特開 2024-82574 光信号送受信装置及び電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024082574

(43)【公開日】2024-06-20

(54)【発明の名称】光信号送受信装置及び電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 10/516 20130101AFI20240613BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20240613BHJP

   H04B 10/69 20130101ALI20240613BHJP

【ＦＩ】

H04B10/516

H02M7/48 Z

H04B10/69

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022196520

(22)【出願日】2022-12-08

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】株式会社ＴＭＥＩＣ

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】山川 智之

(72)【発明者】

【氏名】柏木 航平

【テーマコード（参考）】

5H770

5K102

【Ｆターム（参考）】

5H770DA03

5H770DA10

5H770DA11

5H770DA23

5H770DA41

5H770DA44

5H770GA13

5H770HA02Y

5H770HA03X

5H770HA03Y

5K102AA15

5K102AH22

5K102AH26

5K102AL11

5K102PA01

5K102PB01

5K102PH31

5K102RD11

5K102RD21

(57)【要約】

【課題】より簡単な構成で周波数の異なる複数の信号を送受できる光信号送受信装置及び電力変換装置を提供する。
【解決手段】光信号の送信を行う光送信部と、光伝送路を介して光送信部と接続され、光信号を受信し、光信号の発光量に応じた大きさの電気信号に変換することにより、電気信号の受信信号を出力する光受信部と、所定の周波数を有する第１入力信号と、第１入力信号よりも低い周波数を有する第２入力信号と、の入力を受け、第１入力信号に第２入力信号を重畳させた重畳信号を生成し、重畳信号を光送信部に入力することにより、重畳信号に応じた光信号を光送信部に送信させる発光制御部と、光受信部から出力された受信信号を基に、第１入力信号に応じた第１復元信号と、第２入力信号に応じた第２復元信号と、を生成する受光制御部と、を備えた光信号送受信装置が提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光信号の送信を行う光送信部と、
前記光送信部に接続された光伝送路と、
前記光伝送路を介して前記光送信部と接続され、前記光信号を受信し、前記光信号の発光量に応じた大きさの電気信号に変換することにより、前記電気信号の受信信号を出力する光受信部と、
所定の周波数を有する第１入力信号と、前記第１入力信号よりも低い周波数を有する第２入力信号と、の入力を受け、前記第１入力信号に前記第２入力信号を重畳させた重畳信号を生成し、前記重畳信号を前記光送信部に入力することにより、前記重畳信号に応じた前記光信号を前記光送信部に送信させる発光制御部と、
前記光受信部から出力された前記受信信号を基に、前記第１入力信号及び前記第２入力信号の復元を行うことにより、前記第１入力信号に応じた第１復元信号と、前記第２入力信号に応じた第２復元信号と、を生成する受光制御部と、
を備えた光信号送受信装置。

【請求項2】

前記第１入力信号及び前記第２入力信号は、電圧の低い状態と、電圧の高い状態と、を有するデジタル信号であり、
前記発光制御部は、入力されたデジタル信号の前記第１入力信号及び前記第２入力信号の排他的論理和を演算することにより、前記第１入力信号及び前記第２入力信号からデジタル信号の前記重畳信号を生成する排他的論理和回路を有する請求項１記載の光信号送受信装置。

【請求項3】

前記第１入力信号及び前記第２入力信号は、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返す信号であり、
前記第２入力信号の周期は、前記第１入力信号の周期よりも長く、
前記受光制御部は、ワンショット回路と、フィルタ回路と、を有し、前記光受信部から出力された受信信号を前記ワンショット回路及び前記フィルタ回路のそれぞれに入力し、
前記ワンショット回路は、前記受信信号の変化に応じて所定の幅のパルスを出力することにより、前記第１復元信号を生成し、
前記ワンショット回路の出力する前記パルスの幅は、前記第１入力信号の周期よりも長く、かつ前記第２入力信号の周期の半分以下に設定され、
前記フィルタ回路は、前記受信信号に含まれる前記第１入力信号の周波数成分の信号を減衰させ、前記第２入力信号の周波数成分の信号を通過させる処理を行うことにより、前記第２復元信号を生成する請求項２記載の光信号送受信装置。

【請求項4】

変換器を有し、前記変換器の動作により、電力の変換を行う主回路部と、
前記主回路部の動作を制御する制御装置と、
前記主回路部と前記制御装置との間の通信を行う光信号送受信装置と、
を備え、
前記光信号送受信装置は、
光信号の送信を行う光送信部と、
前記光送信部に接続された光伝送路と、
前記光伝送路を介して前記光送信部と接続され、前記光信号を受信し、前記光信号の発光量に応じた大きさの電気信号に変換することにより、前記電気信号の受信信号を出力する光受信部と、
所定の周波数を有する第１入力信号と、前記第１入力信号よりも低い周波数を有する第２入力信号と、の入力を受け、前記第１入力信号に前記第２入力信号を重畳させた重畳信号を生成し、前記重畳信号を前記光送信部に入力することにより、前記重畳信号に応じた前記光信号を前記光送信部に送信させる発光制御部と、
前記光受信部から出力された前記受信信号を基に、前記第１入力信号及び前記第２入力信号の復元を行うことにより、前記第１入力信号に応じた第１復元信号と、前記第２入力信号に応じた第２復元信号と、を生成する受光制御部と、
を有する電力変換装置。

【請求項5】

前記変換器は、スイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のスイッチングにより、電力の変換を行い、
前記発光制御部は、前記主回路部と接続され、
前記受光制御部は、前記制御装置と接続され、
前記主回路部は、ハートビート信号を前記第１入力信号として前記発光制御部に入力するとともに、フィードバック信号を前記第２入力信号として前記発光制御部に入力し、
前記ハートビート信号は、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返し、前記主回路部の異常を前記制御装置で検出できるようにするための信号であり、
前記フィードバック信号は、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返すとともに、電圧の高い状態及び電圧の低い状態の比率を変化させる信号であり、
前記フィードバック信号の周期は、前記ハートビート信号の周期よりも長い請求項４記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記変換器は、複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれのオン・オフの切り替えを行う複数の駆動回路と、を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、電力の変換を行い、
前記光信号送受信装置は、前記複数の駆動回路のそれぞれに対応して設けられた複数の前記光送信部、複数の前記光伝送路、複数の前記光受信部、複数の前記発光制御部、及び複数の前記受光制御部を有する請求項４記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記主回路部は、直列に接続された複数の前記変換器を有し、
複数の前記変換器のそれぞれは、
一対の接続端子と、
複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子に対して並列に接続された電荷蓄積素子と、
を有し、前記一対の接続端子を介して直列に接続されるとともに、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、前記電荷蓄積素子の電圧を前記一対の接続端子間に出力する出力状態と、前記一対の接続端子間を導通させたバイパス状態と、前記複数のスイッチング素子をオフ状態とした停止状態と、を切り替え可能であり、
前記光信号送受信装置は、前記主回路部の複数の前記変換器のそれぞれに対応して設けられた複数の前記光送信部、複数の前記光伝送路、複数の前記光受信部、複数の前記発光制御部、及び複数の前記受光制御部を有する請求項４記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、光信号送受信装置及び電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光信号を送信する光送信部と、光信号を受信する光受信部と、光送信部と光受信部とを接続する光伝送路と、を備えた光信号送受信装置がある。光信号送受信装置は、例えば、電力変換装置などに用いられている。電力変換装置では、例えば、絶縁のために、信号の送受に光信号を用いている。

