JP4507706B2 - 光伝送装置及び電力変換システム - Google Patents

Description

本発明は、大容量の電源装置やモータ駆動装置等の駆動負荷装置へ所定波形の電圧又は電流を出力する複数の電力変換装置と、これらの電力変換装置を制御する制御装置とを双方向の光ファイバによって接続し、制御装置からの光信号を光ファイバを介して各電力変換装置へ順次伝送する光伝送システムに用いられる光伝送装置及び電力変換システムに関する。

従来、大容量の電源装置やモータ駆動装置は、大電流又は高電圧波形を生成する高圧大電流スイッチング回路を持つ電力変換装置と、この電力変換装置の電流波形又は電圧波形が所望の波形となるようスイッチング回路を制御する制御装置との双方によって制御されるように構成されている。
通常、このような構成においては、多相モータ駆動のための多相化構成、高圧化のための直列構成、大電流化のための並列構成などを取るために、複数の電力変換装置が同期して制御される。このため、１台の制御装置から複数台の電力変換装置に対して統合的にスイッチング指令を信号として与えるようになっている。その信号の伝送は、高電圧のスイッチングによるノイズの多い環境において、複数スイッチングのタイミングの同期を取る必要がある。このため、伝送遅れの少ないことと、伝送エラーの発生のない信頼性とが求められている。

また、制御装置と複数の電力変換装置を同一の伝送ケーブルで接続し、制御装置からの指令を電気信号として電力変換装置へ一斉に送信している。このため、伝送ケーブルに接続された電力変換装置は制御装置からの指令を同時に受け取ることができる。
しかし、電気信号による伝送であるためにノイズに弱く、また、パルストランスやホトカプラを使用して絶縁を取る必要があるために伝送速度を上げることができない等の欠点がある。

この欠点を解消すべく耐ノイズ性を向上させるためには、光ファイバを用いることが有効である。光ファイバは、電気ケーブルのように１本の光ファイバに複数の受光モジュールをマルチドロップ方式に接続することができないため、図１３に示す従来の電力変換システム１０のように、制御装置１１と各々の電力変換装置１２−１〜１２−４とを１対１で双方向の光ファイバ１４によって接続し、パルスオン／オフ信号を伝送するという方式を取っている。また、各電力変換装置１２−１〜１２−４は、大容量の電源装置やモータ駆動装置などの駆動負荷装置１４に接続されている。

しかし、この方式においては、制御装置１１から接続する電力変換装置１２−１〜１２−４の台数分の光ファイバ１３を引き回す必要があるので、必要な個数の光伝送モジュールを制御装置１１に搭載し、この制御装置１１から離れて集中設置される各電力変換装置１２−１〜１２−４の間を多くの光ファイバ１３で配線するといった構成としなければならない。このため、配線スペースが増大するという欠点がある。

この欠点を解決するために、制御装置と複数の電力変換装置とを光ファイバでリング状に接続し、データを順次中継していくという構成を取ることが考えられる。しかし、受信した伝送信号をそのまま次へ送信するのでは、光ファイバの伝送路や光／電気及び電気／光信号変換手段による伝送歪みが伝送信号に蓄積していき伝送路上の下流で受信エラーとなる。
このため、制御装置や各電力変換装置において、受信データを一旦ディジタルデータとして再生したのち送信するという再生中継方式を取っている。

この種の従来の電力変換装置として、例えば特許文献１及び２に記載のものがある。
特許第２５０１１７３号公報 特許第３２２７５３３号公報

しかし、上述した従来例のように光信号を再生中継するためには、パルス状のノイズ除去を目的としたフィルタ処理やＰＬＬ(Phase Locked Loop)処理などを行うので、これらの処理によって中継データに遅延が発生する。また、再生中継される段数が増える毎に光伝送路を伝送するデータに遅延が蓄積されると共に、光伝送路に発生するジッタの影響によってデータに歪が蓄積されるという問題がある。

