(57)【要約】【課題】電力変換器及び制御装置にとって許容可能な短時間の停電があってもそのまま再起動可能な電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換器５と、制御装置１Ａ、１Ｂとで構成する。各々の制御装置は、「選択」、「待機」、「保守」の各ステータスを記憶し、相手方のステータスを読み込む手段と、相手方に対して「制御切替リクエスト」を行う手段と相手方の制御装置に対して「リクエストアンサ」を行う手段とを有し、一方の制御装置が電力変換器を運転中に異常を検出したとき、当該制御装置は電力変換器の運転制御を停止すると共に他方に対して制御切替を要求し、他方の制御装置は、「リクエストアンサ」を行うと共に、電力変換器の運転制御を開始する。各々の制御装置は電力変換器５の主電源の停電／復電検出手段を有し、運転中の制御装置が停電を検出して所定時間内に復電したときは再起動し、復電しなかったときは「制御切替リクエスト」を要求する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子をオンオフ制御して電力を変換する少なくとも１台の電力変換器と、
前記電力変換器を運転制御するために冗長配置された２台の制御装置とで構成され、
前記各々の制御装置は、
自らの運転状態を示す「選択」、「待機」、「保守」の各ステータスを記憶し、相手方のステータスを読み込むステータス記憶／読み込み手段と、
相手方の制御装置に対して「制御切替リクエスト」を行う制御切替要求手段と、
相手方の制御装置からの制御切替要求を受け入れて相手方の制御装置に対して「制御切替リクエストアンサ」を行う制御切替え回答手段と
前記電力変換器の主電源の電圧を実質的に検出する停電／復電検出手段と
を有し、
一方の制御装置が前記電力変換器を運転制御中に異常を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止すると共に他方の制御装置に対して制御切替を要求し、他方の制御装置は、前記制御切替え回答手段によってアンサーバックを行うと共に、前記電力変換器の運転制御を開始するようにし、
一方の制御装置が「待機」状態でないときに停電を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止し、
当該制御装置が第１の所定時間以内に復電を検出したときには前記電力変換器を再起動し、
前記第１の所定時間を経過しても当該制御装置が復電を検出しなかったときには、他方の制御装置に対して制御切替を要求するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
スイッチング素子をオンオフ制御して電力を変換する少なくとも１台の電力変換器と、
前記電力変換器を運転制御するために冗長配置された２台の制御装置とで構成され、
前記各々の制御装置は、
自らの運転状態を示す「選択」、「運転」、「待機」、「保守」の各ステータスを記憶し、相手方のステータスを読み込むステータス記憶／読み込み手段と、
相手方の制御装置に対して「制御切替リクエスト」を行う制御切替要求手段と、
相手方の制御装置からの制御切替要求を受け入れて相手方の制御装置に対して「制御切替リクエストアンサ」を行う制御切替え回答手段と
前記電力変換器の主電源の電圧を実質的に検出する停電／復電検出手段と
を有し、
一方の制御装置が前記電力変換器を運転制御中に異常を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止すると共に他方の制御装置に対して制御切替を要求し、他方の制御装置は、前記制御切替え回答手段によってアンサーバックを行うと共に、前記電力変換器の運転制御を開始するようにし、
一方の制御装置が「運転」状態のときに停電を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止し、
当該制御装置が第１の所定時間以内に復電を検出したときには前記電力変換器を再起動し、
前記第１の所定時間を経過しても当該制御装置が復電を検出しなかったときには、他方の制御装置に対して制御切替を要求するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
前記一方の制御装置が前記第１の所定時間経過後制御切替を要求し、
第２の所定時間内にアンサーバックが得られたとき、当該制御装置はそのステータスを「保守」とし、前記第２の所定時間内にアンサーバックが得られなかったときはシステム停止処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記戴の電力変換装置。
【請求項４】
前記一方の制御装置が待機中に停電を検出したとき、停電検出後前記第１の所定時間に第３の所定時間を加えてなる第４の所定時間が経過しても、他方の制御装置から制御切替要求が得られない場合は、当該制御装置はそのステータスを「保守」とするようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記戴の電力変換装置。
