6804703 電力変換装置および電力変換システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6804703

(24)【登録日】2020年12月4日

(45)【発行日】2020年12月23日

(54)【発明の名称】電力変換装置および電力変換システム

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20201214BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/48 M

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-539018(P2020-539018)

(86)(22)【出願日】2020年2月4日

(86)【国際出願番号】JP2020004181

【審査請求日】2020年7月14日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】飯田 祥貴

(72)【発明者】

【氏名】多田 圭佑

【審査官】 山崎 雄司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０４１３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−０９３０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２２６１３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２０６９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１１５８３６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ７／００−７／１２

Ｈ０２Ｊ ７／３４−７／３６

Ｈ０２Ｍ １／００−１／４４

Ｈ０２Ｍ ７／４２−７／９８

Ｈ０２Ｐ ３／００−３／２６

Ｈ０２Ｐ ２１／００−２５／０３

Ｈ０２Ｐ ２５／０４

Ｈ０２Ｐ ２５／１０−２７／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力された交流を直流に変換するコンバータ部と、
変換された前記直流を平滑する平滑コンデンサと、
平滑された前記直流を交流に変換して負荷に出力するインバータ部と、
前記平滑コンデンサに充電された電荷を前記負荷の停止時に、放電抵抗によって放電する放電回路と、
前記平滑コンデンサが接続された母線間の電圧を母線電圧値として計測する電圧計測部と、
前記放電回路による放電を制御する放電制御装置と、
を備え、
前記放電制御装置は、
前記母線電圧値に基づいて前記放電が異常状態であるか否かを判定し、前記放電が正常状態であると判定している間は、前記放電回路に第１の時間だけ放電させる処理と前記第１の時間よりも長い第２の時間毎に前記放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返し、前記母線電圧値が目標値に到達した場合、または前記放電が異常状態であると判定した場合には、前記放電回路に前記放電を終了させる、
ことを特徴とする電力変換装置。

【請求項2】

前記第１の時間は、前記第１の時間だけ前記放電が実施されても前記放電回路を破壊しない時間である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記第１の時間は、前記放電回路の特性と、前記放電回路が備える放電抵抗に印加される電流とに基づいて設定された時間である、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記放電制御装置は、前記第２の時間毎に計測された母線電圧値が、当該母線電圧値に対応する基準値以下となっていない場合に、前記放電が異常状態であると判定する、
ことを特徴とする請求項１から３の何れか１つに記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記基準値は、前記第２の時間毎に計測された母線電圧値の予測値である電圧予測値に、特定値を加えた値である、
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。

【請求項6】

交流電源と、
交流によって駆動される負荷と、
前記交流電源から供給される電力を用いて前記負荷に交流を供給する電力変換装置と、
前記交流電源から前記電力変換装置に供給される電力の開放または遮断を行う開閉器と、
を有し、
前記電力変換装置は、
入力された交流を直流に変換するコンバータ部と、
変換された前記直流を平滑する平滑コンデンサと、
平滑された前記直流を交流に変換して負荷に出力するインバータ部と、
前記平滑コンデンサに充電された電荷を前記負荷の停止時に、放電抵抗によって放電する放電回路と、
前記平滑コンデンサが接続された母線間の電圧を母線電圧値として計測する電圧計測部と、
前記放電回路による放電を制御する放電制御装置と、
を備え、
前記放電制御装置は、
前記母線電圧値に基づいて前記放電が異常状態であるか否かを判定し、前記放電が正常状態であると判定している間は、前記放電回路に第１の時間だけ放電させる処理と前記第１の時間よりも長い第２の時間毎に前記放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返し、前記母線電圧値が目標値に到達した場合、または前記放電が異常状態であると判定した場合には、前記放電回路に前記放電を終了させる、
ことを特徴とする電力変換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、放電機能を有した電力変換装置および電力変換システムに関する。

【背景技術】

【0002】

電源から供給される電力を用いて負荷に交流電力を供給する電力変換装置は、例えば、負荷が大容量のモータを備えたサーボ機構である場合、サーボ機構の運転を停止した後、モータ駆動回路内の平滑コンデンサが充電状態であれば、放電を実施する必要がある。このため、電力変換装置には、放電回路が設けられている。この電力変換装置において、電力変換装置が異常な状態で放電を継続してしまうと、放電回路が破壊されてしまう恐れがあるので、異常な状態での放電を検知し、放電回路を保護することが望まれる。

【0003】

特許文献１に記載の電力変換装置は、コンタクタを介して高電圧バッテリに接続されている。この電力変換装置は、平滑コンデンサの電荷を放電する放電回路と、放電回路が備えるスイッチング素子のオンおよびオフを制御する制御回路とを備えている。この制御回路は、平滑コンデンサの電荷を放電する前に、短時間だけスイッチング素子をオンし、オン前後の平滑コンデンサの端子間電圧に基づいて、コンタクタのオンまたはオフを判定している。制御回路は、コンタクタがオンであると判定した場合には、特定時間待機した後にコンタクタのオンまたはオフを判定する処理を繰り返し、コンタクタがオフであると判定した場合には、放電可能と判断して連続放電を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１３−０３１３２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記特許文献１の技術では、一度放電可能と判断した後は、連続放電を行っているので、放電中に異常放電となってしまった場合を検知できず、放電中に異常放電となった場合には放電回路を破壊してしまう恐れがあった。

