(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力供給ネットワークに接続されているモジュラー変換器を制御する方法であって、
前記モジュラー変換器は、
大電力半導体デバイスを備えていて、接続された電力の出力を有する、複数の変換器モジュールと、
それぞれの変換器モジュールに関連付けられていて、通信と処理の能力を与えられている、スレーブ制御装置と、
を備えていて、
ワイヤレス通信システムを使用して、前記モジュラー変換器のスレーブ制御装置とマスタ制御装置との間で、制御信号が送られ、
前記方法は、前記制御信号を前記スレーブ制御装置に送信するステップを含み、
前記制御信号は、１つ以上のデータパケットを含み、
前記１つ以上のデータパケットは、望ましい総電力の出力を得るために、前記スレーブ制御装置のクロックを他のスレーブ制御装置に同期させるための前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報と、制御情報とを備えている、方法。
【請求項２】
前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報を備えている、所定の時間スロットの割り振りに従って、前記１つ以上のデータパケット中の前記制御信号を、前記スレーブ制御装置に送信するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報を備えている、所定の時間スロットの割り振りに従って、１つ以上のコード化されたスイッチング信号として含まれている、モジュラー変換器のスイッチング動作が行われるときの時間値（ｔｉ）を備えている前記制御信号を、前記スレーブ制御装置に送信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
スイッチングが行われる近い将来における１又は複数の時間点についての情報のスケジュールを有する情報を備えている１つ以上のデータパケットを、前記スレーブ制御装置に送信するステップを含む、請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記ワイヤレス通信システムの前記時間同期情報がワイヤレス送信のフレーム中の時間スロット中のコード又は同期ワードによって決定されている、１つ以上のデータパケットを、前記マスタ制御装置から、前記モジュラー変換器の各スレーブ制御装置に送信するステップを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記ワイヤレス通信システムの前記時間同期情報が時間スロット中のコード又は同期ワード、或いはフレーム番号、若しくはこの両者によって決定されている、１つ以上のデータパケットを、前記マスタ制御装置から、前記モジュラー変換器のスレーブ制御装置に送信するステップを含む、請求項１又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記変換器モジュールのうちの１つの変換器モジュールに関連付けられているスレーブ制御装置において、前記所定の時間スロットの割り振りに従って、前記１つ以上のデータパケットを受信するステップと、
フレーム中の前記１つ以上のデータパケット中の絶対時間を示す時間情報に従って、前記スレーブ制御装置のクロックを同期させるステップと、
を含む、請求項１又は５に記載の方法。
【請求項８】
変換器モジュールに関連付けられているスレーブ制御装置において、前記所定の時間スロットの割り振りに従って、前記スレーブ制御装置に宛てられていない、１つ以上のデータパケットを受信するステップと、
前記１つ以上のデータパケット中の時間同期情報に基づいて、前記スレーブ制御装置のクロックを同期させるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
所定の時間スロットの割り振りによって、前記１つ以上のデータパケット中の前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報を送信するステップを含み、
前記１つ以上のデータパケット中の前記時間同期情報は、前記マスタ制御装置のノードから、フレーム中の、マスタ制御装置とスレーブ制御装置との通信に割り振られた前記所定の時間スロットによって与えられる、請求項１乃至８の何れか１項に記載の方法。
【請求項１０】
ワイヤレス無線と、光リンクと、ＩＲ拡散と、ＩＲ光リンクと、磁気結合と、静電結合とから成るグループのうちの何れかを備えるワイヤレス技術を使用して、所定の時間スロットの割り振りによって、前記１つ以上のデータパケット中の前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報を送信するステップを含む、請求項１乃至９の何れか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電力供給ネットワークに接続されているモジュラー変換器を制御するシステムであって、
前記モジュラー変換器は、
大電力半導体デバイスを備えていて、接続された電力の出力を有する、複数の変換器モジュールと、
それぞれの変換器モジュールに関連付けられていて、通信と処理の能力を与えられている、スレーブ制御装置と、
を備えていて、
ワイヤレス通信システムを使用して、前記モジュラー変換器のスレーブ制御装置と、マスタ制御装置との間で、制御信号が送られ、
前記システムは、前記制御信号を前記スレーブ制御装置に送信する少なくとも１つのワイヤレス送信機を備えていて、
前記少なくとも１つのワイヤレス送信機は、１つ以上のデータパケットを含む前記制御信号を、前記スレーブ制御装置に送るように構成されていて、
前記１つ以上のデータパケットは、望ましい総電力の出力を得るために、前記スレーブ制御装置のクロックを他のスレーブ制御装置に同期させるための前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報と、制御情報とを備えている、システム。
【請求項１２】
