电力转换装置以及异常检测方法

文档序号:1878003 发布日期:2021-11-23 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 电力转换装置以及异常检测方法 (Power conversion device and abnormality detection method ) 是由 田中秀明 秋田佳稔 景山宽 伊藤智道 于 2021-05-17 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种电力转换装置以及异常检测方法。电力转换装置(100)具有:第一种指标计算部,其根据使用了直流电压检测器的检测值的指标计算诊断直流电压检测器有无异常的第一种指标;第二种指标计算部,其在第一直流电压检测器(25)和第二直流电压检测器(26)中任一方产生了检测值向预定方向变化的检测异常时,计算表现为指标变化的第二种指标;综合诊断指标计算部,其根据第二种指标来计算综合诊断指标;异常判断器(72),其对直流电压检测器进行将假定为异常的直流电压检测器的检测值切换为根据其他直流电压检测器的检测值推定的输出推定值的动作,根据综合诊断指标的变化来判断第一直流电压检测器和第二直流电压检测器中的哪个产生了异常。(The invention provides a power conversion apparatus and an abnormality detection method. A power conversion device (100) is provided with: a first index calculation unit that calculates a first index for diagnosing whether or not the dc voltage detector is abnormal, based on an index using a detection value of the dc voltage detector; a second index calculation unit that calculates a second index that indicates a change in the index when a detection abnormality occurs in which a detection value changes in a predetermined direction in either one of the first direct-current voltage detector (25) and the second direct-current voltage detector (26); a comprehensive diagnosis index calculation unit that calculates a comprehensive diagnosis index from the second index; and an abnormality determination unit (72) that performs, on the DC voltage detectors, an operation of switching the detection value of the DC voltage detector assumed to be abnormal to an output estimation value estimated from the detection values of the other DC voltage detectors, and determines which of the first DC voltage detector and the second DC voltage detector has an abnormality based on a change in the comprehensive diagnosis index.)

电力转换装置以及异常检测方法

技术领域

本发明涉及电力转换装置以及异常检测方法。

背景技术

已知有将交流电源的电力转换为可变电压可变频率的电力的电力转换装置。在电力转换装置中,在直流电路中具有平滑电容器和测量该平滑电容器的两端电压的直流电压检测器,通过与该电力转换器的互连的交流系统的电力授受,直流电压被控制为恒定。

例如,作为用于确认直流电压检测器的健全性的技术,已知有根据运转时的多个信号来判断异常的技术(参照专利文献1)。

在专利文献1中,示出了为了确认直流电压检测器的健全性而根据运转中的直流电压的举动制作多个诊断指标,将多个诊断指标与基准值进行比较来判断异常的技术,但没有公开在与应用目标的电力转换装置的外部连接的马达、变压器的电路常数未知的情况下设定基准值的技术。另外,在专利文献1的技术中,即使与应用目标的电力转换装置的外部连接的马达、变压器的电路常数已知,相对于直流电压检测器的异常的指标变化量也与电路常数相应地不同,因此,需要按应用目标来设定基准值。直流电压检测器是为了控制电力转换装置的直流电压而必需的,直流电压检测器的异常会导致系统动作的不稳定,在最坏的情况下,系统有可能计划外停止,造成较大的损害。

专利文献1:日本特开2019-195231号公报

发明内容

本发明是鉴于这样的情况而完成的,提供一种即使与电力转换装置的外部连接的电路的电路常数未知,也能够适当地检测电力转换装置中的直流电压检测器的异常的技术。

为了解决上述课题,一个观点的电力转换装置具有:转换器,其将交流转换为第一电位、比第一电位低的第二电位、比所述第二电位低的第三电位;以及逆变器,其将所述第一电位、所述第二电位、所述第三电位的电压转换为交流,所述电力转换装置具有:第一平滑电容器,其连接在所述第一电位与所述第二电位之间;第二平滑电容器,其连接在所述第二电位与所述第三电位之间;第一直流电压检测器,其检测连接了所述第一平滑电容器的电位间的电位差;第二直流电压检测器,其检测连接了所述第二平滑电容器的电位间的电位差;第一种指标计算部,其在所述第一直流电压检测器和所述第二直流电压检测器中的任一方产生了检测值向预定方向变化的检测异常时,根据使用了直流电压检测器的检测值的指标来计算诊断直流电压检测器有无异常的第一种指标,所述直流电压检测器的检测值基于在包含连接了所述第一平滑电容器的电位间的电位差和连接了所述第二平滑电容器的电位间的电位差的电路中成立的电压关系式;第二种指标计算部,其在所述第一直流电压检测器和所述第二直流电压检测器中的任一方产生了检测值向预定方向变化的检测异常时,计算表现为指标的变化的第二种指标;综合诊断指标计算部,其计算对1个或2个以上的第二种指标进行标量合成或矢量合成而得的综合诊断指标;以及异常判断部,其从所述第一直流电压检测器和所述第二直流电压检测器中假定1个产生了异常的直流电压检测器,对1个或2个以上的直流电压检测器进行将假定为异常的直流电压检测器的检测值切换为根据其他直流电压检测器的检测值推定的输出推定值的动作,根据进行了切换为所述输出推定值的动作后的综合诊断指标的变化,判断所述第一直流电压检测器和所述第二直流电压检测器中的哪一个产生了异常。

根据本发明,即使与电力转换装置的外部连接的电路的电路常数未知,也能够适当地检测电力转换装置中的直流电压检测器的异常。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的电力转换系统的整体结构图。

图2是上述第一实施方式的异常判断器的结构图。

图3是上述第一实施方式的指标制作部的结构图。

图4是上述第一实施方式的第一指标制作部的结构图。

图5是上述第一实施方式的第二指标制作部的结构图。

图6是上述第一实施方式的第三指标制作部的结构图。

图7A是对上述第一实施方式的2次谐波进行说明的第一图(其1)。

图7B是对上述第一实施方式的2次谐波进行说明的第一图(其2)。

图8A是对上述第一实施方式的2次谐波进行说明的第二图(其1)。

图8B是对上述第一实施方式的2次谐波进行说明的第二图(其2)。

图9是上述第一实施方式的第四指标制作部的结构图。

图10是上述第一实施方式的第五指标制作部的结构图。

图11是上述第一实施方式的第六指标制作部的结构图。

图12是上述第一实施方式的第七指标制作部的结构图。

图13是对上述第一实施方式的判定截面的提取进行说明的图。

图14A是将上述第一实施方式的异常检测器和异常检测器的增益与指标201的变化设为表进行表示的图。

图14B是将上述第一实施方式的异常检测器和异常检测器的增益与指标202的变化设为表进行表示的图。

图14C是将上述第一实施方式的异常检测器和异常检测器的增益与指标203、204的变化设为表进行表示的图。

图15A是将上述第一实施方式的异常检测器和异常检测器的增益与指标205的变化设为表进行表示的图。

图15B是将上述第一实施方式的异常检测器和异常检测器的增益与指标206、207的变化设为表进行表示的图。

图16是汇总了上述第一实施方式的异常检测器、指标、转换器侧指标、逆变器侧指标的关系的图。

图17是上述第一实施方式的直流电压信号生成部的结构图。

图18是上述第一实施方式的异常判断器进行的异常部位诊断处理的流程图。

图19是上述第一实施方式的异常判断器进行的异常部位诊断处理的流程图。

图20是表示上述第一实施方式的异常判断器的各时刻范围内的、直流电压检测器异常的情况下的直流电压检测器的状态、以及对应的流程图的编号、校正部的输入的图。

图21A是表示上述第一实施方式的异常判断器涉及的指标201的时间变化例的图。

图21B是表示上述第一实施方式的异常判断器涉及的指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图。

图21C是表示上述第一实施方式的异常判断器涉及的指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图。

图21D是表示上述第一实施方式的异常判断器涉及的综合诊断指标250的时间变化例的图。

图22是表示上述第一实施方式的直流电压检测器异常的情况下的动作例的图。

图23A是表示上述第一实施方式的直流电压检测器异常的情况下的指标201的时间变化例的图。

图23B是表示上述第一实施方式的直流电压检测器异常的情况下的指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图。

图23C是表示上述第一实施方式的直流电压检测器异常的情况下的指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图。

图23D是表示上述第一实施方式的直流电压检测器异常的情况下的综合诊断指标的时间变化例的图。

图24A是表示本发明的第二实施方式的直流电压检测器正常时(t0~t1)的综合诊断指标的矢量的图。

图24B是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且未使用推定值时(t2~t3)的综合诊断指标的矢量的图。

图24C是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且使用EFBH_CP时(t3~t4)的综合诊断指标的矢量的图。

图24D是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且使用EFBH_CN时(t5~t6)的综合诊断指标的矢量的图。

图24E是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且使用EFBH_IP时(t7~t8)的综合诊断指标的矢量的图。

图24F是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且使用EFBH_IN时(t9~t10)的综合诊断指标的矢量的图。

图25A是表示本发明的第二实施方式的直流电压检测器正常时(t0~t1)的综合诊断指标的矢量的图。

图25B是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且未使用推定值时(t2~t3)的综合诊断指标的矢量的图。

图25C是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且使用EFBH_CP时(t3~t4)的综合诊断指标的矢量的图。

图25D是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且使用EFBH_CN时(t5~t6)的综合诊断指标的矢量的图。

图25E是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且使用EFBH_IP时(t7~t8)的综合诊断指标的矢量的图。

图25F是表示上述第二实施方式的直流电压检测器异常时且使用EFBH_IN时(t9~t10)的综合诊断指标的矢量的图。

图26是本发明的第三实施方式的电力转换装置的异常判断器进行的异常部位诊断处理的流程图。

图27是上述第三实施方式的电力转换装置的异常判断器进行的异常部位诊断处理的流程图。

图28是表示上述第三实施方式的电力转换装置的动作例的一例的图。

图29A是表示上述第三实施方式的电力转换装置的异常判断器涉及的指标201的时间变化例的图。

图29B是表示上述第三实施方式的电力转换装置的指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图。

图29C是表示上述第三实施方式的电力转换装置的指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图。

图29D是表示上述第三实施方式的电力转换装置的综合诊断指标的时间变化例的图。

图30是本发明的第四实施方式的电力转换装置的异常判断器进行的异常部位诊断处理的流程图。

图31是上述第四实施方式的电力转换装置的异常判断器进行的异常部位诊断处理的流程图。

图32A是表示上述第四实施方式的电力转换装置的异常判断器涉及的指标201的时间变化例的图。

图32B是表示上述第四实施方式的电力转换装置的指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图。

图32C是表示上述第四实施方式的电力转换装置的指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图。

图32D是表示上述第四实施方式的电力转换装置的综合诊断指标的时间变化例的图。

图33是表示上述第四实施方式的电力转换装置的第一个动作例的图。

图34A是表示上述第四实施方式的电力转换装置的异常判断器涉及的指标201的时间变化例的图。

图34B是表示上述第四实施方式的电力转换装置的指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图。

图34C是表示上述第四实施方式的电力转换装置的指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图。

图34D是表示上述第四实施方式的电力转换装置的综合诊断指标的时间变化例的图。

图35是表示上述第四实施方式的电力转换装置的第二个动作例的图。

图36是本发明的第五实施方式的电力转换系统的整体结构图。

图37是本发明的第六实施方式的电力转换系统的整体结构图。

图38是上述第六实施方式的异常判断器的结构图。

图39是上述第六实施方式的指标制作部的结构图。

图40是上述第六实施方式的第八指标制作部的结构图。

图41A是对上述第六实施方式的指标伴随检测器异常的变化进行说明的第一图,是表示在直流电压检测器的任一方产生了故障的情况下存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向、指标202的变化的方向的图。

图41B是对上述第六实施方式的指标伴随检测器异常的变化进行说明的第一图,是表示在直流电压检测器的任一方产生了故障的情况下存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向、指标203、204的变化的方向的图。

图41C是对上述第六实施方式的指标伴随检测器异常的变化进行说明的第一图,是表示在直流电压检测器的任一方产生了故障的情况下存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向、指标205的变化的方向的图。

图42A是对上述第六实施方式的指标伴随检测器异常的变化进行说明的第二图,是表示在直流电压检测器43或44的任一方产生了故障的情况下存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向、指标206、207的变化的方向的图。

图42B是对上述第六实施方式的指标伴随检测器异常的变化进行说明的第二图,是表示在直流电压检测器43或44的任一方产生了故障的情况下存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向、指标208的变化的方向的图。

图43是上述第六实施方式的推定部的结构图。

图44是上述第六实施方式的异常判断器进行的异常部位诊断处理的流程图。

图45是上述第六实施方式的异常判断器进行的异常部位诊断处理的流程图。

图46A是表示上述第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的推定值使用比例KCIP的图。

图46B是表示上述第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的推定值使用比例KCIN的图。

图46C是表示上述第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的指标209的图。

图46D是表示上述第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的综合诊断指标的图。

图47A是表示上述第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的推定值使用比例KCIP的图。

图47B是表示上述第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的推定值使用比例KCIN的图。

图47C是表示上述第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的指标209的图。

图47D是表示上述第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的综合诊断指标的图。

图48是上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的指标制作部的结构图。

图49是表示上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的第九指标制作部的结构的一例的图。

图50A是表示上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的第九指标制作部涉及的直流电压检测器正常时的Q轴电流的解析结果的图。

图50B是表示上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的第九指标制作部涉及的异常时的Q轴电流的解析结果的图。

图51是表示上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的第十指标制作部的结构图的一例的图。

图52A是表示上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的第十指标制作部涉及的直流电压检测器正常时的Q轴电流的解析结果的图。

图52B是表示上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的第十指标制作部涉及的异常时的Q轴电流的解析结果的图。

图53A是将上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的异常检测器、异常检测器的增益、指标209的变化设为表进行表示的图。

