(57)【要約】【課題】単位変換器群に過電流が流れたことを検知した際に、複数の単位変換器を短時間で停止させる。【解決手段】電力変換装置１０２ａは、コンデンサの電圧を出力可能とするスイッチング素子を備える単位変換器１０８が複数直列に接続された単位変換器群１０６を複数備えて、交流である系統電流を直流に、または、直流を交流に電力変換するものであり、単位変換器１０８に対する指令値を生成して出力するアーム電圧指令値生成部３１１と、単位変換器群１０６に流れる過電流を検出する過電流検出部１１７と、アーム電圧指令値生成部３１１が生成した指令値に基づき、所定周期で各単位変換器１０８に運転指令フレームを送信すると共に、過電流検出部１１７が過電流を検出したならば、所定周期に依らず各単位変換器１０８に非常停止用の停止指令フレームを送信する通信インタフェース部１１８とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気エネルギ蓄積手段が蓄積した蓄積エネルギを出力可能とする複数のスイッチング素子を備える単位変換器が複数直列に接続された複数の単位変換器群と、
各前記単位変換器に対する指令値を生成する指令値生成部と、
前記単位変換器群に流れる過電流を検出する過電流検出部と、
前記指令値生成部が生成した指令値に基づき、所定周期で各前記単位変換器に運転指令フレームを送信すると共に、前記過電流検出部が過電流を検出したならば、前記所定周期に依らず各前記単位変換器に停止指令フレームを送信する通信インタフェース部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記通信インタフェース部は、
前記過電流検出部が過電流を検出したならば、規定時間に亘って各前記単位変換器に停止指令フレームを繰り返し送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記通信インタフェース部は、
前記過電流検出部が過電流を検出したならば、規定回数だけ各前記単位変換器に停止指令フレームを繰り返し送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記過電流検出部は、複数の前記単位変換器群のいずれかに於いて過電流を検出したならば、前記通信インタフェース部に過電流の検出情報を出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記過電流検出部の過電流の検出情報に基づいて、各前記単位変換器の停止を指令する上位制御システムとは、前記通信インタフェース部を介して接続可能にされており、
前記通信インタフェース部は、前記上位制御システムの指令に基づき、各前記単位変換器に停止指令フレームを送信する、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記上位制御システムは、前記過電流検出部および前記通信インタフェース部を初期化することにより、各前記単位変換器の駆動を再開させる、
ことを特徴とする請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
直流送電線路の一端側に接続される第１の電力変換装置として、請求項１に記載の電力変換装置を備えるととともに、前記直流送電線路の他端側に接続される第２の電力変換装置として請求項１に記載の電力変換装置を備え、
前記第１の電力変換装置に入力される交流電流を直流に変換し、前記第２の電力変換装置で交流電流に再変換して出力し、又は、前記第２の電力変換装置に入力される交流電流を直流に変換し、前記第１の電力変換装置で交流電流に再変換して出力すること、
を特徴とする直流送電システム。
【請求項８】
電気エネルギ蓄積手段が蓄積した蓄積エネルギを出力可能とする複数のスイッチング素子を備える単位変換器が複数直列に接続された単位変換器群を複数備えて、交流である系統電流を直流に、または、直流を交流に電力変換する電力変換装置は、
各前記単位変換器に対する指令値を所定周期で生成する指令値生成部と、
過電流を検出する過電流検出部と、
前記単位変換器に信号を送信する通信インタフェース部と、
を備えており、
前記通信インタフェース部は、
前記指令値生成部が生成した指令値に基づき、前記所定周期で各前記単位変換器に運転指令フレームを送信し、
前記過電流検出部が過電流を検出したならば、前記所定周期に依らず各前記単位変換器に停止指令フレームを送信する、
ことを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子とコンデンサとを備える単位変換器が複数直列に接続された単位変換器群を複数備える電力変換装置、直流送電システム、および、電力変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、交流を直流に、または、直流を交流に変換する電力変換装置が多く用いられている。このような電力変換装置は、高電圧の分野にも応用されており、例えば、半導体スイッチング素子とコンデンサとを備えた単位変換器を複数直列に接続して構成されているものがある。
【０００３】
高電圧の分野に応用される電力変換装置は、例えば、単位変換器を直列に接続した単位変換器群によりアームを構成する。電力変換装置は、各アームの一端を交流端子の各相に接続し、各アームの他端を正側の直流端子または負側の直流端子に接続し、各単位変換器を制御することにより、各アームに流れる電流を制御して、交流端子と直流端子との間で相互に電力を変換する。
【０００４】
特許文献１の要約には、課題として「半導体スイッチング素子を用いたセルを複数カスケード状に接続して構成される電力変換装置を制御する場合、複数のセルと中央制御装置間で通信を行う必要があるがセル数の増大により通信の情報量および情報処理の負荷が増大する。本発明の課題は、各セルと中央制御装置との間で通信する情報量を低減することである。」と記載され、解決手段として「本発明の電力変換装置は、複数のセルをカスケード状に接続して構成されるアームを複数備え、前記セルを構成する中央制御装置と通信を行うセル制御装置への電力供給を主回路から供給する機能を備えるものである。」と記載され、効果として「本発明の電力変換装置では、各セルのセル制御装置の電力を主回路から供給することにより、各セルの主要部品が故障した時に該当セルのセル制御装置と通信ができなくなることにより、該当セルが故障したことを中央制御装置が認識できる。」と記載されている。
【０００５】
電力変換装置は、系統の事故などにより、いずれかのアームに過電流が発生した場合、自身の故障を防ぐため、早急に各単位変換器の半導体スイッチング素子を停止させる必要がある。従来の低圧向け電力変換装置では、各単位変換器は、大地電位に対して中・低圧の電位に配置される。単位変換器を制御する単位変換器コントローラは、過電流を検出する制御装置の中またはその近傍に配置される。制御装置と単位変換器コントローラの間は、電気ケーブルによって接続される。よって、制御装置は、多数の各単位変換器コントローラに対して一度に電気信号を伝えることができるので、各単位変換器に対して早急に半導体スイッチング素子の停止指令を伝えることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１９３６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、高圧または特別高圧向けの単位変換器を直列に接続する方式の電力変換装置では、各単位変換器および単位変換器コントローラは、大地電位に対して高電圧の電位にあるため、各単位変換器を制御する単位変換器コントローラは、過電流を検出する制御装置の外に距離を離して配置され、かつ、電気的に絶縁される。そして制御装置と単位変換器コントローラの間は、光ファイバによって接続される。制御装置は、多数の各単位変換器コントローラに対して所定の制御周期で制御指令値を送信して、各単位変換器コントローラが、各単位変換器の半導体スイッチング素子を制御する。よって、制御装置は、各単位変換器に対して高速に指令することができないので、早急に半導体スイッチング素子の停止指令を伝えることが困難であった。
つまり、高圧または特別高圧向けの単位変換器を直列に接続する方式の電力変換装置は、通信や制御の遅延により、低圧向けの電力変換装置のように停止指令を全ての単位変換器に高速に伝えることができない。よって、高圧または特別高圧向けの単位変換器を直列に接続する方式の電力変換装置は、過電流が流れたことを検知しても、全ての単位変換器を停止させるまでに時間が掛かる虞があった。
【０００８】
そこで、本発明は、単位変換器群に過電流が流れたことを検知した際に、複数の単位変換器を短時間で停止させることが可能な電力変換装置、直流送電システム、および、電力変換装置の制御方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記した課題を解決するため、本発明の請求項１に記載の発明では、電気エネルギ蓄積手段が蓄積した蓄積エネルギを出力可能とする複数のスイッチング素子を備える単位変換器が複数直列に接続された単位変換器群を複数備えて、交流である系統電流を直流に、または、直流を交流に電力変換するものであり、各前記単位変換器に対する指令値を生成する指令値生成部と、前記単位変換器群に流れる過電流を検出する過電流検出部と、前記指令値生成部が生成した指令値に基づき、所定周期で各前記単位変換器に運転指令フレームを送信すると共に、前記過電流検出部が過電流を検出したならば、前記所定周期に依らず各前記単位変換器に停止指令フレームを送信する通信インタフェース部と、を備えることを特徴とする電力変換装置とした。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、単位変換器群に過電流が流れたことを検知した際に、複数の単位変換器を短時間で停止させることが可能な電力変換装置、直流送電システム、および、電力変換装置の制御方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に於ける直流送電システムを示す概略の構成図である。
【図２】第１の実施形態に於ける双方向チョッパ型の単位変換器の回路構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に於ける制御部の論理構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態に於ける指令値分配部の論理構成を示す図である。
【図５】第１の実施形態に於ける過電流検出部の論理構成を示す図である。
【図６】第１の実施形態に於ける通信インタフェース部の状態遷移図である。
【図７】第１の実施形態に於ける過電流検出時のシーケンス図である。
【図８】第１の実施形態に於ける過電流検出時と再開時のシーケンス図である。
【図９】比較例に於ける過電流検出時のシーケンス図である。
【図１０】第２の実施形態に於けるフルブリッジ型の単位変換器の回路構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以降、本発明を実施するための形態を、各図を参照して詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に於ける直流送電システム１００を示す概略の構成図である。
