(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
互いに直列接続された複数の単位変換器を含む電力変換回路と、
制御装置とを備え、
前記単位変換器は、１以上のスイッチング素子と、キャパシタとを含み、
前記制御装置は、第１の伝送媒体を通じて、前記単位変換器のスイッチング指令に関する情報を前記単位変換器へ送信し、
前記単位変換器は、第２の伝送媒体を通じて、前記単位変換器の少なくとも１つの状態に関する情報を前記制御装置へ送信し、
前記第１の伝送媒体は、光ファイバであり、前記第２の伝送媒体は、無線通信路である、電力変換装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記第１の伝送媒体および前記第２の伝送媒体を通じて、通信異常または前記制御装置の異常に関する情報を前記単位変換器に送信する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記単位変換器は、前記第１の伝送媒体および前記第２の伝送媒体を通じて、前記スイッチング指令に応じて変化する前記単位変換器の状態に関する情報を前記制御装置へ送信する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記単位変換器は、前記単位変換器を短絡するためのバイパススイッチを含み、
前記単位変換器は、前記第１の伝送媒体および前記第２の伝送媒体を通じて、通信タイムアウトまたは前記単位変換器の重度の異常に関する情報を前記制御装置へ送信し、
前記単位変換器は、前記情報を送信後、前記バイパススイッチを閉じる、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記単位変換器は、前記単位変換器を短絡するためのバイパススイッチを含み、
前記単位変換器は、前記第１の伝送媒体を通じて、前記第１の伝送媒体による通信の瞬時的な異常に関する情報を前記制御装置へ送信し、
前記単位変換器は、前記情報を送信後、前記バイパススイッチを閉じる、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記第２の伝送媒体を通じて、前記単位変換器の試験指令に関する情報を前記単位変換器へ送信する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記単位変換器は、前記単位変換器を短絡するためのバイパススイッチを含み、
前記単位変換器は、前記第２の伝送媒体を通じて、前記単位変換器の軽度の異常に関する情報を前記制御装置へ送信し、
前記単位変換器は、前記情報を送信後、前記バイパススイッチを閉じない、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記単位変換器は、前記第２の伝送媒体を通じて、前記スイッチング指令に関わらない前記単位変換器の状態に関する情報を前記制御装置へ送信する、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御装置は、
変換器制御装置と、
前記複数の単位変換器と前記第１の伝送媒体で接続され、かつ前記変換器制御装置と別の前記第１の伝送媒体で接続された中継装置とを備え、
前記変換器制御装置は、前記電力変換回路の運転時に、前記中継装置を経由して、前記単位変換器の第１のスイッチング指令に関する情報を前記単位変換器へ送信し、
前記第１のスイッチング指令に関する情報は、電圧指令、キャリア信号、パルス信号、および同期信号のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、
変換器制御装置と、
前記複数の単位変換器と前記第１の伝送媒体で接続され、かつ前記変換器制御装置と別の前記第１の伝送媒体で接続された中継装置とを備え、
前記変換器制御装置は、前記電力変換回路の初期設定時に、前記中継装置を経由して、前記単位変換器の第２のスイッチング指令に関する情報を前記単位変換器へ送信し、
前記第２のスイッチング指令に関する情報は、前記単位変換器の識別信号、共通位相オフセット、および前記複数の単位変換器のうち制御対象となる単位変換器の数のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、
監視制御装置と、
前記監視制御装置と第３の伝送媒体で接続された変換器制御装置と、
前記複数の単位変換器と前記第１の伝送媒体で接続され、かつ前記変換器制御装置と別の前記第１の伝送媒体で接続された中継装置とを備え、
前記第３の伝送媒体は、有線の電気通信路であり、
前記監視制御装置は、前記変換器制御装置および前記中継装置を経由して、前記単位変換器の第３のスイッチング指令に関する情報を前記単位変換器へ送信し、
前記第３のスイッチング指令に関する情報は、ゲートブロック指令およびゲートデブロック指令のうちの少なくとも１つを含む、請求項１記載の電力変換装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、
監視制御装置と、
前記監視制御装置と第３の伝送媒体で接続された変換器制御装置と、
前記複数の単位変換器と前記第１の伝送媒体で接続され、かつ前記変換器制御装置と別の前記第１の伝送媒体で接続された中継装置とを備え、
前記第３の伝送媒体は、有線の電気通信路であり、
前記監視制御装置は、前記変換器制御装置、および前記中継装置を経由して、前記通信異常または前記制御装置の異常に関する情報を前記単位変換器に送信し、
前記監視制御装置は、前記第２の伝送媒体を通じて、前記通信異常または前記制御装置の異常に関する情報を前記単位変換器に送信し、
前記通信異常または前記制御装置の異常に関する情報は、前記監視制御装置の異常の有無を表わす情報、前記変換器制御装置の異常の有無を表わす情報、ＣＲＣエラーの有無を表わす情報、前記光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報、および通信タイムアウトの有無を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む、請求項２記載の電力変換装置。
【請求項１３】
前記制御装置は、
監視制御装置と、
前記監視制御装置と第３の伝送媒体で接続された変換器制御装置と、
前記複数の単位変換器と前記第１の伝送媒体で接続され、かつ前記変換器制御装置と別の前記第１の伝送媒体で接続された中継装置とを備え、
前記第３の伝送媒体は、有線の電気通信路であり、
前記単位変換器は、前記スイッチング指令に応じて変化する前記単位変換器の第１の状態を表わす情報を前記中継装置へ送信し、
前記中継装置は、複数の前記単位変換器の前記第１の状態を集約した状態を表わす情報を前記変換器制御装置を経由して前記監視制御装置へ送信し、
前記単位変換器は、前記第２の伝送媒体を通じて、前記第１の状態を表わす情報を前記監視制御装置へ送信し、
前記第１の状態を表わす情報は、前記単位変換器のキャパシタ電圧を表わす情報、および前記単位変換器の通過電流を表わす情報のうちの少なくとも１つを含み、
前記第１の状態を集約した状態を表わす情報は、複数の前記単位変換器のキャパシタ電圧の加算値または平均値を表わす情報、および複数の前記単位変換器の前記通過電流の加算値または平均値を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む、請求項３記載の電力変換装置。
【請求項１４】
前記制御装置は、
監視制御装置と、
前記監視制御装置と第３の伝送媒体で接続された変換器制御装置と、
前記複数の単位変換器と前記第１の伝送媒体で接続され、かつ前記変換器制御装置と別の前記第１の伝送媒体で接続された中継装置とを備え、
前記第３の伝送媒体は、有線の電気通信路であり、
前記単位変換器は、前記スイッチング指令に応じて変化する前記単位変換器の第２の状態を表わす情報を前記中継装置へ送信し、
前記中継装置は、複数の前記単位変換器の前記第２の状態を集約した状態を表わす情報を前記変換器制御装置を経由して前記監視制御装置へ送信し、
前記単位変換器は、前記第２の伝送媒体を通じて、前記第２の状態を表わす情報を前記監視制御装置へ送信し、
前記第２の状態を表わす情報は、前記単位変換器のゲートブロック状態を表わす情報、前記単位変換器のゲートデブロック状態を表わす情報、および前記単位変換器の運用状態を表わす情報のうちの少なくとも１つを含み、
前記第２の状態を集約した状態を表わす情報は、複数の前記単位変換器の前記ゲートブロック状態の論理積を表わす情報、複数の前記単位変換器の前記ゲートデブロック状態の論理積を表わす情報、および複数の前記単位変換器の前記運用状態の論理積を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む、請求項３記載の電力変換装置。
【請求項１５】
前記制御装置は、
監視制御装置と、
前記監視制御装置と第３の伝送媒体で接続された変換器制御装置と、
前記複数の単位変換器と前記第１の伝送媒体で接続され、かつ前記変換器制御装置と別の前記第１の伝送媒体で接続された中継装置とを備え、
前記第３の伝送媒体は、有線の電気通信路であり、
前記単位変換器は、前記通信タイムアウトまたは前記単位変換器の重度の異常に関する情報を前記中継装置へ送信し、
前記中継装置は、複数の前記単位変換器の前記通信タイムアウトまたは前記単位変換器の重度の異常を集約した情報を前記変換器制御装置を経由して前記監視制御装置へ送信し、
前記単位変換器は、前記第２の伝送媒体を通じて、前記通信タイムアウトまたは前記単位変換器の重度の異常に関する情報を前記監視制御装置へ送信し、
前記通信タイムアウト、または前記単位変換器の重度の異常に関する情報は、前記通信タイムアウトの有無を表わす情報、前記単位変換器の電源の異常の有無を表わす情報、前記単位変換器のクロックの異常の有無を表わす情報、および前記単位変換器のキャパシタ電圧の重度の異常の有無を表わす情報のうちの少なくとも１つを含み、