【0006】

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、放電中に異常放電となった場合であっても放電中の異常放電を検知して放電回路を保護することができる電力変換装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の電力変換装置は、入力された交流を直流に変換するコンバータ部と、変換された直流を平滑する平滑コンデンサと、平滑された直流を交流に変換して負荷に出力するインバータ部とを備える。また、本開示の電力変換装置は、平滑コンデンサに充電された電荷を負荷の停止時に、放電抵抗によって放電する放電回路と、平滑コンデンサが接続された母線間の電圧を母線電圧値として計測する電圧計測部と、放電回路による放電を制御する放電制御装置と、を備える。放電制御装置は、母線電圧値に基づいて放電が異常状態であるか否かを判定する。放電制御装置は、放電が正常状態であると判定している間は、放電回路に第１の時間だけ放電させる処理と第１の時間よりも長い第２の時間毎に放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返す。放電制御装置は、母線電圧値が目標値に到達した場合、または放電が異常状態であると判定した場合には、放電回路に放電を終了させる。

【発明の効果】

【0008】

本開示にかかる電力変換装置は、放電中に異常放電となった場合であっても放電中の異常放電を検知して放電回路を保護することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態にかかる電力変換装置を備えた電力変換システムの構成を示す図

【図2】実施の形態にかかる電力変換装置が備える放電制御装置の構成を示す図

【図3】実施の形態にかかる電力変換システムによる放電処理の処理手順を示すフローチャート

【図4】実施の形態にかかる電力変換装置が、正常状態で放電を実施する場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャート

【図5】実施の形態にかかる電力変換装置が、異常状態で放電を開始する場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャート

【図6】実施の形態にかかる電力変換装置が、正常状態で放電を開始した後に異常状態に変化した場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャート

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に、本開示の実施の形態にかかる電力変換装置および電力変換システムを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの開示が限定されるものではない。

【0011】

実施の形態．
図１は、実施の形態にかかる電力変換装置を備えた電力変換システムの構成を示す図である。電力変換システム１は、電力変換装置１０と、交流電源１００と、電磁開閉器１０１と、負荷の一例であるモータ１０８とを備えている。電力変換装置１０は、交流電源１００から供給される電力を、任意の周波数および任意の電圧に変換してモータ１０８に供給する。負荷がモータ１０８である場合、電力変換装置１０は、交流によってモータ１０８を駆動するモータ駆動装置として機能する。

【0012】

電力変換システム１は、電力変換装置１０による１回の放電時間を、電力変換システム１の異常時でも放電回路１１１が破壊されない時間とし、周期的に放電と非放電とを繰り返す。電力変換システム１は、放電が正常状態であると判定している間は、放電回路１１１に放電させる処理と放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返し、放電が目標まで完了した場合、または放電が異常状態であると判定した場合には、放電を終了させる。

【0013】

交流電源１００は、電力変換装置１０に交流を入力する電源である。電磁開閉器１０１は、交流電源１００から電力変換装置１０に供給される電力の開放または遮断を行う開閉器の一例である。

【0014】

電力変換装置１０は、コンバータ部１０２と、電圧計測部１０３と、平滑コンデンサ１０４と、回生抵抗である放電抵抗１０５と、スイッチ素子１０６と、インバータ部１０７と、放電制御装置２０とを有している。なお、図１で説明する平滑コンデンサ１０４、スイッチ素子１０６などは、一例であり、同様の機能を有した他の部品で代用されてもよい。

【0015】

電力変換システム１では、平滑コンデンサ１０４、放電抵抗１０５、およびスイッチ素子１０６によって放電回路１１１が構成されている。放電回路１１１は、平滑コンデンサ１０４に充電された電荷を放電する回路である。放電回路１１１は、モータ１０８の停止時に、放電を実施する。なお、平滑コンデンサ１０４は、放電回路１１１の外部に設けられてもよい。この場合、平滑コンデンサ１０４および放電抵抗１０５によって放電回路１１１が構成される。

【0016】

コンバータ部１０２は、交流電源１００から印加される交流電圧を整流して直流電圧に変換する。コンバータ部１０２の一例は、ダイオードブリッジで構成された全波整流回路である。コンバータ部１０２の出力端には、インバータ部１０７が接続される。コンバータ部１０２とインバータ部１０７とは、高電位側の直流母線１１Ａと低電位側の直流母線１１Ｂとによって接続される。直流母線１１Ａと直流母線１１Ｂとの間には、電圧計測部１０３と、平滑コンデンサ１０４と、放電抵抗１０５と、スイッチ素子１０６とが配置されている。

