(57)【要約】【課題】複数の温度センサを用いない安価な構成でありながら、連系リアクトル又は昇圧リアクトルのレアショートを迅速且つ正確に検出し、装置の保護を確実に図ること。【解決手段】フィルタ回路１９は、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタにより構成されており、電流検出器７の検出電流Ｉｄからリップル成分を抽出し、これをリップル電流信号Ｓｒとしてリップル異常判定回路２０に出力する。リップル異常判定回路２０は、このリップル電流信号Ｓｒを入力すると、そのピーク値が予め設定してある判定基準値Ｌｊを超えているか否かを判定する。そして、超えている場合にはリップル異常が発生していると判定して、異常判定信号Ｓａとしての「１」信号をゲート制御回路１１に出力する。【選択図】　図１
2004056886.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
連系リアクトルを介して系統に電力を出力するインバータ回路と、
前記連系リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器の電流検出値が電流基準値と一致するように、前記インバータ回路のスイッチング素子を制御するインバータ制御回路と、
を備えた電力変換装置において、
前記インバータ制御回路は、
前記電流検出器の検出電流からリップル成分を抽出するリップル成分抽出回路と、
前記リップル成分抽出回路により抽出されたリップル成分のピーク値が予め設定された判定基準値を超えた場合にリップル異常と判定するリップル異常判定回路と、
前記リップル異常判定回路から異常判定信号を入力した場合に、前記スイッチング素子をオフにして前記インバータ回路の出力を停止させるゲート制御回路と、
を有するものであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記リップル成分抽出回路は、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタにより構成されるものである、
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記リップル成分抽出回路は、前記電流検出値から前記電流基準値を減算する減算回路により構成されるものである、
ことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
直流電源からの直流電力を昇圧リアクトルを介して入力し、昇圧した直流電力を出力するチョッパ回路と、
前記昇圧リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器の電流検出値が電流基準値と一致するように、前記チョッパ回路のスイッチング素子を制御するチョッパ制御回路と、
を備えた電力変換装置において、
前記チョッパ制御回路は、
前記電流検出器の検出電流からリップル成分を抽出するリップル成分抽出回路と、
前記リップル成分抽出回路により抽出されたリップル成分のピーク値が予め設定された判定基準値を超えた場合にリップル異常と判定するリップル異常判定回路と、
前記リップル異常判定回路から異常判定信号を入力した場合に、前記スイッチング素子をオフにして前記チョッパ回路の出力を停止させるゲート制御回路と、
を有するものであることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
前記リップル成分抽出回路は、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタにより構成されるものである、
ことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記リップル成分抽出回路は、前記電流検出値から前記電流基準値を減算する減算回路により構成されるものである、
ことを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、リアクトルの異常を検出する機能を備えた電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の電力変換装置の構成を示すブロック図である。この図において、直流電源１とは、例えば、太陽電池、燃料電池あるいは各種のバッテリであり、この直流電源１からの直流電力は平滑コンデンサ２により平滑された後、インバータ回路３に入力されるようになっている。このインバータ回路３は、例えばＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子により構成されている。インバータ回路３から出力される交流電力は、連系リアクトル４を介して、一般住宅用の機器を含む系統５に供給されるようになっている。
