JP7219665B2 - POWER CONVERSION DEVICE AND ABNORMALITY DETECTION METHOD - Google Patents

POWER CONVERSION DEVICE AND ABNORMALITY DETECTION METHOD Download PDF

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Description

本発明は、単相3レベル変換器を用いた電力変換装置および異常検出方法に関する。 The present invention relates to a power converter and an abnormality detection method using a single-phase three-level converter.

単相3レベル変換器は、内部に2相分の半導体スイッチング素子で構成されるアセンブリを備え、該アセンブリ内の半導体スイッチング素子のPWM制御により、交流出力端子に出力する交流電圧を制御する。これにより、所望の交流電力が、負荷もしくは交流系統(電力系統)との間で出し入れされる。 A single-phase three-level converter internally includes an assembly composed of semiconductor switching elements for two phases, and controls an AC voltage output to an AC output terminal by PWM control of the semiconductor switching elements in the assembly. As a result, desired AC power is transferred to and from the load or the AC system (power system).

3レベルの変換器(例えば、インバータ)は、直流部に2つの直流電圧回路による電位を有する。該2つの直流電圧回路として、コンデンサに代表される電力貯蔵回路を2つ備え、該2つの直流電圧回路の電圧バランスを出力交流電圧の指令値により補正する。 A three-level converter (eg an inverter) has potentials in its DC part from two DC voltage circuits. As the two DC voltage circuits, two power storage circuits represented by capacitors are provided, and the voltage balance of the two DC voltage circuits is corrected by the command value of the output AC voltage.

電圧バランス制御は、例えば直流バイアス重畳方式などにより実現できる。仮に、直流電圧センサが異常値を示して、検出値が実際の直流電圧回路の出力電圧と異なると、3レベルインバータは所望の交流電圧を出力できなくなる。これにより、検出値と実際の出力電圧との乖離が過大となると、半導体スイッチング素子の過電圧保護が正規に実施できず、素子故障を起こす恐れもある。そのため、直流電圧センサの異常をいち早く検出する必要がある。 Voltage balance control can be realized by, for example, a DC bias superimposition method. If the DC voltage sensor indicates an abnormal value and the detected value is different from the actual output voltage of the DC voltage circuit, the 3-level inverter will not be able to output the desired AC voltage. As a result, if the deviation between the detected value and the actual output voltage becomes excessively large, the overvoltage protection of the semiconductor switching element cannot be performed normally, and there is a possibility that the element will fail. Therefore, it is necessary to quickly detect an abnormality in the DC voltage sensor.

特許文献1には、ダイオード整流回路の出力側に直流電圧センサを冗長に設置し、変換器の出力電圧制御に利用していた直流電圧センサが異常値を示した時には、別のセンサの値を用いて制御する方法が示されている。 In Patent Document 1, a DC voltage sensor is redundantly installed on the output side of a diode rectifier circuit, and when the DC voltage sensor used for output voltage control of the converter indicates an abnormal value, the value of another sensor is used. A method of controlling using is shown.

特開2014-54089号公報JP 2014-54089 A

特許文献1に記載されている技術では、直流電圧センサを必要以上に設置するため、設備の大きさと共にコストが増大する。
本発明は、上記の課題を解決することも含めて、単相3レベル変換器において常に監視する交流出力の情報に基づき、単相3レベル変換器に設ける直流電圧センサの異常を検出するものである。
In the technique described in Patent Document 1, more DC voltage sensors than necessary are installed, so the size of the equipment increases and the cost increases.
The present invention, including solving the above problems, detects an abnormality in a DC voltage sensor provided in a single-phase three-level converter based on information on the AC output constantly monitored in the single-phase three-level converter. be.

上記課題を解決するために、本発明に係る電力変換装置は、単相3レベル変換器と、単相3レベル変換器を構成する正側および負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を検出する直流電圧センサとを有し、直流電圧センサの検出値が真値と等しいとして、正側および負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を等しく保つ制御を行い、単相3レベル変換器からの出力交流電圧を検出する交流電圧センサと、単相3レベル変換器からの出力交流電流を検出する交流電流センサと、単相3レベル変換器からの出力電力の有効電力の指令値と検出値との差分および当該出力電力の無効電力の指令値と検出値との差分並びに出力交流電流に基づいて単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値を計算する出力電圧指令計算部と、出力交流電圧と出力電圧指令値とを比較して直流電圧センサの異常を判定する電圧比較部とを備えることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a power converter according to the present invention detects DC voltages of a single-phase three-level converter and positive-side and negative-side DC voltage circuits that constitute the single-phase three-level converter. and a DC voltage sensor, assuming that the detected value of the DC voltage sensor is equal to the true value, control is performed to keep the DC voltages of the positive side and negative side DC voltage circuits equal, and the output from the single-phase three-level converter is controlled. AC voltage sensor for detecting AC voltage, AC current sensor for detecting AC current output from the single-phase three-level converter, command value and detection value of active power of output power from the single-phase three-level converter an output voltage command calculation unit for calculating an output voltage command value for a single-phase three-level converter based on the difference, the difference between the command value and the detected value of the reactive power of the output power, and the output AC current; and a voltage comparator for determining an abnormality of the DC voltage sensor by comparing it with the output voltage command value.

