JP6445475B2 - 監視装置および電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、連系リレーおよび自立リレーに対して電力を出力する電力変換装置に関し、また、電力変換装置の状態を監視する監視装置に関する。

近年、三相３線式の電力系統に連系する系統連系用電力変換装置の開発が進められている。系統連系用電力変換装置においては、緊急時の対応も検討されており、電力系統が停電した際に、単相負荷とされた一般的な家庭用電気機器等に使用することが可能な系統連系用電力変換装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１３−２４７７７５号公報

特許文献１に記載の系統連系用電力変換装置は、直流電力供給源から出力される直流電力を三相交流電力に変換し、一相を接地した三相３線式の電力系統に連系して三相交流電力を電力系統に送出する。系統連系用電力変換装置は、整流器と、平滑コンデンサと、インバータと、フィルタ回路と、電力系統への並列および解列を切り替える開閉器と、単相交流電力を電気負荷に供給する端子台と、整流器、インバータ、および開閉器を制御する制御部とを備えている。制御部は、運転状態に従って、開閉器を制御している。

しかしながら、上述した系統連系用電力変換装置では、制御部で開閉器を制御するだけであって、開閉器の状態を確認しておらず、開閉器の状態を監視する機構を備えていない。そのため、制御部の指示通りに、開閉器が開閉しているかどうかを把握できず、開閉器に異常が生じた際に、出力を停止させるなどして、事故を防止することができない可能性がある。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、開閉器が実際の制御部からの指示通りに開閉しているかを把握することができる監視装置および電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明に係る監視装置は、連系リレーおよび自立リレーに対して電力を出力する電力変換装置の状態を監視する監視装置であって、前記連系リレーへの接点を開閉する連系用開閉器と、前記自立リレーへの接点を開閉する自立用開閉器と、前記連系用開閉器の導通に連動して開閉する連系用補助接点と、前記自立用開閉器の導通に連動して開閉する自立用補助接点と、前記連系用開閉器および前記自立用開閉器を開閉するか否かの開閉指示を制御するＣＰＵと、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点を経由する接点入力回路とを備え、前記接点入力回路は、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点が開閉しているかどうかに基づく接点信号を受けて、前記ＣＰＵに入力する回路とされ、前記ＣＰＵは、前記開閉指示に対し、前記接点信号に基づく前記連系用開閉器および前記自立用開閉器の開閉が一致するかどうかを判定することを特徴とする。

本発明に係る監視装置では、前記ＣＰＵは、前記開閉指示に対し、前記接点信号に基づく前記連系用開閉器および前記自立用開閉器の開閉が一致していないと判断した際、前記連系用開閉器および前記自立用開閉器のうち、閉じている方を開くように制御する構成としてもよい。

本発明に係る監視装置では、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点は、それぞれ一対の接触部を有し、前記接点入力回路は、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点のそれぞれ一方の接触部を経由する連系用検出回路と、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点のそれぞれ他方の接触部を経由する自立用検出回路とを有する構成としてもよい。

本発明に係る監視装置では、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点の一対の接触部は、一方の接触部が開放されている際に、他方の接触部が短絡される構成としてもよい。

本発明に係る電力変換装置は、本発明に係る監視装置を備えることを特徴とする。

本発明によると、連系用補助接点および自立用補助接点の開閉を示す接点信号を受け取ることで、連系用開閉器および自立用開閉器が実際に導通しているかどうかを把握することができる。それによって、ＣＰＵからの指示と、連系用開閉器および自立用開閉器の状態とが一致しているかどうかを監視することができる。

