JP6854054B2

JP6854054B2 - 電力変換装置

Info

Publication number: JP6854054B2
Application number: JP2018020180A
Authority: JP
Inventors: 裕喜山田; 神宮　勲; 勲神宮
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2018-02-07
Filing date: 2018-02-07
Publication date: 2021-04-07
Anticipated expiration: 2038-02-07
Also published as: JP2019140738A

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

自己消弧形の半導体スイッチング素子を用いることによって小型化をはかりつつ、大容量化を実現することができる電力変換方式として、モジュラーマルチレベルコンバータ（Modular Multilevel Converter、以下、ＭＭＣという。）の実用化が進められている。

ＭＭＣでは、その制御装置は、多数設けられた単位変換器からコンデンサ電圧等のデータをそれぞれ受信し、単位変換器を動作させるためのゲート信号を生成して各単位変換器に送信する。

カスケード接続する単位変換器を増やして出力の大容量化をはかる場合には、制御装置と単位変換器とのデータの伝送に長い光ファイバケーブルを多数用いる必要がある。

データ伝送のための伝送路をデイジーチェーンでループ状に接続して、光ファイバケーブルの総延長を短縮する技術が知られている（特許文献１等）。しかしながら、デイジーチェーンの途中の単位変換器に故障を生じた場合には、データの送受信を行うことができず、電力変換装置の運転を継続することができない。特許文献１のように、データの伝送路を冗長化することによって、運転の継続をはかる場合には、冗長化の程度によって、光ファイバケーブルの総延長が増大する。

特開２０１４−４２３９０号公報

実施形態は、光ファイバケーブルの総延長を増大させることなく、かつ、いずれかの単位変換器が故障しても、電力変換器の運転を継続することができる電力変換装置を提供する。

実施形態に係る電力変換装置は、カスケードに接続された複数の単位変換器を含む電力変換器と、前記複数の単位変換器のそれぞれを制御するための第１データを含むシリアルデータを第１光信号として伝送し、前記複数の単位変換器のそれぞれの状態を表す第２データを第２光信号として受信する制御装置と、前記第１光信号を、前記複数の単位変換器のそれぞれに分配し、前記複数の単位変換器のそれぞれから収集し、光信号に変換された前記第２データを重なり合わないように合流させて前記第２光信号として伝送する光分配手段と、を備える。前記複数の単位変換器のそれぞれは、自己の前記第２データに、自己に応じた伝送遅延時間を設定して前記光分配手段に伝送する。

本実施形態では、前記光分配手段が、前記複数の単位変換器のそれぞれに前記第１光信号を分配し、前記複数の単位変換器から収集して光信号に変換された前記第２データを重なり合わないように合流させて第２光信号として伝送する。そのため、制御装置と単位変換器との間のデータの伝送は、ループ状のデイジーチェーン接続とする必要がない。したがって、デイジーチェーンの冗長化による光ファイバケーブルの総延長を増大させることなく、かつ、いずれかの単位変換器が故障しても、電力変換装置は運転を継続することができる。

第１の実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。第１の実施形態の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。第１の実施形態の電力変換装置の動作を説明するための概念的な模式図である。第１の実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式的なタイミングチャートの例である。図５（ａ）および図５（ｂ）は、比較例の電力変換装置の動作を説明するための概念的な模式図である。第２の実施形態に係る電力変換装置の一部を例示する簡略化されたブロック図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態に係る電力変換装置を例示するブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の電力変換装置１０は、電力変換器２０と、光分配器４０と、制御装置５０と、を備える。電力変換装置１０は、交流端子２１ａ〜２１ｃを介して、交流の電力系統１に接続される。この例のように、電力変換装置１０は、変圧器２を介して電力系統１に接続されてもよい。たとえば、電力系統１は、三相または単相の５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの電源、負荷および交流送電線を備える構成とすることができる。たとえば、電力変換装置１０は、直流端子２１ｄ，２１ｅを介して、直流回路３に接続される。直流回路３は、たとえば直流送電線等を含む。以下では、電力変換装置１０は、三相の電力系統１に連系されるものとする。