【請求項５】
前記一方の制御装置が待機中に停電を検出し、停電検出後前記第１の所定時間に第３の所定時間を加えてなる第４の所定時間内に他方の制御装置から制御切替要求が得られた場合は、他方の制御装置にアンサーバックを行うと共に、
前記第４の所定時間内に復電したときには前記電力変換器を再起動し、前記第４の所定時間が経過しても復電しなかったときにはシステム停止処理を行うようにしたことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記戴の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に係り、特に冗長制御系を有する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流モータを駆動するための電力変換装置の一つとして、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置がある。この電力変換装置は、使用される電力半導体素子や電力変換方法によりいくつかの種類がある。このうち、電力半導体素子としてＩＧＢＴなどの自己遮断能力を持つ素子を使用する電力変換装置は、電力変換方法にパルス幅変調方式（以下ＰＷＭ）が使用できるため、正弦波交流電圧により近い電圧パターンを出力でき、モータのようなインダクタンス成分の大きな負荷に対して、高調波のより少ない交流電流を供給することができるので、さまざまな応用分野において利用されている。
【０００３】
このような電力変換装置を使用する応用分野のなかには、数年にわたる無停止連続操業を求められる分野がある。電力変換装置自体の連続運転性能や故障率は年々改善される方向にはあるが、一般には故障率はゼロではなく、有寿命部品を使用している関係上、定期的に電力変換装置を停止させてメンテナンスを行う必要がある。
【０００４】
従って、上記の応用分野においては、１台の電力変換装置が故障や定期メンテナンスで停止しても、システムとして運転継続できるように、電力変換装置を複数台の並列構成とし、その一部で電力変換を実施し、残りを待機状態とする所謂冗長システムを構築することが多い。
【０００５】
通常電力変換装置は、電力変換を担当する少なくとも１台の電力変換器と、変換器を制御する制御装置とで構成される。冗長システムにおいては、これら電力変換器と制御装置の夫々が冗長の対象となる。
【０００６】
電力変換器の冗長方法は、システムを構成する電力変換器のうちいくつかを待機状態にしておき、運転中の電力変換器で異常があった場合などに、異常となった電力変換器を停止（解列）し、待機中の電力変換器を運転（併入）する方法と、システムに必要な電力変換器の数より多くの電力変換器を並列運転し、異常となった電力変換器を解列して運転を継続する方法の２種類がある。何れの方法も、解列及び併入動作は制御装置でコントロールされる。
【０００７】
制御装置においては、制御装置の部品などに起因する制御装置故障のほか、制御装置にインタフェースされる電流センサなどのセンサ系の故障や、制御の異常によって引き起こされる電力変換器の異常がある。よって、異常の検出箇所が変換器の中であっても、制御装置が真因のこともある。制御装置の冗長方法としては、一方の制御装置で制御を行い、他方の制御装置を待機させるような冗長システムを構成する。電力変換器の場合と異なり、１台の制御装置で制御可能なので、制御装置２台で冗長システムを構築するのが一般的である。（例えば特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１６１００６号公報（全体）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記戴されている従来の電力変換装置においては、制御冗長をコントロールする共通制御系がなくても、制御装置１Ａから制御装置１Ｂへの制御切替が実現できるが、供給電源が停電し、電力変換器の再起動が可能な時間内で復電したときの制御方法について述べられておらず、短時間の停電であってもシステム停止となってしまう恐れがある。