前記通信タイムアウトまたは前記単位変換器の重度の異常を集約した情報は、複数の前記単位変換器の前記通信タイムアウトの有無の論理和を表わす情報、複数の前記単位変換器の電源の異常の有無の論理和を表わす情報、複数の前記単位変換器のクロックの異常の有無の論理和を表わす情報、および複数の前記単位変換器のキャパシタ電圧の重度の異常の有無の論理和を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む、請求項４記載の電力変換装置。
【請求項１６】
前記制御装置は、
監視制御装置と、
前記監視制御装置と第３の伝送媒体で接続された変換器制御装置と、
前記複数の単位変換器と前記第１の伝送媒体で接続され、かつ前記変換器制御装置と別の前記第１の伝送媒体で接続された中継装置とを備え、
前記第３の伝送媒体は、有線の電気通信路であり、
前記単位変換器は、前記第１の伝送媒体による通信の瞬時的な異常に関する情報を前記中継装置へ送信し、
前記中継装置は、複数の前記単位変換器の前記第１の伝送媒体による通信の瞬時的な異常を集約した情報を前記変換器制御装置を経由して前記監視制御装置へ送信し、
前記単位変換器は、前記第２の伝送媒体を通じて、前記第１の伝送媒体による通信の瞬時的な異常を前記制御装置へ送信せず、
前記第１の伝送媒体による通信の瞬時的な異常に関する情報は、前記第１の伝送媒体による通信のＣＲＣエラーの有無を表わす情報、前記光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報、および前記第１の伝送媒体による通信のＦＣＳエラーの有無を表わす情報のうちの少なくとも１つを含み、
前記第１の伝送媒体による通信の瞬時的な異常を集約した情報は、複数の前記単位変換器の前記ＣＲＣエラーの有無の論理和を表わす情報、複数の前記単位変換器の前記光ファイバの光量非検出の有無の論理和を表わす情報、および複数の前記単位変換器の前記ＦＣＳエラーの有無の論理和を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む、請求項５記載の電力変換装置。
【請求項１７】
前記単位変換器の軽度の異常に関する情報は、前記単位変換器のキャパシタ電圧の軽度の超過の有無を表わす情報、前記単位変換器のキャパシタ電圧の軽度の不足の有無を表わす情報、および前記単位変換器の記録機能の異常の有無を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む、請求項７記載の電力変換装置。
【請求項１８】
前記単位変換器は、前記単位変換器を短絡するためのバイパススイッチを含み、
前記スイッチング指令に関わらない前記単位変換器の状態に関する情報は、前記バイパススイッチの状態を表わす情報、前記スイッチング指令のアンサーバックを表わす情報、および前記単位変換器の記録データのうちの少なくとも１つを含む、請求項８記載の電力変換装置。
【請求項１９】
前記制御装置と、前記単位変換器との間の前記第２の伝送媒体による前記単位変換器の少なくとも１つの状態に関する情報の通信は、マルチホップ無線通信であり、前記制御装置と前記単位変換器との間に介在する他の単位変換器を経由して、前記情報が順に転送される、請求項１記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
単位変換器が直列に接続されたモジュラーマルチレベル変換器と、モジュラーマルチレベル変換器を制御する制御装置とを備えた電力変換装置において、制御装置と単位変換器とが光ファイバで接続された構成が知られている。制御装置が単位変換器の指令値を光ファイバを通じて電力変換回路に送信し、単位変換器が電力変換回路内の素子の状態を光ファイバを通じて、制御装置に送信する。【０００３】
光ファイバによる通信は、高速かつ通信品質が高いという利点がある。しかし、光ファイバによる通信は、制御性能を担保するために高速通信を確保しつつ、伝送されるデータ量が多い場合、光ファイバの数を増やす必要があり、コストが増加するという問題がある。【０００４】
このような問題に対して、特許文献１に記載の電力変換装置では、制御装置が、単位変換器の指令値を求めて、これを単位変換器に無線通信で送信する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−６０３５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、無線通信は、光通信に比べて低速なため、特許文献１に記載の電力変換装置では、単位変換器を迅速に制御することができないという問題がある。【０００７】
それゆえに、本発明の目的は、コストが増加することなく、かつ単位変換器を迅速に制御することができる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、互いに直列接続された複数の単位変換器を含む電力変換回路と、制御装置とを備える。単位変換器は、１以上のスイッチング素子と、キャパシタとを含む。制御装置は、第１の伝送媒体を通じて、単位変換器のスイッチング指令に関する情報を単位変換器へ送信する。単位変換器は、第２の伝送媒体を通じて、単位変換器の少なくとも１つの状態に関する情報を制御装置へ送信する。第１の伝送媒体は、光ファイバであり、第２の伝送媒体は、無線通信路である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コストが増加することなく、かつ単位変換器を迅速に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】電力変換装置１の概略構成図である。
【図２】図１の各レグ回路を構成する単位変換器の一例を示す回路図である。
【図３】制御装置３から単位変換器７へ送信される下りの情報の例を表わす図である。
【図４】単位変換器７から制御装置３へ送信される上りの情報の例を表わす図である。
【図５】制御装置３およびＳＭ制御部２１の構成を示すブロック図である。
【図６】変換器制御装置３５に含まれる指令生成部３７の構成例を示すブロック図である。
【図７】制御装置３から単位変換器７へ送信される下りの情報の例の詳細を表わす図である。
【図８】（Ａ）〜（Ｆ）は、下りのフレームの例を表わす図である。
【図９】単位変換器７から制御装置３へ送信される上りの情報の例の詳細を表わす図である。
【図１０】（Ａ）〜（Ｆ）は、上りのフレームの例を表わす図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｅ）は、上りのフレームの例を表わす図である。
【図１２】（Ａ）〜（Ｂ）は、上りのフレームの例を表わす図である。
【図１３】監視制御装置３８および変換器制御装置３５のそれぞれのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】実施の形態２の電力変換装置１の無線通信を表わす図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１２】
［電力変換装置の構成］
図１は、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単位変換器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。なお、「単位変換器」は、「サブモジュール」、ＳＭ、または「変換器セル」とも呼ばれる。電力変換装置１は、直流回路１４と交流回路１２との間で電力変換を行なう。電力変換装置１は、電力変換回路２と、制御装置３とを含む。
【００１３】
電力変換回路２は、正極直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負極直流端子（すなわち、低電位側直流端子）Ｎｎとの間に互いに並列に接続された複数のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗ（総称する場合または任意のものを示す場合、レグ回路４と記載する）を含む。
【００１４】
レグ回路４は、交流を構成する複数相の各々に設けられる。レグ回路４は、交流回路１２と直流回路１４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。図１には、交流回路１２が３相交流系統の場合が示され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが設けられている。
【００１５】
レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ設けられた交流入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、連系変圧器１３を介して交流回路１２に接続される。交流回路１２は、例えば、交流電源などを含む交流電力系統である。図１では、図解を容易にするために、交流入力端子Ｎｖ，Ｎｗと連系変圧器１３との接続は図示していない。
【００１６】
各レグ回路４に共通に接続された高電位側直流端子Ｎｐおよび低電位側直流端子Ｎｎは、直流回路１４に接続される。直流回路１４は、例えば、直流送電網などを含む直流電力系統または他の電力変換装置の直流端子である。後者の場合、２台の電力変換装置を連結することによって定格周波数などが異なる交流電力系統間を接続するためのＢＴＢ（Back  To  Back）システムが構成される。
【００１７】
