特開 2024-40771 電力変換装置および電力変換装置による電気系統異常検出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024040771

(43)【公開日】2024-03-26

(54)【発明の名称】電力変換装置および電力変換装置による電気系統異常検出方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240318BHJP

   H02J 3/38 20060101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 R

H02J3/38 120

H02J3/38 170

H02J3/38 110

H02M7/48 M

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022145340

(22)【出願日】2022-09-13

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】荒尾 祐介

【テーマコード（参考）】

5G066

5H770

【Ｆターム（参考）】

5G066HA13

5G066HB07

5G066HB09

5H770BA11

5H770CA04

5H770DA03

5H770DA41

5H770EA01

5H770GA11

5H770GA19

5H770HA02W

5H770HA02Y

5H770HA03W

5H770HA05Z

5H770HA14W

5H770JA09X

5H770JA11W

5H770JA16Y

5H770JA17Y

5H770JA17Z

5H770LA02X

5H770LB05

(57)【要約】

【課題】変圧器により、入力系統電源を変圧して、負荷電源系統に出力するための電力変換装置において、変圧器を含む電気系統における電流・電圧の異常を検出する。
【解決手段】三相交流の入力系統電源を変圧器により変圧して、負荷電源系統に三相交流として出力する電力変換装置であり、制御演算部は、電流検出器により検出された電流を電流データとして出力する電流検出部を有し、電流検出部から出力される電流データを参照し、変圧器の２次側の三相交流の各相に流れる電流、または、負荷電源系統に流れる三相交流の各相に流れる電流により、電源系統の異常診断を行う。また、制御演算部は、電圧検出部とを有し、電圧検出部により検出された電圧に基づいて、変圧器の２次側の三相交流の各相の電圧、または、負荷電源系統の三相交流の各相の電圧により、電源系統の異常診断を行う。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

三相交流の入力系統電源を変圧器により変圧して、負荷電源系統に三相交流として出力する電源系統に使用される電力変換装置であって、
前記変圧器の２次側と、負荷電源系統に接続され、変圧器の２次側の交流を負荷電源系統に提供する交流に変換する交流変換部と、
前記交流変換部に直流電流を入力する直流充電部と、
前記変圧器の２次側と、負荷電源系統に流れる電流を検出する電流検出器と、
電源系統における電流値と電圧値を演算して、電力変換装置の制御を行う制御演算部とを備え、
前記制御演算部は、前記電流検出器により検出された電流を電流データとして出力する電流検出部を有し、
前記制御演算部は、前記電流検出部から出力される電流データを参照し、前記変圧器の２次側の三相交流の各相に流れる電流、または、負荷電源系統に流れる三相交流の各相に流れる電流により、電源系統の異常診断を行う電力変換装置。

【請求項2】

前記制御演算部は、さらに、
前記変圧器の２次側の三相交流の各相の電圧、または、負荷電源系統の三相交流の各相の電圧を検出する電圧検出部とを有し、
前記電圧検出部により検出された電圧に基づいて、前記変圧器の２次側の三相交流の各相の電圧、または、負荷電源系統の三相交流の各相の電圧により、電源系統の異常診断を行う請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記電源系統は、前記変圧器の２次側と前記電力変換装置とに対して、負荷電源系統のオン・オフを行う２次側接点を有し、
前記制御演算部は、前記電圧検出部が検出した電圧と同期した電圧が生成されるように、前記交流変換部に指令し、
前記制御演算部は、前記２次側接点がオフにされた状態のときに、
前記電流検出部が検出した前記変圧器の２次側の三相交流の各相に流れる電流、または、前記電圧検出部により検出された電圧に基づいて、前記変圧器の２次側の三相交流の各相の電圧に基づいて、電源系統の異常診断を行うことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記電源系統は、前記変圧器の２次側と前記電力変換装置とに対して、負荷電源系統のオン・オフを行う２次側接点と、
前記入力系統電源に対して、前記変圧器の１次側のオン・オフを行う１次側接点とを有し、
前記制御演算部は、前記２次側接点がオフにされた状態であり、かつ、前記１次側接点がオフの状態のときに、
前記電流検出部が検出した各相に流れる電流が、ある一定のレベルに制御するように出力電圧を上下させ、
前記電流検出部が検出した前記変圧器の２次側の三相交流の各相に流れる電流、または、前記電圧検出部により検出された電圧に基づいて、前記変圧器の２次側の三相交流の各相の電圧により、電源系統の異常診断を行うことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記制御演算部は、さらに、前記変圧器の１次側の位相を検出する位相検出部を有し、
前記制御演算部は、前記１次側接点がオフにされた状態で、
前記変圧器の２次側の異常診断を行い、
その後に、出力電圧の位相を合わせて前記１次側接点をオンにし、前記変圧器の１次側の異常予測診断を行う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】

