JP2018157636A - Power conversion control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電解コンデンサとの間で電力を授受する電力変換制御装置に関するものであり、特に該電解コンデンサの寿命判定に関するものである。 The present invention relates to a power conversion control device that transmits and receives power to and from an electrolytic capacitor, and particularly relates to a life determination of the electrolytic capacitor.
従来、電解コンデンサと、電圧形PWMインバータなどにより電力変換を行う電力変換器とで構成される電力変換装置が、鉄道車両や産業分野などで広く用いられている。この電力変換装置において、一般に電力変換器を構成するスイッチング素子は半導体であるため長寿命であり、一方、電解コンデンサは経年劣化により寿命が短いとされている。特に、高温な温度や大きな電流を流すことで自身の温度が高くなると劣化が加速する。そのため、従来は、最悪の状態を想定して電解コンデンサの寿命時間を前もって計算し、その寿命時間が経過した時点で電解コンデンサの交換を促すようにしている。 2. Description of the Related Art Conventionally, a power conversion device including an electrolytic capacitor and a power converter that performs power conversion using a voltage-type PWM inverter or the like is widely used in railway vehicles, industrial fields, and the like. In this power conversion device, switching elements that constitute a power converter generally have a long life because they are semiconductors, while electrolytic capacitors are said to have a short life due to deterioration over time. In particular, deterioration is accelerated when the temperature of the apparatus increases by passing a high temperature or a large current. Therefore, conventionally, the lifetime of the electrolytic capacitor is calculated in advance assuming the worst state, and the replacement of the electrolytic capacitor is urged when the lifetime has elapsed.
非特許文献1には、電解コンデンサの交換時期を、装置の平均周囲温度35度以下で1日平均12時間運転すると仮定して10年を目安とし、運転累積時間が43800時間を超えるとアラーム用のLEDを点灯させ、電解コンデンサの交換を推奨することが記載されている。 In Non-Patent Document 1, the replacement time of the electrolytic capacitor is assumed to be an average 12 hours of operation per day at an average ambient temperature of 35 ° C. or less. As a guideline, if the accumulated operation time exceeds 43800 hours, an alarm is used. It is described that the LED is turned on and the replacement of the electrolytic capacitor is recommended.
しかし、電解コンデンサの寿命時間は最悪の状態を想定して設定されているため、実際よりも非常に短くなっている場合がほとんどであり、まだ十分に使える状態でも交換してしまうことにより、資源やエネルギーの大きな損失となるという課題があった。また、頻繁に交換する必要があるため交換の手間がかかるという課題があった。 However, the life time of electrolytic capacitors is set assuming the worst condition, and in most cases it is much shorter than the actual one. And there was a problem that it would be a big loss of energy. Moreover, since it needs to be replaced frequently, there is a problem that it takes time and effort for replacement.
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、電解コンデンサの交換すべきタイミングを正確に把握し、適切な時点で電解コンデンサの交換を促すことが可能な電力変換制御装置を提供することにある。 An object of the present invention made in view of such circumstances is to provide a power conversion control device capable of accurately grasping the timing to replace an electrolytic capacitor and prompting the replacement of the electrolytic capacitor at an appropriate time. .
上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換制御装置は、電解コンデンサとの間で電力を授受する電力変換器を制御する電力変換制御装置であって、前記電解コンデンサに流れる電流、及び前記電解コンデンサに印加される端子電圧から、前記電解コンデンサの静電容量を算出する静電容量演算部と、前記静電容量が規定値よりも小さくなった時点で前記電解コンデンサの寿命と判断する寿命判断部と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a power conversion control device according to the present invention is a power conversion control device that controls a power converter that exchanges power with an electrolytic capacitor, the current flowing in the electrolytic capacitor, and the A capacitance calculating unit for calculating the capacitance of the electrolytic capacitor from a terminal voltage applied to the electrolytic capacitor, and a lifetime for determining the lifetime of the electrolytic capacitor when the capacitance becomes smaller than a specified value And a determination unit.
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換制御装置は、前記電解コンデンサの端子電圧の変動量が閾値よりも小さい場合に、該端子電圧を変動させるように前記電力変換器を動作させる有効電力変動部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the power conversion control device according to the present invention operates the power converter so as to change the terminal voltage when the fluctuation amount of the terminal voltage of the electrolytic capacitor is smaller than a threshold value. An active power fluctuation unit is provided.