【０００３】
連系リアクトル４を通って系統５側に流れる電流は電流検出器７により検出されるようになっており、その電流検出値Ｉｄを用いてインバータ制御回路８はインバータ回路３の制御を行うようになっている。インバータ制御回路８は、電流検出器７からの電流検出値Ｉｄと電流基準値Ｉｒとを入力し、これらの偏差を出力する減算器９と、減算器９からの偏差を入力し、この偏差がゼロとなるように、すなわち電流検出値Ｉｄと電流基準値Ｉｒとが一致するようにＰＩ制御を行うＰＩ制御回路１０と、ＰＩ制御回路１０からの制御信号に基づきインバータ回路３のスイッチング素子に対してオンオフ制御を行うゲート制御回路１１とを有している。
【０００４】
次に、図６の動作につき説明する。インバータ回路３は、平滑コンデンサ２により平滑された直流電源１からの直流電力を入力し、連系リアクトル４を介して系統５に対して交流電力を出力する。インバータ制御回路８は、このとき電流検出器７により検出された電流検出値Ｉｄが電流基準値Ｉｒに一致するように、インバータ回路３のスイッチング素子のオンオフ制御を行う。これにより、インバータ回路３から連系リアクトル４を介して系統５に供給される電流は基準値Ｉｒに等しくなる。
【０００５】
図７は、従来の他の電力変換装置の要部構成を示すブロック図である。この従来装置は、図６に示した電力変換装置の平滑コンデンサ２とインバータ回路３との間にチョッパ回路１３を設けた構成としたものである。すなわち、図７において、直流電源１及び平滑コンデンサ２は図６と同様のものであり、平滑コンデンサ２で平滑された直流電力は昇圧リアクトル１２を介してチョッパ回路１３に入力されるようになっている。このチョッパ回路１３は、例えばＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子により構成されている。そして、平滑コンデンサ２で平滑され昇圧リアクトル１２へ流れる電流は電流検出器１４により検出されるようになっており、その電流検出値Ｉｄを用いてチョッパ制御回路１５はチョッパ回路１３の制御を行うようになっている。チョッパ制御回路１５は、電流検出器１４からの電流検出値Ｉｄと電流基準値Ｉｒとを入力し、これらの偏差を出力する減算器１６と、減算器１６からの偏差を入力し、この偏差がゼロとなるように、すなわち電流検出値Ｉｄと電流基準値Ｉｒとが一致するようにＰＩ制御を行うＰＩ制御回路１７と、ＰＩ制御回路１７からの制御信号に基づきチョッパ回路１３のスイッチング素子に対してオンオフ制御を行うゲート制御回路１８とを有している。
【０００６】
次に、図７の動作につき説明する。チョッパ回路１３は、平滑コンデンサ２により平滑された直流電源１からの直流電力を昇圧リアクトル１２を介して入力し、チョッピング動作により電圧を上昇させた直流電力をチョッパ制御回路１５に対して出力する。チョッパ制御回路１５は、このとき電流検出器１４により検出された電流検出値Ｉｄが電流基準値Ｉｒに一致するように、チョッパ回路１３のスイッチング素子のオンオフ制御を行う。これにより、昇圧リアクトル１２を介してチョッパ回路１３に入力される電流は基準値Ｉｒに等しくなる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した図６の構成では連系リアクトル４が用いられ、また、図７の構成では昇圧リアクトル１２が用いられている。これらのリアクトルには、製造段階での不良あるいは設置後の絶縁不良等に起因してレアショート（巻線間短絡）が発生することがある。このレアショートが発生すると、リアクトルが異常過熱して発煙や発火が発生し、更には周辺機器が破損される事態を招くことになる。そのため、図６及び図７においては図示を省略していたが、実際にはこれらリアクトルの周囲に温度センサを取り付け、所定温度に達した場合には直ちに運転を停止するようにしていた。
【０００８】
