(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サブモジュールを含む電力変換回路と、
前記電力変換回路の内部故障を検出する故障検出装置と、
前記複数のサブモジュールの各々を運転制御するための運転指令を生成する制御装置とを備え、
各前記サブモジュールは、スイッチング回路と、前記スイッチング回路に並列接続されたコンデンサとを含み、
前記制御装置は、
各前記サブモジュールに含まれる前記コンデンサの電圧値を取得する取得部と、
前記複数のサブモジュールの各々について、当該サブモジュールに含まれる前記コンデンサの電圧値の基準期間におけるばらつきを示す分散値と、当該サブモジュールにおける基準分散値との偏差を算出する偏差算出部と、
前記内部故障が検出された場合に、各前記サブモジュールにおける前記偏差に基づいて、前記内部故障の故障区間を判定する故障区間判定部と、
前記故障区間判定部の判定結果に基づいた前記運転指令を各前記サブモジュールに出力する指令出力部とを含む、電力変換装置。
【請求項２】
第１サブモジュールにおける前記偏差と、第２サブモジュールにおける前記偏差と、前記第１および第２サブモジュールの間に接続されている１以上の他のサブモジュールにおける前記偏差とが基準偏差以上である場合、前記故障区間判定部は、前記第１サブモジュールと前記第２サブモジュールとの間で短絡故障が発生したと判定する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記複数のサブモジュールのうちの１のサブモジュールにおける前記偏差が前記基準偏差以上であって、かつ前記１のサブモジュール以外の残りのサブモジュールの前記偏差が前記基準偏差未満である場合、前記故障区間判定部は、前記１のサブモジュール自体に故障が発生したと判定する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
各前記サブモジュールは、各前記サブモジュールを短絡するためのバイパススイッチを含み、
前記１のサブモジュール自体に故障が発生している場合、前記指令出力部は、前記運転指令として、前記１のサブモジュールに含まれる前記バイパススイッチを投入するための投入指令を出力する、請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記短絡故障が発生した場合、前記指令出力部は、前記運転指令として、前記複数のサブモジュールの動作を停止させるための停止指令を出力する、請求項２〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記制御装置は、
前記短絡故障が継続している場合に、前記交流回路に接続された遮断器を開放するためのトリップ信号を出力する信号出力部をさらに含む、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記短絡故障が継続していない場合、前記指令出力部は、前記複数のサブモジュールの動作を復帰させる復帰指令を出力する、請求項５または請求項６に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記制御装置は、上位装置と、前記上位装置と前記複数のサブモジュールとの間の通信を中継する中継装置とを含み、
前記上位装置は、前記取得部、前記偏差算出部、前記故障区間判定部、前記指令出力部を含み、
前記上位装置は、第１通信路を介して、前記運転指令を前記中継装置へ送信し、
前記中継装置は、前記第１通信路とは異なる第２通信路を介して、各前記サブモジュールから受信した前記コンデンサの電圧値を前記上位装置へ送信する、請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記基準分散値は、各前記サブモジュールに含まれる前記コンデンサが劣化していない場合における前記分散値であり、
前記制御装置は、
前記内部故障が検出されていない場合に、各前記サブモジュールにおける前記偏差に基づいて、各前記サブモジュールに含まれる前記コンデンサが劣化しているか否かを判定する劣化判定部をさらに含む、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、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に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流送電システムにおいて用いられる自励式の電力変換装置としてモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular  Multilevel  Converter）が知られている。モジュラーマルチレベル変換器を用いることで、自励式変換器によるＨＶＤＣ（High  Voltage  Direct  Current）システムが実現されている。モジュラーマルチレベル変換器は、交流の各相について、高電位側直流端子に接続された上アームと低電位側直流端子に接続された下アームとを有する。各アームは、複数のサブモジュールがカスケードに接続されることによって構成されている。「サブモジュール」は、「変換器セル」あるいは「単位変換器」とも称される。サブモジュールは、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、ＩＧＢＴを制御する電子回路、コンデンサ等の様々な部品で構成されており、これらの部品故障が発生する場合がある。【０００３】
例えば、特開２０１７−１４３６１９号公報（特許文献１）に係る電力変換装置では、各単位変換器が、電圧検出器と故障検出部とを有している。電圧検出器が検出したコンデンサの電圧が閾値より下回ったり、上回ったりした場合に、故障検出部は、その単位変換器が故障したと判別する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１４３６１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、上記のように単位変換器自体の故障発生を検出する構成については開示されている。しかし、多数（例えば、数百個）の単位変換器から構成される電力変換回路内において、単位変換器自体の故障とは異なる他の故障（例えば、アーム内の短絡故障）が発生した場合の故障区間を判定する構成については何ら教示または示唆されていない。【０００６】
本開示のある局面における目的は、電力変換回路内で発生した故障の区間を精度よく判定することが可能な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】
【０００７】