【0017】

直流母線１１Ａ上には、接続点１３Ａ，１４Ａ，１５Ａが配置されており、直流母線１１Ｂ上には、接続点１３Ｂ，１４Ｂ，１５Ｂが配置されている。接続点１３Ａは、コンバータ部１０２に接続され、接続点１５Ａは、インバータ部１０７の一端に接続され、接続点１４Ａは、接続点１３Ａ，１５Ａに接続されている。接続点１３Ｂは、コンバータ部１０２に接続され、接続点１５Ｂは、インバータ部１０７の他端に接続され、接続点１４Ｂは、接続点１３Ｂ，１５Ｂに接続されている。

【0018】

電圧計測部１０３は、接続点１３Ａおよび接続点１３Ｂに接続されている。平滑コンデンサ１０４は、接続点１４Ａおよび接続点１４Ｂに接続されている。放電抵抗１０５は接続点１５Ａに接続され、スイッチ素子１０６は接続点１５Ｂに接続され、放電抵抗１０５とスイッチ素子１０６とが直列接続されている。

【0019】

スイッチ素子１０６は、コレクタが放電抵抗１０５に接続されている。これにより、スイッチ素子１０６のコレクタは、放電抵抗１０５を介して平滑コンデンサ１０４の正極に接続されている。また、スイッチ素子１０６では、ベースが放電制御装置２０に接続され、エミッタが接続点１５Ｂに接続されている。

【0020】

このように、電力変換装置１０では、コンバータ部１０２と、電圧計測部１０３と、平滑コンデンサ１０４と、直列接続された放電抵抗１０５およびスイッチ素子１０６と、インバータ部１０７と、が並列に接続されている。

【0021】

直流母線１１Ａと直流母線１１Ｂとの間の電圧は、母線電圧と呼ばれる。平滑コンデンサ１０４は、直流電圧である母線電圧を平滑して、母線電圧を安定化する。このように、平滑コンデンサ１０４は、コンバータ部１０２で交流から変換された直流を平滑する。

【0022】

電圧計測部１０３は、母線電圧の電圧値である母線電圧値を計測する計測器である。電圧計測部１０３は、放電制御装置２０からの指示に従って母線電圧値を計測してもよいし、特定の時間毎に母線電圧値を計測してもよい。電圧計測部１０３は、計測した母線電圧値を放電制御装置２０に送る。

【0023】

スイッチ素子１０６は、放電制御装置２０から放電指令の信号である放電指令信号を受信するとオンになり、平滑コンデンサ１０４と放電抵抗１０５とが電気的に接続される。これにより、平滑コンデンサ１０４に充電された電荷が、放電抵抗１０５によって熱エネルギーへ変換されて放電される。

【0024】

インバータ部１０７は、直流電力を交流電力に変換してモータ１０８に供給するインバータ回路を有している。インバータ部１０７は、例えば６つのスイッチ素子を用いて構成されている。インバータ部１０７は、平滑コンデンサ１０４で平滑された直流を交流に変換してモータ１０８に出力する。

【0025】

電力変換システム１は、モータ１０８を駆動する際に電磁開閉器１０１を開放する。これにより、電力変換システム１は、交流電源１００の電力を電力変換装置１０に入力し、平滑コンデンサ１０４を充電する。

【0026】

また、電力変換システム１は、モータ１０８の駆動を終了する際に電磁開閉器１０１を遮断する。これにより、電力変換システム１では、交流電源１００の電力が電力変換装置１０に入力されない状態となる。その後、電力変換システム１は、スイッチ素子１０６の開閉（オンまたはオフ）によって、平滑コンデンサ１０４の放電、すなわちコンデンサ放電を実施する。

【0027】

放電制御装置２０は、放電回路１１１による放電を制御するコンピュータである。ここで、放電制御装置２０の構成について説明する。図２は、実施の形態にかかる電力変換装置が備える放電制御装置の構成を示す図である。放電制御装置２０は、異常判定部３２および放電指令生成部３３を備えている。放電制御装置２０は、制御部であるプロセッサ２１、記憶部であるメモリ２２、入力装置２３、および出力装置２４により実現することができる。

【0028】

プロセッサ２１の例は、ＣＰＵ（Central Processing Unit、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）ともいう）またはシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）である。メモリ２２の例は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）である。

【0029】

放電制御装置２０は、プロセッサ２１が、メモリ２２で記憶されている放電制御装置２０の動作を実行するための、コンピュータで実行可能な、制御プログラムを読み出して実行することにより実現される。放電制御装置２０の動作を実行するためのプログラムである制御プログラムは、放電制御装置２０の手順または方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

【0030】

放電制御装置２０で実行される制御プログラムは、異常判定部３２と、放電指令生成部３３とを含むモジュール構成となっており、これらが主記憶装置上にロードされ、これらが主記憶装置上に生成される。

