JP2020080583A - 電力変換装置、およびそれを用いた多相交流電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力変換装置の故障時に速やかに電力変換装置を停止するための接続順序を構成した通信路を有する電力変換装置を提供する。【解決手段】電力変換セル２０−１〜２０−Ｎと、電力変換セルを制御する統括制御部８０と、複数の電力変換セルの１次側および２次側の通信端子と統括制御部とをそれぞれデイジーチェーン接続する第１および第２の通信路９０ａ，９０ｂとを備え、複数の電力変換セルの１次側電力端子２５，２６および２次側電力端子２７，２８は、それぞれ１次側と２次側で直列に接続され、電力変換セル２０−Ｎの１次側の電力端子は中性点３３に接続され、電力変換セル２０−１の２次側の電力端子は中性点３４に接続され、統括制御部の送信端からの第１の通信路は、電力変換セル２０−Ｎの１次側の通信端子に最初に接続され、統括制御部の送信端からの第２の通信路は、電力変換セル２０−１の２次側の通信端子に最初に接続される。【選択図】図１
Description
本発明は、電力変換装置、およびそれを用いた多相交流電力変換装置、特にその通信路接続方式に関する。
本技術分野である電力変換装置における通信路接続方式の従来技術として、特許文献１がある。
特許文献１の［要約］において、「［課題］電力変換装置の通信伝送遅延を減らし、制御応答を向上させる。［解決手段］電力変換装置１１６ａは、エネルギ貯蔵要素とスイッチング素子とを備えて、このスイッチング素子のオン・オフに依存してエネルギ貯蔵要素の電圧に依存した正または負の電圧と零電圧のいずれかを出力するセル１０５と、セル１０５を直列に１または複数台接続して構成したアーム１０４と、アーム１０４を複数備えて、交流を直流に、または、直流を交流に変換可能な電力変換回路１０３と、各セル１０５を統括して制御する中央制御装置１０７と、中央制御装置１０７に光ファイバケーブル１１１でデイジーチェーン接続される複数の中間制御装置１１３と、中間制御装置１１３に接続されて、各セル１０５をそれぞれ制御するセル制御装置とを備える。各相の交流端子Ｕ点・Ｖ点・Ｗ点には、各直列回路の一端が接続される。直流端子Ｐ点・Ｎ点には、各直列回路の他端が並列接続される。」と記載されており、電力変換装置の技術が開示されている。
特許文献１の［要約］において、「［課題］電力変換装置の通信伝送遅延を減らし、制御応答を向上させる。［解決手段］電力変換装置１１６ａは、エネルギ貯蔵要素とスイッチング素子とを備えて、このスイッチング素子のオン・オフに依存してエネルギ貯蔵要素の電圧に依存した正または負の電圧と零電圧のいずれかを出力するセル１０５と、セル１０５を直列に１または複数台接続して構成したアーム１０４と、アーム１０４を複数備えて、交流を直流に、または、直流を交流に変換可能な電力変換回路１０３と、各セル１０５を統括して制御する中央制御装置１０７と、中央制御装置１０７に光ファイバケーブル１１１でデイジーチェーン接続される複数の中間制御装置１１３と、中間制御装置１１３に接続されて、各セル１０５をそれぞれ制御するセル制御装置とを備える。各相の交流端子Ｕ点・Ｖ点・Ｗ点には、各直列回路の一端が接続される。直流端子Ｐ点・Ｎ点には、各直列回路の他端が並列接続される。」と記載されており、電力変換装置の技術が開示されている。
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、電力変換装置を制御する通信路のデイジーチェーン接続の順序については記載されていない。そのため、電力変換装置の故障時において、電力変換装置を制御する通信路の対処方法が不明確であり、不充分であるという課題（問題）がある。
本発明は、前記した課題に鑑みて創案されたものであって、電力変換装置の故障時に速やかに電力変換装置を停止するための接続順序を構成した通信路を有する電力変換装置を提供することを課題（目的）とする。
前記の課題を解決するために、本発明を以下のように構成した。
すなわち、本発明の電力変換装置は、１次側の電力端子に入力する電力を変換して２次側の電力端子に変換した電力を出力する複数の電力変換セルと、前記複数の電力変換セルを統括して制御する統括制御部と、前記複数の電力変換セルの１次側の通信端子と前記統括制御部とをデイジーチェーン接続する第１の通信路と、前記複数の電力変換セルの２次側の通信端子と前記統括制御部とをデイジーチェーン接続する第２の通信路と、を備え、前記複数の電力変換セルの１次側の電力端子および２次側の電力端子は、それぞれ１次側および２次側で直列に接続され、前記複数の電力変換セルの一つの電力変換セルの１次側の電力端子は、基準電位となる中性点に接続され、前記複数の電力変換セルの他の一つの電力変換セルの２次側の電力端子は、基準電位となる中性点に接続され、前記統括制御部の１次側の送信端に接続された前記第１の通信路は、１次側の電力端子が中性点に接続された電力変換セルの１次側の通信端子に、前記デイジーチェーン接続の１番目として接続され、前記統括制御部の２次側の送信端に接続された前記第２の通信路は、２次側の電力端子が中性点に接続された電力変換セルの２次側の通信端子に、前記デイジーチェーン接続の１番目として接続されることを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。
すなわち、本発明の電力変換装置は、１次側の電力端子に入力する電力を変換して２次側の電力端子に変換した電力を出力する複数の電力変換セルと、前記複数の電力変換セルを統括して制御する統括制御部と、前記複数の電力変換セルの１次側の通信端子と前記統括制御部とをデイジーチェーン接続する第１の通信路と、前記複数の電力変換セルの２次側の通信端子と前記統括制御部とをデイジーチェーン接続する第２の通信路と、を備え、前記複数の電力変換セルの１次側の電力端子および２次側の電力端子は、それぞれ１次側および２次側で直列に接続され、前記複数の電力変換セルの一つの電力変換セルの１次側の電力端子は、基準電位となる中性点に接続され、前記複数の電力変換セルの他の一つの電力変換セルの２次側の電力端子は、基準電位となる中性点に接続され、前記統括制御部の１次側の送信端に接続された前記第１の通信路は、１次側の電力端子が中性点に接続された電力変換セルの１次側の通信端子に、前記デイジーチェーン接続の１番目として接続され、前記統括制御部の２次側の送信端に接続された前記第２の通信路は、２次側の電力端子が中性点に接続された電力変換セルの２次側の通信端子に、前記デイジーチェーン接続の１番目として接続されることを特徴とする。
また、その他の手段は、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、１次側通信路および２次側通信路がそれぞれデイジーチェーン接続となっており、かつ中央コントローラの停止信号が基準電位側のコンバータセルに最初に到達する構成となっているため、故障時に各コンバータセルの電位を可及的速やかに低減することのできる電力変換装置を提供できる。
以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と表記する）を、適宜、図面を参照して説明する。
≪第１実施形態≫
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０の回路構成例を示す図である。
電力変換装置１０は、Ｎ台（Ｎは２以上の自然数）のコンバータセル（電力変換セル）２０−１〜２０−Ｎと、中央コントローラ（統括制御部）８０と、通信路９０ａ，９０ｂとを備えて構成されている。
これらで構成される電力変換装置１０の詳細な接続関係と動作については、後記する。
まず、コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０の回路構成例を示す図である。
電力変換装置１０は、Ｎ台（Ｎは２以上の自然数）のコンバータセル（電力変換セル）２０−１〜２０−Ｎと、中央コントローラ（統括制御部）８０と、通信路９０ａ，９０ｂとを備えて構成されている。
これらで構成される電力変換装置１０の詳細な接続関係と動作については、後記する。
まず、コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）について説明する。
《コンバータセル２０−ｋの構成の概要》
コンバータセル２０−ｋ（ｋは段数番号であり、１≦ｋ≦Ｎ）は、一対の１次側電力端子２５，２６（１次側の電力端子）と、一対の２次側電力端子２７，２８（２次側の電力端子）と、交直変換器１１（第１の交直変換器、１次側変換器）と、交直変換器１２（第２の交直変換器、１次側変換器）と、交直変換器１３（第３の交直変換器、２次側変換器）と、交直変換器１４（第４の交直変換器、２次側変換器）と、高周波トランス１５（トランス）と、コンデンサ１７，１８（平滑コンデンサ）と、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄと、１次側コントローラ７０、２次側コントローラ７１と、を備えている。
コンバータセル２０−ｋ（ｋは段数番号であり、１≦ｋ≦Ｎ）は、一対の１次側電力端子２５，２６（１次側の電力端子）と、一対の２次側電力端子２７，２８（２次側の電力端子）と、交直変換器１１（第１の交直変換器、１次側変換器）と、交直変換器１２（第２の交直変換器、１次側変換器）と、交直変換器１３（第３の交直変換器、２次側変換器）と、交直変換器１４（第４の交直変換器、２次側変換器）と、高周波トランス１５（トランス）と、コンデンサ１７，１８（平滑コンデンサ）と、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄと、１次側コントローラ７０、２次側コントローラ７１と、を備えている。
コンバータセル２０−ｋの１次側電力端子２５，２６からフィルタリアクトル１９ａ，１９ｂを介して交流電圧（交流電力）が入力すると交直変換器１１で交流電圧（交流電力）を直流電圧（直流電力）に変換する。そして変換された直流電圧をコンデンサ１７で平滑する。この平滑された直流電圧（直流電圧）を交直変換器１２で所定の電圧と所定の周波数の交流電圧（交流電力）に変換する。この所定の電圧と所定の周波数の交流電圧を高周波トランス１５の１次側に入力する。高周波トランス１５で１次側の交流電圧を変圧して、２次側に変圧された交流電圧（交流電力）を出力する。
交直変換器１３は高周波トランス１５の２次側の交流電圧（交流電力）を直流電圧（直流電力）に変換する。そして変換された直流電圧をコンデンサ１８で平滑する。この平滑れた直流電圧（直流電力）を交直変換器１４で所定の電圧と所定の周波数の交流電圧（交流電力）に変換する。そして、コンバータセル２０−ｋのフィルタリアクトル１９ｃ，１９ｄを介して、２次側電力端子２７，２８から交流電圧（交流電力）を出力する。
なお、これらの構成によるコンバータセル２０−ｋの詳細な構成・機能・動作については、図２を参照して後記する。
交直変換器１３は高周波トランス１５の２次側の交流電圧（交流電力）を直流電圧（直流電力）に変換する。そして変換された直流電圧をコンデンサ１８で平滑する。この平滑れた直流電圧（直流電力）を交直変換器１４で所定の電圧と所定の周波数の交流電圧（交流電力）に変換する。そして、コンバータセル２０−ｋのフィルタリアクトル１９ｃ，１９ｄを介して、２次側電力端子２７，２８から交流電圧（交流電力）を出力する。
なお、これらの構成によるコンバータセル２０−ｋの詳細な構成・機能・動作については、図２を参照して後記する。
《電力変換装置１０の接続構成》
コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの１次側電力端子２５，２６は、順次直列に接続され、これらで形成された直列回路に１次側電源系統３１（ＶＳ１）が接続されている。
また、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの２次側電力端子２７，２８は、順次直列に接続され、これらで形成された直列回路に２次側電源系統３２（ＶＳ２）が接続されている。
コンバータセル２０−１〜２０−Ｎは、それぞれのコンバータセルの１次側電力端子（２５，２６）と２次側電力端子（２７，２８）との間で、双方向または一方向に電力を伝送する。
コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの１次側電力端子２５，２６は、順次直列に接続され、これらで形成された直列回路に１次側電源系統３１（ＶＳ１）が接続されている。
また、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの２次側電力端子２７，２８は、順次直列に接続され、これらで形成された直列回路に２次側電源系統３２（ＶＳ２）が接続されている。
コンバータセル２０−１〜２０−Ｎは、それぞれのコンバータセルの１次側電力端子（２５，２６）と２次側電力端子（２７，２８）との間で、双方向または一方向に電力を伝送する。
１次側電源系統３１（ＶＳ１）、および２次側電源系統３２（ＶＳ２）としては、例えば商用電源系統、太陽光発電システム、あるいはモータ等、様々な発電設備や受電設備を採用することができる。
