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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-10-17
(45)【発行日】2024-10-25
(54)【発明の名称】ＬＣＬフィルタ寿命診断装置及びＬＣＬフィルタ寿命診断方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20241018BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 M
H02M7/48 R
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2021015829
(22)【出願日】2021-02-03
(65)【公開番号】P2022118959
(43)【公開日】2022-08-16
【審査請求日】2024-01-22
(73)【特許権者】
【識別番号】504174135
【氏名又は名称】国立大学法人九州工業大学
(74)【代理人】
【識別番号】100120086
【弁理士】
【氏名又は名称】▲高▼津 一也
(74)【代理人】
【識別番号】100090697
【弁理士】
【氏名又は名称】中前 富士男
(74)【代理人】
【識別番号】100176142
【弁理士】
【氏名又は名称】清井 洋平
(74)【代理人】
【氏名又は名称】来田 義弘
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 一徳
【審査官】今井 貞雄
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２２－７６１９４（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／１８３１１８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｍ ７／４８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
単相又は三相の系統電源と接続される系統連系変換器に用いられるＬＣＬフィルタの寿命を診断するためのＬＣＬフィルタ寿命診断装置であって、前記系統電源の系統電圧及び系統電流から、前記ＬＣＬフィルタのキャパシタに印加されるキャパシタ電圧を演算するキャパシタ電圧演算手段と、
前記キャパシタ電圧と、前記系統連系変換器のインバータ回路から前記系統電源側に出力されるインバータ出力電圧から、前記キャパシタのリプル電流を演算するリプル電流演算手段と、
前記キャパシタ電圧と前記リプル電流をそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する高速フーリエ変換手段と、
周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して、前記キャパシタにおけるインピーダンスの周波数特性を演算する周波数特性演算手段と、
前記インピーダンスの周波数特性から、前記キャパシタにおける等価直列抵抗及びキャパシタンスを演算するＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段と、
予め設定された寿命判定基準と、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを比較して、前記キャパシタの寿命を判定する寿命判定手段とを備えたことを特徴とするＬＣＬフィルタ寿命診断装置。
【請求項2】
請求項１記載のＬＣＬフィルタ寿命診断装置において、前記キャパシタ電圧演算手段は、前記ＬＣＬフィルタの系統側インダクタのインダクタンスと、前記系統電流から、前記系統側インダクタに印加される系統側インダクタ電圧を求め、前記系統電圧と前記系統側インダクタ電圧から、前記キャパシタ電圧を算出し、前記リプル電流演算手段は、前記キャパシタ電圧と前記インバータ出力電圧から、前記ＬＣＬフィルタのインバータ側インダクタに印加されるインバータ側インダクタ電圧を求め、該インバータ側インダクタ電圧と、前記インバータ側インダクタのインダクタンスからインバータ側電流を求めて、該インバータ側電流と前記系統電流から前記リプル電流を算出することを特徴とするＬＣＬフィルタ寿命診断装置。
【請求項3】
請求項１又は２記載のＬＣＬフィルタ寿命診断装置において、前記周波数特性演算手段は、周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して求められる周波数成分毎のインピーダンス値を最小二乗法により近似して前記インピーダンスの周波数特性曲線を作成し、前記ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段は、前記インピーダンスの周波数特性曲線に基づいて、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを算出することを特徴とするＬＣＬフィルタ寿命診断装置。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１記載のＬＣＬフィルタ寿命診断装置において、前記寿命判定手段は、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスのいずれか一方又は双方が前記寿命判定基準を満たさない時に、前記キャパシタは寿命であると判定することを特徴とするＬＣＬフィルタ寿命診断装置。