このようにデータの遅延及び歪が蓄積されると、光伝送路上の各段の装置においてデータを受信するタイミングが異なる状態が生じる。この場合、電力変換システムでは伝送データが制御用データであった場合、駆動負荷装置の制御に必要な全ての電力変換装置にて同一タイミングで制御用データを受信することができず、各電力変換装置間のスイッチング動作の同期を取ることができなくなる。この場合、各電力変換装置から所定波形の電流又は電圧を供給することができなくなって駆動負荷装置を適正に駆動制御することができなくなるという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、通信機能を備える装置を光伝送路で複数接続してデータを順次再生中継する場合に、光伝送路の伝送データに遅延及び歪が蓄積されないようにすることができ、これによって駆動負荷装置を適正に駆動制御することができる光伝送装置及び電力変換システムを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１による光伝送装置は、最下流で折り返される往復の光伝送路に光信号を中継するように接続され、その中継の際に、受信した光信号からデータを再生し、この再生データを光信号に変換して光伝送路へ送信する光伝送装置において、システム起動時に光伝送路を介して受信した下流側からの光信号を折り返して送られてきた方向へ光伝送路を介して返信する折返し手段と、システム起動時にデューティ比が予め定められたパターンデータを上流側へ光伝送路を介して送信し、上流側の前記折返し手段にて折り返されてきたパターンデータのデューティ比を測定する測定手段と、
下流側からの前記パターンデータの受信を監視し、前記測定手段で前記デューティ比の測定が終了し且つ前記パターンデータの受信を終了したときに、前記測定手段からの前記パターンデータの送信を停止させ、前記光伝送路の最上流に接続されている光伝送装置において前記パターンデータの受信を終了したとき、前記折返し手段による光信号の折り返しを停止させて通常伝送モードへ切換え、前記測定手段で測定されたデューティ比の変動が所定値以上の場合に、前記再生データを光信号に変換して光伝送路へ送信するように制御し、前記デューティ比の変動が所定値未満の場合に、受信した光信号をそのままの状態で光伝送路へ送信するように制御する評価制御手段とを備えたことを特徴としている。

この構成によれば、システム起動時に、光伝送装置間を接続する光伝送路のジッタ特性を、光伝送装置間で光伝送路を介して折り返して送受信するパターンデータのデューティ比の変動から求め、そのジッタ特性が悪い場合に再生データを次段の光伝送装置へ送信し、ジッタ特性が良い場合に受信データを直接次段の光伝送装置へ送信するようにしたので、データ伝送遅延を最小限とすることができると共に、ジッタの影響によるデータへの歪の蓄積を防止することができる。
また、上流側の光伝送装置は、下流側の光伝送装置からのパターンデータの受信を監視し、測定手段でデューティ比の測定が終了し且つパターンデータの受信を終了したときに、上流側へのパターンデータの送信を停止して通常伝送モードへ切換えるので、下流側の光伝送装置から順次伝送路特性評価の終了を上流側に伝達することができる。

また、本発明の請求項２による電力変換システムは、最下流で折り返される往復の光伝送路の下流に複数台の電力変換装置が接続され、且つ、前記光伝送路の最上流に、前記複数台の電力変換装置を制御する制御装置が接続され、その複数台の電力変換装置で制御対象装置を制御する電力変換システムにおいて、前記各電力変換装置は、請求項１に記載の光伝送装置を備え、システム起動時に前記測定手段によって、デューティ比が予め定められたパターンデータを光伝送路を介して上流へ送信し、上流側装置の前記折返し手段にて折り返されてきた同パターンデータのデューティ比を測定し、前記評価制御手段によって、下流側からの前記パターンデータの受信を監視し、前記測定手段で前記デューティ比の測定が終了し且つ前記パターンデータの受信終了時に、前記測定手段からの前記パターンデータの送信を停止させ、前記制御装置での前記パターンデータの受信終了時に、前記折返し手段による光信号の折り返しを停止させて通常伝送モードへ切換え、前記測定手段で測定されたデューティ比の変動が所定値以上の場合に、前記再生データを光信号に変換して光伝送路へ送信するように制御し、前記デューティ比の変動が所定値未満の場合に、受信した光信号をそのままの状態で光伝送路へ送信するように制御することを特徴としている。

この構成によれば、電力変換装置間を接続する光伝送路のジッタ特性を、光伝送装置間で光伝送路を介して折り返して送受信するパターンデータのデューティ比の変動から求め、そのジッタ特性が悪い場合に再生データを次段の電力変換装置へ送信し、ジッタ特性が良い場合に受信データを直接次段の電力変換装置へ送信するようにしたので、データ伝送遅延を最小限とすることができると共に、ジッタの影響によるデータへの歪の蓄積を防止することができる。これによって、駆動負荷装置の制御に必要な全ての電力変換装置にて同一タイミングで制御用データを受信することができるので、各電力変換装置間のスイッチング動作の同期を取ることができる。従って、各電力変換装置から所定波形の電流又は電圧を供給することができるので、駆動負荷装置を適正に駆動制御することができる。
また、上流側の電力変換装置は、下流側の電力変換装置からのパターンデータの受信を監視し、測定手段でデューティ比の測定が終了し且つパターンデータの受信を終了したときに、上流側へのパターンデータの送信を停止して通常伝送モードへ切換えるので、下流側の電力変換装置から順次伝送路特性評価の終了を上流側に伝達することができ、最上流側で下流側の全ての電力変換装置の伝送路特性評価の終了を検知することができる。

