JP2013232823A - 制御システム、および、電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置の多重化によらない適切な通信路数で、制御指令信号を光信号として送信する。
【解決手段】多重化された主系制御装置２０−１，２０−２は、それぞれ異なる波長の光信号を送信し、光合分波器３０−１でこれらの光信号を多重化し、光通信路９１を介して送信する。光合分波器３０−２は、多重化された光信号を分波する。受信側の従系制御装置４０−１〜４０−ｎは、分波された光信号をそれぞれ受信する。従系制御装置４０−１〜４０−ｎは、応答信号を、主系制御装置２０−１，２０−２に係る波長の光信号として送信し、光合分波器３０−２でこれらの光信号を多重化し、光通信路９１を介して送信する。これにより、光通信路９１によって通信を行うことができる。また、制御用信号と、診断・復帰などの保守用信号を異なる波長の信号として同時に送受信することにより、通常の制御を実行しながら保守動作を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、信頼性を要求される制御システム、および、それを用いた電力変換装置に関する。

機器やプラントを制御するコントローラには、故障発生時に影響を最小化し、機器およびプラントの運転を継続できるという信頼性を担保することが求められる。
信頼性を担保するために、コントローラを多重化し、コントローラが故障した際に、他の健全なコントローラによって運転を継続する例がある。

また、コントローラは、単一の機器のみならず、複数の機器からなるプラントやシステムをまとめて制御することも必要になる。このようなプラントやシステムは、従系制御装置が物理的に分散配置され、それらを制御するコントローラである主系制御装置から、通信によって制御される場合が多い。
主系制御装置から各機器への通信路は、各種の構成が考えられる。主系制御装置から各機器に通信路をスター接続すると、主系制御装置は各機器の制御が容易となる。このような制御通信の例として、モジュラー・マルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）がある。

モジュラー・マルチレベル変換器は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などのオン・オフ制御可能なスイッチング素子を使用し、当該スイッチング素子の耐圧以上の電圧を出力可能な変換器である。モジュラー・マルチレベル変換器は、直流送電システム（ＨＶＤＣ：high-voltage direct current）、無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ：Static Synchronous Compensator）、モータドライブインバータなどへの応用が期待されている。

非特許文献１には、複数の単位変換器（以下、「セル」と記載する）を直列（カスケード）接続して構成されたＭＭＣの回路の技術が記載されている。各セルは、例えば双方向チョッパ回路であり、スイッチング素子と直流コンデンサを備えている。各セルは、少なくとも２端子を介して外部と接続しており、前記２端子間の電圧を、このセルの有する直流コンデンサの電圧、または、０Ｖのいずれかに制御できる。
非特許文献１に記載の技術は、各セルをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御している場合、各セルに与える三角波キャリアの位相を適切にシフトすることによって、ＭＭＣの出力電圧波形をマルチレベル波形にできる。これによって、非特許文献１に記載の技術は、２レベル変換器と比較して高調波成分を低減できる。

非特許文献２には、各セルと同電位の近傍に信号処理回路を搭載し、接地電位にあるシステム制御装置と各信号処理回路の間を光ファイバケーブルで接続する技術が記載されている。

特許文献１には、光ファイバを複数利用者間で共有する光通信システムにおいて、容易に通信装置を追加または、削除できる発明が記載されている。

特開２０１０−１６６２３７号公報

萩原誠，赤木泰文、「モジュラー・マルチレベル変換器（ＭＭＣ）のＰＷＭ制御法と動作検証」、２００８年７月、電気学会論文誌Ｄ、１２８巻７号、ｐｐ．９５７−９６５。 B. Gemmell他、「Prospects of multilevel VSC technologies for power transmission」、IEEE/PES Transmission and Distribution Conference and Exposition 2008、21-24 April 2008、pp1-16

特許文献１では、ユーザ側装置が受信する信号は、主局側装置か副局側装置のいずれか一方のみであることが前提のシステムである。

非特許文献１に記載の技術は、実験室レベルでの装置を対象としており、システム制御装置と各スイッチング素子の間の絶縁耐圧について考慮されていない。ＭＭＣの特徴として、各セルの電位は互いに異なっており、対地電位の高いセルが存在する点が挙げられる。特に、ＭＭＣをＨＶＤＣなどに応用した場合、セルの対地電位が数１０ｋＶ〜数１００ｋＶにもなり、各セルの対地電位は時々刻々と変化する。そのため、これらを考慮した技術が必要となる。

非特許文献２に記載の技術では、主系制御装置から１つのセルに対して少なくとも１本の光ファイバケーブルが接続されている。すなわち、主系制御装置から各セルに光ファイバケーブルがスター接続されており、少なくともセルの数と同数の光ファイバケーブルが必要となる。更に、コントローラを多重化する場合、多重化に応じて必要な光ファイバケーブルが増大するだけでなく、コネクタ設置面積の確保も問題となる。
非特許文献２に記載の技術では更に、全ての光ファイバケーブルは、接地電位にある前記主系制御装置と、各セルの間の電位差に耐える絶縁耐力を備えている必要がある。すなわち、すべての光ファイバケーブルを沿面放電などに対する絶縁耐力を持った特殊な光ファイバケーブル（以下、高耐圧光ファイバケーブルという）とする必要がある。なお、高耐圧光ファイバケーブルには、特殊なシース材料を用いる必要があり、製造工程が複雑であり、高価となる。

そこで、本発明は、制御装置を多重化した場合でも、この制御装置で各機器を制御するための通信路数を適切なものとすることを課題とする。

前記した課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、制御指令情報を、第１の制御装置ごとに異なる波長の光信号に変換し、当該異なる波長の光信号を、他の第１の制御装置と同期して送信する第１の制御装置と、前記異なる波長の光信号を混合する手段、および／または、混合した光信号を分配する手段を有する光合分波器と、前記光合分波器および光配線路を介して複数の前記第１の制御装置に接続され、前記異なる波長の光信号を光送受信器で受信して複数の前記制御指令情報を取得し、所定の優先度に基づいて複数の前記制御指令情報のいずれかを選択する信号選択手段を備え、選択した前記制御指令情報に基づいて動作する第２の制御装置と、を備えることを特徴とする制御システムとした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、制御装置を多重化した場合でも、この制御装置で各機器を制御するための通信路数を適切なものとすることができる。

第１の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。 第１の実施形態に於ける従系制御装置を示す概略の構成図である。 第１の実施形態に於ける主系制御装置の制御処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に於ける従系制御装置の信号処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に於ける従系制御装置のタイムアウト処理を示すフローチャートである。 第１の実施形態に於ける信号選択処理を示すシーケンス図である。 第２の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。 第２の実施形態に於ける従系制御装置の信号処理を示すフローチャートである。 第３の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。 第４の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。 第５の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。 第６の実施形態に於ける制御システムを搭載したＭＭＣを示す図である。 第６の実施形態に於けるチョッパセルを示す概略の構成図である。

以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態の構成）

図１は、第１の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。
制御システム１０は、２重化された主系制御装置２０−１，２０−２（第１の制御装置）と、複数の従系制御装置４０−１〜４０−ｎ（第２の制御装置）と、光通信路９０〜９２と、光合分波器３０−１，３０−２と、通信路９３とを備えている。以下、主系制御装置２０−１，２０−２を特に区別しないときには、単に主系制御装置２０と記載する。光合分波器３０−１，３０−２を特に区別しないときには、単に光合分波器３０と記載する。従系制御装置４０−１〜４０−ｎを特に区別しないときには、単に従系制御装置４０と記載する。