【0031】

異常判定部３２は、放電をｎ回（ｎは自然数）実施した時の母線電圧の予測値（後述する電圧予測値）を算出する。また、異常判定部３２は、放電をｎ回実施した時の母線電圧値が、放電をｎ回実施した時の電圧予測値以下であるか否かを判定する。異常判定部３２は、異常状態でないと判定した場合に、放電指令生成部３３に放電指示を送る。

【0032】

放電指令生成部３３は、異常判定部３２が異常状態でないと判定した場合に、スイッチ素子１０６に放電指令信号を送ることで、平滑コンデンサ１０４の放電を実施する。

【0033】

入力装置２３は、電圧計測部１０３から送られてくる母線電圧値を受け付けてプロセッサ２１に送る。メモリ２２は、プロセッサ２１が各種処理を実行する際の一時メモリに使用される。また、メモリ２２は、プロセッサ２１から送られてくる母線電圧値および電圧予測値を記憶する。また、メモリ２２は、数式として、後述する式（１）から（３）を記憶しておく。式（１）から（３）は、放電制御に用いられる数式である。出力装置２４は、プロセッサ２１から送られてくる放電指令信号を、スイッチ素子１０６に出力する。

【0034】

放電制御装置２０が用いる制御プログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルで、コンピュータが読み取り可能な記憶媒体に記憶されてコンピュータプログラムプロダクトとして提供されてもよい。また、制御プログラムは、インターネットなどのネットワーク経由で放電制御装置２０に提供されてもよい。なお、放電制御装置２０の機能について、一部を専用回路などの専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。

【0035】

また、異常判定部３２の処理を実行するプロセッサと、放電指令生成部３３の処理を実行するプロセッサとは、別々のプロセッサであってもよい。この場合、異常判定部３２の処理を実行する際に用いられるプログラムと、放電指令生成部３３の処理を実行する際に用いられるプログラムとは、別々のプログラムとなる。

【0036】

図３は、実施の形態にかかる電力変換システムによる放電処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、電力変換システム１は、放電抵抗１０５を特定時間ずつ駆動させて平滑コンデンサ１０４の放電を特定時間ずつ実施する。

【0037】

電力変換装置１０の電圧計測部１０３は、平滑コンデンサ１０４の放電を実施する前に放電前の母線電圧値である母線電圧値realV₀を計測する。すなわち、電圧計測部１０３は、放電回路１１１内の電圧である母線電圧値realV₀を計測する（ステップＳ１０）。なお、本実施の形態では、放電前の母線電圧値を母線電圧値realV₀といい、ｎ回の放電が終了した後の母線電圧値を母線電圧値realV_nという。電圧計測部１０３は、計測した母線電圧値realV₀を放電制御装置２０の異常判定部３２に送る。

【0038】

異常判定部３２は、母線電圧値realV₀をメモリ２２に記憶させる。異常判定部３２は、放電後の母線電圧の予測値である電圧予測値virtualV₁を算出する（ステップＳ２０）。なお、本実施の形態では、放電をｎ回実施した時の電圧予測値を電圧予測値virtualV_nという。異常判定部３２は、以下の式（１）によって電圧予測値virtualV_nを算出する。

【0039】

【数1】

【0040】

式（１）におけるexpは、自然指数関数であり、ｘは、１回の放電時間である。本実施の形態では、ｘの単位が秒である場合について説明する。１回の放電時間は、異常時に放電が行われても放電回路１１１が破壊されない時間である。すなわち、ｘ秒の間、異常時に放電が行われても放電回路１１１は破壊されない。ｘの値は、放電抵抗１０５の特性、放電時に放電抵抗１０５に印加される電流値などに基づいて設定される。Ｃは、平滑コンデンサ１０４の静電容量であり、Ｒは、放電抵抗１０５の抵抗値であり、Toleranceは、母線電圧の許容誤差である。

【0041】

電力変換システム１における異常状態の例は、モータ１０８の駆動を停止させたにもかかわらず、電磁開閉器１０１が開状態となっている場合である。この場合に電力変換装置１０が放電を実施すると、異常放電となる。また、モータ１０８の駆動を停止させた後に電磁開閉器１０１が閉状態となっていても、電力変換装置１０による放電の実施中に電磁開閉器１０１が開状態になると、電力変換システム１は、異常状態となり、以後の放電は異常放電となる。

【0042】

異常判定部３２は、電圧予測値virtualV₁をメモリ２２に記憶させる。また、電圧計測部１０３が母線電圧値である母線電圧値realV₀を計測した後、放電指令生成部３３は、スイッチ素子１０６に放電指令信号を送り平滑コンデンサ１０４の放電を実施する。放電指令信号は、スイッチ素子１０６にｘ秒だけ平滑コンデンサ１０４の放電を実施させる信号である。これにより、平滑コンデンサ１０４は、ｘ秒だけ放電を実施する（ステップＳ３０）。

