JP5950084B2 - 状態監視装置 - Google Patents
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Description
図5において、直流電源1には、商用電源を整流して直流電圧を発生するダイオード整流器や、太陽電池,燃料電池等の直流発電装置が使用される。また、電力変換器2は、6個の半導体スイッチング素子Q1〜Q6と直流コンデンサC1とからなる周知の2レベルインバータによって構成されている。なお、U,V,Wは交流出力端子を示す。
図5から明らかなように、2レベルインバータを用いた電力変換装置では、直流電源1はP極(正極)とN極(負極)のみを有しており、中性点が存在しない。
図6の回路では、P極とN極との間に等しい抵抗値の分圧抵抗R1,R2を直列に接続し、これらの分圧抵抗R1,R2によってP極,N極間の電圧を分圧することで中間電位点を設け、この中間電位点を中性点Mとしている。そして、中性点Mと接地点Gとの間に接地抵抗R3と地絡検出リレー103とを直列に接続することにより、直流地絡検出装置を構成している。
また、直流回路のN極が地絡すると、中性点Mの電位が零電位から正電位に変化するため、接地抵抗R3と地絡検出リレー103との直列回路に検出電流I2が流れる。これにより地絡検出リレー103が動作し、その結果は、前記同様に制御装置に伝達されて地絡故障が認識されることになる。
図7では、直流地絡検出装置のみの回路図を示しており、実際の装置では、例えば図6におけるP極とN極との間に接続されて分圧抵抗R1,R2、接地抵抗R3及び地絡検出リレー103からなる直流地絡検出装置を置き換える形で使用される。
例えば、P極が地絡した場合の回路状態は、等価的に図8のようになる。図8に示すように地絡抵抗をRGとすると、正極Pと中性点Mとの間の合成抵抗RPは数式1によって表され、負極Nと中性点Mとの間の合成抵抗RNは数式2によって表される。
また、上記従来技術では、地絡検出信号を制御装置に伝送する手段については全く考慮されていないため、直流回路の電圧が高い場合は地絡検出信号を絶縁するために高耐圧の変圧器等を備えた装置が必要になる。
図9は、この直流地絡検出装置の回路構成図である。図9において、図6〜図8と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
また、接続点Aは正側給電回路3に接続されており、この正側給電回路3から正側電源電圧Vccが出力される。一方、接続点Bは負側給電回路4に接続されており、この負側給電回路4から負側電源電圧Veeが出力される。C1,C2は蓄電素子としてのコンデンサである。
ここで、正側給電回路3から出力される正側電源電圧Vccは、基準電圧設定回路8、電圧比較回路9、間欠信号発振回路10及びE/O変換回路12に供給され、負側給電回路4から出力される負側電源電圧Veeは、電圧比較回路9に供給されている。
しかしながら、特許文献2に係る従来技術では、直流電源電圧の監視手段や電圧検出信号の伝送手段等については何ら言及されておらず、その実現が求められていた。
第1の抵抗素子群及び第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第3の抵抗素子群と、
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、
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、
第2の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第2の接続点に接続された第2の給電手段と、
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、
第3の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第3の接続点と前記相互接続点との間の電圧と、第1の基準電圧とを比較し、第3の接続点と前記相互接続点との間の電圧が第1の基準電圧を超えたときに第1の間欠信号を発生する第1の間欠信号発生手段と、
第1の間欠信号を第1の間欠光信号に変換する第1の電気/光変換手段と、
第1の接続点の電圧及び第2の接続点の電圧から演算した両接続点間の電圧と、第2の基準電圧とを比較し、両接続点間の電圧が第2の基準電圧を超えたときに第2の間欠信号を発生する第2の間欠信号発生手段と、
第2の間欠信号を第2の間欠光信号に変換する第2の電気/光変換手段と、
第1の間欠光信号を受信して当該間欠光信号の周期に基づいて地絡故障を認識し、第2の間欠光信号を受信して、前記第1の間欠光信号の周期とは異なる前記第2の間欠光信号の周期に基づいて直流電圧の異常を認識する制御手段と、を備えたものである。