主系制御装置２０−１，２０−２は、制御器２１と光送受信器２２を備えている。主系制御装置２０−１は、通信路９３を介して主系制御装置２０−２に接続されている。主系制御装置２０−１，２０−２は更に、光通信路９０を介して光合分波器３０−１に接続されている。
制御器２１は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＡＭ（Random Access Memory）とＲＯＭ（Read Only Memory）とを備え、主系制御装置２０全体を制御するものである。制御器２１は、通信路９３を介して、他の主系制御装置２０と通信することによって同期し、光送受信器２２に制御指令信号を出力する。光送受信器２２は、制御指令信号が入力されると、主系制御装置２０ごとに異なる波長の光信号に変換して出力するものである。主系制御装置２０ごとに異なる波長の光信号とは、当該主系制御装置２０に固有の波長の光信号のことをいう。更に光送受信器２２は、当該主系制御装置２０に固有の波長の光信号を受信すると、電気信号に変換して制御器２１に返信する。

光合分波器３０−１は、光通信路９０を介して主系制御装置２０−１，２０−２に接続されていると共に、光通信路９１を介して光合分波器３０−２に接続されている。
光合分波器３０−２は、光通信路９１を介して光合分波器３０−１に接続されていると共に、光通信路９２を介して従系制御装置４０−１〜４０−ｎに、それぞれ接続されている。光通信路９２は、主系制御装置２０−１と当該従系制御装置４０との間で送受信される光信号と、主系制御装置２０−２と当該従系制御装置４０との間で送受信される光信号とを導く経路であり、同一の主系制御装置２０への送受信経路を纏めて示している。本実施形態に於いて、光通信路９０および光通信路９２は、光通信路９１と比較して十分に短く構成されている。これにより、本実施形態の制御システム１０は、従来の制御システムと比べて、光ケーブルの敷設コストを抑制することができる。
光合分波器３０−１，３０−２は、異なる波長の光信号を混合する手段、および／または、混合した光信号を分配（分波）する手段を有するものである。

従系制御装置４０は、制御器６０と、信号選択装置５０と、光送受信器４１とを有している。従系制御装置４０は、２通りの光通信路９２を介して光合分波器３０−２に接続されている。すなわち、従系制御装置４０は、光合分波器３０−１，３０−２および光通信路９０〜９２を介して複数の主系制御装置２０に接続され、異なる波長の光信号を光送受信器４１で受信して複数の制御指令情報を取得し、信号選択装置５０によって、所定の優先度に基づいて複数の制御指令情報のいずれかを選択し、選択した制御指令情報に基づいて動作する。

《制御システム１０の動作》
制御システム１０の動作のうち、主系制御装置２０−１，２０−２から従系制御装置４０への通信を説明する。
主系制御装置２０−１，２０−２の制御器２１は、通信路９３を介して同期信号を送受信することにより同期する。主系制御装置２０−１，２０−２の制御器２１は、同一の入力および演算条件に基づいて従系制御装置４０に送信する制御指令情報を、前記同期信号によって同期しながら光送受信器２２に出力する。
主系制御装置２０−１，２０−２の光送受信器２２は、この制御指令情報を、それぞれ波長の異なる光信号として、光通信路９０を介して光合分波器３０−１に送信する。
光合分波器３０−１は、これら波長の異なる光信号を混合し、光通信路９１を介して、光合分波器３０−２に送信する。
光合分波器３０−２は、光合分波器３０−１から受信した、これら波長の異なる光信号を波長ごとに分離（分波）して、光通信路９２を介して従系制御装置４０に、それぞれ送信する。従系制御装置４０は、信号選択装置５０によって制御に用いる信号を選択し、制御器６０に送信する。

次に、制御システム１０の動作のうち、従系制御装置４０から主系制御装置２０−１，２０−２への通信を説明する。
従系制御装置４０は、信号選択装置５０と光送受信器４１とで主系制御装置２０−１，２０−２に返信する光信号を生成し、光通信路９２を介して光合分波器３０−２に送信する。ここで、主系制御装置２０−１，２０−２へ返信する光信号の波長は、該主系制御装置２０−１，２０−２が送信した光信号に係る固有の波長と同一である。
光合分波器３０−２は、主系制御装置２０−１に返信する固有の波長の光信号と主系制御装置２０−２に返信する固有の波長の光信号を混合し、光通信路９１を介して光合分波器３０−１に送信する。光合分波器３０−１は、混合された光信号を、各主系制御装置２０−１，２０−２に固有の波長に分波して送信する。主系制御装置２０−１，２０−２は、光送受信器２２によって返信された光信号から返信信号を取得する。

図２は、第１の実施形態に於ける従系制御装置を示す概略の構成図である。
従系制御装置４０の信号選択装置５０は、信号選択処理部５１と、タイムアウト検出装置５２と、セレクタ５３と、セレクタ５４と、信号遅延器５５とを備えている。

複数の主系制御装置２０−１，２０−２が出力した光信号は、光送受信器４１で受信され、電気信号（制御指令情報）に変換されて信号選択処理部５１に送信される。信号選択処理部５１は、主系制御装置２０−１，２０−２の制御指令情報のうち、いずれを制御に用いるかの判断を行う。判断の結果はセレクタ５３に送信されて主系制御装置２０−１，２０−２の制御指令情報のうち、制御に用いられる信号がセレクタ５４に出力される。

受信した光信号に異常があり選択不能だったと判断した場合、または、タイムアウト検出装置５２が光信号を所定期間内に受信しなかった（タイムアウトした）場合、信号選択処理部５１は、異常通知信号をセレクタ５４に出力する。
セレクタ５４は、セレクタ５３からの信号、信号遅延器５５から得られた１制御周期前の出力信号のいずれかを選択して出力する。信号選択処理部５１から異常通知信号が入力された場合には、１制御周期前の出力信号を選択して出力する。信号選択処理部５１から異常通知信号が入力されなかった場合には、セレクタ５３の出力信号を選択して出力する。この処理により、従系制御装置４０は、直近の正常な制御信号に基づく制御を行うことができる。
従系制御装置４０は、信号選択処理部５１の異常通知信号を、選択処理が正常に終了したか否かの状態信号として、各主系制御装置２０−１，２０−２に送信する。

（第１の実施形態の動作）

図３は、第１の実施形態に於ける主系制御装置の制御処理を示すフローチャートである。
処理を開始すると、ステップＳ１０に於いて、主系制御装置２０は、記憶部（不図示）に優先度指示が記録されていたか否かを判断する。主系制御装置２０は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１１の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ１３の処理を行う。
ステップＳ１１に於いて、主系制御装置２０は、各主系制御装置２０間で同期をとり、同一の優先度指示信号を送信する。
ステップＳ１２に於いて、主系制御装置２０は、送信した優先度指示信号に対する返信信号を受信するまで待つ。
ステップＳ１３に於いて、主系制御装置２０は、各主系制御装置２０間で同期をとり、同一の制御信号を送信する。
ステップＳ１４に於いて、主系制御装置２０は、当該制御信号に対する返信信号を全て受信するまで待つ。
ステップＳ１５に於いて、主系制御装置２０は、返信信号を集計する。
ステップＳ１６に於いて、主系制御装置２０は、優先度最上位の主系制御装置２０が選択されているか否かを判断する。主系制御装置２０は、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ１７の処理を行い、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ１８の処理を行う。
ステップＳ１７に於いて、主系制御装置２０は、カウンタを１増加させ、ステップＳ１９の処理を行う。
ステップＳ１８に於いて、主系制御装置２０は、カウンタをクリアする。
ステップＳ１９に於いて、主系制御装置２０は、カウンタが閾値以上であるか否かを判断する。主系制御装置２０は、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ２０の処理を行い、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１の処理を行う。
ステップＳ２０に於いて、主系制御装置２０は、新たな優先度指示を生成して記憶する。この優先度指示情報は次の制御周期で参照され、優先度指示信号が送信される。
ステップＳ２１に於いて、主系制御装置２０は、当該主系制御装置２０の故障であるか否かを判断する。主系制御装置２０は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、図３の処理を終了し、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ２２の処理を行う。
ステップＳ２２に於いて、主系制御装置２０は、自身の出力信号を遮断し、図３の処理を終了する。

