(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部と、
各前記サブモジュールを運転制御するための第１制御指令および第２制御指令をそれぞれ生成する第１制御装置および第２制御装置と、
各前記サブモジュールに対して、前記第１制御指令および前記第２制御指令をそれぞれ送信する第１中継装置および第２中継装置とを備え、
前記第１制御装置および前記第２制御装置は、前記第１制御装置ならびに前記第１中継装置を含む第１系統、および前記第２制御装置ならびに前記第２中継装置を含む第２系統のうち、各前記サブモジュールを運転制御する系統を指示する指示情報を、予め定められた外部装置から受信し、
前記第１制御指令および前記第２制御指令の各々は、各前記サブモジュールに含まれるスイッチング素子を駆動するための駆動指令と、制御装置の異常の有無を示す異常判定情報と、前記指示情報とを含み、
各前記サブモジュールは、
前記スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、
前記第１制御指令および前記第２制御指令の各々に含まれる前記異常判定情報および前記指示情報に基づいて、前記第１系統または前記第２系統を選択する選択部とを含み、
前記選択部は、前記指示情報が前記第１系統を示している場合であっても、前記第１制御指令の異常判定情報に基づいて前記第１制御装置での異常発生を検出した場合には、各前記サブモジュールを運転制御する系統として前記第２系統を選択し、
前記ＰＷＭ制御部は、選択された前記第２系統に対応する前記第２制御指令に含まれる駆動指令に従って前記スイッチング素子をＰＷＭ制御する、電力変換装置。
【請求項２】
前記第１制御指令および前記第２制御指令は、第１周期ごとに各前記サブモジュールに送信され、
各前記サブモジュールの前記選択部および前記ＰＷＭ制御部により実行される一連の処理は、前記第１周期よりも短い第２周期ごとに実行される、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記選択部は、前記第１制御装置および前記第２制御装置において異常が発生していない場合には、前記指示情報に従って前記第１系統または前記第２系統を選択する、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】
前記第１制御装置および前記第２制御装置は、
前記直流回路と前記交流回路との間での電力変換制御に用いられる電気量の検出値の入力を受け付け、
前記電気量の目標値と前記検出値との偏差を減少させるためのフィードバック演算をフィードバック制御器を用いて実行し、
各前記サブモジュールを運転制御する系統が前記第１系統である場合、
前記第１制御装置の第１フィードバック制御器によるフィードバック演算は、前記偏差および前記第１フィードバック制御器の前回出力値に基づいて、前記第１フィードバック制御器の今回出力値を算出する演算を含み、
前記第２制御装置の第２フィードバック制御器によるフィードバック演算は、前記偏差および前記第１フィードバック制御器の前回出力値に基づいて、前記第２フィードバック制御器の今回出力値を算出する演算を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記駆動指令は、各前記サブモジュールの動作の同期をとるための同期指令を含み、
各前記サブモジュールは、前記ＰＷＭ制御部で用いられる同期タイミングを補正するタイミング補正部をさらに含み、
前記選択部によって各前記サブモジュールを運転制御する系統が前記第１系統から前記第２系統に切り替えられる場合、前記タイミング補正部は、前記第１制御指令に含まれる第１同期指令の同期タイミングと前記第２制御指令に含まれる第２同期指令の同期タイミングとの時間差に基づいて、前記ＰＷＭ制御部で用いられる同期タイミングを、前記第２同期指令の同期タイミングへ徐々に移動させる、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６】
前記タイミング補正部は、前記時間差が基準閾値以上である場合には、前記ＰＷＭ制御部で用いられる同期タイミングを、前記第２同期指令の同期タイミングに近づく方向へ前記基準閾値だけ移動させる、請求項５に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電力変換回路部は、
前記直流回路と接続された高電位側直流端子および低電位側直流端子と、
前記交流回路の相にそれぞれ対応し、前記高電位側直流端子と前記低電位側直流端子との間に互いに並列に接続された複数のレグ回路とを含み、
各前記レグ回路は、
前記交流回路の対応する相と電気的に接続された接続部と、
前記接続部と前記高電位側直流端子との間に直列に接続された複数の前記サブモジュールを含む上アームと、
前記接続部と前記低電位側直流端子との間に直列に接続された複数の前記サブモジュールを含む下アームとを含み、
前記駆動指令は、前記上アームの出力電圧指令値および前記下アームの出力電圧指令値をさらに含む、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１中継装置および前記第２中継装置は、スター型のネットワークを介して、各前記サブモジュールと接続されている、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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、交流と直流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（単位変換器）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。【０００３】
例えば、特開２０１５−１３０７４６号公報（特許文献１）は、交流を直流に、または、直流を交流に変換可能な電力変換回路を含む電力変換装置を開示している。電力変換回路は、複数の単位変換器を直列に接続して構成したアームを有する。電力変換装置は、各単位変換器を統括して制御する第１の制御装置と、第１の制御装置にデイジーチェーン接続される複数の第２の制御装置と、第２の制御装置に接続されて、各単位変換器をそれぞれ制御する第３の制御装置とをさらに含む。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１３０７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高信頼性が要求される電力変換装置では、内部構成の一部または全部が多重化される場合が多い。一例として、各サブモジュールを制御する制御装置を多重化（例えば、二重化）する構成が想定される。自励式変換器においては、各サブモジュールに設けられた半導体素子がゲートパルスによって瞬時にスイッチングがオンオフする。そのため、稼働系の制御装置と待機系の制御装置との系切り替えが適切に行なわれない場合、電力変換装置に接続された交流系統および直流系統に対して大きな影響を及ぼしてしまう。特許文献１では、電力変換装置の通信伝送遅延を減らし制御応答を向上させることを検討しているが、系切り替えを適切に行なうための構成については何ら教示および示唆されていない。【０００６】
