WO2021166397A1 - ノイズフィルタ - Google Patents

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隆章 石井
晨 陳
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オムロン株式会社
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    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Definitions

  • the present invention relates to a noise filter that suppresses conduction noise of a power conditioner.
  • a power conversion device that converts DC to AC (or AC to DC). Conditioner
  • noise filters are provided on each of the input / output sides to which DC power and AC power are supplied in order to suppress conduction noise such as common mode noise and normal mode noise.
  • a general noise filter is composed of passive elements as shown in FIG.
  • the noise filter is provided on the reactor (CMC: common mode coil) that functions as a common mode filter, the capacitors (Cx1, Cy1, Cy2) provided on the input side of the reactor, and the output side. It is composed of capacitors (Cx2, Cy3, Cy4).
  • the capacitor Cx1 provided on the input side of the reactor and the capacitor Cx2 provided on the output side function as an X capacitor connected between the power supply lines and suppress normal mode noise.
  • Capacitors Cy1 and Cy2 provided on the input side of the reactor and capacitors Cy3 and Cy4 provided on the output side connect each power supply line to a frame ground (FG) which is a reference potential, and are common to each power supply line. It functions as a Y capacitor that releases the mode noise current to a reference potential such as FG.
  • the reactor, the Y capacitor provided on the input side of the reactor, and the Y capacitor provided on the output side form an LC filter.
  • a passive filter configured by such a passive element
  • the current flowing through the reactor constituting the passive filter relatively increases.
  • the thickness of the wire of the reactor increases.
  • the noise filter including the reactor such as CMC becomes large, and the power conversion device including the noise filter in the configuration has to be increased in size.
  • miniaturization of power converters is desired, and noise filters that can be miniaturized while suppressing the size by combining a passive filter composed of passive elements and an active filter and hybridizing them have become mainstream. It's getting better.
  • the active filter since the active filter includes active elements such as an operation amplifier and a transistor in the configuration, it tends to be relatively prone to failure as compared with a passive filter composed of passive elements. Therefore, when the active filter fails, there is a possibility that the conduction noise that should be suppressed by the noise filter originally increases relatively. Then, for example, when the operation of the power conversion device is continued in a state where the active filter has failed, conduction noise propagates to surrounding devices that cooperate with the power conversion device, and the device concerned. There was a risk of causing malfunctions and the like.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to detect a failure of a noise filter including an active filter in its configuration and prevent propagation of conduction noise to peripheral devices. Technology.
  • the noise filter according to the present invention for solving the above problems is It is connected to the power receiving end of the power supply line of the AC power supplied to the power converter from the AC power system or the DC power supply connected to the AC power system or the DC power supplied from the DC power supply, and propagates to the power supply line.
  • An active filter circuit that reduces the harmonic component of the conducted noise and outputs it to the power supply line.
  • the state change of the input power input to the power supply module that generates the drive power of the active element constituting the active filter circuit, or the state change of the drive power supplied from the power supply module is monitored, and the input power of the input power is changed.
  • a control unit that diagnoses an abnormality in the circuit operation of the circuit including the active element of the active filter circuit based on the state change or the state change of the drive power. It is characterized by having.
  • the active filter connected to the power receiving end of the power supply line of the AC power supplied to the power conversion device from the AC power system or the DC power supply connected to the AC power system or the DC power supplied from the DC power supply.
  • the active filter By monitoring the behavior of the power supply module, it is possible to diagnose the failure (abnormality) or normality of the active filter.
  • the control unit when the control unit diagnoses that an abnormality has occurred in the circuit operation of the active filter circuit including the active element based on the state change of the drive power, the control unit stops the operation of the power conversion device. You may let it. Thereby, when the active filter is diagnosed as a failure, the operation of the power conversion device including the noise filter in the configuration can be stopped. According to the present invention, it is possible to prevent propagation of conduction noise to peripheral devices due to a failure of the active filter.
  • the control unit when the control unit diagnoses that the circuit operation of the active filter circuit including the active element is normal based on the state change of the driving power, the control unit continues the operation of the power conversion device. May be good. As a result, when the active filter is diagnosed as normal, the operation of the power converter is continued, so that the operating rate of the power converter is improved, and the harmonics of the conduction noise propagated to the power supply line through the active filter. The components can be reduced.
  • the power supply module may have a positive power supply that generates a positive side voltage and a negative power supply that generates a negative side voltage.
  • the control unit has at least a first current value flowing from the positive power supply of the power supply module to the reference potential side, a second current value flowing from the negative power supply of the power supply module to the reference potential side, and a negative electrode of the positive power supply.
  • the state change of the drive power supplied from the power supply module is monitored based on the current value of any one of the third current values flowing from the connection point where the positive side electrode of the negative power supply is connected to the reference potential side. You may do so.
  • the first current value (Ip) flowing from the positive power supply of the power supply module to the reference potential side, the second current value (In) flowing from the negative power supply to the reference potential side, the negative electrode of the positive power supply and the positive of the negative power supply are positive.
  • the state change of the drive power supplied from the power supply module can be monitored based on any one of the third current values (Ig) flowing from the connection point where the side electrodes are connected to the reference potential side.
  • control unit uses the first current value flowing from the positive power supply of the power supply module to the reference potential side or the second current value flowing from the negative power supply of the power supply module to the reference potential side, and the positive power supply. Based on the third current value flowing from the connection point where the negative electrode and the positive electrode of the negative power source are connected to the reference potential side, an abnormality in the circuit operation of the circuit including the active element of the active filter circuit is diagnosed. You may do so. This makes it possible for the noise filter to improve the diagnostic accuracy of failure diagnosis.
  • the control unit of the active filter circuit when the first current value or the second current value is equal to or more than the first threshold value and equal to or less than the second threshold value larger than the first threshold value, the control unit of the active filter circuit. It may be determined that the circuit operation of the circuit including the active element is normal. According to this, the failure diagnosis can be performed by using that the first current value or the second current value is within a predetermined range (a range equal to or more than the first threshold value and equal to or less than the second threshold value larger than the first threshold value). It will be possible.
  • control unit includes the active element of the active filter circuit when the third current value is equal to or higher than the third threshold value and is equal to or lower than the fourth threshold value larger than the third threshold value.
  • the circuit operation of the above may be determined to be normal. According to this, the failure diagnosis can be performed by using that the third current value is within a predetermined range (a range equal to or more than the third threshold value and not more than the fourth threshold value larger than the third threshold value).
  • a passive filter that reduces common mode noise propagating through the power supply line may be further provided on the side. According to this, it is possible to realize a hybrid type noise filter in which common mode noise can be suppressed by a passive filter and harmonic components contained in conduction noise can be suppressed by an active filter.
  • FIG. 1 It is a block diagram which shows the schematic structure of the power supply system in Example 1 of this invention. It is a block diagram which shows the schematic circuit structure of the noise filter in Example 1 of this invention. It is a figure explaining the behavior monitoring of the power source for a filter in Example 1 of this invention.
  • This is an example of a graph simulating a change in the current value due to a failure of the active filter in Example 1 of the present invention.
  • This is another example of a graph simulating a change in the current value due to a failure of the active filter in Example 1 of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram of a power supply system 100 including a power conversion device 102 that employs the noise filter 1 according to an application example of the present invention.
  • FIG. 1 shows a strategic configuration of a power supply system that can be connected to a DC power supply 101 that supplies DC power and a commercial power system (hereinafter, also referred to as “system”) 103 that supplies AC power. Illustrated.
  • system commercial power system
  • the DC power supplied from the DC power supply 101 is synchronized with the power supplied from the grid, or the AC power supplied from the grid is synchronized with the power supplied from the DC power supply 101.
  • the configuration includes a DCDC converter 102b and an inverter 102c for converting the DC power to be obtained. Then, the power conversion device 102 suppresses conduction noise (common mode noise, normal mode noise) derived from DC power to AC power or AC power to DC power conversion processing (boost pressure conversion, frequency conversion, etc.).
  • a noise filter such as DCF102a and ACF102d for the purpose is included in the configuration.
  • the DCF 102a in the noise filter is provided at the input / output end of the power conversion unit 102 on the DC power supply 101 side, and the ACF 102d is provided at the input / output end of the power conversion unit 102 on the system 103 side.
  • the DCF102a and ACF102d have different voltage specifications, current specifications, etc. depending on the difference between direct current and alternating current, but the element parts constituting each circuit are roughly the same.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic circuit configuration of the noise filter 1 according to the application example of the present invention.
  • the noise filter 1 according to the application example of the present invention is configured as a hybrid type noise filter in which the passive filter 20 and the active filter 10 are combined.
  • the passive filter 20 of the noise filter 1 is provided, for example, on the noise source side (power conversion circuit (DCDC converter 102b, inverter 102c, etc.)) and transmits a common mode noise current propagating in the power supply line connected to the terminals 20a and 20b. Suppress.
  • DCDC converter 102b power conversion circuit
  • inverter 102c inverter 102c
  • the active filter 10 is connected to the terminals 20c and 20d of the power supply line on the power source (DC power supply 101, system 103) side to which the DC or AC power of the passive filter 20 is supplied. It functions to detect high-frequency components of conduction noise propagating in the power supply line and reduce the harmonic current corresponding to the high-frequency components.
  • the active filter 10 includes an operation amplifier 13a and active elements such as a transistor TR1 and a transistor TR2 in a circuit configuration.
  • the active filter 10 includes a positive power supply P1 that supplies power of a positive voltage (Vp) for driving to the active element, and a negative power supply P2 that supplies power of a negative voltage (Vn). Includes a dual power supply module as a component.
  • the noise filter 1 according to the application example of the present invention includes an abnormality detection unit 30 for monitoring the behavior of the power supply that supplies operating power to the active element or the like of the active filter 10, and is active from the super power supply module. The current value of the power supply supplied to the active element or the like constituting the filter 10 is measured. Specifically, as shown in FIG.
  • the current value (Ip) flowing from the positive power supply P1 to the reference potential FG side and the current value (In) flowing from the negative power supply P2 to the reference potential FG side are measured. Further, the current value (Ig) flowing into the reference potential FG side is measured from the connection point where the negative electrode of the positive power supply P1 and the positive electrode of the negative power supply P2 are connected.
  • FIG. 7 shows an example of a table summarizing the failure determination conditions for each of the current values Ip, In, and Ig for the failure diagnosis location of the active filter 10.
  • the noise filter 1 according to the application example of the present invention, at least the current value Ig and the current value In or the current value Ip are measured via the current measurement function 31 of the abnormality detection unit 30. Then, the abnormality diagnosis function 32 of the abnormality detection unit 30 diagnoses the failure of the active filter 10 on the condition that each measured current value is within a predetermined determination threshold value.
  • the noise filter 1 when the active filter 10 is diagnosed as normal, the operation of the power conversion device 100 including the noise filter 1 in the configuration is continued.
  • the active filter 10 when the active filter 10 is diagnosed as a failure, the operation of the power conversion device 100 including the noise filter 1 in the configuration is stopped.
  • the noise filter 1 in the application example of the present invention, it is possible to detect the failure of the noise filter including the active filter in the configuration and prevent the propagation of conduction noise to the peripheral equipment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a power supply system 100 installed in a customer's premises.
  • the power supply system 100 shown in FIG. 1 is a grid interconnection system that interconnects a DC power supply 101 that supplies DC power and a commercial power system (hereinafter, also referred to as “system”) 103 that supplies AC power.
  • the power supply system 100 is a power conversion device (for example, a power conversion device (for example, single-phase 3-wire 200 / 100V) for converting DC power supplied from a DC power source 101 such as a photovoltaic power generation module, a storage battery, or an EV into predetermined AC power (for example, single-phase 3-wire 200 / 100V).
