JP5036466B2 - 冗長制御型電力変換システムとその健全性確認方法 - Google Patents

Description

本発明は、直流と交流間の電力変換を行なう電力変換装置を冗長制御するようにした冗長制御型電力変換システムとその健全性確認方法に関する。

交流モータを駆動するための電源装置の一つとして、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置がある。この電力変換装置は、使用される電力半導体素子や電力変換方法によりいくつかの種類がある。このうち、電力半導体素子としてＩＧＢＴなどの自己遮断能力を持つ素子を使用する電力変換装置は、電力変換方法にパルス幅変調方式（以下ＰＷＭ）が使用できるため、正弦波交流電圧により近い電圧パターンを出力でき、モータのようなインダクタンス成分の大きな負荷に対しては、高調波のより少ない交流電流を供給することができるので、さまざまな産業分野において利用されている。

このような電力変換装置を使用する産業分野のなかには、数年にわたる無停止連続操業を求められる分野がある。電力変換装置自体の連続運転性能や故障率は年々改善される方向にはあるが、一般には故障率はゼロではなく、有寿命部品を使用している関係上、定期的に電力変換装置を停止させてメンテナンスを行う必要がある。

従って、上記産業分野においては、１台の電力変換装置が故障や定期メンテナンスで停止しても、システムとして運転継続できるように、電力変換装置を複数台の並列構成とし、その一部で電力変換を実施し、残りが待機状態にある、所謂冗長システムを構築することが多い。

電力変換装置から制御部分を切り離した制御装置を設けるようにした電力変換システムを冗長型電力変換システムとする場合には、電力変換装置と制御装置の各々が冗長の対象となる。

電力変換装置の冗長は、システムを構成する電力変換装置のうちいくつかを待機状態にしておき、運転中の電力変換装置で異常があった場合などに、異常電力変換装置を停止（解列）し、待機電力変換装置を運転（併入）する方法と、システムに必要な電力変換装置の数より多くの電力変換装置を並列運転し、異常電力変換装置を解列して運転を継続する方法の、２種類がある。何れの方法も、解列、併入は制御装置でコントロールされる。

制御装置においては、制御装置の部品などに起因する制御装置故障のほか、制御装置にインタフェースされる電流センサなどのセンサ系の故障や、制御の異常によって引き起こされる電力変換装置の異常がある。よって、異常の検出箇所が電力変換装置の中であっても、制御装置が真因のこともある。制御装置の冗長方法としては、一方の制御装置で制御を行い、他方の制御装置を待機させる冗長制御を行うのが通常である。この場合、電力変換装置の場合とは異なり、１台の制御装置で複数台の電力変換装置の制御が可能であるので、制御装置２台で冗長システムを構築するのが一般的である。

制御装置の冗長においては、運転系の制御装置の選択や、制御装置の切替をコントロールするための共通制御系と呼ばれる上位制御装置を使用するシステムが一般的である（例えば特許文献１参照。）。

特許文献１によれば、電力変換装置を制御するために設けられた２台の制御装置は、常時何れか一方が選択されて制御機能が有効となり他方はバックアップ用として待機状態となる。共通制御装置に運転信号が入力されたとき、２台の制御装置の制御装置異常を監視し、何れか一方の制御装置に対して制御開始を出力し、その機能を有効とする。

このような状態で運転しているとき、制御動作中の制御装置に故障が発生すると、その制御装置は制御動作を中止して電力変換装置の出力を停止させ制御装置異常信号を出力する。共通制御装置はこの制御装置異常信号を認識すると制御動作中の制御装置に対する運転信号の出力を停止し、待機中の制御装置に対して制御開始を出力してその制御機能を有効とする。このようにして、一方の制御装置が故障しても他方の制御装置によって電力変換システムの運転を継続することができ、高信頼性を維持することが可能となる。
特開平７−２３１６９７号公報（第３−４頁、図１）