直流送電システム１００は、電力変換装置１０２ａと電力変換装置１０２ｂとを備えている。直流送電システム１００は、交流系統１０１ａと交流系統１０１ｂの間に、電力変換装置１０２ａと電力変換装置１０２ｂとが接続されている。電力変換装置１０２ａは、正側の直流端子Ｐａと負側の直流端子Ｎａを備えている。電力変換装置１０２ｂは、正側の直流端子Ｐｂと負側の直流端子Ｎｂとを備えている。電力変換装置１０２ａと電力変換装置１０２ｂとの間は、正側の直流端子Ｐａと正側の直流端子Ｐｂとが接続され、更に負側の直流端子Ｎａと負側の直流端子Ｎｂとが接続されている。これら正側の直流端子Ｐａ，Ｐｂの接続と、負側の直流端子Ｎａ，Ｎｂの接続とは、直流系統（直流送電線路）を構成している。ここで、正側の直流端子Ｐａ，Ｐｂの電圧は、負側の直流端子Ｎａ，Ｎｂの電圧よりも高いものとする。
【００１３】
直流送電システム１００は、例えば、第１の交流系統である交流系統１０１ａの電力を、第２の交流系統である交流系統１０１ｂに供給するものである。直流送電システム１００は、第１の電力変換装置である電力変換装置１０２ａに於いて交流を直流に変換し、直流系統を介して第２の電力変換装置である電力変換装置１０２ｂに於いて直流を交流に変換する。
直流送電システム１００は、直流送電線路の一端側に接続される第１の電力変換装置として電力変換装置１０２ａを備えるととともに、直流送電線路の他端側に接続される第２の電力変換装置として電力変換装置１０２ｂを備えている。直流送電システム１００は、電力変換装置１０２ａに入力される交流電流を直流に変換し、電力変換装置１０２ｂで交流電流に再変換して出力し、又は、電力変換装置１０２ｂに入力される交流電流を直流に変換し、電力変換装置１０２ａで交流電流に再変換して出力する。
これら電力変換装置１０２ａ，１０２ｂは、各種信号線を介して制御装置１５０ａ，１５０ｂに接続されている。制御装置１５０ａ，１５０ｂは、同様な制御部１１２ａ，１１２ｂをそれぞれ備えている。
次に電力変換装置１０２ａ，１０２ｂの構成について説明する。これらは、ほぼ同一構成なので、ここでは電力変換装置１０２ａを中心に説明する。
【００１４】
電力変換装置１０２ａは、交流電圧センサ１１０と、初充電装置１２０と、遮断器１２１と、変圧器１３０と、各相のアーム１０５（Ｒ相のアーム１０５Ｒ、Ｓ相のアーム１０５Ｓ、Ｔ相のアーム１０５Ｔ）と、交流電流センサ１４０と、制御装置１５０ａと、コンデンサ電圧検出線１１４と、直流電圧センサ１１５と、運転指令信号線１１６とを備えている。
【００１５】
電力変換装置１０２ａは、内部の遮断器１２１を介して交流系統１０１ａに接続している。第１の実施形態では、変圧器１３０の交流系統１０１ａ側を１次側とし、各線を一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔとする。また、変圧器１３０の各相の二次側の正側を、二次側正端子Ｒａ，Ｓａ，Ｔａとし、変圧器１３０の各相の二次側の負側は、二次側負端子Ｎｘ（負側の直流端子Ｎａ）に接続されている。電力変換装置１０２ａは、交流である系統電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを直流に、または、直流を交流に電力変換するものである。
【００１６】
Ｒ相のアーム１０５Ｒは、単位変換器群１０６Ｒと、アーム電流センサ１１１とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群１０６Ｒは、Ｍ個（Ｍは２以上の自然数）の双方向チョッパ型の単位変換器１０８が直列接続されている。
Ｓ相のアーム１０５Ｓは、単位変換器群１０６Ｓと、アーム電流センサ１１１とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群１０６Ｓは、Ｍ個の単位変換器１０８が直列接続されている。
Ｔ相のアーム１０５Ｔは、単位変換器群１０６Ｔと、アーム電流センサ１１１とを備え、これらが直列接続されている。単位変換器群１０６Ｔは、Ｍ個の単位変換器１０８が直列接続されている。なお、単位変換器１０８は、双方向チョッパ型ではなく、フルブリッジ型（図１０参照）など、他の構成としてもよい。
【００１７】
アーム電流センサ１１１の出力側は、制御部１１２ａに接続されている。アーム電流センサ１１１は、各アーム１０５に流れる電流を計測して、制御部１１２ａに出力するものである。
直流電圧センサ１１５の出力側は、制御部１１２ａに接続されている。直流電圧センサ１１５は、正側の直流端子Ｐａと負側の直流端子Ｎａとの間に印加されている電圧を計測して、電圧ＶＤＣとして制御部１１２ａに出力するものである。
【００１８】
運転指令信号線１１６は、例えば光ファイバであり、制御部１１２ａと各単位変換器１０８とをそれぞれ接続するものである。制御部１１２ａは、運転指令信号線１１６によって、各単位変換器１０８の動作を制御する。
【００１９】
コンデンサ電圧検出線１１４は、例えば光ファイバであり、各単位変換器１０８と制御部１１２ａとを接続するものである。各単位変換器１０８は、コンデンサ２０３（図２参照）の電圧信号をデジタル信号に変換して、各コンデンサ電圧検出線１１４を介して制御部１１２ａに送信する。制御部１１２ａは、コンデンサ電圧検出線１１４によって、単位変換器１０８の状態を検知する。なお、コンデンサ電圧検出線１１４と運転指令信号線１１６とは、物理的には同一の光ファイバであってもよい。
【００２０】
交流電圧センサ１１０は、交流系統１０１ａに接続されている。交流電圧センサ１１０の出力側は、制御部１１２ａに接続されている。交流電圧センサ１１０は、交流系統１０１ａの系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴを計測して、制御部１１２ａに出力するものである。
【００２１】
次に、変圧器１３０の内部の構成について説明する。
変圧器１３０は、鉄心１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔと、巻線１３２ＲＡ，１３２ＲＢ，１３２ＲＣと、巻線１３２ＳＡ，１３２ＳＢ，１３２ＳＣと、巻線１３２ＴＡ，１３２ＴＢ，１３２ＴＣとを備え、更に、一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔと、二次側正端子Ｒａ，Ｓａ，Ｔａと、二次側負端子Ｎｘと、内部端子Ｎｙとを備えている。二次側負端子Ｎｘは、第２の直流端子である負側の直流端子Ｎａに接続されている。
【００２２】
鉄心１３１Ｒには、第１の二次巻線である巻線１３２ＲＢと、第２の二次巻線である巻線１３２ＴＣとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心１３１Ｒには更に、一次巻線である巻線１３２ＲＡが、巻線１３２ＴＣと同方向に巻かれている。
【００２３】
鉄心１３１Ｓには、第１の二次巻線である巻線１３２ＳＢと、第２の二次巻線である巻線１３２ＲＣとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心１３１Ｓには更に、一次巻線である巻線１３２ＳＡが、巻線１３２ＲＣと同方向に巻かれている。
【００２４】
鉄心１３１Ｔには、第１の二次巻線である巻線１３２ＴＢと、第２の二次巻線である巻線１３２ＳＣとが、それぞれ同じ巻数だけ巻かれている。鉄心１３１Ｔには更に、一次巻線である巻線１３２ＴＡが、巻線１３２ＳＣと同方向に巻かれている。
変圧器１３０は、これら複数の鉄心１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔを備えている。
【００２５】
以下、鉄心１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔを特に区別しないときには、単に鉄心１３１と記載する。各巻線１３２ＲＡ〜１３２ＴＣを特に区別しないときには、単に巻線１３２と記載する。これらの巻線１３２は、各鉄心１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔに対して同じ方向に巻かれている。
【００２６】
各鉄心１３１に於いて、図中の二次側正端子Ｒａ，Ｓａ，Ｔａの方向にある端子を、正側端子と呼ぶ。図中の二次側負端子Ｎｘ（負側の直流端子Ｎａ）の方向にある端子を、負側端子と呼ぶ。
【００２７】
巻線１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡの正側端子は、それぞれ一次側端子Ｒ，Ｓ，Ｔに接続されている。巻線１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡの負側端子は、互いに接続され、スター結線（Ｙ結線）されている。すなわち、一次巻線である巻線１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡは、交流系統１０１ａにＹ接続されている。
【００２８】
第１の二次巻線である巻線１３２ＲＢ，１３２ＳＢ，１３２ＴＢの正側端子は、それぞれ異なる相の鉄心１３１に巻かれた第２の二次巻線である巻線１３２ＲＣ，１３２ＳＣ，１３２ＴＣの正側端子に接続されている。第２の二次巻線である巻線１３２ＲＣ，１３２ＳＣ，１３２ＴＣの負側端子は、全て二次側負端子Ｎｘ（負側の直流端子Ｎａ）に接続されている。
【００２９】
各相のアーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔの一端は、正側の直流端子Ｐａに接続されており、それらの他端は、それぞれ二次側正端子Ｒａ，Ｓａ，Ｔａに接続されている。
第１の二次巻線である巻線１３２ＲＢ，１３２ＳＢ，１３２ＴＢの負側端子は、それぞれ二次側正端子Ｒａ，Ｓａ，Ｔａに接続され、各相のアーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔの他端に接続されている。
【００３０】
ここで、二次側正端子Ｒａ，Ｓａ，Ｔａから二次側負端子Ｎｘ（負側の直流端子Ｎａ）に向かって、同一の直流電流を流したときを考える。鉄心１３１Ｒに於いて、巻線１３２ＲＢに発生する磁束と、巻線１３２ＴＣに発生する磁束とは、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。鉄心１３１Ｓに於いて、巻線１３２ＳＢに発生する磁束と、巻線１３２ＲＣに発生する磁束とは、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。鉄心１３１Ｔに於いて、巻線１３２ＴＢに発生する磁束と、巻線１３２ＳＣに発生する磁束とは、逆方向かつ同一の強さであるため、互いに打ち消し合う。
これにより、電力変換装置１０２ａ，１０２ｂは、交流系統１０１ａ，１０１ｂの系統電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴとは独立に、直流系統の電流Ｉｄｃを流すことができる。
【００３１】
第１の実施形態において、巻線１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡは、内部端子Ｎｙにそれぞれ接続され、スター結線（Ｙ結線）されている。しかし、これに限られず、巻線１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡは、デルタ結線（Δ結線）として構成してもよい。
【００３２】