图53B是将上述第一实施方式的变形例的电力转换装置的异常检测器、异常检测器的增益、指标210的变化设为表进行表示的图。

符号说明

2 转换器单元(转换器)、

3 逆变器单元(逆变器)、

4 电动机、

5 转换器控制装置、

6 逆变器控制装置、

7 电流检测器、

8 速度检测器、

9 电流检测器、

11 电压检测器、

12 变压器、

21 转换器电力转换部、

22 P侧的平滑电容器(第一平滑电容器:转换器侧第一平滑电容器)、

23 N侧的平滑电容器(第二平滑电容器、转换器侧第二平滑电容器)、

24、34 中性点电阻、

25 直流电压检测器(第一直流电压检测器、转换器侧第一直流电压检测器)、

26 直流电压检测器(第二直流电压检测器、转换器侧第二直流电压检测器)、

27、35、36、43、44 直流电压检测器、

31 逆变器电力转换部、

32、33 平滑电容器、

51 直流电压指令发生器、

52 直流电压控制器、

53 电流控制器、

54 脉冲生成器、

55 中性点电压控制器、

61 速度指令发生器、

62 速度控制器、

63 电流控制器、

64 脉冲生成器、

65 中性点电压控制器、

72、75、76 异常判断器(异常判断部)、

75c 指标制作部(第一种指标计算部、第二种指标计算部、综合诊断指标计算部)、

73 显示器、

74 输出推定器、

202~207 指标(第二种指标:综合诊断指标之一)、

250 综合诊断指标、

201、209 指标(第一种指标)、

100、101、102、103、104 电力转换装置、

729 第九指标制作部、

730 第十指标制作部、

1000、1001 电力转换系统。

具体实施方式

参照附图对几个实施方式进行说明。此外,以下要说明的实施方式并不限定请求专利保护的范围有关的发明,另外,实施方式中所说明的各要素及其组合的全部未必是发明的解决手段所必需的。

(第一实施方式)

使用图1至图25F对本发明的第一实施方式的电力转换系统进行说明。

图1是第一实施方式的电力转换系统的整体结构图。

电力转换系统1000包含:交流电源1,其供给交流电力;电力转换装置100,其将从交流电源1供给的交流电力转换为期望的交流电力并输出;以及电动机4,其利用从电力转换装置100输出的交流电力进行动作。电力转换装置100与电动机4例如经由交流线缆连接。

电力转换装置100具有:变压器12,其对交流电力进行变压;转换器单元(也称为转换器)2,其经由变压器12与交流电源1互连,将来自交流电源1的交流电力转换为直流电力;逆变器单元(也称为逆变器)3,其将转换器单元2输出的直流电力转换为期望的交流电力而输出到电动机4;转换器控制装置5,其控制转换器单元2;以及逆变器控制装置6,其控制逆变器单元3。

转换器单元2是中性点箝位型的3电平转换器,将交流电压转换为正的电位(第一电位)电平、中性点(零)电位(第二电位)电平、负的电位(第三电位)电平的直流电压。逆变器单元3是所谓的3电平逆变器,将正的电位(第一电位)电平、中性点(零)电位(第二电位)电平、负的电位(第三电位)电平的直流电压转换为电动机4用的交流电压。转换器单元2与逆变器单元3的正的电位电平通过P布线40连接,中性点电位电平通过C布线41连接,负的电位电平通过N布线42连接。

转换器单元2具有:转换器电力转换部21、用于抑制直流电压的变动的转换器2的P侧的平滑电容器22(第一平滑电容器:转换器侧第一平滑电容器)、转换器2的N侧的平滑电容器23(第二平滑电容器、转换器侧第二平滑电容器)、用于测量平滑电容器22的端子间电压的直流电压检测器25(第一直流电压检测器、转换器侧第一直流电压检测器)、用于测量平滑电容器23的端子间电压的直流电压检测器26(第二直流电压检测器、转换器侧第二直流电压检测器)、以及用于抑制直流谐振的转换器中性点电阻24。转换器中性点电阻24与C配线41连接。此外,在图1中,仅示出了转换器单元2的1相用的结构(除去转换器中性点电阻24、直流电压检测器25、直流电压检测器26以外),但针对其他相也具有同样的结构。

逆变器单元3具有:逆变器电力转换部31、逆变器3的P侧的平滑电容器32(第一平滑电容器、逆变器侧第一平滑电容器)、逆变器3的N侧的平滑电容器33(第二平滑电容器、逆变器侧第二平滑电容器)、用于测量平滑电容器32的端子间电压的直流电压检测器35(第一直流电压检测器、逆变器侧第一直流电压检测器)、用于测量逆变器3的N侧的平滑电容器33的端子间电压的直流电压检测器36(第二直流电压检测器、逆变器侧第二直流电压检测器)、以及用于抑制直流谐振的逆变器中性点电阻34。逆变器中性点电阻34与C配线41连接。此外,在图1中,仅示出了逆变器单元3的1相用的结构(除去逆变器中性点电阻34、直流电压检测器35、直流电压检测器36以外),但针对其他相也具有同样的结构。

转换器控制装置5控制转换器电力转换部21,以使所转换的直流电力为期望的值。逆变器控制装置6控制逆变器电力转换部31,以使电动机4的输出转矩、速度满足期望的特性。

电力转换装置100还具有:作为交流电流检测器的一例的电流检测器7,其检测并输出在转换器单元2与交流电源1之间流动的电流;作为交流电压检测器的一例的电压检测器11,其检测并输出交流电源1的输出电压;速度检测器8,其与电动机4直接连结,检测并输出电动机4的速度;电流检测器9,其检测并输出逆变器单元3的输出电流;电压检测器10,其检测并输出逆变器单元3的输出电压;作为异常判断部的一例的异常判断器72(异常判断部);以及显示器73。

由电流检测器7以及直流电压检测器25、26检测出的检测值的信号(输出信号)输入到转换器控制装置5。转换器控制装置5根据输入的检测值来进行各种运算处理,输出控制转换器电力转换部21的信号。

由速度检测器8、电流检测器9以及直流电压检测器35、36检测出的检测值的信号(输出信号)输入到逆变器控制装置6。逆变器控制装置6根据输入的检测值来进行各种运算处理,将控制逆变器电力转换部31的信号输出到逆变器电力转换部31。

由电流检测器7、速度检测器8、电流检测器9、电压检测器11、直流电压检测器25、26、直流电压检测器35、36检测出的检测值的信号(输出信号)输入到异常判断器72。

转换器控制装置5具有:直流电压指令发生器51、直流电压控制器52、电流控制器53、脉冲生成器54以及作为转换器中性点控制装置的一例的中性点电压控制器55。

直流电压指令发生器51将表示从转换器单元2输出的直流电压的电压值的直流电压指令值输出到直流电压控制器52。具体而言,直流电压指令发生器51输出作为固定值的转换器2输出的P-N间电压的指令值。

直流电压控制器52根据从直流电压指令发生器51输入的直流电压指令值和从直流电压检测器25、26输入的直流电压的检测值,来运算转换器输出有效电流指令值,输出到电流控制器53。具体而言,直流电压控制器52以从直流电压检测器25、26分别输入的直流电压的检测值的合计值与直流电压指令值一致的方式运算转换器输出有效电流指令值。

中性点电压控制器55根据从直流电压检测器25、26分别输入的直流电压的检测值之差,来计算中性点电压为零那样的交流输出电压校正值AVzROUT_C并输出到电流控制器53。

电流控制器53以从电流检测器7输入的检测值(转换器输出电流检测值)与从直流电压控制器52输入的转换器输出有效电流指令值一致的方式运算转换器交流电压指令值并输出到脉冲生成器54。此时,电流控制器53将从中性点电压控制器55输入的交流输出电压校正值AVzROUT_C与预定的电流控制运算的输出即交流输出电压指令值相加,计算转换器交流电压指令值。

脉冲生成器54以转换器电力转换部21的交流输出电压与从电流控制器53输入的转换器交流电压指令值一致的方式,对作为载波的三角波和转换器交流电压指令值进行脉冲宽度调制,由此,计算用于对转换器电力转换部21的各开关元件进行接通和断开控制的脉冲信号,将该脉冲信号输出到转换器电力转换部21。

逆变器控制装置6具有:速度指令发生器61、速度控制器62、电流控制器63、脉冲生成器64、以及作为逆变器中性点控制装置的一例的中性点电压控制器65。

速度指令发生器61将表示使电动机4动作的速度的速度指令值输出至速度控制器62。在本实施方式中,速度指令值是预先设定的预定值。

速度控制器62以从速度检测器8输入的检测值(速度检测值)与从速度指令发生器61输入的速度指令值一致的方式运算逆变器输出电流指令值,将逆变器输出电流指令值输出到电流控制器63。

中性点电压控制器65根据从直流电压检测器35、36分别输入的直流电压的检测值之差,来运算中性点电压为零那样的交流输出电压校正值AVzROUT_I并输出到电流控制器63。

电流控制器63以从电流检测器9输入的逆变器输出电流检测值与从速度控制器62输入的逆变器输出电流指令值一致的方式运算逆变器交流电压指令值并输出到脉冲生成器64。此时,电流控制器63将从中性点电压控制器65输入的交流输出电压校正值AVzROUT_I与预定的电流控制运算的输出即交流输出电压指令值相加,计算逆变器交流电压指令值。

脉冲生成器64以逆变器电力转换部31的输出电压与从电流控制器63输入的逆变器交流输出电压指令值一致的方式,对作为载波的三角波和逆变器交流电压指令值进行脉冲宽度调制,由此,计算用于对逆变器电力转换部31的各开关元件进行接通和断开控制的脉冲信号,将该脉冲信号输出到逆变器电力转换部31。

异常判断器72根据由各种检测器检测出的检测值、来自转换器控制装置5的运算器52、53、54、55的输入值、来自逆变器控制装置6的运算器62、63、64、65的输入值,来判断直流电压检测器25、26、35、36各自是否存在异常,将判断结果发送到显示器73。在此,各种检测器例如是直流电压检测器25、26、35、36、电流检测器7、速度检测器8、电流检测器9、电压检测器10、电压检测器11。

异常判断器72在检测到直流电压检测器的异常的情况下,使显示器73显示能够确定异常的直流电压检测器的信息(例如,设备编号)和推荐检查、更换等的消息。此外,也可以通过未图示的处理器执行储存在存储器中的程序而构成异常判断器72。显示器73例如是液晶显示器等能够显示信息的显示装置。

接着,对异常判断器72进行详细说明。

图2是第一实施方式的异常判断器的结构图。

异常判断器72具有:信号存储部72a、设定存储部72b、作为第一种指标计算部、第二种指标计算部以及综合诊断指标计算部的一例的指标制作部72c、异常部位确定部72d以及直流电压信号生成部72e。

信号存储部72a将从各种检测器25、26、35、36、7、8、9、10、11输入的检测值的信号、来自转换器控制装置5的运算器52、53、54、55的输入值、来自逆变器控制装置6的运算器62、63、64、65的输入值存储为时间序列数据。

设定存储部72b存储用于判断电压检测器25、26、35、36的异常的滤波器常数以及基准值。

指标制作部72c制作用于对电压检测器25、26、35、36的异常进行检测的多个指标。具体而言,指标制作部72c从信号存储部72a中读入用于指标的计算的信号,对该读入的值进行具有从设定存储部72b读入的滤波器常数的滤波器运算等,由此,计算多个指标。

指标制作部72c具有作为综合诊断指标计算部的功能,该综合诊断指标计算部计算对1个或2个以上的第二种指标进行标量合成或矢量合成所得的综合诊断指标。

异常部位诊断部72d根据由指标制作部72c计算出的指标以及从信号存储部72a读入的信号来诊断直流电压检测器的异常,输出推定值使用比例以及异常诊断结果。异常部位确定部72d具有存储各指标(201、202、203、204、205、206、207)(后述)的指标存储部720。

直流电压信号生成部72e根据从72d输入的推定值使用比例,对从电压检测器25、26、35、36输入的检测器的信号进行修正并输出。

接着,对指标制作部72c进行说明。

图3是第一实施方式的指标制作部的结构图。

指标制作部72c输入存储在设定存储部72b中的滤波器常数,实施包含使用了滤波器常数的低通滤波器运算的运算,由此,根据从信号存储部72a读入的各种信号制作各指标。指标制作部72c包含:制作指标201的第一指标制作部721、制作指标202的第二指标制作部722、制作指标203的第三指标制作部723、制作指标204的第四指标制作部724、制作指标205的第五指标制作部725、制作指标206的第六指标制作部726、以及制作指标207的第七指标制作部727。关于各指标201、202、203、204、205、206、207和各指标制作部721、722、723、724、725、726、727的详细情况在后面进行叙述。

此外,在异常诊断中不需要使用指标201、202、203、204、205、206、207的全部。即,使用指标201、转换器侧指标(指标202、指标203、指标204)中的至少1个、逆变器侧指标(指标205、指标206、指标207)中的至少1个来进行异常诊断。在图17以后的后述的实施例中,对使用了指标201、指标203、指标206的情况下的异常诊断动作进行说明。

在进行各指标的说明之前,对直流电压检测器25、26、35、36各自的检测值进行说明,并且对各自的检测值的相互关系进行说明。

直流电压检测器25、26、35、36的各检测值与真值的关系由以下的公式(1)~公式(4)表示。

EFB_CP=GCP×ET_CP…(1)

EFB_CN=GCN×ET_CN…(2)

EFB_IP=GIP×ET_IP…(3)

EFB_IN=GIN×ET_IN…(4)

在此,公式中的EFB_**表示与下标**对应的位置的直流电压检测器的检测值,G**表示与下标**对应的直流电压检测器的增益,ET_**表示与下标**对应的直流电压检测值的真值。下标**中的C表示转换器侧,I表示逆变器侧,P表示P侧,N表示N侧。因此,CP表示转换器侧和P侧的直流电压检测器,即直流电压检测器25,CN表示转换器侧和N侧的直流电压检测器,即直流电压检测器26,IP表示逆变器侧和P侧的直流电压检测器,即直流电压检测器35,IN表示逆变器侧和N侧的直流电压检测器,即直流电压检测器36。