上記のような冗長制御型電力変換システムにおいて、数年にわたる無停止連続操業を求められる産業分野に適用することを想定すると、以下のような課題が生じる。すなわち、ある制御装置が故障またはメンテナンスのため停止しても、他の制御装置や変換器は運転を継続している。停止した制御装置は人を介してメンテナンス作業を行なうので、メンテナンスのミスによりゲート指令の接続忘れ、誤配線などが生じる恐れがある。

本発明は上記課題を鑑みて為されたもので、メンテナンスを実施した制御装置の健全性を自動的に確認することが可能な冗長制御型電力変換システム及びその健全性の確認方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の冗長制御型電力変換システムとその健全性確認方法は、スイッチング素子を使用し、直流と交流間の電力変換を行う電力変換装置と、前記電力変換装置を制御するための２台の制御装置とで構成される冗長制御型電力変換システムにおいて、前記各々の制御装置は、運転／待機の制御選択信号及びゲート指令信号を前記電力変換装置に対して出力する手段を有し、前記電力変換装置は、前記各々の制御選択信号に応じて運転すべき制御装置の前記ゲート指令信号を選択するゲート選択手段と、このゲート選択手段の出力によって、前記スイッチング素子を駆動するゲート駆動手段と、前記ゲート駆動手段の出力及び前記ゲート選択手段の入力である前記ゲート指令信号を前記各々の制御装置にフィードバックするフィードバック選択手段とを有し、前記フィードバック選択手段は、前記制御選択信号が運転である制御装置には前記ゲート駆動手段の出力をフィードバックし、前記制御選択信号が待機である制御装置には前記ゲート選択手段の入力をフィードバックしてその健全性を確認できるようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、メンテナンスを実施した制御装置の健全性を自動的に確認することが可能な冗長制御型電力変換システム及びその健全性の確認方法を提供することが可能になる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

以下本発明の実施例１に係る冗長制御型電力変換システムを図１乃至図３を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る冗長制御型電力変換システムのブロック構成図である。図１において、制御装置１Ａ、１Ｂは電力変換装置５１を制御するためのもので、いずれか一方が選択されて制御機能が有効となり他方はバックアップ用として待機状態となる。制御装置１Ａ、１Ｂは夫々変換器制御回路２Ａ、２Ｂ及び制御異常検出回路３Ａ、３Ｂを備えている。変換器制御回路２Ａ、２Ｂは、共通に設けられた共通制御装置６から与えられる制御開始／停止信号によって電力変換装置５１に対して制御選択信号ａ、制御選択信号ｂを夫々供給する。

変換器制御回路２Ａに異常が生じたとき、制御異常検出回路３Ａに対して制御異常信号ａを与える。また制御装置１Ａが選択されている状態で電力変換装置５１が異常となったとき、電力変換装置５１は変換器異常信号ａを制御異常検出回路３Ａに対して出力する。上記の制御異常信号ａまたは変換器異常信号ａを受けたとき制御異常検出回路３Ａは共通制御装置６内の制御切替コントロール回路７に制御装置異常信号ａを与える。

同様に、変換器制御回路２Ｂに異常が生じたとき、制御異常検出回路３Ｂに対して制御異常信号ｂを与える。また制御装置１Ｂが選択されている状態で電力変換装置５１が異常となったとき、電力変換装置５１は変換器異常信号ｂを制御異常検出回路３Ｂに対して出力する。上記の制御異常信号ｂまたは変換器異常信号ｂを受けたとき制御異常検出回路３Ｂは共通制御装置６内の制御切替コントロール回路７に制御装置異常信号ａを与える。

このように共通制御装置６は制御装置異常信号ａ、ｂを認識すると夫々制御装置１Ａ、１Ｂに対して停止信号を出力し、制御装置１Ｂ、１Ａに対して制御開始を出力する。これにより待機状態の制御装置１Ｂ、１Ａの制御機能が夫々有効となり、電力変換装置５１は制御装置１Ｂ、１Ａによって夫々運転が再開される。

