(57)【要約】【課題】温度センサを設けることなく温度を推定し冷却用ファンを駆動させることができる電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置を提供する。【解決手段】電力変換装置盤１００内において、負荷電流に対応した負荷損失の第１のデータテーブルと、変圧器の各部の熱容量、各部間の熱抵抗値がパラメータとして設定された熱計算等価回路とを有し、取り込まれた電力変換装置の負荷電流に対応する負荷損失を第１のデータテーブルから取得し、その負荷損失と前記熱計算等価回路を用いて変圧器１２の温度を推定する変圧器温度演算部１４と、温度に対応する、装置停止後の盤内温度上昇を抑制するためのファン駆動時間の第２のデータテーブルを有し、前記演算部１４で推定された変圧器の温度に対応するファン駆動時間を第２のデータテーブルから取得し出力するアフタークーリング時間設定部１５とを備え、そのファン駆動時間、前記ファン１６を駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一盤内に電力変換器、変圧器および冷却用ファンが設置された電力変換装置における冷却用ファン駆動装置であって、
無負荷損失および負荷電流に対応した負荷損失のデータをテーブル化した第１のデータテーブルと、変圧器の各部の熱容量および変圧器の各部間の熱抵抗値がパラメータとして設定された熱計算等価回路とを有し、前記電力変換装置が出力する負荷電流を取り込み、取り込まれた負荷電流に対応する負荷損失を第１のデータテーブルから取得し、取得された負荷損失と前記熱計算等価回路を用いて変圧器の温度上昇分を計算し変圧器の温度を推定する変圧器温度演算部と、
温度に対応する、電力変換装置停止後の盤内温度上昇を抑制するためのファン駆動時間のデータをテーブル化した第２のデータテーブルを有し、前記変圧器温度演算部によって推定された変圧器の温度を取り込み、取り込まれた温度に対応するファン駆動時間を第２のデータテーブルから取得し出力するアフタークーリング時間設定部とを備え、
前記アフタークーリング時間設定部から出力されたファン駆動時間、前記冷却用ファンを駆動することを特徴とする電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置。
【請求項２】
前記熱計算等価回路における変圧器の各部間の熱抵抗値は、負荷電流による負荷損失を発生させたときの変圧器の各部の温度を測定することによって設定され、前記熱計算等価回路における変圧器の各部の熱容量は、パルス状の負荷損失を発生させたときの変圧器の過渡温度を測定することによって設定されていることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置内に設けられた冷却用ファンの駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギーから発電を行う、例えば太陽光発電システムは、太陽光パネルで発電した直流電力を、電力変換装置としてのパワーコンディショナー（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ  Ｓｙｓｔｅｍ  以下、ＰＣＳと表記することもある）によって交流電力に変換している。
【０００３】
このパワーコンディショナーの盤内にはインバータ（電力変換器）、変圧器（メイントランス）および冷却用ファンなどが設置されている。
【０００４】
太陽光発電システムのパワーコンディショナーの、ある１日における運転時間（ＰＣＳ運転時間）とその出力電流（太陽光パネルの発電量に対応した太陽光ＰＣＳ出力電流）の関係は、例えば図４のように示されるが、太陽光ＰＣＳ出力電流の推移は１日、１日の状況によって変化する（日によって異なる）。
【０００５】
パワーコンディショナー（電力変換装置）としては、昼間運転し夜間停止するが、盤内に設置された変圧器は昼間の装置運転によって温度が上昇する。そのため、装置停止後、冷却用ファンを停止すると変圧器内部の熱が表面に現われて盤内の温度上昇を引き起こすため、アフタークーリングが必要となる（盤内の冷却用ファンを一定期間回し続ける必要がある）。
【０００６】
従来は、変圧器の特定の場所に温度センサを設け、その検出温度に基づいて所定の温度になるまでファン駆動を制御運転していた。
【０００７】
尚、従来、異常温度検出器の出力信号によってファンの駆動を制御する技術は例えば特許文献１に記載されている。
【０００８】
また、本発明において、変圧器の温度を推定する際に利用する熱計算等価回路は例えば非特許文献１に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−６６７３８号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】水谷嘉伸、他３名、「配電用変圧器過負荷運転時の過渡温度上昇計算手法」、財団法人電力中央研究所、平成１５年１０月、電力中央研究所報告  研究報告：Ｗ０３００１、ｐｐ.１−１２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従来の、温度センサの検出温度に基づいて、冷却用ファンによるアフタークーリングを行う方式では、温度センサの取り付け場所が制約され、電力変換装置盤（パワーコンディショナー盤）内の構造を検討する必要があるという問題がある。