在直流电压检测器25、26、35、36全部正常的情况下,各直流电压检测器的检测值EFB与真值ET相等,因此,增益G的值为1。另一方面,在直流电压检测器25、26、35、36异常的情况下(例如,产生了增益异常的情况下),检测值EFB与真值ET不一致,增益G的值为1以外(例如,0.9或1.1)。

各直流电压检测器25、26、35、36的检测值(EFB_CP、EFB_CN、EFB_IP、EFB_IN)的相互关系如下所示。

通过转换器2的中性点电压控制器55,以中性点电位为零的方式控制转换器电力转换部21,因此,以下的公式(5)的关系稳定地成立。另外,通过逆变器3的中性点电压控制器65,以中性点电位为零的方式控制逆变器电力转换部31,因此,以下的公式(6)的关系稳定地成立。

EFB_CP=EFB_CN…(5)

EFB_IP=EFB_IN…(6)

在此,通过转换器2的直流电压控制器52以检测值EFB_CP和检测值EFB_CN的合计值与直流电压指令发生器51输出的直流电压指令值VDC_REF一致的方式控制转换器电力转换部21,因此,以下的公式(7)所示的关系成立。

EFB_CP+EFB_CN=VDC_REF…(7)

另外,因公式(5)和公式(7),公式(8)、公式(9)成立。

EFB_CP=VDC_REF/2…(8)

EFB_CN=VDC_REF/2…(9)

另外,如图1所示,通过P布线40连接平滑电容器22和平滑电容器32,另外,通过N布线42连接平滑电容器23和平滑电容器33,因此,以下的公式(10)成立。

ET_CP+ET_CN=ET_IP+ET_IN…(10)

接着,对第一指标制作部721进行说明。

图4是第一实施方式的第一指标制作部的结构图。

第一指标制作部721计算指标201(=DI1)。指标201是利用在直流电压检测器异常时转换器2侧的P-N间直流电压检测值与逆变器3侧的P-N间直流电压检测值产生差这一情况,来检测直流电压检测器的异常的指标,是与转换器2侧的P-N间直流电压检测值和逆变器3侧的P-N间直流电压检测值的差相关的指标(逆变器和转换器间电压检测值差指标、第一种指标)。

第一指标制作部721包含指标运算部7211和滤波器7212。

指标运算部7211执行公式(11)所示的运算。

DI1=(EFB_IP+EFB_IN)-(EFB_CP+EFB_CN)…(11)

在此,对直流电压检测器25产生了故障(异常)的情况下的指标201(DI1_25)进行说明。此外,将异常的直流电压检测器25的增益GCP设为1以外的值(例如0.9或1.1),将直流电压检测器26、35、36的增益GCN、GIP、GIN设为1。

将公式(1)~公式(4)代入到公式(11),并且使用公式(10)的关系时,得到以下的公式(12)。

DI1_25=(EFB_IP+EFB_IN)-(EFB_CP+EFB_CN)

=(GIP×ET_IP+GIN×ET_IN)-(GCP×ET_CP+GCN×ET_CN)

=(ET_IP+ET_IN)-(ET_CP+ET_CN)+(1-GCP)×ET_CP

=(1-GCP)×ET_CP

=(1-GCP)×EFB_CP/GCP…(12)

根据公式(12),若将EFB_CP、GCP设为正,则在增益GCP向小于1(例如,0.9)的方向变化时,指标201(DI1_25)为正,在GCP向大于1(例如,1.1)的方向变化时,指标201(DI1_25)为负。

另外,直流电压检测器26、35、36的任一个产生了故障的情况下的指标201也能够与公式(12)同样地求出。即,直流电压检测器26产生了故障的情况下的指标201为公式(13),直流电压检测器35产生了故障的情况下的指标201为公式(14),直流电压检测器36产生了故障的情况下的指标201为公式(15)。

DI1_26=(1-GCN)×EFB_CN/GCN…(13)

DI1_35=(GIP-1)×EFB_IN/GIP…(14)

DI1_36=(GIN-1)×EFB_IN/GIN…(15)

另外,公式(12)、公式(13)、公式(14)、公式(15)能够如公式(16)、公式(17)、公式(18)、公式(19)所示那样变形为左边为增益。

GCP=EFB_CP/(EFB_CP+DI1_25)…(16)

GCN=EFB_CN/(EFB_CN+DI1_26)…(17)

GIP=EFB_IP/(EFB_IP-DI1_35)…(18)

GIN=EFB_IN/(EFB_IN-DI1_36)…(19)

即,通过将指标201(DI1)的值和EFB_CP、EFB_CN、EFB_IP、EFB_IN的值代入到公式(16)、公式(17)、公式(18)、公式(19),能够推定异常电压检测器的增益的值从1偏离多少。

在任一个直流电压检测器产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向(大于1还是小于1)、以及指标201的变化的方向的关系如图14A所示。

具体而言,在直流电压检测器25中,在产生了增益GCP小于1的异常的情况下,指标201为正(增加),在产生了增益GCP大于1的异常的情况下,指标201为负(减少)。另外,在直流电压检测器26中,在产生了增益GCN小于1的异常的情况下,指标201为正(增加),在产生了增益GCN大于1的异常的情况下,指标201为负(减少)。另外,在直流电压检测器35中,在产生了增益GIP小于1的异常的情况下,指标201为负(减少),在产生了增益GIP大于1的异常的情况下,指标201为正(增加)。另外,在直流电压检测器36中,在产生了增益GIN小于1的异常的情况下,指标201为负(减少),在产生了增益GIN大于1的异常的情况下,指标201为正(增加)。

即使直流电压检测器25和直流电压检测器26中的任一个产生异常,如果增益异常的方向相同,则指标201表现为相同方向的变化。另外,即使直流电压检测器35和直流电压检测器36中的任一个产生异常,如果增益异常的方向相同,则该指标201表现为相同方向的变化。此外,在直流电压检测器25和直流电压检测器26、直流电压检测器35和直流电压检测器36之间,如果增益异常的方向相同,则指标201表现为相反方向的变化。

在输入到指标运算部7211的直流电压检测值中包含开关纹波、噪声,这些变动成分的影响波及到从指标运算部7211输出的值。因此,滤波器7212对从指标运算部7211输出的值进行用于降低变动成分的影响的滤波处理。滤波器7212也可以是将从设定存储部72b输入的滤波器常数作为时间常数的一阶滞后滤波器。此外,滤波器7212不限于一阶滞后滤波器,例如也可以是平均化滤波器、低通滤波器。

接着,对第二指标制作部722进行说明。

图5是第一实施方式的第二指标制作部的结构图。

第二指标制作部722计算指标202(=DI2)。指标202是利用在直流电压检测器异常时中性点电压控制器55的交流输出电压校正值AVzROUT_C产生变化这一情况来检测直流电压检测器25、26的异常的指标,将用于使直流电压器的检测值之差ΔEFB_C(=EFB_CN-EFB_CP)为零的交流输出电压校正值AVzROUT_C设为指标(转换器中性点电压控制信号指标、第二种指标、转换器侧指标)。运算交流输出电压校正值AVzROUT_C以使直流电压检测器的检测值之差ΔEFB_C(=EFB_CN-EFB_CP)为零的方法例如能够使用日本特开2008-011606号公报所公开的技术。

第二指标制作部722具有滤波器7221。滤波器7221执行去除从中性点电压控制器55输入的交流输出电压校正值AVzROUT_C的变动成分的滤波处理。滤波器7221的功能与图4所示的滤波器7212相同。

对指标202进行说明。

在直流电压检测器25、26正常的情况下,检测值与真值大致一致(EFB_CP=ET_CP、EFB_CN=ET_CN),因此,中性点电压((ET_CN-ET_CP)/2)大致为零。另一方面,在直流电压检测器异常的情况下,检测值与真值不一致(EFB_CP≠ET_CP、EFB_CN≠ET_CN),因此,中性点电压VT_CZ((ET_CN-ET_CP)/2)在稳定状态下偏向正负中的某一方。

通过公式(1)、公式(2)以及公式(5),只有直流电压检测器25产生故障的情况下的中性点电压VT_CZ如以下的公式(20)所示,只有直流电压检测器26产生故障的情况下的中性点电压VT_CZ如以下的公式(21)所示。

VT_CZ=EFB_CP(1-1/GCP)/2…(20)

VT_CZ=EFB_CP(1/GCN-1)/2…(21)

在直流电压检测器25的增益异常是公式(22)所示的状态的情况下,根据公式(20),中性点电压VT_CZ为负。另外,在直流电压检测器25的增益异常是公式(24)所示的状态的情况下,根据公式(20),中性点电压VT_CZ为正。

另一方面,在直流电压检测器26的增益异常是公式(23)所示的状态的情况下,根据公式(21),中性点电压VT_CZ为负。另外,在直流电压检测器26的增益异常是公式(25)所示的状态的情况下,根据公式(21),中性点电压VT_CZ为正。

GCP<1…(22)

GCN>1…(23)

GCP>1…(24)

GCN<1…(25)

在因公式(22)至公式(25)的任一个所示的异常使得电容器的电压的真值(ET_CP、ET_CN)为非对称的情况下,从系统微微流过平衡电容器电压的真值的充电电流。与之相对,中性点电压控制器55持续输出交流输出电压校正值AVzROUT_C,以平衡产生了故障的直流电压检测器的电容器电压检测值(EFB_CP、EFB_CN)。例如,在中性点电压VT_CZ为负的公式(22)或公式(23)所示的异常时,为了维持负的中性点电压的真值VT_CZ,中性点电压控制器55持续输出负的交流输出电压校正值AVzROUT_C

在直流电压检测器25或26的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向、指标202的变化的方向的关系如图14B所示。

具体而言,在直流电压检测器25中,在产生了增益GCP小于1的异常的情况下,指标202为负(减少),在产生了增益GCP大于1的异常的情况下,指标202为正(增加)。另外,在直流电压检测器26中,在产生了增益GCN小于1的异常的情况下,指标202为正(增加),在产生了增益GCN大于1的异常的情况下,指标202为负(减少)。此外,指标202相对于直流电压检测器35、36的异常未变化。

在直流电压检测器25和直流电压检测器26中的任一个产生了异常的情况下,如果增益的变化方向相同,则指标202表现为不同的方向(反方向)的变化。

接下来,对第三指标制作部723进行说明。

图6是第一实施方式的第三指标制作部的结构图。

第三指标制作部723计算指标203(=DI3)。指标203是利用在直流电压检测器异常时对转换器2侧的交流电流检测值IFB_C叠加2次谐波成分这一情况来检测直流电压检测器的异常的指标,是计算针对交流侧连接点13处的电流的基准偶数次谐波波形,基于基准偶数次谐波波形与由电流检测器7检测出的电流值之积的指标(转换器侧偶数次谐波电流指标、第二种指标、转换器侧指标)。在此,交流侧连接点13是变压器12与转换器2之间的位置的点。

首先,对2次谐波电流IFB_C2叠加到交流电流检测值IFB_C的原理和2次谐波电流IFB_C2的特征进行说明。

图7A~图7B是对第一实施方式的2次谐波进行说明的第一图。图7A表示以横轴为时间的、因直流电压检测器25或26的故障而使P侧的直流电压的真值ET_CP大于N侧的直流电压的真值ET_CN(ET_CP>ET_CN)的状态的交流侧连接点13的交流输出电压VPWM_C的一例,图7B表示交流侧连接点13的交流输出电压VPWM_C的基波VPWM_C1与2次谐波VPWM_C2的合成波VPWM_C12的一例。

图8A~图8B是对第一实施方式的2次谐波进行说明的第二图。图8A表示以横轴为时间的、直流电压检测器25或26产生故障,P侧的直流电压的真值ET_CP小于N侧的直流电压的真值ET_CN的状态的交流侧连接点13的交流输出电压VPWM_C的一例,图8B表示图8A所示的情况下的交流侧连接点13的交流输出电压VPWM_C的基波VPWM_C1与2次谐波VPWM_C2的合成波VPWM_C12的一例。

在因直流电压检测器25或26的异常使得P侧的直流电压的真值ET_CP大于N侧的直流电压的真值ET_CN的状态(ET_CP>ET_CN)下,交流输出电压VPWM_C的时间波形如图7A所示。通过对交流输出电压进行脉冲宽度调制而得的开关信号与直流电容器电压之积而获得电力转换部21的交流电压指令值。在P侧的直流电压的真值ET_CP与N侧的直流电压的真值ET_CN不同的情况下(ET_CP≠ET_CN的情况下),即使交流输出电压指令值是正负对称的波形,从电力转换部21输出的交流电压交流输出电压VPWM_C也为正负非对称的波形。因此,交流电压交流输出电压VPWM_C中包含偶数次谐波(2次、4次、6次等)。

交流输出电压VPWM_C的基波VPWM_C1与2次谐波VPWM_C2的合成波VPWM_C12(VPWM_C1+VPWM_C2)如图7B所示,合成波VPWM_C12由公式(26)表示。

VPWM_C12=VC1cos(ωt)+VC2cos(2ωt)…(26)

在此,VC1是合成波VPWM_C12的电压基波成分,VC2是合成波VPWM_C12的电压2次谐波成分。

根据公式(26),2次谐波VPWM_C2的相位与基波VPWM_C1为同相位。

另一方面,因直流电压检测器25或26的异常,交流输出电压VPWM_C的时间波形如图8A所示。交流输出电压VPWM_C的基波VPWM_C1与2次谐波VPWM_C2的合成波VPWM_C12(VPWM_C1+VPWM_C2)如图8B所示,合成波VPWM_C12由公式(27)表示。