図１の連系変圧器１３を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流回路１２に接続した構成としてもよい。さらに、交流入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが連系変圧器１３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル８Ａ，８Ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路４は、交流入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗに設けられた接続部を介して電気的に（すなわち直流的または交流的に）交流回路１２と接続される。
【００１８】
レグ回路４ｕは、高電位側直流端子Ｎｐから交流入力端子Ｎｕまでの上アーム５と、低電位側直流端子Ｎｎから交流入力端子Ｎｕまでの下アーム６とを含む。上アーム５と下アーム６との接続点である交流入力端子Ｎｕが連系変圧器１３と接続される。高電位側直流端子Ｎｐおよび低電位側直流端子Ｎｎが直流回路１４に接続される。レグ回路４ｖ，４ｗについても同様の構成を有しているので、以下、レグ回路４ｕを代表として説明する。
【００１９】
上アーム５は、カスケード接続された複数の単位変換器７と、リアクトル８Ａとを含む。複数の単位変換器７およびリアクトル８Ａは直列に接続されている。
【００２０】
同様に、下アーム６は、カスケード接続された複数の単位変換器７と、リアクトル８Ｂとを含む。複数の単位変換器７およびリアクトル８Ｂは直列に接続されている。
【００２１】
リアクトル８Ａが挿入される位置は、レグ回路４ｕの上アーム５のいずれの位置であってもよく、リアクトル８Ｂが挿入される位置は、レグ回路４ｕの下アーム６のいずれの位置であってもよい。リアクトル８Ａ，８Ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。さらに、上アーム５のリアクトル８Ａのみ、もしくは、下アーム６のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。
【００２２】
リアクトル８Ａ，８Ｂは、交流回路１２または直流回路１４などの事故時に事故電流が急激に増大しないように設けられている。しかし、リアクトル８Ａ，８Ｂのインダクタンス値を過大なものにすると電力変換回路の効率が低下するという問題が生じる。したがって、事故時においては、各単位変換器７の全てのスイッチング素子をできるだけ短時間で停止（オフ）することが好ましい。
【００２３】
電力変換装置１は、さらに、制御に使用される電気量（電流、電圧など）を計測する各検出器として、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１６と、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂと、各レグ回路４に設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂとを含む。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置３に入力される。
【００２４】
なお、図１では図解を容易にするために、各検出器から制御装置３に入力される信号の信号線と、制御装置３および各単位変換器７間で入出力される信号の信号線とは、一部まとめて記載されているが、実際には検出器ごとおよび単位変換器７ごとに設けられている。各単位変換器７と制御装置３との間の信号線は、送信用と受信用とが別個に設けられていてもよい。本実施の形態では、制御装置３と各単位変換器７との間の第１の伝送媒体は、光ファイバＦＣ１であり、第２の伝送媒体は、無線通信路ＲＣである。
【００２５】
以下、各検出器について具体的に説明する。
交流電圧検出器１０は、交流回路１２のＵ相の交流電圧値Ｖａｃｕ、Ｖ相の交流電圧値Ｖａｃｖ、およびＷ相の交流電圧値Ｖａｃｗを検出する。交流電流検出器１６は、交流回路１２のＵ相の交流電流値Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流値Ｉａｃｖ、およびＷ相の交流電流値Ｉａｃｗを検出する。直流電圧検出器１１Ａは、直流回路１４に接続された高電位側直流端子Ｎｐの直流電圧値Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器１１Ｂは、直流回路１４に接続された低電位側直流端子Ｎｎの直流電圧値Ｖｄｃｎを検出する。
【００２６】
Ｕ相用のレグ回路４ｕに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、上アーム５に流れる上アーム電流Ｉｐｕおよび下アーム６に流れる下アーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。同様に、Ｖ相用のレグ回路４ｖに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、上アーム電流Ｉｐｖおよび下アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路４ｗに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、上アーム電流Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。
【００２７】
［単位変換器の構成例］
図２は、図１の各レグ回路を構成する単位変換器の一例を示す回路図である。図２に示す単位変換器７は、ハーフブリッジ型の変換回路２０ＨＢと、ＳＭ制御部２１と、電圧検出器２７と、電流検出器２９と、エネルギー蓄積器としてのキャパシタ２４と、バイパススイッチＳＷと、情報通信部２８とを含む。
【００２８】
ハーフブリッジ型の変換回路２０ＨＢは、互いに直列接続されたスイッチング素子２２Ａ，２２Ｂと、ダイオード２３Ａ，２３Ｂとを含む。ダイオード２３Ａ，２３Ｂは、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂとそれぞれ逆並列（すなわち、並列かつ逆バイアス方向）に接続される。キャパシタ２４は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの直列接続回路と並列に接続され、直流電圧を保持する。スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの接続ノードは高電位側の入出力端子２６Ｐと接続される。スイッチング素子２２Ｂとキャパシタ２４の接続ノードは低電位側の入出力端子２６Ｎと接続される。
【００２９】
各スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂには、オン動作とオフ動作の両方を制御可能な自己消弧型のスイッチング素子が用いられる。スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）またはＧＣＴ（Gate  Commutated  Turn-off  thyristor）である。
【００３０】
バイパススイッチＳＷは、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間に接続される。バイパススイッチＳＷの接点を閉じることによって、スイッチング素子２２Ｂの両端が短絡される。バイパススイッチＳＷによって、事故電流の通電が可能である。すなわち、バイパススイッチＳＷが単位変換器７を短絡することによって、単位変換器７に含まれる各素子（スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂ、ダイオード２３Ａ，２３Ｂおよびキャパシタ２４）が事故時に発生する過電流から保護される。
【００３１】
また、バイパススイッチＳＷは、単位変換器７の各素子が故障した場合に、その単位変換器７を短絡させる際にも利用される。これにより、複数の単位変換器７のうちの任意の単位変換器７が故障しても、他の単位変換器７を利用することにより電力変換装置１の運転継続が可能となる。
【００３２】
ＳＭ制御部２１は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂのスイッチングを制御する。ＳＭ制御部２１は、通常動作時（すなわち、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの一方をオン状態とし、他方をオフ状態となるように制御を行なう。スイッチング素子２２Ａがオン状態であり、スイッチング素子２２Ｂがオフ状態のとき、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間にはキャパシタ２４の両端間の電圧が印加される。逆に、スイッチング素子２２Ａがオフ状態であり、スイッチング素子２２Ｂがオン状態のとき、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間は０Ｖとなる。
【００３３】
単位変換器７は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂを交互にオン状態とすることによって、零電圧またはキャパシタ２４の電圧に依存した正電圧を出力することができる。ダイオード２３Ａ，２３Ｂは、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂに逆方向電圧が印加されたときの保護のために設けられている。
【００３４】
電圧検出器２７は、キャパシタ２４の両端の電圧（以下、キャパシタ電圧）Ｖｃａｐを検出する。電流検出器２９は、単位変換器７の入出力端子２６Ｐを流れる電流（以下、通過電流）Ｉｐａを検出する。
【００３５】
情報通信部２８は、光通信部７１と、無線通信部７２とを備える。光通信部７１は、光ファイバＦＣ１を通じて制御装置３と通信する。無線通信部７２は、無線通信路ＲＣを通じて、制御装置３と通信する。
【００３６】
［伝送情報］
次に、制御装置３と単位変換器７の間で伝送される情報について説明する。
