JP6714830B2 - 状態監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、直流回路を有する電力変換装置において、地絡故障や直流過電圧故障等を監視するための状態監視装置に関するものである。

図８は一般的な電力変換装置の回路構成図である。
図８において、ダイオード整流回路からなるコンバータ１０１は、交流入力端子Ｒ，Ｓ，Ｔから入力される三相交流電圧を直流電圧に変換し、正負の直流母線Ｐ，Ｎ間に出力する。これらの直流母線Ｐ，Ｎに接続された２レベルインバータ１０２は、コンデンサ１０２ａと、半導体スイッチング素子からなる三相インバータ回路１０２ｂとによって構成され、スイッチング素子の動作により直流電圧を三相交流電圧に変換して交流出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力する。
なお、三相交流電源及びコンバータ１０１の組み合わせに代えてバッテリー等の直流電源が使用される場合もある。

図９は、図８に示したような電力変換装置の直流母線Ｐ，Ｎ間に接続されて地絡故障や直流過電圧故障を検出する状態監視装置の回路図であり、特許文献１に記載されているものである。
図９において、直流母線Ｐ，Ｎ間には、抵抗素子Ｒ_１Ｐ，Ｒ_２Ｐを直列に接続してなる第１の抵抗素子群ＧＲ_１と、抵抗素子Ｒ_１Ｎ，Ｒ_２Ｎを直列に接続してなる第２の抵抗素子群ＧＲ_２とが直列に接続されている。

抵抗素子群ＧＲ_１を構成する抵抗素子Ｒ_１Ｐ，Ｒ_２Ｐ同士の接続点Ａは、正側給電回路３に接続されると共に、接続点Ａの電圧Ｖ_ｐは直流電圧演算回路２０７の一方の入力端子に入力されている。正側給電回路３には、例えば３端子レギュレータが使用されており、装置の動作に必要な正側電源電圧Ｖ_ｃｃが出力される。
また、抵抗素子群ＧＲ_２を構成する抵抗素子Ｒ_１Ｎ，Ｒ_２Ｎ同士の接続点Ｂは、負側給電回路４に接続されると共に、接続点Ｂの電圧Ｖ_ｎは直流電圧演算回路２０７の他方の入力端子に入力されている。この負側給電回路４にも３端子レギュレータ等が使用されており、装置の動作に必要な負側電源電圧Ｖ_ｅｅが出力される。

そして、抵抗素子群ＧＲ_１とＧＲ_２との相互接続点である中性点Ｍと、正側給電回路３の出力側との間にコンデンサＣ_１が接続され、中性点Ｍと負側給電回路４の出力側との間にコンデンサＣ_２が接続されている。
更に、中性点Ｍと接地点Ｇとの間には、接地抵抗となる第３の抵抗素子群ＧＲ_３が接続されている。この抵抗素子群ＧＲ_３も抵抗素子Ｒ_１Ｇ，Ｒ_２Ｇの直列回路によって構成されており、抵抗素子Ｒ_１Ｇ，Ｒ_２Ｇ同士の接続点Ｃから抵抗素子Ｒ_１Ｇの両端電圧Ｖ_ｇが検出される。

なお、図９において、２０８ａ，２０８ｂは基準電圧設定回路、２０９ａ，２０９ｂは電圧比較回路、２１０ａ，２１０ｂは間欠信号発振回路、２１２ａ，２１２ｂはＥ／Ｏ（電気／光）変換回路、２１３ａ，２１３ｂは光ケーブル、２１４ａ，２１４ｂはＯ／Ｅ（光／電気）変換回路、２１６は演算回路（図示せず）を含む上位の制御装置である。