VPWM_C12=VC1cos(ωt)+VC2cos(2ωt+π)

=VC1cos(ωt)-VC2cos(2ωt)…(27)

根据图7A-图7B以及图8A-图8B、公式(26)以及公式(27)可知:合成波VPWM_C12所包含的2次谐波成分的相位在P侧的直流电压的真值ET_CP大于N侧的直流电压的真值ET_CN的状态(ET_CP>ET_CN)、和P侧的直流电压的真值ET_CP小于N侧的直流电压的真值ET_CN的状态(ET_CP<ET_CN)下相差180度。

在ET_CP>ET_CN的故障时(公式(26)所示的状态),交流电流检测值IFB_C如以下的公式(28)所示,在ET_CP<ET_CN的故障时(公式(27)所示的状态),交流电流检测值IFB_C如以下的公式(29)所示。

IFB_C=IC1cos(ωt-φ1)+IC2cos(2ωt-φ2)…(28)

IFB_C=IC1cos(ωt-φ1)-IC2cos(2ωt-φ2)…(29)

在此,IC1是交流电流检测值IFB_C电流基波成分,IC2是交流电流检测值IFB_C的电流2次谐波成分,φ1是交流侧连接点13的基波电压相位与电流检测器7的基波电流相位的相位差,φ2是交流侧连接点13的基波电压相位与电流检测器7的2次谐波电流相位的相位差。

相位差φ2在交流电源1所包含的电压波形的2次谐波的大小小到能够无视的程度的情况下,能够通过变压器12的阻抗的实部和虚部来计算。例如,变压器12的阻抗因电感成分占支配地位,因此φ2为π/2。另外,根据交流侧连接点13的基波电压的振幅和变压器12的阻抗求出IC1。另外,根据交流侧连接点13的基波电压的相位和变压器12的阻抗求出φ1。另外,根据施加于交流侧连接点13的2次谐波电压振幅和变压器12的阻抗求出IC2

根据公式(28)、公式(29)可知:在ET_CP>ET_CN的故障时、和ET_CP<ET_CN的故障时,2次谐波电流的相位相差π。

因此,根据2次谐波电流的相位差可知ET_CP与ET_CN的大小关系,且能够根据IC2的大小推定ET_CP与ET_CN的偏差。

此外,在上述的示例中,以2次谐波为例进行了说明,但针对2次以外的4次、6次的低次偶数次谐波电流,与上述同样地在ET_CP和ET_CN具有不同的值的情况下,2次谐波电流的相位相差180度。因此,即使使用2次以外的偶数次数的谐波,也能够与2次谐波同样地进行ET_CP与ET_CN的大小关系以及电压偏差的推定。

接下来,对第三指标制作部723进行详细说明。

第三指标制作部723包含:基波相位检测部7231、基准2次谐波余弦波运算部7232、积运算部7233、移动平均运算部7234以及滤波器7235。

基波相位检测部7231根据从电压检测器11输入的电压的波形、从设定存储部72b中取得的变压器12的阻抗Xc、从电流检测器7输入的电流的波形,求出交流侧连接点13的基波电压的相位(基波电压相位)。

具体而言,基波相位检测部7231通过对从电压检测器11输入的检测值实施PLL(Phase Locked Loop)运算来计算交流电源1的基波电压相位。接着,基波相位检测部7231使用基波相位对电流检测器7的检测值进行d-q转换而计算电流d-q转换值,根据电流d-q转换值和电感Xc对将电压检测器11的检测值进行了d-q转换所得的电压d-q转换值进行矢量合成,由此计算交流侧连接点13的电压矢量。

接着,基波相位检测部7231根据电压矢量计算与交流电源1的基波电压相位的相位差,由此,计算交流侧连接点13的电压相位。

在此,在变压器12的电感Xc小的情况下,电压检测值11的检测值VAC_C的基波电压VAC_C1、与交流侧连接点13的交流输出电压VPWM_C的基波电压VPWM_C1大致一致,因此,也可以只根据电压检测值11的检测值VAC_C的波形近似地求出交流侧连接点13的基波电压的相位。另外,也可以根据从转换器控制装置5的电流控制器53输出的转换器交流电压指令值求出交流侧连接点13的基波电压的相位。

基准2次谐波余弦波运算部7232运算基准2次谐波余弦波αBASE_C。例如,将与交流侧连接点13的基波cos(ωt)同相位的2次谐波cos(2ωt)设为基准时,由电流检测器7检测的电流的2次谐波的相位与交流侧连接点13的相位相比滞后φ2。因此,通过以下的公式(30)求出基准2次谐波余弦波αBASE_C

αBASE_C=cos(2ωt-φ2)…(30)

相位差φ2例如能够通过变压器12的阻抗的实部和虚部来计算。此外,该示例中的基准2次谐波余弦波αBASE_C的相位与ET_CP>ET_CN的故障时产生的电流的2次谐波的相位相等。此外,也可以通过从转换器控制装置5的直流电压控制器52输出的转换器输出有效电流指令值的相位、与交流侧连接点13的相位的相位差,求出基准2次谐波余弦波αBASE_C的相位φ2

积运算部7233对电流检测器7的交流电流检测值IFB_C乘以基准2次谐波余弦波αBASE_C。在此,交流电流IFB_C在ET_CP>ET_CN的故障时(图7A-图7B所示的状态下)如公式(28)所示,在ET_CP<ET_CN的故障时(图8A-图8B所示的状态下)如公式(29)所示。因此,积运算部7233的运算结果(αBASE_C×IFB_C)在ET_CP>ET_CN的故障时,如以下的公式(31)所示,在ET_CP<ET_CN的故障时,如以下的公式(32)所示。

αBASE_C×IFB_C=IC1cos(2ωt-φ2)cos(ωt-φ1)

+IC2cos(2ωt-φ2)cos(2ωt-φ2)…(31)

αBASE_C×IFB_C=IC1cos(2ωt-φ2)cos(ωt-φ1)

-IC2cos(2ωt-φ2)cos(2ωt-φ2)…(32)

移动平均运算部7234计算积运算部7233的运算结果(αBASE_C×IFB_C),即公式(31)或公式(32)的1周期量的移动平均(指标203)。在此,针对公式(31)、公式(32)计算1周期量的移动平均时,根据三角函数的正交性,公式(31)、公式(32)的第一项为零。因此,针对公式(31)的移动平均为正,公式(32)的移动平均为负。

滤波器7235去除在移动平均运算部7234中无法去除的噪声。滤波器7235的功能与图4所示的滤波器7212相同。

在直流电压检测器25或26的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向与指标203的变化的方向的关系如图14C所示。

具体而言,在直流电压检测器25中,在产生了增益GCP小于1的异常的情况下,指标203为正(增加),在产生了增益GCP大于1的异常的情况下,指标203为负(减少)。另外,在直流电压检测器26中,在产生了增益GCN小于1的异常的情况下,指标203为负(减少),在产生了增益GCN大于1的异常的情况下,指标203为正(增加)。此外,指标203相对于直流电压检测器35、36的异常不变化。

在直流电压检测器25和直流电压检测器26中的任一个产生了异常的情况下,如果增益的变化方向相同,则指标203表现为不同的方向(反方向)的变化。

接着,对第四指标制作部724进行说明。

图9是第一实施方式的第四指标制作部的结构图。

第四指标制作部724计算指标204(=DI4)。指标204是利用在直流电压检测器异常时对转换器2侧的电压波形叠加2次谐波成分这一情况来检测直流电压检测器的异常的指标,是计算针对交流侧连接点13的电压的基准偶数次谐波波形,基于基准偶数次谐波波形与电压值的积的指标(转换器侧偶数次谐波电压指标、第二种指标、转换器侧指标)。

第四指标制作部724包含:波形运算部7241、基波形检测部7242、基准2次谐波余弦波运算部7243、积运算部7244、移动平均7245、以及滤波器7246。此外,第四指标制作部724执行与第三指标制作部723局部不同的处理。

第四指标制作部724与第三指标制作部723的不同点在于,针对在积运算部7233中乘以交流侧连接点13的交流输出电流,在积运算部7244中乘以交流侧连接点13的交流输出电压。指标204和指标203的性质大致相同,因此,省略详细的说明,对与第三指标制作部723不同的点进行说明。

波形运算部7241通过求出电压检测器11的检测值、与根据电流检测器7的检测值和变压器12的阻抗Xc之积求出的电压降之差,而计算交流侧连接点13的交流输出电压VPWM_C的波形。此外,也可以代替通过波形运算部7241进行的计算来计算交流输出电压PWM_C,而具有检测交流侧连接点13的电压的电压检测器,直接测量交流侧连接点13的电压。

基波相位检测部7242根据由波形运算部7241计算出的交流输出电压VPWM_C的波形来检测交流侧连接点13的电压波形的基波相位。具体而言,基波相位检测部7242针对交流侧连接点13的交流输出电压VPWM_C的值实施PLL运算,由此计算交流侧连接点13的基波电压的相位。

此外,在变压器12的电感小的情况下,电压检测器11的检测值VAC_C的基波电压VAC_C1、与交流侧连接点13的交流输出电压VPWM_C的基波电压VPWM_C1大致一致,因此,也可以只根据电压检测器11的电压波形近似地求出交流侧连接点13的基波相位。另外,也可以根据从转换器控制装置5的电流控制器53输出的转换器电压指令值来求出交流侧连接点13的电压波形的基波相位。

在直流电压检测器25或26的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向和指标204的变化的方向的关系如图14C所示。

具体而言,在直流电压检测器25中,在产生了增益GCP小于1的异常的情况下,指标204为正(增加),在产生了增益GCP大于1的异常的情况下,指标204为负(减少)。另外,在直流电压检测器26中,在产生了增益GCN小于1的异常的情况下,指标204为负(减少),在产生了增益GCN大于1的异常的情况下,指标204为正(增加)。此外,指标204相对于直流电压检测器35、36的异常不变化。

在直流电压检测器25和直流电压检测器26中的任一个产生了异常的情况下,如果增益的变化方向相同,则指标204表现为不同方向(反方向)的变化。此外,指标204的大小与交流侧连接点13的电压的2次谐波的大小成比例。

接着,对第五指标制作部725进行说明。

图10是第一实施方式的第五指标制作部的结构图。

第五指标制作部725计算指标205(=DI5)。指标205是利用在直流电压检测器异常时中性点电压控制器65的交流输出电压校正值AVzROUT_I产生变化这一情况来检测直流电压检测器(35、36)的异常的指标,将用于使直流电压器的检测值之差ΔEFB_I(=EFB_IN-EFB_IP)为零的交流输出电压校正值AVzROUT_I设为指标(逆变器中性点电压控制信号指标:第二种指标:逆变器侧指标)。

第五指标制作部725具有滤波器7251。关于第五指标制作部725与第二指标制作部722,输入的交流输出电压校正值的输出目的地不同,但处理本身相同。滤波器7251执行用于去除从中性点电压控制器65输入的交流输出电压校正值AVzROUT_I的变动成分的滤波处理。滤波器7251的功能与图4所示的滤波器7212相同。

在直流电压检测器35或36的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向和指标205的变化的方向的关系如图15A所示。

具体而言,在直流电压检测器35中,在产生了增益GIP小于1的异常的情况下,指标205为负(减少),在产生了增益GIP大于1的异常的情况下,指标205为正(增加)。另外,在直流电压检测器36中,在产生了增益GIN小于1的异常的情况下,指标205为正(增加),在产生了增益GIN大于1的异常的情况下,指标205为负(减少)。此外,指标205相对于直流电压检测器25、26的异常不变化。

在直流电压检测器35和直流电压检测器36中的任一个产生了异常的情况下,如果增益的变化方向相同,则指标205表现为不同方向(反方向)的变化。

接着,对第六指标制作部726进行说明。

图11是第一实施方式的第六指标制作部的结构图。

第六指标制作部726计算指标206(=DI6)。指标206是利用在直流电压检测器异常时对逆变器3侧的交流电流检测值IFB_I叠加2次谐波成分这一情况来检测直流电压检测器35或36的异常的指标,是计算针对逆变器3的后级的连接点的电流的基准偶数次谐波波形,基于基准偶数次谐波波形与由电流检测器9检测出的电流值之积的指标(逆变器侧偶数次谐波电流指标、第二种指标、逆变器侧指标)。作为逆变器3的后级的连接点,例如也可以是电流检测器9的位置。

第六指标制作部726具有:基波相位检测部7261、基准2次谐波余弦波运算部7262、积运算部7263、移动平均运算部7264以及滤波器7265。第六指标制作部726的各部除了以下所示的点以外,基本上具有与第三指标制作部723的同名部位同样的功能。以下,对第六指标制作部726的部位与第三指标制作部723的部位的不同点进行说明。

在积运算部7263中,代替由积运算部7233输入的电流检测器7的检测值,而输入电流检测器9的检测值(电流波形),用于乘法运算。

基波相位检测部7261根据电流检测器9的检测值来检测基波电流的相位。此外,基波电流的相位可以根据从速度控制器62输出的逆变器输出电流指令值的相位来进行检测,或者也可以根据从电流控制器63输出的逆变器电压指令值的相位和由电动机4的阻抗引起的相位差来进行检测。

在直流电压检测器35或36的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向和指标206的变化的方向的关系如图15B所示。

具体而言,在直流电压检测器35中,在产生了增益GIP小于1的异常的情况下,指标206为正(增加),在产生了增益GIP大于1的异常的情况下,指标206为负(减少)。另外,在直流电压检测器36中,在产生了增益GIN小于1的异常的情况下,指标206为负(减少),在产生了增益GIN大于1的异常的情况下,指标206为正(增加)。此外,指标206相对于直流电压检测器25、26的异常不变化。

