JP2015100151A - Power conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力変換装置に係り、特に待機冗長性を有する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device having standby redundancy.
交流電動機を駆動するための電力変換装置の一つとして、商用の交流電源を直流に変換し、この直流を再び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、使用される電力用のスイッチング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、スイッチング素子として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、パルス幅変調方式(以下PWM)が使用できるため、正弦波に近い交流電圧を出力でき、電動機のようなインダクタンス成分の大きな負荷に対して、より高調波の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。 As one of power converters for driving an AC motor, there is a power converter that converts a commercial AC power source into DC and converts the DC into AC power again. There are several types of power converters depending on the power switching elements and power conversion methods used. Among these, power conversion devices using an element such as an IGBT having a self-cutoff capability as a switching element can use a pulse width modulation method (hereinafter referred to as PWM), and therefore can output an alternating voltage close to a sine wave, like an electric motor. Since an alternating current with less harmonics can be supplied to a load having a large inductance component, it is used in various application fields.
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保守作業を行う必要がある。 Among the application fields using such a power converter, there is a field that requires continuous operation without stopping for several years. Although the continuous operation performance and failure rate of the power converter itself are improving year by year, in general, the failure rate is not zero and the power converter is periodically stopped due to the use of parts with a limited life. It is necessary to perform maintenance work.
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保守のために停止しても、システムとして運転継続ができるように、電力変換器を複数台の並列構成とし、常時はその一部で運転し、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ある。 Therefore, in the above application field, even if one power converter is stopped due to failure or periodic maintenance, the power converter is configured in parallel so that the system can continue operation, There is a case where a so-called redundant system is constructed in which a part is operated and the rest is in a standby state.
また、制御装置を冗長構成する場合、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。通常は1台の制御装置で複数台の電力変換器を制御可能なので、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。)。 Further, when the control device is configured redundantly, a redundant system is configured in which control is performed by one control device and the other control device is put on standby. Usually, since a plurality of power converters can be controlled by one control device, a redundant system is generally constructed by two control devices (see, for example, Patent Document 1).
電力変換器2台での冗長系、また特許文献1に記載された制御装置の冗長系において、通常は一方の電力変換器または制御装置が故障すると、瞬時に待機している電力変換器または制御装置に切り替えて運転を継続する。しかしながら、負荷側の異常を要因とする故障、例えば直流過電圧故障については、たとえその故障要因が一時的な場合であっても、切替えを行った瞬間、同一内容の故障が生じてしまい、システム的に運転継続することができなくなる。
In a redundant system with two power converters, or in a redundant system of a control device described in
本発明は上記問題点を鑑みて為されたもので、その目的は、直流過電圧故障によって、冗長切替えを行う場合、一時的な要因の場合にはシステムを停止することなく運転継続を可能とした電力変換装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to enable continuous operation without stopping the system in the case of a temporary cause when performing redundant switching due to a DC overvoltage failure. The object is to provide a power converter.
上記目的を達成するため、本発明の電力変換装置は、交流電源から与えられる交流電圧をコンバータによって直流に変換し、この直流電圧を直流コンデンサを介してインバータに与えることによって交流電圧を得る2台の電力変換器と、前記電力変換器のうち1台を選択してこれを運転監視すると共に、与えられた速度指令に従って速度検出器付きの交流電動機を速度制御する制御装置とで構成され、前記制御装置は、前記各々の電力変換器が直流過電圧で故障となったか、これ以外の異常で故障となったかを分別して検出する故障検出手段を備え、一方の前記電力変換器を運転中に前記故障検出手段が直流過電圧以外の故障を検出したとき、前記電力変換器の運転制御を他方に切替えるようにし、一方の前記電力変換器を運転中に前記故障検出手段が直流過電圧故障を検出したとき、前記速度指令が前記速度検出器によって検出された速度フィードバック以上であるときに限り、前記電力変換器の運転制御を他方に切換えるようにすることを特徴としている。 In order to achieve the above object, the power converter of the present invention converts two AC voltages supplied from an AC power source into DC by a converter, and supplies the DC voltage to an inverter through a DC capacitor to obtain an AC voltage. And a controller for controlling the speed of an AC motor with a speed detector according to a given speed command. The control device includes failure detection means for separately detecting whether each of the power converters has failed due to a DC overvoltage or has failed due to an abnormality other than the above, and during operation of one of the power converters, When the failure detection means detects a failure other than a DC overvoltage, the operation control of the power converter is switched to the other, and the failure is detected during operation of one of the power converters. When the output means detects a DC overvoltage fault, the operation control of the power converter is switched to the other only when the speed command is not less than the speed feedback detected by the speed detector. Yes.