本発明によれば、単相3レベル変換器に用いる直流電圧センサの異常を、そのための追加機器を設けることなしに検出することを可能にする。 According to the present invention, it is possible to detect an abnormality of a DC voltage sensor used in a single-phase three-level converter without providing additional equipment therefor.

本発明を適用する電力変換装置の構成の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of a structure of the power converter device which applies this invention. 半導体スイッチング素子のON/OFFの切り替えによる交流電圧の出力パターンを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an AC voltage output pattern by ON/OFF switching of a semiconductor switching element; 単相3レベル変換器から出力される交流線間電圧の波形を示す図である。It is a figure which shows the waveform of the alternating current line voltage output from a single phase 3 level converter. 直流電圧センサの正常時と異常時における検出値と電圧真値との比較を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a comparison between a detected value and a true voltage value of a DC voltage sensor in normal and abnormal conditions; 直流電圧センサの異常の有無による出力交流電圧の違いを示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a difference in output AC voltage depending on whether or not there is an abnormality in the DC voltage sensor; 本発明の実施例1に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows an example of a structure of the power converter device which concerns on Example 1 of this invention. 出力電圧指令計算部を構成する制御ブロックを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a control block that constitutes an output voltage command calculator; 図7に示す電力制御ブロックの構成の一例を示す図である。8 is a diagram showing an example of a configuration of a power control block shown in FIG. 7; FIG. 変換器出力電圧を算出するためのベクトル関係を示す図である。FIG. 3 shows the vector relationships for calculating the converter output voltage;

以下に、まず、単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値と実際の出力交流電圧との比較により直流電圧センサの異常を検出できる原理を説明する。その後、本発明に係る電力変換装置の実施例を説明する。ここにおいて、直流電圧センサの異常とは、当該センサの経年劣化等によって検出誤差が増大し異常値を提示するような状態を意味し、物理的な破損等により電圧検出不能のような故障状態を意味するものではない。 First, the principle of detecting an abnormality in the DC voltage sensor by comparing the output voltage command value for the single-phase three-level converter with the actual output AC voltage will be described below. After that, an embodiment of the power converter according to the present invention will be described. Here, the abnormality of the DC voltage sensor means a state in which the detection error increases due to aged deterioration of the sensor, etc., and an abnormal value is presented. does not mean

図1は、本発明を適用する電力変換装置の構成の一例を示す図である。
電力変換装置1000は、有効電力と無効電力とを交流系統1001に出力する装置である。電力変換装置1000は、交流電圧検出器1002、連系変圧器1003、電流検出器1004、直流電圧センサ1005、制御装置1006、半導体スイッチング素子1007、正極側コンデンサ1008、負極側コンデンサ1009およびU相変換部1011(二点鎖線の枠)とV相変換部1012(一点鎖線の枠)とから成る単相3レベル変換器1010(実線の枠)から構成される。U相変換部1011およびV相変換部1012それぞれは、交流電圧を出力する。
FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a power converter to which the present invention is applied.
A power conversion device 1000 is a device that outputs active power and reactive power to an AC system 1001 . The power conversion device 1000 includes an AC voltage detector 1002, an interconnection transformer 1003, a current detector 1004, a DC voltage sensor 1005, a control device 1006, a semiconductor switching element 1007, a positive electrode capacitor 1008, a negative electrode capacitor 1009, and a U-phase converter. It is composed of a single-phase three-level converter 1010 (solid line frame) composed of a section 1011 (two-dot chain line frame) and a V-phase conversion section 1012 (one-dot chain line frame). U-phase conversion section 1011 and V-phase conversion section 1012 each output an AC voltage.

単相3レベル変換器1010を構成する2つの直流電圧回路と交流系統との接続パターンを、半導体スイッチング素子1007のON/OFFの組み合わせにより切り替え、U相およびV相がそれぞれ交流系統1001に3種類の出力レベルが異なる電圧を出力する。 The connection pattern between the two DC voltage circuits and the AC system that constitute the single-phase 3-level converter 1010 is switched by the ON/OFF combination of the semiconductor switching element 1007, and the U-phase and the V-phase are each connected to the AC system 1001 in three types. outputs voltages with different output levels.

図2は、半導体スイッチング素子1007のON/OFFの切り替えによる交流電圧の出力パターンを示す図である。
図2の(a)は、図1に示すU相1010またはV相1011と、コンデンサ1008および1009を抜き出した図である。回路上に示されたP、CおよびNは電位を表し、電位Cを0電位とした場合、電位Pはコンデンサ1008の電圧と等しくなり、電位Nはコンデンサ1009の電圧と等しくなる。図2(a)~(c)で、点線により示す経路が通電経路である。
FIG. 2 is a diagram showing an AC voltage output pattern by ON/OFF switching of the semiconductor switching element 1007. As shown in FIG.
FIG. 2(a) is a diagram extracting U-phase 1010 or V-phase 1011 and capacitors 1008 and 1009 shown in FIG. P, C and N shown on the circuit represent potentials, and when potential C is set to 0 potential, potential P is equal to the voltage of capacitor 1008 and potential N is equal to the voltage of capacitor 1009 . In FIGS. 2(a) to 2(c), paths indicated by dotted lines are energization paths.

