(57)【要約】【課題】複数の対象回路に対する制御の信頼性を保ちつつ、制御の時間間隔を短縮する。【解決手段】通信制御部は、制御情報と送信タイミング情報とを含む制御フレームを生成することと、制御フレームを第一ネットワークへ送信することとを繰り返し、複数の回路制御部の夫々は、第一ネットワークから制御フレームを受信し、受信された制御フレーム内の送信タイミング情報を受信タイミング情報として記憶し、複数の回路制御部の夫々は、対応する対象回路の状態を示す状態情報と、記憶された受信タイミング情報とを、状態フレームに含め、状態フレームを第二ネットワークへ送信し、通信制御部は、複数の回路制御部を経由した状態フレームを第二ネットワークから受信し、状態フレームに含まれる複数の受信タイミング情報に基づいて、複数の回路制御部が正常であるか否かを判定する。【選択図】図１
2016019058.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一ネットワーク及び第二ネットワークに接続される通信制御部と、
夫々が前記第一ネットワーク及び前記第二ネットワークに接続される複数の回路制御部と、
を備え、
前記複数の回路制御部は、複数の対象回路に夫々接続され、
前記通信制御部は、前記複数の回路制御部のための制御情報と、前記制御情報の送信タイミングを示す送信タイミング情報とを生成することと、前記制御情報と前記送信タイミング情報とを含む制御フレームを生成することと、前記制御フレームを前記第一ネットワークへ送信することとを繰り返し、
前記複数の回路制御部の夫々は、前記第一ネットワークから前記制御フレームを受信し、前記受信された制御フレーム内の送信タイミング情報を受信タイミング情報として記憶し、前記受信された制御フレーム内の制御情報に基づいて、対応する対象回路の制御を行い、対応する対象回路の状態を取得し、
前記通信制御部は、前記複数の対象回路の状態を取得するための状態フレームを、前記第二ネットワークへ送信することを繰り返し、
前記複数の回路制御部の夫々は、前記第二ネットワークから前記状態フレームを受信し、対応する対象回路の状態を示す状態情報と、前記記憶された受信タイミング情報とを、前記状態フレームに含め、前記状態フレームを前記第二ネットワークへ送信し、
前記通信制御部は、前記複数の回路制御部を経由した状態フレームを前記第二ネットワークから受信し、前記状態フレームに含まれる複数の受信タイミング情報に基づいて、前記複数の回路制御部が正常であるか否かを判定する、
制御システム。
【請求項２】
前記送信タイミング情報は、番号であり、
前記通信制御部は、制御フレームを送信する度に、前記番号を増加させる、
請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記通信制御部は、前記複数の受信タイミング情報の間の差の大きさが、予め定められた許容値を超える場合、前記複数の回路制御部の何れかが異常であると判定する、
請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
前記第一ネットワーク及び前記第二ネットワークの夫々は、前記通信制御部及び前記複数の回路制御部をリング型に接続し、
前記複数の回路制御部の夫々は、前記受信された制御フレームを前記第一ネットワークへ送信し、
前記通信制御部は、前記複数の回路制御部を経由した制御フレームを前記第一ネットワークから受信する、
請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
前記第二ネットワークの伝送方向は、前記第一ネットワークの伝送方向と逆である、
請求項４に記載の制御システム。
【請求項６】
前記複数の回路制御部には、互いに異なる複数のノード番号が夫々与えられ、
前記複数の回路制御部の夫々は、前記状態フレーム内で自己のノード番号に対応する位置に、前記記憶された受信タイミング情報を含め、
前記通信制御部は、前記複数の受信タイミング情報の間の差が前記許容値を超える場合、前記複数の受信タイミング情報の中で、最新の受信タイミング情報との差の大きさが前記許容値を超える受信タイミング情報の位置を選択し、前記選択された位置に対応する回路制御部を異常と判定する、
請求項５に記載の制御システム。
【請求項７】
前記複数の回路制御部の夫々は、前記自己のノード番号を前記状態フレームに含め、前記状態フレームを前記第二ネットワークへ送信し、
前記通信制御部は、前記状態フレーム内の複数のノード番号と前記複数のノード番号の位置とに基づいて、前記複数の回路制御部が正常であるか否かを判定する、
請求項６に記載の制御システム。
【請求項８】
第三ネットワーク及び第四ネットワークに接続される予備通信制御部と、
夫々が前記第三ネットワーク及び前記第四ネットワークに接続される複数の予備回路制御部と、
を更に備え、
前記複数の予備回路制御部は、前記複数の対象回路に夫々接続され、
前記複数の回路制御部の何れかが異常であると判定された場合、前記予備通信制御部は、前記通信制御部の代わりとして動作し、前記複数の予備回路制御部は、前記複数の回路制御部の代わりとして動作する、
請求項１に記載の制御システム。
【請求項９】
前記通信制御部に接続された表示装置を更に備え、
前記複数の回路制御部の何れかが異常であると判定された場合、前記通信制御部は、前記異常を示す情報を前記表示装置に表示させる、
請求項１乃至８の何れか一項に記載の制御システム。
【請求項１０】
第一ネットワーク及び第二ネットワークに接続される通信制御部と、
夫々が前記第一ネットワーク及び前記第二ネットワークに接続される複数の回路制御部と、
前記複数の回路制御部に夫々接続される複数の電力変換回路と、
を備え、
前記通信制御部は、前記複数の回路制御部のための制御情報と、前記制御情報の送信タイミングを示す送信タイミング情報とを生成することと、前記制御情報と前記送信タイミング情報とを含む制御フレームを生成することと、前記制御フレームを前記第一ネットワークへ送信することとを繰り返し、
前記複数の回路制御部の夫々は、前記第一ネットワークから前記制御フレームを受信し、前記受信された制御フレーム内の送信タイミング情報を受信タイミング情報として記憶し、前記受信された制御フレーム内の制御情報に基づいて、対応する電力変換回路の制御を行い、対応する電力変換回路の状態を取得し、
前記通信制御部は、前記複数の電力変換回路の状態を取得するための状態フレームを、前記第二ネットワークへ送信することを繰り返し、
前記複数の回路制御部の夫々は、前記第二ネットワークから前記状態フレームを受信し、対応する電力変換回路の状態を示す状態情報と、前記記憶された受信タイミング情報とを、前記状態フレームに含め、前記状態フレームを前記第二ネットワークへ送信し、
前記通信制御部は、前記複数の回路制御部を経由した状態フレームを前記第二ネットワークから受信し、前記状態フレームに含まれる複数の受信タイミング情報に基づいて、前記複数の回路制御部が正常であるか否かを判定する、
電力変換装置。
【請求項１１】
複数の回路制御部に夫々接続された複数の対象回路を制御する制御方法であって、
第一ネットワーク及び第二ネットワークに接続される通信制御部が、前記複数の回路制御部のための制御情報と、前記制御情報の送信タイミングを示す送信タイミング情報とを生成することと、前記制御情報と前記送信タイミング情報とを含む制御フレームを生成することと、前記制御フレームを前記第一ネットワークへ送信することとを繰り返し、
前記第一ネットワーク及び前記第二ネットワークに接続される前記複数の回路制御部の夫々が、前記第一ネットワークから前記制御フレームを受信し、前記受信された制御フレーム内の送信タイミング情報を受信タイミング情報として記憶し、前記受信された制御フレーム内の制御情報に基づいて、対応する対象回路の制御を行い、対応する対象回路の状態を取得し、
前記通信制御部が、前記複数の対象回路の状態を取得するための状態フレームを、前記第二ネットワークへ送信することを繰り返し、
前記複数の回路制御部の夫々が、前記第二ネットワークから前記状態フレームを受信し、対応する対象回路の状態を示す状態情報と、前記記憶された受信タイミング情報とを、前記状態フレームに含め、前記状態フレームを前記第二ネットワークへ送信し、