１つ以上のスレーブ制御装置の各々が、前記モジュラー変換器に関連付けられているワイヤレス受信機を備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記スレーブ制御装置のうちの１つ以上のスレーブ制御装置が、コンピュータプログラムがロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラムが、前記１つ以上のデータパケット中の前記時間同期情報に基づいて前記スレーブ制御装置のクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記スレーブ制御装置のうちの１つ以上のスレーブ制御装置が、コンピュータプログラムがロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラムが、モジュラー変換器のためのコード化された制御又はスイッチング信号を処理して、前記１つ以上のデータパケット中の前記時間同期情報に基づいて前記スレーブ制御装置のクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記スレーブ制御装置のうちの１つ以上のスレーブ制御装置が、コンピュータプログラムがロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラムが、前記モジュラー変換器のスイッチングを近い将来におけるいつ及び１つ以上のどの時間点で行うかについてのスケジュールを有するワイヤレスで受信した情報に基づいて前記スレーブ制御装置のクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記スレーブ制御装置のうちの１つ以上のスレーブ制御装置が、コンピュータプログラムがロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラムが、１つ以上のデータパケットを備えている通信プロトコルフレーム中の時間同期情報に基づいて前記スレーブ制御装置のクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記スレーブ制御装置のうちの１つ以上のスレーブ制御装置が、コンピュータプログラムがロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラムが、前記スレーブ制御装置に宛てられていない１つ以上のデータパケット中の時間同期情報に基づいて前記スレーブ制御装置のクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記スレーブ制御装置のうちの１つ以上のスレーブ制御装置が、前記１つ以上のデータパケット中の前記時間同期情報に基づいて前記スレーブ制御装置のクロックを同期させる方法の一部を実行するように構成されている構成可能なハードウェアを有するプロセッサを備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記スレーブ制御装置のうちの１つ以上のスレーブ制御装置が、前記スレーブ制御装置に宛てられていない前記１つ以上のデータパケット中の前記時間同期情報に基づいて前記スレーブ制御装置のクロックを同期させる方法の一部を実行するように構成されている構成可能なハードウェアを有するプロセッサを備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
前記スレーブ制御装置のうちの１つ以上のスレーブ制御装置が、モジュラー変換器のためのコード化された制御又はスイッチング信号を処理する、並びに／或いは前記１つ以上のデータパケット中の前記時間同期情報に基づいて前記スレーブ制御装置のクロックを同期させる方法の一部を実行するように構成されている構成可能なハードウェアを有するプロセッサを備えている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記スレーブ制御装置は、時分割多重ワイヤレス通信プロトコルに適合するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２２】
前記ワイヤレス通信システムは、ワイヤレス無線と、光リンクと、ＩＲ拡散と、ＩＲ光リンクと、磁気結合と、静電結合とから成るグループのうちの何れかを備えているワイヤレス技術を使用して、所定の時間スロットの割り振りによって、データパケットを送信するように構成されている、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２３】
請求項１乃至１０の何れか１項に記載の方法のステップをコンピュータ又はプロセッサに実行させるコンピュータコード又はソフトウェアコード部分を備えている、電力供給ネットワークに接続されているモジュラー変換器を制御するコンピュータプログラム。
【請求項２４】
コンピュータプログラムがコンピュータ上で実行されているときに、請求項１のステップを実行させるソフトウェアコード部分を備えている、ディジタルコンピュータの内部メモリに直接にロード可能なコンピュータプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーエレクトロニクス制御装置と大電力半導体スイッチングデバイスのネットワークとの通信に関する。特に、本発明は、静止型周波数変換器としても知られている複数の電力変換器とのワイヤレス通信と、前記複数の電力変換器の同期化とに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力ネットワーク（electrical power networks）は、ほとんどの場合に、公称固定電圧及び周波数で動作する。可変電圧及び／又は周波数で電力を出力する、ある特定のタイプの機器、例えば発電機は、電力変換器としても知られている静止型周波数変換器を使用して接続され得る。電力変換器を操作するゲートスイッチング信号を生成する様々な方法がある。これらの方法のうちの１つの既知の方法は、直接トルク制御（direct torque control, DCT）であり、別の周知の方法は、パルス幅変調（pulse width modulated, PWM）である。電力変換器は、可変電力の出力を制御して、可変電力の出力を、固定の公称特性値を有する電力ネットワークの許容電力の入力に変換するように構成され得る。例えば、風力発電機の電力の出力は、風速に応じて変化する性質があるので、風速が変化すると、発電機の出力の電圧と周波数が変化する。例えば、このような可変電源を制御してスイッチするように、ＰＷＭ電力変換器を構成して、電力ネットワークへの、結果として得られた電力の入力を公称固定電圧及び周波数に適合させてもよい。