以上説明したように本発明によれば、通信機能を備える装置を光伝送路で複数接続してデータを順次再生中継する場合に、光伝送路の伝送データに遅延及び歪が蓄積されないようにすることができ、これによって駆動負荷装置を適正に駆動制御することができるという効果がある。また、伝送路特性評価の終了を下流側から順次上流側に伝達することができ、最上流側で、下流側の全ての光伝送装置における伝送路特性評価の終了を検知して、通常のデータ送信動作を開始することができる。

以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。
（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態に係る電力変換システムの構成を示すブロック図である。
図１に示す電力変換システム２０は、制御装置２１と、複数の電力変換装置２２−１〜２２−４とが双方向の光ファイバ（光伝送路）２３で接続されている。この接続は、上流側の制御装置２１から図２に示すように光ファイバ２３へ送信された下りデータＤ１が、電力変換装置２２−１〜２２−３で順次中継され、最下流の電力変換装置２２−４まで到達すると、ここで折り返されて上りデータＤ２として下りと逆の順序で中継され、制御装置２１へ戻るようになされている。

制御装置２１は、各電力変換装置２２−１〜２２−４に対して当該電力変換装置が備えるスイッチング素子をオン／オフ制御するためのスイッチング指令を与える。この指令に応じて各電力変換装置２２−１〜２２−４から所定波形の電圧又は電流が、多相のモータや電源系統などの駆動負荷装置１４へ供給される。ここでは、駆動負荷装置１４を１つのみ記載しているが、複数台であってもよい。
電力変換装置２２−１〜２２−４は、図３に電力変換装置２２−１を代表して示すように、光伝送部２５と、変換器制御部２６と、変換器主回路部２７とを備えて構成されている。

光伝送部２５は、上流側装置である制御装置２１及び下流側装置である他の電力変換装置２２−２との間で光ファイバ２３を介して光信号によるデータの再生中継を行う。このうち制御装置２１から受信されるデータは、駆動負荷装置１４へ所定波形の電圧又は電流を出力するように電力変換装置２２−１を駆動させるための指令値（駆動指令値とも称す）である。制御装置２１への送信データは、各電力変換装置２２−１〜２２−４の内部のステータス情報などである。

このような光伝送部２５は、図４に示すように、Ｏ／Ｅ（光／電気）モジュール部４１，４８と、Ｅ／Ｏ（電気／光）モジュール部４２，４７と、ＤＰＬＬ(Digital Phase-Locked Loop)部４３，４９と、データ受信部４４と、データ再生部４５，５０と、送信切替部４６と、データ送信部５５と、データ折返し切替部５１と、中継切替部５２と、ジッタ測定部５３と、光伝送路特性評価部５４とを備えて構成されている。このような構成要素の説明を行う。

Ｏ／Ｅモジュール部４１は、光ファイバ２３を介して伝送されてくる上流側装置からの光信号を電気信号に変換し、Ｏ／Ｅモジュール部４８は、光ファイバ２３を介して伝送されてくる下流側装置からの光信号を電気信号に変換するものである。
Ｅ／Ｏモジュール部４２は、電気信号を光信号に変換し、この光信号を光ファイバ２３を介して上流側装置へ伝送し、Ｅ／Ｏモジュール部４７は、電気信号を光信号に変換し、この光信号を光ファイバ２３を介して上流側装置へ伝送するものである。

ＤＰＬＬ部４３又は４９は、Ｏ／Ｅモジュール４１又は４８によって変換された電気信号から、受信データ取り込みタイミング用の受信クロック信号を抽出し、この受信クロック信号と、当該受信クロック信号に同期した受信データとを出力するものである。
このＤＰＬＬ部４３，４９は、図５に示すように、位相比較器７１と、ウィンドウ設定器７４と、ループフィルタ７２と、ＤＣＯ(Digital voltage Controlled Oscillator)７３とを備えて構成されている。

ＤＣＯ７３は、図６に示すように、データ伝送速度に対して１６倍の内部クロック信号を発生する。この内部クロック信号は、ＤＰＬＬ部４３，４９において受信信号から受信データを取り込むための受信クロック信号の抽出を行う際に使用される。また、ＤＣＯ７３は、受信データのデータ変化点である立ち上り／立ち下りのエッジｅ１，ｅ２を内部クロック信号でトリガするが、この際に、位相比較器７１での受信データと内部クロック信号との位相差が０となるように、内部クロック信号の位相を前後に移動する処理を行う。