【0003】

こうした光信号送受信装置において、周波数の異なる複数の信号を送受する場合がある。この際、複数の信号毎に光送信部、光受信部、及び光伝送路の各部を設けた場合には、部品点数が増加し、装置の大型化やコスト増の要因となってしまうことが懸念される。このため、光信号送受信装置、及びこれを用いた電力変換装置では、より簡単な構成で周波数の異なる複数の信号を送受できるようにすることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－９９０２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の実施形態は、より簡単な構成で周波数の異なる複数の信号を送受できる光信号送受信装置及び電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の実施形態によれば、光信号の送信を行う光送信部と、前記光送信部に接続された光伝送路と、前記光伝送路を介して前記光送信部と接続され、前記光信号を受信し、前記光信号の発光量に応じた大きさの電気信号に変換することにより、前記電気信号の受信信号を出力する光受信部と、所定の周波数を有する第１入力信号と、前記第１入力信号よりも低い周波数を有する第２入力信号と、の入力を受け、前記第１入力信号に前記第２入力信号を重畳させた重畳信号を生成し、前記重畳信号を前記光送信部に入力することにより、前記重畳信号に応じた前記光信号を前記光送信部に送信させる発光制御部と、前記光受信部から出力された前記受信信号を基に、前記第１入力信号及び前記第２入力信号の復元を行うことにより、前記第１入力信号に応じた第１復元信号と、前記第２入力信号に応じた第２復元信号と、を生成する受光制御部と、を備えた光信号送受信装置が提供される。

【発明の効果】

【0007】

より簡単な構成で周波数の異なる複数の信号を送受できる光信号送受信装置及び電力変換装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１の実施形態に係る光信号送受信装置を模式的に表すブロック図である。

【図2】第１の実施形態に係る光信号送受信装置の動作の一例を模式的に表すタイミングチャートである。

【図3】第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【図4】第３の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。

【図5】変換器を模式的に表すブロック図である。

【0009】

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0010】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る光信号送受信装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、光信号送受信装置１０は、光送信部１１と、光伝送路１２と、光受信部１３と、発光制御部１４と、受光制御部１５と、を備える。

【0011】

光送信部１１は、光信号の送信を行う。光送信部１１は、例えば、発光ダイオードやレーザダイオードなどの発光素子を有し、発光素子の点灯及び消灯により、光信号の送信を行う。光信号は、例えば、発光期間と消光期間とを有する。発光期間は、例えば、発光素子を点灯させた期間であり、消光期間は、例えば、発光素子を消灯させた期間である。消光期間は、発光素子を消灯させた状態に限ることなく、例えば、発光素子から照射される光の発光量を十分に小さくした状態でもよい。換言すれば、発光期間は、発光素子から照射される光の光量が閾値以上の状態であり、消光期間は、発光素子から照射される光の光量が閾値未満の状態である。

【0012】

光伝送路１２の一端は、光送信部１１に接続されている。光伝送路１２の他端は、光受信部１３に接続されている。換言すれば、光伝送路１２は、光送信部１１と光受信部１３とを接続する。光伝送路１２は、例えば、光ファイバである。光伝送路１２は、光送信部１１から送信された光信号の光受信部１３への伝送を可能にする。光伝送路１２は、例えば、光中継器や光分配器などを有してもよい。光伝送路１２の構成は、光送信部１１から送信された光信号を光受信部１３に伝送可能な任意の構成でよい。

【0013】

光受信部１３は、光伝送路１２を介して光送信部１１と接続され、光信号を受信し、光信号の発光量に応じた大きさの電気信号に変換することにより、電気信号の受信信号を出力する。光受信部１３は、例えば、フォトダイオードなどの受光素子を有し、受光素子により、光信号を電気信号の受信信号に変換する。

【0014】

発光制御部１４は、所定の周波数を有する第１入力信号と、第１入力信号よりも低い周波数を有する第２入力信号と、の入力を受ける。第１入力信号は、例えば、高周波信号であり、第２入力信号は、例えば、低周波信号である。第１入力信号の周波数は、例えば、１ｋＨｚ以上である。第２入力信号の周波数は、例えば、１ｋＨｚ未満である。第１入力信号は、例えば、１ｋＨｚ以上の周波数を有する信号であり、第２入力信号は、例えば、１ｋＨｚ未満の周波数を有する信号である。但し、第１入力信号の周波数及び第２入力信号の周波数は、上記に限ることなく、任意の周波数でよい。第１入力信号の周波数は、第２入力信号の周波数よりも高い任意の周波数でよい。第２入力信号の周波数は、第１入力信号の周波数よりも低い任意の周波数でよい。

【0015】

発光制御部１４は、第１入力信号に第２入力信号を重畳させた重畳信号を生成し、重畳信号を光送信部１１に入力することにより、重畳信号に応じた光信号を光送信部１１に送信させる。

【0016】

受光制御部１５は、光受信部１３から出力された受信信号を基に、第１入力信号及び第２入力信号の復元を行うことにより、第１入力信号に応じた第１復元信号と、第２入力信号に応じた第２復元信号と、を生成する。受光制御部１５は、生成した第１復元信号及び第２復元信号を外部に出力する。

【0017】

図２は、第１の実施形態に係る光信号送受信装置の動作の一例を模式的に表すタイミングチャートである。
図２は、第１入力信号、第２入力信号、重畳信号、第１復元信号、及び第２復元信号のそれぞれの一例を模式的に表す。

【0018】

図２に表したように、第１入力信号及び第２入力信号は、例えば、電圧の低い状態と、電圧の高い状態と、を有するデジタル信号である。電圧の低い状態（Ｌｏ）は、例えば、デジタル値の「０」に対応し、電圧の高い状態（Ｈｉ）は、例えば、デジタル値の「１」に対応する。

【0019】

発光制御部１４は、入力された第１入力信号及び第２入力信号を基に、デジタル信号の重畳信号を生成し、生成した重畳信号を光送信部１１に入力する。光送信部１１は、例えば、入力された重畳信号の電圧の低い状態の時に光信号を消光期間とし、入力された重畳信号の電圧の高い状態の時に光信号を発光期間とすることにより、デジタル信号に対応した光信号の送信を行う。消光期間は、例えば、デジタル値の「０」に対応し、発光期間は、例えば、デジタル値の「１」に対応する。光受信部１３は、光信号を電気信号に変換することにより、デジタル信号の受信信号を出力する。

【0020】

このように、光信号送受信装置１０は、例えば、デジタル信号を光信号に変換して伝送するとともに、光信号のデジタル信号への復元を行う。換言すれば、光信号送受信装置１０は、例えば、光信号を用いたデジタル通信を行うための装置である。

【0021】

発光制御部１４は、例えば、排他的論理和回路（ＸＯＲ回路）２０を有する。排他的論理和回路２０は、入力されたデジタル信号の第１入力信号及び第２入力信号の排他的論理和を演算することにより、第１入力信号及び第２入力信号からデジタル信号の重畳信号を生成する。

【0022】

排他的論理和の演算では、第１入力信号及び第２入力信号の一方のデジタル値の変化に応じて、出力信号のデジタル値が変化する。これにより、第１入力信号に第２入力信号を重畳させた重畳信号を生成することができる。但し、重畳信号の生成の方法は、排他的論理和回路２０による方法に限ることなく、第１入力信号に第２入力信号を重畳させた重畳信号を適切に生成可能な任意の方法でよい。発光制御部１４の構成は、第１入力信号及び第２入力信号から重畳信号を生成し、重畳信号を光送信部１１に入力することにより、重畳信号に応じた光信号を光送信部１１に送信させることが可能な任意の構成でよい。

【0023】

受光制御部１５は、例えば、ワンショット回路３０と、フィルタ回路３２と、を有する。受光制御部１５は、光受信部１３から出力された受信信号をワンショット回路３０及びフィルタ回路３２のそれぞれに入力する。

【0024】

ワンショット回路３０は、受信信号の変化に応じて所定の幅のパルスを出力する回路である。ワンショット回路３０は、例えば、デジタル信号である受信信号の立ち上がりのエッジ及び立ち下がりのエッジに応じて所定の幅のパルスを出力する。換言すれば、ワンショット回路３０は、例えば、デジタル信号である受信信号の立ち上がりのエッジ及び立ち下がりのエッジに応じて出力信号を電圧の高い状態に所定時間設定する。