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換制御装置は、前記寿命判断部が前記電解コンデンサの寿命と判断すると、前記電力の最大値を制限するように前記電力変換器を動作させる電力制御部を備えることを特徴とする。 In order to solve the above problem, the power conversion control device according to the present invention operates the power converter so as to limit the maximum value of the power when the life determination unit determines that the life of the electrolytic capacitor is reached. A power control unit is provided.
本発明により、電解コンデンサの交換すべきタイミングを正確に把握することができ、適切な時点での電解コンデンサの交換が可能となる。したがって、資源やエネルギーの損失を大きく減らすことができる。また、一般的に交換周期が長くなるので、交換手間を低減することができる。 According to the present invention, it is possible to accurately grasp the timing for replacing the electrolytic capacitor, and it is possible to replace the electrolytic capacitor at an appropriate time. Therefore, the loss of resources and energy can be greatly reduced. In general, since the exchange cycle becomes longer, the labor required for exchange can be reduced.
以下、本発明の一実施形態に係る電力変換制御装置について、図1を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a power conversion control device according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
図1に、本発明の第1の実施形態に係る電力変換制御装置の構成例を示す。この例では、電力変換制御装置10を無効電力補償システムに適用している。すなわち、電力変換制御装置10は、無効電力補償装置であってもよい。電力変換制御装置10は、3相リアクトル30を介して電力系統40に接続された電力変換装置20を制御する。
FIG. 1 shows a configuration example of a power conversion control device according to the first embodiment of the present invention. In this example, the power
電力変換装置20は、電解コンデンサ21と、電力変換器22と、電圧センサ23と、電流センサ24とを備える。
The
電解コンデンサ21は、電力変換器22と並列に接続される。 The electrolytic capacitor 21 is connected in parallel with the power converter 22.
電力変換器22は、スイッチング素子を有しており、電解コンデンサ21との間で電力を授受する。 The power converter 22 has a switching element, and exchanges power with the electrolytic capacitor 21.
電圧センサ23は、電解コンデンサ21の端子間に印加される端子電圧VCを検出し、電力変換制御装置10に出力する。
電流センサ24は、電解コンデンサ21に流れる電流ICを検出し、電力変換制御装置10に出力する。
電力変換制御装置10は、静電容量演算部11と、寿命判断部12と、警告部13と、有効電力変動部14と、電力制御部15とを備える。
The power
静電容量演算部11は、電圧センサ23により検出された端子電圧VCと、電流センサ24により検出された電流ICとを入力し、電解コンデンサ21の静電容量Cを、例えば式(1)により算出し、寿命判断部12に出力する。
The
C=IC/(dVC/dt) (1) C = I C / (dV C / dt) (1)
電力変換装置20が電流センサ24を備えない場合には、静電容量演算部11は電流ICを推定してもよい。例えば、電力変換装置20の出力電流から電流ICを推定することができる。
If the
寿命判断部12は、静電容量演算部11により算出された静電容量Cが規定値より小さくなった場合に、電解コンデンサの交換を促すためのコンデンサ交換通知を警告部13に出力する。
The
また、寿命判断部12は、静電容量演算部11により算出された静電容量Cが規定値より小さくなった場合に、その旨を示す静電容量低下情報を電力制御部15に出力するようにしてもよい。
In addition, when the capacitance C calculated by the
警告部13は、寿命判断部12からコンデンサ交換通知を取得すると、電解コンデンサ21の交換を促す警告を行う。電解コンデンサ21の交換を促す警告は、ディスプレイへのメッセージの表示、LEDの点灯、警告音の発生など、任意の手法で行うことができる。ユーザは、その警告部13による警告に従って電解コンデンサ21を交換することになる。
When the warning unit 13 obtains the capacitor replacement notification from the
有効電力変動部14は、電圧センサ23により検出された端子電圧VCに基づいて有効電力指令を生成し、電力制御部15に出力する。
Active
電圧センサ23により検出された電解コンデンサ21の端子電圧VCの変動が小さい場合には、式(1)からも明らかなように、静電容量演算部11にて静電容量を十分な精度で演算することができなくなる。そこで、有効電力変動部14は、端子電圧VCの変動量が閾値よりも小さい場合に、端子電圧VCを故意に変動させるように電力変換器22を動作させることが好適である。具体的には、有効電力指令を0以外の値にする。すなわち、三相不平衡電流を積極的に流すことにより、端子電圧VCの変動量を増やす。
When the fluctuation of the terminal voltage V C of the electrolytic capacitor 21 detected by the
電解コンデンサ21の静電容量が急に変化することはないことから、静電容量演算部11による電解コンデンサ21の静電容量の演算を随時行う必要がない。そのため、有効電力変動部14によって端子電圧Vcを故意に変動させるのは、例えば1日に1回程度でよい。
Since the capacitance of the electrolytic capacitor 21 does not change suddenly, it is not necessary to perform the calculation of the capacitance of the electrolytic capacitor 21 by the
