WO2022208619A1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
[電力変換装置の全体構成]
図1は、本実施の形態に係る電力変換装置1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(SM)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」または「単位変換器」とも呼ばれる。
交流電圧検出器10は、交流回路12のU相の交流電圧Vacu、V相の交流電圧Vacv、および、W相の交流電圧Vacwを検出する。以下の説明では、Vacu、Vacv、および、Vacwを総称してVacとも記載する。
図2は、制御保護装置の概略構成を示すブロック図である。図2を参照して、制御保護装置3は、指令生成部20と、無線通信モジュール21~27とを含む。双方向通信(デュープレックス)および多元接続のために、各無線通信モジュールには複数のチャネルが割り当てられる。
図3は、図2の指令生成部のハードウェア構成例を示すブロック図である。図3には、コンピュータによって指令生成部20を構成する例が示される。
図4は、図2の指令生成部の機能構成例を示すブロック図である。図4を参照して、指令生成部20は、直流電圧指令生成部50と、交流電圧指令生成部51と、循環電流指令生成部52と、コンデンサ電圧指令生成部53と、アーム電圧指令生成部54とを含む。
Iccu=(Ipu+Inu)/2-Idc/3 …(1)
によって計算できる。循環電流Iccv,Iccwについても同様に計算できる。
図5は、サブモジュール側の複数の無線ノードの構成例を示すブロック図である。図5には、U相上アーム側の無線ノードの構成と、対応する制御保護装置3側の無線通信モジュール21,22とが示されている。他のアーム用の無線ノードの構成も同様である。
図6は、変換器バルブタワーの構成例を示す斜視図である。図6の斜視図は、図5のU相上アーム用の第1番目のグループ60_U1_1に対応する変換器バブルタワーの物理的な構成例を示す。図6では、第1番目のグループ60_U1_1に属する変換器モジュール61の個数mを5とし、各変換器モジュール61に属するサブモジュール7の個数pを8としている。
図7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7に示すサブモジュール7は、ハーフブリッジ型のブリッジ回路80HBと、ゲート駆動部81と、蓄電素子としての直流コンデンサ84と、電圧検出部87と、通信部88とを含む。
以下、実施の形態1の電力変換装置において、通信接続形態の特徴および効果についてまとめる。
実施の形態2では、実施の形態1で示した第1の多元接続方式として周波数分割多元接続を用い、第2の多元接続方式として時分割多元接続方式を用いる例について説明する。
図8は、周波数分割多元接続方式による周波数割り当て例を示す図である。図8では、ブロードキャスト通信用に3個の周波数チャネルが割り当てられ、各アームの個別情報の通信用にn個の周波数チャネルを割り当てられる。これにより、通信の衝突を避け、多数チャネルの双方向の同時通信が可能になる。
図9は、無線通信フローを示すタイミング図である。図9には、制御保護周期の1周期分のタイミングチャートが示されている。
上記のとおり実施の形態2の電力変換装置によれば、実施の形態1で示した第1の多元接続方式として周波数分割多元接続が用いられ、第2の多元接続方式として時分割多元接続方式が用いられる。具体的に、サブモジュール7側から制御保護装置3への上り方向の通信では、アームごとに複数(n個)の周波数チャネルが割り当てられ、各周波数チャネルに複数台(m台)の無線ノード62が割り当てられる。さらに、各周波数チャネルに割り当てられた無線ノード62ごとに個別のタイムスロットが割り当てられる。これにより、通信の調停または通信衝突後の再送信による時間ロスを回避でき、無駄時間の少ない低遅延通信を実現できる。
実施の形態3では、各無線ノード62のPWM制御部66の動作について説明する。特に、位相シフトPWM制御において、サブモジュール7が故障した場合の位相シフト量の再調整について説明する。
図10は、無線ノードに設けられたPWM制御部の動作を説明するためのブロック図である。図10を参照して、PWM制御部66は、キャリア信号生成器90と比較器91とを含む。
Δ=T/(n×m×p) …(2)
で与えられる。
D=T/(n×m) …(3)
で与えられる。さらに、第x番目のグループの第y番目の無線ノード62に接続されたz=1番目のキャリア信号の位相シフト量は、