電力変換装置１０は、電力系統１と直流回路３との間に接続されて、交流と直流との双方向の電力変換を行うことができる。

電力変換装置１０では、制御装置５０および光分配器４０は、光ファイバケーブル６０を介して接続され、相互にデータを伝送する。光分配器４０および電力変換器２０は、光ファイバケーブル４２を介して接続され、相互にデータを伝送する。つまり、制御装置５０は、光ファイバケーブル６０、光分配器４０および光ファイバケーブル４２を介して、電力変換器２０と相互にデータを伝送することができる。

電力変換器２０は、絶縁架台２６上に設置されている。絶縁架台２６、光分配器４０および制御装置５０は、同一の設置面４に載置されることができる。絶縁架台２６は、絶縁性の材料によって形成されており、電力変換器２０は、光分配器４０および制御装置５０から電気的に絶縁されている。絶縁架台２６、光分配器４０および制御装置５０が載置される設置面４上は、ほぼ同電位であることを意味し、物理的に異なる面であってもよい。たとえば、絶縁架台２６および光分配器４０は、建屋の２階の制御室の床面に載置され、制御装置５０は、同一の建屋の１階の床面に載置される等であってもよい。

電力変換器２０は、三相交流の各相に対応したアーム２２を含む。アーム２２は、直流端子２１ｄ，２１ｅ間で直列に接続されている。

直流端子２１ｄ，２１ｅ間で直列に接続されるアーム２２には、バッファリアクトル２４がそれぞれ直列に接続されている。バッファリアクトル２４は、上下のアーム２２間に瞬時的な短絡電流が流れることを防止する。

バッファリアクトル２４のタップは、交流端子２１ａ〜２１ｃにそれぞれ接続されている。

アーム２２は、カスケードに接続された単位変換器３０を含む。以下の説明では、単位変換器３０は、１つのアーム２２にＭ個直列接続されているものとする（Ｍは２以上の整数）。

図２は、本実施形態の電力変換装置の一部を例示するブロック図である。
図２に示すように、単位変換器３０は、端子３１ａ，３１ｂを含む。単位変換器３０は、端子３１ａ，３１ｂによって、他の単位変換器３０等とカスケード接続される。単位変換器３０は、光電変換部３２と、制御回路３３と、ゲートドライバ３４と、主回路３５と、主回路給電部３６と、電圧検出器３７と、を含む。

光電変換部３２は、光分配器４０の一対の入出力に光ファイバケーブル４２を介して接続されている。光電変換部３２は、光分配器４０から出力される単位変換器３０のステーション番号およびそのステーション番号に対応する制御データ等を含む光信号を受信して、電気信号に変換する。変換された電気信号は、制御回路３３に供給される。ステーション番号は、単位変換器３０を特定するための番号であり、たとえば単位変換器３０ごとに一連番号があらかじめ付与されている。

制御回路３３には、その単位変換器３０のステーション番号があらかじめ登録されている。制御回路３３は、光電変換部３２から供給された電気信号に含まれるデータを解釈して、自己のステーション番号に一致する制御データ（第１データ）を取得する。制御データには、たとえばスイッチング素子３５Ｓ１，３５Ｓ２を駆動するためのゲート信号の位相データ等が含まれている。制御回路３３は、制御データにもとづいて、ゲート信号を生成する。生成されたゲート信号は、ゲートドライバ３４に供給される。

制御回路３３は、単位変換器３０に関連して単位変換器３０の状態等を表すデータを自己のステーション番号に対応づけて光電変換部３２に供給する。このデータは、たとえばコンデンサ３５Ｃの両端の電圧値の測定データである。コンデンサ３５Ｃの電圧値Ｖｃは、電圧検出器３７によって計測される。以下では、単位変換器３０の状態等を表すデータを変換器データ（第２データ）ということとする。

