JP6487349B2 - 診断装置および電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力を変換して出力する電力変換装置に関し、また、電力変換装置の制御を行う制御部を診断する診断装置に関する。

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、素子の短絡等の故障が生じる場合があり、それによって、過電流などの事故がもたらされる虞がある。そこで、予めインバータ回路の故障の有無を診断する系統連系電源システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平９−１１７０６６号公報

特許文献１に記載の系統連系電源システムは、直流電源がインバータ回路を介して商用電力系統に連系されており、直流電源から得られる電力を変換するインバータ主回路と、インバータ主回路と商用電力系統との間に介在する開閉機構と、インバータ主回路および開閉機構の動作を制御する制御回路と、インバータ主回路へ流れ込む電流を検出する電流センサとで構成されている。制御回路は、開閉機構を開いた状態でインバータ主回路を一定期間だけ動作させ、電流センサによって電流が検出されるかどうかにより、インバータ主回路の故障の有無を自己診断する手段と、故障自己診断手段によって故障が発見されないときに限り開閉機構を閉じて、インバータ主回路を商用電力系統へ連系する保護手段とを備えている。上述した系統連系電源システムでは、インバータ主回路へ電流を流すことで、素子等の故障を診断しているが、異常が生じるのは素子等の部品だけに限定されない。つまり、制御回路によって正常に制御されていなければ、事故等の発生も懸念されるので、制御回路に用いられるＣＰＵ等への診断が求められている。

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、定期的な自己診断を行うことで、制御の信頼性を高め、異常な処理によって引き起こされる事故などを未然に防ぐことができる診断装置および電力変換装置を提供することを目的とする。

本発明に係る診断装置は、電力変換装置の制御を行う制御部を診断する診断装置であって、プログラムを実行するＣＰＵと、前記プログラムを格納するＲＯＭ領域と、前記プログラムを実行する際のデータを一時記憶するＲＡＭ領域と、前記ＲＯＭ領域および前記ＲＡＭ領域におけるアドレスを一時記憶するレジスタと、前記制御部に対する診断処理を行う診断部とを備え、前記診断処理は、予め設定された周期毎に実行されることを特徴とする。

本発明に係る診断装置では、前記診断部は、電力変換装置が停止している際、前記診断処理として停止時診断処理を実行する構成としてもよい。

本発明に係る診断装置では、前記診断部は、前記停止時診断処理としてＲＯＭ診断処理を実行する構成とされ、前記ＲＯＭ診断処理は、前記ＲＯＭ領域のうちプログラムが占める領域に基づいて、予め記憶された検出符号と、処理実行時に算出した算出符号とを比較する構成としてもよい。

本発明に係る診断装置では、前記診断部は、前記停止時診断処理としてＲＡＭ診断処理を実行する構成とされ、前記ＲＡＭ診断処理は、前記ＲＡＭ領域全体に値の書き込みおよび読み出しを行う構成としてもよい。

本発明に係る診断装置では、前記診断部は、前記停止時診断処理としてレジスタ診断処理を実行する構成とされ、前記レジスタ診断処理は、前記レジスタ全体に値の書き込みおよび読み出しを行う構成としてもよい。

本発明に係る診断装置では、前記診断部は、電力変換装置が動作している際、前記診断処理として動作時診断処理を実行する構成としてもよい。

本発明に係る診断装置では、前記診断部は、前記動作時診断処理としてスタック診断処理を実行する構成とされ、前記ＲＡＭ領域の一部がスタック領域として設定され、前記スタック領域の境界を示すアドレスを境界アドレスとしたとき、前記スタック診断処理は、予め記憶された境界アドレスに書き込んだ値と、処理実行時に読み出した境界アドレスの値とを比較する構成としてもよい。

本発明に係る診断装置では、前記診断部は、前記動作時診断処理としてシーケンス診断処理を実行し、前記プログラムが複数のタスクで構成されているとき、前記シーケンス診断処理は、前記複数のタスク全てが読み出されるかどうかを診断する構成としてもよい。

本発明に係る診断装置では、前記ＣＰＵとは独立した補助ＣＰＵを備え、前記診断部は、前記動作時診断処理としてタイマ診断処理を実行し、前記タイマ診断処理は、前記ＣＰＵと前記補助ＣＰＵとでそれぞれに時間をカウントさせ、前記ＣＰＵと前記補助ＣＰＵとでのカウントを比較する構成としてもよい。