図2に示すように、半導体スイッチング素子1007に対して、(a)では電位Pが、(b)では電位Cが、(c)では電位Nが、それぞれ接続されることになる。半導体スイッチング素子1007に接続される電位により、U相またはV相から出力される電圧が異なり、全3種の出力電圧をとることがわかる。 As shown in FIG. 2, the potential P is connected to the semiconductor switching element 1007 in (a), the potential C is connected in (b), and the potential N is connected in (c). It can be seen that the voltage output from the U-phase or the V-phase differs depending on the potential connected to the semiconductor switching element 1007, and all three types of output voltages are obtained.

これら3種類の出力電圧を、U相またはV相でduty比制御することにより、U-V相間で、図3に示すような交流線間電圧を出力する。図3は、単相3レベル変換器から出力される交流線間電圧の波形を示す図で、横軸は時間、縦軸は相間電圧である。図示のとおり、相間電圧は、半導体スイッチング素子1007の導通状態により、3つの直流回路電位を持つ相電圧の差分で決まる5つの電位レベルの矩形波電圧であることがわかる。 By controlling the duty ratios of these three types of output voltages in the U phase or the V phase, an AC line voltage as shown in FIG. 3 is output between the UV phases. FIG. 3 is a diagram showing the waveform of the AC line voltage output from the single-phase three-level converter, where the horizontal axis is time and the vertical axis is interphase voltage. As shown in the figure, the phase-to-phase voltage is a rectangular wave voltage with five potential levels determined by the difference between the phase voltages having three DC circuit potentials depending on the conducting state of the semiconductor switching element 1007 .

次に、直流電圧センサ1005が異常を示した時の直流電圧の動きについて、直流電圧センサ1005の異常有無での比較により説明する。なお、以下では付番の記載を省略する。 Next, the behavior of the DC voltage when the DC voltage sensor 1005 indicates an abnormality will be described by comparing the presence or absence of an abnormality in the DC voltage sensor 1005. FIG. Note that the numbering is omitted below.

最初に、直流電圧の真値と直流電圧センサによる検出値との関係を示す。その後、単相3レベル変換器を構成する2つの直流電圧回路の電圧動作を、単相3レベル変換器の制御に基づいて、直流電圧センサの正常時および異常時で説明する。 First, the relationship between the true value of the DC voltage and the value detected by the DC voltage sensor is shown. After that, the voltage operation of the two DC voltage circuits that constitute the single-phase three-level converter will be described based on the control of the single-phase three-level converter when the DC voltage sensor is normal and abnormal.

直流電圧回路内に直流電圧センサが設置される回路において、直流電圧センサの検出値は、直流電圧の実際の値(以下、「真値」という)に定数である電圧センサ検出ゲインを乗算した積となる。 In a circuit in which a DC voltage sensor is installed in a DC voltage circuit, the detection value of the DC voltage sensor is the product of the actual value of the DC voltage (hereinafter referred to as the “true value”) multiplied by the voltage sensor detection gain, which is a constant. becomes.

ここで、直流電圧センサの真値と検出値との関係を、式(1)に示す。式(1)に記載の、ETCPはP側直流電圧の真値、EFBCPはP側直流電圧センサの検出値、GCPはP側直流電圧センサの検出ゲインの値、である。直流電圧センサの正常時には、電圧真値と電圧検出値とは等しいため、GCPは1となる。一方、異常時には、GCPは1以外の値となる。すなわち、検出値と真値との間に誤差が生じることに相当する。なお、P側を示す時は添え字の末尾にはPを、N側を示す時には添え字の末尾にNを、それぞれ付与する。
FBCP=ETCP×GCP ・・・ (1)
Here, the relationship between the true value and the detected value of the DC voltage sensor is shown in Equation (1). In equation (1), E TCP is the true value of the P-side DC voltage, E FBCP is the detection value of the P-side DC voltage sensor, and G CP is the detection gain value of the P-side DC voltage sensor. When the DC voltage sensor is normal, GCP is 1 because the true voltage value and the detected voltage value are equal. On the other hand, G_CP takes a value other than 1 when abnormal. That is, it corresponds to the occurrence of an error between the detected value and the true value. P is added to the end of the suffix to indicate the P side, and N is added to the end of the suffix to indicate the N side.
EFBCP = ETCP x GCP (1)

単相3レベル変換器では、直流電圧バランス制御により2つの直流電圧を等しく保つ制御が実行される。しかし、半導体スイッチング素子の損失ばらつきや直流回路コンデンサ容量のアンバランスにより、2つの直流電圧回路の電圧に差が生じることがある。そのため、単相3レベル変換器は、直流電圧センサの検出値が真値と等しいとして、2つの直流電圧回路の電圧を等しく保つ制御が必要となる。 In the single-phase three-level converter, control is performed to keep two DC voltages equal by DC voltage balance control. However, a difference may occur between the voltages of the two DC voltage circuits due to loss variations in the semiconductor switching elements and imbalance in the capacitance of the DC circuit capacitors. Therefore, the single-phase three-level converter requires control to keep the voltages of the two DC voltage circuits equal, assuming that the detected value of the DC voltage sensor is equal to the true value.