制御回路３３は、光電変換部３２にデータを供給する場合には、自己のステーション番号ｘに応じた伝送遅延時間Ｔｘを付加して供給する。伝送遅延時間Ｔｘは、光分配器４０において、制御装置５０に伝送するデータを、他の単位変換器３０のデータと合流させて、実質的なシリアルデータとするために、他のステーション番号の単位変換器３０のデータと重複しないように設定される。伝送遅延時間Ｔｘは、たとえば単位変換器３０が出力するデータの長さに等しいか、長くなるように設定される。

たとえば、単位変換器３０のステーション番号が、“１”から昇順に設定され、電力変換器２０から制御装置５０に伝送されるシリアルデータにおけるデータの順序がステーション番号の昇順に設定されている場合について説明すると、以下のようになる。

自己のステーション番号が“１”の場合には、伝送遅延時間Ｔ１＝０に設定される。自己のステーション番号が“２”の場合には、伝送遅延時間Ｔ２＝Ｔｗに設定される。Ｔｗは、制御回路３３が供給するデータの長さにもとづいて設定される。Ｔｗは、たとえば制御回路３３が供給するデータの長さよりも長く設定されている。自己のステーション番号が“３”の場合には、遅延時間Ｔ３＝２×Ｔｗに設定される。

ゲートドライバ３４は、制御回路３３から供給されたゲート信号をレベル変換して出力する。レベル変換されたゲート信号は、ゲート駆動信号として主回路３５に供給される。

主回路３５は、スイッチング素子３５Ｓ１，３５Ｓ２と、ダイオード３５Ｄ１，３５Ｄ２と、コンデンサ３５Ｃと、を含む。スイッチング素子３５Ｓ１，３５Ｓ２は、直列に接続されている。ダイオード３５Ｄ１，３５Ｄ２は、スイッチング素子３５Ｓ１，３５Ｓ２にそれぞれ逆並列に接続されている。コンデンサ３５Ｃは、スイッチング素子３５Ｓ１，３５Ｓ２の直列回路に並列に接続されている。

スイッチング素子３５Ｓ１，３５Ｓ２は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等の自己消弧型の半導体スイッチである。スイッチング素子３５Ｓ１，３５Ｓ２は、ゲートドライバ３４から供給されるゲート駆動信号によって駆動されて、コンデンサ３５Ｃを充放電する。

主回路は、上述のようなハーフブリッジ構成の回路に限らず、スイッチング素子を４つ用いたフルブリッジ構成の回路であってもよい。

主回路給電部３６は、コンデンサ３５Ｃから電力の給電を受けて、適切な電圧に変換して、光電変換部３２、制御回路３３およびゲートドライバ３４にそれぞれ供給する。

図１に戻って説明を続ける。光分配器４０は、光ファイバケーブル６０を介して、制御装置５０の光電変換部５２に接続されている。光分配器４０は、単位変換器３０の光電変換部３２と光ファイバケーブル４２を介して接続されている。光分配器４０は、制御装置５０から伝送された光信号を、図では省略されているが単位変換器３０に対応する光ファイバケーブル４２によって、複数の単位変換器３０のそれぞれに分配する。光分配器４０は、複数の単位変換器３０から伝送されたそれぞれの光信号のデータを１つの光信号のデータに合流させることによって、実質的にシリアルデータとし、制御装置５０に伝送する。

光分配器４０は、電力変換器２０の近傍に設置することができる。そのため、光ファイバケーブル４２は、電力変換器２０内に敷設される程度の長さとすることができる。制御装置５０は、電力変換器２０および光分配器４０から十分離れた場所に設置することができる。たとえば制御装置５０は、光分配器４０および電力変換器２０の設置場所とは異なる建屋や階に設置されていてもよい。光ファイバケーブル４２の長さは、光ファイバケーブル６０の長さよりも十分短くすることができる。