この状態監視装置では、電圧比較回路２０９ａにより電圧Ｖ_ｇを設定値Ｖ_{ｇｆｓｅｔ}と比較して信号Ｖ_{ｇｆｄｅｔ}を生成し、間欠信号発振回路２１０ａから出力される間欠信号Ｓ_ｉｎｔａに基づきＥ／Ｏ変換回路２１２ａ、光ケーブル２１３ａ、Ｏ／Ｅ変換回路２１４ａを介して地絡検出信号Ｆ_ｇｆが出力される。
また、直流電圧演算回路２０７により演算した直流電圧Ｖ_ｄを電圧比較回路２０９ｂにより設定値Ｖ_{ｏｄｓｅｔ}と比較して信号Ｖ_{ｏｄｄｅｔ}を生成し、間欠信号発振回路２１０ｂから出力される間欠信号Ｓ_ｉｎｔｂに基づき、Ｅ／Ｏ変換回路２１２ｂ、光ケーブル２１３ｂ、Ｏ／Ｅ変換回路２１４ｂを介して直流過電圧検出信号Ｆ_ｏｄが出力される。
なお、図１０は、上記間欠信号Ｓ_ｉｎｔａまたはＳ_ｉｎｔｂをＳ_ｉｎｔと表記した波形図であり、Ｔは間欠信号Ｓ_ｉｎｔの周期を示し、Ｔ_１，Ｔ_２はそれぞれ論理状態が“１”，“０”の期間を示している。

特開２０１３−１８３５２２号公報（図１等）

図８〜図１０に示した従来技術によれば、地絡故障及び直流過電圧故障の両方を１台の状態監視装置によって検出可能であると共に、装置の動作に必要な電源を外部から供給する必要がないことから、装置のコスト低減や小型化を図ることができる。
しかし、実際の電力変換装置では、地絡や直流過電圧等の故障検出用以外に、装置の運転を制御するうえで直流電圧の大きさを知るための電圧検出器等が必要になるため、全体的な電圧検出器の台数を少なくしたい要請には十分に応えることができない。

また、上記従来技術では、予め設定された故障判定用の設定値と電圧検出値との比較結果だけを上位の制御装置２１６に伝送して故障判定を行うことが動作の基本となっている。
従って、電力変換装置の運転状態に応じて故障判定用の設定値を変更することで可能な限り運転を継続可能とする、等の柔軟な対応を行うことができなかった。

そこで、本発明の解決課題は、電力変換装置全体で使用される電圧検出器の台数を減少させると共に、故障判定用の設定値を運転状態に応じて柔軟に変更可能とし、電力変換装置をできるだけ継続的に運転可能とした状態監視装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、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、
前記第１の抵抗素子群及び前記第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抵抗素子と、
前記第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、
前記第１の給電手段の出力側に接続された第１の蓄電手段と、
前記第１の給電手段の出力電圧を監視する電圧監視手段と、
前記電圧監視手段による監視結果に応じて間欠信号を発生する間欠信号発生手段と、
前記第１の接続点と前記相互接続点との間の電圧を前記間欠信号に応じて第１のディジタル信号に変換する第１のＡＤ変換手段と、
前記第２の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第２の接続点と前記相互接続点との間の電圧を前記間欠信号に応じて第２のディジタル信号に変換する第２のＡＤ変換手段と、
前記第１のディジタル信号及び前記第２のディジタル信号を前記間欠信号に応じてシリアル信号に変換して出力するシリアル信号変換手段と、
前記シリアル信号から変換した光シリアル信号を状態監視信号として出力する電気／光変換手段と、を備えたものである。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した状態監視装置において、前記第２の接続点に接続された第２の給電手段と、前記第２の給電手段の出力側に接続された第２の蓄電手段と、を備え、前記電圧監視手段が、前記第２の給電手段の出力電圧も監視可能であることを特徴とする。

