JP6948105B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

交流を直流に変換し、あるいは直流を交流に変換する電力変換装置がある。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、電力変換器に多数の単位変換器が実装されており、高電圧を取り扱うため、制御装置とのデータの伝送に光ファイバケーブルを用いる。制御装置と単位変換器との通信を１対多で行うと、単位変換器の台数分だけ光ファイバケーブルを必要とすることとなり、高コストとなることを回避するために、制御装置と単位変換器とをループ状にデイジーチェーン接続することがある。

伝送するデータには、単位変換器のそれぞれを特定するためのステーション番号が設定され、単位変換器に送信するデータは、ステーション番号に対応付けられて送信される。単位変換器には、あらかじめステーション番号が割り振られ、設定されている。

単位変換器にステーション番号を設定するには、たとえば単位変換器ごとに設けられたトグルスイッチを操作することによって行われる。このように単位変換器ごとにステーション番号を設定する場合には、初期設定や点検のたびに設定したり、その設定を確認したりするので、多大な時間を要している。また、故障等した単位変換器を交換した場合には、交換場所に応じた設定を確認し、再設定する必要があり、作業が煩雑になる傾向があり、復旧するために長時間を要する場合がある。

特開２０１１−２４３９３号公報

実施形態は、自動的にステーション番号を設定す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とループ状にデイジーチェーン接続されて、前記複数の単位変換器の制御のためのシリアルデータを相互に伝送する制御装置と、を備える。前記複数の単位変換器は、前記デイジーチェーン接続にしたがって前記制御装置から前記シリアルデータを受信する最初の単位変換器と、前記デイジーチェーン接続にしたがって前記制御装置に前記シリアルデータを送信する最後の単位変換器と、前記最初の単位変換器と前記最後の単位変換器との間に接続され、前記デイジーチェーン接続にしたがって前記シリアルデータを順次受信し送信する残りの単位変換器と、を含む。前記シリアルデータは、前記複数の単位変換器の台数の計数値を表し、前記計数値に応じて変化させるカウントと、前記複数の単位変換器をそれぞれ制御するための複数の制御データと、前記複数の単位変換器の測定データをそれぞれ含む複数の変換器データと、を設定し更新可能となるように構成される。前記複数の制御データは、前記複数の単位変換器から自己の単位変換器を識別するステーション番号にそれぞれ対応づけられる。前記複数の変換器データは、前記ステーション番号にそれぞれ対応づけられる。前記制御装置は、前記シリアルデータについての制御装置処理を実行する。前記制御装置処理は、前記カウントを初期値に設定するステップと、前記複数の制御データを設定するステップと、前記カウントおよび前記複数の制御データが設定された前記シリアルデータを前記最初の単位変換器に送信するステップと、を含む。前記最初の単位変換器は、設定された前記シリアルデータを受信すると、受信した前記シリアルデータを更新する変換器処理を実行し、更新した前記シリアルデータを前記残りの単位変換器の１つに送信する。前記残りの単位変換器のそれぞれは、更新された前記シリアルデータを受信すると、前記変換器処理を実行し、更新した前記シリアルデータを前記残りの単位変換器のうちの隣接する単位変換器または前記最後の単位変換器に送信する。前記最後の単位変換器は、更新された前記シリアルデータを受信すると、前記変換器処理を実行し、更新した前記シリアルデータを前記制御装置に送信する。前記変換器処理は、前記カウントに１を加算して前記カウントを更新するカウント更新ステップと、前記カウント更新ステップで更新された前記カウントを前記複数の単位変換器から自己を識別するステーション番号に設定するステーション番号設定ステップと、前記複数の変換器データのうち、前記ステーション番号設定ステップで設定された前記自己を識別するステーション番号に対応する変換器データを、自己の測定データで更新する変換器データ更新ステップと、を含む。

本実施形態では、デイジーチェーン上を伝送されるシリアルデータが複数の単位変換器の台数に応じて変化させるカウントを含んでおり、シリアルデータが単位変換器間を伝送されるごとにカウントに１を加算して更新された新たなカウントを自己のステーション番号に設定するので、複数の単位変換器のそれぞれに自動的にステーション番号を設定することができる。

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の実施形態において、制御装置と電力変換器との間で相互に伝送されるシリアルデータを例示する模式図である。 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フローチャートの例である。 比較例の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。 第２の実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。 第２の実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。 第３の実施形態において、制御装置と電力変換器との間で相互に伝送されるシリアルデータを例示する模式図である。 第３の実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。 第４の実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。 第４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。

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、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。
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、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、交流回路１に接続され得る。たとえば、交流回路１は、三相または単相の５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの交流電源、交流負荷および交流の送電線を備える電力系統とすることができる。電力変換装置１０は、直流端子２１ｄ，２１ｅを介して、直流回路（図示せず）に接続され得る。直流回路は、たとえば直流送電線等を含む直流の電力系統である。

電力変換装置１０は、交流回路１と直流回路との間に接続されて、交流電圧を直流電圧に変換する。また、電力変換装置１０は、直流電圧を交流電圧に変換する。電力変換装置１０は、一方向の電力変換に限らず、双方向の電力変換を行うことができる。

電力変換器２０は、交流の各相に対応したアーム２２を含む。この例のように、交流回路１が三相交流の場合には、電力変換器２０は、６つのアーム２２を含む。相ごとに設けられた２つのアーム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。