なお、１次側電源系統３１の電圧を１次側系統電圧ＶＳ１とし、２次側電源系統３２の電圧を２次側系統電圧ＶＳ２とする。
１次側系統電圧ＶＳ１と２次側系統電圧ＶＳ２とは、振幅および周波数が相互に独立している。そのため、電力変換装置１０は、１次側電源系統３１と２次側電源系統３２との間で双方向、または一方向に電力を伝送する。
なお、１次側電源系統３１の電圧を１次側系統電圧ＶＳ１とし、２次側電源系統３２の電圧を２次側系統電圧ＶＳ２とする。
１次側系統電圧ＶＳ１と２次側系統電圧ＶＳ２とは、振幅および周波数が相互に独立している。そのため、電力変換装置１０は、１次側電源系統３１と２次側電源系統３２との間で双方向、または一方向に電力を伝送する。
また、各コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）には、コンバータセルの１次側を制御するための１次側コントローラ７０と、コンバータセルの２次側を制御するための２次側コントローラ７１が備えられている。
各コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）の１次側コントローラ７０と、中央コントローラ（統括制御部）８０との間に、１次側通信路（１次側の通信路）９０ａｓ，９０ａｒが設けられている。
また、各コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）の２次側コントローラ７１と、中央コントローラ８０との間に２次側通信路（２次側の通信路）９０ｂｓ，９０ｂｒが設けられている。
各コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）の１次側コントローラ７０と、中央コントローラ（統括制御部）８０との間に、１次側通信路（１次側の通信路）９０ａｓ，９０ａｒが設けられている。
また、各コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）の２次側コントローラ７１と、中央コントローラ８０との間に２次側通信路（２次側の通信路）９０ｂｓ，９０ｂｒが設けられている。
中央コントローラ８０は、１次側通信路９０ａｓおよび２次側通信路９０ｂｓを介して各コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）に動作や停止に関する指令を送信する。
また、中央コントローラ８０は、１次側通信路９０ａｒおよび２次側通信路９０ｂｒを介して各コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）の異常などの状態を把握する信号を受信する。
例えば、コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）に異常が発生した場合には、１次側通信路９０ａｒおよび２次側通信路９０ｂｒを介して、中央コントローラ８０は、異常を検知する。そして、中央コントローラ８０は、１次側通信路９０ａｓおよび２次側通信路９０ｂｓを介して、コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）に停止の指令を送信する。
なお、１次側通信路９０ａｓ，９０ａｒおよび２次側通信路９０ｂａ，９０ｂｒは、電気配線でも良いし、光ファイバでも良い。
なお、電気配線の場合はコンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）の１次側コントローラ７０、あるいは２次側コントローラ７１の直近で、カプラによって絶縁通信、あるいは光ファイバ通信に変えても良い。
また、中央コントローラ８０は、１次側通信路９０ａｒおよび２次側通信路９０ｂｒを介して各コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）の異常などの状態を把握する信号を受信する。
例えば、コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）に異常が発生した場合には、１次側通信路９０ａｒおよび２次側通信路９０ｂｒを介して、中央コントローラ８０は、異常を検知する。そして、中央コントローラ８０は、１次側通信路９０ａｓおよび２次側通信路９０ｂｓを介して、コンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）に停止の指令を送信する。
なお、１次側通信路９０ａｓ，９０ａｒおよび２次側通信路９０ｂａ，９０ｂｒは、電気配線でも良いし、光ファイバでも良い。
なお、電気配線の場合はコンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）の１次側コントローラ７０、あるいは２次側コントローラ７１の直近で、カプラによって絶縁通信、あるいは光ファイバ通信に変えても良い。
《１次側基準端子と２次側基準端子》
図１に示すように、１次側電源系統３１（ＶＳ１）の一対の端子のうち、一方を１次側基準端子（中性点）３３、他方を端子３５と呼称する。同様に、２次側電源系統３２の一対の端子のうち、一方を２次側基準端子（中性点）３４、他方を端子３６と呼称する。
１次側基準端子３３は、１次側基準電位が現れる端子であり、２次側基準端子３４は、２次側基準電位が現れる端子である。
１次側および２次側基準電位は、例えば接地電位である。基準電位は必ずしも接地電位でなくてもよいが、１次側基準端子３３は、他方の端子３５よりも対地電位の最高値（絶対値）が低い側の端子にすることが好ましい。
また、２次側基準端子３４は、他方の端子３６よりも対地電位の最高値（絶対値）が低い側の端子にすることが好ましい。
図１に示すように、１次側電源系統３１（ＶＳ１）の一対の端子のうち、一方を１次側基準端子（中性点）３３、他方を端子３５と呼称する。同様に、２次側電源系統３２の一対の端子のうち、一方を２次側基準端子（中性点）３４、他方を端子３６と呼称する。
１次側基準端子３３は、１次側基準電位が現れる端子であり、２次側基準端子３４は、２次側基準電位が現れる端子である。
１次側および２次側基準電位は、例えば接地電位である。基準電位は必ずしも接地電位でなくてもよいが、１次側基準端子３３は、他方の端子３５よりも対地電位の最高値（絶対値）が低い側の端子にすることが好ましい。
また、２次側基準端子３４は、他方の端子３６よりも対地電位の最高値（絶対値）が低い側の端子にすることが好ましい。
そして、１次側基準端子３３は、コンバータセル２０−Ｎの１次側電力端子２６に接続され、２次側基準端子３４は、コンバータセル２０−１の２次側電力端子２７に接続されている。
すなわち、段数番号ｋが大きくなるほど１次側電力端子２５，２６の対地電圧の絶対値は低くなり、２次側電力端子２７，２８の対地電圧の絶対値は高くなる。
そのため、本発明の第１実施形態では、コンバータセル（ｋ＝Ｎ）の１次側セルコントローラに中央コントローラ８０の１次側通信路９０ａｓの送信端を接続する。また、コンバータセル（ｋ＝１）の２次側コントローラ７１に中央コントローラ８０の２次側通信路９０ｂｓの送信端を接続する。
すなわち、段数番号ｋが大きくなるほど１次側電力端子２５，２６の対地電圧の絶対値は低くなり、２次側電力端子２７，２８の対地電圧の絶対値は高くなる。
そのため、本発明の第１実施形態では、コンバータセル（ｋ＝Ｎ）の１次側セルコントローラに中央コントローラ８０の１次側通信路９０ａｓの送信端を接続する。また、コンバータセル（ｋ＝１）の２次側コントローラ７１に中央コントローラ８０の２次側通信路９０ｂｓの送信端を接続する。
《コンバータセル２０−ｋの回路構成の詳細》
図２は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０におけるコンバータセル２０−ｋの電力変換に関わる回路構成例を示す図である。
図２において、コンバータセル２０−ｋは、交直変換器１１〜１４と高周波トランス１５とコンデンサ１７，１８と、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄを備えて構成されている。なお、電力変換を制御するが、電力が流れることはない１次側コントローラ７０と２次側コントローラ７１の記載を省略している。
図２は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０におけるコンバータセル２０−ｋの電力変換に関わる回路構成例を示す図である。
図２において、コンバータセル２０−ｋは、交直変換器１１〜１４と高周波トランス１５とコンデンサ１７，１８と、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄを備えて構成されている。なお、電力変換を制御するが、電力が流れることはない１次側コントローラ７０と２次側コントローラ７１の記載を省略している。
交直変換器１１〜１４は、各々フルブリッヂ状に接続された４個のスイッチング素子と、これらスイッチング素子に逆並列に接続されたＦＷＤ（Free Wheeling Diode）とを有している。なお、交直変換器１１については、４個のスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４として符号を記載しているが、交直変換器１２〜１４については、スイッチング素子に符号を付けることを表記上の都合によって省略している。また、本（第１）実施形態において、これらスイッチング素子は、例えばＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。また、スイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴを用いる場合には、ＭＯＳＦＥＴの構造上の寄生ダイオードを、前記したＦＷＤとして用いることが可能となる場合がある。
交直変換器１１〜１４のスイッチング素子（Ｑ１〜Ｑ４）を、１次側では１次側コントローラ７０、２次側では２次側コントローラ７１の制御回路によって統括的に制御する。この制御により、交直変換器１１〜１４は、交流−直流変換器（コンバータ）としても、直流−交流変換器（インバータ）としても動作することが可能である。
《コンバータセル２０−ｋの機能動作の概要》
例えば、１次側電力端子２５，２６から交流電圧（交流電力）が入力する場合について説明する。
交直変換器１１に１次側電力端子２５，２６を介して交流電圧（交流電力）が入力すると、交直変換器１１で直流電圧（直流電力）に変換される。変換された直流電圧（直流電力）は、コンデンサ１７で平滑される。平滑化された直流電圧（直流電力）は、交直変換器１２で交流電圧（交流電力）に変換され、高周波トランス１５の１次側に入力する。１次側に入力した交流電圧（交流電力）は、高周波トランス１５で変圧されて、２次側に異なる電圧の交流電圧（交流電力）を出力する。高周波トランス１５の２次側の交流電圧（交流電力）は、交直変換器１３で直流電圧（直流電力）に変換される。変換された直流電圧（直流電力）は、コンデンサ１８で平滑される。平滑化された直流電圧（直流電力）は、交直変換器１４で交流電圧（交流電力）に変換され、２次側電力端子２７，２８から交流電圧（交流電力）を出力する。
例えば、１次側電力端子２５，２６から交流電圧（交流電力）が入力する場合について説明する。
交直変換器１１に１次側電力端子２５，２６を介して交流電圧（交流電力）が入力すると、交直変換器１１で直流電圧（直流電力）に変換される。変換された直流電圧（直流電力）は、コンデンサ１７で平滑される。平滑化された直流電圧（直流電力）は、交直変換器１２で交流電圧（交流電力）に変換され、高周波トランス１５の１次側に入力する。１次側に入力した交流電圧（交流電力）は、高周波トランス１５で変圧されて、２次側に異なる電圧の交流電圧（交流電力）を出力する。高周波トランス１５の２次側の交流電圧（交流電力）は、交直変換器１３で直流電圧（直流電力）に変換される。変換された直流電圧（直流電力）は、コンデンサ１８で平滑される。平滑化された直流電圧（直流電力）は、交直変換器１４で交流電圧（交流電力）に変換され、２次側電力端子２７，２８から交流電圧（交流電力）を出力する。
また、逆に２次側電力端子２７，２８から、交流電圧（交流電力）が入力する場合について説明する。
交直変換器１４に２次側電力端子２７，２８を介して交流電圧（交流電力）が入力すると、交直変換器１４で直流電圧（直流電力）に変換される。変換された直流電圧（直流電力）は、コンデンサ１８で平滑される。平滑化された直流電圧（直流電力）は、交直変換器１３で交流電圧（交流電力）に変換され、高周波トランス１５の２次側に入力する。２次側に入力した交流電圧（交流電力）は、高周波トランス１５で変圧されて、１次側に異なる電圧の交流電圧（交流電力）を出力する。高周波トランス１５の１次側の交流電圧（交流電力）は、交直変換器１２で直流電圧（直流電力）に変換される。変換された直流電圧（直流電力）は、コンデンサ１７で平滑される。平滑化された直流電圧（直流電力）は、交直変換器１１で交流電圧（交流電力）に変換され、１次側電力端子２５，２６から交流電圧（交流電力）を出力する。