【０００３】
電力変換器をスイッチする方法は、国際特許出願ＷＯ２００６／０３９８２３に記載されている。国際特許出願ＷＯ２００６／０３９８２３は、「電力半導体スイッチを作動させる信号送信システムと、このタイプの信号送信システムを備えた変換器（Signal transmission system for activating a power semiconductor switch, and a converter equipped with a signal transmission system of this type）」という名称であり、アーベーベー・リサーチ・リミテッド（ABB Research Ltd.）に譲渡されている。ＷＯ２００６／０３９８２３は、制御装置(１１)からの少なくとも１つの電力半導体スイッチ(Ｓ１、Ｓ２、  、Ｓｎ)を作動させる働きをする信号送信システムについて記載している。少なくとも１つの制御信号を、制御装置(１１)から、少なくとも１本の第１の伝送経路(３)を介して、少なくとも１つの変調器(Ｍ１、Ｍ２、．．．、Ｍｎ)へ送信することができる。ＰＷＭ電力変換器へのワイヤレス制御信号及び／又は駆動信号は、光信号経路を使用して送信されることが、ここに開示されている。
【０００４】
ＵＳ２００８２８４２５２は、「電力変換器のパルス幅変調(ＰＷＭ)方式の同期及び移相の制御方法（Control methods for the synchronization and phase shift of the pulse width modulation (PWM) strategy of power converters）」という名称であり、コンバーチームテクノロジーリミテッド(Converteam Tech. Ltd.)に譲渡されており、複数の電力変換器１ａと、１ｂと、１ｃの制御を使用して、供給ネットワーク、ａｃ母線、等につなぐことを可能にする方法について記載している。各電力変換器は、同じスイッチング期間を有するパルス幅変調(ＰＷＭ)方式に従って動作するネットワークブリッジ（network bridge）１４を含んでいる。この方法は、時間基準点に対して異なる時間ずれを有する各ネットワークブリッジのスイッチング期間を提供して、供給ネットワークの電圧における少なくとも１つの望ましくない高調波を少なくとも部分的に消去することを含む。言い換えると、異なるタイミング信号を異なる変換器に送って、これらのタイミング信号を使用して、各変換器のクロックをローカルにオフセットさせる。
【０００５】
このような実施に対する技術的な課題は、ほんの数マイクロ秒μsの待ち時間を伴う非常に高速の通信リンクが、制御装置と各変換器との通信に必要であるということである。その代わりに、各変換器のローカルクロックは、数マイクロ秒までの十分な精度を維持するために、長い期間にわたって極めて正確でなければならず、これは、技術的な問題とコストの問題との両者を提起している。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、上述の問題のうちの１つ以上を改善することである。
【０００７】
この開示は、パワーエレクトロニクス制御装置と大電力半導体スイッチングデバイスのネットワークとの間のワイヤレス通信の使用について記載している。制御装置からの制御の決定は、個々のスイッチ又は一群のスイッチに宛てられたワイヤレスパケットとして送られる。通信システムの文脈において、制御装置をマスタ（master）と呼び、個々のスイッチングデバイス又は一群のスイッチングデバイスをスレーブ（slave）又はノード（node）と呼ぶ。周期的に繰り返される時間フレームの中の正確に範囲を定められたスロットにおいて、ワイヤレスパケットが単に送信され得るように、ワイヤレスエアーインターフェイスとプロトコルを設計する。パケットは、スロット番号を含み、更に、フレーム番号のようなより多くの粗い（coarse）タイミング情報を含み得る。このようにして、ワイヤレスエアーインターフェイスに組み込まれたスロット境界の分解能と少なくとも同じくらい良いタイミング分解能を有する共通の時間基準が、全ノードにおいて維持され得る。
【０００８】
オン／オフのスイッチングの決定を含んでいるパケットは、スイッチングが行われる将来の時間点についての情報を更に含んでいることが好ましい。制御アルゴリズムは、オン／オフのタイミング分解能に必要な１サイクル時間よりもかなり長いサイクル時間を有することができる。
【０００９】
本発明の実施形態の好ましい使用では、１つのパワーエレクトロニクス制御装置と、例えば電力変換器デバイス中の、幾つかの大電力スイッチングデバイスとの間のワイヤレス通信を使用する。一般に、このような変換器は、１つのＡＣ／ＤＣモジュール、例えば整流器と、１つ以上のＤＣ／ＡＣモジュール、例えばインバータとから構成されている。各整流器又はインバータは、大電力半導体デバイス、例えば統合ゲート転流型サイリスタ（integrated gate-commutated thyristor, IGCT）を含む。ＩＧＣＴは、オンとオフとに自在に変えることができる。通常は、高電圧と大電流とが存在する。
【００１０】
特定の時間点でオン又はオフに変えるように個々のスイッチ(例えば、電力変換器)に伝える一連の決定を、制御アルゴリズムが生成する。制御の決定は、個々のスイッチ(例えば、変換器)又は一群のスイッチに宛てられたワイヤレスパケットとして、制御装置から送られる。電力の損失を最小化し、且つ過剰な電流によって引き起こされる機器の損傷を回避するために、オン／オフ制御信号の正確なタイミングが不可欠である。要求されるタイミングの精度は、１マイクロ秒μsの範囲内である。
【００１１】