  • a power conditioner is provided.
  • the predetermined AC power converted by the power conversion device 102 is supplied to, for example, a lamp facility or a load (not shown) provided in the customer's premises, or an interconnected system 103. Further, the power conversion device 102 converts the AC power supplied from the system 103 into a predetermined DC power.
  • the DC power converted by the power conversion device 102 is supplied to a storage battery, an EV, or the like connected as a DC power supply 101.
  • the DC power supplied from the DC power supply 101 is synchronized with the power supplied from the grid, or the AC power supplied from the grid is synchronized with the power supplied from the DC power supply 101.
  • the configuration includes a DCDC converter 102b and an inverter 102c for converting the DC power to be obtained. Further, the power conversion device 102 suppresses conduction noise (common mode noise, normal mode noise) generated in the above-mentioned DC power to AC power or AC power to DC power conversion processing (boost pressure conversion, frequency conversion, etc.). Noise filters such as DCF102a and ACF102d are included in the configuration.
  • the DCF 102a in the noise filter is provided at the input / output end of the power conversion unit 102 on the DC power supply 101 side, and the ACF 102d is provided at the input / output end of the power conversion unit 102 on the system 103 side.
  • the DCF102a and ACF102d have different voltage specifications, current specifications, etc. depending on the difference between direct current and alternating current, but the element parts constituting each circuit are roughly the same.
  • DCF102a and ACF102d are collectively referred to simply as "noise filter”.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a schematic circuit configuration of the noise filter according to the present embodiment.
  • the noise filter 1 shown in FIG. 2 is a hybrid type noise filter including a passive filter 20 and an active filter 10 in its configuration.
  • the active filter 10 functions to detect a high frequency component of conduction noise propagating to the power supply line and reduce the harmonic current corresponding to the high frequency component.
  • the noise filter 1 according to the present embodiment is a power conversion of several kW class by combining a passive filter 20 composed of passive elements and an active filter 10 including active elements such as an operation amplifier and a transistor in a circuit configuration. It enables the size to be reduced even when the above is performed.
  • the noise filter 1 further includes an abnormality detection unit 30 for monitoring the behavior of a power source that supplies operating power to the active element or the like of the active filter 10.
  • the abnormality detection unit 30 measures, for example, the current value of the power supply supplied to the active element or the like in the noise filter 1 in the energized state. Then, the abnormality detection unit 30 diagnoses an abnormality of the active filter 10 including the active element or the like based on the state change of the measured current value.
  • the passive filter 20 is provided on the noise source side of the power conversion device 102.
  • the noise filter 1 functions as the DFC 102a shown in FIG. 1
  • the power supply line connecting the DCDC converter 102b of the power conversion device 102 and the DFC 102a is connected to the terminals 20a and 20b of the passive filter 20.
  • a power supply line connecting the DFC and the DC power supply 101 serving as a DC power source is connected to the terminals 20c and 20d of the passive filter 20.
  • the noise filter 1 functions as the AFC 102d shown in FIG.
  • the power supply line connecting the inverter 102c of the power conversion device 102 and the AFC 102d is connected to the terminals 20a and 20b of the passive filter 20. Then, the power supply line connecting the AFC and the system 103 serving as an AC power source is connected to the terminals 20c and 20d of the passive filter 20.
  • the passive filter 20 includes a reactor CMC which is a passive element, capacitors (C1 and C2) provided on the noise source side, and a capacitor provided on the DC power source (DC power supply 101) or AC power source (system 103) side. It is composed of (C3, C4). Capacitors C1 and C2 provided on the noise source side and capacitors C3 and C4 provided on the DC or AC power source side connect each power supply line to a frame ground (FG) which is a reference potential, and each power supply. It functions as a Y capacitor that releases the common mode noise current propagating through the line to a reference potential such as FG.
  • the reactor CMC, the Y capacitor provided on the noise source side of the reactor, and the Y capacitor provided on the power source form an LC filter.
  • the active filter 10 is connected to the terminals 20c and 20d of the power supply line on the power source (DC power supply 101, system 103) side to which the DC or AC power of the passive filter 20 is supplied.
  • the active filter 10 includes a filter power supply 11, a detection unit 12, an amplification unit 13, and a circuit configuration that functions as an injection unit 14.
  • the filter power supply 11 is a dual power supply module including a positive power supply P1 for supplying power of a positive voltage (Vp) and a negative power supply P2 for supplying power of a negative voltage (Vn) as components.
  • the connection point where the negative electrode of the positive power supply P1 and the positive electrode of the negative power supply P2 are connected is grounded to a frame ground (FG) or the like which is a reference potential.
  • the detection unit 12 of the active filter 10 detects a high frequency component of conduction noise propagated to the power supply line on the power source (DC power supply 101, system 103) side of the passive filter 20 combined with the filter. Then, the detected high frequency component is output to the amplification unit 13.
  • One end of the capacitor C5 constituting the detection unit 12 is connected to the terminal 20c of the power supply line, and one end of the capacitor C6 is connected to the terminal 20d of the power supply line. Then, the other end of the capacitor C5 connected to the terminal 20c and the other end of the capacitor C6 connected to the terminal 20d are grounded to the reference potential (FG or the like) through the resistor R1.
  • the capacitor C5 and the resistor R1 form a high-pass filter (HPF) that passes a high-frequency component of conduction noise propagated to the power supply line to which the terminal 20c is connected, and the capacitor C6 and the resistor R1 are connected to the terminal 20d. It constitutes a high-pass filter (HPF) that allows high-frequency components of conducted noise propagated to the power supply line to be passed through.
  • the high-frequency component of the conduction noise that has passed through the high-pass filter is output to the amplification unit 13 as a voltage fluctuation corresponding to the high-frequency component through the capacitor C7 and the resistor R2 connected in series.
  • the amplifier unit 13 is an amplifier circuit that includes an operation amplifier 13a and active elements such as NPN type transistors TR1 and PNP type transistors TR2 in the circuit configuration.
  • a positive voltage (Vp) power and a negative voltage (Vn) power are supplied to the operation amplifier 13a from the filter power supply 11 as driving power.
  • the collector of the transistor TR1 is supplied with the positive voltage (Vp) of the filter power supply 11 as the driving power
  • the collector of the transistor TR2 is supplied with the negative voltage (Vn) of the filter power supply 11. Power is supplied.
  • the voltage fluctuation due to the high frequency component output from the detection unit 12 is input to the inverting input terminal 2 of the operation amplifier 13a. Further, a voltage that is grounded to the reference potential FG through the resistor R3 and serves as a reference for differential operation is input to the non-inverting input terminal 3 of the operation amplifier 13a.
  • the operation amplifier 13a differentially amplifies the difference voltage between the current fluctuation input to the inverting input terminal 2 and the reference voltage input to the non-inverting input terminal 3 and outputs the difference voltage to the output terminal 1.
  • An anti-parallel circuit using diodes D1 and D2 for protecting the input overvoltage of the operation amplifier 13a is connected to the inverting input terminal 2 of the operation amplifier 13a.
  • the differential voltage output from the output terminal 1 is input to the base of the transistors (TR1 and TR2) to which the emitters are interconnected through the resistor 4, and the current is amplified.
  • the base of the transistor TR1 is connected to the anode of the diode D3, and the base of the transistor TR2 is connected to the cathode of the diode D4.
  • the differential voltage output from the output terminal 1 is connected to the cathode side of the diode D3 and the anode side of the diode D4. Further, a positive voltage (Vp) is applied to the anode side of the diode D3 through the resistor R5, and a negative voltage (Vn) is applied to the cathode side of the diode D4 through the resistor R6.
  • the current between the emitter / base of the transistors TR1 and TR2 changes due to the voltage fluctuation of the differential voltage, and the collector current corresponding to the amplification degree of the transistor is output as a harmonic current between the collector / emitter.
  • the harmonic current output from the emitters of the transistors TR1 and TR2 is fed back to the inverting input terminal 2 of the operation amplifier 13a via a low-pass filter by the resistor R7 and the capacitor C8.
  • the active filter 10 outputs the active filter 10 so as to reduce the harmonic current of the current flowing through the power supply line to which the terminals 20c and 20d are connected according to the harmonic current fed back to the inverting input terminal 2.
  • the current is controlled.
  • the output current output from the emitter of each transistor is input to the injection unit 14.
  • the output current input to the injection unit 14 is injected into the power supply line connected to the terminal 20c through the resistor R8 and the capacitor C9, and is injected into the power supply line connected to the terminal 20d through the resistor R8 and the capacitor C10.
  • the abnormality detection unit 30 is a control module having a current measurement function 31 and an abnormality diagnosis function 32. As the abnormality detection unit 30, a control microcomputer is typically exemplified. The abnormality detection unit 30 monitors the behavior of the positive voltage (Vp) and the negative voltage (Vn) supplied from the filter power supply 11 to each active element in order to make the active filter 10 function, and diagnoses the abnormality of the active filter. do.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating monitoring of power supply behavior supplied as drive power from the filter power supply 11 to each active element.
  • the behavior of the power supply supplied from the filter power supply 11 to each active element is, for example, the current value (Ip) flowing from the positive power supply P1 to the reference potential FG side, and the reference potential FG from the negative power supply P2. It can be monitored by measuring the current value (In) flowing to the side.
  • the power supply supplied to each active element can also be measured by measuring the current value (Ig) flowing into the reference potential FG side from the connection point where the negative electrode of the positive power supply P1 and the positive electrode of the negative power supply P2 are connected. Behavior can be monitored.
  • the behavior of the filter power supply 11 may be monitored by measuring, for example, a positive voltage (Vp) and a negative voltage (Vn).
  • the characteristics of the dual power supply modules adopted in the filter power supply 11 may be configured by, for example, a power supply that causes a voltage drop due to an increase in the current value flowing into the reference potential (FG) side at the time of failure.
  • the current waveform of the current value (Ig) flowing from the connection point where the negative electrode of the positive power supply P1 and the positive electrode of the negative power supply P2 are connected to the reference potential FG side is monitored, for example, the AC component.
  • the failure of the active filter 10 can be detected on condition that the current waveform mainly composed of the DC component is monitored.
  • the operation amplifier 13a which is an active element
  • the amplifier unit 13 including the transistors (TR1, TR2) are relatively prone to failure.
  • the injection unit 14 in which the output current controlled to reduce the harmonic current by the active filter 10 is injected into the power supply line is composed of a passive element, the influence on peripheral devices in the event of a failure occurs. It can be said that the degree is high. Therefore, the abnormality detection unit 30 of the noise filter 1 measures the current values Ip, In, and Ig from the filter power supply 11 via the current measurement function 31. Then, the abnormality detection unit 30 detects an abnormality in the active filter 10 whose main monitoring body is the amplification unit 13 and the injection unit 14 based on each current value measured by the abnormality diagnosis function 32 via the current measurement function 31. Diagnose.
  • FIG. 4 is an example of a graph simulating a current change when the injection unit 14 of the active filter 10 fails in an open (disconnected state) failure.
  • the vertical axis of the simulation graph of FIG. 4 represents the current value (mA), and the horizontal axis represents the time ( ⁇ sec).
  • the graph shown by the broken line shows the transition of the current value at the time of normal operation
  • the graph shown by the solid line shows the transition of the current value at the time of failure.
  • the vertical and horizontal axis attributes of the graph showing the current change in FIG. 4 and the display attributes of the graph are similarly applied to FIGS. 5 and 6.
  • the power conversion device 102 it is possible to detect an open failure of the injection unit 14 based on the fluctuation range of the current value Ig measured from the filter power supply 11.