交直変換器１４に２次側電力端子２７，２８を介して交流電圧（交流電力）が入力すると、交直変換器１４で直流電圧（直流電力）に変換される。変換された直流電圧（直流電力）は、コンデンサ１８で平滑される。平滑化された直流電圧（直流電力）は、交直変換器１３で交流電圧（交流電力）に変換され、高周波トランス１５の２次側に入力する。２次側に入力した交流電圧（交流電力）は、高周波トランス１５で変圧されて、１次側に異なる電圧の交流電圧（交流電力）を出力する。高周波トランス１５の１次側の交流電圧（交流電力）は、交直変換器１２で直流電圧（直流電力）に変換される。変換された直流電圧（直流電力）は、コンデンサ１７で平滑される。平滑化された直流電圧（直流電力）は、交直変換器１１で交流電圧（交流電力）に変換され、１次側電力端子２５，２６から交流電圧（交流電力）を出力する。
以上のように、コンバータセル２０−ｋは、１次側電力端子２５，２６から２次側電力端子２７，２８へ電力を送ることも、２次側電力端子２７，２８から１次側電力端子２５，２６へ電力を送ることも可能である（双方向）。
なお、１次側電力端子２５，２６から２次側電力端子２７，２８へ電力を送る場合には、交直変換器１１，１３は、交流−直流変換器（コンバータ）として動作し、交直変換器１２，１４は、直流−交流変換器（インバータ）として動作する。
また、逆に、２次側電力端子２７，２８から１次側電力端子２５，２６へ電力を送る場合には、交直変換器１１，１３は、直流−交流変換器（インバータ）として動作し、交直変換器１２，１４は、交流−直流変換器（コンバータ）として動作する。
なお、１次側電力端子２５，２６から２次側電力端子２７，２８へ電力を送る場合には、交直変換器１１，１３は、交流−直流変換器（コンバータ）として動作し、交直変換器１２，１４は、直流−交流変換器（インバータ）として動作する。
また、逆に、２次側電力端子２７，２８から１次側電力端子２５，２６へ電力を送る場合には、交直変換器１１，１３は、直流−交流変換器（インバータ）として動作し、交直変換器１２，１４は、交流−直流変換器（コンバータ）として動作する。
なお、高周波トランス１５を用いるのは、高周波数を用いることによって、変換効率を高めるものである。
また、コンバータセル２０−ｋにおいては、途中で直流電圧に変換して、その後、交流電圧に変換しているため、１次側電力端子２５，２６と２次側電力端子２７，２８とにおける交流周波数が異なっていてもよい。
また、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄは、交流電圧に含まれるスパイク成分を低減し、交流電力の力率を高めるためである。
また、コンバータセル２０−ｋにおいては、途中で直流電圧に変換して、その後、交流電圧に変換しているため、１次側電力端子２５，２６と２次側電力端子２７，２８とにおける交流周波数が異なっていてもよい。
また、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄは、交流電圧に含まれるスパイク成分を低減し、交流電力の力率を高めるためである。
《コンバータセル２０−ｋの機能動作の詳細》
本発明の通信路を含む特徴を説明するために、一部、重複するがコンバータセル２０−ｋの機能動作について、あらためて詳細に説明する。
コンバータセル２０−ｋにおいて、コンデンサ１７の両端の間に現れる電圧を１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１［ｋ］（１次側直流電圧）と呼ぶ。そして、コンデンサ１７の両端に現れる電圧（接地を基準とする電位）のうち、高い側の電圧を１次側ＤＣリンク正電圧Ｖｄｃ１＋［ｋ］と呼び、低い側の電圧を１次側ＤＣリンク負電圧Ｖｄｃ１−［ｋ］と表記する。なお、［ｋ］におけるｋは、コンバータセルの段数番号である。
本発明の通信路を含む特徴を説明するために、一部、重複するがコンバータセル２０−ｋの機能動作について、あらためて詳細に説明する。
コンバータセル２０−ｋにおいて、コンデンサ１７の両端の間に現れる電圧を１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１［ｋ］（１次側直流電圧）と呼ぶ。そして、コンデンサ１７の両端に現れる電圧（接地を基準とする電位）のうち、高い側の電圧を１次側ＤＣリンク正電圧Ｖｄｃ１＋［ｋ］と呼び、低い側の電圧を１次側ＤＣリンク負電圧Ｖｄｃ１−［ｋ］と表記する。なお、［ｋ］におけるｋは、コンバータセルの段数番号である。
また、１次側電力端子２５，２６の間に現れる電圧を１次側ＡＣ端子間電圧Ｖ１［ｋ］と表記する。そして、１次側電力端子２５，２６に現れる電圧（接地を基準とする電位）のうち、高い側の電圧を１次側ＡＣ正電圧Ｖ１＋［ｋ］とし、低い側の電圧を１次側ＡＣ負電圧Ｖ１−［ｋ］と表記する。
交直変換器１１は、１次側ＡＣ端子間電圧Ｖ１［ｋ］と、１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１［ｋ］とを、双方向または単一方向に変換しつつ電力を伝送する。
交直変換器１１は、１次側ＡＣ端子間電圧Ｖ１［ｋ］と、１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１［ｋ］とを、双方向または単一方向に変換しつつ電力を伝送する。
高周波トランス１５は、１次巻線１５ａと、２次巻線１５ｂとを有し、１次巻線１５ａと２次巻線１５ｂとの間で、所定の周波数で電力を伝送する。
交直変換器１２および交直変換器１３が高周波トランス１５との間で入出力する電流は、高周波である。ここで、高周波とは、例えば１００Ｈｚ以上の周波数であるが、１ｋＨｚ以上の周波数を採用することが好ましく、１０ｋＨｚ以上の周波数を採用することがより好ましい。
交直変換器１２は、１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１［ｋ］と、１次巻線１５ａに現れる電圧とを双方向または単一方向に変換しつつ電力を伝送する。
交直変換器１２および交直変換器１３が高周波トランス１５との間で入出力する電流は、高周波である。ここで、高周波とは、例えば１００Ｈｚ以上の周波数であるが、１ｋＨｚ以上の周波数を採用することが好ましく、１０ｋＨｚ以上の周波数を採用することがより好ましい。
交直変換器１２は、１次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ１［ｋ］と、１次巻線１５ａに現れる電圧とを双方向または単一方向に変換しつつ電力を伝送する。
また、コンデンサ１８の両端の間に現れる電圧を、２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２［ｋ］（２次側直流電圧）と表記する。そして、コンデンサ１８の両端に現れる電圧（接地を基準とする電位）のうち、高い側の電圧を２次側ＤＣリンク正電圧Ｖｄｃ２＋［ｋ］とし、低い側の電圧を２次側ＤＣリンク負電圧Ｖｄｃ２−［ｋ］と表記する。
交直変換器１３は、２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２と、２次巻線１５ｂに現れる電圧とを双方向または単一方向に変換しつつ電力を伝送する。
１次巻線１５ａと２次巻線１５ｂとの電位差は、測定位置によって異なるが、最大となる電位差をトランス電位差Ｖｔｒ［ｋ］と表記する。
交直変換器１３は、２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２と、２次巻線１５ｂに現れる電圧とを双方向または単一方向に変換しつつ電力を伝送する。
１次巻線１５ａと２次巻線１５ｂとの電位差は、測定位置によって異なるが、最大となる電位差をトランス電位差Ｖｔｒ［ｋ］と表記する。
また、２次側電力端子２７，２８の間に現れる電圧を２次側ＡＣ端子間電圧Ｖ２［ｋ］と表記する。そして、２次側電力端子２７，２８に現れる電圧（接地を基準とする電位）のうち、高い側の電圧を２次側ＡＣ正電圧Ｖ２＋［ｋ］とし、低い側の電圧を２次側ＡＣ負電圧Ｖ２−［ｋ］と表記する。
交直変換器１４は、２次側ＡＣ端子間電圧Ｖ２［ｋ］と、２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２とを双方向に変換しつつ電力を伝送する。
交直変換器１４は、２次側ＡＣ端子間電圧Ｖ２［ｋ］と、２次側ＤＣリンク電圧Ｖｄｃ２とを双方向に変換しつつ電力を伝送する。
図１において、１次側系統電圧ＶＳ１がコンバータセル２０−１〜２０−Ｎによって均等に分圧されたとすると、図２に示した１次側ＡＣ端子間電圧Ｖ１［ｋ］は、「ＶＳ１／Ｎ」に等しくなる。同様に、２次側系統電圧ＶＳ２がコンバータセル２０−１〜２０−Ｎによって均等に分圧されたとすると、２次側ＡＣ端子間電圧Ｖ２［ｋ］は「ＶＳ２／Ｎ」に等しくなる。
＜本発明と比較例とにおける電力変換装置の通信路の接続順序の比較＞
図３と図４を参照して、本発明と比較例の通信路の接続順序について比較する。
図３は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０における通信路の接続順序の例を示す図である。
また、図４は比較例としての電力変換装置における通信路の接続順序の例を示す図である。なお、図４に示した比較例は、図３に示した本発明の第１実施形態の特徴・効果を説明するために参考として示した回路構成であって、従来技術において明確に開示されているものではない。
図３と図４を参照して、本発明と比較例の通信路の接続順序について比較する。
図３は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０における通信路の接続順序の例を示す図である。
また、図４は比較例としての電力変換装置における通信路の接続順序の例を示す図である。なお、図４に示した比較例は、図３に示した本発明の第１実施形態の特徴・効果を説明するために参考として示した回路構成であって、従来技術において明確に開示されているものではない。
《本発明の通信路の接続順序》
まず、図３を参照して、本発明の電力変換装置１０における通信路の接続順序について説明する。
図３において、電力変換装置１０（図１）が４個のコンバータセル２０−１〜２０−４を備えて構成されている。
なお、図３は、通信路の接続順序の説明を意図するものであるので、図１におけるコンデンサ１７，１８、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄの記載は、表記上の都合により省略している。
また、図３においては、図１における１次側基準端子３３、および２次側基準端子３４を、それぞれ接地（中性点）していることを明確に記載している。
まず、図３を参照して、本発明の電力変換装置１０における通信路の接続順序について説明する。
図３において、電力変換装置１０（図１）が４個のコンバータセル２０−１〜２０−４を備えて構成されている。
なお、図３は、通信路の接続順序の説明を意図するものであるので、図１におけるコンデンサ１７，１８、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄの記載は、表記上の都合により省略している。
また、図３においては、図１における１次側基準端子３３、および２次側基準端子３４を、それぞれ接地（中性点）していることを明確に記載している。
図３においては、コンバータセル２０−４の１次側コントローラ７０の一端は、１次側通信路９０ａｓを介して中央コントローラ８０の送信端に接続されている。
そして、コンバータセル２０−４の１次側コントローラ７０の他端は、コンバータセル２０−３の１次側コントローラ７０の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−３の１次側コントローラ７０の他端は、コンバータセル２０−２の１次側コントローラ７０の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−２の１次側コントローラ７０の他端は、コンバータセル２０−１の１次側コントローラ７０の一端に接続されている。
また、コンバータセル２０−１の１次側コントローラ７０の他端は、１次側通信路９０ａｒを介して中央コントローラ８０の受信端に接続されている。
そして、コンバータセル２０−４の１次側コントローラ７０の他端は、コンバータセル２０−３の１次側コントローラ７０の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−３の１次側コントローラ７０の他端は、コンバータセル２０−２の１次側コントローラ７０の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−２の１次側コントローラ７０の他端は、コンバータセル２０−１の１次側コントローラ７０の一端に接続されている。
また、コンバータセル２０−１の１次側コントローラ７０の他端は、１次側通信路９０ａｒを介して中央コントローラ８０の受信端に接続されている。
また、コンバータセル２０−１の２次側コントローラ７１の一端は、２次側通信路９０ｂｓを介して中央コントローラ８０の送信端に接続されている。