図４は、第１の実施形態に於ける従系制御装置の信号処理を示すフローチャートである。
従系制御装置４０は、主系制御装置２０からの信号を受信すると、図４の処理が開始する。
ステップＳ３０に於いて、従系制御装置４０は、優先度指示信号を受信したか否かを判断する。従系制御装置４０は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３１の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ３３の処理を行う。
ステップＳ３１に於いて、従系制御装置４０は、当該優先度信号に基づき、主系制御装置２０の優先度を設定する。
ステップＳ３２に於いて、従系制御装置４０は、当該主系制御装置２０の識別子を含む返信信号を返信し、図４の処理を終了する。

ステップＳ３３〜Ｓ３９に於いて、従系制御装置４０は、信号選択装置５０に設定されている主系制御装置２０の信号全てを対象に、当該信号の優先度順にステップＳ３４以下の処理を繰り返す。
ステップＳ３４に於いて、従系制御装置４０は、当該信号の異常を検知したか否かを判断する。従系制御装置４０は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３５の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ３６の処理を行う。
ステップＳ３５に於いて、従系制御装置４０は、当該主系制御信号の識別子を含む異常通知信号を、主系制御装置２０に返信し、ステップＳ３９の処理を行う。
ステップＳ３６に於いて、従系制御装置４０は、このループ処理に於ける最初の正常信号であるか否かを判断する。従系制御装置４０は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ３７の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、ステップＳ３９の処理を行う。
ステップＳ３７に於いて、従系制御装置４０は、当該制御信号に基づく制御を実行する。
ステップＳ３８に於いて、従系制御装置４０は、当該主系制御装置２０の識別子を含む返信信号を返信する。

ステップＳ３９に於いて、従系制御装置４０は、全ての信号について処理を繰り返したか否かを判断する。従系制御装置４０は、全ての信号について処理を繰り返していなかったならば、ステップＳ３３の処理に戻り、ループ処理を繰り返す。
ステップＳ４０に於いて、従系制御装置４０は、全ての信号について異常を検知したか否かを判断する。従系制御装置４０は、当該判断条件が成立したならば（Ｙｅｓ）、ステップＳ４１の処理を行い、当該判断条件が成立しなかったならば（Ｎｏ）、図４の処理を終了する。
ステップＳ４１に於いて、従系制御装置４０は、全てが異常である旨の異常通知信号を全ての主系制御装置２０に返信する。
ステップＳ４２に於いて、従系制御装置４０は、直近の正常な制御信号に基づく制御を実行し、図４の処理を終了する。

図５は、第１の実施形態に於ける従系制御装置のタイムアウト処理を示すフローチャートである。
処理を開始すると、ステップＳ５０に於いて、従系制御装置４０は、タイムアウトした旨の異常通知信号を返信する。
ステップＳ５１に於いて、従系制御装置４０は、直近の正常な制御信号に基づく制御を実行し、図５の処理を終了する。

図６は、第１の実施形態に於ける信号選択処理を示すシーケンス図である。

（正常な制御周期の例）
シーケンスＱ１０〜Ｑ１４−２は、正常な制御周期に於ける信号選択処理を示している。
シーケンスＱ１０に於いて、主系制御装置２０−１，２０−２は相互に同期する。これにより、シーケンスＱ１１−１，Ｑ１１−２に於いて、同期した光信号を出力することができる。
シーケンスＱ１１−１に於いて、主系制御装置２０−１は、従系制御装置４０に、同一の制御信号を送信する。
シーケンスＱ１１−２に於いて、主系制御装置２０−２は、従系制御装置４０に、同一の制御信号を送信する。

シーケンスＱ１２に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−１の制御信号に基づく制御を行う（主系１の信号で制御）。
シーケンスＱ１３に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−１の識別子を含んだ返信信号を、光合分波器３０に送信する（主系１の識別子＋返信信号）。
シーケンスＱ１４−１に於いて、光合分波器３０は、主系制御装置２０−１に返信信号を送信する。
シーケンスＱ１４−２に於いて、光合分波器３０は、主系制御装置２０−２に返信信号を送信する。

（異常発生した制御周期の例）
シーケンスＱ２０〜Ｑ２８は、異常が発生した制御周期に於ける信号選択処理を示している。
シーケンスＱ２０に於いて、主系制御装置２０−１，２０−２は相互に同期する。これにより、シーケンスＱ２１−１，Ｑ２１−２に於いて同期した光信号を出力することができる。
シーケンスＱ２１−１に於いて、主系制御装置２０−１は、従系制御装置４０に、主系制御装置２０−２と同一の制御信号を送信する。
シーケンスＱ２１−２に於いて、主系制御装置２０−２は、従系制御装置４０に、主系制御装置２０−１と同一の制御信号を送信する。

シーケンスＱ２２に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−１の制御信号の異常を検知する（主系１の信号の異常検知）。
シーケンスＱ２３に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−１の識別子を含んだ異常通知信号を、光合分波器３０に送信する（主系１の識別子＋異常通知信号）。
シーケンスＱ２４−１に於いて、光合分波器３０は、主系制御装置２０−１に異常通知信号を送信する。
シーケンスＱ２４−２に於いて、光合分波器３０は、主系制御装置２０−２に異常通知信号を送信する。
シーケンスＱ２５に於いて、主系制御装置２０−１は、自らの出力を遮断する。
シーケンスＱ２６に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−２の制御信号に基づく制御を行う（主系２の信号で制御）。
シーケンスＱ２７に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−２の識別子を含んだ返信信号を、光合分波器３０に送信する（主系２の識別子＋返信信号）。
シーケンスＱ２８に於いて、光合分波器３０は、主系制御装置２０−２に返信信号を送信する。

（優先順位変更の制御周期の例）
シーケンスＱ３０〜Ｑ３７は、優先順位変更の制御周期に於ける信号選択処理を示している。この制御周期は、異常が発生した制御周期の直後に於けるものである。
シーケンスＱ３０に於いて、主系制御装置２０−２は、従系制御装置４０に、優先度指示信号を送信する。
シーケンスＱ３１に於いて、従系制御装置４０は、主系信号の優先度を変更する。具体的には、主系制御装置２０−２の優先度を最も高く設定する。
シーケンスＱ３２に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−２の識別子を含んだ返信信号を、光合分波器３０に送信する（主系２の識別子＋返信信号）。
シーケンスＱ３３に於いて、光合分波器３０は、主系制御装置２０−２に返信信号を送信する。これにより、主系制御装置２０−２は、優先度の設定が行われたことを知ることができる。
シーケンスＱ３４に於いて、主系制御装置２０−２は、従系制御装置４０に、制御信号を送信する。
シーケンスＱ３５に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−２の制御信号に基づく制御を行う（主系２の信号で制御）。
シーケンスＱ３６に於いて、従系制御装置４０は、主系制御装置２０−２の識別子を含んだ返信信号を、光合分波器３０に送信する（主系２の識別子＋返信信号）。
シーケンスＱ３７に於いて、光合分波器３０は、主系制御装置２０−２に返信信号を送信する。

主系制御装置２０−１からの送信信号、および、各従系制御装置４０−１〜４０−ｎから主系制御装置２０−１への返信信号（異常通知信号含む）は、同一波長の光信号で行われる。そのため、予め時分割による送受信期間を設定し、送信信号と返信信号が混信しないよう考慮する必要がある。主系制御装置２０−２と各従系制御装置４０−１〜４０−ｎ間の送受信についても、同様な考慮が必要である。
（第１の実施形態の効果）
以上説明した第１の実施形態では、次の（Ａ）〜（Ｄ）のような効果がある。