直流電圧バランス制御により、直流電圧センサの正常時には、2つの直流電圧回路の電圧は等しくなるが、直流電圧センサの異常時には、2つの直流電圧回路の電圧検出値は等しくなるが、真値においては差が生じることになる。 Due to the DC voltage balance control, when the DC voltage sensor is normal, the voltages of the two DC voltage circuits are equal, but when the DC voltage sensor is abnormal, the voltage detection values of the two DC voltage circuits are equal. there will be a difference.

図4は、直流電圧センサの正常時と異常時における検出値と電圧真値との比較を示す図である。
直流電圧センサの正常時には、直流電圧センサの検出値=直流電圧(コンデンサ電圧)の真値、であるので、検出値が等しくなるよう制御すると真値も等しくなる。一方、2つの直流電圧センサの内1つが異常となって検出ゲイン(GCP)が1以外の値となると、直流電圧バランス制御により直流電圧の検出値を等しくするためのコンデンサ充電電流が流れることで、結果として2つのコンデンサ電圧の真値に差が生じる。
FIG. 4 is a diagram showing a comparison between the detected value and the true voltage value of the DC voltage sensor in the normal state and in the abnormal state.
When the DC voltage sensor is normal, the detected value of the DC voltage sensor=the true value of the DC voltage (capacitor voltage), so if the detected values are controlled to be equal, the true values will also be equal. On the other hand, when one of the two DC voltage sensors becomes abnormal and the detection gain (G CP ) becomes a value other than 1, a capacitor charging current flows to equalize the detected DC voltage values by DC voltage balance control. , resulting in a difference between the true values of the two capacitor voltages.

次に、2つの直流電圧回路の電圧が等しくない場合における交流系統への出力電圧について、交流系統への出力交流電圧と単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値とを比較することで、直流電圧センサの異常を判定できる理由を説明する。 Next, regarding the output voltage to the AC system when the voltages of the two DC voltage circuits are not equal, by comparing the output AC voltage to the AC system and the output voltage command value for the single-phase 3-level converter, The reason why the abnormality of the voltage sensor can be determined will be explained.

図5は、直流電圧センサの異常の有無による出力交流電圧の違いを示す図である。図5の表示形態は、図2と同様で、電位については、P=ETCP、C=0、N=-ETCN、としている。直流電圧センサに異常ありの場合には、2つの直流電圧が等しくないため、出力交流電圧が正の時と負の時でその絶対値に違いが生じる。そのため、直流電圧センサが異常を示すと、交流系統の出力交流電圧が所望の値とならない。そこで、単相3レベル変換器が出力する交流電圧値が単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値と異なる場合、直流電圧センサの異常と判定することができる。 FIG. 5 is a diagram showing a difference in output AC voltage depending on whether or not the DC voltage sensor is abnormal. The display form of FIG. 5 is the same as that of FIG. 2, and the potentials are P=E TCP , C=0, and N=-E TCN . If the DC voltage sensor is abnormal, the two DC voltages are not equal, so that the absolute values of the positive and negative output AC voltages differ. Therefore, when the DC voltage sensor indicates an abnormality, the output AC voltage of the AC system does not reach the desired value. Therefore, when the AC voltage value output by the single-phase three-level converter is different from the output voltage command value for the single-phase three-level converter, it can be determined that the DC voltage sensor is abnormal.

以下に、本発明の実施例1として、本発明に係る直流電圧センサの異常を診断するための実施形態の一例を示す。
図6は、本発明の実施例1に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図6では、直流電圧センサの異常を診断するための機能に必要な最低限の機能ブロックを示す。
An example of an embodiment for diagnosing an abnormality in a DC voltage sensor according to the present invention will be described below as Example 1 of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a configuration of a power converter according to Example 1 of the present invention. FIG. 6 shows the minimum functional blocks necessary for the function of diagnosing an abnormality in the DC voltage sensor.

本実施例1は、図1に示す単相3レベル変換器1010、直流電圧センサ1005、交流電圧センサ6002に対して、制御演算を実行するCPUを含む電力制御用処理装置6001を追加する構成となる。 The first embodiment has a configuration in which a power control processor 6001 including a CPU for executing control calculations is added to the single-phase three-level converter 1010, the DC voltage sensor 1005, and the AC voltage sensor 6002 shown in FIG. Become.

直流電圧センサ1005の異常を診断する機能は、電力制御用処理装置6001内に実装されることになる。電力制御用処理装置6001が実装する機能ブロックは、出力電圧指令計算部6003、交流電圧検出部6005および電圧比較部6004から構成される。 A function of diagnosing an abnormality of the DC voltage sensor 1005 is implemented in the power control processor 6001 . The functional blocks implemented by the power control processor 6001 are composed of an output voltage command calculator 6003 , an AC voltage detector 6005 and a voltage comparator 6004 .

