(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流部、直流リンクコンデンサ及びインバータ部を含むインバータにおいて、前記直流リンクコンデンサの容量を推定する装置であって、
測定直流リンク電圧、前記インバータ部の出力電流及び前記インバータ部の出力電圧を用いて直流リンク電圧を推定し、推定直流リンク電圧を出力する第１推定部と、
前記測定直流リンク電圧及び前記推定直流リンク電圧の周波数帯域のうち所望の帯域のみをそれぞれ選別し、前記選別された帯域の電圧の大きさをそれぞれ検出し、前記検出されたそれぞれの電圧の大きさを比較して評価指数を計算する計算部と、
前記評価指数及び初期直流リンク容量を用いて直流リンク容量を推定する第２推定部と
を含む、装置。
【請求項２】
前記第１推定部は、
前記インバータ部の出力電流及び前記インバータ部の出力電圧を用いて出力電力を演算する第１演算部と、
前記出力電力から直流リンク電力を推定する第３推定部と、
推定直流リンク電力を直流リンク電圧の平均で割り、前記第２推定部により推定された直流リンク容量を用いて前記推定直流リンク電圧を出力する第４推定部と、
前記測定直流リンク電圧と前記推定直流リンク電圧との誤差を演算する第２演算部と、
比例積分（ＰＩ）補償により、前記第２演算部の出力である誤差から入力電力を推定する第１補償部と
を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記第３推定部は、前記出力電力から前記第１補償部により推定された入力電力を引き、前記直流リンク電力を推定する、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記計算部は、
前記推定直流リンク電圧の運転周波数の第２高調波に相当する成分をフィルタリングする第１バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）と、
前記第１バンドパスフィルタの出力である脈動電圧の大きさを検出する第１検出部と、
前記測定直流リンク電圧の運転周波数の第２高調波に相当する成分をフィルタリングする第２バンドパスフィルタと、
前記第２バンドパスフィルタの出力である脈動電圧の大きさを検出する第２検出部と、
前記第１検出部の出力である脈動電圧の大きさを前記第２検出部の出力である脈動電圧の大きさで割り、評価指数を出力する第１比較部と
を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
前記計算部は、
前記測定直流リンク電圧の所定の高調波に相当する成分を除去するバンドストップフィルタ（ＢＳＦ）をさらに含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記評価指数に基づいて前記直流リンクコンデンサの故障状態を決定する、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記第２推定部は、
前記評価指数と基準値との誤差を出力する第２比較部と、
積分補償により、前記第２比較部の出力を用いて直流リンク容量の誤差を推定する第２補償部と、
前記第２補償部により推定された誤差と前記初期直流リンク容量を加算する加算部と
を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記第２推定部は、
前記第２推定部の動作を決定する決定部をさらに含む、請求項７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容量推定装置に関し、特に、インバータに用いられる直流リンクコンデンサの容量を推定する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マルチレベル高圧インバータ（multi-level high-voltage inverter）は、入力される線間電圧の実効値（ＲＭＳ値）が６００Ｖ以上のインバータであって、出力相電圧が多段階（マルチレベル）に出力される。高圧インバータは、数百ｋＷ〜数十ＭＷの容量を有する大容量の電動機を駆動するのに用いられ、主にファン、ポンプ、圧縮機、牽引（トラクション）、昇降（ホイスト）、コンベアなどの分野において用いられている。
【０００３】
