(57)【要約】【課題】、電力変換装置における直流電圧検出器の異常を適切に検出できるようにする。【解決手段】交流を複数の電位に変換するコンバータユニット２と、複数の電位の電圧を交流に変換するインバータユニット３とを備える電力変換装置１００において、複数の電位の内の２つの電位間に接続され、電位間の電位変動を抑制するための平滑コンデンサ２２，２３，３２，３３と、平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する直流電圧検出器２５，２６，３５，３６と、平滑コンデンサ２２，２３，３２，３３の充電時における直流電圧検出器２５，２６，３５，３６による検出値に基づいて、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の異常を判断する異常判断器７２と、を備えるように構成する。【選択図】図１
2018183006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流を複数の電位に変換するコンバータと、複数の電位の電圧を交流に変換するインバータとを備える電力変換装置であって、
複数の電位の内の２つの電位間に接続され、前記電位間の電位変動を抑制するための平滑コンデンサと、
前記平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する直流電圧検出器と、
前記平滑コンデンサの充電時における前記直流電圧検出器による検出値に基づいて、前記直流電圧検出器の異常を判断する異常判断器と、
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記異常判断器は、前記平滑コンデンサの充電時における前記直流電圧検出器の検出値の基準値を記憶する記憶部を有し、
前記異常判断部は前記記憶部に記憶された前記基準値と、前記検出値とに基づいて、前記直流電圧検出器の異常を判断する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記異常判断器は、所定の時点における前記平滑コンデンサの充電時における前記直流電圧検出器の検出値を基準値として前記記憶部に記憶させる
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記異常判断器は、前記充電時における複数の時点における前記直流電圧検出器の検出値の基準値を記憶部に記憶させる
請求項２又は請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記異常判断器は、前記充電時における充電電圧を示す電圧情報を取得し、前記電圧情報に基づいて、前記基準値を補正した補正基準値を算出し、前記補正基準値に基づいて、前記直流電圧検出器の異常を判断する
請求項２から請求項４のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記平滑コンデンサは、前記コンバータ側の複数の電位の内の２つの電位間に接続されたコンバータ側平滑コンデンサと、前記インバータ側の複数の電位の内の２つの電位間に接続されたインバータ側平滑コンデンサを含み、
前記直流電圧検出器は、前記コンバータ側平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出するコンバータ側直流電圧検出器と、前記インバータ側平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出するインバータ側直流電圧検出器と、を含み、
前記異常判断器は、前記コンバータ側平滑コンデンサ及び前記インバータ側平滑コンデンサを充電する際における前記コンバータ側直流電圧検出器による検出値と、前記インバータ側直流電圧検出器による検出値とに基づいて、前記コンバータ側直流電圧検出器と、前記インバータ側直流電圧検出器との異常を判断する
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記コンバータは、前記交流を、第１電位と、第１電位よりも低い第２電位と、第２電位よりも低い第３電位とに変換し、
前記インバータは、前記第１電位と、前記第２電位と、前記第３電位との電圧を交流に変換し、
前記第１電位と前記第２電位との間に接続された第１平滑コンデンサと、
前記第２電位と前記第３電位との間に接続された第２平滑コンデンサと、
前記第１平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第１直流電圧検出器と、
前記第２平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第２直流電圧検出器と、を備え、
前記異常判断器は、前記第１平滑コンデンサ、及び前記第２平滑コンデンサを充電する際における前記第１直流電圧検出器及び前記第２直流電圧検出器による検出値に基づいて、前記第１直流電圧検出器及び前記第２直流電圧検出器の異常を判断する
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記異常判断器は、前記充電時における複数の時点における前記第１直流電圧検出器及び前記第２直流電圧検出器による電圧値が零又は零に近い値である場合に、充電回路が異常であると判断する
請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記異常判断器は、前記充電時における複数の時点における前記第１直流電圧検出器又は前記第２直流電圧検出器のいずれか１つによる電圧値が零又は零に近い値である場合に、前記直流電圧検出器に接続された配線の異常であると判断する
請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記インバータ側の第２電位と、前記コンバータ側の第２電位との間に接続された抵抗をさらに有し、
前記第１平滑コンデンサは、前記コンバータ側の前記第１電位と前記第２電位との間に接続された第１コンバータ側平滑コンデンサと、前記インバータ側の前記第１電位と前記第２電位との間に接続された第１インバータ側平滑コンデンサとを含み、
前記第２平滑コンデンサは、前記コンバータ側の前記第２電位と前記第３電位との間に接続された第２コンバータ側平滑コンデンサと、前記インバータ側の前記第２電位と前記第３電位との間に接続された第２インバータ側平滑コンデンサとを含み、