出力電圧指令計算部6003は、単相3レベル変換器1010から交流系統に出力する電力値所望の値にするために、単相3レベル変換器1010からの出力電力の有効電力および無効電力並びに出力交流電流に基づいて、単相3レベル変換器1000に対する電圧指令値を計算する。 Output voltage command calculation unit 6003 calculates the active power and reactive power of the output power from single-phase three-level converter 1010 and A voltage command value for the single-phase three-level converter 1000 is calculated based on the output alternating current .

図7は、出力電圧指令計算部6003を構成する制御ブロックを示す図である。
単相3レベル変換器1010からの出力電力の有効電力の指令値Prefと現在の有効電力検出値Pfbとの偏差が有効電力制御ブロックAPRに入力され、出力電流有効成分の指令値idrefが演算される。また、単相3レベル変換器1010からの出力電力の無効電力の指令値Qrefと現在の無効電力検出値Qfbとの偏差が無効電力制御ブロックAQRに入力され、出力電流無効成分の指令値iqrefが演算される。
FIG. 7 is a diagram showing control blocks forming the output voltage command calculation unit 6003. As shown in FIG.
The deviation between the active power command value P ref of the output power from the single-phase three-level converter 1010 and the current active power detection value P fb is input to the active power control block APR, and the output current active component command value i dref is input . is calculated. In addition, the deviation between the reactive power command value Q ref of the output power from the single-phase three-level converter 1010 and the current reactive power detection value Q fb is input to the reactive power control block AQR, and the command value of the output current reactive component i qref is computed.

電力制御ブロックACRは、有効電力制御ブロックAPRおよび無効電力制御ブロックAQRでそれぞれ演算した指令値idrefおよびiqrefを出力するために必要な電圧指令値Vを演算する。 The power control block ACR calculates a voltage command value V1 required to output the command values idref and iqref calculated by the active power control block APR and the reactive power control block AQR, respectively.

図8は、図7に示す電力制御ブロックACRの構成の一例を示す図である。
出力電流有効成分の指令値idrefに系統電圧位相θの余弦成分(cosθ)を掛け算し、また、出力電流無効成分の指令値iqrefに系統電圧位相θの正弦成分(sinθ)を掛け算し、両者の和から現時点における出力電流指令値Irefを演算する。ここにおいて、系統電圧位相θは、例えばPLL(Phase Locked Loop)により検出する。
FIG. 8 shows an example of the configuration of power control block ACR shown in FIG. 7. Referring to FIG.
Multiplying the command value i dref of the active component of the output current by the cosine component (cos θ) of the system voltage phase θ, and multiplying the command value i qref of the reactive component of the output current by the sine component (sin θ) of the system voltage phase θ, The current output current command value I ref is calculated from the sum of both. Here, the system voltage phase θ is detected by, for example, a PLL (Phase Locked Loop).

電力制御ブロックACRは、出力電流指令値Irefと現在の出力交流電流検出値Ifbとの差分が0となるように、フィードバック制御を実行する。要するに、有効電力制御ブロックAPRおよび無効電力制御ブロックAQRによる制御系は、有効電力についての指令値Prefと検出値Pfbとの差分、無効電力についての指令値Qrefと検出値Qfbとの差分、が0となるように制御することになる。 The power control block ACR performs feedback control so that the difference between the output current command value Iref and the current output AC current detection value Ifb becomes zero. In short, in the control system by the active power control block APR and the reactive power control block AQR, the difference between the command value Pref and the detected value Pfb for the active power and the difference between the command value Qref and the detected value Qfb for the reactive power are 0. will be controlled so that

交流電圧検出部6005は、交流電圧センサ6002を用いて単相3レベル変換器1010の交流出力電圧を検出する。本実施例1では、交流側の出力電圧を検出する交流電圧センサ6002を用いて、実際の交流出力電圧を算出しているが、この手法に限定されるものではない。 AC voltage detection unit 6005 detects the AC output voltage of single-phase three-level converter 1010 using AC voltage sensor 6002 . In Embodiment 1, the AC voltage sensor 6002 that detects the output voltage on the AC side is used to calculate the actual AC output voltage, but the method is not limited to this method.

別の手法、すなわち実施例1の変形例として、単相3レベル変換器の出力電流から単相3レベル変換器の変換器出力電圧を算出し、算出した変換器出力電圧と単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値との差を比較することにより、直流電圧センサの異常を検出するようにしてもよい。 As another method, that is, a modification of the first embodiment, the converter output voltage of the single-phase three-level converter is calculated from the output current of the single-phase three-level converter, and the calculated converter output voltage and the single-phase three-level conversion Abnormality of the DC voltage sensor may be detected by comparing the difference with the output voltage command value for the device.

図9は、変換器出力電圧を算出するためのベクトル関係を示す図である。電流検出器1004(図1)が検出した変換器出力電流Ia、交流電圧検出器1002(図1)が検出した交流系統電圧Vac、変換器出力電流Iaと交流系統電圧VacからPLLにより算出した両者の位相差(系統電圧位相)θおよび連系変圧器1003のインピーダンスZtを用いて、それらのベクトル関係から変換器出力電圧Vcを算出する。図9に示す単位系は、全てpu単位である。 FIG. 9 is a diagram showing the vector relationships for calculating the converter output voltage. Converter output current Ia detected by current detector 1004 (FIG. 1), AC system voltage Vac detected by AC voltage detector 1002 (FIG. 1), both calculated by PLL from converter output current Ia and AC system voltage Vac using the phase difference (system voltage phase) θ and the impedance Zt of the interconnection transformer 1003, the converter output voltage Vc is calculated from their vector relationship. The units shown in FIG. 9 are all units of pu.