制御装置５０は、光電変換部５２を含む。光電変換部５２は、光ファイバケーブル６０に接続されている。光電変換部５２は、制御装置５０の他の部分で生成されたシリアルデータを光信号に変換して光ファイバケーブル６０を介して電力変換器２０に伝送する。シリアルデータは、単位変換器３０に対応する制御データを含んでいる。光電変換部５２は、電力変換器２０から受信したデータを電気信号に変換して、制御装置５０の他の部分に供給する。制御装置５０の他の部分では、次の制御データを生成するための処理等を実行する。

本実施形態の電力変換装置の動作について説明する。
図３は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するための概念的な模式図である。
図３に示すように、制御装置５０と光分配器４０との間で、データは、光ファイバケーブル６０を介して、相互に伝送される。なお、図では、データの流れる方向を表すように光ファイバケーブル６０，４２を矢印で示している。

光分配器４０と単位変換器（セル）３０との間では、データは、光ファイバケーブル４２を介して相互に伝送される。本実施形態の電力変換装置１０では、光分配器４０と単位変換器３０との間のデータの形式は、データの伝送方向によって相違する。以下では、ステーション番号ｘの単位変換器３０を「セルｘ」と呼ぶことにする。また、ｘは、１〜Ｎの整数であり、Ｎは、単位変換器３０の総数（この例では、Ｎ＝６×Ｍ）を表すものとする。

まず、制御装置５０から電力変換器２０にデータを伝送する場合について説明する。
電力変換器２０のセル１〜セルＮのそれぞれには、自己を特定するためのステーション番号ｘが設定されている。ステーション番号ｘは、任意に設定される。たとえば、ステーション番号ｘは、電力変換器２０に含まれるすべてのセルに一連番号を付すことによって設定される。セル１には、ステーション番号１が設定され、セル２には、ステーション番号２が設定され、同様にして、セルＮには、ステーション番号Ｎが設定される。

制御装置５０が電力変換器２０に伝送するデータには、セルを特定するステーション番号ｘおよびステーション番号に対応する制御データＡｘが含まれる。

制御装置５０は、これらの制御データＡｘを生成する。光電変換部５２は、生成されたステーション番号ｘおよび制御データＡｘの組みをシリアルデータＡＳにして、光信号に変換する。光信号に変換されたシリアルデータＡＳ＊は、光ファイバケーブル６０を介して、光分配器４０に伝送される。

光分配器４０は、受信したシリアルデータＡＳ＊をセル１〜セルＮにそれぞれ分配する。つまり、たとえばセル１に、シリアルデータＡＳ＊が伝送され、セル２にも、シリアルデータＡＳ＊が伝送される。同様に、すべてのセルに同じシリアルデータＡＳ＊が伝送される。

図２においてすでに説明したように、セルでは、シリアルデータＡＳ＊は、光電変換部３２に入力される。光電変換部３２は、光信号のシリアルデータＡＳ＊を電気信号のシリアルデータＡＳに変換する。光電変換部３２は、シリアルデータＡＳを制御回路３３に供給する。制御回路３３は、受信したシリアルデータＡＳから自己のステーション番号ｘを探索し、そのステーション番号ｘに対応づけられている制御データＡｘを取得する。各セルは、取得した制御データＡｘにもとづいて動作する。

次に、電力変換器２０から制御装置５０にデータを伝送する場合について、図３および図４を参照しつつ説明する。
図４は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式的なタイミングチャートの例である。
図４に示すように、制御装置５０は、電力変換器２０に対してデータの伝送を要求するリクエスト信号ＲＱを生成する。制御装置５０は、光電変換部５２によってリクエスト信号ＲＱを光信号のリクエスト信号ＲＱ＊に変換して伝送する。

リクエスト信号ＲＱ＊は、光分配器４０に伝送される。光分配器４０は、リクエスト信号ＲＱ＊をセル１〜セルＮにそれぞれ分配される。

セル１〜セルＮは、光電変換部３２によって電気信号のリクエスト信号ＲＱにそれぞれ変換し、制御回路３３によってデータ伝送要求をそれぞれ解釈する。

セル１〜セルＮでは、制御回路３３が、たとえば主回路３５に関連するデータを取得し、自己のステーション番号ｘに対応づけた変換器データＢｘを生成する。制御回路３３は、ステーション番号ｘおよび変換器データＢｘの組みを伝送する場合には、伝送遅延時間Ｔｘを付加して伝送する。伝送遅延時間Ｔｘは、伝送するデータの長さおよびシリアルデータとされた場合の位置に応じて設定される。