本発明によれば、地絡故障や直流過電圧故障を示す情報だけでなく、接地電圧についても連続的なアナログ信号として装置内に取り込み、これをディジタル信号に変換した後に光シリアル信号として上位の制御装置に伝送し、演算処理を行うものである。これにより、故障検出用及び直流電圧検出用の電圧検出器を統合することが可能であり、電力変換装置全体で使用する電圧検出器の台数を減少させてコストの低減を図ることができる。
また、電圧検出値と比較される判定用の設定値を運転状態に応じて柔軟に切替えるようにすれば、結果として電力変換装置を継続的に運転可能な期間が長くなり、信頼性の向上につながる。

本発明の第１実施形態を示す回路構成図である。 第１実施形態における電源電圧監視回路の動作を説明するための信号波形図である。 第１実施形態における検出動作の概要を説明するための信号波形図である。 第１実施形態における検出動作の詳細を説明するための信号波形図である。 ＵＡＲＴ方式により伝送されるシリアル信号の説明図である。 第１実施形態における地絡故障の有無による電圧・電流の状態を説明するための回路構成図（等価回路図）である。 本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。 従来の状態監視装置が適用される電力変換装置の回路構成図である。 従来の状態監視装置の回路構成図である。 図９における間欠信号Ｓ_ｉｎｔａまたはＳ_ｉｎｔｂの一例を示す波形図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は、例えば図８に示した電力変換装置に適用される第１実施形態の状態監視装置の回路構成図である。この状態監視装置も、電力変換装置内の正負の直流母線Ｐ，Ｎ間に接続して使用される。

図１において、直流母線Ｐ，Ｎ間に、抵抗素子Ｒ_１Ｐ，Ｒ_２Ｐの直列回路からなる第１の抵抗素子群ＧＲ_１と、抵抗素子Ｒ_１Ｎ，Ｒ_２Ｎの直列回路からなる第２の抵抗素子群ＧＲ_２とが直列に接続される点は、図９と同様である。ここで、Ｖ_Ｐは母線Ｐ−中性点Ｍ間の電圧、Ｖ_Ｎは中性点Ｍ−母線Ｎ間の電圧、Ｖ_ｐは接続点Ａ−中性点Ｍ間の電圧、Ｖ_ｎは中性点Ｍ−接続点Ｂ間の電圧、Ｉ_ｐ，Ｉ_ｎは抵抗素子群ＧＲ_１，ＧＲ_２をそれぞれ流れる電流を示す。
Ｒ_Ｇは中性点Ｍと接地点Ｇとの間に接続された接地抵抗であり、Ｉ_ｇは接地抵抗Ｒ_Ｇを流れる電流（地絡電流）である。なお、中性点Ｍは、請求項における相互接続点に相当する。

抵抗素子群ＧＲ_１の中の接続点Ａには、３端子レギュレータ等の正側給電回路３が接続されており、この正側給電回路３から、状態監視装置の動作に必要な正側電源電圧Ｖ_ｃｃが出力される。また、正側給電回路３の出力側と中性点Ｍとの間にはコンデンサＣ_１が接続されている。
ここで、正側給電回路３は請求項における第１の給電手段に相当し、コンデンサＣ_１は第１の蓄電手段に相当する。

正側給電回路３の出力側には電源電圧監視回路１１ａが接続され、その出力信号Ｖ_ＥＮは間欠信号発生回路１２により間欠信号Ｓ_ＩＮＴに変換される。この間欠信号Ｓ_ＩＮＴはＡＤ（アナログ／ディジタル）変換回路１３ａ，１３ｂ及びシリアル信号変換回路１４ａ，１４ｂに入力され、ＡＤ変換回路１３ａ，１３ｂには接続点Ａ，Ｂの電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎもそれぞれ入力されている。

ＡＤ変換回路１３ａ，１３ｂは、間欠信号Ｓ_ＩＮＴの論理状態（“０”または“１”）に応じて、アナログ電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎをディジタル信号Ｄ_ＶＡ，Ｄ_ＶＢにそれぞれ変換して出力する。
シリアル信号変換回路１４ａ，１４ｂは、間欠信号Ｓ_ＩＮＴの論理状態に応じて、ディジタル信号Ｄ_ＶＡ，Ｄ_ＶＢをシリアル信号Ｓ_ＶＡ，Ｓ_ＶＢにそれぞれ変換して出力する。