前記制御演算部が行う異常診断は、負荷電源系統への入力系統電源からの電力供給を遮断するプロセスにおいて、前記２次側接点がオフにされ、前記１次側接点がオフにされるまでの間に実施されることを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記制御演算部が行う異常診断は、負荷電源系統への入力系統電源からの電力供給を開始するプロセスにおいて、前記１次側接点がオンの状態にされるまでの間に実施され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8】

前記制御演算部は、いずれか１相が他の相よりも所定の閾値以上電流が高いまたは低い場合に、異常と判断すること、または、３相の電流を合算した場合に、所定の閾値以上電流が高いまたは低い場合に、異常と判断す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9】

前記制御演算部は、ある相のピークレベルの電圧値が、他の相のピークレベルの電圧値に比べて、所定の閾値以上、もしくは、所定の閾値以下にあるときに、異常と判断する、または、ある相の位相が、他の相の位相のずれの正常値より、所定の閾値以上、もしくは、所定の閾値以下にあるときに、異常があるものと判断することを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。

【請求項10】

三相交流の入力系統電源を変圧器により変圧して、負荷電源系統に三相交流として出力する電源系統に使用される電力変換装置による電気系統異常検出方法であって、
前記電力変換装置は、
前記変圧器の２次側と、負荷電源系統に接続され、変圧器の２次側の交流を負荷電源系統に提供する交流に変換する交流変換部と、
前記交流変換部に直流電流を入力する直流充電部と、
前記変圧器の２次側と、負荷電源系統に流れる電流を検出する電流検出器と、
電源系統における電流値と電圧値を演算して、電力変換装置の制御を行う制御演算部とを備え、
前記制御演算部は、前記電流検出器により検出された電流を電流データとして出力する電流検出部と、
前記変圧器の２次側の三相交流の各相の電圧、または、負荷電源系統の三相交流の各相の電圧を検出する電圧検出部とを有し、
前記制御演算部が、前記電流検出部から出力される電流データを参照し、前記変圧器の２次側の三相交流の各相に流れる電流、または、負荷電源系統に流れる三相交流の各相に流れる電流により、電源系統の異常診断を行うステップと、
前記制御演算部が、前記電圧検出部により検出された電圧に基づいて、前記変圧器の２次側の三相交流の各相の電圧、または、負荷電源系統の三相交流の各相の電圧により、電源系統の異常診断を行うステップとを有することを特徴とする電力変換装置による電気系統異常検出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電力変換装置および電力変換装置による電気系統異常検出方法に係り、特に、三相交流の入力系統電源を変圧して、負荷電源系統に出力するための電源系統における電流・電圧の異常を検出するのに好適な電力変換装置および電力変換装置による電気系統異常検出方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電力変換装置（Power Converter、電源回路：power supplyともいう）は、入力電力から必要とされる出力電力を生成する電力回路であり、産業、電力、電気鉄道分野などで広く利用されている重要デバイスである。