本発明に係る電力変換装置は、本発明に係る診断装置を備えることを特徴とする。

本発明によると、定期的な自己診断を行うことで、電力変換装置に対する制御の信頼性を高め、異常な処理によって起こされる事故などを未然に防ぐことができる。つまり、ユーザの判断に拘わらず、予め決まった周期で自動的に診断処理を行わせることで、見落としや手抜きといったヒューマンエラーを生じさせない診断装置とすることができる。

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診断装置を示す概略構成図である。 ＲＯＭ領域の概略を示す説明図である。 ＲＡＭ領域の概略を示す説明図である。 レジスタの概略を示す説明図である。 プログラムの概略を示す説明図である。 タイマ診断処理の概略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および診断装置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ＩＰＭ１２と呼ぶ。）と、ＩＰＭ１２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３０とを備えて構成されている。電力変換装置１００は、制御部５０およびＣＰ制御部４０（ＣＰ：コージェネレーション）からの指示によって制御されている。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ＩＰＭ１２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、ＩＰＭ１２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。つまり、電力変換装置１００は、連系リレーに対して電力を出力する連系状態と、自立リレーに対して電力を出力する自立状態と、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停止状態とに切り替えられる。次に、制御部５０およびＣＰ制御部４０について、図２に示す診断装置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診断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診断装置１１０は、電力変換装置１００の制御を行う制御部５０を診断し、プログラムを実行するＣＰＵ５１と、プログラムを格納するＲＯＭ領域５２と、プログラムを実行する際のデータを一時記憶するＲＡＭ領域５３と、ＲＯＭ領域５２およびＲＡＭ領域５３におけるアドレスを一時記憶するレジスタ５４と、時間をカウントするタイマ５５と、制御部５０に対する診断処理を行う診断部５６とを備えている。

ＣＰＵ５１（中央処理装置）は、ＲＯＭ領域５２からプログラムを読み出したり、ＲＡＭ領域５３へ計算値を書き込んだり、ＩＰＭ１２へ指示することで電力変換装置１００の出力を停止させたりする。なお、ＣＰＵ５１の機能はこれに限定されず、他の機能を実施してもよい。

診断部５６によって実行される診断処理については、後述する各部の構成と併せて、詳細に説明する。なお、図２において、診断部５６は、各部から独立して示されているが、これに限定されず、例えば、ＲＯＭ領域５２に記憶されたプログラムとして、ＣＰＵ５１に読み出される構成としてもよい。

制御部５０は、ＣＰＵ５１とは独立した補助ＣＰＵ５７を備えている。補助ＣＰＵ５７は、主に、ＣＰ制御部４０からの指示を受けて動作する。なお、図では省略しているが、補助ＣＰＵ５７も、ＣＰＵ５１と同様に、ＲＯＭ領域５２、ＲＡＭ領域５３、レジスタ５４、タイマ５５、および診断部５６を備える構成としてもよい。

ＣＰ制御部４０は、ＣＰの制御を行う。ＣＰは、電力変換装置１００とは独立に動作され、電力変換装置１００を停止させている際に、ＣＰが動作していてもよい。

次に、各部の詳細とそれらを診断する処理とについて、図面を参照して説明する。

図３は、ＲＯＭ領域の概略を示す説明図である。

ＲＯＭ領域５２は、予め記憶したプログラムを格納するメモリ領域であって、書き換え不可とされている。ＲＯＭ領域５２に異常が発生した際には、プログラムが正しく実行されない可能性がある。なお、図３では、ＲＯＭ領域５２のうち、プログラムが格納された領域をプログラム領域５２ａとして示している。また、ＲＯＭ領域５２には、ＲＯＭ領域５２のうちプログラム領域５２ａが占める領域を示す検出符号５２ｂが記憶されている。検出符号５２ｂは、例えば、巡回冗長検査（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ：ＣＲＣ）に用いられる誤り検出符号やチェックサムなどとされている。なお、検出符号５２ｂは、プログラムの一部として記憶されていてもよいし、ＲＯＭ領域５２に限らず、制御部５０の一部に記憶されていればよい。