【００３７】
図３は、制御装置３から単位変換器７へ送信される下りの情報の例を表わす図である。
制御装置３は、光ファイバＦＣ１を通じて、「単位変換器のスイッチング指令に関する情報」を単位変換器７へ送信する。単位変換器７を高速かつ正確に制御するために、スイッチング指令は、光ファイバＦＣ１による高速かつ信頼性の高い光通信によって伝送される。
【００３８】
制御装置３は、光ファイバＦＣ１および無線通信路ＲＣを通じて、「通信異常または制御装置の異常に関する情報」を単位変換器７に送信する。通信異常または制御装置の異常は、いずれか１つの経路に異常があっても、確実に伝送されるように、通信異常または制御装置の異常に関する情報は、光ファイバＦＣ１および無線通信路ＲＣによって伝送される。
【００３９】
制御装置３は、無線通信路ＲＣを通じて、「単位変換器７の試験指令に関する情報」を単位変換器７へ送信する。試験指令は、高速かつ高い信頼性で伝送する必要性が相対的に少ないので、無線で伝送される。
【００４０】
図４は、単位変換器７から制御装置３へ送信される上りの情報の例を表わす図である。
単位変換器７は、無線通信路ＲＣを通じて、単位変換器７の状態に関する情報の少なくとも一部を制御装置３へ送信する。すべての情報が光ファイバＦＣ１を通じて伝送されないので、光ファイバＦＣ１の伝送容量を抑えることができる。
【００４１】
単位変換器７は、光ファイバＦＣ１および無線通信路ＲＣを通じて、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器７の状態に関する情報」を制御装置３へ送信する。スイッチング指令に応じて変化する単位変換器７の状態は、いずれか１つの経路に異常があっても、確実に伝送されるように、スイッチング指令に応じて変化する単位変換器７の状態に関する情報は、光ファイバＦＣ１および無線通信路ＲＣによって伝送される。
【００４２】
単位変換器７は、光ファイバＦＣ１および無線通信路ＲＣを通じて、「通信のタイムアウト、および単位変換器７の重度の異常に関する情報」を制御装置３へ送信する。通信のタイムアウト、および単位変換器７の重度の異常は、いずれか１つの経路に異常があっても、確実に伝送されるように、通信のタイムアウト、および単位変換器７の重度の異常に関する情報は、光ファイバＦＣ１および無線通信路ＲＣによって伝送される。
【００４３】
単位変換器７は、光ファイバＦＣ１を通じて、「光ファイバＦＣ１による通信の瞬時的な異常に関する情報」を制御装置３へ送信する。瞬時的な異常は、通信周期が長い無線通信路ＲＣでは起こらないため、瞬時的な異常を光ファイバＦＣ１による通信に限定する。また、光ファイバＦＣ１の経路で発生した異常のため、無線通信路ＲＣによる通信には不要のため、光ファイバＦＣ１による通信の瞬時的な異常に関する情報は、光ファイバＦＣ１によって伝送される。
【００４４】
単位変換器７は、無線通信路ＲＣを通じて、「単位変換器７の軽度の異常に関する情報」を制御装置３へ送信する。単位変換器７の軽度の異常は、高速に伝送する必要性が少ないので、低速の無線通信路ＲＣによって伝送される。
【００４５】
単位変換器７は、無線通信路ＲＣを通じて、「スイッチング指令に関わらない単位変換器７の状態に関する情報」を制御装置３へ送信する。スイッチング指令に関わらない単位変換器７の状態は、高速に伝送する必要性が少ないので、低速の無線通信路ＲＣによって伝送される。
【００４６】
［制御装置の構成］
図５は、制御装置３およびＳＭ制御部２１の構成を示すブロック図である。
【００４７】
図５を参照して、制御装置３は、監視制御装置３８と、変換器制御装置３５と、中継装置７０とを含む。
【００４８】
中継装置７０は、変換器制御装置３５と複数の単位変換器７との間の通信を中継する。監視制御装置３８と、変換器制御装置３５との間は、ＬＡＮ（Local  Area  Network）などの有線の電気通信路ＥＣによって接続される。変換器制御装置３５と中継装置７０との間は、光ファイバＦＣ２によって接続される。変換器制御装置３５は、指令生成部３７を備える。中継装置７０と単位変換器７との間は、光ファイバＦＣ１によって接続される。
【００４９】
監視制御装置３８と単位変換器７との間は、無線通信路ＲＣによって接続される。
［指令生成部３７の構成例］
図６は、変換器制御装置３５に含まれる指令生成部３７の構成例を示すブロック図である。図６を参照して、指令生成部３７は、直流電圧制御装置６０と、交流電圧制御装置６１と、循環電流制御装置６２と、キャパシタ電圧制御装置６３と、アーム電圧制御装置６４とを含む。
【００５０】
直流電圧制御装置６０は、各相の上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗに基づいて直流電流値Ｉｄｃを演算する。具体的には、上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗの和をＩｄｃ＿ｐとし、下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗの和をＩｄｃ＿ｎとすれば、直流電流値Ｉｄｃは、以下の式（１）によって計算できる。
【００５１】
Ｉｄｃ＝（Ｉｄｃ＿ｐ＋Ｉｄｃ＿ｎ）／２    ・・・（１）
直流電圧制御装置６０は、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂで検出された直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎと、算出した直流電流値Ｉｄｃとに基づいて、直流電圧指令値を生成する。直流電圧制御装置６０は、例えば、ＰＩＤ制御器（Proportional-Integral-Differential  Controller）などのフィードバック制御器によって構成される。
【００５２】
交流電圧制御装置６１は、交流電圧検出器１０によって検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗと、交流電流検出器１６によって検出されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗとに基づいて、各相の交流電圧指令値を生成する。交流電圧制御装置６１は、例えば、ＰＩＤ制御器などのフィードバック制御器によって構成される。
【００５３】
循環電流制御装置６２は、まず、レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを各相の上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗに基づいて計算する。循環電流は、複数のレグ回路４の間を循環する電流である。例えば、Ｕ相レグ回路４ｕを流れる循環電流Ｉｃｃｕは、以下の式（２）によって計算できる。
【００５４】
Ｉｃｃｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２−Ｉｄｃ／３    ・・・（２）
式（２）の第１項はレグ回路４ｕの上アーム５および下アーム６に共通に流れる電流を表す。式（２）の第２項は、直流電流値Ｉｄｃが各レグ回路に均等に流れると仮定したときのＵ相レグ回路４ｕの分担分を表す。循環電流Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗについても同様に計算することができる。
【００５５】
循環電流制御装置６２は、算出された各相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗと、アーム回路ごとに平均化されたキャパシタ電圧Ｖｃａｐとに基づいて各相の循環電流の指令値を算出する。循環電流制御装置６２は、例えば、ＰＩＤ制御器などのフィードバック制御器によって構成される。
【００５６】
キャパシタ電圧制御装置６３は、アーム回路ごとに平均化されたキャパシタ電圧Ｖｃａｐと、各相の上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗに基づいて、各単位変換器７のキャパシタ２４の電圧指令値を生成する。キャパシタ電圧制御装置６３は、例えば、ＰＩＤ制御器などのフィードバック制御器によって構成される。
【００５７】
アーム電圧制御装置６４は、上記の各制御装置を合成することによって、各相の上アーム５および下アーム６用のアーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ，Ｖｎｒｅｆｗ（以下、電圧指令）を生成する。電圧指令は中継装置７０を介して、単位変換器７に伝送される。
【００５８】
なお、上記で説明した指令生成部３７の構成は一例であって、他の構成の制御機器を本実施の形態に適用することができる。
【００５９】
（ＳＭ制御部の構成）
再び、図５を参照して、ＳＭ制御部２１について説明する。
【００６０】
ＳＭ制御部２１は、スイッチング制御部１２１と、状態管理部１２２と、バイパス制御部１２４と、試験制御部１２３とを備える。
【００６１】
ＳＭ制御部２１は、位相生成部１０４と、位相調整部１０６と、ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号生成部１０８と、ゲートドライバ１１０とを含む。
【００６２】
図７は、制御装置３から単位変換器７へ送信される下りの情報の例の詳細を表わす図である。図８（Ａ）〜図８（Ｆ）は、下りのフレームの例を表わす図である。図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、有線フレームを表わし、図８（Ｅ）〜図８（Ｆ）は、無線フレームを表わす。
【００６３】