そして、コンバータセル２０−１の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−２の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−２の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−３の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−３の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−４の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。
また、コンバータセル２０−４の２次側コントローラ７１の他端は、２次側通信路９０ｂｒを介して中央コントローラ８０の受信端に接続されている。
そして、コンバータセル２０−１の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−２の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−２の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−３の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−３の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−４の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。
また、コンバータセル２０−４の２次側コントローラ７１の他端は、２次側通信路９０ｂｒを介して中央コントローラ８０の受信端に接続されている。
以上の構成により、中央コントローラ８０が異常を検知してコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、１次側においては、接地電位側（または基準電位側）に最も近いコンバータセル２０−４の１次側の交直変換器１１，１２が最初に停止する。
コンバータセル２０−１〜２０−４の１次側通信路９０ａｓ，９０ａｒは、デイジーチェーン接続なので、その次にコンバータセル２０−３の１次側の交直変換器１１，１２が停止する。
次いで、コンバータセル２０−２の１次側の交直変換器１１，１２が停止する。
最後に、コンバータセル２０−１の１次側の交直変換器１１，１２が停止する。
図３においては、以上のコンバータセル２０−１〜２０−４の１次側の交直変換器１１，１２の停止順序を、大きく太い線の書体の数字で１〜４と表記した符号と、矢印３００１の方向で表記している。
コンバータセル２０−１〜２０−４の１次側通信路９０ａｓ，９０ａｒは、デイジーチェーン接続なので、その次にコンバータセル２０−３の１次側の交直変換器１１，１２が停止する。
次いで、コンバータセル２０−２の１次側の交直変換器１１，１２が停止する。
最後に、コンバータセル２０−１の１次側の交直変換器１１，１２が停止する。
図３においては、以上のコンバータセル２０−１〜２０−４の１次側の交直変換器１１，１２の停止順序を、大きく太い線の書体の数字で１〜４と表記した符号と、矢印３００１の方向で表記している。
また、以上の構成により、中央コントローラ８０が以上を検知してコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、２次側においては、接地電位側に最も近いコンバータセル２０−１の２次側の交直変換器１３，１４が最初に停止する。
コンバータセル２０−１〜２０−４の２次側通信路９０ｂｓ，９０ｂｒは、デイジーチェーン接続なので、その次にコンバータセル２０−２の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
次いで、コンバータセル２０−３の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
最後に、コンバータセル２０−４の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
図３においては、以上のコンバータセル２０−１〜２０−４の２次側の交直変換器１３，１４の停止順序を、大きく太い線の書体の数字で１〜４と表記した符号と、矢印３００２の方向で表記している。
コンバータセル２０−１〜２０−４の２次側通信路９０ｂｓ，９０ｂｒは、デイジーチェーン接続なので、その次にコンバータセル２０−２の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
次いで、コンバータセル２０−３の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
最後に、コンバータセル２０−４の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
図３においては、以上のコンバータセル２０−１〜２０−４の２次側の交直変換器１３，１４の停止順序を、大きく太い線の書体の数字で１〜４と表記した符号と、矢印３００２の方向で表記している。
以上のように、図３で示した本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０の通信路の接続順序によれば、中央コントローラ８０が以上を検知してコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、接地電位側に最も近いコンバータセル２０−４の１次側の交直変換器１１，１２、および接地電位側に最も近いコンバータセル２０−１の２次側の交直変換器１３，１４が最初に停止する構成となる。
この効果については、次に示す比較例の通信路の接続順序を説明した後に、比較例との対比から、本発明の電力変換装置１０における通信路の接続順序による効果として説明する。
この効果については、次に示す比較例の通信路の接続順序を説明した後に、比較例との対比から、本発明の電力変換装置１０における通信路の接続順序による効果として説明する。
《比較例の通信路の接続順序》
図４は、前記したように、比較例としての電力変換装置における通信路の接続順序を示す図である。
図４において、電力変換装置１０（図１）が４個のコンバータセル２０−１〜２０−４を備えて構成されている。
図４の構成において、図３と異なるのは、２次側の通信路の接続順序である。図３と同じ構成の箇所については、重複する説明は省略する。
図４は、前記したように、比較例としての電力変換装置における通信路の接続順序を示す図である。
図４において、電力変換装置１０（図１）が４個のコンバータセル２０−１〜２０−４を備えて構成されている。
図４の構成において、図３と異なるのは、２次側の通信路の接続順序である。図３と同じ構成の箇所については、重複する説明は省略する。
図４において、コンバータセル２０−４の２次側コントローラ７１の一端は、２次側通信路９０ｂｓを介して中央コントローラ８０の送信端に接続されている。
そして、コンバータセル２０−４の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−３の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−３の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−２の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−２の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−１の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。
また、コンバータセル２０−１の２次側コントローラ７１の他端は、２次側通信路９０ｂｓを介して中央コントローラ８０の受信端に接続されている。
そして、コンバータセル２０−４の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−３の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−３の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−２の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。また、コンバータセル２０−２の２次側コントローラ７１の他端は、コンバータセル２０−１の２次側コントローラ７１の一端に接続されている。
また、コンバータセル２０−１の２次側コントローラ７１の他端は、２次側通信路９０ｂｓを介して中央コントローラ８０の受信端に接続されている。
以上の構成により、中央コントローラ８０が以上を検知してコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、２次側においては、２次側電源系統３２、すなわち接地電位側（または基準電位側）に最も遠いコンバータセル２０−４の２次側の交直変換器１３，１４が最初に停止する。
コンバータセル２０−１〜２０−４の２次側通信路９０ｂｓ，９０ｂｒは、デイジーチェーン接続なので、その次にコンバータセル２０−３の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
次いで、コンバータセル２０−２の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
最後に、コンバータセル２０−１の１次側の交直変換器１３，１４が停止する。
図４においては、以上のコンバータセル２０−１〜２０−４の２次側の交直変換器１３，１４の停止順序をＮｏ．１〜Ｎｏ．４と表記した符号と、矢印４００２の方向で表記している。
コンバータセル２０−１〜２０−４の２次側通信路９０ｂｓ，９０ｂｒは、デイジーチェーン接続なので、その次にコンバータセル２０−３の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
次いで、コンバータセル２０−２の２次側の交直変換器１３，１４が停止する。
最後に、コンバータセル２０−１の１次側の交直変換器１３，１４が停止する。
図４においては、以上のコンバータセル２０−１〜２０−４の２次側の交直変換器１３，１４の停止順序をＮｏ．１〜Ｎｏ．４と表記した符号と、矢印４００２の方向で表記している。
なお、前記したように、図４におけるコンバータセル２０−１〜２０−４の１次側の通信路の接続順序（矢印４００１）は、図３の接続順序（矢印３００１）と同様である。
次に、図３で示した本発明の電力変換装置における通信路の接続順序による作用と効果を、図４で示した比較例の電力変換装置における通信路の接続順序の作用と比較して説明する。
次に、図３で示した本発明の電力変換装置における通信路の接続順序による作用と効果を、図４で示した比較例の電力変換装置における通信路の接続順序の作用と比較して説明する。
＜コンバータセルの動作波形＞
本発明と比較例の電力変換装置の複数のコンバータセルにおける通信路の接続順序によるコンバータセルの動作波形（高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形）について図５と図６を参照して説明する。
本発明と比較例の電力変換装置の複数のコンバータセルにおける通信路の接続順序によるコンバータセルの動作波形（高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形）について図５と図６を参照して説明する。
図５は、本発明の第１実施形態に係るコンバータセル２０−１〜２０−４（第１セル〜第４セルと適宜表記する）のそれぞれの高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形を示す図である。
図５において、第１セル（コンバータセル２０−１）の動作波形を示した特性図（最上段の図）では、横軸は時刻（時間の推移）を示し、単位は［ｍｓ］である。また、縦軸は、第１セルの高周波トランス１次・２次間電位差である電圧（−４Ｖ０〜４Ｖ０）を示している。なお、Ｖ０とは各セル（コンバータセル）の１個あたりの出力電圧に相当する。
第１セルの動作波形を示した特性図では、太い破線で示した特性線５０２１が停止せずに動作を続けている場合の動作波形である。また、太い実線で示した特性線５０３１は、中央コントローラ８０（図３）から出力電圧零指令が来た場合の停止に至るまでの動作波形である。また、太い実線で示した特性線５０１１は、出力電圧零指令が来る前の動作波形（高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形）である。