前記第１直流電圧検出器は、前記第１コンバータ側平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第１コンバータ側直流電圧検出器と、前記第１インバータ側平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第１インバータ側直流電圧検出器とを含み、
前記第２直流電圧検出器は、前記第２コンバータ側平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第２コンバータ側直流電圧検出器と、前記第２インバータ側平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する第２インバータ側直流電圧検出器とを含み、
前記異常判断器は、前記第１コンバータ側平滑コンデンサ、前記第２コンバータ側平滑コンデンサ、前記第１インバータ側平滑コンデンサ、及び前記第２インバータ側平滑コンデンサを充電する際における前記第１コンバータ側直流電圧検出器、前記第２コンバータ側直流電圧検出器、前記第１インバータ側直流電圧検出器、及び前記第２インバータ側直流電圧検出器による検出値に基づいて、前記第１コンバータ側直流電圧検出器、前記第２コンバータ側直流電圧検出器、前記第１インバータ側直流電圧検出器、及び前記第２インバータ側直流電圧検出器の異常を判断する
請求項７から請求項９のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記異常判断器は、前記第１コンバータ側直流電圧検出器、前記第２コンバータ側直流電圧検出器、前記第１インバータ側直流電圧検出器、及び前記第２インバータ側直流電圧検出器によるそれぞれの検出値を相互に比較することにより、前記第１コンバータ側直流電圧検出器、前記第２コンバータ側直流電圧検出器、前記第１インバータ側直流電圧検出器、又は前記第２インバータ側直流電圧検出器の内の異常のある直流電圧検出器を特定する
請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記第１コンバータ側直流電圧検出器、前記第２コンバータ側直流電圧検出器、前記第１インバータ側直流電圧検出器、及び前記第２インバータ側直流電圧検出器による検出値に基づいて、異常の発生した直流電圧検出器の検出対象の検出値を推定する出力推定部をさらに備える
請求項１０又は請求項１１に記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記異常判断器は、異常の発生を判断した場合に、異常に関する情報を表示装置に表示させる
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記異常判断器は、複数の充電時における前記直流電圧検出器による検出値の履歴を記憶し、前記検出値の履歴に基づいて、前記直流電圧検出器の異常発生までの期間を予測し、予測結果を前記表示装置に表示させる
請求項１３に記載の電力変換装置。
【請求項１５】
交流を複数の電位に変換するコンバータと、複数の電位の電圧を交流に変換するインバータと、複数の電位の内の２つの電位間に接続され、前記電位間の電位変動を抑制するための平滑コンデンサと、前記平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する直流電圧検出器と、を備える電力変換装置における異常検出方法であって、
前記平滑コンデンサの充電時における前記直流電圧検出器による検出値を取得し、
取得した前記検出値に基づいて、前記直流電圧検出器の異常を判断する
異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンバータとインバータとを備える電力変換装置、及び電力変換装置における異常を検出する異常検出方法に関し、特に、電力変換装置内の直流電圧検出器の異常を検出する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源の電力を可変電圧可変周波数の電力に変換する電力変換装置が知られている。電力変換装置には、直流回路に平滑コンデンサと、その平滑コンデンサの両端電圧を測定する直流電圧検出器とが備えられ、出力される直流電圧が一定になるように制御される。
【０００３】
例えば、平滑コンデンサの健全性を確認するための技術として、初充電時の充電電圧の挙動から異常を判断するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、交流電源の電力を可変電圧可変周波数の電力に変換する電力変換装置において、複数の直流電圧検出器を備えたものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３５４７８９号公報
【特許文献２】特開２００８−０１１６０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１には、平滑コンデンサの健全性を確認するために初充電時の直流電圧の挙動から異常を判断する技術が示されているが、電力変換装置内の直流電圧検出器の異常を判断するための技術は開示されていない。直流電圧検出器は、電力変換装置の直流電圧を制御するために必須なものであり、直流電圧検出器の異常は、システムの動作の不安定をもたらし、最悪の場合にはシステムの計画外停止をもたらし、大きな被害を及ぼす虞がある。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、電力変換装置における直流電圧検出器の異常を適切に検出することのできる技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、一観点に係る電力変換装置は、交流を複数の電位に変換するコンバータと、複数の電位の電圧を交流に変換するインバータとを備える電力変換装置であって、複数の電位の内の２つの電位間に接続され、電位間の電位変動を抑制するための平滑コンデンサと、平滑コンデンサが接続された電位間の電位差を検出する直流電圧検出器と、平滑コンデンサの充電時における直流電圧検出器による検出値に基づいて、直流電圧検出器の異常を判断する異常判断器と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力変換装置における直流電圧検出器の異常を適切に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。