【0025】

ワンショット回路３０は、パルスの出力を行った後、パルス幅に応じた所定時間が経過する前に受信信号の次の変化を検出した場合には、その時点において次のパルスの出力を行うことにより、出力信号の電圧の高い状態を維持する。一方、ワンショット回路３０は、パルスの出力を行った後、パルス幅に応じた所定時間が経過するまでに受信信号の次の変化を検出しなかった場合には、所定時間の経過に応じて出力信号を電圧の高い状態から電圧の低い状態に切り替える。

【0026】

ワンショット回路３０は、換言すれば、受信信号から第１入力信号の復元を行い、第１復元信号を生成する第１復元回路である。受光制御部１５は、ワンショット回路３０の出力を第１入力信号に応じた第１復元信号として出力する。

【0027】

フィルタ回路３２は、受信信号に含まれる第１入力信号の周波数成分の信号を減衰させ、第２入力信号の周波数成分の信号を通過させる処理を行う。換言すれば、フィルタ回路３２は、受信信号に含まれる第２入力信号の周波数成分の信号のみを出力することにより、第２入力信号の復元を行う。フィルタ回路３２は、例えば、ローパスフィルタである。フィルタ回路３２は、換言すれば、受信信号から第２入力信号の復元を行い、第２復元信号を生成する第２復元回路である。受光制御部１５は、フィルタ回路３２の出力を第２入力信号に応じた第２復元信号として出力する。

【0028】

図２に表したように、第１入力信号は、例えば、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期Ｔ１で繰り返す信号である。第１入力信号は、換言すれば、所定の周期Ｔ１で発振するパルス状の信号である。第１入力信号は、例えば、送信側の機器の異常を受信側の機器で検出できるようにするための信号である。第１入力信号は、例えば、ハートビート信号である。受信側の機器は、例えば、信号の発振が停止したり、信号の発振の間隔が所定の周期Ｔ１から変化したりした際に、送信側の機器の異常を検出する。

【0029】

第２入力信号は、例えば、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期Ｔ２で繰り返すとともに、電圧の高い状態及び電圧の低い状態の比率を変化させることによって制御を行うための制御信号である。第２入力信号は、例えば、ＰＷＭ制御用の制御信号である。第２入力信号の周期Ｔ２は、第１入力信号の周期Ｔ１よりも長い。第２入力信号の周期Ｔ２は、例えば、第１入力信号の周期Ｔ１の１０倍以上である。

【0030】

ワンショット回路３０は、受信信号の変化に応じて幅Ｔ３のパルスを出力する。ワンショット回路３０の出力するパルスの幅Ｔ３は、例えば、第１入力信号の周期Ｔ１よりも長く、かつ第２入力信号の周期Ｔ２の半分以下に設定される。これにより、第１入力信号が所定の周期Ｔ１で正常に出力されている場合には、幅Ｔ３の時間の経過の前に次の周期Ｔ１のタイミングが来るため、ワンショット回路３０の出力信号である第１復元信号は、電圧の高い状態のまま維持されることとなる。そして、第１復元信号は、第１入力信号の発振が停止した場合、あるいは第１入力信号の周期が周期Ｔ１よりも長くなった際に、電圧の低い状態となる。

【0031】

このため、受信側の機器は、第１復元信号が電圧の高い状態の時に、送信側の機器が正常であると判断し、第１復元信号が電圧の低い状態となった時に、送信側の機器の異常を検出する。これにより、ワンショット回路３０によって、第１入力信号の復元を行い、第１入力信号に応じた第１復元信号を生成することができる。

【0032】

このように、受光制御部１５は、必ずしも第１入力信号及び第２入力信号の形をそのまま復元する構成でなくてもよい。第１復元信号は、少なくとも第１入力信号と同様の機能を有する任意の信号でよい。第２復元信号は、少なくとも第２入力信号と同様の機能を有する任意の信号でよい。

【0033】

受光制御部１５の構成は、上記に限定されるものではない。受光制御部１５は、例えば、受信信号に含まれる第１入力信号の周波数成分の信号のみを出力することにより、受信信号から第１入力信号の復元を行い、第１復元信号を生成するハイパスフィルタを第１復元回路としてもよい。第１復元回路及び第２復元回路は、第１入力信号及び第２入力信号の内容や、重畳信号の内容などに応じて適宜設定すればよい。受光制御部１５の構成は、光受信部１３から出力された受信信号を基に、第１入力信号及び第２入力信号の復元を行うことにより、第１入力信号に応じた第１復元信号と、第２入力信号に応じた第２復元信号と、を生成可能な任意の構成でよい。受光制御部１５の構成は、少なくとも第１入力信号と同様の機能を有する第１復元信号を生成可能であるとともに、第２入力信号と同様の機能を有する第２復元信号を生成可能な任意の構成でよい。

【0034】

以上、説明したように、本実施形態に係る光信号送受信装置１０では、発光制御部１４が、第１入力信号に第２入力信号を重畳させた重畳信号を生成し、重畳信号を光送信部１１に入力することにより、重畳信号に応じた光信号を光送信部１１に送信させ、受光制御部１５が、光受信部１３から出力された受信信号を基に、第１入力信号及び第２入力信号の復元を行うことにより、第１入力信号に応じた第１復元信号と、第２入力信号に応じた第２復元信号と、を生成する。

【0035】

これにより、光信号送受信装置１０では、１つの光伝送路１２で第１入力信号及び第２入力信号の２つの信号の送信を行うことができる。従って、光信号送受信装置１０では、例えば、２つの信号のそれぞれに対応した２つの光送信部１１、２つの光伝送路１２、及び２つの光受信部１３を設ける場合と比べて、より簡単な構成で周波数の異なる複数の信号を送受することができる。

【0036】

なお、重畳信号に重畳させる信号は、必ずしも２つに限定されるものではない。発光制御部１４は、例えば、３つ以上の信号を重畳させた重畳信号を生成してもよい。受光制御部１５は、３つ以上の信号のそれぞれを復元してもよい。重畳信号に重畳させる信号の数は、２つに限ることなく、受光制御部１５において適切に復元可能であれば、３つ以上でもよい。例えば、それぞれ周波数の異なる３つ以上の信号を重畳させ、各信号の周波数に応じた複数のバンドパスフィルタによって各信号を復元してもよい。発光制御部１４は、少なくとも２つの信号を重畳させた重畳信号を生成可能に構成されていればよい。受光制御部１５は、重畳信号に重畳する信号の数に応じた少なくとも２つの信号を復元可能に構成されていればよい。

【0037】

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図３に表したように、電力変換装置１００は、主回路部１０１と、制御装置１０２と、光信号送受信装置１０４と、を備える。

【0038】

主回路部１０１は、変換器１０１ａを有し、変換器１０１ａの動作により、電力の変換を行う。制御装置１０２は、主回路部１０１の動作を制御する。換言すれば、制御装置１０２は、変換器１０１ａによる電力の変換の動作を制御する。光信号送受信装置１０４は、主回路部１０１と制御装置１０２との間の通信を行う。

【0039】

変換器１０１ａは、三相ブリッジ接続された６つのスイッチング素子１１１～１１６と、６つのスイッチング素子１１１～１１６のそれぞれに対して逆並列に接続された６つの整流素子１２１～１２６と、６つのスイッチング素子１１１～１１６のそれぞれに対して並列に接続された電荷蓄積素子１３０と、６つのスイッチング素子１１１～１１６のそれぞれのオン・オフの切り替えを行う６つの駆動回路１３１～１３６と、を有する。

【0040】

変換器１０１ａでは、各スイッチング素子１１１～１１６の両端が、一対の直流端子１０６ａ、１０６ｂとなり、スイッチング素子１１１とスイッチング素子１１２との接続点、スイッチング素子１１３とスイッチング素子１１４との接続点、及びスイッチング素子１１５とスイッチング素子１１６との接続点が、それぞれ３つの交流端子１０８ａ～１０８ｃとなる。変換器１０１ａは、いわゆる三相２レベルインバータである。