【0003】

入力から出力の間に変換されるものには、電圧、周波数、力率、波形、直流-単相交流-三相交流などの様々な形態がある。

【0004】

電力変換装置に使用される変圧器に関する技術としては、例えば、特許文献１がある。特許文献１には、変圧器の２次側母線に接続されているアクティブフィルタを利用して受電変圧器の励磁突入電流の抑制を図る技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平５－１１５１２７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記特許文献１には、受電変圧器の２次側母線に接続されているアクティブフィルタを利用して受電変圧器の励磁突入電流の抑制を図ることができるアクティブフィルタが記載されている。しかしながら、特許文献１に記載されたアクティブフィルタでは、変圧器が高調波抑制するフィルタとしての効果は発揮されるが、変圧器自体の状態をモニタしておらず、そのため変圧器の異常の兆候を取得できないという課題がある。

【0007】

本発明の目的は、変圧器により、入力系統電源を変圧して、負荷電源系統に出力するための電源系統において、変圧器を含む電気系統における電流・電圧の異常を検出し、診断する電力変換装置および電力変換装置による電気系統異常検出方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の電力変換装置の構成は、好ましくは、三相交流の入力系統電源を変圧器により変圧して、負荷電源系統に三相交流として出力する電源系統に使用される電力変換装置であって、前記変圧器の２次側と、負荷電源系統に接続され、変圧器の２次側の交流を負荷電源系統に提供する交流に変換する交流変換部と、前記交流変換部に直流電流を入力する直流充電部と、前記変圧器の２次側と、負荷電源系統に流れる電流を検出する電流検出器と、電源系統における電流値と電圧値を演算して、電力変換装置の制御を行う制御演算部とを備え、前記制御演算部は、前記電流検出器により検出された電流を電流データとして出力する電流検出部を有し、前記制御演算部は、前記電流検出部から出力される電流データを参照し、前記変圧器の２次側の三相交流の各相に流れる電流、または、負荷電源系統に流れる三相交流の各相に流れる電流により、電源系統の異常診断を行うようにしたものである。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、変圧器により、入力系統電源を変圧して、負荷電源系統に出力するための電源系統において、変圧器を含む電気系統における電流・電圧の異常を検出し、診断する電力変換装置および電力変換装置による電気系統異常検出方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電力変換装置が用いられる電源系統全体の構成図である。

【図2】電力変換装置の構成を示すブロック図である。

【図3】電力変換装置が電源遮断プロセスで行う処理を示すフローチャートである。

【図4A】電力変換装置が電源投入プロセスで行う処理を示すフローチャートである（その一）。

【図4B】電力変換装置が電源投入プロセスで行う処理を示すフローチャートである（その二）。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明に係る一実施形態を、図１ないし図４Ｂを用いて説明する。

【0012】

本実施形態の電力変換装置は、変圧器の２次側の電圧を検出し、変圧器を安定化させるために無効電力を制御することによって、変圧器出力を安定化させる機能を有する装置である。

【0013】

先ず、図１を用いて電力変換装置が用いられる電源系統全体の構成について説明する。

【0014】

本実施形態で説明する電源系統は、図１に示されるように、１次側接点１０１、変圧器１０２、２次側接点１０３、負荷電源系統１０４、位相検出器１０５、電力変換装置１００、外部電源ユニット１０６を有し、図のように接続されている。以下、変圧器１０２に入力される系統電源側（高圧側）を１次側、変圧されて負荷電源系統に提供する側（低圧側）を２次側と呼ぶ。本実施形態の電源系統は、系統電源側、負荷電源系統側共に、三相交流であるとする。

【0015】

１次側接点１０１は、入力系統から変圧器１０２へ電力を供給する際にオン・オフを切り換えるスイッチである。

【0016】

変圧器１０２は、入力された交流電力の電圧の高さを電磁誘導を利用して変換する電力機器であり、本実施形態では、１次側接点１０１を通して供給された電力を変圧し、２次側接点１０３を介して負荷電源系統１０４と、電力変換装置１００へ電力を供給する。