交流系統電圧Vacのベクトルから変換器出力電圧Vcのベクトルへ向かうベクトルに相当する電圧差は、連係変圧器1003のインピーダンスZtと変換器出力電流Iaとによる電圧降下分である。ここで、連系変圧器1003は、リアクトル成分のみとみなせるので、変換器出力電圧Vcと交流系統電圧Vacとの差は、変換器出力電流Iaに対して90deg進む。すなわち、電圧降下分の値は、変換器出力電流Iaの振幅×連系変圧器1003のインピーダンスZt、となる。そのため、変換器出力電圧Vcは、交流系統電圧Vac、変換器出力電流Ia、交流電圧と電流の位相差(系統電圧位相)θおよび連系変圧器1003のインピーダンスZtから、余弦定理を用いて以下の(2)式により算出できる。
Vc={Vac+(Ia×Zt)-2*Vac*(Ia×Zt)*cos(90-θ)}1/2 ・・・ (2)
The voltage difference corresponding to the vector from the AC system voltage Vac vector to the converter output voltage Vc vector is the voltage drop due to the impedance Zt of the link transformer 1003 and the converter output current Ia. Here, since the interconnection transformer 1003 can be regarded as having only a reactor component, the difference between the converter output voltage Vc and the AC system voltage Vac advances the converter output current Ia by 90 degrees. That is, the value of the voltage drop is the amplitude of converter output current Ia×impedance Zt of interconnection transformer 1003 . Therefore, the converter output voltage Vc can be obtained from the AC system voltage Vac, the converter output current Ia, the phase difference between the AC voltage and the current (system voltage phase) θ, and the impedance Zt of the interconnection transformer 1003 using the cosine theorem as follows: can be calculated by the formula (2).
Vc={Vac 2 +(Ia×Zt) 2 −2*Vac*(Ia×Zt)*cos(90−θ)} 1/2 (2)

電圧比較部6004は、出力電圧指令計算部6003からの出力電圧指令値の振幅と交流電圧検出部6005からの交流出力電圧の振幅を比較し、両者の差分が予め設定した閾値以上の差である時に、直流電圧センサ1005が故障したと判定する。 The voltage comparator 6004 compares the amplitude of the output voltage command value from the output voltage command calculator 6003 and the amplitude of the AC output voltage from the AC voltage detector 6005, and the difference between the two is equal to or greater than a preset threshold. At times, it is determined that the DC voltage sensor 1005 has failed.

直流電圧センサ故障アラーム6006は、電圧比較部6004が判定した直流電圧センサ1005の故障をユーザーに対して警報として出力する。 A DC voltage sensor failure alarm 6006 outputs a failure of the DC voltage sensor 1005 determined by the voltage comparison unit 6004 as an alarm to the user.

以上のとおり、本実施例1においては、直流電圧センサを冗長に設置することなく、直流電圧センサの異常を検出することができる。 As described above, in the first embodiment, an abnormality of the DC voltage sensor can be detected without redundantly installing the DC voltage sensor.

本発明の実施例2として、交流電圧センサの異常を検出するための実施形態の一例を示す。また、先の実施例1と本実施例2とから、直流電圧センサの異常と交流電圧センサの異常との判別が可能となる。 As Example 2 of the present invention, an example of an embodiment for detecting an abnormality in an AC voltage sensor will be shown. In addition, from the first embodiment and the second embodiment, it is possible to distinguish between an abnormality in the DC voltage sensor and an abnormality in the AC voltage sensor.

交流系統の出力電圧が単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値と差があるケースとしては、2つの直流電圧回路の各直流電圧に差がある場合だけではなく、交流系統の交流電圧センサが異常となっている場合も想定される。この2つのケースを区別するには、単相3レベル変換器に対して流入あるいは流出する無効電力を無効電力分の指令値と比較すればよい。 The case where the output voltage of the AC system differs from the output voltage command value for the single-phase 3-level converter is not limited to the case where there is a difference between the DC voltages of the two DC voltage circuits. It is assumed that there is an abnormality. These two cases can be distinguished by comparing the reactive power flowing into or out of the single-phase three-level converter with the command value for the reactive power.