【0041】

変換器１０１ａは、各交流端子１０８ａ～１０８ｃを介して交流電力系統と接続される。各交流端子１０８ａ～１０８ｃは、例えば、図示を省略した遮断器や変圧器などを介して交流電力系統と接続される。また、変換器１０１ａは、一対の直流端子１０６ａ、１０６ｂを介して直流電源あるいは直流負荷と接続される。これにより、主回路部１０１は、変換器１０１ａの動作により、電力の変換を行う。主回路部１０１は、例えば、変換器１０１ａの各スイッチング素子１１１～１１６のスイッチングにより、直流から交流への変換及び交流から直流への変換の少なくとも一方を行う。

【0042】

光信号送受信装置１０４は、上記第１の実施形態の光信号送受信装置１０と同様に、光送信部１１と、光伝送路１２と、光受信部１３と、発光制御部１４と、受光制御部１５と、を有する。光送信部１１、光伝送路１２、光受信部１３、発光制御部１４、及び受光制御部１５の各部の構成は、上記第１の実施形態に関して説明したものと実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。

【0043】

発光制御部１４は、主回路部１０１と接続される。受光制御部１５は、制御装置１０２と接続される。これにより、光信号送受信装置１０４は、主回路部１０１から制御装置１０２への信号の送信を可能にする。また、光信号送受信装置１０４は、図示を省略した別の光送信部、光伝送路、及び光受信部などさらに有し、制御装置１０２から主回路部１０１への信号の送信も可能にする。光信号送受信装置１０４は、例えば、主回路部１０１と制御装置１０２との間の双方向の通信を可能にしつつ、主回路部１０１と制御装置１０２とを電気的に絶縁する。但し、光信号送受信装置１０４は、必ずしも双方向の通信を可能にするものでなくてもよい。光信号送受信装置１０４は、主回路部１０１から制御装置１０２、あるいは制御装置１０２から主回路部１０１へのいずれか一方向への通信のみを行う構成でもよい。例えば、制御装置１０２から主回路部１０１への信号の送信は、光信号送受信装置１０４とは別の光信号送受信装置で行う構成としてもよい。

【0044】

制御装置１０２は、光信号送受信装置１０４を介して駆動回路１３１～１３６に制御信号を送信する。制御信号は、例えば、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返すとともに、電圧の高い状態及び電圧の低い状態の比率を変化させることによって各スイッチング素子１１１～１１６のスイッチングの制御を行うための制御信号である。制御信号は、例えば、ＰＷＭ制御用の制御信号である。制御信号は、例えば、デジタル信号である。制御信号は、例えば、ゲート信号、あるいはゲート指令などと呼ばれる場合もある。

【0045】

駆動回路１３１～１３６は、制御装置１０２から入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子１１１～１１６のオン・オフを切り替える。各スイッチング素子１１１～１１６は、例えば、一対の主端子と、制御端子と、を有する。また、各スイッチング素子１１１～１１６は、オン状態と、オフ状態と、を有する。オン状態は、一対の主端子間に電流を流す状態である。オフ状態は、一対の主端子間の電流の流れを遮断する状態である。各スイッチング素子１１１～１１６は、一対の主端子間の電圧、及び制御端子の電圧に応じて、オン状態及びオフ状態を切り替える。なお、オフ状態は、一対の主端子間に完全に電流が流れない状態に限ることなく、主回路部１０１の動作に影響の無い範囲の微弱な電流が一対の主端子間に流れる状態でもよい。各スイッチング素子１１１～１１６は、例えば、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどの自励式の半導体素子である。但し、各スイッチング素子１１１～１１６は、これに限ることなく、オン状態及びオフ状態を任意に切り替えることが可能な任意の素子でよい。

【0046】

制御装置１０２は、光信号送受信装置１０４を介して各駆動回路１３１～１３６に制御信号を送信し、各スイッチング素子１１１～１１６のスイッチングを制御することにより、主回路部１０１による電力の変換を制御する。

【0047】

各駆動回路１３１～１３６は、制御装置１０２から入力された制御信号に応じて各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧の大きさを変化させることにより、各スイッチング素子１１１～１１６のオン状態及びオフ状態を切り替える。各駆動回路１３１～１３６は、例えば、制御信号の電圧の低い状態の時に、各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧を低くすることにより、各スイッチング素子１１１～１１６をオフ状態にし、制御信号の電圧の高い状態の時に、各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧を高くすることにより、各スイッチング素子１１１～１１６をオン状態にする。

【0048】

このように、各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧の大きさは、制御信号に応じて変化する。但し、制御信号の電圧の大きさ、各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧の大きさ、及び各スイッチング素子１１１～１１６のオン・オフの関係は、上記に限定されるものではない。制御信号の電圧の大きさ、各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧の大きさ、及び各スイッチング素子１１１～１１６のオン・オフの関係は、各スイッチング素子１１１～１１６の特性に応じて適宜設定すればよい。

【0049】

光信号送受信装置１０４は、例えば、駆動回路１３１～１３６のそれぞれに対応して設けられた複数の光送信部１１、複数の光伝送路１２、複数の光受信部１３、複数の発光制御部１４、及び複数の受光制御部１５を有する。各駆動回路１３１～１３６から出力された信号は、光信号送受信装置１０４を介して制御装置１０２に入力される。

【0050】

各駆動回路１３１～１３６は、例えば、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返し、各駆動回路１３１～１３６の異常を制御装置１０２で検出できるようにするためのハートビート信号を第１入力信号として各発光制御部１４に入力する。ハートビート信号は、例えば、デジタル信号である。

【0051】

また、各駆動回路１３１～１３６は、例えば、各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧を測定し、制御端子の電圧の測定結果に応じたフィードバック信号を第２入力信号として各発光制御部１４に入力する。制御端子の電圧は、例えば、ゲート電圧などと呼ばれる場合もある。上記のように、各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧は、制御信号に応じて変化する。例えば、各スイッチング素子１１１～１１６及び各駆動回路１３１～１３６などが正常である場合には、フィードバック信号は、制御信号と同様に変化する信号である。フィードバック信号は、例えば、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返すとともに、電圧の高い状態及び電圧の低い状態の比率を変化させる信号である。フィードバック信号は、例えば、ＰＷＭ信号である。フィードバック信号は、例えば、デジタル信号である。フィードバック信号は、換言すれば、制御信号が各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子に適切に入力されたか否かを制御装置１０２で確認できるようにするための信号である。

【0052】

換言すれば、主回路部１０１は、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返し、主回路部１０１の異常を制御装置１０２で検出できるようにするためのハートビート信号を第１入力信号として発光制御部１４に入力する。そして、主回路部１０１は、各スイッチング素子１１１～１１６の制御端子の電圧を測定し、制御端子の電圧の測定結果に応じたフィードバック信号を第２入力信号として発光制御部１４に入力する。上記第１の実施形態の図２に関して説明したように、フィードバック信号（制御信号）の周期は、ハートビート信号の周期よりも長い。換言すれば、第２入力信号の周期Ｔ２は、第１入力信号の周期Ｔ１よりも長い。

【0053】

これにより、本実施形態に係る電力変換装置１００では、１つの光伝送路１２で第１入力信号及び第２入力信号の２つの信号の送信を行うことができる。従って、電力変換装置１００では、例えば、２つの信号のそれぞれに対応した２つの光送信部１１、２つの光伝送路１２、及び２つの光受信部１３を設ける場合と比べて、より簡単な構成で周波数の異なる複数の信号を送受することができる。