更に、ＤＣＯ７３は、内部クロック信号をカウントするエッジカウンタの機能も含む。このエッジカウンタにおいて、受信データのエッジｅ１，ｅ２をトリガする内部クロック信号のカウント位置を０とする。
このようにすると、８カウント目がデータビットの中央Ｄｃになるので、内部クロック信号の８カウント目で受信データをサンプリングすれば、正確に受信データの「０」又は「１」を捕らえることができる。カウントは、１６カウント毎に０に戻るようにすることによって、「０」又は「１」が連続することによるデータ変化がない場合でも、８クロック目でデータがサンプリングされるので受信データを正確に捕らえることができる。

位相比較器７１は、受信信号による受信データのエッジと、ＤＣＯ７３から出力される内部クロック信号との位相差を検出する。即ち、受信データのエッジｅ１，ｅ２とカウンタ値の０位置との差を検出する。
ループフィルタ７２は、ジッタ以外のノイズ等の影響によって本来のエッジｅ１，ｅ２ではない位置への引き込み動作を防ぐためのものである。即ち、ループフィルタ７２は、累算器であり、位相比較器７１から出力されるＮステップ分の誤差信号の総和Λ１を取り、この総和Λ１をＤＣＯ７３へ出力する。

つまり、ＤＣＯ７３は、ループ時刻ｔｋにおける位相θｋを、ループフィルタ７２から入力される誤差信号の総和Λ１に比例してθｋ±αシフトする。但し、αは、誤差信号の総和Λ１に比例した位相の移動量である。
ウィンドウ設定器７４は、図６に示すように、受信データの有効なエッジｅ１，ｅ２を検出するための期間であるエッジ検出ウィンドウｗ１，ｗ２を設定することによって、エッジ比較動作のタイミングを制限するものである。

つまり、エッジ検出ウィンドウｗ１，ｗ２は、ジッタ以外のノイズによるエッジの誤検出によってＰＬＬ動作が誤動作し、この後のデータ全てにデータエラーが発生することを防止するために、当該エッジ検出ウィンドウｗ１，ｗ２以外でのエッジを無効なエッジとしてＤＰＬＬ部４３，４９の受信データの追従動作に反映させないようにするためのものである。

更に説明すると、図６に示すように、通常エッジｅ１，ｅ２はカウンタ値０の前後に発生するが、カウンタ値０から大幅にずれたタイミングでのエッジはジッタ以外のノイズの可能性が高く、これをＤＰＬＬ動作によって取り込むことは、受信データサンプリングタイミングを乱すことになる。このため、ウィンドウ設定器７４によって、カウンタ値０の前後にエッジ比較有効期間であるエッジ検出ウィンドウｗ１，ｗ２を設定し、このウィンドウｗ１，ｗ２内のエッジのみでＰＬＬ動作をかけることによりデータ受信の信頼性を向上させてある。

但し、エッジ検出ウィンドウｗ１，ｗ２の期間を狭くすることによってジッタ以外のノイズには強くなるが、後に説明するジッタへの追従性が悪くなる。このため、エッジ検出ウィンドウｗ１，ｗ２の期間は、光伝送路特性に応じてジッタへの追従性を適切に保持することができ、且つジッタ以外のノイズの影響を除去できる適切な値が設定されるようになっている。

データ再生部４５，５０は、ＤＰＬＬ部４３，４９によってサンプリングされた受信データを、自電力変換装置のシステムクロック信号によってトリガすることにより再生するものである。
送信切替部４６は、データ再生部４５で再生された受信データ（再生データ）又は、Ｏ／Ｅモジュール部４１からの直通の受信データ（直通データ）を選択し、この選択データを、データ折返し切替部５１を介してＥ／Ｏモジュール部４７から次の下流の電力変換装置へ送信するものである。また、再生データ又は直通データの選択は、自装置と上流装置間の伝送路特性に応じて行われるようになっている。

中継切替部５２は、データ再生部５０での再生データ又は、Ｏ／Ｅモジュール部４８からの直通データを選択し、この選択データをＥ／Ｏモジュール部４２から上流の装置へ送信するものである。
データ折返し切替部５１は、電力変換システム２０の起動時にデータの折返しモードとなり、下流側からのデータをＯ／Ｅモジュール部４８、当該データ折返し切替部５１及びＥ／Ｏモジュール部４７を介して直接下流へ返信するものである。