診断部５６は、ＲＯＭ領域５２を診断するＲＯＭ診断処理において、ＲＯＭ領域５２のうちプログラム領域５２ａが占める領域からＣＲＣを算出して算出符号５２ｃを記憶し、検出符号５２ｂと算出符号５２ｃとが一致するかどうかを比較する。仮に、プログラムが書き換えられていれば、プログラム領域５２ａに基づく算出符号５２ｃの値も変化するので、検出符号５２ｂに対して差異が生じる。つまり、格納した際のプログラムに基づく検出符号５２ｂを事前に登録しておき、診断時に算出した算出符号５２ｃと比較することで、ＲＯＭ領域５２が書き換えられていないかどうかを確認することができる。

図４は、ＲＡＭ領域の概略を示す説明図である。

ＲＡＭ領域５３は、プログラムを実行する際に書き換えが必要な計算値などを保存するメモリ領域である。ＲＡＭ領域５３に異常が発生した際には、プログラムの実行結果が異常値となる可能性がある。なお、図４では、ＲＡＭ領域５３のうち、計算値などが一時保存されている領域を一時保存領域５３ａとして示している。一時保存領域５３ａは、ＲＡＭ領域５３の上位側から順に書き込まれていき、図４では、上方から下方へ向かって、一時保存領域５３ａが広がるようにメモリが確保されている。

診断部５６は、ＲＡＭ領域５３を診断するＲＡＭ診断処理において、ＲＡＭ領域５３全体に値の書き込みおよび読み出しを行う。このように、実際にＲＡＭ領域５３に値の書き込みおよび読み出しを行うことで、ＲＡＭ領域５３が書き換え可能かどうかを確認することができる。本実施の形態では、ＲＡＭ領域５３のアドレス毎に、「０ｘ５５」と「０ｘＡＡ」との書き込みおよび読み出しを行って、値の一致を確認する。「０ｘ５５」と「０ｘＡＡ」とは、２進数に変換すると「０」と「１」とを繰り返した値に相当し、２種類の値を書き込むことで、全てのビットで書き換え可能かどうかを判断することができる。なお、ＲＡＭ領域５３に書き込む値は一例であって、他の値を書き込んでＲＡＭ領域５３の診断を行ってもよい。

また、ＲＡＭ領域５３には、関数の移動や割り込み等の際の一時的な動作の保存領域としてスタック領域５３ｂが設けられている。スタック領域５３ｂは、一時保存領域５３ａと反対に下位側から順に書き込まれていき、図４では、下方から上方へ向かって、スタック領域５３ｂが広がるようにメモリが確保されている。なお、スタック領域５３ｂが一定以上に広がると、一時保存領域５３ａの内容を書き換える可能性があるため、スタック領域５３ｂには上限値が設定されている。具体的に、スタック領域５３ｂの境界に相当するアドレスは、境界アドレス５３ｃとして設定され、予め固定値が書き込まれている。

診断部５６は、スタック領域５３ｂを診断するスタック診断処理において、予め記憶された境界アドレス５３ｃに書き込んだ値と、処理実行時に読み出した境界アドレス５３ｃの値とを比較する。これによって、境界を越えて書き込みが行われていないかどうかを確認している。

図５は、レジスタの概略を示す説明図である。

レジスタ５４は、演算やアドレスなどを一時的に記憶し、処理を行うものとされている。つまり、レジスタ５４に記憶された値に基づいて、ＲＯＭ領域５２およびＲＡＭ領域５３でのアドレスが指定される。本実施の形態において、レジスタ５４は、図５に示すように、複数のアドレスを備えた構成とされている。レジスタ５４に異常が発生した際には、読み出すアドレスがずれたり、演算結果が異なったりして、ＣＰＵ５１が正常な動作を実施できなくなる。

診断部５６は、レジスタ５４を診断するレジスタ診断処理において、レジスタ５４全体に値の書き込みおよび読み出しを行う。これによって、レジスタ５４が書き換え可能かどうかを確認している。なお、レジスタ５４には、ＲＡＭ領域５３と同様の値を書き込めばよく、例えば、「０ｘ５５」と「０ｘＡＡ」とのように、「０」と「１」とを繰り返した値が書き込まれる。

図６は、プログラムの概略を示す説明図である。

本実施の形態において、プログラムは、複数のタスクで構成されており、複数のタスクを予め設定された順に沿って処理することで、プログラムが実行される。プログラムに異常が発生した際には、呼び出されるタスクの順番が入れ替わるなどして、正しい処理が行われなくなる。