【0054】

また、電力変換装置１００では、例えば、複数の駆動回路１３１～１３６のそれぞれに対応して設けられた複数の光送信部１１、複数の光伝送路１２、複数の光受信部１３、複数の発光制御部１４、及び複数の受光制御部１５が設けられる。この場合、１つの光伝送路１２で第１入力信号及び第２入力信号の２つの信号を送信できるようにすることで、光伝送路１２の数をより削減し、電力変換装置１００の部品点数の増加をより抑制することができる。

【0055】

なお、この例では、光信号送受信装置１０４を主回路部１０１及び制御装置１０２とは別に設けている。光信号送受信装置１０４は、これに限ることなく、主回路部１０１又は制御装置１０２に組み込んでもよい。換言すれば、光信号送受信装置１０４は、主回路部１０１に一体的に設けてもよいし、制御装置１０２に一体的に設けてもよい。また、例えば、光送信部１１と発光制御部１４とを主回路部１０１に設け、光受信部１３と受光制御部１５とを制御装置１０２に設けるといったように、光信号送受信装置１０４は、主回路部１０１及び制御装置１０２に分割して設けてもよい。換言すれば、光信号送受信装置１０４は、一部を主回路部１０１（例えば各駆動回路１３１～１３６）に設け、別の一部を制御装置１０２に設けてもよい。光信号送受信装置１０４の構成は、上記に限ることなく、主回路部１０１と制御装置１０２との間の通信を適切に行うことが可能な任意の構成でよい。

【0056】

（第３の実施形態）
図４は、第３の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図４に表したように、電力変換装置２００は、主回路部２１２と、制御装置２１４と、光信号送受信装置２１６と、を備える。電力変換装置２００は、例えば、直流送電システムに用いられる。電力変換装置２００は、直流送電システムにおいて、交流電力系統２０２及び一対の直流送電線２０３、２０４に接続される。

【0057】

直流送電システムは、例えば、変圧器２０６を有する。電力変換装置２００の主回路部２１２は、変圧器２０６を介して交流電力系統２０２に接続される。交流電力系統２０２の交流電力は、三相交流電力である。より詳しくは、対称三相交流電力である。変圧器２０６は、交流電力系統２０２の三相交流電力を主回路部２１２に対応した交流電力に変換する。変圧器２０６は、主回路部２１２に合わせて三相交流電力の各相の実効値を変化させる。変圧器２０６は、三相変圧器である。変圧器２０６は、必要に応じて設けられ、省略可能である。主回路部２１２には、交流電力系統２０２の三相交流電力を直接供給してもよい。

【0058】

電力変換装置２００は、交流電力系統２０２から供給された三相交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を直流送電線２０３、２０４に供給する。また、電力変換装置２００は、直流送電線２０３、２０４から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、変換後の三相交流電力を交流電力系統２０２に供給する。このように、電力変換装置２００は、交流から直流への交直変換、及び、直流から交流への交直変換を行う。

【0059】

例えば、直流送電線２０３は、直流電力の高圧側の送電線であり、直流送電線２０４は、直流電力の低圧側の送電線である。電力変換装置２００は、直流送電線２０３側が高圧、直流送電線２０４側が低圧となるように、変換後の直流電力を直流送電線２０３、２０４に出力する。

【0060】

主回路部２１２は、交流電力系統２０２と各直流送電線２０３、２０４との間に設けられる。主回路部２１２は、三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を行う。主回路部２１２は、例えば、直列に接続された複数の変換器を有するマルチレベル電力変換器である。主回路部２１２は、例えば、ＭＭＣ（Modular Multilevel Converter）型の電力変換器である。ＭＭＣ型の主回路部２１２は、直列に接続された複数の変換器を有する。各変換器は、ハーフブリッジ接続又はフルブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列に接続された電荷蓄積素子と、を有する。主回路部２１２は、複数の変換器の動作により、電力の変換を行う。主回路部２１２は、例えば、複数の変換器の各スイッチング素子のスイッチングにより、交直変換を行う。

【0061】

制御装置２１４は、主回路部２１２の動作を制御する。光信号送受信装置２１６は、主回路部２１２と制御装置２１４との間の通信を行う。制御装置２１４は、光信号送受信装置２１６を介して主回路部２１２と通信を行い、各スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、主回路部２１２による三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を制御する。

【0062】

主回路部２１２は、第１及び第２の一対の直流端子２２０ａ、２２０ｂと、第１～第３の３つの交流端子２２１ａ～２２１ｃと、第１～第６の６つのアーム部２２２ａ～２２２ｆと、を有する。

【0063】

第１直流端子２２０ａは、高圧側の直流送電線２０３に接続される。第２直流端子２２０ｂは、低圧側の直流送電線２０４に接続される。これにより、主回路部２１２によって変換された直流電力が直流送電線２０３、２０４に供給されるとともに、直流送電線２０３、２０４から供給された直流電力が主回路部２１２に入力される。

【0064】

第１アーム部２２２ａは、第１直流端子２２０ａに接続される。第２アーム部２２２ｂは、第１アーム部２２２ａと第２直流端子２２０ｂとの間に接続される。第１アーム部２２２ａ及び第２アーム部２２２ｂは、各直流端子２２０ａ、２２０ｂの間に直列に接続される。

【0065】

第３アーム部２２２ｃは、第１直流端子２２０ａに接続される。第４アーム部２２２ｄは、第３アーム部２２２ｃと第２直流端子２２０ｂとの間に接続される。第３アーム部２２２ｃ及び第４アーム部２２２ｄは、第１アーム部２２２ａ及び第２アーム部２２２ｂに対して並列に接続される。

【0066】

第５アーム部２２２ｅは、第１直流端子２２０ａに接続される。第６アーム部２２２ｆは、第５アーム部２２２ｅと第２直流端子２２０ｂとの間に接続される。すなわち、第５アーム部２２２ｅ及び第６アーム部２２２ｆは、第１アーム部２２２ａ及び第２アーム部２２２ｂに対して並列に接続されるとともに、第３アーム部２２２ｃ及び第４アーム部２２２ｄに対して並列に接続される。

【0067】

主回路部２１２では、第１アーム部２２２ａ及び第２アーム部２２２ｂによって第１レグＬＧ１が構成され、第３アーム部２２２ｃ及び第４アーム部２２２ｄによって第２レグＬＧ２が構成され、第５アーム部２２２ｅ及び第６アーム部２２２ｆによって第３レグＬＧ３が構成される。すなわち、この例において、主回路部２１２は、３レグ、６アームの三相インバータである。第１アーム部２２２ａ、第３アーム部２２２ｃ及び第５アーム部２２２ｅは、上側アームである。第２アーム部２２２ｂ、第４アーム部２２２ｄ及び第６アーム部２２２ｆは、下側アームである。このように、主回路部２１２は、複数のスイッチング素子によって構成される複数のアーム部及び複数のレグを有する。主回路部２１２は、例えば、２レグ、４アームの単相インバータなどでもよい。アーム部及びレグの数は、上記に限ることなく、任意の数でよい。

【0068】

第１アーム部２２２ａは、直列に接続された複数の変換器ＵＰ１、ＵＰ２…ＵＰＭ_１を有する。第２アーム部２２２ｂは、直列に接続された複数の変換器ＵＮ１、ＵＮ２…ＵＮＭ_２を有する。第３アーム部２２２ｃは、直列に接続された複数の変換器ＶＰ１、ＶＰ２…ＶＰＭ_３を有する。第４アーム部２２２ｄは、直列に接続された複数の変換器ＶＮ１、ＶＮ２…ＶＮＭ_４を有する。第５アーム部２２２ｅは、直列に接続された複数の変換器ＷＰ１、ＷＰ２…ＷＰＭ_５を有する。第６アーム部２２２ｆは、直列に接続された複数の変換器ＷＮ１、ＷＮ２…ＷＮＭ_６を有する。