ジッタ測定部５３は、光伝送路特性評価部５４からの測定モード指令によって測定モードとなり、この測定モードにおいて、ジッタ測定用パターンデータをＥ／Ｏモジュール部４２を介して上流へ送信し、この送信されたジッタ測定用パターンデータをＯ／Ｅモジュール部４１を介して受信し、この受信されたジッタ測定用パターンデータのジッタを、例えば後述のように測定するものである。
このジッタ測定部５３で測定されるジッタ測定用パターンデータの例を図７に示す。図７（ａ）に示す第１のジッタ測定用パターンデータＪＤ１は、デューティ比５０％のデータである。このデューティ比５０％の「Ｈ」と「Ｌ」とのアンバランス度を測定することによって光伝送路のジッタを測定するようになっている。

図７（ｂ）及び（ｃ）に示す第２及び第３のジッタ測定用パターンデータＪＤ２，ＪＤ３は、Ｏ／Ｅ又はＥ／Ｏモジュール特有のＡＴＣ(Automatic Threshold Control)動作によりＤＣ状態からの立ち上り時に発生するジッタ測定を行うためのパターンである。これらのパターンの折返し受信データにおける「Ｈ」と「Ｌ」との期間を内部クロック信号により計測し、レベル間のアンバランス度を測定する。
アンバランス度は、（「Ｈ」期間のクロック数−「Ｌ」期間のクロック数）÷全期間のクロック数で表される。

光伝送路特性評価部５４は、ジッタ測定部５３で測定されたアンバランス度が予め定められた設定値以上か否かを判定する光伝送路特性評価を行い、この結果、設定値以下であれば、伝送データの中継において直通データを選択するように送信切替部４６、中継切替部５２を設定する。逆に、設定値を越えていれば、伝送データの中継において再生データを選択するように送信切替部４６、中継切替部５２を設定する。

また、光伝送路特性評価部５４は、下流側からのジッタ測定用パターンデータの受信を監視し、受信データの受信終了により下流装置でのジッタ測定が終了したことを検知する。最下流の装置は下流よりのデータ受信がないため、自装置での伝送路特性評価が終了すれば、直ちにジッタ測定用パターンデータの送信を終了するようにジッタ測定部５３を制御する。

このような光伝送路の特性評価は下流側より行われるようになっている。即ち、各装置の光伝送路特性評価部５４は、下流装置からのジッタ測定用パターンデータの停止及び自装置のジッタ測定終了により上流装置へのジッタ測定用パターンデータの送信を停止する。これにより最上流の制御装置２１が下流の電力変換装置２２−１からのジッタ測定用パターンデータの受信終了により全電力変換装置２２−１〜２２−４での伝送路特性評価動作の終了を検知し、通常のデータ送信動作を開始するようになっている。

図４に示すデータ受信部４４は、ＤＰＬＬ部４３からの受信データを、当該受信データと共に送られてくるクロック信号に応じて読み取り、この読み取ったデータを、図８（ａ）に示す伝送データフォーマットに従って解読する。この解読の結果、伝送エラーのないことが確認された場合に、制御装置２１からの指令値のデータを変換器制御部２６へ出力するようになっている。

ここで、伝送データフォーマットは、光ファイバ２３に伝送されるデータのフォーマットであり、ＨＤＬＣ(High-level Data Link Control procedure)と呼ばれるフォーマットに準拠したものである。光ファイバ２３を伝送する一連のデータは、図８（ａ）に符号６１で示すように、ＦＬＡＧ（フラグ）と呼ばれる特定のパターン（ビットパターンで例えば０１１１１１１０）で挟まれることによって識別可能なようになっている。
伝送データは、ＮＲＺＩ(NonReturn to Zero Inversion)と呼ばれる信号の符号化方式で伝送される。ＮＲＺＩは、データが「０」の時は変化せず、「１」の時に変化するといった法則で信号を変化させて伝送する方式であり、受信の際にデータの極性が反転してしまった場合でも、同じ情報が得られるというメリットがある。

また、符号化前のデータで「１」が５個連続すると、次に「０」を挿入し、６個以上「１」が連続しないようなデータ処理がなされる。この処理によって、どのような種類のデータの伝送によっても伝送路上を流れる伝送信号レベルの変化しない区間が６データ以上連続することを防いでおり、ＤＰＬＬ部４３の信号変化点での受信信号タイミング補正動作がある頻度で実行されることを保証している。

