(57)【要約】【課題】電解コンデンサの交換すべきタイミングを正確に把握し、適切な時点で電解コンデンサの交換を促す。【解決手段】電力変換制御装置１０は、電解コンデンサ２１に流れる電流及び電解コンデンサ２１に印加される端子電圧から、電解コンデンサ２１の静電容量を算出する静電容量演算部１１と、静電容量が規定値よりも小さくなった時点で電解コンデンサ２１の寿命と判断する寿命判断部１２と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解コンデンサとの間で電力を授受する電力変換器を制御する電力変換制御装置であって、
前記電解コンデンサに流れる電流、及び前記電解コンデンサに印加される端子電圧から、前記電解コンデンサの静電容量を算出する静電容量演算部と、
前記静電容量が規定値よりも小さくなった時点で前記電解コンデンサの寿命と判断する寿命判断部と、
を備えることを特徴とする電力変換制御装置。
【請求項２】
前記電解コンデンサの端子電圧の変動量が閾値よりも小さい場合に、該端子電圧を変動させるように前記電力変換器を動作させる有効電力変動部を備えることを特徴とする、請求項１記載の電力変換制御装置。
【請求項３】
前記寿命判断部が前記電解コンデンサの寿命と判断すると、前記電力の最大値を制限するように前記電力変換器を動作させる電力制御部を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電力変換制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電解コンデンサとの間で電力を授受する電力変換制御装置に関するものであり、特に該電解コンデンサの寿命判定に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、電解コンデンサと、電圧形ＰＷＭインバータなどにより電力変換を行う電力変換器とで構成される電力変換装置が、鉄道車両や産業分野などで広く用いられている。この電力変換装置において、一般に電力変換器を構成するスイッチング素子は半導体であるため長寿命であり、一方、電解コンデンサは経年劣化により寿命が短いとされている。特に、高温な温度や大きな電流を流すことで自身の温度が高くなると劣化が加速する。そのため、従来は、最悪の状態を想定して電解コンデンサの寿命時間を前もって計算し、その寿命時間が経過した時点で電解コンデンサの交換を促すようにしている。
【０００３】
非特許文献１には、電解コンデンサの交換時期を、装置の平均周囲温度３５度以下で１日平均１２時間運転すると仮定して１０年を目安とし、運転累積時間が４３８００時間を超えるとアラーム用のＬＥＤを点灯させ、電解コンデンサの交換を推奨することが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】東洋電機製造株式会社、“ＶＦ６６Ｂ  取扱説明書”、[online]、[2017年2月28日検索]、インターネット<URL:https://www.toyodenki.co.jp/products/download/manual/pdf/industrial/TIM002M_201611.pdf>
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、電解コンデンサの寿命時間は最悪の状態を想定して設定されているため、実際よりも非常に短くなっている場合がほとんどであり、まだ十分に使える状態でも交換してしまうことにより、資源やエネルギーの大きな損失となるという課題があった。また、頻繁に交換する必要があるため交換の手間がかかるという課題があった。
【０００６】
かかる事情に鑑みてなされた本発明の目的は、電解コンデンサの交換すべきタイミングを正確に把握し、適切な時点で電解コンデンサの交換を促すことが可能な電力変換制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換制御装置は、電解コンデンサとの間で電力を授受する電力変換器を制御する電力変換制御装置であって、前記電解コンデンサに流れる電流、及び前記電解コンデンサに印加される端子電圧から、前記電解コンデンサの静電容量を算出する静電容量演算部と、前記静電容量が規定値よりも小さくなった時点で前記電解コンデンサの寿命と判断する寿命判断部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換制御装置は、前記電解コンデンサの端子電圧の変動量が閾値よりも小さい場合に、該端子電圧を変動させるように前記電力変換器を動作させる有効電力変動部を備えることを特徴とする。
【０００９】
また、上記課題を解決するため、本発明に係る電力変換制御装置は、前記寿命判断部が前記電解コンデンサの寿命と判断すると、前記電力の最大値を制限するように前記電力変換器を動作させる電力制御部を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、電解コンデンサの交換すべきタイミングを正確に把握することができ、適切な時点での電解コンデンサの交換が可能となる。したがって、資源やエネルギーの損失を大きく減らすことができる。また、一般的に交換周期が長くなるので、交換手間を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電力変換制御装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態に係る電力変換制御装置について、図１を参照して詳細に説明する。
【００１３】
図１に、本発明の第１の実施形態に係る電力変換制御装置の構成例を示す。この例では、電力変換制御装置１０を無効電力補償システムに適用している。すなわち、電力変換制御装置１０は、無効電力補償装置であってもよい。電力変換制御装置１０は、３相リアクトル３０を介して電力系統４０に接続された電力変換装置２０を制御する。
【００１４】
電力変換装置２０は、電解コンデンサ２１と、電力変換器２２と、電圧センサ２３と、電流センサ２４とを備える。