【請求項5】
単相又は三相の系統電源と接続される系統連系変換器に用いられるＬＣＬフィルタの寿命を診断するためのＬＣＬフィルタ寿命診断方法であって、前記系統電源の系統電圧及び系統電流から、前記ＬＣＬフィルタのキャパシタに印加されるキャパシタ電圧を演算する第１の工程と、
前記キャパシタ電圧と、前記系統連系変換器のインバータ回路から前記系統電源側に出力されるインバータ出力電圧から、前記キャパシタのリプル電流を演算する第２の工程と、
前記キャパシタ電圧と前記リプル電流をそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する第３の工程と、
周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して、前記キャパシタにおけるインピーダンスの周波数特性を演算する第４の工程と、
前記インピーダンスの周波数特性から、前記キャパシタにおける等価直列抵抗及びキャパシタンスを演算する第５の工程と、
予め設定された寿命判定基準と、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを比較して、前記キャパシタの寿命を判定する第６の工程とを備えたことを特徴とするＬＣＬフィルタ寿命診断方法。
【請求項6】
請求項５記載のＬＣＬフィルタ寿命診断方法において、前記第１の工程では、前記ＬＣＬフィルタの系統側インダクタのインダクタンスと、前記系統電流から、前記系統側インダクタに印加される系統側インダクタ電圧を求め、前記系統電圧と前記系統側インダクタ電圧から、前記キャパシタ電圧を算出し、前記第２の工程では、前記キャパシタ電圧と前記インバータ出力電圧から、前記ＬＣＬフィルタのインバータ側インダクタに印加されるインバータ側インダクタ電圧を求め、該インバータ側インダクタ電圧と、前記インバータ側インダクタのインダクタンスからインバータ側電流を求めて、該インバータ側電流と前記系統電流から前記リプル電流を算出することを特徴とするＬＣＬフィルタ寿命診断方法。
【請求項7】
請求項５又は６記載のＬＣＬフィルタ寿命診断方法において、前記第４の工程では、周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して求められる周波数成分毎のインピーダンス値を最小二乗法により近似して前記インピーダンスの周波数特性曲線を作成し、前記第５の工程では、前記インピーダンスの周波数特性曲線に基づいて、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを算出することを特徴とするＬＣＬフィルタ寿命診断方法。
【請求項8】
請求項５～７のいずれか１記載のＬＣＬフィルタ寿命診断方法において、前記第６の工程では、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスのいずれか一方又は双方が前記寿命判定基準を満たさない時に、前記キャパシタは寿命であると判定することを特徴とするＬＣＬフィルタ寿命診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、主に太陽光発電若しくは風力発電等のパワーコンディショナ、無効電力補償装置及び回生の必要なモータ駆動システム等に用いられる系統連系変換器内のＬＣＬフィルタの寿命を、電流センサを用いることなく診断することができるＬＣＬフィルタ寿命診断装置及びＬＣＬフィルタ寿命診断方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、パワーコンディショナ、無効電力補償装置及び回生の必要なモータ駆動システム等では系統連系変換器が使用されている。系統連系変換器から系統側に流出する高調波電流の抑制のためにはフィルタ用の連系インダクタのインピーダンスを増やす必要があり、連系インダクタの大型化とコストの増大を招くという問題がある。そこで、連系インダクタの小型化と低コスト化を図るため、キャパシタ（コンデンサ）を組み合わせたＬＣＬフィルタが用いられているが、インダクタに比べキャパシタは劣化スピードが早く、系統連系変換器の信頼性低下を招くという課題がある。さらに、キャパシタが劣化するとＬＣＬフィルタの周波数特性が変化し、高調波電流を十分に抑制できなくなるだけでなく、ＬＣＬ変換器の動作が不安定になるおそれがある。これらの課題に対し、例えば特許文献１～３では、キャパシタの寿命（劣化）を診断するためのモニタリング手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】米国特許第９３８９２６３号明細書