本発明の実施の形態に係る電力変換装置を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る監視装置を示す概略構成図である。 ＣＰＵでの判定結果を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００および監視装置１１０について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換装置を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態に係る電力変換装置１００は、入力端１から供給された電力を変換し、連系リレーに接続された連系側出力端子部９および自立リレーに接続された自立側出力端子部１０から電力を出力する。電力変換装置１００は、電源側である入力端子部１に接続された入力電力を整流する整流器２と、整流器２の後段側に接続された電力を平滑化する電解コンデンサ４と、電解コンデンサ４の後段側に接続された各種スイッチング素子により直流電力を３相の交流電力に変換するインテリジェントパワーモジュール（以下、単にスイッチング素子１２ともいう。）と、スイッチング素子１２の後段側に接続されたＬＣ回路を構成するリアクトル５およびコンデンサ６と、ＬＣ回路の後段側に接続された各相の電流を検出するシャント抵抗７と、シャント抵抗７の後段側に接続されたノイズフィルタ８と、ノイズフィルタ８の後段側に並列に接続された連系側電磁接触器２０および自立側電磁接触器３０と、連系側電磁接触器２０の後段側に接続されて電力会社の送電線に接続される連系側出力端子部９と、自立側電磁接触器３０の後段側に接続された自立側出力端子部１０と、スイッチング素子１２を制御する第１コントローラ４０および第２コントローラ５０とを備えて構成されている。なお、変流器１１は、必要に応じて挿入されている。また、整流器２とスイッチング素子５との間の直流信号線には、貫通型の電流センサである零相変流器３が設けられている。直流地絡が発生した際には、零相変流器３に流れる電流に基づいて、スイッチング素子１２のスイッチング制御を停止するようになっている。

電力変換装置１００は、連系側電磁接触器２０および自立側電磁接触器３０によって接続が切り替えられ、連系側出力端子部９または自立側出力端子部１０のいずれか一方から電力を出力する構成とされている。なお、以下では説明のため、電力変換装置１００が連系リレーに対して電力を出力する状態を連系状態と呼び、電力変換装置１００が自立リレーに対して電力を出力する状態を自立状態と呼び、電力変換装置１００が連系リレーおよび自立リレーのいずれにも電力を出力しない状態を停止状態と呼ぶことがある。次に、連系側電磁接触器２０および自立側電磁接触器３０について、図２に示す監視装置１１０を参照して、詳細に説明する。

図２は、本発明の実施の形態に係る監視装置を示す概略構成図である。

本発明の実施の形態に係る監視装置１１０は、連系リレーへの接点を開閉する連系用開閉器２１と、自立リレーへの接点を開閉する自立用開閉器３１と、連系用開閉器２１の導通に連動して開閉する連系用補助接点２５と、自立用開閉器３１の導通に連動して開閉する自立用補助接点３５と、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１を開閉するか否かの開閉指示を制御するＣＰＵ４１と、連系用補助接点２５および自立用補助接点３５を経由する接点入力回路とを備えた構成とされている。

具体的に、図２に示す監視装置１１０は、連系用開閉器２１、連系リレー用操作コイル２２、連系側電磁接触器用操作コイル２４、および連系用補助接点２５によって構成された連系側電磁接触器２０と、自立用開閉器３１、自立リレー用操作コイル３２、自立側電磁接触器用操作コイル３４、および自立用補助接点３５によって構成された自立側電磁接触器３０と、ＣＰＵ４１と、連系用検出回路４２と、自立用検出回路４３と、第２コントローラ５０とを含む構成とされており、第１コントローラ４０は、連系用開閉器２１、連系リレー用操作コイル２２、自立用開閉器３１、自立リレー用操作コイル３２、ＣＰＵ４１、連系用検出回路４２、および自立用検出回路４３を制御している。

連系用開閉器２１は、連系リレー用操作コイル２２によって開閉される電磁接触器であって、連系用開閉器２１が閉じた際には、図１に示す連系側出力端子部９への接点が接続される。また、自立用開閉器３１は、自立リレー用操作コイル３２によって開閉される電磁接触器であって、自立用開閉器３１が閉じた際には、図１に示す自立側出力端子部１０への接点が接続される。

ＣＰＵ４１は、連系リレー用操作コイル２２および自立リレー用操作コイル３２を駆動させるか否かの指示をする。つまり、ＣＰＵ４１から連系リレー用操作コイル２２および自立リレー用操作コイル３２へ指示することで、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１が開閉される。

連系側電磁接触器用操作コイル２４は、連系用開閉器２１に接続されており、電源６０から直流２４Ｖが供給される。連系用開閉器２１が閉じた際には、連系側電磁接触器用操作コイル２４に電流が流れ、連系用補助接点２５を開閉させる。