  • the current values Ip and In are also in a constant current state in which the fluctuation range due to the AC component is coarsely zero. Open failure can be detected.
  • FIG. 5 is an example of a graph simulating a current change when the positive voltage (Vp) side of the operation amplifier 13a constituting the amplification unit 13 of the active filter 10 fails in a short circuit.
  • the current value Ip in the normal state changes in the vicinity of ⁇ 10 mA including the fluctuation range due to the AC component
  • the current value Ig changes in the vicinity of 0 mA including the fluctuation range due to the AC component.
  • the current values Ip and Ig change in a state of being largely offset to the negative current side (about 120 mA in the example).
  • the current value In slightly decreases before and after the failure, but changes in the vicinity of 10 mA including the fluctuation range due to the AC component. Therefore, it is possible to detect a short-circuit failure on the positive voltage (Vp) side of the operation amplifier 13a based on the state changes of the current values Ip and Ig measured from the filter power supply 11 of the power conversion device 102.
  • FIG. 6 is an example of a graph simulating a current change when a short-circuit failure occurs in the transistors (TR1 and TR2) constituting the amplification unit 13 of the active filter 10.
  • each current value changes in the vicinity of 0 mA including the fluctuation range due to the AC component.
  • the current value Ip is largely offset to the negative current side (about 600 mA in the figure), and the current value In is largely offset to the positive current value side (about 600 mA).
  • the current value Ig changes in the vicinity of 0 mA including the fluctuation range due to the AC component even when a failure occurs. Therefore, it is possible to detect a short-circuit failure of the transistors (TR1 and TR2) constituting the amplification unit 13 based on the state changes of the current values Ip and In measured from the filter power supply 11 of the power conversion device 102.
  • FIG. 7 shows the results of simulating the open failure and short-circuit failure, which are the causes of failure, for each of the amplification section 13 and the injection section 14 of the active filter 10.
  • FIG. 7 exemplifies an example of a table summarizing the failure determination conditions for each of the current values Ip, In, and Ig for the failure diagnosis location of the active filter 10.
  • the open failure and short-circuit failure of the transistors (TR1 and TR2) of the amplification unit 13 it is possible to diagnose the failure at the relevant location by using the measured value of the power value Ip or the power value In. .. Further, the open failure of the amplifier 13a with respect to the operation amplifier 13a can be diagnosed by using the measured value of the power value Ip or the power value In, and the short-circuit failure is at least two of the current values Ip, In and Ig. It is possible to make a diagnosis using the measured values. An open failure and a short-circuit failure with respect to the injection unit 14 can be diagnosed using the measured value of the power value Ig.
  • the abnormality detection unit 30 of the noise filter according to the present embodiment, at least two measured values (power value Ig and power value Ip or power value In) among the current values Ip, In, and Ig are used. It becomes possible to diagnose the abnormality of the active filter 10.
  • the failure at the relevant location is determined on condition that the measured power value Ip or power value In is less than the threshold value A.
  • the failure at that location is determined on condition that the measured power value Ip or power value In exceeds the threshold value B.
  • the failure at the relevant location is determined on condition that the measured power value Ip or power value In is less than the threshold value A.
  • the failure at that location is determined on condition that at least two of the measured power values Ip, In, and Ig exceed the threshold value B. NS.
  • the failure of the injection unit 14 is determined on the condition that the measured power value Ig is less than the threshold value C. Further, the short-circuit failure of the injection unit 14 is determined as a failure at the location on the condition that the measured power value Ig exceeds the threshold value D.
  • the measured values for at least two power values among the power values Ip, In, and Ig were required, but if the current measurement accuracy is sufficient, the current value In in FIG. 5 is required. As shown in the current changes during normal operation and failure, failure at the relevant location can be detected even with a single current measurement.
  • the timing for determining the failure of the active filter 10 is, for example, before the start of the power conversion process for the power supplied from the connected DC power supply 101 or the system 102 when the power conversion device 100 is started. It can be exemplified. By detecting the failure of the active filter 10 at that timing, the power conversion device 100 can stop the operation, so that the conduction noise generated by the power conversion process can be prevented from propagating to the connected peripheral devices. ..
  • the failure determination timing of the injection unit 14 may be executed after the start of operation (during operation) of the power conversion device 100.
  • the failure determination of the injection unit 14 may be executed after the start of operation (during operation) of the power conversion device 100.
  • the harmonic current of the conduction noise of the power supply line originally reduced by the active filter 10 propagates to the peripheral device without being reduced by the failure of the injection unit 14. Can be prevented. If the abnormality detection unit 30 does not detect the failure of the injection unit 14, the failure determination for the injection unit 14 after the start of operation may be omitted.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of failure diagnosis processing in the noise filter according to the present embodiment.
  • the failure diagnosis of the noise filter 1 is performed using the two current values of the current value Ig and the current value Ip or the current value In.
  • the noise filter 1 of this embodiment is energized, and energization of the filter power supply 11 and the amplification unit 13 is started (step S101).
  • the current measurement function 31 acquires the measured values of the two current values (Ig and Ip or In) to be measured from the power supply 11 for the filter that is energized, the process is stepped. Proceed to S102.
  • step S102 it is determined that the measured current value Ip or current value In is within the range from the threshold value A to the threshold value B.
  • step S102 if the measured current value Ip or current value In is within the range from the threshold value A to the threshold value B (step S102, “YES”), the process proceeds to step S103 and the operation of the power conversion device 100 starts. Will be done.
  • step S102 if the measured current value Ip or current value In is not within the range from the threshold value A to the threshold value B in step S102 (step S102, “NO”), the process proceeds to step S106 and the failure of the noise filter 1 is diagnosed. Will be done.
  • the power conversion device 100 including the noise filter 1 in the configuration stops the operation of the power conversion device 100, for example, when a failure is diagnosed by the abnormality diagnosis function 31.
  • step S104 it is determined that the measured current value Ig is within the range from the threshold value C to the threshold value D.
  • step S104 when the measured current value Ig is within the range from the threshold value C to the threshold value D (step S104, “YES”), the process proceeds to step S105 and the state of the noise filter 1 is diagnosed as normal.
  • the power conversion device 100 including the noise filter 1 in the configuration continues to operate.
  • step S104 if the measured current value Ig is not within the range from the threshold value C to the threshold value D in step S104 (step S104, “NO”), the process proceeds to step S106 and the failure of the noise filter 1 is diagnosed.
  • the power conversion device 100 stops the operation of the power conversion device 100 started in step S103. When the processing of steps S105 and S106 is completed, this routine is temporarily terminated.
  • the behavior of the filter power supply 11 of the active filter 10 constituting the noise filter 1 can be monitored, and the failure or normality of the active filter 10 can be diagnosed.
  • the active filter 10 when the active filter 10 is diagnosed as normal, the operation of the power conversion device 100 including the noise filter 1 in the configuration is continued.
  • the active filter 10 when the active filter 10 is diagnosed as a failure, the operation of the power conversion device 100 including the noise filter 1 in the configuration can be stopped. According to this embodiment, it is possible to detect a failure of a noise filter including an active filter in the configuration and prevent propagation of conducted noise to peripheral devices.
  • the current value Ig flowing from the connection point where the negative electrode of the positive power supply P1 and the positive electrode of the negative power supply P2 are connected to the reference potential FG side can be measured.
  • the current value Ig it is possible to diagnose an open failure and a short-circuit failure of the circuit configuration that does not include the active element of the active filter 10 based on the state change of the measured value. Therefore, according to this embodiment, it is possible to determine an open failure or a short-circuit failure of a circuit configuration that does not include an active element by measuring at least two current values of the current value Ig and the current value Ip or the current value In. Therefore, the determination accuracy of the failure diagnosis can be improved.
  • the timing for determining the failure of the active filter 10 is, for example, the power conversion for the power supplied from the connected DC power supply 101 or the system 102 when the power conversion device 100 is started. It can be done before the start of operation of the process. Since the power conversion device 100 including the noise filter 1 in its configuration can diagnose the failure of the active filter 10 before the start of operation, it is possible to prevent the conduction noise generated by the power conversion process from propagating to the connected peripheral devices. According to this embodiment, it is possible to prevent the power conversion device 100 from being operated in a state where the active filter 10 has failed.
  • the failure determination of the active filter 10 can be performed even after the operation of the power conversion device 100 is started. Therefore, it is possible to prevent the harmonic current of the conduction noise of the power supply line, which is originally reduced by the active filter 10, from propagating in a state where it is not reduced due to the failure of the active filter 10 and adversely affecting the operation of the peripheral device. According to this embodiment, it is possible to prevent the power conversion device 100 from being continued to operate in a state where the active filter 10 has failed.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a schematic configuration of the noise filter 2 according to the second embodiment.
  • the active filter 10 of the noise filter 1 includes a noise filter power supply 11 as a power source for driving the active element, and measures current values Ip, In, and Ig related to failure diagnosis from the power source.
  • the noise filter 2 is configured to include an AF circuit 42 including a detection unit 12, an amplification unit 13, and an extraction unit 14 as an active filter.
  • the AF circuit 42 is configured to supply a positive voltage (Vp) and a negative voltage (Vn) from the AF power supply 40 provided on the external side.
  • the driving power source for the active element may adopt a configuration supplied from the external side. Further, the current values Ip and In supplied from the AF power supply 40 to the AF circuit 42 are measured by the control microcomputer 41 of the power conversion device 100. Even with such a configuration, the behavior of the AF power supply 40 supplied to the AF circuit 42 is monitored in the same manner as in the first embodiment, and a failure or normality of the noise filter 2 including the AF circuit is diagnosed. can.
  • the control microcomputer 41 of the power conversion device 100 performs a failure diagnosis of the AF circuit 42 based on two current values of the measured current values Ip, In, and Ig.
  • the control microcomputer 41 can stop the operation of the power conversion circuit 2b.
  • the power supply 2a shown in FIG. 9 corresponds to the DC power supply 101 and the system 103 of the first embodiment
  • the power conversion circuit 2b corresponds to the DCDC converter 102b and the inverter 102c of the first embodiment.
  • the power converted through the power conversion circuit 2b is supplied to the load 2c connected to the power conversion device.
  • the circuit configuration does not include the filter power supply 11 and the abnormality detection unit 30, it is possible to reduce the size relatively as compared with the noise filter 1 of the first embodiment. At the same time, it is possible to reduce the product cost by reducing the number of parts. Further, the function of the abnormality detection unit 30 can be provided to the control microcomputer 41, and the power consumption of the power conversion device 100 can be suppressed.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of the noise filter 3 according to the modified example of the second embodiment.
  • the current value Ip of the positive power supply supplied from the AF power supply 40 to the AF circuit 42, the current value In of the negative power supply, and the current value Ig flowing into the reference potential FG are converted into the control microcomputer 41 of the power conversion device 100. It was configured to measure with. Therefore, the reference potential related to failure detection needs to be the ground of the control microcomputer 41.
  • the power supply for supplying power to the AF circuit is an isolated power supply 50b for AF, and a driving power supply 50a for supplying power to the insulated power supply is further provided.
  • the AF isolated power supply 50b for example, a transformer that converts the power input from the drive power supply 50a input to the primary side and outputs the converted power (power for the AF circuit 52) to the secondary side.
  • the control microcomputer 51 of the power conversion device 100 is configured to measure the current value Ia supplied to the AF isolated power supply 50b.
  • the power state supplied from the drive power supply 50a to the primary side of the AF insulating power supply 50b changes according to the change in the power state on the secondary side, so that the current supplied to the AF insulating power supply 50b The value Ia changes.
  • the behavior of the AF insulating power supply 50b supplied to the AF circuit 52 is monitored in the same manner as in the first embodiment, and the failure or normal state of the noise filter 3 including the AF circuit is confirmed. Can be diagnosed.