【文献】米国特許第９４８８６８６号明細書
【文献】米国特許第９６５３９８４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、特許文献１～３では、キャパシタに流入するリプル電流を電流センサで測定（モニタリング）することにより、キャパシタの寿命を診断しているため、電流センサの追加コストが必要になるという課題がある。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、電流センサを用いることなく、キャパシタの寿命診断の指標である等価直列抵抗（ＥＳＲ）とキャパシタンスの双方をモニタリングすることができ、ＬＣＬフィルタ用キャパシタの高精度な寿命診断を実現して、ＬＣＬフィルタを備えた系統連系変換器の信頼性を向上させ、低コスト化及び普及拡大を図り、省エネルギー化に貢献できるＬＣＬフィルタ寿命診断装置及びＬＣＬフィルタ寿命診断方法を提供することを目的とする。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、電流センサを用いることなく、キャパシタの寿命診断の指標である等価直列抵抗（ＥＳＲ）とキャパシタンスの双方をモニタリングすることができ、ＬＣＬフィルタ用キャパシタの高精度な寿命診断を実現して、ＬＣＬフィルタを備えた系統連系変換器の信頼性を向上させ、低コスト化及び普及拡大を図り、省エネルギー化に貢献できるＬＣＬフィルタ寿命診断装置及びＬＣＬフィルタ寿命診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
前記目的に沿う第１の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置は、単相又は三相の系統電源と接続される系統連系変換器に用いられるＬＣＬフィルタの寿命を診断するためのＬＣＬフィルタ寿命診断装置であって、
前記系統電源の系統電圧及び系統電流から、前記ＬＣＬフィルタのキャパシタに印加されるキャパシタ電圧を演算するキャパシタ電圧演算手段と、
前記キャパシタ電圧と、前記系統連系変換器のインバータ回路から前記系統電源側に出力されるインバータ出力電圧から、前記キャパシタのリプル電流を演算するリプル電流演算手段と、
前記キャパシタ電圧と前記リプル電流をそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する高速フーリエ変換手段と、
周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して、前記キャパシタにおけるインピーダンスの周波数特性を演算する周波数特性演算手段と、
前記インピーダンスの周波数特性から、前記キャパシタにおける等価直列抵抗及びキャパシタンスを演算するＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段と、
予め設定された寿命判定基準と、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを比較して、前記キャパシタの寿命を判定する寿命判定手段とを備える。
前記系統電源の系統電圧及び系統電流から、前記ＬＣＬフィルタのキャパシタに印加されるキャパシタ電圧を演算するキャパシタ電圧演算手段と、
前記キャパシタ電圧と、前記系統連系変換器のインバータ回路から前記系統電源側に出力されるインバータ出力電圧から、前記キャパシタのリプル電流を演算するリプル電流演算手段と、
前記キャパシタ電圧と前記リプル電流をそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する高速フーリエ変換手段と、
周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して、前記キャパシタにおけるインピーダンスの周波数特性を演算する周波数特性演算手段と、
前記インピーダンスの周波数特性から、前記キャパシタにおける等価直列抵抗及びキャパシタンスを演算するＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段と、
予め設定された寿命判定基準と、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを比較して、前記キャパシタの寿命を判定する寿命判定手段とを備える。
【0006】
第１の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置において、前記キャパシタ電圧演算手段は、前記ＬＣＬフィルタの系統側インダクタのインダクタンスと、前記系統電流から、前記系統側インダクタに印加される系統側インダクタ電圧を求め、前記系統電圧と前記系統側インダクタ電圧から、前記キャパシタ電圧を算出し、前記リプル電流演算手段は、前記キャパシタ電圧と前記インバータ出力電圧から、前記ＬＣＬフィルタのインバータ側インダクタに印加されるインバータ側インダクタ電圧を求め、該インバータ側インダクタ電圧と、前記インバータ側インダクタのインダクタンスからインバータ側電流を求めて、該インバータ側電流と前記系統電流から前記リプル電流を算出することができる。