第1の抵抗素子群及び第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第3の抵抗素子群と、
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、
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、
第2の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第2の接続点に接続された第2の給電手段と、
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、
第3の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第3の接続点と前記相互接続点との間の電圧と、第1の基準電圧とを比較し、第3の接続点と前記相互接続点との間の電圧が第1の基準電圧を超えたときに第1の間欠信号を発生する第1の間欠信号発生手段と、
第1の接続点の電圧及び第2の接続点の電圧から演算した両接続点間の電圧と、第2の基準電圧とを比較し、両接続点間の電圧が第2の基準電圧を超えたときに、第1の間欠信号とは周期が異なる第2の間欠信号を発生する第2の間欠信号発生手段と、
第1の間欠信号と第2の間欠信号との論理和を求める論理和手段と、
前記論理和手段の出力信号を間欠光信号に変換する電気/光変換手段と、
前記電気/光変換手段から出力される前記間欠光信号を受信し、当該間欠光信号の周期に基づいて第1の間欠信号を同定したときに地絡故障を認識し、当該間欠光信号の周期に基づいて第2の間欠信号を同定したときに直流電圧の異常を認識する制御手段と、を備えたものである。
従って、本発明によれば、装置全体の小型化及び低コスト化が可能である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る直流地絡故障検出装置の回路構成図であり、図9と同一の構成要素には同一の符号を付してある。
図1において、従来技術と同様に、P極とN極とは直流電源(図示せず)の正側出力と負側出力とにそれぞれ接続されている。直流電源としては、商用電源を整流して直流電圧を発生するダイオード整流器や、太陽電池,燃料電池等の直流発電装置を使用することができる。また、P極とN極との間にはインバータ等の電力変換器(図示せず)が接続され、この電力変換器及び直流電源により電力変換装置の主回路が構成されている。
第1の抵抗素子群GR1を構成する分圧抵抗R1P,R2P同士の接続点(電圧検出点)Aは、第1の給電手段としての正側給電回路3に接続され、接続点Aの電圧Vpが直流電圧演算回路7の一方の入力端子に入力されている。
この負側給電回路4から、状態監視装置の動作に必要な負側電源電圧Veeが出力される。負側給電回路4としては、上述した正側給電回路3に対して電源としての電流の向きが異なることを考慮すれば、適用される素子や回路は基本的に正側給電回路3と同様の構成にすることができる。
この電圧Vgは第1の電圧比較回路9aの一方の入力端子に入力され、電圧比較回路9aの他方の入力端子には、第1の基準電圧設定回路8aにより設定された第1の基準電圧Vgfsetが入力されている。電圧比較回路9aからは、例えば、電圧Vgが基準電圧Vgfset以下であるときに論理値“0”となり、電圧Vgが基準電圧Vgfsetを超えたときに論理値“1”となるような比較出力Vgfdetが出力される。
ここで、間欠信号Sintaは、図2の上段に示すように、周期Tの間で論理値“1”となるオン状態の期間T1に比較して、論理値“0”となるオフ状態の期間T2が十分長くなるように設定されている。
間欠信号発振回路10aとしては、積分回路、比較器、フリップフロップ回路等で構成されるCRタイミング発生回路や、積分回路とシュミットトリガ回路とを組み合わせた発振回路等を使用することができ、具体的には、三角波と基準電圧とを比較することにより間欠信号を発生させる方法等がある。
ここで、間欠信号Sintbは、図2の下段に示すように、周期を間欠信号Sintaの2倍の2・Tとし、論理値“1”となるオン状態の期間T1を間欠信号Sintaと等しくするなどして、論理値“1”となるオン状態の期間T1と比べて論理値“0”となるオフ状態の期間T3が十分長くなるように設定する。
間欠信号発振回路10bの構成は、間欠信号発振回路10aと同様にすればよい。