【0017】

２次側接点１０３は、接続された負荷電源系統１０４へ電力を供給する際オン・オフを切り換えるスイッチである。

【0018】

２次側接点１０３を介して接続された負荷電源系統１０４は、例えば、工場などのユーザーの電力消費のターゲットとなる稼働設備である。

【0019】

位相検出器１０５は、系統電源の位相を検出し、電力変換装置１００へ出力する。

【0020】

外部電源ユニット１０６は、直流電源、燃料電池、自然エネルギー設備などで構成され、電力変換装置１００の変圧器を安定させる分の直流電流を供給する。

【0021】

次に、図２を用いて電力変換装置の構成を説明する。

【0022】

電力変換装置１００は、図２に示されるように、直流充電部２０１、交流変換部２０２、電流検出器２０３、制御演算部２１０からなる。

【0023】

直流充電部２０１は、例えば、平滑コンデンサで構成され、平滑コンデンサに電気容量を蓄えることによって、外部電源ユニット１０６から入力された電力と変圧器側から入力された電力の平滑化を行う。また、例えば、蓄電池で構成され、外部電源ユニットから入力された電力と負荷電源系統側から入力された電力の充放電を行う。

【0024】

交流変換部２０２は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型トランジスタ）とフライホイールダイオードを用いた交流変換回路で構成され、直流充電部２０１の直流電力と、制御演算部２１０のＰＷＭ（Pulse Width Modulation）出力部２１５（後述）の出力指令を入力とし、変圧器の２次側の交流電力を、負荷電源系統に提供する所望の交流に変換し、変圧器および負荷電源系統の電力を制御する。ＩＧＢＴは、パワートランジスタの一種であり、低い飽和電圧と、比較的速いスイッチング特性を両立させたことに特徴がある。ＰＷＭ出力部２１５は、ＩＧＢＴのゲート（Ｇ）に接続され、直流充電部２０１は、ＩＧＢＴのコレクタ（Ｃ）とエミッタ（Ｅ）に接続される。ＰＷＭは、スイッチのオン・オフをくり返し行い、ＯＮのパルス幅に比例した電圧を得る制御方式である。

【0025】

制御演算部２１０は、ＭＣＵ（Micro Control Unit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの半導体回路からなる演算器であって、ソフトウェアあるいはハードウェアの演算回路で構成される。

【0026】

電流検出器２０３は、ホールＣＴ（Current Transformer：変流器）やシャント抵抗で構成され、電力変換装置１００と変圧器１０２または負荷電源系統１０４に流れる電流を検出し、制御演算部２１０の電流検出部２１１（後述）に出力する。ホールＣＴは、ホール効果を利用した磁気センサである。シャント抵抗は、電流を分流させて、回路に流れる電流を計測するための抵抗器である。

【0027】

制御演算部２１０は、サブ機能部として、電流検出部２１１、電流演算部２１２、電圧検出部２１３、電源検出部２１４、ＰＷＭ出力部２１５、位相検出部２１６、情報記憶部２１７、外部インターフェース２１８、安定化制御部２２０を有する。

【0028】

電流検出部２１１は、ＡＤ変換器（Analog Digital Converter）などの変換部であって、電流検出器２０３が出力した信号を入力とし、演算用データに変換して、電流演算部２１２に出力する。

【0029】

電流演算部２１２は、電流検出部２１１の出力した電流データを入力とし、電流データとして、例えば、無効電流、有効電流を計算し、安定化制御部２２０に出力する。

【0030】

電圧検出部２１３は、交流変換部２０２に入力された電圧を検出し、内部から指令された出力電圧との差異や、変圧器・負荷電源系統から入力される電圧レベルを取得し、安定化制御部２２０に出力する。

【0031】

電源検出部２１４は、外部電源ユニット１０６の電源状況をモニタリングし、電源の状態を安定化制御部２２０に出力する。

【0032】

ＰＷＭ出力部２１５は、交流変換部２０２の例えばＩＧＢＴのゲートに接続され、入力される交流に対してＰＷＭ変調を行う。

【0033】

位相検出部２１６は、位相検出器１０５が検出した変圧器の一次側の位相を取得することにより、位相情報を演算し、安定化制御部２２０に出力する。

【0034】

情報記憶部２１７は、安定化制御部２２０が演算したデータ、電流データ、電圧データ、寿命演算データなどを取得し、種々のデータをモニタリングしてデータを記憶する。記憶したデータは、外部インターフェース２１８に出力する。