【図２】図２は、第１実施形態における充電時における直流電圧検出器により検出される直流電圧値を説明する図である。
【図３】図３は、第１実施形態に係る異常判断器による異常判断処理のフローチャートである。
【図４】図４は、第２実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。
【図５】図５は、第３実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。
【図６】図６は、第４実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。
【図７】図７は、第５実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。
【図８】図８は、第５実施形態に係る電力変換装置の出力推定器を含む一部の構成図である。
【図９】図９は、第６実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
いくつかの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている諸要素及びその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【００１１】
まず、第１実施形態に係る電力変換装置について説明する。
【００１２】
図１は、第１実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。
【００１３】
電力変換装置１００は、交流電源１と、交流電源１からの交流電力を直流電力に変換するコンバータユニット（コンバータともいう）２と、コンバータユニット２が出力する直流電力を所望の交流電力に変換するインバータユニット（インバータともいう）３と、インバータユニット３が出力する交流電力で駆動される電動機４と、コンバータユニット２を制御するコンバータ制御装置５と、インバータユニット３を制御するインバータ制御装置６と、を備える。
【００１４】
コンバータユニット２は、いわゆる３レベルコンバータであり、交流電力を、正の電位（第１電位）レベルと、中性点（零）電位（第２電位）レベルと、負の電位（第３電位）レベルとの直流電力に変換する。インバータユニット３は、いわゆる３レベルインバータであり、正の電位（第１電位）レベルと、中性点（零）電位（第２電位）レベルと、負の電位（第３電位）レベルとの直流電力を、電動機４用の交流電力に変換する。コンバータユニット２と、インバータユニット３との正の電位レベルは、Ｐ配線４０で接続され、中性点電位レベルは、Ｃ配線４１で接続され、負の電位レベルは、Ｎ配線４２で接続されている。
【００１５】
コンバータユニット２は、コンバータ電力変換部２１と、直流電圧の変動を抑制するためのコンバータＰ側平滑コンデンサ２２（第１コンバータ側平滑コンデンサ、第１平滑コンバータ、コンバータ側平滑コンデンサ：平滑コンデンサ２２と表記する場合がある）と、コンバータＮ側平滑コンデンサ２３（第２コンバータ側平滑コンデンサ、第２平滑コンバータ、コンバータ側平滑コンデンサ：平滑コンデンサ２３と表記する場合がある）と、コンバータＰ側平滑コンデンサ２２の端子間電圧を測定するためのコンバータＰ側直流電圧検出器２５（第１コンバータ側直流電圧検出器：直流電圧検出器２５と表記する場合がある）と、コンバータＮ側平滑コンデンサ２３の端子間電圧を測定するためのコンバータＮ側直流電圧検出器２６（第２コンバータ側直流電圧検出器：直流電圧検出器２６と表記する場合がある）と、Ｃ配線４１に接続され、直流共振を抑制するためのコンバータ中性点抵抗２４と、を備える。
【００１６】
インバータユニット３は、インバータ電力変換部３１と、インバータＰ側平滑コンデンサ３２（第１インバータ側平滑コンデンサ、第１平滑コンバータ、インバータ側平滑コンデンサ：平滑コンデンサ３２と表記する場合がある）と、インバータＮ側平滑コンデンサ３３（第２インバータ側平滑コンデンサ、第２平滑コンバータ、インバータ側平滑コンデンサ：平滑コンデンサ３３と表記する場合がある）と、インバータＰ側平滑コンデンサ３２の端子間電圧を測定するためのインバータＰ側直流電圧検出器３５（第１インバータ側直流電圧検出器：直流電圧検出器３５と表記する場合がある）と、インバータＮ側平滑コンデンサ３３の端子間電圧を測定するためのインバータＮ側直流電圧検出器３６（第２インバータ側直流電圧検出器：直流電圧検出器３６と表記する場合がある）と、Ｃ配線４１に接続され、直流共振を抑制するためのインバータ中性点抵抗３４と、を備える。
【００１７】
コンバータ制御装置５は、変換される直流電力が所望の値となるようにコンバータ電力変換部２１を制御する。インバータ制御装置６は、電動機４の出力トルクや速度が所望の特性を満たすようにインバータ電力制御部３１を制御する。
【００１８】
電力変換装置１００は、コンバータユニット２の出力電流を検出して出力する電流検出器７と、電動機４に直結され、電動機４の速度を検出して出力する速度検出器８と、インバータユニット３の出力電流を検出して出力する電流検出器９とをさらに備える。
【００１９】
電流検出器７、及び直流電圧検出器２５，２６により検出された検出値の信号（出力信号）は、コンバータ制御装置５に入力される。コンバータ制御装置５は、入力された検出値に基づいて、各種演算処理を行い、コンバータ電力変換部２１を制御する信号を出力する。
【００２０】
速度検出器８、電流検出器９、及び直流電圧検出器３５，３６により検出された検出値の信号（出力信号）は、インバータ制御装置６に入力される。インバータ制御装置６は、入力された検出値に基づいて、各種演算処理を行い、インバータ電力変換部３１を制御する信号を出力する。
【００２１】
コンバータ制御装置５は、直流電圧指令発生器５１と、直流電圧制御器５２と、電流制御器５３と、パルス生成器５４と、中性点電圧制御器５５と、充電制御器５６とを備える。
【００２２】
直流電圧指令発生器５１は、コンバータユニット２から出力させる直流電圧の電圧値を示す直流電圧指令値を直流電圧制御器５２に出力する。
【００２３】