各相に対応した高電位側および低電位側のアーム２２に接続されたバッファリアクトル２４の接続ノードは、交流端子２１ａ〜２１ｃに接続されている。

アーム２２は、カスケード接続された単位変換器３０を含む。単位変換器３０は、アーム２２当たりｎ台直列接続されているものとする（ｎは２以上の整数）。

この例では、Ｕ相の高電位側のアーム２２には、高電位側から低電位側に向かって、ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，…，ＵＰｎのように、ｎ台の単位変換器３０がカスケード接続されている。Ｕ相の低電位側のアーム２２にも高電位側から低電位側に向かって、ＵＮ１，ＵＮ２，ＵＮ３，…，ＵＮｎのように、ｎ台の単位変換器３０がカスケード接続されている。Ｖ相およびＷ相についても同様に、それぞれの高電位側のアームおよび低電位側のアームには、ｎ台の単位変換器３０がカスケード接続されている。

後に詳述するように、制御装置５０およびカスケードに接続された単位変換器３０は、伝送部５２，３２を含み、伝送部５２，３２および光ファイバケーブルによる通信路によって、ループ状にデイジーチェーン接続されている。

この例では、Ｕ相〜Ｗ相の相ごとに光ファイバケーブル６０ｕ〜６０ｗが設けられている。たとえば、Ｕ相では、光ファイバケーブル６０ｕは、制御装置５０、単位変換器ＵＰ１，ＵＰ２，ＵＰ３，…，ＵＰｎ、ＵＮ１，ＵＮ２，ＵＮ３，…，ＵＮｎ、制御装置５０の順にデイジーチェーン接続のループを形成し、この順でデータを伝送する。Ｖ相およびＷ相についても同様に、光ファイバケーブル６０ｖ，６０ｗによって、制御装置５０と各単位変換器３０とがデイジーチェーン接続されている。

デイジーチェーンのループは、上述に限らず、すべての相を１つのデイジーチェーンのループで接続してもよいし、アーム２２ごとにデイジーチェーンのループを形成するようにしてもよい。デイジーチェーンの構成は、アーム２２内の単位変換器３０の台数等に応じて、適切かつ任意に設定することができる。

図２は、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等と電気的に接続されている。

単位変換器３０は、端子３１ｃ，３１ｄをさらに含む。端子３１ｃ，３１ｄは、光ファイバケーブルを接続するための端子である。単位変換器３０は、端子３１ｃ，３１ｄによって接続された光ファイバケーブルを介して、制御装置５０または他の単位変換器３０との間でデータを送信し、受信する。

単位変換器３０は、伝送部３２と、制御部３３と、主回路３４と、を含む。制御部３３は、伝送部３２と主回路３４との間に設けられている。

伝送部３２は、端子３１ｃ，３１ｄによって光ファイバケーブルに接続されている。伝送部３２は、光電変換機能を有する。伝送部３２は、光ファイバケーブルを介して、制御装置５０、あるいは他の単位変換器３０の伝送部３２から伝送された光信号のデータを受信して電気信号に変換する。伝送部３２は、伝送部３２や他の部分で生成した電気信号のデータを光信号のデータに変換し、光ファイバケーブルを介して、制御装置５０あるいは他の単位変換器３０に伝送する。

伝送部３２は、電気信号に変換されたデータを解釈し、解釈されたデータにしたがって処理を実行する。伝送部３２は、伝送部３２や他の部分で生成されたデータの処理を決定し、処理を実行する。

より具体的には後に詳述するが、伝送部３２は、単位変換器の台数の計数データ（以下、カウントともいう。）を読み込んで、所定の処理を実行する。伝送部３２は、処理を施したカウントのデータを自己の単位変換器３０のステーション番号として設定し記憶する。所定の処理は、たとえば、読み込んだカウントのデータに固定値を加算することである。固定値は、たとえば１である。

伝送部３２が解釈するデータは、シリアルデータに含まれている。このシリアルデータは、ＣＲＣ等のエラーチェックやエラー訂正機構を含む。伝送部３２は、エラーチェックを実行した結果、エラーがない場合には、次の処理を実行し、エラーが発生した場合には、処理を停止する。

伝送部３２は、設定したステーション番号に対応するデータを読み込んで、所定の処理を実行する。所定の処理は、たとえば、制御部３３が主回路３４を制御するためのゲート信号を復元して、制御部３３に供給すること等である。

伝送部３２は、制御部３３から供給されるデータを取得して、所定の処理を実行する。所定の処理は、たとえば、取得したデータで、シリアルデータのうち自己のステーション番号に対応する位置のデータを更新することである。制御部３３から供給されるデータは、たとえば、主回路３４のコンデンサ電圧の計測データ等である。

伝送部３２は、データを更新したシリアルデータを次の単位変換器に伝送する。

制御部３３は、伝送部３２から取得したデータを、主回路３４に供給するための信号に変換する。主回路３４に供給するための信号は、たとえばゲート駆動信号である。制御部３３は、伝送部３２によって復元されたゲート信号を取得し、レベル変換等してゲート駆動信号を生成する。制御部３３は、主回路３４から取得したコンデンサ電圧のデータ等を所定の形式に変換して伝送部３２に供給する。

主回路３４は、スイッチング素子３４ａと、ダイオード３４ｂと、コンデンサ３４ｃと、を含む。スイッチング素子３４ａは、自己消弧型の半導体素子である。自己消弧型の半導体素子は、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）やＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）等である。スイッチング素子３４ａは、直列に２個接続されている。