【0007】
第１の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置において、前記周波数特性演算手段は、周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して求められる周波数成分毎のインピーダンス値を最小二乗法により近似して前記インピーダンスの周波数特性曲線を作成し、前記ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段は、前記インピーダンスの周波数特性曲線に基づいて、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを算出することが好ましい。
【0008】
第１の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置において、前記寿命判定手段は、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスのいずれか一方又は双方が前記寿命判定基準を満たさない時に、前記キャパシタは寿命であると判定することが好ましい。
【0009】
前記目的に沿う第２の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断方法は、単相又は三相の系統電源と接続される系統連系変換器に用いられるＬＣＬフィルタの寿命を診断するためのＬＣＬフィルタ寿命診断方法であって、
前記系統電源の系統電圧及び系統電流から、前記ＬＣＬフィルタのキャパシタに印加されるキャパシタ電圧を演算する第１の工程と、
前記キャパシタ電圧と、前記系統連系変換器のインバータ回路から前記系統電源側に出力されるインバータ出力電圧から、前記キャパシタのリプル電流を演算する第２の工程と、
前記キャパシタ電圧と前記リプル電流をそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する第３の工程と、
周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して、前記キャパシタにおけるインピーダンスの周波数特性を演算する第４の工程と、
前記インピーダンスの周波数特性から、前記キャパシタにおける等価直列抵抗及びキャパシタンスを演算する第５の工程と、
予め設定された寿命判定基準と、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを比較して、前記キャパシタの寿命を判定する第６の工程とを備える。
前記系統電源の系統電圧及び系統電流から、前記ＬＣＬフィルタのキャパシタに印加されるキャパシタ電圧を演算する第１の工程と、
前記キャパシタ電圧と、前記系統連系変換器のインバータ回路から前記系統電源側に出力されるインバータ出力電圧から、前記キャパシタのリプル電流を演算する第２の工程と、
前記キャパシタ電圧と前記リプル電流をそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する第３の工程と、
周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して、前記キャパシタにおけるインピーダンスの周波数特性を演算する第４の工程と、
前記インピーダンスの周波数特性から、前記キャパシタにおける等価直列抵抗及びキャパシタンスを演算する第５の工程と、
予め設定された寿命判定基準と、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを比較して、前記キャパシタの寿命を判定する第６の工程とを備える。
【0010】
第２の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断方法において、前記第１の工程では、前記ＬＣＬフィルタの系統側インダクタのインダクタンスと、前記系統電流から、前記系統側インダクタに印加される系統側インダクタ電圧を求め、前記系統電圧と前記系統側インダクタ電圧から、前記キャパシタ電圧を算出し、前記第２の工程では、前記キャパシタ電圧と前記インバータ出力電圧から、前記ＬＣＬフィルタのインバータ側インダクタに印加されるインバータ側インダクタ電圧を求め、該インバータ側インダクタ電圧と、前記インバータ側インダクタのインダクタンスからインバータ側電流を求めて、該インバータ側電流と前記系統電流から前記リプル電流を算出することができる。
【0011】
第２の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断方法において、前記第４の工程では、周波数成分毎に分離された前記キャパシタ電圧を周波数成分毎に分離された前記リプル電流で除して求められる周波数成分毎のインピーダンス値を最小二乗法により近似して前記インピーダンスの周波数特性曲線を作成し、前記第５の工程では、前記インピーダンスの周波数特性曲線に基づいて、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスを算出することが好ましい。