変換器制御回路２Ａ、２Ｂは、電力変換装置５１にゲートパルスを供給するためのゲート指令を送信し、このゲート指令が確実に送信されたかどうか確認するため夫々ゲート指令／ゲートＦＢＫａ、ｂを電力変換装置５１との間でやりとりする。

図２に電力変換装置５１の内部のブロック構成図を示す。図２において、制御装置１Ａ、１Ｂから夫々与えられるゲート指令ａ、ゲート指令ｂは、制御装置１Ａ、１Ｂから夫々与えられる制御選択信号ａ、制御選択信号ｂと共に選択制御部５１Ｃ内のゲート選択回路５０１に与えられる。ゲート選択回路５０１においては、制御選択信号ａがオンのときゲート指令ａが選択され、制御選択信号ｂがオンのときゲート指令ｂが選択される。この選択されたゲート指令は、選択制御部５１Ｃに設けられた送信部ＴＸＣを介してゲート駆動回路５１Ｇの受信部ＲＸＧに伝送される。ゲート駆動回路５１Ｇにおいてこの信号をドライブ増幅器ＡＭＰで適切に増幅してスイッチング素子５Ｓのゲートを駆動する。尚、このスイッチング素子５Ｓは実際は複数個あり、複数個の各々に異なるパターンのゲート指令を供給しているがここではこれらの図示を省略している。

ゲート駆動回路５１Ｇのドライブ増幅部ＡＭＰの出力は、ゲート出力状態を監視するため送信部ＴＸＧから選択制御部５１Ｃの受信部ＲＸＣに送信されている。そして、この受信部ＲＸＣを介して与えられたゲートＦＢＫ信号は、フィードバックゲート選択回路５１１に与えられる。フィードバックゲート選択回路５１１は入力されたゲートＦＢＫ信号が制御装置１Ａ、１Ｂ何れに対応するかを判断してゲートＦＢＫａまたはゲートＦＢＫｂを夫々制御装置１Ａ、１Ｂへ出力する。上記判断のため、フィードバックゲート選択回路５１１には制御選択信号ａ、制御選択信号ｂ、ゲート指令ａ及びゲート指令ｂの各々の信号が取り込まれている。

次に動作について図３のタイムチャートを用いて説明する。図３において制御装置１Ａが共通制御装置６で選択されているときには（期間１）、制御選択信号ａはＨレベルとなる。よって、ゲート選択回路５０１は制御装置１Ａのゲート出力を許可し、変換器５１は制御装置１Ａのゲート指令ａにより動作を行う。

変換器５１のゲート駆動回路５１Ｇの出力はゲートＦＢＫ信号となりフィードバックゲート選択回路５１１へ入力される。このとき、制御選択信号ａはＨレベルであるので、ゲートＦＢＫａにはゲート駆動回路５１Ｇの出力がそのまま出力されることになる。

従って、制御装置１Ａにおいては、制御装置１Ａのゲート指令ａとゲートＦＢＫａにより変換器５１へ正常なゲート指令とゲート出力が出ていることを確認することができる。

次に、期間１中の期間２において、制御装置１Ｂが健全性を確認する動作を行うために電力変換装置５１へゲート指令ｂによってゲートパルスを出力すると、制御選択信号ｂがＬレベルであるため、ゲート選択回路５０１はゲート指令ｂを受け付けない。しかしながら、フィードバックゲート選択回路５１１はこのゲート指令ｂを折り返す形でゲートＦＢＫｂとして信号伝達する。よって制御装置１Ｂは、ゲート指令ｂとゲートＦＢＫｂを比較することにより、制御装置１Ｂの信号が電力変換装置５１まで正常に接続されていることを確認することができる。

期間１と期間３の間は１Ａと１Ｂの切替わりを示す。期間３においては、制御装置１Ｂが共通制御装置６で選択されている。制御選択信号ｂはＨレベルである。従って、ゲート選択回路５０１は制御装置１Ｂのゲート出力を許可し、電力変換装置５１は制御装置１Ｂのゲート指令ｂにより動作を行う。