本発明によれば、直流過電圧故障によって、冗長切替えを行う場合、一時的な要因の場合にはシステムを停止することなく運転継続を可能とした電力変換装置を提供することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, when performing redundant switching by DC overvoltage failure, it becomes possible to provide the power converter device which enabled continuation of operation, without stopping a system in the case of a temporary factor.
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
以下、本発明の実施例1に係る電力変換装置を、図1を参照して説明する。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。
Hereinafter, the power converter concerning Example 1 of the present invention is explained with reference to FIG. FIG. 1 is a system configuration diagram of a power conversion apparatus according to
図1(a)における電力変換装置は、電力変換器1A、1B及び制御装置3で構成される。電力変換器1A、1Bは、各々交流電源から与えられる交流入力をコンバータで直流に変換し、直流コンデンサを介してインバータによって再び交流に変換する。そして各々出力側に設けられた開閉器を介して交流電動機3を駆動する。電力変換器1A、1Bの各々のインバータは、制御装置3から与えられるゲートパルスによって、各々電力変換器の構成要素であるスイッチング素子をオンオフさせることによって直流電圧を交流電圧に変換する。
The power conversion device in FIG. 1A includes power converters 1A and 1B and a control device 3. Each of the power converters 1A and 1B converts an AC input supplied from an AC power source into a DC by a converter, and converts it again into an AC by an inverter via a DC capacitor. Then, the AC motor 3 is driven through a switch provided on each output side. Each inverter of
交流電動機3の回転速度は、速度検出器4によって検出され、速度フィードバック信号として制御装置3に与えられる。電力変換器1A、1Bの各々の状態信号は監視用信号として制御装置3に与えられる。監視用信号としては、直流電圧、出力電流、入力電流などがある。電力変換器1Aまたは1Bを運転中にこれらの監視用信号が所定の閾値を超えて異常となったとき、後述するように電力変換器が故障したと判断し、待機中の電力変換器に運転を切り替える。 The rotational speed of the AC motor 3 is detected by the speed detector 4 and given to the control device 3 as a speed feedback signal. The state signals of the power converters 1A and 1B are given to the control device 3 as monitoring signals. Examples of the monitoring signal include a DC voltage, an output current, and an input current. When these monitoring signals exceed a predetermined threshold and become abnormal while the power converter 1A or 1B is in operation, it is determined that the power converter has failed as described later, and the standby power converter is operated. Switch.
