JP5543736B2 - Power converter - Google Patents
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Description
本発明は、電力変換装置に係り、特に冗長制御系を有する電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to a power conversion device having a redundant control system.
交流モータを駆動するための電力変換装置の一つとして、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置がある。この電力変換装置は、使用される電力半導体素子や電力変換方法によりいくつかの種類がある。このうち、電力半導体素子としてＩＧＢＴなどの自己遮断能力を持つ素子を使用する電力変換装置は、電力変換方法にパルス幅変調方式（以下ＰＷＭ）が使用できるため、正弦波交流電圧により近い電圧パターンを出力でき、モータのようなインダクタンス成分の大きな負荷に対して、高調波のより少ない交流電流を供給することができるので、さまざまな応用分野において利用されている。 As one of power converters for driving an AC motor, there is a power converter that converts DC power into AC power. There are several types of power converters depending on the power semiconductor elements and power conversion methods used. Of these, power conversion devices that use an element such as IGBT as a power semiconductor element can use a pulse width modulation method (hereinafter referred to as PWM) as a power conversion method. Since an alternating current with less harmonics can be supplied to a load having a large inductance component such as a motor, it can be used in various application fields.
このような電力変換装置を使用する応用分野のなかには、数年にわたる無停止連続操業を求められる分野がある。電力変換装置自体の連続運転性能や故障率は年々改善される方向にはあるが、一般には故障率はゼロではなく、有寿命部品を使用している関係上、定期的に電力変換装置を停止させてメンテナンスを行う必要がある。 Among the application fields using such a power converter, there is a field that requires continuous operation without stopping for several years. Although the continuous operation performance and failure rate of the power converter itself are improving year by year, in general, the failure rate is not zero and the power converter is periodically stopped due to the use of parts with a limited life. Maintenance is required.
従って、上記の応用分野においては、１台の電力変換装置が故障や定期メンテナンスで停止しても、システムとして運転継続できるように、電力変換装置を複数台の並列構成とし、その一部で電力変換を実施し、残りを待機状態とする所謂冗長システムを構築することが多い。 Therefore, in the above application fields, a plurality of power converters are configured in parallel so that even if one power converter stops due to a failure or periodic maintenance, the power converter can be configured in parallel, and part of the power converters In many cases, a so-called redundant system is constructed in which conversion is performed and the rest is in a standby state.
通常電力変換装置は、電力変換を担当する少なくとも１台の電力変換器と、変換器を制御する制御装置とで構成される。冗長システムにおいては、これら電力変換器と制御装置の夫々が冗長の対象となる。 The normal power converter is composed of at least one power converter in charge of power conversion and a control device that controls the converter. In the redundant system, each of the power converter and the control device is a target for redundancy.
電力変換器の冗長方法は、システムを構成する電力変換器のうちいくつかを待機状態にしておき、運転中の電力変換器で異常があった場合などに、異常となった電力変換器を停止（解列）し、待機中の電力変換器を運転（併入）する方法と、システムに必要な電力変換器の数より多くの電力変換器を並列運転し、異常となった電力変換器を解列して運転を継続する方法の２種類がある。何れの方法も、解列及び併入動作は制御装置でコントロールされる。 The power converter redundancy method is to stop some of the power converters that make up the system in a standby state and stop the abnormal power converter when there is an abnormality in the operating power converter. (Disconnect) and operate (incorporate) standby power converters and operate more power converters in parallel than the number of power converters required for the system. There are two types of methods of disconnecting and continuing operation. In both methods, the disconnection and the insertion operation are controlled by the control device.
制御装置においては、制御装置の部品などに起因する制御装置故障のほか、制御装置にインタフェースされる電流センサなどのセンサ系の故障や、制御の異常によって引き起こされる電力変換器の異常がある。よって、異常の検出箇所が変換器の中であっても、制御装置が真因のこともある。制御装置の冗長方法としては、一方の制御装置で制御を行い、他方の制御装置を待機させるような冗長システムを構成する。電力変換器の場合と異なり、１台の制御装置で制御可能なので、制御装置２台で冗長システムを構築するのが一般的である。（例えば特許文献１参照。）。 In the control device, in addition to a control device failure caused by components of the control device, there is a failure in a sensor system such as a current sensor interfaced to the control device, or an abnormality in a power converter caused by a control abnormality. Therefore, even if the abnormality is detected in the converter, the control device may be the true cause. As a redundant method of the control device, a redundant system is configured in which the control is performed by one control device and the other control device is put on standby. Unlike the case of the power converter, since it can be controlled by one control device, it is common to construct a redundant system with two control devices. (For example, refer to Patent Document 1).
特許文献１に記戴されている従来の電力変換装置においては、制御冗長をコントロールする共通制御系がなくても、制御装置１Ａから制御装置１Ｂへの制御切替が実現できるが、例えば、制御装置１Ａから「制御切替リクエスト」を要求しても、制御装置１Ｂに「制御切替リクエスト」が伝達できなければ、制御装置１Ａで故障検出した場合、システム停止にいたる。また同様に制御装置１Ａから「制御切替リクエスト」を要求しても、制御装置１Ｂからの「制御切替リクエストアンサ」が制御装置１Ａへ伝達できなければ、制御装置１Ａが故障検出したとき、システム停止にいたる。
In the conventional power conversion device described in Patent Document 1, control switching from the
また、一方の制御装置が「選択」であれば、他方は「待機」または「保守」であり、両者が「選択」の条件にならないようにインターロックする場合に、例えば制御装置１Ａが「選択」であることが、制御装置１Ｂに伝わらなければインターロックは成立しない。また、制御装置１Ａが「保守」要求を受けた場合に制御装置１Ｂが「待機」状態であることがわからなければ、制御装置１Ａは「保守」要求を受け付けることができない。
Further, when one control device is “select”, the other is “standby” or “maintenance”, and when the two are interlocked so as not to satisfy the “select” condition, for example, the
よって、上記状態に陥った場合、連続運転を行おうとする冗長システムにとって致命的な制御装置の総点検という問題に至ってしまう。 Therefore, when it falls into the said state, it will lead to the problem of the total inspection of a control apparatus which is fatal for the redundant system which performs continuous operation.