図５において、第１セル（コンバータセル２０−１）の動作波形を示した特性図（最上段の図）では、横軸は時刻（時間の推移）を示し、単位は［ｍｓ］である。また、縦軸は、第１セルの高周波トランス１次・２次間電位差である電圧（−４Ｖ０〜４Ｖ０）を示している。なお、Ｖ０とは各セル（コンバータセル）の１個あたりの出力電圧に相当する。
第１セルの動作波形を示した特性図では、太い破線で示した特性線５０２１が停止せずに動作を続けている場合の動作波形である。また、太い実線で示した特性線５０３１は、中央コントローラ８０（図３）から出力電圧零指令が来た場合の停止に至るまでの動作波形である。また、太い実線で示した特性線５０１１は、出力電圧零指令が来る前の動作波形（高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形）である。
同様に、第２セル、第３セル、第４セルのそれぞれの動作波形を示した特性図では、特性線５０２２，５０２３，５０２４が第２セル、第３セル、第４セルが停止せずに動作を続けている場合のそれぞれの動作波形である。また、特性線５０３２，５０３３，５０３４は、中央コントローラ８０（図３）から出力電圧零指令が来た場合のその後のそれぞれの動作波形である。また、特性線５０１２，５０１３，５０１４は、出力電圧零指令が来る前のそれぞれの動作波形（高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形）である。
なお、第１セル〜第４セルにおいて、特性線５０１１〜特性線５０１４、および特性線５０２１〜特性線５０２４が示す動作波形（高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形）は、互いに異なっている。
なお、第１セル〜第４セルにおいて、特性線５０１１〜特性線５０１４、および特性線５０２１〜特性線５０２４が示す動作波形（高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形）は、互いに異なっている。
図５における囲線５０００の領域の途中で、中央コントローラ８０から、出力電圧零指令が来ると、前記したように、第１セル〜第４セルは、特性線５０３１〜５０３４が示すように、高周波トランス１次・２次間電位差は、急速に０に収束する。
この出力電圧零指令が来てから第１セル〜第４セルが停止して、高周波トランス１次・２次間電位差、および電力変換装置１０（図１）の出力電圧が０に収束するまでの特性が重要な場合がある。
しかしながら、図５に示した動作波形を示した特性図では、狭い時間の間に、本発明および比較例の第１セル〜第４セルが停止するので、図３に示した本発明と図４に示した比較例の相違を明確に表記できない。
そのため、次に、出力電圧零指令が来てから高周波トランス１次・２次間電位差が０に収束するまでの時間を拡大して図６に示す。
この出力電圧零指令が来てから第１セル〜第４セルが停止して、高周波トランス１次・２次間電位差、および電力変換装置１０（図１）の出力電圧が０に収束するまでの特性が重要な場合がある。
しかしながら、図５に示した動作波形を示した特性図では、狭い時間の間に、本発明および比較例の第１セル〜第４セルが停止するので、図３に示した本発明と図４に示した比較例の相違を明確に表記できない。
そのため、次に、出力電圧零指令が来てから高周波トランス１次・２次間電位差が０に収束するまでの時間を拡大して図６に示す。
図６は、本発明の第１実施形態に係るコンバータセル２０−１〜２０−４（第１セル〜第４セル）の出力電圧零指令が来た場合のそれぞれの高周波トランス１５の１次・２次間電位差の動作波形を、時間を拡大して示した図である。なお、高周波トランス１５の１次・２次間電位差は、例えば第１セル（コンバータセル２０−１）や第４セル（コンバータセル２０−４）において明確なように、第１セルあるいは第４セルの最高電位と接地電位との差に相当している。すなわち、各セル（コンバータセル）の高周波トランス１５の１次・２次間電位差は、各セル（コンバータセル）の対地電圧に対応している。
図６において、第１セル〜第４セルのそれぞれの特性図において、横軸は時刻（時間の推移）を示し、単位は［μｓ］である。すなわち図５の横軸の［ｍｓ］の単位から［μｓ］の単位へ、細密な変化が読み取れるように部分を拡大している。
また、縦軸は、各セル（コンバータセル）の対地電圧である電圧（０，Ｖ０，２Ｖ０，３Ｖ０，４Ｖ０）を示している。なお前記したように、Ｖ０とは各セル（コンバータセル）の１個あたりの出力電圧に相当する。また、コンバータセル２０−１〜２０−４（第１セル〜第４セル）は、入力端子（１次側電力端子）、および出力端子（２次側電力端子）が、それぞれ直列に接続されているため、他のコンバータセルの電位の影響を受けて、０〜４Ｖ０の範囲の値をとる。
また、縦軸は、各セル（コンバータセル）の対地電圧である電圧（０，Ｖ０，２Ｖ０，３Ｖ０，４Ｖ０）を示している。なお前記したように、Ｖ０とは各セル（コンバータセル）の１個あたりの出力電圧に相当する。また、コンバータセル２０−１〜２０−４（第１セル〜第４セル）は、入力端子（１次側電力端子）、および出力端子（２次側電力端子）が、それぞれ直列に接続されているため、他のコンバータセルの電位の影響を受けて、０〜４Ｖ０の範囲の値をとる。
また、図６において、本発明の高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形である特性線６０１１も、比較例の高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形である特性線６０２１も、出力電圧零指令を受けて１０μｓ後に各セル（第１セル〜第４セル）に電圧の変化が生じている。そして、その後も１０μｓ毎に電圧の変化が生じている。
この変化は、中央コントローラ８０に最も近いコンバータセルがまず停止し、そして出力電圧零指令が次のセルへの通信路を伝達される。この繰り返しにおいて、各段階に１０μｓの時間を要しているからである。
この変化は、中央コントローラ８０に最も近いコンバータセルがまず停止し、そして出力電圧零指令が次のセルへの通信路を伝達される。この繰り返しにおいて、各段階に１０μｓの時間を要しているからである。
まず、図４で示した比較例の４個のコンバータセル２０−１〜２０−４の高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形である特性線６０２１について説明する。
図４において、１次側では、コンバータセル２０−４（第４セル）の１次側コントローラ７０は、中央コントローラ８０の送信端に接続されている。そのため、中央コントローラ８０が異常を検知しコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、コンバータセル２０−４の１次側が最初（１０μｓ〜２０μｓ：図６）に停止する。そして、次に（２０μｓ〜３０μｓ：図６）、コンバータセル２０−３の１次側が停止する。次に（３０μｓ〜４０μｓ：図６）、コンバータセル２０−２の１次側が停止する。最後に（４０μｓ〜：図６）、コンバータセル２０−１の１次側が停止する。
図４において、１次側では、コンバータセル２０−４（第４セル）の１次側コントローラ７０は、中央コントローラ８０の送信端に接続されている。そのため、中央コントローラ８０が異常を検知しコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、コンバータセル２０−４の１次側が最初（１０μｓ〜２０μｓ：図６）に停止する。そして、次に（２０μｓ〜３０μｓ：図６）、コンバータセル２０−３の１次側が停止する。次に（３０μｓ〜４０μｓ：図６）、コンバータセル２０−２の１次側が停止する。最後に（４０μｓ〜：図６）、コンバータセル２０−１の１次側が停止する。
また、図４において、２次側では、コンバータセル２０−４（第４セル）の２次側コントローラ７１は、中央コントローラ８０の送信端に接続されている。そのため、中央コントローラ８０が異常を検知しコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、コンバータセル２０−４の２次側が最初（１０μｓ〜２０μｓ：図６）に停止する。そして、次に（２０μｓ〜３０μｓ：図６）、コンバータセル２０−３の２次側が停止する。次に（３０μｓ〜４０μｓ：図６）、コンバータセル２０−２の２次側が停止する。最後に（４０μｓ〜：図６）、コンバータセル２０−１の２次側が停止する。
なお、図４の比較例において、１次側で最初に停止するコンバータセル２０−４の一端は、接地電位に接続されている。
また、２次側で最初に停止するコンバータセル２０−４の一端は、２次側電源系統３２に接続されている。
以上により、図４に示した比較例の場合には、中央コントローラ８０が異常を検知しコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合には、図６に示す破線の特性線６０２１で示すように、第１セル（コンバータセル２０−１）〜第４セル（コンバータセル２０−４）のそれぞれの高周波トランス（１５：図４）の１次・２次間電位差は、段階的に変位する。
また、２次側で最初に停止するコンバータセル２０−４の一端は、２次側電源系統３２に接続されている。
以上により、図４に示した比較例の場合には、中央コントローラ８０が異常を検知しコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合には、図６に示す破線の特性線６０２１で示すように、第１セル（コンバータセル２０−１）〜第４セル（コンバータセル２０−４）のそれぞれの高周波トランス（１５：図４）の１次・２次間電位差は、段階的に変位する。
次に、図３で示した本発明に係る４個のコンバータセル２０−１〜２０−４の高周波トランス１次・２次間電位差の動作波形である特性線６０１１について説明する。
図３において、１次側におけるコンバータセル２０−４（第４セル）〜コンバータセル２０−１（第１セル）と１次側コントローラ７０の接続関係は、図４における１次側におけるコンバータセル２０−４（第４セル）〜コンバータセル２０−１（第１セル）と１次側コントローラ７０の接続関係と同じである。事実上、重複する説明は省略する。
図３において、１次側におけるコンバータセル２０−４（第４セル）〜コンバータセル２０−１（第１セル）と１次側コントローラ７０の接続関係は、図４における１次側におけるコンバータセル２０−４（第４セル）〜コンバータセル２０−１（第１セル）と１次側コントローラ７０の接続関係と同じである。事実上、重複する説明は省略する。
図３に示した本発明の電力変換装置１０と図４に示した比較例の電力変換装置１０Ｃとの相違は、中央コントローラ８０と４個のコンバータセル２０−１〜２０−４との２次側の接続関係にある。
図３において、前記したように、中央コントローラ８０の送信は、２次側通信路９０ｂｓを介して、コンバータセル２０−１（第１セル）の２次側コントローラ７１の他端に接続されている。
そのため、中央コントローラ８０が異常を検知しコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、コンバータセル２０−１の２次側が最初（１０μｓ〜２０μｓ：図６）に停止する。そして、次に（２０μｓ〜３０μｓ：図６）、コンバータセル２０−２の２次側が停止する。次に（３０μｓ〜４０μｓ：図６）、コンバータセル２０−３の２次側が停止する。最後に（４０μｓ〜：図６）、コンバータセル２０−４の１次側が停止する。
図３において、前記したように、中央コントローラ８０の送信は、２次側通信路９０ｂｓを介して、コンバータセル２０−１（第１セル）の２次側コントローラ７１の他端に接続されている。
そのため、中央コントローラ８０が異常を検知しコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、コンバータセル２０−１の２次側が最初（１０μｓ〜２０μｓ：図６）に停止する。そして、次に（２０μｓ〜３０μｓ：図６）、コンバータセル２０−２の２次側が停止する。次に（３０μｓ〜４０μｓ：図６）、コンバータセル２０−３の２次側が停止する。最後に（４０μｓ〜：図６）、コンバータセル２０−４の１次側が停止する。
以上において、中央コントローラ８０が異常を検知しコンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、２次側が最初に停止するコンバータセル２０−１（第１セル）の出力端子が接地電位に接続されている。この点が、図３で示した本発明の電力変換装置１０が比較例の電力変換装置１０Ｃとの特性差を生じる根本的な要因である。
なお、コンバータセル２０−１（第１セル）の２次側コントローラ７１は、中央コントローラ８０の送信端に２次側通信路９０ｂｓを介して接続されている。そのため、中央コントローラ８０が異常を検知し、コンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、２次側はコンバータセル２０−１（第１セル）が最初に停止する。
コンバータセル２０−１〜２０−４は、デイジーチェーン接続なので、２次側は、その次にコンバータセル２０−２（第２セル）が停止し、次にコンバータセル２０−３（第３セル）が停止し、最後にコンバータセル２０−４（第４セル）が最後に停止する。