交流電圧センサが異常となっている場合、無効電力制御ブロックAQRに対して用いる交流電圧センサの検出値は、出力交流電圧の真値と異なる値となる。一方で、無効電力は、交流電圧の振幅に依存するため、交流電圧の真値と交流電圧センサの検出値とに差が生じると、無効電力分の指令値どおりの無効電力を出力することにはならない。そこで、交流電圧センサが検出する出力交流電圧に基づいて無効電力の出力を計算し、無効電力分の指令値と比較することで、交流電圧センサの異常を検出することができる。
また、本実施例2と先の実施例1とを組み合わせることにより、交流電圧センサの異常か直流電圧センサの異常かを判別することができる。
When the AC voltage sensor is abnormal, the detected value of the AC voltage sensor used for the reactive power control block AQR is different from the true value of the output AC voltage. On the other hand, since the reactive power depends on the amplitude of the AC voltage, if there is a difference between the true value of the AC voltage and the value detected by the AC voltage sensor, the reactive power will be output according to the command value for the reactive power. should not. Therefore, by calculating the reactive power output based on the output AC voltage detected by the AC voltage sensor and comparing it with the command value corresponding to the reactive power, the abnormality of the AC voltage sensor can be detected.
Further, by combining the second embodiment with the first embodiment, it is possible to determine whether the AC voltage sensor is abnormal or the DC voltage sensor is abnormal.

1000:電力変換装置
1001:交流系統
1002:交流電圧検出器
1003:連系変圧器
1004:電流検出器
1005:直流電圧センサ
1006:制御装置
1007:半導体スイッチング素子
1008、1009:コンデンサ
1010:単相3レベル変換器
1011:U相
1012:V相
6001:電力制御用処理装置
6002:交流電圧センサ
6003:出力電圧指令計算部
6004:電圧比較部
6005:交流電圧検出部
6006:直流電圧センサ故障アラーム
1000: Power converter 1001: AC system 1002: AC voltage detector 1003: Interconnection transformer 1004: Current detector 1005: DC voltage sensor 1006: Control device 1007: Semiconductor switching elements 1008, 1009: Capacitor 1010: Single phase 3 Level converter 1011: U phase 1012: V phase 6001: Power control processor 6002: AC voltage sensor 6003: Output voltage command calculator 6004: Voltage comparator 6005: AC voltage detector 6006: DC voltage sensor failure alarm

Claims (6)