在直流电压检测器35和直流电压检测器36中的任一个产生了异常的情况下,如果增益的变化方向相同,则指标206表现为不同方向(反方向)的变化。

接下来,对第七指标制作部727进行说明。

图12是第一实施方式的第七指标制作部的结构图。

第七指标制作部727计算指标207(=DI7)。指标207是利用在直流电压检测器异常时U相与V相之间的交流线间电压的检测值(VFB_IUV)、V相与W相之间的交流线间电压的检测值(VFB_IVW)的差值存在产生正负偏差的定时这一情况,来检测直流电压检测器35或36的异常的指标(交流线间电压指标、第二种指标、逆变器侧指标)。

指标207是逆变器侧的交流线间电压的检测值(VFB_IUV、VFB_IVW)的差值,由公式(33)表示。

DI7=VFB_IUV-VFB_IVW…(33)

对通过指标207判定直流电压检测器35、36的故障的原理进行说明。

交流线间电压的检测值(VFB_IUV、VFB_IVW)由交流相电压(U相电压VFB_IU、V相电压VFB_IV、W相电压VFB_IW)表示时,如公式(34)及公式(35)所示。

VFB_IUV=VFB_IU-VFB_IV…(34)

VFB_IVW=VFB_IV-VFB_IW…(35)

将公式(34)及公式(35)代入到公式(33)时,得到公式(36)。

DI7=VFB_IUV-VFB_IVW=VFB_IU-2VFB_IV+VFB_IW…(36)

这里,逆变器3是3电平逆变器。因此,逆变器3的交流相电压(VFB_IU、VFB_IV、VFB_IW)为正的电位电平VLV1_I(第一电位)、中性点电位电平VLV2_I(第二电位)、负的电位电平VLV3_I(第三电位)中的任一个值。各电压电平(VLV1_I、VLV2_I、VLV3_I)使用平滑电容器32的电压的真值ET_IP、平滑电容器33的电压的真值ET_IN以及逆变器侧中性点14的中性点电位VT_IZ=(ET_IN-ET_IP)/2,如公式(37)~公式(39)所示那样表示。

VLV1_I=ET_IP+VT_IZ…(37)

VLV2_I=VT_IZ…(38)

VLV3_I=-ET_IN+VT_IZ…(39)

交流相电压(VFB_IU、VFB_IV、VFB_IW)分别可以取VLV1_I、VLV2_I、VLV3_I这3个值,因此,交流相电压的组合为27组(=3的3次方)。在该组合中,交流线间电压的检测值(VFB_IUV、VFB_IVW)的符号均为正的交流相电压(VFB_IU、VFB_IV、VFB_IW)的组合只是公式(40)所示的情况。另外,交流线间电压的检测值(VFB_IUV、VFB_IVW)的符号均为负的交流相电压(VFB_IU、VFB_IV、VFB_IW)的组合只是公式(41)所示的情况。在此,∧是逻辑积(AND)。

(VFB_IU=ET_IP+VT_IZ-)∧(VFB_IV=VT_IZ)

∧(VFB_IW=-ET_IN+VT_IZ)…(40)

(VFB_IU=-ET_IN+VT_IZ)∧(VFB_IV=VT_IZ)

∧(VFB_IW=ET_IP+VT_IZ)…(41)

在公式(40)成立时,交流线间电压的检测值(VUV_I、VVW_I)如公式(42)所示。另外,在公式(41)成立时,交流线间电压的检测值(VUV_I、VVW_I)如公式(43)所示。

(VFB_IUV=ET_IP)∧(VFB_IVW=ET_IN)…(42)

(VFB_IUV=-ET_IN)∧(VFB_IVW=-ET_IP)…(43)

在公式(42)成立时,指标207如公式(44)所示。另外,在公式(43)成立时,指标207也如公式(44)所示。

DI7=ET_IP-ET_IN…(44)

在此,电压的真值(ET_IP、ET_IN)分别根据公式(3)及公式(4),如公式(45)及公式(46)所示。

ET_IP=EFB_IP/GIP…(45)

ET_IN=EFB_IN/GIN…(46)

将公式(45)以及公式(46)代入到公式(44)时,成为公式(47)。

DI7=(EFB_IP/GIP)-(EFB_IN/GIN)…(47)

使用表示直流电压检测器35、36的检测值的相互关系的公式(6)时,能够如公式(48)所示那样对公式(47)进行变形。

DI7=EFB_IP(1/GIP-1/GIN)…(48)

根据公式(48),指标207在直流电压检测器35或36的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向和指标207的变化的方向的关系如图15B所示。

具体而言,在直流电压检测器35中,在产生了增益GIP小于1的异常的情况下,指标207为正(增加),在产生了增益GIP大于1的异常的情况下,指标207为负(减少)。另外,在直流电压检测器36中,在产生了增益GIN小于1的异常的情况下,指标207为负(减少),在产生了增益GIN大于1的异常的情况下,指标207为正(增加)。此外,指标207相对于直流电压检测器25、26的异常不变化。

在直流电压检测器35和直流电压检测器36中的任一个产生了异常的情况下,如果增益的变化方向相同,则指标207表现为不同的方向(反方向)的变化。

第七指标制作部727具有:判定截面提取部7271、指标运算部7272以及滤波器7273。

判定截面提取部7271提取公式(40)或公式(41)成立的时间截面(判定截面)。

图13是对第一实施方式的判定截面的提取进行说明的图。图13表示针对各相的脉冲生成器64输出的用于对逆变器电力转换部31的各开关元件进行接通和断开控制的脉冲信号的时间变化。

判定截面提取部7271从针对各相的脉冲生成器64输出的用于对逆变器电力转换部31的各开关元件进行接通和断开控制的脉冲信号的时间变化中,提取公式(40)或公式(41)成立的时间截面。此外,也可以根据电压检测器10的检测值,提取公式(42)或公式(43)成立的时间截面。该情况下,真值ET_IP和真值ET_IN与增益GIP和增益GIN相应地变化,因此,交流线间电压的检测值VUV_I和交流线间电压的检测值VVW_I代替使用公式(42)、公式(43)而设为公式(49)、公式(50)所示那样的一定范围内即可。

((EFB_IP×GL)<VFB_IUV<(EFB_IP×GH))

∧((EFB_IN×GL)<VFB_IVW<(EFB_IN×GH))…(49)

((-EFB_IN×GH)<VFB_IUV<(-EFB_IN×GL))

∧((-EFB_IP×GH)<VFB_IVW<(-EFB_IP×GL))…(50)

在此,GH、GL是常数,GH>1,0<GL<1。

指标运算部7272从电压检测器10取得判定截面提取部7271提取出的时间截面的交流线间电压的检测值(VFB_IUV、VFB_IVW)。另外,指标运算部7272通过将取得的交流线间电压的检测值(VFB_IUV、VFB_IVW)代入到公式(33)中,计算指标207。滤波器7273从由指标运算部7272计算出的指标207去除噪声。滤波器7273的功能与图4所示的滤波器7212相同。

图14A-图14C以及图15A-图15B是将异常检测器、异常检测器的增益、指标变化设为表进行表示的图。图14A表示异常检测器、异常检测器的增益、指标201的变化,图14B表示异常检测器、异常检测器的增益、指标202的变化,图14C表示异常检测器、异常检测器的增益、指标203、204的变化。另外,图15A表示异常检测器、异常检测器的增益、指标205的变化,图15B表示异常检测器、异常检测器的增益、指标206、207的变化。

在直流检测器25、26、35、36中的任一个是异常检测器的情况下,正常(增益=1)变化,能够根据指标的变化来判断异常检测器。

图16是根据图14A-图14C和图15A-图15B汇总了异常检测器、指标201、转换器侧指标、逆变器侧指标的关系的图。

在没有异常检测器的情况下,指标201、转换器侧指标、逆变器侧指标是0附近。

另一方面,在检测器25或检测器26异常的情况下,指标201、转换器侧指标增加或减少,逆变器侧指标不变化。

另一方面,在检测器35或检测器36异常的情况下,指标201、逆变器侧指标增加或减少,转换器侧指标不变化。

通过使用所述第一指标~第七指标,能够利用专利文献1所记载的方法来诊断直流电压检测器的健全性。但是,在与作为应用目标的电力转换装置的外部连接的马达或变压器的电路常数未知的情况下,难以设定基准值。另外,即使与作为应用目标的电力转换装置的外部连接的马达、变压器的电路常数已知,针对直流电压检测器的异常的指标变化量也与电路常数相应地不同,因此,需要按应用目标设定基准值。

针对该课题,利用包含图17所示的直流电压信号生成部的异常判断器72进行图18~图19所示的异常部位诊断处理,由此,能够容易地诊断直流电压检测器的健全性。

图17是直流电压信号生成部72e的结构图。

在推定部7200中,使用公式(51)至公式(54)来计算直流电压检测器25、26、35、36的检测值的推定值。例如,在EFB_CN、EFB_IP、EFB_IN正常的情况下,EFB_CP的推定值EFBH_CP由公式(51)表示。同样地,在EFB_CP、EFB_IP、EFB_IN正常的情况下,EFB_CN的推定值EFBH_CN由公式(52)表示。同样地,在EFB_CP、EFB_CN、EFB_IN正常的情况下,EFB_IP的推定值EFBH_IP由公式(53)表示。同样地,在EFB_CP、EFB_CN、EFB_IP正常的情况下,EFB_IN的推定值EFBH_IN由公式(54)表示。

EFBH_CP=(EFB_IP+EFB_IN)-EFB_CN…(51)

EFBH_CN=(EFB_IP+EFB_IN)-EFB_CP…(52)

EFBH_CP=(EFB_CP+EFB_CN)-EFB_IN…(53)

EFBH_CP=(EFB_CP+EFB_CN)-EFB_IP…(54)

在校正部7201、7202、7203、7204中,使用公式(55)至公式(58)来计算校正值。

EFBC_CP=(1-KCP)×EFB_CP+KCP×EFBH_CP…(55)

EFBC_CN=(1-KCN)×EFB_CN+KCN×EFBH_CN…(56)

EFBC_IP=(1-KIP)×EFB_IP+KIP×EFBH_IP…(57)

EFBC_IN=(1-KIN)×EFB_IN+KIN×EFBH_IN…(58)

在此,KCP、KCN、KIP、KIN是直流电压检测器25、26、35、36中的推定值使用比例,例如这些值取0或1。

例如,在KCP、KCN、KIP、KIN为0时,公式(55)至公式(58)成为公式(59)至公式(62),校正值成为检测值。

EFBC_CP=EFB_CP…(59)

EFBC_CN=EFB_CN…(60)

EFBC_IP=EFB_IP…(61)

EFBC_IN=EFB_IN…(62)

例如,在KCP、KCN、KIP、KIN为1时,公式(55)至公式(58)成为公式(63)至公式(66),校正值成为推定值。

EFBC_CP=EFBH_CP…(63)

EFBC_CN=EFBH_CN…(64)

EFBC_IP=EFBH_IP…(65)

EFBC_IN=EFBH_IN…(66)

图18及图19是异常判断器72进行的异常部位诊断处理的流程图。此外,在图18和图19的流程图中,将第一个直流电压检测器设为25,将第二个直流电压检测器设为26,将第三个直流电压检测器设为35,将第四个直流电压检测器设为36。此外,该顺序可以是任意的。

作为图18和图19的流程图的动作的第一个示例,在图20~图24F中示出了直流电压检测器26异常的情况下的动作例。图20是图21A-图21D中的各时刻范围中的、直流电压检测器26异常的情况下的直流电压检测器的状态以及对应的流程图的编号、校正部的输入。

图21A-图21D是表示异常判断器72的各指标、综合诊断指标的时间变化例的图。图21A是表示指标201的时间变化例的图,图21B是表示指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图,图21C是表示指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图,图21D是表示综合诊断指标250的时间变化例的图。

在此,对综合诊断指标250的计算方法进行说明。优选的是,综合诊断指标包含至少1个转换器侧指标和至少1个逆变器侧指标。在图21D中,作为综合诊断指标250的一例,综合诊断指标250设为指标203的绝对值与指标206的绝对值之和。

此外,图21A-图21D以及后述图23A-图23D中的指标201、指标203、指标206以及综合诊断指标受到电路的感应成分以及电容成分、滤波器时间常数等的影响,因此,相对于阶跃响应产生滞后时间而过渡性地变化,但为了容易进行基于图的实施方式的说明,以相对于阶跃响应进行阶跃变化的方式进行图示。

对图18以及图19中的流程图所示的异常判断器72进行的异常部位诊断处理的动作进行说明。

在步骤S101中,异常判断器72将公式(59)至公式(62)成立的推定值作为初始状态输出至72e,前进到步骤S102。即,直流电压信号生成部72e的校正部将信号推定值的使用比例设为0而直接输出检测值。

在步骤S102中,异常判断器72从指标制作部72c读入指标201,前进到步骤S103。

在步骤S103中,异常判断器72将指标201与基准值进行比较。例如在将指标201以及EFB_CP、EFB_CN、EFB_IP、EFB_IN代入到(16)至(19)而求出的增益GCP、GCN、GIP、GIN的至少1个为预定的增益范围外时,以步骤S103为是“是”的方式设定该基准值即可。

异常判断器72在指标201的绝对值>基准值成立的情况下(S103:是),判断为将指标201以及EFB_CP、EFB_CN、EFB_IP、EFB_IN代入到(16)至(19)中而求出的增益GCP、GCN、GIP、GIN中的至少1个为预定的范围外,即存在异常检测器,前进到步骤S105。

另一方面,异常判断器72在指标201的绝对值>基准值不成立的情况下(S103:否),判断为将指标201以及EFB_CP、EFB_CN、EFB_IP、EFB_IN代入到(16)至(19)中而求出的增益GCP、GCN、GIP、GIN全部处于预定的范围内,前进到步骤S104。