遮断器１２１の両端子間には、初充電装置１２０が並列に接続されている。初充電装置１２０は、電力変換装置１０２ａを構成する単位変換器１０８が持つ直流部のコンデンサ２０３（図２参照）を初期充電するための装置である。初充電装置１２０は、例えば、抵抗器と遮断器の直列回路で構成され、遮断器１２１が投入される前に動作して、単位変換器１０８が持つコンデンサ２０３（図２参照）を初期充電する。
【００３３】
Ｒ相のアーム１０５Ｒの一端は、変圧器１３０の二次側正端子Ｒａに接続されている。Ｒ相のアーム１０５Ｒの他端は、正側の直流端子Ｐａ（第１の直流端子）に接続されている。アーム１０５Ｒに於いて、単位変換器群１０６Ｒが出力する電圧は、出力電圧ＶＲａとする。アーム１０５Ｒには、二次側正端子Ｒａから正側の直流端子Ｐａの方向に、アーム電流ＩＲａが流れる。出力電圧ＶＲａとアーム電流ＩＲａは、二次側正端子Ｒａから正側の直流端子Ｐａの方向が正である。
【００３４】
Ｓ相のアーム１０５Ｓの一端は、変圧器１３０の二次側正端子Ｓａに接続されている。Ｓ相のアーム１０５Ｓの他端は、正側の直流端子Ｐａ（第１の直流端子）に接続されている。アーム１０５Ｓに於いて、単位変換器群１０６Ｓが出力する電圧は、出力電圧ＶＳａとする。アーム１０５Ｓには、二次側正端子Ｓａから正側の直流端子Ｐａの方向に、アーム電流ＩＳａが流れる。出力電圧ＶＳａとアーム電流ＩＳａは、二次側正端子Ｓａから正側の直流端子Ｐａの方向が正である。
【００３５】
Ｔ相のアーム１０５Ｔの一端は、変圧器１３０の二次側正端子Ｔａに接続されている。Ｔ相のアーム１０５Ｔの他端は、正側の直流端子Ｐａ（第１の直流端子）に接続されている。アーム１０５Ｔに於いて、単位変換器群１０６Ｔが出力する電圧は、出力電圧ＶＴａとする。アーム１０５Ｔには、二次側正端子Ｔａから正側の直流端子Ｐａの方向に、アーム電流ＩＴａが流れる。出力電圧ＶＴａとアーム電流ＩＴａは、二次側正端子Ｔａから正側の直流端子Ｐａの方向が正である。
【００３６】
第１の実施形態では、変圧器１３０の巻数比（巻線１３２ＲＡ，１３２ＲＢ，１３２ＴＣ）、（巻線１３２ＳＡ，１３２ＳＢ，１３２ＲＣ）、（巻線１３２ＴＡ，１３２ＴＢ，１３２ＳＣ）が、それぞれ２：１：１である。しかし、これに限られず、巻数比は、（Ｘ：１：１）であってもよい。
【００３７】
以下、電力変換装置１０２ａが備える制御装置１５０ａの構成について説明する。なお、電力変換装置１０２ｂが備える制御装置１５０ｂは、制御装置１５０ａと同様に構成されている。以下、各制御装置１５０ａ，１５０ｂを特に区別しないときには、単に制御装置１５０と記載している場合がある。
【００３８】
制御装置１５０ａには、交流電圧センサ１１０と、直流電圧センサ１１５と、各アーム電流センサ１１１と、交流電流センサ１４０から信号が取り込まれている。
【００３９】
制御装置１５０ａは、コンデンサ電圧検出線１１４を介して、単位変換器１０８のコンデンサ電圧ＶＣｊｋｌ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ、ｌ＝ａ，ｂ）を取り込んでいる。なお、第１の実施形態では、コンデンサ電圧ＶＣなどに付した記号ｊｋｌのうち、ｊはアーム１０５の種別（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ）を示している。ｋは、そのアーム１０５に於ける順番１，２，…，Ｍを示している。ｌは、電力変換装置１０２ａ，１０２ｂのいずれに属しているかを示している。
【００４０】
制御装置１５０は、電力変換装置１０２ａを制御する制御部１１２ａを備えている。制御部１１２ａは、過電流検出部１１７と、通信インタフェース部１１８と、アーム電圧指令値生成部３１１とを備えている。過電流検出部１１７とアーム電圧指令値生成部３１１の出力側は、通信インタフェース部１１８に接続されている。通信インタフェース部１１８の出力側は、運転指令信号線１１６を介して各単位変換器１０８を制御する各単位変換器コントローラ３１２（図２参照）に接続されている。
アーム電圧指令値生成部３１１（指令値生成部）は、所定の制御周期で各単位変換器１０８に対する指令値を算出して電圧指令フレームを生成し、通信インタフェース部１１８に送信するものである。
【００４１】
過電流検出部１１７は、アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａの計測値に基づいて、各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔのいずれかに流れる過電流を検出して、その旨を通信インタフェース部１１８に送信するものである。
通信インタフェース部１１８は、アーム電圧指令値生成部３１１から受信した電圧指令フレームに基づき、所定の制御周期で各単位変換器１０８に運転指令フレームを送信すると共に、過電流検出部１１７が過電流を検出したならば、所定の制御周期に依らず各単位変換器１０８に非常停止用の停止指令フレームを送信する。この制御部１１２ａの構成と動作とは、後記する図３で詳細に説明する。
【００４２】
制御装置１５０から各単位変換器１０８の単位変換器コントローラ３１２までの物理的な距離が離れており、かつ、電気的に絶縁するために光ファイバで接続されている。そのため、制御部１１２ａは、制御周期毎に、各単位変換器コントローラ３１２に対して指令をシリアルに送信するため、所定の時間が掛かる。
電力変換装置１０２ａは、Ｍ個の単位変換器１０８を備えたアーム１０５を３本備えている。制御装置１５０は、３Ｍ個の単位変換器１０８に対する指令値を所定の制御周期で計算し、運転指令フレームを送信して制御する。よって、これら単位変換器１０８は、原則として所定の制御周期で制御されている。よって、アーム１０５に過電流が流れて、単位変換器１０８の動作を非常停止しなければならない場合に制御周期毎のタイミングで非常停止を送信していては、スイッチング素子２０１Ｈ，２０１Ｌなどが壊れてしまうため、通常の制御シーケンスとは異なるシーケンスで制御する必要がある。この制御シーケンスについては、後記する図７、図８で詳細に説明する。
【００４３】
図２は、第１の実施形態に於ける単位変換器１０８の回路構成を示す図である。
ここでは、各アーム１０５を代表して、アーム１０５Ｒの中の単位変換器１０８について説明する。なお、アーム１０５Ｓ、アーム１０５Ｔが備える単位変換器１０８についても、アーム１０５Ｒの中の単位変換器１０８と同様に構成されている。
単位変換器１０８は、電気エネルギ蓄積手段が蓄積した蓄積エネルギを出力可能とする複数のスイッチング素子２０１Ｈ，２０１Ｌを備えたものである。電力変換装置１０２ａは、単位変換器１０８を複数直列に接続した単位変換器群１０６を複数備えることにより、交流である系統電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴを直流に、または、直流を交流に電力変換する。更に第１の実施形態の単位変換器１０８は、制御部１１２ａから非常停止用の停止指令フレームが送信されたならば、短時間で運転を停止するように構成されている。
【００４４】
アーム１０５Ｒは、単位変換器群１０６Ｒと、自身に流れるアーム電流ＩＲａを検出するアーム電流センサ１１１で構成されている。アーム１０５Ｒの一端は、正側の直流端子Ｐａに接続されている。アーム１０５Ｒの他端は、二次側正端子Ｒａに接続されている。単位変換器群１０６Ｒは、複数の単位変換器１０８を備え、これらが直列接続されて構成されている。
【００４５】
単位変換器１０８は、ハイサイドのスイッチング素子２０１Ｈと環流ダイオード２０２Ｈの並列回路と、ローサイドのスイッチング素子２０１Ｌと環流ダイオード２０２Ｌの並列回路と、電気エネルギ蓄積手段であるコンデンサ２０３と、電圧センサ２０４と、スイッチング素子２０１Ｈ，２０１Ｌを駆動するゲートドライバ２０５とを備えている。ゲートドライバ２０５は、信号線１１３を介して単位変換器コントローラ３１２に接続されている。指令値分配部３１３は、各単位変換器コントローラ３１２を含んでいる。
単位変換器１０８の正側の端子２０８（第１の端子）は、他の単位変換器１０８の負側の端子２０９（第２の端子）、または、正側の直流端子Ｐａに接続されている。単位変換器１０８の負側の端子２０９（第２の端子）は、他の単位変換器１０８の正側の端子２０８、または、アーム電流センサ１１１の一端に接続されている。
【００４６】
スイッチング素子２０１Ｈと環流ダイオード２０２Ｈの並列回路と、スイッチング素子２０１Ｌと環流ダイオード２０２Ｌの並列回路とが直列に接続される。
スイッチング素子２０１Ｈのコレクタは、コンデンサ２０３の一端に接続されている。スイッチング素子２０１Ｈのコレクタは更に、環流ダイオード２０２Ｈのカソードに接続されている。スイッチング素子２０１Ｈのエミッタは、環流ダイオード２０２Ｈのアノードに接続され、更にスイッチング素子２０１Ｌのコレクタにも接続されている。
【００４７】
スイッチング素子２０１Ｌのコレクタは、スイッチング素子２０１Ｈのエミッタと、環流ダイオード２０２Ｌのカソードとに接続されている。スイッチング素子２０１Ｌのエミッタは、環流ダイオード２０２Ｌのアノードに接続されており、更にコンデンサ２０３の他端に接続されている。コンデンサ２０３の両端には、電圧センサ２０４が接続されている。
【００４８】
単位変換器１０８の負側の端子２０９は、スイッチング素子２０１Ｌのエミッタに接続されている。単位変換器１０８の正側の端子２０８は、スイッチング素子２０１Ｌのコレクタとスイッチング素子２０１Ｈのエミッタとの接続ノードに接続されている。
【００４９】
スイッチング素子２０１Ｈとスイッチング素子２０１Ｌとは、端子２０８（第１の端子）と端子２０９（第２の端子）との間に、コンデンサ２０３に蓄積された蓄積エネルギを出力可能とするものである。すなわち、スイッチング素子２０１Ｈとスイッチング素子２０１Ｌとは、端子２０８（第１の端子）と端子２０９（第２の端子）との間に、コンデンサ２０３の両端電圧を出力可能とする。
【００５０】
ゲートドライバ２０５（スイッチング素子駆動部）は、信号線１１３を介して単位変換器コントローラ３１２に接続されている。ゲートドライバ２０５の出力側は、スイッチング素子２０１Ｈのゲートとエミッタにそれぞれ接続され、更にスイッチング素子２０１Ｌのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。
【００５１】
ゲートドライバ２０５は、この単位変換器１０８のスイッチング素子駆動部であり、制御部１１２ａの運転／停止指令を受けた単位変換器コントローラ３１２によって制御されている。ゲートドライバ２０５は、スイッチング素子２０１Ｈと、スイッチング素子２０１Ｌのオンとオフとを切り替えることによって、正側の端子２０８と負側の端子２０９との間に、コンデンサ２０３の電圧を出力可能として、正側の端子２０８と負側の端子２０９間の出力電圧Ｖｊｋを制御するものである。
【００５２】
環流ダイオード２０２Ｈと環流ダイオード２０２Ｌとは、コンデンサ電圧ＶＣｊｋに対して電流を流さない方向に直列に接続されている。環流ダイオード２０２Ｈに並列に接続されたスイッチング素子２０１Ｈと、環流ダイオード２０２Ｌに並列に接続されたスイッチング素子２０１Ｌとは、それぞれのスイッチング状態がオンの時にコンデンサ電圧ＶＣｊｋを放電する方向に取り付けられている。
【００５３】
第１の実施形態では、コンデンサ２０３の電圧が高い方に接続されている素子は、ハイサイドであり、符号の末尾に「Ｈ」を付与して示している。コンデンサ２０３の電圧が低い方に接続されている素子は、ローサイドであり、符号の末尾に「Ｌ」を付与して示している。