前記通信制御部が、前記複数の回路制御部を経由した状態フレームを前記第二ネットワークから受信し、前記状態フレームに含まれる複数の受信タイミング情報に基づいて、前記複数の回路制御部が正常であるか否かを判定する、
ことを備える制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御システム、電力変換装置、および制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、「カスケード接続された複数セルから構成される電力変換装置であって、該電力変換装置の制御装置は、中央制御装置と、各セルと同電位の近傍に設置したセル制御装置からとから構成されており、前記中央制御装置とセル制御装置は光ファイバケーブルでディジーチェーン接続されていることを特徴とする」と記載されている。
【０００３】
特許文献２には「子局が正常かどうか判断するために制御情報のデータ更新を開始するまでの準備時間が必要で、これを短縮する」、「制御情報のサイクリックなデータ交信を開始する前に、前記親局が前記子局に対して行うデータ交信の内容を決定するためのパラメータの伝文中に、各回のパラメータ送信毎に変更するパラメータ識別データを付加して全ての子局に一斉送信し、各子局にパラメータ識別データを記憶させ、制御情報の実際のサイクリックなデータ交信を行う際に、前記子局から前記親局に対して送信する制御情報の応答伝文中に、子局が記憶していたパラメータ識別データを付加して送信し、親局がその応答伝文中のパラメータ識別データをチェックすることにより、子局の正常／異常を判断する」と記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０２４３９３号公報
【特許文献２】特開２０００−２２７８０３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の技術では、予め設定された遅延バランス時間に従って各セルの動作タイミングが決まる。ここで各セル制御装置は、中央制御装置から送信される光シリアル信号フレームを受信し、遅延バランス時間を待ってＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）のキャリア信号をリセットし、ＰＷＭの変調率の切り替えを行う。このように、光シリアル信号フレームのタイミングで、各セル制御装置の制御周期とＰＷＭのキャリア信号の位相シフトが決定されるため、ノード数が増加すると、光シリアル信号フレームのタイミングの精度が重要になる。
【０００６】
特許文献２の技術では、親局によるパラメータ識別データのブロードキャストの後、子局毎に、親局から子局への制御情報の伝送と、子局によるその応答情報の伝送と、応答情報に含まれるパラメータ識別データに基づいて子局の正常／異常を判断する処理とを、遂次的に行う必要がある。そのため、親局と子局は送受信を同期的に行う必要がある。例えば１秒間に１００回、制御情報を親局から子局に送信し、１秒間に１５０回、応答情報を子局から親局に送信するような、時間間隔が短い通信には好適ではない。
【０００７】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、複数の対象回路に対する制御の信頼性を保ちつつ、制御の時間間隔を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様である制御システムは、第一ネットワーク及び第二ネットワークに接続される通信制御部と、夫々が前記第一ネットワーク及び前記第二ネットワークに接続される複数の回路制御部と、を備える。前記複数の回路制御部は、複数の対象回路に夫々接続される。前記通信制御部は、前記複数の回路制御部のための制御情報と、前記制御情報の送信タイミングを示す送信タイミング情報とを生成することと、前記制御情報と前記送信タイミング情報とを含む制御フレームを生成することと、前記制御フレームを前記第一ネットワークへ送信することとを繰り返し、前記複数の回路制御部の夫々は、前記第一ネットワークから前記制御フレームを受信し、前記受信された制御フレーム内の送信タイミング情報を受信タイミング情報として記憶し、前記受信された制御フレーム内の制御情報に基づいて、対応する対象回路の制御を行い、対応する対象回路の状態を取得し、前記通信制御部は、前記複数の対象回路の状態を取得するための状態フレームを、前記第二ネットワークへ送信することを繰り返し、前記複数の回路制御部の夫々は、前記第二ネットワークから前記状態フレームを受信し、対応する対象回路の状態を示す状態情報と、前記記憶された受信タイミング情報とを、前記状態フレームに含め、前記状態フレームを前記第二ネットワークへ送信し、前記通信制御部は、前記複数の回路制御部を経由した状態フレームを前記第二ネットワークから受信し、前記状態フレームに含まれる複数の受信タイミング情報に基づいて、前記複数の回路制御部が正常であるか否かを判定する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施例１の電力変換装置１００の構成を示す。
【図２】セル回路６００の構成を示す。
【図３】下りフレーム９００を示す。
【図４】上りフレーム９１０を示す。
【図５】スレーブノードの構成と動作を示す。
【図６】マスターノード２００の構成と動作を示す。
【図７】各ノードにおけるフレームの転送時刻の一例を示す。
【図８】マスターノード２００の制御プロセッサ２１０の動作を示す。
【図９】実施例２の上りフレーム９２０を示す。
【図１０】実施例３の電力変換装置１００ｃの構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１１】
本実施例では、電力変換装置１００の例を説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施例１の電力変換装置１００の構成を示す。
【００１３】
電力変換装置１００は、リアクトル１１９と、セル回路６００、７００、８００と、電圧計１１７と、電流計１２０とを含む。リアクトル１１９、セル回路６００、７００、８００は、直列（カスケード）に接続されている。負荷１２２（Ｚ）は、直列に接続されたセル回路６００、７００、８００に対して、並列に接続される。電力変換装置１００は、系統電力１１６を受け取り、リアクトル１１９と複数の電力変換用のセル回路６００、７００、８００とを使って直流に変換し、負荷１２２に直流の電力を供給する装置である。本実施例の電力変換装置１００は、一相の交流電源を整流して直流に変換する。電圧計１１７は、系統電力１１６の電圧を系統電圧測定値として測定する。電流計１２０は、リアクトル１１９を流れる電流を系統電流測定値として測定する。
【００１４】
電力変換装置１００は更に、セル回路６００、７００、８００を制御する制御部１３０を含む。制御部１３０は、マスターノード２００（ノードＭ）と、スレーブノード３００（ノードＳ１）と、スレーブノード４００（ノードＳ２）と、スレーブノード５００（ノードＳ３）とを含む。全体を制御するマスターノード２００は、電圧計１１７と電流計１２０による測定値を、ケーブル１１８、１２１を介して夫々取得し、セル回路６００、７００、８００の内部電圧を示すセル電圧測定値を、スレーブノード３００、４００、５００を介して夫々取得する。マスターノード２００は、取得された複数のセル電圧測定値から、セル回路６００、７００、８００に設定する電圧を示す電圧指令値を計算し、スレーブノード３００、４００、５００へ送信する。各スレーブノードは、対応するセル回路からセル電圧を示すセル電圧情報を取得し、取得されたセル電圧情報と、受信された電圧指令値とに基づいて、対応するセル回路内の素子のＯＮ／ＯＦＦ信号を生成し、対応するセル回路へ出力する。負荷１２２に掛かる電圧である出力電圧は、セル回路６００、７００、８００のセル電圧測定値の合計に等しい。マスターノード２００は、この出力電圧が一定値になるように、複数のセル回路に均等の電圧指令値を算出し、下りフレーム９００に含める。
【００１５】