制御回路３３は、ステーション番号ｘおよびステーション番号ｘに対応づけられた変換器データＢｘの組みを、設定された伝送遅延時間Ｔｘの経過後、光電変換部３２に供給する。

この例では、セル１のデータの組みは、伝送遅延時間なしに設定される。セル２のデータの組みは、セル１のデータの組みに続いて伝送されるように、伝送遅延時間Ｔｗ後に伝送される。最後のセルＮのデータの組みは、伝送遅延時間（Ｎ−１）×Ｔｗ後に伝送される。

光電変換部３２は、伝送遅延時間が付加されたデータの組みを光信号にそれぞれ変換し、光分配器４０に供給する。

光分配器４０は、各単位変換器３０から順次伝送されてくるデータの組みを順次、光ファイバケーブル６０に送出する。順次送出されたデータの組みは、重なり合うことがないので、実質的に１つのシリアルデータＢＳ＊として制御装置５０に伝送される（図３）。

制御装置５０の光電変換部５２は、光信号のシリアルデータＢＳ＊を電気信号のシリアルデータＢＳに変換する。制御装置５０は、シリアルデータＢＳの変換器データＢｘをステーション番号ｘに対応させて取得し、所定の処理を実行する。

なお、伝送遅延時間Ｔｘについては、ステーション番号ｘに応じて、（ｘ−１）×Ｔｗに設定するものとしたが、データを合流させたときに隣接するデータが重なり合わなければ、必ずしもこの関係に限定されるものではない。たとえば、Ｔｗ’＞Ｔｗとして、Ｔｘ＝（ｘ−１）×Ｔｗ’を満たすように設定してもよいし、単位変換器ごとに個別に設定するようにしてもよい。

上述では、シリアルデータＡＳ，ＡＳ＊は、ステーション番号ｘの昇順に、制御データＡｘを含むデータの組みが配列され、実質的なシリアルデータＢＳ，ＢＳ＊も、ステーション番号ｘの昇順で、変換器データの組みの配列がされるものとした。しかし、これらのデータの配列順序、伝送順序は、これに限るものではない。電力変換器２０から制御装置５０に伝送する際に、変換器データＢｘのデータの組みが互いに重なり合わずに、実質的にシリアルデータとなればよい。つまり、変換器データＢｘの伝送順序があらかじめ設定されており、その順序に応じた伝送遅延時間Ｔｘが変換器データＢｘの組みに設定されていればよい。たとえば、シリアルデータＡＳにおける制御データの組みの順序と、実質的なシリアルデータＢｘにおける変換器データＢｘの組みの順序は、異なっていてもよい。また、いずれのデータについても、ステーション番号の昇順に限らず、降順であってもよいし、ランダムであってもよい。

本実施形態の電力変換装置の効果について、比較例の電力変換装置の場合と比較しつつ説明する。
図５（ａ）および図５（ｂ）は、比較例の電力変換装置の動作を説明するための概念的な模式図である。
図５（ａ）には、制御装置１５０ａと電力変換器１２０ａとの間のデータの伝送に、各単位変換器１３０ａがデイジーチェーン接続された伝送路である光ファイバケーブル１６０ａを用いる例が示されている。

単位変換器（セル１）１３０ａは、光電変換部によって制御装置５０から伝送されたシリアルデータＣＳ＊を受信する。シリアルデータＣＳ，ＣＳ＊は、ステーション番号ｘと、ステーション番号ｘに対応づけられた制御データＡｘおよび変換器データＢｘとを含んでいる。

光電変換部は、シリアルデータＣＳ＊を電気信号のシリアルデータＣＳに変換して、変換したシリアルデータＣＳを制御回路に供給する。制御回路は、自己のステーション番号１の制御データＡ１を取得し、変換器データＢ１でシリアルデータＣＳを更新する。