在步骤S104中,异常判断器72将综合诊断指标250与指标201的值对应地存储为250-S,前进到步骤S102。250-S是综合诊断指标的诊断基准。

在多次执行步骤S104的处理的情况下,也可以在不覆盖的情况下保存多个或者保存任意的综合诊断指标的诊断基准250-S。例如,在图21A-图21D的示例的情况下,综合诊断指标的诊断基准250-S成为时刻t0~t1的综合诊断指标。

在步骤S105中,将与直流电压检测器的选择相关的变量J设定为1,前进到步骤S106。

在步骤S106中,异常判断器72假定第J个直流电压检测器异常,将72e在公式(55)~(58)中将第J个直流电压检测器中的推定值比例变更为1所得的推定值比例输出给72e,前进到步骤S107。例如,在J是1,第一个直流电压检测器是直流电压检测器25的情况下,进行校正以使公式(63)、公式(60)、公式(61)、公式(62)成立。

在步骤S107中,异常判断器72存储第J个直流电压检测器的信号推定值使用时的综合诊断指标250-J,前进到步骤S108。例如,在图21A-图21D所示的示例的情况下,第一个直流电压检测器的信号推定值使用时的综合诊断指标250-1是时刻t3~t4的范围中的至少1个时间点的综合诊断指标。

在步骤S108中,异常判断器72将72e使用公式(59)、公式(60)、公式(61)、公式(62)的推定值使用比例输出给72e,前进到步骤S109。即,直流电压信号生成部72e的校正部将公式(55)~(58)中的推定值比例设为0(返回初始状态)。

在步骤S109中,异常判断器72将J与直流电压传感器的个数N进行比较。

在J>直流电压传感器的个数N成立的情况下(S109:是),异常判断器72判定为以与直流电压检测器的个数相当的次数执行了S106至S108的处理,前进到步骤S111。

另一方面,在J>直流电压传感器的个数N不成立的情况下(S109:否),异常判断器72判断为执行了S106至S108的处理的次数比直流电压检测器的个数少,前进到步骤S110。

在步骤S110中,将J更新为J+1,前进到步骤S106。

在步骤S111中,读入第一个到第N个为止的直流电压检测器的信号推定值使用时的综合诊断指标250-1、250-2、…、250-N。

在步骤S112中,选择第一个到第N个为止的直流电压检测器的信号推定值使用时的综合诊断指标中的、与正常时的综合诊断指标之差的绝对值最小的综合诊断指标,此时假定为异常的检测器设为异常检测器,前进到步骤S113。例如,在图21A-图21D的示例中,选择250-1、250-2、250-3、250-4中的、与正常时的综合诊断指标250-S之差的绝对值最小的综合诊断指标250-2。在该示例中,选择结果为250-2,此时假定为异常的直流电压检测器(第二个假定为异常的直流电压器)是直流电压检测器26。因此,在图21A-图21D的示例中,能够诊断为直流电压检测器26异常。

在步骤S113中,在经过预定的时间后,将诊断出异常的检测器的信号切换为推定值。例如,在图21A-图21D的示例的情况下,异常检测器被诊断为直流电压检测器26,因此,直流电压信号生成部72e的校正部以公式(59)、公式(64)、公式(61)、公式(62)成立的方式进行校正,以将异常检测器的信号切换为推定值。此外,也可以在不进行步骤S113的动作的情况下,只进行直流电压检测器的异常诊断。

此外,在此使用指标201、203、206进行了说明,但即使代替指标203而选择指标202、203、204中的至少1个,代替指标206而选择指标205、206、207中的至少1个来合成综合诊断指标250,也能够同样地进行判断。

作为图18和图19的流程图的动作的第二个示例,在图22~图23A-图23D中示出了直流电压检测器36异常的情况下的动作例。图22是图21A-图21D中的各时刻范围中的、直流电压检测器36异常的情况下的直流电压检测器的状态以及对应的流程图的编号、校正部的输入。

图23A-图23D是表示直流电压检测器36异常的情况下的各指标、综合诊断指标的时间变化例的图。图23A是表示指标201的时间变化例的图,图23B是表示指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图,图23C是表示指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图,图24D是表示综合诊断指标250的时间变化例的图。

即使在该情况下,流程图中的步骤S101至S111也成为与直流电压检测器26异常的情况相同的动作。在图22~图23A-图23D的示例中的步骤S112中,250-1、250-2、250-3、250-4中的、与正常时的综合诊断指标250-S之差的绝对值最小的综合诊断指标是250-4,因此,能够将第四个假定为异常的直流电压器36诊断为异常的直流电压检测器。

在本实施方式中,在步骤S112中,选择第一个到第N个为止的直流电压检测器的信号推定值使用时的综合诊断指标中的、与正常时的综合诊断指标之差的大小为最小的综合诊断指标,因此,能够不使用基准值地进行诊断。因此,即使电路常数未知也能够进行诊断。

此外,在预先知晓正常时的综合诊断指标接近0或特定的值的情况下,也可以代替在步骤S104中存储正常时的综合诊断指标250-S,而将正常时的综合诊断指标250-S预先设定为0或特定的值。

并且,在第一实施方式的电力转换装置101中,在判断为直流电压检测器存在异常的情况下,在步骤S113中根据存在异常的直流电压检测器以外的健全的直流电压检测器的检测值,来推定存在异常的直流电压检测器中的检测对象的正常的检测值而继续运转,因此,能够在不更换存在异常的直流电压检测器的情况下使用电力转换装置101,例如,能够使电力转换装置继续运转直到下一次定期检查时为止。由此,不需要使电力转换装置101计划外停止,能够提高运转率,能够高效地使电力转换器运转。

此外,在综合诊断指标由多个指标构成的情况下,也可以通过任意的方法对多个指标进行标准化、正规化。例如,也可以以指标203的变化量与指标206的变化量相等的方式对指标203和指标206进行标准化。在此,所谓指标203的变化量例如是指标203的最大值(图21A-图21D中的时刻t5~t6的指标203)与指标203的最小值(图21A-图21D中的时刻t3~t4的指标203)之差。另外,所谓指标206的变化量例如是指标206的最大值(图21A-图21D中的时刻t7~t8的指标206)与指标206的最小值(图21A-图21D中的时刻t9~t10的指标206)之差。

异常部位诊断处理是在电力转换装置100动作中由异常判断器72逐次执行的处理。此外,为了排除对与马达连接的负载造成的影响,优选的是在无负载时进行异常部位诊断处理。

[效果]

如以上说明那样,电力转换装置100(参照图1)具有:第一平滑电容器22,其连接在第一电位与第二电位之间;第二平滑电容器23,其连接在第二电位与第三电位之间;第一直流电压检测器25,其检测连接了第一平滑电容器22的电位间的电位差;第二直流电压检测器26,其检测连接了第二平滑电容器23的电位间的电位差;第一种指标计算部(指标制作部75c),其在第一直流电压检测器25和第二直流电压检测器26中的任一方产生了检测值向预定方向变化的检测异常时,根据使用了基于电压关系式的直流电压检测器的检测值所得的指标,计算诊断直流电压检测器有无异常的第一种指标(指标201、209),所述电压关系式是在包含连接了第一平滑电容器23的电位间的电位差和连接了第二平滑电容器23的电位间的电位差的电路中成立的关系式;第二种指标计算部(指标制作部75c),其在第一直流电压检测器25和第二直流电压检测器26中的任一方产生了检测值向预定方向变化的检测异常时,计算表现为指标的变化的第二种指标(指标202~207);以及综合诊断指标计算部(指标制作部75c),其计算对1个或2个以上的第二种指标进行标量合成或矢量合成而得的综合诊断指标(指标202~207;综合诊断指标之一)。另外,电力转换装置100具有:异常判断器72,其从第一直流电压检测器25或第二直流电压检测器26中假定1个产生了异常的直流电压检测器,对1个或2个以上的直流电压检测器进行将假定为异常的直流电压检测器的检测值切换为根据其他直流电压检测器的检测值推定的输出推定值的动作,根据进行了切换为输出推定值的动作后的综合诊断指标的变化,来判断第一直流电压检测器25和第二直流电压检测器26中的哪一个产生了异常。

由此,将多个直流电压传感器中的1个假定为异常,根据代替假定为异常的传感器信号而使用推定值进行动作时的响应来进行异常诊断。由此,即使与电力转换装置的外部连接的电路的电路常数未知,也能够适当地检测电力转换装置中的直流电压检测器的异常。另外,即使在难以取得或推测电路常数的已设的马达驱动装置上后安装了异常诊断装置的情况下,也能够进行异常诊断。

另外,电力转换装置100还具有:中性点电阻24、34(参照图1),其连接在逆变器侧的第二电位与转换器侧的第二电位之间,用于抑制直流谐振,在存在中性点电阻24、34的情况下(即存在4个传感器的电路),使用第一种指标(指标201)和第二种指标(指标202~207)进行4种计算,将指标最小时假定为异常的传感器诊断为异常。该情况下,不使用异常诊断用的阈值。

另外,电力转换装置在不存在中性点电阻的情况下(存在2个传感器的电路)也同样能够应用,使用第一种指标(指标209)以及第二种指标(指标202~207)进行4种计算,将指标最小时假定为异常的传感器诊断为异常。该情况下,不使用异常诊断用的阈值。

作为第一实施方式的变形例,对追加第九指标以及第十指标的示例进行说明。

第一实施例的变形例是在第一实施方式中,作为转换器侧指标的候补而追加第九指标,作为逆变器侧指标的候补而追加第十指标的变形例。通过与第一实施方式同样的动作来判断直流电压检测器的异常。

图48是第一实施方式的变形例的电力转换装置的指标制作部的结构图。对与图39(后述)相同的结构部分标注相同的符号。

关于第一实施方式的变形例的电力转换装置,图3的指标制作部72c还具有图49所示的第九指标制作部729和图51所示的第十指标制作部730。

<第九指标制作部>

对第九指标制作部729进行说明。

图49是表示第九指标制作部729的结构的一例的图。

如图49所示,第九指标制作部729包含:Q轴电流计算部7291、正弦波计算部7292、余弦波计算部7293、积运算部7294和7295、滤波器7296和7297、以及平方和平方根计算部7298。

Q轴电流计算部7291针对从交流电流检测器7(参照图1)输入的电流检测值,计算针对电流基波的Q轴电流。

正弦波计算部7292计算与从转换器控制装置5(参照图1)输入的载波频率对应的正弦波。

余弦波计算部7293计算与从转换器控制装置5输入的载波频率对应的余弦波。正弦波计算部7292的输出与余弦波计算部7293的输出的相位差是90度。

积运算部7294计算Q轴电流与具有载波频率的正弦波之积。另外,积运算部7294计算Q轴电流与具有载波频率的余弦波之积。

滤波器7296和滤波器7297是用于去除输入所包含的变动成分的滤波器。

平方和平方根计算部7298计算滤波器7296的输出与滤波器7297的输出的平方和平方根。

在以上的结构中,第九指标制作部729计算指标209(=DI9)。指标209是利用在直流电压检测器25或26(参照图1)异常时对转换器2(参照图1)侧的交流电流检测值IFB_C的Q轴电流叠加载波频率成分这一情况,来检测直流电压检测器的异常的指标。指标209是基于Q轴电流的载波频率fCC成分的指标(转换器侧Q轴电流指标、转换器侧指标)。

图50A-图50B是第九指标制作部729的Q轴电流的解析结果的示意图。图50A是表示直流电压检测器正常时的Q轴电流的解析结果的图,图50B是表示异常时的Q轴电流的解析结果的图。

在直流电压检测器正常时,如图50A所示,Q轴电流中几乎不包含载波频率fCC成分。另一方面,在直流电压检测器正常时,如图50B所示,Q轴电流的载波频率fCC成分增加。

此外,图49所示的结构图是检测Q轴电流中的载波频率fCC成分的方法的一例,也可以是使用傅里叶变换等其他方法来检测Q轴电流的载波频率fCC成分的结构。

<第十指标制作部>

对第十指标制作部730进行说明。

图51是表示第十指标制作部730的结构图的一例的图。

如图51所示,第十指标制作部730包含:Q轴电流计算部7301、正弦波计算部7302、余弦波计算部7303、积运算部7304和7305、滤波器7306和7307、以及平方和平方根计算部7308。

Q轴电流计算部7301针对从交流电流检测器9输入的电流检测值,计算针对电流基波的Q轴电流。

正弦波计算部7302计算与从逆变器控制装置6输入的载波频率对应的正弦波。

余弦波计算部7303计算与从逆变器控制装置6输入的载波频率对应的余弦波。正弦波计算部7302的输出与余弦波计算部7303的输出的相位差是90度。

积运算部7304计算Q轴电流与具有载波频率的正弦波之积。另外,积运算部7304计算Q轴电流与具有载波频率的余弦波之积。

滤波器7306和滤波器7307是用于去除输入所包含的变动成分的滤波器。

平方和平方根计算部7308计算滤波器7306的输出与滤波器7307的输出的平方和平方根。

在以上的结构中,第十指标制作部730计算指标210(=DI10)。指标210是利用在直流电压检测器35或36(参照图1)异常时对逆变器3(参照图1)侧的交流电流检测值IFB_I的Q轴电流叠加载波频率fCI成分这一情况,来检测直流电压检测器的异常的指标。指标210是基于Q轴电流的载波频率成分的指标(逆变器侧Q轴电流指标、逆变器侧指标)。

图52A-图52B是第十指标制作部730的Q轴电流的解析结果的示意图。图52A是表示直流电压检测器正常时的Q轴电流的解析结果的图,图52B是表示异常时的Q轴电流的解析结果的图。

在直流电压检测器正常时,如图52A所示,Q轴电流中几乎不包含载波频率fCI成分。另一方面,在直流电压检测器异常时,如图52B所示,Q轴电流的载波频率fCI成分增加。