（Ａ） 制御システム１０は、光通信路９０が光通信路９１に比べて充分に短く構成されている。例えば、光通信路９０は、同一室内に於ける数メートルの配線であり、光通信路９１は、プラント内に於ける数十〜数百メートルの配線である。これにより、各従系制御装置４０への光通信路９１の本数は、従系制御装置４０や主系制御装置２０の多重化数に因らず１本とみなすことができる。主系制御装置２０が各従系制御装置４０を制御するための通信路数を、適切なものとすることができ、光通信路９１の敷設工数を削減することができる。

（Ｂ） 従系制御装置４０は信号選択装置５０を有し、多重化された主系制御装置２０から信号を選択することができる。これにより、光合分波器３０の構成を変更することなく従系制御装置４０を任意に追加することができる。

（Ｃ） 光合分波器３０−１および光合分波器３０−２に、電源を必要としない受動素子である光スプリッタを採用すれば、マイコンやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を使用した場合に比べて、消費電力の低減および、電源の故障率を考慮せずにすむことによる信頼性向上といった効果が得られる。

（Ｄ） 従系制御装置４０は、複数の光送受信器４１を有し、それぞれ異なる波長の光信号を送受信することができる。これにより、制御信号と診断や復帰などの保守用信号とを異なる波長の信号として同時に受信して、通常の制御を実行しながら保守動作を行うことができる。これにより、制御システム１０の運転継続性が向上する。

（第２の実施形態の構成）

図７は、第２の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。第１の実施形態の制御システム１０（図１）と同一の要素には同一の符号を付与している。
第２の実施形態の制御システム１０Ａは、第１の実施形態の制御システム１０（図１）に加えて更に、主系制御装置２０−３を備えている。それ以外の構成は、第１の実施形態の制御システム１０（図１）と同様である。
主系制御装置２０−３は、主系制御装置２０−１，２０−２と同様に構成されており、これらと同様に、光合分波器３０−１に接続されている。
従系制御装置４０は、これら主系制御装置２０−１〜２０−３から受信した光信号が含む制御指令情報を、多数決により選択するように構成されている。

（第２の実施形態の動作）

図８は、第２の実施形態に於ける従系制御装置の信号処理を示すフローチャートである。第１の実施形態の従系制御装置４０の信号処理（図４）と同一の要素には同一の符号を付与している。

処理を開始したのち、ステップＳ３０〜Ｓ３５の処理は、図４に示すステップＳ３０〜Ｓ３５の処理と同様である。
従系制御装置４０は、ステップＳ３４の判断条件が成立しなかったとき（Ｎｏ）、ステップＳ３６Ａの処理を行う。
ステップＳ３６Ａに於いて、従系制御装置４０は、当該信号の制御指令情報と、当該信号を送信した主系制御装置２０の識別子を記録する。
ステップＳ３６Ｂに於いて、従系制御装置４０は、当該制御指令情報に係るカウンタを１増加させる。

ステップＳ３９〜Ｓ４２の処理は、図４に示すステップＳ３９〜Ｓ４２の処理と同様である。
従系制御装置４０は、ステップＳ４０の判断条件が成立しなかったとき（Ｎｏ）、ステップＳ４３の処理を行う。
ステップＳ４３に於いて、従系制御装置４０は、最も多くカウントされ、かつ最も優先度の高い主系制御装置２０から送信された制御指令情報を選択する。
ステップＳ４４に於いて、従系制御装置４０は、当該制御指令情報に基づく制御を実行する。
ステップＳ４５に於いて、従系制御装置４０は、当該制御指令情報と共に記録された主系制御装置２０の識別子を含む返信信号を返信し、図８の処理を終了する。

（第２の実施形態の効果）
以上説明した第２の実施形態では、次の（Ｅ），（Ｆ）のような効果がある。

（Ｅ） 従系制御装置４０は、これら主系制御装置２０−１〜２０−３から受信した光信号が含む制御指令情報を、多数決により選択するように構成されている。これにより、複数の主系制御装置２０のうちの半数以下が故障しても、これら故障の影響を排除して正しい制御指令情報を選択することができる。

（Ｆ） 従系制御装置４０は、最も優先度の高い主系制御装置２０が正しく動作し、かつ、半数以上の主系制御装置２０が正しく動作している場合には、他の主系制御装置２０の制御指令情報を選択して切り替えることが無い。これにより、主系制御装置２０を切り替えて返信信号を送信することに伴う不具合を、予め抑止することができる。

（第３の実施形態の構成）

図９は、第３の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。図１に示す第１の実施形態の制御システム１０と同一の要素には同一の符号を付与している。
第３の実施形態に於ける制御システム１０Ｂは、第１の実施形態の制御システム１０（図１）とは異なる主系制御装置２０Ｂ−１〜２０Ｂ−２と、従系制御装置４０Ｂ−１〜４０Ｂ−ｎとを備えている。
主系制御装置２０Ｂ−１〜２０Ｂ−２は、第１の実施形態の主系制御装置２０（図１）と同様の構成に加えて、もう１個の光送受信器２２を備え、この光送受信器２２に接続された光通信路９０を介して、光合分波器３０−１と接続されている。この光送受信器２２と、これに接続された光通信路９０とは、返信信号を受信するものである。
従系制御装置４０Ｂ−１〜４０Ｂ−ｎは、第１の実施形態の従系制御装置４０（図１）と同様の構成に加えて、もう１個の光送受信器４１を備え、この光送受信器４１に接続された光通信路９４を介して、光合分波器３０−２と接続されている。この光送受信器４１と、これに接続された光通信路９４とは、返信信号を送信するものである。返信信号の波長は、主系制御装置２０Ｂから送信される光信号の波長とは別の波長である。

（第３の実施形態の効果）
以上説明した第３の実施形態では、次の（Ｇ）のような効果がある。

（Ｇ） 主系制御装置２０−１からの送信信号、および、各従系制御装置４０−１〜４０−ｎから主系制御装置２０−１への返信信号（異常通知信号含む）は、異なる波長の光信号で行われる。そのため、同時に送受信が行われた場合であっても、送信信号と返信信号が混信する虞がなくなる。

（第４の実施形態の構成）
図１０は、第４の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。図１に示す第１の実施形態の制御システム１０と同一の要素には同一の符号を付与している。
第４の実施形態に於ける制御システム１０Ｃは、第１の実施形態の制御システム１０（図１）とは異なる従系制御装置４０Ｃ−１〜４０Ｃ−ｎを備えている。
従系制御装置４０Ｃ−１〜４０Ｃ−ｎは、第１の実施形態の従系制御装置４０（図１）の光送受信器４１の代わりに光合分波器４２を備えている。

光合分波器４２は、異なる波長の光信号を混合する手段、および／または、混合した光信号を分配（分波）する手段を有し、更に異なる波長の光信号を送受信する複数の光送受信器を有している。
光合分波器４２は、外部から光通信路９２を介して送信された混合した光信号を分波し、それぞれ光送受信器で受信する。更に光合分波器４２は、複数の光送受信器が返信する異なる波長の光信号を混合して、光通信路９２を介して主系制御装置２０に送信する。これにより、例えば１本の光通信路９２によって、複数の主系制御装置２０から送信された異なる波長の光信号を受信し、かつ、返信信号を返信することができる。

（第４の実施形態の効果）
以上説明した第４の実施形態では、次の（Ｈ）のような効果がある。

（Ｈ） 従系制御装置４０は、光合分波器４２を備えている。これにより、第１の実施形態の従系制御装置４０と光合分波器３０−２間を接続していた複数の光通信路９２を、１本の光通信路９２で実現することができる。

（第５の実施形態の構成）

図１１は、第５の実施形態に於ける制御システムを示す概略の構成図である。図１に示す第１の実施形態の制御システム１０と同一の要素には同一の符号を付与している。
第５の実施形態の制御システム１０Ｄは、第１の実施形態の制御システム１０とは異なる従系制御装置４０Ｂ−１〜４０Ｂ−ｎを備え、更に、保守装置２５を備えている。従系制御装置４０Ｂ−１〜４０Ｂ−ｎは、第３の実施形態の従系制御装置４０Ｂ−１〜４０Ｂ−ｎ（図９）と同様に構成されている。
保守装置２５は、光送受信器４１と制御器２６とを備えている。保守装置２５は、主系制御装置２０と同様に構成され、制御器２６に保守用の機能が実装されている。保守装置２５は、当該制御システム１０Ｄの返信信号による異常検知と、復帰処理の信号を、制御信号と同時に送信することができる。

