に示すように、発光素子１１ａ，１１ｂは、経年劣化により徐々に光量が落ちる。二重系として機能させるには、発光素子１１ａ，１１ｂのそれぞれが光トリガサイリスタ３１をターンオンさせるために必要な光量以上の光ゲート信号を出力する必要がある。そこで、例えば、片系の故障を判断するための閾値となる電流値は、２つの発光素子１１ａ，１１ｂから出力された光ゲート信号の合計の光量が光トリガサイリスタ３１をターンオンさせるために必要な光量の２倍以上と判断できるような値にする。

故障出力部２３は、監視回路２２から故障検出信号を受信すると、故障信号Ｓｎｇを予め決められた箇所に出力する。これにより、例えば、表示又は音などで、故障が生じたことを知らせる。このとき、片系の故障と両系の故障を区別してもよい。故障を知らせる対象は、例えば、電力変換装置１０の操作者又は上位制御系の装置などである。また、故障信号Ｓｎｇを電力変換装置１０の内部で制御などに用いてもよい。

ここでは、光ゲート回路１から受信する光ゲート信号の光量を電流の大きさに変換し、変換された電流の大きさに基づいて、故障を検出する故障検出器２について説明したが、これに限らない。例えば、故障検出器２は、受信する光ゲート信号の光量を直接的に測定し、測定された光量に基づいて、故障を検出してもよい。

本実施形態によれば、両系の光ゲート信号が合成された光ゲート信号の光量に基づいて、故障を検出することで、両系の光ゲート信号を同一の波形で同時に出力させても、片系の故障を検出することができる。片系の故障であれば、もう片系で電力変換装置１０の運転を継続できるため、計画的に電力変換装置１０を停止させて、片系の故障の修理を行うことができる。

なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組合せにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…光ゲート回路、２…故障検出器、３…サイリスタバルブモジュール、１０…電力変換装置。

Claims

二重系を構成し、それぞれが光ゲート信号を発生させる２つの発光素子と、
前記２つの発光素子からそれぞれ発生した光ゲート信号を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された前記光ゲート信号を複数のスイッチング素子に出力するために複数の光ゲート信号に分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段により分岐された前記複数の光ゲート信号のうち１つの故障検出用光ゲート信号の光量に基づいて、前記二重系のうち片系の故障を検出する故障検出手段と
を備えたことを特徴とする光ゲート回路。
前記故障検出手段は、
前記故障検出用光ゲート信号の光量に基づいて、電流を出力する受光素子と、
前記受光素子から出力された電流が設定値よりも少ない場合、前記片系の故障と判断する故障判断手段と
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の光ゲート回路。
複数のスイッチング素子で構成された電力変換回路と、
二重系を構成し、それぞれが光ゲート信号を発生させる２つの発光素子と、
前記２つの発光素子からそれぞれ発生した光ゲート信号を合成する光合成手段と、
前記光合成手段により合成された前記光ゲート信号を前記複数のスイッチング素子に出力するために複数の光ゲート信号に分岐する光分岐手段と、
前記光分岐手段により分岐された前記複数の光ゲート信号のうち１つの故障検出用光ゲート信号の光量に基づいて、前記二重系のうち片系の故障を検出する故障検出手段と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
二重系を構成し、それぞれが光ゲート信号を発生させる２つの発光素子を備えた光ゲート回路の故障検出方法であって、
前記２つの発光素子からそれぞれ発生した光ゲート信号を合成し、
合成された前記光ゲート信号を複数のスイッチング素子に出力するために複数の光ゲート信号に分岐し、
分岐した前記複数の光ゲート信号のうち１つの故障検出用光ゲート信号の光量に基づいて、前記二重系のうち片系の故障を検出すること
を含むことを特徴とする光ゲート回路の故障検出方法。