マルチレベル高圧インバータとしては、モジュール化構造であるため拡張が容易なカスケードＨブリッジインバータが主に用いられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなカスケードＨブリッジインバータは、単位電力セル（power cell）毎に大容量の直流リンクコンデンサを含むが、直流リンクコンデンサは電力変換回路の構成のうち最も故障（フォールト）状態になりやすいという問題があった。
【０００５】
本発明が解決しようとする技術的課題は、高圧インバータにおける単位電力セルの直流リンクコンデンサの容量を推定し、直流リンクコンデンサの故障状態を判別することにより、メンテナンスを簡単にする、インバータの直流リンクコンデンサの容量推定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術的課題を解決するために、整流部、直流リンクコンデンサ及びインバータ部を含むインバータにおいて、前記直流リンクコンデンサの容量を推定する本発明の装置は、測定直流リンク電圧、前記インバータ部の出力電流及び前記インバータ部の出力電圧を用いて直流リンク電圧を推定し、推定直流リンク電圧を出力する第１推定部と、前記測定直流リンク電圧及び前記推定直流リンク電圧から評価指数（Evaluation Index: EI）を計算する計算部と、前記評価指数及び初期直流リンク容量を用いて直流リンク容量を推定する第２推定部とを含む。
【０００７】
本発明の一実施形態において、前記第１推定部は、前記インバータ部の出力電流及び前記インバータ部の出力電圧を用いて出力電力を演算する第１演算部と、前記出力電力から直流リンク電力を推定する第３推定部と、推定直流リンク電力を直流リンク電圧の平均で割り、前記第２推定部により推定された直流リンク容量を用いて前記推定直流リンク電圧を出力する第４推定部と、前記測定直流リンク電圧と前記推定直流リンク電圧との誤差を演算する第２演算部と、比例積分（ＰＩ）補償により、前記第２演算部の出力である誤差から入力電力を推定する第１補償部とを含んでもよい。
【０００８】
本発明の一実施形態において、前記第３推定部は、前記出力電力から前記第１補償部により推定された入力電力を引き、前記直流リンク電力を推定するようにしてもよい。
【０００９】
本発明の一実施形態において、前記計算部は、前記推定直流リンク電圧の運転周波数の第２高調波に相当する成分をフィルタリングする第１バンドパスフィルタ（Band Pass Filter: BPF）と、前記第１バンドパスフィルタの出力である脈動電圧の大きさを検出する第１検出部と、前記測定直流リンク電圧の運転周波数の第２高調波に相当する成分をフィルタリングする第２バンドパスフィルタと、前記第２バンドパスフィルタの出力である脈動電圧の大きさを検出する第２検出部と、前記第１検出部の出力である脈動電圧の大きさを前記第２検出部の出力である脈動電圧の大きさで割り、評価指数を出力する第１比較部とを含んでもよい。
【００１０】
本発明の一実施形態において、前記計算部は、前記測定直流リンク電圧の所定の高調波に相当する成分を除去するバンドストップフィルタ（Band Stop Filter: BSF）をさらに含んでもよい。
【００１１】
本発明の一実施形態においては、前記評価指数に基づいて前記直流リンクコンデンサの故障状態を決定するようにしてもよい。
【００１２】
本発明の一実施形態において、前記第２推定部は、前記評価指数と基準値との誤差を出力する第２比較部と、積分補償により、前記第２比較部の出力を用いて直流リンク容量の誤差を推定する第２補償部と、前記第２補償部により推定された誤差と前記初期直流リンク容量を加算する加算部とを含んでもよい。
【００１３】
本発明の一実施形態において、前記第２推定部は、前記第２推定部の動作を決定する決定部をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００１４】
このような本発明においては、インバータに含まれる直流リンクコンデンサの容量をリアルタイムで推定して故障状態をリアルタイムで簡単に検出できるようにするという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明が適用されるカスケードＨブリッジ高圧インバータの一実施形態の構成図である。
【図２】図１の単位電力セルの構造図である。
【図３】本発明によるインバータの直流リンクコンデンサの容量推定装置の一実施形態の構成図である。
【図４】図３の直流リンク電圧推定部の一実施形態の詳細構成図である。
【図５】図３の評価指数計算部の一実施形態の詳細構成図である。