電力変換装置５１のゲート駆動回路５１Ｇの出力はゲートＦＢＫ信号となりフィードバックゲート選択回路５１１へ入力される。このとき、制御選択信号ｂはＨレベルであるので、ゲートＦＢＫｂにはゲート駆動回路５１の出力がそのまま出力されることになる。従って、制御装置１Ｂにおいては、制御装置１Ｂのゲート指令ｂとゲートＦＢＫｂにより電力変換装置５１へ正常なゲート指令とゲート出力が出ていることを確認することができる。

次に、期間３中の期間４において、直前に制御装置１Ａのメンテナンスが行われたとして、制御装置１Ａが健全性を確認する動作を行うために電力変換装置５１へゲート指令ａを出力すると、制御選択信号ａはＬレベルであるため、ゲート選択回路５０１はゲート指令ａを受け付けない。しかしながら、フィードバックゲート選択回路５１１はゲート指令ａを折り返す形でゲートＦＢＫａとして信号伝達する。よって制御装置１Ａは、ゲート指令ａとゲートＦＢＫａを比較することにより、制御装置１Ａの信号が電力変換装置５１まで正常に接続されていることを確認することができる。

図２において、電力変換装置５１への入力信号となるゲート指令ａ、ｂを光とし、制御選択信号ａ，ｂを電気（絶縁）としているのは、制御装置１Ａ、１Ｂと電力変換装置５１間の絶縁のためである。制御装置１Ａと電力変換装置５１で運転を行い、制御装置１Ｂが待機状態でメンテナンスを行うとき、安全上制御装置１Ｂは全電源を停止させメンテナンスする。このとき、制御装置１Ｂは制御装置１Ａ及び電力変換装置５１と絶縁を確保する必要がある。また、ゲート指令と制御選択信号の全てを電気絶縁、または光絶縁する方式も考えられるが、電気絶縁と光絶縁を独立させることが好ましい。これは例えば全てを光にした場合、メンテナンスを行っている制御装置のゲート指令用光ケーブルと制御選択信号ケーブルが全てはずされたとき、室内の蛍光灯などで不用意に光ケーブルに光が入り、制御選択信号、ゲート指令がオン状態に誤動作することを防止するためである。

尚、電力変換装置５１の選択制御部５１Ｃとゲート駆動回路５１Ｇは、電力変換装置５１のゲート駆動回路５１Ｇが高電位になるため絶縁を行う必要がある。また、本実施例では図１に示すように光絶縁方式で記載してあるが、電気的絶縁（例えばフォトカプラ）で実施しても同様の効果が得られることは明らかである。

またゲート指令／ゲートＦＢＫは１対であるので、送信部／受信部が１対である光伝送装置を用いると、装置の小型化を図ることが可能となる。同様に、ゲート指令／ゲートＦＢＫを２芯の光ケーブルで接続すると装置の小型化を図ることが可能となる。

また、待機系の健全性確認において、待機制御系が連続的にゲート指令によるゲートパルスを出力していても、運転制御系のゲートパルスにより電力変換装置が制御されるため、待機制御系の制御状態と運転制御系の制御状態の両方が確認できることも明らかである。

また、前述のように連続した待機系の健全性確認を行わず、復旧後の試験的な確認を行うことによって接続の健全性を確認することできる。この確認後に選択制御部５１Ｃの故障が起きた場合、異常なゲート信号を電力変換装置に出力しないで、電力変換システムを停止することも可能である。

尚、本実施例では、ゲート駆動回路５１Ｇの出力をフィードバックするようにしたが、ゲート駆動回路５１Ｇへの入力を折り返しフィードバックしても、健全性の確認が可能となることは明らかである。

更に、本実施例では共通制御装置６を使用しているが、共通制御装置を持たずに、制御装置１Ａ、制御装置１Ｂが互いに独立した制御系を構成し、互いに通信などにより運転系、待機系を決める冗長型電力変換シヅテムとしても本実施例は有効である。