（第５の実施形態の効果）
以上説明した第５の実施形態では、次の（Ｉ）のような効果がある。

（Ｉ） 専用の保守装置２５が設けられている。これにより、従系制御装置４０の制御と同時に、制御システム１０Ｄの異常検知と復帰処理とを行うことができる。

（第６の実施形態の構成）
図１２は、第６の実施形態に於ける制御システムを搭載したＭＭＣを示す図である。
制御システム１０Ｅは、上位制御装置２７と、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２と、保守装置２５Ｅと、光合分波器３０ｕ−１，３０ｖ−１，３０ｗ−１と、光合分波器３０ｕ−２，３０ｖ−２，３０ｗ−２と、電力変換装置８０とを備えている。

上位制御装置２７は、この制御システム１０Ｅを統括して制御するものである。上位制御装置２７は、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２と、保守装置２５Ｅとに接続されている。

主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、上位制御装置２７の指示を受けて、電力変換装置８０を制御するものである。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、それぞれ光送受信器２２ｕ，２２ｖ，２２ｗを備え、光通信路９０を介して光合分波器３０ｕ−１，３０ｖ−１，３０ｗ−１に接続されている。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は更に、電力変換装置８０の各アームの電流センサ８２ｕｈ，８２ｕｌ，８２ｖｈ，８２ｖｌ，８２ｗｈ，８２ｗｌのセンサ出力と、交流電圧センサ７３のセンサ出力とに接続されている。

保守装置２５Ｅは、上位制御装置２７の指示を受けて、当該制御システム１０Ｅの異常通知と復帰処理とを行うものである。保守装置２５Ｅは、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２と同様な光送受信器２２ｕ，２２ｖ，２２ｗを備え、光通信路９０を介して光合分波器３０ｕ−１，３０ｖ−１，３０ｗ−１に接続されている。

光合分波器３０ｕ−１，３０ｖ−１，３０ｗ−１は、異なる波長の光信号を混合する手段、および／または、混合した光信号を分配（分波）する手段を有するものである。
光合分波器３０ｕ−１は、光通信路９０を介して、主系制御装置２０Ｅ−１の光送受信器２２ｕと、主系制御装置２０Ｅ−２の光送受信器２２ｕと、保守装置２５Ｅの光送受信器２２ｕとに接続され、光通信路９１を介して光合分波器３０ｕ−２に接続されている。
光合分波器３０ｖ−１は、光通信路９０を介して、主系制御装置２０Ｅ−１の光送受信器２２ｖと、主系制御装置２０Ｅ−２の光送受信器２２ｖと、保守装置２５Ｅの光送受信器２２ｖとに接続され、光通信路９１を介して光合分波器３０ｖ−２に接続されている。
光合分波器３０ｗ−１は、光通信路９０を介して、主系制御装置２０Ｅ−１の光送受信器２２ｗと、主系制御装置２０Ｅ−２の光送受信器２２ｗと、保守装置２５Ｅの光送受信器２２ｗとに接続され、光通信路９１を介して光合分波器３０ｗ−２に接続されている。

光合分波器３０ｕ−２，３０ｖ−２，３０ｗ−２は、異なる波長の光信号を混合する手段、および／または、混合した光信号を分配（分波）する手段を有するものである。
光合分波器３０ｕ−２は、光通信路９１を介して光合分波器３０ｕ−１に接続され、電力変換装置８０のＵ相スイッチングレッグに、複数の光通信路９２を介して接続されている。
光合分波器３０ｖ−２は、光通信路９１を介して光合分波器３０ｖ−１に接続され、電力変換装置８０のＶ相スイッチングレッグに、複数の光通信路９２を介して接続されている。
光合分波器３０ｗ−２は、光通信路９１を介して光合分波器３０ｗ−１に接続され、電力変換装置８０のＷ相スイッチングレッグに、複数の光通信路９２を介して接続されている。

電力変換装置８０は、三相電力を直流電力に変換するか、または、直流電力を三相電力に変換するものである。電力変換装置８０は、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２によって制御されて三相電力を直流電力に変換し、負荷装置７４に直流電力を供給する。ここで、負荷装置７４は、例えば、直流負荷、モータドライブインバータの直流リンク、直流電源などである。

変圧器７２の２次側を流れるＵ相の電流は、アーム電流ＩＵという。変圧器７２の２次側を流れるＶ相の電流は、アーム電流ＩＶという。変圧器７２の２次側を流れるＷ相の電流は、アーム電流ＩＷという。変圧器７２は、２次側（電力変換装置８０が接続している側）の中性点がグランドに接地されている。
変圧器７２の１次側を流れる三相電力系統７１の相電圧は、それぞれ系統相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴという。

電力変換装置８０のＵ点、Ｖ点、Ｗ点は、変圧器７２の２次側に接続され、三相電力系統７１に連系している。電力変換装置８０のＰ点とＮ点との間には、負荷装置７４が接続されている。更に、電力変換装置８０は、光合分波器３０ｕ−２，３０ｖ−２，３０ｗ−２および光合分波器３０ｕ−１，３０ｖ−１，３０ｗ−１を介して、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２と保守装置２５Ｅとに接続され、更に各アームの電流センサ８２ｕｈ，８２ｕｌ，８２ｖｈ，８２ｖｌ，８２ｗｈ，８２ｗｌのセンサ出力が主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に接続されている。

電力変換装置８０は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のスイッチングレッグを備えている。電力変換装置８０のＵ相スイッチングレッグは、上アーム側に、変換器アーム８３ｕｈ、電流センサ８２ｕｈ、リアクトル８１ｕｈを備え、下アーム側に、リアクトル８１ｕｌ、電流センサ８２ｕｌ、変換器アーム８３ｕｌを備えている。電力変換装置８０のＵ相スイッチングレッグは、三相電力のＵ相入力を直流電力に変換するものである。

電力変換装置８０のＵ点とＰ点との間（上アーム側）には、リアクトル８１ｕｈ、電流センサ８２ｕｈ、変換器アーム８３ｕｈが直列に接続されている。電力変換装置８０のＵ点とＮ点との間（下アーム側）には、リアクトル８１ｕｌ、電流センサ８２ｕｌ、変換器アーム８３ｕｌが直列に接続されている。
リアクトル８１ｕｈ，８１ｕｌは、インダクタを用いた受動素子であり、電流の脈動を抑止するものである。
電流センサ８２ｕｈは、アーム電流ＩＵＨを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送するものである。電流センサ８２ｕｌは、アーム電流ＩＵＬを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送するものである。
変換器アーム８３ｕｈは、直列に接続されたＮ個のセル４０Ｅを備えている。セル４０Ｅは、それぞれ光通信路９２を介して光合分波器３０ｕ−２にカスケード接続されている。セル４０Ｅは、光による制御信号を受けて、電荷の蓄積と導通のいずれかを切り替えるものである。

電力変換装置８０のＶ相、Ｗ相スイッチングレッグは、Ｕ相スイッチングレッグと同様に構成されている。

セル４０Ｅは、直流コンデンサを備えた双方向チョッパ回路である。セル４０Ｅは、少なくとも２端子を介して外部回路と接続し、前記２端子（以下、接続端子と記載）の間の電圧を、直流コンデンサの電圧とするか、または、０Ｖとするかを制御できる。ここでは、前記２端子の間の電圧のことを、セル４０Ｅの出力電圧という。後記する図１３に於いて、セル４０Ｅの詳細を説明する。