【0035】

外部インターフェース２１８は、情報記憶部２１７から入力したデータを外部のクラウドサービスや管理端末、あるいはスマートフォンやタブレットなどの情報処理端末に出力する。

【0036】

安定化制御部２２０は、電流演算部２１２、電圧検出部２１３、電源検出部２１４、位相検出部２１６の出力を入力とし、入力した電流情報および電圧情報を用いて、出力電圧および出力電圧位相を安定させるため、例えば、電圧指令に対して、フィードバックされた電圧が近づくようにＰＩ（Proportional Integral：比例・積分）制御するなどする。この結果は、出力指令とされて、交流変換部２０２に出力される。

【0037】

次に、図３ないし図４Ｂを用いて電力変換装置による電気系統異常検出処理について説明する。

【0038】

先ず、図３を用いて電力変換装置が電源遮断プロセスで行う処理について説明する。

【0039】

先ず、電力変換装置１００の制御演算部２１０の安定化制御部２２０は、電圧検出部２１３で検出される変圧器１０２から入力される電圧に対して、電力変換装置１００からの出力電圧と出力位相を同期するようにＰＷＭ出力部２１５を制御する（Ｓ３０１）。これは、電源遮断のプロセスにおいて、過大な電流が流れないようにするための処理である。

【0040】

次に、外部装置（図示せず）の指令または電力変換装置１００の制御演算部２１０の指令により、２次側接点１０３をオフにする（Ｓ３０２）。

【0041】

次に、制御演算部２１０の安定化制御部２２０は、負荷電源系統１０４から切り離された状態になった後、電流検出器２０３、電流検出部２１１、電流演算部２１２のルートにより得られた電流値、および、電圧検出部２１３より得られた電圧値を取得する（Ｓ３０３）。

【0042】

次に、安定化制御部２２０は、得られた電流値および電圧値から、異常状態を検証する（Ｓ３０４）。

【0043】

この異常状態の検証は、例えば、負荷条件の変動による電圧降下の影響などの異常状態を検証するものである。

【0044】

異常状態を検証においては、例えば、２次側接点１０３をオフにしたときに得られるＳ３０３の電流値を参照し、３相の平衡性により異常と判断することができる。すなわち、いずれか１相が他の相よりも所定の閾値以上電流が高いまたは低い場合に、異常と判断することができる。電流の閾値は、例えば、励磁電流の５％というように、変圧器１０２に流れる電流に応じて決定してもよいし、異常判断のレベルとして、例えば、劣化した変圧器１０２の情報があれば、その情報に基づいて、不平衡のレベルを決めてもよい。

【0045】

また、異常状態を検証においては、例えば、安定化制御部２２０が、３相の電流を合算した場合に、０とならずに漏れている電流が、所定の閾値以上電流が高い場合に、異常と判断することができる。異常判断のレベルとして、例えば、例えば、劣化した変圧器１０２の情報があれば、その情報に基づいて、不平衡のレベルを決めてもよい。

【0046】

また、３相における各電圧を、電圧検出部２１３により検出し、安定化制御部２２０が、ある相（例えば、Ｒ相）のピークレベルの電圧値が、他の相（例えば、Ｓ相、Ｔ相）のピークレベルの電圧値に比べて、閾値として所定値以上（例えば、１．２以上）、所定値以下（例えば、０．８以下）にあるときに、異常と検出する、また、ある相（例えば、Ｒ相）の位相が、他の相（例えば、Ｓ相）の位相のずれの正常値（２π／３ラジアン＝１２０度）より、閾値として、所定値以上（例えば、（２π／３）×１．１ラジアン＝１３２度以上）、所定値以下（例えば、（２π／３）×０．９＝１０８度以下）にあるときに、異常があるものと判断することができる。