【図６】図３の直流リンク容量推定部の一実施形態の詳細構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、様々な変更が可能であり、様々な実施形態を有するが、特定の実施形態を図面に示して詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。
【００１７】
「第１」、「第２」などのように序数を含む用語は様々な構成要素を説明するために使用されるが、前記構成要素は前記用語により限定されるものではない。前記用語は１つの構成要素を他の構成要素と区別する目的でのみ使用される。
【００１８】
ある構成要素が他の構成要素に「連結」又は「接続」されていると言及された場合は、前記他の構成要素に直接的に連結又は接続されていることもあり、中間にさらに他の構成要素が存在することもあると理解すべきである。それに対して、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」又は「直接接続」されていると言及された場合は、中間にさらに他の構成要素が存在しないと理解すべきである。
【００１９】
本出願で使用された用語は、単に特定の実施形態を説明するために使用されたもので、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文脈上明らかに他の意味を表すものでない限り、複数の表現を含む。本出願において、「含む」や「有する」などの用語は、明細書に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらの組み合わせが存在することを指定しようとするもので、１つ又はそれ以上の他の特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、又はこれらの組み合わせの存在や付加の可能性を予め排除するものではないと理解すべきである。
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明が適用されるカスケードＨブリッジ高圧インバータの一実施形態の構成図である。同図においては、便宜上単位電力セルが３段で構成されている場合を示すが、これは例示的なものであり、必要に応じて単位電力セルの数を変更できることは本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【００２２】
同図に示すように、本発明が適用されるカスケードＨブリッジ高圧インバータ１は、入力電源２から線間電圧の実効値が６００Ｖ以上の電圧を受け取り、それを３相電圧に変換して電動機３に出力する。電動機３は、高圧の３相電動機であって、例えば誘導電動機又は同期電動機であるが、これに限定されるものではない。
【００２３】
このような高圧インバータ１は、移相変圧器１０及び複数の単位電力セル２０ａ〜２０ｉを含む。
【００２４】
移相変圧器１０は、入力電源２と高圧インバータ１との間の電気的絶縁（ガルバニック絶縁）を提供し、入力端の高調波を低減し、また、各単位電力セル２０ａ〜２０ｉに適切な入力３相電源を供給する。
【００２５】
単位電力セル２０ａ〜２０ｉは、移相変圧器１０から電源の供給を受け、電動機３の相電圧を出力する。各単位電力セル２０ａ〜２０ｉは３つのグループからなる。同図において、Ａ１〜Ａ３電力セル２０ａ〜２０ｃは出力電圧が直列接続されて電動機３のａ相電圧を合成し、Ｂ１〜Ｂ３電力セル２０ｄ〜２０ｆは電動機３のｂ相電圧を合成し、Ｃ１〜Ｃ３電力セル２０ｇ〜２０ｉは電動機３のｃ相電圧を合成する。合成されたｂ相電圧とａ相電圧とは１２０度の位相差を有し、合成されたｃ相電圧とｂ相電圧も１２０度の位相差を有する。
【００２６】
図２は図１の単位電力セルの構造図であり、各単位電力セル２０ａ〜２０ｉは同じ構造を有するので、同図においては単位電力セル２０と称してまとめて説明する。
【００２７】
同図に示すように、本発明が適用される高圧インバータにおける単位電力セル２０は、整流部２１、直流リンクコンデンサ２２、インバータ部２３、電圧測定部２４、電流測定部２５及び制御部２６を含む。制御部２６は、通信線を介して上位制御部４に接続されている。上位制御部４は、各単位電力セル２０の制御部２６にそれぞれ接続され、制御信号を送信する。
【００２８】
整流部２１は、例えば３相ダイオード整流器であって、入力は図１の移相変圧器１０の出力であり、出力は入力される３相電圧を整流した直流電源である。
【００２９】
