(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のアームを含む電力変換器を備え、
各前記アームは、互いに直列に接続された複数のサブモジュールを含み、
前記サブモジュールごとのキャリア信号を用いて、ＰＷＭ制御によって前記複数のサブモジュールの電圧を制御する制御装置をさらに備え、
前記サブモジュールは、複数のスイッチング素子と、蓄電要素と、一対の出力端子と、前記サブモジュールをバイパスするためのバイパススイッチとを含み、
前記制御装置は、
前記アームに含まれる各前記サブモジュールのうちの１以上のサブモジュールの故障を検出した場合、前記アームに含まれる各前記サブモジュールを停止させる停止処理を実行するとともに、前記故障が検出されたサブモジュールをバイパスさせ、
前記停止処理が実行された後に、前記１以上のサブモジュールの故障によって生じる前記アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の位相の間隔を均等にする、電力変換装置。
【請求項２】
前記制御装置は、
前記サブモジュールごとのキャリア信号の基準位相を設定して、前記設定した基準位相を有するキャリア信号を生成し、
前記１以上のサブモジュールの故障を検出すると、前記アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の基準位相の間隔を均等にする、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、
前記アーム内の前記１以上のサブモジュールの故障を検出した際に前記電力変換器の出力電力が第１閾値以上である場合、予め定められた条件を満たしたときに前記停止処理を実行し、
前記アーム内の前記１以上のサブモジュールの故障を検出した際に前記電力変換器の出力電力が前記第１閾値未満である場合、前記予め定められた条件に関わらず前記停止処理を実行する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御装置は、前記アーム内の前記１以上のサブモジュールの故障を検出した場合、前記電力変換器の出力電力を徐々に低下させ、当該出力電力が第２閾値未満になった場合に前記停止処理を実行する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
各前記サブモジュールを停止させる前記停止処理は、各前記サブモジュールに含まれる前記複数のスイッチング素子をオフ状態にすることを含む、請求項１〜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】
各前記サブモジュールを停止させる前記停止処理は、各前記サブモジュールに含まれる前記複数のスイッチング素子をオフ状態にすることを含み、
前記制御装置は、
前記アーム内の前記サブモジュールの故障を検出した場合、前記アームの電圧指令値が第１指令値以上になったタイミングで前記停止処理を実行するとともに、前記アームに流れるアーム電流が正方向に流れるように制御する、または、前記アームの電圧指令値が前記第１指令値よりも小さい第２指令値未満になったタイミングで前記停止処理を実行するとともに、前記アームに流れるアーム電流が負方向に流れるように制御する、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
複数のアームを含む電力変換器を備え、
各前記アームは、互いに直列に接続された複数のサブモジュールを含み、
前記サブモジュールごとのキャリア信号を用いて、ＰＷＭ制御によって前記複数のサブモジュールの電圧を制御する制御装置をさらに備え、
前記サブモジュールは、複数のスイッチング素子と、蓄電要素と、一対の出力端子と、前記サブモジュールをバイパスするためのバイパススイッチとを含み、
前記アーム内の各前記サブモジュールは複数のグループに分類され、
前記制御装置は、
前記アーム内の前記サブモジュールの故障を検出した場合、第１グループに属するサブモジュールに含まれる前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、前記アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の位相の間隔が均等になるように、前記第１グループに属する健全なサブモジュールのキャリア信号の位相を設定し、当該設定後に当該スイッチング動作の停止を解除し、
前記停止が解除された後、第２グループに属するサブモジュールに含まれる前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させ、前記アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の位相の間隔が均等になるように、前記第２グループに属する健全なサブモジュールのキャリア信号の位相を設定し、当該設定後に当該スイッチング動作の停止を解除する、電力変換装置。
【請求項８】
前記複数のグループの各々について、当該グループに属するサブモジュールに含まれる前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作の停止は、当該複数のスイッチング素子をオフ状態にすることを含む、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記制御装置は、
前記複数のグループの各々について、当該グループに属する健全なサブモジュールに含まれる前記複数のスイッチング素子のうち、前記バイパススイッチに並列に接続されたスイッチング素子をオン状態に固定し、前記バイパススイッチに並列に接続されていないスイッチング素子をオフ状態に固定することで、当該グループに属する健全なサブモジュールに含まれる前記複数のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させる、請求項７に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】
複数の単位変換器がカスケードに接続されるモジュラーマルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ変換器とも称する。）は、単位変換器の数を増加させることによって、高電圧化に容易に対応することができる。「単位変換器」は、「サブモジュール（sub  module）」あるいは「変換器セル」とも称される。【０００３】
ＭＭＣ変換器は、大容量の静止型無効電力補償装置、または高圧直流送電用の交直電力変換装置として、送配電系統へ広く適用されている。サブモジュールは、複数のスイッチング素子と蓄電要素とを含む。ＭＭＣ変換器では、サブモジュールが故障しても、故障したサブモジュールをバイパスすることによって運転を継続することができる。【０００４】
国際公開第２０１５／１３３３６５号（特許文献１）に係る電力変換装置は、変換器セル（すなわち、サブモジュール）の異常が検知された場合に、バイパス要素を閉じるとともに、バイパス要素を閉じると同時、あるいはそれ以前に、複数の半導体素子のうち、バイパス要素と並列に、このバイパス要素を含まない電流経路を形成するように選択した半導体素子をオン状態にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／１３３３６５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）方式を採用しているＭＭＣ変換器においては、各サブモジュールが均等に動作するようキャリア信号を均等化している。特許文献１に係る電力変換装置は、サブモジュールの異常発生時に出力端子を閉路するバイパス要素をその閉路動作に伴う損傷から防止し、運転の継続を行なう。しかし、特許文献１のように故障したサブモジュールを短絡して運転継続する場合、分配されたキャリア信号に対して故障したサブモジュールが応答せず、健全な各サブモジュールのキャリア信号が均等化されていない状態であるため、制御が不安定になる可能性がある。【０００７】
本開示のある局面における目的は、電力変換装置において、サブモジュールの故障時に制御を不安定にすることなく通常の運転へ復帰することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ある実施の形態に従う電力変換装置は、複数のアームを含む電力変換器を備える。各アームは、互いに直列に接続された複数のサブモジュールを含む。電力変換装置は、サブモジュールごとのキャリア信号を用いて、ＰＷＭ制御によって複数のサブモジュールの電圧を制御する制御装置をさらに備える。サブモジュールは、複数のスイッチング素子と、蓄電要素と、一対の出力端子と、サブモジュールをバイパスするためのバイパススイッチとを含む。制御装置は、アーム内のサブモジュールの故障を検出した場合、アーム内の複数のサブモジュールのうちの１以上のサブモジュールに含まれる複数のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させる停止処理を実行するとともに、故障が検出されたサブモジュールをバイパスさせ、停止処理が実行された後に、サブモジュールの故障によって生じるアーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の位相の間隔を均等にする。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によると、電力変換装置において、サブモジュールの故障時に制御を不安定にすることなく通常の運転へ復帰することである。
【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サブモジュールの一例を示す回路図である。