また、この符号化方式により「１」が６個連続するＦＬＡＧパターン６１は、データ中に現れず、データ列の最初と最後を識別することが可能となっている。アドレス情報６２は、そのデータを送信した装置を識別するための情報である。
制御駆動指令／ステータス情報番号６３は、図８（ｂ）に示すように、制御装置２１から各電力変換装置２２−１〜２２−４に対する第１〜第ｎ（本例では第４）の駆動指令値６３−１〜６３−４と、データ列最後尾に当該データ列受信後に内部ステータスを送信する際に付加される該当電力変換装置２２−１〜２２−４の識別番号であるステータス要求電力変換番号６３−Ｓとから構成されている。

ＣＲＣ(Cyclic Redundancy Check：巡回冗長検査)コード６４は、アドレス情報６２と制御駆動指令／ステータス情報６３との伝送エラーを検出するためのコードであり、データ列に特定の演算を施すことにより求められる。データ受信した電力変換装置２２−１〜２２−４では、受信データ列によりＣＲＣ演算を行うことによりＣＲＣ値を求め、受信したＣＲＣ値との比較により受信データに伝送エラーのないことを確認するようになっている。

データ送信部５５は、変換器制御部２６から出力された自電力変換装置のステータス情報を、送信切替部４６を介して次の電力変換装置へ送信するものである。
変換器制御部２６は、データ受信部４４からの指令値に基づき、変換器主回路部２７に対してスイッチング素子のオン／オフ用のゲート信号を出力する。また、電力変換装置２２−１の状態を監視し、制御装置２１からの指令に応じてステータス情報を光伝送部２５へ送信するものである。

変換器主回路部２７は、変換器制御部２６からのゲート信号に応じてスイッチング素子をオン／オフ動作させることによって、駆動負荷装置１４へ所定波形の電圧又は電流を出力する。この際、スイッチング素子の特性に従い、オン時間に一定の遅延を持たせたり、オン時間が設定最小時間より小さくならないようにしたりする等のスイッチング素子の動作保護を行う。この変換器主回路部２７が３相のモータ駆動制御回路である場合の構成例を図９に示し、その説明を行う。

変換器主回路部２７は、３相の交流電源を直流に変換するダイオード整流器３１と、インダクタ３２と、コンデンサ３３と、３相の直流をスイッチングするＩＢＧＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor)素子３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆよりなるインバータ主回路３４とを備えて構成されている。
ＩＧＢＴ素子３４ａ〜３４ｆのスイッチングを制御するゲート信号は、変換器制御部２６からオン／オフ信号として供給され、この供給に応じてオン／オフ動作を行うインバータ主回路３４から所定波形の３相の電圧又は電流信号が駆動負荷装置１４へ出力されるようになっている。

このＩＧＢＴ素子３４ａ〜３４ｆのオン／オフ動作を、図１０を参照して更に説明する。但し、図１０には、ＩＧＢＴ素子３４ａ〜３４ｆのうち１対の３４ａと３４ｂを代表して示した。
ＩＧＢＴ素子３４ａ〜３４ｆのゲートは、変換器制御部２６で生成される一定の変換器制御サイクルＣ１の上アームゲート信号Ｐ１及び下アームゲート信号Ｐ２でオン／オフ制御されるようになっている。

制御装置２１からの駆動指令値は、変換器制御サイクルＣ１に対するオンパルスの区間Ｈ１の比率を表す。例えば駆動指令値が５０であると、変換器制御サイクルＣ１の５０％の区間のオンパルスを生成するようになっている。また、オンパルスによる上アームゲート信号Ｐ１と、オンパルスによる下アームゲート信号Ｐ２とのオン区間が重ならないように一定の時間差を付け、上下アームゲート信号Ｐ１，Ｐ２の同時オンによる短絡を防止するようになっている。

また、変換器制御部２６は、制御装置２１より自装置宛てにステータス情報の送信要求があると判断すれば、変換器制御部２６は、制御装置２１からのデータ受信終了後、送信切替部４６に対して受信データの中継動作から自装置データの送信動作への切替信号を出力する。その後、データ送信部５５へステータス情報を送出し、送信切替部４６、データ折返し切替部５１を介したのちＥ／Ｏモジュール部４７で光信号に変換し、これを光ファイバ２３を介して次の電力変換装置へ送信する。但し、変換器制御部２６は、光伝送部２５に配置されていてもよい。