【００５４】
スイッチング素子２０１Ｌがオフかつ、スイッチング素子２０１Ｈがオンの時、スイッチング素子２０１Ｌのコレクタとエミッタとの間には、単位変換器１０８から出力される出力電圧Ｖｊｋが印加されている。
【００５５】
第１の実施形態に於いて、スイッチング素子２０１Ｈとスイッチング素子２０１Ｌには、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）が採用されている。しかし、これに限られず、スイッチング素子２０１Ｈとスイッチング素子２０１Ｌには、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）、ＧＴＯ（Gate Turn Off thyristor）、その他のオン・オフ制御が可能な素子を採用してもよい。
【００５６】
単位変換器コントローラ３１２は、通信インタフェース部１１８（図１参照）から送信された運転指令フレームまたは停止指令フレームを、運転指令信号線１１６を介して受信する。単位変換器コントローラ３１２は、運転指令フレームを受信したならば、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊に基づき、各ゲート信号ＧＨｊｋ，ＧＬｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）を生成する。単位変換器コントローラ３１２は、停止指令フレームを受信したならば、スイッチング素子２０１Ｈ，２０１Ｌをオフするように各ゲート信号ＧＨｊｋ，ＧＬｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）を生成する。単位変換器コントローラ３１２は、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊の代わりに、１ビットの短いフレームの停止を指令する情報に基づいてゲート信号ＧＨｊｋ，ＧＬｊｋを生成しているので、短時間でスイッチング素子２０１Ｈ，２０１Ｌをオフするように制御できる。
単位変換器コントローラ３１２は更に、電圧センサ２０４によってコンデンサ２０３の電圧を測定して、コンデンサ電圧検出線１１４を介して制御部１１２ａ（図１参照）に送信する。
【００５７】
単位変換器１０８のゲートドライバ２０５は、単位変換器コントローラ３１２が生成したゲート信号ＧＨｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）に基づき、スイッチング素子２０１Ｈのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加し、ゲート信号ＧＬｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）に基づき、スイッチング素子２０１Ｌのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加する。
【００５８】
以下、単位変換器１０８の出力電圧Ｖｊｋと、スイッチング素子２０１Ｈとスイッチング素子２０１Ｌとのオン・オフ状態との関係を説明する。
【００５９】
スイッチング素子２０１Ｈがオン状態であり、スイッチング素子２０１Ｌがオフ状態である場合、単位変換器１０８のアーム電流Ｉｊ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ）に関わらず、出力電圧Ｖｊｋは、概ねコンデンサ電圧ＶＣｊｋと等しくなる。
【００６０】
スイッチング素子２０１Ｈがオフ状態であり、スイッチング素子２０１Ｌがオン状態である場合、アーム電流Ｉｊに関わらず、出力電圧Ｖｊｋは、概ね零と等しくなる。
このようにスイッチング素子２０１Ｈとスイッチング素子２０１Ｌとを制御することで、単位変換器１０８は、電気エネルギ蓄積手段であるコンデンサ２０３が蓄積した蓄積エネルギを出力することができる。
【００６１】
図３は、第１の実施形態に於ける制御部１１２ａの論理構成を示す図である。
制御部１１２ａは、アーム電圧指令値生成部３１１と、通信インタフェース部１１８Ｒ，１１８Ｓ，１１８Ｔと、過電流検出部１１７とを備えている。制御部１１２ａは、過電流検出信号を、通信インタフェース部１１８Ｒ，１１８Ｓ，１１８Ｔと上位制御システム１１９に伝送可能なように構成されている。制御部１１２ａは、各単位変換器１０８の指令値を算出して、この指令値に基づくフレームを各単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に送信するものである。制御部１１２ａは、いずれかのアーム１０５に過電流が流れたことを検知し、停止指令フレームを各単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に短時間で送信できるように構成されている。
上位制御システム１１９は、過電流検出部１１７の過電流の検出情報に基づいて、各単位変換器１０８が停止しているか否かを確認するために、制御部１１２ａと情報を送受信するものである。
【００６２】
アーム電圧指令値生成部３１１は、各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔに対するアーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を生成するものである。アーム電圧指令値生成部３１１の出力側は、通信インタフェース部１１８に接続されている。なお、本発明に於いてアーム電圧指令値生成部３１１は、第１の実施形態の構成に限定されない。
過電流検出部１１７には、ノードＲ〜Ｔで示されたアーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａ、および、上位制御システム１１９が出力した故障リセット信号が入力される。過電流検出部１１７は、過電流を検出した場合、リセット信号が入力されるまで、過電流検出信号を出力し続けるように動作する。過電流検出部１１７は、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａを監視し、各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔのいずれかに過電流が流れたことを検出するものである。過電流検出部１１７の出力側は、通信インタフェース部１１８と上位制御システム１１９とに電気的に接続され、Ｈレベルの電圧信号によって過電流検出信号を送信している。過電流検出部１１７の構成と動作とは、後記する図５で詳細に説明する。
【００６３】
通信インタフェース部１１８Ｒ，１１８Ｓ，１１８Ｔは、アーム１０５の単位変換器コントローラ３１２に対して、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を含んだ運転指令フレームを送信する。通信インタフェース部１１８Ｒ，１１８Ｓ，１１８Ｔは更に、過電流検出部１１７が過電流を検出したならば、この単位変換器コントローラ３１２に対して、各単位変換器１０８の動作を停止させる停止指令フレームを送信する。以下、各通信インタフェース部１１８Ｒ，１１８Ｓ，１１８Ｔを特に区別しないときには、単に通信インタフェース部１１８と記載する。
【００６４】
通信インタフェース部１１８Ｒ，１１８Ｓ，１１８Ｔには、過電流検出部１１７の出力側と、上位制御システム１１９の出力側とが接続されている。
通信インタフェース部１１８Ｒの入力側には更に、アーム電圧指令値生成部３１１が算出したアーム電圧指令値ＶＲａ＊を含む電圧指令フレームが出力される。通信インタフェース部１１８Ｒの出力側は、Ｍ本の運転指令信号線１１６を介して、アーム１０５Ｒを構成する各単位変換器１０８の単位変換器コントローラ３１２に接続されている。
通信インタフェース部１１８Ｓの入力側には更に、アーム電圧指令値生成部３１１が算出したアーム電圧指令値ＶＳａ＊を含む電圧指令フレームが出力される。通信インタフェース部１１８Ｓの出力側は、Ｍ本の運転指令信号線１１６を介して、アーム１０５Ｓを構成する各単位変換器１０８の単位変換器コントローラ３１２に接続されている。
通信インタフェース部１１８Ｔの入力側には更に、アーム電圧指令値生成部３１１が算出したアーム電圧指令値ＶＴａ＊を含む電圧指令フレームが出力される。通信インタフェース部１１８Ｔの出力側は、Ｍ本の運転指令信号線１１６を介して、アーム１０５Ｔを構成する各単位変換器１０８の単位変換器コントローラ３１２に接続されている。
【００６５】
アーム電圧指令値生成部３１１は、位相検出器３０６と、アーム電流調整器３３０と、交流側電力演算器３４０と、有効電力調整器ＡＰＲと、無効電力調整器ＡＱＲとを備えている。アーム電圧指令値生成部３１１は、所定の制御周期Ｔｃで、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出し、電圧指令フレームを生成して通信インタフェース部１１８に出力するものである。アーム電圧指令値生成部３１１の電力制御機能は、交流側電力演算器３４０と、有効電力調整器ＡＰＲと、無効電力調整器ＡＱＲと、アーム電流調整器３３０とによって実現される。
【００６６】
交流側電力演算器３４０は、有効電力Ｐと無効電力Ｑを求める機能を備えている。交流側電力演算器３４０は、ノードＡ〜Ｃで示された系統電流ＩＲ，ＩＳ，ＩＴ、および、ノードＧ〜Ｉで示された系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴを入力として、交流系統１０１ａから電力変換装置１０２ａに流入する有効電力Ｐおよび無効電力Ｑを算出し、有効電力調整器ＡＰＲおよび無効電力調整器ＡＱＲに出力する。有効電力Ｐは、ノードＯで示している。無効電力Ｑは、ノードＭで示している。
【００６７】
有効電力調整器ＡＰＲは、加減算器３６１と、比例積分調整器３６２とを備えている。有効電力調整器ＡＰＲは、ノードＯで示された有効電力Ｐが有効電力指令値Ｐ＊と一致するように、フィードバック制御するものである。有効電力調整器ＡＰＲは、加減算器３６１によって、有効電力指令値Ｐ＊から有効電力Ｐを減算して、比例積分調整器３６２によってｄ軸電流指令値Ｉｄ＊を算出し、ノードＫを介してアーム電流調整器３３０に出力する。
【００６８】
無効電力調整器ＡＱＲは、加減算器３６３と、比例積分調整器３６４とを備えている。無効電力調整器ＡＱＲは、ノードＭで示された無効電力Ｑが無効電力指令値Ｑ＊と一致するように、フィードバック制御するものである。無効電力調整器ＡＱＲは、加減算器３６３によって、無効電力指令値Ｑ＊から無効電力Ｑを減算して、比例積分調整器３６４によってｑ軸電流指令値Ｉｑ＊を算出し、ノードＬを介してアーム電流調整器３３０に出力する。
【００６９】
位相検出器３０６には、交流電圧センサ１１０で計測された交流系統１０１ａの系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴが入力されている。位相検出器３０６は、系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの位相角θを検出して、アーム電流調整器３３０に出力するものである。
【００７０】
