JP2020092535A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、実施形態の電力変換装置(電力変換システム)を、図面を参照して説明する。以下の説明では、同一または類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。本明細書でいう「XXに基づく」とは、「少なくともXXに基づく」ことを意味し、XXに加えて別の要素に基づく場合も含む。また、「XXに基づく」とは、XXを直接に用いる場合に限定されず、XXに対して演算や加工が行われたものに基づく場合も含む。「XX」は、任意の要素(例えば、任意の情報)である。
なお交流電源11は、電力変換装置Dの一部でなく、工場等に設けられた外部電源であってもよい。
電流検出器6は、接続点Cと接続点Cが接地される接地点との間に流れる電流を検出する。接続点Cと接続点Cが接地される接地点との間に流れる電流とは、高抵抗2Aに流れる電流と高抵抗2Bに流れる電流との差である。つまり電流検出器6は、高抵抗2Aに流れる電流と高抵抗2Bに流れる電流との差を検出する。高抵抗2Aに流れる電流と高抵抗2Bに流れる電流との差とは、接地電流である。電流検出器6は、検出回路7に検出信号を出力する。検出信号とは、接地電流の大きさを示す信号である。
図2は、本実施形態に係る電流検出器6及び検出回路7の一例を示す図である。
本実施形態では、電流検出器6は、接続点Cが直接接地された構造において、接続点Cと接地点との間に流れる接地電流を検出する。
運転時検出部LD1は、電力変換装置Dの通常運転時に電流検出器6により検出された電流の大きさが、第1閾値TH1以上である場合に運転時地絡信号DS1をシステム制御部8に出力する。
検出時検出部LD2は、検出動作時に電流検出器6により検出された電流の大きさが、第2閾値TH2以上である場合に検出時地絡信号DS2をシステム制御部8に出力する。
システム制御部8は、上位装置Mから出力される運転指令DEBや指令速度基準ω*に基づいて、複数のインバータ制御部4を制御する。システム制御部8は、複数のインバータ3の出力にバイアスを加えるためのバイアス信号BS、運転指令DEB、及び速度基準ωr*を複数のインバータ制御部4に一斉に出力可能である。ここでシステム制御部8は、バイアス信号BS、運転指令DEB、及び速度基準ωr*を伝送によって出力してもよいし、ハードインターフェースによって出力してもよい。
ここで伝送による出力とは、一例として、通信回線を介した信号伝達である。ハードインターフェースによる出力とは、一例として、リレーなどの接点を用いた信号伝達である。
図4は、本実施形態に係るインバータ制御部4の一例を示す図である。図4では、複数のインバータ制御部4をインバータ制御部4−iに代表させて、インバータ制御部4−iを示している。また、図4では、複数のインバータ制御部4をインバータ制御部4−iに代表させたことに対応して、複数のインバータ3のうちインバータ3−iと、複数の負荷5のうち負荷5−iと、を示している。
微分器41は、回転検出器10によって検出された回転位置を示す位相角を回転速度ωrに変換する。
バイアス信号BS−iは、システム制御部8が複数のインバータ制御部4に出力するバイアス信号BSのうちインバータ制御部4−iに出力されるバイアス信号である。
運転指令DEB−iは、システム制御部8が複数のインバータ制御部4に出力する運転指令DEBのうちインバータ制御部4−iに出力される運転指令である。
図5は、本実施形態に係るシステム制御部8の構成の一例を示す図である。システム制御部8は、分割グループ生成部81と、判定対象グループ選択部82と、バイアス信号出力部83と、地絡判定部84と、終了判定部85と、記憶部86と、運転制御部87と、速度基準生成部88とを含む。
劣化関連情報861では、複数のインバータ3のそれぞれと、1以上の劣化と関連する量とが対応づけられている。劣化と関連する量とは、例えば、複数のインバータ3または複数の負荷5の各々の累積稼働時間である。つまり、劣化関連情報861は、複数のインバータ3や複数の負荷5の各々の累積稼働時間を含む。
バイアス信号出力部83は、判定対象グループ選択部82により選択された判定対象グループTGに含まれるインバータ3−j(jはi=1、2、・・・、nのうち判定対象グループTGに含まれるインバータを示す番号である。ここでnはインバータの数である。)の出力にバイアスを加えるためのバイアス信号BS−jを、当該インバータ3−jを制御するインバータ制御部4−jに出力する。
終了判定部85は、地絡インバータAの判定が完了したか否かを判定する。
記憶部86には、劣化関連情報861が記憶される。なお、記憶部86は、システム制御部8とは独立した外部記憶装置として備えられてもよい。
速度基準生成部88は、上位装置Mから出力される指令速度基準ω*に基づいて、速度基準ωr*−jをインバータ制御部4−jに出力する。