  • FIG. 11 is an example of a graph simulating a change in the current value (Ia) on the primary side due to a failure of the active filter 10 in the modified example.
  • (a) represents a current change when the injection unit 14 of the active filter 10 fails open, and (b) shows a short-circuit failure on the positive voltage (Vp) side of the operation amplifier 13a constituting the amplification unit 13.
  • (C) represents the current change in the case, and (c) represents the current change when the transistors (TR1 and TR2) constituting the amplification unit 13 are short-circuited.
  • FIG. 11 is an example of a graph simulating a change in the current value (Ia) on the primary side due to a failure of the active filter 10 in the modified example.
  • (a) represents a current change when the injection unit 14 of the active filter 10 fails open
  • (b) shows a short-circuit failure on the positive voltage (Vp) side of the operation amplifier 13a constituting the amplification unit 13.
  • the vertical axis represents the current value (mA)
  • the horizontal axis represents the time ( ⁇ sec)
  • the graph shown by the broken line shows the transition of the current value at the normal time
  • the graph shown by the solid line is the failure. Represents the transition of the current value over time.
  • the current value (Ia) on the primary side fluctuates within an amplitude range of a predetermined width (coarse ⁇ 1 mA in the illustrated example). do.
  • the current value (Ia) on the primary side has a coarse amplitude of 0 mA as shown by the solid line arrow, and the current consumption during failure standby flows.
  • the standby current consumption at the time of failure is, for example, a current value defined by the rating of the isolated power supply for AF 50b, etc., and is about 15.5 mA in FIG. 11 (a).
  • the primary side current value (1) that changes in the vicinity of about 15 mA indicated by the broken line arrow in FIG. 11 (b). As shown by the solid line arrow, Ia) increases to around 50 mA and changes. Further, when the transistors (TR1 and TR2) constituting the amplification unit 13 are short-circuited, the primary side current value (Ia) which changes in the mA order indicated by the broken line arrow in FIG. 11C is indicated by the solid line arrow. As shown, it increases and changes to the vicinity of about 17A.
  • the current value (Ia) is detected by detecting the state change of the current value (Ia) supplied from the driving power supply 50a to the primary side of the AF insulating power supply 50b. Based on the state change of Ia), the failure or normal state of the noise filter including the AF circuit 52 can be diagnosed. Twice
  • the microcomputer 51 of the power conversion device 100 uses, for example, ground, which is its own reference potential, to diagnose the failure of the AF circuit 52 based on the current value Ia supplied from the drive power supply 50a to the AF insulation power supply 50b. You can do it.
  • the control microcomputer 51 can stop the operation of the power conversion circuit 3b.
  • the power supply 3a shown in FIG. 10 corresponds to the power supply 2a of the second embodiment, and the power conversion circuit 3b corresponds to the power conversion circuit 2b.
  • the power converted via the power conversion circuit 3b is input to the load 3c connected to the power conversion device.
  • the failure state of the AF circuit 52 of the noise filter 3 can be diagnosed based on the measured value of only the current value Ia supplied from the drive power supply 50a to the AF insulation power supply 50b.
  • the control microcomputer 51 of the power conversion device 100 including the noise filter 3 in the configuration the number of input points of the measured values related to the diagnosis can be relatively reduced as compared with the second embodiment, so that the number of vacant input points can be reduced. It becomes possible to allocate to other control inputs.
  • a photovoltaic power generation module or a storage battery module has been exemplified as a DC power source.
  • the present invention can be applied to energy such as fuel cell modules, gas engine modules, wind power generation modules, tidal power generation modules, hydroelectric power generation modules, geothermal power generation modules, and power supply systems using these in combination. ..
  • ⁇ Invention 1> A power supply line for the AC power supplied from the AC power system (103) or the DC power supply (101) connected to the AC power system (103) to the power converter (102) or the DC power supplied from the DC power supply.
  • the state change of the input power input to the power supply module that generates the drive power of the active element constituting the active filter circuit (10) or the state change of the drive power supplied from the power supply module is monitored, and the above-mentioned A control unit (30) that diagnoses an abnormality in the circuit operation of the circuit including the active element of the active filter circuit (10) based on the state change of the input power or the state change of the drive power.
  • a noise filter (1) A noise filter (1).
  • Noise filter 10 Active filter 11: Filter power supply 12: Detection unit 13: Amplification unit 14: Injection unit 20: Passive filters 20a, 20b, 20c, 20d: Terminal 30: Abnormality detection unit 31: Current Measurement function 32: Abnormality diagnosis function 100: Power supply system 101: DC power supply 102: Power conversion device 102a: DCF 102b: DCDC converter 102c: Inverter 102d: ACF 103: System

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Abstract