しかし、レアショートの発生をいち早く検知するためには、レアショート発生個所付近に温度センサが取り付けられている必要があるが、どの個所でレアショートが発生するかを事前に知ることはできない。そこで、従来は、複数の温度センサをリアクトル周囲に取り付け、どの個所でレアショートが発生してもできるだけすみやかにこれを検知できるようにしていたが、その分コストが増大する結果となっている。また、温度センサによる検出温度が所定温度に達するには、どうしてもある程度の時間がかかるため、レアショートの検出時間を一定以上短縮するのは困難であった。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、複数の温度センサを用いない安価な構成でありながら、連系リアクトル又は昇圧リアクトルのレアショートを迅速且つ正確に検出し、装置の保護を確実に図ることが可能な電力変換装置を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、連系リアクトルを介して系統に電力を出力するインバータ回路と、前記連系リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の電流検出値が電流基準値と一致するように、前記インバータ回路のスイッチング素子を制御するインバータ制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記インバータ制御回路は、前記電流検出器の検出電流からリップル成分を抽出するリップル成分抽出回路と、前記リップル成分抽出回路により抽出されたリップル成分のピーク値が予め設定された判定基準値を超えた場合にリップル異常と判定するリップル異常判定回路と、前記リップル異常判定回路から異常判定信号を入力した場合に、前記スイッチング素子をオフにして前記インバータ回路の出力を停止させるゲート制御回路と、を有するものである。
【００１１】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記リップル成分抽出回路は、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタにより構成されるものである、ことを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記リップル成分抽出回路は、前記電流検出値から前記電流基準値を減算する減算回路により構成されるものである、ことを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の発明は、直流電源からの直流電力を昇圧リアクトルを介して入力し、昇圧した直流電力を出力するチョッパ回路と、前記昇圧リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器の電流検出値が電流基準値と一致するように、前記チョッパ回路のスイッチング素子を制御するチョッパ制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記チョッパ制御回路は、前記電流検出器の検出電流からリップル成分を抽出するリップル成分抽出回路と、前記リップル成分抽出回路により抽出されたリップル成分のピーク値が予め設定された判定基準値を超えた場合にリップル異常と判定するリップル異常判定回路と、前記リップル異常判定回路から異常判定信号を入力した場合に、前記スイッチング素子をオフにして前記チョッパ回路の出力を停止させるゲート制御回路と、を有するものであることを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記リップル成分抽出回路は、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタにより構成されるものである、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の発明は、請求項４記載の発明において、前記リップル成分抽出回路は、前記電流検出値から前記電流基準値を減算する減算回路により構成されるものである、ことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態を図に基づき説明する。但し、図６及び図７と同様の構成要素には同一又は類似の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図であり、図６の従来装置に対応するものである。図１が図６と異なる点は、リップル成分抽出回路としてのフィルタ回路１９、及びリップル異常判定回路２０が新たに追加されたインバータ制御回路８Ａを採用している点である。フィルタ回路１９は、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタにより構成されており、電流検出器７の検出電流Ｉｄからリップル成分を抽出し、これをリップル電流信号Ｓｒとしてリップル異常判定回路２０に出力するようになっている。リップル異常判定回路２０は、このリップル電流信号Ｓｒを入力すると、そのピーク値が予め設定してある判定基準値Ｌｊを超えているか否かを判定するようになっている。そして、超えている場合にはリップル異常が発生していると判定して、異常判定信号Ｓａとしての「１」信号をゲート制御回路１１に出力するようになっている。