ダイオード３４ｂは、還流ダイオードである。２個のダイオード３４ｂは、直列に接続されているスイッチング素子３４ａにそれぞれ逆並列に接続されている。

コンデンサ３４ｃは、直列に接続されたスイッチング素子３４ａに並列に接続される。

主回路３４は、上述したように、制御部３３から供給されるゲート駆動信号によって、スイッチング素子３４ａが駆動される。２つのスイッチング素子３４ａが適切に駆動されることによってコンデンサ３４ｃを充放電する。

主回路の構成は、上述したようなハーフブリッジ構成に限らず、フルブリッジ構成としてももちろんよい。

制御装置５０は、伝送部５２を含む（図１）。伝送部５２は、光電変換機能を含む。伝送部５２は、伝送部５２または制御装置５０の他の部分で生成された電気信号のデータを光信号に変換して、単位変換器３０に送信する。伝送部５２は、単位変換器３０から送信された光信号のデータを受信して、電気信号に変換し、変換されたデータにしたがって処理を実行する。

制御装置５０の伝送部５２と単位変換器３０の伝送部３２との間は、光ファイバケーブル６０ｕ〜６０ｗによって接続されている。光ファイバケーブル６０ｕ〜６０ｗは、制御装置５０の伝送部５２と単位変換器３０の伝送部３２との間をループ状にデイジーチェーン接続する。

本実施形態の電力変換装置１０の動作について説明する。
図３は、制御装置と電力変換器との間で相互に伝送されるシリアルデータを例示する模式図である。
図３に示すように、Ｕ相の単位変換器３０のためのシリアルデータＤＳｕは、制御装置５０で生成される。制御装置５０は、Ｖ相およびＷ相のためのシリアルデータＤＳｖ，ＤＳｗも生成する。データの構造は、いずれのシリアルデータにおいても同様であり、以下では、シリアルデータＤＳｕについて説明する。なお、シリアルデータの構造は、デイジーチェーン接続される単位変換器３０の構成に応じて設定され、上述に限るものではない。

電力変換装置１０で取り扱われるシリアルデータＤＳｕは、電気信号により形成されている。上述したように、電気信号のシリアルデータＤＳｕは、制御装置５０の伝送部５２、あるいは、単位変換器３０の伝送部３２において光信号のシリアルデータＤＳｕ＊に変換されて、光ファイバケーブル６０ｕ〜６０ｗを伝送される。

シリアルデータＤＳｕは、ステーション番号ｋおよび制御装置５０から電力変換器２０に送信する制御データＤＴｕｋの組みを含み、これらがシリアルに結合されているデータである。ステーション番号ｋは、単位変換器３０を特定するための番号である。この例では、ステーション番号ｋは、各相のアームの高電位の単位変換器３０から低電位の単位変換器３０に向かって昇順に順次設定される。

この例では、最高電位の単位変換器ＵＰ１にステーション番号１が設定され、単位変換器ＵＰ２にカスケード接続されている単位変換器ＵＰ２にステーション番号２が設定され、このアームの最低電位の単位変換器ＵＰｎにステーション番号ｎが設定される。同様に低電位側のアームの単位変換器ＵＮ１にステーション番号ｎ＋１が設定され、単位変換器ＵＮ２，ＵＮ３，…，ＵＮｎには、ステーション番号ｎ＋２，ｎ＋３，…，ｎ＋ｎがそれぞれ設定される。

ステーション番号ｋに対応する制御データＤＴｕｋには、たとえば、高電位側からｋ番目の単位変換器３０のスイッチング素子３４ａを駆動するためのゲート信号の位相情報のデータが含まれる。

シリアルデータＤＳｕは、単位変換器３０のカウントｉのデータを含む。カウントｉは、単位変換器３０の台数の計数データであり、シリアルデータＤＳｕが制御装置５０および単位変換器３０間を伝送された回数を表す。

たとえば、制御装置５０は、カウントｉの初期値を０に設定する。制御装置５０から最初にシリアルデータＤＳｕが伝送される単位変換器ＵＰ１は、伝送部３２によって、カウントｉに１を加算する。したがって、カウントｉは１に設定される。次にシリアルデータＤＳｕが伝送される単位変換器ＵＰ２は、カウントｉに１を加算する。したがって、カウントｉは２に設定される。

このように、単位変換器３０では、シリアルデータＤＳｕが伝送されるたびに、伝送部３２がカウントｉに１を加算して、シリアルデータＤＳｕのカウントｉを更新する。更新されたカウントｉは、その単位変換器３０のステーション番号に設定される。単位変換器３０は、伝送部３２によって、設定されたステーション番号ｋ（＝ｉ）を記憶する。

シリアルデータＤＳｕは、変換器データＤＣｕｋを含む。変換器データＤＣｕｋは、ステーション番号ｋに対応付けられている。変換器データＤＣｕｋは、シリアルデータＤＳｕが伝送された単位変換器３０に関するデータである。たとえば、変換器データＤＣｕｋは、単位変換器３０のコンデンサ電圧のデータを含む。変換器データＤＣｕｋは、単位変換器３０の異常の有無に関するフラグを含んでもよい。このフラグは、たとえば、単位変換器３０が過電圧等によって動作停止し、バイパス状態となっている場合等に立つものとされる。シリアルデータＤＳｕを受信した単位変換器３０では、自己の変換器データＤＣｕｋを、シリアルデータＤＳｕの所定の場所に書き込む。所定の場所は、あらかじめ設定されており、自己のステーション番号ｋに対応するように設定されている。