アーム電流調整器３３０は、電圧用座標変換回路３３３と、電流用座標変換回路３３４と、アーム電流調整回路３３５と、アーム電圧指令値座標逆変換回路３３６と、加算器３３１と、加算器３３２とを備えている。アーム電流調整器３３０は、ノードＧ〜Ｉで示された系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴ、ノードＫで示されたｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ノードＬで示されたｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、アーム電流センサ１１１で計測されたアーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａおよび、位相角θなどを入力として、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出するものである。アーム電流調整器３３０は、例えば、アーム電圧制御プログラムが不図示のＲＡＭ（Random Access Memory）に読み込まれ、不図示のＣＰＵ（Central Processing Unit）で実行されることによって具現化される。アーム電流調整器３３０は、各部の演算量が大きいので、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を所定の制御周期ごとに算出するように構成されている。
【００７１】
電圧用座標変換回路３３３は、系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴ、および、その位相角θを入力として、座標変換（α−β変換およびｄｑ変換）により系統電圧Ｖｄ，Ｖｑを算出し、加算器３３１および加算器３３２に出力する。
電流用座標変換回路３３４は、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａと、系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの位相角θとを入力として、座標変換（α−β変換およびｄｑ変換）によりｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを算出し、アーム電流調整回路３３５に出力する。
【００７２】
アーム電流調整回路３３５は、ｄ軸電流指令値Ｉｄ＊、ｑ軸電流指令値Ｉｑ＊、およびｄ軸電流Ｉｄ、ｑ軸電流Ｉｑを入力として、ｄ軸電流Ｉｄがｄ軸電流指令値Ｉｄ＊に収束し、かつ、ｑ軸電流Ｉｑがｑ軸電流指令値Ｉｑ＊と一致するようにフィードバック制御して電圧指令値Ｖｄ＊，Ｖｑ＊を算出し、加算器３３１および加算器３３２に出力する。
【００７３】
アーム電圧指令値座標逆変換回路３３６は、加算器３３１が加算した値（Ｖｄ＋Ｖｄ＊）と、加算器３３２にて加算した値（Ｖｑ＋Ｖｑ＊）と、位相角θとを入力として、座標逆変換（逆α−β変換および逆ｄｑ変換）によりアーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出する。
【００７４】
アーム電圧指令値生成部３１１は、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を含んだ電圧指令フレームを、電気信号として各通信インタフェース部１１８Ｒ，１１８Ｓ，１１８Ｔに送信する。
【００７５】
過電流検出部１１７が過電流が検出していないならば、各通信インタフェース部１１８Ｒ，１１８Ｓ，１１８Ｔは、電気信号として受信した電圧指令フレームを、光信号である運転指令フレームに変換し、後記する図４に示す指令値分配部３１３Ｒ，３１３Ｓ，３１３Ｔの各単位変換器コントローラ３１２Ｒ，３１２Ｓ，３１２Ｔに送信する。
過電流検出部１１７が過電流が検出したならば、通信インタフェース部１１８は、光信号である停止指令フレームを、指令値分配部３１３Ｒ，３１３Ｓ，３１３Ｔの各単位変換器コントローラ３１２Ｒ，３１２Ｓ，３１２Ｔに送信する。
通信インタフェース部１１８のモード遷移は、後記する図６で詳細に説明する。
【００７６】
図４は、第１の実施形態に於ける指令値分配部３１３Ｒ，３１３Ｓ，３１３Ｔの論理構成を示す図である。
指令値分配部３１３Ｒ，３１３Ｓ，３１３Ｔは、制御部１１２ａが送信した運転指令フレームに含まれる指令値を、各単位変換器１０８に分配するものである。各指令値分配部３１３Ｒ，３１３Ｓ，３１３Ｔは、各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔを構成する各単位変換器１０８を制御する（３×Ｍ）個の単位変換器コントローラ３１２Ｒ，３１２Ｓ，３１２Ｔを、それぞれ有している。図４では各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔを代表する単位変換器コントローラ３１２Ｒ，３１２Ｓ，３１２Ｔがそれぞれ示されているが、実際には各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔをそれぞれ構成するＭ個の各単位変換器１０８に、それぞれ各単位変換器コントローラ３１２が設けられている。なお、指令値分配部３１３Ｒ，３１３Ｓ，３１３Ｔを特に区別しないときには、単に指令値分配部３１３と記載している。
【００７７】
各指令値分配部３１３Ｒ，３１３Ｓ，３１３Ｔには、それぞれＭ本の運転指令信号線１１６が入力されている。指令値分配部３１３Ｒの出力側は、信号線１１３を介して、アーム１０５Ｒを構成する各単位変換器１０８にそれぞれ接続されている。指令値分配部３１３Ｓの出力側は、信号線１１３を介して、アーム１０５Ｓを構成する各単位変換器１０８にそれぞれ接続されている。指令値分配部３１３Ｔの出力側は、信号線１１３を介して、アーム１０５Ｔを構成する各単位変換器１０８にそれぞれ接続されている。
【００７８】
単位変換器コントローラ３１２Ｒは、受信したフレームが含むアーム電圧指令値ＶＲａ＊および運転指令、または、停止指令に基づき、ゲート信号ＧＨＲｋ，ＧＬＲｋを、アーム１０５Ｒの各単位変換器１０８に出力する。単位変換器コントローラ３１２Ｒは、運転指令を受信したならば、アーム電圧指令値ＶＲａ＊を、例えばパルス幅変調方式（ＰＷＭ方式：Pulse Width Modulation）で変調し、ゲート信号ＧＨＲｋ，ＧＬＲｋを生成する。単位変換器コントローラ３１２Ｒは、停止指令を受信したならばゲート信号ＧＨＲｋ，ＧＬＲｋをオフとする。
【００７９】
単位変換器コントローラ３１２Ｓは、受信したフレームが含むアーム電圧指令値ＶＳａ＊および運転指令、または、停止指令に基づき、ゲート信号ＧＨＳｋ，ＧＬＳｋを、アーム１０５Ｓの各単位変換器１０８に出力する。単位変換器コントローラ３１２Ｓは、運転指令を受信したならば、アーム電圧指令値ＶＳａ＊を、例えばパルス幅変調方式で変調し、ゲート信号ＧＨＳｋ，ＧＬＳｋを生成する。単位変換器コントローラ３１２Ｓは、停止指令を受信したならば、ゲート信号ＧＨＳｋ，ＧＬＳｋをオフとする。
【００８０】
単位変換器コントローラ３１２Ｔは、受信したフレームが含むアーム電圧指令値ＶＴａ＊および運転指令、または、停止指令に基づき、ゲート信号ＧＨＴｋ，ＧＬＴｋを、アーム１０５Ｔの各単位変換器１０８に出力する。単位変換器コントローラ３１２Ｔは、運転指令を受信したならば、アーム電圧指令値ＶＴａ＊を、例えばパルス幅変調方式で変調し、ゲート信号ＧＨＴｋ，ＧＬＴｋを生成する。単位変換器コントローラ３１２Ｔは、停止指令を受信したならば、ゲート信号ＧＨＴｋ，ＧＬＴｋをオフとする。
【００８１】
図５は、第１の実施形態に於ける過電流検出部１１７の論理構成を示す図である。
過電流検出部１１７は、絶対値回路４０１Ｒ，４０１Ｓ，４０１Ｔと、過電流判定部４０２Ｒ，４０２Ｓ，４０２Ｔと、論理和回路４０３と、保持回路４０４とを備えている。過電流検出部１１７は、いずれかのアーム１０５に過電流が流れたことを検出するものである。
以下、絶対値回路４０１Ｒ，４０１Ｓ，４０１Ｔを特に区別しないときには、単に絶対値回路４０１と記載する。過電流判定部４０２Ｒ，４０２Ｓ，４０２Ｔを特に区別しないときには、単に過電流判定部４０２と記載する。
この過電流検出部１１７の入力側である各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａは、絶対値回路４０１Ｒ，４０１Ｓ，４０１Ｔに入力されている。絶対値回路４０１Ｒ，４０１Ｓ，４０１Ｔの出力側は、過電流判定部４０２Ｒ，４０２Ｓ，４０２Ｔにそれぞれ接続されている。過電流判定部４０２Ｒ，４０２Ｓ，４０２Ｔの出力側は、論理和回路４０３を介して保持回路４０４に出力されている。保持回路４０４の出力側は、この過電流検出部１１７の出力側である。
【００８２】
絶対値回路４０１Ｒ，４０１Ｓ，４０１Ｔは、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａの絶対値を算出し、よって各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａの振幅を算出するものである。絶対値回路４０１Ｒ，４０１Ｓ，４０１Ｔは、過電流判定部４０２Ｒ，４０２Ｓ，４０２Ｔに、算出した各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａの絶対値（振幅）をそれぞれ出力する。
【００８３】
過電流判定部４０２Ｒ，４０２Ｓ，４０２Ｔは、予め設定された各過電流判定値ＩＲｒｅｆ，ＩＳｒｅｆ，ＩＴｒｅｆと各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａの絶対値（振幅）とを比較して、各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔに過電流が流れたか否かを判定する。過電流判定部４０２Ｒ，４０２Ｓ，４０２Ｔは、各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔに過電流が流れたならば、論理和回路４０３にＨレベルの信号を出力する。
論理和回路４０３は、入力信号の論理和を出力するものである。ここで入力信号は、各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔに過電流が流れたか否かを示す信号である。よって、論理和回路４０３は、各アーム１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔのうち、少なくとも一相で過電流が流れたと判定した場合に、保持回路４０４にＨレベルの過電流検出信号を出力する。
【００８４】
保持回路４０４は、ラッチ回路であり、過電流検出信号がオンしたならば、故障リセット信号の入力があるまで、オン状態を保持するものである。保持回路４０４は、オン状態に於いて、故障リセット信号が入力された（故障リセット信号がＨレベルに変化）ならば、そのオン状態をリセットして、出力信号をＬレベルとする。
【００８５】
制御部１１２ａは、アーム電圧指令値生成部３１１と過電流検出部１１７とを並行して動作させている。アーム電圧指令値生成部３１１は、処理が複雑で演算量が多いため、所定の制御周期ごとにしか指令値を生成できない。しかし、過電流検出部１１７は、処理が単純で演算量が少ないため、いずれかのアーム１０５に過電流が流れたときに、短時間で過電流検出信号を出力することができる。
【００８６】
図６は、第１の実施形態に於ける通信インタフェース部１１８の状態遷移図である。なお、各遷移の横に示した（１）〜（３）は、各ステートからの状態遷移の優先度であり、括弧内の数字が小さいほど優先度が高いことを示している。