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、電力変換器及び制御装置にとって許容可能な短時間の停電があってもそのまま再起動可能な電力変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、スイッチング素子をオンオフ制御して電力を変換する少なくとも１台の電力変換器と、前記電力変換器を運転制御するために冗長配置された２台の制御装置とで構成され、前記各々の制御装置は、自らの運転状態を示す「選択」、「待機」、「保守」の各ステータスを記憶し、相手方のステータスを読み込むステータス記憶／読み込み手段と、相手方の制御装置に対して「制御切替リクエスト」を行う制御切替要求手段と、相手方の制御装置からの制御切替要求を受け入れて相手方の制御装置に対して「制御切替リクエストアンサ」を行う制御切替え回答手段と、前記電力変換器の主電源の電圧を実質的に検出する停電／復電検出手段とを有し、一方の制御装置が前記電力変換器を運転制御中に異常を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止すると共に他方の制御装置に対して制御切替を要求し、他方の制御装置は、前記制御切替え回答手段によってアンサーバックを行うと共に、前記電力変換器の運転制御を開始するようにし、一方の制御装置が前記電力変換器を運転制御中に停電を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止し、当該制御装置が第１の所定時間以内に復電を検出したときには前記電力変換器を再起動し、前記第１の所定時間を経過しても当該制御装置が復電を検出しなかったときには、他方の制御装置に対して制御切替を要求するようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、電力変換器及び制御装置にとって許容可能な短時間の停電があってもそのまま再起動可能な電力変換装置を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施例１に係る電力変換装置のシステム構成図。
【図２】本発明の電力変換装置の制御切替リクエストを要求する制御装置の動作フローチャート。
【図３】本発明の電力変換装置の制御切替リクエストを受付ける制御装置の動作フローチャート。
【図４】本発明の電力変換装置の故障復帰する制御装置の動作フローチャート。
【図５】本発明の実施例１に係る電力変換装置の停電検出時の制御装置の動作フローチャート。
【図６】本発明の実施例２に係る電力変換装置の停電検出時の制御装置の動作フローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る電力変換装置のシステム構成図である。
【００１６】
図１における電力変換装置は、制御装置１Ａ、制御装置１Ｂ及び電力変換器５で構成される。電力変換器５は、例えばその構成要素である図示しない複数のスイッチング素子を適切にオンオフさせることによって交流電源から得られる交流電圧を電動機駆動用の交流に変換する。
【００１７】
制御装置１Ａ及び制御装置１Ｂは、その構成が基本的に同一であり、その何れかが電力変換器５を運転制御するように冗長配置され、個別に保守が可能なように図示しない制御電源を分離可能な構成となっている。そして制御装置１Ａ及び制御装置１Ｂは、夫々変換器制御回路２Ａ、２Ｂ、制御異常検出回路３Ａ、３Ｂ、並びに制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂを有している。
【００１８】
変換器制御回路２Ａ、２Ｂは、電力変換器５を構成するスイッチング素子にゲート信号を与える、このゲート信号は、例えば電力変換器５の出力で駆動される図示しない電動機の速度が所望の速度となるように図示しない制御手段、例えばＰＷＭ制御によって定められたゲート信号である。
【００１９】
制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂは、制御切替リクエスト、制御切替リクエストアンサ及びステータス授受の各入出力信号インタフェースを夫々持ち、制御装置１Ａ、１Ｂの間でこれらの信号を互いに送受信する。そして、制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂは夫々変換器制御回路２Ａ、２Ｂに対し、制御開始／停止信号を供給する。
【００２０】
制御異常検出回路３Ａ、３Ｂに対し、変換器制御回路２Ａ、２Ｂから夫々自身の制御系の異常信号が与えられ、また電力変換器５から共通の異常信号が与えられる。この共通の異常信号とは電力変換器５の過電圧異常、過電流異常などの信号である。これらの信号を制御異常検出回路３Ａ、３Ｂが受けたとき、制御異常検出回路３Ａ、３Ｂは自らの属する制御装置の制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂに対し、夫々制御装置異常信号を出力する。尚電力変換器５から与えられる異常信号には、主回路電圧低下による停電の異常信号は含まれない。
【００２１】
制御装置１Ａ、１Ｂは、電力変換器５の主回路電圧低下を実質的に検出する停電／復電検出回路６Ａ、６Ｂを夫々有している。ここで実質的ということは、通常電力変換器５の主回路給電用の交流電源と同一系統から制御装置１Ａ、１Ｂに制御用の交流電源が供給されているので、この制御用の交流電源の電圧低下を停電／復電検出回路６Ａ、６Ｂによって検出することによって電力変換器５の主回路電圧低下を検出可能となる。停電／復電検出回路６Ａ、６Ｂによって検出された停電／復電信号は制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂに夫々与えられ後述するような制御が行われる。