直流リンクコンデンサ２２は、整流部２１により整流された直流電源を蓄える。インバータ部２３は、例えば同図では単相フルブリッジインバータ（single phase full bridge inverter）であって、制御部２６の制御により直流リンク電圧から出力電圧を合成する。ただし、インバータ部２３は、単相フルブリッジ方式に限定されるものではなく、様々な方式のインバータを用いることができる。
【００３０】
電圧測定部２４は直流リンク電圧を測定し、電流測定部２５はインバータ部２３の出力電流を測定する。
【００３１】
制御部２６は、測定された電圧及び電流に関する情報を利用して、インバータ部２３のスイッチ２３ａ〜２３ｄのスイッチングをそれぞれ制御する。
【００３２】
以下、このような高圧インバータシステムの従来の動作と、本発明の容量推定装置の動作を説明する。
【００３３】
移相変圧器１０は、単位電力セル２０の要求に応じて高圧電源電圧の位相と大きさを変更する。つまり、移相変圧器１０の出力電圧が単位電力セル２０の入力電源となり、整流部２１はそれを直流に変換する。
【００３４】
単位電力セル２０のインバータ部２３は、直流リンク電圧から交流の出力電圧を合成する。直流リンク電圧を「Ｅ」とすると、インバータ部２３の出力電圧は、スイッチ２３ａ〜２３ｄの状態によって「Ｅ」、「０」及び「−Ｅ」の３段階となる。
【００３５】
もし、図２のインバータ部２３のスイッチ２３ａ、２３ｄが導通する場合、出力電圧は合成されて「Ｅ」となり、スイッチ２３ｂ、２３ｃが導通する場合、出力電圧は合成されて「−Ｅ」となり、スイッチ２３ａ、２３ｃ又はスイッチ２３ｂ、２３ｄが導通する場合、出力電圧は合成されて「０」となる。
【００３６】
図１を参照すると、単位電力セル２０は各相毎に３つの単位電力セルが直列接続されているため、直列接続された出力相電圧は、合成されて「３Ｅ」、「２Ｅ」、「Ｅ」、「０」、「−Ｅ」、「−２Ｅ」、「−３Ｅ」の７段階となり、また、このように合成された出力相電圧から、電動機３の出力線間電圧は、合成されて「６Ｅ」、「５Ｅ」、「４Ｅ」、「３Ｅ」、「２Ｅ」、「Ｅ」、「０」、「−Ｅ」、「−２Ｅ」、「−３Ｅ」、「−４Ｅ」、「−５Ｅ」、「−６Ｅ」の１３段階となる。
【００３７】
これを一般的に表すと、下記数式の通りである。
【００３８】
【数１】
0005612738.tif 000002
【００３９】
【数２】
0005612738.tif 000003
【００４０】
ここで、ｍは出力相電圧のレベル数であり、Ｈは電動機の各相毎に設けられた単位電力セルの数であり、ｐは出力線間電圧のレベル数である。
【００４１】
各単位電力セル２０のインバータ部２３は、単相フルブリッジインバータ構造であるため、直流リンク電源には次のような電圧脈動（リップル）が存在する。
【００４２】
まず、各単位電力セル２０の出力電圧及び出力電流は次のように定義される。
【００４３】
【数３】
0005612738.tif 000004
【００４４】
【数４】
0005612738.tif 000005
【００４５】
ここで、φは負荷角、ωは運転周波数、ｔは時間、Ｖ0及びＩ0は出力電圧及び出力電流の実効値である。上記数式３及び数式４から、単位電力セル２０の出力電力は次のように与えられる。
【００４６】
【数５】
0005612738.tif 000006
【００４７】
【数６】
0005612738.tif 000007
【００４８】
上記数式５及び数式６から分かるように、直流リンクには運転周波数の２倍に相当する脈動が発生する。このような電力脈動の影響を低減するためには、単位電力セル２０の直流リンクコンデンサ２２の容量を大きくしなければならない。
【００４９】
すなわち、電力脈動は直流リンクコンデンサ２２の容量に影響されるため、直流リンクコンデンサ２２の容量減少は直流リンク電圧の脈動に直接影響を及ぼす。
【００５０】
前述したように、カスケードＨブリッジ高圧インバータ１の出力電圧は各単位電力セル２０の直流リンク電圧の大きさに影響される。図１の場合、電動機３の出力相電圧は「３Ｅ」、「２Ｅ」、「Ｅ」、「０」、「−Ｅ」、「−２Ｅ」、「−３Ｅ」の７段階であるが、直流リンクコンデンサ２２の容量が小さくなると、出力相電圧の大きさが瞬時的に変化するため、安定した電圧を出力することができず、よって、直流リンクコンデンサ２２の容量をリアルタイムで推定する必要がある。
【００５１】
高圧インバータの直流リンクコンデンサとして主に用いられる電解コンデンサの通常の故障の範囲は、１５％〜２０％の容量変化が発生した場合とされる。故障は熱的、電気的、機械的、環境的要因により発生するが、電解コンデンサの電解液の蒸発と脈動電流の増加による温度上昇に大きく影響される。