【0047】

安定化制御部２２０は、これらのような判断基準に基づいて、電源系統が異常状態にあるか否かを判断し（Ｓ３０５）、異常と判断された場合には（Ｓ３０５：ＹＥＳ）、制御演算部２１０の外部インターフェース２１８を介して、ユーザーに異常を伝える（Ｓ３０６）。また、安定化制御部２２０は、異常と判断されない場合には（Ｓ３０５：ＮＯ）、異常判断に使用した電流情報を規定レベルに対して、情報記憶部２１７に対して記録して起き、計測回数と規定レベルに達した回数に基づいて、異常となる日数を計算して異常予測とし、外部インターフェース２１８を介して、ユーザーに異常を伝える（Ｓ３０７）。これは、例えば、１００回の計測を行ったときに、異常となるレベルの５０パーセントの電流が１０回計測されたときには、４日以内の異常が予測され、２０回計測されたときには、２日以内の異常が予測されるとする、また、１００回の計測を行ったときに、異常となるレベルの７０パーセントの電流が１回計測されたときには、１日以内の異常が予測されるとするなど、計測回数と電流の規定レベルと、異常予測の日にちをデータベース化して参照すればよい。

【0048】

最後に、外部装置（図示せず）の指令または電力変換装置１００の制御演算部２１０の指令により、１次側接点１０１をオフにする（Ｓ３０９）。

【0049】

次に、図４Ａおよび図４Ｂを用いて電力変換装置が電源投入プロセスで行う処理について説明する。

【0050】

先ず、電力変換装置１００の制御演算部２１０は、１次側接点１０１がオフ、２次側接点１０３がオフであるときに、電流制御を行う（Ｓ４０１）。

【0051】

具体的には、外部電源ユニット１０６から電力変換装置１００に直流電流を供給し、制御演算部２１０の安定化制御部２２０は、１次側接点１０１が切断されている状態の変圧器１０２には電圧が発生していないため、電流が既定のレベルに到達するように、出力電圧を上下させ、ＰＷＭ出力部２１５をＰＩ制御する。既定のレベルは、例えば、変圧器１０２の励磁電流の２０％あるいは定格電流の５％など、変圧器１０２に関する情報から決定し、予め設定値として記憶させておけばよい。

【0052】

次に、安定化制御部２２０は、１次側接点１０１オフ時の電流検出器２０３、電流検出部２１１、電流演算部２１２のルートにより得られた変圧器１０２の２次側の電流値、および、電圧検出部２１３より得られた変圧器１０２の２次側の電圧値を取得する（Ｓ４０２）。

【0053】

そして、安定化制御部２２０は、得られた変圧器１０２の２次側の電流値、および、得られた変圧器１０２の２次側の電圧値から、異常状態を検証する（Ｓ４０３）。異常状態の検証と異常状態の判断は、図３のＳ３０４、Ｓ３０５の場合と同様である。

【0054】

すなわち、異常判断は、例えば、３相の平衡性が、いずれか１相が他の相よりも所定の閾値以上電流が高いまたは低い場合に異常と判断してもよいし、電流の閾値は、例えば励磁電流の５％というように、変圧器に流れる電流に応じて決定する。異常判断のレベルとして、例えば、劣化した変圧器の情報があれば、その情報をもとに、不平衡のレベルを決めてもよい。

【0055】

また、異常状態を検証においては、例えば、安定化制御部２２０が、３相の電流を合算した場合に、０とならずに漏れている電流が、所定の閾値以上電流が高い場合に、異常と判断する。異常判断のレベルとして、例えば、劣化した変圧器の情報があれば、その情報をもとに、不平衡のレベルを決めてもよい。

【0056】

また、３相における各電圧を、電圧検出部２１３により検出し、安定化制御部２２０が、ある相（例えば、Ｒ相）のピークレベルの電圧値が、他の相（例えば、Ｓ相、Ｔ相）のピークレベルの電圧値に比べて、閾値として所定値以上（例えば、１．２以上）、所定値以下（例えば、０．８以下）にあるときに、異常と検出する、また、ある相（例えば、Ｒ相）の位相が、他の相（例えば、Ｓ相）の位相のずれの正常値（２π／３ラジアン＝１２０度）より、閾値として、所定値以上（例えば、（２π／３）×１．１ラジアン＝１３２度以上）、所定値以下（例えば、（２π／３）×０．９＝１０８度以下）にあるときに、異常があるものと判断することができる。