交流電力系統または前記交流電力系統と連系する直流電源から電力変換装置に供給される前記交流電力または前記直流電源から供給される直流電力の電源ラインの受電端に接続され、前記電源ラインに伝搬する伝導ノイズの高調波成分を低減させて前記電源ラインに出力する能動フィルタ回路と、前記能動フィルタ回路を構成する能動素子の駆動電力を生成する電源モジュールに入力される入力電力の状態変化、または、前記電源モジュールから供給される前記駆動電力の状態変化を監視し、前記入力電力の状態変化または前記駆動電力の状態変化に基づいて前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作の異常を診断する制御部と、を備える。

Description

ノイズフィルタ
　本発明は、パワーコンディショナの伝導ノイズを抑制するノイズフィルタに関する。
　従来より、太陽光発電モジュールや蓄電池等の直流電源を備え、系統から供給される商用電力と連系する電源システムにおいては、直流から交流（または交流から直流）に電力変換する電力変換装置（パワーコンデショナ）が知られている。電力変換装置においては、コモンモードノイズやノーマルモードノイズ等の伝導ノイズを抑制するために、直流電力および交流電力が供給される入出力側のそれぞれにノイズフィルタが設けられる。
　ここで、一般的なノイズフィルタは、図１２に示すように、受動素子によって構成される。具体的には、ノイズフィルタは、コモンモードフィルタとして機能するリアクトル（ＣＭＣ：コモンモードコイル）と、当該リアクトルの入力側に設けられたキャパシタ（Ｃｘ１、Ｃｙ１、Ｃｙ２）と、出力側に設けられたキャパシタ（Ｃｘ２、Ｃｙ３、Ｃｙ４）によって構成される。リアクトルの入力側に設けられたキャパシタＣｘ１と、出力側に設けられたキャパシタＣｘ２は、電源ライン間に接続されるＸコンデンサとして機能し、ノーマルモードノイズを抑制する。リアクトルの入力側に設けられたキャパシタＣｙ１およびＣｙ２と、出力側に設けられたキャパシタＣｙ３およびＣｙ４は、各電源ラインと基準電位であるフレームグランド（ＦＧ）等とを接続し、各電源ラインのコモンモードノイズ電流をＦＧ等の基準電位に逃がすＹコンデンサとして機能する。リアクトルと、当該リアクトルの入力側に設けられたＹコンデンサおよび出力側に設けられたＹコンデンサとは、ＬＣフィルタを構成する。
　このような受動素子によって構成された受動フィルタでは、例えば、変換される電力が大きい場合（例えば、数ｋＷクラス）には、受動フィルタを構成するリアクトルに流れる電流が相対的に増大するため、当該リアクトルの線材の太さが増大する。リアクトルの線材が相対的に太くなると、ＣＭＣ等のリアクトルを含むノイズフィルタが大型化してしまい、当該ノイズフィルタを構成に含む電力変換装置の大型化が余儀なくされていた。近年の趨勢として電力変換装置の小型化が望まれるところ、受動素子で構成される受動フィルタと、能動フィルタとを組合せてハイブリッド化し、サイズを抑制しつつ小型化が可能なノイズフィルタが主流になりつつある。
　しかしながら、能動フィルタには、オペレーションアンプやトランジスタ等の能動素子が構成に含まれるため、受動素子で構成された受動フィルタと比較して相対的に故障しやすい傾向にある。このため、能動フィルタが故障した場合には、元来、ノイズフィルタによって抑制されるべき伝導ノイズが相対的に増加してしまう虞がある。そして、例えば、能動フィルタが故障した状態で電力変換装置の運転が継続される場合には、当該電力変換装置と連系して協働する周囲の機器に対して伝導ノイズが伝搬し、当該機器の誤動作等を引き起こす虞があった。
　なお、本明細書で説明する技術に関連する技術が記載されている先行技術文献としては、以下の特許文献が存在している。
特開２００３－８８０９９号公報 国際公開第２０１８／１０９８０１号
　本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、能動フィルタを構成に含むノイズフィルタの故障を検知し、周囲機器への伝導ノイズの伝搬を防止することが可能な技術を提供することである。
　上記の課題を解決するための本発明に係るノイズフィルタは、
　交流電力系統または前記交流電力系統と連系する直流電源から電力変換装置に供給される前記交流電力または前記直流電源から供給される直流電力の電源ラインの受電端に接続され、前記電源ラインに伝搬する伝導ノイズの高調波成分を低減させて前記電源ラインに出力する能動フィルタ回路と、
　前記能動フィルタ回路を構成する能動素子の駆動電力を生成する電源モジュールに入力される入力電力の状態変化、または、前記電源モジュールから供給される前記駆動電力の状態変化を監視し、前記入力電力の状態変化または前記駆動電力の状態変化に基づいて、前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作の異常を診断する制御部と、
　を備えることを特徴とする。
　これにより、交流電力系統または前記交流電力系統と連系する直流電源から電力変換装置に供給される前記交流電力または前記直流電源から供給される直流電力の電源ラインの受電端に接続された能動フィルタの、電源モジュールの挙動を監視して当該能動フィルタの故障（異常）あるいは正常が診断できる。本発明によれば、能動フィルタを構成に含むノイズフィルタの故障を検知することができる。
　また、本発明において、前記制御部は、前記駆動電力の状態変化に基づいて前記能動素子を含む能動フィルタ回路の回路動作に異常が生じたことを診断したときには、前記電力変換装置の運転を停止させるようにしてもよい。これにより、能動フィルタが故障と診断される場合には、ノイズフィルタを構成に含む電力変換装置の運転を停止できる。本発明によれば、能動フィルタの故障に伴う、周囲機器への伝導ノイズの伝搬を防止できる。
　また、本発明において、前記制御部は、前記駆動電力の状態変化に基づいて前記能動素子を含む能動フィルタ回路の回路動作が正常と診断したときには、前記電力変換装置の運転を継続させるようにしてもよい。これにより、能動フィルタが正常と診断される場合には、電力変換装置の運転が継続するため当該電力変換装置の稼働率が向上し、当該能動フィルタを通じて電源ラインに伝搬される伝導ノイズの高調波成分が低減できる。
　また、本発明において、前記電源モジュールは、正側電圧を生成する正電源と、負側電圧を生成する負電源とを有するようにしてもよい。また、前記制御部は、少なくとも、前記電源モジュールの正電源から基準電位側に流れ込む第１電流値、前記電源モジュールの負電源から基準電位側に流れ込む第２電流値、前記正電源の負側電極と前記負電源の正側電極とが接続する接続点から基準電位側へ流れ込む第３電流値の何れか一の電流値に基づいて、前記電源モジュールから供給される駆動電力の状態変化を監視するようにしてもよい。これにより、電源モジュールの正電源から基準電位側に流れ込む第１電流値（Ｉｐ）、負電源から基準電位側に流れ込む第２電流値（Ｉｎ）、正電源の負側電極と前記負電源の正側電極とが接続する接続点から基準電位側へ流れ込む第３電流値（Ｉｇ）の、何れか一の電流値に基づいて電源モジュールから供給される駆動電力の状態変化が監視できる。
　また、本発明において、前記制御部は、前記電源モジュールの正電源から基準電位側に流れ込む第１電流値または前記電源モジュールの負電源から基準電位側に流れ込む第２電流値と、前記正電源の負側電極と前記負電源の正側電極とが接続する接続点から基準電位側へ流れ込む第３電流値に基づいて、前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作の異常を診断するようにしてもよい。これにより、ノイズフィルタは、故障診断の診断確度を高めることが可能になる。
　また、本発明において、前記制御部は、前記第１電流値または前記第２電流値が、第１閾値以上であって且つ前記第１閾値より大きい第２閾値以下のときには、前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作は正常であると判定するようにしてもよい。これによれば、第１電流値または第２電流値が所定範囲内（第１閾値以上であって且つ前記第１閾値より大きい第２閾値以下の範囲）であることを用いて、故障診断が可能になる。
　また、本発明において、前記制御部は、前記第３電流値が、第３閾値以上であって且つ前記第３閾値より大きい第４閾値以下のときには、前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作は正常であると判定するようにしてもよい。これによれば、第３電流値が所定範囲内（第３閾値以上であって且つ前記第３閾値より大きい第４閾値以下の範囲）であることを用いて、故障診断が可能になる。
　また、本発明において、交流電力系統または前記交流電力系統と連系する直流電源から電力変換装置に供給される前記交流電力または前記直流電源から供給される直流電力の電源ラインの、前記電力変換装置側に、前記電源ラインを伝搬するコモンモードノイズを低減する受動フィルタをさらに備えるようにしてもよい。これによれば、受動フィルタによってコモンモードノイズが抑制でき、能動フィルタによって伝導ノイズに含まれる高調波成分を抑制可能なハイブリッド型のノイズフィルタが実現できる。
　本発明によれば、能動フィルタを構成に含むノイズフィルタの故障を検知し、周囲機器への伝導ノイズの伝搬が防止できる。
本発明の実施例１における電源システムの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１におけるノイズフィルタの機略回路構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１におけるフィルタ用電源の挙動監視を説明する図である。 本発明の実施例１における能動フィルタの故障に伴う電流値の変化をシミュレートしたグラフの一例である。 本発明の実施例１における能動フィルタの故障に伴う電流値の変化をシミュレートしたグラフの他の一例である。 本発明の実施例１における能動フィルタの故障に伴う電流値の変化をシミュレートしたグラフの他の一例である。 本発明の実施例１における能動フィルタの故障判定の条件を纏めたテーブルの一例である。 本発明の実施例１におけるノイズフィルタの故障診断処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施例２におけるノイズフィルタの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２における、変形例のノイズフィルタの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２の変形例における、能動フィルタの故障に伴う一次側の電流値の変化をシミュレートしたグラフの一例である。 従来の受動フィルタの構成を説明する図である。
〔適用例〕
　以下、本発明の適用例について、図面を参照しつつ説明する。
　図１は、本発明の適用例に係るノイズフィルタ１を採用する電力変換装置１０２を構成に備える電源システム１００のブロック図である。図１には、直流電力を供給するＤＣ電源１０１と交流電力を供給する商用電力系統（以下、「系統」ともいう。）１０３とを連系する系統連系可能な電源システムの機略構成が例示されている。
　電力変換装置１０２は、ＤＣ電源１０１から供給される直流電力を系統から供給される電力と同期のとれた交流電力、あるいは、系統から供給される交流電力をＤＣ電源１０１から供給される電力と同期のとれた直流電力に変換するためのＤＣＤＣコンバータ１０２ｂ、インバータ１０２ｃを構成に含む。そして、電力変換装置１０２は、直流電力から交流電力、または交流電力から直流電力への変換処理（昇降圧変換、周波数変換等）によって派生する伝導ノイズ（コモンモードノイズ、ノーマルモードノイズ）を抑制するためのＤＣＦ１０２ａおよびＡＣＦ１０２ｄといったノイズフィルタを構成に含む。ノイズフィルタの中のＤＣＦ１０２ａは、電力変換部１０２のＤＣ電源１０１側の入出力端部に設けられ、ＡＣＦ１０２ｄは、電力変換部１０２の系統１０３側の入出力端部に設けられる。ＤＣＦ１０２ａとＡＣＦ１０２ｄは、直流と交流の違いによって電圧仕様、電流仕様等が異なるが、それぞれの回路を構成する要素部品は粗同じである。
　図２は、本発明の適用例に係るノイズフィルタ１の機略回路構成を示すブロック図である。図２に示すように、本発明の適用例に係るノイズフィルタ１は、受動フィルタ２０と、能動フィルタ１０とを組合せたハイブリッド型のノイズフィルタとして構成される。ノイズフィルタ１の受動フィルタ２０は、例えば、ノイズ源側（電力変換回路（ＤＣＤＣコンバータ１０２ｂ、インバータ１０２ｃ等））に設けられ、端子２０ａ、２０ｂに接続される電源ラインを伝搬するコモンモードノイズ電流を抑制する。そして、本発明の適用例に係る能動フィルタ１０は、受動フィルタ２０の直流または交流電力が供給される電力源（ＤＣ電源１０１、系統１０３）側の電源ラインの端子２０ｃおよび端子２０ｄに接続され、当該電源ラインに伝搬する伝導ノイズの高周波成分を検出し、当該高周波成分に対応する高調波電流を低減するように機能する。能動フィルタ１０は、オペレーションアンプ１３ａと、トランジスタＴＲ１およびトランジスタＴＲ２等の能動素子を回路構成に含む。