本開示のある局面における目的は、稼働系および待機系の選択機能をサブモジュールに持たせることにより、稼働系の制御装置に異常が発生した場合に、サブモジュールを停止することなく稼働系と待機系との切り替えを行なう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部と、各サブモジュールを運転制御するための第１制御指令および第２制御指令をそれぞれ生成する第１制御装置および第２制御装置と、各サブモジュールに対して、第１制御指令および第２制御指令をそれぞれ送信する第１中継装置および第２中継装置とを備える。第１制御装置および第２制御装置は、第１制御装置ならびに第１中継装置を含む第１系統、および第２制御装置ならびに第２中継装置を含む第２系統のうち、各サブモジュールを運転制御する系統を指示する指示情報を、予め定められた外部装置から受信する。第１制御指令および第２制御指令の各々は、各サブモジュールに含まれるスイッチング素子を駆動するための駆動指令と、制御装置の異常の有無を示す異常判定情報と、指示情報とを含む。各サブモジュールは、スイッチング素子をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御部と、第１制御指令および第２制御指令の各々に含まれる異常判定情報および指示情報に基づいて、第１系統または第２系統を選択する選択部とを含む。選択部は、指示情報が第１系統を示している場合であっても、第１制御指令の異常判定情報に基づいて第１制御装置での異常発生を検出した場合には、各サブモジュールを運転制御する系統として第２系統を選択する。ＰＷＭ制御部は、選択された第２系統に対応する第２制御指令に含まれる駆動指令に従ってスイッチング素子をＰＷＭ制御する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によると、稼働系の制御装置に異常が発生した場合に、サブモジュールを停止することなく稼働系と待機系との切り替えを行なうことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に従う電力変換装置の概略構成図である。
【図２】実施の形態１に従う指令生成部の具体的な構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１に従う制御装置の構成例を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１に従う制御装置で行なわれるフィードバック制御を説明するための図である。
【図５】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６】実施の形態１に従う送受信部の具体的な構成を説明するためのブロック図である。
【図７】実施の形態１に従うサブモジュールによる系統の切り替えタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【図８】実施の形態２に従うサブモジュールの構成例を示す図である。
【図９】実施の形態２に従う同期タイミングの補正方式の一例を示す図である。
【図１０】図９の補正方式を用いた同期タイミングの補正例を示す図である。
【図１１】実施の形態２に従う同期タイミングの補正方式の他の例を示す図である。
【図１２】図１１の補正方式を用いた同期タイミングの補正例を示す図である。
【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】
実施の形態１．
［電力変換装置の構成］
図１は、実施の形態１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１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。なお、「サブモジュール」は、「変換器セル」あるいは「単位変換器」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。具体的には、電力変換装置１は、電力変換回路部２と、指令生成部３とを含む。なお、電力変換装置１を含む電力変換システムにおいては、電力変換装置１に対して各種指示を与える外部装置である指示装置５０が設けられている。
【００１２】
電力変換回路部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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【００１９】
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。
【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。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。
【００２１】
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器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、各サブモジュール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。
【００２２】
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。
【００２３】
これらの検出器によって検出された信号は、指令生成部３に入力される。指令生成部３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制御指令１５ｐｕ，１５ｎｕ，１５ｐｖ，１５ｎｖ，１５ｐｗ，１５ｎｗを出力する。また、指令生成部３は、各サブモジュール７からセルキャパシタ電圧（図５中の直流コンデンサ２４の電圧）の検出値を表す信号１７を受信する。
【００２４】
本実施の形態の場合、制御指令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、制御指令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、制御指令１５と記載する。
【００２５】
なお、図１では図解を容易にするために、各検出器から指令生成部３に入力される信号の信号線と、指令生成部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と指令生成部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。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。
【００２６】