以下本発明の実施例２に係る冗長制御型電力変換システムを図４及び図５を参照して説明する。

図４は、本発明の実施例２に係る冗長制御型電力変換システムのブロック構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る冗長制御型電力変換システムのブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、電力変換装置５２のゲートドライブ回路５２Ｇのドライブ増幅部ＡＭＰの出力を反転させる反転回路８を設け、この反転回路８の出力を送信部ＴＸＧに与えるようにした点である。このため選択制御部５２Ｃの受信部ＲＸＣは反転されたゲートＦＢＫ信号を受信する。

図５はこの実施例２の動作を説明するためのタイムチャートである。図５において制御装置１Ａが共通制御装置６で選択されているときには（期間１）、制御選択信号ａはＨレベルとなる。従って、実施例１の場合と同様に、ゲート選択回路５０１は制御装置１Ａのゲート出力を許可し、電力変換装置５２は制御装置１Ａのゲート信号により動作を行う。

電力変換装置５２のゲート駆動回路５２Ｇの出力はゲートＦＢＫ信号となりフィードバックゲート選択回路５１１へ入力される。このとき、制御選択信号ａはＨレベルであるので、ゲートＦＢＫａにはゲート駆動回路５２Ｇの出力が反転して出力される。

制御装置１Ａにおいては、制御装置１Ａのゲート指令ａとゲートＦＢＫａにより変換器５２へ正常なゲート指令と反転したゲート出力が出ていることを確認することができる。

また、期間１中の期間２において、制御装置１Ｂが健全性を確認する動作を行うために電力変換装置５２へゲート指令ｂによるゲートパルスを出すと、制御選択信号ｂはＬレベルであるため、ゲート選択回路５０１はゲート指令ｂを受け付けない。そのときフィードバックゲート選択回路５１１はゲート指令ｂを反転して折り返す形でゲートＦＢＫｂとして信号伝達する。

よって制御装置１Ｂは、ゲート指令ｂと反転したゲートＦＢＫｂを比較することにより、制御装置１Ｂの信号が電力変換装置５２まで正常に接続されていることを確認することができる。

期間１と期間３の間は制御装置１Ａと１Ｂの切替わりを示す。期間３では、制御装置１Ｂが共通制御装置６で選択されている。制御選択信号ｂはＨレベルである。従って、実施例１の場合と同様、ゲート選択回路５０１は制御装置１Ｂのゲート出力を許可し、変換器５２は制御装置１Ｂのゲート指令ｂにより動作を行う。

電力変換装置５２のゲート駆動回路５２Ｇの出力は反転してゲートＦＢＫ信号となりフィードバックゲート選択回路５２１へ入力される。このとき、制御選択信号ｂはＨレベルであるので、ゲートＦＢＫｂにはゲート駆動回路５２の出力が反転し出力されることになる。

制御装置１Ｂにおいては、制御装置１Ｂのゲート指令ｂと反転したゲートＦＢＫｂにより電力変換装置５２へ正常なゲート指令とゲート出力が出ていることを確認することができる。

また、期間３中の期間４において、直前に制御装置１Ａのメンテナンスが行われたとして、制御装置１Ａが健全性を確認する動作を行うために電力変換装置５２へゲート指令ａによってゲートパルスを出力すると、制御選択信号ａはＬレベルであるため、ゲート選択回路５０１はゲート指令ａを受け付けない。フィードバックゲート選択回路５２１はゲート指令ａを反転して折り返す形でゲートＦＢＫａとして信号伝達する。

よって制御装置１Ａは、ゲート指令ａと反転したゲートＦＢＫａを比較することにより、制御装置１Ａの信号が電力変換装置５２まで正常に接続されていることを確認することができる。

ここでゲート駆動回路５２ＧのＡＭＰ出力を反転したのは、電力変換装置５２の起動前の健全性を確認する目的である。

期間１の前期間において、制御装置１Ａ、１Ｂ、電力変換装置５２の電源が起動されていれば、制御装置１Ａ、１Ｂは電力変換装置５２に対してオフ指令であるので、Ｈレベルが出力される。Ｈレベルであれば制御装置、電力変換装置の電源が全てオンであることを確認することができる。また、電力変換装置のゲートドライブ出力を監視しているため、素子の健全性を装置起動前に確認できるというメリットもある。