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、制御装置間の信号伝達の信頼性を高め、信頼性の高い制御装置切替を行うことが可能な電力変換装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a power conversion device capable of improving the reliability of signal transmission between control devices and performing highly reliable control device switching. And
上記目的を達成するため、本発明の電力変換装置は、スイッチング素子をオンオフ制御して電力を変換する少なくとも１台の電力変換器と、前記電力変換器を運転制御するために冗長配置された２台の制御装置とで構成され、前記各々の制御装置は、自らの運転状態を示す「選択」、「待機」、「保守」の各ステータスを記憶し、相手方のステータスを読み込むステータス記憶／読み込み手段と、相手方の制御装置に対して「制御切替リクエスト」を行う制御切替要求手段と、相手方の制御装置からの制御切替要求を受け入れて相手方の制御装置に対して「制御切替リクエストアンサ」を行う制御切替え回答手段とを有し、一方の制御装置が前記電力変換器を運転制御中に異常を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止すると共に他方の制御装置に対して制御切替を要求し、他方の制御装置は、前記制御切替え回答手段によってアンサーバックを行うと共に、前記電力変換器の運転制御を開始するようにし、前記「制御切替リクエスト」、「制御切替リクエストアンサ」、「選択」及び「待機」の各信号を３重化して互いの制御装置間を接続し、前記３重化した信号の受信側に多数決回路を設け、前記３重化した信号の１つが断線、故障などを起こしても制御装置間の信号伝達に支障がないようにし、前記各々の制御装置はウォッチドッグタイマ付きのマイコンを有し、前記ウォッチドッグタイマが作動したとき、前記電力変換器をゲートブロックすると共に、前記「制御切替リクエスト」信号を強制的に出力するようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, the power conversion device of the present invention includes at least one power converter that converts power by controlling on / off of a switching element, and 2 redundantly arranged to control the operation of the power converter. is composed of a base of the control device, wherein each of the control device, to indicate their operating state "selection", "standby", and stores each status of "maintenance" status storage / read to read the status of the other party Means, a control switching request means for performing a “control switching request” to the counterpart control apparatus, and accepting a control switching request from the counterpart control apparatus and performing a “control switching request answer” to the counterpart control apparatus. Control switching answering means, and when one of the control devices detects an abnormality during operation control of the power converter, the control device stops operation control of the power converter. The other control device requests control switching, and the other control device performs answer back by the control switching answering means and starts operation control of the power converter, Each signal of “request”, “control switching request answer”, “selection” and “standby” is triple connected to each other, and a majority circuit is provided on the receiving side of the triple signal, Even if one of the triple signals is broken or broken, the signal transmission between the control devices is not hindered. Each control device has a microcomputer with a watchdog timer, and the watchdog timer And the power converter is gate-blocked and the "control switching request" signal is forcibly output .
この発明によれば、制御装置間の信号伝達の信頼性を高め、信頼性の高い制御装置切替を行うことが可能な電力変換装置を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a power conversion device capable of improving the reliability of signal transmission between control devices and performing control device switching with high reliability.
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施例１に係る電力変換装置のシステム構成図である。 FIG. 1 is a system configuration diagram of the power conversion apparatus according to the first embodiment of the present invention.
図１における電力変換装置は、制御装置１Ａ、制御装置１Ｂ及び電力変換器５で構成される。電力変換器５は、例えばその構成要素である図示しない複数のスイッチング素子を適切にオンオフさせることによって交流電源から得られる交流電圧を電動機駆動用の交流に変換する。
The power conversion device in FIG. 1 includes a
制御装置１Ａ及び制御装置１Ｂは、その構成が基本的に同一であり、その何れかが電力変換器５を運転制御するように冗長配置され、個別に保守が可能なように図示しない制御電源を分離可能な構成となっている。そして制御装置１Ａ及び制御装置１Ｂは、夫々変換器制御回路２Ａ、２Ｂ、制御異常検出回路３Ａ、３Ｂ、並びに制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂを有している。
The
変換器制御回路２Ａ、２Ｂは、電力変換器５を構成するスイッチング素子にゲート信号を与える、このゲート信号は、例えば電力変換器５の出力で駆動される図示しない電動機の速度が所望の速度となるように図示しない制御手段、例えばＰＷＭ制御によって定められたゲート信号である。 The converter control circuits 2A and 2B give a gate signal to the switching elements constituting the power converter 5, and this gate signal is obtained, for example, when the speed of an electric motor (not shown) driven by the output of the power converter 5 is a desired speed. The gate signal is determined by control means (not shown) such as PWM control.