ある実施の形態に従うと、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が提供される。電力変換装置は、互いに直列接続された複数のサブモジュールを含む電力変換回路と、電力変換回路の内部故障を検出する故障検出装置と、複数のサブモジュールの各々を運転制御するための運転指令を生成する制御装置とを備える。各サブモジュールは、スイッチング回路と、スイッチング回路に並列接続されたコンデンサとを含む。制御装置は、各サブモジュールに含まれるコンデンサの電圧値を取得する取得部と、複数のサブモジュールの各々について、当該サブモジュールに含まれるコンデンサの電圧値の基準期間におけるばらつきを示す分散値と、当該サブモジュールにおける基準分散値との偏差を算出する偏差算出部と、内部故障が検出された場合に、各サブモジュールにおける偏差に基づいて、内部故障の故障区間を判定する故障区間判定部と、故障区間判定部の判定結果に基づいた運転指令を各サブモジュールに出力する指令出力部とを含む。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によると、電力変換装置において、電力変換回路内で発生した故障の区間を精度よく判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に従う電力変換装置の概略構成図である。
【図２】本実施の形態に従う制御装置の構成の一例を示す図である。
【図３】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４】電力変換回路２内における短絡故障を説明するための図である。
【図５】短絡故障時の電力変換装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】短絡故障発生時における電力変換回路の等価回路を示す概略図である。
【図７】短絡故障が瞬時故障であった場合における電力変換回路の等価回路を示す概略図である。
【図８】短絡故障が永久故障であった場合における電力変換回路の等価回路を示す概略図である。
【図９】各サブモジュールの動作停止時における電力変換回路の等価回路を示す概略図である。
【図１０】本実施の形態に従う上位装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１１】本実施の形態に従う上位装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
＜電力変換装置の構成＞
図１は、本実施の形態に従う電力変換装置の概略構成図である。図１を参照して、電力変換装置１００は、互いに直列接続された複数のサブモジュール（sub  module）（図１中の「ＳＭ」に対応）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。電力変換装置１００は、直流回路８２と交流回路８０との間で電力変換を行なう。具体的には、電力変換装置１００は、電力変換回路２と、制御装置３０と、故障検出装置４０とを含む。
【００１２】
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を含む。以下、レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗについて、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。
【００１３】
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８０と直流回路８２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８０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。
【００１４】
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８０に接続される。交流回路８０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。
【００１５】
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８２に接続される。直流回路８２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。
【００１６】
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８０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８０と接続される。
【００１７】
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８２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。
【００１８】
上アーム５は、カスケード接続された複数のサブモジュール７と、リアクトル８Ａとを含む。当該複数のサブモジュール７およびリアクトル８Ａは互いに直列接続されている。下アーム６は、カスケード接続された複数のサブモジュール７と、リアクトル８Ｂとを含む。当該複数のサブモジュール７およびリアクトル８Ｂは互いに直列接続されている。
【００１９】
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。リアクトル８Ａ，８Ｂは、交流回路８０または直流回路８２などの故障時に故障電流が急激に増大しないように設けられている。
【００２０】
電力変換装置１００は、制御に使用される電気量（例えば、電流、電圧）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。
【００２１】
これらの検出器によって検出された信号は、制御装置３０に入力される。制御装置３０はこれらの検出信号に基づいて各サブモジュール７の運転状態を制御するための運転指令１５ｐｕ，１５ｎｕ，１５ｐｖ，１５ｎｖ，１５ｐｗ，１５ｎｗを出力する。また、制御装置３０は、各サブモジュール７からコンデンサ電圧を示す信号１７を受信する。
【００２２】
本実施の形態の場合、運転指令１５ｐｕ，１５ｎｕ，１５ｐｖ，１５ｎｖ，１５ｐｗ，１５ｎｗは、Ｕ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相上アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相上アーム、およびＷ相下アームにそれぞれ対応して生成されている。以下の説明では、運転指令１５ｐｕ，１５ｎｕ，１５ｐｖ，１５ｎｖ，１５ｐｗ，１５ｎｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、運転指令１５と記載する。
【００２３】
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３０に入力される信号の信号線と、制御装置３０および各サブモジュール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サブモジュール７ごとに設けられている。各サブモジュール７と制御装置３０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。また、本実施の形態の場合、これらの信号は耐ノイズ性の観点から光ファイバを介して伝送される。