図6は、本実施形態に係るシステム制御部8が地絡検出時処理を開始する処理の流れの一例を示す図である。
ステップS120:システム制御部8は、地絡検出時処理を実行する。地絡検出時処理の詳細については図7を参照し後述する。
ステップS140:運転制御部87は、上位装置Mから出力される運転指令DEBがハイであるか否かを判定する。運転制御部87は、運転指令DEBがハイであると判定する場合(ステップS140;YES)、ステップS150の処理を実行する。一方、運転制御部87は、運転指令DEBがハイでないと判定する場合(ステップS140;NO)、ステップS160の処理を実行する。
ステップS170:システム制御部8は、複数のインバータ3毎に、運転指令DEB−i、バイアス信号BS−i、及び速度基準ωr*−iを出力する処理を終了する。
図7は、本実施形態に係る地絡検出時処理の流れの一例を示すフローチャートである。本フローチャートで示す処理は、図6のステップS120の地絡検出時処理に対応する。本フローチャートで示す処理は、電力変換装置Dの保守作業が行われる場合に、地絡インバータAの判定処理を実行させる命令を示す信号を受け付けた場合に実行される。この保守作業は、図6のステップS100及びステップS110において説明したように、例えば、システム制御部8が運転時地絡信号DS1を受信し、電力変換装置Dの運転が停止された後、複数のインバータ3がそれぞれ低電圧領域で稼働されて行われる。
ここで保守回数は多いほど、インバータは地絡が発生しにくいと考えられる。したがって、保守回数が相対的に少ない複数のインバータを含む第1グループと、保守回数が相対的に多い複数のインバータを含む第2グループとでは、第1グループの方が地絡は発生しやすいと考えられる。
ステップS220:判定対象グループ選択部82は、分割グループ生成部81により生成された複数のグループGのなかから判定対象グループTGを選択する。ここで判定対象グループ選択部82は、複数のグループGのうち第2グループよりも第1グループを先に判定対象グループTGとして選択する。
図8は、本実施形態に係る地絡インバータ判定処理の一例を示す図である。図8に示す地絡インバータ判定処理は、図6のステップS230の処理に対応する。
ステップS310:運転制御部87は、判定対象グループ選択部82により選択された判定対象グループTGに含まれるインバータ3−jを制御するインバータ制御部4−jに、ハイである運転指令DEB−jを出力する。速度基準生成部88は、値を地絡検出用速度にした速度基準ωr*をインバータ制御部4−jに出力する。バイアス信号出力部83は、インバータ3−jの出力にバイアスを加えるためのバイアス信号BS−jを、インバータ制御部4−jに出力する。
バイアス信号出力部83は、インバータ制御部4−j毎に地絡検出用速度として異なる値を設定してもよい。
また、例えば、バイアス信号出力部83は、負荷5−jが例えば電動機である場合に、当該電動機の回転方向の制約に応じて、バイアスの正負が異なるバイアス信号BS−jをインバータ制御部4−jに出力してもよい。
なお、複数の地絡インバータAが判定対象グループTGに含まれている場合がある。
ステップS350:地絡判定部84は、タイマーのカウントが所定値以上か否かを判定する。地絡判定部84は、タイマーのカウントが所定値以上であると判定する場合(ステップS350;YES)、ステップS360の処理を実行する。一方、地絡判定部84がタイマーのカウントが所定値以上でないと判定する場合(ステップS350;NO)、システム制御部8は、ステップS310の処理を再度実行する。
ステップS240:システム制御部8は、判定対象グループTGに地絡インバータAが含まれているかを判定する処理を終了する。
2回目以降のステップS230において、システム制御部8は、地絡インバータ判定処理を実行する。つまり、2回目以降のステップS310において、バイアス信号出力部83は、判定対象グループ選択部82により選択された判定対象グループTGであるサブ分割グループSGに含まれるインバータ3−jの出力にバイアスを加えるためのバイアス信号BS−jを、当該インバータ3−jを制御するインバータ制御部4−jに出力する。
また、2回目以降のステップS330において、地絡判定部84は、バイアス信号出力部83により出力されたバイアス信号BS−jに基づいてインバータ3−jの出力にバイアスが加えられている状態で、検出回路7から検出時地絡信号DS2が出力された場合に、地絡しているインバータ(地絡インバータA)が判定対象グループTGであるサブ分割グループSGに含まれると判定する。
確認回数xは、式(1)を用いて表される。
図9は、本実施形態に係る確認回数xの一例を示す図である。図9に示す例では、複数のインバータ3の台数は3000台である。本実施形態と比較するために、複数のインバータ3を複数のグループに分割しない場合の確認回数xを示す。複数のグループに分割しない場合の確認回数xは、複数のインバータ3の台数に応じて増加する。