　本発明の適用例に係る能動フィルタ１０は、上記能動素子に対して駆動用の正電圧（Ｖｐ）の電力を供給する正電源Ｐ１と、負電圧（Ｖｎ）の電力を供給する負電源Ｐ２とを備える両電源モジュールを構成要素に含む。そして、本発明の適用例に係るノイズフィルタ１は、能動フィルタ１０の能動素子等に対して動作電力を供給する電源の挙動を監視するための異常検出部３０を備え、上記超電源モジュールから能動フィルタ１０を構成する能動素子等に供給される電源の電流値を計測する。具体的には、図３に示すように、正電源Ｐ１から基準電位ＦＧ側へ流れ込む電流値（Ｉｐ）、負電源Ｐ２から基準電位ＦＧ側に流れ込む電流値（Ｉｎ）が計測される。また、正電源Ｐ１の負側電極と、負電源Ｐ２の正側電極とが接続する接続点から、基準電位ＦＧ側へ流れ込む電流値（Ｉｇ）が計測される。
　図４から図６に示されるように、能動フィルタ１０に含まれる回路構成において、オープン故障や短絡故障が生じたときには、両電源モジュールから能動素子等に供給される電流値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇの状態が大幅に変化する。本発明の適用例に係る能動フィルタ１０においては、少なくとも電流値Ｉｇと電流値Ｉｎまたは電流値Ｉｐといった、３つの電流値の内の２つの電流値を計測して電源の挙動を監視することで、当該能動フィルタ１０の異常が診断される。
　図７には、能動フィルタ１０の故障診断箇所について、電流値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇのそれぞれに対する故障判定の条件を纏めたテーブル例が示される。本発明の適用例に係るノイズフィルタ１においては、少なくとも電流値Ｉｇと電流値Ｉｎまたは電流値Ｉｐを異常検出部３０の電流計測機能３１を介して計測する。そして、異常検出部３０の異常診断機能３２は、計測された各電流値が所定の判定閾値内であることを判定条件として、能動フィルタ１０の故障を診断する。本発明の適用例に係るノイズフィルタ１においては、能動フィルタ１０が正常であると診断される場合には、ノイズフィルタ１を構成に含む電力変換装置１００の運転が継続される。一方、能動フィルタ１０が故障と診断される場合には、ノイズフィルタ１を構成に含む電力変換装置１００の運転を停止される。この結果、本発明の適用例に係るノイズフィルタ１においては、能動フィルタを構成に含むノイズフィルタの故障を検知し、周囲機器への伝導ノイズの伝搬を防止することが可能になる。
〔実施例１〕
　以下では、本発明の実施例に係る電力変換装置のノイズフィルタについて、図面を用いて、より詳細に説明する。
＜システム構成＞
　図１は、需要家構内に設置される電源システム１００の概略構成を示すブロック図である。図１に示す電源システム１００は、直流電力を供給するＤＣ電源１０１と交流電力を供給する商用電力系統（以下、「系統」ともいう。）１０３とを連系する系統連系システムである。電源システム１００は、太陽光発電モジュールや蓄電池、ＥＶ等のＤＣ電源１０１から供給される直流電力を、所定の交流電力（例えば、単相３線２００／１００Ｖ）に変換するための電力変換装置（パワーコンディショナ）１０２を備える。電力変換装置１０２で変換された所定の交流電力は、例えば、需要家構内に設けられた電灯設備や負荷等（図示せず）、あるいは連系する系統１０３に供給される。また、電力変換装置１０２は、系統１０３から供給された交流電力を、所定の直流電力に変換する。電力変換装置１０２で変換された直流電力は、ＤＣ電源１０１として連系する蓄電池やＥＶ等に供給される。
　電力変換装置１０２は、ＤＣ電源１０１から供給される直流電力を系統から供給される電力と同期のとれた交流電力、あるいは、系統から供給される交流電力をＤＣ電源１０１から供給される電力と同期のとれた直流電力に変換するためのＤＣＤＣコンバータ１０２ｂ、インバータ１０２ｃを構成に含む。また、電力変換装置１０２は、上述した直流電力から交流電力、または交流電力から直流電力への変換処理（昇降圧変換、周波数変換等）で生じる伝導ノイズ（コモンモードノイズ、ノーマルモードノイズ）を抑制するためのＤＣＦ１０２ａおよびＡＣＦ１０２ｄといったノイズフィルタを構成に含む。ノイズフィルタの中のＤＣＦ１０２ａは、電力変換部１０２のＤＣ電源１０１側の入出力端部に設けられ、ＡＣＦ１０２ｄは、電力変換部１０２の系統１０３側の入出力端部に設けられる。ＤＣＦ１０２ａとＡＣＦ１０２ｄは、直流と交流の違いによって電圧仕様、電流仕様等が異なるが、それぞれの回路を構成する要素部品は粗同じである。以下、ＤＣＦ１０２ａとＡＣＦ１０２ｄとを総称して単に「ノイズフィルタ」ともいう。
＜ノイズフィルタ構成＞
　図２は、本実施例に係るノイズフィルタの機略回路構成を示すブロック図である。図２に示すノイズフィルタ１は、受動フィルタ２０と、能動フィルタ１０とを構成に含むハイブリッド型のノイズフィルタである。能動フィルタ１０は、電源ラインに伝搬する伝導ノイズの高周波成分を検出し、当該高周波成分に対応する高調波電流を低減するように機能する。本実施例に係るノイズフィルタ１は、受動素子で構成された受動フィルタ２０と、オペレーションアンプやトランジスタ等の能動素子を回路構成に含む能動フィルタ１０とを組合せることで、数ｋＷクラスの電力変換を行う場合であってもサイズの小型化を可能にする。そして、本実施例に係るノイズフィルタ１は、能動フィルタ１０の能動素子等に対して動作電力を供給する電源の挙動を監視するための異常検出部３０をさらに備える。異常検出部３０は、例えば、通電状態のノイズフィルタ１において、能動素子等に供給される電源の電流値を計測する。そして、異常検出部３０は、計測された電流値の状態変化に基づいて、能動素子等を含む能動フィルタ１０の異常を診断する。
　本実施例に係るノイズフィルタ１において、受動フィルタ２０は電力変換装置１０２のノイズ源側に設けられる。例えば、ノイズフィルタ１が図１に示すＤＦＣ１０２ａとして機能する場合には、電力変換装置１０２のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂとＤＦＣ１０２ａとを結ぶ電源ラインが受動フィルタ２０の端子２０ａ、２０ｂに接続される。そして、当該ＤＦＣと直流電力源になるＤＣ電源１０１とを結ぶ電源ラインが受動フィルタ２０の端子２０ｃ、２０ｄに接続される。一方、ノイズフィルタ１が図１に示すＡＦＣ１０２ｄとして機能する場合には、電力変換装置１０２のインバータ１０２ｃとＡＦＣ１０２ｄとを結ぶ電源ラインが受動フィルタ２０の端子２０ａ、２０ｂに接続される。そして、当該ＡＦＣと交流電力源になる系統１０３とを結ぶ電源ラインが受動フィルタ２０の端子２０ｃ、２０ｄに接続される。
　受動フィルタ２０は、受動素子であるリアクトルＣＭＣと、ノイズ源側に設けられたキャパシタ（Ｃ１、Ｃ２）と、直流電力源（ＤＣ電源１０１）または交流電力源（系統１０３）側に設けられたキャパシタ（Ｃ３、Ｃ４）によって構成される。ノイズ源側に設けられたキャパシタＣ１およびＣ２と、直流または交流電力源側に設けられたキャパシタＣ３およびＣ４は、各電源ラインと基準電位であるフレームグランド（ＦＧ）等とを接続し、各電源ラインを伝搬するコモンモードノイズ電流をＦＧ等の基準電位に逃がすＹコンデンサとして機能する。リアクトルＣＭＣと、当該リアクトルのノイズ源側に設けられたＹコンデンサおよび電力源に設けられたＹコンデンサとは、ＬＣフィルタを構成する。
　本実施例に係る能動フィルタ１０は、受動フィルタ２０の直流または交流電力が供給される電力源（ＤＣ電源１０１、系統１０３）側の電源ラインの端子２０ｃおよび端子２０ｄに接続される。能動フィルタ１０は、フィルタ用電源１１と、検出部１２と、増幅部１３と、注入部１４として機能する回路構成を含む。フィルタ用電源１１は、正電圧（Ｖｐ）の電力を供給する正電源Ｐ１と、負電圧（Ｖｎ）の電力を供給する負電源Ｐ２とを構成要素に含む両電源モジュールである。正電源Ｐ１の負側電極と、負電源Ｐ２の正側電極とが接続する接続点は、基準電位であるフレームグランド（ＦＧ）等に接地される。
　能動フィルタ１０の検出部１２は、当該フィルタと組合せられる受動フィルタ２０の、電力源（ＤＣ電源１０１、系統１０３）側の電源ラインに伝搬される伝導ノイズの高周波成分を検出する。そして、検出された高周波成分を増幅部１３に出力する。検出部１２を構成するキャパシタＣ５の一端は、電源ラインの端子２０ｃに接続され、キャパシタＣ６の一端は電源ラインの端子２０ｄに接続される。そして、端子２０ｃに接続されたキャパシタＣ５の他端、および、端子２０ｄに接続されたキャパシタＣ６の他端は抵抗Ｒ１を通じて基準電位（ＦＧ等）に接地される。ここで、キャパシタＣ５と抵抗Ｒ１は、端子２０ｃが接続される電源ラインに伝搬された伝導ノイズの高周波成分を通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を構成し、キャパシタＣ６と抵抗Ｒ１は、端子２０ｄが接続される電源ラインに伝搬された伝導ノイズの高周波成分を通過させるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）を構成する。ハイパスフィルタを通過した伝導ノイズの高周波成分は、直列に接続されたキャパシタＣ７と抵抗Ｒ２とを通じて当該高周波成分に応じた電圧変動として増幅部１３に出力される。
　増幅部１３は、オペレーションアンプ１３ａと、ＮＰＮ型トランジスタＴＲ１およびＰＮＰ型トランジスタＴＲ２といった能動素子を回路構成に含む増幅回路である。オペレーションアンプ１３ａにはフィルタ用電源１１から、駆動用電力として、正電圧（Ｖｐ）の電力、および、負電圧（Ｖｎ）の電力が供給される。同様にして、トランジスタＴＲ１のコレクタには、駆動用電力として、フィルタ用電源１１の正電圧（Ｖｐ）の電力が供給され、トランジスタＴＲ２のコレクタには、フィルタ用電源１１の負電圧（Ｖｎ）の電力が供給される。
　検出部１２から出力された高周波成分による電圧変動はオペレーションアンプ１３ａの反転入力端子２に入力される。また、オペレーションアンプ１３ａの非反転入力端子３には、抵抗Ｒ３を通じて基準電位ＦＧに接地された、差動動作の基準になる電圧が入力される。オペレーションアンプ１３ａは、反転入力端子２に入力された電流変動と、非反転入力端子３に入力された基準電圧との差分電圧を差動増幅して出力端子１に出力する。なお、オペレーションアンプ１３ａの反転入力端子２には、当該オペレーションアンプ１３ａの入力過電圧保護のためのダイオードＤ１、Ｄ２による逆並列回路が接続されている。出力端子１から出力された差分電圧は、抵抗４を通じて、エミッタが相互接続するトランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）のベースに入力され、電流増幅が行われる。トランジスタＴＲ１のベースはダイオードＤ３のアノードに接続し、トランジスタＴＲ２のベースはダイオードＤ４のカソードに接続する。出力端子１から出力された差分電圧は、ダイオードＤ３のカソード側、および、ダイオードＤ４のアノード側に接続される。また、ダイオードＤ３のアノード側には抵抗Ｒ５を通じて正電圧（Ｖｐ）が印加され、ダイオードＤ４のカソード側には抵抗Ｒ６を通じて負電圧（Ｖｎ）が印加される。差分電圧の電圧変動により、トランジスタＴＲ１、ＴＲ２のエミッタ／ベース間の電流が変化し、コレクタ／エミッタ間には、当該トランジスタの増幅度に応じたコレクタ電流が高調波電流として出力される。トランジスタＴＲ１およびＴＲ２のエミッタから出力された高調波電流は、抵抗Ｒ７とキャパシタＣ８とによるローパスフィルタを介してオペレーションアンプ１３ａの反転入力端子２に帰還入力される。この結果、能動フィルタ１０は、反転入力端子２に帰還入力された高調波電流に従って、端子２０ｃ、２０ｄが接続される電源ラインに流れる電流の高調波電流を低減するように、能動フィルタ１０の出力電流が制御される。
　なお、各トランジスタのエミッタから出力された出力電流は注入部１４に入力される。注入部１４に入力された出力電流は抵抗Ｒ８とキャパシタＣ９を通じて端子２０ｃが接続する電源ラインに注入され、抵抗Ｒ８とキャパシタＣ１０を通じて端子２０ｄが接続する電源ラインに注入される。
　異常検出部３０は、電流計測機能３１と異常診断機能３２とを有する制御モジュールである。異常検出部３０として、典型的には、制御用のマイコンが例示される。異常検出部３０は、能動フィルタ１０を機能させるためにフィルタ用電源１１から各能動素子に供給される正電圧（Ｖｐ）および負電圧（Ｖｎ）の挙動を監視し、当該能動フィルタの異常を診断する。
　図３は、フィルタ用電源１１から各能動素子に駆動電力として供給される電源挙動の監視について説明する図である。図２に示すように、フィルタ用電源１１から、各能動素子に供給される電源の挙動は、例えば、正電源Ｐ１から基準電位ＦＧ側へ流れ込む電流値（Ｉｐ）、負電源Ｐ２から基準電位ＦＧ側に流れ込む電流値（Ｉｎ）を計測することで監視できる。また、正電源Ｐ１の負側電極と、負電源Ｐ２の正側電極とが接続する接続点から、基準電位ＦＧ側へ流れ込む電流値（Ｉｇ）を計測することでも各能動素子に供給される電源の挙動が監視できる。
　なお、フィルタ用電源１１の挙動は、例えば、正電圧（Ｖｐ）および負電圧（Ｖｎ）を計測して監視してもよい。フィルタ用電源１１に採用される両電源モジュールの特性を、例えば、故障時において基準電位（ＦＧ）側に流れ込む電流値の増加により電圧低下を引き起こす電源で構成すればよい。さらに、正電源Ｐ１の負側電極と、負電源Ｐ２の正側電極とが接続する接続点から、基準電位ＦＧ側へ流れ込む電流値（Ｉｇ）の電流波形を監視対象として、例えば、ＡＣ成分がなく、ＤＣ成分が主体の電流波形が監視されたことを条件に、能動フィルタ１０の故障が検出できる。