【００２４】
交流電圧検出器１０は、交流回路８０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８０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８２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８２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。
【００２５】
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。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。
【００２６】
故障検出装置４０は、電力変換回路２の内部故障を検出し、検出結果を制御装置３０に出力する。制御装置３０は、故障検出装置４０の検出結果に基づく運転指令１５を各サブモジュール７へ出力する。
【００２７】
＜制御装置の構成＞
図２は、本実施の形態に従う制御装置３０の構成の一例を示す図である。図２を参照して、制御装置３０は、上位装置３１と、中継装置３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗとを含む。以下では、中継装置３２Ｕ〜３２Ｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、中継装置３２と記載する。
【００２８】
中継装置３２は、上位装置３１と各サブモジュール７との間に設けられ、上位装置３１と各サブモジュール７との間の通信を中継する。各中継装置３２は、上位装置３１と互いに通信可能に構成されている。また、各中継装置３２は、スター型のネットワークを介して、予め定められた数のサブモジュール７に接続される。例えば、中継装置３２ＵはＵ相に対応する各サブモジュール７にスター接続され、中継装置３２ＶはＶ相に対応する各サブモジュール７にスター接続され、中継装置３２ＷはＷ相に対応する各サブモジュール７にスター接続される。
【００２９】
上位装置３１は、各サブモジュール７を運転制御するための運転指令１５を生成し、当該生成した運転指令１５を各中継装置３２を介して各サブモジュール７へ出力する。運転指令１５は、各サブモジュール７を制御するための各種指令を含む。例えば、運転指令１５は、電圧指令および同期指令を含む駆動指令、サブモジュール７に設けられたバイパススイッチの投入指令等を含む。なお、電圧指令は、例えば、各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにおける上アーム５の出力電圧指令値および下アーム６の出力電圧指令値であり、同期指令は、各サブモジュール７の動作の同期をとるための指令である。
【００３０】
上位装置３１は、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による検出値、各サブモジュール７の内部情報、および故障検出装置４０による検出結果を受信する。内部情報は、サブモジュール７に含まれるコンデンサ２４の電圧値（例えば、信号１７に相当）と、サブモジュール７の状態を示す状態情報とを含む。状態情報は、サブモジュール７が通常動作している通常動作状態か、停止状態かを示す情報、電源異常等を示す故障情報等を含む。上位装置３１は、受信した各検出値に基づいて、予め定められた周期（例えば、１００μｓ）ごとに、各サブモジュール７を通常動作させるための指令を出力する。
【００３１】
上位装置３１は、故障検出装置４０において電力変換回路２の内部故障が検出された場合、各サブモジュール７に設けられたコンデンサの電圧の分散値を算出し、当該分散値を用いて内部故障の故障区間を判定する。上位装置３１は、例えば、サブモジュール７自体の故障ではなく、電力変換回路２内に短絡故障が発生していると判定した場合、各サブモジュール７の動作を停止させる停止指令を出力する。
【００３２】
上位装置３１は、典型的には、ハードウェア構成として、補助変成器、ＡＤ（Analog  to  Digital）変換部、演算部、通信インターフェイス等を含む。演算部は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）およびＲＯＭ（Read  Only  Memory）等のメモリを含む。ＡＤ変換部は、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサ等を含む。制御装置３０は、例えば、ディジタル保護制御装置で構成されていてもよい。
【００３３】
中継装置３２は、典型的には、ハードウェア構成として、各種制御を実行するための制御回路、通信インターフェイス等を含む。中継装置３２は、専用回路によって構成され、その一部または全部をＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）によって構成してもよい。
【００３４】
故障検出装置４０は、各レグ回路４に設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂによって検出された各相のアーム電流の入力を受け付け、直流回路８２に設けられた直流電流検出器４１Ａ，４１Ｂによって検出された直流電流の入力を受け付ける。図２では図解を容易にするために、各アーム電流検出器９Ａ，９Ｂから故障検出装置４０に入力される信号の信号線と、直流電流検出器４１Ａ，４１Ｂから故障検出装置４０に入力される信号の信号線とが一部まとめて記載されているが、実際には検出器ごとに設けられている。
【００３５】
典型的には、故障検出装置４０は、各アーム電流検出器９Ａにより検出された上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｕから算出される直流分の電流値と、直流電流検出器４１Ａによって検出された直流電流Ｉｄｃ１との差分電流が閾値Ｔｈａ以上である場合に電力変換回路２内に故障が発生したと判定する（すなわち、電力変換回路２の内部故障を検出する）。あるいは、故障検出装置４０は、各アーム電流検出器９Ｂにより検出された下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｕから算出される直流分の電流値と、直流電流検出器４１Ｂによって検出された直流電流Ｉｄｃ２との差分電流が閾値Ｔｈｂ以上である場合には、電力変換回路２内に故障が発生したと判定する。
【００３６】
＜サブモジュールの構成＞
図３は、図１の各レグ回路４を構成するサブモジュール７の一例を示す回路図である。図３に示すサブモジュール７は、ハーフブリッジ型のスイッチング回路２０と、エネルギー蓄積器としてのコンデンサ２４と、バイパススイッチＳＷと、ゲート制御部２１と、電圧検出部２７と、送受信部２８と、スイッチ制御部２９とを含む。
【００３７】