制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂは、制御切替リクエスト、制御切替リクエストアンサ及びステータス授受の各入出力信号インタフェースを夫々持ち、制御装置１Ａ、１Ｂの間でこれらの信号を互いに送受信する。そして、制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂは夫々変換器制御回路２Ａ、２Ｂに対し、制御開始／停止信号を供給する。ここで、制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂに入出力する「制御切替リクエスト」、「リクエストアンサ」、「選択」、「待機」の各信号は３重化された信号となっているが、その詳細は後述する。尚、図１においてステータス授受信号を信号３重化として図示しているが、全てのステータス授受信号を３重化している訳ではない。
The control
制御異常検出回路３Ａ、３Ｂに対し、変換器制御回路２Ａ、２Ｂから夫々自身の制御系の異常信号が与えられ、また電力変換器５から共通の異常信号が与えられる。この共通の異常信号とは電力変換器５の過電圧異常、過電流異常などの信号である。これらの信号を制御異常検出回路３Ａ、３Ｂが受けたとき、制御異常検出回路３Ａ、３Ｂは自らの属する制御装置の制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂに対し、夫々制御装置異常信号を出力する。
The control
制御装置１Ａ、１Ｂは、それぞれ基本的に自らの状態を示す「選択」、「待機」、「保守」の３つのステータスを記憶する手段を有している。これらのステータスは前述したように互いに読み込む構成となっているので、制御装置１Ａ、１Ｂはステータス記憶／読み込み手段を有していることになる。これらのステータスは自らの制御装置がその運転経歴によって自動更新する。そして、一方の制御装置が「選択」であれば、他方は「待機」または「保守」であり、両者が「選択」にはならないようにお互いにインターロックがとられている。
The
図２は、制御装置１Ａが「選択」、制御装置１Ｂが「待機」のステータスを持つ状態において、制御装置１Ａが制御異常を検出した場合の制御切替のフローチャートであり、図３は、制御切替を要求される制御装置１Ｂ側のフローチャートである。
FIG. 2 is a flowchart of control switching when the
図２において、制御装置１Ａで制御異常を検出すると（ＳＴ１）、まず制御装置１Ａのステータスが「選択」であるかどうか自ら確認し（ＳＴ２）、ステータスが「選択」でなければ、制御装置１Ａは電力変換器５の制御を実施していないので、制御切替は不要となる。ステータスが「選択」であれば、制御装置１Ａが電力変換器５の運転制御を実施しているので、制御装置１Ｂへ制御切替を行う。
In FIG. 2, when a control abnormality is detected in the
制御切替の方法は、まず電力変換器５の通電を停止するために電力変換器５を構成するスイッチング素子に対する自らの全ゲート指令をブロックし（ＳＴ３）、次に制御装置１Ｂに対して「制御切替リクエスト」を送信する（ＳＴ４）。 In order to stop the energization of the power converter 5, the control switching method first blocks all of its own gate commands for the switching elements constituting the power converter 5 (ST 3), and then “controls” the control device 1 B. "Switching request" is transmitted (ST4).
そして、図３において、制御装置１Ａからの「制御切替リクエスト」を制御装置１Ｂが受信すると（ＳＴ５）、まず制御装置１Ｂは自らのステータスが「待機」であるかどうか確認する（ＳＴ６）。ステータスが「待機」でなければ、制御切替を行って制御装置１Ｂで制御を行うことができないので、「制御切替リクエスト」に対する「制御切替リクエストアンサ」の返信は行わない。
In FIG. 3, when the control device 1B receives the “control switching request” from the
制御装置１Ｂのステータスが「待機」であれば、「制御切替リクエストアンサ」を制御装置１Ａに対して送信する（ＳＴ−７）。そして、制御装置１Ｂのステータスを「待機」から「選択」に変更し（ＳＴ−８）、電力変換器５の運転制御を開始する（ＳＴ−９）。尚、「制御切替リクエスト」を受信した時点で、制御装置１Ａは電力変換器５の制御を停止しているので、制御装置１Ａと１Ｂの間で電力変換器５の運転制御用のゲート信号が競合することはない。
If the status of the control device 1B is “standby”, a “control switching request answer” is transmitted to the
再び図２に戻り、「制御切替リクエスト」を送信した制御装置１Ａは、制御装置１Ｂからの「制御切替リクエストアンサ」の受信を確認し（ＳＴ−８Ａ）、制御装置１Ａのステータスを「選択」から「保守」に変更する（ＳＴ−１０Ａ）。尚、制御装置１Ａは、一定時間以内に「制御切替リクエストアンサ」が返信されたかどうかチェックし（ＳＴ−９Ａ）、一定時間以内に「制御切替リクエストアンサ」を確認することができなかった場合、制御装置１Ａ、１Ｂとも制御不可能として、システム停止とすることができる（ＳＴ−１１Ａ）。また、他の方法として、制御切替できなかったので、制御装置１Ａを故障リセットし、１度だけ再び制御装置１Ａで電力変換器５の運転制御を試みることも可能である。
Returning to FIG. 2 again, the
次に「保守」ステータスとなった制御装置１Ａの基本的復旧手順について図４に示した保守手順のフローチャートを参照して説明する。制御装置１Ａは、該当する故障部位を点検しその復旧作業が完了した後、故障復帰操作を行う。この操作を自動検出し（ＳＴ−１２Ａ）、自らの制御装置１Ａが「保守」状態にあるかどうかチェックする（ＳＴ−１３Ａ）。そして自らの制御装置１Ａが「保守」状態にあれば、このステータスを「待機」ステータスに切替える（ＳＴ−１４Ａ）。これにより制御装置Ａのステータスが「保守」から「待機」に切り替わり、制御装置Ａは待機状態となって再びシステムに参加する。
Next, a basic recovery procedure of the
また、制御装置の手動保守については、制御装置１Ａ、１Ｂ内に図示しない保守リクエストスイッチを設け、この保守リクエスト信号を制御切替コントロール回路４Ａ、４Ｂに夫々供給することにより達成することができる。
Further, manual maintenance of the control device can be achieved by providing a maintenance request switch (not shown) in the
以下、図５に示した３重化の回路構成例に従って、その構成と作用を説明する。図５は制御装置１Ａから制御装置１Ｂに送信される「制御切替リクエスト」信号の３重化構成について図示している。
The configuration and operation will be described below according to the triple circuit configuration example shown in FIG. FIG. 5 illustrates a triple configuration of a “control switching request” signal transmitted from the
図５において、制御装置１Ａの制御切替コントロール回路４Ａ内に設けられた制御切替コントロールメイン回路４０Ａより送信される「制御切替リクエスト」信号は、絶縁用のフォトカプラＰＣとデジタル出力回路ＤＯとから成る出力回路４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａに並列に与えられる。そして出力回路４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａは同一の信号処理を行い、制御装置１Ｂの制御切替コントロール回路４Ｂ内に夫々設けられ、絶縁用のフォトカプラＰＣとデジタル入力回路ＤＩとから成る受信回路４１Ｂ、４２Ｂ及び４３Ｂに対して、制御切替リクエスト１信号、制御切替リクエスト２信号及び制御切替リクエスト３信号を夫々並列に与える。そして、これらの入力回路４１Ｂ、４２Ｂ及び４３Ｂの出力を多数決回路４４Ｂに与える。制御切替リクエスト１信号、制御切替リクエスト２信号及び制御切替リクエスト３信号は多数決回路４４Ｂにより３者２択の多数決が行われ、多数決で決められた制御切替リクエスト信号が制御切替コントロールメイン回路４０Ｂに与えられる。
In FIG. 5, a “control switching request” signal transmitted from the control switching control
以上の構成により、仮に制御装置１Ａの制御切替コントロール回路４Ａの出力回路４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａのうち１つが故障、または制御切替リクエスト１信号、制御切替リクエスト２信号及び制御切替リクエスト３の信号線のうち１つが断線、または制御装置１Ｂの制御切替コントロール回路４Ｂの受信回路４１Ｂ、４２Ｂ及び４３Ａのうち１つが故障しても、多数決回路４４Ｂにより正常な２本の信号の多数決によって正確な信号伝達が可能となる。