各スレーブノードには３００、４００、５００には夫々、ノード番号信号１２３、１２４、１２５が予め与えられている。ノード番号信号は、予めロータリースイッチやスライドスイッチ等のディップスイッチによって与えられてもよいし、予めスレーブノード内の記憶媒体に格納されてもよい。本実施例では、スレーブノード３００、４００、５００に対し、連続する１、２、３のノード番号が夫々与えられている。
【００１６】
さて、電圧指令値等、スレーブノードを制御するための制御情報を、マスターノード２００からスレーブノード３００、４００、５００へ送るための下りフレーム９００は、マスターノード２００から送信され、ケーブル１０６、スレーブノード３００、ケーブル１０７、スレーブノード４００、ケーブル１０８、スレーブノード５００と経由し、最後にケーブル１０５を経由し、マスターノード２００に戻ってくる。即ち、下りフレーム９００は、ノード番号の昇順に全てのスレーブノードを経由する。以後、この下りフレーム９００のリング型の伝送路を、下りリングネットワークと呼ぶ。これにより、下りフレーム９００は、スレーブノード３００、４００、５００に対し、ブロードキャストで配信される。
【００１７】
一方、セル電圧測定値等、スレーブノードの状態を示す状態情報を、スレーブノード３００、４００、５００からマスターノード２００へ送るための上りフレーム９１０は、マスターノード２００から送信され、ケーブル１０１、スレーブノード５００、ケーブル１０２、スレーブノード４００、ケーブル１０３、スレーブノード３００、ケーブル１０４と経由し、最後にマスターノード２００に戻ってくる。即ち、上りフレーム９１０は、ノード番号の降順に全てのスレーブノードを経由する。以後、この上りフレーム９１０のリング型の伝送路を、上りリングネットワークと呼ぶ。途中、各スレーブノードが上りフレーム９１０中の対応するフィールドにセル電圧測定値を設定することで、マスターノード２００は各セル回路のセル電圧測定値を取得できる。
【００１８】
ケーブル１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８の夫々は、例えば光ファイバである。この場合、マスターノード２００において、電気信号を光信号に変換してケーブル１０６へ送信すると共に、ケーブル１０４から受信した光信号を電気信号に変換するインタフェースデバイスが、一つの光トランシーバであってもよい。同様に、マスターノード２００において、電気信号を光信号に変換してケーブル１０１へ送信すると共に、ケーブル１０５から受信した光信号を電気信号に変換するインタフェースデバイスが、一つの光トランシーバであってもよい。同様に、各スレーブノードにおいて、下りリングネットワーク及び上りリングネットワークに接続されるインタフェースデバイスも、光トランシーバで実現することができる。
【００１９】
このように、上りリングネットワークの伝送方向を下りリングネットワークの伝送方向と逆にすることにより、送信と受信を一つのインタフェースデバイスで実現することができる。これにより、各ノードのインタフェースデバイスのコスト及び寸法を抑えることができる。なお、ケーブル１０６及び１０４の組と、ケーブル１０７及び１０３の組と、ケーブル１０８及び１０２の組と、ケーブル１０５及び１０１の組との夫々が、双方向のメタルケーブルであっても良い。これにより、下りリングネットワークと上りリングネットワークは、互いに独立にフレームの送信を行うことができる。
【００２０】
なお、本実施例において、上りリングネットワークが複数のスレーブノードを経由する順序は、下りリングネットワークが複数のスレーブノードを経由する順序と逆になっているが、同一であってもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００２１】
マスターノード２００には、表示装置２８１が接続されている。表示装置２８１は、マスターノード２００からの指示に従って電力変換装置１００の状態等を表示する。なお、表示装置２８１は、管理者による操作を受け付け、操作に基づく指示をマスターノード２００へ送信してもよい。
【００２２】
上記のように、マスターノード２００が各部の電圧、電流を元にセル回路を制御することで交流を直流に変換させることができる。
【００２３】
図２は、セル回路６００の構成を示す。
【００２４】
セル回路６００は例えば、直列に２個接続されたＩＧＢＴ６０３、６０４等のスイッチング素子と、各ＩＧＢＴに並列に接続された逆流防止のダイオードと、２個のＩＧＢＴに並列に接続されたコンデンサ６０５と、スレーブノード３００から光ファイバ１１０を介してＩＧＢＴ６０３、６０４のＯＮ／ＯＦＦの指示を受ける光電変換器６０１（Ｏ／Ｅ）と、光電変換器６０１からの指示に従ってＩＧＢＴ６０３、６０４のゲートをＯＮ／ＯＦＦするドライバ６０２と、コンデンサ６０５の電圧を測定する電圧センサ６０８と、その電圧を光信号にして光ファイバ１１１を介してスレーブノード３００に送出する電光変換器６０９（Ｅ／Ｏ）とを含む。このセル回路６００は、いわゆる一般的なチョッパ型の電力変換セル（ハーフブリッジ回路）で、ＩＧＢＴ６０３、６０４のＯＮ／ＯＦＦとコンデンサ６０５の充放電の状態で、交流を直流に変換したり、直流を交流に変換したりすることができる。
【００２５】
セル回路７００も同様の構成であり、各ＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦの指示を受けるための光ファイバ１１２と、コンデンサの電圧を伝えるための光ファイバ１１３とを介して、スレーブノード４００と接続される。セル回路８００も同様の構成であり、各ＩＧＢＴのＯＮ／ＯＦＦの指示を受けるための光ファイバ１１４と、コンデンサの電圧を伝えるための光ファイバ１１５とを介して、スレーブノード５００と接続される。また、セル回路６００の負極端子６０６と正極端子６０７は、セル回路７００、８００の負極端子、正極端子と直列に接続し、更に系統電力１１６とリアクトル１１９に接続される。
【００２６】
さて、光ファイバ１１０を通ってＩＧＢＴ６０３、６０４のＯＮ／ＯＦＦを指定する信号は、ＯＮ／ＯＦＦをそのまま示す２値の信号であってもかまわないが、ここでは、スレーブノード３００によりコード化されＣＲＣ（Cyclic  Redundancy  Check）を付加されシリアル化されて送信され、光電変換器６０１により受信される。コード化は例えば、符号の反転やビットの順序の入れ替え等である。ドライバ６０２は、受信したコードを復号し、ＣＲＣを確認して、ＩＧＢＴ６０３、６０４のＯＮ／ＯＦＦの指示を得る。そしてドライバ６０２は、この指示に従ってＩＧＢＴ６０３、６０４のゲート信号を出力する。一方、電圧センサ６０８は、定期的にコンデンサ６０５の電圧であるセル電圧をデジタル化しＣＲＣを付加して光ファイバ１１１に出力する。
【００２７】
スレーブノード３００は、これを連続して受信し、セル電圧情報として復号するとともにＣＲＣのチェックを行い、セル電圧情報を内部のレジスタに取り込む。マスターノード２００が、セル電圧測定値を取得するためのコマンド２の上りフレーム９１０を送信した場合、スレーブノード３００は、この上りフレーム９１０を受信すると、セル電圧情報に基づくセル電圧測定値を上りフレーム９１０に乗せて転送する。この処理においてスレーブノード３００は例えば、所定時間内にセル回路６００から取得されレジスタに保持された複数のセル電圧情報の平均値を、セル電圧測定値として算出してもよい。
【００２８】
各スレーブノードにおいて、下りリングネットワークのケーブルと、上りリングネットワークのケーブルとに接続される光トランシーバと同様、対応するセル回路に接続されるインタフェースデバイスも、一つの光トランシーバで実現することができる。同様に、セル回路において、光電変換器６０１及び電光変換器６０９は、一つの光トランシーバで実現することができる。
【００２９】
以下、マスターノード２００からスレーブノード３００、４００、５００へ送信される下りフレーム９００及び上りフレーム９１０について説明する。
【００３０】
図３は、下りフレーム９００を示す。
【００３１】