シリアルデータＤＳｕは、エラー訂正のためのデータを含む。エラー訂正のためにシリアルデータは、たとえばＣＲＣ符号化され、ＣＲＣデータが付加される。シリアルデータＤＳｕに含まれるＣＲＣデータは、伝送されたデータに伝送に伴う異常が生じていないか否かを示す。後述するように、たとえば、シリアルデータＤＳｕを受信した単位変換器３０や制御装置５０では、ＣＲＣデータをチェックして、異常がない場合には、次の単位変換器等にデータを伝送し、異常がある場合には、データの伝送およびすべての処理を終了して、制御装置５０が次のシリアルデータを生成して、伝送するのを待機する。

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フローチャートの例である。
図４のフローチャートには、一例として、そのフローやステップを実行する装置あるいはブロックが合わせて示されている。
図４に示すように、ステップＳＣ１〜ＳＣ７は、制御装置５０の伝送部５２において実行される。ステップＳＵ１〜ＳＵ１０は、各単位変換器３０の伝送部３２において実行される。

ステップＳＣ１において、伝送部５２は、各単位変換器３０のための制御データＤＴｕｋをシリアルデータＤＳｕに設定（セット）する。

ステップＳＣ２において、伝送部５２は、単位変換器３０の台数のカウントｉを初期値にセットする。カウントｉの初期値は０である。

ステップＳＣ３において、伝送部５２は、構成されたシリアルデータＤＳｕにＣＲＣ演算を実行し、シリアルデータＤＳｕにＣＲＣデータをセットする。

ステップＳＣ４において、伝送部５２は、シリアルデータＤＳｕを光信号のシリアルデータＤＳｕ＊に変換して、単位変換器ＵＰ１にシリアルデータＤＳｕ＊を送信する。

ステップＳＵ１において、単位変換器ＵＰ１の伝送部３２は、シリアルデータＤＳｕ＊を受信して、電気信号のシリアルデータＤＳｕに変換する。

ステップＳＵ２において、伝送部３２は、シリアルデータＤＳｕのＣＲＣデータをチェックする。ＣＲＣデータが正常である場合には、伝送部３２は、次のステップＳＵ３に処理を遷移させる。ＣＲＣデータが異常である場合には、伝送部３２は、ステップＳＵ１０を実行する。

ステップＳＵ３において、伝送部３２は、シリアルデータＤＳｕのカウントｉに１を加算して、加算されたデータでカウントｉを更新する。

ステップＳＵ４において、伝送部３２は、更新されたカウントｉ（この場合、ｉ＝１）を自己のステーション番号に設定し、記憶する。

ステップＳＵ５において、伝送部３２は、設定された自己のステーション番号に対応付けられている制御データＤＴｕｋ（この場合、制御データＤＴｕ１）を取り出して、制御部３３に供給する。

ステップＳＵ６において、伝送部３２は、制御部３３から変換器データＤＣｕｋ（この場合、ＤＣｕ１）を取得する。

ステップＳＵ７において、伝送部３２は、取得した変換器データＤＣｕｋを、シリアルデータＤＳｕの対応する箇所に書き込んで、シリアルデータＤＳｕを更新する。

ステップＳＵ８において、伝送部３２は、更新されたシリアルデータＤＳｕにＣＲＣ演算を実行し、シリアルデータＤＳｕのＣＲＣデータを更新する。

ステップＳＵ２で、ＣＲＣチェックの結果、ＣＲＣエラーが検出された場合には、ステップＳＵ１０において、単位変換器３０の伝送部３２は、そのエラーコードでシリアルデータＤＳｕのＣＲＣデータを更新する。

ステップＳＵ９において、伝送部３２は、シリアルデータＤＳｕを光信号のシリアルデータＤＳｕ＊に変換して、次の単位変換器ＵＰ２へシリアルデータＤＳｕを送信する。

以降、すべての単位変換器において、上述と同様の処理を行い、すべての変換器データＤＣｕｋが更新されたシリアルデータＤＳｕは、制御装置５０の伝送部５２に送信される。

ステップＳＣ５において、制御装置５０の伝送部５２は、電力変換器２０側で変換器データＤＣｕｋが更新された、光信号のシリアルデータＤＳｕ＊を受信し、電気信号のシリアルデータＤＳｕに変換する。

ＣＲＣデータがエラーコードで更新されているシリアルデータＤＳｕを受信した他の単位変換器では、伝送部３２がＣＲＣデータがエラーコードであることを認識するので、ステップＳＵ３〜ＳＵ８を実行することなく、順次の単位変換器にシリアルデータを転送する。

ステップＳＣ６において、伝送部５２は、ＣＲＣデータをチェックする。伝送部５２は、ＣＲＣデータが正常である場合には、シリアルデータＤＳｕから変換器データＤＣｕｋを読み出して、必要な処理を実行する。

ステップＳＣ７において、伝送部５２は、シリアルデータＤＳｕから変換器データＤＣｕｋを読み出して、必要な処理を実行する。

ステップＳＵ２で、ＣＲＣチェックの結果、ＣＲＣエラーが検出された場合には、そのエラーコードでシリアルデータＤＳｕのＣＲＣデータが更新されている。制御装置５０の伝送部５２では、エラーコードで更新されたＣＲＣデータを含むシリアルデータＤＳｕが伝送されてくるので、これを受信した単位変換器では、変換器データを取り出すことなく、次のシリアルデータＤＳｕを生成する。