With the above configuration, it is assumed that one of the
また、図示していないが、多数決回路４４Ｂにおいて、不一致が生じた場合、制御装置１Ａからの「制御切替リクエスト」信号に異常があったと判断できるので、制御装置１Ｂにおいて、故障を認識できる。尚、「制御切替リクエスト」の制御装置１Ａからの信号はオンラインメンテナンスのために絶縁分離を行うことが好ましい。図５の例ではフォトカプラＰＣで信号絶縁を行なっているが、絶縁ができるリレーなどで構築しても良い。また、電源は絶縁分離のために、制御装置１Ａ側では制御装置１Ａの内部電源ＶＣＣ１を、制御装置１Ｂ側では制御装置１Ｂ側の内部電源ＶＣＣ２を使用し、それぞれの制御装置が個別に保守される場合、もう一方の制御装置へ電圧が印加されない状態をつくりだすことが望ましい。以上により、「制御切替リクエスト」信号の場合、リクエスト発行は出力回路４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａがアンメイクとなる状態とするのが良い。
Although not shown in the figure, if a mismatch occurs in the majority circuit 44B, it can be determined that there is an abnormality in the “control switching request” signal from the
尚、「制御切替リクエストアンサ」、「選択」及び「待機」の各信号については図示していないが、「制御切替リクエスト」と同様の３重化回路、多数決回路を設ける。 The “control switch request answer”, “select”, and “standby” signals are not shown, but a triple circuit and a majority circuit similar to the “control switch request” are provided.
また「制御切替リクエストアンサ」信号に関しても、例えば制御切替コントロール回路４０Ａの出力がメイク状態となったときをリクエストアンサとし、通常はアンメイクとすることによって、保守時に他方の制御装置へ電圧が印加されない状態を作り出すことができる。
As for the “control switching request answer” signal, for example, when the output of the control switching
同様に、「選択」に関しても、例えば制御切替コントロール回路４０Ａの出力がメイク状態で「選択」とし、保守時はアンメイクとすることによって、他方の制御装置へ電圧が印加されない状態を作り出すことができる。「待機」に関しても同様に、制御切替コントロール回路４０Ａの出力がメイク状態で「待機」とし、保守時はアンメイクとすることによって他方の制御装置へ電圧が印加されない状態を作り出すことができる。
Similarly, regarding “selection”, for example, the output of the control switching
上記回路構成を採用することによって、従来の課題であった、制御装置１Ａから「制御切替リクエスト」を要求しても、制御装置１Ｂに「制御切替リクエスト」が伝達できなければ、制御装置１Ａで故障検出した場合にシステム停止となる問題、また同様に制御装置１Ａから「制御切替リクエスト」を要求しても、制御装置１Ｂからの「制御切替リクエストアンサ」が制御装置１Ａへ伝達できなければ、制御装置１Ａで故障検出した場合にシステム停止となる問題等が解決できることとなる。
By adopting the above circuit configuration, even if a “control switching request” is requested from the
また、一方の制御装置が「選択」であれば、他方は「待機」または「保守」であり、両者が「選択」の条件にならないようにインターロックする場合に、たとえば制御装置１Ａが「選択」であることが、制御装置１Ｂに伝わらなければインターロックは成立しない問題、また、制御装置１Ａが「保守」要求を受けた場合に制御装置１Ｂが「待機」状態であることがわからなければ、制御装置１Ａは「保守」要求を受け付けることができない問題を解決することができることとなる。
If one control device is “selection”, the other is “standby” or “maintenance”, and when the two are interlocked so as not to satisfy the “selection” condition, for example, the
よって、以上の方法によれば、上記課題を克服し、従来例の効果である、制御冗長をコントロールする共通制御系がなくても、制御装置１Ａから制御装置１Ｂへの制御切替が実現すること、また制御装置１Ａと制御装置１Ｂは基本的に同一の動作を行う構成となっているので、制御装置１Ｂから制御装置１Ａへの制御切替も全く同様の手法で行うことが可能となることは明らかである。
Therefore, according to the above method, the control switching from the
本発明に係る電力変換装置用の制御装置において、一方の制御切替コントロールメイン回路の出力から、他方の制御切替コントロール回路の入力までの部分を３重化しているのは、ここで３重化する箇所以外の重要箇所は、基本的にマイコンによるソフトウエアで処理される箇所になるためである。従ってハードウエアが介在する箇所は３重化する箇所のみでよく、マイコン異常による故障が生じた場合はウォッチドッグなどのマイコン異常を検知し、例えば図６に示したように、ウォッチドッグタイマ出力（図６の場合、レベルＬでマイコン異常）と制御切替コントロールメイン回路が出力するオリジナル信号である制御切替リクエスト信号（図３の場合レベルＬでリクエスト要求）を制御切替コントロール回路４Ａ１に設けた負のＯＲ回路４５Ａによって負論理和をとることにより、出力回路４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａの出力を制御切替リクエスト発生時にアンメイクとすることができる。すなわちこのようにすると、マイコン異常が生じたときにはウォッチドッグタイマ出力がレベルＬとなるので制御切替リクエスト信号が強制的に発生することとなる。
In the control device for a power converter according to the present invention, the part from the output of one control switching control main circuit to the input of the other control switching control circuit is tripled. This is because the important part other than the part is basically a part processed by software using a microcomputer. Therefore, the location where the hardware intervenes only needs to be a triple location. If a malfunction due to a microcomputer abnormality occurs, a microcomputer abnormality such as a watchdog is detected. For example, as shown in FIG. In the case of FIG. 6, the microcomputer is abnormal at level L) and the control switching request signal (request at level L in FIG. 3) that is the original signal output from the control switching control main circuit is provided in the control switching control circuit 4A1. By taking a negative OR with the OR circuit 45A, the output of the
一般的な電力変換装置であれば、制御装置の異常としてマイコン異常をハードウエアで検出してゲート信号をブロックする。よって、マイコン異常が生じた制御装置１Ａがゲート信号のブロックとなるまでのフローを図２に当てはめてみると、まず、制御故障検出＝マイコン異常を検出し（ＳＴ１）、自制御装置「選択」は確認できないがゲート信号ブロックを行なうようにする（ＳＴ３）。そしてウォッチドッグタイマから制御切替リクエスト信号出力と同じ信号を出力する（ＳＴ４）こととなる。ここで自制御値が「選択」でない場合であっても、図３のフローチャートで相手方が「待機」となっていなければ運転切替は行われないので問題はない。すなわち制御装置１Ｂは、図３のフローチャートにおいて制御装置１Ａからの「制御切替リクエスト＝マイコン異常」を受信すると（ＳＴ５）、制御装置１Ｂの自らのステータスが「待機」であるかどうか確認する（ＳＴ６）。ステータスが「待機」でなければ、制御切替を行って制御装置１Ｂで制御を行うことができないので、「制御切替リクエスト」に対する「制御切替リクエストアンサ」を返さずにフローを抜ける。