下りフレーム９００は、コマンド１を含む。コマンド１は、電圧指令値をスレーブノード３００、４００、５００に与えることを示す。フレーム９００は、先頭から順に、フレームの先頭を示すプリアンブルフィールドと、コマンドを示すフィールドと、下りフレーム９００の送信タイミングを示す送信タイミング情報ＦＳＥＱ（フレーム識別子）を設定されるＦＳＥＱフィールドと、電圧指令値を設定される電圧指令フィールド、フレームの完全性を示すためのＣＲＣフィールドとを含む。マスターノード２００は、下りフレーム９００のコマンドフィールドに、予め決められたコマンド１を指定する。
【００３２】
本実施例におけるＦＳＥＱの値は、下りフレーム９００の送信の度に変化する。例えば、ＦＳＥＱは８ビットで表される下りフレーム９００の番号であり、マスターノード２００は、開始フレームを示すＦＳＥＱの値を０とし、下りフレーム９００を送信する度にＦＳＥＱの値に１を加え、ＦＳＥＱの値が上限値（例えば２５４）に達したら次のＦＳＥＱの値を１に戻すように更新する。これによりＦＳＥＱの値が０（ビット列がオール０）である下りフレーム９００は、最初の下りフレームであることを示し、スレーブノードの初期化に使われることができる。マスターノード２００は、最初の下りフレームの送信から所定の時間の経過までのエラーを検出しなくてもよい。なお、ＦＳＥＱの値が２５５（ビット列がオール１）である下りフレーム９００を、初期化や停止等、特別な下りフレームであることを示してもよい。スレーブノードは、受信した最新のＦＳＥＱを受信タイミング情報ＤＳＥＱ（データ識別子）として記憶する。なお、ＦＳＥＱは、マスターノード２００による下りフレーム９００の送信時刻等、下りフレーム９００の送信タイミングを示す値であってもよい。
【００３３】
電圧指令フィールドには、電圧指令値が与えられる。例えば電圧計１１７で測定された系統電圧測定値を、位相を少しずらして電圧指令値とすれば、ＰＷＭ制御によりセル回路６００、７００、８００に整流動作をさせることができる。
【００３４】
ＣＲＣフィールドには、コマンドフィールドから電圧指令フィールドで決まるＣＲＣが与えられている。マスターノード２００は、下りフレーム９００を受信した時、ＣＲＣが不正であれば、その下りフレーム９００を無効として扱う。
【００３５】
図４は、上りフレーム９１０を示す。
【００３６】
上りフレーム９１０は、コマンド２を含む。コマンド２は、スレーブノード３００、４００、５００からセル測定電圧値を読み出すことを示す。上りフレーム９１０は、先頭から順に、プリアンブルフィールドと、コマンドフィールドと、スレーブノード毎のデータフィールドと、ＣＲＣフィールドとを含む。一つのスレーブノードのデータフィールドは、当該スレーブノードによる下りフレーム９００の最新の受信タイミングを示すＤＳＥＱを設定されるＤＳＥＱフィールドと、当該スレーブノードにより測定されたセル電圧測定値を設定されるセル電圧測定値フィールドとを含む。本実施例では、一つのスレーブノードに対応するデータフィールドの位置は、そのスレーブノードのノード番号に対応する。即ち、コマンドフィールドの後に、スレーブノード３００に対応するＤＳＥＱ１フィールド及びセル電圧測定値１フィールドが配置され、その後、スレーブノード４００に対応するＤＳＥＱ２フィールド及びセル電圧測定値２フィールドが配置され、その後、スレーブノード５００に対応するＤＳＥＱ３フィールド及びセル電圧測定値３フィールドが配置される。マスターノード２００は、上りフレーム９１０のコマンドフィールドに、予め決められたコマンド２を指定する。
【００３７】
ＤＳＥＱフィールドには、対応するスレーブノードによりＤＳＥＱが指定される。ＤＳＥＱは、各スレーブノードにより最後に受信された下りフレームのＦＳＥＱである。ここで、各スレーブノードに予め設定されたノード番号は、データフィールド内のＤＳＥＱフィールド及びセル電圧測定値フィールドの位置に対応する。これによって各スレーブノードは、どのＤＳＥＱフィールド及びセル電圧測定値フィールドに設定すべきかを決定することができる。
【００３８】
セル電圧測定値フィールドには、対応するスレーブノードによりセル電圧測定値が指定される。例えば、スレーブノード３００は、セル回路６００から光ファイバ１１１を介して受け取ったセル測定電圧値を、スレーブノード３００に対応するセル電圧測定値１フィールドに設定する。スレーブノード３００は、ケーブル１０３からフレームを受信すると、そのフレームをケーブル１０４へ送信するが、コマンド２を認識したとき、スレーブノード３００のノード番号と一致するＤＳＥＱ１フィールド及びセル電圧測定値１フィールドの値だけ入れ替えて送信する。同時に、スレーブノード３００は、この受信している上りフレーム９１０のＣＲＣフィールドより前のデータからＣＲＣを計算して受信ＣＲＣとし、送信している上りフレーム９１０のＣＲＣフィールドより前のデータからＣＲＣを計算して送信ＣＲＣとする。もし、受信した上りフレーム９１０のＣＲＣフィールドの値が受信ＣＲＣに等しい場合、スレーブノード３００は、送信している上りフレーム９１０のＣＲＣフィールドの値を送信ＣＲＣに入れ替えて送信する。もし、受信した上りフレーム９１０のＣＲＣフィールドの値が正しくない場合、スレーブノードは、送信している上りフレーム９１０を無効にする。ここで、スレーブノード３００は、送信している上りフレーム９１０のＣＲＣフィールドの値を不正なものに入れ替える操作を行う。例えば、スレーブノード３００は、ＣＲＣフィールドの最後の部分を反転したり、数ビットのデータを追加したりすることで、ＣＲＣフィールドの値を不正にし、上りフレーム９１０を無効化することができる。スレーブノード４００、５００も同様に、記憶しているＤＳＥＱと、対応するセル回路のセル電圧測定値とを、上りフレーム９１０の該当するフィールドに設定して送信する。マスターノード２００は、上りフレーム９１０を受信することで、全てのスレーブノードからセル電圧測定値を取り込むことができる。本実施例では、１個のスレーブノードが１個のセル回路を制御する構成を例に説明しているが、例えば１個のスレーブノードが複数のセル回路に接続され、それら複数のセル回路を制御することもできる。例えば、各スレーブノードは、対応する８個のセル回路からのセル電圧情報を積算した値をセル電圧測定値として、上りフレーム９１０に設定する。
【００３９】
以下、制御部１３０について説明する。
【００４０】
図５は、スレーブノードの構成と動作を示す。
【００４１】
スレーブノードは、スレーブノードを制御するＣＰＵ３３０と、三角波のキャリア信号を発生するキャリア信号発生回路３１０と、ＣＰＵ３３０から指示された電圧とキャリア信号とに基づいてＰＷＭパルスを生成するＰＷＭパルス生成回路３２０と、下り受信部３４０と、下り送信部３５０と、上り受信部３６０と、上り送信部３７０とを含む。スレーブノードは更に、ＣＰＵ３３０のためのプログラム及びデータを格納するメモリを含む。メモリは、下りリングネットワークの送信及び受信のためのバッファや、上りリングネットワークの送信及び受信のためのバッファ等を含んでもよい。
【００４２】
下り受信部３４０が、下りリングネットワークから下りフレーム９００を受信すると、下り送信部３５０は、その下りフレーム９００を下りリングネットワークへ送信する。上り受信部３６０が、上りリングネットワークから上りフレーム９１０を受信すると、上り送信部３７０は、その上りフレーム９１０にＤＳＥＱ及びセル電圧測定値を乗せて上りリングネットワークへ送信する。例えば、スレーブノード３００は、ケーブル１０６から下りフレーム９００を受信し、下りフレーム９００をケーブル１０７へ送信する。更にスレーブノード３００は、ケーブル１０３から上りフレーム９１０を受信し、上りフレーム９１０をケーブル１０４へ送信する。ＣＰＵ３３０は、受信された下りフレーム９００に従って処理を行い、上りフレーム９１０に乗せるデータを作成する。例えば、下り受信部３４０及び上り送信部３７０の組は、光トランシーバであり、下り送信部３５０及び上り受信部３６０の組は、光トランシーバである。
【００４３】