以下、制御装置3の内部構成を、図1(b)を参照して説明する。通常は外部から与えられる速度指令は減算器31に与えられる。そして、この速度指令から速度検出器4によって検出された速度フィードバック信号が減算器31によって減算され、その出力は速度制御器32に与えられる。速度制御器32は入力された偏差が小さくなるように電圧基準を出力し、出力変換器33に与える。尚、通常は速度制御器32の後段に電流制御器を設けるが、この図1(b)では図示を省略している。出力変換器33においては、運転中の電力変換器1Aまたは1Bの出力電圧が速度制御器32の出力である電圧基準となるようにゲートパルスを出力する。通常はここでPWM制御を行う。そして出力変換器33の出力は切替器34に与えられる。切替器34においては、電力変換器1A、1Bの何れかが運転選択されるかの指令に応じてゲートパルスの選択切替を行う。
Hereinafter, the internal configuration of the control device 3 will be described with reference to FIG. Usually, a speed command given from the outside is given to the subtractor 31. Then, the speed feedback signal detected by the speed detector 4 is subtracted from the speed command by the subtractor 31, and the output is given to the speed controller 32. The speed controller 32 outputs a voltage reference so that the inputted deviation becomes small, and gives it to the output converter 33. Normally, a current controller is provided after the speed controller 32, but this is not shown in FIG. 1 (b). In the output converter 33, the gate pulse is output so that the output voltage of the
電力変換器1A及び1Bの監視用信号はそれぞれ故障検出器35A、35Bに与えられる。故障検出器35A、35Bの各々においては、監視用信号が閾値を越えたかどうか判定する。そして監視用信号が閾値を越えたとき、故障信号を出力する。ここで、故障信号は2種類あり、閾値を越えた監視用信号が直流過電圧のときは故障信号(1)を出力し、これ以外の故障信号の場合は故障信号(2)として分離出力する。そして故障検出器35A、35Bからの各々の故障信号(2)は、それぞれOR回路36A、36Bの一方の入力となる。OR回路36A、36Bの出力は切替器34に与えられているので、故障信号(2)を受けたときには瞬時にゲートパルス出力を切替える。
The monitoring signals of the power converters 1A and 1B are supplied to the
減算器31の出力である偏差信号は、正値検出器37A、37Bに各々与えられる。正値検出器37A、37Bは、各々この偏差信号が正であるか負であるかを判定し、偏差信号がゼロを含む正信号のときAND回路38A、38Bの一方の入力にそれぞれ1の論理信号を与える。AND回路38A、38Bの他方の入力には、それぞれ故障検出器35A、35Bからの故障信号(1)が与えられており、AND回路38A、38Bの各々の出力は夫々OR回路36A、36Bの他方の入力とする。
The deviation signal which is the output of the subtracter 31 is given to the
以上の実施例1の構成によれば、故障検出器35A、35Bによって故障が検出されたとき、その故障が直流過電圧以外のときには瞬時にゲートパルス出力を待機側の電力変換器に切替え、故障が直流過電圧のときには、交流電動機2の回転速度が速度指令以下となったときに限りゲートパルス出力を待機側の電力変換器に切替える。このようにすれば、例えば交流電動機2を運転中、その負荷が急減して回生運転となって直流過電圧となったとき、回生運転中に瞬時に電力変換器を待機側に切替えることによる再度の直流過電圧故障を防止することが可能となる。交流電動機2を運転中、外力が加わって速度指令を超える速度となった場合も同様である。
According to the configuration of the first embodiment described above, when a failure is detected by the
以下、本発明の実施例2に係る電力変換装置を、図2を参照して説明する。図2は本発明の実施例2に係る電力変換装置のシステム構成図である。 Hereinafter, the power converter device which concerns on Example 2 of this invention is demonstrated with reference to FIG. FIG. 2 is a system configuration diagram of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention.