シリアル信号選択回路１５は、シリアル信号Ｓ_ＶＡ，Ｓ_ＶＢのうち何れかを選択し、シリアル信号Ｓ_Ｅとして出力する。
Ｅ／Ｏ（電気／光）変換回路１６は、シリアル信号Ｓ_Ｅを光シリアル信号Ｓ_Ｌに変換し、光ケーブル４１を介して上位の制御装置５１内のＯ／Ｅ（光／電気）変換回路１７に送出する。このＯ／Ｅ変換回路１７では、光シリアル信号Ｓ_Ｌを電気信号としての状態監視データＳ_ｄａｔａに変換する。

上記構成において、ＡＤ変換回路１３ａ，１３ｂは請求項におけるディジタル信号演算手段に相当し、シリアル信号変換回路１４ａ，１４ｂは同じくシリアル信号変換手段に相当する。また、光シリアル信号Ｓ_Ｌは請求項における状態監視信号に相当する。

次に、この状態監視装置の詳細な動作を説明する。
前述の図８に示したコンバータ１０１等から図１の直流母線Ｐ，Ｎの間に直流電圧が印加されると、抵抗素子群ＧＲ_１，ＧＲ_２に電流が流れる。地絡故障が発生していない状態では、抵抗素子群ＧＲ_１に流れる電流Ｉ_ｐと抵抗素子群ＧＲ_２に流れる電流Ｉ_ｎとは、ほぼ同じ値となる。

抵抗素子群ＧＲ_１を構成する抵抗素子Ｒ_１Ｐ，Ｒ_２Ｐ同士の接続点Ａから正側給電回路３に電流が流れるので、厳密にはＩ_ｐの方がＩ_ｎより若干小さくなる。しかし、正側給電回路３の入力電流は微少であるため、通常の装置において、Ｉ_ｐとＩ_ｎとの差はＡＤ変換回路１３ａ，１３ｂの精度や制御演算、故障検出などにおいて誤差の範囲にとどまる。よって、Ｉ_ｐとＩ_ｎとは等しいと考えて差し支えない。

正側給電回路３に入力電流が流れると正側電源電圧Ｖ_ｃｃが出力され、コンデンサＣ_１が充電される。充電の開始時刻をｔ_ｖ０とすると、コンデンサＣ_１の電圧すなわち正側電源電圧Ｖ_ｃｃは、図２（ａ）に示すように正側給電回路３が定常状態で出力する電圧Ｖ_１００に向かって上昇する。
コンデンサＣ_１の充電を開始してから時刻ｔ_ｖ９５まで経過すると、正側電源電圧Ｖ_ｃｃは回路が十分に動作可能な設定値、例えば電圧Ｖ_９５に到達し、この時点で、電源電圧監視回路１１ａの出力信号Ｖ_ＥＮは、図２（ｂ）のように論理状態が“０”から“１”に変化する。
なお、電源電圧監視回路１１ａにおいて、出力信号Ｖ_ＥＮの論理状態を“０”から“１”に変化させる設定値（上記の例では電圧Ｖ_９５）を必要に応じて変更することにより、後述する地絡故障や直流過電圧故障の検出感度、電源電圧の監視精度を適宜調整することができる。