【0043】

平滑コンデンサ１０４がｘ秒の放電を実施した後、電圧計測部１０３は、再度母線電圧値を計測する。ここでの電圧計測部１０３は、１回の放電が完了した後なので、母線電圧値realV₁を計測する（ステップＳ４０）。電圧計測部１０３は、計測した母線電圧値realV₁を放電制御装置２０の異常判定部３２に送る。

【0044】

異常判定部３２は、母線電圧値realV₁をメモリ２２に記憶させる。異常判定部３２は、１回分の放電が完了するたびに、以下の式（２）を満たすか否かを判定する（ステップＳ５０）。換言すると、異常判定部３２は、１回分の放電が完了するたびに、母線電圧値realV_nが、目標とする母線電圧値である目標電圧値finV以下であるか否かを判定する。すなわち、異常判定部３２は、１回分の放電が完了するたびに、放電が正常に完了したか否かを判定する。

【0045】

【数2】

【0046】

目標電圧値finVは、放電が正常に完了したか否かの判定に用いられる判定の基準値である。ここでの異常判定部３２は、母線電圧値realV₁が目標電圧値finV以下であるか否かを判定する。

【0047】

異常判定部３２は、母線電圧値realV_nが目標電圧値finVになると、すなわち式（２）を満たす場合（ステップＳ５０、Ｙｅｓ）、正常な放電完了とみなし、これにより、電力変換システム１は、放電を終了する。

【0048】

異常判定部３２は、式（２）を満たさない場合（ステップＳ５０、Ｎｏ）、異常放電であるか否かを判定する。異常判定部３２は、母線電圧値realV_nおよび電圧予測値virtualV_nが以下の式（３）を満たすか否かを判定する（ステップＳ６０）。換言すると、異常判定部３２は、母線電圧値realV_nが電圧予測値virtualV_n以下となっているか否かを判定する。すなわち、異常判定部３２は、異常放電が発生しているか否かを判定する。

【0049】

【数3】

【0050】

ここでの異常判定部３２は、母線電圧値realV₁が電圧予測値virtualV₁以下となっているか否かを判定する。電圧予測値virtualV_nは、式（１）に示したように、特定値であるToleranceを含んでいる。したがって、電力変換システム１に異常が発生していなければ、電圧予測値virtualV_nは、母線電圧値realVnよりもTolerance分だけ大きくなっているはずである。このため、母線電圧値realV_nが電圧予測値virtualV_n以下となっていれば、電力変換システム１は正常であると考えられる。なお、Toleranceは、（母線電圧値realV_n）−（母線電圧値realV_n+1）の値よりも小さな値である。

【0051】

式（３）を満たさない場合（ステップＳ６０、Ｎｏ）、異常判定部３２は、異常放電であるとみなし、これにより、電力変換システム１は、放電を終了する。

【0052】

一方、式（３）を満たす場合（ステップＳ６０、Ｙｅｓ）、異常判定部３２は、放電の継続が可能であると判断する。放電の継続が可能である場合、電力変換システム１は、放電の終了条件となるまで上述した放電と判定とを繰り返す。換言すると、電力変換システム１は、放電が正常状態であると判定している間は、上述した放電と判定とを繰り返す。この場合、電力変換システム１では、異常判定部３２が、放電後の母線電圧の予測値である電圧予測値virtualV_n+1を算出する（ステップＳ７０）。この場合も、異常判定部３２は、上述の式（１）によって電圧予測値virtualV_n+1を算出する。

【0053】

異常判定部３２は、電圧予測値virtualV_n+1をメモリ２２に記憶させる。異常判定部３２が電圧予測値virtualV_n+1を算出した後、放電指令生成部３３は、スイッチ素子１０６に放電指令信号を送り平滑コンデンサ１０４の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ１０４は、ｘ秒だけ放電を実施する（ステップＳ８０）。そして、電圧計測部１０３は、母線電圧値realV_n+1を計測する（ステップＳ９０）。

【0054】

この後、電力変換システム１は、ステップＳ５０の処理に戻る。そして、電力変換システム１は、式（２）の母線電圧値realV_nを母線電圧値realV_n+1に置き換えて母線電圧値realV_n+1および目標電圧値finVが式（２）を満たすか否かを判定する。満たさない場合、電力変換システム１は、式（３）の母線電圧値realV_nを母線電圧値realV_n+1に置き換え、電圧予測値virtualV_nを電圧予測値virtualV_n+1に置き換えて、母線電圧値realV_n+1および電圧予測値virtualV_n+1が式（３）を満たすか否かを判定する。

【0055】

電力変換システム１は、放電回数が１回増える毎に、ｎに１ずつ加算していく。電力変換システム１は、母線電圧値および目標電圧値finVが式（２）を満たす（ステップＳ５０、Ｙｅｓ）か、母線電圧値および電圧予測値が式（３）を満たす（ステップＳ６０、Ｙｅｓ）まで、ステップＳ５０からＳ９０の処理を繰り返す。