先ず、ワイヤレス通信を使用すると、老朽化を免れない通信ワイヤのケーブル接続が不要になる。更に、ワイヤレス通信は、高電位のデバイスと制御装置とのガルバニック分離（galvanic separation）を可能にする。更に、これは、電力変換器回路の再構成を容易にする。ノードの全てに対する共通の時間基準が、ノードと制御装置との間に確立される。更に、制御アルゴリズムのタイミングから正確な時間管理を切り離し、時間スロットのワイヤレスプロトコルに備わる正確なタイミングを利用して、ワイヤレスプロトコルのトランザクションのタイミングと、制御装置との両者に対する動作条件を緩和する技術的解決策を提供する。
【００１２】
添付の図面と併せて、次の詳細な説明を参照することによって、本発明の方法とシステムとがより完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１(先行技術)は、幾つかの電力変換器のＰＷＭ制御の既知のシステムの概略的なブロック図を示している。
【図２】図２は、概略図を示しており、  Ｏｐ２は、複数の変換器を制御する方法を開示しており、ここでは、本発明の実施形態に従って、制御信号をワイヤレスで通信し、各ローカルワイヤレスノードを同期させており、  Ｏｐ３は、Ｏｐ１に従う発明であって、特に、制御信号を通信する代わりの方法を開示しており、ここでは、本発明の実施形態に従って、制御信号の処理がローカルに行われており、  Ｏｐ４は、Ｏｐ１に従う発明であって、特に、制御信号を通信する代わりの方法を開示しており、ここでは、本発明の別の実施形態に従って、ローカルに処理された制御信号の中に制御パラメータが含まれている。
【図３】図３は、図２のＯｐ２に示されている本発明の実施形態に従って、電力ネットワークのフローチャートの概要図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１(先行技術)は、電力変換器のような大電力半導体デバイスで使用される既知のパルス幅変調(ＰＷＭ)方法を示している。この図は、電力ネットワークの一群の電力変換器１’を示している。制御装置(示されていない)は、２つの入力信号６と７とを生成する。信号６は、基準信号であり、スイッチング時に変換器から出力される望ましい電圧又は電流に相当し、一般に正弦波信号である。信号７は、搬送波信号、一般に鋸歯状信号である。
【００１５】
この図は、パワーエレクトロニクス制御装置によって生成される基本的な要素を示している。制御装置は、２つの信号、即ち、基準信号６と搬送波信号７とを生成する。基準信号６は、変調信号ｓ（ｔ）とも呼ばれる。基準信号６は、電力変換器の出力の望ましい波形を定めている。この望ましい波形は、一般に、制御可能な周波数の正弦波である。外部から、例えば電力ネットワークの源から、制御装置に与えられる制御パラメータ（control parameter, CP）が、この基準信号を特定する。ＣＰは、以下を含む。
【００１６】
（ｉ）周波数（例えば５０Ｈｚ、又は、変数、例として２００Ｈｚ）。
【００１７】
（ｉｉ）振幅。通常は、変調指数（＝基準信号の振幅／搬送波信号の振幅）として与えられる。
【００１８】
搬送波信号７は、一般に、５ｋＨｚの高い「スイッチング周波数」の鋸波状信号である。
【００１９】
これらの２つの信号は、比較器８に入る。搬送波信号が変調信号と交わる瞬間ｔｉに、ゲートスイッチング信号が決まる。ゲートスイッチング信号は、制御方式のもとで生成される。制御方式は、例えばＰＷＭであり得る。ｔｉにおいて、ゲートスイッチングコマンド(「オン／オフコマンド」又は「点弧パルス（firing pulse）」)が変換器に送られる。変換器におけるパワーエレクロニクスのゲートへの一連のスイッチングコマンドにより、望ましい電力の出力が生成される。スイッチングコマンドの時間精度は、マイクロ秒μsのオーダでなければならない。制御装置間における情報の配信と、続いて行われるマスタとスレーブとの通信とに対するオプションは、以下の通りであり、速度に関する通信リンクに対する条件が緩和される。
【００２０】
先行技術のＯｐ１に示されている方法は、ＷＯ２００６／０３９８２３から知られている。ＷＯ２００６／０３９８２３は、制御信号を集中して計算して、非常に高速の通信回線を使用することを開示している。マスタは、ＰＷＭを行って、スイッチング時間ｔｉにおいて、スイッチングコマンドをスレーブに直接に送信する。これは、集中型のアーキテクチャ(１１、図１)で、一般に光ファイバを通じて行われる。スレーブの同期化を必要としないので、この方法は、非同期と呼ばれ得る。即ち、スレーブは、そのモジュールのゲートに実際のスイッチングコマンドを送出（転送）しなければならないまさにその時間に、マスタからコマンドを受信する。他方で、この先行技術の方法は、数マイクロ秒μsの待ち時間を伴う非常に高速の通信リンクを必要とする。
【００２１】
本発明の態様の実施形態によると、モジュラー変換器についての幾つかの改善された通信のオプションがある。
【００２２】
図２は、幾つかの変換器モジュール１−４から構成されているモジュラー変換器２０の形式をとる本発明の実施形態に基づくアーキテクチャの概念を示している。マスタ制御装置１０は、制御信号をスレーブ制御装置に送信する。図２にワイヤレスノードＮ１−４として示されているように、スレーブ制御装置は、変換器モジュール１−４と一緒に配置されており、通信と処理の能力を与えられている。各ローカル又はスレーブ制御装置は、そのモジュールのパワーエレクトロニクスのゲートに直接に接続されていることが好ましい。
【００２３】
変換器モジュールの電力の出力を接続して、望ましい総出力電力を得る。従って、全てのモジュールにおけるゲートへのスイッチングコマンドを、数マイクロ秒μsの精度で同期させなければならない。
【００２４】
制御装置間における情報の配信と、続いて行われるマスタとスレーブとの通信とに対するオプションは、速度に関する通信リンクに対する条件を緩和する。
【００２５】