信号Ｖ_ＥＮの論理状態が“１”になると、この信号Ｖ_ＥＮが入力された間欠信号発生回路１２からは、図３（ａ）のように周期Ｔの間欠信号Ｓ_ＩＮＴが出力される。この間欠信号Ｓ_ＩＮＴの論理状態“１”の期間をＴ_１、論理状態“０”の期間をＴ_２とすると、これらの期間の長さの関係はＴ_１＜Ｔ_２であり、期間Ｔ_１が後段の回路の動作時間、期間Ｔ_２が休止期間と考えることができる。
図３（ａ）の間欠信号Ｓ_ＩＮＴに応じて、間欠信号発生回路１２の後段に接続されたＡＤ変換回路１３ａの動作及び出力信号Ｄ_ＶＡ、シリアル信号変換回路１４ａから出力されるシリアル信号Ｓ_ＶＡは、図３（ｂ）〜（ｄ）のようになる。

次に、図４は、間欠信号Ｓ_ＩＮＴの論理状態“１”の期間Ｔ_１を拡大した状態の、後段の回路の動作や出力信号を示す波形図である。
図４（ａ）のように、間欠信号Ｓ_ＩＮＴの論理状態が“０”から“１”に変化すると、この間欠信号Ｓ_ＩＮＴが入力されたＡＤ変換回路１３ａの動作は図４（ｂ）のように変換中となり、入力電圧Ｖ_ｐに対する変換動作を開始する。そして、変換動作に必要な期間Ｔ_ＣＨＧを経過すると変換動作が終了し、図４（ｃ）のように、入力電圧Ｖ_ｐに相当する変換結果データ（ディジタル信号Ｄ_ＶＡ）が出力される。
図示されていないが、同様に、図４（ａ）の間欠信号Ｓ_ＩＮＴが入力された他方のＡＤ変換回路１３ｂでも、入力電圧Ｖ_ｎに対する変換結果データを出力する。

シリアル信号変換回路１４ａでは、図４（ｄ）のように、ＡＤ変換回路１３ａによる変換動作が終了してから遅れ時間Ｔ_ＤＬＹＡを経過した後に、変換結果データであるディジタル信号Ｄ_ＶＡをシリアル信号Ｓ_ＶＡに変換して出力する。
上記の遅れ時間Ｔ_ＤＬＹＡとしては、ＡＤ変換回路１３ａにより変換結果データが出力され始めてから安定（確定）するまでの時間を考慮して、シリアル信号変換回路１４ａに適当な値を設定すれば良い。

シリアル信号は出力方法によって様々な形式があるが、例えば、一般的によく知られたＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｒｅｃｅｉｖｅｒ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ：汎用非同期送受信回路）方式では、図５（ａ）のようにクロック信号Ｓ_ＣＬＫの立ち上がりに同期して図５（ｂ）のように１ビットずつシリアルデータを出力する。シリアル信号として出力されるデータの先頭はスタートビット（ＳＴ）であり、これに続いて８ビット分のデータ（Ｄ_０〜Ｄ_７）、次にパリティビット（ＰＲ）と続き、最後にストップビット（ＳＰ）となる。ストップビット、パリティビットは，装置の仕様により、使用しない場合もある。

シリアル信号変換回路１４ｂの動作も、基本的にはシリアル信号変換回路１４ａと同様であるが、図４（ｅ）のように、ＡＤ変換回路１３ｂによる変換動作が終了してから遅れ時間Ｔ_ＤＬＹＢを経過した後にシリアル信号Ｓ_ＶＢが出力されるようになっている。
上記の遅れ時間Ｔ_ＤＬＹＢは、図４（ｅ）に示すごとく、前述した遅れ時間Ｔ_ＤＬＹＡに加えて、シリアル信号変換回路１４ａがシリアル信号Ｓ_ＶＡを出力する時間Ｔ_{ＳＬＯＵＴ}と、この時間Ｔ_{ＳＬＯＵＴ}経過後の適宜な余裕時間Ｔ_Ｄとを考慮してシリアル信号変換回路１４ｂに設定すれば良い。

シリアル信号選択回路１５では、シリアル信号変換回路１４ａ，１４ｂからそれぞれ出力されるシリアル信号Ｓ_ＶＡ，Ｓ_ＶＢのうち、実際に存在するシリアル信号を選択し、シリアル信号Ｓ_Ｅとして出力する。言い換えれば、シリアル信号選択回路１５は、時間軸に沿ってシリアル信号Ｓ_ＶＡ，Ｓ_ＶＢの和を出力することになる。