有線フレームは、ヘッダと、ペイロード、ＦＣＳ（Frame  Check  Sequence）とを含む。ヘッダは、フラグと、通常コマンドと、シーケンス番号と、データ長とを含む。無線フレームは、ヘッダと、ペイロードとを含む。ヘッダは、ＰＨＹヘッダと、ＭＡＣヘッダと、ＩＤヘッダと、ＴＣＰ／ＵＤＰヘッダとを含む。無線フレームの宛先は、ヘッダによって識別可能である。有線フレームの宛先は、後述の識別信号によって識別可能である。有線フレームに識別信号が含まれていない場合には、有線フレームを受信したすべての単位変換器が、有線フレームの宛先となる。
【００６４】
変換器制御装置３５は、電力変換回路２の運転時に、光ファイバＦＣ２、中継装置７０、光ファイバＦＣ１を通じて、単位変換器７へ「単位変換器の第１のスイッチング指令に関する情報」を送信する。図８（Ａ）が示すように、「単位変換器の第１のスイッチング指令に関する情報」は、有線フレームＦＤ１のペイロードに格納されて、送信される。
【００６５】
「単位変換器の第１のスイッチング指令に関する情報」は、電圧指令、キャリア信号、ＰＷＭ信号、同期信号のうちの少なくとも１つを含む。
【００６６】
単位変換器７の光通信部７１が、有線フレームＦＤ１を受信する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ１に電圧指令が含まれている場合には、電圧指令をＰＷＭ信号生成部１０８へ出力する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ１にキャリア信号が含まれている場合には、キャリア信号を位相調整部１０６へ出力する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ１にＰＷＭ信号が含まれている場合には、ＰＷＭ信号をゲートドライバ１１０へ出力する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ１に同期信号含まれている場合には、同期信号を位相調整部１０６へ出力する。
【００６７】
位相調整部１０６は、位相生成部１０４により生成されたキャリア位相Ｔ（Ｍ）と、同期信号（すなわち、基準位相に対応する同期パルス信号）とに基づいて、キャリア信号の位相を調整する。キャリア信号が三角信号のときには、位相が調整されたキャリア信号は、同期パルス信号（すなわち、基準位相）から、キャリア位相Ｔ（Ｍ）だけシフトした三角波信号である。
【００６８】
ＰＷＭ信号生成部１０８は、電圧指令と、位相調整部１０６により調整されたキャリア信号とを比較することによって、パルス波形のＰＷＭ信号を生成する。ＰＷＭ信号生成部１０８は、生成したＰＷＭ信号をゲートドライバ１１０に出力する。
【００６９】
ゲートドライバ１１０は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの導通制御端子（例えば、ゲート端子）に対して、ＰＷＭ信号生成部１０８により生成されたＰＷＭ信号、または光通信部７１から送られてくるＰＷＭ信号に基づく駆動電圧を出力する。
【００７０】
変換器制御装置３５は、電力変換回路２の初期設定時に、光ファイバＦＣ２、中継装置７０、光ファイバＦＣ１を通じて、単位変換器７へ「単位変換器の第２のスイッチング指令に関する情報」を送信する。図８（Ｂ）に示すように、「単位変換器の第２のスイッチング指令に関する情報」は、有線フレームＦＤ２のペイロードに格納されて、送信される。
【００７１】
「単位変換器の第２のスイッチング指令に関する情報」は、単位変換器７の識別信号、共通位相オフセットＯＳ、および複数の単位変換器のうち制御対象となる単位変換器の数（以下、単位変換器数Ｓｎ）のうちの少なくとも１つを含む。
【００７２】
単位変換器７の光通信部７１が、有線フレームＦＤ２を受信する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ２に単位変換器７の識別信号、共通位相オフセットＯＳ、および単位変換器数Ｓｎのいずれかが含まれていれば、それらを位相生成部１０４へ出力する。
【００７３】
位相生成部１０４は、光通信部７１から送られてきた、あるいは予め定められた単位変換器の識別信号と、単位変換器数Ｓｎと、共通位相オフセットＯＳとに基づいて、キャリア位相を生成する。
【００７４】
具体的には、位相生成部１０４は、単位変換器数Ｓｎを用いて、キャリア間隔Ｄ（＝３６０°／（キャリア信号倍率×単位変換器数Ｓｎ））を算出する。単位変換器の識別信号で表される単位変換器７の番号Ｍが、０〜Ｓｎ-１とする。ここで、キャリア信号倍率は、交流系統周波数に対するキャリア信号周波数の倍率を示し、１．０以上である。位相生成部１０４は、共通位相オフセットＯＳと、単位変換器の識別信号と、キャリア間隔Ｄとに基づいて、キャリア位相Ｔ（Ｍ）を生成する。たとえば、キャリア位相Ｔ（Ｍ）は、キャリア間隔Ｄ、共通位相オフセットＯＳを用いて以下の式で表され、単位変換器７ごとに一意に定められる。
【００７５】
Ｔ（Ｍ）＝（Ｍ−１）×キャリア間隔Ｄ＋共通位相オフセットＯＳ    ・・・（３）
監視制御装置３８は、有線の電気通信路ＥＣ、変換器制御装置３５、光ファイバＦＣ２、中継装置７０、および光ファイバＦＣ１を通じて、単位変換器７へ「単位変換器の第３のスイッチング指令に関する情報」を送信する。図８（Ｃ）に示すように、「単位変換器の第３のスイッチング指令に関する情報」は、有線フレームＦＤ３のペイロードに格納されて、送信される。
【００７６】
「単位変換器の第３のスイッチング指令に関する情報」は、ゲートブロック指令およびゲートデブロック指令のうちの少なくとも１つを含む。
【００７７】
単位変換器７の光通信部７１が、有線フレームＦＤ３を受信する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ３にゲートブロック指令、またはゲートデブロック指令が含まれていれば、ゲートブロック指令、またはゲートデブロック指令をゲートドライバ１１０へ出力する。ゲートドライバ１１０は、ゲートブロック指令に基づいて、ＰＷＭ信号に基づく駆動電圧の出力を停止する。ゲートドライバ１１０は、ゲートデブロック指令に基づいて、ＰＷＭ信号に基づく駆動電圧の出力を再開する。
【００７８】
監視制御装置３８は、有線の電気通信路ＥＣ、変換器制御装置３５、光ファイバＦＣ２、中継装置７０、および光ファイバＦＣ１を通じて、単位変換器７へ「通信異常または制御装置の異常に関する情報」を送信する。図８（Ｄ）に示すように、「通信異常または制御装置の異常に関する情報」は、有線フレームＦＤ４のペイロードに格納されて、送信される。
【００７９】
監視制御装置３８は、無線通信路ＲＣを通じて、単位変換器７へ「通信異常または制御装置の異常に関する情報」を送信する。図８（Ｅ）に示すように、「通信異常または制御装置の異常に関する情報」は、無線フレームＦＤ５のペイロードに格納されて、送信される。
【００８０】
「通信異常または制御装置の異常に関する情報」は、監視制御装置３８の異常の有無を表わす情報、変換器制御装置３５の異常の有無を表わす情報、ＣＲＣエラーの有無を表わす情報、光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報、および通信タイムアウトの有無を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。ＣＲＣエラーは、無線通信、または光ファイバによる通信におけるＣＲＣエラーである。通信タイムアウトは、無線通信、または光ファイバによる通信における通信タイムアウトである。
【００８１】
単位変換器７の光通信部７１が、有線フレームＦＤ４を受信する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ４に監視制御装置３８の異常の有無を表わす情報が含まれている場合には、監視制御装置３８の異常の有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ４に変換器制御装置３５の異常の有無を表わす情報が含まれている場合には、変換器制御装置３５の異常の有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ４にＣＲＣエラーの有無を表わす情報が含まれている場合には、ＣＲＣエラーの有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ４に光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報が含まれている場合には、光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。光通信部７１は、有線フレームＦＤ４に通信タイムアウトの有無を表わす情報が含まれている場合には、通信タイムアウトの有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。
【００８２】
単位変換器７の無線通信部７２が、無線フレームＦＤ５を受信する。無線通信部７２は、有線フレームＦＤ５に監視制御装置３８の異常の有無を表わす情報が含まれている場合には、監視制御装置３８の異常の有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。無線通信部７２は、有線フレームＦＤ５に変換器制御装置３５の異常の有無を表わす情報が含まれている場合には、変換器制御装置３５の異常の有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。無線通信部７２は、有線フレームＦＤ５にＣＲＣエラーの有無を表わす情報が含まれている場合には、ＣＲＣエラーの有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。無線通信部７２は、有線フレームＦＤ５に光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報が含まれている場合には、光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。無線通信部７２は、有線フレームＦＤ５に通信タイムアウトの有無を表わす情報が含まれている場合には、通信タイムアウトの有無を表わす情報を状態管理部１２２へ出力する。