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。
【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。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。
【００２８】
指示装置５０は、例えば、制御装置３０Ａおよび３０Ｂの上位装置に相当し、指令生成部３と通信可能に構成される。指示装置５０は、指令生成部３からの情報および系統運用者の指示に従って、各種指示を指令生成部３に与える。
【００２９】
［指令生成部の構成］
図２は、実施の形態１に従う指令生成部の具体的な構成を示すブロック図である。図２を参照して、指令生成部３は、制御装置３０Ａ，３０Ｂと、中継装置４０Ａ，４０Ｂとを含む。このように、指令生成部３は、制御装置３０Ａおよび中継装置４０Ａを含むＡ系統と、制御装置３０Ｂおよび中継装置４０Ｂを含むＢ系統とを組み合わせた二重化構成を採用している。制御装置３０Ａは、制御装置３０Ｂ、中継装置４０Ａおよび指示装置５０と通信可能に構成される。制御装置３０Ｂは、制御装置３０Ａ、中継装置４０Ｂおよび指示装置５０と通信可能に構成される。
【００３０】
図３では、図１の電力変換回路部２のうちＵ相用のレグ回路４ｕのみが代表的に示されているが、他のレグ回路４ｖ，４ｗについても同様である。なお、制御装置３０Ａ，３０Ｂについて、総称する場合または任意のものを示す場合、制御装置３０と記載する。中継装置４０Ａ，４０Ｂ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４０と記載する。
【００３１】
制御装置３０は、図１の各検出器で検出された交流電圧値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ（総称する場合、交流電圧値Ｖａｃと記載する）、交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ（総称する場合、交流電流値Ｉａｃと記載する）、直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎ、上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗ、下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗ、およびセルキャパシタ電圧Ｖｃａｐの入力を受け付ける。
【００３２】
制御装置３０は、当該受け付けた各検出値に基づいて、通常動作時に各サブモジュール７を駆動するための駆動指令を生成し、当該生成した駆動指令を対応する中継装置４０に送信する。セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐは、各サブモジュール７において検出された直流コンデンサ２４の電圧値がアーム回路ごとに平均化されたものである。
【００３３】
駆動指令は、電圧指令（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）と、各サブモジュール７の動作の同期をとるための同期指令とを含む。なお、同期指令は、通常運転時の交流電圧値Ｖａｃの位相を基準とした同期パルスである。
【００３４】
制御装置３０は、自装置における異常の発生の有無を判定し、当該判定結果を示す異常判定情報を生成する。典型的には、制御装置３０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ディジタル保護リレー装置で構成されており、演算部およびＡＤ変換部等の異常を検出する。演算部は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）およびＲＯＭ（Read  Only  Memory）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。
【００３５】
演算部の異常内容としては、ＣＰＵの故障が想定される。ＣＰＵの健全性は、ウォッチドックタイマ（ＷＤＴ）により確認できる。ＷＤＴは、ＣＰＵが正常に稼働しているか否かを定期的に監視する。典型的には、ＣＰＵが故障等により暴走すると，ＣＰＵはＷＤＴに対して定期的にリセット信号を送信しなくなる。そのため、ＷＤＴは，リセット信号が一定時間受信されなかった時点で，ＣＰＵの異常を検出する。
【００３６】
ＡＤ変換部の異常内容としては、電気量の入力を受ける入力回路（例えば、アナログフィルタおよびサンプルホールド回路等）の故障が想定される。例えば、ＣＰＵは、ＡＤ変換部から受信した電気量に重畳入力された監視用信号を抽出し、当該抽出された監視用信号の振幅値と、規定値（例えば、高調波発生回路から出力された監視用信号の振幅値）とを比較する。ＣＰＵは、当該抽出された監視用信号の振幅値と規定値との差分が予め定められた範囲内である場合には、入力回路は正常であると判断し、当該差分が予め定められた範囲外である場合には入力回路に異常が発生していると判断する。
【００３７】
制御装置３０は、Ａ系統およびＢ系統のうち、各サブモジュール７を運転制御する系統（すなわち、稼働系）を指示する系指示情報を指示装置５０から受信する。典型的には、指示装置５０は、系統運用者から稼働系として動作させる系統の指示を受け付け、当該指示を反映した系指示情報を制御装置３０に送信する。例えば、指示装置５０は、Ａ系統を稼働系とする旨の指示を系統運用者から受け付けた場合には、稼働系として動作させる指示を含む系指示情報を制御装置３０Ａに送信し、待機系として動作させる指示を含む系指示情報を制御装置３０Ｂに送信する。
【００３８】
制御装置３０は、周期Ｔ１（例えば、１００μｓ）ごとに、各サブモジュール７を運転制御するための制御指令１５を生成し、当該生成した制御指令１５を中継装置４０に送信する。制御指令１５は、上述した駆動指令（すなわち、電圧指令および同期指令）と、制御装置３０の異常の発生の有無を示す異常判定情報と、指示装置５０から受信した系指示情報とを含む。なお、周期Ｔ１は、通常運転時、交流系統（例えば、交流回路１２）の周波数に合わせて、制御装置３０により適宜変更される。
【００３９】
中継装置４０は、周期Ｔ１ごとに制御装置３０から受信した制御指令１５を各サブモジュール７に送信する。より具体的には、中継装置４０Ａは、制御装置３０Ａから受信した制御指令１５を各サブモジュール７に送信し、中継装置４０Ｂは、制御装置３０Ｂから受信した制御指令１５を各サブモジュール７に送信する。なお、中継装置４０は、周期Ｔ１よりも短い周期ごとに制御指令１５を各サブモジュール７に送信してもよい。
【００４０】
典型的には、中継装置４０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。中継装置４０は、スター型のネットワークを介して、各サブモジュール７と接続されている。
【００４１】
［制御装置の構成例］
図３は、実施の形態１に従う制御装置３０の構成例を示すブロック図である。図３を参照して、制御装置３０は、直流電圧指令生成部６０と、交流電圧指令生成部６１と、循環電流指令生成部６２と、コンデンサ電圧指令生成部６３と、アーム電圧指令生成部６４とを含む。