In the case of a general power conversion device, a microcomputer abnormality is detected by hardware as a controller abnormality, and the gate signal is blocked. Therefore, when the flow until the
ステップＳＴ６でステータスが「待機」であれば、「制御切替リクエストアンサ」を制御装置１Ａに対して送信する（ＳＴ７）が、制御装置１Ａでは受信されない。しかし、制御装置１Ｂはステータスを「待機」から「選択」に変更し（ＳＴ８）、電力変換器５の運転制御を開始する（ＳＴ９）。尚、上述したように「マイコン異常」が発生した時点で、制御装置１Ａは電力変換器５の制御を停止しているので、制御装置１Ａと１Ｂの間で電力変換器５の運転制御用のゲート信号が競合することはない。
If the status is “standby” in step ST6, “control switching request answer” is transmitted to the
再び図２のフローチャートに戻るが、「制御切替リクエスト＝マイコン異常」を送信した制御装置１Ａは、制御装置１Ｂからの「制御切替リクエストアンサ」の受信を確認できないが停止状態となる。また、制御装置１Ａは、一定時間以内に「制御切替リクエストアンサ」が返信されたかどうかチェックすることもできないので（ＳＴ９Ａ）、システム停止には至ることはない。
Returning to the flowchart of FIG. 2 again, the
異常をきたした制御装置１Ａはメンテナンスを行い、点検修復後ステータスを「待機」ステータスに切替える（ＳＴ１４Ａ）。以上により制御装置１Ａのステータスが「保守」から「待機」に切り替わり、制御装置１Ａは待機状態となって再びシステムに参加できる。
The
このようにして、連続運転を行おうとする冗長システムにとって致命的な制御装置の総点検という問題を避けることが可能となる。 In this way, it is possible to avoid the problem of a total inspection of the control device which is fatal for a redundant system which is to be operated continuously.
以下、本発明の実施例２に係る電力変換装置を図７及び図８を参照して説明する。 Hereinafter, the power converter concerning Example 2 of the present invention is explained with reference to FIG.7 and FIG.8.
図７は本発明の実施例２に係る電力変換装置のシステム構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る電力変換装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、制御装置１Ａ１、１Ａ２の夫々の制御切替コントロール回路４Ａ２、４Ｂ２から制御異常検出回路３Ａ、３Ｂに対して夫々回路異常信号を与える構成とした点である。
FIG. 7 is a system configuration diagram of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention. About each part of this Example 2, the same part as each part of the power converter device which concerns on Example 1 of this invention of FIG. 1 is shown with the same code | symbol, and the description is abbreviate | omitted. The second embodiment is different from the first embodiment in that a circuit abnormality signal is supplied from the control switching control circuits 4A2 and 4B2 of the control devices 1A1 and 1A2 to the control
図８は本発明の実施例２に係る電力変換装置の３重化の信号伝達の例を示す詳細図であり、図７における回路異常信号の内部構成が記載されている。この実施例２の各部について、図５の本発明の実施例１に係る電力変換装置の３重化の信号伝達の例を示す詳細図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、制御切替コントロール回路４Ａ２において、出力回路４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａの夫々の出力信号を受信回路４６Ａ、４７Ａ及び４８Ａを介して夫々制御切替コントロールメイン回路４０Ａ１内に設けた異常判別回路４０１Ａにフィードバックする構成とした点である。ここで受信回路４６Ａ、４７Ａ及び４８Ａは、受信回路４１Ｂ、４２Ｂ及び４３Ｂと同様、絶縁用のフォトカプラＰＣとデジタル入力回路ＤＩから構成されている。また、異常判別回路４０１Ａは制御切替コントロールメイン回路４０Ａ１から送信した制御切替リクエスト信号と上記の各々のフィードバック信号を比較し、何れか１つの信号不一致があれば回路異常信号を出力する。
FIG. 8 is a detailed diagram illustrating an example of triple signal transmission of the power conversion apparatus according to the second embodiment of the present invention, in which the internal configuration of the circuit abnormality signal in FIG. 7 is described. About each part of this Example 2, the same part as each part of the detailed view which shows the example of the triple signal transmission of the power converter device which concerns on Example 1 of this invention of FIG. 5 is shown with the same code | symbol, The description is abbreviate | omitted To do. The second embodiment is different from the first embodiment in that the control switching control circuit 4A2 receives the output signals of the
上記フィードバック信号により、多数決の信号不一致が生じたとき、実施例１においては制御装置１Ａと制御装置１Ｂの何れの箇所で故障が発生したのか判別不能であったのに対し、制御装置１Ａ側かあるいは制御装置１Ａと制御装置１Ｂの間で発生した故障であるのかを判別することが可能となる。
When a majority signal mismatch occurs due to the feedback signal, in the first embodiment, it was impossible to determine where the failure occurred in the
ここで、受信回路４６Ａ、４７Ａ及び４８Ａを介して信号をフィードバックさせているのは、出力回路４１Ａ、４２Ａ及び４３Ａの出力が制御装置間を渡る信号線と接続されているため一般的にダーティな信号ラインとなるため、ノイズ防止を図る目的で挿入されている。もし、制御装置間のノイズ問題がなければ、受信回路４６Ａ、４７Ａ及び４８Ａを省略することも可能となる。
Here, the reason why the signals are fed back through the receiving
尚、１箇所の故障によって信号不一致が発生しても多数決回路の効果によって運転継続は可能であるので、上記フィードバック信号の多数決の信号不一致が１箇所のときはアラームのみを出力し、２箇所となったとき回路異常信号を出力する構成としても良い。 Even if a signal mismatch occurs due to a failure at one location, it is possible to continue operation due to the effect of the majority circuit. Therefore, when there is only one signal mismatch in the majority decision of the feedback signal, only an alarm is output. It may be configured to output a circuit abnormality signal when it becomes.