【００５２】
また、外気温度、過電圧、有効接触面積の減少により、コンデンサの容量が減少し、等価直列抵抗（Equivalent Series Resistance: ESR）が増加し、温度が上昇し、それにより電解液の蒸発が加速化する。
【００５３】
しかし、従来のカスケードＨブリッジ高圧インバータにおいては、直流リンクコンデンサ２２の容量を推定しないため、故障状態の判別が困難である。特に、直流リンクコンデンサ２２が経年変化を起こすと、直流リンクコンデンサ２２の容量が減少し、直流リンク電源の電圧脈動が大きく発生し、高圧インバータ１の出力電圧に脈動が発生するため、結果として電動機３の駆動性能の低下を招く。
【００５４】
このような性能の低下を防止するためには、直流リンクコンデンサ２２の容量を周期的に測定しなければならないが、このためには、該当単位電力セルをシステムから分離して測定しなければならないため、システム全体を周期的に停止させたり出力を減少させなければならないという問題があった。
【００５５】
本発明においては、単位電力セル２０の直流リンクコンデンサ２２の容量をリアルタイムで推定し、故障状態をリアルタイムで検出する。本発明においては、直流リンクコンデンサ２２の容量推定のために単位電力セル２０をシステムから分離する必要がないため、メンテナンスが簡単である。
【００５６】
以上、本発明の容量推定装置が図１及び図２に示すような高圧インバータシステム及びその単位電力セルに適用される例を説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、高圧インバータの他に、様々な電圧範囲のインバータに適用できることは、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者にとって自明である。
【００５７】
図３は本発明によるインバータの直流リンクコンデンサの容量推定装置の一実施形態の構成図であり、図２の単位電力セル２０の制御部２６に適用されるものである。
【００５８】
同図に示すように、本発明の推定装置３０は、直流リンク電圧推定部３１、評価指数計算部３２及び直流リンク容量推定部３３を含む。
【００５９】
本発明の推定装置３０は、図２の電圧測定部２４により測定された直流リンク電圧Ｖdc_meas、図２の電流測定部２５により測定されたインバータ部２３の出力電流ｉout_meas、及び図２の制御部２６の指令電圧であるインバータ部２３の出力電圧Ｖout_refを受け取り、推定された直流リンク容量Ｃdc_estと評価指数ＥＩを出力する。以下、各構成要素を詳細に説明する。
【００６０】
図４は図３の直流リンク電圧推定部の一実施形態の詳細構成図である。
【００６１】
同図に示すように、本発明の直流リンク電圧推定部３１は、出力電力演算部４１、直流リンク電力推定部４２、直流リンク電流推定部４３、直流リンク電圧推定部４４、誤差演算部４５及び補償部４６を含む。
【００６２】
出力電力演算部４１は、インバータ部２３の出力電流ｉout_meas及び出力電圧Ｖout_refから出力電力を演算する。
【００６３】
直流リンク電力推定部４２は、演算された出力電力と補償部４６により推定された入力電力から直流リンク電力を推定する。直流リンク電力は、入力電力から出力電力を引いた値である。
【００６４】
直流リンク電流推定部４３は、推定された直流リンク電力から直流リンクコンデンサ２２に流れる電流を推定する。
【００６５】
直流リンク電圧推定部４４は、推定された直流リンク電流と直流リンク容量推定部３３から受け取った直流リンク容量を用いて直流リンク電圧を推定する。
【００６６】
誤差演算部４５は、推定された直流リンク電圧と測定された直流リンク電圧との誤差を演算し、補償部４６は、誤差演算部４５の出力から入力電力を推定する。補償部４６は、例えば比例積分（ＰＩ）補償器であってもよいが、これに限定されるものではない。なお、ＰＩ補償方式は周知であるので、その詳細な説明は省略する。
【００６７】
一方、図３の評価指数計算部３２は、図４の直流リンク電圧推定部４４により推定された直流リンク電圧と測定された直流リンク電圧から評価指数を計算する。図５は図３の評価指数計算部の一実施形態の詳細構成図である。
【００６８】
同図に示すように、本発明の評価指数計算部３２は、バンドストップフィルタ５１、バンドパスフィルタ５２、５４、大きさ検出部５３、５５及び比較部５６を含む。
【００６９】