直流電圧制御器５２は、直流電圧指令発生器５１から入力される直流電圧指令値と、直流電圧検出器２５，２６から入力される直流電圧の検出値とに基づいて、コンバータ出力電流指令値を演算して、電流制御器５３に出力する。具体的には、直流電圧制御器５２は、直流電圧検出器２５，２６のそれぞれから入力される直流電圧の検出値の合計値が直流電圧指令値と一致するようにコンバータ出力電流指令値を演算する。
【００２４】
中性点電圧制御器５５は、直流電圧検出器２５、２６のそれぞれから入力される直流電圧の検出値の差に基づいて、中性点電圧が零となるような電圧指令を演算して電流制御器５３に出力する。
【００２５】
電流制御器５３は、電流検出器７から出力されるコンバータ出力電流検出値が、直流電圧制御器５２から入力されるコンバータ出力電流指令値と一致するようにコンバータ電圧指令値を演算してパルス発生器５４に出力する。この際、電流制御器５３は、中性点電圧制御器５５から入力される電圧指令を考慮して、コンバータ電圧指令値を演算する。
【００２６】
パルス生成器５４は、コンバータ電力変換部２１による出力電圧が、電流制御器５３から入力されるコンバータ出力電圧指令値に一致するように、コンバータ電力変換部２１の各スイッチング素子をオン・オフ制御するためのパルス信号を演算して、パルス信号をコンバータ電力変換部２１に出力する。
【００２７】
充電制御器５６は、コンバータユニット２と、インバータユニット３との動作を開始する前において、コンバータＰ側平滑コンデンサ２２と、コンバータＮ側平滑コンデンサ２３と、インバータＰ側平滑コンデンサ３２と、インバータＮ側平滑コンデンサ３３と、を充電させる（初充電させる）制御を行う。具体的には、充電制御器５６は、初充電を行う際に、後述する充電回路７１と、異常判断器７２とに初充電の開始を通知する。
【００２８】
インバータ制御装置６は、速度指令発生器６１と、速度制御器６２と、電流制御器６３と、パルス生成器６４と、中性点電圧制御器６５とを備える。
【００２９】
速度指令発生器６１は、電動機４を動作させる速度を示す速度指令値を速度制御器６２に出力する。
【００３０】
速度制御器６２は、速度検出器８から入力される速度検出値が、速度指令発生器６１から入力される速度指令値と一致するようにインバータ出力電流指令値を演算し、インバータ出力電流指令値を電流制御器６３に出力する。
【００３１】
中性点電圧制御器６５は、直流電圧検出器３５、３６のそれぞれから入力される直流電圧の検出値の差に基づいて、中性点電圧が零となるような電圧指令を演算して電流制御器６３に出力する。
【００３２】
電流制御器６３は、電流検出器９から入力されるインバータ出力電流検出値が、速度制御器６２から入力されるインバータ出力電流指令値と一致するようにインバータ電圧指令値を演算してパルス生成器６４に出力する。この際、電流制御器６３は、中性点電圧制御器６５から入力される電圧指令を考慮して、インバータ電圧指令値を演算する。
【００３３】
パルス生成器６４は、インバータ電力変換部３１による出力電圧が、電流制御器６３から入力されるインバータ出力電圧指令値に一致するように、インバータ電力変換部３１の各スイッチング素子をオン・オフ制御するためのパルス信号を演算して、パルス信号をインバータ電力変換部３１に出力する。
【００３４】
次に、電力変換装置１００における異常判断に関わる構成について説明する。
【００３５】
電力変換装置１００は、充電電源７０と、充電回路７１と、異常判断器７２と、表示器７３とを備える。
【００３６】
充電電源７０は、平滑コンデンサ２２，２３，３２，３３を充電するための電源である。充電電源７０は、例えば、交流電源である。
【００３７】
充電回路７１は、充電電源７０から入力される電力により、平滑コンデンサ２２，２３，３２，３３を充電する回路である。充電回路７１は、例えば、充電電源７０との間の配線を開閉するためのコンタクタ、交流を整流するためのダイオード、回路保護用のヒューズ等の構成を含む。本実施形態では、充電回路７１は、充電制御器５６から初充電の開始指示を受け取った場合には、コンタクタにより、充電電源７０との間の配線を閉状態とする。
【００３８】
表示器７３は、例えば、液晶ディスプレイ等の情報を表示可能な表示装置であり、各種情報を表示する。
【００３９】
異常判断器７２は、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６から入力される直流電圧値（検出値）と、メモリ７２ａ（記憶部）に格納されている、初充電時における直流電圧値の時間変化（挙動）に関するデータ（直流電圧データ：リファレンスデータ）とを比較して、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６に異常があるか否かを判断する。異常判断器７２は、例えば、検出値と、検出値の検出時に対応する時点におけるリファレンスデータの値（リファレンス値：基準値）との差が、所定の閾値を超えている場合に、その検出値を検出している直流電圧検出器が異常であると判断する。ここで、初充電時において検出される直流電圧の挙動に関するリファレンスデータについては、充電電力と、平滑コンデンサの容量と、充電回路７１の構成により決定される定数とに基づいて、算出することができる。そこで、予め計算によってリファレンスデータを算出しておき、算出されたリファレンスデータをメモリ７２ａに格納させるようにしてもよい。
【００４０】
異常判断器７２は、異常がある直流電圧検出器を検出した場合には、異常に関する情報（例えば、異常のある直流電圧検出器を特定できる情報（例えば、デバイス番号））と、点検、交換等を推奨するメッセージとを表示器７３に表示させる。なお、異常判断器７２は、図示しないプロセッサが、メモリに格納されたプログラムを実行することにより構成されてもよい。
【００４１】
次に、第１実施形態に係る異常判断器７２による異常判断について具体的に説明する。
【００４２】
図２は、第１実施形態における充電時における直流電圧検出器により検出される直流電圧値を説明する図である。
【００４３】
図２には、各直流電圧検出器２５，２６，３５，３６から検出された直流電圧値（検出値）と、直流電圧検出器の異常を判断するためのリファレンスデータとを示している。なお、図２においては、直流電圧検出器２６が異常である場合の例を示している。
【００４４】