診断部５６は、プログラムを診断するシーケンス診断処理において、複数のタスク全てが読み出されるかどうかを診断する。すなわち、全てのタスクを読み出して、プログラムに異常がないかどうかを確認している。具体的には、プログラムを実行しているときに、設定された順にタスクが読み出されているかを確認する。例えば、プログラムが２０個のタスクで構成され、タスクを順番に処理する関数で２０番目のタスクが実行された際に、タスクが２０回呼び出されていれば、正常と判定される。また、タスクを読み出す処理だけを行って診断してもよく、プログラムを実行しなくてもよい。

図７は、タイマ診断処理の概略を示す説明図である。

本実施の形態では、ＣＰＵ５１と補助ＣＰＵ５７とを備えているが、ＣＰＵ５１と補助ＣＰＵ５７とで独自に時間をカウントする構成とされている。ＣＰＵ５１と補助ＣＰＵ５７とで時間がずれていると、電力変換装置１００に対する処理などにずれが生じる。

診断部５６は、タイマ５５を診断するタイマ診断処理において、ＣＰＵ５１と補助ＣＰＵ５７とでそれぞれに時間をカウントさせ、ＣＰＵ５１と補助ＣＰＵ５７とでのカウントを比較することで、時間にずれが無いことを確認している。具体的には、先ず、補助ＣＰＵ５７に６０秒をカウントさせる。なお、補助ＣＰＵ５７では、繰り返しカウントしており、６０秒経過すると、再度６０秒をカウントする。次に、補助ＣＰＵ５７は、ＣＰＵ５１へカウントを開始したことを通知する。そして、ＣＰＵ５１は、補助ＣＰＵ５７のカウントが「５９（秒）」から「０（秒）」に切り替わるタイミングに合わせて、６０秒のカウントを開始する。その結果、補助ＣＰＵ５７のカウントが「５９（秒）」から「０（秒）」に切り替わった際に、ＣＰＵ５１のカウントが５９±１秒であれば、互いのカウントがずれていないと判断する。

上述した診断処理は、予め設定された周期毎に実行される構成とされており、本実施の形態では、「１日」に１度実施されている。したがって、定期的な自己診断を行うことで、電力変換装置１００に対する制御の信頼性を高め、異常な処理によって起こされる事故などを未然に防ぐことができる。つまり、ユーザの判断に拘わらず、予め決まった周期で自動的に診断処理を行わせることで、見落としや手抜きといったヒューマンエラーを生じさせない診断装置１１０とすることができる。具体的には、運転中の電力変換装置１００を「運転開始から２３時間５５分後」に停止させ、電力変換装置１００が停止している際に診断処理を行っている。なお、停止させるのは、電力変換装置１００だけであって、ＣＰは停止しない。

ＲＯＭ領域５２、ＲＡＭ領域５３、およびレジスタ５４については、処理中に値が変わると、制御に影響を与える可能性がある。そこで、電力変換装置１００の停止時に行う停止時診断処理では、特に、ＲＯＭ診断処理、ＲＡＭ診断処理、およびレジスタ診断処理の実施が望ましい。すなわち、電力変換装置１００が停止している際に診断処理を行うことで、制御部５０が動作しているときに検査できない項目を診断することができ、制御部５０の状態を詳細に把握することができる。

また、電力変換装置１００の動作時に行う動作時診断処理では、スタック診断処理、シーケンス診断処理、およびタイマ診断処理の実施が好ましい。すなわち、電力変換装置１００が動作している際に診断処理を行うことで、制御部５０の異常を早急に把握することができ、電力変換装置１００に対する異常な処理を回避することができる。動作時診断処理は、電力変換装置１００の動作に拘わらずに実施でき、例えば、１時間毎とのように、定期的に行ってもよい。スタック診断処理、シーケンス診断処理、およびタイマ診断処理については、電力変換装置１００の停止時に行ってもよく、ＲＯＭ診断処理、ＲＡＭ診断処理、およびレジスタ診断処理と伴に、停止時診断処理として実施してもよい。