図９は本発明の実施例３に係る電力変換装置の制御装置の制御切替コントロール回路を示す詳細図である。この実施例３の各部について、図８の本発明の実施例２に係る電力変換装置の３重化の信号伝達の例を示す詳細図の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例２と異なる点は、制御切替コントロールメイン回路４０Ａ１、４０Ｂ１間の全ての３重化信号の取り合いを記戴するようにした点、３重化信号伝送用ユニット４９Ａ１、４９Ａ２、４９Ａ３、４９Ｂ１、４９Ｂ２及び４９Ｂ３を設けてメンテナンス性を向上させるようにした点である。尚、多数決回路は一括して制御切替コントロール回路４Ａ３側を多数決回路４４Ａ、制御切替コントロール回路４Ｂ３側を多数決回路４４Ｂと記載し、異常判別回路は図示を省略している。
FIG. 9 is a detailed diagram illustrating a control switching control circuit of the control device for the power conversion device according to the third embodiment of the present invention. About the parts of this third embodiment, the same parts as those in the detailed diagram showing an example of the triple signal transmission of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention in FIG. To do. The third embodiment is different from the second embodiment in that all the triple signals between the control switching control main circuits 40A1 and 40B1 are recorded. Triple signal transmission units 49A1 and 49A2 49A3, 49B1, 49B2, and 49B3 are provided to improve maintenance. The majority decision circuit is collectively described as the
図８において制御装置１Ａ、１Ｂの制御切替コントロール回路同士間の信号線は３本である。これは制御装置１Ａから制御装置１Ｂへの「制御切替リクエスト」信号のみについて記してあるからである。これに対し、図９においては全ての信号すなわち「制御切替リクエスト」、「制御切替リクエストアンサ」、「選択」及び「待機」であり、制御装置１Ｂから制御装置１Ａへ送信される信号も加わる。従って信号線の数は３本×４（信号）×２（往復）で２４本となる。
In FIG. 8, there are three signal lines between the control switching control circuits of the
これらの信号のうち信号線８本を扱う１重化部分を、３重化信号伝送用ユニット４９Ａ１、４９Ａ２、４９Ａ３、４９Ｂ１、４９Ｂ２及び４９Ｂ３としてユニット化する。そして、３重化信号伝送用ユニット４９Ａ１は３重化信号伝送用ユニット４９Ｂ１と信号取り合いを行なうようにする。同様に３重化信号伝送用ユニット４９Ａ２は３重化信号伝送用ユニット４９Ｂ２と、３重化信号伝送用ユニット４９Ａ３は３重化信号伝送用ユニット４９Ｂ３と信号取り合いを行なうようにする。このようにすると３重化信号伝送用ユニット４９Ａ１、４９Ａ２、４９Ａ３、４９Ｂ１、４９Ｂ２及び４９Ｂ３は各々、出力回路とフィードバック用受信回路のペアが４回路、そして出力回路に対応した受信回路が４回路の計８回路を有する同一の回路構成となる。ここで３重化信号伝送用ユニットのユニットとは基板またはリレーユニットあるいはそれらの複合体を指す。３重化信号伝送用ユニットの入力側の配線と出力側の配線はコネクタを介してワンタッチで接続可能な構成とすることが好ましい。 Of these signals, a single portion that handles eight signal lines is unitized as triple signal transmission units 49A1, 49A2, 49A3, 49B1, 49B2, and 49B3. Then, the triple signal transmission unit 49A1 makes a signal exchange with the triple signal transmission unit 49B1. Similarly, the triple signal transmission unit 49A2 performs signal exchange with the triple signal transmission unit 49B2, and the triple signal transmission unit 49A3 performs signal exchange with the triple signal transmission unit 49B3. In this way, each of the triplex signal transmission units 49A1, 49A2, 49A3, 49B1, 49B2, and 49B3 includes four output circuit / feedback receiving circuit pairs, and four receiving circuit corresponding to the output circuit. The same circuit configuration having a total of 8 circuits. Here, the unit of the triple signal transmission unit refers to a substrate, a relay unit, or a complex thereof. It is preferable that the wiring on the input side and the wiring on the output side of the triple signal transmission unit can be connected with one touch via a connector.