シリアル信号選択回路１５から出力されたシリアル信号Ｓ_Ｅは、前述したように、Ｅ／Ｏ変換回路１６により図４（ｆ）に示す光シリアル信号Ｓ_Ｌすなわち状態監視信号に変換され、光ケーブル４１を介して制御装置５１内のＯ／Ｅ変換回路１７により状態監視データＳ_ｄａｔａに変換される。この状態監視データＳ_ｄａｔａは、図示されていない演算装置に取り込まれ、電力変換装置の運転を制御するための演算や、地絡故障，直流過電圧故障を検出するための演算が実行される。

光ケーブル４１上の光シリアル信号Ｓ_Ｌは、図４（ｆ）における※１，※２で示すように、電圧Ｖ_ｐをＡＤ変換回路１３ａにより変換して得た光シリアル信号Ｓ_ＶＡと、電圧Ｖ_ｎをＡＤ変換回路１３ｂにより変換して得た光シリアル信号Ｓ_ＶＢとが連続する信号となる。

図９，図１０に示した従来技術では、間欠信号Ｓ_ｉｎｔ（Ｓ_ｉｎｔａ，Ｓ_ｉｎｔｂ）の論理状態が“１”の場合に、Ｅ／Ｏ変換回路２１２ａ，２１２ｂが光を常時、出力している。これに対し、本実施形態では、図４（ｆ）に示すような光シリアル信号Ｓ_ＬをＥ／Ｏ変換回路１６から出力させることで、光を出力する論理状態“１”の期間を短くすることができ、結果として消費電力の低減が可能となる。

次いで、図６は、第１実施形態において地絡故障の有無による電圧・電流の状態を説明するための回路構成図であり、直流電源６０（図８のコンバータ１０１に相当）、抵抗素子群ＧＲ_１，ＧＲ_２、接地抵抗Ｒ_Ｇのみを用いて示した等価回路図である。
以下の説明では、簡略化のために抵抗素子Ｒ_１Ｐ，Ｒ_１Ｎの抵抗値が等しいものとし（何れも抵抗値をＲ_１［Ω］とし）、抵抗素子Ｒ_２Ｐ，Ｒ_２Ｎの抵抗値も等しいものとする（何れも抵抗値をＲ_２［Ω］とする）。なお、接地抵抗Ｒ_Ｇの抵抗値は、符号をそのまま用いてＲ_Ｇ［Ω］とする。

図６（ａ）は、地絡故障がない場合の等価回路である。この場合、接地抵抗Ｒ_Ｇには電流が流れず、Ｉ_ｇ＝０として無視することができ、抵抗素子群ＧＲ_１を流れる電流Ｉ_ｐはそのまま抵抗素子群ＧＲ_２を流れるＩ_ｎとなる。よって、数式１の関係が成り立つ。
［数式１］
Ｉ_ｐ＝Ｉ_ｎ

上記の電流Ｉ_ｐ，Ｉ_ｎは、既知の抵抗値Ｒ_１及び電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎから、数式２，数式３によって表される。

以上の関係から、電圧Ｖ_ｐとＶ_ｎとは、数式４に示すように等しくなる。
［数式４］
Ｖ_ｐ＝Ｖ_ｎ

従って、図１に示した回路において、電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎの値が光シリアル信号Ｓ_Ｌとして光ケーブル４１経由で制御装置５１内の演算回路に伝送されることにより、演算回路がＶ_ｐとＶ_ｎとが等しいことを検出できれば、地絡故障が発生していないと判定することができる。また、図６（ａ）において直流電源６０が直流母線Ｐ，Ｎ間に出力している電圧Ｅは、電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎと既知の抵抗値Ｒ_１，Ｒ_２とを用いて表すと数式５のようになるので、演算回路はこの電圧Ｅも求めることができる。