【0069】

但し、以下では、各変換器ＵＰ１、ＵＰ２…ＵＰＭ_１、ＵＮ１、ＵＮ２…ＵＮＭ_２、ＶＰ１、ＶＰ２…ＶＰＭ_３、ＶＮ１、ＶＮ２…ＶＮＭ_４、ＷＰ１、ＷＰ２…ＷＰＭ_５、ＷＮ１、ＷＮ２…ＷＮＭ_６をまとめて呼称する場合に、「変換器ＣＥＬ」と称す。

【0070】

各アーム部２２２ａ～２２２ｆにおいて、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４、Ｍ_５、Ｍ_６は、直列接続された変換器ＣＥＬの台数を表す。各アーム部２２２ａ～２２２ｆにおいて、直列接続される変換器ＣＥＬの台数は、例えば、１００台～１２０台程度である。但し、直列接続される変換器ＣＥＬの台数は、これに限ることなく、任意の台数でよい。

【0071】

各アーム部２２２ａ～２２２ｆに設けられる変換器ＣＥＬの台数は、実質的に同じである。例えば、多数の各変換器ＣＥＬが接続される場合には、主回路部２１２の動作に影響のない範囲において、各アーム部２２２ａ～２２２ｆに設けられる変換器ＣＥＬの台数が異なってもよい。例えば、１つのアーム部に１００台の変換器ＣＥＬを直列に接続する場合、別のアーム部に設ける変換器ＣＥＬの台数は、１～２台異なってもよい。

【0072】

各アーム部２２２ａ～２２２ｆのそれぞれは、バッファリアクトル２２３ａ～２２３ｆと、複数の電流検出器２２４ａ～２２４ｆと、をさらに有する。また、電力変換装置２００は、電圧検出部２２５をさらに有する。

【0073】

各バッファリアクトル２２３ａ～２２３ｆは、各アーム部２２２ａ～２２２ｆのそれぞれにおいて、各変換器ＣＥＬに直列に接続される。第１アーム部２２２ａのバッファリアクトル２２３ａは、第１アーム部２２２ａ及び第２アーム部２２２ｂとの接続点と変換器ＵＰ１との間に設けられる。第２アーム部２２２ｂのバッファリアクトル２２３ｂは、第１アーム部２２２ａ及び第２アーム部２２２ｂとの接続点と変換器ＵＮ１との間に設けられる。第３アーム部２２２ｃのバッファリアクトル２２３ｃは、第３アーム部２２２ｃ及び第４アーム部２２２ｄとの接続点と変換器ＶＰ１との間に設けられる。第４アーム部２２２ｄのバッファリアクトル２２３ｄは、第３アーム部２２２ｃ及び第４アーム部２２２ｄとの接続点と変換器ＶＮ１との間に設けられる。第５アーム部２２２ｅのバッファリアクトル２２３ｅは、第５アーム部２２２ｅ及び第６アーム部２２２ｆとの接続点と変換器ＷＰ１との間に設けられる。第６アーム部２２２ｆのバッファリアクトル２２３ｆは、第５アーム部２２２ｅ及び第６アーム部２２２ｆとの接続点と変換器ＷＮ１との間に設けられる。

【0074】

電流検出器２２４ａは、第１アーム部２２２ａに設けられ、第１アーム部２２２ａに流れる電流を検出する。すなわち、電流検出器２２４ａは、第１アーム部２２２ａのアーム電流を検出する。電流検出器２２４ａは、図示を省略した配線などを介して制御装置２１４に接続されている。電流検出器２２４ａは、検出した第１アーム部２２２ａの電流値を制御装置２１４に入力する。これにより、制御装置２１４には、第１アーム部２２２ａの電流値が入力される。

【0075】

以下同様に、電流検出器２２４ｂは、第２アーム部２２２ｂに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置２１４に入力する。電流検出器２２４ｃは、第３アーム部２２２ｃに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置２１４に入力する。電流検出器２２４ｄは、第４アーム部２２２ｄに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置２１４に入力する。電流検出器２２４ｅは、第５アーム部２２２ｅに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置２１４に入力する。電流検出器２２４ｆは、第６アーム部２２２ｆに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置２１４に入力する。

【0076】

電圧検出部２２５は、交流電力系統２０２の各相の交流電圧（相電圧）を検出し、検出値を制御装置２１４に入力する。電圧検出部２２５は、変圧器２０６の一次側に接続してもよいし、二次側に接続してもよい。

【0077】

主回路部２１２では、第１アーム部２２２ａと第２アーム部２２２ｂとの接続点、第３アーム部２２２ｃと第４アーム部２２２ｄとの接続点、及び、第５アーム部２２２ｅと第６アーム部２２２ｆとの接続点のそれぞれが、交流出力点となる。

【0078】

第１交流端子２２１ａは、第１アーム部２２２ａと第２アーム部２２２ｂとの接続点に接続される。第２交流端子２２１ｂは、第３アーム部２２２ｃと第４アーム部２２２ｄとの接続点に接続される。第３交流端子２２１ｃは、第５アーム部２２２ｅと第６アーム部２２２ｆとの接続点に接続される。各交流端子２２１ａ～２２１ｃは、例えば、変圧器２０６に接続される。

【0079】

各変換器ＣＥＬは、例えば、光信号送受信装置２１６を介して制御装置２１４と通信を行う。制御装置２１４は、光信号送受信装置２１６を介して変換器ＣＥＬに制御信号を入力することにより、変換器ＣＥＬの動作を制御する。また、変換器ＣＥＬは、例えば、変換器ＣＥＬの制御及び動作保護に関する制御信号や保護信号を光信号送受信装置２１６を介して制御装置２１４に入力する。なお、制御装置２１４と各変換器ＣＥＬとの間の通信方式は、上記に限定されるものではない。例えば、直列に接続された複数の変換器ＣＥＬをデイジーチェーン接続し、制御装置２１４は、デイジーチェーン接続された一端の変換器ＣＥＬ及び他端の変換器ＣＥＬのみと通信を行ってもよい。制御装置２１４と各変換器ＣＥＬとの間の通信方式は、制御装置２１４と各変換器ＣＥＬとの間で適切に通信を行うことができる任意の通信方式でよい。

【0080】

図５は、変換器を模式的に表すブロック図である。
図５に表したように、変換器ＣＥＬは、複数のスイッチング素子２４１、２４２と、複数の整流素子２５１、２５２と、複数の駆動回路２６１、２６２と、一対の接続端子２７１、２７２と、電荷蓄積素子２７４と、給電回路２７６と、電圧検出回路２７８と、制御回路２８０と、を有する。

【0081】

各スイッチング素子２４１、２４２には、上記第２の実施形態の各スイッチング素子１１１～１１６と同様の素子を用いることができる。従って、各スイッチング素子２４１、２４２の素子構成についての詳細な説明は省略する。

【0082】

スイッチング素子２４２の一対の主端子は、スイッチング素子２４１の一対の主端子に対して直列に接続される。この例において、変換器ＣＥＬは、直列に接続された２つのスイッチング素子２４１、２４２を有する。この例において、変換器ＣＥＬは、ハーフブリッジ構成の変換器である。

【0083】

整流素子２５１は、スイッチング素子２４１の一対の主端子に対して逆並列に接続されている。整流素子２５１の順方向は、スイッチング素子２４１の一対の主端子間に流れる電流の向きに対して逆向きである。同様に、整流素子２５２は、スイッチング素子２４２の一対の主端子に対して逆並列に接続されている。整流素子２５１、２５２は、いわゆる還流ダイオードである。

【0084】

接続端子２７１は、スイッチング素子２４１とスイッチング素子２４２との間に接続される。接続端子２７２は、スイッチング素子２４１のスイッチング素子２４２に接続された主端子と反対側の主端子に接続される。

【0085】

同一アーム部内の複数の変換器ＣＥＬは、一対の接続端子２７１、２７２を介して直列に接続される。変換器ＣＥＬに対する電力の供給は、各接続端子２７１、２７２を介して行われる。スイッチング素子２４１は、いわゆるローサイドスイッチであり、スイッチング素子２４２は、いわゆるハイサイドスイッチである。