【００１５】
電解コンデンサ２１は、電力変換器２２と並列に接続される。
【００１６】
電力変換器２２は、スイッチング素子を有しており、電解コンデンサ２１との間で電力を授受する。
【００１７】
電圧センサ２３は、電解コンデンサ２１の端子間に印加される端子電圧ＶＣを検出し、電力変換制御装置１０に出力する。
【００１８】
電流センサ２４は、電解コンデンサ２１に流れる電流ＩＣを検出し、電力変換制御装置１０に出力する。
【００１９】
電力変換制御装置１０は、静電容量演算部１１と、寿命判断部１２と、警告部１３と、有効電力変動部１４と、電力制御部１５とを備える。
【００２０】
静電容量演算部１１は、電圧センサ２３により検出された端子電圧ＶＣと、電流センサ２４により検出された電流ＩＣとを入力し、電解コンデンサ２１の静電容量Ｃを、例えば式（１）により算出し、寿命判断部１２に出力する。
【００２１】
Ｃ＝ＩＣ／（ｄＶＣ／ｄｔ）              （１）
【００２２】
電力変換装置２０が電流センサ２４を備えない場合には、静電容量演算部１１は電流ＩＣを推定してもよい。例えば、電力変換装置２０の出力電流から電流ＩＣを推定することができる。
【００２３】
寿命判断部１２は、静電容量演算部１１により算出された静電容量Ｃが規定値より小さくなった場合に、電解コンデンサの交換を促すためのコンデンサ交換通知を警告部１３に出力する。
【００２４】
また、寿命判断部１２は、静電容量演算部１１により算出された静電容量Ｃが規定値より小さくなった場合に、その旨を示す静電容量低下情報を電力制御部１５に出力するようにしてもよい。
【００２５】
警告部１３は、寿命判断部１２からコンデンサ交換通知を取得すると、電解コンデンサ２１の交換を促す警告を行う。電解コンデンサ２１の交換を促す警告は、ディスプレイへのメッセージの表示、ＬＥＤの点灯、警告音の発生など、任意の手法で行うことができる。ユーザは、その警告部１３による警告に従って電解コンデンサ２１を交換することになる。
【００２６】
有効電力変動部１４は、電圧センサ２３により検出された端子電圧ＶＣに基づいて有効電力指令を生成し、電力制御部１５に出力する。
【００２７】
電圧センサ２３により検出された電解コンデンサ２１の端子電圧ＶＣの変動が小さい場合には、式（１）からも明らかなように、静電容量演算部１１にて静電容量を十分な精度で演算することができなくなる。そこで、有効電力変動部１４は、端子電圧ＶＣの変動量が閾値よりも小さい場合に、端子電圧ＶＣを故意に変動させるように電力変換器２２を動作させることが好適である。具体的には、有効電力指令を０以外の値にする。すなわち、三相不平衡電流を積極的に流すことにより、端子電圧ＶＣの変動量を増やす。
【００２８】
電解コンデンサ２１の静電容量が急に変化することはないことから、静電容量演算部１１による電解コンデンサ２１の静電容量の演算を随時行う必要がない。そのため、有効電力変動部１４によって端子電圧Ｖｃを故意に変動させるのは、例えば１日に１回程度でよい。
【００２９】
電力制御部１５は、有効電力変動部１４により生成された有効電力指令に従って電力変換装置２０を制御する。すなわち、有効電力指令に従ってＰＷＭ信号を生成し、電力変換器２２を構成しているスイッチング素子に出力する。該スイッチング素子をオンオフ制御することにより、３相リアクトル３０に有効電流及び無効電流を流すことができ、無効電流によって電力系統４０の電圧変動抑制や電力系統の力率を制御することができる。
【００３０】
また、電力制御部１５は、寿命判断部１２から静電容量低下情報を受け取った場合には、電解コンデンサ２１との間で授受する電力の最大値を制限するように電力変換器２２を動作させる。これにより、電解コンデンサ２１の負担を軽減できるので、電解コンデンサ２１を交換するまで電力変換装置２０の運転を継続することができる。
【００３１】
上述したように、電力変換制御装置１０は、電解コンデンサ２１の電流ＩＣ及び端子電圧ＶＣから静電容量Ｃを算出し、静電容量Ｃが規定値よりも小さくなった時点で寿命と判断する。このように、電解コンデンサ２１の静電容量Ｃを直接求めているため、温度を考慮する必要はなく、電解コンデンサ２１の寿命を正確に判断することができる。したがって、電解コンデンサの交換に係る費用を最小限に抑えるとともに、電力変換装置２０の性能を維持することができる。
【００３２】
さらに、電解コンデンサ２１の端子電圧ＶＣの変動量が閾値よりも小さい場合には、有効電力指令を０以外の値としてもよい。かかる構成により、端子電圧ＶＣの変動が小さい場合でも、静電容量Ｃを精度良く演算することができるようになる。
【００３３】
上述の実施形態は、代表的な例として説明したが、本発明の趣旨及び範囲内で、多くの変更及び置換ができることは当業者に明らかである。したがって、本発明は、上述の実施形態によって制限するものと解するべきではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、実施形態に記載の複数の構成ブロックを１つに組み合わせたり、あるいは１つの構成ブロックを分割したりすることが可能である。
【００３４】
また、上述の実施形態では電力変換器２２を３相電圧形インバータとして説明したが、電力変換器２２は単相インバータやチョッパであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明により、電解コンデンサを適切なタイミングで交換できることから、電解コンデンサを備える電力変換装置の制御に有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１０  電力変換制御装置
１１  静電容量演算部
１２  寿命判断部
１３  警告部
１４  有効電力変動部
１５  電力制御部
２０  電力変換装置
２１  電解コンデンサ
２２  電力変換器
２３  電圧センサ
２４  電流センサ
３０  ３相リアクトル
４０  電力系統
【図１】
2018157636.tif 000003