以下本発明の実施例３に係る冗長制御型電力変換システムを図６及び図７を参照して説明する。

図６は、本発明の実施例３に係る冗長制御型電力変換システムのブロック構成図である。この実施例３の各部について、図４の本発明の実施例２に係る冗長制御型電力変換システムのブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、電力変換装置５３の選択制御部５３Ｃに制御選択信号判定回路５３２を設け、御選択信号ａ／ｂをこの制御選択信号判定回路５３２を介してゲートゲート選択回路５０１に与えるようにした点である。

図７（ａ）にこの制御選択信号判定回路５３２の回路構成を、図７（ｂ）に選択信号判定回路５３２の真理値表を示す。選択信号判定回路５３２を設けない場合、共通制御装置６の異常により、制御装置１Ａ及び１Ｂに対して誤って制御開始／停止信号ａ、ｂが共に制御開始指令を出力した場合、制御装置１Ａ及び１Ｂのゲート指令によるゲートパルスは論理和でゲート駆動回路５２Ｇへ出力される。論理和で出力されるゲートパルスは正常なパルスではなくなり、例えばデッドタイムが消失したり、上下アームを短絡するなどしてスイッチング素子５Ｓの破壊を招く恐れがある。

これに対して、図７（ｂ）に示すように選択信号判定回路５３２は制御装置１Ａ及び１Ｂからの制御選択信号ａ及びｂが共にＨ（選択）であったとき、共にＬ（停止）を出力するので上記のスイッチング素子５Ｓの破壊を未然に防止することが可能となる。

図８（ａ）は本発明の実施例４に係る冗長制御型電力変換システムにおける選択信号判定回路の回路構成図、図８（ｂ）はその真理値表である。

この実施例４においては図８（ａ）に示した選択信号判定回路５３３は、図６における選択信号判定回路５３２に代えて用いられる。図８（ｂ）の真理値表に示す通り、選択信号判定回路５３３は制御装置１Ａを優先する論理となっている。

この実施例４によれば、制御装置１Ａを常用運転系の制御装置として扱い、制御装置２Ｂをバックアップのときのみに使用する冗長構成をとる場合、共通制御装置６の制御開始／停止信号が排他的に出力されなくなる故障により制御装置１Ａ、１Ｂが共に制御開始されたとき、制御装置１Ａを優先し出力を行うことができる。

尚、前述したように、共通制御装置を持たずに、制御装置１Ａ、１Ｂが互いに独立した制御系で、互いに通信などにより運転系、待機系を決めるようにした場合で、通信異常などで運転系、待機系の区別がつかなくなっても、本実施例によればスイッチング素子の破損を防ぐことができることは明らかである。

図９（ａ）は本発明の実施例４に係る冗長制御型電力変換システムにおける選択信号判定回路の回路構成図、図９（ｂ）はその真理値表である。

この実施例５においては図９（ａ）に示した選択信号判定回路５３４は、図６における選択信号判定回路５３２に代えて用いられる。図９（ｂ）の真理値表に示す通り、選択信号判定回路５３４は共通制御装置６によって先に選択された制御系が優先される論理となっている。