【図３】実施の形態１に従う制御装置の内部構成を表わす図である。
【図４】実施の形態１に従う基本制御部の構成を表わす図である。
【図５】アーム制御部の構成を表わす図である。
【図６】キャリア信号の変化を表わす図である。
【図７】個別制御部の構成の一例を表わす図である。
【図８】制御装置のハードウェア構成の一例を表わす図である。
【図９】実施の形態１に従う制御装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１０】実施の形態２に従う基本制御部の構成を示す図である。
【図１１】実施の形態３に従う基本制御部の構成を示す図である。
【図１２】実施の形態４に従う基本制御部の構成を示す図である。
【図１３】実施の形態５に従う基本制御部およびアーム制御部の構成を示す図である。
【図１４】実施の形態５に従う制御装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態５の変形例に従う基本制御部およびアーム制御部の構成を示す図である。
【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】
実施の形態１．
＜電力変換装置の全体構成＞
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サブモジュール（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、電力変換器２と、制御装置３とを含む。
【００１３】
電力変換器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（以下、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、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。
【００１７】
図１の変圧器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に接続する構成としてもよい。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するので、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サブモジュール７＿１〜７＿Ｎと、リアクトル８Ａとを含む。上アーム５において、複数のサブモジュール７＿１〜７＿Ｎおよびリアクトル８Ａは直列に接続されている。同様に、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＿１〜７＿Ｎと、リアクトル８Ｂとを含む。下アーム６において、複数のサブモジュール７＿１〜７＿Ｎおよびリアクトル８Ｂは直列に接続されている。以下の説明では、上アーム５および下アーム６のそれぞれに含まれるサブモジュールの数をＮとする。ただし、Ｎ≧２とする。また、サブモジュール７＿１〜７＿Ｎを総称して、サブモジュール７と記載する場合もある。サブモジュールのインデックスｉは、サブモジュールの物理的な配置とは関係しない。
【００２０】
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。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。
【００２１】
リアクトル８Ａ，８Ｂは、循環電流を抑制するため、および交流回路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するために設けられている。
【００２２】
電力変換装置１は、制御に使用される電気量（例えば、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。
【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３に入力される信号の信号線と、制御装置３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。信号線は、たとえば光ファイバによって構成される。
【００２４】
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Ｖａｃｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖａｃｖ、およびＷ相の交流電圧Ｖａｃｗを検出する。以下の説明では、Ｖａｃｕ、Ｖａｃｖ、およびＶａｃｗを総称してＶａｃと記載する。
【００２５】
交流電流検出器１６は、交流回路１２のＵ相の交流電流Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流Ｉａｃｖ、およびＷ相の交流電流Ｉａｃｗを検出する。以下の説明では、Ｉａｃｕ、Ｉａｃｖ、およびＩａｃｗを総称してＩａｃと記載する。
【００２６】
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Ｖｄｃｎを検出する。直流電圧Ｖｄｃｐと直流電圧Ｖｄｃｎとの差を直流電圧Ｖｄｃとする。
【００２７】
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。以下の説明では、上アーム電流Ｉｐｕ、Ｉｐｖ、Ｉｐｗを総称して上アーム電流Ｉａｒｍｐと記載し、下アーム電流Ｉｎｕ、Ｉｎｖ、Ｉｎｗを総称して下アーム電流Ｉａｒｍｎと記載し、上アーム電流Ｉａｒｍｐと下アーム電流Ｉａｒｍｎとを総称してアーム電流Ｉａｒｍと記載する。
【００２８】
＜サブモジュールの構成＞
図２は、図１の各レグ回路を構成するサブモジュールの一例を示す回路図である。具体的には、図２（ａ）に示すサブモジュール７は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。このサブモジュール７は、２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎを直列接続して形成した直列体と、蓄電要素３２と、バイパススイッチ３４と、電圧検出器３３とを含む。直列体と蓄電要素３２とは並列接続される。
【００２９】
スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。スイッチング素子３１ｐ、３１ｎのスイッチング動作により蓄電要素３２の両端電圧、および零電圧を出力する。例えば、スイッチング素子３１ｐがオン、かつスイッチング素子３１ｎがオフとなったときに、蓄電要素３２の両端電圧が出力される。スイッチング素子３１ｐがオフ、かつスイッチング素子３１ｎがオンとなったときに、零電圧が出力される。図２（ａ）では、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としたが、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としてもよく、その場合には、動作が反転する。
【００３０】
バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間に接続される。図２（ａ）では、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎと並列に接続される。ただし、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする場合には、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｐと並列に接続される。バイパススイッチ３４をオンにすることによって、サブモジュール７が短絡される。サブモジュール７が短絡することによって、当該サブモジュール７がバイパスされ、残りの健全サブモジュールで電力変換器２を運転継続することができる。また、当該サブモジュール７に含まれるスイッチング素子３１ｐ、３１ｎが事故時に発生する過電流から保護される。
【００３１】
電圧検出器３３は、蓄電要素３２の両端の電圧Ｖｃを検出する。
図２（ｂ）に示すサブモジュール７は、フルブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。このサブモジュール７は、２つのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を直列接続して形成された第１の直列体と、２つスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を直列接続して形成された第２の直列体と、蓄電要素３２と、バイパススイッチ３４と、電圧検出器３３とを含む。第１の直列体と、第２の直列体と、蓄電要素３２とが並列接続される。
【００３２】
スイッチング素子３１ｐ１とスイッチング素子３１ｎ１との中点と、スイッチング素子３１ｐ２とスイッチング素子３１ｎ２との中点とをサブモジュール７の入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。スイッチング素子３１ｐ１、３１ｎ１、３１ｐ２、３１ｎ２のスイッチング動作により蓄電要素３２の両端電圧、または零電圧を出力する。
【００３３】
バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間に接続される。なお、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎ１，３１ｎ２の直列体と並列に接続される。バイパススイッチ３４をオンにすることによって、サブモジュール７が短絡される。サブモジュール７が短絡することによって、残りの健全サブモジュールで運転を継続することができる。
【００３４】
電圧検出器３３は、蓄電要素３２の両端の電圧Ｖｃを検出する。