なお、コンバータセル２０−１（第１セル）の２次側コントローラ７１は、中央コントローラ８０の送信端に２次側通信路９０ｂｓを介して接続されている。そのため、中央コントローラ８０が異常を検知し、コンバータセル２０−１〜２０−４の停止命令を発した場合、２次側はコンバータセル２０−１（第１セル）が最初に停止する。
コンバータセル２０−１〜２０−４は、デイジーチェーン接続なので、２次側は、その次にコンバータセル２０−２（第２セル）が停止し、次にコンバータセル２０−３（第３セル）が停止し、最後にコンバータセル２０−４（第４セル）が最後に停止する。
２次側に注目すると、図３で示した本発明の電力変換装置１０では、２次側において、接地電位側（または基準電位側）のコンバータセル２０−１が停止すると、２０−１〜２０−４までの対地電位が一斉に変化する。
それに対して、図４で示した比較例の電力変換装置１０Ｃでは、２次側において、非接地電位側であるコンバータセル２０−４が停止しても、コンバータセル２０−３〜２０−１までの対地電位は変化しない。
この差が、図６における区間１０μｓ〜２０μｓにおける本発明の特性線６０１１〜６０１４と比較例の特性線６０２１〜６０２４との差に表されている。
それに対して、図４で示した比較例の電力変換装置１０Ｃでは、２次側において、非接地電位側であるコンバータセル２０−４が停止しても、コンバータセル２０−３〜２０−１までの対地電位は変化しない。
この差が、図６における区間１０μｓ〜２０μｓにおける本発明の特性線６０１１〜６０１４と比較例の特性線６０２１〜６０２４との差に表されている。
すなわち、比較例の特性線６０２１〜６０２４では、区間１０μｓ〜２０μｓにおいて、１次側のコンバータセル２０−４の停止に起因するそれぞれ１段階（Ｖ０）しか電圧（電位）が下がっていない。
それに対して、本発明の特性線６０１１〜６０１４では、第２セル（コンバータセル２０−２）、第３セル（コンバータセル２０−３）、第４セル（コンバータセル２０−４）において、１次側のコンバータセル２０−４の停止と２次側のコンバータセル２０−１の停止に起因する２段階分だけ変位して、速やかに電位が下がる。
それに対して、本発明の特性線６０１１〜６０１４では、第２セル（コンバータセル２０−２）、第３セル（コンバータセル２０−３）、第４セル（コンバータセル２０−４）において、１次側のコンバータセル２０−４の停止と２次側のコンバータセル２０−１の停止に起因する２段階分だけ変位して、速やかに電位が下がる。
この現象は、次の理由による。本発明のコンバータセルの２次側に着目すると、接地電位側（または基準電位側）のコンバータセル２０−１が停止すると、コンバータセル２０−３〜２０−４までの対地電位が一斉に変化する。
それに対して、比較例（図４）のコンバータセルの２次側において、コンバータセル２０−４（第４セル）は、２次側電源系統３２に接続されているので、コンバータセル２０−４（第４セル）が停止しても、コンバータセル２０−３（第３セル）〜２０−１（第１セル）までの対地電位は変化しない。
この現象は、比喩としての例をあげれば、ちょうど達磨落としと類似している。
積み上げられた達磨の各段を各コンバータセルの電位になぞらえると、最下段の達磨を落とすと残りすべての達磨の高さ位置が下がるのに対し、最上段の達磨を落としただけでは残りすべての達磨の高さ位置は変わらない。
それに対して、比較例（図４）のコンバータセルの２次側において、コンバータセル２０−４（第４セル）は、２次側電源系統３２に接続されているので、コンバータセル２０−４（第４セル）が停止しても、コンバータセル２０−３（第３セル）〜２０−１（第１セル）までの対地電位は変化しない。
この現象は、比喩としての例をあげれば、ちょうど達磨落としと類似している。
積み上げられた達磨の各段を各コンバータセルの電位になぞらえると、最下段の達磨を落とすと残りすべての達磨の高さ位置が下がるのに対し、最上段の達磨を落としただけでは残りすべての達磨の高さ位置は変わらない。
すなわち、コンバータセルの対地電圧を速やかに下げたければ、接地電位側のコンバータセルから順次停止させることが有効である。これはコンバータセルが地絡などを生じた時により速やかに地絡電流を低減する効果がある。
図４に示した比較例では、１次側のみが達磨落としとなる構成に対して、図３に示した本発明の第１実施形態では、１次側および２次側が共に達磨落としとなる構成となっている。
図４に示した比較例では、１次側のみが達磨落としとなる構成に対して、図３に示した本発明の第１実施形態では、１次側および２次側が共に達磨落としとなる構成となっている。
〈第１実施形態の効果〉
第１実施形態の構成（図１〜図３、図６参照）によれば、複数のコンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）のうち、一対の１次側端子（２５，２６）に現れる対地電圧の絶対値が１番低いコンバータセル２０−Ｎに、中央コントローラ８０の送信端を１次側通信路９０ａｓを介して接続し、２０−Ｎ−１から２０−１に向かって順次通信路を接続している。
また、複数のコンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）のうち、一対の２次側端子（２７，２８）に現れる対地電圧の絶対値が１番低いコンバータセル２０−１に、中央コントローラ８０の送信端を２次側通信路９０ｂｓを介して接続し、２０−１から２０−Ｎに向かって順次通信路を接続している。
この構成をとることによって、電力変換装置１０の異常時における中央コントローラ８０の停止命令に対して、コンバータセルの対地電位を速やかに低減できる効果がある。
第１実施形態の構成（図１〜図３、図６参照）によれば、複数のコンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）のうち、一対の１次側端子（２５，２６）に現れる対地電圧の絶対値が１番低いコンバータセル２０−Ｎに、中央コントローラ８０の送信端を１次側通信路９０ａｓを介して接続し、２０−Ｎ−１から２０−１に向かって順次通信路を接続している。
また、複数のコンバータセル（２０−１〜２０−Ｎ）のうち、一対の２次側端子（２７，２８）に現れる対地電圧の絶対値が１番低いコンバータセル２０−１に、中央コントローラ８０の送信端を２次側通信路９０ｂｓを介して接続し、２０−１から２０−Ｎに向かって順次通信路を接続している。
この構成をとることによって、電力変換装置１０の異常時における中央コントローラ８０の停止命令に対して、コンバータセルの対地電位を速やかに低減できる効果がある。
《三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）への適用例》
次に、本発明の第１実施形態の電力変換装置１０を三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）への適用例を説明する。
図７は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０を三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）に適用した構成例を示すブロック図である。
図７において、１次側三相電源系統のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子をＵ１，Ｖ１，Ｗ１とし、２次側三相電源系統のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子をＵ２，Ｖ２，Ｗ２とする。
また、三相電源系統の１次側の中性点を中性点Ｎ１、２次側の中性点を中性点Ｎ２とする。
３台の電力変換装置がＵ相、Ｖ相、Ｗ相にＹ結線で接続されている。なお、Ｕ相の電力変換装置１０は、図４に示すようにコンバータセル２０−１〜２０−Ｎを含んで表記されている。ただし、Ｖ相およびＷ相の電力変換装置１０は、表記の都合により、電力変換装置１０Ａと電力変換装置１０Ｂとに分けて表記している。すなわちＶ相およびＷ相については、１次側に接続された電力変換装置１０Ａと２次側に接続された電力変換装置１０Ｂとを併せて電力変換装置１０を構成している。
次に、本発明の第１実施形態の電力変換装置１０を三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）への適用例を説明する。
図７は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０を三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）に適用した構成例を示すブロック図である。
図７において、１次側三相電源系統のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子をＵ１，Ｖ１，Ｗ１とし、２次側三相電源系統のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の端子をＵ２，Ｖ２，Ｗ２とする。
また、三相電源系統の１次側の中性点を中性点Ｎ１、２次側の中性点を中性点Ｎ２とする。
３台の電力変換装置がＵ相、Ｖ相、Ｗ相にＹ結線で接続されている。なお、Ｕ相の電力変換装置１０は、図４に示すようにコンバータセル２０−１〜２０−Ｎを含んで表記されている。ただし、Ｖ相およびＷ相の電力変換装置１０は、表記の都合により、電力変換装置１０Ａと電力変換装置１０Ｂとに分けて表記している。すなわちＶ相およびＷ相については、１次側に接続された電力変換装置１０Ａと２次側に接続された電力変換装置１０Ｂとを併せて電力変換装置１０を構成している。
図７に示した三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）２００では、中性点Ｎ１、中性点Ｎ２が、それぞれ１次側および２次側の基準端子になる。
１次側の端子Ｕ１と中性点Ｎ１との間には、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの１次側電力端子２５，２６（図１，図２参照）が順次直列に接続されている。また、２次側の中性点Ｎ２と端子Ｕ２との間には、２次側電力端子２７，２８が順次直列に接続されている。
１次側の端子Ｕ１と中性点Ｎ１との間には、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの１次側電力端子２５，２６（図１，図２参照）が順次直列に接続されている。また、２次側の中性点Ｎ２と端子Ｕ２との間には、２次側電力端子２７，２８が順次直列に接続されている。
Ｖ相，Ｗ相については図示を省略するが、Ｕ相と同様に電力変換装置１０が接続されている。
このように、第１実施形態で説明した電力変換装置１０、（１０Ａ＋１０Ｂ）、（１０Ａ＋１０Ｂ）を用いて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相による三相交流システムの三相交流電力変換装置を構成すれば、三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）２００においても中性点Ｎ１，Ｎ２が基準端子となり、前記したことと同様に基準端子側に中央コントローラ８０（図１）の送信端を接続することによって、同様の効果を得ることができる。
すなわち、三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置）２００（図７）は、異常時における中央コントローラ８０（図１）の停止命令に対して、三相交流電力変換装置２００における各電力変換装置１０，（１０Ａ＋１０Ｂ），（１０Ａ＋１０Ｂ）の対地電位を速やかに低減できる効果がある。
このように、第１実施形態で説明した電力変換装置１０、（１０Ａ＋１０Ｂ）、（１０Ａ＋１０Ｂ）を用いて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相による三相交流システムの三相交流電力変換装置を構成すれば、三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）２００においても中性点Ｎ１，Ｎ２が基準端子となり、前記したことと同様に基準端子側に中央コントローラ８０（図１）の送信端を接続することによって、同様の効果を得ることができる。
すなわち、三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置）２００（図７）は、異常時における中央コントローラ８０（図１）の停止命令に対して、三相交流電力変換装置２００における各電力変換装置１０，（１０Ａ＋１０Ｂ），（１０Ａ＋１０Ｂ）の対地電位を速やかに低減できる効果がある。
≪第２実施形態≫
次に、本発明の第２実施形態による電力変換装置の構成を説明する。
図８は、本発明の第２実施形態による電力変換装置１００の回路構成例を示す図である。ただし、１次側を主として表記し、２次側についての表記を省略している。