Ｖ相およびＷ相においても同様の処理を行う。

上述した伝送部や制御部の構成は、たとえばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプログラムをロードして、プログラムの各ステップにしたがって処理を実行する半導体装置等を含んでもよい。この場合には、上述のフローチャートの各ステップの一部または全部は、ＣＰＵが実行するプログラムに含まれる。プログラムは、図示しない記憶部や記憶装置に格納される。

本実施形態の電力変換装置１０の効果について、比較例の電力変換装置と比較しつつ説明する。
図５は、比較例の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図５に示すように、比較例の電力変換装置は、制御装置１５０と、カスケード接続された単位変換器１３０を含む電力変換器と、を備えている。制御装置１５０は、伝送部１５２を含み、伝送部１５２は、上述の実施形態の場合とは異なるフローチャートを実行する。単位変換器１３０は、伝送部１３２を含み、伝送部１３２は、上述の実施形態の場合とは異なるフローチャートを実行する。また、単位変換器１３０に設けられた記憶部１３２ａにステーション番号が記憶されている。記憶部１３２ａには、たとえばトグルスイッチ等によって、あらかじめステーション番号が設定され、記憶されている。

図示しないが、制御装置１５０および単位変換器１３０の間を伝送されるシリアルデータは、上述の実施形態の場合と異なり、単位変換器の台数のカウントｉのデータを含んでいない。

ステップＳＣ１０１において、制御装置１５０の伝送部１５２は、各単位変換器１３０のための制御データをシリアルデータにセットする。

ステップＳＣ１０２において、伝送部１５２は、構成されたシリアルデータにＣＲＣ演算を実行し、シリアルデータにＣＲＣデータをセットする。

ステップＳＣ１０３において、伝送部１５２は、シリアルデータを光信号のシリアルデータに変換して、単位変換器ＵＰ１に送信する。

ステップＳＵ１０１において、単位変換器ＵＰ１の伝送部１３２は、光信号のシリアルデータを受信して、電気信号のシリアルデータに変換する。

ステップＳＵ１０２において、伝送部１３２は、シリアルデータＤＳｕのＣＲＣデータをチェックする。ＣＲＣデータが正常である場合には、伝送部１３２は、次のステップＳＵ１０３に処理を遷移させる。ＣＲＣ符号データが異常である場合には、伝送部１３２は、処理をステップＳＵ１０８に遷移させる。

ステップＳＵ１０３において、伝送部１３２は、あらかじめ設定されている自己のステーション番号を読み込む。

ステップＳＵ１０４において、伝送部１３２は、受信した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を取り出し、取り出した制御データを制御部３３に供給する。

ステップＳＵ１０５において、伝送部１３２は、制御部３３から変換器データを取得する。

ステップＳＵ１０６において、伝送部１３２は、取得した変換器データを、シリアルデータの対応する箇所に書き込んで、シリアルデータを更新する。

ステップＳＵ１０７において、伝送部１３２は、更新されたシリアルデータにＣＲＣ演算を実行し、シリアルデータのＣＲＣデータを更新する。

ステップＳＵ１０８において、伝送部１３２は、シリアルデータを光信号のシリアルデータに変換して、次の単位変換器ＵＰ２へシリアルデータを送信する。

以降、すべての単位変換器において、上述と同様の処理を行い、すべての変換器データが更新されたシリアルデータは、制御装置１５０の伝送部１５２に送信される。

ステップＳＣ１０４において、伝送部１５２は、電力変換器側で変換器データが更新された、光信号のシリアルデータを受信し、電気信号のシリアルデータに変換する。

ステップＳＣ１０５において、伝送部１５２は、ＣＲＣデータをチェックする。伝送部１５２は、ＣＲＣデータが正常である場合には、シリアルデータから変換器データを読み出して、必要な処理を実行する。

ステップＳＣ１０６において、伝送部１５２は、シリアルデータから変換器データを読み出して、必要な処理を実行する。

このように、比較例の電力変換装置では、シリアルデータを伝送するたびに加算されるカウントｉを含まないシリアルデータを用いるので、単位変換器１３０ごとに記憶部１３２ａにステーション番号を設定する必要がある。記憶部１３２ａにステーション番号を設定し記憶するために、オペレータ等が、マニュアルやソフトウェア等を用いて、単位変換器ごと割り振られているステーション番号を設定する作業を行う。このように、オペレータの手作業でステーション番号の設定を行うので、作業が煩雑となり、誤設定を生じる恐れがある。そして、誤設定を生じた場合でも、誤設定なのか、接続間違いなのか等の原因判断が困難になることもある。

本実施形態の電力変換装置１０では、カウントｉを含むシリアルデータを受信する。単位変換器３０の伝送部３２は、そのカウントｉに所定の処理を施すことによって、単位変換器３０が自己のステーション番号を設定することができる。

シリアルデータは、デイジーチェーン接続された単位変換器３０を転送される。カウントｉに１を加算して、加算されたカウントｉをステーション番号ｘに設定し、シリアルデータの転送順に単位変換器３０のステーション番号を割り振ることによって、加算されたカウントｉを自己のステーション番号とすることができる。したがって、本実施形態の電力変換装置１０では、初期設定や点検時等の設定時等に単位変換器ごとにステーション番号をそれぞれ設定することなく、自動的に単位変換器のステーション番号を設定することができる。