下り受信部３４０は、下りフレーム９００を正常に受信したとき、下りフレーム９００に含まれるＦＳＥＱと電圧指令値をレジスタに記憶する。ステップ９４１でＣＰＵ３３０は、記憶されたＦＳＥＱと電圧指令値をメモリに読み込む。その後、ステップ９３２でＣＰＵ３３０は、スレーブノード３００に予め与えられているノード番号に基づいて、キャリア信号発生回路３１０の動作タイミングを調整し、電圧指令値をセル電圧測定値に基づき補正することにより補正電圧指令値を算出し、補正電圧指令値をＰＷＭパルス生成回路３２０に送る。ＰＷＭパルス生成回路３２０は、補正電圧指令値をキャリア信号と比較することによりＰＷＭ変調を行い、ＰＷＭ変調により得られるパルス信号（ＰＷＭゲートパルス）をセル回路６００へ送信する。即ち、ＣＰＵ３３０は、キャリア信号が複数のセル回路間で同時に変化をしないようにキャリア信号の位相をシフトさせ、複数のセル回路に均等に与えられた電圧指令値を、対応するセル回路のセル電圧測定値に基づいて補正する。また、複数のキャリア信号の位相を適切に調整することにより、電力変換装置１００の出力電圧をマルチレベルにして高調波成分を低減できる（ＭＭＣ：モジュラー・マルチレベル変換器）。
【００４４】
その後、ステップ９３３でＣＰＵ３３０は、セル回路６００からセル電圧情報を取り込み、セル電圧情報に基づいてセル電圧測定値を算出してメモリに保存する。その後、ステップ９３４でＣＰＵ３３０は、記憶されたＦＳＥＱをＤＳＥＱとして上り送信部３７０のレジスタに保存し、記憶されたセル電圧測定値を上り送信部３７０のレジスタに保存する。
【００４５】
上り受信部３６０が、上りフレーム９１０を受信すると、上り送信部３７０は、記憶されたＤＳＥＱと、記憶されたセル電圧測定値とを、上りフレーム９１０内の、対応するフィールドにセットして送信する。このとき、上り送信部３７０は、上りフレーム９１０内の、プリアンブルフィールド、コマンドフィールド、他スレーブノードのデータフィールドを変更せず、コマンドフィールドからデータフィールドまでのデータからＣＲＣを生成し直してＣＲＣフィールドにセットして送信する。もし、受信された上りフレーム９１０のＣＲＣエラーが検出されている場合、上り送信部３７０は、作成し直して正しくなったＣＲＣを使わないように、最後の４ビットを反転するなどして、ＣＲＣフィールドに不正な値をセットし、後段のスレーブノードが正しく不良を判定できるようにする。
【００４６】
このように、複数のスレーブノードの夫々は、下りリングネットワークから下りフレーム９００を受信し、受信された下りフレーム９００内の送信タイミング情報を受信タイミング情報として記憶し、受信された下りフレーム内の制御情報に基づいて、対応するセル回路の制御を行い、対応するセル回路の状態を取得する。また、複数のスレーブノードの夫々は、上りリングネットワークから上りフレーム９１０を受信し、対応するセル回路の状態を示す状態情報と、記憶された受信タイミング情報とを、上りフレーム９１０に含め、上りフレーム９１０を上りリングネットワークへ送信する。
【００４７】
図６は、マスターノード２００の構成と動作を示す。
【００４８】
マスターノード２００は、フレームの送受信の指示と電力変換制御のための演算を行う制御プロセッサ２１０と、ケーブル１１８を介して電圧計１１７に接続されている系統電圧ポート２２０と、ケーブル１２１を介して電流計１２０に接続されている系統電流ポート２３０と、下りリングネットワークへ下りフレーム９００を送信する下り送信部２４０と、下りリングネットワークから下りフレーム９００を受信する下り受信部２９０と、上りリングネットワークへ上りフレーム９１０を送信する上り送信部２５０と、上りリングネットワークから上りフレーム９１０を受信する上り受信部２６０と、制御プロセッサ２１０からの指示に基づいて、電力変換装置１００の状態を表示装置２８１に表示させる表示部２８０とを含む。例えば、下り送信部２４０及び上り受信部２６０の組は、光トランシーバであり、下り受信部２９０及び上り送信部２５０の組は、光トランシーバである。
【００４９】
系統電圧ポート２２０は、入力された系統電圧測定値を保持する。系統電流ポート２３０は、入力された系統電流測定値を保持する。制御プロセッサ２１０は、系統電圧ポート２２０及び系統電流ポート２３０に夫々保持された系統電圧測定値及び系統電流測定値を読み出すことができる。下り送信部２４０、下り受信部２９０、上り送信部２５０、上り受信部２６０は、制御プロセッサ２１０によってアクセス可能である。下り送信部２４０は、下りリングネットワークへ送信する送信ポートを含む。下り受信部２９０は、下りリングネットワークから受信する受信ポートを含む。上り送信部２５０は、上りリングネットワークへ送信する送信ポートを含む。上り受信部２６０は、上りリングネットワークから受信する受信ポートを含む。
【００５０】
さて、制御プロセッサ２１０は、内部の初期化をした後、下り送信部２４０に電圧指令値をセットし、下りフレーム９００の送信を指示する。これにより下りフレーム９００が下り送信部２４０から出力される。下り送信部２４０は、下りフレーム９００の送信を完了すると、ＦＳＥＱを更新する。ここで下り送信部２４０は、最初にＦＳＥＱを０に初期化し、その後、制御プロセッサ２１０により電圧指令値が登録される毎にＦＳＥＱの値に１を加え、ＦＳＥＱの値が２５４になったら１に戻し、以降、ＦＳＥＱの値を１から２５４までの間で巡回させる。下り受信部２９０は、全てのスレーブノードを経由した下りフレーム９００を受信し、その下りフレーム９００のＣＲＣが正常か否かを判定し、その下りフレーム９００が異常であると判定された場合、制御プロセッサ２１０へ割込みを出力してもよい。
【００５１】
次に、制御プロセッサ２１０は、上り送信部２５０に上りフレーム９１０の送信を指示する。上り送信部２５０から送信される上りフレーム９１０のデータフィールドは、ビット列がオール０の状態である。上りフレーム９１０がスレーブノードを経由する度に、上りフレーム９１０内でそのスレーブノードのノード番号に対応する位置に、そのスレーブノードによってＤＳＥＱとセル電圧測定値が設定される。上り受信部２６０は、全てのスレーブノードを経由した上りフレーム９１０を受信し、受信された上りフレーム９１０から複数のセル電圧測定値を取得し、内部のレジスタに記憶する。制御プロセッサ２１０は、上り受信部２６０に格納された複数のセル電圧測定値に基づいて、次の電圧指令値を求める。上り受信部２６０は更に、受信された上りフレーム９１０から複数のＤＳＥＱを取得し、内部のレジスタに記憶する。上り受信部２６０は、エラー検出部２７０を含む。エラー検出部２７０は、取得された複数のＤＳＥＱがＤＳＥＱ条件を満たす場合、全てのスレーブノードが正常であると判定し、取得された複数のＤＳＥＱがＤＳＥＱ条件を満たさない場合、エラーと判定し、制御プロセッサ２１０に割込みを出力する。
【００５２】
例えば、マスターノード２００から下りフレーム９００が送信され、それがスレーブノードを一巡してマスターノード２００へ戻ってきてから、マスターノード２００から上りフレーム９１０が送信された場合、ＦＳＥＱが全てのスレーブノードに行き渡っている状態で、上りフレーム９１０が全てのスレーブノードを経由する。そのため、全てのスレーブノードが正常であれば、スレーブノードからの全てのＤＳＥＱが同じ値になる。ここで、もしノイズによりＦＳＥＱを与える下りフレーム９００が或るスレーブノードでＣＲＣエラーになった場合、そのスレーブノードのＤＳＥＱは、最後に受信されたＦＳＥＱとなる。或るスレーブノードのＣＰＵが停止した場合、そのスレーブノードに対応するＤＳＥＱは、そのスレーブノードにより最後に受信されたＦＳＥＱとなる。ノイズ等により下りフレーム９００の受信が失敗し、上りフレーム９１０内の複数のＤＳＥＱの間に差が生じる場合があるため、エラー検出部２７０は、上りフレーム９１０内の複数のＤＳＥＱの間の差の大きさが予め定められた許容値以下である場合、ＤＳＥＱ条件を満たすと判定する。この処理においてエラー検出部２７０は、複数のＤＳＥＱの最大値から、複数のＤＳＥＱの最小値を減じた値を、複数のＤＳＥＱの間の差の大きさとして算出してもよい。エラー検出部２７０は、上りフレーム９１０内の複数のＤＳＥＱの間の差の大きさが許容値を超える場合、エラーと判定し、制御プロセッサ２１０に割込みを発生する。
【００５３】