【0056】

なお、ステップＳ２０の処理は、ステップＳ３０の処理以降、またはステップＳ４０の処理以降に実行されてもよい。また、ステップＳ７０の処理は、ステップＳ８０の処理以降、またはステップＳ９０の処理以降に実行されてもよい。

【0057】

図４は、実施の形態にかかる電力変換装置が、正常状態で放電を実施する場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャートである。図４では、平滑コンデンサ１０４の放電が正常に実施された場合の母線電圧値の変化と、スイッチ素子１０６による放電または非放電のタイミングとを示している。電力変換システム１では、電磁開閉器１０１が遮断状態である場合に、平滑コンデンサ１０４の放電が正常に実施される。

【0058】

図４の上段に示すグラフは、母線電圧値の変化を示すグラフであり、図４の下段に示すグラフは、放電または非放電のタイミングを示すグラフである。図４の上段に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は母線電圧値である。

【0059】

電力変換システム１は、例えば、時間Ｔ（Ｔ＞ｘ）の周期で、母線電圧値realV_nが電圧予測値virtualV_n以下となるかを判定する。したがって、電力変換システム１は、時間Ｔの間に放電と非放電とを１回ずつ実施する。すなわち、電力変換システム１は、放電と非放電との実施を、時間Ｔの周期で実施する。第１の時間であるｘは、１回の放電時間であるので、Ｔ−ｘが、１回の非放電時間となる。第２の時間である時間Ｔは、プロセッサ２１が問題なく動作する周期と同じ時間とする。

【0060】

電圧計測部１０３は、平滑コンデンサ１０４の放電を実施する前に、母線電圧値realV₀を計測する。異常判定部３２は、母線電圧値realV₀を計測した後、母線電圧値realV₀を用いて電圧予測値virtualV₁を算出する。

【0061】

また、放電指令生成部３３は、スイッチ素子１０６に放電指令信号を送り平滑コンデンサ１０４の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ１０４は、ｘ秒だけ放電を実施する。

【0062】

電圧計測部１０３は、母線電圧値realV₀を計測した後、時間Ｔの経過後に、母線電圧値realV₁を計測する。異常判定部３２は、母線電圧値realV₁が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV₁が電圧予測値virtualV₁以下であるか否かを判定する。

【0063】

電力変換システム１に異常が発生していなければ、母線電圧値realV₁は、電圧予測値virtualV₁以下である。この場合、異常判定部３２は、母線電圧値realV₀を用いて電圧予測値virtualV₂を算出する。

【0064】

また、放電指令生成部３３は、スイッチ素子１０６に放電指令信号を送り平滑コンデンサ１０４の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ１０４は、ｘ秒だけ放電を実施する。

【0065】

電圧計測部１０３は、母線電圧値realV₁を計測した後、時間Ｔの経過後に、母線電圧値realV₂を計測する。異常判定部３２は、母線電圧値realV₂が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV₂が電圧予測値virtualV₂以下であるか否かを判定する。

【0066】

このように、電力変換システム１は、電力変換システム１に異常が発生していなければ、時間Ｔ毎に、電圧予測値virtualV_nの算出と、ｘ秒の放電と、母線電圧値realV_nの計測と、母線電圧値realV_nが電圧予測値virtualV_n以下であるか否かの判定とを実施する。

【0067】

電力変換システム１は、電力変換システム１に異常が発生していなければ、平滑コンデンサ１０４の放電を繰り返し、電圧計測部１０３にて測定される母線電圧値realV_nが、目標電圧値finV以下となった時に、平滑コンデンサ１０４の正常な放電完了とみなし、放電処理を終了する。これにより、複数回に渡って放電抵抗１０５を短時間駆動する放電が完了する。

【0068】

このように、電力変換システム１は、電力変換システム１に異常が発生しているか否かを確認しながら、放電抵抗１０５を複数回に渡って短時間駆動することで放電を実施する。これにより、電力変換システム１は、電磁開閉器１０１が遮断状態であり交流電源１００からの電力が電力変換装置１０に入力されない正常状態では、放電回路１１１の破壊を防止しながら、平滑コンデンサ１０４の放電を実施することができる。

【0069】

図５は、実施の形態にかかる電力変換装置が、異常状態で放電を開始する場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャートである。図５では、異常状態が原因で平滑コンデンサ１０４の放電が終了される場合の母線電圧値の変化と、スイッチ素子１０６による放電または非放電のタイミングとを示している。電力変換システム１では、電磁開閉器１０１が開放状態である場合に、平滑コンデンサ１０４の放電は終了となる。

【0070】

図５の上段に示すグラフは、母線電圧値の変化を示すグラフであり、図５の下段に示すグラフは、放電または非放電のタイミングを示すグラフである。図５の上段に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は母線電圧値である。

【0071】

平滑コンデンサ１０４が放電される際に、電磁開閉器１０１が何らかの原因で遮断（オフ）されておらず、交流電源１００からの電力が電力変換装置１０に入力されている状態となる場合がある。