【0012】
第２の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断方法において、前記第６の工程では、前記等価直列抵抗及び前記キャパシタンスのいずれか一方又は双方が前記寿命判定基準を満たさない時に、前記キャパシタは寿命であると判定することが好ましい。
【発明の効果】
【0013】
第１の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置及び第２の発明に係るＬＣＬフィルタ寿命診断方法は、電流センサを用いることなく、系統電圧、系統電流及びインバータ出力電圧からＬＣＬフィルタでのキャパシタのリプル電流を算出し、そのリプル電流とキャパシタ電圧をそれぞれ高速フーリエ変換（ＦＦＴ）して周波数成分を抽出し、キャパシタにおけるインピーダンスの周波数特性を求め、ＥＳＲとキャパシタンスの双方をモニタリングすることにより、低コストでありながら高精度な寿命診断を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明の一実施の形態に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置の構成を示すブロック図である。
【図2】同装置及び同装置で用いられるＬＣＬフィルタ寿命診断方法が適用される系統連系変換器の構成図である。
【図3】同方法の動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0015】
続いて、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。
図１に示す本発明の一実施の形態に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０及びＬＣＬフィルタ寿命診断方法は、図２に示す系統連系変換器１１に適用されて、系統連系変換器１１に用いられるＬＣＬフィルタ１３の寿命（厳密にはＬＣＬフィルタ１３内のキャパシタ１４の寿命）を、電流センサを用いることなく診断するものである。
図２において、三相の系統電源（交流電源）１５と接続された系統連系変換器１１は、例えば太陽光発電若しくは風力発電等の発電電力を直流電力として図示しない電力負荷へ供給し、余った発電電力を交流電力として系統電源１５へ送電（売電）するものであり、太陽光発電若しくは風力発電等のシステムではパワーコンディショナとも呼ばれる。系統連系変換器１１は、ＬＣＬフィルタ１３とインバータ回路１６を有している。系統電源１５とインバータ回路１６の間に配置されるＬＣＬフィルタ１３は、系統電源１５側に配置される系統側インダクタ（系統側リアクトル、インダクタンスＬＳ）１７とインバータ回路１６側に配置されるインバータ側インダクタ（インバータ側リアクトル、インダクタンスＬＩ）１８が直列接続され、その直列接続点にキャパシタ（Ｃ）１４の一端が接続されることにより、系統側インダクタ１７、インバータ側インダクタ１８及びキャパシタ１４がＴ字形に配置されたものである。このＬＣＬフィルタ１３により、系統側インダクタ１７を小型化しつつ、系統連系変換器１１から系統電源１５側に流出する高調波電流を抑制することができる。
図１に示す本発明の一実施の形態に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０及びＬＣＬフィルタ寿命診断方法は、図２に示す系統連系変換器１１に適用されて、系統連系変換器１１に用いられるＬＣＬフィルタ１３の寿命（厳密にはＬＣＬフィルタ１３内のキャパシタ１４の寿命）を、電流センサを用いることなく診断するものである。
図２において、三相の系統電源（交流電源）１５と接続された系統連系変換器１１は、例えば太陽光発電若しくは風力発電等の発電電力を直流電力として図示しない電力負荷へ供給し、余った発電電力を交流電力として系統電源１５へ送電（売電）するものであり、太陽光発電若しくは風力発電等のシステムではパワーコンディショナとも呼ばれる。系統連系変換器１１は、ＬＣＬフィルタ１３とインバータ回路１６を有している。系統電源１５とインバータ回路１６の間に配置されるＬＣＬフィルタ１３は、系統電源１５側に配置される系統側インダクタ（系統側リアクトル、インダクタンスＬＳ）１７とインバータ回路１６側に配置されるインバータ側インダクタ（インバータ側リアクトル、インダクタンスＬＩ）１８が直列接続され、その直列接続点にキャパシタ（Ｃ）１４の一端が接続されることにより、系統側インダクタ１７、インバータ側インダクタ１８及びキャパシタ１４がＴ字形に配置されたものである。このＬＣＬフィルタ１３により、系統側インダクタ１７を小型化しつつ、系統連系変換器１１から系統電源１５側に流出する高調波電流を抑制することができる。
【0016】