本実施形態の電力変換装置１０では、シリアルデータにＣＲＣ演算処理を行ってＣＲＣデータを付加し、デイジーチェーン接続された制御装置および単位変換器でそれぞれＣＲＣチェックを行う。ＣＲＣチェックによって、エラーが検出された場合には、検出されたエラーコードでＣＲＣデータを更新するので、その後のチェック工程を短期間に完了することができる。そのため、各伝送部におけるシリアルデータの処理時間の短縮をはかることができる。

（第２の実施形態）
本実施形態では、シリアルデータを転送する単位変換器が、他の単位変換器の変換器データを取得し、自己および他の変換器データにもとづいて、保護協調動作を行う。

図６および図７は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図６には、フローチャートのフローやステップを実行する装置あるいはブロックが合わせて示されている。図６に示すように、本実施形態では、電力変換装置は、上述の他の実施形態の場合と異なる単位変換器２３０を含む電力変換器を備える。その他の構成要素は、上述の他の実施形態の場合と同一であり、同一の構成要素には、同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。

本実施形態では、制御装置５０は、上述の他の実施形態の場合と同じであり、伝送部５２は、同じフローチャート（ステップＳＣ１〜ＳＣ７）を実行する。単位変換器２３０は、伝送部２３２と、制御部２３３と、保護協調部２３５と、を含む。伝送部２３２は、上述の実施形態の場合と一部が異なるフローチャートを実行する。制御部２３３は、伝送部２３２とのデータの送受信のほか、新たに設けられた保護協調部２３５からの指令を受け取る。

ステップＳＵ１〜ＳＵ５およびステップＳＵ６〜ＳＵ１０については、上述の他の実施形態の場合と同じなので、ステップＳＵ２０１について説明する。

ステップＳＵ２０１は、この例では、ステップＳＵ５の後に実行されるが、任意の順序で実行されてもかまわない。ステップＳＵ５では、伝送部２３２が、ステーション番号ｋに対応する制御データＤＴｕｋを取り出している。ステップＳＵ２０１において、伝送部２３２は、他の単位変換器に対応する変換器データＤＣｕｋ’（ｋ’≠ｋ）をすべて取り出す。伝送部２３２は、取り出した他の単位変換器の変換器データＤＣｕｋ’を保護協調部２３５に供給する。なお、すべての変換器データＤＣｕｋ，ＤＣｕｋ’には、上述したように、自己が故障状態（バイパス状態）にあるか否かを表すフラグが含まれている。

図７には、保護協調部２３５の動作のフローチャートの例が示されている。
図７に示すように、ステップＳＢ２０１において、保護協調部２３５は、変換器データからバイパス状態を表すフラグが立っているものを抽出し、バイパス数を取得する。

ステップＳＢ２０２において、保護協調部２３５は、取得したバイパス数と、あらかじめ設定された判定値である冗長設定の台数とを比較する。バイパス数が冗長設定の台数よりも大きい場合には、処理を次のステップＳＢ２０３に遷移させる。バイパス数が冗長設定以下の場合には、ステップＳＢ２０１に戻って待機する。

ステップＳＢ２０３において、保護協調部２３５は、ゲートオフ指令を生成し、ゲートブロック信号を出力する。保護協調部２３５は、ゲートオフ指令を出力し、ゲートオフ指令を受信した、単位変換器３０の他の部分でゲートブロック信号を生成して出力してもよい。ゲートブロック信号は、他のすべての単位変換器２３０に供給され、電力変換器は停止する。

ステップＳＵ２０１の後、伝送部２３２は、処理を次のステップＳＵ６に遷移させる。以降、上述の他の実施形態の場合と同様に動作する。

本実施形態の電力変換装置の効果について説明する。シリアルデータには、すべての単位変換器の変換器データが書き込まれている。本実施形態では、単位変換器２３０が保護協調部２３５を含んでおり、単位変換器２３０が他の単位変換器２３０の変換器データを読み込んで、バイパス状態の単位変換器の台数をカウントすることができる。

一般には、単位変換器のバイパス台数による保護協調動作は、制御装置側で判定して、ゲートブロック信号を生成する。そのため、制御装置がシリアルデータを電力変換器に伝送し、デイジーチェーンの終端の単位変換器から伝送されてくるシリアルデータを受信するまで、単位変換器の故障台数による保護協調動作をすることができない。

本実施形態によれば、上述のとおり、単位変換器の故障台数が所定数に達した時点で電力変換器をゲートブロックにより停止させることができる。したがって、より安全かつ買う実に電力変換装置の保護を行うことができる。

（第３の実施形態）
本実施形態では、シリアルデータに単位変換器の設置数があらかじめ設定されている。本実施形態の電力変換装置は、シリアルデータに設定された設置数により、データの異常有無をチェックする。

図８は、本実施形態において、制御装置と電力変換器との間で相互に伝送されるシリアルデータを例示する模式図である。
図９は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図８に示すように、本実施形態では、シリアルデータは、単位変換器３０の設置数Ｎを含む点で、上述の他の実施形態の場合と相違する。
図９に示すように、本実施形態の電力変換装置は制御装置３５０を備える。電力変換器側の構成は、第１の実施形態の場合と同様である。電力変換器側の構成は、第２の実施形態の場合の構成と同一となるようにしてもよい。