なお、許容値を０に設定し、マスターノード２００が、下りフレーム９００を受信した後に、上りフレーム９１０を送信し、上りフレーム９１０を受信した後に、次の下りフレーム９００を送信してもよい。また、エラー検出部２７０は、上限値の半分程度の基準値を予め設定し、複数のＤＳＥＱの間の差が、基準値を超える場合、複数のＤＳＥＱの中で基準値より大きいＤＳＥＱから上限値を減じて新たなＤＳＥＱとし、複数のＤＳＥＱの間の差を算出してもよい。これにより、ＦＳＥＱが上限値から１へ移り変わっても、スレーブノードの異常を判定することができる。また、マスターノード２００は、ＦＳＥＱを所定の上限値まで増加させ、ＦＳＥＱを所定の下限値まで減少させることを繰り返しても良い。
【００５４】
このように、マスターノード２００は、複数のスレーブノードのための制御情報と、制御情報の送信タイミングを示す送信タイミング情報とを生成することと、制御情報と送信タイミング情報とを含む下りフレーム９００を生成することと、下りフレーム９００を下りリングネットワークへ送信することとを繰り返す。また、マスターノード２００は、複数のセル回路の状態を取得するための上りフレーム９１０を、上りリングネットワークへ送信することを繰り返す。また、マスターノード２００は、複数のスレーブノードを経由した上りフレーム９１０を上りリングネットワークから受信し、上りフレーム９１０に含まれる複数の受信タイミング情報に基づいて、複数のスレーブノードが正常であるか否かを判定する。
【００５５】
ここでは、エラー検出部２７０の動作の具体例について説明する。
【００５６】
図７は、各ノードにおけるフレームの転送時刻の一例を示す。
【００５７】
この図における横軸は時刻を示す。また、この図における８個のタイムチャートは、上から順に、マスターノード２００による下りリングネットワークへの下りフレーム９００の送信（ノードＭ下り送信）時刻と、スレーブノード３００による下りリングネットワークからの下りフレーム９００の受信（ノードＳ１下り受信）時刻と、スレーブノード４００による下りリングネットワークからの下りフレーム９００の受信（ノードＳ２下り受信）時刻と、スレーブノード５００による下りリングネットワークからの下りフレーム９００の受信（ノードＳ３下り受信）時刻と、マスターノード２００による上りリングネットワークからの上りフレーム９１０の受信（ノードＭ上り受信）時刻と、スレーブノード３００による上りリングネットワークへの上りフレーム９１０の送信（ノードＳ１上り送信）時刻と、スレーブノード４００による上りリングネットワークへの上りフレーム９１０の送信（ノードＳ２上り送信）時刻と、スレーブノード５００による上りリングネットワークへの上りフレーム９１０の送信（ノードＳ３上り送信）時刻とを示す。
【００５８】
この図においては、下りリングネットワークにおいて、ＦＳＥＱが７である下りフレーム９００が、マスターノード２００により送信され、スレーブノード３００、スレーブノード４００、スレーブノード５００と転送され、それぞれにＦＳＥＱに７がセットされる。この状態で、上りリングネットワークにおいて、マスターノード２００が上りフレーム９１０を送信すると、各スレーブノードは、ＤＳＥＱを７として上りフレーム９１０を送信する。
【００５９】
マスターノード２００は、複数のプロセッサを含んでいてもよい。複数のプロセッサが、下り送信部２４０及び上り送信部２５０を夫々制御することができる。このような場合、下りフレーム９００と上りフレーム９１０がほぼ同時に送信されることがある。例えば、下りリングネットワークで、ＦＳＥＱが８である下りフレーム９００が、マスターノード２００により送信される。スレーブノード５００では、この下りフレーム９００が届く前に、上りリングネットワークで上りフレーム９１０が届くため、この上りフレーム９１０にセットされるＤＳＥＱは、最後の受信された値である７がセットされる。その結果、正しく通信できた場合でも、マスターノード２００の上り受信部２６０により受信されたＤＳＥＱは、８、７、７となり、同じ値にはならない。
【００６０】
また、各スレーブノードが、複数のプロセッサを含んでいてもよい。例えば、スレーブノードにおいて、下りフレーム９００の受信処理を行うプロセッサと、上りフレーム９１０の送信処理を行うプロセッサとが互いに異なるＣＰＵにより非同期で行われることにより、上りフレーム９１０にセットされるＤＳＥＱがばらつく場合がある。
【００６１】
下りフレーム９００の送信周期と上りフレーム９１０の送信周期とがほぼ等しい場合、受信される上りフレーム９１０内のＤＳＥＱの差は１以下である。下りフレーム９００の送信周期が上りフレーム９１０の送信周期の２倍である場合、受信される上りフレーム９１０内のＤＳＥＱの差は２以下になる。ノイズによる影響や、各フレームの送信周期等を考慮して許容値を決定し、受信される上りフレーム９１０内のＤＳＥＱの差が許容値を超えた時、エラー検出部２７０は、エラーと判定すればよい。即ち、適切な許容値を設定することにより、マスターノード２００は、一つの下りフレーム９００の送信に対して一つの上りフレーム９１０を送信しなくてもよい。また、許容値を増加させると、異常が発生してからエラーと判定されるまでの上りフレーム９１０の数が多くなる。ＩＧＢＴの応答時間を考慮し、スレーブノードの異常にＩＧＢＴが応答して故障するまでに、スレーブノードを停止させるように、許容値が設定される。例えば、ＩＧＢＴの応答時間をＴｒとし、上りフレーム９１０の送信周期をＴｕとすると、許容値Ｎは、Ｔｒ／Ｔｕより小さい値に設定される。
【００６２】
下りリングネットワークと上りリングネットワークが非同期で通信を行う場合や、ノイズによりスレーブノードが下りフレーム９００の受信に失敗した場合、上りフレーム９１０内のＤＳＥＱがばらつく。マスターノード２００が、上りフレーム９１０内のＤＳＥＱの差が許容値以下である場合に正常と判定することにより、このような原因によるＤＳＥＱのばらつきを異常と判定することを防ぐことができる。また、ＩＧＢＴの応答時間を考慮して許容値を設定することにより、スレーブノードの異常によるＩＧＢＴの故障を防ぐことができる。
【００６３】
図８は、マスターノード２００の制御プロセッサ２１０の動作を示す。
【００６４】
制御プロセッサ２１０は、初期化後、ステップ９４１で上りフレーム９１０（コマンド２）の送信を上り送信部２５０に指示し、ステップ９４２で上り受信部２６０により受信された上りフレーム９１０からセル電圧測定値を取得する。その後、制御プロセッサ２１０は、ステップ９４３で系統電圧ポート２２０及び系統電流ポート２３０から、系統電圧測定値と系統電流測定値を夫々取得し、ステップ９４４で系統電圧測定値及び系統電流測定値に基づいて制御演算を行うことにより、ＰＷＭの電圧指令値を求める。その後、制御プロセッサ２１０は、ステップ９４５で下りフレーム９００（コマンド１）の送信を下り送信部２４０に指示することにより、ＦＳＥＱ及び電圧指令値をスレーブノードへ送信する。その後、制御プロセッサ２１０は、ステップ９４１に戻り、電力変換装置１００を停止するか異常を検出するまで継続する。マスターノード２００の各部は、異常を発見した時、割込みを発生させ、制御プロセッサ２１０に割込み処理を行わせる。
【００６５】
ステップ９４２でエラー検出部２７０がＤＳＥＱの異常を検出すると、制御プロセッサ２１０の割込み要因レジスタにＤＳＥＱエラーのフラグをセットし、割込み信号をセットする。それにより制御プロセッサ２１０は、割込み処理のステップ９５０にジャンプする。その後、制御プロセッサ２１０は、割込み要因を判定し、割込み要因がＤＳＥＱエラーであれば、ステップ９５１でエラー停止処理を実行する。制御プロセッサ２１０は、エラー停止処理として、ＩＧＢＴ等が壊れないような手順で動作を停止させる処理を実行する。制御プロセッサ２１０は、動作を停止させる処理を終了した後、ステップ９５２で電力変換装置１００内の故障個所を検査し、問題なければ制御部１３０の再起動を行う。
【００６６】
制御プロセッサ２１０は、読み出したＤＳＥＱが不一致であったことなど、ステップ９５１で検出された電力変換装置１００の状態を、表示部２８０へ格納する。これに応じて表示部２８０は、電力変換装置１００の状態を、表示装置２８１に表示させる。表示部２８０及び表示装置２８１は、コンピュータであってもよい。管理者は、この表示を見ることにより、制御部１３０の異常を認識することができ、制御部１３０の点検や交換等の作業を行うことができる。