このような構成の電力変換システム２０において、光伝送路の特性を評価して制御装置２１からの光信号による制御用データを中継する場合の動作を、図１１に示すフローチャートを参照して説明する。
まず、ステップＳ１において、電力変換システム２０の起動時に、光伝送路特性評価が実行される。即ち、全ての電力変換装置２２−１〜２２−４において、データ折返し切替部５１が、電力変換システム２０の起動時にデータの折返しモードとなり、下流からのデータをＯ／Ｅモジュール部４８、当該データ折返し切替部５１及びＥ／Ｏモジュール部４７を介して直接下流へ返信する状態となる。

そして、ジッタ測定部５３が、光伝送路特性評価部５４からの測定モード指令によって測定モードとなり、この測定モードにおいて、例えば上記の各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３を、図１２（ａ）に破線矢印Ｙ１〜Ｙ４で示すように、Ｅ／Ｏモジュール部４２を介して上流へ送信し、この送信された各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３をＯ／Ｅモジュール部４１を介して受信してジッタを測定する。この測定は、各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３のデューティ比の「Ｈ」と「Ｌ」とのアンバランス度を測定することによって行われる。

この測定されたアンバランス度が予め定められた設定値以上か否かの光伝送路特性評価が、光伝送路特性評価部５４で行われる。ステップＳ２の判断において、その光伝送路特性評価が完了すると、ステップＳ３において、光伝送路特性評価結果に応じた中継モードの設定が行われる。
即ち、アンバランス度が設定値以下であればジッタは発生していないので、光伝送路特性評価部５４が、伝送データの中継において直通データを選択するように送信切替部４６、中継切替部５２を設定する。逆に、アンバランス度が設定値を越えていればジッタが発生しているので、光伝送路特性評価部５４が、伝送データの中継において再生データを選択するように送信切替部４６、中継切替部５２を設定する。

次に、ステップＳ４において、光伝送路特性評価部５４が、下流側からの各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３の受信を監視し、データの受信終了となった場合に、ステップＳ５において、上流への各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３の送信を停止する。但し、最下流の電力変換装置２２−４においては、下流からのデータ受信がないため、自装置２２−４での伝送路特性評価が終了すれば、直ちに各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３の送信を終了する。
即ち、図１２（ｂ）に示すように、まず、最下流の電力変換装置２２−４において、各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３の送信が終了し、（ｃ）に示すように電力変換装置２２−３、（ｄ）に示すように電力変換装置２２−４からの各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３の送信が順次終了する。

そして、最上流の制御装置２１が、下流の電力変換装置２２−１からの各ジッタ測定用パターンデータＪＤ１〜ＪＤ３の受信終了を検知することによって、全電力変換装置２２−１〜２２−４での伝送路特性評価動作の終了と判断すると、ステップＳ６において、通常伝送モードへの切り替えが行われ、通常のデータ送信動作が開始される。この送信動作によって、制御装置２１から制御用データが送信されて順次中継されると、全電力変換装置２２−１〜２２−４の変換器制御部２６のゲート信号による変換器主回路部２７のスイッチング動作によって、駆動負荷装置１４へ所定波形の電圧又は電流が出力される。

以上説明したように本実施の形態の電力変換システム２０によれば、各電力変換装置２２−１〜２２−４のジッタ測定部５３によって、電力変換装置間を接続する光伝送路のジッタ特性を、電力変換装置間で光伝送路を介して折り返して送受信するパターンデータのデューティ比の変動から求め、そのジッタ特性が悪い場合に再生データを次段の電力変換装置へ送信し、ジッタ特性が良い場合に受信データを直接次段の電力変換装置へ送信するようにしたので、データ伝送遅延を最小限とすることができると共に、ジッタの影響によるデータへの歪の蓄積を防止することができる。

これによって、駆動負荷装置１４の制御に必要な全ての電力変換装置２２−１〜２２−４にて同一タイミングで制御用データを受信することができるので、各電力変換装置２２−１〜２２−４間のスイッチング動作の同期を取ることができる。従って、各電力変換装置２２−１〜２２−４から所定波形の電流又は電圧を供給することができるので、駆動負荷装置１４を適正に駆動制御することができる。