【００１２】
例えば変圧器の特定の箇所（例えば巻線、絶縁油、タンク表面など）において、温度センサの受感部の取り付けが困難な場所がある。
【００１３】
また、温度センサを設けることにより、電気部品点数が増加し、コストおよび故障率が高くなる。
【００１４】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、温度センサを設けることなく温度を推定し冷却用ファンを駆動させることができる電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するための請求項１に記載の電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置は、
同一盤内に電力変換器、変圧器および冷却用ファンが設置された電力変換装置における冷却用ファン駆動装置であって、
無負荷損失および負荷電流に対応した負荷損失のデータをテーブル化した第１のデータテーブルと、変圧器の各部の熱容量および変圧器の各部間の熱抵抗値がパラメータとして設定された熱計算等価回路とを有し、前記電力変換装置が出力する負荷電流を取り込み、取り込まれた負荷電流に対応する負荷損失を第１のデータテーブルから取得し、取得された負荷損失と前記熱計算等価回路を用いて変圧器の温度上昇分を計算し変圧器の温度を推定する変圧器温度演算部と、
温度に対応する、電力変換装置停止後の盤内温度上昇を抑制するためのファン駆動時間のデータをテーブル化した第２のデータテーブルを有し、前記変圧器温度演算部によって推定された変圧器の温度を取り込み、取り込まれた温度に対応するファン駆動時間を第２のデータテーブルから取得し出力するアフタークーリング時間設定部とを備え、
前記アフタークーリング時間設定部から出力されたファン駆動時間、前記冷却用ファンを駆動することを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２に記載の電力変換装置内の冷却用ファン駆動装置は、
請求項１において、前記熱計算等価回路における変圧器の各部間の熱抵抗値は、負荷電流による負荷損失を発生させたときの変圧器の各部の温度を測定することによって設定され、前記熱計算等価回路における変圧器の各部の熱容量は、パルス状の負荷損失を発生させたときの変圧器の過渡温度を測定することによって設定されていることを特徴としている。
【００１７】
上記構成によれば、温度センサを設けなくても温度を推定し冷却用ファンを駆動させることができる。これによって、温度センサを設けるための電力変換装置盤内の構造の検討が不要となり、また部品点数が低減され、コストおよび故障率を下げることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、温度センサを設けることなく冷却用ファンを駆動させることができ、温度センサを設けるための電力変換装置盤内の構造の検討が不要となり、また部品点数が低減され、コストおよび故障率を下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態例を示す構成図。
【図２】本発明で利用する熱計算等価回路の回路図。
【図３】本発明の一実施形態例におけるアフタークーリング時間設定部に設定される、温度対アフタークーリング時間のデータの特性図。
【図４】太陽光発電システムにおける、パワーコンディショナーの運転時間に対する出力電流の推移の一例を示す特性図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。以下では、本発明を太陽光発電システムに適用した実施例を説明する。
【００２１】
図１において、１は太陽光パネル、１００は電力変換装置盤（パワーコンディショナー盤）である。電力変換装置盤１００には、電力変換器（インバータ）１１、変圧器（メイントランス）１２、制御装置１３、変圧器温度演算部１４、アフタークーリング時間設定部１５およびファン（冷却用ファン）１６等が設置されている。
【００２２】
太陽光パネル１で発電した直流電力は電力変換器１１によって交流電力に変換され、変圧器１２を介して盤外の電力系統に出力される。
【００２３】
制御装置１３は、変圧器１２の二次側電圧、二次側電流および電力変換器１１の運転（ＰＣＳ運転）情報を取り込んで電力変換器１１の運転を制御する。尚、変圧器１２の二次側電圧（負荷電圧）を検出する計器用変圧器、二次側電流（負荷電流）を検出する変流器は図示省略している。
【００２４】
変圧器温度演算部１４は、無負荷損失および負荷電流に対応した負荷損失のデータをテーブル化した第１のデータテーブルと、変圧器１２の各部の熱容量および変圧器１２の各部間の熱抵抗値がパラメータとして設定された熱計算等価回路とを有し、前記電力変換装置が出力する負荷電流（変圧器１２の二次側電流）を取り込み、取り込まれた負荷電流に対応する負荷損失を第１のデータテーブルから取得し、取得された負荷損失と前記熱計算等価回路を用いて変圧器１２の温度を推定する。
【００２５】