この実施例2の各部について、図1の本発明の実施例1に係る電力変換装置の各部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、図2(a)のシステム構成において電力変換器1A、1Bの2台を電力変換器1の1台とした点、制御装置3の1台を制御装置3A、3Bの2台の冗長系とした点である。また、図2(b)においては、図1(b)の制御装置3が共通の内部ブロック構成であったのを制御装置3A、3Bの2台に分離している、尚、制御装置3Aと3Bの内部ブロック構成は同一であるので、制御装置3Aのみ図示し、制御装置3Bの図示は省略している。
About each part of this Example 2, the same part as each part of the power converter device which concerns on Example 1 of this invention of FIG. 1 is shown with the same code | symbol, and the description is abbreviate | omitted. The second embodiment is different from the first embodiment in that two power converters 1A and 1B are used as one
図2(a)において、電力変換器1は制御装置3A及び制御装置3Bの何れかからゲートパルスが供給されて動作する構成となっている。そして制御装置3A、3Bには電力変換器1からの監視用信号及び速度検出器4からの速度フィードバック信号が並列に供給される。すなわちこの場合は、電力変換器1は制御装置3Aまたは制御装置3Bの何れか一方で運転され、他方は待機する待機冗長系となっている。このような制御装置の冗長系の場合、運転中の制御装置が故障したとき、待機中の制御装置への切替を行うようにシステムを構成する。
In FIG. 2A, the
しかるに、図2(a)の電力変換装置のシステム構成において、電力変換器1の監視用信号が異常となって図2(b)の故障検出器が故障判定を行った場合、監視用信号の異常は運転中の制御装置の故障、しかも制御装置側で検知されない故障によって生じている場合がある。このような場合には、運転中の制御装置を待機中の制御装置に切替えれば運転継続が可能となる場合があるので、監視用信号が異常となったときにも制御装置の切替を行う。図2(b)に示すように、制御装置3Aを運転中に故障検出器35Aによって故障が検出されたとき監視用信号が直流過電圧のときは故障信号(1)を出力し、これ以外の故障信号の場合は故障信号(2)として分離出力する。そして故障検出器35Aからの故障信号(2)は、OR回路36Aの一方の入力となる。OR回路36Aの出力は切替器34Aに与えられているので、故障信号(2)を受けたときには瞬時にゲートパルス出力を他方の制御装置に切替える。すなわち、この実施例2の場合は、切替器36Aはオンオフの切替を行う。そして、制御装置3Aと制御装置3Bを排他的に切替えるためにOR回路36Aの出力を制御装置3Bの切替器に与える構成としている。実施例1の場合と同様、故障検出器35Aで検出された故障信号が故障信号(1)の場合は、この信号をAND回路38Aの一方の入力に与える。そしてAND回路38Aの他方には正値検出器37Aの出力信号が与えられる。
However, in the system configuration of the power converter of FIG. 2A, when the monitoring signal of the
このような実施例2に示すシステム構成によれば、例えば交流電動機2を運転中、その負荷が急減して回生運転となって直流過電圧となって、運転継続の可能性チャレンジのために制御装置を運転切替したとき、回生運転中に瞬時に電力変換器を待機側に切替えることによる再度の直流過電圧故障を防止することが可能となる。
According to such a system configuration shown in the second embodiment, for example, during operation of the
以上本発明の実施例を説明したが、これは例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施例は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施例やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above, they are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. The novel embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
例えば、実施例1の図1(b)において、故障検出回路35B、OR回路36B、正値検出器37B、AND回路38Bを全て省略し、故障検出器35Aに電力変換器3Bの監視用信号を入力する構成としても良い。この場合、切替器34はOR回路36Aからの信号で運転すべき電力変換器を反転選択すれば良い。また実施例2の場合についても同様に図2(b)の故障検出器35Aに電力変換器3Bの監視用信号を入力する構成とすることが可能である。
For example, in FIG. 1B of the first embodiment, the
また、各実施例において、電力変換器から監視用信号を制御装置に与えると説明したが、電力変換器側に故障検出器を設ける構成とし、電力変換器から故障信号(1)及び故障信号(2)を制御装置に与える構成としても良い。 Further, in each embodiment, it has been described that the monitoring signal is supplied from the power converter to the control device. However, the power converter has a failure detector on the power converter side, and the failure signal (1) and the failure signal ( It is good also as a structure which gives 2) to a control apparatus.