まず、正常動作時である状態遷移ルートＲ２３を説明する。図６では、状態遷移ルートＲ２３を破線で示している。
通信インタフェース部１１８は、起動直後の初期状態Ｓ１から、初期化の完了と共に遷移Ｔ１２に示すように受信待ちステートＳ２に遷移する。
受信待ちステートＳ２に於いて、通信インタフェース部１１８は、フレームや信号の受信が無ければ、遷移Ｔ２２に示すように、この状態を保持している。
【００８７】
受信待ちステートＳ２に於いて、通信インタフェース部１１８は、アーム電流調整器３３０からの電圧指令フレームを受信すると、遷移Ｔ２３に示すように、通常送信ステートＳ３に遷移する。
【００８８】
通常送信ステートＳ３に於いて、通信インタフェース部１１８は、単位変換器コントローラ３１２に対する運転指令フレームを生成し、生成した運転指令フレームを送信し、遷移Ｔ３２に示すように、無条件に受信待ちステートＳ２に遷移する。
【００８９】
なお、正常動作時に、アーム電流調整器３３０は、制御周期Ｔｃ毎に電圧指令フレームを作成して、通信インタフェース部１１８に送信している。通信インタフェース部１１８は、制御周期Ｔｃ毎に、この電圧指令フレームを受信し、受信待ちステートＳ２から通常送信ステートＳ３への遷移Ｔ２３と、受信待ちステートＳ２への遷移Ｔ３２とを繰り返す。
【００９０】
次に、過電流検出時である状態遷移ルートＲ２４を説明する。図５では、状態遷移ルートＲ２４を一点鎖線で示している。
受信待ちステートＳ２に於いて、通信インタフェース部１１８は、フレームや信号の受信などが無ければ、遷移Ｔ２２に示すように、当該ステートを保つ。
【００９１】
受信待ちステートＳ２に於いて、通信インタフェース部１１８は、過電流検出信号を受信すると、遷移Ｔ２４に示すように、非常停止送信ステートＳ４に遷移する。
【００９２】
非常停止送信ステートＳ４に於いて、遷移Ｔ４４に示すように、通信インタフェース部１１８は、単位変換器コントローラ３１２に対する非常停止用の停止指令フレームを生成し、生成した停止指令フレームを単位変換器コントローラ３１２に繰り返し送信する。停止指令フレームには、１ビットの停止指令情報が含まれていればよいので、自身のフレーム長を短く構成することができる。通信インタフェース部１１８は、送信する停止指令フレームが短いので、短時間に多くの単位変換器コントローラ３１２に繰り返し送信することができる。
【００９３】
通信インタフェース部１１８は、非常停止送信ステートＳ４に遷移して規定時間Ｔｘが経過し、かつ、上位制御システム１１９からの停止指令信号を受信したならば、遷移Ｔ４５に示すように、故障リセット待ちステートＳ５に遷移する。
【００９４】
通信インタフェース部１１８は、非常停止送信ステートＳ４に於いて、規定時間Ｔｘだけ非常停止用の停止指令フレームを繰り返し送信している。これにより、各単位変換器１０８は、いずれかの停止指令フレームの受信に成功すれば、自身の動作を停止することができるので、通信エラーにより誤って動作を継続することがなくなる。なお、通信インタフェース部１１８は、非常停止送信ステートＳ４に於いて、規定回数だけ停止指令フレームを繰り返し送信してもよい。
【００９５】
通信インタフェース部１１８は更に、上位制御システム１１９からの停止指令信号を受信するまで、停止指令フレームを繰り返し送信している。これにより、上位制御システム１１９が、電力変換装置１０２ａの停止を認識せず、直流送電システム１００の動作に不整合が発生することを抑止することができる。
【００９６】
故障リセット待ちステートＳ５に於いて、通信インタフェース部１１８は、上位制御システム１１９から故障リセット信号を受信したならば、遷移Ｔ５２に示すように、受信待ちステートＳ２に遷移する。このとき、過電流検出部１１７は、同時に故障リセット信号を受信して、過電流検出信号の保持をリセットして、その出力を停止することができる。これにより、上位制御システム１１９は、通信インタフェース部１１８と過電流検出部１１７とを同時に初期化して、この電力変換装置１０２ａの各部の状態を整合させながら、各単位変換器１０８の運転を再開することができる。
【００９７】
更に、通常送信ステートＳ３に於いて、通信インタフェース部１１８が過電流検出信号を受信した遷移Ｔ３４について説明する。
通常送信ステートＳ３であり、通信インタフェース部１１８が運転指令フレームを生成している場合に於いて、通信インタフェース部１１８は、過電流検出信号を受信したならば、遷移Ｔ３４に示すように、生成中の運転指令フレームを破棄して、非常停止送信ステートＳ４に遷移する。その後の遷移は、状態遷移ルートＲ２４と同様である。
【００９８】
なお、第１の実施形態に於いて、通信インタフェース部１１８は、運転指令フレームを生成中に過電流検出信号を受信したならば、生成中の運転指令フレームを破棄している。しかし、これに限られず、通信インタフェース部１１８は、生成中の運転指令フレームに停止指令を付加して送信してもよい。
【００９９】
図７は、第１の実施形態に於ける過電流検出時のシーケンス図である。
シーケンスＱ１０〜Ｑ１５は、正常動作時のシーケンスを示している。これらシーケンスの開始時に於いて、通信インタフェース部１１８は、受信待ちステートＳ２（図６参照）の状態である。
シーケンスＱ１０に於いて、上位制御システム１１９は、運転指令信号を通信インタフェース部１１８に送信する。
【０１００】
シーケンスＱ１１に於いて、アーム電圧指令値生成部３１１は、制御周期Ｔｃ毎に、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａおよび系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの値を取得し、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出し、電圧指令フレームとして通信インタフェース部１１８に送信する。これにより、通信インタフェース部１１８は、通常送信ステートＳ３（図６参照）に遷移する。
シーケンスＱ１２に於いて、通信インタフェース部１１８は、この時刻に於ける運転指令フレームを生成して、単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に送信する。以下のシーケンスに於いて、「単位変換器１０８に送信」とは、通信インタフェース部１１８が単位変換器コントローラ３１２にフレームを送信し、この単位変換器コントローラ３１２が、フレームに基づく制御を実行することをいう。
【０１０１】
この運転指令フレームは、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を含んでいる。通信インタフェース部１１８は、運転指令フレームを送信すると、受信待ちステートＳ２（図６参照）に遷移する。
シーケンスＱ１３に於いて、上位制御システム１１９は、運転指令信号を、通信インタフェース部１１８に送信する。
【０１０２】
シーケンスＱ１４に於いて、アーム電圧指令値生成部３１１は、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａおよび系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの値を取得して各アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出し、電圧指令フレームとして通信インタフェース部１１８に送信する。シーケンスＱ１４は、シーケンスＱ１１の時刻に対して、制御周期Ｔｃが経過している。通信インタフェース部１１８は、運転指令フレームを送信すると、受信待ちステートＳ２（図６参照）に遷移する。
シーケンスＱ１５に於いて、通信インタフェース部１１８は、この時刻に於ける運転指令フレームを生成して、単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に送信する。通信インタフェース部１１８は、運転指令フレームを送信すると、受信待ちステートＳ２（図６参照）に遷移する。
【０１０３】
シーケンスＱ２０〜Ｑ２３は、非常停止時のシーケンスを示している。
シーケンスＱ１５の実行中であるシーケンスＱ２０に於いて、過電流検出部１１７は、いずれかのアーム１０５に過電流が流れたことを検出する。
シーケンスＱ２１ａに於いて、過電流検出部１１７は、通信インタフェース部１１８に過電流検出信号を送信し、シーケンスＱ２１ｂに於いてアーム電圧指令値生成部３１１に過電流検出信号を送信する。通信インタフェース部１１８は、過電流検出信号を受信すると、非常停止送信ステートＳ４（図６参照）に遷移する。
【０１０４】
シーケンスＱ２２に於いて、通信インタフェース部１１８は、次の制御周期Ｔｃを待たずに非常停止用の停止指令フレームを生成し、単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に送信する。これにより、通信インタフェース部１１８は、制御周期Ｔｃに依らず、複数の単位変換器１０８を短時間で停止させることができる。
シーケンスＱ２３に於いて、単位変換器１０８は、動作を停止する。つまり、単位変換器コントローラ３１２が停止指令フレームを受信して解釈し、単位変換器１０８のスイッチング素子２０１Ｈとスイッチング素子２０１Ｌとをオフする。
電力変換装置１０２ａは、各通信インタフェース部１１８をシーケンスＱ２０〜Ｑ２３のように制御することにより、後記する比較例（図９参照）よりも単位変換器１０８への停止指令フレームの到着時間Ｔ０（図９参照）だけ、短時間に処理することができる。
【０１０５】
図８は、第１の実施形態に於ける過電流検出時と再開時のシーケンス図である。
これらのシーケンス開始時に於いて、通信インタフェース部１１８は、受信待ちステートＳ２（図６参照）の状態である。
シーケンスＱ２０〜Ｑ２３の処理は、図７に示すシーケンスＱ２０〜Ｑ２３と同一である。
シーケンスＱ２４に於いて、上位制御システム１１９は、停止指令信号を通信インタフェース部１１８に送信する。このとき、シーケンスＱ２２から規定時間Ｔｘがまだ経過していないので、通信インタフェース部１１８は、非常停止送信ステートＳ４を維持し、停止指令フレームを、制御周期Ｔｃに依らずに単位変換器１０８に繰り返し送信する。
シーケンスＱ２５に於いて、アーム電圧指令値生成部３１１は、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａおよび系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの値を取得して各アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出し、電圧指令フレームを生成して通信インタフェース部１１８に送信する。シーケンスＱ２５は、シーケンスＱ１４（図７参照）の時刻に対して、制御周期Ｔｃが経過している。
【０１０６】
シーケンスＱ２６に於いて、上位制御システム１１９は、停止指令信号を通信インタフェース部１１８に送信する。このとき、シーケンスＱ２２から規定時間Ｔｘが経過しているので、通信インタフェース部１１８は、停止指令フレームの送信を停止して、故障リセット待ちステートＳ５（図６参照）に遷移する。
シーケンスＱ２７の処理は、シーケンスＱ２５と同様である。
このようにして、通信インタフェース部１１８は、少なくとも規定時間Ｔｘに亘って停止指令フレームを連続して送信しつづけるので、通信エラーにより単位変換器１０８が誤って動作を継続することを抑止することができる。