アーム電流ＩＵＨは、変換器アーム８３ｕｈを流れる電流である。アーム電流ＩＵＬは、変換器アーム８３ｕｌを流れる電流である。アーム電流ＩＵＨとアーム電流ＩＵＬとの和は、アーム電流ＩＵである。
アーム電流ＩＶＨは、変換器アーム８３ｖｈを流れる電流である。アーム電流ＩＶＬは、変換器アーム８３ｖｌを流れる電流である。アーム電流ＩＶＨとアーム電流ＩＶＬとの和は、アーム電流ＩＶである。
アーム電流ＩＷＨは、変換器アーム８３ｗｈを流れる電流である。アーム電流ＩＷＬは、変換器アーム８３ｗｌを流れる電流である。アーム電流ＩＷＨとアーム電流ＩＷＬとの和は、アーム電流ＩＷである。

主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、電力変換装置８０を制御するものである。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、電力変換装置８０の信頼性向上のために二重化（多重化）されたものである。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、いずれも接地されている。なお、主系制御装置２０Ｅの多重化数は２より多くてもよい。

保守装置２５Ｅは、電力変換装置８０の異常検知と、復帰作業に代表される保守作業とを実施するものである。保守装置２５Ｅは、接地されている。保守装置２５Ｅは、多重化されていてもよい。
交流電圧センサ７３は、系統相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送する。

電流センサ８２ｕｈは、アーム電流ＩＵＨを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送する。電流センサ８２ｕｌは、アーム電流ＩＵＬを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送する。
電流センサ８２ｖｈは、アーム電流ＩＶＨを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送する。電流センサ８２ｖｌは、アーム電流ＩＶＬを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送する。
電流センサ８２ｗｈは、アーム電流ＩＷＨを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送する。電流センサ８２ｗｌは、アーム電流ＩＷＬを検出し、その瞬時値信号を主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に伝送する。

主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、前記のとおり、それぞれ３つの光送受信器２２ｕ，２２ｖ，２２ｗを備えている。各主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２の光送受信器２２ｕと光合分波器３０ｕ−１とは、光ファイバケーブルである光通信路９０によって接続されている。各主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２の光送受信器２２ｖと光合分波器３０ｖ−１とは、光ファイバケーブルである光通信路９０によって接続されている。各主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２の光送受信器２２ｗと光合分波器３０ｗ−１とは、光ファイバケーブルである光通信路９０によって接続されている。
光合分波器３０ｕ−１は、光通信路９１を介して光合分波器３０ｕ−２に接続されている。光合分波器３０ｕ−２と、Ｕ相スイッチングレッグの各セル４０Ｅとは、光ファイバケーブルである光通信路９２によって接続されている。
光合分波器３０ｖ−１は、光通信路９１を介して光合分波器３０ｖ−２に接続されている。光合分波器３０ｖ−１と、Ｖ相スイッチングレッグの各セル４０Ｅとは、光ファイバケーブルである光通信路９２によって接続されている。
光合分波器３０ｗ−１は、光通信路９１を介して光合分波器３０ｗ−２に接続されている。光合分波器３０ｗ−１と、Ｗ相スイッチングレッグの各セル４０Ｅとは、光ファイバケーブルである光通信路９２によって接続されている。

主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２と、各光合分波器３０ｕ−１，３０ｖ−１，３０ｗ−１を接続する光通信路９０は、光ファイバケーブルであり、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２と光合分波器３０間の電圧に耐える絶縁耐力を備えている。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２と各光合分波器３０ｕ−１，３０ｖ−１，３０ｗ−１間の電圧は比較的低いので、光通信路９０の光ファイバケーブルは、低耐圧のものでもよい。
光合分波器３０ｕ−１と光合分波器３０ｕ−２とを接続する光通信路９１、光合分波器３０ｖ−１と光合分波器３０ｖ−２とを接続する光通信路９１、および、光合分波器３０ｗ−１と光合分波器３０ｗ−２とを接続する光通信路９１は、光ファイバケーブルであり、複数セルの出力電圧の和に耐える絶縁耐力を備えている。複数セルの出力電圧の和は、比較的高い（１０ｋＶ〜数１００ｋＶ）ので、光通信路９２の光ファイバケーブルは、高耐圧のものが求められる。
光合分波器３０と各セル４０Ｅを接続する光通信路９２は、光ファイバケーブルであり、複数セルの出力電圧の和に耐える絶縁耐力を備えている。複数セルの出力電圧の和は、比較的高い（１０ｋＶ〜数１００ｋＶ）ので、光通信路９２の光ファイバケーブルは、高耐圧のものが求められる。
高耐圧の光ファイバケーブルである光通信路９１は、３本必要となる。光通信路９０と光通信路９２とは、例えば同一室内の配線であり、数メートル程度の長さである。光通信路９１は、例えば同一プラント内の配線であり、数十〜数百メートル程度の長さとなる。光通信路９０と光通信路９２は、光通信路９１に比べて十分短く、これらの敷設工数は無視し得る。これにより、長い距離を敷設しなければならない光通信路９１の本数は、セル４０Ｅの個数に依らず３本となる。

（第６の実施形態の動作）
以下、図１２に基づいて、第６の実施形態に於ける制御システム１０ＥとＭＭＣの動作を説明する。
主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、系統相電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴのセンサ出力と、アーム電流ＩＵＨ，ＩＶＨ，ＩＷＨ，ＩＵＬ，ＩＶＬ，ＩＷＬのセンサ出力とを検出し、各セル４０Ｅの直流コンデンサ電圧ＶＣを光信号の返信信号によって検出する。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、これらの検出情報に基づいて、各セル４０Ｅの変調率ＭＯＤを決定し、当該変調率ＭＯＤに係る制御指令情報を各セル４０Ｅに送信する。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、この一連の動作を、所定の周期で繰り返し行う。この所定の周期を、制御周期という。

主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、上記の一連の動作を行うことにより、アーム電流ＩＵＨ，ＩＶＨ，ＩＷＨ，ＩＵＬ，ＩＶＬ，ＩＷＬを制御し、三相電力系統７１と授受する電力を制御する。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は更に、各セル４０Ｅの直流コンデンサ電圧ＶＣを適正範囲内に維持する。

主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２がＵ相の各セル４０Ｅに変調率ＭＯＤを指令する光信号は、光通信路９０と、光合分波器３０ｕ−１と、光通信路９１と、光合分波器３０ｕ−２と、光通信路９２とを介して、各セル４０Ｅに送信される。
Ｕ相の各セル４０Ｅが直流コンデンサ電圧ＶＣを返信する光信号は、光通信路９２と、光合分波器３０ｕ−２と、光通信路９１と、光合分波器３０ｕ−１と、光通信路９０とを介して、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に送信される。
主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２がＶ相の各セル４０Ｅに変調率ＭＯＤを指令する光信号は、光通信路９０と、光合分波器３０ｖ−１と、光通信路９１と、光合分波器３０ｖ−２と、光通信路９２とを介して、各セル４０Ｅに送信される。
Ｖ相の各セル４０Ｅが直流コンデンサ電圧ＶＣを返信する光信号は、光通信路９２と、光合分波器３０ｖ−２と、光通信路９１と、光合分波器３０ｖ−１と、光通信路９０とを介して、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に送信される。
主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２がＷ相の各セル４０Ｅに変調率ＭＯＤを指令する光信号は、光通信路９０と、光合分波器３０ｗ−１と、光通信路９１と、光合分波器３０ｗ−２と、光通信路９２とを介して、各セル４０Ｅに送信される。
Ｗ相の各セル４０Ｅが直流コンデンサ電圧ＶＣを返信する光信号は、光通信路９２と、光合分波器３０ｗ−２と、光通信路９１と、光合分波器３０ｗ−１と、光通信路９０とを介して、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に送信される。