別の実施形態によると、Ｏｐ２、即ちオプション２の、コード化されたスイッチングコマンドの説明は、以下の通りである。マスタ又は制御装置１０は、ＰＷＭを行って、ｔｉの値を生成する。マスタ又は制御装置１０は、ディジタルメッセージの中のこの値又は恐らくは幾つかの後続の値をコード化し、このメッセージをスレーブＮ１−４に送信する。スレーブは、そのローカルクロックに基づいて、時間ｔｉにおいて、スイッチングコマンドをそのゲートに送出する。通信リンクはより遅くてもよいが、スレーブがクロックを数マイクロ秒μsの精度に同期させることが必要である。(遅延の問題が、このオプションを困難にする場合がある。)  
時分割多元接続(time division multiple access, TDMA)は、マスタからスレーブへのワイヤレス通信のための好ましい通信プロトコルである。スレーブとマスタとの通信のために、固定の周期的な時間スロットが各スレーブに割り振られる。これは、データ送信の決定論的な振る舞いを保証する。例えば、センサとアクチュエータとのためのワイヤレスインターフェイス（Wireless Interface for Sensors and Actuators, WISA)と呼ばれるアーベーベー（ABB）からのワイヤレス無線プロトコルは、ＴＤＭＡを使用している。オプション２乃至４では、スレーブのクロックを同期させなければならない。[６]は、ＴＤＭＡプロトコルに含まれるタイミングを利用することによって、この同期化を行うことを提案している。
【００２６】
周期的に繰り返される時間フレーム又はタイミンググリッドにおける範囲を正確に定められたスロットで、ワイヤレスパケットが単に送信され得るように、ワイヤレスエアーインターフェイスとプロトコルが設計されている。定められた数のスロットが、時間フレームを構成している。マスタ(制御装置)は、タイミングマスタである。マスタからのパケットの全て又は幾つかは、スロット番号を含んでおり、更に、より多くの粗いタイミング情報、例えばフレーム番号を含んでいてもよい。
【００２７】
各ノードＮ１−４は、ローカルタイマと何らかの処理能力とを有していると仮定する。ノードは、そのノード自体に宛てられたワイヤレスパケットでなくても、マスタから来た全てのワイヤレスパケットの中に組み込まれているタイミング情報を使用する。ノードがパケットを検出する度に、ノードはその内部タイマを調整する。望ましいタイミング分解能を維持するために、このような複数の調整の合間に、ノードの個々のクロック周波数が、定められた量を超えてドリフトできないようにしなければならない。これは、ノードの中のクロックの水晶をより高価なものにすることによって、又はマスタからのパケットの形式でより頻繁に調整することによって達成できる。
【００２８】
後者の場合に、通常の制御決定パケットの頻度が少な過ぎる場合は、定期的な間隔で、即ち、スロット毎に多くとも１パケットずつ、ダミーのパケットを挿入することができる。このやり方によって、全てのノードにおいて、時間の共通の概念が維持され得る。時間の共通の概念は、スロット境界の精度と少なくとも同じくらい良好なタイミング分解能を有し、多くの場合に、ビット又はシンボルの持続期間の＋／−２分の１の範囲であり、これがワイヤレスエアーインターフェイスに組み込まれる。所定のノードは、どれくらい頻繁に、及びどのスロットの中で、それ自身の制御パケットが到達するかとは無関係に、このシステム時間を維持することができる。
【００２９】
フローチャートの図３は、この方法を実行する一連の動作を示している。図３は、以下のことを示している。
【００３０】
３０  制御装置１０は、各変換器１−４に対してローカルに配置されているスレーブ又はノードＮ１−Ｎ４に、データパケットを送信する。
【００３１】
３２  ローカルノードは、そのノードに宛てられていても又は宛てられていなくても、受信した送信を処理して、時間同期情報を抽出して、ローカルクロックを更新する。
【００３２】
３３  ローカルノードは、受信した送信を処理して、そのノードに宛てられた任意の制御信号を処理する。
【００３３】
３５  ローカルノードは、時間ｔｉにおいてスイッチ信号を変換器に送る。
【００３４】
ステップ３３では、データパケットから、即ち、同期コード、スロット番号、フレーム番号、又はこれらのうちの何れかの組合せから、様々なやり方で時間同期情報が抽出され得る。
【００３５】
制御パケットは、オン／オフのスイッチングについての制御情報と、スイッチングが行われる近い将来の時間点についての情報とを含む必要がある。既に記載したように、正確なタイミングを別々に維持できるので、制御ループのサイクル時間は、オン／オフの決定レートを支援することだけが必要とされる。オン／オフの決定レートは、通常は、かなりより緩くされている。
【００３６】
ワイヤレスプロトコルの一例は、アーベーベーからの上述のワイヤレス無線プロトコルのＷＩＳＡ、即ち、センサとアクチュエータとに対するワイヤレスインターフェイスである。ＷＩＳＡマスタは、パケットを次から次へとほぼ連続的に送信する。パケットは、特定のノードに宛てられているか、又はダミーのパケットである。これは、＋／−０．５マイクロ秒までのタイミング分解能を備えており、一方で、任意の特定のノードへのパケットは、ミリ秒の単位で、例えば〜２ｍｓごとに、送信され得る。
【００３７】
別の好ましい実施形態によると、Ｏｐ３によって示されているように、通信が取り決められていてもよい。図２のオプション３は、基準信号の送信（分散型のＰＷＭ１のタイプ）について記載している。基準信号ｓｋのサンプルは、周期的に、例えばｍｓ当たりに１回、マスタ又は制御装置１０からスレーブにマルチキャストされる。この基準信号を与えられると、各スレーブＮ１−４は、ローカルに生成された搬送波を使用して、スイッチングの瞬間ｔｉを決定し得る。マルチキャスト通信リンクは、更により遅くてもよいが、ここでも、スレーブを同期させる必要がある。
【００３８】
別の好ましい実施形態によると、異なる通信方法が使用される。Ｏｐ４、オプション４では、制御パラメータの送信（分散型のＰＷＭ２）が行われる。幾つかの単にゆっくりと変化する制御パラメータＣＰ（例えば、変調指数）によって、基準信号を記述できる場合に、マスタ制御装置は、低速通信リンクによってこれらのパラメータを送ってもよい。次に、スレーブにおいて、ＰＷＭの生成を完全に行う。スレーブは同期していなければならない。低速リンクで通信できるが、このオプションは、オプション３ほどフレキシブルではない。