【0072】

電力変換システム１の電圧計測部１０３は、正常時と同様に、平滑コンデンサ１０４の放電を実施する前に、放電前の母線電圧値realV₀を計測する。異常判定部３２は、母線電圧値realV₀を計測した後、母線電圧値realV₀を用いて電圧予測値virtualV₁を算出する。

【0073】

また、放電指令生成部３３は、スイッチ素子１０６に放電指令信号を送り平滑コンデンサ１０４の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ１０４は、ｘ秒だけ放電を実施する。

【0074】

電圧計測部１０３は、母線電圧値realV₀を計測した後、時間Ｔの経過後に、母線電圧値realV₁を計測する。異常判定部３２は、母線電圧値realV₁が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV₁が電圧予測値virtualV₁以下であるか否かを判定する。

【0075】

電磁開閉器１０１が遮断されていない場合、平滑コンデンサ１０４は放電をしても、交流電源１００からの電力によって充電される。したがって、母線電圧値realV₀は、電圧予測値virtualV₁以下にならない。この場合、異常判定部３２は、異常放電であるとみなす。これにより、電力変換システム１は、放電を終了することで、放電回路１１１を保護する。

【0076】

このように、電力変換システム１は、電磁開閉器１０１が開放状態で交流電源１００の電力が電力変換装置１０に入力された状態では、放電を終了することで、放電抵抗１０５の破壊を防止することができる。

【0077】

図６は、実施の形態にかかる電力変換装置が、正常状態で放電を開始した後に異常状態に変化した場合の母線電圧値の変化を示すタイミングチャートである。図６では、平滑コンデンサ１０４の放電が正常に開始された後に異常が原因で平滑コンデンサ１０４の放電が終了される場合の母線電圧値の変化と、スイッチ素子１０６による放電または非放電のタイミングとを示している。電力変換システム１では、電磁開閉器１０１が遮断状態から開放状態に変化した場合に、平滑コンデンサ１０４の放電は終了となる。

【0078】

図６の上段に示すグラフは、母線電圧値の変化を示すグラフであり、図６の下段に示すグラフは、放電または非放電のタイミングを示すグラフである。図６の上段に示すグラフの横軸は時間であり、縦軸は母線電圧値である。

【0079】

電圧計測部１０３は、平滑コンデンサ１０４の放電を実施する前に、母線電圧値realV₀を計測する。異常判定部３２は、母線電圧値realV₀を計測した後、母線電圧値realV₀を用いて電圧予測値virtualV₁を算出する。

【0080】

また、放電指令生成部３３は、スイッチ素子１０６に放電指令信号を送り平滑コンデンサ１０４の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ１０４は、ｘ秒だけ放電を実施する。

【0081】

電圧計測部１０３は、母線電圧値realV₀を計測した後、時間Ｔの経過後に、母線電圧値realV₁を計測する。異常判定部３２は、母線電圧値realV₁が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV₁が電圧予測値virtualV₁以下であるか否かを判定する。

【0082】

電力変換システム１に異常が発生していなければ、母線電圧値realV₁は、電圧予測値virtualV₁以下である。この場合、異常判定部３２は、母線電圧値realV₀を用いて電圧予測値virtualV₂を算出する。

【0083】

また、放電指令生成部３３は、スイッチ素子１０６に放電指令信号を送り平滑コンデンサ１０４の放電を実施する。これにより、平滑コンデンサ１０４は、ｘ秒だけ放電を実施する。

【0084】

電圧計測部１０３は、母線電圧値realV₁を計測した後、時間Ｔの経過後に、母線電圧値realV₂を計測する。異常判定部３２は、母線電圧値realV₂が目標電圧値finV以下でなければ、母線電圧値realV₂が電圧予測値virtualV₂以下であるか否かを判定する。

【0085】

この後、母線電圧値realV_m（ｍは、２からｎの何れかの自然数）が目標電圧値finV以下となる前に、電磁開閉器１０１が開放されると、平滑コンデンサ１０４は、交流電源１００からの電力によって充電される。すなわち、（ｍ−１）回目からｍ回目の放電の実施中に何らかの原因で電磁開閉器１０１が開放となった場合、母線電圧値realV_mは、１回目の放電が開始される前の母線電圧値realV₀と同等の電圧値になる。

【0086】

このように、放電中に電力変換システム１に異常が発生すると、母線電圧値realV_mは、電圧予測値virtualV_m以下にならない。この場合、異常判定部３２は、異常放電であるとみなす。これにより、電力変換システム１は、放電を終了することで、放電回路１１１を保護する。電力変換システム１は、電磁開閉器１０１が遮断された正常状態で放電を開始し、複数回に渡る放電の途中で電磁開閉器１０１が開放された異常状態になった場合、放電を終了させるので、放電抵抗１０５の破壊を防止することができる。

