JP6608103B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
<電力変換装置の構成>
図1は、電力変換装置の概略構成図である。図1を参照して、電力変換装置1は、互いに直列接続された複数のサブモジュール(sub module)(図1中の「SM」に対応)7を含むモジュラーマルチレベル変換器によって構成されている。「サブモジュール」は、「変換器セル」あるいは「単位変換器」とも呼ばれる。電力変換装置1は、直流回路14と交流回路12との間で電力変換を行なう。具体的には、電力変換装置1は、電力変換回路部2と、指令生成装置3とを含む。
図2は、図1の各レグ回路を構成するサブモジュールの一例を示す回路図である。図2を参照して、サブモジュール7は、ハーフブリッジ型の変換回路25と、エネルギー蓄積器としてのコンデンサ24と、ゲート制御部21と、電圧検出部27と、送受信部28とを含む。ゲート制御部21、電圧検出部27、および送受信部28は、専用回路によって構成してもよいし、FPGA(Field Programmable Gate Array)などを利用して構成してもよい。
図3は、指令生成装置の概略構成を示すブロック図である。図3を参照して、指令生成装置3は、制御装置101と、保護装置102と、複数の中継装置から構成される中継装置群320とを含む。制御装置101および保護装置102の各々は、中継装置群320に含まれる各中継装置の上位装置に相当する。各中継装置は、上位装置と電力変換回路部2に含まれる各サブモジュール7との間の通信を中継する。図3では、図1の電力変換回路部2のうちU相用のレグ回路4uのみが代表的に示されているが、他のレグ回路4v,4wについても同様である。
図4は、実施の形態1に従う指令情報の送信方式を説明するための図である。制御装置101から中継装置群320への制御指令の送信方式と、保護装置102から中継装置群320への保護指令の送信方式は同様である。そのため、以下では、上位装置が制御装置101であるとして説明を行なう。これは、他の実施の形態でも同様である。
図8は、実施の形態1に従う中継装置による通信フレームの処理例を説明するための図である。制御装置101の各通信ポートを介して送信される各通信フレームの処理は同様である。そのため、制御装置101から通信ポート34Aを介して送信される通信フレーム51Aの処理例について説明する。図7中の括弧内の数字(1)、(2)、(3)、(4)、(5)は、図6中の括弧内の数字と対応している。
実施の形態1によると、通信フレーム内にアームを指定する情報を設ける必要がないため、全アームに対する指令を同時に送信できる。そのため、指令伝達に必要な通信時間を短縮できる。また、アームを指定する情報が不要であるため、通信フレームのフレーム長を短くすることができる。
実施の形態1では、各HUBを通過する際にHUBデータを通信フレームに追加する構成について説明した。実施の形態2では、各HUBを通過する際にデータの集約処理を実行した集約データを通信フレームに追加する構成について説明する。
実施の形態2によると、サブモジュール7ごとに把握する必要のないデータ(例えば、SM電圧、起動ビット等)については集約処理を施して集約値として通信フレームに追加される。そのため、サブモジュール7個別のデータが格納されるHUBデータY1a〜Y4aのデータサイズを、それぞれ図8中のHUBデータY1〜Y4のデータサイズよりも小さくできる。すなわち、通信フレーム51A_a2〜51A_a5のフレーム長を、それぞれ、図8中の通信フレーム51A_2〜51A_5のフレーム長よりも短くできる。
実施の形態1では、中継装置32がスター型のネットワークを介して各サブモジュール7と接続される構成について説明したが、実施の形態3では、中継装置32がリング型のネットワークを介して各サブモジュール7と接続される構成について説明する。
実施の形態3によると、実施の形態1および2と同様の利点が得られる。
実施の形態1ではアームごとに通信制御部を設ける構成について説明したが、実施の形態4では交流回路12の相ごとに通信制御部を設ける構成について説明する。
実施の形態4によると、実施の形態1と同様の利点が得られる。
実施の形態1では、1つのリング型ネットワークに接続される各中継装置32は、同一アーム内のサブモジュール7と接続されている。実施の形態5では、1つのリング型ネットワークに接続される中継装置32が、ある相の上アーム内のサブモジュール7と接続され、当該リング型ネットワークに接続される他の中継装置32が当該相の下アーム内のサブモジュール7と接続される構成について説明する。
実施の形態5によると、実施の形態1と同様の利点を有する。
(1)上述した実施の形態2の図9の例では、HUBデータY1a〜Y4aが、それぞれHUB♯1〜♯4に接続されたすべてのサブモジュール7に関する情報を含む構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、すべてのサブモジュール7に関する情報を同時に制御装置101へ送信する必要がなければ、1回の通信で送信するサブモジュール7のデータ量を制限する構成であってもよい。具体的には、各HUBデータY1a〜Y4aには、指定のサブモジュール7に関する情報のみを含めることにより通信フレーム長を短くする構成であってもよい。
Claims (12)
- 直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