【００３９】
制御装置１０は、産業上の環境に適した任意の無線プロトコルを実行する、ワイヤレスＬＡＮのノードに接続されてもよく、及び／又は別の種類のワイヤレスノードであってもよい。このような任意の無線プロトコルは、例えば、ブルートゥース分科会（Bluetooth（登録商標） Special Interest Group, SIG）によって発行された任意の標準か、ＩＥＥＥ−８０２．１１、ＷｉＦｉ、超広帯域（Ultra Wide Band, UWB）、ジグビー（ZigBee（登録商標））又はＩＥＥＥ−８０２．１５．４、ＩＥＥＥ−８０２．１３又は同等のもの、或いは同様のものの任意のバリエーションである。例えばスペクトル拡散技術によるかなりの干渉抑制手段を備えた、ＩＳＭ帯域で作用する無線技術が好ましいかもしれない。更に、光リンクを使用して、ワイヤレス通信を実行してもよい。光リンクは、例えば、赤外線（Infra Red, IR）手段及びプロトコル、例として、ＩｒＤＡ、ＩｒＣＯＭＭ、又は同様のものを使用する。更に、磁気結合又は静電結合を使用して、ワイヤレス通信を実行してもよい。例えば、拡散ＩＲとも称されるオーバーザエア方法によって、ワイヤレスＩＲ通信を実行してもよい。
【００４０】
上述の図３又はこの明細書中の他の場所に記載されている実施形態の方法は、コンピュータのアプリケーションによって実行され得る。コンピュータのアプリケーションは、コンピュータプログラムの要素又はソフトウェアコードを含み、プロセッサ又はコンピュータにロードされたときに、コンピュータ又はプロセッサに方法のステップを実行させる。
【００４１】
クロックを同期させる方法の機能と、スイッチング信号を処理する方法の機能と、スイッチング信号を生成する方法の機能は、ディジタルの処理機能、アルゴリズム、及び／又はコンピュータプログラムによって、並びに／或いはアナログコンポーネント又はアナログ回路によって、若しくはディジタル機能とアナログ機能との両者の組み合わせによって実行され得る。同様に、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field Programmable Gate Array, FPGA）チップのような構成可能なハードウェアコンポーネントを使用して、この方法を実行してもよい。更に、他のタイプのハードウェアを使用してもよい。例えば、複合プログラマブル論理デバイス(Complex Programmable Logic Device, CPLD)又は特定用途向け集積回路(Application Specific Integrated Circuit, ASIC)を使用してもよい。
【００４２】
既に記載されているように、上述の方程式と、アルゴリズムと、データと、記憶されている値と、計算とを使用して、この方法をコンピュータに実行させる、コンピュータプログラムコード要素又はソフトウェアコード部分を含む１つ以上のコンピュータプログラムによって、本発明の方法を実行してもよい。プログラムの一部は、上述のプロセッサに記憶され得るだけでなく、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、又はＥＥＰＲＯＭチップ、或いは同様のメモリ手段にも記憶され得る。更に、プログラムは、部分的に又は全体的に、磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ又はＤＶＤディスク、ハードディスク、光磁気メモリ記憶手段のような、他の適切なコンピュータ読み出し可能媒体に又はその中に、揮発性メモリの中に、フラッシュメモリの中に、ファームウェアとして記憶されても、１つのデータサーバ又はデータサーバの１つ以上のアレイに記憶されてもよい。更に、メモリスティック及び他の取り外し可能なフラッシュメモリ、ハードドライブ、等のような取り外し可能なメモリ媒体を含む、他の既知の及び適切な媒体を使用してもよい。
【００４３】
参考文献  
［２］  ニコラ  セラノビック、ルク  メイセンク、ミッシェル  マズラ、ポール  ルドルフ、「電力半導体スイッチを作動させる信号送信システムと、このタイプの信号送信システムに備え付けられた変換器」。特許出願、アーベーベー・リサーチ、ＷＯ  ２００６／０３９８２３  Ａ２、優先日２００５年１０月４日（Nikola Celanovic, Luc Meysenc, Michael Mazur, Paul Rudolf, “Signal transmission system for activating a power semiconductor switch, and a converter equipped with a signal transmission system of this type”. Patent Application, ABB Research, WO 2006/039823 A2, Priority date 2005-10-4）。
【００４４】
［３］  ステファン  ブレホウト、フランシス  コスタ、「ワイヤレス送信による高電力ＩＧＢＴのゲート駆動」、ＣＥＳ／ＩＥＥＥ  第５回国際パワーエレクトロニクス及び動作制御協議会、ＩＰＥＭＣ  ２００６、２００６年８月１４−１６日（Stephane Brehaut, Francois Costa, “Gate driving of high power IGBT by wireless transmission,” CES/IEEE 5th International Power Electronics and Motion Control Conference, IPEMC 2006, 14-16 August 2006）。
【００４５】
［５］  「ＡＰＥＣ  ２００９：ＩＧＢＴのワイヤレス駆動」、パワーエレクトロニクスヨーロッパ、第３刊、２００９年(“APEC 2009: Wireless driving of IGBT,” Power Electronics Europe, Issue 3, 2009)。
【００４６】
