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JP7622822B2 - 情報処理装置、短絡判定方法およびプログラム - Google Patents
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JP7622822B2 - 情報処理装置、短絡判定方法およびプログラム - Google Patents

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Description

本発明は、情報処理装置、短絡判定方法およびプログラムに関する。
屋内用の直流給電システム(ケーブル亘長が数100m以下)での短絡保護には電流分配装置に内蔵された大容量電解コンデンサとヒューズが用いられる。短絡時には大容量コンデンサからヒューズに電荷が供給され、ヒューズが溶断する。ケーブル亘長が長い(数1000m程度)屋外用の直流給電システムでは大容量コンデンサが利用できず、DC/DCコンバータのゲートブロックとヒューズの2段で短絡保護を行う。
非特許文献1には、高電圧の直流給電システムにおいて、短絡故障による影響を考慮したシステムの設計方法が開示されている。
「高電圧直流給電システムの実現に向けて」,NTT技術ジャーナル,2009年8月,[online],インターネット<URL:https://www.ntt.co.jp/journal/0908/files/jn200908018.pdf>
従来の技術では、屋外用の直流給電システム等のように、ケーブル亘長が長い直流給電システムにおいては、DC/DCコンバータのゲートブロックのみが停止しヒューズが遮断していない場合、DC/DCコンバータの故障なのか短絡なのかの判別が困難であり、原因究明に時間を要するという問題がある。
開示の技術は、給電システムに故障が発生した場合の原因究明を支援することを目的とする。
開示の技術は、給電システムの特性を示すデータを取得するデータ取得部と、前記データに基づいて、前記給電システムに短絡が発生した可能性の有無を判定する短絡可能性判定部と、を備え、前記データ取得部は、前記給電システムが備えるDC/DCコンバータのゲートブロックの動作時間と、前記DC/DCコンバータのXコンデンサの容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、前記給電システムが備えるヒューズの溶断特性と、のうちの少なくとも1つを前記データとして取得する、情報処理装置である。
給電システムに故障が発生した場合の原因究明を支援することができる。
判定対象の給電システムのシステム構成を示す図である。 情報処理装置の機能構成図である。 短絡判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 等価回路の概要を示す図である。 電流波形の一例を示す第一の図である。 電流波形の一例を示す第二の図である。 コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態(本実施の形態)を説明する。以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の実施の形態に限られるわけではない。
図1は、判定対象の給電システムのシステム構成を示す図である。
本実施の形態に係る判定処理の対象となる給電システム1は、屋外用の直流給電システムであって、給電ケーブルのケーブル亘長が数1000m程度のシステムである。給電システム1は、整流装置(またはAC/DCコンバータ)901と、分電盤902と、DC/DCコンバータ903と、ヒューズ906と、ケーブルインピーダンス907と、機器908と、を備える。
また、DC/DCコンバータ903は、ゲートブロック904と、Xコンデンサ905と、を備える。
屋外用の直流給電システムは、屋内用の直流給電システムのような大容量のコンデンサを使用できないため、ヒューズ906が切れにくい。さらに給電ケーブルのケーブル亘長が長くなると、ケーブルインピーダンスが増大し、短絡電流が小さくなるため、ヒューズ906が切れにくくなるという特性がある。
また、DC/DCコンバータ903は、短絡などで過電流が流れたことを検出し、ゲートブロック904を開放して給電を停止する機能がある。しかし、ゲートブロック904が開放された後も、DC/DCコンバータ903の出力フィルタに組み込まれているXコンデンサ905(数百~数千uF/kW程度)に蓄えられた電荷が、短絡点に向かって流れ続ける。これにより、ゲートブロック904が早く動作してもXコンデンサ905から流れる電流でヒューズ906が溶断することがある。
以下、このような状況においてゲートブロック904が停止し、ヒューズ906が溶断していない状況において、本実施の形態に係る情報処理装置を使用して、短絡が発生した可能性の有無を判定する方法について、説明する。
図2は、情報処理装置の機能構成図である。
情報処理装置10は、データ取得部11と、電流波形算出部12と、判定基準値算出部13と、短絡可能性判定部14と、出力部15と、を備える。
データ取得部11は、給電システム1の特性を示すデータを取得する。具体的には、データ取得部11は、給電システム1が備えるDC/DCコンバータ903のゲートブロック904の動作時間と、DC/DCコンバータ903のXコンデンサ905の容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、給電システム1が備えるヒューズ906の溶断特性と、を示すデータを取得する。データ取得部11は、ユーザの入力操作によってデータを取得しても良いし、他の装置等からデータを受信しても良い。