自立側電磁接触器用操作コイル３４は、連系側電磁接触器用操作コイル２４と略同様の構成とされ、自立用開閉器３１に接続されており、電源６０から直流２４Ｖが供給される。自立用開閉器３１が閉じた際には、自立側電磁接触器用操作コイル３４に電流が流れ、自立用補助接点３５を開閉させる。なお、連系側電磁接触器用操作コイル２４と自立側電磁接触器用操作コイル３４とには、共通する電源６０が用いられていてもよい。

連系用補助接点２５および自立用補助接点３５は、それぞれ一対の接触部を有し、一方の接触部が開放されている際に、他方の接触部が短絡される構成とされている。以下では、それぞれを区別するため、連系用補助接点２５の接触部を第１連系用接触部２５ａおよび第２連系用接触部２５ｂと呼び、自立用補助接点３５の接触部を第１自立用接触部３５ａおよび第２自立用接触部３５ｂと呼ぶ。

上述した接点入力回路は、連系用検出回路４２と自立用検出回路４３とを含む構成とされている。連系用検出回路４２は、連系用補助接点２５および自立用補助接点３５のそれぞれ一方の接触部を経由する回路とされており、本実施の形態において、第１連系用接触部２５ａと第２自立用接触部３５ｂとを経由している。つまり、連系用検出回路４２は、第１連系用接触部２５ａおよび第２自立用接触部３５ｂの接点信号を受けてＣＰＵ４１に入力する回路とされている。自立用検出回路４３は、連系用検出回路４２と略同様の構成とされ、連系用補助接点２５および自立用補助接点３５のそれぞれ一方の接触部を経由する回路とされており、本実施の形態において、第２連系用接触部２５ｂと第１自立用接触部３５ａとを経由している。つまり、自立用検出回路４３は、第２連系用接触部２５ｂおよび第１自立用接触部３５ａの接点信号を受けてＣＰＵ４１に入力する回路とされている。

連系用検出回路４２および自立用検出回路４３が受ける接点信号は、経由する接触部のうち１つでも開放されていると、「Ｈｉｇｈ（５Ｖ）」になり、経由する接触部の両方が短絡されている際、「Ｌｏｗ（０Ｖ）」になる。

第２コントローラ５０は、ＣＰＵ４１からの指示を受けてスイッチング素子１２の動作を制御する。なお、第２コントローラ５０が制御するのはスイッチング素子１２だけに限定されず、第２コントローラ５０からの指示を受けて電力変換装置１００の出力を停止させる構成とされていればよい。

上述したように、電力変換装置１００は、連系側電磁接触器２０および自立側電磁接触器３０によって接続を切り替えて状態を変える構成とされている。次に、停止状態、連系状態、および自立状態での監視装置１１０について説明する。

停止状態において、連系用補助接点２５は、連系用開閉器２１が開放されており、第１連系用接触部２５ａが開放され、第２連系用接触部２５ｂが短絡されている（ＯＦＦ）。また、自立用補助接点３５は、自立用開閉器３１が開放されており、第１自立用接触部３５ａが開放され、第２自立用接触部３５ｂが短絡されている（ＯＦＦ）。その結果、連系用検出回路４２では、第１連系用接触部２５ａが開放されているので、「Ｈｉｇｈ」の接点信号が得られる。一方、自立用検出回路４３では、第１自立用接触部３５ａが開放されているので、「Ｈｉｇｈ」の接点信号が得られる。

連系状態において、連系用開閉器２１は、ＣＰＵ４１の開閉指示を受けて、短絡されている（ＯＮ）。そして、連系用補助接点２５は、連系用開閉器２１が短絡されている際、第１連系用接触部２５ａが短絡され、第２連系用接触部２５ｂが開放されている（ＯＮ）。自立用開閉器３１および自立用補助接点３５は、停止状態と同様に「ＯＦＦ」とされている。その結果、連系用検出回路４２では、第１連系用接触部２５ａと第２自立用接触部３５ｂとの両方が短絡されているので、「Ｌｏｗ」の接点信号が得られる。一方、自立用検出回路４３では、第２連系用接触部２５ｂと第１自立用接触部３５ａとの両方が開放されているので、「Ｈｉｇｈ」の接点信号が得られる。