図２（ａ）および図２（ｂ）において、スイッチング素子３１ｐ、３１ｎ、３１ｐ１、３１ｎ１、３１ｐ２、３１ｎ２は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、ＧＣＴ（Gate  Commutated  Turn-off）サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field-Effect  Transistor）などの自己消弧型の半導体スイッチング素子に還流ダイオード（ＦＷＤ：Freewheeling  Diode）が逆並列に接続されて構成される。
【００３５】
図２（ａ）および図２（ｂ）において、蓄電要素３２には、フィルムコンデンサなどのキャパシタが主に用いられる。以下の説明では、蓄電要素３２はキャパシタ３２と呼称することもある。また、電圧Ｖｃはキャパシタ電圧Ｖｃとも称される。
【００３６】
以下の説明では、サブモジュール７を図２（ａ）に示すハーフブリッジセルの構成とし、スイッチング素子として半導体スイッチング素子、蓄電要素としてキャパシタを用いた場合を例に説明する。しかし、電力変換器２を構成するサブモジュール７を図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成としてもよい。また、上記で示した構成以外のサブモジュール、例えば、クランプトダブルセルと呼ばれる回路構成などを適用したサブモジュールを用いてもよく、スイッチング素子および蓄電要素も上記のものに限定するものではない。
【００３７】
＜制御装置＞
図３は、実施の形態１に従う制御装置３の内部構成を表わす図である。図３を参照して、制御装置３は、スイッチング制御部５０１を含む。スイッチング制御部５０１は、サブモジュール７のスイッチング素子３１ｐ，３１ｎのオン、オフを制御する。
【００３８】
スイッチング制御部５０１は、Ｕ相基本制御部５０２Ｕと、Ｕ相上アーム制御部５０３ＵＰと、Ｕ相下アーム制御部５０３ＵＮと、Ｖ相基本制御部５０２Ｖと、Ｖ相上アーム制御部５０３ＶＰと、Ｖ相下アーム制御部５０３ＶＮと、Ｗ相基本制御部５０２Ｗと、Ｗ相上アーム制御部５０３ＷＰと、Ｗ相下アーム制御部５０３ＷＮとを含む。
【００３９】
以下の説明では、Ｕ相基本制御部５０２Ｕ、Ｖ相基本制御部５０２Ｖ、およびＷ相基本制御部５０２Ｗを総称して基本制御部５０２と記載する。Ｕ相上アーム制御部５０３ＵＰ、Ｕ相下アーム制御部５０３ＵＮ、Ｖ相上アーム制御部５０３ＶＰ、Ｖ相下アーム制御部５０３ＶＮ、Ｗ相上アーム制御部５０３ＷＰ、およびＷ相下アーム制御部５０３ＷＮを総称してアーム制御部５０３と記載する。
【００４０】
図４は、実施の形態１に従う基本制御部５０２の構成を表わす図である。図４を参照して、基本制御部５０２は、アーム電圧指令生成部６０１と、キャパシタ電圧指令生成部６０２と、停止制御部６０８とを含む。
【００４１】
アーム電圧指令生成部６０１は、上アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｐと、下アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｎとを算出する。以下の説明では、ｋｒｅｆｐとｋｒｅｆｎとを総称してｋｒｅｆと記載する。
【００４２】
キャパシタ電圧指令生成部６０２は、上アームに対応するアーム制御部５０３から、上アーム内のＮ個のサブモジュール７のキャパシタ３２の電圧Ｖｃを受信し、下アームに対応するアーム制御部５０３から、下アーム内のＮ個のサブモジュール７のキャパシタ３２の電圧Ｖｃを受信する。
【００４３】
キャパシタ電圧指令生成部６０２は、上アームに含まれるＮ個のサブモジュール７のキャパシタ３２のキャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆｐを算出する。キャパシタ電圧指令生成部６０２は、下アームに含まれるＮ個のサブモジュール７のキャパシタ３２のキャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆｎを算出する。例えば、キャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆｐは、上アーム内のＮ個のサブモジュール７のキャパシタ３２の平均電圧であり、キャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆｎは、下アーム内のＮ個のサブモジュール７のキャパシタ３２の平均電圧である。以下の説明では、ＶｃｒｅｆｐとＶｃｒｅｆｎとを総称してＶｃｒｅｆと記載する。
【００４４】
アーム電圧指令生成部６０１は、交流電流制御部６０３と、循環電流算出部６０４と、循環電流制御部６０５と、指令分配部６０６とを含む。
【００４５】
交流電流制御部６０３は、検出された交流電流Ｉａｃと、設定された交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆとの偏差が０になるように交流制御指令値Ｖｃｐを算出する。
【００４６】
循環電流算出部６０４は、上アームのアーム電流Ｉａｒｍｐと、下アームのアーム電流Ｉａｒｍｎとに基づいて、１つのレグ回路４に流れる循環電流Ｉｚを計算する。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、１つのレグ回路４に流れる循環電流Ｉｚは、以下の式（１）および式（２）を用いて計算できる。
【００４７】
Ｉｄｃ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｐｖ＋Ｉｐｗ＋Ｉｎｕ＋Ｉｎｖ＋Ｉｎｗ）／２  ・・・（１）
Ｉｚ＝（Ｉａｒｍｐ＋Ｉａｒｍｎ）／２−Ｉｄｃ／３  ・・・（２）
循環電流制御部６０５は、循環電流Ｉｚを、設定された循環電流指令値Ｉｚｒｅｆ、例えば０に追従制御するための循環制御指令値Ｖｚｐを算出する。
【００４８】
指令分配部６０６は、交流制御指令値Ｖｃｐと、循環制御指令値Ｖｚｐと、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと、中性点電圧Ｖｓｎと、交流電圧Ｖａｃとを受ける。電力変換器２の交流側が変圧器１３を介して交流回路１２に接続されているため、中性点電圧Ｖｓｎは、直流回路１４の直流電源の電圧により求めることができる。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、直流出力制御により与えられても、一定値でもよい。
【００４９】
指令分配部６０６は、これらの入力に基づいて、上アーム、および下アームがそれぞれ出力分担する電圧を算出する。指令分配部６０６は、算出した電圧から上アーム、下アーム内のインダクタンス成分による電圧降下分をそれぞれ差し引くことによって、上アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｐ、および下アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｎを決定する。
【００５０】
決定された上アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｐ、および下アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｎは、交流電流Ｉａｃを交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆに追従させ、循環電流Ｉｚを循環電流指令値Ｉｚｒｅｆに追従させ、直流電圧Ｖｄｃを直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに追従させるとともに、交流電圧Ｖａｃをフィードフォワード制御する出力電圧指令となる。
【００５１】
停止制御部６０８は、サブモジュール７の故障を検出した場合、ゲートブロック指令（以下、「ＧＢ指令」とも称する。）を出力する。停止制御部６０８は、アーム制御部５０３から受ける各サブモジュール７の健全判定信号ｃｎに基づいて、各サブモジュール７の故障を検出する。なお、健全判定信号ｃｎについての詳細は後述する。なお、サブモジュール７の故障とは、素子故障に限られずサブモジュール７が制御装置３の指令通りに動作しなくなることである。例えば、サブモジュール７の故障には、スイッチング素子の故障、ゲートドライバの故障、キャパシタの破損、ブスバーの破損、通信異常等が含まれる。
【００５２】
ある局面では、停止制御部６０８は、上アームあるいは下アーム内のサブモジュール７＿１〜７＿Ｎのうちの１つ以上のサブモジュール７＿ｊの故障を検出した場合、上アームおよび下アームに含まれるすべてのサブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力する。例えば、Ｕ相基本制御部５０２Ｕの停止制御部６０８は、Ｕ相の上アーム内のサブモジュール７＿ｊにおいて故障を検出した場合、Ｕ相の上アーム内の各サブモジュール７と、Ｕ相の下アーム内の各サブモジュール７とを停止させるＧＢ指令を出力する。
【００５３】
なお、他の相における各サブモジュール７もゲートブロックする構成であってもよい。例えば、Ｕ相上アーム内のサブモジュール７＿ｊにおいて故障が検出された場合、Ｕ相基本制御部５０２Ｕの停止制御部６０８がＵ相上下アーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力し、Ｖ相基本制御部５０２Ｖの停止制御部６０８がＶ相上下アーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力し、Ｗ相基本制御部５０２Ｗの停止制御部６０８がＷ相上下アーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力してもよい。これにより、電力変換器２に含まれるすべてのサブモジュール７がゲートブロック状態となる。