ハーフブリッジ型のスイッチング回路２０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。コンデンサ２４は、スイッチング回路２０と並列に接続される。より具体的には、コンデンサ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。
【００３８】
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とコンデンサ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。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またはＧＣＴ（Gate  Commutated  Turn-off  thyristor）である。
【００３９】
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は、接点を閉じることによりスイッチング素子２２Ｂの両端を短絡可能に構成されるスイッチであり、故障電流の通電が可能である。すなわち、バイパススイッチＳＷは、サブモジュール７を短絡することにより、サブモジュール７に含まれる各素子（すなわち、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂ、ダイオード２３Ａ，２３Ｂおよびコンデンサ２４）を故障時に発生する過電流から保護する。
【００４０】
また、バイパススイッチＳＷは、サブモジュール７の各素子が故障した場合に、当該サブモジュール７を短絡させる際にも利用される。これにより、複数のサブモジュール７のうちの任意のサブモジュール７が故障しても、他のサブモジュール７を利用することにより電力変換装置１００の運転継続が可能となる。
【００４１】
ゲート制御部２１は、制御装置３０から受信した運転指令に従って動作する。具体的には、ゲート制御部２１は、駆動指令（例えば、電圧指令および同期指令等）に従ってゲート制御信号を生成し、当該ゲート制御信号を各スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂに出力する。
【００４２】
ゲート制御部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間にはコンデンサ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。
【００４３】
したがって、サブモジュール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、零電圧またはコンデンサ２４の電圧に依存した正電圧を出力する。
【００４４】
電圧検出部２７は、コンデンサ２４の両端２４Ｐ，２４Ｎの間の電圧を検出する。以下の説明では、コンデンサ２４の電圧を単にコンデンサ電圧とも称する。送受信部２８は、制御装置３０から受信した運転指令１５をゲート制御部２１に伝達するとともに、電圧検出部２７によって検出されたコンデンサ電圧を表す信号１７を制御装置３０に送信する。
【００４５】
また、ゲート制御部２１は、電圧検出部２７により検出されたコンデンサ電圧が閾値Ｔｈｖ未満になった場合には、サブモジュール７に何らかの故障が発生していると判断する。この場合、ゲート制御部２１は、ゲート制御信号の出力を停止（すなわち、ゲートブロック）して、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂをオフ状態に制御する。
【００４６】
スイッチ制御部２９は、図１の制御装置３０から受信した運転指令１５に含まれる投入指令に従って、バイパススイッチＳＷを投入する。すなわち、スイッチ制御部２９は、バイパススイッチＳＷをオン状態に制御する。
【００４７】
上記のゲート制御部２１、電圧検出部２７、送受信部２８、およびスイッチ制御部２９は、専用回路によって構成してもよいし、ＦＰＧＡなどを利用して構成してもよい。なお、サブモジュール７は、これらの機能部を制御するために、コンデンサ２４の電圧を用いて制御用の電源を生成する電源回路を有している。
【００４８】
上記で説明したサブモジュール７の構成は一例であって、他の構成のサブモジュール７を本実施の形態に適用してもよい。例えば、サブモジュール７は、フルブリッジ型の変換回路、またはスリークオーターブリッジ型の変換回路を用いて構成されていてもよい。
【００４９】
＜短絡故障時の動作例＞
電力変換回路２内で短絡故障が発生した場合の電力変換装置１００の動作例について説明する。図４は、電力変換回路２内における短絡故障を説明するための図である。ここでは、Ｕ相に対応する複数のサブモジュール７を含むレグ回路４ｕの上アーム５内で短絡故障が発生したものとする。
【００５０】
図４を参照して、上アーム５は、多数のサブモジュール７が配置されたタワー５０１と、タワー５０２とを含む。例えば、タワー５０１，５０２は、それぞれ５つのタワー段数で構成されており、１段あたりｍ個のサブモジュール７が設けられている。なお、タワー段数および１段当たりに設けられるサブモジュール７は、電力変換回路２を構成するサブモジュール７の数に応じて適宜定められる。タワー５０１とタワー５０２とは互いに隣接して配置される。以下では、説明の容易化のため、各サブモジュール７に対して、便宜上、＃および符号を付与してそれぞれを区別する。
【００５１】
ここで、タワー５０１に設けられたサブモジュール７♯ｎの高電位側の入出力端子２６Ｐ（すなわち、サブモジュール７♯ｐ１の低電位側の入出力端子２６Ｎ）と、タワー５０２に設けられたサブモジュール７♯ｔ１の低電位側の入出力端子２６Ｎ（すなわち、サブモジュール７♯ｓｍの高電位側の入出力端子２６Ｐ）との間で短絡故障が発生したとする。
【００５２】
この場合、サブモジュール７♯ｐ１と、サブモジュール７♯ｓｍとの間が故障区間である。具体的には、故障区間は、サブモジュール７♯ｐ１の低電位側の入出力端子２６Ｎと、サブモジュール♯ｓｍの高電位側の入出力端子２６Ｐである。そのため、故障区間内のサブモジュール７は、サブモジュール７♯ｐ１〜７♯ｐｍ，７♯ｑ１〜７♯ｑｍ，７♯ｒ１〜７♯ｒｍ，７♯ｓ１〜７♯ｓｍである。上アーム５に含まれる各サブモジュール７のうちの残りのサブモジュール７が、故障区間外のサブモジュール７である。
【００５３】
図５は、短絡故障時の電力変換装置１００の動作を説明するためのタイミングチャートである。図６は、短絡故障発生時における電力変換回路２の等価回路を示す概略図である。図７は、短絡故障が瞬時故障であった場合における電力変換回路２の等価回路を示す概略図である。図８は、短絡故障が永久故障であった場合における電力変換回路２の等価回路を示す概略図である。図９は、各サブモジュール７の動作停止時における電力変換回路２の等価回路を示す概略図である。
【００５４】
図５を参照して、Ｕ相の上アーム５において図４に示す短絡故障が時刻ｔ１に発生したとする。この場合、図６に示すように、故障区間内のサブモジュール７に含まれるコンデンサ２４（以下、単に「故障区間内のコンデンサ２４」とも称する。）から電荷が放電されてコンデンサ電圧が急激に低下し、大きな故障電流が流れる。