【００８３】
このように、「通信異常または制御装置の異常に関する情報」は、２つの通信経路で伝送されるので、いずれかの経路に異常があっても、「通信異常または制御装置の異常に関する情報」が単位変換器７に伝送される。
【００８４】
状態管理部１２２は、「通信異常または制御装置の異常に関する情報」を受信すると、バイパス制御部１２４を指示して、バイパススイッチＳＷを閉じさせる。また、監視制御装置３８、変換器制御装置３５、および中継装置７０も、「通信異常または制御装置の異常に関する情報」の送信によって、処理を停止する。
【００８５】
監視制御装置３８は、有線の電気通信路ＥＣ、変換器制御装置３５、光ファイバＦＣ２、中継装置７０、および光ファイバＦＣ１を通じて、単位変換器７へ「単位変換器の試験指令に関する情報」を送信する。図８（Ｆ）に示すように、「単位変換器の試験指令に関する情報」は、無線フレームＦＤ６のペイロードに格納されて、送信される。
【００８６】
「単位変換器の試験指令に関する情報」は、試験開始指令、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令、ゲートブロック指令、ゲートデブロック指令、バイパス指令、および各通信データの模擬指令のうちの少なくとも１つを含む。
【００８７】
単位変換器７の無線通信部７２は、無線フレームＦＤ６を受信する。無線通信部７２は、無線フレームＦＤ６に試験開始指令が含まれている場合は、試験開始指令を試験制御部１２３へ出力する。試験制御部１２３は、試験開始指令に基づいて、試験開始を制御する。無線通信部７２は、無線フレームＦＤ６に各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令が含まれている場合は、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令を試験制御部１２３へ出力する。試験制御部１２３は、各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ指令に基づいて、試験時の各スイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御する。無線通信部７２は、無線フレームＦＤ６にゲートブロック指令が含まれている場合は、ゲートブロック指令を試験制御部１２３へ出力する。試験制御部１２３は、ゲートブロック指令に基づいて、試験時のゲートブロックを制御する。無線通信部７２は、無線フレームＦＤ６にゲートデブロック指令が含まれている場合は、ゲートデブロック指令を試験制御部１２３へ出力する。試験制御部１２３は、ゲートデブロック指令に基づいて、試験時のゲートデブロックを制御する。無線通信部７２は、無線フレームＦＤ６にバイパス指令が含まれている場合は、バイパス指令を試験制御部１２３へ出力する。試験制御部１２３は、バイパス指令に基づいて、試験時のバイパススイッチＳＷの開閉を制御する。無線通信部７２は、無線フレームＦＤ６に各通信データの模擬指令が含まれている場合は、各通信データの模擬指令を試験制御部１２３へ出力する。試験制御部１２３は、各通信データの模擬指令に基づいて、試験時の単位変換器７の模擬動作を制御する。
【００８８】
図９は、単位変換器７から制御装置３へ送信される上りの情報の例の詳細を表わす図である。図１０（Ａ）〜図１０（Ｆ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｂ）は、上りのフレームの例を表わす図である。
【００８９】
図１０（Ａ）、図１０（Ｃ）、図１０（Ｅ）、図１１（Ａ）〜図１１（Ｅ）は、有線フレームを表わし、図１０（Ｂ）、図１０（Ｄ）、図１０（Ｆ）、図１２（Ａ）〜図１２（Ｂ）は、無線フレームを表わす。
【００９０】
有線フレームは、ヘッダと、ペイロード、ＦＣＳとを含む。ヘッダは、フラグと、通常コマンドと、シーケンス番号と、データ長とを含む。無線フレームは、ヘッダと、ペイロードとを含む。ヘッダは、ＰＨＹヘッダと、ＭＡＣヘッダと、ＩＤヘッダと、ＴＣＰ／ＵＤＰヘッダとを含む。
【００９１】
単位変換器７の状態管理部１２２は、電圧検出器２７で検出されたキャパシタ電圧Ｖｃａｐ、電流検出器２９で検出された通過電流Ｉｐａ、および単位変換器７の運用状態を管理する。
【００９２】
単位変換器７は、光ファイバＦＣ１を通じて、中継装置７０へ「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を表わす情報」を送信する。図１０（Ａ）に示すように、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を表わす情報」は、有線フレームＦＵ１のペイロードに格納されて、送信される。
【００９３】
単位変換器７は、無線通信路ＲＣを通じて、単位変換器７へ「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を表わす情報」を送信する。図１０（Ｂ）に示すように、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を表わす情報」は、無線フレームＦＵ２のペイロードに格納されて、送信される。
【００９４】
「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を表わす情報」は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐを表わす情報および通過電流Ｉｐａを表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。
【００９５】
監視制御装置３８は、無線通信路ＲＣを通じて、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を表わす情報」を受信すると、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を表わす情報」に従って、単位変換器７を制御する。
【００９６】
単位変換器７の状態管理部１２２は、単位変換器７のゲートブロック状態、単位変換器７のゲートデブロック状態、および単位変換器７の運用状態を管理する。運用状態とは、制御装置３の指令値に従って、動作可能な状態である。
【００９７】
単位変換器７は、光ファイバＦＣ１を通じて、中継装置７０へ「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」を送信する。図１０（Ｃ）に示すように、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」は、有線フレームＦＵ３のペイロードに格納されて、送信される。
【００９８】
単位変換器７は、無線通信路ＲＣを通じて、単位変換器７へ「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」を送信する。図１０（Ｄ）に示すように、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」は、無線フレームＦＵ４のペイロードに格納されて、送信される。
【００９９】
「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」は、単位変換器７のゲートブロック状態を表わす情報、単位変換器７のゲートデブロック状態を表わす情報、および単位変換器７の運用状態を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。
【０１００】
監視制御装置３８は、無線通信路ＲＣを通じて、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」を受信すると、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」に従って、単位変換器７を制御する。
【０１０１】
単位変換器７の状態管理部１２２は、通信タイムアウトの有無、単位変換器７の電源の異常の有無を表わす情報、単位変換器７のクロックの異常、および単位変換器７のキャパシタ電圧の重度の異常を管理する。通信タイムアウトは、無線通信、または光ファイバによる通信における通信タイムアウトである。キャパシタ電圧の重度の異常は、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが標準レベルよりもΔＶ１以上高い状態を表わす。
【０１０２】
単位変換器７は、光ファイバＦＣ１を通じて、中継装置７０へ「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常に関する情報」を送信する。図１０（Ｅ）に示すように、「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常に関する情報」は、有線フレームＦＵ５のペイロードに格納されて、送信される。
【０１０３】
単位変換器７は、無線通信路ＲＣを通じて、単位変換器７へ「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常に関する情報」を送信する。図１０（Ｆ）に示すように、「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常に関する情報」は、無線フレームＦＵ６のペイロードに格納されて、送信される。
【０１０４】