リファレンスデータは、充電電源７０と、充電回路７１と、平滑コンデンサ２２，２３，３２，３３の容量とを用いて、予め計算することにより得られた、充電開始時Ｔ０からの直流電圧値であり。このリファレンスデータは、メモリ７２ａに予め格納されている。本実施形態においては、充電開始時からの逐時の直流電圧値をリファレンスデータとしてもよく、また、充電開始時から所定時間ごとの複数箇所（図２では、Ｔ１〜Ｔ８までの８箇所）の直流電圧値をリファレンスデータとしてもよい。
【００４５】
直流電圧検出器に異常が無い場合は、直流電圧検出器の検出値は、リファレンスデータに一致または近い値となるが、異常がある場合には、図２の直流電圧検出器２６の出力に示すように、リファレンスデータとの大きな乖離が発生する。
【００４６】
そこで、異常判断器７２は、初充電開始から、４つの直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値と、その時点におけるリファレンスデータの直流電圧値（リファレンス値）とを比較し、それらの差が所定の閾値以内であるか否かを判定し、検出値とリファレンス値との差が所定の閾値を超える場合には、その検出値を検出した直流電圧検出器が異常であると判定し、表示器７３に、その直流電圧検出器が異常であることと、その直流電圧検出器の点検と交換を推奨するメッセージを表示する。
【００４７】
ここで、直流電圧検出器の検出値が、リファレンス値から外れている場合であっても、必ずしも直流電圧検出器の異常であるとは限らないこともあり得る。そこで、本実施形態に係る異常判断器７２は、直流電圧検出器の異常以外の要因によって、直流電圧検出器が異常であると誤判断されるリスクを低減するために、以下に示す異常判断処理を行っている。
【００４８】
図３は、第１実施形態に係る異常判断器による異常判断処理のフローチャートである。
【００４９】
異常判断器７２は、４つの直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値がすべて零（又は零に近い値）であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。なお、本実施形態では、異常判断器７２は、複数の時点（例えば、図２に示す８つの時点Ｔ１〜Ｔ８）のすべてにおいて、４つの直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値がすべて零であるか否かを判定している。
【００５０】
この結果、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値がすべて零である場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）には、例えば、充電回路７１に断線などの異常がある等の可能性が考えられるため、異常判断器７２は、充電回路７１に異常があると判断し、充電回路に異常があることを示す情報（「充電回路異常」）を表示器７３に表示させ（ステップＳ１２）、処理をステップＳ１９に進める。
【００５１】
一方、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値がすべて零でない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）には、異常判断器７２は、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６のいずれかの検出値に零があるか否かを判定する（ステップＳ１３）。
【００５２】
この結果、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６のいずれかの検出値に零がある場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）には、検出値が零である直流電圧検出器が利用している直流電圧検出を行うためのループ（直流電圧検出ループ：配線）の断線、緩みなどによる異常が考えられるため、異常判断器７２は、直流電圧検出ループに異常があると判断し、直流電圧検出ループに異常があることを示す情報（「直流電圧検出ループ異常」）を表示器７３に表示させ（ステップＳ１４）、処理をステップＳ１９に進める。
【００５３】
一方、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６のいずれの検出値にも零がない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）には、異常判断器７２は、充電電源７０の電圧の変動量や、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値から、充電電源７０に異常があるか否か判断する（ステップＳ１５）。なお、充電電源７０の電圧の変動量は、例えば、充電電源７０を供給する上位の装置から取得するようにしてもよく、電力変換装置１００内に充電電源７０の電圧の変動量を測定するセンサを設けておき、そのセンサから取得するようにしてもよい。
【００５４】
この結果、充電電源７０に異常がある場合（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）には、異常判断器７２は、充電電源に異常があると判断し、充電電源に異常があることを示す情報（「充電電源異常」）を表示器７３に表示させ（ステップＳ１６）、処理をステップＳ１９に進める。
【００５５】
一方、充電電源７０に異常がない場合（ステップＳ１５：Ｎｏ）には、異常判断器７２は、リファレンス値と、各直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値との比較を行い、リファレンス値と、検出値との間に、所定の閾値よりも大きい乖離があるか否かを判定する（ステップＳ１７）。なお、本実施形態では、異常判断器７２は、複数の時点（例えば、図２に示す８つの時点Ｔ１〜Ｔ８）のすべてにおいて、４つの直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値と、リファレンス値との間の乖離を判定している。
【００５６】
この結果、リファレンス値と、検出値との間に、所定の閾値よりも大きい乖離がある場合（ステップＳ１７：Ｙｅｓ）には、異常判断器７２は、所定の閾値よりも大きい乖離がある検出値を出力した直流電圧検出器が異常であると判断し、この直流電圧検出器に異常があることを示す情報（「直流電圧検出器異常」）を表示器７３に表示させ（ステップＳ１８）、処理をステップＳ１９に進める。