【００５５】
そのため、図５に示すように、時刻ｔ１より後の時刻ｔ２において、故障区間内のコンデンサの電圧が大きく低下し、当該低下に応じてゲート制御信号の出力が停止される。具体的には、故障区間内のサブモジュール７のゲート制御部２１は、コンデンサ電圧が閾値Ｔｈｖ未満になったと判断してゲート制御信号の出力を停止し、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂをオフにする。このように、故障区間内のサブモジュール７は、コンデンサ２４の電圧低下に伴って自発的に動作を停止する。ゲート制御部２１は、送受信部２８を介して、サブモジュール７が停止状態であることを示す状態情報を制御装置３０へ送信する。
【００５６】
一方、故障区間外のサブモジュール７に含まれるコンデンサ２４（以下、単に「故障区間外のコンデンサ２４」とも称する。）の電圧の低下幅は小さいため閾値Ｔｈｖ以上となる。そのため、ゲート制御信号の出力は維持され、故障区間外のサブモジュール７は停止状態にはならない。
【００５７】
次に、短絡故障が一過性の故障を示す瞬時故障であった場合には、図７に示すように、高電位側直流端子Ｎｐ側からの電流により故障区間内のコンデンサ２４が充電される。そのため、図５中の曲線６０１が示すように故障区間内のコンデンサ２４の電圧は徐々に上昇していく。同様に、高電位側直流端子Ｎｐ側からの電流により故障区間外のコンデンサ２４も充電される。そのため、図５中の曲線６０３が示すように故障区間外のコンデンサ２４の電圧も徐々に上昇していく。
【００５８】
一方、短絡故障が永久故障であった場合には、図８に示すように、故障区間内のコンデンサ２４の電荷は充電されない。同様に、故障区間外のコンデンサ２４も充電されない。そのため、故障区間内および故障区間外のコンデンサ２４の電圧は、それぞれ図５中の曲線６０２および曲線６０４が示すように低下した状態を維持する。各コンデンサ２４の電荷は、サブモジュール７内の抵抗によってゆっくりと自然に放電される。なお、永久故障とは、一過性の故障のように故障が消滅すると定常状態に自動復帰することが可能な故障ではなく、復帰するためには人による修理および確認等が必要な故障のことである。
【００５９】
図５を参照して、時刻ｔ２より後の時刻ｔ３において、故障検出装置４０が電力変換回路２の内部故障を検出したことを示す故障検出信号が上位装置３１へ出力される。上位装置３１は、故障検出信号の受信をトリガとして、短絡故障前後における各種データを記憶する。各種データは、各検出器により検出された電流値および電圧値、各コンデンサ２４の電圧値等を含む。
【００６０】
具体的には、上位装置３１は、通常、一定期間（例えば、期間ｘ）前の過去時点から現在までに取得した各種データを記憶し、現在よりも一定期間以上前に取得した各種データを逐次削除する。しかし、上位装置３１は、故障検出信号を受信した場合、当該受信時点から期間ｘ前までに取得した各種データを記憶しつつ、当該受信時点から期間ｙ後までに取得される各種データを記憶する。すなわち、上位装置３１は、受信時点よりも期間ｘ前から、受信時点の期間ｙ後までに取得した各種データを記憶する。
【００６１】
次に、時刻ｔ３より後の時刻ｔ４において、上位装置３１は、電力変換回路２に含まれるすべてのサブモジュール７を停止させるための停止指令を出力する。故障区間外のサブモジュール７のゲート制御部２１は、当該停止指令の受信に応じて、ゲート制御信号の出力を停止し、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂをオフにする。故障区間外のサブモジュール７でもスイッチング素子２２Ａ，２２Ｂがオフ状態となるため、図９に示すような等価回路が得られる。この場合、すべてのコンデンサ２４の電荷は、サブモジュール７内の抵抗により自然に放電される。
【００６２】
上記では、Ｕ相の上アーム５内で短絡故障が発生した場合について説明したが、Ｕ相の下アーム６、他の相（例えば、Ｖ相、Ｗ相）の各アーム内で短絡故障が発生した場合についても同様に動作する。
【００６３】
＜故障区間の判定方式＞
図５を参照して説明したように、電力変換回路２内に短絡故障が発生した場合には、短絡故障の故障区間内のコンデンサ電圧の変化は大きい、故障区間外のコンデンサ電圧の変化は小さい。一方、各サブモジュール７が通常運転している場合でも、コンデンサ電圧にはリップル電圧が重畳しているため、検出されたコンデンサ電圧は一定の変動幅を有する。そこで、本実施の形態に従う電力変換装置１００は、コンデンサ電圧の基準期間内におけるばらつきを示す分散値を用いて短絡故障の故障区間を判定する。
【００６４】
具体的には、上位装置３１は、各サブモジュール７の内部情報（例えば、コンデンサ電圧値）を逐次受信している。上位装置３１は、基準期間内に取得されたサブモジュール７のコンデンサ電圧に基づいて、当該サブモジュール７における基準期間内のコンデンサ電圧の分散値を算出する。例えば、識別ＩＤ“ｉ”を有するサブモジュール７♯ｉの分散値Ｊ＿ｉは、以下の式（１）のように表わされる。
【００６５】
J_i={(Vsm_i(1)-Vsm_r)2+(Vsm_i(2)-Vsm_r)2+…+(Vsm_i(n)-Vsm_r)2}/n・・・（１）
ここで、ｎは、基準期間内のコンデンサ電圧のサンプル数であり、Ｖｓｍ＿ｉ（ｎ）は、識別ＩＤ“ｉ”を有するサブモジュール７のｎ個目のコンデンサ電圧であり、Ｖｓｍ＿ｒは、コンデンサ電圧の基準電圧値（例えば、定格電圧値）である。例えば、基準期間は、電気角１８０°に相当する期間であり、サンプリング周期Ｔは、電気角１．８７５°に相当する時間である。なお、この場合、サンプル数ｎは“９６”となる。式（１）に示すように、分散値Ｊ＿ｉは、基準期間においてサンプリングされたコンデンサ電圧と、コンデンサ２４の基準電圧値との差分の２乗和をサンプル数で割った値である。
【００６６】
上位装置３１は、サブモジュール７♯ｉの分散値Ｊ＿ｉと、サブモジュール７♯ｉの基準分散値Ｊｓ＿ｉとの偏差Ｄｅ＿ｉを算出する。例えば、偏差Ｄｅ＿ｉは以下の式（２）のように表わされる。
【００６７】
偏差Ｄｅ＿ｉ＝｜Ｊｓ＿ｉ−Ｊ＿ｉ｜・・・（２）
なお、“｜｜”は、絶対値記号を表わしている。典型的には、基準分散値Ｊｓ＿ｉは、電力変換回路２に内部故障が発生しておらず通常運転しているときに算出された分散値である。例えば、上位装置３１は、電力変換装置１００の稼働直後の通常運転中において、式（１）を用いてサブモジュール７♯ｉの分散値を算出し、当該算出した分散値を基準分散値Ｊｓ＿ｉとしてメモリに記憶しておく。
【００６８】
ここで、図４の例のように、Ｕ相の上アーム５におけるサブモジュール７♯ｐ１と、サブモジュール７♯ｓｍとの間で短絡故障が発生した場合を想定する。このとき、上位装置３１は、故障検出装置４０から内部故障を示す故障検出信号を受信する。
【００６９】