分割グループ生成部81は、複数のインバータ3を複数のグループに分割する数を、複数のインバータ3の台数に応じて選択してよい。分割グループ生成部81は、確認回数xが最小となるように、複数のインバータ3の台数に応じて複数のインバータ3を複数のグループに分割する数を選択してよい。
ここで劣化と関連する量が相対的に多いインバータは、地絡している可能性が相対的に高く、劣化と関連する量が相対的に少ないインバータは、地絡している可能性が相対的に低いと考えられる。劣化と関連する量が相対的に多いインバータと、劣化と関連する量が相対的に少ないインバータとを混在させて1つのグループにするよりも、劣化と関連する量が相対的に多い複数のインバータを含む第1グループと、劣化と関連する量が相対的に少ない複数のインバータを含む第2グループとに分割した方が、地絡を判定するための確認回数xを減らすことができる。
判定対象グループ選択部82は、分割グループ生成部81により生成された複数のサブ分割グループSGのなかから判定対象グループTGをさらに選択する。
バイアス信号出力部83は、判定対象グループ選択部82により選択された判定対象グループTGであるサブ分割グループSGに含まれるインバータ3−jの出力にバイアスを加えるためのバイアス信号BSを、当該インバータ3−jを制御するインバータ制御部4−jに出力する。
地絡判定部84は、バイアス信号出力部83により出力されたバイアス信号BSに基づいてインバータ3−jの出力にバイアスが加えられている状態で、検出回路7から地絡信号DSが出力された場合に、地絡しているインバータ(地絡インバータA)が判定対象グループTGであるサブ分割グループSGに含まれると判定する。
この構成により、本実施形態に係る電力変換装置Dでは、複数のインバータ3の各々の累積稼働時間に基づいて、複数のインバータ3複数のグループに分割できるため、累積稼働時間に基づかない場合に比べて地絡が発生している分岐を特定するための効率を上げることができる。
なお、地絡が発生している分岐を特定した結果は、複数のインバータ3の使用頻度による経年劣化の予測及び保全に用いられてもよい。
この構成により、本実施形態に係る電力変換装置Dでは、複数のケーブルの長さに基づいて、複数のインバータ3複数のグループに分割できるため、複数のケーブルの長さに基づかない場合に比べて地絡が発生している分岐を特定するための効率を上げることができる。
なお、地絡が発生している分岐を特定した結果は、ケーブルの絶縁不良等の材料の経年劣化の予測及び保全に用いられてもよい。
この構成により、本実施形態に係る電力変換装置Dでは、設置環境に基づいて複数のインバータ3複数のグループに分割できるため、設置環境に基づかない場合に比べて地絡が発生している分岐を特定するための効率を上げることができる。
なお、地絡が発生している分岐を特定した結果は、雨水や結露などの環境変化による経年劣化の予測及び保全に用いられてもよい。
この構成により、本実施形態に係る電力変換装置Dでは、保守回数に基づいて複数のインバータ3複数のグループに分割できるため、保守回数に基づかない場合に比べて地絡が発生している分岐を特定するための効率を上げることができる。
なお、地絡が発生している分岐を特定した結果は、保守点検の優先順位の決定などに用いられてもよい。
この構成により、本実施形態に係る電力変換装置Dでは、直近の保守点検からの経過時間に基づいて複数のインバータ3複数のグループに分割できるため、直近の保守点検からの経過時間に基づかない場合に比べて地絡が発生している分岐を特定するための効率を上げることができる。
なお、地絡が発生している分岐を特定した結果は、保守点検の時期の決定などに用いられてもよい。
この構成により、本実施形態に係る電力変換装置Dでは、地絡の判定に用いるバイアス信号BSの大きさを、判定対象グループTGに含まれるインバータ3−iの種類とインバータ3−iにより駆動される負荷5−iの種類とのうち少なくとも一方に応じて異ならせることができるため、複数のインバータ3や複数の負荷5に不要なストレスをかけることなく地絡が発生している分岐を特定できる。
また、上述した実施形態におけるシステム制御部8の一部、または全部を、LSI(Large Scale Integration)等の集積回路として実現してもよい。システム制御部8の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はLSIに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりLSIに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。
Claims (9)
- 互いに電気的に並列に設けられ、それぞれ直接接地されておらず、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換する複数のインバータと、