【００５４】
また、ある相の上アーム内のサブモジュール７に故障が検出された場合には、各相の上アーム内の各サブモジュール７をゲートブロックし、ある相の下アーム内のサブモジュール７に故障が検出された場合には、各相の下アーム内の各サブモジュール７をゲートブロックする構成であってもよい。例えば、Ｕ相上アーム内のサブモジュール７＿ｊにおいて故障が検出された場合、Ｕ相基本制御部５０２Ｕの停止制御部６０８がＵ相上アーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力し、Ｖ相基本制御部５０２Ｖの停止制御部６０８がＶ相上アーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力し、Ｗ相基本制御部５０２Ｗの停止制御部６０８がＷ相上アーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力してもよい。これにより、各相（すなわち、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の上アームに含まれるすべてのサブモジュール７がゲートブロック状態となる。下アームの場合についても同様である。
【００５５】
本願明細書において、ゲートブロックとは、各スイッチング素子のオン、オフのスイッチング動作を停止させることである。
【００５６】
他の局面では、停止制御部６０８は、アーム内（例えば、上アーム内）のサブモジュール７＿ｊにおいて故障を検出した場合、当該アーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力する。この場合、故障が検出されたサブモジュール７を含むアーム内（例えば、上アーム内）の各サブモジュール７はゲートブロックされるが、故障が検出されたサブモジュール７を含まないアーム内（例えば、下アーム内）の各サブモジュール７はゲートブロックされない。
【００５７】
停止制御部６０８は、規定条件に基づいて、サブモジュール７をゲートブロック状態からデブロック状態へ復帰させるデブロック指令（以下、「ＤＥＢ指令」とも称する。）を出力する。これにより、サブモジュール７の各スイッチング素子は、オンオフのスイッチング動作が可能となる。ＤＥＢ指令の出力タイミングについては後述する。
【００５８】
基本制御部５０２は、上アームのアーム電流Ｉａｒｍｐと、下アームのアーム電流Ｉａｒｍｎと、上アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｐと、下アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｎと、上アームのキャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆｐと、下アームのキャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆｎと、ＧＢ指令と、ＤＥＢ指令とを出力する。
【００５９】
図５は、アーム制御部５０３の構成を表わす図である。図５を参照して、アーム制御部５０３は、サブモジュール７＿１〜７＿Ｎのうちサブモジュール７＿ｊの故障を検出すると、故障サブモジュール７＿ｊの故障によって生じるアーム内の健全サブモジュール７＿ｉ（この場合、ｉ＝１〜ｊ−１、ｊ＋１〜Ｎ）のキャリア信号の位相の間隔の不均等を改善する。
【００６０】
アーム制御部５０３は、Ｎ個の個別制御部２０２＿１〜２０２＿Ｎと、キャリア信号生成部２０３とを含む。以下の説明では、個別制御部２０２＿１〜２０２＿Ｎを総称して、個別制御部２０２と記載する場合もある。
【００６１】
個別制御部２０２＿ｉは、対応するサブモジュール７＿ｉを個別に制御する。個別制御部２０２＿ｉは、基本制御部５０２からアーム電圧指令値ｋｒｅｆ、アーム電流Ｉａｒｍ、キャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆ、ＧＢ指令、およびＤＥＢ指令を受ける。
【００６２】
個別制御部２０２＿ｉは、対応するサブモジュール７＿ｉから健全判定信号ｃｎを受ける。サブモジュール７が健全な状態の場合には健全判定信号は「１」となり、サブモジュール７が故障状態の場合には健全判定信号は「０」となる。個別制御部２０２＿ｉは、健全判定信号ｃｎを基本制御部５０２に送信する。これにより、基本制御部５０２の停止制御部６０８は、各アーム内のＮ個のサブモジュール７の各々に故障が発生したか否かを判定できる。
【００６３】
個別制御部２０２＿ｉは、サブモジュール７＿ｉから受けた健全判定信号が「０」である場合、当該サブモジュール７＿ｉの故障を検出する。個別制御部２０２＿ｉは、アーム内の故障が生じたサブモジュール７＿ｉのバイパススイッチ３４をオンにすることによって、故障が生じたサブモジュール７＿ｉをバイパスする。
【００６４】
個別制御部２０２＿ｉは、対応するサブモジュール７＿ｉからキャパシタ電圧Ｖｃを受ける。個別制御部２０２＿ｉは、キャパシタ電圧Ｖｃを基本制御部５０２へ送信する。
【００６５】
キャリア信号生成部２０３は、アーム内のＮ個のサブモジュール７の健全判定信号ｃｎを受ける。キャリア信号生成部２０３は、各個別制御部２０２から健全判定信号ｃｎを受信してもよいし、各サブモジュール７から健全判定信号ｃｎを受信してもよい。これにより、キャリア信号生成部２０３は、アーム内のどのサブモジュール７が健全であり、どのサブモジュール７が故障しているのかを判定できる。
【００６６】
キャリア信号生成部２０３は、サブモジュール７ごとのキャリア信号の基準位相を設定して、設定した基準位相を有するキャリア信号を生成する。具体的には、キャリア信号生成部２０３は、アーム内のいずれかのサブモジュール７が故障する前には、複数のキャリア信号ＣＲ（ｉ）の基準位相（以下、「キャリア基準位相」とも称する。）の間隔が、３６０度を複数のサブモジュール７＿ｉの個数Ｎで分割した間隔となるように設定する。キャリア信号ＣＲ（ｉ）の基準位相とは、キャリア信号ＣＲ（ｉ）の位相と基準となる位相との差を表わす。基準となる位相として、キャリア信号ＣＲ（０）の位相を用いることができる。
【００６７】
キャリア信号生成部２０３は、設定されたキャリア基準位相を有するキャリア信号ＣＲ（１）〜ＣＲ（Ｎ）を生成する。これにより、アーム内の各サブモジュール７の出力電圧の高調波成分を相殺し、１つのアームの出力電圧の等価スイッチング周波数を高周波化することができる。
【００６８】
ここで、アーム内のいずれかのサブモジュール７に故障が発生し、故障したサブモジュールを故障サブモジュール７＿ｊとする。この場合、基本制御部５０２の停止制御部６０８は、故障サブモジュール７＿ｊの健全判定信号「０」に基づいて故障サブモジュール７＿ｊの故障を検出した場合、故障サブモジュール７＿ｊを含むアーム内のサブモジュール７をゲートブロックするためのＧＢ指令を出力する。各個別制御部２０２＿１〜２０２＿Ｎは、ＧＢ指令を受けて、対応するサブモジュール７の各スイッチング素子３１ｐ，３１ｎをオフ状態にする。
【００６９】
また、故障サブモジュール７＿ｊに対応する個別制御部２０２は、故障サブモジュール７＿ｊのバイパススイッチ３４をオンにして故障サブモジュール７＿ｊをバイパスする。ここで、アーム内の健全サブモジュールのキャリア基準位相の間隔は不均等となっているため、この状態で、電圧指令に基づいて各サブモジュール７を動作させる通常運転を行なうと、アーム内の各サブモジュール７の出力電圧の高調波成分が相殺できず、アームの出力電圧に各サブモジュール７の出力電圧の高調波成分が残留する。
【００７０】
したがって、キャリア信号生成部２０３は、アーム内の各サブモジュール７がゲートブロックされ、故障サブモジュール７＿ｊがバイパスされた後、アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア基準位相の間隔の不均等を改善する。サブモジュール７＿ｊの故障前の複数のキャリア基準位相の間隔は、３６０°／Ｎ（＝φ）であるが、サブモジュール７＿ｊの故障によって、故障サブモジュール７＿ｊのキャリア基準位相の直前のキャリア基準位相と、故障サブモジュール７＿ｊのキャリア基準位相の直後のキャリア基準位相との差が、２φとなる。アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア基準位相の間隔の不均等を改善するとは、アーム内のすべてのキャリア基準位相の間隔を２φよりも小さくすることを意味する。
【００７１】
具体的には、キャリア信号生成部２０３は、３６０度を複数の健全サブモジュール７＿ｉの個数（Ｎ−１）で分割した間隔に基づいて、複数のキャリア信号の基準位相を設定する。キャリア信号生成部２０３は、アーム内の故障サブモジュール７＿ｊがゲートブロック状態のときに、複数の健全サブモジュールのキャリア基準位相を再設定する。キャリア信号生成部２０３は、再設定されたキャリア基準位相を有するキャリア信号ＣＲ（１）〜ＣＲ（ｊ−１）、ＣＲ（ｊ＋１）〜ＣＲ（Ｎ）を生成する。
【００７２】
図６は、キャリア信号の変化を表わす図である。ここでは、説明の容易化のため、Ｎ＝４とし、アーム内のサブモジュール７＿３が故障した場合のキャリア信号の変化について説明する。
【００７３】
図６（ａ）を参照して、サブモジュール７＿３の故障前のサブモジュール７＿１、７＿２、７＿３、７＿４のキャリア信号がＣＲ（１）、ＣＲ（２）、ＣＲ（３）、ＣＲ（４）で示されている。キャリア信号は、例えば、三角波信号である。曲線７１０は、アーム電圧指令値ｋｒｅｆを示す曲線である。
【００７４】
図６（ｂ）を参照して、サブモジュール７＿３に故障が発生した直後のキャリア信号がＣＲ（１）、ＣＲ（２）、ＣＲ（３）、ＣＲ（４）で示されている。なお、故障したサブモジュール７＿３に対応するキャリア信号ＣＲ（３）は点線で示されている。この場合、アーム内の複数の健全サブモジュール７＿１、７＿２、７＿４のキャリア基準位相の間隔は不均等になっている。