アフタークーリング時間設定部１５は、温度に対応する、電力変換装置（電力変換器１１）停止後の電力変換装置盤１００内の温度上昇を抑制するためのファン駆動時間のデータをテーブル化した第２のデータテーブルを有し、前記変圧器温度演算部１４によって推定された変圧器の温度を取り込み、取り込まれた温度に対応するファン駆動時間を第２のデータテーブルから取得し出力する。
【００２６】
そして、制御装置１３に入力されるＰＣＳ運転情報中の電力変換器１１の停止情報に基づいて（運転停止時間後に）、制御装置１３又は図示省略の駆動部が、アフタークーリング時間設定部１５から出力されたファン駆動時間、ファン１６を駆動する。
【００２７】
アフタークーリング時間設定部１５が保有する第２のデータテーブルの一例を図３に示す。図３の縦軸は温度を、横軸はアフタークーリング時間（装置停止後のファン駆動時間）を各々表しており、図３の例では温度上昇とともに所定の伸び率でアフタークーリング時間を長く設定している。
【００２８】
上記構成によれば、従来のように温度センサを設けることなくファン１６を駆動させることができ、温度センサを設けるための電力変換装置盤１００内の構造の検討が不要となる。また、部品点数が低減され、コストおよび故障率を下げることができる。
【００２９】
次に、変圧器温度演算部１４の詳細を説明する。変圧器の発熱は無負荷損失と負荷損失に分かれ、無負荷損失は鉄損、無負荷電流による銅損、誘電体損であり、ほぼ固定値である。負荷損失は負荷電流による巻線による銅損、浮遊負荷損であり、温度により異なることが知られている。近年、変圧器の過渡温度解析の技術が進み、損失と熱計算の等価回路が提案検証され、例えば非特許文献１に「配電用変圧器過負荷運転時の過渡温度上昇計算方法」が開示されている。
【００３０】
本実施形態例の変圧器温度演算部１４では、非特許文献１の技術を用いて変圧器の所定箇所の温度を次のような手順で推定する。  
【００３１】
まず予め次の準備をする。
【００３２】
（１）変圧器１２の無負荷損失と、負荷電流を流したときの負荷損失とを測定し、データテーブル（第１のデータテーブル）を作成する。温度依存性がある場合は計算により推定しておく。
【００３３】
（２）熱計算等価回路の設定と回路定数の設定を、例えば図２に示す非特許文献１の熱計算等価回路を用いて行う。
【００３４】
図２は、変圧器タンクが外箱に収められ、変圧器タンク内に動力専用と灯動共用の異なる２つの容量の巻線が結線された地上設置形変圧器の熱計算等価回路を表している。
【００３５】
図２（ａ）は、動力専用変圧器と灯動共用変圧器のうち、対象巻線の発熱による対象変圧器の温度上昇を計算する４段のＲＣはしご型回路であり、図２（ｂ）は他巻線の発熱による対象変圧器の温度上昇を計算する４段のＲＣはしご型回路である。
【００３６】
図２の等価回路において、Ｒth（Ｒth11〜Ｒth14、Ｒth21〜Ｒth24）は各間（変圧器の各部間；例えば巻線と絶縁油の間、絶縁油とタンク表面の間、タンク表面と外気の間）熱抵抗を表し、Ｃ（Ｃ11〜Ｃ14、Ｃ21〜Ｃ24）は各部（例えば巻線、絶縁油、タンク表面）熱容量を表している。また、Ｔ0（ｔ）は周囲温度（電圧源）、Ｗ1（ｔ）、Ｗ2（ｔ）は発生熱源（電流源）、Ｔn（Ｔ1〜Ｔ4）は対象巻線の計算温度、ΔＴn（ΔＴ1〜ΔＴ4）は他巻線の計算温度であり、Ｔn＋ΔＴnが対象巻線の各部の温度となる。
【００３７】
（２−１）負荷電流による指定の負荷損失を発生させ、そのときの変圧器の各部の温度を測定し、各間（変圧器の各部間）の熱抵抗（Ｒth）を設定する。
【００３８】
（２−２）パルス状の負荷損失を発生させ、そのときの過渡温度を測定することによって各部熱容量（Ｃ）を決定する。  
【００３９】
以上で熱計算等価回路と等価回路の定数が決定される。
【００４０】
（３）アフタークーリング時間設定部１５の設定を行う。指定箇所の温度とアフタークーリング時間（装置停止後のファン駆動時間）のデータテーブル（第２のデータテーブル）を例えば図３のように作成する。  
【００４１】
以上が予め行う準備である。
【００４２】
（４）電力変換装置（図１の装置）の駆動時、変圧器温度演算部１４は常時負荷電流を監視し（取り込み）、その負荷電流に対応した負荷損失を前記第１のデータテーブルから取得し、この負荷損失と図２の熱計算等価回路を用いて、変圧器１２の温度上昇分を計算し変圧器１２の温度を推定する。
【００４３】
このとき、周囲温度（Ｔ0（ｔ））が測定されていればこの値を加算し、指定箇所の温度を推定する。また、温度依存性がある損失は計算した後、補正を行う。周囲温度が測定されていなければ、所定の値を代用として測定値ではない値を用いる。  
【００４４】
以上の手順により、温度センサを設けなくても温度を推定することができる。
【００４５】
（５）アフタークーリング時間設定部１５では、変圧器温度演算部１４により推定された温度に対応するアフタークーリング時間を図３のテーブルを参照して取得し出力する。これによって装置停止後に、前記アフタークーリング時間、ファン１６が駆動される。
【符号の説明】
【００４６】
１…太陽光パネル
１１…電力変換器
１２…変圧器
１３…制御装置
１４…変圧器温度演算部
１５…アフタークーリング時間設定部
１６…ファン
１００…電力変換装置盤
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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