制御装置３５０は、伝送部３５２を含む。伝送部３５２は、上述の他の実施形態の場合とは異なるフローチャートを実行する。伝送部３５２が実行するフローチャートは、他の実施形態の場合のフローチャートと、ステップＳＣ１〜ステップＳＣ７については同一であり、ステップＳＣ３０１，ＳＣ３０２が追加された点で相違する。

この例では、ステップＳＣ１の後にステップＳＣ３０１が実行される。ステップＳＣ３０１において、伝送部３５２は、シリアルデータＤＳｕの該当する位置に単位変換器の設置数Ｎをセットする。変換器の設置数Ｎは、制御装置３５０にデイジーチェーン接続された単位変換器の台数である。この例では、Ｎ＝２×ｎ（＝ｎ＋ｎ）である。

ステップＳＣ７の後にステップＳＣ３０２が実行される。ステップＳＣ３０２において、伝送部３５２は、シリアルデータＤＳｕの変換器の設置数Ｎとカウントｉとを比較する。

この場合においては、カウントｉは、電力変換器側で、シリアルデータがすべての単位変換器を転送され、単位変換器ごとにカウントｉに１が加算されて更新されている。したがって、電力変換器側が正常な構成であれば、Ｎ＝ｉとなる。Ｎ≠ｉの場合には、電力変換器側の構成に異常があるものと考えられる。

ステップＳＣ３０２で、Ｎ＝ｉと判定された場合には、伝送部３５２は、次の処理に遷移させる。ステップＳＣ３０２で、Ｎ≠ｉと判定された場合には、単位変換器の構成に異常があるものとして処理を中止する。

単位変換器の構成異常とは、たとえば、初期設定において、単位変換器に光ファイバケーブルを誤接続した場合等である。光ファイバケーブルの誤接続によって、本来の単位変換器の台数が計数されず、Ｎ≠ｉとなり得る。

本実施形態では、シリアルデータを伝送して、最終の単位変換器から転送されたシリアルデータをチェックすることによって、単位変換器の誤接続等の不具合を検出することができる。

（第４の実施形態）
シリアルデータをデイジーチェーン接続された単位変換器に転送して、制御データを設定する場合には、それぞれの単位変換器において、転送に要する時間の遅れが存在する。そのため、対象の単位変換器についてゲート駆動信号の動作タイミング等を合わせる必要がある。
図１０は、本実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図１１は、本実施形態の一部を例示するブロック図である。
図１０に示すように、本実施形態の電力変換装置は、制御装置３５０と、カスケード接続された単位変換器４３０を含む電力変換器と、を備える。制御装置３５０は、上述の第３の実施形態の場合の制御装置と同じであるが、他の実施形態の場合の制御装置５０であってもよい。なお、伝送し、転送するシリアルデータは、単位変換器の設置数Ｎのデータを含んでいる必要がある。

単位変換器４３０は、伝送部４３２と、制御部４３３と、遅延時間設定部４３６と、を含む。伝送部４３２は、上述の他の実施形態の場合の伝送部とは異なるフローチャートを実行する。遅延時間設定部４３６は、シリアルデータから取り出した制御データＤＴｕｋおよびその単位変換器で設定すべき遅延時間補正値を入力して、遅延時間補正値に応じたタイミングで制御データＤＴｕｋを制御部４３３に供給する。

伝送部４３２が実行するフローチャートは、ステップＳＵ１〜ＳＵ４およびステップＳＵ６〜ＳＵ１０については、上述の他の実施形態の場合と同じであり、ステップＳＵ４０１〜ＳＵ４０３が追加された点で相違する。

この例では、ステップＳＵ４の後にステップＳＵ４０１〜ＳＵ４０３が追加されている。ステップＳＵ４では、更新されたカウントｉは、自己のステーション番号にセットされている。ステップＳＵ４０１において、伝送部４３２は、自己のステーション番号に対応する制御データＤＴｕｋを取り出して、取り出した制御データＤＴｕｋを遅延時間設定部４３６に供給する。

ステップＳＵ４０２において、伝送部４３２は、設置数Ｎから自己のステーション番号ｉを減算する。減算された値は、自己から最終端の単位変換器までの台数を表している。

ステップＵ４０３において、伝送部４３２は、単位変換器１台当たりにシリアルデータの転送に要する遅延時間およびステップＳＵ４０２で計算された台数に応じた補正値（Ｎ−ｉ）を乗算して、結果を遅延時間設定部４３６に供給する。

図１１に示すように、遅延時間設定部４３６は、複数のフリップフロップ４３６ａと、選択スイッチ４３６ｂと、を含む。フリップフロップ４３６ａは、縦続接続されている。つまり、１段目のフリップフロップ４３６ａの出力に２段目のフリップフロップ４３６ａの入力Ｓが接続され、フリップフロップ４３６ａの出力Ｑは、次段のフリップフロップ４３６ａの入力Ｓに接続されている。フリップフロップ４３６ａは、デイジーチェーン接続されている単位変換器の設置台数分、すなわちＮ段接続されている。

選択スイッチ４３６ｂには、Ｎ個のフリップフロップ４３６ａの出力が接続されている。選択スイッチ４３６ｂには、自己から最終端の単位変換器までの台数に応じた補正値（Ｎ−ｉ）が入力される。選択スイッチ４３６ｂは、補正値（Ｎ−ｉ）が入力された場合には、（Ｎ−ｉ）段目のフリップフロップ４３６ａの出力を選択する。