更に、各実施例において電力変換装置のコンバータは、回生能力のないダイオードコンバータとして図示したが、電力変換装置の定格容量以下の容量の回生能力のあるコンバータであっても良い。また、電力変換装置1、1A、1Bは複数台の電力変換装置を並列接続して成るものであっても良く、これらの電力変換装置に並列に電力変換装置の定格容量以下の容量の回生能力のある回生コンバータを接続した構成であっても良い。
Furthermore, although the converter of the power converter in each embodiment is illustrated as a diode converter having no regenerative capability, it may be a converter having a regenerative capability with a capacity equal to or lower than the rated capacity of the power converter. Further, the
1、1A、1B 電力変換器
2 交流電動機
3、3A、3B 制御装置
4 速度検出器
5 速度検出器
31、31A 減算器
32、32A 速度制御器
33、33A 出力変換器
34、34A 切替器
35A、35B 故障検出器
36A、36B OR回路
37A、37B 正値検出器
38A、38B AND回路
1, 1A,
Claims (3)
前記電力変換器のうち1台を選択してこれを運転監視すると共に、与えられた速度指令に従って速度検出器付きの交流電動機を速度制御する制御装置と
で構成され、
前記制御装置は、
前記各々の電力変換器が直流過電圧で故障となったか、これ以外の異常で故障となったかを区別して検出する故障検出手段を備え、
一方の前記電力変換器を運転中に前記故障検出手段が直流過電圧以外の故障を検出したとき、前記電力変換器の運転制御を他方に切替えるようにし、
一方の前記電力変換器を運転中に前記故障検出手段が直流過電圧故障を検出したとき、前記速度指令が前記速度検出器によって検出された速度フィードバック以上であるときに限り、前記電力変換器の運転制御を他方に切替えるようにすることを特徴とする電力変換装置。 Two power converters for obtaining an AC voltage by converting an AC voltage supplied from an AC power source into a DC by a converter and applying the DC voltage to an inverter through a DC capacitor;
The power converter is configured to select and monitor one of the power converters, and to control the speed of an AC motor with a speed detector according to a given speed command.
The controller is
It comprises a failure detection means for distinguishing and detecting whether each of the power converters has failed due to a DC overvoltage or a failure other than this,
When the failure detection means detects a failure other than DC overvoltage during operation of one of the power converters, the operation control of the power converter is switched to the other,
When the fault detection means detects a DC overvoltage fault while operating one of the power converters, the operation of the power converter is performed only when the speed command is greater than or equal to the speed feedback detected by the speed detector. A power converter characterized by switching control to the other.
前記電力変換器を運転監視すると共に、与えられた速度指令に従って速度検出器付きの交流電動機を速度制御する2台の制御装置と
で構成され、
各々の前記制御装置は、
前記電力変換器が直流過電圧で故障となったか、これ以外の異常で故障となったかを区別して検出する故障検出手段を備え、
電力変換器を一方の制御装置を用いて運転中に前記故障検出手段が直流過電圧以外の故障を検出したとき、前記電力変換器の運転制御を他方の制御装置に切替えるようにし、
電力変換器を一方の制御装置を用いて運転中に前記故障検出手段が直流過電圧故障を検出したとき、前記速度指令が前記速度検出器によって検出された速度フィードバック以上であるときに限り、前記電力変換器の運転制御を他方に切替えるようにすることを特徴とする電力変換装置。 A power converter that converts an alternating voltage supplied from an alternating current power source into a direct current by a converter, and obtains the alternating voltage by applying the direct current voltage to an inverter via a direct current capacitor;
The power converter comprises two control devices that monitor the operation of the power converter and control the speed of an AC motor with a speed detector according to a given speed command.
Each of the control devices
A failure detection means for detecting whether the power converter has failed due to a DC overvoltage or a failure due to other abnormality is provided,
When the failure detection means detects a failure other than DC overvoltage during operation of the power converter using one control device, the operation control of the power converter is switched to the other control device,
When the fault detection means detects a DC overvoltage fault while operating the power converter using one control device, the power is only supplied when the speed command is greater than or equal to the speed feedback detected by the speed detector. A power conversion device characterized in that the operation control of the converter is switched to the other.
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