【0057】

安定化制御部２２０は、これらのような判断基準に基づいて、電源系統が異常状態にあるか否かを判断し（Ｓ４０４）、異常と判断された場合には（Ｓ４０４：ＹＥＳ）、制御演算部２１０の外部インターフェース２１８を介して、ユーザーに異常を伝え（Ｓ４０５）、処理を終了する。

【0058】

安定化制御部２２０は、異常状態でない場合には（Ｓ４０４：ＮＯ）、Ｓ４０６に行き、安定化制御部２２０は、位相検出部２１６により検出された電圧の位相情報を用い、ＰＷＭ出力部２１５に指令し、出力する周波数を制御し、出力電圧の位相と位相検出部２１６により検出された位相情報による位相とを同期させる（Ｓ４０６）。この処理は、１次側接点１０１をオンにする前に、位相のずれが過大となり、むだな電流が流れないようにする前処理である。

【0059】

次に、外部装置（図示せず）の指令または電力変換装置１００の制御演算部２１０の指令により、１次側接点１０１をオンにする（Ｓ４０７）。

【0060】

次に、安定化制御部２２０は、１次側接点１０１をオン時での電流制御を行う（Ｓ４０８）。具体的には、例えば、ＰＷＭ出力部２１５の出力電圧指令を制御し、電流が１次側接点投入前の所定の既定のレベルに到達するまで、２次側の電圧に対し、位相を同期させた状態で、出力電圧を下げる方向で電流値がある一定レベルで一定になるようにＰＩ制御する。

【0061】

安定化制御部２２０は、図３のＳ３０１で示したように、電力変換装置１００から出力電圧と、変圧器１０２から入力される電圧の位相を同期させた状態で、電流による診断を行ってもよいが、このように１次側接点１０１をオン時での電流制御を行うのは、後のステップ（図４ＢのＳ４１３）での異常状態の検証により、１次側接点の開閉状態の各々の状態での変圧器の１次側と２次側の異常状態を同様の条件で比較するためである。

【0062】

次に、安定化制御部２２０は、１次側接点１０１オン時の電流検出器２０３、電流検出部２１１、電流演算部２１２のルートにより得られた変圧器１０２の２次側の電流値、および、電圧検出部２１３より得られた変圧器１０２の２次側の電圧値を取得する（Ｓ４０９）。

【0063】

そして、安定化制御部２２０は、得られた変圧器１０２の２次側の電流値、および、得られた変圧器１０２の２次側の電圧値から、異常状態を検証する（Ｓ４１０）。異常状態の検証と異常状態の判断は、図３のＳ３０４、Ｓ３０５、図４ＡのＳ４０３、Ｓ４０４の場合と同様である。

【0064】

すなわち、異常判断は、例えば、３相の平衡性が、いずれか１相が他の相よりも所定の閾値以上電流が高いまたは低い場合に異常と判断してもよいし、電流の閾値は、例えば励磁電流の５％というように、変圧器に流れる電流に応じて決定する。異常判断のレベルとして、例えば、劣化した変圧器の情報があれば、その情報をもとに、不平衡のレベルを決めてもよい。

【0065】

また、異常状態を検証においては、例えば、安定化制御部２２０が、３相の電流を合算した場合に、０とならずに漏れている電流が、所定の閾値以上電流が高い場合に、異常と判断する。異常判断のレベルとして、例えば、劣化した変圧器の情報があれば、その情報をもとに、不平衡のレベルを決めてもよい。

【0066】

また、３相における各電圧を、電圧検出部２１３により検出し、安定化制御部２２０が、ある相（例えば、Ｒ相）のピークレベルの電圧値が、他の相（例えば、Ｓ相、Ｔ相）のピークレベルの電圧値に比べて、閾値として所定値以上（例えば、１．２以上）、所定値以下（例えば、０．８以下）にあるときに、異常と検出する、また、ある相（例えば、Ｒ相）の位相が、他の相（例えば、Ｓ相）の位相のずれの正常値（２π／３ラジアン＝１２０度）より、閾値として、所定値以上（例えば、（２π／３）×１．１ラジアン＝１３２度以上）、所定値以下（例えば、（２π／３）×０．９＝１０８度以下）にあるときに、異常があるものと判断することができる。