【００４２】
直流電圧指令生成部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。
【００４３】
Ｉｄｃ＝（Ｉｄｃ＿ｐ＋Ｉｄｃ＿ｎ）／２    ・・・（１）
直流電圧指令生成部６０は、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂ（以下、「直流電圧検出器１１」とも総称する。）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。直流電圧指令生成部６０は、直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎ（以下、「直流電圧値Ｖｄｃ」とも総称する。）のフィードバック制御を実行するフィードバック制御器と、直流電流値Ｉｄｃのフィードバック制御を実行するフィードバック制御器とから構成される。
【００４４】
図４は、実施の形態１に従う制御装置で行なわれるフィードバック制御を説明するための図である。ここでは、直流電圧値Ｖｄｃのフィードバック制御について説明する。
【００４５】
図４を参照して、制御装置３０Ａは、フィードバック制御の機能構成として、フィードバック制御器である積分器３１Ａと、ＲＡＭ等により構成される記憶部３２Ａと、ＯＲゲート３３Ａと、ＮＯＴゲート３４Ａと、通信回路等により構成される伝送部３５Ａと、スイッチ３６Ａとを含む。制御装置３０Ｂは、フィードバック制御の機能構成として、積分器３１Ｂと、記憶部３２Ｂと、ＯＲゲート３３Ｂと、ＮＯＴゲート３４Ｂと、伝送部３５Ｂと、スイッチ３６Ｂとを含む。積分器、ＯＲゲート、ＮＯＴゲートおよびスイッチは、例えば、制御装置３０のＣＰＵにより実現される。
【００４６】
ここで、現在の演算周期での積分器の出力値である今回出力値をｙ（ｓ）、１つ前の演算周期での積分器の出力値である前回出力値をｙ（ｓ−１）、ｘを積分器の入力値、Ｔを時定数、ｓをラプラス演算子とすると、ｙ（ｓ）は以下の式（２）のように表わされる。
【００４７】
ｙ（ｓ）＝ｙ（ｓ−１）＋ｘ／（Ｔ×ｓ）・・・（２）
積分器３１Ａ，３１Ｂの入力としては、直流電圧検出器１１の検出値（すなわち、直流電圧値Ｖｄｃ）と、直流電圧値の目標値との偏差が用いられる。当該目標値は、指示装置５０から制御装置３０Ａ，３０Ｂに対して送信される。制御装置３０Ａおよび３０Ｂは、当該偏差を減少させるためのフィードバック演算をフィードバック制御器（ここでは、積分器３１Ａおよび３１Ｂ）を用いて実行する。
【００４８】
積分器３１Ａの出力値は、記憶部３２Ａに格納されるとともに伝送部３５Ａを介して伝送部３５Ｂに送信される。積分器３１Ｂの出力値は、記憶部３２Ｂに格納されるとともに伝送部３５Ｂを介して伝送部３５Ａに送信される。
【００４９】
指示装置５０は、Ａ系統およびＢ系統とが協調して動作する指示を制御装置３０Ａ，３０Ｂに与えている。そのため、図４中の系間協調信号として“１”がＮＯＴゲート３４Ａ，３４Ｂに入力され、“０”がＯＲゲート３３Ａ，３３Ｂに入力される。
【００５０】
また、指示装置５０は、Ａ系統を稼働系とする旨の指示を制御装置３０Ａ，３０Ｂに与えているとする。この場合、図４中の系指示情報Ｊａとして“１”がＯＲゲート３３Ａに入力される。その結果、ＯＲゲート３３Ａからは“１”が出力され、スイッチ３６Ａの接点Ｐａと接点Ｐｂとが接続される。また、図４中の系指示情報Ｊｂとして“０”がＯＲゲート３３Ｂに入力される。その結果、ＯＲゲート３３Ｂからは“０”が出力され、スイッチ３６Ｂの接点Ｐａと接点Ｐｃとが接続される。
【００５１】
これにより、Ａ系統を稼働系として運用しＢ系統を待機系として運用する場合には、積分器３１Ａは、前回値として、記憶部３２Ａに格納された積分器３１Ａの前回出力値を用いて演算を行なう。また、積分器３１Ｂは、前回値として、伝送部３５Ｂを介して受信した積分器３１Ａの前回出力値を用いて演算を行なう。
【００５２】
また、Ａ系統を待機系として運用しＢ系統を稼働系として運用する場合には、積分器３１Ａは、前回値として、伝送部３５Ａを介して受信した積分器３１Ｂの前回出力値を用いて演算を行なう。積分器３１Ｂは、前回値として、記憶部３２Ｂに格納された積分器３１Ｂの前回出力値を用いて演算を行なう。
【００５３】
図４の例では、フィードバック制御器として積分器を用いる例について説明したが、当該構成に限られない。フィードバック制御器は、比例器と積分器とを組み合わせたＰＩ（Proportional-Integral）制御器であってもよいし、比例器と積分器と微分器とを組み合わせたＰＩＤ（Proportional-Integral-Differential）制御器であってもよいし、他の制御器であってもよい。
【００５４】
再び、図３を参照して、直流電圧指令生成部６０は、直流電流値についても図４で説明したフィードバック制御機能により同様のフィードバック制御を実行する。直流電圧指令生成部６０は、算出した直流電圧値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。
【００５５】
交流電圧指令生成部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。交流電圧指令生成部６１は、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ており、演算に用いる各電気量について図４で説明したようなフィードバック制御を行なうことにより各相の交流電圧指令値を生成する。
【００５６】
循環電流指令生成部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（３）によって計算できる。
【００５７】
Ｉｃｃｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２−Ｉｄｃ／３    ・・・（３）
上式（３）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（３）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。
【００５８】
循環電流指令生成部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セルキャパシタ電圧Ｖｃａｐとに基づいて各相の循環電流の指令値を算出する。循環電流指令生成部６２は、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ており、演算に用いる各電気量について図４で説明したようなフィードバック制御を行なうことにより、各相の循環電流の指令値を生成する。
【００５９】