以上のようにユニット化すると、実施例２で説明した故障箇所の特定と復旧を１つのユニットを入れ替えることによって達成することができる。このことは、たとえば制御装置１Ａで運転中、制御装置１Ａの３重化信号伝送用ユニット４９Ａ１が故障と判定された場合、残りの３重化信号伝送用ユニット４９Ａ２及び４９Ａ３で制御装置１Ｂへの信号伝送を行いながら、３重化信号伝送用ユニット４９Ａ１への電源供給を停止し、ユニット入れ替えを実施することが可能となることを示している。
When unitized as described above, the identification and recovery of the failure location described in the second embodiment can be achieved by replacing one unit. For example, if the triple signal transmission unit 49A1 of the
また、例えば制御装置１Ａにおいて、「制御切替リクエスト」の３つの出力を同一ユニット（基板）内に配置し、フォトカプラを同一（たとえば４ｉｎ１構成）とした場合、１つの部品故障（フォトカプラ故障）で「制御切替リクエスト」信号が全滅してしまう恐れがある。ユニットを分割することによってこのようなトラブルを防ぐことが可能となるので、より信頼性を高めた制御構成になることは明白である。
For example, in the
更に、例えばモータ速度制御を行い、速度変動を極力抑える必要にある電力変換器応用においては、制御装置の切り替えを行うことはゲート信号をいったん停止させることになるので、制御装置の切り替えを極力避けたいという要求がある。本発明の本実施例を採用することにより、運転中の保守／復旧が可能となり、極力制御装置の切替を避けることが可能となる。 Furthermore, for example, in power converter applications where it is necessary to perform motor speed control and minimize speed fluctuations, switching the control device temporarily stops the gate signal, so avoid switching the control device as much as possible. There is a demand for it. By employing this embodiment of the present invention, maintenance / recovery during operation is possible, and switching of the control device can be avoided as much as possible.
１Ａ、１Ｂ、１Ａ１、１Ｂ１ 制御装置
２Ａ、２Ｂ 変換器制御回路
３Ａ、３Ｂ 制御異常検出回路
４Ａ、４Ａ１、４Ａ２、４Ａ３、４Ｂ、４Ｂ２、４Ｂ３ 制御切替コントロール回路
５ 電力変換器
４０Ａ、４０Ａ１、４０Ｂ、４０Ｂ１ 制御切替コントロールメイン回路
４０１Ａ 異常判別回路
４１Ａ、４２Ａ、４３Ａ 出力回路
４１Ｂ、４２Ｂ、４３Ｂ 受信回路
４４Ａ、４４Ｂ 多数決回路
４５Ａ 負のＯＲ回路
４６Ａ、４７Ａ、４８Ａ 受信回路
４９Ａ１、４９Ａ２、４９Ａ３、４９Ｂ１、４９Ｂ２、４９Ｂ３ ３重化信号伝送用ユニット
1A, 1B, 1A1, 1B1 Control device 2A, 2B
Claims (7)
前記電力変換器を運転制御するために冗長配置された２台の制御装置とで構成され、
前記各々の制御装置は、
自らの運転状態を示す「選択」、「待機」、「保守」の各ステータスを記憶し、相手方のステータスを読み込むステータス記憶／読み込み手段と、
相手方の制御装置に対して「制御切替リクエスト」を行う制御切替要求手段と、
相手方の制御装置からの制御切替要求を受け入れて相手方の制御装置に対して「制御切替リクエストアンサ」を行う制御切替え回答手段と
を有し、
一方の制御装置が前記電力変換器を運転制御中に異常を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止すると共に他方の制御装置に対して制御切替を要求し、他方の制御装置は、前記制御切替え回答手段によってアンサーバックを行うと共に、前記電力変換器の運転制御を開始するようにし、
前記「制御切替リクエスト」、「制御切替リクエストアンサ」、「選択」及び「待機」の各信号を３重化して互いの制御装置間を接続し、
前記３重化した信号の受信側に多数決回路を設け、
前記３重化した信号の１つが断線、故障などを起こしても制御装置間の信号伝達に支障がないようにし、
前記各々の制御装置はウォッチドッグタイマ付きのマイコンを有し、前記ウォッチドッグタイマが作動したとき、前記電力変換器をゲートブロックすると共に、前記「制御切替リクエスト」信号を強制的に出力するようにしたことを特徴とする電力変換装置。 At least one power converter for converting power by controlling on / off of the switching element;
It is composed of two control devices arranged redundantly to control the operation of the power converter,
Each of the control devices is
It shows the own operating conditions "select", "waiting", and stores each status of "maintenance", and the status memory / reading means for reading the status of the other party,
Control switching request means for performing a “control switching request” to the counterpart control device;
A control switching response means for accepting a control switching request from the counterpart control device and performing a "control switch request answer" to the counterpart control device;
When one control device detects an abnormality during operation control of the power converter, the control device stops operation control of the power converter and requests control switching from the other control device. The control device performs an answer back by the control switching answering means, and starts operation control of the power converter,
Each of the “control switch request”, “control switch request answer”, “select” and “standby” signals is tripled to connect the control devices to each other,
A majority circuit is provided on the reception side of the triple signal,
Even if one of the triple signals causes disconnection, failure, etc., there is no problem in signal transmission between the control devices ,
Each control device has a microcomputer with a watchdog timer, and when the watchdog timer is activated, the power converter is gate-blocked and the "control switching request" signal is forcibly output. The power converter characterized by having performed.