図１３は、第６の実施形態に於けるチョッパセルを示す概略の構成図である。

セル４０Ｅは、セル制御装置５０Ｅと、ゲートドライバ６１と、チョッパ回路６２と、自給電源６３と、直流電圧センサ６４とを有している。

セル制御装置５０Ｅは、当該セル４０Ｅを制御するものである。セル制御装置５０Ｅは、例えばマイクロコントローラであり、光合分波器４２Ｅを備えている。セル制御装置５０Ｅは、光通信路９２を介して光合分波器３０−２（図１２）に接続され、電源端子は自給電源６３に接続され、２つの出力端子はゲートドライバ６１に接続され、入力端子は直流電圧センサ６４に接続されている。
セル制御装置５０Ｅは、グランド端子が当該セル４０Ｅのグランドに接続され、自給電源６３から電源の供給を受けて動作する。当該セル４０Ｅのグランドは、図１３では、「Ｇ（ＣＥＬＬ）」と記載されている。セル制御装置５０Ｅは、光信号に含まれた制御指令情報に基づいて２つのチョッパ信号をゲートドライバ６１に出力し、直流電圧センサ６４の電圧検知信号を検知し、返信信号を主系制御装置２０Ｅに返信する。

ゲートドライバ６１は、セル制御装置５０Ｅの出力信号をレベル変換して、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のスイッチングが行えるようにするものである。ゲートドライバ６１は、セル制御装置５０Ｅの２つの出力端子と、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子およびエミッタ端子に接続されている。ゲートドライバ６１は、セル制御装置５０Ｅから入力された２つのチョッパ信号の電圧をレベル変換し、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２のゲート端子とエミッタ端子とに出力する。

チョッパ回路６２は、外部回路と接続される２端子間の電圧を、零または、直流コンデンサＣの両端電圧とを相互に変換する双方向チョッパ回路である。以下、直流コンデンサＣの両端電圧を、直流コンデンサ電圧ＶＣと記載する。チョッパ回路６２は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２と直流コンデンサＣとを備えている。
スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２は、ＩＧＢＴである。
当該セル４０Ｅの一方の接続端子は、スイッチング素子Ｑ１のエミッタ端子と、スイッチング素子Ｑ２のコレクタ端子とが接続されているノードに接続されている。当該セル４０Ｅの他方の接続端子は、当該セル４０Ｅのグランドに接続されている。当該セル４０Ｅのグランドは、更にスイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子が接続されている。

スイッチング素子Ｑ１のゲート端子とエミッタ端子とには、それぞれゲートドライバ６１の２つの出力端子が接続されている。スイッチング素子Ｑ１のゲート端子とエミッタ端子との間には、セル制御装置５０Ｅの出力電圧が、電圧レベルが変換されて印加される。
スイッチング素子Ｑ２のゲート端子とエミッタ端子とには、それぞれゲートドライバ６１の２つの出力端子が接続されている。スイッチング素子Ｑ２のゲート端子とエミッタ端子との間には、セル制御装置５０Ｅの出力電圧が、電圧レベルが変換されて印加される。
スイッチング素子Ｑ１のコレクタ端子と、当該セル４０Ｅのグランドとの間には、直流コンデンサＣが接続されている。更に、この直流コンデンサＣの両方の端子は、自給電源６３と、直流電圧センサ６４とに接続されている。

自給電源６３は、例えばリニアレギュレータであり、所定の電圧を出力して、外部に電力を供給するものである。自給電源６３の入力端子は、直流コンデンサＣの両方の端子に接続されている。自給電源６３の出力端子は、セル制御装置５０Ｅおよびゲートドライバ６１に接続されている。

直流電圧センサ６４は、例えば分圧抵抗であり、直流コンデンサＣの両端電圧を示すセンサ信号を出力するものである。直流電圧センサ６４の入力端子は、直流コンデンサＣの両方の端子に接続されている。直流電圧センサ６４の出力端子は、セル制御装置５０Ｅに接続されている。

（セル４０Ｅの動作）
自給電源６３は、直流コンデンサ電圧ＶＣを平滑化し、セル制御装置５０Ｅとゲートドライバ６１に電力を供給する。
セル制御装置５０Ｅは、光合分波器４２Ｅによって配分された２つの波長の光信号から、優先順位に基づいて制御指令情報を抽出し、当該制御指令情報の送信先識別子と自らの識別子とを照合する。セル制御装置５０Ｅは、当該制御指令情報の送信先識別子と自らの識別子とが一致し、セル４０Ｅ自身に対する制御指令情報であると判断したならば、スイッチング素子Ｑ１を駆動する第１のゲートパルスと、スイッチング素子Ｑ２を駆動する第２のゲートパルスとを生成し、ゲートドライバ６１に出力する。

ゲートドライバ６１は、第１のゲートパルスの電圧レベルを変換してスイッチング素子Ｑ１のゲート・エミッタ間に適切な電圧を印加し、スイッチング素子Ｑ１をターンオンまたはターンオフさせる。ゲートドライバ６１は、第２のゲートパルスの電圧レベルを変換してスイッチング素子Ｑ２のゲート・エミッタ間に適切な電圧を印加し、スイッチング素子Ｑ２をターンオンまたはターンオフさせる。これにより、直流コンデンサ電圧ＶＣが制御されると共に、当該セル４０Ｅの出力電圧が制御される。
直流電圧センサ６４は、直流電圧センサ６４によって直流コンデンサ電圧ＶＣを検出し、その瞬時値信号をセル制御装置５０Ｅに出力する。

セル制御装置５０Ｅのグランドは、当該セル制御装置５０Ｅのスイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子と同じ電圧であり、図１３では、「Ｇ（ＣＥＬＬ）」と記載している。なお、Ｇ（ＣＥＬＬ）の電圧は、図１２のＧ（グランド）とは異なる電圧である。

セル４０Ｅは、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２へ返信する際、主系制御装置２０Ｅ−１に返信する返信信号と、主系制御装置２０Ｅ−２に返信する返信信号とを、それぞれ異なる波長の信号として光合分波器４２Ｅに送信している。光合分波器４２Ｅは、受信した２つの異なる波長の光信号を混合して、光通信路９２を介して光合分波器３０−２に送信する。
光合分波器３０−２は、各セル４０Ｅが送信する光信号を混合して、光通信路９１を介して光合分波器３０−１に送信する。
光合分波器３０−１は、セル４０Ｅから送信された信号を、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２に送信する。主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、当該主系制御装置２０に係る波長の光信号を取り出して、処理を実行する。

（第６の実施形態の効果）
以上説明した第６の実施形態では、次の（Ｊ）〜（Ｌ）のような効果がある。

（Ｊ） 主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、各セル４０Ｅの制御のために、光合分波器３０ｕ−１から光合分波器３０ｕ−２の間と、光合分波器３０ｖ−１から光合分波器３０ｖ−２の間と、光合分波器３０ｗ−１から光合分波器３０ｗ−２の間とに、３本の高耐圧光ファイバケーブルによる光通信路９１を敷設している。これは、主系制御装置２０Ｅの多重化数によらず、適切な本数（本実施形態では３本）とすることができる。これにより、高価な高耐圧光ファイバケーブルの使用本数を削減すると共に、光ファイバケーブルの敷設工数を削減することができる。

（Ｋ） 主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、各相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のセル４０Ｅの制御のため、各相の光通信の経路を独立させている。すなわち、主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２は、Ｕ相に属する光通信路９０、光合分波器３０ｕ−１、光通信路９１、光合分波器３０ｕ−２、光通信路９２と、Ｖ相に属する光通信路９０、光合分波器３０ｖ−１、光通信路９１、光合分波器３０ｖ−２、光通信路９２と、Ｗ相に属する光通信路９０、光合分波器３０ｗ−１、光通信路９１、光合分波器３０ｗ−２、光通信路９２とを独立に備えている。これにより、各相の制御装置群を、同一タイミングで制御することが可能となる。