電流波形算出部12は、データ取得部11が取得したデータのうち、ゲートブロック904の動作時間と、Xコンデンサ905の容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、に基づいて、給電システム1の短絡時における電流波形を算出する。
具体的には、電流波形算出部12は、ゲートブロック904の動作時間が所定の閾値以下の場合には、Xコンデンサ905の容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、に基づいて、給電システム1の短絡時における電流波形を算出し、ゲートブロック904の動作時間が閾値を超える場合には、Xコンデンサ905の容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、ゲートブロック904の動作時間と、に基づいて、給電システム1の短絡時における電流波形を算出する。
なお、電流波形算出部12は、給電システム1と等価な回路におけるシミュレーションによって、給電システム1の短絡時における電流波形を算出する。
判定基準値算出部13は、電流波形算出部12によって算出された電流波形に基づいて、短絡の可能性を判定するための基準となる値(判定基準値)を算出する。具体的には、判定基準値算出部13は、短絡時に回路に流れる総電荷量(It)及びジュール積分値(It)を計算する。
短絡可能性判定部14は、算出された判定基準値と、ヒューズ906の溶断特性と、に基づいて、短絡が発生した可能性の有無を判定する。具体的には、短絡可能性判定部14は、算出された総電荷量(It)がヒューズ906の溶断特性から得られる総電荷量の限界値を超えている、またはジュール積分値(It)が、ヒューズ906の溶断特性から得られるジュール積分値の限界値を超えているか否かによって、短絡が発生した可能性の有無を判定する。
出力部15は、短絡可能性判定部14の判定結果を出力する。出力部15は、判定結果を示す情報を他の装置に送信しても良いし、判定結果を示す画面を表示しても良い。
(情報処理装置10の動作)
次に、情報処理装置10の動作について説明する。図3は、短絡判定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
給電システム1に故障が発生した場合に、給電システム1の管理者等のユーザによる操作を受けて、短絡判定処理を開始する。
データ取得部11は、屋外直流給電システムである給電システム1の特性を示すデータを取得する(ステップS101)。給電システム1の特性を示すデータは、給電システム1が備えるDC/DCコンバータ903のゲートブロック904の動作時間と、DC/DCコンバータ903のXコンデンサ905の容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、給電システム1が備えるヒューズ906の溶断特性と、を含む。
次に、電流波形算出部12は、ゲートブロック904の動作時間が100μs以下であるか否かを判定する(ステップS102)。なお、100μsは、所定の閾値として、あらかじめ設定された値である。
電流波形算出部12は、ゲートブロック904の動作時間が100μs以下であると判定すると(ステップS102:Yes)、コンデンサ容量とケーブルインピーダンスに基づくシミュレーションによって、短絡時の電流波形(時定数)を算出する(ステップS103)。このシミュレーションは、後述する等価回路によるシミュレーションである。
次に、判定基準値算出部13は、短絡時に回路に流れる総電荷量(It)及びジュール積分値(It)を計算する(ステップS104)。そして、短絡可能性判定部14は、計算された総電荷量がヒューズ906の溶断特性から得られる総電荷量の限界値より小さい、または計算されたジュール積分値がヒューズ906の溶断特性から得られるジュール積分値の限界値より小さいか否かを判定する(ステップS105)。
短絡可能性判定部14は、計算された総電荷量がヒューズ906の溶断特性から得られる総電荷量の限界値より小さい、または計算されたジュール積分値がヒューズ906の溶断特性から得られるジュール積分値の限界値より小さいと判定すると(ステップS105:Yes)、短絡の可能性があると判定する(ステップS106)。
また、短絡可能性判定部14は、計算された総電荷量がヒューズ906の溶断特性から得られる総電荷量の限界値より小さくない、かつ計算されたジュール積分値がヒューズ906の溶断特性から得られるジュール積分値の限界値より小さくないと判定すると(ステップS105:No)、短絡の可能性がないと判定する(ステップS107)。
また、ステップS102の処理において、電流波形算出部12は、ゲートブロック904の動作時間が100μs以下でないと判定すると(ステップS102:No)、コンデンサ容量、ケーブルインピーダンスおよびゲートブロックの動作時間に基づくシミュレーションによって、短絡時の電流波形(時定数)を算出する(ステップS108)。