更新されたシリアルデータＣＳは、光ファイバケーブル１６０ａによってデイジーチェーン接続された単位変換器（セル２）１３０ａに転送される。単位変換器１３０ａは、セル１と同様に、シリアルデータから自己のステーション番号に対応する制御データＡ２を取得して、変換器データＢ２によってシリアルデータＣＳを更新する。

上述の動作をすべての単位変換器１３０ａにおいて行い、最後の単位変換器（セルＮ）１３０ａは、光ファイバケーブル１６０ａを介して制御装置５０にシリアルデータＣＳ，ＣＳ＊を伝送する。

上述したように、比較例の電力変換装置では、制御装置１５０ａと単位変換器１３０ａとの間のデータ伝送において、単位変換器１３０ａ間を相互に接続するデイジーチェーンによるループ状の伝送路を用いている。そのため、デイジーチェーンの途中の単位変換器１３０ａに故障を生じた場合には、制御装置１５０ａからの制御データの転送を行うことができず、それまで単位変換器で取得された変換器データの更新を行うこともできない。したがって、電力変換装置として運転を継続することが困難になる。

図５（ｂ）には、制御装置１５０ｂと電力変換器１２０ｂとの間のデータの伝送に、電力変換器１２０ｂの各単位変換器１３０ｂに応じた光ファイバケーブル１６０ｂを設けた場合の例が示されている。

図５（ｂ）に示すように、制御装置１５０ｂは、すべての単位変換器１３０ｂに伝送するデータをシリアルデータとすることなく、ステーション番号ｘの単位変換器１３０ｂに対して対応する制御データＡｘとして伝送し、各単位変換器１３０ｂから伝送される変換器Ｂｘデータを取得する。

このような構成によれば、いずれかの単位変換器に故障を生じても、制御データＡｘおよび変換器データＢｘの伝送が中断されることがないので、電力変換装置は運転を継続することができる。

しかしながら、制御装置１５０ｂと電力変換器１２０ｂとの間の光ファイバケーブル１６０ｂを単位変換器１３０ｂの数に応じて設ける必要がある。ＭＭＣでは、アームあたりの単位変換器の数が数１０〜１００以上に及ぶことがあり、長距離の光ファイバケーブルを多数用いる場合には、高コストとなるおそれがある。

上述の比較例に対して、本実施形態の場合には、光分配器４０を備えているので、制御装置５０と電力変換器２０との間の長い距離を敷設する光ファイバケーブル６０の数を減らすことができる。そして、電力変換器２０内で、光分配器４０と各単位変換器３０との間でデータの伝送を行うので、いずれかの単位変換器３０に故障を生じても、他の単位変換器の制御データや変換器データに不備を生じることはない。そのため、電力変換装置１０は、運転を継続することができる。

光分配器４０は、絶縁架台２６によって、電力変換器２０と電気的に絶縁されている。そのため、光分配器４０は、設置のための特別な配慮をすることなく、電力変換器２０の近傍に設置することができる。

また、本実施形態の電力変換装置１０では、デイジーチェーン接続された伝送路を順次データを転送することがないので、データの設定および取得に要する時間を短縮することができる。そのため、制御の応答特性を改善することが可能になる。

（第２の実施形態）
上述の実施形態では、電力変換器から制御装置にデータを伝送する場合において、単位変換器ごとに伝送遅延時間を設定して、光信号のデータを合流させて、実質的にシリアルデータとして伝送した。以下説明する実施形態では、光分配器に伝送遅延時間の設定機構を設けて、実質的なシリアルデータを生成する。

図６は、本実施形態に係る電力変換装置を例示する簡略化されたブロック図である。
図６に示すように、電力変換装置２１０は、電力変換器２２０と、光分配器２４０と、制御装置５０と、を備える。電力変換器２２０は、カスケード接続された単位変換器２３０を含むＭＭＣ方式の変換器である。図６においては、電力変換器２２０の構成を簡略化して示しており、電力変換器２２０の詳細な構成は、図１と同様である。