此外,图51所示的结构图是检测Q轴电流中的载波频率fCI成分的方法的一例,也可以是使用傅里叶变换等其他方法来检测Q轴电流的载波频率fCI成分的结构。

<基于第九指标以及第十指标的异常判断>

图53A-图53B是将异常检测器、异常检测器的增益、指标变化设为表而进行表示的图。图53A将异常检测器、异常检测器的增益、指标209的变化设为表而进行表示,图53B将异常检测器、异常检测器的增益、指标210的变化设为表而进行表示。

如图53A所示,在检测器25或检测器26异常的情况下,指标209增加,在检测器35或检测器36异常的情况下,指标209不变化。因此,指标209能够用作转换器侧指标。

另一方面,如图53B所示,在检测器25或检测器26异常的情况下,指标210不变化,在检测器35或检测器36异常的情况下,指标210增加。因此,指标210能够用作逆变器侧指标。

这样,关于第一实施方式的变形例的电力转换装置,指标制作部72c具有:第九指标制作部729,其计算基于电源侧的位置处的电流的基波Q轴电流所包含的载波频率成分的指标作为第二种指标;以及第十指标制作部730,其计算基于负载侧的位置处的电流的基波Q轴电流所包含的载波频率成分的指标作为第二种指标。通过使用第九指标以及第十指标,除了单极调制时之外,还能够在双极调制时(调制率小的马达低速旋转时等)对直流电压传感器进行异常诊断。因此,在待机运转中确定异常传感器的情况下,无论是双极调制还是单极调制都能够进行诊断,能够可靠地进行异常诊断。

此外,本变形例是在图3所示的指标制作部72c中应用了第九指标制作部729以及第十指标制作部730的例子,但第二种指标计算部只要具有第九指标制作部729以及第十指标制作部730即可。因此,也可以是第二种指标计算部省略或适应性地使用第九指标制作部729以及第十指标制作部730以外的指标的方式。

(第二实施方式)

接着,使用图24A至图25F对第二实施方式的电力转换装置进行说明。

第二实施方式的电力转换系统1000的电力转换装置100具有与第一实施方式的电力转换装置100同等的结构。

第二实施方式与第一实施方式的不同点在于,在第二实施方式中,综合诊断指标设为由多个指标构成的矢量。图24A-图24F表示在与图21A-图21D同样的条件下将综合诊断指标设为矢量的情况下的示例。图24A-图24F中的综合诊断指标是由指标203的值和指标206的值这2个要素构成的矢量。

图24A-图24F是表示将直流电压检测器26异常的情况下的图21A-图21D中的特定的时刻范围中的综合诊断指标250设为矢量的情况下的一例的图。图24A是表示正常时(t0~t1)的综合诊断指标250的矢量的图,图24B是表示异常时且未使用推定值时(t2~t3)的综合诊断指标250的矢量的图,图24C是表示异常时且使用EFBH_CP时(t3~t4)的综合诊断指标250的矢量的图,图24D是表示异常时且使用EFBH_CN时(t5~t6)的综合诊断指标250的矢量的图,图24E是表示异常时且使用EFBH_IP时(t7~t8)的综合诊断指标250的矢量的图,图24F是表示异常时且使用EFBH_IN时(t9~t10)的综合诊断指标250的矢量的图。

在图24A-图24F的示例中,图24C~图24F的综合诊断指标中的与正常时的图24A的综合诊断指标之差最小的是图24D,因此,能够诊断为直流电压检测器26异常。

图25A-图25F是表示将直流电压检测器36异常的情况下的图23A-D中的特定的时刻范围中的综合诊断指标250设为矢量的情况下的一例的图。图25A是表示正常时(t0~t1)的综合诊断指标250的矢量的图,图25B是表示正常时且未使用推定值时(t2~t3)的综合诊断指标250的矢量的图,图25C是表示异常时且使用EFBH_CP时(t3~t4)的综合诊断指标250的矢量的图,图25D是表示异常时且使用EFBH_CN时(t5~t6)的综合诊断指标250的矢量的图,图25E是表示异常时且使用EFBH_IP时(t7~t8)的综合诊断指标250的矢量的图,图25F是表示异常时且使用EFBH_IN时(t9~t10)的综合诊断指标250的矢量的图。

即使在图25A-图25F的示例中,图25C~图25F的综合诊断指标中的与正常时的图25A的综合诊断指标之差最小的是图25F,因此,能够诊断为直流电压检测器36异常。

此外,在预先知晓正常时的综合诊断指标接近零矢量或特定的矢量的情况下,也可以代替在步骤S104中存储正常时的综合诊断指标250-S,而将正常时的综合诊断指标250-S预先设定为零矢量或特定的矢量。

此外,作为由矢量表示的综合诊断指标的构成要素的多个指标也可以通过任意的方法进行标准化、正规化。例如,也可以以指标203的变化量与指标206的变化量相等的方式对指标203和指标206进行标准化。或者,也可以根据在后面说明的步骤S104中保存的多个正常时的指标值,进行基于马氏距离的运算等使用了平均或方差的运算的标准化。

(第三实施方式)

接着,使用图26至图29D对第三实施方式的电力转换装置进行说明。

第三实施方式的电力转换系统1000的电力转换装置100具有与第一实施方式的电力转换装置100同等的结构。

图26至图27表示流程图,对与图18至图19的流程图的不同进行说明。

图26至图27中的步骤S201至S205以及S207至S213与图18至图19中的步骤S101至S105以及步骤S107至S113相同。

图26中的步骤S206与图18中的步骤S106不同。

与第一实施方式的步骤S106的不同点在于,在第一实施方式中,作为校正部7201、7202、7203、7204的输入的KCP、KCN、KIP、KIN是0或1,与之相对地,在第三实施方式中,KCP、KCN、KIP、KIN取任意的值。优选的是,该任意的值设为大于0且小于1的值。

图28和图29A-图29D是第三实施方式中的动作例的一例。

图28是示出第三实施方式的电力转换装置的动作例的一例的图。图29A-图29D是表示第三实施方式的电力转换装置的异常判断器涉及的各指标、综合诊断指标的时间变化例的图。图29A是表示指标201的时间变化例的图,图29B是表示指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图,图29C是表示指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图,图29D是表示综合诊断指标的时间变化例的图。

图28和图29A-图29D表示图18~19的S107所使用的KCP、KCN、KIP、KIN为0.5的情况下的第三实施方式中的动作例。在第三实施方式的图29A-图29D和第一实施方式的图21A-图21D中,将时刻t3至t4的指标203的值进行比较时,第一实施方式时指标203的值从0偏离。

在图21A-图21D中的时刻t3至t4,真正异常的直流电压检测器是直流电压检测器26,与之相对地,将直流电压检测器25假定为异常来进行运转。在这样的条件的时刻t3至t4,直流电压检测器25的电压真值与直流电压检测器26的电压真值之差比不使用推定值的时刻t2至t3大。即,在时刻t3至t4,可能对转换器电力转换部21的半导体元件施加过电压。

如第三实施方式所示,通过将步骤S107所使用的KCP、KCN、KIP、KIN设为小于1的值,在真正异常的直流电压检测器与在步骤S106~S107中假定为异常的直流电压检测器不一致的情况下,获得能够抑制施加于转换器电力转换部21或逆变器电力转换部31等电路的过电压的效果。另外,通过将步骤S107所使用的KCP、KCN、KIP、KIN设为小于1的值,在真正异常的直流电压检测器与在步骤S106~S107中假定为异常的直流电压检测器不一致的情况下,能够抑制P侧与N侧的电压不平衡。

(第四实施方式)

接下来,使用图30至图35对第四实施方式的电力转换装置进行说明。

第四实施方式的电力转换系统1000的电力转换装置100具有与第一实施方式的电力转换装置100同等的结构。

图30至图31表示第四实施方式的异常判断器72进行的异常部位诊断处理的流程图,对与图26至图27的流程图的不同进行说明。

步骤S301至S307与步骤S201至S207相同。

在步骤S308中,将在步骤S307中存储的250-J与基准值250-S进行比较。在“是”的情况下,前进到步骤S312。在“否”的情况下,前进到步骤S313。

步骤S309至步骤S311与步骤S208至步骤S210相同。

在步骤S312中,诊断为第J个直流电压检测器异常,前进到步骤S315。

步骤S313至步骤S315是与步骤S211至S213相同的处理。

在图32A-图32D至图33中示出了第一个动作例。

图32A-图32D是表示第四实施方式的电力转换装置的异常判断器涉及的各指标、综合诊断指标的时间变化例的图。图32A是表示指标201的时间变化例的图,图32B是表示指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图,图32C是表示指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图,图32D是表示综合诊断指标的时间变化例的图。图33是表示第四实施方式的电力转换装置的第一个动作例的图。

如图32A-图32D至图33所示,在时刻t5,综合诊断指标低于基准值,因此,在时刻t6切换为推定值。通过使用基准值而获得能够缩短诊断时间的效果。

关于基准值,根据正常时的综合诊断指标(时刻t0~t1的综合诊断指标)、异常时的综合诊断指标(时刻t3~t4的综合诊断指标)、步骤S306中的推定值使用比例的值,以在推定值使用比例变更时综合诊断指标的值低于基准值的方式决定即可。例如,在推定值使用比例为0.5的情况下,认为将推定值使用比例变更为0.5时的综合诊断指标的值为正常时的综合诊断指标(时刻t0~t1的综合诊断指标)与异常时的综合诊断指标(时刻t3~t4的综合诊断指标)的中央值。因此,基准值设为与时刻t3~t4的综合诊断指标之差小于时刻t0~t1的综合诊断指标与时刻t3~t4的综合诊断指标的中央值的值即可。

图34A-图34D至图35示出了第二个动作例。

图34A-图34D是表示第四实施方式的电力转换装置的异常判断器涉及的各指标、综合诊断指标的时间变化例的图。图34A是表示指标201的时间变化例的图,图34B是表示指标203(转换器侧指标)的时间变化例的图,图34C是表示指标206(逆变器侧指标)的时间变化例的图,图34D是表示综合诊断指标的时间变化例的图。图35是表示第四实施方式的电力转换装置的第二个动作例的图。

如图34A-图34D至图35所示,第二个动作例是综合诊断指标不低于基准值的情况下的示例。如图34A至图35所示,知晓即使在假设综合诊断指标不低于基准值的情况下,也成为与第二实施方式同样的动作,能够正确地诊断异常直流电压检测器。

这样,在第四实施方式的电力转换装置中,通过使用不依赖于电路常数的基准值,与第一实施方式的电力转换装置进行比较,获得能够在更短的时间内诊断异常直流电压检测器的效果。

(第五实施方式)

接着,使用图36对第五实施方式的电力转换装置进行说明。

第五实施方式的电力转换系统1001的电力转换装置101在第一实施方式的电力转换装置100的基础上具有多个逆变器单元3(3a、3b、3c、…)。

在本实施方式中,异常判断器72根据来自多个直流电压检测器25、26、35(35a、35b、35c、…)、36(36a、36b、36c、…)的检测值,推定针对异常的直流电压检测器的检测对象的准确的检测值。在第六实施方式中,如下所示,存在多个推定针对发生1个异常的直流电压检测器的检测对象的准确的检测值的方法。

在电力转换装置101中,存在如下关系:如果各直流电压检测器是正常的状态,则相加了转换器侧的直流电压检测器25、26的检测值而得的合成直流电压值、和相加了各个逆变器侧的直流电压检测器35(35a、35b、35c、…)、36(36a、36b、36c、…)的检测值而得的合成直流电压值全部一致。这表示存在多个获得推定检测值所需的合成直流电压值的候补。这样,获得合成直流电压值的候补增加,因此,能够提高可以推定异常的直流电压检测器的检测对象的检测值的可能性。

根据本实施方式中的异常判断器72,在任1个直流电压检测器异常的情况下,从相加了转换器侧或任一个逆变器侧的健全的2个直流电压检测器的检测值而得的合成直流电压值中,减去配置在与异常的直流电压检测器相同侧的健全的1个直流电压检测器的检测值,由此,能够推定异常的直流电压检测器的测量对象的准确的检测值。

由此,例如,即使在任一个逆变器侧的1个直流电压检测器异常的情况下,且在转换器侧的一个直流电压检测器异常的情况下,如果任一个逆变器侧的2个直流电压检测器健全,则也能够使用将这2个直流电压检测器的检测值相加而得的合成直流电压值,推定针对逆变器侧的1个异常的直流电压检测器的检测对象的准确的检测值。

即使在该电力转换装置101中,也能够通过与上述第一实施方式的电力转换装置100同样的处理,适当地判断直流电压检测器的异常。另外,即使在电力转换装置104中,也与上述第三实施方式的电力转换装置101同样地,能够根据多个健全的直流电压检测器的检测值,适当地推定异常的直流电压检测器的检测对象的检测值。

此外,在上述第五实施方式中,将电力转换装置101设为具有多个逆变器单元3,但例如也可以设为具有多个转换器单元2。即使这样,也与上述同样地,能够适当地判断直流电压检测器的异常,另外,能够根据多个健全的直流电压检测器的检测值适当地推定异常的直流电压检测器的检测对象的检测值。

另外,能够将获得为了推定异常的直流电压检测器的检测对象的检测值所需的合成直流电压值的候补扩展到任一个转换器侧的2个直流电压检测器,能够提高可以推定异常的直流电压检测器的检测对象的检测值的可能性。

这样,在第五实施方式中,即使在具有多个逆变器单元电路或多个转换器单元电路的电力转换装置中,也获得即使电路常数未知也能够诊断异常的直流电压检测器的效果。

(第六实施方式)