続いて、判定基準値算出部13は、短絡時に回路に流れる総電荷量(It)及びジュール積分値(It)を計算する(ステップS109)。そして、短絡可能性判定部14は、計算された総電荷量がヒューズの溶断特性から得られる総電荷量の限界値を超えている、かつ計算されたジュール積分値がヒューズの溶断特性から得られるジュール積分値の限界値を超えているか否かを判定する(ステップS110)。
短絡可能性判定部14は、計算された総電荷量がヒューズの溶断特性から得られる総電荷量の限界値を超えている、かつ計算されたジュール積分値がヒューズの溶断特性から得られるジュール積分値の限界値を超えていると判定すると(ステップS110:Yes)、短絡の可能性がないと判定する(ステップS107)。
また、短絡可能性判定部14は、計算された総電荷量がヒューズの溶断特性から得られる総電荷量の限界値を超えていない、または計算されたジュール積分値がヒューズの溶断特性から得られるジュール積分値の限界値を超えていないと判定すると(ステップS110:No)、エラーと判定し、画面等にエラーを表示する(ステップS111)。そして、ステップS101に戻り、データ取得部11は、修正されたデータを取得する。
図4は、等価回路の概要を示す図である。等価回路800は、図3に示したステップS103およびステップS108において使用される。
等価回路800は、DC/DCコンバータ803と、ヒューズ804と、RL直列回路805と、短絡スイッチ806と、を備える。DC/DCコンバータ803は、ゲートブロック801と、Xコンデンサ802と、を備える。
電流波形算出部12は、ステップS103においては、ゲートブロックの動作時間が短いことから、ゲートブロックの動作時間を考慮せず、ヒューズ804に流れる総電荷量ItおよびItを計算する。
また、電流波形算出部12は、ステップS108においては、ゲートブロックの動作時間が長いことから、Xコンデンサ802からの電荷とゲートブロック801からの電荷が、ヒューズ804に流れることを想定して、ゲートブロックの動作時間に応じて、ヒューズ804に流れる総電荷量ItおよびItを計算する。
図5は、電流波形の一例を示す第一の図である。
グラフ701は、ステップS103において算出される電流波形の一例である。ヒューズ804に流れる電流を示す電流波形702と、ゲートブロック801を流れる電流を示す電流波形703と、が示される。この場合、ゲートブロック801を流れる電流はほとんど無いため、電流波形702がXコンデンサ802に流れる電流を示す電流波形と一致する。
図6は、電流波形の一例を示す第二の図である。
グラフ711は、ステップS108において算出される電流波形の一例である。ヒューズ804に流れる電流を示す電流波形712と、ゲートブロック801を流れる電流を示す電流波形713と、が示される。この場合、Xコンデンサ802を流れる電流と、ゲートブロック801に流れる電流と、を加算した電流を示す電流波形が、ヒューズ804に流れる電流を示す電流波形となる。
本実施の形態に係る情報処理装置10によれば、ケーブル亘長が長い屋外用の直流給電システムにおいて、DC/DCコンバータのゲートブロックのみが停止しヒューズが遮断していない場合に、短絡の可能性の有無を判定する。これによって、DC/DCコンバータの故障なのか短絡なのかの原因究明を支援することができる。
(情報処理装置10のハードウェア構成例)
情報処理装置10は、例えば、コンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。なお、この「コンピュータ」は、物理マシンであってもよいし、クラウド上の仮想マシンであってもよい。仮想マシンを使用する場合、ここで説明する「ハードウェア」は仮想的なハードウェアである。
上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体(可搬メモリ等)に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。
図7は、上記コンピュータのハードウェア構成例を示す図である。図7のコンピュータは、それぞれバスBで相互に接続されているドライブ装置1000、補助記憶装置1002、メモリ装置1003、CPU1004、インタフェース装置1005、表示装置1006、入力装置1007、出力装置1008等を有する。
当該コンピュータでの処理を実現するプログラムは、例えば、CD-ROM又はメモリカード等の記録媒体1001によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体1001がドライブ装置1000にセットされると、プログラムが記録媒体1001からドライブ装置1000を介して補助記憶装置1002にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体1001より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置1002は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
メモリ装置1003は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置1002からプログラムを読み出して格納する。CPU1004は、メモリ装置1003に格納されたプログラムに従って、当該装置に係る機能を実現する。インタフェース装置1005は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置1006はプログラムによるGUI(Graphical User Interface)等を表示する。入力装置1007はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。出力装置1008は演算結果を出力する。