図１、図２に示すように、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０は、系統電源１５の系統電圧ＶＳ及び系統電流ＩＳから、ＬＣＬフィルタ１３のキャパシタ１４に印加されるキャパシタ電圧ＶＣを演算するキャパシタ電圧演算手段２０を有する。具体的には、キャパシタ電圧演算手段２０は、ＬＣＬフィルタ１３の系統側インダクタ１７のインダクタンスＬＳと、系統電流ＩＳから、系統側インダクタ１７に印加される系統側インダクタ電圧ＶＬＳを求め、系統電圧ＶＳと系統側インダクタ電圧ＶＬＳから、キャパシタ電圧ＶＣを算出する。
次に、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０は、キャパシタ電圧ＶＣと、系統連系変換器１１のインバータ回路１６から系統電源１５側に出力されるインバータ出力電圧ＶＩから、キャパシタ１４のリプル電流ＩＣを演算するリプル電流演算手段２１を有する。具体的には、リプル電流演算手段２１は、キャパシタ電圧ＶＣとインバータ出力電圧ＶＩから、ＬＣＬフィルタ１３のインバータ側インダクタ１８に印加されるインバータ側インダクタ電圧ＶＬＩを求め、インバータ側インダクタ電圧ＶＬＩと、インバータ側インダクタ１８のインダクタンスＬＩからインバータ側電流ＩＩを求めて、インバータ側電流ＩＩと系統電流ＩＳからリプル電流ＩＣを算出する。
また、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０は、キャパシタ電圧ＶＣとリプル電流ＩＣをそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する高速フーリエ変換手段２２を有する。
次に、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０は、キャパシタ電圧ＶＣと、系統連系変換器１１のインバータ回路１６から系統電源１５側に出力されるインバータ出力電圧ＶＩから、キャパシタ１４のリプル電流ＩＣを演算するリプル電流演算手段２１を有する。具体的には、リプル電流演算手段２１は、キャパシタ電圧ＶＣとインバータ出力電圧ＶＩから、ＬＣＬフィルタ１３のインバータ側インダクタ１８に印加されるインバータ側インダクタ電圧ＶＬＩを求め、インバータ側インダクタ電圧ＶＬＩと、インバータ側インダクタ１８のインダクタンスＬＩからインバータ側電流ＩＩを求めて、インバータ側電流ＩＩと系統電流ＩＳからリプル電流ＩＣを算出する。
また、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０は、キャパシタ電圧ＶＣとリプル電流ＩＣをそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する高速フーリエ変換手段２２を有する。
【0017】
さらに、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０は、周波数成分毎に分離されたキャパシタ電圧ＶＣ（ｆ）を周波数成分毎に分離されたリプル電流ＩＣ（ｆ）で除して、キャパシタ１４におけるインピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性を演算する周波数特性演算手段２３と、周波数特性演算手段２３で求められたインピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性から、キャパシタ１４における等価直列抵抗（ＥＳＲ）及びキャパシタンスを演算するＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段２４を有する。ここで、周波数特性演算手段２３としては、周波数成分毎に分離されたキャパシタ電圧ＶＣ（ｆ）を周波数成分毎に分離されたリプル電流ＩＣ（ｆ）で除して求められる周波数成分毎のインピーダンス値を最小二乗法により近似してインピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性曲線を作成するものが好適に用いられ、ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段２４は、作成されたインピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性曲線に基づいて、等価直列抵抗及びキャパシタンスを算出することができる。
【0018】
そして、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０は、予め設定された寿命判定基準と、等価直列抵抗及びキャパシタンスを比較して、キャパシタ１４の寿命を判定する寿命判定手段２５を有する。寿命判定手段２５は、等価直列抵抗及びキャパシタンスのいずれか一方又は双方が寿命判定基準を満たさない時に、キャパシタ１４が寿命であると判定することができる。そして、このキャパシタ１４の寿命により、ＬＣＬフィルタ１３の寿命を診断することができる。寿命判定手段２５は、例えば、健全な（初期の）等価直列抵抗の値の２倍及び健全な（初期の）キャパシタンスの値の０．８倍を、等価直列抵抗及びキャパシタンスの寿命判定基準として、求められた等価直列抵抗の値が、健全な（初期の）等価直列抵抗の値の２倍超になった時、或いは、求められたキャパシタンスの値が、健全な（初期の）キャパシタンスの値の０．８倍未満（健全なキャパシタンスの値より２０％超減少）になった時に、寿命であると判定することが好ましいが、寿命判定基準は、これに限定されるものではない。