【0087】

ところで、１回の放電処理で、平滑コンデンサが持っている電位を目標値に落とす電力変換システムがある。この電力変換システムでは、平滑コンデンサが持っている電位を目標値に落とすまでに必要な放電時間よりも、異常時の放電で放電回路が破壊されるまでの時間のほうが短くなる場合がある。この場合、電力変換システムは、平滑コンデンサの電位を目標値まで下げる前に、異常時の放電で放電回路を破壊させてしまう。

【0088】

本実施の形態の電力変換システム１における１回分の放電時間であるｘは、異常時に放電が行われても放電回路１１１が破壊されない時間である。そして、電力変換システム１は、１回分の放電が完了するたびに、母線電圧値realV_nが電圧予測値virtualV_n以下であるか否かを判定する。すなわち、電力変換システム１は、１回分の放電が完了するたびに、異常な状態で放電が行われていないかを判定し、異常な状態で放電が行われている場合は放電を終了させている。したがって、電力変換システム１は、異常時の放電で放電回路１１１を破壊させてしまうことはない。また、電力変換システム１は、コンデンサの電位を安全なレベルに落とすまでの放電時間よりも、異常時の放電で放電回路が破壊されるまでの時間の方が短いシステムに対しても適用可能である。また、電力変換システム１は、母線電圧の監視周期が長い場合であっても、放電回路１１１を破壊させることなく安全な放電が可能である。

【0089】

また、電力変換システム１は、母線電圧値realV_nが電圧予測値virtualV_n以下であるか否かに基づいて、電力変換システム１が異常な状態であるか否かを判定しているので、コンバータ部１０２に電力が供給されているか否かを監視する機能が無い場合であっても、異常な状態であるか否かを判定できる。

【0090】

コンバータ部とインバータ部とが一体となった電力変換システムでは、コンバータ部に電力が供給されているか否かを監視する機能があれば、電力変換システムが異常な状態であるか否かの判定は容易である。一方、コンバータ部とインバータ部とが分かれている電力変換システムでは、コンバータ部に電力が供給されているか否かを監視する機能があっても、電力変換システムが異常な状態であるか否かの判定は困難であった。本実施の形態の電力変換システム１は、コンバータ部１０２とインバータ部１０７とが分かれているが、母線電圧値realV_nが電圧予測値virtualV_n以下であるか否かに基づいて、電力変換システム１が異常な状態であるか否かを判定しているので、異常状態の判定が容易である。

【0091】

コンバータ部に電力が供給されているか否かを監視する機能を有した電力変換システムであっても、監視周期が長い場合には、放電回路を破壊させてしまう場合がある。本実施の形態の電力変換システム１は、監視周期に関わらず、母線電圧値realV_nが電圧予測値virtualV_n以下であるか否かに基づいて、電力変換システム１が異常な状態であるか否かを判定しているので、放電回路１１１の破壊を防止することができる。

【0092】

このように実施の形態では、電力変換装置１０が、母線電圧値realV_nに基づいて放電が異常状態であるか否かを判定し、放電が正常状態であると判定している間は、放電回路１１１にｘ秒だけ放電させる処理と時間Ｔ毎に放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返している。そして、電力変換装置１０は、母線電圧値realV_nが目標電圧値finVに到達した場合、または放電が異常状態であると判定した場合には、放電回路１１１に放電を終了させている。したがって、電力変換装置１０は、放電中に異常放電となった場合であっても放電中の異常放電を検知して放電回路１１１を保護することができる。

【0093】

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、実施の形態同士を組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0094】

１ 電力変換システム、１０ 電力変換装置、１１Ａ，１１Ｂ 直流母線、１３Ａ，１３Ｂ，１４Ａ，１４Ｂ，１５Ａ，１５Ｂ 接続点、２０ 放電制御装置、２１ プロセッサ、２２ メモリ、２３ 入力装置、２４ 出力装置、３２ 異常判定部、３３ 放電指令生成部、１００ 交流電源、１０１ 電磁開閉器、１０２ コンバータ部、１０３ 電圧計測部、１０４ 平滑コンデンサ、１０５ 放電抵抗、１０６ スイッチ素子、１０７ インバータ部、１０８ モータ、１１１ 放電回路。

【要約】

電力変換装置（１０）が、コンバータ部（１０２）と、平滑コンデンサ（１０４）と、インバータ部（１０７）と、平滑コンデンサ（１０４）に充電された電荷をモータ（１０８）の停止時に放電する放電回路（１１１）と、平滑コンデンサ（１０４）が接続された母線間の電圧を母線電圧値として計測する電圧計測部（１０３）と、放電回路（１１１）による放電を制御する放電制御装置（２０）と、を備え、放電制御装置（２０）は、母線電圧値に基づいて放電が異常状態であるか否かを判定し、放電が正常状態であると判定している間は、放電回路（１１１）にｘ秒だけ放電させる処理と、時間Ｔ毎に放電が異常状態であるか否かを判定する処理とを繰り返し、母線電圧値が目標値に到達した場合、または放電が異常状態であると判定した場合には、放電回路（１１１）に放電を終了させる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】