(実施の形態のまとめ)
本明細書には、少なくとも下記の各項に記載した情報処理装置、短絡判定方法およびプログラムが記載されている。
(第1項)
給電システムの特性を示すデータを取得するデータ取得部と、
前記データに基づいて、前記給電システムに短絡が発生した可能性の有無を判定する短絡可能性判定部と、を備える、
情報処理装置。
(第2項)
前記データ取得部は、前記給電システムが備えるDC/DCコンバータのゲートブロックの動作時間と、前記DC/DCコンバータのXコンデンサの容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、前記給電システムが備えるヒューズの溶断特性と、を示す前記データを取得する、
第1項に記載の情報処理装置。
(第3項)
前記ゲートブロックの動作時間と、前記Xコンデンサの容量と、前記給電ケーブルのインピーダンスと、に基づいて、前記給電システムの短絡時における電流波形を算出する電流波形算出部と、
算出された前記電流波形に基づいて、短絡時に回路に流れる電荷量(It)またはジュール積分値(It)を算出する判定基準値算出部と、をさらに備え、
前記短絡可能性判定部は、算出された前記電荷量または前記ジュール積分値と、前記ヒューズの溶断特性と、に基づいて、前記短絡が発生した可能性の有無を判定する、
第2項に記載の情報処理装置。
(第4項)
前記電流波形算出部は、前記ゲートブロックの動作時間が所定の閾値以下の場合には、前記Xコンデンサの容量と、前記給電ケーブルのインピーダンスと、に基づいて、前記給電システムの短絡時における電流波形を算出し、前記ゲートブロックの動作時間が前記閾値を超える場合には、前記Xコンデンサの容量と、前記給電ケーブルのインピーダンスと、前記ゲートブロックの動作時間と、に基づいて、前記給電システムの短絡時における前記電流波形を算出する、
第3項に記載の情報処理装置。
(第5項)
前記判定基準値算出部は、前記電荷量および前記ジュール積分値を算出し、
前記短絡可能性判定部は、
前記ゲートブロックの動作時間が前記閾値以下の場合には、
算出された前記電荷量が前記ヒューズの溶断特性から得られる電荷量の限界値より小さい場合、または算出された前記ジュール積分値が前記ヒューズの溶断特性から得られるジュール積分値の限界値より小さい場合に、短絡の可能性があると判定し、算出された前記電荷量が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記電荷量の限界値より小さくない場合、かつ算出された前記ジュール積分値が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記ジュール積分値の限界値より小さくない場合に、短絡の可能性がないと判定し、
前記ゲートブロックの動作時間が前記閾値を超える場合には、
算出された前記電荷量が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記電荷量の限界値を超えている場合かつ算出された前記ジュール積分値が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記ジュール積分値の限界値を超えている場合に、短絡の可能性がないと判定し、算出された前記電荷量が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記電荷量の限界値を超えていない場合または算出された前記ジュール積分値が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記ジュール積分値の限界値を超えていない場合に、エラーと判定する、
第4項に記載の情報処理装置。
(第6項)
前記電流波形算出部は、前記給電システムと等価な回路におけるシミュレーションによって、前記給電システムの短絡時における前記電流波形を算出する、
第3項から第5項のいずれか1項に記載の情報処理装置。
(第7項)
コンピュータが実行する方法であって、
給電システムの特性を示すデータを取得するステップと、
前記データに基づいて、前記給電システムに短絡が発生した可能性の有無を判定するステップと、を備える、
短絡判定方法。
(第8項)
コンピュータを第1項から第6項のいずれか1項に記載の情報処理装置における各部として機能させるためのプログラム。
以上、本実施の形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
1 給電システム
10 情報処理装置
11 データ取得部
12 電流波形算出部
13 判定基準値算出部
14 短絡可能性判定部
15 出力部
801 ゲートブロック
802 Xコンデンサ
803 DC/DCコンバータ
804 ヒューズ
805 RL直列回路
806 短絡スイッチ
901 整流装置(またはAC/DCコンバータ)
902 分電盤
903 DC/DCコンバータ
904 ゲートブロック
905 Xコンデンサ
906 ヒューズ
907 ケーブルインピーダンス
908 機器
1000 ドライブ装置
1001 記録媒体
1002 補助記憶装置
1003 メモリ装置
1004 CPU