前記交流回路の相ごとにレグ回路を含む電力変換回路部を備え、
前記レグ回路は、第1アームおよび第2アームを含み、
前記第1アームおよび前記第2アームの各々は、互いに直列接続された複数のサブモジュールを含み、
前記電力変換回路部に含まれる各サブモジュールを制御する上位装置と、
前記上位装置と前記電力変換回路部に含まれる各サブモジュールとの間の通信を中継する複数の中継装置とを備え、
前記上位装置は、
前記電力変換回路部に含まれる各アームに対するアーム指令を含む指令情報を生成する指令情報生成部と、
前記電力変換回路部に含まれる各レグ回路または各アームに対応して設けられた通信制御部とを含み、
複数の前記通信制御部の各々は、
前記指令情報生成部から送信された前記指令情報を受信し、
前記指令情報の中から当該通信制御部に対応するアーム指令を抽出し、
当該通信制御部に対応するレグ回路またはアームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも1つの前記中継装置へ、抽出された前記アーム指令を含む通信フレームを送信する、電力変換装置。 - 前記指令情報は、前記電力変換回路部に含まれる各アームに共通な共通指令をさらに含み、
複数の前記通信制御部の各々は、前記指令情報の中から前記共通指令をさらに抽出し、
前記通信フレームは前記共通指令をさらに含む、請求項1に記載の電力変換装置。 - 複数の前記通信制御部の各々は、リング型のネットワークを介して、2以上の前記中継装置と接続されており、
2以上の前記中継装置のうちの第1中継装置は、
前記第1中継装置と通信する複数の第1サブモジュールの各々から受信した内部情報に基づいて第1中継情報を生成し、
前記第1中継装置と接続された前記通信制御部から受信した通信フレームに前記第1中継情報を追加し、
前記第1中継情報が追加された通信フレームを、前記第1中継装置と接続された中継装置に送信する、請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記第1中継情報は、各前記内部情報に含まれる第1情報を集約した集約情報と、各前記内部情報に含まれる第2情報とを含む、請求項3に記載の電力変換装置。
- 前記第1情報は、前記第1サブモジュールに含まれるコンデンサの電圧値を含み、
前記第2情報は、前記第1サブモジュールの故障状態を示す故障情報とを含む、請求項4に記載の電力変換装置。 - 複数の前記通信制御部の各々は、複数の前記リング型のネットワークを介して、2以上の前記中継装置と接続される、請求項3〜請求項5のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 2以上の前記中継装置のうちの第2中継装置は、
前記第2中継装置と通信する複数の第2サブモジュールの各々から受信した内部情報に基づいて第2中継情報を生成し、
前記第2中継装置と接続された中継装置から受信した通信フレームに前記第2中継情報を追加し、
前記第2中継情報が追加された通信フレームを、前記第2中継装置と接続された前記通信制御部に送信する、請求項3〜請求項6のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記第1中継装置は、スター型のネットワークを介して、前記複数の第1サブモジュールと接続されている、請求項3〜請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記第1中継装置は、リング型のネットワークを介して、前記複数の第1サブモジュールと接続されている、請求項3〜請求項7のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記通信制御部は各レグ回路に対応して設けられており、
複数の前記通信制御部の各々は、
当該通信制御部に対応するレグ回路の前記第1アームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも1つの前記中継装置へ、当該第1アームに対するアーム指令を含む通信フレームを送信し、
当該通信制御部に対応するレグ回路の前記第2アームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも1つの前記中継装置へ、当該第2アームに対するアーム指令を含む通信フレームを送信する、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記通信制御部は各アームに対応して設けられており、
複数の前記通信制御部の各々は、当該通信制御部に対応するアームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも1つの前記中継装置へ、当該アームに対するアーム指令を含む通信フレームを送信する、請求項1〜請求項9のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記上位装置が、前記電力変換回路部に含まれる各サブモジュールを運転制御する制御装置である場合、前記アーム指令はアーム電圧指令値を含み、
前記上位装置が、前記電力変換回路部に含まれる各サブモジュールを保護する保護装置である場合、前記アーム指令はサブモジュールの動作を停止させるための停止指令を含む、請求項1〜請求項11のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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