「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常に関する情報」は、通信タイムアウトの有無を表わす情報、単位変換器７の電源の異常の有無を表わす情報、単位変換器７のクロックの異常の有無を表わす情報、および単位変換器７のキャパシタ電圧の重度の異常の有無を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。
【０１０５】
単位変換器７のバイパス制御部１２４は、「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常に関する情報」を送信後に、バイパススイッチＳＷを閉じる。
【０１０６】
監視制御装置３８は、無線通信路ＲＣを通じて、「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常に関する情報」を受信すると、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」に従って、他の単位変換器７を制御する。
【０１０７】
「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を表わす情報」を受信した中継装置７０は、光ファイバＦＣ２、変換器制御装置３５、および有線の電気通信路ＥＣを通じて、監視制御装置３８へ「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を集約した状態を表わす情報」を送信する。図１１（Ａ）に示すように、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を集約した状態を表わす情報」は、有線フレームＦＵ７のペイロードに格納されて、送信される。
【０１０８】
「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を集約した状態を表わす情報」は、複数の単位変換器７のキャパシタ電圧の加算値または平均値を表わす情報、および複数の単位変換器７の通過電流の加算値または平均値を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。中継装置７０から監視制御装置３８へは、第１の状態を集約した状態を表わす情報が伝送されるので、伝送する情報量を低減することができる。
【０１０９】
監視制御装置３８は、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を集約した状態を表わす情報」を受信すると、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第１の状態を集約した状態を表わす情報」に基づいて、複数の単位変換器７を制御する。
【０１１０】
「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を表わす情報」を受信した中継装置７０は、光ファイバＦＣ２、変換器制御装置３５、および有線の電気通信路ＥＣを通じて、監視制御装置３８へ「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を集約した状態を表わす情報」を送信する。図１１（Ｂ）に示すように、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を集約した状態を表わす情報」は、有線フレームＦＵ８のペイロードに格納されて、送信される。
【０１１１】
「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を集約した状態を表わす情報」は、複数の単位変換器７のゲートブロック状態の論理積を表わす情報、複数の単位変換器７のゲートデブロック状態の論理積を表わす情報、および複数の単位変換器７の運用状態の論理積を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。中継装置７０から監視制御装置３８へは、第２の状態を集約した状態を表わす情報が伝送されるので、伝送する情報量を低減することができる。
【０１１２】
監視制御装置３８は、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を集約した状態を表わす情報」を受信すると、「スイッチング指令に応じて変化する単位変換器の第２の状態を集約した状態を表わす情報」に基づいて、複数の単位変換器７を制御する。
【０１１３】
「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常を表わす情報」を受信した中継装置７０は、光ファイバＦＣ２、変換器制御装置３５、および有線の電気通信路ＥＣを通じて、監視制御装置３８へ「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常を集約した情報」を送信する。図１１（Ｃ）に示すように、「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常を集約した情報」は、有線フレームＦＵ９のペイロードに格納されて、送信される。
【０１１４】
「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常を集約した情報」は、複数の単位変換器７の通信タイムアウトの有無の論理和を表わす情報、複数の単位変換器７の電源の異常の有無の論理和を表わす情報、複数の単位変換器７のクロックの異常の有無の論理和を表わす情報、および複数の単位変換器７のキャパシタ電圧の重度の異常の有無の論理和を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。中継装置７０から監視制御装置３８へは、通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常を集約した情報が伝送されるので、伝送する情報量を低減することができる。
【０１１５】
監視制御装置３８は、「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常を集約した情報」を受信すると、「通信タイムアウトまたは単位変換器の重度の異常を集約した情報」に基づいて、複数の単位変換器７を制御する。
【０１１６】
単位変換器７の状態管理部１２２は、光ファイバによる通信のＣＲＣ（Cyclic  Redundancy  Check）エラーの有無を表わす情報、光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報、および光ファイバによる通信のＦＣＳエラーの有無を管理する。
【０１１７】
単位変換器７は、光ファイバＦＣ１を通じて、中継装置７０へ「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を表わす情報」を送信する。図１１（Ｄ）に示すように、「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を表わす情報」は、フレームＦＵ１０のペイロードに格納されて、送信される。
【０１１８】
「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を表わす情報」は、ＣＲＣエラーの有無を表わす情報、光ファイバの光量非検出の有無を表わす情報、およびＦＣＳエラーの有無を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。
【０１１９】
単位変換器７のバイパス制御部１２４は、「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を表わす情報」を送信後に、バイパススイッチＳＷを閉じる。
【０１２０】
「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を表わす情報」を受信した中継装置７０は、光ファイバＦＣ２、変換器制御装置３５、および有線の電気通信路ＥＣを通じて、監視制御装置３８へ「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を集約した情報」を送信する。図１１（Ｅ）に示すように、「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を集約した情報」は、有線フレームＦＵ１１のペイロードに格納されて、送信される。
【０１２１】
「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を集約した情報」は、複数の単位変換器７のＣＲＣエラーの有無の論理和を表わす情報、複数の単位変換器７の光ファイバの光量非検出の有無の論理和を表わす情報、および複数の単位変換器７のＦＣＳエラーの有無の論理和を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。中継装置７０から監視制御装置３８へは、通ファイバによる通信の瞬時的な異常を集約した情報が伝送されるので、伝送する情報量を低減することができる。
【０１２２】
監視制御装置３８は、「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を集約した情報」を受信すると、「光ファイバによる通信の瞬時的な異常を集約した情報」に基づいて、複数の単位変換器７を制御する。
【０１２３】
単位変換器７の状態管理部１２２は、単位変換器７のキャパシタ電圧Ｖｃａｐの軽度の超過の有無、単位変換器７のキャパシタ電圧Ｖｃａｐの軽度の不足の有無、および単位変換器７の記録機能の異常の有無を管理する。単位変換器７のキャパシタ電圧Ｖｃａｐの軽度の超過とは、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが標準レベルよりもΔＶ２以上ΔＶ１以下高い状態を表わす。キャパシタ電圧Ｖｃａｐの軽度の不足とは、キャパシタ電圧Ｖｃａｐが標準レベルよりもΔＶ２以上ΔＶ１以下低い状態を表わす。単位変換器７の記録機能の異常は、単位変換器７に異常が発生した前後の各種の信号、単位変換器７内の異常を表わすデータを記録する機能の異常である。