【００１８】
次に、図１の動作につき説明する。図２は、図１の動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は検出電流Ｉｄ、（ｂ）はリップル電流信号Ｓｒ、（ｃ）は異常判定信号Ｓａを示している。
【００１９】
電流検出器７は、インバータ回路３が連系リアクトル４を介して系統５に出力している電流を検出し、これを検出電流Ｉｄとして減算器９のマイナス側入力端子、及びフィルタ回路１９に出力している。図２（ａ）は、時刻ｔ０〜ｔ１の期間は検出電流Ｉｄのリップル成分が正常であることを示している。したがって、図２（ｂ）に示すように、この期間においてフィルタ回路１９が出力するリップル電流信号Ｓｒのピーク値も判定基準値Ｌｊの範囲内であり、また図２（ｃ）に示すように、リップル異常判定回路２０は正常な信号であることを示す「０」信号をゲート制御回路１１に出力している。
【００２０】
しかし、時刻ｔ１を過ぎると、連系リアクトル４のレアショート発生に起因するインダクタンス低下により検出電流Ｉｄのリップル成分が大きくなり、リップル電流信号Ｓｒのピーク値が判定基準値Ｌｊを超えることになる。それ故、リップル異常判定回路２０は時刻ｔ１よりやや遅れた時刻ｔ２になった時点で異常判定信号Ｓａすなわち「１」信号をゲート制御回路１１に出力する。ゲート制御回路１１は、この「１」信号を入力すると、直ちにインバータ回路３のスイッチング素子をオフ状態にし、インバータ回路３の運転を停止させる。すなわち、時刻ｔ２以降は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、検出電流Ｉｄ及びリップル電流信号Ｓｒはゼロとなる。
【００２１】
このように、図１の構成では、リップル成分抽出回路として機能するフィルタ回路１９が検出電流Ｉｄからリップル成分を抽出してリップル電流信号Ｓｒをリップル異常判定回路２０に出力し、リップル異常判定回路２０はリップル異常が認められた場合は直ちに異常判定信号Ｓａをゲート制御回路１１に出力してインバータ回路３の運転を停止させるようにしているので、複数の温度センサを用いなくとも連系リアクトル４に生じたレアショートを迅速且つ正確に検出することができ、装置の確実な保護を図ることができる。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図であり、第１の実施形態と同様に、図６の従来装置に対応するものである。図２が図１と異なる点は、フィルタ回路１９の代わりに減算回路２１を用いたインバータ制御回路８Ｂを採用している点である。この減算回路２１もリップル成分抽出回路として機能するものであり、電流検出値Ｉｄから電流基準値Ｉｒを減算することによりリップル成分を抽出し、これをリップル電流信号Ｓｒとしてリップル異常判定回路２０に出力するようになっている。その他の構成は、図１と同様であるため重複した説明を省略する。
【００２３】
この第２の実施形態によっても第１の実施形態と同様に、複数の温度センサを用いることなく連系リアクトル４に生じたレアショートを迅速且つ正確に検出することができ、装置の確実な保護を図ることができる。
【００２４】
図４は、本発明の第３の実施形態の要部構成を示すブロック図であり、図７の他の従来装置に対応するものである。図４が図７と異なる点は、リップル成分抽出回路としてのフィルタ回路２２、及びリップル異常判定回路２３が新たに追加されたチョッパ制御回路１５Ａを採用している点である。フィルタ回路２２は、ハイパスフィルタ又はバンドパスフィルタにより構成されており、電流検出器１４の検出電流Ｉｄからリップル成分を抽出し、これをリップル電流信号Ｓｒとしてリップル異常判定回路２３に出力するようになっている。リップル異常判定回路２３は、このリップル電流信号Ｓｒを入力すると、そのピーク値が予め設定してある判定基準値Ｌｊを超えているか否かを判定するようになっている。そして、超えている場合にはリップル異常が発生していると判定して、異常判定信号Ｓａとしての「１」信号をゲート制御回路１１に出力するようになっている。
【００２５】
次に、図４の動作を、図１の場合と同様に、図２のタイムチャートに基づき説明する。電流検出器１４は、昇圧リアクトル１２を流れる電流を検出し、これを検出電流Ｉｄとして減算器１６のマイナス側入力端子、及びフィルタ回路２２に出力している。図２（ａ）は、時刻ｔ０〜ｔ１の期間は検出電流Ｉｄのリップル成分が正常であることを示している。したがって、図２（ｂ）に示すように、この期間においてフィルタ回路２２が出力するリップル電流信号Ｓｒのピーク値も判定基準値Ｌｊの範囲内であり、また図２（ｃ）に示すように、リップル異常判定回路２３は正常な信号であることを示す「０」信号をゲート制御回路１８に出力している。