　能動フィルタ１０の回路構成においては、能動素子であるオペレーションアンプ１３ａ、トランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）を含む増幅部１３が、相対的に故障しやすい回路箇所ということができる。また、能動フィルタ１０によって高調波電流を低減するように制御された出力電流が電源ラインに注入される注入部１４は、受動素子で構成されるも、故障が生じた場合における周辺機器に対する影響の度合いが高い箇所と言える。したがって、ノイズフィルタ１の異常検出部３０は、電流計測機能３１を介してフィルタ用電源１１から、電流値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇを計測する。そして、異常検出部３０は、異常診断機能３２により、電流計測機能３１を介して計測された各電流値に基づき、上記増幅部１３、および注入部１４を監視主体とする能動フィルタ１０の異常を診断する。
　次に、図４から図６を参照して、能動フィルタ１０の故障に伴う各電流値の電流変化を説明する。図４は、能動フィルタ１０の注入部１４が、オープン（断線状態）故障した場合の電流変化をシミュレートしたグラフの一例である。注入部１４のオープン故障として、例えば、過電流による抵抗Ｒ８の損傷が例示される。図４のシミュレーショングラフの縦軸は電流値（ｍＡ）を表し、横軸は時間（μｓｅｃ）を表す。図４において、破線で示されるグラフは正常時の電流値の推移を表し、実線で示されるグラフは故障時における電流値の推移を表す。なお、図４における電流変化を示すグラフの縦軸および横軸属性、グラフの表示属性は、図５、図６についても同様に適用される。
　図４において、注入部１４にオープン破壊による故障が生じた場合には、フィルタ用電源１１に流れる電流値ＩｐおよびＩｎは、ＡＣ成分による変動幅が粗ゼロになり、一定の電流値が継続して計測される状態になる。また、電流値Ｉｇにおいても、ＡＣ成分による変動幅が粗ゼロになり、基準電位ＦＧに流れ込む電流が粗ゼロになる。なお、点線で示されるように、電流値Ｉｇの正常時の変動幅は、電流値Ｉｐ、Ｉｎの正常時の変動幅と比較して相対的に大きい。このため、電力変換装置１０２の動作中において、フィルタ用電源１１から計測された電流値Ｉｇの変動幅に基づいて、注入部１４のオープン故障を検出することが可能になる。但し、実線で示すように、故障時においては電流値ＩｐおよびＩｎもＡＣ成分による変動幅が粗ゼロとなった定電流状態になるため、この定電流状態の計測を条件に、注入部１４のオープン故障の検出が可能になる。
　図５は、能動フィルタ１０の増幅部１３を構成するオペレーションアンプ１３ａの正電圧（Ｖｐ）側が、短絡故障した場合の電流変化をシミュレートしたグラフの一例である。図５に示すように、正常時における電流値Ｉｐは、－１０ｍＡ近傍をＡＣ成分による変動幅を含んで推移し、電流値Ｉｇは、０ｍＡ近傍をＡＣ成分による変動幅を含んで推移する。そして、短絡故障が生じた場合には、電流値ＩｐおよびＩｇは、負電流側に大きくオフセット（図例では約１２０ｍＡ）した状態で推移する。これに対し、電流値Ｉｎは、故障の前後でわずかに低下するも、１０ｍＡ近傍をＡＣ成分による変動幅を含んで推移している。したがって、電力変換装置１０２のフィルタ用電源１１から計測された電流値Ｉｐ、Ｉｇの状態変化に基づいて、オペレーションアンプ１３ａの正電圧（Ｖｐ）側の短絡故障の検出が可能になる。
　図６は、能動フィルタ１０の増幅部１３を構成するトランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）の短絡故障した場合の電流変化をシミュレートしたグラフの一例である。図６に示すように、正常時においては、各電流値は０ｍＡ近傍をＡＣ成分による変動幅を含んで推移している。しかし、短絡故障が生じた場合には、電流値Ｉｐは負電流側に大きくオフセット（図例では約６００ｍＡ）し、電流値Ｉｎは正電流値側に大きくオフセット（約６００ｍＡ）して推移する。なお、電流値Ｉｇは、故障が生じた場合であっても、０ｍＡ近傍をＡＣ成分による変動幅を含んで推移している。したがって、電力変換装置１０２のフィルタ用電源１１から計測された電流値Ｉｐ、Ｉｎの状態変化に基づいて、増幅部１３を構成するトランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）の短絡故障の検出が可能になる。
　能動フィルタ１０の増幅部１３、注入部１４のそれぞれに対して、故障要因であるオープン故障および短絡（ショート）故障についてシミュレーションを実行した結果を図７に示す。図７においては、能動フィルタ１０の故障診断箇所について、電流値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇのそれぞれに対する故障判定の条件を纏めたテーブルの一例が例示される。
　図７に示すように、増幅部１３のトランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）に対するオープン故障および短絡故障は、電力値Ｉｐまたは電力値Ｉｎの計測値を用いて当該箇所の故障を診断することが可能である。また、増幅部１３のオペレーションアンプ１３ａに対するオープン故障は、電力値Ｉｐまたは電力値Ｉｎの計測値を用いて診断することが可能であり、短絡故障は電流値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇのうち少なくとも２つの計測値を用いて診断することが可能である。注入部１４に対するオープン故障および短絡故障は、電力値Ｉｇの計測値を用いて診断することが可能である。したがって、本実施例に係るノイズフィルタの異常検出部３０においては、電流値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇの内、少なくとも２つの計測値（電力値Ｉｇと電力値Ｉｐまたは電力値Ｉｎ）を用いることで、能動フィルタ１０の異常を診断することが可能になる。
　また、増幅部１３のトランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）のオープン故障については、計測された電力値Ｉｐまたは電力値Ｉｎが閾値Ａ未満であることを条件として、当該箇所の故障が判定される。一方、増幅部１３のトランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）の短絡故障については、計測された電力値Ｉｐまたは電力値Ｉｎが閾値Ｂを超えることを条件として、当該箇所の故障が判定される。
　増幅部１３のオペレーションアンプ１３ａに対するオープン故障については、計測された電力値Ｉｐまたは電力値Ｉｎが閾値Ａ未満であることを条件として、当該箇所の故障が判定される。一方、増幅部１３のオペレーションアンプ１３ａの短絡故障については、計測された電力値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇの内、少なくとも２つの電力値が閾値Ｂを超えることを条件として、当該箇所の故障が判定される。そして、注入部１４に対するオープン故障は、計測された電力値Ｉｇが閾値Ｃ未満であることを条件として、当該箇所の故障が判定される。さらに、注入部１４の短絡故障は、計測された電力値Ｉｇが閾値Ｄを超えることを条件として、当該箇所の故障が判定される。
　なお、オペレーションアンプ１３ａの短絡故障について、電力値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇの内、少なくとも２つの電力値に対する計測値を必要としたが、電流計測精度が充分であれば、図５の電流値Ｉｎの正常時および故障時の電流変化に示されるように、１つの電流計測であっても当該箇所の故障が検出できる。
　なお、能動フィルタ１０の故障判定を行うタイミングは、例えば、電力変換装置１００に対して起動が行われ、連系するＤＣ電源１０１や系統１０２から供給される電力に対する電力変換処理の運転開始前が例示できる。当該タイミングで能動フィルタ１０の故障を検出することにより、電力変換装置１００は運転を停止することができるため、電力変換処理によって生ずる伝導ノイズの、連系する周辺機器への伝搬が防止可能になる。
　ここで、電力変換装置１００の運転開始後においては、注入部１４を通じて、能動フィルタ１０によって高調波電流を低減するように制御された出力電流が電源ラインに注入される。したがって、当該注入部１４の故障判定のタイミングは、電力変換装置１００の運転開始後（運転中）に実行するようにしてもよい。注入部１４の故障判定を運転中に行うことにより、元来、能動フィルタ１０によって低減される電源ラインの伝導ノイズの高調波電流が、注入部１４の故障により低減されない状態で周辺機器に伝搬することを防止できる。なお、異常検出部３０は、注入部１４の故障を検出しない場合には、運転開始後の注入部１４に対する故障判定を省略することもできる。
＜処理の流れ＞
　図８は、本実施例に係るノイズフィルタにおける故障診断処理の一例を示すフローチャートである。図８のフローにおいては、電流値Ｉｇと電流値Ｉｐまたは電流値Ｉｎの２つの電流値を用いて、ノイズフィルタ１の故障診断が行われる。先ず、電力変換装置１００が起動されると、本実施例のノイズフィルタ１は通電状態になり、フィルタ用電源１１、増幅部１３への通電が開始される（ステップＳ１０１）。異常検出部３０においては電流計測機能３１により、通電状態となったフィルタ用電源１１から、計測対象になる２つの電流値（ＩｇとＩｐまたはＩｎ）の計測値が取得されると、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２においては、計測された電流値Ｉｐまたは電流値Ｉｎが、閾値Ａから閾値Ｂの範囲内であることが判定される。ステップＳ１０２において、計測された電流値Ｉｐまたは電流値Ｉｎが、閾値Ａから閾値Ｂの範囲内である場合には（ステップＳ１０２、“ＹＥＳ”）、ステップＳ１０３に進み電力変換装置１００の運転が開始される。一方、ステップＳ１０２において、計測された電流値Ｉｐまたは電流値Ｉｎが、閾値Ａから閾値Ｂの範囲内でない場合には（ステップＳ１０２、“ＮＯ”）、ステップＳ１０６に進みノイズフィルタ１の故障が診断される。ノイズフィルタ１を構成に含む電力変換装置１００は、例えば、異常診断機能３１によって故障と診断された場合には、当該電力変換装置１００の運転を停止させる。
　運転開始後、ステップＳ１０４においては、計測された電流値Ｉｇが閾値Ｃから閾値Ｄの範囲内であることが判定される。ステップＳ１０４において、計測された電流値Ｉｇが、閾値Ｃから閾値Ｄの範囲内である場合には（ステップＳ１０４、“ＹＥＳ”）、ステップＳ１０５に進みノイズフィルタ１の状態が正常と診断される。ノイズフィルタ１を構成に含む電力変換装置１００は、運転を継続する。一方、ステップＳ１０４において、計測された電流値Ｉｇが、閾値Ｃから閾値Ｄの範囲内でない場合には（ステップＳ１０４、“ＮＯ”）、ステップＳ１０６に進みノイズフィルタ１の故障が診断される。電力変換装置１００は、ステップＳ１０３で開始された当該電力変換装置１００の運転を停止させる。ステップＳ１０５、Ｓ１０６の処理が終了すると本ルーチンを一旦終了する。
　以上で説明したように、本実施例においては、ノイズフィルタ１を構成する能動フィルタ１０のフィルタ用電源１１の挙動を監視して、当該能動フィルタ１０の故障あるいは正常を診断できる。本実施例においては、能動フィルタ１０が正常であると診断される場合には、ノイズフィルタ１を構成に含む電力変換装置１００の運転が継続される。一方、能動フィルタ１０が故障と診断される場合には、ノイズフィルタ１を構成に含む電力変換装置１００の運転を停止できる。本実施例によれば、能動フィルタを構成に含むノイズフィルタの故障を検知し、周囲機器への伝導ノイズの伝搬を防止することが可能になる。
　また、本実施例においては、フィルタ用電源１１の挙動を監視するための情報として、正電源Ｐ１から基準電位ＦＧ側に流れ込む電流値Ｉｐ、負電源Ｐ２から基準電位ＦＧ側に流れ込む電流値Ｉｎ、正電源Ｐ１の負側電極と、負電源Ｐ２の正側電極とが接続する接続点から基準電位ＦＧ側へ流れ込む電流値Ｉｇが計測できる。電流値Ｉｐまたは電流値Ｉｎを計測することにより、当該計測値の状態変化に基づいて、能動フィルタ１０の能動素子を含む回路構成のオープン故障および短絡故障が診断できる。また、電流値Ｉｇを計測することにより、当該計測値の状態変化に基づいて、能動フィルタ１０の能動素子を含まない回路構成のオープン故障および短絡故障が診断できる。したがって、本実施例によれば、少なくとも電流値Ｉｇと電流値Ｉｐまたは電流値Ｉｎの２つの電流値を計測することで、能動素子を含まない回路構成のオープン故障、短絡故障の判断が可能になるため、故障診断の判定精度を高めることができる。
　また、本実施例においては、能動フィルタ１０の故障判定を行うタイミングは、例えば、電力変換装置１００に対して起動が行われ、連系するＤＣ電源１０１や系統１０２から供給される電力に対する電力変換処理の運転開始前に行うことができる。ノイズフィルタ１を構成に含む電力変換装置１００は、運転開始前に能動フィルタ１０の故障が診断できるため、電力変換処理によって生ずる伝導ノイズの、連系する周辺機器への伝搬が防止可能になる。本実施例によれば、能動フィルタ１０が故障した状態で電力変換装置１００が運転されることを未然に防止できる。