【0067】

安定化制御部２２０は、これらのような判断基準に基づいて、電源系統が異常状態にあるか否かを判断し（Ｓ４１１）、異常と判断された場合には（Ｓ４１１：ＹＥＳ）、制御演算部２１０の外部インターフェース２１８を介して、ユーザーに異常を伝え（Ｓ４１２）、処理を終了する。

【0068】

電源系統が異常状態ではないと判断したときには（Ｓ４１１：ＮＯ）、１次側接点１０１オフ時に得られた電源系統の状態と、１次側接点１０１オン時に得られた電源系統の状態とを比較する（Ｓ４１３）。

【0069】

ここで、１次側接点１０１オン時に得られた電源系統の状態の方が、１次側接点１０１オフ時に得られた電源系統の状態と比較して、電流値、電圧値からみて、異常レベルに近いときには、変圧器１０２の１次側に問題がある可能性が大きいと判定され（Ｓ４１４：＞）、その旨を制御演算部２１０の外部インターフェース２１８を介して、ユーザーに報知し（Ｓ４１５）、逆に、１次側接点１０１オフ時に得られた電源系統の状態の方が、１次側接点１０１オン時に得られた電源系統の状態と比較して、電流値、電圧値からみて、異常レベルに近いときには、変圧器１０２の２次側に問題がある可能性が大きいと判定され（Ｓ４１４：＜）、その旨を制御演算部２１０の外部インターフェース２１８を介して、ユーザーに報知し（Ｓ４１７）、１次側接点１０１オン時に得られた電源系統の状態の方と、１次側接点１０１オフ時に得られた電源系統の状態が、電流値、電圧値からみて、異常レベルが同程度のときには（Ｓ４１４：＝）、その旨を制御演算部２１０の外部インターフェース２１８を介して、ユーザーに報知する（Ｓ４１６）。

【0070】

また、安定化制御部２２０は、問題とあると判定された変圧器の１次側または２次側の異常判断に使用した電流情報または電圧情報を情報記憶部２１７に対して記録しておき、計測した回数とある異常レベルに達した回数から（例えば、１０回の計測に内に、３回異常レベルに達したときには、４日以内に異常のおそれあり、例えば、１０回の計測に内に、６回異常レベルに達したときには、２日以内のように異常のおそれありのように記憶されたデータベースを参照）、これから異常が発生する日数を計算して異常予測とし、外部インターフェース２１８を介して、ユーザーに異常が発生するおそれがある日数として伝えてもよい。また、この判断基準は、変圧器の１次側または２次側で異なったものを用いてもよい。

【0071】

最後に、Ｓ４０３、Ｓ４１１で、１次側接点１０１オフ時、１次側接点１０１オン時共に、電源系統に異常があると判定されなければ、２次側接点１０３をオンにして、変圧器１０２の２次側を負荷電源系統１０４に接続する（Ｓ４２０）。

【0072】

以上のように、本実施形態の電力変換装置によれば、３相交流を入力として、入力された３相交流を変圧して出力する負荷電源系統に提供する電源系統において、負荷電源系統から入力系統の電源を遮断するとき、および、負荷電源系統と入力系統の電源を接続するときの各々のときに、電流値、電圧値を取得して電源系統に異常があるか否かを判定することができる。

【符号の説明】

【0073】

１００…電力変換装置、１０１…１次側接点、１０２…変圧器、１０３…２次側接点、１０４…負荷電源系統、１０５…位相検出器、１０６…外部電源ユニット、
２０１…直流充電部、２０２…交流変換部、２０３…電流検出器、
２１０…制御演算部、２１１…電流検出部、２１２…電流演算部、２１３…電圧検出部、２１４…電源検出部、２１５…ＰＷＭ出力部、２１６…位相検出部、２１７…情報記憶部、２１８…外部インターフェース、２２０…安定化制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】