また、図５に示すように、故障区間内の各サブモジュール７ではコンデンサ電圧の低下幅は大きく、故障区間外の各サブモジュール７ではコンデンサ電圧の低下幅は小さい。そのため、短絡故障が発生すると、故障区間内の各サブモジュール７のコンデンサ電圧の分散値は大きく低下するが、故障区間外の各サブモジュール７のコンデンサ電圧の分散値はそれほど低下しない。換言すると、故障区間内の各サブモジュール７（例えば、サブモジュール７♯ｐ１〜７♯ｓｍ）における偏差は大きく、故障区間外の各サブモジュール７における偏差は小さい。
【００７０】
このことから、上位装置３１は、サブモジュール７♯ｉの偏差Ｄｅ＿ｉが基準偏差Ｄｅｓ以上である場合には、当該サブモジュール７♯ｉは故障区間内のサブモジュール７であると判断する。また、上位装置３１は、サブモジュール７♯ｉの偏差Ｄｅ＿ｉが基準偏差Ｄｅｓ未満である場合には、当該サブモジュール７♯ｉは故障区間外のサブモジュール７であると判断する。
【００７１】
具体的には、上位装置３１は、サブモジュール７♯ｐ１における偏差、サブモジュール７♯ｓｍにおける偏差、サブモジュール７♯ｐ１とサブモジュール７♯ｓｍとの間に接続されている各サブモジュール７♯ｐ２〜７♯ｓ（ｍ−１）における偏差の各々が、基準偏差Ｄｅｓ以上であると判断した場合、サブモジュール７♯ｐ１とサブモジュール７♯ｓｍとの間で短絡故障が発生したと判定する。この場合、故障区間は、サブモジュール７♯ｐ１と、サブモジュール７♯ｓｍとの間である。
【００７２】
なお、仮に、図４の例のように短絡故障が発生しておらず、Ｕ相の上アーム５に含まれる各サブモジュール７のうちの１のサブモジュール７自体に故障が発生していたとする。この場合、当該１のサブモジュール７における偏差は基準偏差Ｄｅｓ以上となり、かつ当該１のサブモジュール以外の残りのサブモジュール７の偏差は基準偏差Ｄｅｓ未満となる。このような場合、上位装置３１は、当該１のサブモジュール７自体が故障していると判定する。故障区間は、当該１のサブモジュール７の入出力端子２６Ｐおよび入出力端子２６Ｎとの間である。なお、当該１のサブモジュール７は、コンデンサ２４の電圧低下を検出して自発的に動作を停止（すなわち、ゲート制御信号の出力を停止）する。
【００７３】
上記のように、上位装置３１は、各サブモジュール７のコンデンサ電圧の分散値を利用することにより、電力変換回路２内の発生した内部故障の故障区間を判定できる。
【００７４】
＜機能構成＞
図１０は、本実施の形態に従う上位装置３１の機能構成の一例を示すブロック図である。図１０を参照して、上位装置３１は、主な機能構成として、取得部１０１と、偏差算出部１０３と、故障区間判定部１０５と、指令出力部１０７と、信号出力部１０９とを含む。典型的には、これらの各機能は、上位装置３１のＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部は専用の回路を用いることによって実現されるように構成されていてもよい。
【００７５】
取得部１０１は、中継装置３２を介して、各サブモジュール７の内部情報を取得する。内部情報は、各サブモジュール７のコンデンサ電圧値（例えば、信号１７に相当）と、サブモジュール７の状態を示す状態情報とを含む。
【００７６】
偏差算出部１０３は、複数のサブモジュール７の各々について、当該サブモジュール７におけるコンデンサ電圧の分散値（例えば、分散値Ｊ＿ｉ）と、当該サブモジュールにおける基準分散値（例えば、基準分散値Ｊｓ＿ｉ）との偏差（例えば、偏差Ｄｅ＿ｉ）を算出する。なお、偏差算出部１０３は、式（１）を用いて分散値Ｊ＿ｉを算出し、式（２）を用いて偏差Ｄｅ＿ｉを算出する。
【００７７】
故障区間判定部１０５は、故障検出装置４０からの故障検出信号の受信に基づいて、内部故障が検出されたと判断する。故障区間判定部１０５は、内部故障が検出された場合に、各サブモジュール７における偏差に基づいて、当該内部故障の故障区間を判定する。
【００７８】
故障区間判定部１０５は、上述した＜故障区間の判定方式＞に従って当該判定を行なう。ある局面では、第１サブモジュール７における偏差と、第２サブモジュール７における偏差と、第１および第２サブモジュール７の間に接続されている１以上の他のサブモジュール７における偏差とがすべて基準偏差Ｄｅｓ以上である場合、故障区間判定部１０５は、第１サブモジュールと第２サブモジュールとの間で短絡故障が発生したと判定する。
【００７９】
他の局面では、各サブモジュール７（例えば、Ｕ相の上アーム５に含まれる各サブモジュール７）のうちの１のサブモジュール７における偏差が基準偏差Ｄｅｓ以上であって、かつ当該１のサブモジュール以外の残りのサブモジュール７の偏差Ｄｅが基準偏差Ｄｅｓ未満である場合、故障区間判定部１０５は、当該１のサブモジュール自体に故障が発生したと判定する。
【００８０】
指令出力部１０７は、故障区間判定部１０５の判定結果に基づいた運転指令を、中継装置３２を介して、各サブモジュール７に出力する。ある局面では、故障区間判定部１０５により短絡故障が発生したと判定された場合、指令出力部１０７は、運転指令として、各サブモジュール７の動作を停止させるための停止指令を中継装置３２へ出力する。停止指令は、中継装置３２を介して各サブモジュール７へ送信される。この場合、電力変換回路２はゲートブロック状態、すなわち、各サブモジュール７のスイッチング素子２２Ａ，２２Ｂがオフ状態となる。
【００８１】
他の局面では、故障区間判定部１０５により短絡故障が継続していないと判定された場合、指令出力部１０７は、複数のサブモジュールの動作を復帰させる復帰指令を出力する。復帰指令は、中継装置３２を介して各サブモジュール７へ送信される。この場合、電力変換回路２はデブロック状態、すなわち、各サブモジュール７のスイッチング素子２２Ａ，２２Ｂがオンできる状態となる。
【００８２】
例えば、故障区間判定部１０５は、各サブモジュール７のコンデンサ電圧および状態情報を用いて短絡故障の継続の有無を判定する。具体的には、短絡故障の故障区間内の各サブモジュール７が停止状態であることを示す状態情報を受信してから期間Ｔ１が経過しても、故障区間内の各サブモジュール７のコンデンサ電圧が閾値Ｔｈｖ未満である場合、故障区間判定部１０５は当該短絡故障が継続している（すなわち、短絡故障が永久故障である）と判定する。一方、当該状態情報を受信してから期間Ｔ１経過後に、故障区間内の各サブモジュール７のコンデンサ電圧が閾値Ｔｈｖ以上である場合、故障区間判定部１０５は当該短絡故障が継続していない（すなわち、短絡故障が瞬時故障である）と判定する。
【００８３】
また、故障区間判定部１０５は、第１サブモジュールと第２サブモジュールとの間で短絡故障が発生したと判定してから期間Ｔ２経過後に、再度、偏差Ｄｅ＿１、偏差Ｄｅ＿２、偏差Ｄｅ＿ｏの各々が基準偏差Ｄｅｓ以上であると判定した場合、当該短絡故障が継続していると判定してもよい。
【００８４】
さらに他の局面では、故障区間判定部１０５により当該１のサブモジュール自体に故障が発生していると判定された場合、指令出力部１０７は、運転指令として、当該１のサブモジュールに含まれるバイパススイッチＳＷを投入するための投入指令を出力する。投入指令は、中継装置３２を介して当該１のサブモジュール７へ送信される。
【００８５】