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。

５０ 制御部
５１ ＣＰＵ
５２ ＲＯＭ領域
５３ ＲＡＭ領域
５４ レジスタ
５５ タイマ
５６ 診断部
５７ 補助ＣＰＵ
１００ 電力変換装置
１１０ 診断装置

Claims (8)

1. 電力変換装置の制御を行う制御部を診断する診断装置であって、
   プログラムを実行するＣＰＵと、
   前記プログラムを格納するＲＯＭ領域と、
   前記プログラムを実行する際のデータを一時記憶するＲＡＭ領域と、
   前記ＲＯＭ領域および前記ＲＡＭ領域におけるアドレスを一時記憶するレジスタと、
   前記制御部に対する診断処理を行う診断部とを備え、
   前記診断処理は、予め設定された周期毎に実行され、
   前記診断部は、電力変換装置が動作している状態であり、かつ、前記予め設定された周期になった際、前記診断処理として動作時診断処理であるスタック診断処理を実行し、
   前記ＲＡＭ領域の一部がスタック領域として設定され、前記スタック領域の境界を示すアドレスを境界アドレスとしたとき、
   前記スタック診断処理は、予め記憶された境界アドレスに書き込んだ値と、処理実行時に読み出した境界アドレスの値とを比較すること
   を特徴とする診断装置。
2. 電力変換装置の制御を行う制御部を診断する診断装置であって、
   プログラムを実行するＣＰＵと、
   前記プログラムを格納するＲＯＭ領域と、
   前記プログラムを実行する際のデータを一時記憶するＲＡＭ領域と、
   前記ＲＯＭ領域および前記ＲＡＭ領域におけるアドレスを一時記憶するレジスタと、
   前記制御部に対する診断処理を行う診断部とを備え、
   前記診断処理は、予め設定された周期毎に実行され、
   前記診断部は、電力変換装置が動作している状態であり、かつ、前記予め設定された周期になった際、前記診断処理として動作時診断処理であるシーケンス診断処理を実行し、
   前記プログラムが複数のタスクで構成されているとき、
   前記シーケンス診断処理は、前記複数のタスク全てが読み出されるかどうかを診断すること
   を特徴とする診断装置。
3. 電力変換装置の制御を行う制御部を診断する診断装置であって、
   プログラムを実行するＣＰＵと、
   前記ＣＰＵとは独立した補助ＣＰＵと、
   前記プログラムを格納するＲＯＭ領域と、
   前記プログラムを実行する際のデータを一時記憶するＲＡＭ領域と、
   前記ＲＯＭ領域および前記ＲＡＭ領域におけるアドレスを一時記憶するレジスタと、
   前記制御部に対する診断処理を行う診断部とを備え、
   前記診断処理は、予め設定された周期毎に実行され、
   前記診断部は、電力変換装置が動作している状態であり、かつ、前記予め設定された周期になった際、前記診断処理として動作時診断処理であるタイマ診断処理を実行し、
   前記タイマ診断処理は、前記ＣＰＵと前記補助ＣＰＵとでそれぞれに時間をカウントさせ、前記ＣＰＵと前記補助ＣＰＵとでのカウントを比較すること
   を特徴とする診断装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１つに記載の診断装置であって、
   前記診断部は、電力変換装置が停止している状態であり、かつ、前記予め設定された周期になった際、前記診断処理として停止時診断処理を実行すること
   を特徴とする診断装置。
5. 請求項４に記載の診断装置であって、
   前記診断部は、前記停止時診断処理としてＲＯＭ診断処理を実行する構成とされ、
   前記ＲＯＭ診断処理は、前記ＲＯＭ領域のうちプログラムが占める領域に基づいて、予め記憶された検出符号と、処理実行時に算出した算出符号とを比較すること
   を特徴とする診断装置。
6. 請求項４に記載の診断装置であって、
   前記診断部は、前記停止時診断処理としてＲＡＭ診断処理を実行する構成とされ、
   前記ＲＡＭ診断処理は、前記ＲＡＭ領域全体に値の書き込みおよび読み出しを行うこと
   を特徴とする診断装置。
7. 請求項４に記載の診断装置であって、
   前記診断部は、前記停止時診断処理としてレジスタ診断処理を実行する構成とされ、
   前記レジスタ診断処理は、前記レジスタ全体に値の書き込みおよび読み出しを行うこと
   を特徴とする診断装置。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか１つに記載の診断装置を備えた電力変換装置。

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