【００５７】
ステップＳ１９では、異常判断器７２は、「異常個所を点検及び交換してください」との文章を表示器７３に表示させて、処理を終了する。
【００５８】
一方、リファレンス値と、検出値との間に、所定の閾値以下の乖離しかない場合（ステップＳ１７：Ｎｏ）には、各直流電圧検出器２５，２６，３５，３６に異常がないことを意味しているので、異常判断器７２は、異常判定処理を終了する。
【００５９】
以上説明したように、第１実施形態に係る電力変換装置１００では、通常行う初充電時における直流電圧検出器の出力（検出値）の挙動から直流電圧検出器の異常を判断し、異常のある直流電圧検出器の点検、交換を推奨する表示を行うようにしたので、運転前に直流電圧検出器の点検および交換を行うように仕向けることができ、また、直流電圧検出器の異常によるシステムの計画外停止を事前に防止することができる。
【００６０】
上記した第１実施形態において、例えば、リファレンスデータとして、予め計算したデータを用いる場合には、予め計算した際に想定した条件と、電力変換装置１００を配置した実際の場所における条件とが異なる場合があり得る。この場合には、予め計算したリファレンスデータを用いると、リファレンスデータの誤差により、直流電圧検出器の異常判断が間違ってしまうリスクがある。
【００６１】
これに対して、例えば、電力変換装置１００の直流電圧検出値が正常である時点（例えば、電力変換装置１００の据付時等）において、初充電時の直流電圧検出器による検出値の挙動（時間変化（例えば、複数の時点の値））のデータを取得してメモリ７２ａに記憶し、このデータをリファレンスデータとして用いるようにしてもよい。このようにすると、リファレンスデータを、電力変換装置１００の実際の状態に適合したデータとすることができ、誤判断のリスクを低減できる。
【００６２】
また、上記した第１実施形態において、例えば、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の出力は、充電電源７０の電圧の変動の影響を受けるため、充電電源７０の電圧の変動によって直流電圧検出器の異常を誤判断してしまうリスクがある。
【００６３】
これに対して、例えば、充電時の充電電源７０の電圧の変動量を異常判断器７２に入力するようにし、異常判断器７２が、リファレンスデータの値を、入力された変動量に応じた係数により補正し（例えば、係数を乗算し）、その補正した値（補正基準値）を用いて、直流電圧検出器の異常を判断するようにしてもよい。このようにすると、充電時の充電電源７０の電圧の変動量に起因する誤判断のリスクを低減できる。
【００６４】
また、上記した第１実施形態においては、リファレンスデータと、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値とを比較することにより、直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の異常を判断するようにしていたが、例えば、４つの直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の異常を、各直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値を相互に比較することにより検出するようにしてもよい。
【００６５】
これは、各直流電圧検出器２５，２６，３５，３６の検出値の挙動は、正常であれば、充電電源７０の電圧の変動があったとしても、基本的に一致することを利用したものであり、或る直流電圧検出器の検出値の挙動が他の多数の直流電圧検出器の検出値の挙動と異なる場合には、挙動の異なる検出値を出力する直流電圧検出器が異常であると判断できる。
【００６６】
具体的には、異常判断器７２は、すべての直流電圧検出器２５，２６，３５，３６における２つの直流電圧検出器のすべての組合せ（直流電圧検出器が４つの場合には、６通り）について、２つの直流電圧検出器による検出値の差分（又は、比率）を算出し、検出値の差分（又は比率）が所定の範囲を超える組合せが複数ある場合には、その複数の組合せに共通する直流電圧検出器を異常であると判断する。このようにすると、リファレンスデータを記憶せずとも、異常な直流電圧検出器を特定することができ、また、充電時の充電電源７０の電圧の変動があったとしても影響を受けることがない。
【００６７】
次に、第２実施形態に係る電力変換装置について説明する。
【００６８】
図４は、第２実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。なお、図１に示す第１実施形態に係る電力変換装置と同様な構成については同一の符号を付す。
【００６９】
第２実施形態に係る電力変換装置１０１は、第１実施形態に係る電力変換装置１００において、コンバータ中性点抵抗２４と、インバータ中性点抵抗３４とを取り除き、コンバータ側の平滑コンデンサ２２と、インバータ側の平滑コンデンサ３２との電極間の電位を共通の直流電圧検出器４３で検出し、コンバータ側の平滑コンデンサ２３と、インバータ側の平滑コンデンサ３３との電極間の電位を共通の直流電圧検出器４４で検出するようにしたものである。
【００７０】
電力変換装置１０１においても、異常判断器７２が、充電時における直流電圧検出器４３及び直流電圧検出器４４による検出値に基づいて、第１実施形態と同様な処理（例えば、リファレンスデータとの比較）を行うことにより、直流電圧検出器４３，４４の異常を適切に判断することができる。
【００７１】
次に、第３実施形態に係る電力変換装置について説明する。
【００７２】
図５は、第３実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。なお、図１に示す第１実施形態に係る電力変換装置と同様な構成については同一の符号を付す。
【００７３】
第３実施形態に係る電力変換装置１０２は、第１実施形態に係る電力変換装置１００において、インバータユニット２を２レベルインバータとし、コンバータユニット３を２レベルコンバータとし、コンバータ側の平滑コンデンサ２２，２３の電極間の電位を直流電圧検出器２７で検出し、インバータ側の平滑コンデンサ３２，３３の電極間の電位を直流電圧検出器３７で検出するようにしたものである。