本実施形態の電力変換装置の効果について説明する。
本実施形態では、遅延時間設定部４３６によって、デイジーチェーン接続された順に補正すべき遅延時間を各変換器データの実行時間を補正することができる。遅延時間設定部４３６や、対応するプログラムのステップを、上述した他の実施形態の場合のプログラム等に容易に追加することによって、容易に実現することができる。

以上説明した実施形態によれば、設定時に自動的にステーション番号を設定する電力変換装置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 交流回路、１０ 電力変換装置、２０ 電力変換器、２２ アーム、２４ バッファリアクトル、３０，２３０，４３０ 単位変換器、３２，２３２，４３２ 伝送部、３３，２３３，４３３ 制御部、３４ 主回路、５０，３５０ 制御装置、５２，３５２ 伝送部、２３５ 保護協調部、４３６ 遅延時間設定部

Claims (4)

1. 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とループ状にデイジーチェーン接続されて、前記複数の単位変換器の制御のためのシリアルデータを相互に伝送する制御装置と、
   を備え、
   前記複数の単位変換器は、
   前記デイジーチェーン接続にしたがって前記制御装置から前記シリアルデータを受信する最初の単位変換器と、
   前記デイジーチェーン接続にしたがって前記制御装置に前記シリアルデータを送信する最後の単位変換器と、
   前記最初の単位変換器と前記最後の単位変換器との間に接続され、前記デイジーチェーン接続にしたがって前記シリアルデータを順次受信し送信する残りの単位変換器と、
   を含み、
   前記シリアルデータは、
   前記複数の単位変換器の台数の計数値を表し、前記計数値に応じて変化させるカウントと、
   前記複数の単位変換器をそれぞれ制御するための複数の制御データと、
   前記複数の単位変換器の測定データをそれぞれ含む複数の変換器データと、
   を設定し更新可能となるように構成され、
   前記複数の制御データは、前記複数の単位変換器から自己の単位変換器を識別するステーション番号にそれぞれ対応づけられ、
   前記複数の変換器データは、前記ステーション番号にそれぞれ対応づけられ、
   前記制御装置は、前記シリアルデータについての制御装置処理を実行し、
   前記制御装置処理は、
   前記カウントを初期値に設定するステップと、
   前記複数の制御データを設定するステップと、
   前記カウントおよび前記複数の制御データが設定された前記シリアルデータを前記最初の単位変換器に送信するステップと、
   を含み、
   前記最初の単位変換器は、設定された前記シリアルデータを受信すると、受信した前記シリアルデータを更新する変換器処理を実行し、更新した前記シリアルデータを前記残りの単位変換器の１つに送信し、
   前記残りの単位変換器のそれぞれは、更新された前記シリアルデータを受信すると、前記変換器処理を実行し、更新した前記シリアルデータを前記残りの単位変換器のうちの隣接する単位変換器または前記最後の単位変換器に送信し、
   前記最後の単位変換器は、更新された前記シリアルデータを受信すると、前記変換器処理を実行し、更新した前記シリアルデータを前記制御装置に送信し、
   前記変換器処理は、
   前記カウントに１を加算して前記カウントを更新するカウント更新ステップと、
   前記カウント更新ステップで更新された前記カウントを前記複数の単位変換器から自己を識別するステーション番号に設定するステーション番号設定ステップと、
   前記複数の変換器データのうち、前記ステーション番号設定ステップで設定された前記自己を識別するステーション番号に対応する変換器データを、自己の測定データで更新する変換器データ更新ステップと、
   を含む電力変換装置。
2. 前記複数の変換器データは、前記ステーション番号に対応する前記複数の単位変換器が故障か否かを表すフラグデータをそれぞれ含み、
   前記変換器処理は、受信した前記シリアルデータから、前記自己を識別するステーション番号を除くすべてのステーション番号に対応する変換器データを取得する故障変換器データ取得ステップを含み、
   前記複数の単位変換器のそれぞれは、前記故障変換器データ取得ステップを実行した際に、前記自己を識別するステーション番号を除くすべてのステーション番号に対応する変換器データのうち、前記フラグデータによって故障であることを示している変換器データの数が所定値よりも大きい場合には、前記電力変換器の動作を停止する請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記シリアルデータは、デイジーチェーン接続された前記複数の単位変換器の台数のデータを含み、
   前記制御装置処理は、
   前記最後の単位変換器によって更新された前記シリアルデータを受信するステップと、
   更新された前記シリアルデータを受信した後に、受信した前記シリアルデータの前記カウントと、前記複数の単位変換器の台数のデータと、を比較して前記デイジーチェーン接続が正常か否かを判定するステップと、
   を含む請求項１または２に記載の電力変換装置。
4. 前記シリアルデータは、デイジーチェーン接続された前記複数の単位変換器の台数のデータを含み、
   前記変換器処理は、
   前記複数の制御データのうち、前記自己を識別するステーション番号に対応する自己の制御データを取り出す制御データ取得ステップと、
   前記複数の単位変換器の台数のデータおよび前記カウント更新ステップで更新された前記カウントにもとづいて、前記自己の制御データについての遅延補正時間を設定する遅延補正時間設定ステップと、
   を含む請求項１〜３のいずれか１つに記載の電力変換装置。

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