【００６７】
なお、ＤＳＥＱエラーが発生した場合、制御プロセッサ２１０は、上りフレーム９１０内の複数のＤＳＥＱの中で、最新のＤＳＥＱとの差の大きさが許容値を超えるＤＳＥＱの位置を選択し、選択された位置に対応するスレーブノードを異常と判定し、制御プロセッサ２１０への割込みにより、そのスレーブノードのノード番号を制御プロセッサ２１０へ通知してもよい。これにより、マスターノード２００は、異常なスレーブノードを特定することができる。制御プロセッサ２１０は、表示部２８０に対し、そのノード番号を表示部２８０へ格納することにより、そのノード番号を表示装置２８１に表示させてもよい。これにより、管理者は、この表示を見ることにより、異常なスレーブノードを認識することができ、そのスレーブノードの点検や交換等の作業を行うことができる。
【００６８】
本実施例によれば、マスターノード２００が一つの下りフレーム９００をブロードキャストで複数のスレーブノードへ送信し、一つの上りフレーム９１０を用いて下りフレーム９００の受信の状態を判定することにより、各スレーブノードが下りフレーム９００を受信する度にマスターノード２００へＡＣＫ（Acknowledgement）を送信する必要がない。もし、マスターノードが、複数のスレーブノードの夫々へ制御情報を送信し、複数のスレーブノードの夫々からＡＣＫを受信すると、スレーブノードの数が増大するほど、通信回数が増大する。本実施例によれば、マスターノード２００が一つの上りフレーム９１０により、ブロードキャストされた制御情報の受信を確認できると共に、スレーブノードの異常を検出できるため、制御部１３０の信頼性を保ちつつ、制御の時間間隔を短縮することができる。
【００６９】
また、本実施例によれば、制御部１３０が下り通信専用のネットワークと、上り通信専用のネットワークを用いることにより、下り通信と上り通信を独立に行うことができる。これにより、本実施例は、１本のネットワークを上り通信と下り通信で共用する場合に比べて、下りフレーム９００と上りフレーム９１０の衝突がなくなると共に、各フレームの長さが短くなるため、フレームの送信の時間間隔を短縮することができる。また、マスターノード２００が複数のプロセッサを含む場合や、各スレーブノードが複数のプロセッサを含む場合などにおいて、上り通信の処理と下り通信の処理を同期させる必要がなく、各処理の効率を向上させることができる。
【００７０】
下り通信のためのネットワークと、上り通信のネットワークとの夫々を、リングネットワークにすることにより、マスターノード２００は、ブロードキャストで送信したフレームを受信し、正常に送信されたか否かを判定することができる。また、各フレームが全てのノードを経由することにより、全てのスレーブノードが一つの上りフレーム９１０に状態情報を乗せることができる。
【００７１】
また、本実施例によれば、下りフレーム９００に、下りフレーム９００の番号を含め、スレーブノードからマスターノード２００への上りフレーム９１０に、各スレーブノードにより最後に受信された下りフレーム９００の番号を含めることにより、マスターノード２００は、一つの上りフレーム９１０により、下りリングネットワークの異常を検出することができる。下りリングネットワークは、マスターノード２００の下り送信部２４０と、下りリングネットワーク内のケーブルと、各スレーブノード内の受信バッファ、送信バッファ、ＣＰＵ３３０と、マスターノード２００の下り受信部２９０とを含む。
【００７２】
このような制御部１３０を、電力変換装置１００に適用することにより、各セル回路の制御の信頼性を保ちつつ、制御情報の送信の時間間隔を短縮することができる。これにより、各セル回路の動作タイミングの精度を向上させ、電力変換装置１００の出力の高調波成分を低減できる。また、制御部１０３の異常を検出した場合に迅速に対処することにより、制御部１０３の異常によるセル回路の破壊を防ぐことができる。
【実施例２】
【００７３】
本実施例では、上りフレーム９１０がノード番号を含む場合について説明する。本実施例における電力変換装置１００の構成は、実施例１と同様である。
【００７４】
図９は、実施例２の上りフレーム９２０を示す。
【００７５】
本実施例の上りフレーム９２０において、データフィールド以外のフィールドは、上りフレーム９１０と同様である。上りフレーム９２０において、一つのスレーブノードに対応するデータフィールドは、ＤＳＥＱフィールドと、セル電圧測定値フィールドとに加え、ノード番号（ＮＩＤ）フィールドを含む。スレーブノードは、上りフレーム９２０を受信すると、予め与えられたノード番号をノード番号フィールドに出力する。例えば、ノード番号が１であるスレーブノード３００は、対応するノード番号フィールドに１を出力する。各スレーブノードのノード番号は予め一意に決められているため、エラー検出部２７０は、上りフレーム９２０内の各ノード番号フィールドに、対応するノード番号の値がない場合、ノード番号エラーと判定し、制御プロセッサ２１０へ割込みを出力する。
【００７６】
実施例１と同様の制御プロセッサ２１０の動作により、ステップ９４２でエラー検出部２７０がノード番号の異常を検出すると、制御プロセッサ２１０の割込み要因レジスタにノード番号エラーのフラグをセットし、割込み信号をセットする。それにより制御プロセッサ２１０は、割込み処理を行う。制御プロセッサ２１０は、ステップ９５０で割込み要因を判定し、割込み要因がノード番号エラーであれば、ステップ９５１でエラー停止処理を実行する。制御プロセッサ２１０は、動作を停止させる処理を終了した後、ステップ９５２で電力変換装置１００内の故障個所を検査し、問題なければ制御部１３０の再起動を行う。
【００７７】
制御プロセッサ２１０は、上りフレーム９２０内のノード番号フィールドに対応するノード番号の値がないことを、表示部２８０へ格納する。これに応じて表示部２８０は、格納された情報を表示装置２８１に表示させる。これにより、管理者は、この表示を見ることにより、異常なノード番号が設定されていることを認識することができ、そのノード番号の変更やスレーブノードの交換等の作業を行うことができる。なお、上りフレーム９２０内のノード番号フィールドに対応するノード番号がない場合、制御プロセッサ２１０は、そのノード番号を表示部２８０へ格納することにより、そのノード番号を表示装置２８１に表示させてもよい。これにより、管理者は、この表示を見ることにより、異常なノード番号を認識することができ、ノード番号の再設定やスレーブノードの交換等の作業を行うことができる。
【００７８】
ノード番号は、ＣＰＵ３３０を搭載するボード上のロータリースイッチやレジスタを用いて、管理者や作業者により指定されるが、経年変化やノイズによりノード番号の値が変化する場合がある。本実施例によれば、マスターノード２００は、上りフレーム９２０に基づいて、その変化を検出できる。また、管理者や作業者等によるノード番号の指定の操作ミスにより、その指定が誤りである場合がある。本実施例によれば、マスターノード２００は、上りフレーム９２０に基づいて、その誤りを検出できる。
【実施例３】
【００７９】
本実施例では、制御部の異常による電力変換装置の停止を防ぐために制御部が二重化されている場合について説明する。
【００８０】
図１０は、実施例３の電力変換装置１００ｃの構成を示す。
【００８１】
本実施例の電力変換装置１００ｃは、電力変換装置１００の要素に加え、制御部１３０と同様の制御部１３０ｂと、制御部１３０を監視する監視部１４０と、制御部１３０ｂを監視する監視部１４０ｂと、監視部１４０、１４０ｂにより制御されるスイッチ１６０、１７０、１８０とを含む。制御部１３０ｂは、制御部１３０の要素と同様の、マスターノード２００ｂ（ノードＭ）と、スレーブノード３００ｂ（ノードＳ１）と、スレーブノード４００ｂ（ノードＳ２）と、スレーブノード５００ｂ（ノードＳ３）とを含む。制御部１３０の下りリングネットワークと同様、制御部１３０ｂの下りリングネットワークは、マスターノード２００ｂ、スレーブノード３００ｂ、スレーブノード４００ｂと、スレーブノード５００ｂの順にケーブルを介して下りフレーム９００を伝送する。制御部１３０の上りリングネットワークと同様、制御部１３０ｂの上りリングネットワークは、マスターノード２００ｂ、スレーブノード５００ｂ、スレーブノード４００ｂと、スレーブノード３００ｂの順にケーブルを介して上りフレーム９１０を伝送する。