【００７５】
図６（ｃ）を参照して、キャリア信号生成部２０３は、複数の健全サブモジュール７＿１、７＿２、７＿４のキャリア基準位相を再設定する。具体的には、キャリア信号生成部２０３は、複数の健全サブモジュール７＿１、７＿２、７＿４のキャリア信号の基準位相の間隔を均等にする。サブモジュール７＿３の故障後にキャリア信号生成部２０３により再設定されたキャリア信号がＣＲ（１）’、ＣＲ（２）’、ＣＲ（４）’で示されている。このように、キャリア信号生成部２０３は、アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア基準位相の間隔の不均等を改善する。
【００７６】
再び、図５を参照して、個別制御部２０２＿ｉは、キャリア信号生成部２０３からキャリア信号ＣＲｉを受ける。個別制御部２０２＿ｉは、キャリア信号ＣＲｉを用いて、サブモジュール７＿ｉをＰＷＭ制御する。具体的には、個別制御部２０２＿ｉは、サブモジュール７＿ｉの電圧指令と、キャリア信号ＣＲｉとに基づいて、対応するサブモジュール７＿ｉのゲート信号ｇａを生成して、対応するサブモジュール７＿ｉへ出力する。
【００７７】
図７は、個別制御部２０２の構成の一例を表わす図である。具体的には、図７の構成例には、個別制御部２０２の構成のうち、ゲート信号ｇａを生成するための構成が示されている。図７を参照して、個別制御部２０２は、バランス制御部２０２１と、加算器２０５１と、ＰＷＭ変調部２０２２と、信号切替器２０２３とを含む。
【００７８】
バランス制御部２０２１は、キャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆと、対応するサブモジュール７のキャパシタ電圧Ｖｃと、アーム電流Ｉａｒｍとに基づいて、キャパシタ電圧Ｖｃがキャパシタ指令電圧値Ｖｃｒｅｆと一致するようにバランス制御出力ｄｋｒｅｆｃを出力する。例えば、バランス制御部２０２１は、ＶｃｒｅｆとＶｃとの差分にゲインＫを乗算した結果に基づいて、バランス制御出力ｄｋｒｅｆｃを生成する。
【００７９】
加算器２０５１は、アーム電圧指令値ｋｒｅｆと、バランス制御部２０２１から出力されるバランス制御出力ｄｋｒｅｆｃとを加算する。加算結果が、サブモジュール電圧指令値ｋｒｅｆｃとして出力される。
【００８０】
ＰＷＭ変調部２０２２は、サブモジュール電圧指令値ｋｒｅｆｃおよびキャリア信号ＣＲ（ｉ）を位相シフトＰＷＭ方式で変調することによって、ＰＷＭ変調信号を出力する。ＰＷＭ変調部２０２２は、サブモジュール７の構成に応じた変調をする。サブモジュール７の構成において、出力されるＰＷＭ変調信号の数ｎも増減する。例えば、ハーフブリッジセルの場合はｎ＝２、フルブリッジセルの場合はｎ＝４となる。
【００８１】
信号切替器２０２３は、ＰＷＭ変調信号と、零電圧を表わす零信号とを受ける。信号切替器２０２３は、健全判定信号ｃｎによって選択される信号を出力する。サブモジュール７＿ｉが健全な状態のときには、健全判定信号ｃｎが「１」となり、ＰＷＭ変調信号が出力される。サブモジュール７＿ｉが故障状態のときには、健全判定信号ｃｎが「０」となり、零信号が出力される。信号切替器２０２３から出力された信号は、ゲート信号ｇａとして、対応するサブモジュール７＿ｉのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎのゲートドライバに送られることによって、対応するサブモジュール７＿ｉのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎがスイッチング制御される。
【００８２】
なお、個別制御部２０２は、基本制御部５０２からＧＢ指令を受信している場合には、ゲート信号ｇａを無効化（例えば、零信号を出力）する。一方、個別制御部２０２は、基本制御部５０２からＤＥＢ指令を受信している場合には、ゲート信号ｇａを有効化（例えば、ＰＷＭ変調信号を出力）する。
【００８３】
（制御装置３のハードウェア構成）
図８は、制御装置３のハードウェア構成の一例を表わす図である。図８を参照して、制御装置３は、いわゆるデジタルリレー装置と同様の構成を有する。制御装置３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、表示部５４７とを含む。
【００８４】
ＡＤ変換部５３０の前段に、アーム電流検出器９Ａ，９Ｂ、交流電圧検出器１０、交流電流検出器１６、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂ、および電圧検出器３３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。
【００８５】
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。
【００８６】
図８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。
【００８７】
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、制御装置３の全体の動作を制御する。メモリ５３７は、ＣＰＵ５３６の主記憶装置として用いられる。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。
【００８８】
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８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を含んでいてもよい。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。
【００８９】
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、各サブモジュール７に出力するための光信号を生成する。通信回路５４４から出力された信号は、光中継装置５５５を介してサブモジュール７に伝送される。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。たとえば、デジタル出力回路５４６は、交流回路１２にトリップ信号を出力する。
【００９０】
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を含む。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。
【００９１】
＜処理手順＞
図９は、実施の形態１に従う制御装置３の処理手順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、制御装置３の演算処理部５３５によって実行される。
【００９２】
図９を参照して、制御装置３は、アーム内の各サブモジュール７からの健全判定信号ｃｎに基づいて、アーム内のサブモジュール７＿ｊの故障を検出する（ステップＳ１０）。制御装置３は、アーム内の各サブモジュール７をゲートブロックして、各サブモジュール７に含まれる各スイッチング素子のスイッチング動作を停止させるとともに、故障が検出されたサブモジュール７＿ｊのバイパススイッチ３４を投入する（ステップＳ１２）。具体的には、制御装置３は、各サブモジュール７に含まれるスイッチング素子３１ｐ，３１ｎをオフ状態にするとともに、サブモジュール７＿ｊのバイパススイッチ３４に投入指令を出力する。これにより、サブモジュール７＿ｊがバイパスされる。
【００９３】
このように、制御装置３は、ステップＳ１０においてサブモジュール７＿ｊの故障を検出すると、各サブモジュール７をゲートブロックする処理と、バイパススイッチ３４の投入指令の出力処理とを同時並行で実行する。ただし、ゲートブロック指令が出力されてから、各スイッチング素子がオフするまでの時間は、バイパススイッチ３４の投入指令が出力されてから、当該バイパススイッチ３４が投入されるまでの時間よりも十分短い。
【００９４】
制御装置３は、サブモジュール７＿ｊの故障によって生じるアーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の基準位相の間隔を均等にする（ステップＳ１６）。具体的には、制御装置３は、複数の健全サブモジュール７の複数のキャリア信号の基準位相の間隔を、３６０度を複数の健全サブモジュール７の個数で分割した間隔に設定する。
【００９５】
制御装置３は、サブモジュール７＿ｊの故障を検出してから規定時間が経過したか否かを判断する（ステップＳ１８）。この規定時間は、故障検出後に実行されるステップＳ１２の処理によりサブモジュール７＿ｊがバイパスされた（すなわち、バイパススイッチ３４が投入された）とみなすことができる時間に設定される。
【００９６】
規定時間が経過していない場合には（ステップＳ１８においてＮＯ）、制御装置３はステップＳ１８の処理を繰り返す。規定時間が経過している場合には（ステップＳ１８においてＹＥＳ）、バイパススイッチ３４が投入されたとみなして、制御装置３はアーム内の各サブモジュール７をデブロックし、各サブモジュール７の動作の停止を解除する（ステップＳ２０）。これにより、各サブモジュール７に含まれるスイッチング素子３１ｐ，３１ｎは、オンオフのスイッチング動作が可能となり電力変換器２の運転が再開される。
【００９７】
なお、電力変換器２においては、サブモジュール７に故障が発生していない場合の電力変換動作（すなわち、通常動作）と同等の動作が得られるように、サブモジュール７の数が冗長設計（例えば、１つ以上多くサブモジュール７を直列接続する設計）されている。ただし、サブモジュール７の故障数が設計した冗長数以上に多くなった場合には、通常動作が不可能となる。
【００９８】