【0086】

制御回路２８０は、光信号送受信装置２１６を介して制御装置２１４と通信を行う。制御装置２１４は、各スイッチング素子２４１、２４２のオン・オフを制御するための制御信号を光信号送受信装置２１６を介して制御回路２８０に送信する。制御回路２８０は、入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子２４１、２４２のオン・オフを切り替えるための駆動信号を駆動回路２６１、２６２に入力する。

【0087】

駆動回路２６１は、スイッチング素子２４１の制御端子に接続されている。駆動回路２６２は、スイッチング素子２４２の制御端子に接続されている。駆動回路２６１、２６２は、制御回路２８０から入力された駆動信号に基づいて、各スイッチング素子２４１、２４２のオン・オフを切り替える。これにより、制御装置２１４からの制御信号に応じて、各スイッチング素子２４１、２４２のオン・オフが制御される。制御装置２１４は、各変換器ＣＥＬ毎に制御信号を生成し、各変換器ＣＥＬのそれぞれの各スイッチング素子２４１、２４２のオン・オフを制御する。これにより、制御装置２１４は、主回路部２１２による電力の変換を制御する。

【0088】

なお、駆動回路２６１、２６２及び制御回路２８０の構成は、上記に限ることなく、各スイッチング素子２４１、２４２のオン・オフを制御可能な任意の構成でよい。例えば、制御装置２１４からの制御信号を駆動回路２６１、２６２に直接的に入力してもよい。この場合、制御回路２８０は、省略可能である。

【0089】

電荷蓄積素子２７４は、スイッチング素子２４１及びスイッチング素子２４２に対して並列に接続される。電荷蓄積素子２７４は、例えば、コンデンサである。

【0090】

スイッチング素子２４１がオフ状態で、スイッチング素子２４２がオン状態の時には、電荷蓄積素子２７４の電圧が各接続端子２７１、２７２間に現れる。スイッチング素子２４１がオン状態で、スイッチング素子２４２がオフ状態の時には、各接続端子２７１、２７２間が導通し、各接続端子２７１、２７２間の電圧は、実質的にゼロになる。

【0091】

このように、変換器ＣＥＬは、制御装置２１４からの制御信号に基づく各スイッチング素子２４１、２４２のスイッチングにより、電荷蓄積素子２７４の電圧を各接続端子２７１、２７２間に出力する出力状態と、各接続端子２７１、２７２間を導通させたバイパス状態と、各スイッチング素子２４１、２４２をオフ状態とした停止状態と、を切り替える。

【0092】

各アーム部２２２ａ～２２２ｆにおいては、出力状態となった変換器ＣＥＬの合計の電圧が、各アーム部２２２ａ～２２２ｆの電圧となる。主回路部２１２及び制御装置２１４は、出力状態とする変換器ＣＥＬの台数を制御することにより、マルチレベルの電力変換を行う。

【0093】

各スイッチング素子２４１、２４２がともにオフ状態の時（変換器ＣＥＬが停止状態の時）には、アーム電流の向きによって各接続端子２７１、２７２間の電圧が決まる。例えば、接続端子２７２から接続端子２７１に向かう向きにアーム電流が流れている時には、整流素子２５１がオンし、各接続端子２７１、２７２間の電圧は、実質的にゼロになる。反対に、接続端子２７１から接続端子２７２に向かう向きにアーム電流が流れている時には、整流素子２５２がオンし、電荷蓄積素子２７４が充電され、各接続端子２７１、２７２間には、電荷蓄積素子２７４の電圧が現れる。

【0094】

給電回路２７６は、電荷蓄積素子２７４に対して並列に接続されている。給電回路２７６は、電荷蓄積素子２７４に蓄積された電荷を基に、駆動回路２６１、２６２及び制御回路２８０の駆動電源を生成し、生成した駆動電源を駆動回路２６１、２６２及び制御回路２８０に供給する。駆動回路２６１、２６２及び制御回路２８０は、給電回路２７６からの駆動電源の供給に応じて動作する。

【0095】

なお、駆動回路２６１、２６２及び制御回路２８０への給電方式は、上記に限定されるものではない。例えば、電荷蓄積素子２７４とは別の電源から駆動回路２６１、２６２及び制御回路２８０に対して給電を行ってもよい。駆動回路２６１、２６２及び制御回路２８０への給電方式は、駆動回路２６１、２６２及び制御回路２８０に対して適切に給電を行うことができる任意の方式でよい。

【0096】

電圧検出回路２７８は、電荷蓄積素子２７４に対して並列に接続されている。電圧検出回路２７８は、制御回路２８０と接続されている。電圧検出回路２７８は、電荷蓄積素子２７４の直流電圧を検出し、電荷蓄積素子２７４の直流電圧の電圧検出値を制御回路２８０に入力する。

【0097】

光信号送受信装置２１６は、上記第１の実施形態の光信号送受信装置１０と同様に、光送信部１１と、光伝送路１２と、光受信部１３と、発光制御部１４と、受光制御部１５と、を有する。光送信部１１、光伝送路１２、光受信部１３、発光制御部１４、及び受光制御部１５の各部の構成は、上記第１の実施形態に関して説明したものと実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。

【0098】

発光制御部１４は、主回路部２１２と接続される。受光制御部１５は、制御装置２１４と接続される。これにより、光信号送受信装置２１６は、主回路部２１２から制御装置２１４への信号の送信を可能にする。また、光信号送受信装置２１６は、図示を省略した別の光送信部、光伝送路、及び光受信部などさらに有し、制御装置２１４から主回路部２１２への信号の送信も可能にする。光信号送受信装置２１６は、例えば、主回路部２１２と制御装置２１４との間の双方向の通信を可能にしつつ、主回路部２１２と制御装置２１４とを電気的に絶縁する。但し、光信号送受信装置２１６は、必ずしも双方向の通信を可能にするものでなくてもよい。

【0099】

制御装置２１４は、光信号送受信装置２１６を介して主回路部２１２の各変換器ＣＥＬに制御信号を送信する。制御信号は、例えば、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返すとともに、電圧の高い状態及び電圧の低い状態の比率を変化させることによって各スイッチング素子２４１、２４２のスイッチングの制御を行うための制御信号である。制御信号は、例えば、ＰＷＭ制御用の制御信号である。制御信号は、例えば、デジタル信号である。

【0100】

各変換器ＣＥＬの制御回路２８０は、制御装置２１４から入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子２４１、２４２のオン・オフを切り替える。制御装置２１４は、光信号送受信装置２１６を介して各変換器ＣＥＬの制御回路２８０に制御信号を送信し、各スイッチング素子２４１、２４２のスイッチングを制御することにより、主回路部２１２による電力の変換を制御する。

【0101】

各変換器ＣＥＬの制御回路２８０は、制御装置２１４から入力された制御信号に応じて各スイッチング素子２４１、２４２の制御端子の電圧の大きさを変化させることにより、各スイッチング素子２４１、２４２のオン状態及びオフ状態を切り替える。制御信号の電圧の大きさ、各スイッチング素子２４１、２４２の制御端子の電圧の大きさ、及び各スイッチング素子２４１、２４２のオン・オフの関係は、上記第２の実施形態に関する説明と同様とすることができる。

【0102】

光信号送受信装置２１６は、例えば、各変換器ＣＥＬのそれぞれに対応して設けられた複数の光送信部１１、複数の光伝送路１２、複数の光受信部１３、複数の発光制御部１４、及び複数の受光制御部１５を有する。複数の発光制御部１４は、例えば、各変換器ＣＥＬのそれぞれの制御回路２８０と接続される。各変換器ＣＥＬのそれぞれの制御回路２８０から出力された信号は、光信号送受信装置２１６を介して制御装置２１４に入力される。