【００８２】
スレーブノード３００とスレーブノード３００ｂは、スイッチ１６０を介してセル回路６００に接続されている。スレーブノード４００とスレーブノード４００ｂは、スイッチ１７０を介してセル回路７００に接続されている。スレーブノード５００とスレーブノード５００ｂは、スイッチ１８０を介してセル回路８００に接続されている。監視部１４０、１４０ｂは、管理者が電力変換装置１００ｃの監視及び操作を行うための端末装置１５０に接続されている。監視部１４０は、端末装置１５０から入力される情報をマスターノード２００へ入力し、マスターノード２００から出力される情報を、端末装置１５０へ出力する。同様に、監視部１４０ｂは、端末装置１５０ｂから入力される情報をマスターノード２００ｂへ入力し、マスターノード２００ｂから出力される情報を、端末装置１５０ｂへ出力する。これにより、端末装置１５０は、表示装置２８１と同様、マスターノード２００、２００ｂから出力される情報を表示する。
【００８３】
制御部１３０は、通常運用時に動作するため運用（メイン）系と呼ばれ、制御部１３０ｂは、通常運用時に待機し、制御部１３０の障害時に動作するため待機（サブ）系と呼ばれる。
【００８４】
通常時、監視部１４０からの指示に従って、スイッチ１６０はスレーブノード３００をセル回路６００に接続し、スイッチ１７０はスレーブノード４００をセル回路７００に接続し、スイッチ１８０はスレーブノード５００をセル回路８００に接続する。これにより、制御部１３０は、実施例１と同様の動作により、セル回路６００、７００、８００を制御する。監視部１４０は、マスターノード２００とハートビート通信を行うことにより、運用系が正常であるか否かを判定する。
【００８５】
運用系の制御プロセッサ２１０は、受信した上りフレーム９１０内のＤＳＥＱが異常であると判定した場合、前述のステップ９５１において、運用系の異常を監視部１４０へ通知する。監視部１４０は、マスターノード２００からの異常の通知や、マスターノード２００との通信の異常等により、運用系の異常を検出すると、運用系を待機系に切り替えることを監視部１４０ｂへ指示する。更に監視部１４０は、運用系の異常を端末装置１５０へ通知する。端末装置１５０は、運用系の異常を示す情報を表示する。監視部１４０ｂは、スイッチ１６０、１７０、１８０を切り替える。監視部１４０ｂからの指示に従って、スイッチ１６０はスレーブノード３００ｂをセル回路６００に接続し、スイッチ１７０はスレーブノード４００ｂをセル回路７００に接続し、スイッチ１８０はスレーブノード５００ｂをセル回路８００に接続する。これにより、制御部１３０ｂは、実施例１と同様の動作により、セル回路６００、７００、８００を制御する。
【００８６】
本実施例によれば、運用系のマスターノード２００が、受信した上りフレーム９１０内のＤＳＥＱの異常を検出した場合、監視部１４０、１４０ｂが、迅速に運用系を待機系に切り替えることにより、電力変換装置１００ｃの動作を継続させると共に、ＩＧＢＴの故障を防ぐことができる。端末装置１５０が監視部１４０からの通知に基づいて、運用系の異常を示す情報を表示することにより、管理者は、運用系の異常を認識でき、制御部１３０の異常を認識することができ、運用系の点検や交換等の作業を行うことができる。
【００８７】
なお、一つの監視部が制御部１３０、１３０ｂに接続され、制御部１３０、１３０ｂとの通信に基づいて、スイッチ１６０、１７０、１８０を制御してもよい。また、電力変換装置は、３個以上の制御部を含んでもよい。また、電力変換装置は、実施例２と実施例３を組み合わせであってもよい。
【００８８】
以上説明した各実施例では、説明を簡単にするため、一相の交流電源を整流して直流に変換する電力変換装置の例を示した。系統電力が三相交流である場合、電力変換装置は、各相に対し、直列に接続されたセル回路を含む。三相の変圧器により系統電力の電圧を変換し、この電圧変換装置により三相交流を直流に変換する。また、１個のスレーブノードが複数のセル回路を制御してもよい。そのとき、１個のマスターノード２００は、それらのセル回路を制御するスレーブノードと下りリングネットワーク及び上りリングネットワークにより結ばれ、それらのスレーブノードを制御する。
【００８９】
また、電力変換装置１００に負荷１２２を接続せず、制御部１３０が、系統電力１１６へ無効電力を供給するようにセル回路を制御することにより、電力変換装置１００を、無効電力補償装置として動作させることができる。また、二台の電力変換装置１００の直流側同士を接続することにより、これらの電力変換装置１００を直流送電装置として動作させることができる。二台の電力変換装置１００の交流側の周波数を例えば５０Ｈｚと６０Ｈｚに夫々設定すれば、これらの電力変換装置１００を周波数変換装置として動作させることができる。周波数変換装置の一方をモータに接続して、一方の周波数を制御することにより、この周波数変換装置をモータ制御装置として動作させることができる。このように、制御部１３０は、電力変換装置１００以外に適用することができる。
【００９０】
制御システムとして、制御部１３０等が用いられてもよい。通信制御部として、マスターノード２００等が用いられてもよい。複数の回路制御部として、スレーブノード３００、４００、５００等が用いられてもよい。第一ネットワークとして、制御部１３０の下りリングネットワーク等が用いられてもよい。第二ネットワークとして、制御部１３０の上りリングネットワーク等が用いられてもよい。複数の対象回路として、セル回路６００、７００、８００等が用いられてもよい。制御フレームとして、下りフレーム９００等が用いられてもよい。状態フレームとして、上りフレーム９１０等が用いられてもよい。制御情報として、電圧指令値等が用いられてもよい。送信タイミング情報として、ＦＳＥＱ等が用いられてもよい。受信タイミング情報として、ＤＳＥＱ等が用いられてもよい。状態情報として、セル電圧測定値等が用いられてもよい。表示装置として、表示装置２８１、端末装置１５０等が用いられてもよい。予備通信制御部として、マスターノード２００ｂ等が用いられてもよい。予備回路制御部として、スレーブノード３００ｂ、４００ｂ、５００ｂ等が用いられてもよい。第三ネットワークとして、制御部１３０ｂの下りリングネットワーク等が用いられてもよい。第四ネットワークとして、制御部１３０ｂの上りリングネットワーク等が用いられてもよい。電力変換装置として、電力変換装置１００、１００ｃ等が用いられてもよい。複数の電力変換回路として、セル回路６００、７００、８００等が用いられてもよい。
【００９１】
このように、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を判り易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。また、上記に各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現されても良い。また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんどすべての構成が相互に接続されていると考えてよい。
【符号の説明】
【００９２】
１００、１００ｃ…電力変換装置  １０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６、１０７、１０８…ケーブル  １１０、１１１、１１２、１１３、１１４、１１５…光ファイバ  １１８…電圧計  １１９…リアクトル  １２０…電流計  １２２…負荷  １３０、１３０ｂ…制御部  １４０、１４０ｂ…監視部  １５０…端末装置  １６０、１７０、１８０…スイッチ  ２００、２００ｂ…マスターノード  ２８１…表示装置  ３００、３００ｂ、４００、４００ｂ、５００、５００ｂ…スレーブノード  ６００、７００、８００…セル回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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