【００２２】
制御装置１Ａ、１Ｂは、それぞれ基本的に自らの状態を示す「選択」、「待機」、「保守」の３つのステータスを記憶する手段を有している。これらのステータスは前述したように互いに読み込む構成となっているので、制御装置１Ａ、１Ｂはステータス記憶／読み込み手段を有していることになる。これらのステータスは自らの制御装置がその運転経歴によって自動更新する。そして、一方の制御装置が「選択」であれば、他方は「待機」または「保守」であり、両者が「選択」にはならないようにお互いにインターロックがとられている。
【００２３】
図２は、制御装置１Ａが「選択」、制御装置１Ｂが「待機」のステータスを持つ状態において、制御装置１Ａが制御異常を検出した場合の制御切替のフローチャートであり、図３は、制御切替を要求される制御装置１Ｂ側のフローチャートである。
【００２４】
図２において、制御装置１Ａで制御異常を検出すると（ＳＴ１）、まず制御装置１Ａのステータスが「選択」であるかどうか自ら確認し（ＳＴ２）、ステータスが「選択」でなければ、制御装置１Ａは電力変換器５の制御を実施していないので、制御切替は不要となる。ステータスが「選択」であれば、基本的に制御装置１Ａが電力変換器５の運転制御を実施しているので、制御装置１Ｂへ制御切替を行う。
【００２５】
制御切替の方法は、まず電力変換器５の通電を停止するために電力変換器５を構成するスイッチング素子に対する自らの全ゲート指令をブロックし（ＳＴ３）、次に制御装置１Ｂに対して「制御切替リクエスト」を送信する（ＳＴ４）。
【００２６】
そして、図３において、制御装置１Ａからの「制御切替リクエスト」を制御装置１Ｂが受信すると（ＳＴ５）、まず制御装置１Ｂは自らのステータスが「待機」であるかどうか確認する（ＳＴ６）。ステータスが「待機」でなければ、制御切替を行って制御装置１Ｂで制御を行うことができないので、「制御切替リクエスト」に対する「制御切替リクエストアンサ」の返信は行わない。
【００２７】
制御装置１Ｂのステータスが「待機」であれば、「制御切替リクエストアンサ」を制御装置１Ａに対して送信する（ＳＴ−７）。そして、制御装置１Ｂのステータスを「待機」から「選択」に変更し（ＳＴ−８）、電力変換器５の運転制御を開始する（ＳＴ−９）。尚、「制御切替リクエスト」を受信した時点で、制御装置１Ａは電力変換器５の制御を停止しているので、制御装置１Ａと１Ｂの間で電力変換器５の運転制御用のゲート信号が競合することはない。
【００２８】
再び図２に戻り、「制御切替リクエスト」を送信した制御装置１Ａは、制御装置１Ｂからの「制御切替リクエストアンサ」の受信を確認し（ＳＴ−８Ａ）、制御装置１Ａのステータスを「選択」から「保守」に変更する（ＳＴ−１０Ａ）。尚、制御装置１Ａは、一定時間以内に「制御切替リクエストアンサ」が返信されたかどうかチェックし（ＳＴ−９Ａ）、一定時間以内に「制御切替リクエストアンサ」を確認することができなかった場合、制御装置１Ａ、１Ｂとも制御不可能として、システム停止とすることができる（ＳＴ−１１Ａ）。また、他の方法として、制御切替できなかったので、制御装置１Ａを故障リセットし、１度だけ再び制御装置１Ａで電力変換器５の運転制御を試みることも可能である。
【００２９】
次に「保守」ステータスとなった制御装置１Ａの基本的復旧手順について図４に示した保守手順のフローチャートを参照して説明する。制御装置１Ａは、該当する故障部位を点検しその復旧作業が完了した後、故障復帰操作を行う。この操作を自動検出し（ＳＴ−１２Ａ）、自らの制御装置１Ａが「保守」状態にあるかどうかチェックする（ＳＴ−１３Ａ）。そして自らの制御装置１Ａが「保守」状態にあれば、このステータスを「待機」ステータスに切替える（ＳＴ−１４Ａ）。これにより制御装置Ａのステータスが「保守」から「待機」に切り替わり、制御装置Ａは待機状態となって再びシステムに参加する。
【００３０】
また、制御装置の手動保守については、制御装置１Ａ、１Ｂ内に図示しない保守リクエストスイッチを設け、この保守リクエスト信号を制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂに夫々供給することにより達成することができる。
【００３１】
図５は本発明の実施例１に係る電力変換装置の停電検出時の制御装置の動作フローチャートである。
【００３２】