図1において、直列接続された第1,第2の抵抗素子群GR1,GR2の分圧抵抗R1P,R2P及びR1N,R2NがP極とN極との間の電圧を分圧し、第1,第2の抵抗素子群GR1,GR2の接続点である中性点Mの電位が決定される。ここで、分圧抵抗R2P,R1P及びR1N,R2Nの値を等しく設定することで、中性点Mは地絡が発生しない通常動作において零電位となっており、接地点Gも零電位となる。
また、負側給電回路4の出力が負側電源電圧Veeとして直流電圧演算回路7及び電圧比較回路9a,9bに供給されると共に、この負側電源電圧VeeによりコンデンサC2が充電される。
地絡故障が発生していない状態では、中性点M及び接地点Gは零電位となっているので、中性点Mと接地点Gとの間に接続されている第3の抵抗素子群GR3の接地抵抗R1G,R2Gを流れる地絡電流Igは零となり、結果として接地抵抗R1Gの両端に発生する電圧Vgは零となる。
そして、地絡電流Igが大きくなり、これに応じて増加した電圧Vgが図3(2)に示すごとく時刻t1で基準電圧設定回路8aによる基準電圧Vgfsetを超過すると、図3(3)に示すように、電圧比較回路9aの比較出力Vgfdetが論理値“0”から論理値“1”に反転する。
従って、制御装置16では、O/E変換回路14aの入力信号の周期T(周波数)を検出して地絡故障の発生を認識し、論理値“1”または“0”の信号Fgfを出力する。そして、この信号Fgfを利用して、図示しない適宜な手段によって直流電源1の出力を停止させたり、電力変換器2の運転を停止させる等の予め設定された処理を実行すればよい。
ここで、信号Fgfについては、論理値“1”を故障状態、論理値“0”を正常状態に対応させてもよいし、逆に、論理値“1”を正常状態、論理値“0”を故障状態に対応させてもよい。
しかし、分圧抵抗R2P,R2Nには、中性点Mの電位を決定するために直流電源1のP極からN極に流れる電流や地絡電流も流れるので、正側給電回路3及び負側給電回路4側に流れる電流が大きくなると中性点Mの電位が変動することが考えられる。中性点Mの電位が変動すると、地絡電流の大きさも変わり、地絡が発生していない通常状態であるにも関わらず地絡故障を誤検出したり、逆に地絡が発生したときに地絡故障を検出できなかったりする恐れがある。
なお、この実施形態においては、間欠信号発振回路10a,10bとして、CRタイミング発振回路や積分回路とシュミットトリガ回路とを組み合わせた発振回路等を用いているが、これらに限定されるものではなく、図2のようにオン期間の短い間欠信号を生成することができれば、任意の発振回路を使用することができる。
また、この実施形態では、電圧比較回路9aによりVg>Vgfsetのときに論理値“0”から論理値“1”に反転する比較出力Vgfdetを出力する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、Vg>Vgfsetのときに論理値“1”から論理値“0”に反転する比較出力Vgfdetを出力させてもよく、この場合には、間欠信号発振回路10aに論理値“0”の比較出力Vgfdetが入力されたときに間欠信号Sintaを出力するように構成すればよい。
図1において、中性点Mの電位が決定され、接続点A,Bにおける電圧Vp,Vnが直流電圧演算回路7に入力されるまでの動作は、前述した通りである。
P極とN極との間に直流電源1の電圧が印加された状態では、この直流電圧が、第1の抵抗素子群GR1の分圧抵抗R1P,R2Pと第2の抵抗素子群GR2の分圧抵抗R1N,R2Nとにより分圧される。その結果、接続点Aの電圧Vp及び接続点Bの電圧Vnは、主回路のP極と中性点Mとの間の電圧VPと、中性点MとN極との間の電圧VNとのそれぞれに対して、以下の数式11、数式12に示すような関係にある。
電圧比較回路9bでは、例えば、Vd<Vodsetのときに論理値“0”となり、逆にVd≧Vodsetのときに論理値“1”となる比較出力Voddetを生成し、この比較出力Voddetは間欠信号発生回路10bに入力される。
従って、制御装置16では、O/E変換回路14bの入力信号の周期(周波数)を検出して直流過電圧を認識し、論理値“1”または“0”の信号Fodを出力する。そして、この信号Fodを利用して直流電源1の出力停止や電力変換器2の運転停止等の処理を実行すればよい。
なお、信号Fodについても、論理値“1”を故障状態、論理値“0”を正常状態に対応させてもよいし、逆に、論理値“1”を正常状態、論理値“0”を故障状態に対応させてもよい。
図4において、図1の第1実施形態と同一の構成、作用を有する部分については同一の符号を付してあり、以下では図1と異なる部分を中心に説明する。
そして、間欠信号Sintに応じてE/O変換回路12から出力された間欠光信号は、光ケーブル13を介して制御装置16A内のO/E変換回路14に伝送される。