前記複数のインバータをそれぞれ制御する複数のインバータ制御部と、
前記複数のインバータ制御部を制御するシステム制御部と、
前記直流電源の正極に電気的に接続された第1の電気部品と、
前記直流電源の負極に電気的に接続された第2の電気部品と、
前記第1の電気部品の前記正極に接続されていない端子と前記第2の電気部品の前記負極に接続されていない端子とが互いに電気的に接続される接続点が直接または第3の電気部品を介して接地された構造において、前記接続点と接地点との間に流れる接地電流に関する値を検出する検出器と、
前記検出器によって検出される前記値が閾値以上である場合に地絡していることを示す地絡信号を前記システム制御部に出力する検出回路と、
を備え、
前記システム制御部は、
前記インバータと前記インバータに電気的に接続された部品とのうち少なくとも一方の劣化と関連する量を示す劣化関連情報に基づき、前記複数のインバータを複数のグループに分割する分割グループ生成部と、
前記分割グループ生成部により生成された前記複数のグループのなかから地絡の判定対象となる判定対象グループを選択する判定対象グループ選択部と、
前記判定対象グループ選択部により選択された前記判定対象グループに含まれる前記インバータの出力にバイアスを加えるためのバイアス信号を、当該インバータを制御する前記インバータ制御部に出力するバイアス信号出力部と、
前記バイアス信号出力部により出力された前記バイアス信号に基づいて前記インバータの出力に前記バイアスが加えられている状態で、前記検出回路から前記地絡信号が出力された場合に、地絡している前記インバータが前記判定対象グループに含まれると判定する地絡判定部と、を含む
電力変換装置。 - 前記分割グループ生成部は、前記複数のインバータを、前記劣化関連情報に基づき、前記劣化と関連する量が相対的に多い複数のインバータを含む第1グループと、前記劣化と関連する量が相対的に少ない複数のインバータを含む第2グループとに少なくとも分割し、
前記判定対象グループ選択部は、前記第2グループよりも前記第1グループを先に前記判定対象グループとして選択する、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記分割グループ生成部は、地絡している前記インバータが前記判定対象グループに含まれると判定された場合、当該判定対象グループを、前記劣化関連情報に基づきさらに複数のサブ分割グループに分割し、
前記判定対象グループ選択部は、前記分割グループ生成部により生成された前記複数のサブ分割グループのなかから前記判定対象グループをさらに選択し、
前記バイアス信号出力部は、前記判定対象グループ選択部により選択された前記判定対象グループである前記サブ分割グループに含まれる前記インバータの出力にバイアスを加えるためのバイアス信号を、当該インバータを制御する前記インバータ制御部に出力し、
前記地絡判定部は、前記バイアス信号出力部により出力された前記バイアス信号に基づいて前記インバータの出力に前記バイアスが加えられている状態で、前記検出回路から前記地絡信号が出力された場合に、地絡している前記インバータが前記判定対象グループである前記サブ分割グループに含まれると判定する、
請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記劣化関連情報は、前記複数のインバータの各々の累積稼働時間を含む、
請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記劣化関連情報は、前記複数のインバータと前記複数のインバータにより駆動される複数の負荷とをそれぞれ接続する複数のケーブルの長さを含む、
請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記劣化関連情報は、前記複数のインバータの各々の設置環境を含む、
請求項1から請求項5のうちいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記劣化関連情報は、前記複数のインバータの各々の保守回数を含む、
請求項1から請求項6のうちいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記劣化関連情報は、前記複数のインバータの各々の直近の保守点検からの経過時間を含む、
請求項1から請求項7のうちいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記バイアス信号出力部は、前記判定対象グループに含まれる前記インバータの種類と前記インバータにより駆動される負荷の種類とのうち少なくとも一方に応じて大きさの異なるバイアスを加えるための前記バイアス信号を前記インバータ制御部に出力する、
請求項1から請求項8のうちいずれか1項に記載の電力変換装置。
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