【０１０７】
シーケンスＱ３０ａ〜Ｑ３３は、過電流による停止後のリセットを示すものである。これらのシーケンス開始時に於いて、通信インタフェース部１１８は、故障リセット待ちステートＳ５（図６参照）の状態である。
シーケンスＱ３０ａに於いて、上位制御システム１１９は、故障リセット信号を通信インタフェース部１１８に送信する。これにより、通信インタフェース部１１８は、受信待ちステートＳ２（図６参照）に遷移する。
シーケンスＱ３０ｂに於いて、上位制御システム１１９は、故障リセット信号を過電流検出部１１７にも送信する。
【０１０８】
シーケンスＱ３１に於いて、上位制御システム１１９は、運転指令信号を、通信インタフェース部１１８に送信する。
シーケンスＱ３２に於いて、アーム電圧指令値生成部３１１は、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａおよび系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの値を取得して各アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出し、電圧指令フレームとして通信インタフェース部１１８に送信する。これにより、通信インタフェース部１１８は、通常送信ステートＳ３（図６参照）に遷移する。
シーケンスＱ３３に於いて、通信インタフェース部１１８は、この時刻に於ける運転指令フレームを生成して、単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に送信する。通信インタフェース部１１８は、運転指令フレームを送信すると、受信待ちステートＳ２（図６参照）に遷移する。
【０１０９】
このようにすることで、電力変換装置１０２ａは、上位制御システム１１９、通信インタフェース部１１８、および、過電流検出部１１７の状態を整合させつつ、過電流停止後の再起動を行うことができる。
【０１１０】
図９は、比較例に於ける過電流検出時のシーケンス図である。
比較例は、制御装置１５０ａが、制御周期Ｔｃ毎にのみ単位変換器コントローラ３１２に通信する例である。
シーケンスＱ４０に於いて、上位制御システム１１９は、運転指令信号を通信インタフェース部１１８に送信する。
シーケンスＱ４１に於いて、アーム電圧指令値生成部３１１は、制御周期Ｔｃ毎に、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａおよび系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴを取得してアーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出し、電圧指令フレームとして通信インタフェース部１１８に送信する。
【０１１１】
シーケンスＱ４２に於いて、通信インタフェース部１１８は、この時刻に於ける運転指令フレームを生成して、単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に送信する。この運転指令フレームは、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を含んでいる。
【０１１２】
シーケンスＱ４３に於いて、上位制御システム１１９は、運転指令信号を、通信インタフェース部１１８に送信する。
シーケンスＱ４４に於いて、アーム電圧指令値生成部３１１は、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａおよび系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの値を取得して各アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出し、電圧指令フレームとして通信インタフェース部１１８に送信する。シーケンスＱ４４は、シーケンスＱ４１の時刻に対して、制御周期Ｔｃが経過している。
【０１１３】
シーケンスＱ４５に於いて、通信インタフェース部１１８は、この時刻に於ける運転指令フレームを生成して、単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に送信する。
シーケンスＱ４５の実行中であるシーケンスＱ５０に於いて、過電流検出部１１７は、いずれかのアーム１０５に過電流が流れたことを検出する。
シーケンスＱ５１に於いて、過電流検出部１１７は、上位制御システム１１９に過電流検出信号を送信する。
【０１１４】
シーケンスＱ５２に於いて、上位制御システム１１９は、停止指令信号を、通信インタフェース部１１８に送信する。
シーケンスＱ５３に於いて、アーム電圧指令値生成部３１１は、各アーム電流ＩＲａ，ＩＳａ，ＩＴａおよび系統電圧ＶＧＲ，ＶＧＳ，ＶＧＴの値を取得して各アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を算出し、電圧指令フレームとして通信インタフェース部１１８に送信する。シーケンスＱ５３は、シーケンスＱ４４の時刻に対して、制御周期Ｔｃが経過している。
【０１１５】
シーケンスＱ５４に於いて、通信インタフェース部１１８は、停止指令フレームを生成して、単位変換器１０８（単位変換器コントローラ３１２）に送信する。
シーケンスＱ５５に於いて、単位変換器１０８は、動作を停止する。シーケンスＱ５５は、シーケンスＱ５１に対して、到着時間Ｔ０だけ遅延している。
比較例では、シーケンスＱ５２〜Ｑ５４に示すように、上位制御システム１１９が単位変換器コントローラ３１２に非常停止用の停止指令フレームを送信するには、次の制御周期Ｔｃを待たねばならないという問題点があった。
【０１１６】
図７に示すように、第１の実施形態の制御部１１２ａは、過電流を検出した際に、制御周期Ｔｃごとの通信を待たずに、非常停止用の停止指令フレームを送信する。これにより、電力変換装置１０２ａは、過電流の検出から非常停止までの時間を短縮することができる。
【０１１７】
（第１の実施形態の効果）
以上説明した第１の実施形態では、次の（Ａ）〜（Ｆ）のような効果がある。
【０１１８】
（Ａ）  制御装置１５０から各単位変換器１０８の単位変換器コントローラ３１２までの物理的な距離が離れており、かつ、電気的に絶縁するために光ファイバで接続されている場合や、この電力変換装置１０２ａが備えている単位変換器１０８の数が多い場合でも、全ての単位変換器１０８を停止するまでの時間を短縮できる。これにより、各単位変換器１０８に流れる過電流を小さく抑えることができるので、過電流による素子の破壊を抑止できる。
【０１１９】
（Ｂ）  制御部１１２ａは、非常停止用の停止指令フレームを、規定時間Ｔｘに亘って繰り返し送信している。これにより、単位変換器コントローラ３１２の受信エラーによって単位変換器１０８が誤って動作を継続することを抑止できる。
【０１２０】
（Ｃ）  制御部１１２ａは、アーム電圧指令値生成部３１１と過電流検出部１１７とを並行して動作させている。過電流検出部１１７は、アーム電圧指令値生成部３１１の処理と比べて単純で演算量が少ないため、いずれかのアーム１０５に過電流が流れたときに、短時間で過電流検出信号を出力することができる。
【０１２１】
（Ｄ）  第１の実施形態では、上位制御システム１１９からも、単位変換器１０８の停止指令信号を送信している。これにより、上位制御システム１１９と制御部１１２ａとは、単位変換器１０８との間の状態の不整合を防ぎ、システム全体を安全に停止させることができる。
【０１２２】
（Ｅ）  電力変換装置１０２ａが過電流による停止から通常動作に復帰する際に於いて、上位制御システム１１９は、故障リセット信号を、通信インタフェース部１１８と過電流検出部１１７とに送信して初期化している。これにより、電力変換装置１０２ａは、各部の状態の不整合を防ぎ、システム全体を安全に通常動作に復帰させることができる。
【０１２３】
（Ｆ）  制御部１１２ａが送信する非常停止用の停止指令フレームは、１ビットの停止指令情報を含み、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊を含んでいない。これにより、制御部１１２ａは、短時間に多数の単位変換器１０８に送信を行うことができる。更に、単位変換器コントローラ３１２は、停止指令フレームに含まれる１ビットの停止指令情報を解釈すればよいので、各スイッチング素子２０１Ｈ，２０１Ｌを短時間でオフすることができる。
【０１２４】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の直流送電システム１００は、第１の実施形態の単位変換器１０８（図２参照）とは異なる単位変換器１０８Ａを備えている他は、図１に示す第１の実施形態の直流送電システム１００と同様に構成されて、同様に動作する。
図１０は、第２の実施形態に於けるフルブリッジ型の単位変換器１０８Ａの回路構成を示す図である。
ここでは、各アーム１０５を代表して、アーム１０５Ｒの中の単位変換器１０８Ａについて説明する。なお、アーム１０５Ｓ、アーム１０５Ｔが備える単位変換器１０８Ａについても、アーム１０５Ｒの中の単位変換器１０８Ａと同様に構成されている。
第２の実施形態の単位変換器１０８Ａは、第１の実施形態の単位変換器１０８と同様に、電気エネルギ蓄積手段が蓄積した蓄積エネルギを出力可能とする複数のスイッチング素子を備えたものである。
【０１２５】
単位変換器１０８Ａは、ハイサイドのスイッチング素子２０１ＨＬと環流ダイオード２０２ＨＬの並列回路と、ローサイドのスイッチング素子２０１ＬＬと環流ダイオード２０２ＬＬの並列回路と、ハイサイドのスイッチング素子２０１ＨＲと環流ダイオード２０２ＨＲの並列回路と、ローサイドのスイッチング素子２０１ＬＲと環流ダイオード２０２ＬＲの並列回路と、電気エネルギ蓄積手段であるコンデンサ２０３と、電圧センサ２０４と、スイッチング素子２０１ＨＬ，２０１ＬＬ，２０１ＨＲ，２０１ＬＲを駆動するゲートドライバ２０５とを備えている。ゲートドライバ２０５は、第１の実施形態と同様に、信号線１１３を介して単位変換器コントローラ３１２に接続されている。指令値分配部３１３は、各単位変換器コントローラ３１２を含んでいる。
単位変換器１０８Ａの正側の端子２０８（第１の端子）は、他の単位変換器１０８Ａの負側の端子２０９（第２の端子）、または、正側の直流端子Ｐａに接続されている。単位変換器１０８Ａの負側の端子２０９（第２の端子）は、他の単位変換器１０８Ａの正側の端子２０８、または、アーム電流センサ１１１の一端に接続されている。
【０１２６】
スイッチング素子２０１ＨＬと環流ダイオード２０２ＨＬの並列回路と、スイッチング素子２０１ＬＬと環流ダイオード２０２ＬＬの並列回路とは、直列に接続される。スイッチング素子２０１ＨＲと環流ダイオード２０２ＨＲの並列回路と、スイッチング素子２０１ＬＲと環流ダイオード２０２ＬＲの並列回路とは、直列に接続される。更にこれら２つの直列接続回路は、並列に接続されている。
スイッチング素子２０１ＨＬのコレクタは、コンデンサ２０３の一端に接続されている。スイッチング素子２０１ＨＬのコレクタは更に、環流ダイオード２０２ＨＬのカソードに接続されている。スイッチング素子２０１ＨＬのエミッタは、環流ダイオード２０２ＨＬのアノードに接続され、更にスイッチング素子２０１ＬＬのコレクタにも接続されている。