コンデンサ電圧指令生成部６３は、アーム回路ごとに平均化されたセルキャパシタ電圧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、各サブモジュール７の直流コンデンサの電圧指令値を生成する。コンデンサ電圧指令生成部６３は、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ており、演算に用いる各電気量について図４で説明したようなフィードバック制御を行なうことにより、直流コンデンサの電圧指令値を生成する。
【００６０】
アーム電圧指令生成部６４は、上記の各指令生成部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，Ｐｎｒｅｆｗを生成する。各相のアーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ，Ｐｎｒｅｆｗは、電圧指令として中継装置４０に伝送される。以下の説明において、いずれの相であるかを特定しない場合には、単にアーム電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと記載する場合がある。
【００６１】
上記のように、制御装置３０は、直流回路１４と交流回路１２との間での電力変換制御に用いられる各電気量について、目標値と検出値との偏差を減少させるためのフィードバック演算を実行する。
【００６２】
具体的には、各サブモジュールを運転制御する系統がＡ系統である場合、制御装置３０Ａに含まれるフィードバック制御器ＦＡ（例えば、積分器３１Ａ）によるフィードバック演算は、当該偏差およびフィードバック制御器ＦＡの前回出力値に基づいて、フィードバック制御器ＦＡの今回出力値を算出する演算を含む。また、制御装置３０Ｂに含まれるフィードバック制御器ＦＢ（例えば、積分器３１Ｂ）によるフィードバック演算は、当該偏差およびフィードバック制御器ＦＡの前回出力値に基づいて、フィードバック制御器ＦＢの今回出力値を算出する演算を含む。
【００６３】
このようなフィードバック演算により、各サブモジュールに送信されるＡ系統およびＢ系統からの出力電圧指令値の誤差を小さくすることができる。
【００６４】
［サブモジュールの構成例］
（全体構成）
図５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。図５に示すサブモジュール７は、ハーフブリッジ型の変換回路２０ＨＢと、ＰＷＭ（pulse  width  modulation）制御部２１と、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ２４と、電圧検出部２７と、送受信部２８とを含む。ＰＷＭ制御部２１、電圧検出部２７、送受信部２８の一連の処理は、制御装置３０の演算周期である周期Ｔ１よりも非常に短い周期Ｔ２（例えば、数μｓ）ごとに実行される。
【００６５】
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。直流コンデンサ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。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と直流コンデンサ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。
【００６６】
典型的には、入出力端子２６Ｐは、正極側に隣接するサブモジュール７の入出力端子２６Ｎと接続される。入出力端子２６Ｎは、負極側に隣接するサブモジュール７の入出力端子２６Ｐと接続される。
【００６７】
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。
【００６８】
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、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（スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂ、ダイオード２３Ａ，２３Ｂおよび直流コンデンサ２４）を事故時に発生する過電流から保護する。
【００６９】
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１の運転継続が可能となる。
【００７０】
電圧検出部２７は、直流コンデンサ２４の両端２４Ｐ，２４Ｎの間の電圧（すなわち、セルキャパシタ電圧）を検出する。送受信部２８は、図１の指令生成部３から受信した制御指令１５をＰＷＭ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セルキャパシタ電圧を表す信号１７を指令生成部３に送信する。送受信部２８の具体的な構成については後述する。
【００７１】
ＰＷＭ制御部２１は、送受信部２８から入力される駆動指令（すなわち、電圧指令および同期指令）に従って各スイッチング素子２２Ａ，２２ＢをＰＷＭ制御する。具体的には、ＰＷＭ制御部２１は、駆動指令に従ってＰＷＭ信号である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。
【００７２】
典型的には、ＰＷＭ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間には直流コンデンサ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。
【００７３】
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、零電圧または直流コンデンサ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。
【００７４】
上記のＰＷＭ制御部２１、電圧検出部２７、および送受信部２８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。
【００７５】
上記では、サブモジュール７の変換回路がハーフブリッジ型の変換回路であ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、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。
【００７６】
（送受信部の構成）
図６は、実施の形態１に従う送受信部の具体的な構成を説明するためのブロック図である。送受信部２８は、通信回路４１Ａ，４１Ｂと、選択回路４２とを含む。以下の説明では、便宜上、制御装置３０Ａにより生成された制御指令１５を「制御指令１５Ａ」と称し、制御装置３０Ｂにより生成された制御指令１５を「制御指令１５Ｂ」と称する。
【００７７】
通信回路４１Ａは、中継装置４０Ａから送信される制御指令１５Ａを受信する。通信回路４１Ｂは、中継装置４０Ｂから送信される制御指令１５Ｂを受信する。制御指令１５Ａは、電圧指令Ｖａと、同期指令Ｓａと、異常判定情報Ｄａと、系指示情報Ｊａとを含む。制御指令１５Ｂは、電圧指令Ｖｂと、同期指令Ｓｂと、異常判定情報Ｄｂと、系指示情報Ｊｂとを含む。
【００７８】