単位変換器２３０は、制御回路２３３を含む。他の構成要素は、上述の実施形態の場合の単位変換器３０と同じである。

光分配器２４０は、光電変換部２４１，２４２と、信号処理回路２４３と、を含む。光電変換部２４１は、制御装置５０に一端が接続された光ファイバケーブル６０の他端が接続されている。光電変換部２４２は、単位変換器２３０の数だけ設けられている。単位変換器（セル）２３０がＮ個の電力変換器２２０の場合には、光電変換部２４２は、Ｎ個設けられる。信号処理回路２４３は、制御装置側の光電変換部２４１と単位変換器２３０側の光電変換部２４２との間に接続されている。

信号処理回路２４３は、制御装置５０から伝送され、光電変換部２４１によって電気信号に変換されたシリアルデータを単位変換器ごとのデータに変換する。信号処理回路２４３は、単位変換器ごとのデータを単位変換器に対応する光電変換部２４２に供給する。

信号処理回路２４３は、各単位変換器２３０から伝送され、光電変換部２４２によって電気信号に変換された変換器データを、変換器データごとに、順次、単位変換器に応じた伝送遅延時間Ｔｘを付加して光電変換部に供給する。

本実施形態においては、光分配器は、電力変換器から制御装置にデータを伝送する場合に、単位変換器が出力するデータに伝送遅延時間を付加することができれば他の構成であってもかまわない。たとえば、信号処理回路は、制御装置５０から伝送されてきたシリアルデータを単位変換器２３０ごとのデータに分解することなく、シリアルデータのまま伝送してもよい。信号処理回路２４３は、単位変換器２３０から伝送されたデータについて、上述のように伝送遅延時間を付加する。あるいは、制御装置５０から伝送されてきたシリアルデータは、信号処理回路を介さず、各単位変換器２３０に伝送するようにしてもよい。

本実施形態の電力変換装置２１０の動作について説明する。
まず、制御装置５０から電力変換器２２０にデータを伝送する場合について説明する。
制御装置５０から伝送するデータは、上述の他の実施形態の場合と同様である。すなわち、単位変換器２３０ごとに設定されたステーション番号ｘおよびステーション番号ｘに対応する設定データＤｘの組みデータがシリアルデータＡＳに変換され、さらに制御装置５０の光電変換部５２によって光信号のシリアルデータＡＳ＊に変換されて伝送される。

シリアルデータＡＳ＊は、電力変換器２２０の光分配器２４０に伝送される。光分配器２４０の光電変換部２４１は、シリアルデータＡＳ＊を電気信号のシリアルデータＡＳに変換する。変換されたシリアルデータＡＳは、信号処理回路２４３に供給される。

信号処理回路２４３は、シリアルデータＡＳをステーション番号ごとのデータにして、各光電変換部２４２に供給する。各光電変換部２４２は、対応するステーション番号を有する単位変換器２３０の光電変換部に光ファイバケーブル４２によって接続されている。

光電変換部２４２は、光ファイバケーブル４２を介して、対応するステーション番号ｘを有する単位変換器２３０に変換器データＢｘ＊を伝送する。変換器データＢｘ＊を受信した単位変換器２３０は、変換器データＢｘ＊を電気信号の変換器データＢｘに変換して、変換された変換器データＢｘにしたがって、たとえばスイッチング素子を駆動する。

次に電力変換器２２０から制御装置５０にデータを伝送する場合について説明する。
電力変換器２２０の各単位変換器２３０では、制御回路３３が、たとえば主回路３５に関連する変換器データＢｘを取得し、自己のステーション番号ｘに対応づけて、光電変換部に供給する。