この実施例５は、制御装置１Ａ、１Ｂに運転系と待機系の制御装置という明確な区別をつけない冗長構成の場合において、実施例３に比べて運転継続性が向上する。

尚、本実施例の場合も、共通制御装置を持たないシステム構成であってもスイッチング素子の破損を防いで有効に動作することは明らかである。

以下本発明の実施例６に係る冗長制御型電力変換システムを図１０及び図１１を参照して説明する。

図１０は、本発明の実施例６に係る冗長制御型電力変換システムのブロック構成図である。この実施例１０の各部について、図６の本発明の実施例３に係る冗長制御型電力変換システムのブロック構成図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例６が実施例３と異なる点は、電力変換装置５４を３レベル変換装置とし、３レベルアームの外側スイッチング素子５Ｓ１に対応してゲート駆動回路５２Ｇ１と、選択制御部５４Ｃ内のゲート選択回路５０１１及びフィードバックゲート選択回路５１１１を、３レベルアームの内側スイッチング素子５Ｓ２に対応してゲート駆動回路５２Ｇ２と、選択制御部５４Ｃ内のゲート選択回路５０１２及びフィードバックゲート選択回路５１１２を設けた点、また、立ち下がりディレイ回路５４１を設け、選択信号判定回路５３２の出力である制御選択信号をこの立ち下がりディレイ回路５４１を介してゲート選択回路５０１２に与えるように構成した点である。

この立ち下がりディレイ回路５４１は、比較的簡単な回路によって、３レベル変換装置を停止する時のゲート出力が常に外側スイッチング素子を遮断した後内側スイッチング素子の遮断を行うようにしている。この立ち下がりディレイ回路５４１が無く、同時遮断信号によって仮に内側スイッチング素子が先に遮断完了してしまうと、電流の向きによっては外側スイッチング素子に通常の２倍の電圧（全直流電圧）が印加された状態で外側スイッチング素子の遮断を行なうことになるため、外側スイッチング素子への遮断時の負担が大きくなり、素子破壊を招く恐れがある。

図１１はこの実施例６の動作を示すタイミングチャートである。図１１において期間４の健全性確認動作までは図５に示した実施例２のタイミングチャートと基本的に同一である。期間５において、例えば共通制御装置６の異常が原因で、制御装置１Ａ、１Ｂに制御開始信号が入力され、制御装置１Ａ、１Ｂは制御選択信号ａ，ｂを電力変換装置５４に同時に出力する場合を考える。選択信号判定回路５３２は、実施例３で記載した通り、制御装置１Ａ、１Ｂの入力がともにＨレベルであれば、出力を停止させる。このとき外側スイッチング素子５Ｓ１のゲート駆動回路５２Ｇ１の図示しない出力はオフ指令に変わり、ゲートＦＢＫｂ１はこれと同期してＨレベルになる。そして内側スイッチング素子５Ｓ２のゲート駆動回路５２Ｇ２の図示しない出力は、立下りディレイ回路５４１により、出力が遅延してオフ動作に移行する。この結果、図示したようにゲートＦＢＫｂ２はゲートＦＢＫｂ１より遅れてＨレベルになる。

以上の動作によって３レベル電力変換装置５４は安全に停止することが可能となり、制御装置側でその確認をとることも可能となる。

また、本実施例の場合も、共通制御装置を持たないシステム構成であってもスイッチング素子の破損等を未然に防止することができることは明らかである。

本発明の実施例１に係る冗長制御型電力変換システムのブロック構成図。 本発明の実施例１に用いられる電力変換装置のブロック構成図。 本発明の実施例１に係る冗長制御型電力変換システムの動作を説明するためのタイムチャート。 本発明の実施例２に用いられる電力変換装置のブロック構成図。 本発明の実施例２に係る冗長制御型電力変換システムの動作を説明するためのタイムチャート。 本発明の実施例３に用いられる電力変換装置のブロック構成図。 本発明の実施例３に係る冗長制御型電力変換システムの選択信号判定回路の説明図。 本発明の実施例４に係る冗長制御型電力変換システムの選択信号判定回路の説明図。 本発明の実施例５に係る冗長制御型電力変換システムの選択信号判定回路の説明図。 本発明の実施例６に用いられる電力変換装置のブロック構成図。 本発明の実施例６に係る冗長制御型電力変換システムの動作を説明するためのタイムチャート。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 制御装置
２Ａ、２Ｂ 変換器制御回路
３Ａ、３Ｂ 制御異常検出回路