（Ｌ） 主系制御装置２０Ｅ−１，２０Ｅ−２のいずれかで異常が発生した際に、他の健全な主系制御装置２０Ｅで動作させながら、当該制御システム１０Ｅを復帰させることが可能であり、よって、電力変換器の信頼性が向上する。

（変形例）
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更実施が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の（ａ）〜（ｆ）のようなものがある。

（ａ） 第１の実施形態では、主系制御装置２０を二重化している。しかし、これに限られず、本発明は、主系制御装置２０を三重化、または、それ以上の多重化をしてもよい。

（ｂ） 多重化された主系制御装置２０は一部が稼働系、その他を待機系として動作させてもよく、図３の例のように、優先度変更が生じた際に、異常と判断された主系制御装置２０の代わりに、他の待機系の主系制御装置２０を動作させるといった運用も可能である。

（ｃ） 第６の実施形態は、電力変換装置８０として三相電力系統に連系する三相ＭＭＣを示している。しかし、これに限られず、本発明は、単相系統に連系する単相ＭＭＣや、モータを駆動するＭＭＣにも適用可能である。また、本発明は、カスケード・マルチレベル変換器（ＣＭＣ：Cascade Multilevel Converter）にも適用することができる。

（ｄ） 第６の実施形態では、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２をＩＧＢＴとしている。しかし、これに限られず、本発明は、スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２を、ＧＴＯ（Gate Turn-Off Thysistor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off Thyristor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、またはその他のオン・オフ制御素子を使用してもよい。

（ｅ） 第６の実施形態では、各相の通信路を独立に設けている。しかし、これに限られず、本発明は、各主系制御装置の各相で、異なる波長の光信号を送受信するように構成してもよい。これにより、各相の通信路を１つに統合することができると共に、各相の制御装置群を、同一タイミングで制御することが可能となる。

（ｆ） 第１の実施形態の主系制御装置２０は、主系制御装置２０ごとに異なる波長の光信号を送信するＷＤＭ（Wavelength Division Multiplex）形式の通信を行う。しかし、これに限られず、主系制御装置２０は、主系制御装置２０ごとに識別可能な光信号を時分割で送信するＴＤＭ（Time Division Multiplex）形式の通信を行ってもよい。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ 制御システム
２０，２０Ｂ，２０Ｅ 主系制御装置 （第１の制御装置）
２１ 制御器
２２ 光送受信器
２５，２５Ｅ 保守装置
２６ 制御器
２７ 上位制御装置
３０，３０Ｅ 光合分波器
４０，４０Ｂ，４０Ｃ 従系制御装置 （第２の制御装置）
４０Ｅ セル （第２の制御装置）
４１ 光送受信器
４２Ｅ 光合分波器
５０ 信号選択装置
５０Ｅ セル制御装置
５１ 信号選択処理部
５２ タイムアウト検出装置
５３ セレクタ
５４ セレクタ
５５ 信号遅延器
６０ 制御器
６１ ゲートドライバ
６３ 自給電源
６４ 直流電圧センサ
７１ 三相電力系統
７２ 変圧器
７３ 交流電圧センサ
７４ 負荷装置
８０ 電力変換装置
８３ｕｌ，８３ｕｈ，８３ｖｌ，８３ｖｈ，８３ｗｌ，８３ｗｈ 変換器アーム
９０，９１，９２，９４ 光通信路
９３ 通信路

前記した課題を解決するため、請求項１に記載の発明では、制御指令情報を、第１の制御装置ごとに識別可能な光信号に変換し、通信路を介して他の第１の制御装置と同期信号を送受信して、当該識別可能な光信号を同期して送信する第１の制御装置と、前記識別可能な光信号を混合する手段、および／または、混合した光信号を分配する手段を有する光合分波器と、前記光合分波器および光配線路を介して複数の前記第１の制御装置に接続され、前記識別可能な光信号を光送受信器で受信して複数の前記制御指令情報を取得し、所定の優先度に基づいて複数の前記制御指令情報のいずれかを選択する信号選択手段を備え、選択した前記制御指令情報に基づいて動作する第２の制御装置と、を備えることを特徴とする制御システムとした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。

Claims (15)

1. 制御指令情報を、第１の制御装置ごとに識別可能な光信号に変換し、当該識別可能な光信号を、他の第１の制御装置と同期して送信する第１の制御装置と、
   前記識別可能な光信号を混合する手段、および／または、混合した光信号を分配する手段を有する光合分波器と、
   前記光合分波器および光配線路を介して複数の前記第１の制御装置に接続され、前記識別可能な光信号を光送受信器で受信して複数の前記制御指令情報を取得し、所定の優先度に基づいて複数の前記制御指令情報のいずれかを選択する信号選択手段を備え、選択した前記制御指令情報に基づいて動作する第２の制御装置と、
   を備えることを特徴とする制御システム。
2. 前記第１の制御装置は、当該第１の制御装置ごとに前記識別可能な光信号として、当該第１の制御装置ごとに異なる波長の光信号変換する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 複数の前記第１の制御装置は、少なくとも一つは、前記制御指令情報によって前記第２の制御装置を制御する稼働系モードの第１の制御装置、少なくとも１つは前記第２の制御装置を制御していない待機系モードの第１の制御装置であり、
   前記稼働系モードの第１の制御装置に異常が発生した際には、いずれかの前記待機系モードの第１の制御装置が、前記稼働系モードの第１の制御装置に代わって前記第２の制御装置を制御する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
4. 複数の前記第１の制御装置は、同一の入力条件および同一の演算条件に基づいて前記制御指令情報を光信号に変換して送信する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
5. 前記信号選択手段は、前記第１の制御装置から受信した前記異なる波長の光信号が含む前記制御指令情報を、多数決により選択する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
6. 前記第２の制御装置は、光送受信器によって内部状態を光信号に変換し、複数の前記第１の制御装置に返信する、
   ことを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
7. 前記第２の制御装置は更に、返信用の光配線路によって前記光合分波器に接続される、
   ことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
8. 前記第２の制御装置は更に、前記異なる波長の光信号を混合する手段、および／または、混合した光信号を分配する手段を有する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
9. 前記信号選択手段は、複数の前記第１の制御装置から送信された複数の光信号を検出する手段を有し、前記複数の光信号のいずれも所定の期間内に検知しなかったならば、異常通知信号を複数の前記第１の制御装置に返信する、
   ことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
10. 前記信号選択手段は、複数の前記第１の制御装置から送信された複数の光信号の不一致検出手段を有し、前記複数の光信号の不一致が生じたならば、異常通知信号を複数の前記第１の制御装置に返信する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
11. 複数の前記第１の制御装置を制御し、前記第２の制御装置が返信する光信号を受信して記録する上位装置を、更に備えている、
    ことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
12. 前記第２の制御装置は、複数の前記第１の制御装置から受信した複数の光信号から、前記所定の優先度の順に正常な光信号を選択する手段、および、選択された光信号の送信元の第１の制御装置の識別子を複数の前記第１の制御装置へ返信する手段を備え、
    複数の前記第１の制御装置は、前記第２の制御装置からの返信信号を収集し、前記所定の優先度が最上位である第１の制御装置が選択されなかった回数が閾値以上になったならば、前記所定の優先度が最上位である第１の制御装置が故障したと判断し、前記所定の優先度の変更指令情報を前記第２の制御装置に送信する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
13. 複数の前記第１の制御装置が送信する光信号には、返信指令情報を含み、
    前記第２の制御装置は、前記第１の制御装置が送信する光信号に対応して別途定められた期間に返信する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
14. 前記第１の制御装置は、前記異なる波長の光信号のうちいずれか１つの光信号を選択する手段を備え、
    前記第２の制御装置は、前記第１の制御装置に、それぞれ固有の波長の光信号を返信する、
    ことを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
15. 請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の制御システムを備えた、
    ことを特徴とする電力変換装置。

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