これらの信号Fgf,Fodを用いたその後の異常処理については、前述したとおりである。
この第2実施形態によれば、第1実施形態に比べてE/O変換回路、光ケーブル、O/E変換回路等の部品数が少なくなるので、更なる低コスト化を達成することができる。
2 電力変換器
3 正側給電回路
4 負側給電回路
7 直流電圧演算回路
8a,8b 基準電圧設定回路
9a,9b 電圧比較回路
10a,10b 間欠信号発振回路
11 論理和回路
12,12a,12b E/O(電気/光)変換回路
13,13a,13b 光ケーブル
14,14a,14b O/E(光/電気)変換回路
15 故障判別回路
16,16A 制御装置
GR1 第1の抵抗素子群
GR2 第2の抵抗素子群
GR3 第3の抵抗素子群
R1P,R2P,R1N,R2N 分圧抵抗
R1G,R2G 接地抵抗
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、
第1の抵抗素子群及び第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第3の抵抗素子群と、
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、
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、
第2の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第2の接続点に接続された第2の給電手段と、
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、
第3の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第3の接続点と前記相互接続点との間の電圧と、第1の基準電圧とを比較し、第3の接続点と前記相互接続点との間の電圧が第1の基準電圧を超えたときに第1の間欠信号を発生する第1の間欠信号発生手段と、
第1の間欠信号を第1の間欠光信号に変換する第1の電気/光変換手段と、
第1の接続点の電圧及び第2の接続点の電圧から演算した両接続点間の電圧と、第2の基準電圧とを比較し、両接続点間の電圧が第2の基準電圧を超えたときに第2の間欠信号を発生する第2の間欠信号発生手段と、
第2の間欠信号を第2の間欠光信号に変換する第2の電気/光変換手段と、
第1の間欠光信号を受信して当該間欠光信号の周期に基づいて地絡故障を認識し、第2の間欠光信号を受信して、前記第1の間欠光信号の周期とは異なる前記第2の間欠光信号の周期に基づいて直流電圧の異常を認識する制御手段と、
を備えたことを特徴とする状態監視装置。 - 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、
第1の抵抗素子群及び第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第3の抵抗素子群と、
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、
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、
第2の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第2の接続点に接続された第2の給電手段と、
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、
第3の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第3の接続点と前記相互接続点との間の電圧と、第1の基準電圧とを比較し、第3の接続点と前記相互接続点との間の電圧が第1の基準電圧を超えたときに第1の間欠信号を発生する第1の間欠信号発生手段と、
第1の接続点の電圧及び第2の接続点の電圧から演算した両接続点間の電圧と、第2の基準電圧とを比較し、両接続点間の電圧が第2の基準電圧を超えたときに、第1の間欠信号とは周期が異なる第2の間欠信号を発生する第2の間欠信号発生手段と、
第1の間欠信号と第2の間欠信号との論理和を求める論理和手段と、
前記論理和手段の出力信号を間欠光信号に変換する電気/光変換手段と、
前記電気/光変換手段から出力される前記間欠光信号を受信し、当該間欠光信号の周期に基づいて第1の間欠信号を同定したときに地絡故障を認識し、当該間欠光信号の周期に基づいて第2の間欠信号を同定したときに直流電圧の異常を認識する制御手段と、
を備えたことを特徴とする状態監視装置。
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