バンドストップフィルタ５１は、測定された直流リンク電圧から所定の帯域を除去して出力し、バンドパスフィルタ５２は、測定された直流リンク電圧から所定の帯域が除去された電圧の所望の帯域のみを選別して出力する。また、バンドパスフィルタ５４は、推定された直流リンク電圧の所望の帯域のみを選別して出力する。
【００７０】
大きさ検出部５３、５５は、それぞれ入力される所定の帯域の電圧の大きさを検出し、比較部５６は、大きさ検出部５３、５５の出力を比較し、評価指数を出力する。その詳細な動作については後述する。
【００７１】
図６は図３の直流リンク容量推定部の一実施形態の詳細構成図である。
【００７２】
同図に示すように、本発明の直流リンク容量推定部３３は、比較部６１、動作決定部６２、誤差補償部６３及び加算部６４を含む。
【００７３】
比較部６１は、図５の比較部５６の出力である評価指数ＥＩと基準値とを比較する。動作決定部６２は、直流リンク容量推定部３３の動作を決定する。誤差補償部６３は、直流リンク容量推定の誤差を補償するものであって、例えば積分補償器であってもよいが、これに限定されるものではない。積分補償器の動作は周知であるので、その詳細な説明は省略する。加算部６４は、初期容量と誤差補償部６３の出力を加算し、推定直流リンク容量を出力する。
【００７４】
以下、図３〜図６の動作を説明する。
【００７５】
上記数式５のインバータ部２３の出力電力は、下記数式７のように表すことができる。
【００７６】
【数７】
0005612738.tif 000008
【００７７】
ここで、Ｖ0は出力電圧の大きさ、Ｉ0は出力電流の大きさ、φは出力電圧及び出力電流の位相角、ωは出力電圧及び出力電流の周波数である。
【００７８】
上記数式７から分かるように、インバータ部２３から発生する電力には運転周波数の２倍に相当する脈動が発生する。
【００７９】
また、直流リンクコンデンサ２２の電力は次の通りである。
【００８０】
【数８】
0005612738.tif 000009
【００８１】
ここで、Ｐinは整流部２１から直流リンクへの入力電力であり、Ｐoutは直流リンクからインバータ部２３への出力電力である。上記数式８は次のように近似することができる。
【００８２】
【数９】
0005612738.tif 000010
【００８３】
ここで、Ｖdc0は直流リンク電圧の平均である。これから、直流リンク電圧は次のように求めることができる。
【００８４】
【数１０】
0005612738.tif 000011
【００８５】
上記数式を用いて図４を説明すると、出力電力演算部４１は上記数式７を演算し、直流リンク電力推定部４２は上記数式８を演算し、直流リンク電流推定部４３及び直流リンク電圧推定部４４は上記数式１０を実現するためのものである。
【００８６】
誤差演算部４５及び補償部４６により入力電力を推定することができ、実際の直流リンク電圧と推定された直流リンク電圧の伝達関数は次のように求めることができる。
【００８７】
【数１１】
0005612738.tif 000012
【００８８】
上記数式１１から分かるように、正常状態では直流リンク電圧が実際の直流リンク電圧と同じである。
【００８９】
補償部４６は、例えば比例積分（ＰＩ）補償器であり、この場合、その利得は、例えばバターワース（Butterworth）フィルタなどの方法で次のように設定することができる。
【００９０】
【数１２】
0005612738.tif 000013
【００９１】
【数１３】
0005612738.tif 000014
【００９２】
以下、図５の評価指数計算部３２について詳細に説明する。
【００９３】
本発明の評価指数計算部３２は、直流リンク電圧推定部３１により推定された直流リンク電圧の大きさと実際に測定された直流リンク電圧の大きさとを比較して評価指数を計算するためのものであって、評価指数が１に近いほど直流リンクコンデンサ２２の容量変化が少ないものと判断する。
【００９４】
ただし、図２のインバータ部２３の出力による影響のみを判断するために、バンドストップフィルタ５１、バンドパスフィルタ５２、５４及び大きさ検出部５３、５５により信号処理を行う必要がある。これは、図２の指令電圧と測定電流を用いるとインバータ部２３の出力を比較的正確に計算できるという仮定の下で行われる。
【００９５】
上記数式５に関して前述したように、インバータ部２３の出力電力には運転周波数の２倍に相当する脈動が発生するが、その脈動電力は直流リンク電圧に影響を与える。本発明においては、インバータ部２３の出力による脈動電力の大きさのみを信号処理に用いる。