電力変換装置１００は、Ｎ台（Ｎは２以上の自然数）のコンバータセル４０−１〜４０−Ｎを有している。コンバータセル４０−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）は、交直変換器１１〜１２と、コンデンサ１７と、１次側電力端子２５，２６と、を有している。
次に、本発明の第２実施形態による電力変換装置の構成を説明する。
図８は、本発明の第２実施形態による電力変換装置１００の回路構成例を示す図である。ただし、１次側を主として表記し、２次側についての表記を省略している。
電力変換装置１００は、Ｎ台（Ｎは２以上の自然数）のコンバータセル４０−１〜４０−Ｎを有している。コンバータセル４０−ｋ（但し、１≦ｋ≦Ｎ）は、交直変換器１１〜１２と、コンデンサ１７と、１次側電力端子２５，２６と、を有している。
図８において、本（第２）実施形態のコンバータセル４０−ｋには、第１実施形態における交直変換器１３、１４（図２参照）に対応するものは明記していない。すなわち、高周波トランス１５の２次側端は、任意の接続形態をとり得る。
なお、前記以外のコンバータセル４０−ｋの構成は、第１実施形態におけるコンバータセル２０−ｋの１次側の構成（図２参照）と同様である。すなわち、コンバータセル４０−ｋは、１次側電力端子２５，２６における交流と、２次側の所定の回路との間で双方向または一方向に電力を変換しつつ伝送する。
なお、前記以外のコンバータセル４０−ｋの構成は、第１実施形態におけるコンバータセル２０−ｋの１次側の構成（図２参照）と同様である。すなわち、コンバータセル４０−ｋは、１次側電力端子２５，２６における交流と、２次側の所定の回路との間で双方向または一方向に電力を変換しつつ伝送する。
コンバータセル４０−１〜４０−Ｎの１次側電力端子２５，２６は順次直列に接続され、これら直列回路に１次側電源系統３１（１次側電源系統）が接続されている。
また、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの２次側端子は、任意に接続され、これら回路に２次側電源系統３２が接続されていたり、接続していなかったりする。１次側電源系統３１としては、例えば発電設備、あるいは各種負荷を採用することもできる。
また、コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの２次側端子は、任意に接続され、これら回路に２次側電源系統３２が接続されていたり、接続していなかったりする。１次側電源系統３１としては、例えば発電設備、あるいは各種負荷を採用することもできる。
１次側電源系統３１の端子のうち、接地電位に近い側を１次側基準端子３３と呼び、他方を端子３５と呼ぶ。図８の例では、１次側電源系統３１の端子が１次側基準端子３３になっている。
そして、１次側基準端子３３は、コンバータセル４０−１の１次側電力端子２５に接続されている。すなわち、段数番号ｋが大きくなるほど１次側電力端子２５，２６の対地電圧の絶対値は低くなる。
そのため、第１実施形態と同様に、緊急時のコンバータセルの停止順序が段数番号ｋの大きいほうから実施されるため、コンバータセルの対地電位は速やかに低減する。
そのため、第１実施形態と同様に、緊急時のコンバータセルの停止順序が段数番号ｋの大きいほうから実施されるため、コンバータセルの対地電位は速やかに低減する。
なお、前記したように、図４に示した比較例は、図３に示した本発明の第１実施形態の特徴・効果を説明するために参考として示した回路構成であって、従来技術において明確に開示されているものではない。
すなわち、図８に示した本発明の第２実施形態による電力変換装置１００の回路構成例は、従来技術において明確に開示されているものではない。
すなわち、図８に示した本発明の第２実施形態による電力変換装置１００の回路構成例は、従来技術において明確に開示されているものではない。
＜第２実施形態の効果＞
第１実施形態で説明した、電力変換装置の異常時における中央コントローラ８０の停止命令に対して、コンバータセルの対地電位を速やかに低減できる効果を、２次側の他の回路構成のコンバータセルに対しても、適用できる。
第１実施形態で説明した、電力変換装置の異常時における中央コントローラ８０の停止命令に対して、コンバータセルの対地電位を速やかに低減できる効果を、２次側の他の回路構成のコンバータセルに対しても、適用できる。
≪その他の実施形態≫
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、例示したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、説明する。
なお、本発明は、以上に説明した実施形態に限定されるものでなく、さらに様々な変形例が含まれる。例えば、前記の実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために、例示したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成の一部で置き換えることが可能であり、さらに、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成の一部または全部を追加・削除・置換をすることも可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、説明する。
《コンバータセルの回路構成》
コンバータセルのその他の回路構成について図９および図１０を参照して説明する。
図９は、図２で示したコンバータセルにおけるフィルタリアクトル１９ｃ，１９ｄを削除したコンバータセルの回路構成を示す図である。
また、図１０は、図２で示したコンバータセルにおけるフィルタリアクトル１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを削除したコンバータセルの回路構成例を示す図である。
図２において、前記したように、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄは、交流電圧に含まれるスパイク成分を低減し、交流電力の力率を高めるためである。しかし、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄは、状況によって絶対的に必要な要素ではないので、図９または図１０に示したように、状況によって、適宜、削除して用いてもよい。
コンバータセルのその他の回路構成について図９および図１０を参照して説明する。
図９は、図２で示したコンバータセルにおけるフィルタリアクトル１９ｃ，１９ｄを削除したコンバータセルの回路構成を示す図である。
また、図１０は、図２で示したコンバータセルにおけるフィルタリアクトル１９ａ，１９ｂ，１９ｃ，１９ｄを削除したコンバータセルの回路構成例を示す図である。
図２において、前記したように、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄは、交流電圧に含まれるスパイク成分を低減し、交流電力の力率を高めるためである。しかし、フィルタリアクトル１９ａ〜１９ｄは、状況によって絶対的に必要な要素ではないので、図９または図１０に示したように、状況によって、適宜、削除して用いてもよい。
《スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４》
第１実施形態に係るコンバータセル２０−ｋの回路構成を示す図２において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＭＯＳＦＥＴとして説明した。しかし、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。
例えば、スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯ（Gate Turn-Off Thyristor）、ＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）、あるいはサイラトロン等の真空管式の素子を適用してもよい。
また、スイッチング素子の構成に半導体を適用する場合において、半導体の材質はＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等、任意のものを適用できる。
第１実施形態に係るコンバータセル２０−ｋの回路構成を示す図２において、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４をＭＯＳＦＥＴとして説明した。しかし、スイッチング素子Ｑ１〜Ｑ４は、ＭＯＳＦＥＴに限定されない。
例えば、スイッチング素子として、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、バイポーラトランジスタ、サイリスタ、ＧＴＯ（Gate Turn-Off Thyristor）、ＩＥＧＴ（Injection Enhanced Gate Transistor）、あるいはサイラトロン等の真空管式の素子を適用してもよい。
また、スイッチング素子の構成に半導体を適用する場合において、半導体の材質はＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等、任意のものを適用できる。
《交直変換器１１〜１４》
また、図１、図２に示した交直変換器１１〜１４は、双方向に電力を変換できるようにスイッチング素子を用いたフルブリッジを適用して説明した。しかし用途に応じては、スイッチング素子によるフルブリッジに限定されない。
交直変換器が一方向に電力を変換できればよい場合において、交直変換器１１〜１４の一部においては、整流素子を用いたフルブリッジを適用してもよい。
図１１は、整流素子Ｄ１〜Ｄ４を適用したフルブリッジの回路構成例を示す図である。
図１１に示す整流素子Ｄ１〜Ｄ４でフルブリッジを構成した例においても、高周波トランス１５（図２）のトランス電位差Ｖｔｒは、第１実施形態におけるトランス電位差Ｖｔｒ（Ｖｔｒ［ｋ］）と同様となる。そのため、電力変換装置を小型、かつ安価に構成することができる。
また、図１、図２に示した交直変換器１１〜１４は、双方向に電力を変換できるようにスイッチング素子を用いたフルブリッジを適用して説明した。しかし用途に応じては、スイッチング素子によるフルブリッジに限定されない。
交直変換器が一方向に電力を変換できればよい場合において、交直変換器１１〜１４の一部においては、整流素子を用いたフルブリッジを適用してもよい。
図１１は、整流素子Ｄ１〜Ｄ４を適用したフルブリッジの回路構成例を示す図である。
図１１に示す整流素子Ｄ１〜Ｄ４でフルブリッジを構成した例においても、高周波トランス１５（図２）のトランス電位差Ｖｔｒは、第１実施形態におけるトランス電位差Ｖｔｒ（Ｖｔｒ［ｋ］）と同様となる。そのため、電力変換装置を小型、かつ安価に構成することができる。
また、整流素子Ｄ１〜Ｄ４は、半導体ダイオードであってもよく、真空管式の水銀整流器等であってもよい。
また、整流素子Ｄ１〜Ｄ４の構成に半導体ダイオードを適用する場合に、その半導体の材質はＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等、任意のものを適用できる。
また、整流素子Ｄ１〜Ｄ４の構成に半導体ダイオードを適用する場合に、その半導体の材質はＳｉ、ＳｉＣ、ＧａＮ等、任意のものを適用できる。
《交直変換器と高周波トランスの間にコンデンサの挿入》
図１２Ａは、本発明の電力変換装置に係るコンバータセル２０−ｋの交直変換器１２と１次巻線１５ａとの間にコンデンサ５１を挿入するとともに、交直変換器１３と２次巻線１５ｂとの間にコンデンサ５２を挿入した回路構成例を示す図である。
図１２Ｂは、本発明の電力変換装置に係るコンバータセル２０−ｋの交直変換器１２と１次巻線１５ａとの間にコンデンサ５１を挿入した回路構成例を示す図である。
図１２Ｃは、本発明の電力変換装置に係るコンバータセル２０−ｋの交直変換器１３と２次巻線１５ｂとの間にコンデンサ５２を挿入した回路構成例を示す図である。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃに示すように、コンデンサを交直変換器と１次巻線もしくは２次巻線との間に挿入することによって、トランス電位差Ｖｔｒ（Ｖｔｒ［ｋ］）を変える方法もある。
すなわち、高周波トランス１５のトランス電位差を低減することにより、高周波トランス１５の絶縁耐性を向上、あるいは低コスト化、小型化が可能となる効果がある。
図１２Ａは、本発明の電力変換装置に係るコンバータセル２０−ｋの交直変換器１２と１次巻線１５ａとの間にコンデンサ５１を挿入するとともに、交直変換器１３と２次巻線１５ｂとの間にコンデンサ５２を挿入した回路構成例を示す図である。
図１２Ｂは、本発明の電力変換装置に係るコンバータセル２０−ｋの交直変換器１２と１次巻線１５ａとの間にコンデンサ５１を挿入した回路構成例を示す図である。
図１２Ｃは、本発明の電力変換装置に係るコンバータセル２０−ｋの交直変換器１３と２次巻線１５ｂとの間にコンデンサ５２を挿入した回路構成例を示す図である。