電力制御部15は、有効電力変動部14により生成された有効電力指令に従って電力変換装置20を制御する。すなわち、有効電力指令に従ってPWM信号を生成し、電力変換器22を構成しているスイッチング素子に出力する。該スイッチング素子をオンオフ制御することにより、3相リアクトル30に有効電流及び無効電流を流すことができ、無効電流によって電力系統40の電圧変動抑制や電力系統の力率を制御することができる。
The
また、電力制御部15は、寿命判断部12から静電容量低下情報を受け取った場合には、電解コンデンサ21との間で授受する電力の最大値を制限するように電力変換器22を動作させる。これにより、電解コンデンサ21の負担を軽減できるので、電解コンデンサ21を交換するまで電力変換装置20の運転を継続することができる。
In addition, when the
上述したように、電力変換制御装置10は、電解コンデンサ21の電流IC及び端子電圧VCから静電容量Cを算出し、静電容量Cが規定値よりも小さくなった時点で寿命と判断する。このように、電解コンデンサ21の静電容量Cを直接求めているため、温度を考慮する必要はなく、電解コンデンサ21の寿命を正確に判断することができる。したがって、電解コンデンサの交換に係る費用を最小限に抑えるとともに、電力変換装置20の性能を維持することができる。
As described above, the power
さらに、電解コンデンサ21の端子電圧VCの変動量が閾値よりも小さい場合には、有効電力指令を0以外の値としてもよい。かかる構成により、端子電圧VCの変動が小さい場合でも、静電容量Cを精度良く演算することができるようになる。 Further, when the variation amount of the terminal voltage V C of the electrolytic capacitor 21 is smaller than the threshold, the active power command may be a value other than 0. With this configuration, the capacitance C can be calculated with high accuracy even when the fluctuation of the terminal voltage V C is small.
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを1つに組み合わせたり、あるいは1つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。 Although the above embodiments have been described as representative examples, it will be apparent to those skilled in the art that many changes and substitutions can be made within the spirit and scope of the invention. Therefore, the present invention should not be construed as being limited by the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made without departing from the scope of the claims. For example, a plurality of constituent blocks described in the embodiments can be combined into one, or one constituent block can be divided.
また、上述の実施形態では電力変換器22を3相電圧形インバータとして説明したが、電力変換器22は単相インバータやチョッパであってもよい。 In the above-described embodiment, the power converter 22 is described as a three-phase voltage source inverter. However, the power converter 22 may be a single-phase inverter or a chopper.
本発明により、電解コンデンサを適切なタイミングで交換できることから、電解コンデンサを備える電力変換装置の制御に有用である。 According to the present invention, the electrolytic capacitor can be replaced at an appropriate timing, which is useful for controlling a power conversion device including the electrolytic capacitor.
10 電力変換制御装置
11 静電容量演算部
12 寿命判断部
13 警告部
14 有効電力変動部
15 電力制御部
20 電力変換装置
21 電解コンデンサ
22 電力変換器
23 電圧センサ
24 電流センサ
30 3相リアクトル
40 電力系統
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記電解コンデンサに流れる電流、及び前記電解コンデンサに印加される端子電圧から、前記電解コンデンサの静電容量を算出する静電容量演算部と、
前記静電容量が規定値よりも小さくなった時点で前記電解コンデンサの寿命と判断する寿命判断部と、
を備えることを特徴とする電力変換制御装置。 A power conversion control device that controls a power converter that exchanges power with an electrolytic capacitor,
A capacitance calculator that calculates the capacitance of the electrolytic capacitor from the current flowing through the electrolytic capacitor and the terminal voltage applied to the electrolytic capacitor;
A life determination unit that determines the life of the electrolytic capacitor when the capacitance is smaller than a specified value;
A power conversion control device comprising:
3. The power control unit according to claim 1, further comprising: a power control unit that operates the power converter so as to limit a maximum value of the power when the life determination unit determines the life of the electrolytic capacitor. Power conversion control device.
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