【0019】
ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０としては、ＲＡＭ、ＣＰＵ、ＲＯＭ等を備えた従来公知の演算器（即ち、コンピュータ又はマイコンボード）を用いることができる。そして、ＬＣＬフィルタ寿命診断方法を実行するプログラム（ソフトウェア）が、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０にインストールされ、実行されることにより、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０を上記のキャパシタ電圧演算手段２０、リプル電流演算手段２１、高速フーリエ変換手段２２、インピーダンスの周波数特性演算手段２３、ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段２４及び寿命判定手段２５として機能させることができる。
【0020】
以下、本発明の一実施の形態に係るＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０で用いられるＬＣＬフィルタ寿命診断方法を各手段の動作に基づいて説明する。
図３に示すように、まず、キャパシタ電圧演算手段２０で、ＬＣＬフィルタ１３の系統側インダクタ１７のインダクタンスＬＳと、系統電流ＩＳから、系統側インダクタ１７に印加される系統側インダクタ電圧ＶＬＳを求め、系統電圧ＶＳと系統側インダクタ電圧ＶＬＳから、キャパシタ電圧ＶＣを算出する（以上、第１の工程）。
次に、リプル電流演算手段２１で、第１の工程（キャパシタ電圧演算手段２０）で求めたキャパシタ電圧ＶＣと、インバータ出力電圧ＶＩから、ＬＣＬフィルタ１３のインバータ側インダクタ１８に印加されるインバータ側インダクタ電圧ＶＬＩを求め、インバータ側インダクタ電圧ＶＬＩと、インバータ側インダクタ１８のインダクタンスＬＩからインバータ側電流ＩＩを求めて、インバータ側電流ＩＩと系統電流ＩＳからリプル電流ＩＣを算出する（以上、第２の工程）。
次に、高速フーリエ変換手段２２で、第１の工程（キャパシタ電圧演算手段２０）で求めたキャパシタ電圧ＶＣと、第２の工程（リプル電流演算手段２１）で求めたリプル電流ＩＣをそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する（以上、第３の工程）。
図３に示すように、まず、キャパシタ電圧演算手段２０で、ＬＣＬフィルタ１３の系統側インダクタ１７のインダクタンスＬＳと、系統電流ＩＳから、系統側インダクタ１７に印加される系統側インダクタ電圧ＶＬＳを求め、系統電圧ＶＳと系統側インダクタ電圧ＶＬＳから、キャパシタ電圧ＶＣを算出する（以上、第１の工程）。
次に、リプル電流演算手段２１で、第１の工程（キャパシタ電圧演算手段２０）で求めたキャパシタ電圧ＶＣと、インバータ出力電圧ＶＩから、ＬＣＬフィルタ１３のインバータ側インダクタ１８に印加されるインバータ側インダクタ電圧ＶＬＩを求め、インバータ側インダクタ電圧ＶＬＩと、インバータ側インダクタ１８のインダクタンスＬＩからインバータ側電流ＩＩを求めて、インバータ側電流ＩＩと系統電流ＩＳからリプル電流ＩＣを算出する（以上、第２の工程）。
次に、高速フーリエ変換手段２２で、第１の工程（キャパシタ電圧演算手段２０）で求めたキャパシタ電圧ＶＣと、第２の工程（リプル電流演算手段２１）で求めたリプル電流ＩＣをそれぞれ高速フーリエ変換して周波数成分毎に分離する（以上、第３の工程）。
【0021】
次に、周波数特性演算手段２３で、第３の工程（高速フーリエ変換手段２２）で周波数成分毎に分離されたキャパシタ電圧ＶＣ（ｆ）を、同じく第３の工程（高速フーリエ変換手段２２）で周波数成分毎に分離されたリプル電流ＩＣ（ｆ）で除して、キャパシタ１４におけるインピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性を求める。このとき、周波数特性演算手段２３は、周波数成分毎に分離されたキャパシタ電圧ＶＣ（ｆ）を周波数成分毎に分離されたリプル電流ＩＣ（ｆ）で除して求められる周波数成分毎のインピーダンス値を最小二乗法により近似してインピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性曲線を作成することが好ましい。なお、周波数特性曲線を最小二乗法以外の方法で近似できる場合は、その他の近似方法を用いてもよい（以上、第４の工程）。