本発明の実施の形態に係る電力変換システムの構成を示すブロック図である。 上記実施の形態に係る電力変換システムのリング状に接続された伝送路へのデータの流れを説明するための図である。 上記実施の形態に係る電力変換システムの電力変換装置の構成を示すブロック図である。 上記電力変換装置における光伝送部の構成を示すブロック図である。 上記光伝送部におけるＤＰＬＬ部の構成を示すブロック図である。 上記ＤＰＬＬ部の動作を説明するためのタイミングチャートである。 上記光伝送部におけるジッタ測定部から送信されるジッタ測定用パターンデータの構成を示す図である。 （ａ）は上記実施の形態に係る電力変換システムの光ファイバに伝送されるデータの伝送データフォーマット図、（ｂ）は（ａ）に示す制御駆動指令／ステータス番号情報の構成内容を示す図である。 上記電力変換装置における変換器主回路部の構成を示す図である。 上記電力変換装置の変換器制御部による変換器主回路部のスイッチング動作を説明するための図である。 上記電力変換システムにおいて光伝送路の特性を評価して制御装置からの光信号による制御用データを中継する場合の動作を説明するためのフローチャートである。 上記電力変換システムの各電力変換装置における光伝送路特性評価の過程を示す図である。 従来の電力変換システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１４ 駆動負荷装置
２０ 電力変換システム
２１ 制御装置
２２−１〜２２−４ 電力変換装置
２３ 双方向の光ファイバ
２５ 光伝送部
２６ 変換器制御部
２７ 変換器主回路部
３１ ダイオード整流器
３２ インダクタ
３３ コンデンサ
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４ｆ ＩＧＢＴ素子
４１，４８ Ｏ／Ｅモジュール部
４２，４７ Ｅ／Ｏモジュール部
４３，４９ ＤＰＬＬ部
４４ データ受信部
４５，５０ データ再生部
４６ 送信切替部
５１ データ折返し切替部
５２ 中継切替部
５３ ジッタ測定部
５４ 光伝送路特性評価部
５５ データ送信部
６１ ＦＬＡＧパターン
６２ アドレス情報
６３ 制御駆動指令／ステータス情報番号
６３−１〜６３−４ 第１〜第４の駆動指令値
６３−Ｓ ステータス要求電力変換番号
６４ ＣＲＣコード
７１ 位相比較器
７２ ループフィルタ
７３ ＤＣＯ
７４ ウィンドウ設定器

Claims (2)

1. 最下流で折り返される往復の光伝送路に光信号を中継するように接続され、その中継の際に、受信した光信号からデータを再生し、この再生データを光信号に変換して光伝送路へ送信する光伝送装置において、
   システム起動時に光伝送路を介して受信した下流側からの光信号を折り返して送られてきた方向へ光伝送路を介して返信する折返し手段と、
   システム起動時にデューティ比が予め定められたパターンデータを上流側へ光伝送路を介して送信し、上流側の前記折返し手段にて折り返されてきたパターンデータのデューティ比を測定する測定手段と、
   下流側からの前記パターンデータの受信を監視し、前記測定手段で前記デューティ比の測定が終了し且つ前記パターンデータの受信を終了したときに、前記測定手段からの前記パターンデータの送信を停止させ、前記光伝送路の最上流に接続されている光伝送装置において前記パターンデータの受信を終了したとき、前記折返し手段による光信号の折り返しを停止させて通常伝送モードへ切換え、前記測定手段で測定されたデューティ比の変動が所定値以上の場合に、前記再生データを光信号に変換して光伝送路へ送信するように制御し、前記デューティ比の変動が所定値未満の場合に、受信した光信号をそのままの状態で光伝送路へ送信するように制御する評価制御手段と
   を備えたことを特徴とする光伝送装置。
2. 最下流で折り返される往復の光伝送路の下流に複数台の電力変換装置が接続され、且つ、前記光伝送路の最上流に、前記複数台の電力変換装置を制御する制御装置が接続され、その複数台の電力変換装置で制御対象装置を制御する電力変換システムにおいて、
   前記各電力変換装置は、請求項１に記載の光伝送装置を備え、
   システム起動時に前記測定手段によって、デューティ比が予め定められたパターンデータを光伝送路を介して上流へ送信し、上流側装置の前記折返し手段にて折り返されてきた同パターンデータのデューティ比を測定し、
   前記評価制御手段によって、下流側からの前記パターンデータの受信を監視し、前記測定手段で前記デューティ比の測定が終了し且つ前記パターンデータの受信終了時に、前記測定手段からの前記パターンデータの送信を停止させ、前記制御装置での前記パターンデータの受信終了時に、前記折返し手段による光信号の折り返しを停止させて通常伝送モードへ切換え、前記測定手段で測定されたデューティ比の変動が所定値以上の場合に、前記再生データを光信号に変換して光伝送路へ送信するように制御し、前記デューティ比の変動が所定値未満の場合に、受信した光信号をそのままの状態で光伝送路へ送信するように制御する
   ことを特徴とする電力変換システム。

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