単相3レベル変換器と、前記単相3レベル変換器を構成する正側および負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を検出する直流電圧センサとを有し、前記直流電圧センサの検出値が真値と等しいとして、前記正側および前記負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を等しく保つ制御を行う電力変換装置であって
前記単相3レベル変換器からの出力交流電圧を検出する交流電圧センサと、
前記単相3レベル変換器からの出力交流電流を検出する交流電流センサと、
前記単相3レベル変換器からの出力電力の有効電力の指令値と検出値との差分および当該出力電力の無効電力の指令値と検出値との差分並びに前記出力交流電流に基づいて出力電圧指令値を計算する出力電圧指令計算部と
記出力交流電圧と前記出力電圧指令値とを比較して前記直流電圧センサの異常を判定する電圧比較部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。
a single-phase three-level converter; and a DC voltage sensor for detecting the DC voltage of each of the positive-side and negative-side DC voltage circuits constituting the single-phase three-level converter, wherein the detected value of the DC voltage sensor is A power conversion device that performs control to keep the DC voltages of the positive side and the negative side DC voltage circuits equal assuming that they are equal to the true value,
an alternating voltage sensor that detects an output alternating voltage from the single-phase three-level converter;
an alternating current sensor that detects an output alternating current from the single-phase three-level converter;
Output voltage command based on the difference between the command value and the detected value of the active power of the output power from the single-phase three-level converter, the difference between the command value and the detected value of the reactive power of the output power, and the output AC current an output voltage command calculation unit that calculates a value ;
A power converter, comprising : a voltage comparison unit that compares the output AC voltage and the output voltage command value to determine an abnormality of the DC voltage sensor.
請求項1に記載の電力変換装置であって、
前記交流電圧センサが検出する前記出力交流電圧に基づいて算出した前記単相3レベル変換器が出力する無効電力と当該単相3レベル変換器に対する無効電力指令値とを比較して、前記交流電圧センサの異常を判定する比較判定部を
更に備えることを特徴とする電力変換装置。
The power converter according to claim 1,
Comparing the reactive power output by the single-phase three-level converter calculated based on the output AC voltage detected by the AC voltage sensor and the reactive power command value for the single-phase three-level converter, the AC voltage A power converter, further comprising a comparison determination unit that determines abnormality of a sensor.
単相3レベル変換器と、前記単相3レベル変換器からの出力電力を受け取る交流系統との間に接続される連系変圧器と、前記単相3レベル変換器を構成する正側および負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を検出する直流電圧センサとを有し、前記直流電圧センサの検出値が真値と等しいとして、前記正側および前記負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を等しく保つ制御を行う電力変換装置であって
前記単相3レベル変換器からの出力交流電流を検出する交流電流センサと、
前記単相3レベル変換器からの出力電力の有効電力の指令値と検出値との差分および当該出力電力の無効電力の指令値と検出値との差分並びに前記出力交流電流に基づいて前記単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値を計算する出力電圧指令計算部と、
前記交流系統の電流および電圧並びに前記連系変圧器のインピーダンスに基づいて前記単相3レベル変換器が出力する実際の出力交流電圧を算出し、当該出力交流電圧と前記出力電圧指令値とを比較して前記直流電圧センサの異常を判定する電圧比較部と
を備えることを特徴とする電力変換装置。
an interconnection transformer connected between a single-phase three-level converter and an AC system that receives output power from the single-phase three-level converter; a positive side and a negative side constituting the single-phase three-level converter and a DC voltage sensor for detecting the DC voltage of each of the DC voltage circuits on the positive side and the DC voltage of the negative side, assuming that the detected value of the DC voltage sensor is equal to the true value. A power conversion device that controls to keep equal ,
an alternating current sensor that detects an output alternating current from the single-phase three-level converter;
Based on the difference between the command value and the detected value of the active power of the output power from the single-phase three-level converter, the difference between the command value and the detected value of the reactive power of the output power, and the output AC current, the single-phase an output voltage command calculator that calculates an output voltage command value for the 3-level converter;
Calculate the actual output AC voltage output by the single-phase three-level converter based on the current and voltage of the AC system and the impedance of the interconnection transformer, and compare the output AC voltage with the output voltage command value. and a voltage comparator for determining an abnormality of the DC voltage sensor.
単相3レベル変換器を構成する正側および負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を検出する直流電圧センサの検出値が真値と等しいとして、前記正側および前記負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を等しく保つ電力変換制御における異常検出方法であって
交流電圧センサを用いて前記単相3レベル変換器からの出力交流電圧を検出する第のステップと、
交流電流センサを用いて前記単相3レベル変換器からの出力交流電流を検出する第2のステップと、
前記単相3レベル変換器からの出力電力の有効電力の指令値と検出値との差分および当該出力電力の無効電力の指令値と検出値との差分並びに前記出力交流電流に基づいて前記単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値を計算する第3のステップと
記出力交流電圧と前記出力電圧指令値とを比較して前記直流電圧センサの異常を判定する第4のステップと
を有する異常検出方法。
Assuming that the detection value of the DC voltage sensor for detecting the DC voltage of each of the positive and negative DC voltage circuits constituting the single-phase three-level converter is equal to the true value, the positive and negative DC voltage circuits respectively An abnormality detection method in power conversion control that keeps the DC voltages of
a first step of detecting an output AC voltage from the single-phase three-level converter using an AC voltage sensor;
a second step of detecting output alternating current from said single-phase three-level converter using an alternating current sensor;
Based on the difference between the command value and the detected value of the active power of the output power from the single-phase three-level converter, the difference between the command value and the detected value of the reactive power of the output power, and the output AC current, the single-phase a third step of calculating an output voltage command value for the 3-level converter ;
and a fourth step of determining an abnormality of the DC voltage sensor by comparing the output AC voltage and the output voltage command value.
請求項4に記載の異常検出方法であって、
前記交流電圧センサが検出する前記出力交流電圧に基づいて前記単相3レベル変換器が出力する無効電力を算出し、算出した当該無効電力と当該単相3レベル変換器に対する無効電力指令値とを比較して前記交流電圧センサの異常を判定する第5のステップ
を更に有する異常検出方法。
The abnormality detection method according to claim 4,
Calculate the reactive power output by the single-phase three-level converter based on the output AC voltage detected by the AC voltage sensor, and compare the calculated reactive power and the reactive power command value for the single-phase three-level converter The abnormality detection method further comprising a fifth step of comparing to determine abnormality of the AC voltage sensor.
単相3レベル変換器を構成する正側および負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を検出する直流電圧センサの検出値が真値と等しいとして、前記正側および前記負側の直流電圧回路それぞれの直流電圧を等しく保つ電力変換制御における異常検出方法であって
交流電流センサを用いて前記単相3レベル変換器からの出力交流電流を検出する第1のステップと、
前記単相3レベル変換器からの出力電力の有効電力の指令値と検出値との差分および当該出力電力の無効電力の指令値と検出値との差分並びに前記出力交流電流に基づいて前記単相3レベル変換器に対する出力電圧指令値を計算する第2のステップと、
前記単相3レベル変換器と当該単相3レベル変換器からの出力電力を受け取る交流系統との間に接続される連系変圧器のインピーダンスおよび当該交流系統の電流並びに電圧に基づいて当該単相3レベル変換器が出力する実際の出力交流電圧を算出する第3のステップと、
前記出力交流電圧と前記出力電圧指令値とを比較して前記直流電圧センサの異常を判定する第4のステップと
を有する異常検出方法。
Assuming that the detection value of the DC voltage sensor for detecting the DC voltage of each of the positive and negative DC voltage circuits constituting the single-phase three-level converter is equal to the true value, the positive and negative DC voltage circuits respectively An abnormality detection method in power conversion control that keeps the DC voltages of
a first step of detecting an output alternating current from the single-phase three-level converter using an alternating current sensor;
Based on the difference between the command value and the detected value of the active power of the output power from the single-phase three-level converter, the difference between the command value and the detected value of the reactive power of the output power, and the output AC current, the single-phase a second step of calculating an output voltage command value for the three-level converter;
Based on the impedance of the interconnection transformer connected between the single-phase 3-level converter and the AC system that receives the output power from the single-phase 3-level converter, and the current and voltage of the AC system, the single-phase a third step of calculating the actual output AC voltage output by the 3-level converter;
and a fourth step of determining an abnormality of the DC voltage sensor by comparing the output AC voltage and the output voltage command value.
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