次に、ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段２４で、第４の工程（周波数特性演算手段２３）で求めたインピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性から、キャパシタ１４における等価直列抵抗及びキャパシタンスを求める。このとき、インピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性曲線が作成されていれば、それに基づいて、等価直列抵抗及びキャパシタンスを容易に算出することができる（以上、第５の工程）。
次に、寿命判定手段２５で、予め設定された寿命判定基準と、第５の工程（ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段２４）で求められた等価直列抵抗及びキャパシタンスを比較して、キャパシタ１４の寿命を判定する。このとき、等価直列抵抗及びキャパシタンスのいずれか一方でも寿命判定基準を満たさない時に、キャパシタ１４が寿命であると判定することにより、キャパシタ１４の寿命を的確に判断することができ、ＬＣＬフィルタ１３の寿命を診断することができる（以上、第６の工程）。
次に、ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段２４で、第４の工程（周波数特性演算手段２３）で求めたインピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性から、キャパシタ１４における等価直列抵抗及びキャパシタンスを求める。このとき、インピーダンスＺＣ（ｆ）の周波数特性曲線が作成されていれば、それに基づいて、等価直列抵抗及びキャパシタンスを容易に算出することができる（以上、第５の工程）。
次に、寿命判定手段２５で、予め設定された寿命判定基準と、第５の工程（ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段２４）で求められた等価直列抵抗及びキャパシタンスを比較して、キャパシタ１４の寿命を判定する。このとき、等価直列抵抗及びキャパシタンスのいずれか一方でも寿命判定基準を満たさない時に、キャパシタ１４が寿命であると判定することにより、キャパシタ１４の寿命を的確に判断することができ、ＬＣＬフィルタ１３の寿命を診断することができる（以上、第６の工程）。
【0022】
以上説明したように、ＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０及びＬＣＬフィルタ寿命診断方法を用いることにより、電流センサを用いることなく、対象となる系統連系変換器１１のＬＣＬフィルタ１３内のキャパシタ１４における等価直列抵抗及びキャパシタンスをモニタリングして、キャパシタ１４の寿命を的確に判定し、それに基づいてＬＣＬフィルタ１３の寿命を診断することができる。また、このように電流センサを用いないＬＣＬフィルタ寿命診断装置１０及びＬＣＬフィルタ寿命診断方法は、ＬＣＬフィルタを備えた系統連系変換器に容易に適用することができ、低コストで精度の高い寿命診断を実現して系統連系変換器の信頼性を向上させ、低コスト化及び普及拡大を図り、省エネルギー化にも貢献することができる。
【0023】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載した構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。
なお、上記実施の形態では、系統連系変換器に対して、三相の系統電源から交流電力が入力される場合について説明したが、系統電源は単相でもよい。また、上記実施の形態では、太陽光発電若しくは風力発電等のシステムで使用される系統連系変換器（パワーコンディショナ）に対して本発明を適用する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば無効電力補償装置や、回生の必要なモータ駆動システム等に用いられる系統連系変換器に対しても適用することができる。
なお、上記実施の形態では、系統連系変換器に対して、三相の系統電源から交流電力が入力される場合について説明したが、系統電源は単相でもよい。また、上記実施の形態では、太陽光発電若しくは風力発電等のシステムで使用される系統連系変換器（パワーコンディショナ）に対して本発明を適用する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば無効電力補償装置や、回生の必要なモータ駆動システム等に用いられる系統連系変換器に対しても適用することができる。
【符号の説明】
【0024】
１０：ＬＣＬフィルタ寿命診断装置、１１：系統連系変換器、１３：ＬＣＬフィルタ、１４：キャパシタ、１５：系統電源（交流電源）、１６：インバータ回路、１７：系統側インダクタ、１８：インバータ側インダクタ、２０：キャパシタ電圧演算手段、２１：リプル電流演算手段、２２：高速フーリエ変換手段、２３：周波数特性演算手段、２４：ＥＳＲ及びキャパシタンス演算手段、２５：寿命判定手段
【図1】
【図2】
【図3】