なお、故障区間判定部１０５により短絡故障が発生していると判定された場合、指令出力部１０７は、運転指令として、当該短絡故障の故障区間内の各サブモジュール７に含まれるバイパススイッチＳＷを投入するための投入指令を出力してもよい。これにより、故障区間内のサブモジュール７のバイパススイッチＳＷは投入されるが、故障区間外のサブモジュール７のバイパススイッチＳＷは投入されない。ただし、この動作は、故障区間内のサブモジュール７の数が少ない場合（例えば、運転可能範囲の数の場合）に実施される。なぜなら、故障区間内のサブモジュール７の数が多い場合（例えば、運転可能範囲の数よりも多い場合）には、一旦運転を停止して再起動させる際に、バイパススイッチＳＷの投入による開放作業が入ると返って時間を要してしまう場合があるためである。
【００８６】
また、バイパススイッチＳＷの投入についての他の例として、サブモジュール７のスイッチ制御部２９が、コンデンサ電圧が閾値Ｔｈｖ未満になった場合にバイパススイッチＳＷを投入する構成であってもよい。当該構成によると、短絡故障が発生した場合に、一時的にコンデンサ電圧が閾値Ｔｈｖ未満になってしまうことにより故障区間外のサブモジュール７のバイパススイッチＳＷが投入されてしまう可能性がある。
【００８７】
このことから、故障区間外のサブモジュール７のバイパススイッチＳＷの投入を防ぐためには、故障区間を判定した後にバイパススイッチＳＷを投入する構成が好ましい。しかし、サブモジュール７自身の判断によりバイパススイッチＳＷを投入する構成の方がバイパススイッチＳＷを早く投入できるという利点もある。そのため、どちらの構成を採用するのかは系統運用者によって適宜決定されればよい。
【００８８】
信号出力部１０９は、故障区間判定部１０５により短絡故障が継続していると判定された場合、交流回路８０に接続された遮断器１２を開放するためのトリップ信号を出力する。
【００８９】
上述した図１０の例では、上位装置３１の偏差算出部１０３がサブモジュール７の分散値を算出する構成について説明したが、分散値の算出は中継装置３２またはサブモジュール７で行なわれてもよい。
【００９０】
一例として、サブモジュール７は、コンデンサ電圧の基準電圧値Ｖｓｍ＿ｒを記憶しておき、式（１）を用いて分散値を算出し、当該算出した分散値を当該サブモジュール７の内部情報として中継装置３２へ送信する。中継装置３２は、各サブモジュール７により算出された分散値を含む内部情報を上位装置３１へ送信する。この場合、偏差算出部１０３は、取得部１０１により取得された各サブモジュール７の分散値を用いて偏差を算出すればよい。
【００９１】
他の例として、中継装置３２は、各サブモジュール７のコンデンサ電圧の基準電圧値Ｖｓｍ＿ｒを内部メモリに記憶しておく。中継装置３２は、式（１）を用いて各サブモジュール７の分散値を算出し、当該算出された各サブモジュール７の分散値を含む内部情報を上位装置３１へ送信する。
【００９２】
＜処理手順＞
図１１は、本実施の形態に従う上位装置３１の処理手順の一例を示すフローチャートである。典型的には、以下の各ステップは、上位装置３１のＣＰＵによって実行される。以下では、上位装置３１は、中継装置３２を介して、各サブモジュール７から内部情報を受信しているものとする。
【００９３】
図１１を参照して、上位装置３１は、電力変換回路２で内部故障が発生したか否かを判断する（ステップＳ１０）。典型的には、上位装置３１は、故障検出装置４０から故障検出信号を受信した場合には当該内部故障が発生したと判断し、故障検出信号を受信していない場合には当該内部故障が発生していないと判断する。
【００９４】
内部故障が発生していない場合には（ステップＳ１０においてＮＯ）、上位装置３１はステップＳ１０の処理を繰り返す。内部故障が発生している場合には（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、上位装置３１は、各サブモジュール７のコンデンサ電圧の分散値の偏差を算出する（ステップＳ１２）。なお、内部故障の発生に伴ってコンデンサ電圧の低下を検出したサブモジュール７では、ゲート制御信号の出力が停止される。
【００９５】
上位装置３１は、各サブモジュール７における当該偏差に基づいて、内部故障がサブモジュール７自体の故障か否かを判断する（ステップＳ１４）。例えば、上位装置３１は、Ｕ相の各サブモジュール７のうち１のサブモジュール７の当該偏差が基準偏差Ｄｅｓ以上であって、Ｕ相の各サブモジュール７のうち残りのサブモジュール７の当該偏差が基準偏差Ｄｅｓ未満である場合、内部故障が当該１のサブモジュール７自体の故障であると判断する。
【００９６】
内部故障がサブモジュール７自体の故障である場合（ステップＳ１４においてＹＥＳ）、上位装置３１は、故障したサブモジュール７のバイパススイッチＳＷを投入するための投入指令を出力する（ステップＳ２８）。投入指令は、中継装置３２を介して、故障したサブモジュール７へ送信され、バイパススイッチＳＷがオン状態になる。続いて、上位装置３１は後述するステップＳ３０の処理を実行する。
【００９７】
一方、内部故障がサブモジュール７自体の故障ではない（すなわち、短絡故障である）場合（ステップＳ１４においてＮＯ）、上位装置３１は、電力変換回路２の各サブモジュール７の動作を停止するための停止指令を出力する（ステップＳ１６）。これにより、電力変換回路２はゲートブロック状態となる。
【００９８】
続いて、上位装置３１は、各サブモジュール７における当該偏差に基づいて、故障区間を判定する（ステップＳ１８）。例えば、Ｕ相の各サブモジュール７のうち、連続して直列接続された複数のサブモジュール７♯ｐ１〜７♯ｓｍの各々の偏差が基準偏差Ｄｅｓ以上である場合、サブモジュール７♯ｐ１とサブモジュール７♯ｓｍとの間が短絡故障の故障区間であると判定する。
【００９９】
続いて、上位装置３１は、短絡故障が永久故障か否かを判断する（ステップＳ２２）。短絡故障が永久故障である場合（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、上位装置３１は、遮断器１２へトリップ信号を出力することにより遮断器１２を開放する（ステップＳ２４）。短絡故障が瞬時故障である場合（ステップＳ２２においてＮＯ）、上位装置３１は、電力変換回路２の各サブモジュール７の動作を復帰させるための復帰指令を出力する（ステップＳ２６）。これにより、電力変換回路２はデブロック状態となる。続いて、上位装置３１は、電力変換回路２の通常運転を実行する（ステップＳ３０）。
【０１００】
＜利点＞
本実施の形態によると、電力変換回路２の内部故障における故障区間を精度よく判定することができる。具体的には、サブモジュール７自体に故障が発生したのか、および電力変換回路２内のどの区間に短絡故障が発生したのかを判定できる。
【０１０１】
また、本実施の形態に従う制御装置３０は、各サブモジュール７の分散値を利用して故障区間を判定するため、電力変換回路２内の個々のサブモジュール７に電流センサ等を設ける必要がない。また、制御装置３０は、電力変換回路２内で発生した故障区間を精度よく判定できるため、個々のサブモジュール７を目視で確認していく作業が必要なく、電力変換回路２を迅速に再起動させることができる。