接着,使用图37至图41C对第六实施方式的电力转换装置进行说明。

图37是第六实施方式的电力转换系统的整体结构图。此外,对与图1所示的第一实施方式的电力转换系统1000同样的结构标注相同的符号。

第六实施方式的电力转换系统1002的电力转换装置102与第一实施方式的电力转换装置100的主电路结构的差异是拆除了转换器中性点电阻24和逆变器中性点电阻34这一点。在电力转换装置102中,虽然削减了主电路构成要素,但由于没有阻尼用电阻器,因此为了不引起直流电路中的谐振,需要注意基于开关频率的选定、电路要素的配置的布线电感设计。

电力转换装置102代替电力转换装置100中的异常判断器72而具有异常判断器75。在电力转换装置102中,转换器侧直流电路和逆变器侧直流电路全部为相同电位,因此,具有:直流电压检测器43(第一直流电压检测器),其检测转换器侧的平滑电容器22与逆变器侧的平滑电容器32的电极间的电压;以及直流电压检测器44(第二直流电压检测器),其检测转换器侧的平滑电容器23与逆变器侧的平滑电容器33的电极间的电压。

另外,为了在直流电压检测器43或直流电压检测器44中的任1个异常时根据冗余性继续运转,而具有用于测量直流电压检测器43与直流电压检测器44的合计电压的直流电压检测器45(第三直流电压检测器)。此外,在通常的运转时,使用直流电压检测器43以及直流电压检测器44的检测值。

在此,将直流电压检测器43的检测值设为EFB_CIP,将真值设为ET_CIP。将直流电压检测器44的检测值设为EFB_CIN,将真值设为ET_CIN。以下,作为电压检测器的故障的一例而考虑增益故障。

直流电压检测器43产生了增益G_CIP的故障的情况、直流电压检测器44产生了增益G_CIN的故障的情况、直流电压检测器45产生了增益G_CIA的故障的情况的关系式分别表示为以下的公式(67)、公式(68)、公式(69)。

EFB_CIP=G_CIP×ET_CIP…(67)

EFB_CIN=G_CIN×ET_CIN…(68)

EFB_CIA=G_CIA×ET_CIA…(69)

另外,在中性点电压控制器55或中性点电压控制器65理想地动作的条件下,以下的公式(70)成立。

EFB_CIP=EFB_CIN…(70)

另外,在直流电压控制器52理想地动作的条件下,以下的公式(71)成立。

EFB_CIP+EFB_CIN=VDC_REF…(71)

在此,VDC_REF是指令值。

另外,根据电路,以下的公式(72)成立。

ET_CIP+ET_CIN=ET_CIA…(72)

接着,对异常判断器75进行说明。

图38表示第六实施方式的异常判断器的结构图。

异常判断器75具有:信号存储部75a、设定存储部75b、作为第一种指标计算部和第二种指标计算部的一例的指标制作部75c(第一种指标计算部、第二种指标计算部)、异常部位确定部75d以及直流电压信号生成部75e。此外,这些结构与第一实施方式的异常判断器72的相同名称的结构大致相同。

接着,对指标制作部75c进行说明。

图39是第六实施方式的指标制作部的结构图。此外,对与第一实施方式的指标制作部72c同样的结构标注相同符号。

所述的第四实施方式的电力转换装置102通过共用的直流电压检测器43、44来检测转换器侧的电位和逆变器侧的电位,因此,无法使用利用了转换器侧P-N间直流电压检测值与逆变器侧P-N间直流电压检测值之差的指标201。因此,为了代替指标201而使用新的指标209,指标制作部75c代替指标制作部72c中的第一指标制作部721而具有制作指标251的第九指标制作部759。

此外,指标制作部75c与制作指标202的第二指标制作部722、制作指标203的第三指标制作部723、制作指标204的第四指标制作部724、制作指标205的第五指标制作部725、制作指标206的第六指标制作部726、制作指标207的第七指标制作部727和指标制作部72c一样。

在本实施方式中,在直流电压检测器43或44的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向与指标202至指标207的变化的方向的关系如图15A-图15B以及图16所示。

接着,对第八指标制作部进行说明。

图40是第六实施方式的第八指标制作部的结构图。

第八指标制作部758计算指标209(=DI9)。指标209是利用在直流电压检测器异常时直流电压检测器43和44的检测值的合计值与直流电压检测器45的检测值产生差这一情况来检测直流电压检测器(43、44、45)的异常的指标。

第九指标制作部758包含指标运算部7581和滤波器7582。

指标运算部7581执行公式(11)所示的运算。

DI9=EFB_CIP+EFB_CIN-EFB_CIA…(73)

将公式(67)、公式(68)、公式(69)代入到公式(73),并且使用公式(72)的关系进行与公式(12)一样的运算时,在公式(74)或公式(75)或公式(76)的条件下,指标209(=DI9)为正,在公式(77)或公式(78)或公式(79)的条件下,指标209(=DI9)为负。

GCIP>1…(74)

GCIN>1…(75)

GCIA<1…(76)

GCIP<1…(77)

GCIN<1…(78)

GCIA>1…(79)

因此,在任一个直流电压检测器产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向与指标209的变化的方向的关系如图42B所示。

具体而言,在直流电压检测器43中,在产生了增益GCIP小于1的异常的情况下,指标209为负(减少),在产生了增益GCIP大于1的异常的情况下,指标209为正(增加)。另外,在直流电压检测器44中,在产生了增益GCIN小于1的异常的情况下,指标209为负(减少),在产生了增益GCIN大于1的异常的情况下,指标209为正(增加)。另外,在直流电压检测器45中,在产生了增益GCIA小于1的异常的情况下,指标209为正(增加),在产生了增益GCIA大于1的异常的情况下,指标209为负(减少)。

滤波器7582去除由指标运算部7581计算出的指标209中的噪声。滤波器7582的功能与图4所示的滤波器7212相同。

图41A-图41C是对第六实施方式的指标伴随检测器异常的变化进行说明的第一图。图41A是表示在直流电压检测器43或44中的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向与指标202的变化的方向的图,图41B是表示在直流电压检测器43或44中的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向与指标203、204的变化的方向的图,图41C是表示在直流电压检测器43或44中的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向与指标205的变化的方向的图。

图42A-图42B是对第六实施方式的指标伴随检测器异常的变化进行说明的第二图。图42A是表示在直流电压检测器43或44中的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向与指标206、207的变化的方向的图,图42B是表示在直流电压检测器43或44中的任一方产生了故障的情况下,存在异常的直流电压检测器、增益异常的方向与指标208的变化的方向的图。

接着,对存储在设定存储部75b中,且由异常判断器75使用的异常判定表750进行说明。此外,异常判定表750也可以通过用户接口来输入或变更。

图43是推定部7500的结构图。

在推定部7500中,使用公式(80)至公式(81)计算直流电压检测器43、44、45的检测值的推定值。例如,在EFB_CIN、EFB_CIA正常的情况下,EFB_CIP的推定值EFBH_CIP由公式(80)表示。同样地,在EFB_CIP、EFB_CIA正常的情况下,EFB_CIN的推定值EFBH_CN由公式(81)表示。

EFBH_CIP=EFB_CIA-EFB_CIN…(80)

EFBH_CIN=EFB_CIA-EFB_CIP…(81)

在校正部7501、7502中,使用公式(82)至公式(83)来计算校正值。

EFBC_CIP=(1-KCIP)×EFB_CIP+KCIP×EFBH_CIP…(82)

EFBC_CIN=(1-KCIN)×EFB_CIN+KCIN×EFBH_CIN…(83)

在此,KCIP、KCIN是直流电压检测器43、44中的推定值使用比例,例如这些值取包含0或1的任意的值。

例如,在KCIP、KCIN为0时,公式(82)至公式(83)成为公式(84)至公式(85),校正值成为检测值。

EFBC_CIP=EFB_CIP…(84)

EFBC_CIN=EFB_CIN…(85)

例如,在KCP、KCN、KIP、KIN为1时,公式(82)至公式(83)成为公式(84)至公式(85),校正值成为推定值。

EFBC_CIP=EFBH_CIP…(86)

EFBC_CIN=EFBH_CIN…(87)

图44及图45是异常判断器72进行的异常部位诊断处理的流程图。此外,在图44及图45中的流程图中,将第一个直流电压检测器设为43,将第二个直流电压检测器设为44。此外,该顺序可以是任意的。

另外,在图44及图45中的流程图中,将综合诊断指标设为指标203。此外,综合诊断指标由指标202至207中的至少1个构成即可。

此外,在步骤S401的初始状态下的公式(84)至公式(85)使用时,不使用直流电压检测器45的检测值EFB_CIA,因此,意味着假定为直流电压检测器45异常的情况。

作为图44及图45的流程图的动作的第一个示例,在图46A-图46D中示出了直流电压检测器44异常的情况下的动作例。

图46A-图46D是表示第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的动作例的图。图46A是表示直流电压检测器异常的情况下的推定值使用比例KCIP的图,图46B是表示直流电压检测器异常的情况下的推定值使用比例KCIN的图,图46C是表示直流电压检测器异常的情况下的指标209的图,图46D是表示直流电压检测器异常的情况下的综合诊断指标的图。

在图46A-图46D的示例中,在步骤S413中,250-0、250-1、250-2中的、与正常时的综合诊断指标250-S之差的绝对值最小的是250-2。因此,能够诊断为直流电压检测器44异常。

作为图44和图45的流程图的动作的第二个示例,在图47A-图47D中示出了直流电压检测器45异常的情况下的动作例。

图47A-图47D是表示第六实施方式的直流电压检测器异常的情况下的动作例的图。图47A是表示直流电压检测器异常的情况下的推定值使用比例KCIP的图,图47B是表示直流电压检测器异常的情况下的推定值使用比例KCIN的图,图47C是表示直流电压检测器异常的情况下的指标209的图,图47D是表示直流电压检测器异常的情况下的综合诊断指标的图。

在图47A-图47D的示例中,在步骤S413中,250-0、250-1、250-2中的、与正常时的综合诊断指标250-S之差的绝对值最小的是250-0。该情况下,能够诊断为直流电压检测器45异常。

在本实施方式中,在步骤S413中,选择1个直流电压检测器的异常假定时的综合诊断指标中的、与正常时的综合诊断指标最接近的综合诊断指标,因此,能够在不使用基准值的情况下进行诊断。

此外,在本实施方式中,也可以与第三实施方式同样地使用基准值。

在本实施例中,具有即使电路常数未知也能够诊断异常的直流电压检测器的特征。

并且,在第六实施方式的电力转换装置102中,在判断为在直流电压检测器中存在异常的情况下,在步骤S414中根据存在异常的直流电压检测器以外的健全的直流电压检测器的检测值,推定存在异常的直流电压检测器中的检测对象的正常的检测值而继续运转。由此,能够在不更换存在异常的直流电压检测器的情况下使用电力转换装置102,例如,能够使电力转换装置继续运转直到下一次定期检查时为止。因此,不需要使电力转换装置102计划外停止,能够提高运转率,能够高效地使电力转换器运转。

[变形例]

(1)

在电力转换装置中,异常判断部可以在将假定为异常的直流电压检测器的检测值切换为根据其他直流电压检测器的检测值而推定出的输出推定值的动作中,将假定为异常的直流电压检测器的顺序变更为任意的顺序。

(2)

在电力转换装置中,异常判断部可以代替将假定为异常的直流电压检测器的检测值切换为根据其他直流电压检测器的检测值而推定出的输出推定值,将假定为异常的直流电压检测器的检测值切换为使用比率将假定为异常的直流电压检测器的检测值与根据其他直流电压检测器的检测值而推定出的输出推定值合成而得的输出校正值。

(3)

在电力转换装置中,异常判断部可以与根据第一种指标计算出的直流电压检测器的异常的大小或比率相应地任意变更上述的比率。

(4)

在电力转换装置中,异常判断部可以检测所述逆变器的负载侧的位置处的负载是无负载,在判定为负载是无负载时,进行将假定为异常的直流电压检测器的检测值切换为所述输出推定值或所述输出校正值的动作。

(5)

在电力转换装置中,异常判断部(异常判断器72)可以在判断出产生异常的情况下,使与异常相关的信息显示于显示装置。

(6)转速的恒定速度检测

在电力转换装置中,异常判断部可以检测所述逆变器的负载侧的位置处的电动机4(参照图1)的转速是恒定速度,在判定为电动机4的转速是恒定速度时,进行将假定为异常的直流电压检测器的检测值切换为所述输出推定值或所述输出校正值的动作。

(7)分割诊断

在电力转换装置中,异常判断部可以在变更了第J(J是任意的自然数)个直流电压检测器的推定值使用比例的运转结束后、与变更了第J+1个直流电压检测器的推定值使用比例的运转开始前之间,使所述逆变器的负载侧的位置处的负载为有负载或者使所述电动机的速度可变。

例如,在满足了从条件(条件1)变化为条件(条件2)的触发条件的情况下,进行变更了第J个直流电压检测器的推定值使用比例的运转(例如在J=1的情况下,图21A-图21D的t3~t4),所述条件(条件1)满足所述逆变器的负载侧的位置处的负载为有负载或所述电动机的速度可变中的至少1个,所述条件(条件2)满足所述逆变器的负载侧的位置处的负载为无负载且所述电动机的速度恒定。在变更了第J个直流电压检测器的推定值使用比例的运转结束后(例如在J=1的情况下,图21A-图21D的t4),从所述条件2变化为所述条件1,再次满足了从所述条件1变化为所述条件2的触发条件的情况下,进行变更了第J+1个直流电压检测器的推定值使用比例的运转(例如在J=1的情况下,图21A-图21D的t5~t6)。

通过进行这样的分割诊断,例如即使在满足上述条件2的连续的时间短的运转条件下,也能够降低在变更了推定值使用比例的运转中从条件2变化为条件1的可能性。

此外,本发明并不限定于上述的各实施方式,能够在不脱离本发明的主旨的范围内适当变形而实施。

例如,也可以通过硬件电路来进行在上述实施方式中各部进行的处理的一部分或全部。

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