上述は本発明の例示的な実施形態について記載しているが、請求項に定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、開示された解決策に対して行うことができる幾つかの変更と修正がある。従って、本発明は、異なるタイプの静止型周波数変換器に関連付けて実行され、様々な制御方法に従って制御され得る。制御方法は、ＰＷＭ又はＤＴＣに制限されない。特に、本発明は、ＴＤＭＡワイヤレスプロトコルと共に使用することに制限されず、単に、時間同期させるために使用され得る情報を送信できる任意のワイヤレスプロトコルを使用して適用され得る。
以下に、本願出願時の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[１]電力供給ネットワークに接続されている複数の電力変換器を制御する方法であって、
各電力変換器は、大電力半導体デバイスを備えていて、
ワイヤレス通信システムを使用して、前記複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器のワイヤレスノードと制御装置との間で、制御信号が送られ、
制御情報を備えている１つ以上のデータパケットを含む前記制御信号を、前記複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器のローカルワイヤレスノードに送信するステップと、
前記ローカルワイヤレスノードのクロックを前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報に同期させるステップと、
によって特徴付けられる、方法。
[２]前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報を備えている、所定の時間スロットの割り振りに従って、前記１つ以上のデータパケット中の前記制御信号を、前記ローカルワイヤレスノードに送信するステップによって特徴付けられる、前記[１]記載の方法。
[３]前記ワイヤレス通信システムの同期情報を備えている、所定の時間スロットの割り振りに従って、１つ以上のコード化されたスイッチング信号として含まれている、変換器のスイッチング動作が行われるときの時間値（ｔｉ）を備えている前記制御信号を、前記ローカルワイヤレスノードに送信するステップによって特徴付けられる、前記[１]に記載の方法。
[４]スイッチングが行われる近い将来における１又は複数の時間点についての情報のスケジュールを有する情報を備えている１つ以上のデータパケットを、前記ローカルワイヤレスノードに送信するステップによって特徴付けられる、前記[１]乃至[３]の何れか１つに記載の方法。
[５]前記ワイヤレス通信システムの前記時間同期情報がワイヤレス送信のフレーム中の時間スロット中のコード又は同期ワードによって決定されている、１つ以上のデータパケットを、前記制御装置から、前記複数の電力変換器の各ローカルワイヤレスノードに送信するステップによって特徴付けられる、前記[１]に記載の方法。
[６]前記ワイヤレス通信システムの前記時間同期情報が時間スロット中のコード又は同期ワード、或いはフレーム番号、若しくはこの両者によって決定されている、１つ以上のデータパケットを、前記制御装置から、前記複数の電力変換器のローカルワイヤレスノードに送信するステップによって特徴付けられる、前記[１]又は[５]に記載の方法。
[７]前記ワイヤレス通信システムを使用して、一群の選択された前記複数の電力変換器に宛てられた前記制御信号と、時間同期情報とを含む、１つ以上のデータパケットを、所定の時間スロットの割り振りに従って、ローカルワイヤレスノードに送信するステップによって特徴付けられる、前記[１]又は[６]に記載の方法。
[８]前記複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器に配置されているローカルワイヤレスノードにおいて、前記所定の時間スロットの割り振りに従って、前記１つ以上のデータパケットを受信するステップと、
フレーム中の前記１つ以上のデータパケット中の絶対時間を示す時間情報に従って、前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させるステップと、
によって特徴付けられる、前記[１]１又は[５]に記載の方法。
[９]前記複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器に配置されているローカルワイヤレスノードにおいて、前記所定の時間スロットの割り振りに従って、前記ローカルワイヤレスノードに宛てられていない、１つ以上のデータパケットを受信するステップと、
前記１つ以上のデータパケット中の時間情報に基づいて、前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させるステップと、
によって特徴付けられる、前記[１]に記載の方法。
[１０]所定の時間スロットの割り振りによって、前記ワイヤレス通信システムのデータパケットの時間同期情報を送信するステップによって特徴付けられ、
前記１つ以上のデータパケット中の前記時間情報は、前記制御装置のノードから、フレーム中の、制御装置とローカルワイヤレスノードとの通信に割り振られた前記所定の時間スロットによって与えられる、前記[１]乃至[９]の何れか１つに記載の方法。
[１１]ワイヤレス無線と、光リンクと、ＩＲ拡散と、ＩＲ光リンクと、磁気結合と、静電結合とから成るグループのうちの何れかを備えるワイヤレス技術を使用して、所定の時間スロットの割り振りによって、前記ワイヤレス通信システムの時間同期情報を送信するステップによって特徴付けられる、前記[１]乃至[１０]の何れか１つに記載の方法。
[１２]電力供給ネットワークに接続されている複数の電力変換器を制御するシステムであって、
各電力変換器は、大電力半導体デバイスを備えていて、
ワイヤレス通信システムを使用して、前記複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器のワイヤレスノードと、制御装置との間で、制御信号が送られ、
前記制御信号を前記複数の電力変換器のうちの各電力変換器のローカルワイヤレスノードに送信する少なくとも１つのワイヤレス送信機によって特徴付けられ、