異常判定情報Ｄａは制御装置３０Ａの異常の発生の有無を示す情報であり、異常判定情報Ｄｂは制御装置３０Ｂの異常の発生の有無を示す情報である。系指示情報Ｊａは、Ａ系統が稼働系および待機系のいずれで動作するのかを示す情報であり、系指示情報Ｊｂは、Ｂ系統が稼働系および待機系のいずれで動作するのかを示す情報である。例えば、系指示情報Ｊａが稼働系を示している場合には、系指示情報Ｊｂは待機系を示している。
【００７９】
選択回路４２は、異常判定情報Ｄａ，Ｄｂと系指示情報Ｊａ，Ｊｂとに基づいて、各サブモジュールを運転制御する系統（すなわち、稼働系）として、Ａ系統またはＢ系統のいずれかを選択する。
【００８０】
選択回路４２は、Ａ系統を稼働系として選択した場合には、電圧指令Ｖａおよび同期指令ＳａがＰＷＭ制御部２１に入力されるようにスイッチ４３および４４に信号を出力する。具体的には、選択回路４２は、接点Ｑ１と接点Ｑ２とが接続されるようにスイッチ４３を動作させる信号を出力し、接点Ｑ４と接点Ｑ５とが接続されるようにスイッチ４４を動作させる信号を出力する。
【００８１】
選択回路４２は、Ｂ系統を稼働系として選択した場合には、電圧指令Ｖｂおよび同期指令ＳｂがＰＷＭ制御部２１に入力されるようにスイッチ４３および４４に信号を出力する。具体的には、選択回路４２は、接点Ｑ１と接点Ｑ３とが接続されるようにスイッチ４３を動作させる信号を出力し、接点Ｑ４と接点Ｑ６とが接続されるようにスイッチ４４を動作させる信号を出力する。
【００８２】
次に、選択回路４２による選択方式について説明する。選択回路４２は、異常判定情報Ｄａ，Ｄｂに基づいて、制御装置３０Ａおよび３０Ｂの両方が正常である（すなわち、異常が発生していない）と判断した場合には、系指示情報Ｊａ，Ｊｂに従って、Ａ系統またはＢ系統を稼働系として選択する。
【００８３】
一方、選択回路４２は、異常判定情報Ｄａ，Ｄｂに基づいて、制御装置３０Ａおよび３０Ｂのいずれか一方が異常であると判断した場合には、系指示情報Ｊａ，Ｊｂの内容に関わらず、異常が発生していない系統を稼働系として選択する。具体的には、選択回路４２は、系指示情報Ｊａが稼働系としてＡ系統を示している（すなわち、系指示情報Ｊｂが待機系としてＢ系統を示している）場合であっても、異常判定情報Ｄａに基づいて制御装置３０Ａでの異常発生を検出した場合（すなわち、異常判定情報Ｄａが制御装置３０Ａでの異常発生を示している場合）には、稼働系としてＢ系統を選択する。
【００８４】
ＰＷＭ制御部２１は、選択回路４２により稼働系として選択された系統に対応する駆動指令（例えば、Ｂ系統に対応する電圧指令Ｖｂおよび同期指令Ｓｂ）に従って各スイッチング素子をＰＷＭ制御する。
【００８５】
図７は、実施の形態１に従うサブモジュールによる系統の切り替えタイミングを説明するためのタイミングチャートである。
【００８６】
図７を参照して、スタート時点では、Ａ系統が稼働系として運用され、Ｂ系統が待機系として運用されている。具体的には、指示装置５０は、Ａ系統を稼働系として動作させ、Ｂ系統を稼働系として動作させるように制御装置３０Ａ，３０Ｂに指示を与えている。制御装置３０Ａは指示装置５０の指示に従って稼働系として動作し、制御装置３０Ｂは待機系として動作している。また、サブモジュール７は、稼働系としてＡ系統を選択しており、電圧指令Ｖａおよび同期指令Ｓａに基づいてＰＷＭ制御を実行している。
【００８７】
ここで、時刻ｔ１において制御装置３０Ａに異常が発生したとする。制御装置３０Ａは、自装置に異常が発生したことを示す異常判定情報Ｄａと、異常発生時点で受信している系指示情報Ｊａとを含む制御指令１５Ａを中継装置４０を介してサブモジュール７に送信する。また、制御装置３０Ａは、自装置に異常が発生したことを指示装置５０にも通知して（例えば、当該異常判定情報Ｄａを送信して）、稼働系の切り替えの指示を促す。なお、異常発生時点で制御装置３０Ａが受信している系指示情報Ｊａは、Ａ系統を稼働系として動作させる指示情報である。なぜなら、指示装置５０は、異常発生時点では制御装置３０Ａでの異常発生を認識していないためである。
【００８８】
時刻ｔ２において、サブモジュール７は、制御装置３０Ａから受信した異常判定情報Ｄａに基づいて稼働系をＡ系統からＢ系統に切り替え、電圧指令Ｖｂおよび同期指令Ｓｂに基づくＰＷＭ制御を開始する。サブモジュール７による演算周期は数μ秒と非常に短いため、制御装置３０Ａからの異常判定情報Ｄａを受信してすぐに、健全なＢ系統の電圧指令Ｖｂおよび同期指令Ｓｂに基づくＰＷＭ制御を開始できる。
【００８９】
時刻ｔ３において、指示装置５０は、制御装置３０Ａから受信した異常判定情報Ｄａに基づいて、稼働系をＡ系統からＢ系統に切り替える指示を含む系指示情報Ｊｂを制御装置３０Ｂに送信する。時刻ｔ４において、制御装置３０Ｂは、指示装置５０から受信した系指示情報Ｊｂに従って稼働系としての動作を開始する。このとき、制御装置３０Ｂからサブモジュール７に送信される系指示情報Ｊｂは稼働系を示している。
【００９０】
本実施の形態では、サブモジュール７に、系選択機能およびＰＷＭ制御機能を設けていることから、異常系から健全系への即時の切り替えが可能であるとともに、健全系の制御指令を用いたＰＷＭ制御を即時に開始することが可能である。
【００９１】
ここで、比較例として、仮に制御装置３０に系切り替え機能およびＰＷＭ制御機能を設けた場合を想定する。制御装置３０Ｂが、指示装置５０からの指示に従って稼働系としての動作を開始できるタイミングは、時刻ｔ４である。換言すると、制御装置３０Ｂは、時刻ｔ４に到達しないと、稼働系をＡ系統からＢ系統に切り替えることができないし、健全なＢ系統に対応する駆動指令を用いたＰＷＭ制御を実行することもできない。これは、異常発生時の時刻ｔ１から時刻ｔ４までの長い間、サブモジュール７が正常に動作できないことを意味する。この場合、直流回路１４および交流回路１２に与える影響が大きいことから、一旦サブモジュール７を停止せざるを得ない。
【００９２】
一方、本実施の形態では、サブモジュール７は、異常発生とほぼ同時に健全系に対応する駆動指令を用いたＰＷＭ制御を実行できる。そのため、直流回路１４および交流回路１２に与える影響が小さいことから、サブモジュール７を停止することなく運転を継続することができる。
【００９３】
［利点］
実施の形態１によると、サブモジュール７内に系切り替え機能およびＰＷＭ制御機能を持たせることにより、制御装置３０に異常が発生した場合に指示装置５０からの系指示情報を待つことなく系切り替えを行なうことができる。また、サブモジュール７の演算周期は、制御装置３０および指示装置５０の演算周期よりも非常に短い。そのため、サブモジュール７は、異常発生の受信したら即時に系切り替えを行ない、ＰＷＭ制御を開始することができる。これにより、系切り替えの際にサブモジュール７を停止することなく、電力系統の運用を継続することができる。
【００９４】
また、中継装置４０と各サブモジュール７とがスター接続されているため、中継装置４０と任意のサブモジュール７との間の伝送路が故障した場合でも、運転を継続することができる。さらに、サブモジュール７にバイパススイッチＳＷが設けられているため、任意のサブモジュール７の各素子が故障した場合でも、当該サブモジュール７を短絡させることにより、他のサブモジュール７を利用することにより運転を継続することができる。