【００７４】
電力変換装置１０２においても、異常判断器７２が、充電時における直流電圧検出器２７及び直流電圧検出器３７による検出値に基づいて、第１実施形態と同様な処理（例えば、リファレンスデータとの比較）を行うことにより、直流電圧検出器２７，３７の異常を適切に判断することができる。
【００７５】
次に、第４実施形態に係る電力変換装置について説明する。
【００７６】
図６は、第４実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。なお、図５に示す第３実施形態に係る電力変換装置と同様な構成については同一の符号を付す。
【００７７】
第４実施形態に係る電力変換装置１０３は、第３実施形態に係る電力変換装置１０２において、コンバータ側の平滑コンデンサ２２，２３の電極間の電位と、インバータ側の平滑コンデンサ３２，３３の電極間の電位とを共通の直流電圧検出器２７で検出するようにしたものである。
【００７８】
電力変換装置１０３においても、異常判断器７２が、充電時における直流電圧検出器２７による検出値に基づいて、第１実施形態と同様な処理（例えば、リファレンスデータとの比較）を行うことにより、直流電圧検出器２７の異常を適切に判断することができる。
【００７９】
次に、第５実施形態に係る電力変換装置について説明する。
【００８０】
図７は、第５実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。なお、図１に示す第１実施形態に係る電力変換装置と同様な構成については同一の符号を付す。
【００８１】
第５実施形態に係る電力変換装置１０４は、第１実施形態に係る電力変換装置１００において、新たに出力推定器７４を備えるようにしたものである。
【００８２】
出力推定器７４は、複数の直流電圧検出器２５，２６，３５，３６からの検出値に基づいて、異常となった直流電圧検出器の検出対象についての正確な検出値（本来検出されるべき検出値）を推定する。なお、出力推定器７４は、図示しないプロセッサが、メモリに格納されたプログラムを実行することにより構成されてもよい。
【００８３】
ここで、異常となった直流電圧検出器の検出対象についての正確な検出値を推定する方法は、電力変換装置１０４においては、各直流電圧検出器が正常な状態であれば、コンバータ側の直流電圧検出器２５，２６との検出値を加算した合成直流電圧値は、インバータ側の直流電圧検出器３５，３６の検出値を加算した合成直流電圧値と一致するという関係を利用している。このような関係により、いずれか１つの直流電圧検出器が異常となった場合には、健全な側（コンバータ側又はインバータ側）の２つの直流電圧検出器の検出値を加算した合成直流電圧値から、他方側の健全な１つの直流電圧検出器の検出値を減算することにより、異常な直流電圧検出器の測定対象の正確な検出値を推定することができる。
【００８４】
次に、出力推定器７４の具体的な構成及び動作を説明する。
【００８５】
図８は、第５実施形態に係る電力変換装置の出力推定器を含む一部の構成図である。図８において、直流電圧検出器２５の検出値をＥＰＦＢ＿ｃとし、直流電圧検出器２６の検出値をＥＮＦＢ＿ｃとし、直流電圧検出器３５の検出値をＥＰＦＢ＿ｉとし、直流電圧検出器３６の検出値をＥＮＦＢ＿ｉとしている。また、図８は、直流電圧検出器２６に異常がある場合の例を示している。
【００８６】
異常判断器７２は、直流電圧検出器２５の検出値（ＥＰＦＢ＿ｃ）と、直流電圧検出器２６の検出値（ＥＮＦＢ＿ｃ）と、直流電圧検出器３５の検出値（ＥＰＦＢ＿ｉ）と、直流電圧検出器３６の検出値（ＥＮＦＢ＿ｉ）とが入力されており、いずれかの直流電圧検出器が異常であると判断すると、異常である直流電圧検出器を示す異常判断情報を出力推定器７４に出力する。図８においては、異常判断器７２は、直流電圧検出器２６が異常であると判断し、直流電圧検出器２６が異常であるとの情報（ＥＮＦＢ＿ｃ異常判断情報）を出力推定器７４に出力する。
【００８７】
出力推定器７４は、直流電圧検出器２５の検出値（ＥＰＦＢ＿ｃ）と、直流電圧検出器２６の検出値（ＥＮＦＢ＿ｃ）とを加算して、コンバータ側の合成直流電圧値（ＶＤＣ＿ｃ）を算出する。また、出力推定器７４は、直流電圧検出器３５の検出値（ＥＰＦＢ＿ｉ）と、直流電圧検出器３６の検出値（ＥＮＦＢ＿ｉ）とを加算して、インバータ側の合成直流電圧値（ＶＤＣ＿ｉ）を算出する。
【００８８】
出力推定器７４は、インバータ側の合成直流電圧値（ＶＤＣ＿ｉ）から、直流電圧検出器２５の検出値（ＥＰＦＢ＿ｃ）を減算して、正常であれば直流電圧検出器２６に検出されると推定される推定値（ＥＰＦＢＨ＿ｃ）を算出する。
【００８９】
出力推定器７４の選択部７４ａは、直流電圧検出器２６の検出値（ＥＮＦＢ＿ｃ）と、直流電圧検出器２６の推定値（ＥＰＦＢＨ＿ｃ）とを入力として、異常判断器７２から直流電圧検出器２６が異常であるとの情報（ＥＮＦＢ＿ｃ異常判断情報）の入力がある場合には、直流電圧検出器２６の推定値（ＥＰＦＢＨ＿ｃ）を選択して所定の送信先（この例では、コンバータ制御装置５）へ出力し、異常判断器７２から直流電圧検出器２６が異常であるとの情報（ＥＮＦＢ＿ｃ異常判断情報）の入力がない場合には、直流電圧検出器２６の検出値（ＥＮＦＢ＿ｃ）を選択して所定の送信先へ出力する。
【００９０】
このような構成により、直流電圧検出器２６に異常があった場合において、直流電圧検出器２６の検出値に変えて、適切な推定値を出力することができる。なお、図８においては、直流電圧検出器２６に異常があった場合において、関係する構成を示しているが、他の直流電圧検出器においても同様な構成で、異常がある場合に適切な推定値を出力することができる。
【００９１】
例えば、直流電圧検出器２５については、直流電圧検出器２６を直流電圧検出器２５に読み替えた構成とすればいい。また、直流電圧検出器３５、又は直流電圧検出器３６の場合には、コンバータ側の合成直流電圧値（ＶＤＣ＿ｃ）から、その直流電圧検出器の検出値を減算して、直流電圧検出器の推定値を算出して選択部７４ａに入力するようにし、選択部７４ａで選択された値をインバータ制御装置６に出力するようにすればよい。
【００９２】