前記電力変換器を運転制御するために冗長配置された２台の制御装置とで構成され、It is composed of two control devices arranged redundantly to control the operation of the power converter,
前記各々の制御装置は、Each of the control devices is
自らの運転状態を示す「選択」、「待機」、「保守」の各ステータスを記憶し、相手方のステータスを読み込むステータス記憶／読み込み手段と、A status storage / reading means for storing each status of “selection”, “standby”, “maintenance” indicating its own operation state and reading the other party's status,
相手方の制御装置に対して「制御切替リクエスト」を行う制御切替要求手段と、Control switching request means for performing a “control switching request” to the counterpart control device;
相手方の制御装置からの制御切替要求を受け入れて相手方の制御装置に対して「制御切替リクエストアンサ」を行う制御切替え回答手段とA control switching response means for accepting a control switching request from the counterpart control device and performing a "control switch request answer" to the counterpart control device;
を有し、Have
一方の制御装置が前記電力変換器を運転制御中に異常を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止すると共に他方の制御装置に対して制御切替を要求し、他方の制御装置は、前記制御切替え回答手段によってアンサーバックを行うと共に、前記電力変換器の運転制御を開始するようにし、When one control device detects an abnormality during operation control of the power converter, the control device stops operation control of the power converter and requests control switching from the other control device. The control device performs an answer back by the control switching answering means, and starts operation control of the power converter,
前記「制御切替リクエスト」、「制御切替リクエストアンサ」、「選択」及び「待機」の各信号を３重化して互いの制御装置間を接続し、Each of the “control switch request”, “control switch request answer”, “select” and “standby” signals is tripled to connect the control devices to each other,
前記３重化した信号の受信側に多数決回路を設け、A majority circuit is provided on the reception side of the triple signal,
前記３重化した信号の１つが断線、故障などを起こしても制御装置間の信号伝達に支障がないようにし、Even if one of the triple signals causes disconnection, failure, etc., there is no problem in signal transmission between the control devices,
前記３重化した信号を伝送するために、In order to transmit the triple signal,
信号の送信側に絶縁回路とデジタル出力回路から成る出力回路を、信号の受信側に絶縁回路とデジタル入力回路から成る第１の受信回路を設け、この第１の受信回路の出力を前記多数決回路に与えるようにすると共に、３重化する信号のうち１重分の前記出力回路及び前記第１の受信回路を３重化伝送ユニットとしてユニット化し、１台の前記制御装置はこの３重化伝送ユニット３台を有する構成としたことを特徴とする電力変換装置。An output circuit comprising an insulation circuit and a digital output circuit is provided on the signal transmission side, and a first reception circuit comprising an insulation circuit and a digital input circuit is provided on the signal reception side, and the output of the first reception circuit is provided as the majority circuit. The output circuit and the first receiving circuit for one of the signals to be tripled are unitized as a triplex transmission unit, and one of the control devices is this triplex transmission. A power converter having a structure including three units.
前記電力変換器を運転制御するために冗長配置された２台の制御装置とで構成され、It is composed of two control devices arranged redundantly to control the operation of the power converter,
前記各々の制御装置は、Each of the control devices is
自らの運転状態を示す「選択」、「待機」、「保守」の各ステータスを記憶し、相手方のステータスを読み込むステータス記憶／読み込み手段と、A status storage / reading means for storing each status of “selection”, “standby”, “maintenance” indicating its own operation state and reading the other party's status,
相手方の制御装置に対して「制御切替リクエスト」を行う制御切替要求手段と、Control switching request means for performing a “control switching request” to the counterpart control device;
相手方の制御装置からの制御切替要求を受け入れて相手方の制御装置に対して「制御切替リクエストアンサ」を行う制御切替え回答手段とA control switching response means for accepting a control switching request from the counterpart control device and performing a "control switch request answer" to the counterpart control device;
を有し、Have
一方の制御装置が前記電力変換器を運転制御中に異常を検出したとき、当該制御装置は前記電力変換器の運転制御を停止すると共に他方の制御装置に対して制御切替を要求し、他方の制御装置は、前記制御切替え回答手段によってアンサーバックを行うと共に、前記電力変換器の運転制御を開始するようにし、When one control device detects an abnormality during operation control of the power converter, the control device stops operation control of the power converter and requests control switching from the other control device. The control device performs an answer back by the control switching answering means, and starts operation control of the power converter,
前記「制御切替リクエスト」、「制御切替リクエストアンサ」、「選択」及び「待機」の各信号を３重化して互いの制御装置間を接続し、Each of the “control switch request”, “control switch request answer”, “select” and “standby” signals is tripled to connect the control devices to each other,
前記３重化した信号の受信側に多数決回路を設け、A majority circuit is provided on the reception side of the triple signal,
前記３重化した信号の１つが断線、故障などを起こしても制御装置間の信号伝達に支障がないようにし、Even if one of the triple signals causes disconnection, failure, etc., there is no problem in signal transmission between the control devices,
前記「制御切替リクエスト」、「制御切替リクエストアンサ」、「選択」及び「待機」の各出力信号を自身の制御装置にフィードバックさせて故障監視するようにEach of the “control switching request”, “control switching request answer”, “selection” and “standby” output signals is fed back to its own control device to monitor the failure.
すると共に、前記各出力信号は、絶縁回路とデジタル入力回路から成る第２の受信回路を介してフィードバックするようにし、And each of the output signals is fed back via a second receiving circuit comprising an insulating circuit and a digital input circuit,
３重化する信号のうち１重分の前記第２の受信回路を３重化伝送ユニットとしてユニット化し、１台の前記制御装置はこの３重化伝送ユニット３台を有する構成としたことを特徴とする電力変換装置。The second receiving circuit for one of the signals to be tripled is unitized as a triplex transmission unit, and one control device has a configuration including three triplex transmission units. A power converter.
信号の送信側に絶縁回路とデジタル出力回路から成る出力回路を、信号の受信側に絶縁回路とデジタル入力回路から成る第１の受信回路を設け、この第１の受信回路の出力を前記多数決回路に与えるようにしたことを特徴とする請求項１または請求項３に記載の電力変換装置。An output circuit comprising an insulation circuit and a digital output circuit is provided on the signal transmission side, and a first reception circuit comprising an insulation circuit and a digital input circuit is provided on the signal reception side, and the output of the first reception circuit is provided as the majority circuit. The power conversion device according to claim 1, wherein the power conversion device is provided.
前記ウォッチドッグタイマが作動したとき、前記電力変換器をゲートブロックすると共に、前記「制御切替リクエスト」信号を強制的に出力するようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の電力変換装置。4. The device according to claim 2, wherein when the watchdog timer is activated, the power converter is gate-blocked and the “control switching request” signal is forcibly output. 5. Power conversion device.
前記ウォッチドッグタイマはマイコン異常でレベルＬとなるようにし、The watchdog timer is set to level L when the microcomputer is abnormal,
これらの２信号を負のＯＲ回路に与え、Apply these two signals to the negative OR circuit,
この負のＯＲ回路の出力を３重化するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項６に記載の電力変換装置。7. The power converter according to claim 1, wherein the output of the negative OR circuit is tripled.
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