そのため、制御装置３は、ステップＳ１０においてサブモジュール７の故障を検出した場合に、健全なサブモジュール７の数が規定数以上であるか否かを判定してもよい。健全なサブモジュール７の数が規定数以上である場合には、制御装置３はステップＳ１２からの処理を実行する。一方、健全なサブモジュール７の数が規定数未満である場合には、制御装置３は電力変換器２を完全に停止させ、遮断器（不図示）を開放する。
【００９９】
図９のフローチャートでは、ステップＳ１２において、制御装置３が、各サブモジュール７のゲートブロックと、バイパススイッチ３４の投入指令の出力とを同時並行で実行し、ステップＳ１６においてキャリア信号の基準位相の再設定を実行する構成について説明した。この場合、サブモジュール７がゲートブロックされた後、バイパススイッチ３４が投入されるのを待たずにステップＳ１６におけるキャリア信号の基準位相の再設定を実行してもよい。
【０１００】
また、図９のフローチャートでは、制御装置３は、ステップＳ１８において規定時間が経過したか否かを判断し、規定時間が経過している場合にバイパススイッチ３４が投入されたとみなす構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、ステップＳ１８の処理の代わりに、制御装置３は、バイパススイッチ３４が投入されたことを示す信号をサブモジュール７から受信したか否かを判断する処理を実行してもよい。制御装置３は、当該信号をサブモジュール７から受信した場合にバイパススイッチ３４が投入されたと判断して、アーム内の各サブモジュール７をデブロックし、各サブモジュール７の動作の停止を解除（すなわち、ステップＳ２０の処理を実行）してもよい。
【０１０１】
＜利点＞
実施の形態１によると、サブモジュールの故障時に一旦、電力変換器に含まれる各サブモジュールをゲートブロックして、その間にキャリア基準位相の間隔を均等に設定する。そのため、キャリア信号の再設定中に出力電圧がひずんで電力系統に悪影響を与えることがない。また、ゲートブロック中の再設定であれば、各サブモジュールの電圧バランス制御にも悪影響を与えないため、各サブモジュールの過電圧および不足電圧が発生することもない。したがって、電力変換器の制御が不安定になることなく通常運転へ復帰できる。
【０１０２】
また、故障したサブモジュールを含むアームのみについて、その動作を停止させることで、当該アームのキャリア信号の再設定中においても、他のアームを利用して電力変換器の運転を継続できる。そのため、故障したサブモジュールを含むアームのキャリア信号の再設定中において一定の電力融通を期待でき、柔軟な運用が可能となる。
【０１０３】
実施の形態２．
実施の形態１では、サブモジュール７が故障した後、即時にＧＢ指令を出力する構成について説明した。しかし、ゲートブロック期間中においては、電力変換装置１からの電力融通は制限される。そのため、電力変換装置１が緊急で電力融通しているときにサブモジュール７が故障し、即時に電力変換器２をゲートブロックすると、緊急時にも関わらず電力融通ができなくなる。そこで、実施の形態２では、電力変換装置１の適用条件に応じてゲートブロックのタイミングを決定する構成について説明する。
【０１０４】
図１０は、実施の形態２に従う基本制御部５０２Ａの構成を示す図である。基本制御部５０２Ａは、図４の基本制御部５０２における停止制御部６０８を停止制御部６０８Ａに置き換えた構成に相当する。
【０１０５】
停止制御部６０８Ａは、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した際に、電力変換器２の出力電力が小さい場合には、アーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力する。一方、停止制御部６０８Ａは、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した際に、緊急の電力融通時のように電力変換器２の出力電力が大きい場合には、一定の条件を満たした場合にＧＢ指令を出力する。
【０１０６】
具体的には、停止制御部６０８Ａは、交流電圧検出器１０により検出された交流電圧Ｖａｃと、交流電流検出器１６により検出された交流電流Ｉａｃとに基づいて、電力変換器２の出力電力を算出する。停止制御部６０８Ａは、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した際に電力変換器２の出力電力が閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判断する。
【０１０７】
停止制御部６０８Ａは、電力変換器２の出力電力が閾値Ｔｈ１以上である場合には、予め定められた条件を満たしたときに、故障したサブモジュール７を含むアーム内の各サブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力する。なお、停止制御部６０８Ａは、上アームおよび下アームに含まれるすべてのサブモジュール７を停止させるＧＢ指令を出力してもよい。予め定められた条件は、系統運用者によって任意に定められる。例えば、緊急の電力融通時においても系統運用者が一時的に電力変換器２の出力電力を制限してもよいと判断した場合には、系統運用者は制御装置３に対してＧＢ指令の出力指示の操作入力を与える。停止制御部６０８Ａは、当該操作入力を受け付けたときに（すなわち、予め定められた条件を満たしたときに）、ＧＢ指令を出力する。
【０１０８】
一方、停止制御部６０８Ａは、電力変換器２の出力電力が閾値Ｔｈ１未満である場合には、予め定められた条件に関わらずＧＢ指令を出力する。ここで、電力変換器２の出力電力が大きく、電力変換器２に流れるアーム電流が大きい場合には、電力変換器２のキャパシタをバランスさせる機能が十分な効果を奏する。しかし、アーム電流が小さい場合には、当該機能が十分に働かず、一部のサブモジュール７にエネルギーが集中する可能性がある。そのため、その一部の変換器セルのキャパシタ電圧が保護レベルを逸脱して、電力変換器が保護停止する恐れがある。したがって、制御装置３は、電力変換器２の出力電力が閾値Ｔｈ１未満である場合には、予め定められた条件に関わらず即時にＧＢ指令を出力して、キャリア信号の基準位相の再設定を実行する。
【０１０９】
実施の形態２によると、制御装置３は、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した際に電力変換器２の出力電力が閾値Ｔｈ１以上である場合、予め定められた条件を満たしたときに各サブモジュール７をゲートブロックし、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した際に電力変換器２の出力電力が閾値Ｔｈ１未満である場合、予め定められた条件に関わらず各サブモジュール７をゲートブロックする。したがって、緊急の電力融通等のようにゲートブロックが望ましくない場合は、緊急状態が解除されることを期待してできる限り運転を続けてからゲートブロックするといった柔軟性のある運用が可能になる。
【０１１０】
実施の形態３．
電力変換器２が電力系統に電力融通をしている状態で、電力変換器２がゲートブロックされると、出力電力の急激な変動により電力系統の電圧および電流が大きく変動するおそれがある。実施の形態３では、電力系統の電圧および電流の変動を低減するために、電力変換器２の出力電力を制限してから電力変換器２をゲートブロックする構成について説明する。
【０１１１】
図１１は、実施の形態３に従う基本制御部５０２Ｂの構成を示す図である。基本制御部５０２Ｂは、図４の基本制御部５０２における停止制御部６０８を停止制御部６０８Ｂに置き換えた構成に相当する。
【０１１２】
図１１を参照して、アーム電圧指令生成部６０１（例えば、指令分配部６０６）は、アーム制御部５０３から受ける各サブモジュール７の健全判定信号ｃｎに基づいて、各サブモジュール７の故障を検出する。指令分配部６０６は、アーム内のサブモジュールの故障を検出した場合、電力変換器２の出力電力を徐々に低下させるように、アーム電圧指令値ｋｒｅｆｐ，ｋｒｅｆｎを決定する。
【０１１３】
停止制御部６０８Ｂは、交流電圧Ｖａｃと交流電流Ｉａｃとに基づいて算出した電力変換器２の出力電力が閾値Ｔｈ２未満まで低下したか否かを判断する。停止制御部６０８Ｂは、電力変換器２の出力電力が閾値Ｔｈ２未満になった場合にＧＢ指令を出力する。なお、停止制御部６０８Ｂは、電力変換器２の出力電流（例えば、交流電流Ｉａｃ）が閾値Ｔｈ３未満まで低下したか否かを判断し、交流電流Ｉａｃが閾値Ｔｈ３未満になった場合にＧＢ指令を出力してもよい。または、停止制御部６０８Ｂは、各アームのアーム電流が閾値Ｔｈ４未満まで低下したか否かを判断し、当該アーム電流が閾値Ｔｈ４未満になった場合にＧＢ指令を出力してもよい。
【０１１４】
実施の形態３によると、制御装置３は、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した場合、電力変換器２の出力電力を徐々に低下させ、当該出力電力が閾値Ｔｈ２未満になった場合に、アーム内の各サブモジュール７をゲートブロックする。そのため、ゲートブロック時における電力系統の電圧および電流への悪影響を抑制することができる。
【０１１５】
実施の形態４．
実施の形態４では、電力変換器２におけるゲートブロック時での電力系統への影響を軽減するための他の構成について説明する。
【０１１６】
図１２は、実施の形態４に従う基本制御部５０２Ｃの構成を示す図である。基本制御部５０２Ｃは、図４の基本制御部５０２における停止制御部６０８を停止制御部６０８Ｃに置き換えた構成に相当する。
【０１１７】
図１２を参照して、停止制御部６０８Ｃは、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した場合、当該アームの電圧指令値が最大変調または最小変調となる付近で、当該アームに含まれるすべてのサブモジュール７の動作を停止させるＧＢ指令を出力する。実施の形態４では、故障したサブモジュール７を含むアームのみがゲートブロックされる。