【００９５】
さらに、サブモジュール７内に系切り替え機能を持たせることにより、同一のハードウェア内での系切り替えが可能となる。これにより、一つのハードウェアクロック信号を基準として切り替え処理を行なうことができるため、スムーズに系切り替えを行なうことができる。
【００９６】
実施の形態２．
制御装置３０Ａ，３０Ｂから送信される制御指令１５Ａ，１５Ｂは、周期Ｔ１ごとに同時に出力されるため、基本的には同期指令Ｓａに従う同期タイミングと、同期指令Ｓｂに従う同期タイミングとは一致していると考えられる。
【００９７】
制御指令１５は、制御装置３０から中継装置４０を介して、光ファイバで各サブモジュールに送信される。このとき、制御装置３０Ａおよび各サブモジュール７間の伝送時間と、制御装置３０Ｂおよび各サブモジュール７間の伝送時間とが異なる場合には、同期指令Ｓａに従う同期タイミングと、同期指令Ｓｂに従う同期タイミングとに誤差が生じる可能性がある。実施の形態２では、系切り替えを行なう際の同期タイミングの補正方式について説明する。
【００９８】
図８は、実施の形態２に従うサブモジュール７の構成例を示す図である。図８を参照して、実施の形態２に従うサブモジュール７は、図５中のサブモジュール７の構成にタイミング補正部２９を追加した構成である。
【００９９】
タイミング補正部２９は、選択回路４２により稼働系として選択された系統を示す選択信号と、同期指令ＳａおよびＳｂとの入力を受け付ける。タイミング補正部２９は、選択信号と、同期指令ＳａおよびＳｂとに基づいて、ＰＷＭ２１で用いられる同期指令の同期タイミングを補正する。タイミング補正部２９は、補正後の同期指令をＰＷＭ制御部２１に出力する。以下、タイミング補正部２９の補正方式について説明する。
【０１００】
図９は、実施の形態２に従う同期タイミングの補正方式の一例を示す図である。ここでは、稼働系としてのＡ系統に異常が発生し、Ｂ系統に稼働系を切り替える場面を想定する。図９には、同期指令Ｓａの同期タイミング、同期指令Ｓｂの同期タイミングおよびサブモジュール７で用いられる同期タイミングが示されている。図９の例では、切替先（ここでは、Ｂ系統）の同期指令Ｓｂの同期タイミングの方が、切替元（ここでは、Ａ系統）の同期指令Ｓａの同期タイミングよりも早い場合を想定している。
【０１０１】
時刻ｔａにおいては、Ａ系統が稼働系であるため、サブモジュール７は同期指令Ｓａの同期タイミングに従って動作する。その後、Ａ系統に異常が発生すると、サブモジュール７は、稼働系をＢ系統に切り替える。このとき、タイミング補正部２９は、同期指令Ｓａの同期タイミングと同期指令Ｓｂの同期タイミングとの時間差に基づいて、ＰＷＭ制御部２１で用いられる同期指令の同期タイミング（以下、「同期タイミングＳＴ」とも称する。）を同期指令Ｓｂの同期タイミングへ徐々に移動させる。
【０１０２】
具体的には、図９（ａ）を参照して、Ａ系統での異常発生前にサブモジュール７（具体的には、ＰＷＭ制御部２１）で用いられている同期タイミングは時刻ｔａである。そのため、仮にＡ系統に異常が発生していないとすると、次の同期タイミングは時刻ｔａから電気角３６０°経過後の時刻ｔｂと推定される。サブモジュール７に設けられるタイミング補正部２９は、同期指令Ｓｂの同期タイミングである時刻ｔｅが、時刻ｔｂから電気角１８０°遡った時刻ｔｄと、時刻ｔａから基準時間Ｔα遡った時刻ｔｃとの間に存在すると判断する。この場合、タイミング補正部２９は、同期タイミングＳＴを、同期指令Ｓｂの同期タイミング（すなわち、時刻ｔｅ）に一致させるのではなく、時刻ｔｂから基準時間Ｔα遡った時刻ｔｃに移動させる。
【０１０３】
一方、図９（ｂ）の場合には、タイミング補正部２９は、同期指令Ｓｂの同期タイミングである時刻ｔｅが、時刻ｔｃと時刻ｔｂとの間に存在すると判断する。この場合、タイミング補正部２９は、同期タイミングＳＴを同期指令Ｓｂの同期タイミング（すなわち、時刻ｔｅ）に一致させる。
【０１０４】
ここで、時刻ｔｅと時刻ｔｂとの時間差ΔＴは、同期指令Ｓａの同期タイミングと同期指令Ｓｂの同期タイミングとの誤差に相当する。したがって、時間差ΔＴが基準時間Ｔαよりも大きい場合（すなわち、図９（ａ）の場合）、タイミング補正部２９は、同期指令Ｓｂの同期タイミングに近づく方向へ（すなわち、時間差ΔＴが小さくなる方向へ）、同期タイミングＳＴを基準時間Ｔαだけ移動させる。一方、時間差ΔＴが基準時間Ｔα以下である場合（すなわち、図９（ｂ）の場合）、タイミング補正部２９は、同期指令Ｓｂの同期タイミングに一致するように、同期タイミングＳＴを移動させる。
【０１０５】
図１０は、図９の補正方式を用いた同期タイミングの補正例を示す図である。図１０を参照して、サブモジュール７で用いられる１回目の同期パルスＸ１の立ち上がりタイミング（すなわち、同期タイミング）は、同期指令Ｓａの同期タイミングと一致しており、サブモジュール７は同期指令Ｓａに従って動作している。その後、Ａ系統に異常が発生すると、選択回路４２が稼働系をＢ系統に切り替える。
【０１０６】
２回目の同期パルスＸ２の位置は、同期指令Ｓａと同期指令Ｓｂとの時間差に基づいてタイミング補正部２９により補正された位置となる。具体的には、同期パルスＸ１の立ち上がり時刻から電気角３６０°経過後の時刻ｔｘ１と、同期指令Ｓｂの立ち上がり時刻ｔｓ１との時間差は基準時間Ｔαよりも大きい。そのため、同期パルスＸ２の立ち上がり時刻は、時刻ｔｘ１から基準時間Ｔα遡った時刻となる。同様に、３回目の同期パルスＸ３の立ち上がり時刻は、時刻ｔｘ２から基準時間Ｔα遡った時刻となる。時刻ｔｘ２は、同期パルスＸ２の立ち上がり時刻から電気角３６０°経過後の時刻である。
【０１０７】
次に、同期パルスＸ３の立ち上がり時刻から電気角３６０°経過後の時刻ｔｘ３と、同期指令Ｓｂの立ち上がり時刻ｔｓ３との時間差は基準時間Ｔαよりも小さい。そのため、４回目の同期パルスＸ４の立ち上がり時刻は、同期指令Ｓｂの立ち上がり時刻ｔｓ３と一致する。
【０１０８】
図１１は、実施の形態２に従う同期タイミングの補正方式の他の例を示す図である。図９と同様に、稼働系のＡ系統に異常が発生し、Ｂ系統に稼働系を切り替える場面を想定する。図１１の例では、切替先（ここでは、Ｂ系統）の同期指令Ｓｂの同期タイミングが、切替元（ここでは、Ａ系統）の同期指令Ｓａの同期タイミングよりも遅い場合を想定している。
【０１０９】
時刻ｔａ１においては、Ａ系統が稼働系であるため、サブモジュール７は同期指令Ｓａの同期タイミングに従って動作する。その後、Ａ系統に異常が発生すると、サブモジュール７は、稼働系をＢ系統に切り替える。このとき、タイミング補正部２９は、ＰＷＭ制御部２１で用いられる同期タイミングＳＴを、同期指令Ｓａの同期タイミングから同期指令Ｓｂの同期タイミングへ徐々に移動させる。
【０１１０】