　また、本実施例においては、電力変換装置１００の運転開始後においても、能動フィルタ１０の故障判定を行うことができる。このため、元来、能動フィルタ１０によって低減される電源ラインの伝導ノイズの高調波電流が、能動フィルタ１０の故障によって低減されない状態で伝搬し、周辺機器の動作に悪影響を及ぼすことを防止できる。本実施例によれば、能動フィルタ１０が故障した状態で電力変換装置１００の運転が継続されることを防止できる。
〔実施例２〕
　図９は、実施例２に係るノイズフィルタ２の機略構成を示すブロック図である。実施例１では、ノイズフィルタ１の能動フィルタ１０が、能動素子の駆動用電源としてノイズフィルタ用電源１１を備え、当該電源から故障診断に係る電流値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇを計測する構成とした。実施例２では、ノイズフィルタ２は能動フィルタとして、検出部１２、増幅部１３、抽出部１４から構成されるＡＦ回路４２を備える構成とする。そして、実施例２においては、ＡＦ回路４２に対して、外部側に設けられたＡＦ用電源４０から正電圧（Ｖｐ）、負電圧（Ｖｎ）を供給する構成とした。このように、能動素子の駆動用電源は、外部側から供給される構成を採用してもよい。また、ＡＦ用電源４０からＡＦ回路４２に供給される電流値Ｉｐ、Ｉｎを電力変換装置１００の制御用マイコン４１で計測する構成とした。このような、構成であっても、実施例１と同様にして、ＡＦ回路４２に供給されるＡＦ用電源４０の挙動を監視して、当該ＡＦ回路を含むノイズフィルタ２の故障あるいは正常が診断できる。
　そして、電力変換装置１００の制御用マイコン４１は、計測された電流値Ｉｐ、Ｉｎ、Ｉｇの内の２つの電流値に基づいて、ＡＦ回路４２の故障診断を行う。制御用マイコン４１は、ＡＦ回路４２の状態が故障と診断する場合には、電力変換回路２ｂの動作を停止させることができる。なお、図９に示す電源２ａは、実施例１のＤＣ電源１０１および系統１０３に相当し、電力変換回路２ｂは、実施例１のＤＣＤＣコンバータ１０２ｂおよびインバータ１０２ｃに相当する。電力変換回路２ｂを通じて変換された電力は、当該電力変換装置に接続する負荷２ｃに供給される。
　本実施例に係るノイズフィルタ２では、回路構成に、フィルタ用電源１１および異常検出部３０を含まないため、実施例１のノイズフィルタ１と比較して相対的に小型化を図ることが可能になるとともに、部品点数の減少による製品コストの削減が可能になる。また、異常検出部３０の機能を、制御用マイコン４１に持たせることが可能になり、電力変換装置１００としての電力消費が抑制できる。
〔変形例〕
　図１０は、実施例２の変形例に係るノイズフィルタ３の機略構成を示すブロック図である。実施例２においては、ＡＦ用電源４０からＡＦ回路４２に供給される正電源の電流値Ｉｐ、負電源の電流値Ｉｎ、基準電位ＦＧに流れ込む電流値Ｉｇを電力変換装置１００の制御用マイコン４１で計測する構成とした。このため、故障検出に係る基準電位は、制御用マイコン４１のグランドである必要がある。変形例においては、ＡＦ回路に電力を供給する電源をＡＦ用の絶縁電源５０ｂとし、当該絶縁電源に対して電力を供給する駆動用電源５０ａをさらに備える構成とした。ここで、ＡＦ用絶縁電源５０ｂとして、例えば、１次側に入力された駆動用電源５０ａからの電力を変換し、２次側に変換後の電力（ＡＦ回路５２用の電力）を出力するトランスが例示される。そして、変形例においては、電力変換装置１００の制御用マイコン５１は、ＡＦ用絶縁電源５０ｂに供給される電流値Ｉａを計測する構成とした。ＡＦ回路５２においてオープン故障または短絡故障が生じた場合には、正常動作時と比較してＡＦ用絶縁電源５０ｂから供給される電力状態が変化する。そして、２次側の電力状態の変化に応じて、駆動用電源５０ａからＡＦ用絶縁電源５０ｂの１次側に供給される電力状態が変化するため、当該ＡＦ用絶縁電源５０ｂに供給される電流値Ｉａが変化する。このような構成であっても、実施例１と同様にして、ＡＦ回路５２に供給されるＡＦ用絶縁電源５０ｂの挙動を監視して、当該ＡＦ回路を含むノイズフィルタ３の故障あるいは正常状態が診断できる。
　図１１は、変形例における、能動フィルタ１０の故障に伴う一次側の電流値（Ｉａ）の変化をシミュレートしたグラフの一例である。図１１において、（ａ）は能動フィルタ１０の注入部１４がオープン故障した場合の電流変化を表し、（ｂ）は増幅部１３を構成するオペレーションアンプ１３ａの正電圧（Ｖｐ）側が、短絡故障した場合の電流変化を表し、（ｃ）は増幅部１３を構成するトランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）が短絡故障した場合の電流変化を表す。また、図１１において、縦軸は電流値（ｍＡ）を表し、横軸は時間（μｓｅｃ）を表し、破線で示されるグラフは正常時の電流値の推移を表し、実線で示されるグラフは故障時における電流値の推移を表す。
　図１１（ａ）の、破線矢印に示すように、注入部１４が正常であるときには、一次側の電流値（Ｉａ）は、所定幅（図例では、粗±１ｍＡ）の振幅範囲内で変動する。一方、注入部１４のオープン破壊が生じた場合には、一次側の電流値（Ｉａ）は、実線矢印で示すように、振幅が粗０ｍＡとなり、故障待機時消費電流が流れることになる。ここで、故障時待機消費電流は、例えば、ＡＦ用絶縁電源５０ｂの定格等で規定される電流値であり、図１１（ａ）においては、約１５．５ｍＡとなる。
　同様にして、増幅部１３を構成するオペレーションアンプ１３ａの正電圧（Ｖｐ）側が短絡故障した場合には、図１１（ｂ）の破線矢印で示される約１５ｍＡ近傍で推移変化する一次側電流値（Ｉａ）が、実線矢印で示されるように、約５０ｍＡ近傍まで増大して推移することになる。さらに、増幅部１３を構成するトランジスタ（ＴＲ１、ＴＲ２）が短絡故障した場合では、図１１（ｃ）の破線矢印で示されるｍＡオーダで推移変化する一次側電流値（Ｉａ）は、実線矢印で示されるように、約１７Ａ近傍まで増大して推移する。
　したがって、ＡＦ用絶縁電源５０ｂを用いる場合であっても、駆動用電源５０ａからＡＦ用絶縁電源５０ｂの一次側に供給される電流値（Ｉａ）の状態変化を検出することで、当該電流値（Ｉａ）の状態変化に基づいて、ＡＦ回路５２を含むノイズフィルタの故障あるいは正常状態が診断可能になる。　
　電力変換装置１００のマイコン５１は、例えば、自身の基準電位であるグランドを用いて、駆動用電源５０ａからＡＦ用絶縁電源５０ｂに供給される電流値Ｉａに基づいて、ＡＦ回路５２の故障診断を行うとすればよい。制御用マイコン５１は、ＡＦ回路５２の状態が故障と診断する場合には、電力変換回路３ｂの動作を停止させることができる。なお、図１０に示す電源３ａは、実施例２の電源２ａに相当し、電力変換回路３ｂは電力変換回路２ｂに相当する。電力変換回路３ｂを介して変換された電力は、当該電力変換装置に接続する負荷３ｃに入力される。
　本実施例においては、ノイズフィルタ３のＡＦ回路５２の故障状態は、駆動用電源５０ａからＡＦ用絶縁電源５０ｂに供給される電流値Ｉａのみの計測値に基づいて診断できるという利点がある。ノイズフィルタ３を構成に含む電力変換装置１００の制御用マイコン５１では、診断に係る計測値の入力点数を実施例２と比較して相対的に減らすことが可能になるため、空いた入力点数を他の制御入力に振当てることが可能になる。
　なお、上述の実施例や変形例の構成は、本発明の課題や技術的思想を逸脱しない範囲で可能な限り組み合わせることができる。例えば、上述の実施例においては、ＤＣ電源として太陽光発電モジュールや蓄電池モジュールを例示した。本発明は、これらに代えて、燃料電池モジュール、ガスエンジンモジュール、風力発電モジュール、潮力発電モジュール、水力発電モジュール、地熱発電モジュール等のエネルギーやこれらを組み合わせて用いる電源システムに適用することもできる。
　なお、以下には本発明の構成要件と実施例の構成とを対比可能とするために、本発明の構成要件を図面の符号付きで記載しておく。
＜発明１＞
　交流電力系統（１０３）または前記交流電力系統（１０３）と連系する直流電源（１０１）から電力変換装置（１０２）に供給される前記交流電力または前記直流電源から供給される直流電力の電源ラインの受電端（２０ｃ、２０ｄ）に接続され、前記電源ラインに伝搬する伝導ノイズの高調波成分を低減させて前記電源ラインに出力する能動フィルタ回路（１０）と、
　前記能動フィルタ回路（１０）を構成する能動素子の駆動電力を生成する電源モジュールに入力される入力電力の状態変化、または、前記電源モジュールから供給される前記駆動電力の状態変化を監視し、前記入力電力の状態変化または前記駆動電力の状態変化に基づいて前記能動フィルタ回路（１０）の前記能動素子を含む回路の回路動作の異常を診断する制御部（３０）と、
　を備えることを特徴とするノイズフィルタ（１）。
１，２，３　　　：ノイズフィルタ
１０：能動フィルタ
１１：フィルタ用電源
１２：検出部
１３：増幅部
１４：注入部
２０：受動フィルタ
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ：端子
３０：異常検出部
３１：電流計測機能
３２：異常診断機能
１００：電源システム
１０１：ＤＣ電源
１０２：電力変換装置
１０２ａ：ＤＣＦ
１０２ｂ：ＤＣＤＣコンバータ
１０２ｃ：インバータ
１０２ｄ：ＡＣＦ
１０３：系統

Claims (9)

  1. 　交流電力系統または前記交流電力系統と連系する直流電源から電力変換装置に供給される前記交流電力または前記直流電源から供給される直流電力の電源ラインの受電端に接続され、前記電源ラインに伝搬する伝導ノイズの高調波成分を低減させて前記電源ラインに出力する能動フィルタ回路と、
    　前記能動フィルタ回路を構成する能動素子の駆動電力を生成する電源モジュールに入力される入力電力の状態変化、または、前記電源モジュールから供給される前記駆動電力の状態変化を監視し、前記入力電力の状態変化または前記駆動電力の状態変化に基づいて、前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作の異常を診断する制御部と、
    　を備えることを特徴とするノイズフィルタ。
  2. 　前記制御部は、前記駆動電力の状態変化に基づいて前記能動素子を含む能動フィルタ回路の回路動作に異常が生じたことを診断するときには、前記電力変換装置の運転を停止させる、ことを特徴とする請求項１に記載のノイズフィルタ。
  3. 　前記制御部は、前記駆動電力の状態変化に基づいて前記能動素子を含む能動フィルタ回路の回路動作が正常と診断したときには、前記電力変換装置の運転を継続させる、ことを特徴とする請求項１または２に記載のノイズフィルタ。
  4. 　前記電源モジュールは、正側電圧を生成する正電源と、負側電圧を生成する負電源とを有する、ことを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のノイズフィルタ。
  5. 　前記制御部は、少なくとも、前記電源モジュールの正電源から基準電位側に流れ込む第１電流値、前記電源モジュールの負電源から基準電位側に流れ込む第２電流値、前記正電源の負側電極と前記負電源の正側電極とが接続する接続点から基準電位側へ流れ込む第３電流値の何れか一の電流値に基づいて、前記電源モジュールから供給される駆動電力の状態変化を監視する、ことを特徴とする請求項４に記載のノイズフィルタ。
  6. 　前記制御部は、前記電源モジュールの正電源から基準電位側に流れ込む第１電流値または前記電源モジュールの負電源から基準電位側に流れ込む第２電流値と、前記正電源の負側電極と前記負電源の正側電極とが接続する接続点から基準電位側へ流れ込む第３電流値に基づいて、前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作の異常を診断する、ことを特徴とする請求項４に記載のノイズフィルタ。
  7. 　前記制御部は、前記第１電流値または前記第２電流値が、第１閾値以上であって且つ前記第１閾値より大きい第２閾値以下のときには、前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作は正常であると判定する、請求項５または６に記載のノイズフィルタ。
  8. 　前記制御部は、前記第３電流値が、第３閾値以上であって且つ前記第３閾値より大きい第４閾値以下のときには、前記能動フィルタ回路の前記能動素子を含む回路の回路動作は正常であると判定する、請求項５から７の何れか一項に記載のノイズフィルタ。
  9. 　交流電力系統または前記交流電力系統と連系する直流電源から電力変換装置に供給される前記交流電力または前記直流電源から供給される電源ラインの、前記電力変換装置側に、前記電源ラインを伝搬するコモンモードノイズを低減する受動フィルタをさらに備える、ことを特徴とする請求項１から８の何れか一項に記載のノイズフィルタ。
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