【0103】

各変換器ＣＥＬの制御回路２８０は、例えば、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返し、各変換器ＣＥＬの異常を制御装置２１４で検出できるようにするためのハートビート信号を第１入力信号として各発光制御部１４に入力する。ハートビート信号は、例えば、デジタル信号である。

【0104】

また、各変換器ＣＥＬの制御回路２８０は、例えば、各スイッチング素子２４１、２４２の制御端子の電圧を測定し、制御端子の電圧の測定結果に応じたフィードバック信号を第２入力信号として各発光制御部１４に入力する。フィードバック信号は、例えば、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返すとともに、電圧の高い状態及び電圧の低い状態の比率を変化させる信号である。フィードバック信号は、例えば、ＰＷＭ信号である。フィードバック信号は、例えば、デジタル信号である。フィードバック信号は、換言すれば、制御信号が各スイッチング素子２４１、２４２の制御端子に適切に入力されたか否かを制御装置２１４で確認できるようにするための信号である。

【0105】

換言すれば、主回路部２１２は、電圧の高い状態と、電圧の低い状態と、を所定の周期で繰り返し、主回路部２１２の異常を制御装置２１４で検出できるようにするためのハートビート信号を第１入力信号として発光制御部１４に入力する。そして、主回路部２１２は、各スイッチング素子２４１、２４２の制御端子の電圧を測定し、制御端子の電圧の測定結果に応じたフィードバック信号を第２入力信号として発光制御部１４に入力する。上記第１の実施形態の図２に関して説明したように、フィードバック信号（制御信号）の周期は、ハートビート信号の周期よりも長い。換言すれば、第２入力信号の周期Ｔ２は、第１入力信号の周期Ｔ１よりも長い。

【0106】

これにより、本実施形態に係る電力変換装置２００では、１つの光伝送路１２で第１入力信号及び第２入力信号の２つの信号の送信を行うことができる。従って、電力変換装置２００では、例えば、２つの信号のそれぞれに対応した２つの光送信部１１、２つの光伝送路１２、及び２つの光受信部１３を設ける場合と比べて、より簡単な構成で周波数の異なる複数の信号を送受することができる。

【0107】

また、電力変換装置２００では、例えば、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれに対応して設けられた複数の光送信部１１、複数の光伝送路１２、複数の光受信部１３、複数の発光制御部１４、及び複数の受光制御部１５が設けられる。この場合、１つの光伝送路１２で第１入力信号及び第２入力信号の２つの信号を送信できるようにすることで、光伝送路１２の数をより削減し、電力変換装置２００の部品点数の増加をより抑制することができる。多数の変換器ＣＥＬを直列に接続した電力変換装置２００では、光送信部１１、光伝送路１２、光受信部１３などの光部品の数も多数になる。従って、このような電力変換装置２００において、上記のように１つの光伝送路１２で第１入力信号及び第２入力信号の２つの信号を送信できるようにすることで、部品点数の増加を大幅に抑制することができる。例えば、光部品の増加にともなうコストの増加を大幅に抑えることができる。

【0108】

上記第２の実施形態と同様に、光信号送受信装置２１６は、主回路部２１２又は制御装置２１４に組み込んでもよい。換言すれば、光信号送受信装置２１６は、主回路部２１２に一体的に設けてもよいし、制御装置２１４に一体的に設けてもよい。また、例えば、光送信部１１と発光制御部１４とを主回路部２１２に設け、光受信部１３と受光制御部１５とを制御装置２１４に設けるといったように、光信号送受信装置２１６は、主回路部２１２及び制御装置２１４に分割して設けてもよい。換言すれば、光信号送受信装置２１６は、一部を主回路部２１２（例えば各変換器ＣＥＬ）に設け、別の一部を制御装置２１４に設けてもよい。光信号送受信装置２１６の構成は、上記に限ることなく、主回路部２１２と制御装置２１４との間の通信を適切に行うことが可能な任意の構成でよい。

【0109】

なお、ＭＭＣ型の主回路部２１２において、変換器ＣＥＬの構成は、ハーフブリッジ回路の構成に限ることなく、フルブリッジ接続された４つのスイッチング素子を有するフルブリッジ回路の構成としてもよい。

【0110】

上記第３の実施形態では、主回路部２１２にＭＭＣ型の電力変換器を用いている。主回路部２１２は、ＭＭＣ型に限ることなく、例えば、複数の変換器ＣＥＬを直列に接続する他の方式の電力変換器でもよい。

【0111】

電力変換装置２００は、直流送電システムに限ることなく、交流から直流への変換及び直流から交流への変換が必要な他の任意のシステムなどに適用してもよい。主回路部２１２による交直変換は、交流から直流及び直流から交流の双方に限ることなく、交流から直流又は直流から交流の一方のみでもよい。また、主回路部２１２は、例えば、交流交流直接変換回路などでもよい。

【0112】

主回路部２１２の構成は、例えば、複数のアーム部をスター結線、デルタ結線、あるいはマトリックス結線した構成などでもよい。主回路部２１２は、例えば、モジュラーマトリックスコンバータなどでもよい。主回路部２１２は、必ずしも複数のレグを有しなくてもよい。主回路部２１２は、少なくとも複数のアーム部を有していればよい。主回路部２１２の構成は、電力の変換が可能な任意の構成でよい。電力変換装置は、例えば、周波数変換装置、直流送電装置、無効電力補償装置、あるいは電力潮流制御装置などでもよい。

【0113】

このように、主回路部の構成は、上記第２の実施形態で表した三相２レベルインバータの構成に限ることなく、複数の変換器ＣＥＬを直列に接続した構成などでもよい。主回路部の構成は、三相２レベルインバータに限ることなく、単相２レベルインバータ、単相３レベルインバータ、三相３レベルインバータなどでもよい。主回路部の構成は、上記各実施形態に表した構成に限ることなく、変換器を有し、変換器の動作によって電力の変換を行う任意の構成でよい。

【0114】

上記実施形態では、光信号送受信装置を電力変換装置に適用した例を示している。光信号送受信装置は、電力変換装置に限ることなく、他の如何なる装置に用いられるものであってもよい。

【0115】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0116】

１０…光信号送受信装置、 １１…光送信部、 １２…光伝送路、 １３…光受信部、 １４…発光制御部、 １５…受光制御部、 ２０…排他的論理和回路、 ３０…ワンショット回路、 ３２…フィルタ回路、 １００…電力変換装置、 １０１…主回路部、 １０１ａ…変換器、 １０２…制御装置、 １０４…光信号送受信装置、 １１１～１１６…スイッチング素子、 １２１～１２６…整流素子、 １３０…電荷蓄積素子、 １３１～１３６…駆動回路、 ２００…電力変換装置、 ２０２…交流電力系統、 ２０３、２０４…直流送電線、 ２０６…変圧器、 ２１２…主回路部、 ２１４…制御装置、 ２１６…光信号送受信装置、 ２２０ａ…第１直流端子、 ２２０ｂ…第２直流端子、 ２２１ａ…第１交流端子、 ２２１ｂ…第２交流端子、 ２２１ｃ…第３交流端子、 ２２２ａ…第１アーム部、 ２２２ｂ…第２アーム部、 ２２２ｃ…第３アーム部、 ２２２ｄ…第４アーム部、 ２２２ｅ…第５アーム部、 ２２２ｆ…第６アーム部、 ２２３ａ～２２３ｆ…バッファリアクトル、 ２２４ａ～２２４ｆ…電流検出器、 ２２５…電圧検出部、 ２４１、２４２…スイッチング素子、 ２５１、２５２…整流素子、 ２６１、２６２…駆動回路、 ２７１、２７２…接続端子、 ２７４…電荷蓄積素子、 ２７６…給電回路、 ２７８…電圧検出回路、 ２８０…制御回路、 ＣＥＬ…変換器、 ＬＧ１…第１レグ、 ＬＧ２…第２レグ、 ＬＧ３…第３レグ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】