[m(x-1)+y-1]・D …(4)
のように表される。
図7を参照して説明したように、サブモジュール7が故障した場合には、バイパススイッチSWの接点が閉じられることにより、当該サブモジュール7が短絡される。この場合、残りのサブモジュール7に用いられるキャリア信号の位相シフト量が不均一にならないように、位相シフト量を再調整する必要がある。
Δ=D/(p-q) …(5)
に設定する。故障したサブモジュール7が含まれていない他の変換器モジュール61では、位相シフト量の再調整は行われない。
実施の形態3の電力変換装置1によれば、ある変換器モジュール61においてサブモジュール7が故障した場合には、当該変換器モジュール61の正常なサブモジュール7について位相シフト量が均等になるように局所的に再調整される。これによって、アーム全体のサブモジュール7ごとの位相シフト量を再調整する必要がないので、制御保護装置3と各サブモジュール7側の無線ノード62との間の無線通信量を削減できる。
Claims (7)
- 電力変換装置であって、
各々が単位変換器として用いられ互いにカスケード接続された複数のサブモジュールを含むアームと、
各々が第1の受信機および第1の送信機を含む複数の無線ノードとを備え、
前記複数の無線ノードの各々は、前記アームを構成する前記複数のサブモジュールのうちの対応する複数のサブモジュールと有線通信により接続され、
前記複数の無線ノードの各々は、前記第1の受信機を介して受信した制御保護指令に基づくゲート制御信号を前記対応する複数のサブモジュールの各々に送信し、前記対応する複数のサブモジュールから受信した個別情報を前記第1の送信機を介して送信し、
前記複数の無線ノードは、複数のグループに分割され、
前記複数のグループには、第1の多元接続方式の複数のチャネルがそれぞれ割り当てられ、前記複数のグループの各々に含まれる複数の無線ノードには、前記第1の多元接続方式の対応するチャネルを分割した第2の多元接続方式の複数のサブチャネルがそれぞれ割り当てられ、
前記複数の無線ノードの各々の前記第1の送信機は、割り当てられたチャネルおよびサブチャネルを介して前記個別情報を送信し、
前記電力変換装置は、制御保護装置をさらに備え、
前記制御保護装置は、
前記第1の多元接続方式の前記複数のチャネルと異なるチャネルを介して、前記複数の無線ノードの各々の前記第1の受信機に共通の前記制御保護指令を同時送信する第2の送信機と、
前記複数のグループにそれぞれ対応し、各々が、対応するグループに含まれる前記複数の無線ノードから前記対応するグループに割り当てられたチャネルを介して前記個別情報を受信する複数の第2の受信機とを含む、電力変換装置。 - 前記第1の多元接続方式は周波数分割多元接続であり、前記第2の多元接続方式は時分割多元接続である、請求項1に記載の電力変換装置。
- 前記複数のグループの各々に含まれる前記複数の無線ノードには、個別のタイムスロットが割り当てられ、前記複数の無線ノードの各々の前記第1の送信機は、割り当てられた前記タイムスロットにおいて前記個別情報を送信する、請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記複数の無線ノードの各々は、前記制御保護装置から受信したタイミング信号に基づいて時刻同期を行う、請求項2または3に記載の電力変換装置。
- 前記複数の無線ノードの各々は、前記制御保護指令に含まれる電圧指令値をキャリア信号と比較することによって位相シフトパルス幅変調方式による前記ゲート制御信号を生成する、請求項1~4のいずれか1項に記載の電力変換装置。
- 前記複数の無線ノードの各々は、前記対応する複数のサブモジュールのうちで故障したサブモジュールが存在する場合には、前記対応する複数のサブモジュールから前記故障したサブモジュールを除いた残りの複数のサブモジュールに対応する位相シフト量が均等になるように、局所的に位相シフト量を調整する、請求項5に記載の電力変換装置。
- 前記複数のグループの各々を構成する複数の無線ノードとこれらの無線ノードに接続された複数のサブモジュールは、前記複数の無線ノードにそれぞれ対応して設けられて上下方向に積み上げられた複数の絶縁性容器に収納され、
前記複数の絶縁性容器の各々には、対応する無線ノードと前記対応する無線ノードに接続された複数のサブモジュールとが収納される、請求項1~6のいずれか1項に記載の電力変換装置。
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