５１、５２、５３、５４ 電力変換装置
５１Ｃ、５２Ｃ、５３Ｃ、５４Ｃ 選択制御部、
５１Ｇ、５２Ｇ、５２Ｇ１、５２Ｇ２ ゲート駆動回路
５０１、５０１１、５０１２ ゲート選択回路
５１１、５１１１、５１１２ フィードバックゲート選択回路
５３２、５３３、５３４ 選択信号判定回路

６ 共通制御装置
７ 制御切替コントロール回路

Claims (9)

1. スイッチング素子を使用し、直流と交流間の電力変換を行う電力変換装置と、
   前記電力変換装置を制御するための２台の制御装置と
   で構成され、
   前記各々の制御装置は、
   運転／待機の制御選択信号及びゲート指令信号を前記電力変換装置に対して出力する手段を有し、
   前記電力変換装置は、
   前記各々の制御選択信号に応じて運転すべき制御装置の前記ゲート指令信号を選択するゲート選択手段と、
   このゲート選択手段の出力によって、前記スイッチング素子を駆動するゲート駆動手段と、
   前記ゲート駆動手段の出力及び前記ゲート選択手段の入力である前記ゲート指令信号を前記各々の制御装置にフィードバックするフィードバック選択手段と
   を有し、
   前記フィードバック選択手段は、
   前記制御選択信号が運転である制御装置には前記ゲート駆動手段の出力をフィードバックし、前記制御選択信号が待機である制御装置には前記ゲート選択手段の入力をフィードバックしてその健全性を確認できるようにしたことを特徴とする冗長制御型電力変換システム。
2. 待機中の前記制御装置の健全性の確認を行う期間を、運転中の前記制御装置がゲート指令信号を出力している期間の一部の期間で実施することを特徴とする請求項１に記載の冗長制御型電力変換システム。
3. 前記各々の制御装置が前記電力変換装置に送信する前記制御選択信号及び前記ゲート指令信号の一方を光信号、他方を電気信号としたことを特徴とする請求項１に記載の冗長制御型電力変換システム。
4. 前記ゲート駆動手段の出力をフィードバックする信号を反転させる手段を備え、前記電力変換装置の電源の健全性も同時に確認することができるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の冗長制御型電力変換システム。
5. 前記２つの制御装置の前記制御選択信号が共に運転状態になったとき、前記ゲート選択手段は何れの前記ゲート指令信号も選択しないようにしたことを特徴とする請求項１に記載の冗長制御型電力変換システム。
6. 前記２つの制御装置のうち何れかを予め常用運転用制御装置とし、
   前記２つの制御装置の前記制御選択信号が共に運転状態になったとき、前記ゲート選択手段は前記常用運転用制御装置のゲート指令信号を優先して選択するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の冗長制御型電力変換システム。
7. 前記２つの制御装置の前記制御選択信号が共に運転状態になったとき、前記ゲート選択手段は前記２つの制御装置のうち、先に運転状態となった制御装置のゲート指令信号を継続して優先選択するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の冗長制御型電力変換システム。
8. 前記電力変換装置は３レベル電力変換装置であり、
   この３レベル電力変換装置を構成するアームの内側の前記スイッチング素子がオフとなるタイミングを外側の前記スイッチング素子がオフとなるタイミングより所定時間遅らせるようにしたことを特徴とする請求項５に記載の冗長制御型電力変換システム。
9. スイッチング素子を使用し、直流と交流間の電力変換を行う電力変換装置と、
   前記電力変換装置を制御するための２台の制御装置と
   で構成される冗長制御型電力変換システムにおいて、
   前記各々の制御装置は、
   運転／待機の制御選択信号及びゲート指令信号を前記電力変換装置に対して出力し、
   前記電力変換装置は、
   前記各々の制御選択信号に応じてゲート選択手段によって運転すべき制御装置の前記ゲート指令信号を選択して前記スイッチング素子をゲート駆動手段により駆動し、
   前記制御選択信号が運転である制御装置には前記ゲート駆動手段の出力をフィードバックし、
   前記制御選択信号が待機である制御装置には前記ゲート選択手段の入力をフィードバックするようにしたことを特徴とする冗長制御型電力変換システムの健全性確認方法。

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