自立状態において、自立用開閉器３１は、ＣＰＵ４１の開閉指示を受けて、短絡されている（ＯＮ）。そして、自立用補助接点３５は、自立用開閉器３１が短絡されている際、第１自立用接触部３５ａが短絡され、第２自立用接触部３５ｂが開放されている（ＯＮ）。連系用開閉器２１および連系用補助接点２５は、停止状態と同様に「ＯＦＦ」とされている。その結果、連系用検出回路４２では、第１連系用接触部２５ａと第２自立用接触部３５ｂとの両方が開放されているので、「Ｈｉｇｈ」の接点信号が得られる。一方、自立用検出回路４３では、第２連系用接触部２５ｂと第１自立用接触部３５ａとの両方が短絡されているので、「Ｌｏｗ」の接点信号が得られる。

上述したように、ＣＰＵ４１は、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１に対して、開閉指示をしているが、連系用検出回路４２および自立用検出回路４３から受けた接点信号に基づいて、指示したとおりの状態とされているかどうかを判定している。次に、ＣＰＵ４１での判定について、図面を参照して説明する。

図３は、ＣＰＵでの判定結果を示す説明図である。

図３は、停止状態、連系状態、および自立状態における開閉指示と、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１との関係について示している。図５において、「ＣＰＵ指示」の「連系側」は、連系用開閉器２１に対する開閉指示を表し、「ＣＰＵ指示」の「自立側」は、自立用開閉器３１に対する開閉指示を表している。また、「開閉器」の「連系側」は、連系用開閉器２１の状態を表し、「開閉器」の「自立側」は、自立用開閉器３１の状態を表している。さらに、「接点入力回路」の「連系側」は、連系用検出回路４２から得られた接点信号を表し、「接点入力回路」の「自立側」は、自立用検出回路４３から得られた接点信号を表している。

例えば、停止状態では、連系用開閉器２１と自立用開閉器３１との両方に対して、開放（ＯＦＦ）するように指示される。そして、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１が「ＯＦＦ」とされた結果、連系用検出回路４２と自立用検出回路４３との両方から「Ｈｉｇｈ」の接点信号が得られる。つまり、「ＣＰＵ指示」で「連系側」と「自立側」との両方が「ＯＦＦ」とされ、「開閉器」で「連系側」と「自立側」との両方が「ＯＦＦ」とされ、「接点入力回路」で「連系側」と「自立側」との両方が「Ｈｉｇｈ」となる。ＣＰＵ４１は、上述した状況と一致している際に、電力変換装置１００が正常に動作していると判定する。つまり、ＣＰＵ４１は、開閉指示に対し、接点信号に基づく連系用開閉器２１および自立用開閉器３１の開閉が一致するかどうかを判定している。なお、ＣＰＵ４１は、図３の「ＣＰＵ指示」と「接点入力回路」との項目が一致しているかどうかを判定しており、連系状態および自立状態も停止状態と同様に、図３に示す状況以外は、全て「異常」と判定する。

開閉器などの機械的な部品においては、損傷などによる不具合が懸念され、電磁接触器では、溶着などによって、開閉の切換ができなくなる場合がある。例えば、停止状態とするように、開閉指示をした際に、連系用開閉器２１が開放されずに、短絡（ＯＮ）されていると、連系用検出回路４２からは「Ｌｏｗ」の接点信号が得られる。この場合、図３に示す停止状態と一致しないので、ＣＰＵ４１に「異常」であると判定される。「異常」と判定した際、ＣＰＵ４１は、第２コントローラ５０に対し、電力変換装置１００の出力を停止させる指示をする。つまり、ＣＰＵ４１は、開閉指示に対し、接点信号に基づく連系用開閉器２１および自立用開閉器３１の開閉が一致していないと判断した際、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１のうち、閉じている方を開くように制御する。