【０１１８】
より具体的には、停止制御部６０８Ｃは、指令分配部６０６から出力されるアーム電圧指令値ｋｒｅｆを監視する。ここで、上アーム内のサブモジュール７が故障したとする。停止制御部６０８Ｃは、上アーム内のサブモジュール７の故障を検出した場合、上アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｐが指令値Ｒ１以上になったタイミングで、上アームの各サブモジュール７の動作を停止するためのＧＢ指令を出力する。指令値Ｒ１は、アーム電圧指令値の最大変調付近に設定される。
【０１１９】
アーム電圧指令値ｋｒｅｆｐが指令値Ｒ１以上になったタイミングでＧＢ指令が出力された場合、アーム電圧指令生成部６０１は、上アームに流れるアーム電流Ｉａｒｍｐが正方向に流れるように制御する。具体的には、循環電流制御部６０５は、アーム電流Ｉａｒｍｐが正方向に流れるように循環電流Ｉｚを流すための循環制御指令値Ｖｚｐを算出し、指令分配部６０６に出力する。この場合、指令分配部６０６から出力される下アーム用のアーム電圧指令値ｋｒｅｆｎは、上アームに流れるアーム電流Ｉａｒｍｐが正方向に流れるように、下アームの各サブモジュール７の動作を制御するための出力電圧指令となる。
【０１２０】
「正方向」は、図２の入出力端子Ｐ１側から入出力端子Ｐ２側にアーム電流が流れる方向である。具体的には、図２（ａ）のサブモジュール７において、入出力端子Ｐ１、スイッチング素子３１ｐの還流ダイオード、キャパシタ３２、入出力端子Ｐ２の順にアーム電流が流れる方向である。これにより、上アーム内の各サブモジュール７の出力電圧はキャパシタ３２の両端電圧となるため、指令値Ｒ１以上のアーム電圧指令値ｋｒｅｆｐを模擬することができる。したがって、ゲートブロック中における上アームの出力電圧と、アーム電圧指令値ｋｒｅｆｐとの差異を小さくすることができる。
【０１２１】
あるいは、停止制御部６０８Ｃは、上アーム内のサブモジュール７の故障を検出した場合、上アームのアーム電圧指令値ｋｒｅｆｐが指令値Ｒ２（ただし、Ｒ２＜Ｒ１）未満になったタイミングでＧＢ指令を出力してもよい。指令値Ｒ２は、アーム電圧指令値の最小変調付近に設定される。
【０１２２】
アーム電圧指令値ｋｒｅｆｐが指令値Ｒ２未満になったタイミングでＧＢ指令が出力された場合、アーム電圧指令生成部６０１は、上アームに流れるアーム電流Ｉａｒｍｐが負方向に流れるように制御する。具体的には、循環電流制御部６０５は、アーム電流Ｉａｒｍｐが負方向に流れるように循環電流Ｉｚを流すための循環制御指令値Ｖｚｐを算出し、指令分配部６０６に出力する。この場合、指令分配部６０６から出力される下アーム用のアーム電圧指令値ｋｒｅｆｎは、上アームに流れるアーム電流Ｉａｒｍｐが負方向に流れるように、下アームの各サブモジュール７の動作を制御するための出力電圧指令となる。
【０１２３】
「負方向」は、図２の入出力端子Ｐ２側から入出力端子Ｐ１側にアーム電流が流れる方向である。具体的には、図２（ａ）のサブモジュール７において、入出力端子Ｐ２、スイッチング素子３１ｎの還流ダイオード、入出力端子Ｐ１の順にアーム電流が流れる方向である。これにより、上アーム内の各サブモジュール７の出力電圧は零電圧となるため、指令値Ｒ２未満のアーム電圧指令値ｋｒｅｆｐを模擬することができる。そのため、ゲートブロック中における上アームの出力電圧と、アーム電圧指令値ｋｒｅｆｐとの差異を小さくすることができる。
【０１２４】
実施の形態４によると、制御装置３は、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した場合、当該アームの電圧指令値が指令値Ｒ１以上になったタイミングで、当該アーム内の複数のサブモジュール７をゲートブロックするとともに、当該アームに流れるアーム電流が正方向に流れるように制御する。あるいは、制御装置３は、アーム内のサブモジュール７の故障を検出した場合、当該アームの電圧指令値が指令値Ｒ２未満になったタイミングで、当該アーム内の複数のサブモジュール７をゲートブロックするとともに、当該アームに流れるアーム電流が負方向に流れるように制御する。したがって、ゲートブロック時における電力系統への影響を低減することができる。
【０１２５】
実施の形態５．
上述した実施の形態では、電力変換器２全体をゲートブロックする構成、あるいは、故障したサブモジュール７を含むアームに含まれる各サブモジュール７をゲートブロックする構成等について説明した。実施の形態５では、アームに含まれる各サブモジュール７を複数のグループに分類し、グループに属するサブモジュール７を順番にゲートブロックする構成について説明する。
【０１２６】
図１３は、実施の形態５に従う基本制御部５０２Ｄおよびアーム制御部５０３の構成を示す図である。図１３を参照して、基本制御部５０２Ｄは、図４の基本制御部５０２における停止制御部６０８を停止制御部６０８Ｄに置き換えた構成に相当する。アーム制御部５０３は図５のアーム制御部５０３と同様であるが、個別制御部２０２＿１〜２０２＿Ｎを含む構成として、個別制御部群２００が示されている。
【０１２７】
アーム内の複数のサブモジュール７は、複数のグループに分類されている。以下では、説明の容易化のため、アームに含まれるサブモジュール７の数が６つである（すなわち、Ｎ＝６）とし、サブモジュール７＿１，７＿２がグループＧ１、サブモジュール７＿３，７＿４がグループＧ２、サブモジュール７＿５，７＿６がグループＧ３に分類されているものとする。また、サブモジュール７＿３に故障が発生したとする。そのため、アーム内の健全サブモジュールは、サブモジュール７＿１，７＿２，７＿４，７＿５，７＿６の５つである。
【０１２８】
停止制御部６０８Ｄは、サブモジュール７＿３の故障を検出すると、グループＧ１に属するサブモジュール７＿１，７＿２をゲートブロックするために、個別制御部２０２＿１，２０２＿２に対してＧＢ指令を出力する。なお、個別制御部２０２＿３は、サブモジュール７＿３のバイパススイッチ３４を投入する。これにより、サブモジュール７＿３はバイパスされる。
【０１２９】
キャリア信号生成部２０３は、アーム内の複数の健全サブモジュール７のキャリア信号の基準位相の間隔が均等になるように、グループＧ１に属する健全なサブモジュール７＿１，７＿２のキャリア信号の基準位相を再設定する。この例では、３６０度をアーム内の複数の健全サブモジュール７の個数（この場合、５）で分割した間隔になるように、サブモジュール７＿１，７＿２のキャリア信号の基準位相の間隔が設定される。このとき、グループＧ２，Ｇ３に属する各サブモジュール７のキャリア信号の基準位相は、故障前の基準位相のままである。
【０１３０】
停止制御部６０８Ｄは、グループＧ１に属する健全なサブモジュール７＿１，７＿２のキャリア信号の再設定が終了した場合（例えば、キャリア信号生成部２０３から再設定の終了通知を受信した場合）、個別制御部２０２＿１，２０２＿２に対してＤＥＢ指令を出力して、サブモジュール７＿１，７＿２の動作停止を解除（すなわち、デブロック）する。個別制御部２０２＿１，２０２＿２は、それぞれ、再設定されたキャリア信号を用いてサブモジュール７＿１，７＿２の各スイッチング素子をＰＷＭ制御する。
【０１３１】
続いて、停止制御部６０８Ｄは、グループＧ１に属するサブモジュール７＿１，７＿２をデブロックした後、グループＧ２に属する健全なサブモジュール７＿４をゲートブロックするために、個別制御部２０２＿４に対してＧＢ指令を出力する。キャリア信号生成部２０３は、アーム内の複数の健全サブモジュール７のキャリア信号の位相の間隔が均等になるように、グループＧ２に属する健全なサブモジュール７＿４のキャリア信号の基準位相を再設定する。
【０１３２】
停止制御部６０８Ｄは、グループＧ２に属する健全なサブモジュール７＿４のキャリア信号の再設定が終了すると、個別制御部２０２＿４に対してＤＥＢ指令を出力して、サブモジュール７＿４をデブロックする。個別制御部２０２＿４は、再設定されたキャリア信号を用いて、サブモジュール７＿４の各スイッチング素子をＰＷＭ制御する。なお、停止制御部６０８Ｄは、故障したサブモジュール７＿３に対応する個別制御部２０２＿３に対してＧＢ指令、ＤＥＢ指令を出力してもよい。
【０１３３】
次に、停止制御部６０８Ｄは、グループＧ２に属するサブモジュール７＿４をデブロックした後、グループＧ３に属する健全なサブモジュール７＿５，７＿６をゲートブロックするために、個別制御部２０２＿５，２０２＿６に対してＧＢ指令を出力する。キャリア信号生成部２０３は、アーム内の複数の健全サブモジュール７のキャリア信号の位相の間隔が均等になるように、グループＧ３に属する健全なサブモジュール７＿５，７＿６のキャリア信号の基準位相を再設定する。
【０１３４】
停止制御部６０８Ｄは、キャリア信号の再設定が終了すると、個別制御部２０２＿５，２０２＿６に対してＤＥＢ指令を出力して、サブモジュール７＿５，７＿６をデブロックする。個別制御部２０２＿５，２０２＿６は、それぞれ、再設定されたキャリア信号を用いて、サブモジュール７＿５，７＿６の各スイッチング素子をＰＷＭ制御する。
【０１３５】
このように、制御装置３は、ゲートブロック、キャリア信号の再設定およびデブロックの一連の処理をグループごとに実行することで、すべての健全なサブモジュール７のキャリア信号の再設定を行なう。これにより、故障したサブモジュール７を含むアームの一部のサブモジュール７がゲートブロックしている間でも、ゲートブロックしていないサブモジュール７が動作できる。その結果、電力変換器２は、出力電力の低下を最小限に抑えた運転継続を実現することができる。
【０１３６】
上記において、複数のグループに属するサブモジュール７の数は１つ以上であればよい。また、どのグループにどのサブモジュール７を分類するのかは、予め定められていてもよいし、制御装置３がランダムに決定してもよい。