光電変換部は、変換器データＢｘを光信号Ｂｘ＊に変換して光分配器２４０の光電変換部２４２に供給する。

信号処理回路２４３は、各単位変換器２３０に対応した光電変換部２４２を介して、各ステーション番号に対応した変換器データＢｘを取得する。

信号処理回路２４３は、変換器データＢｘに伝送遅延時間Ｔｘを付加して、他の変換器データに結合してシリアルデータを生成する。

信号処理回路２４３は、生成したシリアルデータを光電変換部２４１に供給し、光電変換部２４１は、シリアルデータを光信号に変換して、制御装置５０に伝送する。

制御装置５０では、光信号のシリアルデータを電気信号に変換し、ステーション番号に対応した変換器データを取得する。

このようにして、本実施形態の電力変換装置では、いずれかの単位変換器が故障しても、光ファイバケーブルの数を増やすことなく、制御装置とのデータの相互の伝送を可能とすることができる。

また、本実施形態では、１台の光分配器２４０に対して、信号処理回路２４３を追加実装することによって、容易に実現することができるので、既存の電力変換器の改造によっても実現することができる。

以上説明した実施形態によれば、いずれかの単位変換器が故障しても、制御装置と電力変換器との間でデータを伝送し、動作を継続することができる電力変換装置を実現することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他のさまざまな形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

１電力系統、２変圧器、３直流回路、１０電力変換装置、２０，２２０電力変換器、２２アーム、２４バッファリアクトル、３０，２３０単位変換器、３２，２３２光電変換部、３３，２３３制御回路、３４ゲートドライバ、３５主回路、３６主回路給電部、４０，２４０光分配器、４２光ファイバケーブル、５０制御装置、５２光電変換部、６０光ファイバケーブル、２４１，２４２光電変換部、２４３信号処理回路

Claims

カスケードに接続された複数の単位変換器を含む電力変換器と、
前記複数の単位変換器のそれぞれを制御するための第１データを含むシリアルデータを第１光信号として伝送し、前記複数の単位変換器のそれぞれの状態を表す第２データを第２光信号として受信する制御装置と、
前記第１光信号を、前記複数の単位変換器のそれぞれに分配し、前記複数の単位変換器のそれぞれから収集し、光信号に変換された前記第２データを重なり合わないように合流させて前記第２光信号として伝送する光分配手段と、
を備え、
前記複数の単位変換器のそれぞれは、自己の前記第２データに、自己に応じた伝送遅延時間を設定して前記光分配手段に伝送する電力変換装置。
カスケードに接続された複数の単位変換器を含む電力変換器と、
前記複数の単位変換器のそれぞれを制御するための第１データを含むシリアルデータを第１光信号として伝送し、前記複数の単位変換器のそれぞれの状態を表す第２データを第２光信号として受信する制御装置と、
前記第１光信号を、前記複数の単位変換器のそれぞれに分配し、前記複数の単位変換器のそれぞれから収集し、光信号に変換された前記第２データを重なり合わないように合流させて前記第２光信号として伝送する光分配手段と、
を備え、
前記光分配手段は、前記複数の単位変換器のそれぞれに応じた伝送遅延時間を設定して、前記複数の単位変換器から伝送された前記第２データを合流させる電力変換装置。
前記光分配手段は、前記複数の単位変換器ごとの前記遅延時間を生成する信号処理回路を含む請求項２記載の電力変換装置。
カスケードに接続された複数の単位変換器を含む電力変換器と、
前記複数の単位変換器のそれぞれを制御するための第１データを含むシリアルデータを第１光信号として伝送し、前記複数の単位変換器のそれぞれの状態を表す第２データを第２光信号として受信する制御装置と、
前記第１光信号を、前記複数の単位変換器のそれぞれに分配し、前記複数の単位変換器のそれぞれから収集し、光信号に変換された前記第２データを重なり合わないように合流させて前記第２光信号として伝送する光分配手段と、
を備え、
前記電力変換器は、絶縁材料によって形成された絶縁架台の上に設置され、
前記絶縁架台は、前記光分配手段と同電位上に設置され得る電力変換装置。
前記伝送遅延時間は、前記複数の単位変換器ごとの前記第２データの長さに応じて設定された請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。