上述したように、連系用補助接点２５および自立用補助接点３５の開閉を示す接点信号を受け取ることで、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１がＣＰＵ４１からの指示通りに開閉しているかを把握することができる。それによって、ＣＰＵ４１からの開閉指示と、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１の状態とが一致しているかどうかを監視することができる。

また、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１などの異常があると判定した際には、電力変換装置１００の出力を早急に停止させることで、事故の誘発などを未然に防ぐことができる。

また、連系用検出回路４２と自立用検出回路４３とで、連系用補助接点２５および自立用補助接点３５の互いに異なる接触部を経由させることで、たすき掛けになった回路とすることができる。それによって、接点入力回路を簡素な構成としつつ、様々な状態を網羅した接点信号を得ることができる。

また、連系用補助接点２５および自立用補助接点３５の一対の接触部に互いに異なる動作をさせることで、接触部の状態が明確になり、接点信号に基づく判定が容易になる。つまり、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１の開閉に対して、いずれの接触部が開放されるか短絡されるかが特定されるので、連系用開閉器２１および自立用開閉器３１の状態を容易に識別できる。

なお、今回開示した実施の形態は全ての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれる。

２０ 連系側電磁接触器
２１ 連系用開閉器
２２ 連系リレー用操作コイル
２４ 連系側電磁接触器用操作コイル
２５ 連系用補助接点
２５ａ 第１連系用接触部（一対の接触部の一例）
２５ｂ 第２連系用接触部（一対の接触部の一例）
３０ 自立側電磁接触器
３１ 自立用開閉器
３２ 自立リレー用操作コイル
３４ 自立側電磁接触器用操作コイル
３５ 自立用補助接点
３５ａ 第１自立用接触部（一対の接触部の一例）
３５ｂ 第２自立用接触部（一対の接触部の一例）
４０ 第１コントローラ
４１ ＣＰＵ
４２ 連系用検出回路（接点入力回路の一例）
４３ 自立用検出回路（接点入力回路の一例）
５０ 第２コントローラ
６０ 電源
１００ 電力変換装置
１１０ 監視装置

Claims (5)

1. 連系リレーおよび自立リレーに対して電力を出力する電力変換装置の状態を監視する監視装置であって、
   前記連系リレーへの接点を開閉する連系用開閉器と、
   前記自立リレーへの接点を開閉する自立用開閉器と、
   前記連系用開閉器の導通に連動して開閉する連系用補助接点と、
   前記自立用開閉器の導通に連動して開閉する自立用補助接点と、
   前記連系用開閉器および前記自立用開閉器を開閉するか否かの開閉指示を制御するＣＰＵと、
   前記連系用補助接点および前記自立用補助接点を経由する接点入力回路とを備え、
   前記接点入力回路は、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点が開閉しているかどうかに基づく接点信号を受けて、前記ＣＰＵに入力する回路とされ、
   前記ＣＰＵは、前記開閉指示に対し、前記接点信号に基づく前記連系用開閉器および前記自立用開閉器の開閉が一致するかどうかを判定すること
   を特徴とする監視装置。
2. 請求項１に記載の監視装置であって、
   前記ＣＰＵは、前記開閉指示に対し、前記接点信号に基づく前記連系用開閉器および前記自立用開閉器の開閉が一致していないと判断した際、前記連系用開閉器および前記自立用開閉器のうち、閉じている方を開くように制御すること
   を特徴とする監視装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の監視装置であって、
   前記連系用補助接点および前記自立用補助接点は、それぞれ一対の接触部を有し、
   前記接点入力回路は、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点のそれぞれ一方の接触部を経由する連系用検出回路と、前記連系用補助接点および前記自立用補助接点のそれぞれ他方の接触部を経由する自立用検出回路とを有する構成とされていること
   を特徴とする監視装置。
4. 請求項３に記載の監視装置であって、
   前記連系用補助接点および前記自立用補助接点の一対の接触部は、一方の接触部が開放されている際に、他方の接触部が短絡される構成とされていること
   を特徴とする監視装置。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか１つに記載の監視装置を備えた電力変換装置。

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