次に、図６（ｂ）は直流回路の負側の母線Ｎが地絡したときの等価回路である。この場合は、抵抗素子群ＧＲ_１の電流Ｉ_ｐが、抵抗素子群ＧＲ_２の電流Ｉ_ｎと接地抵抗Ｒ_Ｇを流れる電流Ｉ_ｇとに分流する。これらの電流の関係と、大きさが異なる電流Ｉ_ｐとＩ_ｎとの大小関係は、数式６，数式７となる。
［数式６］
Ｉ_ｐ＝Ｉ_ｎ＋Ｉ_ｇ
［数式７］
Ｉ_ｐ＞Ｉ_ｎ

電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎは前述した数式２，数式３により表されるので、これらの電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎも大きさが異なるようになり、両者の大小関係は数式８となる。
［数式８］
Ｖ_ｐ＞Ｖ_ｎ
以上から、電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎの値が光シリアル信号Ｓ_Ｌとして伝送された制御装置５１内の演算回路は、Ｖ_ｐ＞Ｖ_ｎであることを検出した場合に、負側の母線Ｎにおいて地絡故障が発生したと判定することができる。

更に、図６（ｃ）は正側の母線Ｐが地絡したときの等価回路である。
この場合は、抵抗素子群ＧＲ_１の電流Ｉ_ｐと接地抵抗Ｒ_Ｇの電流Ｉ_ｇとの和が抵抗素子群ＧＲ_２の電流Ｉ_ｐとなる。これらの電流の関係と、大きさが異なる電流Ｉ_ｐ，Ｉ_ｎの大小関係は数式９，数式１０となる。
［数式９］
Ｉ_ｎ＝Ｉ_ｐ＋Ｉ_ｇ
［数式１０］
Ｉ_ｐ＜Ｉ_ｎ

電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎは前述した数式２，３により表されるので、これらの電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎも大きさが異なるようになり、両者の大小関係は数式１１となる。
［数式１１］
Ｖ_ｐ＜Ｖ_ｎ
電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎの値が光シリアル信号Ｓ_Ｌとして伝送された制御装置５１内の演算回路は、Ｖ_ｐ＜Ｖ_ｎであることを検出した場合に、正側の母線Ｐにおいて地絡故障が発生したと判定することができる。

図６による説明は、等価回路を用いて簡略化したものであるため、地絡発生時は母線ＰまたはＮが接地点Ｇに直接接続されることを前提としているが、実際の電力変換装置では、他の何らかの導体や地面等、値が不明な抵抗要素が更に直列に接続されることになる。このため、地絡電流は変化するが、本実施形態では接地抵抗Ｒ_Ｇに流れる電流Ｉ_ｇの計算に基づいて地絡電流の大きさを計算できるので、地絡の程度（危険度）を知ることが可能である。
また、数式５によれば、電圧Ｖ_ｐ，Ｖ_ｎ等の大きさに基づいて直流電源６０の出力電圧Ｅも計算可能であり、その計算結果を用いた演算によって直流過電圧故障も判定することができる。

次に、図７は、本発明の第２実施形態を示す回路構成図である。
前述した図１の第１実施形態は正側給電回路３（正側電源）のみで動作するのに対し、図７に示す第２実施形態は、正側及び負側の両電源を必要とする高精度のＡＤ変換回路等を使用する場合を考慮したものである。