【０１２７】
スイッチング素子２０１ＬＬのコレクタは、スイッチング素子２０１ＨＬのエミッタと、環流ダイオード２０２ＬＬのカソードとに接続されている。スイッチング素子２０１ＬＬのエミッタは、環流ダイオード２０２ＬＬのアノードに接続されており、更にコンデンサ２０３の他端に接続されている。
【０１２８】
スイッチング素子２０１ＨＲのコレクタは、コンデンサ２０３の一端に接続されている。スイッチング素子２０１ＨＲのコレクタは更に、環流ダイオード２０２ＨＲのカソードに接続されている。スイッチング素子２０１ＨＲのエミッタは、環流ダイオード２０２ＨＲのアノードに接続され、更にスイッチング素子２０１ＬＲのコレクタにも接続されている。
【０１２９】
スイッチング素子２０１ＬＲのコレクタは、スイッチング素子２０１ＨＲのエミッタと、環流ダイオード２０２ＬＲのカソードとに接続されている。スイッチング素子２０１ＬＲのエミッタは、環流ダイオード２０２ＬＲのアノードに接続されており、更にコンデンサ２０３の他端に接続されている。
コンデンサ２０３の両端には、電圧センサ２０４が接続されている。
【０１３０】
単位変換器１０８Ａの正側の端子２０８は、スイッチング素子２０１ＨＬのエミッタとスイッチング素子２０１ＬＬのコレクタとの接続ノードに接続されている。単位変換器１０８Ａの負側の端子２０９は、スイッチング素子２０１ＨＲのエミッタとスイッチング素子２０１ＬＲのコレクタとの接続ノードに接続されている。
【０１３１】
スイッチング素子２０１ＨＬ，２０１ＬＬ，２０１ＨＲ，２０１ＬＲは、端子２０８（第１の端子）と端子２０９（第２の端子）との間に、コンデンサ２０３に蓄積された蓄積エネルギを出力可能とするものである。すなわち、スイッチング素子２０１ＨＬ，２０１ＬＬ，２０１ＨＲ，２０１ＬＲは、端子２０８（第１の端子）と端子２０９（第２の端子）との間に、コンデンサ２０３の両端電圧を出力可能とする。
【０１３２】
ゲートドライバ２０５（スイッチング素子駆動部）は、信号線１１３を介して単位変換器コントローラ３１２に接続されている。ゲートドライバ２０５の出力側は、スイッチング素子２０１ＨＬ，２０１ＬＬ，２０１ＨＲ，２０１ＬＲのゲートとエミッタにそれぞれ接続されている。
【０１３３】
ゲートドライバ２０５は、この単位変換器１０８Ａのスイッチング素子駆動部であり、制御部１１２ａの運転／停止指令を受けた単位変換器コントローラ３１２によって制御されている。ゲートドライバ２０５は、スイッチング素子２０１ＨＬ，２０１ＬＬ，２０１ＨＲ，２０１ＬＲのオンとオフとを切り替えることによって、正側の端子２０８と負側の端子２０９との間に、コンデンサ２０３の電圧を出力可能として、正側の端子２０８と負側の端子２０９間の出力電圧Ｖｊｋを制御するものである。
【０１３４】
環流ダイオード２０２ＨＬ，２０２ＬＬ，２０２ＨＲ，２０２ＬＲは、コンデンサ電圧ＶＣｊｋに対して電流を流さない方向に直列に接続されている。環流ダイオード２０２ＨＬに並列に接続されたスイッチング素子２０１ＨＬと、環流ダイオード２０２ＬＬに並列に接続されたスイッチング素子２０１ＬＬと、環流ダイオード２０２ＨＲに並列に接続されたスイッチング素子２０１ＨＲと、環流ダイオード２０２ＬＲに並列に接続されたスイッチング素子２０１ＬＲとは、それぞれのスイッチング状態がオンの時にコンデンサ電圧ＶＣｊｋを放電する方向に取り付けられている。
【０１３５】
単位変換器コントローラ３１２は、通信インタフェース部１１８（図１参照）から送信された運転指令フレームまたは停止指令フレームを、運転指令信号線１１６を介して受信する。単位変換器コントローラ３１２は、運転指令フレームを受信したならば、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊に基づき、各ゲート信号ＧＨＬｊｋ，ＧＬＬｊｋ，ＧＨＲｊｋ，ＧＬＲｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）を生成する。単位変換器コントローラ３１２は、停止指令フレームを受信したならば、スイッチング素子２０１ＨＬ，２０１ＬＬ，２０１ＨＲ，２０１ＬＲをオフするように各ゲート信号ＧＨＬｊｋ，ＧＬＬｊｋ，ＧＨＲｊｋ，ＧＬＲｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）を生成する。単位変換器コントローラ３１２は、アーム電圧指令値ＶＲａ＊，ＶＳａ＊，ＶＴａ＊の代わりに、１ビットの短いフレームの停止を指令する情報に基づいてゲート信号ＧＨＬｊｋ，ＧＬＬｊｋ，ＧＨＲｊｋ，ＧＬＲｊｋを生成しているので、短時間でスイッチング素子２０１ＨＬ，２０１ＬＬ，２０１ＨＲ，２０１ＬＲをオフするように制御できる。
単位変換器コントローラ３１２は更に、電圧センサ２０４によってコンデンサ２０３の電圧を測定して、コンデンサ電圧検出線１１４を介して制御部１１２ａ（図１参照）に送信する。
【０１３６】
単位変換器１０８Ａのゲートドライバ２０５は、単位変換器コントローラ３１２が生成したゲート信号ＧＨＬｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）に基づき、スイッチング素子２０１ＨＬのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加し、ゲート信号ＧＬＬｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）に基づき、スイッチング素子２０１ＬＬのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加する。ゲートドライバ２０５は更に、ゲート信号ＧＨＲｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）に基づき、スイッチング素子２０１ＨＲのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加し、ゲート信号ＧＬＲｊｋ（ｊ＝Ｒ，Ｓ，Ｔ、ｋ＝１，２，…，Ｍ）に基づき、スイッチング素子２０１ＬＲのゲート・エミッタ間にゲート電圧を印加する。
【０１３７】
第２の実施形態の単位変換器１０８Ａは、フルブリッジ構成の回路を備えているので、第１の実施形態の単位変換器１０８と比較して、コンデンサ２０３Ａに電気エネルギを効率よく蓄積可能であると共に、コンデンサ２０３が蓄積した蓄積エネルギを効率よく出力可能である。これにより、電力変換装置１０２ａ、１０２ｂのエネルギ効率や、直流送電システム１００のエネルギ効率を向上させることができる。
【０１３８】
（変形例）
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば上記した実施形態は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
【０１３９】
上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路などのハードウェアで実現してもよい。上記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈して実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、フラッシュメモリカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）などの記録媒体に置くことができる。
【０１４０】
各実施形態に於いて、制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
本発明の変形例として、例えば、次の（ａ）〜（ｄ）のようなものがある。
【０１４１】
（ａ）  上記実施形態の電力変換装置１０２ａは、三相の変圧器１３０に各アーム１０５が接続されている。しかし、これに限られず、本発明の電力変換装置は、複数の単位変換器１０８，１０８Ａを備えればよく、例えば２本のアームが直列に接続されるレグを複数備えていてもよい。
【０１４２】
（ｂ）  本発明の単位変換器１０８，１０８Ａは、複数のスイッチング素子を備えて、コンデンサ２０３に代表される電気エネルギ蓄積手段が蓄積した蓄積エネルギを出力可能とするものであればよく、上記実施形態に限定されない。
【０１４３】
（ｃ）  上記実施形態の過電流検出部１１７は、過電流の検出状態を保持する保持回路４０４を備えている。しかし、これに限られず、通信インタフェース部１１８が過電流検出信号の立ち上がりエッジを検知したときに、この過電流検出情報を保持するように構成してもよい。これにより、上位制御システム１１９の初期化対象を通信インタフェース部１１８のみとして、上位制御システム１１９から過電流検出部１１７への配線を省略することができる。
【０１４４】
（ｄ）  上記実施形態の通信インタフェース部１１８は、各単位変換器１０８，１０８Ａの単位変換器コントローラ３１２に、運転指令フレームと停止指令フレームとを同一波長の光信号で送信している。しかし、これに限られず、通信インタフェース部は、電圧指令を含んだ運転指令フレームと、過電流検出時の停止指令フレームとを、それぞれ別の波長の光信号で生成し、これら２つの光信号を多重化して送信するように構成してもよい。これにより、通信インタフェース部のモード遷移を、簡略化することができる。
【符号の説明】
【０１４５】
１００  直流送電システム
１０１ａ，１０１ｂ  交流系統
１０２ａ，１０２ｂ  電力変換装置
１０５，１０５Ｒ，１０５Ｓ，１０５Ｔ  アーム
１０６，１０６Ｒ，１０６Ｓ，１０６Ｔ  単位変換器群
１０８  単位変換器
１１０  交流電圧センサ
１１１  アーム電流センサ
１１２ａ，１１２ｂ  制御部
１１３  信号線
１１４  コンデンサ電圧検出線
１１５  直流電圧センサ
１１６  運転指令信号線
１１７  過電流検出部
１１８  通信インタフェース部
１１９  上位制御システム
１２０  初充電装置
１２１  遮断器
１３０  変圧器
１３１，１３１Ｒ，１３１Ｓ，１３１Ｔ  鉄心
１３２，１３２ＲＡ，１３２ＳＡ，１３２ＴＡ  巻線
１３２ＲＢ，１３２ＳＢ，１３２ＴＢ  巻線
１３２ＲＣ，１３２ＳＣ，１３２ＴＣ  巻線
１４０  交流電流センサ
１５０，１５０ａ，１５０ｂ  制御装置
２０１Ｈ  スイッチング素子
２０１Ｌ  スイッチング素子
２０１ＨＬ  スイッチング素子
２０１ＨＲ  スイッチング素子
２０１ＬＬ  スイッチング素子
２０１ＬＲ  スイッチング素子
２０２Ｈ  環流ダイオード
２０２Ｌ  環流ダイオード
２０２ＨＬ  環流ダイオード
２０２ＨＲ  環流ダイオード
２０２ＬＬ  環流ダイオード
２０２ＬＲ  環流ダイオード
２０３  コンデンサ
２０５  ゲートドライバ
２０８，２０９  端子
３０６  位相検出器
３１１  アーム電圧指令値生成部  （指令値生成部）
３１２，３１２Ｒ，３１２Ｓ，３１２Ｔ  単位変換器コントローラ
３１３，３１３Ｒ，３１３Ｓ，３１３Ｔ  指令値分配部
３３０  アーム電流調整器
３４０  交流側電力演算器
４０１，４０１Ｒ，４０１Ｓ，４０１Ｔ  絶対値回路
４０２，４０２Ｒ，４０２Ｓ，４０２Ｔ  過電流判定部
４０３  論理和回路
４０４  保持回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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