【００２６】
しかし、時刻ｔ１を過ぎると、昇圧リアクトル１２のレアショート発生に起因するインダクタンス低下により検出電流Ｉｄのリップル成分が大きくなり、リップル電流信号Ｓｒのピーク値が判定基準値Ｌｊを超えることになる。それ故、リップル異常判定回路２３は時刻ｔ１よりやや遅れた時刻ｔ２になった時点で異常判定信号Ｓａすなわち「１」信号をゲート制御回路１８に出力する。ゲート制御回路１８は、この「１」信号を入力すると、直ちにチョッパ回路１３のスイッチング素子をオフ状態にし、チョッパ回路１３の運転を停止させる。すなわち、時刻ｔ２以降は、図２（ａ），（ｂ）に示すように、検出電流Ｉｄ及びリップル電流信号Ｓｒはゼロとなる。
【００２７】
このように、図４の構成では、リップル成分抽出回路として機能するフィルタ回路２２が検出電流Ｉｄからリップル成分を抽出してリップル電流信号Ｓｒをリップル異常判定回路２３に出力し、リップル異常判定回路２３はリップル異常が認められた場合は直ちに異常判定信号Ｓａをゲート制御回路１８に出力してチョッパ回路１３の運転を停止させるようにしているので、複数の温度センサを用いなくとも昇圧リアクトル１２に生じたレアショートを迅速且つ正確に検出することができ、装置の確実な保護を図ることができる。
【００２８】
図５は、本発明の第４の実施形態の要部構成を示すブロック図であり、第３の実施形態と同様に、図７の他の従来装置に対応するものである。図５が図４と異なる点は、フィルタ回路２２の代わりに減算回路２４を用いたチョッパ制御回路１５Ｂを採用している点である。この減算回路２４もリップル成分抽出回路として機能するものであり、電流検出値Ｉｄから電流基準値Ｉｒを減算することによりリップル成分を抽出し、これをリップル電流信号Ｓｒとしてリップル異常判定回路２３に出力するようになっている。その他の構成は、図４と同様であるため重複した説明を省略する。
【００２９】
この第４の実施形態によっても第３の実施形態と同様に、複数の温度センサを用いることなく昇圧リアクトル１２に生じたレアショートを迅速且つ正確に検出することができ、装置の確実な保護を図ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、リアクトルを流れる検出電流からリップル成分を抽出し、この抽出したリップル成分のピーク値が判定基準値を超えた場合はリップル異常として運転を停止させる構成としているので、複数の温度センサを用いない安価な構成でありながら、連系リアクトル又は昇圧リアクトルのレアショートを迅速且つ正確に検出し、装置の保護を確実に図ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１の動作を説明するためのタイムチャートであり、（ａ）は検出電流Ｉｄ、（ｂ）はリップル電流信号Ｓｒ、（ｃ）は異常判定信号Ｓａを示している。
【図３】本発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施形態の要部構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第４の実施形態の要部構成を示すブロック図。
【図６】従来の電力変換装置の構成を示すブロック図。
【図７】従来の他の電力変換装置の要部構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１　直流電源
２　平滑コンデンサ
３　インバータ回路
４　連系リアクトル
５　系統
７　電流検出器
８，８Ａ，８Ｂ　インバータ制御回路
９　減算器
１０　ＰＩ制御回路
１１　ゲート制御回路
１２　昇圧リアクトル
１３　チョッパ回路
１４　電流検出器
１５，１５Ａ，１５Ｂ　チョッパ制御回路
１６　減算器
１７　ＰＩ制御回路
１８　ゲート制御回路
１９，２２　フィルタ回路
２０，２３　リップル異常判定回路
２１，２４　減算回路
Ｉｄ　電流検出値（又は、検出電流）
Ｉｒ　電流基準値
Ｓｒ　リップル電流信号
Ｌｊ　判定基準値
Ｓａ　異常判定信号
【図１】
2004056886.tif 000003
【図２】
2004056886.tif 000004
【図３】
2004056886.tif 000005
【図４】
2004056886.tif 000006
【図５】
2004056886.tif 000007
【図６】
2004056886.tif 000008
【図７】
2004056886.tif 000009