【０１３７】
図１４は、実施の形態５に従う制御装置３の処理手順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、制御装置３の演算処理部５３５によって実行される。
【０１３８】
図１４を参照して、制御装置３は、アーム内の各サブモジュール７からの健全判定信号ｃｎに基づいて、アーム内のサブモジュール７＿ｊの故障を検出する（ステップＳ５０）。制御装置３は、複数のグループのうちの任意の１つのグループを選択し、選択グループに属する健全サブモジュールをゲートブロックするとともに、故障が検出されたサブモジュール７＿ｊのバイパススイッチ３４を投入する（ステップＳ５２）。
【０１３９】
制御装置３は、アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の基準位相の間隔が均等になるように、選択グループに属する健全サブモジュールのキャリア信号の基準位相を設定する（ステップＳ５６）。制御装置３は、選択グループに属する健全サブモジュールをデブロックする（ステップＳ５８）。
【０１４０】
制御装置３は、複数のグループの中から未選択の新たなグループを選択し（ステップＳ６０）、選択グループに属する健全サブモジュールをゲートブロックする（ステップＳ６２）。制御装置３は、アーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の基準位相の間隔が均等になるように、選択グループに属する健全サブモジュールのキャリア信号の基準位相を設定し（ステップＳ６４）、選択グループに属する健全サブモジュールをデブロックする（ステップＳ６６）。
【０１４１】
制御装置３は、複数のグループの中に未選択のグループが存在するか否かを判断する（ステップＳ６８）。未選択のグループが存在する場合（ステップＳ６８においてＹＥＳ）、制御装置３はステップＳ６０の処理へ進む。未選択のグループが存在しない場合（ステップＳ６８においてＮＯ）、制御装置３は処理を終了する。
【０１４２】
＜変形例＞
実施の形態５のようにグループごとにキャリア信号の再設定が実行される場合には、グループに属するサブモジュール７をゲートブロックする構成でなくてもよい。具体的には、グループに属するサブモジュール７をバイパスするように、当該サブモジュール７の各スイッチング素子のオンオフ状態を固定して、スイッチング動作を停止させる構成であってもよい。
【０１４３】
図１５は、実施の形態５の変形例に従う基本制御部５０２Ｅおよびアーム制御部５０３の構成を示す図である。図１５を参照して、基本制御部５０２Ｅは、図４の基本制御部５０２における停止制御部６０８を停止制御部６０８Ｅに置き換えた構成に相当する。
【０１４４】
停止制御部６０８Ｅは、サブモジュール７＿３の故障を検出すると、グループＧ１に属するサブモジュール７＿１，７＿２をバイパスするための指令を出力する。具体的には、停止制御部６０８Ｅは、個別制御部２０２＿１，２０２＿２に対して、図２のサブモジュール７のスイッチング素子３１ｐをオフに固定し、スイッチング素子３１ｎをオンに固定することで、各スイッチング素子３１ｐ，３１ｎのスイッチング動作を停止させる停止指令を出力する。なお、個別制御部２０２＿３は、故障したサブモジュール７＿３のバイパススイッチ３４を投入することで、サブモジュール７＿３はバイパスされる。
【０１４５】
キャリア信号生成部２０３は、アーム内の複数の健全サブモジュール７のキャリア信号の位相の間隔が均等になるように、グループＧ１に属する健全なサブモジュール７＿１，７＿２のキャリア信号の基準位相を設定する。
【０１４６】
停止制御部６０８Ｅは、当該キャリア信号の再設定が終了した場合、個別制御部２０２＿１，２０２＿２に対して、上記スイッチング動作の停止を解除する停止解除指令を出力する。これにより、サブモジュール７＿１，７＿２におけるスイッチング素子３１ｐのオフ状態の固定、およびスイッチング素子３１ｎのオン状態の固定は解除される。個別制御部２０２＿１，２０２＿２は、それぞれ、再設定されたキャリア信号を用いて、サブモジュール７＿１，７＿２をＰＷＭ制御する。
【０１４７】
グループＧ２においても、健全なサブモジュール７＿４のスイッチング素子３１ｐがオフ、スイッチング素子３１ｎがオンに固定されて、サブモジュール７＿４がバイパスされているときにサブモジュール７＿４のキャリア信号の基準位相が設定される。そして、当該キャリア信号の再設定の終了後、スイッチング素子３１ｐのオフ状態、およびスイッチング素子３１ｎのオン状態の固定が解除される。
【０１４８】
グループＧ３においても、健全なサブモジュール７＿５，７＿６のスイッチング素子３１ｐがオフ、スイッチング素子３１ｎがオンに固定されて、サブモジュール７＿５，７＿６がバイパスされているときにサブモジュール７＿５，７＿６のキャリア信号の基準位相が設定される。そして、当該キャリア信号の再設定の終了後、スイッチング素子３１ｐのオフ状態、およびスイッチング素子３１ｎのオン状態の固定が解除される。
【０１４９】
実施の形態５の変形例に従う制御装置３は、複数のグループの各々について、当該グループに属する健全なサブモジュール７に含まれる複数のスイッチング素子のうち、バイパススイッチ３４に並列に接続されたスイッチング素子（例えば、スイッチング素子３１ｎ）をオン状態に固定し、バイパススイッチ３４に並列に接続されていないスイッチング素子（例えば、スイッチング素子３１ｐ）をオフ状態に固定することで、当該グループに属する健全なサブモジュール７に含まれる複数のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させる。これにより、当該グループに属する健全なサブモジュール７はバイパスされる。変形例によると、故障したサブモジュール７を含むアームの一部のサブモジュール７の各スイッチング素子のオンオフ状態が固定されてスイッチング動作が停止している間でも、各スイッチング素子のオンオフ状態が固定されていないサブモジュール７が動作できる。その結果、電力変換器２は、出力電力の低下を最小限に抑えた運転継続を実現することができる。
【０１５０】
その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態では、個別制御部２０２はサブモジュール７の故障を検出した場合に、当該サブモジュール７のバイパススイッチ３４をオンする構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、個別制御部２０２は、基本制御部５０２から、故障したサブモジュール７のバイパススイッチ３４の投入指令を受けて、当該バイパススイッチ３４をオンする構成であってもよい。
【０１５１】
（２）上述した電力変換装置は、ＨＶＤＣ（High  Voltage  Direct  Current）、あるいはＳＴＡＴＣＯＭ（Static  Synchronous  Compensator）等の電力系統用の電力変換装置として利用することができる。
【０１５２】
（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、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【０１５３】
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】
【０１５４】
１  電力変換装置、２  電力変換器、３  制御装置、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、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  変圧器、１４  直流回路、１６  交流電流検出器、３１ｎ，３１ｐ  スイッチング素子、３２  蓄電要素、３３  電圧検出器、３４  バイパススイッチ、２００  個別制御部群、２０２  個別制御部、２０３  キャリア信号生成部、５０１  スイッチング制御部、５０２  基本制御部、５０３  アーム制御部、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  バスインターフェース、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  表示部、５４８  タッチパネル、５５５  光中継装置、６０１  アーム電圧指令生成部、６０２  キャパシタ電圧指令生成部、６０３  交流電流制御部、６０４  循環電流算出部、６０５  循環電流制御部、６０６  指令分配部、６０８  停止制御部、２０２１  バランス制御部、２０２２  ＰＷＭ変調部、２０２３  信号切替器、２０５１  加算器。
【要約】
電力変換装置（１）は、複数のアーム（５，６）を含む電力変換器（２）と、サブモジュール（７）ごとのキャリア信号を用いて、ＰＷＭ制御によって複数のサブモジュールの電圧を制御する制御装置（３）とを備える。サブモジュールは、複数のスイッチング素子（３１ｐ，３１ｎ）と、蓄電要素（３２）と、一対の出力端子（Ｐ１，Ｐ２）と、バイパススイッチ（３４）とを含む。制御装置は、アーム内のサブモジュールの故障を検出した場合、アーム内の複数のサブモジュールのうちの１以上のサブモジュールに含まれる複数のスイッチング素子のスイッチング動作を停止させる停止処理を実行するとともに、故障が検出されたサブモジュールをバイパスさせ、停止処理が実行された後に、サブモジュールの故障によって生じるアーム内の複数の健全サブモジュールのキャリア信号の位相の間隔を均等にする。【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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