【００９６】
バンドストップフィルタ５１は、入力周波数の第６高調波に相当する成分を除去する。図２に示すように、３相ダイオードを使用した整流部２１を用いるシステムは、常に入力電源周波数の第６高調波に相当する脈動電力を発生するが、本発明においては、出力電源周波数の第２高調波のみを考慮するため、これに対するフィルタリングが必要である。
【００９７】
バンドパスフィルタ５２は、測定された直流リンク電圧に現れる出力電源周波数の第２高調波に相当する成分をフィルタリングする。バンドパスフィルタ５４は、推定された直流リンク電圧に現れる出力電源周波数の第２高調波に相当する成分をフィルタリングする。
【００９８】
このような信号処理により、インバータ部２３から発生した脈動電力による直流リンク電圧の脈動電圧を抽出又は推定することができる。
【００９９】
大きさ検出部５３、５５は、脈動電圧の大きさを求める。バンドパスフィルタ５２、５４の出力をそのまま用いるのではなく、大きさ検出部５３、５５により大きさを検出する理由は、脈動電力による脈動電圧を直接比較した場合、位相差による誤差が生じるからである。
【０１００】
比較部５６は、推定された脈動電圧の大きさを測定された脈動電圧の大きさで割り、評価指数を決定する。評価指数の範囲を適切に設定し、単位電力セル２０の直流リンクコンデンサ２２の故障状態を判別することもできる。
【０１０１】
以下、図６の直流リンク容量推定部３３の動作を説明する。
【０１０２】
直流リンク容量推定部３３は、評価指数を用いて直流リンクコンデンサ２２の容量を推定する。
【０１０３】
前述したように、推定された直流リンク電圧の脈動の大きさと測定された直流リンク電圧の脈動の大きさが同じ場合の評価指数は「１」となるが、本発明の直流リンク容量推定部３３は、このような性質を用いて直流リンクコンデンサ２２の容量を計算する。
【０１０４】
すなわち、直流リンク容量推定部３３の動作を決定するフラグが「１」となる場合、誤差補償部６３の積分補償により直流リンク容量の誤差を推定する。このようにして推定された誤差に初期直流リンク容量Ｃdc_initを加算し、最終的に直流リンク容量を出力する。
【０１０５】
ここで、初期直流リンク容量は、初期に測定された値であってもよく、初期に設定された公称値（nominal value）であってもよい。
【０１０６】
本発明によれば、直流リンク電圧を推定し、推定された直流リンク電圧の脈動の大きさと測定された直流リンク電圧の脈動の大きさとを比較し、直流リンク容量を推定することができる。
【０１０７】
本発明によれば、単位電力セル２０の直流リンクコンデンサ２２の容量をリアルタイムで推定し、故障状態をリアルタイムで検出することができる。また、直流リンクコンデンサ２２の容量推定のために単位電力セル２０をシステムから分離する必要がないため、メンテナンスが簡単になる。
【０１０８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これは例示的なものにすぎず、当該技術分野における通常の知識を有する者であればこれから様々な変形及び均等な実施形態が可能であることを理解するであろう。よって、本発明の権利範囲は、添付の特許請求の範囲により定められるべきである。
【０１０９】
このような本発明においては、インバータに含まれる直流リンクコンデンサの容量をリアルタイムで推定して故障状態をリアルタイムで簡単に検出できるようにするという効果がある。
【符号の説明】
【０１１０】
２１    整流部
２２    直流リンクコンデンサ
２３    インバータ部
３１    直流リンク電圧推定部
３２    評価指数計算部
３３    直流リンク容量推定部
４１    出力電力演算部
４２    直流リンク電力推定部
４３    直流リンク電流推定部
４４    直流リンク電圧推定部
４５    誤差演算部
４６    補償部
５１    バンドストップフィルタ（ＢＳＦ）
５２、５４    バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
５３、５５    大きさ検出部
５６    比較部
６１    比較部
６２    動作決定部
６３    誤差補償部
６４    加算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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