【０１２４】
単位変換器７は、無線通信路ＲＣを通じて、単位変換器７へ「単位変換器の軽度の異常に関する情報」を送信する。図１２（Ａ）に示すように、「単位変換器の軽度の異常に関する情報」は、無線フレームＦＵ１２のペイロードに格納されて、送信される。
【０１２５】
「単位変換器の軽度の異常に関する情報」は、単位変換器７のキャパシタ電圧Ｖｃａｐの軽度の超過の有無を表わす情報、単位変換器７のキャパシタ電圧Ｖｃａｐの軽度の不足の有無を表わす情報、および単位変換器７の記録機能の異常の有無を表わす情報のうちの少なくとも１つを含む。
【０１２６】
単位変換器７のバイパス制御部１２４は、「単位変換器の軽度の異常に関する情報」を送信後に、バイパススイッチＳＷを閉じない。
【０１２７】
監視制御装置３８は、「単位変換器の軽度の異常に関する情報」を受信すると、「単位変換器の軽度の異常に関する情報」に基づいて、単位変換器７を制御する。
【０１２８】
単位変換器７の状態管理部１２２は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの状態、バイパススイッチＳＷの状態、スイッチング指令のアンサーバック、単位変換器の記録データを管理する。スイッチング指令のアンサーバックとは、スイッチング指令に対する処理が完了したことの通知、またはスイッチング指令に対する処理が進行中であることの通知などである。単位変換器７の記録データとは、単位変換器７に異常が発生した前後の各種の信号、単位変換器７内の異常を表わすデータなどである。
【０１２９】
単位変換器７は、無線通信路ＲＣを通じて、単位変換器７へ「スイッチング指令に関わらない単位変換器の状態に関する情報」を送信する。図１２（Ｂ）に示すように、「スイッチング指令に関わらない単位変換器の状態に関する情報」は、無線フレームＦＵ１３のペイロードに格納されて、送信される。
【０１３０】
「スイッチング指令に関わらない単位変換器の状態に関する情報」は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの状態を表わす情報、バイパススイッチＳＷの状態を表わす情報、スイッチング指令のアンサーバックを表わす情報、単位変換器の記録データのうちの少なくとも１つを含む。
【０１３１】
監視制御装置３８は、「スイッチング指令に関わらない単位変換器の状態に関する情報」を受信すると、「スイッチング指令に関わらない単位変換器の状態に関する情報」に基づいて、単位変換器７を制御する。
【０１３２】
（制御装置のハードウェア構成）
図１３は、監視制御装置３８および変換器制御装置３５のそれぞれのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。
【０１３３】
監視制御装置３８および変換器制御装置３５は、いわゆるデジタルリレー装置と同様の構成を有する。監視制御装置３８および変換器制御装置３５は、ＡＤ（アナログ・デジタル）変換部５３０と、演算処理部５３５と、ＩＯ（Input  and  Output）部５４３と、整定・表示部５４７とを備える。
【０１３４】
ＡＤ変換部５３０の前段に、検出器からの入力信号を、制御装置３の内部での信号処理に適した電圧レベルに変換するための複数の変成器（不図示）が設けられていてもよい。
【０１３５】
ＡＤ変換部５３０は、アナログフィルタ５３１と、ＡＤ変換器５３２とを含む。アナログフィルタ５３１は、ＡＤ変換の際の折返し誤差を除去するために設けられたローパスフィルタである。ＡＤ変換器５３２は、アナログフィルタ５３１を通過した信号をデジタル値に変換する。
【０１３６】
図１３では、ＡＤ変換部５３０の入力は１チャンネルのみ代表的に示されているが、実際には、各検出器からの信号を受けるために多入力の構成となっている。したがって、より詳細には、ＡＤ変換部５３０は、複数のアナログフィルタ５３１と、複数のアナログフィルタ５３１を通過した信号を選択するためのマルチプレクサ（不図示）とを含む。
【０１３７】
演算処理部５３５は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）５３６と、メモリ５３７と、バスインターフェース５３８，５３９と、これらを接続するバス５４０とを含む。ＣＰＵ５３６は、監視制御装置３８または変換器制御装置３５の全体の動作を制御する。メモリ５３７は、ＣＰＵ５３６の主記憶として用いられる。さらに、メモリ５３７は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを含むことにより、プログラムおよび信号処理用の設定値などを格納する。
【０１３８】
なお、演算処理部５３５は、演算処理機能を有する回路によって構成されていればよく、図１３の例には限定されない。たとえば、演算処理部５３５は、複数のＣＰＵを備えていてもよい。また、演算処理部５３５は、ＣＰＵなどのプロセッサに代えて、少なくとも１つのＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）によって構成されていてもよいし、少なくとも１つのＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）によって構成されていてもよい。もしくは、演算処理部５３５は、プロセッサ、ＡＳＩＣ、およびＦＰＧＡのうちのいずれかの組み合わせによって構成されていてもよい。
【０１３９】
ＩＯ部５４３は、通信回路５４４と、デジタル入力回路５４５と、デジタル出力回路５４６とを含む。通信回路５４４は、光信号または無線信号を送信し、または受信する。デジタル入力回路５４５およびデジタル出力回路５４６は、ＣＰＵ５３６と外部装置との間で通信を行う際のインターフェース回路である。
【０１４０】
整定・表示部５４７は、整定値の入力および表示のためのタッチパネル５４８を備える。タッチパネル５４８は、液晶パネルのような表示装置とタッチパッドのような入力装置とを組わせた入出力インターフェースである。タッチパネル５４８は、バスインターフェース５３９を介してバス５４０と接続される。
【０１４１】
実施の形態２．
図１４は、実施の形態２の電力変換装置１の無線通信を表わす図である。
【０１４２】
監視制御装置３８と、単位変換器７との間の無線通信路による通信は、マルチホップ無線通信である。監視制御装置３８と単位変換器７との間に介在する他の単位変換器を経由して、単位変換器の少なくとも１つの状態に関する情報が順に転送される。
【０１４３】
たとえば、単位変換器７＿０が送信元端末とする。単位変換器７＿０から、監視制御装置３８への上りフレームＦＵ２、ＦＵ４、ＦＵ６、ＦＵ１２、ＦＵ１３は、単位変換器７＿３、単位変換器７＿６、単位変換器７＿８を経由して、監視制御装置３８へ伝送される。
【０１４４】
また、単位変換器７＿０が送信先端末とする。監視制御装置３８から、単位変換器７＿０への下りフレームＦＤ５、ＦＤ６は、単位変換器７＿８、単位変換器７＿６、単位変換器７＿３を経由して、単位変換器７＿０へ伝送される。
【０１４５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４６】
１  電力変換装置、２  電力変換回路、３  制御装置、４ｕ，４ｖ，４ｗ  レグ回路、５  上アーム、６  下アーム、７  単位変換器、８Ａ，８Ｂ  リアクトル、９Ａ，９Ｂ  アーム電流検出器、１０  交流電圧検出器、１１Ａ，１１Ｂ  直流電圧検出器、１２  交流回路、１３  連系変圧器、１４  直流回路、１６  交流電流検出器、２０ＨＢ  変換回路、２１  ＳＭ制御部、２２Ａ，２２Ｂ  スイッチング素子、２３Ａ，２３Ｂ  ダイオード、２４  直流コンデンサ、２６Ｐ，２６Ｎ  入出力端子、２７  電圧検出器、２８  情報通信部、２９  電流検出器、３５  変換器制御装置、３７  指令生成部、３８  監視制御装置、６０  直流電圧指令生成部、６１  交流電圧指令生成部、６２  循環電流指令生成部、６３  キャパシタ電圧指令生成部、６４  アーム電圧指令生成部、７０  中継装置、７１  光通信部、７２  無線通信部、１０４  位相生成部、１０６  位相調整部、１０８  ＰＷＭ信号生成部、１１０  ゲートドライバ、１２２  状態管理部、１２３  試験制御部、１２４  バイパス制御部、５３０  ＡＤ変換部、５３１  アナログフィルタ、５３２  ＡＤ変換器、５３５  演算処理部、５３６  ＣＰＵ、５３７  メモリ、５３８，５３９  バスＩ／Ｆ、５４０  バス、５４３  ＩＯ部、５４４  通信回路、５４５  デジタル入力回路、５４６  デジタル出力回路、５４７  整定・表示部、５４８  整定・表示用タッチパネル、ＳＷ  バイパススイッチ。ＦＣ１、ＦＣ２  光ファイバ、ＲＣ  無線通信路、ＥＣ  有線の電気通信路。
【要約】
電力変換装置は、直流回路（１４）と交流回路（１２）との間で電力変換を行なう。電力変換装置は、互いに直列接続された複数の単位変換器（７）を含む電力変換回路（２）と、制御装置（３）とを備える。単位変換器（７）は、１以上のスイッチング素子（２２Ａ、２２Ｂ）と、キャパシタ（２４）とを含む。制御装置（３）は、第１の伝送媒体（ＦＣ１）を通じて、単位変換器（７）のスイッチング指令に関する情報を単位変換器（７）へ送信する。単位変換器（７）は、第２の伝送媒体（ＲＣ）を通じて、単位変換器の少なくとも１つの状態に関する情報を制御装置（３）へ送信する。第１の伝送媒体（ＦＣ１）は、光ファイバであり、第２の伝送媒体（ＦＣ２）は、無線通信路である。【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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