前記少なくとも１つのワイヤレス送信機は、１つ以上のデータパケットを、前記ローカルワイヤレスノードに送るように構成されていて、
前記１つ以上のデータパケットは、前記ローカルワイヤレスノードのクロックを時間情報に同期させるように構成されている時間情報を備えている、システム。
[１３]各ローカルワイヤレスノードが、前記複数の電力変換器のうちの１つ以上の電力変換器に配置されているワイヤレス受信機を備えている、１つ以上のローカルワイヤレスノードによって特徴付けられる、前記[１２]に記載のシステム。
[１４]前記ローカルワイヤレスノードのうちの１つ以上が、コンピュータプログラム製品がロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラム製品が、前記１つ以上のデータパケット中の前記時間情報に基づいて前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[１５]前記ローカルワイヤレスノードのうちの１つ以上が、コンピュータプログラム製品がロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラム製品が、変換器に対するコード化された制御又はスイッチング信号を処理して、前記１つ以上のデータパケット中の前記時間情報に基づいて前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[１６]前記ローカルワイヤレスノードのうちの１つ以上が、コンピュータプログラム製品がロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラム製品が、前記複数の電力変換器のうちの少なくとも１つの電力変換器のスイッチングを近い将来におけるいつ及び１つ以上のどの時間点で行うかについてのスケジュールを有するワイヤレスで受信した情報に基づいて前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[１７]前記ローカルワイヤレスノードのうちの１つ以上が、コンピュータプログラム製品がロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラム製品が、１つ以上のデータパケットを備えている通信プロトコルフレーム中の時間情報に基づいて前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[１８]前記ローカルワイヤレスノードのうちの１つ以上が、コンピュータプログラム製品がロードされている内部メモリを有するプロセッサを備えていて、
前記コンピュータプログラム製品が、前記ローカルワイヤレスノードに宛てられていない１つ以上のデータパケット中の時間情報に基づいて前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させるソフトウェアコード部分を備えていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[１９]前記ローカルワイヤレスノードのうちの１つ以上が、前記１つ以上のデータパケット中の前記時間情報に基づいて前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させる方法の一部を実行するように構成されている構成可能なハードウェアを有するプロセッサを備えていることを特徴とする、前記[１９]に記載のシステム。
[２０]前記ローカルワイヤレスノードのうちの１つ以上が、前記ローカルワイヤレスノードに宛てられていない前記１つ以上のデータパケット中の前記時間情報に基づいて前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させる方法の一部を実行するように構成されている構成可能なハードウェアを有するプロセッサを備えていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[２１]前記ローカルワイヤレスノードのうちの１つ以上が、変換器のためのコード化された制御又はスイッチング信号を処理する、並びに／或いは前記１つ以上のデータパケット中の前記時間情報に基づいて前記ローカルワイヤレスノードのクロックを同期させる方法の一部を実行するように構成されている構成可能なハードウェアを有するプロセッサを備えていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[２２]前記ローカルワイヤレスノードは、時分割多重ワイヤレス通信プロトコルに適合するように構成されていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[２３]前記ワイヤレス通信システムは、ワイヤレス無線と、光リンクと、ＩＲ拡散と、ＩＲ光リンクと、磁気結合と、静電結合とから成るグループのうちの何れかを備えているワイヤレス技術を使用して、所定の時間スロットの割り振りによって、データパケットを送信するように構成されていることを特徴とする、前記[１２]に記載のシステム。
[２４]  前記[１]乃至[１１]の何れか１つに記載の方法のステップをコンピュータ又はプロセッサに実行させるコンピュータコード又はソフトウェアコード部分を備えている、電力供給ネットワークに接続されている複数の電力変換器を制御するコンピュータプログラム。
[２５]コンピュータプログラム製品がコンピュータ上で実行されているときに、前記[１]のステップを実行させるソフトウェアコード部分を備えている、ディジタルコンピュータの前記内部メモリに直接にロード可能なコンピュータプログラム製品。
[２６]パワーエレクトロニクス制御装置と、１つ以上の電力変換器を含むネットワークとから成るリストのうちの任意の装置を制御するために、前記[１２]乃至[２３]の何れか１つに記載のシステムにおけるワイヤレス無線送信機又はワイヤレス無線受信機の使用方法。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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