すなわち、図７において、抵抗素子群ＧＲ_２を構成する抵抗素子Ｒ_１Ｎ，Ｒ_２Ｎ同士の接続点Ｂに負側給電回路４（負側電源）の入力側を接続すると共に、この負側給電回路４の出力側と中性点Ｍとの間にコンデンサＣ_２を接続し、これらによって負側電源電圧Ｖ_ｅｅを発生させる。この負側電源電圧Ｖ_ｅｅと正側電源電圧Ｖ_ｃｃとを電源電圧監視回路１１ｂに入力して所定の設定値（閾値）と比較することにより、各電源電圧Ｖ_ｃｃ，Ｖ_ｅｅが回路動作に必要な状態であるか否かを判定するようにしたものである。なお、図７におけるその他の部分については図１と同じ記号を付してあり、地絡故障を検出する動作も第１実施形態と同様である。
ここで、負側給電回路４は請求項における第２の給電手段に相当し、コンデンサＣ_２は第２の蓄電手段に相当する。

前述した第１実施形態では、正側電源電圧Ｖ_ｃｃが所定値に達しない場合に信号Ｖ_ＥＮの論理状態が“０”となり、間欠信号発生回路１２以降の動作が行われなくなって正側電源電圧Ｖ_ｃｃの異常を検出可能であるが、第２実施形態によれば、同様の原理によって負側電源電圧Ｖ_ｅｅの異常も検出することができる。

本発明に係る状態監視装置は、図８のような電力変換装置ばかりでなく、直流回路（正負の直流母線Ｐ，Ｎ）を有する様々な装置を対象として、地絡故障、直流過電圧故障、正負の電源電圧異常の監視に利用することができる。

Ｒ，Ｓ，Ｔ：交流入力端子
Ｕ，Ｖ，Ｗ：交流出力端子
Ｐ：直流母線（正側母線）
Ｎ：直流母線（負側母線）
Ａ，Ｂ：接続点
Ｍ：中性点
Ｇ：接地点
ＧＲ_１：第１の抵抗素子群
ＧＲ_２：第２の抵抗素子群
Ｒ_１Ｐ，Ｒ_２Ｐ：抵抗素子
Ｒ_１Ｎ，Ｒ_２Ｎ：抵抗素子
Ｒ_Ｇ：接地抵抗
Ｃ_１，Ｃ_２：コンデンサ
３：正側給電回路
４：負側給電回路
１１ａ，１１ｂ：電源電圧監視回路
１２：間欠信号発生回路
１３ａ，１３ｂ：ＡＤ変換回路
１４ａ，１４ｂ：シリアル信号変換回路
１５：シリアル信号選択回路
１６：Ｅ／Ｏ変換回路
１７：Ｏ／Ｅ変換回路
４１：光ケーブル
５１：制御装置
１０１：コンバータ
１０２：２レベルインバータ
１０２ａ：コンデンサ
１０２ｂ：三相インバータ回路

Claims (2)

1. 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、
   前記第１の抵抗素子群及び前記第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抵抗素子と、
   前記第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、
   前記第１の給電手段の出力側に接続された第１の蓄電手段と、
   前記第１の給電手段の出力電圧を監視する電圧監視手段と、
   前記電圧監視手段による監視結果に応じて間欠信号を発生する間欠信号発生手段と、
   前記第１の接続点と前記相互接続点との間の電圧を前記間欠信号に応じて第１のディジタル信号に変換する第１のＡＤ変換手段と、
   前記第２の抵抗素子群を構成する抵抗素子同士の第２の接続点と前記相互接続点との間の電圧を前記間欠信号に応じて第２のディジタル信号に変換する第２のＡＤ変換手段と、
   前記第１のディジタル信号及び前記第２のディジタル信号を前記間欠信号に応じてシリアル信号に変換して出力するシリアル信号変換手段と、
   前記シリアル信号から変換した光シリアル信号を状態監視信号として出力する電気／光変換手段と、
   を備えたことを特徴とする状態監視装置。
2. 請求項１に記載した状態監視装置において、
   前記第２の接続点に接続された第２の給電手段と、前記第２の給電手段の出力側に接続された第２の蓄電手段と、を備え、
   前記電圧監視手段が、前記第２の給電手段の出力電圧も監視可能であることを特徴とする状態監視装置。

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