具体的には、図１１（ａ）を参照して、Ａ系統での異常発生前における同期タイミングＳＴは時刻ｔａ１である。そのため、仮にＡ系統に異常が発生していないとすると、次の同期タイミングＳＴは時刻ｔａ１から電気角３６０°経過後の時刻ｔｂ１と推定される。タイミング補正部２９は、同期指令Ｓｂの同期タイミングである時刻ｔｅ１が、時刻ｔｂ１から基準時間Ｔα経過後の時刻ｔｃ１と、時刻ｔｂ１から電気角１８０°経過後の時刻ｔｄ１との間に存在すると判断する。この場合、タイミング補正部２９は、同期タイミングＳＴを、同期指令Ｓｂの同期タイミング（すなわち、時刻ｔｅ１）に一致させるのではなく、時刻ｔｂ１から基準時間Ｔα経過後の時刻ｔｃ１に移動させる。
【０１１１】
一方、図１１（ｂ）の場合には、タイミング補正部２９は、同期指令Ｓｂの同期タイミングである時刻ｔｅ１が、時刻ｔｂ１と時刻ｔｃ１との間に存在すると判断する。この場合、タイミング補正部２９は、同期タイミングＳＴを、同期指令Ｓｂの同期タイミング（すなわち、時刻ｔｅ１）に一致させる。
【０１１２】
このように、時間差ΔＴが基準時間Ｔαよりも大きい場合（すなわち、図１１（ａ）の場合）、タイミング補正部２９は、同期指令Ｓｂの同期タイミングに近づく方向へ、同期タイミングＳＴを基準時間Ｔαだけ移動させる。一方、時間差ΔＴが基準時間Ｔα以下である場合（すなわち、図１１（ｂ）の場合）、タイミング補正部２９は、同期指令Ｓｂの同期タイミングに一致するように、同期タイミングＳＴを移動させる。
【０１１３】
図１２は、図１１の補正方式を用いた同期タイミングの補正例を示す図である。図１２を参照して、サブモジュール７で用いられる１回目の同期パルスＹ１の立ち上がりタイミングは、同期指令Ｓａの同期タイミングと一致しており、サブモジュール７は同期指令Ｓａに従って動作している。その後、Ａ系統に異常が発生すると、選択回路４２が稼働系をＢ系統に切り替える。
【０１１４】
ここで、同期パルスＹ１の立ち上がり時刻から電気角３６０°経過後の時刻ｔｙ１と、同期指令Ｓｂの立ち上がり時刻ｔｓ１との時間差は基準時間Ｔαよりも大きい。そのため、同期パルスＹ２の立ち上がり時刻は、時刻ｔｙ１から基準時間Ｔα経過後の時刻となる。同様に、同期パルスＹ３の立ち上がり時刻は、時刻ｔｙ２から基準時間Ｔα経過後の時刻となる。時刻ｔｙ２は、同期パルスＹ２の立ち上がり時刻から電気角３６０°経過後の時刻である。
【０１１５】
次に、同期パルスＹ３の立ち上がり時刻から電気角３６０°経過後の時刻ｔｙ３と、同期指令Ｓｂの立ち上がり時刻ｔｓ３との時間差は基準時間Ｔαよりも小さい。そのため、同期パルスＹ４の立ち上がり時刻は、同期指令Ｓｂの立ち上がり時刻ｔｓ３と一致する。
【０１１６】
このように、稼働系がＡ系統からＢ系統へ切り替えられた場合、ＰＷＭ制御部２１は、電圧指令に関しては、切替先（ここでは、Ｂ系統）の電圧指令Ｖｂを用いる。一方、同期タイミングに関しては、ＰＷＭ制御部２１は、同期指令Ｓｂの同期タイミングを即時に用いるのではなく、タイミング補正部２９により補正された同期タイミングを用いる。タイミング補正部２９による補正が終了すると、ＰＷＭ制御部２１は同期指令Ｓｂの同期タイミングに従って動作する。
【０１１７】
なお、図９〜図１２では、Ａ系統およびＢ系統のいずれかの系統に異常が発生し、稼働系が切り替えられる場面を想定したが、これに限られない。例えば、Ａ系統およびＢ系統のいずれの系統にも異常が発生しておらず、系指示情報に従って稼働系が切り替えられる場面に、上記の同期タイミングの補正方式を適用してもよい。
【０１１８】
＜利点＞
実施の形態２によると、稼働系の切り替え時において、切替元の同期指令に従う同期タイミングと切替先の同期指令に従う同期タイミングとに誤差が発生している場合、サブモジュール７で用いられる同期タイミングを緩やかに移動させる。そのため、系切り替え時におけるサブモジュール７の動作を安定させることができる。
【０１１９】
その他の実施の形態．
上述した実施の形態において、制御に使用される電気量を計測する各検出器を二重化する構成であってもよい。
【０１２０】
上述した実施の形態では、制御装置３０および中継装置４０を二重化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、制御装置３０および中継装置４０を三重化以上の構成とする場合であってもよい。
【０１２１】
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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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】
【０１２４】
１  電力変換装置、２  電力変換回路部、３  指令生成部、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  連系変圧器、１４  直流回路、１５  制御指令、１６  交流電流検出器、１７  信号、２０ＨＢ  変換回路、２１  ＰＷＭ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、２６Ｎ，２６Ｐ  入出力端子、２７  電圧検出部、２８  送受信部、２９  タイミング補正部、３０Ａ，３０Ｂ  制御装置、３１Ａ，３１Ｂ  積分器、３２Ａ，３２Ｂ  記憶部、３５Ａ，３５Ｂ  伝送部、３６Ａ，３６Ｂ，４３，４４  スイッチ、４０Ａ，４０Ｂ  中継装置、４１Ａ，４１Ｂ  通信回路、４２  選択回路、５０  指示装置、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  コンデンサ電圧指令生成部、６４  アーム電圧指令生成部。
【要約】
電力変換装置（１）は、第１制御指令および第２制御指令をそれぞれ生成する第１制御装置（３０Ａ）および第２制御装置（３０Ｂ）と、各サブモジュール（７）に対して、第１制御指令および第２制御指令をそれぞれ送信する第１中継装置（４０Ａ）および第２中継装置（４０Ｂ）とを備える。第１制御装置（３０Ａ）および第２制御装置（３０Ｂ）は、各サブモジュール（７）を運転制御する系統を指示する指示情報を受信する。第１制御指令および第２制御指令の各々は、駆動指令と制御装置の異常判定情報と指示情報とを含む。各サブモジュール（７）は、指示情報が第１系統を示している場合であっても、第１制御装置での異常発生を検出した場合には、各サブモジュール（７）を運転制御する系統として第２系統を選択し、第２系統に対応する第２制御指令に含まれる駆動指令に従ってスイッチング素子（２２Ａ，２２Ｂ）をＰＷＭ制御する。【図１】
0006336236.tif 000002
【図２】
0006336236.tif 000003
【図３】
0006336236.tif 000004
【図４】
0006336236.tif 000005
【図５】
0006336236.tif 000006
【図６】
0006336236.tif 000007
【図７】
0006336236.tif 000008
【図８】
0006336236.tif 000009
【図９】
0006336236.tif 000010
【図１０】
0006336236.tif 000011
【図１１】
0006336236.tif 000012
【図１２】
0006336236.tif 000013