1005 インタフェース装置
1006 表示装置
1007 入力装置
1008 出力装置

Claims (8)

  1. 給電システムの特性を示すデータを取得するデータ取得部と、
    前記データに基づいて、前記給電システムに短絡が発生した可能性の有無を判定する短絡可能性判定部と、を備え、
    前記データ取得部は、前記給電システムが備えるDC/DCコンバータのゲートブロックの動作時間と、前記DC/DCコンバータのXコンデンサの容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、前記給電システムが備えるヒューズの溶断特性と、のうちの少なくとも1つを前記データとして取得する、
    情報処理装置。
  2. 給電システムの特性を示すデータを取得するデータ取得部と、
    前記データに基づいて、前記給電システムに短絡が発生した可能性の有無を判定する短絡可能性判定部と、を備え、
    前記データ取得部は、前記給電システムが備えるDC/DCコンバータのゲートブロックの動作時間と、前記DC/DCコンバータのXコンデンサの容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、前記給電システムが備えるヒューズの溶断特性と、を示す前記データを取得する、
    情報処理装置。
  3. 前記ゲートブロックの動作時間と、前記Xコンデンサの容量と、前記給電ケーブルのインピーダンスと、に基づいて、前記給電システムの短絡時における電流波形を算出する電流波形算出部と、
    算出された前記電流波形に基づいて、短絡時に回路に流れる電荷量(It)またはジュール積分値(It)を算出する判定基準値算出部と、をさらに備え、
    前記短絡可能性判定部は、算出された前記電荷量または前記ジュール積分値と、前記ヒューズの溶断特性と、に基づいて、前記短絡が発生した可能性の有無を判定する、
    請求項2に記載の情報処理装置。
  4. 前記電流波形算出部は、前記ゲートブロックの動作時間が所定の閾値以下の場合には、前記Xコンデンサの容量と、前記給電ケーブルのインピーダンスと、に基づいて、前記給電システムの短絡時における電流波形を算出し、前記ゲートブロックの動作時間が前記閾値を超える場合には、前記Xコンデンサの容量と、前記給電ケーブルのインピーダンスと、前記ゲートブロックの動作時間と、に基づいて、前記給電システムの短絡時における前記電流波形を算出する、
    請求項3に記載の情報処理装置。
  5. 前記判定基準値算出部は、前記電荷量および前記ジュール積分値を算出し、
    前記短絡可能性判定部は、
    前記ゲートブロックの動作時間が前記閾値以下の場合には、
    算出された前記電荷量が前記ヒューズの溶断特性から得られる電荷量の限界値より小さい場合、または算出された前記ジュール積分値が前記ヒューズの溶断特性から得られるジュール積分値の限界値より小さい場合に、短絡の可能性があると判定し、算出された前記電荷量が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記電荷量の限界値より小さくない場合、かつ算出された前記ジュール積分値が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記ジュール積分値の限界値より小さくない場合に、短絡の可能性がないと判定し、
    前記ゲートブロックの動作時間が前記閾値を超える場合には、
    算出された前記電荷量が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記電荷量の限界値を超えている場合かつ算出された前記ジュール積分値が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記ジュール積分値の限界値を超えている場合に、短絡の可能性がないと判定し、算出された前記電荷量が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記電荷量の限界値を超えていない場合または算出された前記ジュール積分値が前記ヒューズの溶断特性から得られる前記ジュール積分値の限界値を超えていない場合に、エラーと判定する、
    請求項4に記載の情報処理装置。
  6. 前記電流波形算出部は、前記給電システムと等価な回路におけるシミュレーションによって、前記給電システムの短絡時における前記電流波形を算出する、
    請求項3から5のいずれか1項に記載の情報処理装置。
  7. コンピュータが実行する方法であって、
    給電システムの特性を示すデータを取得するデータ取得ステップと、
    前記データに基づいて、前記給電システムに短絡が発生した可能性の有無を判定する短絡可能性判定ステップと、を備え、
    前記データ取得ステップにおいて、前記コンピュータは、前記給電システムが備えるDC/DCコンバータのゲートブロックの動作時間と、前記DC/DCコンバータのXコンデンサの容量と、給電ケーブルのインピーダンスと、前記給電システムが備えるヒューズの溶断特性と、のうちの少なくとも1つを前記データとして取得する、
    短絡判定方法。
  8. コンピュータを請求項1から6のいずれか1項に記載の情報処理装置における各部として機能させるためのプログラム。
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