【０１０２】
その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態において、上位装置３１は、各サブモジュール７のコンデンサ電圧の分散値の偏差を利用して、各サブモジュール７内のコンデンサ２４の劣化を判定してもよい。例えば、サブモジュール７♯ｉのコンデンサ２４の劣化を判定する構成について説明する。
【０１０３】
上位装置３１は、内部故障が検出されていない場合に、各サブモジュール７における偏差に基づいて、各サブモジュール７に含まれるコンデンサ２４が劣化しているか否かを判定する劣化判定部を含む。
【０１０４】
具体的には、劣化判定部は、サブモジュール７ｉの基準分散値Ｊｓ＿ｉと、電力変換回路２に内部故障が発生しておらず、かつ電力変換回路２が通常運転している場合のサブモジュール７ｉの分散値Ｊａ＿ｉとの偏差を算出する。基準分散値Ｊｓ＿ｉは、サブモジュール７ｉのコンデンサ２４が劣化していない電力変換装置１００の稼働直後の通常運転中において算出された分散値である。分散値Ｊａ＿ｉは、電力変換装置１００が稼働してから一定期間（例えば、数年）経過後の通常運転中において算出された分散値である。
【０１０５】
サブモジュール７ｉのコンデンサ２４が劣化している場合には、コンデンサ電圧のばらつきが大きくなるため、分散値Ｊａ＿ｉは大きくなる。そのため、基準分散値Ｊｓ＿ｉと、分散値Ｊａ＿ｉとの偏差が大きくなる。したがって、劣化判定部は、内部故障が発生していない通常運転中にもかかわらず当該偏差が基準偏差Ｄｅｔ以上である場合には、サブモジュール７ｉのコンデンサ２４が劣化していると判定する。劣化判定部は、当該偏差が基準偏差Ｄｅｔ未満である場合には、コンデンサ２４が劣化していないと判定する。なお、劣化判定部は、当該偏差が基準偏差Ｄｅｔ以上となった判定回数が規定回数に到達した場合に、最終的にコンデンサ２４が劣化したと判定してもよい。
【０１０６】
（２）上述した実施の形態において、上位装置３１により生成される運転指令と、内部故障の故障区間判定の際に用いられるデータとは、異なる通信路で通信される構成であってもよい。
【０１０７】
具体的には、上位装置３１により生成される運転指令は、中継装置３２を介して各サブモジュール７に送信される。運転指令を送信する通信路において、大きな通信の遅延が生じると、制御が不安定になるため、この遅延はできるだけ抑制する必要がある。
【０１０８】
一方、電力変換回路２は、多数のサブモジュール７を有しているため、中継装置３２から上位装置３１へ送信されるコンデンサ電圧を含む内部情報のデータ量は大きくなる。そのため、運転指令を通信する通信路と、内部故障の故障区間判定の際に用いられる内部情報を通信する通信路とを同一にすると、上り方向（すなわち、中継装置３２から上位装置３１への方向）の通信量と、下り方向（すなわち、上位装置３１から中継装置３２への方向）の通信量とに差異が生じる。この場合、通信量の多い方向（すなわち、上り方向）の通信速度に合わせてしまうと、運転指令の通信遅延が大きくなる可能性がある。
【０１０９】
したがって、内部故障の故障区間判定の際に用いられるデータは、通常の制御用に用いられるデータとは異なる通信路で送信されてもよい。具体的には、上位装置３１は、第１通信路を介して、運転指令を中継装置３２へ送信する。中継装置３２は、第２通信路を介して、各サブモジュール７の内部情報（例えば、コンデンサ電圧、状態情報）を上位装置３１へ送信する。典型的には、第１通信路を介した通信の通信速度は、第２通信路を介した通信の通信速度よりも速い。この場合、上位装置３１および中継装置３２は、高速用（すなわち、第１通信路用）の通信インターフェイスと、低速用（すなわち、第２通信路用）の通信インターフェイスとを有する。
【０１１０】
なお、上位装置３１が運転指令を生成する際に用いられるデータは、第１通信路を介して、中継装置３２から上位装置３１へ送信される。典型的には、当該データは、各サブモジュール７から中継装置３２へ送信される個々の内部情報ではなく、中継装置３２において各サブモジュール７の内部情報が集約されたデータであるため、データ量が小さくなる。そのため、当該データは、第１通信路を介して送信しても運転指令の通信遅延が生じることはない。例えば、中継装置３２は、当該データとして、各サブモジュール７のコンデンサ電圧をアーム回路ごとに平均化したコンデンサ電圧を送信する。
【０１１１】
（３）上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【０１１２】
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、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】
【０１１３】
２  電力変換回路、４ｕ，４ｖ，４ｗ  レグ回路、５  上アーム、６  下アーム、７  サブモジュール、８Ａ，８Ｂ  リアクトル、９，９Ａ，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  遮断器、１３  連系変圧器、１５ｎｕ〜１５ｐｗ  運転指令、１６  交流電流検出器、１７  信号、２０  スイッチング回路、２１  ゲート制御部、２２Ａ，２２Ｂ  スイッチング素子、２３Ａ，２３Ｂ  ダイオード、２４  コンデンサ、２６Ｎ，２６Ｐ  入出力端子、２７  電圧検出部、２８  送受信部、２９  スイッチ制御部、３０  制御装置、３１  上位装置、３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗ  中継装置、４０  故障検出装置、４１  直流電流検出器、８０  交流回路、８２  直流回路、１００  電力変換装置、１０１  取得部、１０３  偏差算出部、１０５  故障区間判定部、１０７  指令出力部、１０９  信号出力部、５０１，５０２  タワー。
【要約】
直流回路（８２）と交流回路（８０）との間で電力変換を行なう電力変換装置（１００）は、互いに直列接続された複数のサブモジュール（７）を含む電力変換回路（２）と、電力変換回路（２）の内部故障を検出する故障検出装置（４０）と、複数のサブモジュール（７）の各々を運転制御するための運転指令を生成する制御装置（３０）とを備える。制御装置（３０）は、各サブモジュール（７）に含まれるコンデンサ（２４）の電圧値を取得し、複数のサブモジュール（７）の各々について、当該サブモジュールに含まれるコンデンサ（２４）の電圧値の基準期間におけるばらつきを示す分散値と、当該サブモジュール（７）における基準分散値との偏差を算出し、内部故障が検出された場合に、各サブモジュール（７）における偏差に基づいて内部故障の故障区間を判定し、判定結果に基づいた運転指令を各サブモジュール（７）に出力する。【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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