図１２Ａ、図１２Ｂ、図１２Ｃに示すように、コンデンサを交直変換器と１次巻線もしくは２次巻線との間に挿入することによって、トランス電位差Ｖｔｒ（Ｖｔｒ［ｋ］）を変える方法もある。
すなわち、高周波トランス１５のトランス電位差を低減することにより、高周波トランス１５の絶縁耐性を向上、あるいは低コスト化、小型化が可能となる効果がある。
《高周波トランス》
図１、図２、図１２Ａ〜１２Ｃに示した高周波トランス１５は、意図的に漏れインダクタンスを発生させるように設計したものを用いてもよい。つまり、このようにして、トランス電位差Ｖｔｒ（Ｖｔｒ［ｋ］）を変える方法もある。
図１、図２、図１２Ａ〜１２Ｃに示した高周波トランス１５は、意図的に漏れインダクタンスを発生させるように設計したものを用いてもよい。つまり、このようにして、トランス電位差Ｖｔｒ（Ｖｔｒ［ｋ］）を変える方法もある。
《コンバータセルの接続方法》
コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの接続方法は、前記した各実施形態のものに限定されない。
「１次側基準電位に対する１次側電力端子２５，２６，４５，４６の電圧が最も高くなるコンバータセル」と、「２次側基準電位に対する２次側電力端子２７，２８の電圧が最も高くなるコンバータセル」とが、異なるようにすれば、接続方法は特に限定されず、前記した以外の他の接続方法をとってもよい。
コンバータセル２０−１〜２０−Ｎの接続方法は、前記した各実施形態のものに限定されない。
「１次側基準電位に対する１次側電力端子２５，２６，４５，４６の電圧が最も高くなるコンバータセル」と、「２次側基準電位に対する２次側電力端子２７，２８の電圧が最も高くなるコンバータセル」とが、異なるようにすれば、接続方法は特に限定されず、前記した以外の他の接続方法をとってもよい。
例えば、第１実施形態（図１参照）において、「１次側基準電位に対する１次側電力端子２５，２６の電圧が最も高くなるコンバータセル」は、端子３５に接続されているコンバータセル２０−Ｎであり、「２次側基準電位に対する２次側電力端子２７，２８の電圧が最も高くなるコンバータセル」とは、端子３６に接続されているコンバータセル２０−１である。しかし、後者のコンバータセルは、コンバータセル２０−１に限られず、コンバータセル２０−２〜２０−（Ｎ−１）の何れかに変更してもよい。
この変形例においては、トランス電位差Ｖtr［ｋ］の最高値（絶対値）は、第１実施形態の場合（すなわち「±（１＋１／Ｎ）Ｖｍａｘ」）よりも高くなる。しかし、この変形例におけるトランス電位差Ｖｔｒ［ｋ］の最高値は、比較例（図５参照）における最高値（すなわち「±２Ｖｍａｘ」）よりは低くすることができる。これにより、この変形例は、比較例のものよりも、コンバータセル２０−ｋを小型かつ安価に構成することができる点で有利である。
この変形例においては、トランス電位差Ｖtr［ｋ］の最高値（絶対値）は、第１実施形態の場合（すなわち「±（１＋１／Ｎ）Ｖｍａｘ」）よりも高くなる。しかし、この変形例におけるトランス電位差Ｖｔｒ［ｋ］の最高値は、比較例（図５参照）における最高値（すなわち「±２Ｖｍａｘ」）よりは低くすることができる。これにより、この変形例は、比較例のものよりも、コンバータセル２０−ｋを小型かつ安価に構成することができる点で有利である。
《多相電力変換装置》
図７を参照して、第１実施形態の電力変換装置１０を用いて三相交流電力変換装置（三相交流システム）を構成する例を示した。
しかし、第１実施形態の電力変換装置１０を複数用いて、多相の交流電力変換装置（多相交流電力変換装置）を構成できるのは、三相には限定されない。例えば、６相の交流電力変換装置のように、４相以上において、多相の交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、多相交流システム）を、第１実施形態の電力変換装置１０を用いて構成してもよい。
図７を参照して、第１実施形態の電力変換装置１０を用いて三相交流電力変換装置（三相交流システム）を構成する例を示した。
しかし、第１実施形態の電力変換装置１０を複数用いて、多相の交流電力変換装置（多相交流電力変換装置）を構成できるのは、三相には限定されない。例えば、６相の交流電力変換装置のように、４相以上において、多相の交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、多相交流システム）を、第１実施形態の電力変換装置１０を用いて構成してもよい。
１０，１０Ｃ，１００，（１０Ａ＋１０Ｂ） 電力変換装置
１１ 交直変換器（第１の交直変換器、１次側変換器）
１２ 交直変換器（第２の交直変換器、１次側変換器）
１３ 交直変換器（第３の交直変換器、２次側変換器）
１４ 交直変換器（第４の交直変換器、２次側変換器）
１５ 高周波トランス（トランス）
１５ａ １次巻線
１５ｂ ２次巻線
１７，１８ コンデンサ（平滑コンデンサ）
１９a〜１９ｄ フィルタリアクトル
２０−１〜２０−Ｎ，４０−１〜４０−Ｎ コンバータセル（電力変換セル）
２５，２６ １次側電力端子（１次側の電力端子）
２７，２８ ２次側電力端子（２次側の電力端子）
２００ 三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）
３１ １次側電源系統
３２ ２次側電源系統
３３ 端子、基準端子、１次側基準端子（中性点）
３４ 端子、基準端子、２次側基準端子（中性点）
３５，３６ 端子
５１，５２ コンデンサ
７０ １次側コントローラ
７１ ２次側コントローラ
８０ 中央コントローラ（統括制御部）
９０ａ，９０ａｓ，９０ａｒ 通信路（通信経路）、１次側通信路（第１の通信路）
９０ｂ，９０ｂｓ，９０ｂｒ 通信路（通信経路）、２次側通信路（第２の通信路）
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 整流素子
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
１１ 交直変換器（第１の交直変換器、１次側変換器）
１２ 交直変換器（第２の交直変換器、１次側変換器）
１３ 交直変換器（第３の交直変換器、２次側変換器）
１４ 交直変換器（第４の交直変換器、２次側変換器）
１５ 高周波トランス（トランス）
１５ａ １次巻線
１５ｂ ２次巻線
１７，１８ コンデンサ（平滑コンデンサ）
１９a〜１９ｄ フィルタリアクトル
２０−１〜２０−Ｎ，４０−１〜４０−Ｎ コンバータセル（電力変換セル）
２５，２６ １次側電力端子（１次側の電力端子）
２７，２８ ２次側電力端子（２次側の電力端子）
２００ 三相交流電力変換装置（多相交流電力変換装置、三相交流システム）
３１ １次側電源系統
３２ ２次側電源系統
３３ 端子、基準端子、１次側基準端子（中性点）
３４ 端子、基準端子、２次側基準端子（中性点）
３５，３６ 端子
５１，５２ コンデンサ
７０ １次側コントローラ
７１ ２次側コントローラ
８０ 中央コントローラ（統括制御部）
９０ａ，９０ａｓ，９０ａｒ 通信路（通信経路）、１次側通信路（第１の通信路）
９０ｂ，９０ｂｓ，９０ｂｒ 通信路（通信経路）、２次側通信路（第２の通信路）
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ 整流素子
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４ スイッチング素子（ＭＯＳＦＥＴ）
Claims (13)
- １次側の電力端子に入力する電力を変換して２次側の電力端子に変換した電力を出力する複数の電力変換セルと、
前記複数の電力変換セルを統括して制御する統括制御部と、
前記複数の電力変換セルの１次側の通信端子と前記統括制御部とをデイジーチェーン接続する第１の通信路と、
前記複数の電力変換セルの２次側の通信端子と前記統括制御部とをデイジーチェーン接続する第２の通信路と、
を備え、
前記複数の電力変換セルの１次側の電力端子および２次側の電力端子は、それぞれ１次側および２次側で直列に接続され、
前記複数の電力変換セルの一つの電力変換セルの１次側の電力端子は、基準電位となる中性点に接続され、
前記複数の電力変換セルの他の一つの電力変換セルの２次側の電力端子は、基準電位となる中性点に接続され、
前記統括制御部の１次側の送信端に接続された前記第１の通信路は、１次側の電力端子が中性点に接続された電力変換セルの１次側の通信端子に、前記デイジーチェーン接続の１番目として接続され、
前記統括制御部の２次側の送信端に接続された前記第２の通信路は、２次側の電力端子が中性点に接続された電力変換セルの２次側の通信端子に、前記デイジーチェーン接続の１番目として接続される、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１において、
前記電力変換セルの１次側には１次側コントローラを、２次側には２次側コントローラを備え、
前記１次側コントローラが前記電力変換セルの１次側を制御し、
前記２次側コントローラが前記電力変換セルの２次側を制御し、
前記第１の通信路は、前記１次側コントローラに接続され、
前記第２の通信路は、前記２次側コントローラに接続されている、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１において、
前記第１の通信路、および前記第２の通信路は、光通信が用いられている、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１において、
直列に接続された前記複数の電力変換セルの１次側の電力端子間に交流電力が入力され、
直列に接続された前記複数の電力変換セルの２次側の電力端子間に交流電力が出力される、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１において、
前記電力変換セルは、複数の交直変換器と高周波トランスとを備える、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１において、
前記１次側の電力端子、または前記２次側の電力端子にフィルタリアクトルを備える、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項５において、
一つ以上の前記交直変換器がスイッチング素子を備えてなる、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項７において、
一つ以上の前記スイッチング素子がＭＯＳＦＥＴで構成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項５において、
一つ以上の前記交直変換器が複数の整流素子によるフルブリッジ回路で構成されている、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項５において、
前記交直変換器と前記高周波トランスの巻線との間に、コンデンサを備える、
ことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項１に記載の電力変換装置を複数台備える、
ことを特徴とする多相交流電力変換装置。 - 請求項１１に記載の多相交流電力変換装置は、
３台の前記電力変換装置がＹ結線に接続されてなる、
ことを特徴とする多相交流電力変換装置。 - １次側の電力端子に入力する電力を変換して２次側の電力端子に変換した電力を出力する複数の電力変換セルと、
前記複数の電力変換セルを統括して制御する統括制御部と、
前記複数の電力変換セルの１次側の通信端子と前記統括制御部とをデイジーチェーン接続する第１の通信路と、
を備え、
前記複数の電力変換セルの１次側の電力端子は１次側で直列に接続され、
前記複数の電力変換セルの一つの電力変換セルの１次側の電力端子は、基準電位となる中性点に接続され、
前記統括制御部の１次側の送信端に接続された前記第１の通信路は、１次側の電力端子が中性点に接続された電力変換セルの１次側の通信端子に、前記デイジーチェーン接続の１番目として接続される、
ことを特徴とする電力変換装置。
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| JP2011193615A (ja) * | 2010-03-15 | 2011-09-29 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
| JP2012100398A (ja) * | 2010-11-01 | 2012-05-24 | Hitachi Ltd | 電力変換装置 |
| JP2015130746A (ja) * | 2014-01-07 | 2015-07-16 | 株式会社日立製作所 | 電力変換装置およびその制御方法 |
| JP2017147812A (ja) * | 2016-02-16 | 2017-08-24 | 株式会社日立製作所 | 電源装置およびその初充電制御方法 |
-
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