まず、制御装置１Ａまたは制御装置１Ｂが停電検出を行う（ＳＴ２１）。次に、停電検出した制御装置は自らのステータスが待機中であるかどうか判断する（ＳＴ２２）。ここで待機中の停電でなければゲート信号のブロックを行い（ＳＴ２３）、ｂ秒以内に復電すれば（ＳＴ２４、ＳＴ２５）、再起動運転を行なう（ＳＴ２６）。ステップＳＴ２３におけるゲート信号ブロックは、図２のステップＳＴ３におけるゲート信号ブロックと基本的に同一の動作である。そしてステップＳＴ２６における再起動は、図３のステップ９における電力変換器５の運転制御の開始と基本的に同一の動作である。即ち、図２において故障検出した制御装置が運転切り離しを行い、図３において待機していた制御装置が切替運転を行うのに対し、この図５においては停電検出した制御装置が復電後自ら再起動運転を行なう。尚、再起動時においては、例えば電力変換器５の負荷が交流電動機である場合、スムースな再起動を行なうために電力変換器５の出力周波数あるいは出力位相を交流電動機の回転速度に同期させる制御が必要となる場合があるが、ここではその説明は省略する。  ステップＳＴ２７で復電しないままｂ秒経過すると、制御切替リクエスト信号を相手の制御装置に対して出力する（ＳＴ−２７）。そして所定時間内に相手からの制御切替リクエストアンサが得られれば（ＳＴ−２８）、自らのステータスを保守とする（ＳＴ２９）。ステップＳＴ２８で、所定時間内に相手からアンサが得られなければシステム停止処理を行う（ＳＴ−３０）。
【００３３】
このステップＳＴ−２７からＳＴ３０までの流れは、ステップＳＴ２１で停電を検出した自制御装置が誤検出をしていた場合の回避フローを形成している。すなわち、ステップＳＴ２１の停電検出が誤検出であって、相手制御装置は停電を検出していなければ、ステップＳＴ２８で制御切替リクエストのアンサーバックがあった時点は、図３におけるステップＳＴ７に相当することとなるので、図３のステップＳＴ９の運転制御の開始によって相手方の制御装置によって運転継続を行なうことが可能となる。
【００３４】
次に、ステップＳＴ２２で待機中に停電検出した場合のフローについて以下説明する。待機中に停電検出したときには（ＳＴ２２）、相手側から制御切替リクエストが有るどうかチェックする（ＳＴ３１）。相手側から制御切替リクエストが無いときは待機状態を維持し（ＳＴ３２）、（ｂ＋ｃ）秒経過しての制御切替リクエストが来なければ（ＳＴ３３）そのステータスを保守に切り替える（ＳＴ２９）。この場合、誤検出の可能性があるので、点検が必要となる。
【００３５】
次に、ステップＳＴ３１で制御切替リクエストを受信した場合は、相手制御装置に制御切替リクエストアンサを送信し（ＳＴ３４）、（ｂ＋ｃ）秒以内に復電すれば（ＳＴ３５、ＳＴ３６）、再起動を行なう（ＳＴ２６）。ステップＳＴ３６で（ｂ＋ｃ）秒経過しても復電しなければ、停電時間が再起動許容限界時間を超えたと判断してシステム停止する（ＳＴ３０）。このステップＳＴ３１は、ステップＳＴ２７で相手側の制御装置が制御切替リクエスト信号を発信したことに基本的に対応している。
【００３６】
以上説明したようにこの実施例１によれば、再起動許容限界時間を（ｂ＋ｃ）秒としたとき、停電が生じてｂ秒以内に復電すれば当初運転していた制御装置で再起動し、ｂ秒を超え（ｂ＋ｃ）秒以内に復電すれば、当初待機していた制御装置に切替えて再起動を行うことが可能となる。
【実施例２】
【００３７】
図６は本発明の実施例２に係る電力変換装置の停電検出時の制御装置の動作フローチャートである。この実施例２の各ステップについて、図５の本発明の実施例１に係る電力変換装置の停電検出時の制御装置の動作フローチャートの各ステップと同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、ステップＳＴ２２で待機中の停電でなかったとき、ステップＳＴ２２Ａで運転中の停電かどうか判断し、運転中の停電であれば実施例１の場合と同様にステップＳＴ２３でゲート信号ブロックを行うが、そうでないときにはステップ２２Ｂでそのときのステータスを維持するようにした点である。
【００３８】
従ってこの実施例２の場合は、選択のステータスに加えて運転のステータスの追可が必要となる。運転のステータスとは、選択で且つ運転のときと考えれば良い。
【００３９】
この図６のようにフローを変更すれば、図５のステップＳＴ２２において待機中でない場合運転していると推定したことが実際は選択であっても運転していなかったり、保守であったりしたときの制御上のトラブルを未然に防止することが可能となる。
【００４０】
尚、この実施例２においては「運転」のステータスを追加する構成としたので、実施例１の図２のステップＳＴ２における「選択」を「運転」に代えて、運転しているときに限ってステップＳＴ３でゲート信号を行うようにすることも可能となる。
【符号の説明】
【００４１】
１Ａ、１Ｂ  制御装置
２Ａ、２Ｂ  変換器制御回路
３Ａ、３Ｂ  制御異常検出回路
４Ａ、４Ｂ  制御切替コントロール回路
５  電力変換器
６Ａ、６Ｂ  停電／復電検出回路
【図１】
2011041404.tif 000003
【図２】
2011041404.tif 000004
【図３】
2011041404.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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