以上説明したように、第５実施形態による電力変換装置１０４では、直流電圧検出器に異常があると判断した場合に、異常がある直流電圧検出器以外の健全な直流電圧検出器の検出値に基づいて、異常がある直流電圧検出器における検出対象の正常な検出値を推定するようにしたので、異常がある直流電圧検出器を交換せずに電力変換装置１０４を使用することができ、例えば、次の定期点検時まで電力変換装置を継続して運転させる、しのぎ運転を行うことができる。これにより、電力変換装置１０４を計画外停止させる必要がない。
【００９３】
次に、第６実施形態に係る電力変換装置について説明する。
【００９４】
図９は、第６実施形態に係る電力変換装置の全体構成図である。なお、図７に示す第５実施形態に係る電力変換装置と同様な構成については同一の符号を付す。
【００９５】
第６実施形態に係る電力変換装置１０５は、第５実施形態に係る電力変換装置１０４において、複数のインバータユニット３（３ａ，３ｂ，３ｃ，・・・）を備えるようにしたものである。
【００９６】
本実施形態においては、出力推定器７４は、複数の直流電圧検出器２５，２６，３５（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，・・・），３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，・・・）からの検出値に基づいて、異常となった直流電圧検出器の検出対象についての正確な検出値を推定する。第６実施形態においては、１つの異常となった直流電圧検出器の検出対象についての正確な検出値を推定する方法が以下に示すように複数存在する。
【００９７】
電力変換装置１０５においては、各直流電圧検出器が正常な状態であれば、コンバータ側の直流電圧検出器２５，２６との検出値を加算した合成直流電圧値と、それぞれのインバータ側の直流電圧検出器３５（３５ａ，３５ｂ，３５ｃ，・・・），３６（３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，・・・）の検出値を加算した合成直流電圧値とのすべてが一致するという関係がある。このことは、検出値を推定するために必要となる合成直流電圧値を得られる候補が、複数存在していることを示している。このように、合成直流電圧値を得られる候補が増えるので、異常な直流電圧検出器の検出対象の検出値を推定できる可能性を向上することができる。
【００９８】
本実施形態における出力推定器７４によると、いずれか１つの直流電圧検出器が異常となった場合には、コンバータ側又はいずれかのインバータ側の健全な２つの直流電圧検出器の検出値を加算した合成直流電圧値から、異常となった直流電圧検出器と同じ側に配置されている健全な１つの直流電圧検出器の検出値を減算することにより、異常な直流電圧検出器の測定対象の正確な検出値を推定することができる。
【００９９】
これにより、例えば、いずれかのインバータ側の１つの直流電圧検出器が異常である場合であって、コンバータ側の一方の直流電圧検出器が異常である場合であっても、いずれかのインバータ側の２つの直流電圧検出器が健全であれば、この２つの直流電圧検出器の検出値を加算した合成直流電圧値を用いて、インバータ側の１つの異常な直流電圧検出器の検出対象についての正確な検出値を推定することができる。
【０１００】
この電力変換装置１０５においても、上記第１実施形態に係る電力変換装置１００と同様な処理により、直流電圧検出器の異常を適切に判断することができる。また、電力変換装置１０５においても、上記第５実施形態に係る電力変換装置１０４と同様に、複数の健全な直流電圧検出器の検出値から、異常な直流電圧検出器の検出対象の検出値を適切に推定することができる。
【０１０１】
なお、上記第６実施形態では、電力変換装置１０５を、複数のインバータユニット３を備えるようにしていたが、例えば、コンバータユニット２を複数備えるようにしてもよく、このようにしても、上記同様に、直流電圧検出器の異常を適切に判断することができ、また、複数の健全な直流電圧検出器の検出値から異常な直流電圧検出器の検出対象の検出値を適切に推定することができる。また、異常な直流電圧検出器の検出対象の検出値を推定するために必要となる合成直流電圧値を得られる候補を、いずれかのコンバータ側の２つの直流電圧検出器にまで拡げることができ、異常な直流電圧検出器の検出対象の検出値を推定できる可能性を向上することができる。
【０１０２】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。
【０１０３】
例えば、上記実施形態では、異常判断器７２と、出力推定器７４とが行っていた処理の一部又は全部を、ハードウェア回路で行うようにしてもよい。
【０１０４】
また、上記したいずれかの実施形態において、異常判断器７２が、複数の充電時における直流電圧検出器による検出値の履歴（例えば、実行日時と検出値）を記憶し、検出値の履歴に基づいて、直流電圧検出器による検出値の変化を把握し、直流電圧検出器による検出値が異常を判断するための所定の閾値を超えるまでの期間、すなわち、異常発生までの期間を予測し、その予測結果を表示器７３に表示させるようにしてもよい。このようにすると、異常発生の時期を前もって把握することができ、異常発生の予防や、異常発生時の対応の準備を予め行うことができる。
【符号の説明】
【０１０５】
２…コンバータユニット、３…インバータユニット、４…電動機、５…コンバータ制御装置、６…インバータ制御装置、２２…コンバータＰ側平滑コンデンサ、２３…コンバータＮ側平滑コンデンサ、２４…コンバータ中性点抵抗、２５…コンバータＰ側直流電圧検出器、２６…コンバータＮ側直流電圧検出器、３２…インバータＰ側平滑コンデンサ、３３…インバータＮ側平滑コンデンサ、３４…インバータ中性点抵抗、３５…インバータＰ側直流電圧検出器、３６…インバータＮ側直流電圧検出器、７２…異常判断器、７３…表示器、７４…出力推定器、１００，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５…電力変換装置
【図１】
2018183006.tif 000003
【図２】
2018183006.tif 000004
【図３】
2018183006.tif 000005
【図４】
2018183006.tif 000006
【図５】
2018183006.tif 000007
【図６】
2018183006.tif 000008
【図７】
2018183006.tif 000009
【図８】
2018183006.tif 000010
【図９】
2018183006.tif 000011