特許 7150683 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-30

(45)【発行日】2022-10-11

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20221003BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2019191970

(22)【出願日】2019-10-21

(65)【公開番号】P2021069171

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2021-11-29

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(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】山田 裕喜

(72)【発明者】

【氏名】神宮 勲

(72)【発明者】

【氏名】吉野 輝雄

【審査官】柳下 勝幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１５－１３０７４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１００３９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２００５３５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の変換器を含む電力変換器と、
前記複数の変換器とループ状にデイジーチェーン接続されて、前記複数の変換器の制御のためのパケットデータを相互に伝送する制御装置と、
を備え、
前記パケットデータは、
前記複数の変換器を制御するための複数の制御データを格納する第１領域と、
前記複数の変換器を識別する識別データを格納する第２領域と、
前記複数の変換器のうち、前記識別データを有する変換器の変換器データを格納する第３領域と、
を含み、
前記第２領域に格納される前記識別データの個数は、１以上であり、前記複数の変換器の台数よりも少ない電力変換装置。

【請求項2】

前記制御装置は、
前記第１領域に前記複数の制御データを格納し、
前記第２領域に前記識別データを格納し、
前記複数の制御データおよび前記識別データを有する第１パケットデータを前記複数の変換器のうちの１つである第１変換器に送信し、
前記第１変換器は、
前記識別データが自己を識別するデータの場合には、自己の変換器データを前記第１パケットデータの前記第３領域に書き込み、
前記識別データが自己を識別するデータではない場合には、データを書き込むことなく前記第１パケットデータを前記複数の変換器のうちの残りの変換器の１つに送信する請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記残りの変換器のうちの他の１つである第２変換器は、前記パケットデータを前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、
前記第１パケットデータを受信して、前記変換器データを取得し、
前記複数の変換器のすべての前記変換器データにもとづいて、新たに複数の制御データを生成する請求項２記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記複数の変換器のそれぞれは、自己の状態を計測してディジタルデータに変換するアナログ－ディジタル変換器を含み、
前記制御装置が前記第１パケットデータを前記第１変換器に送信してから前記第２変換器から受信するまでの期間は、前記アナログ－ディジタル変換器のサンプリング周期にもとづいて設定され、
前記期間は、前記サンプリング周期よりも短く設定された請求項３記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記第２領域に格納する前記識別データの個数は１である請求項１～４のいずれか１つに記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記第２領域に格納する前記識別データの個数は前記台数の１／２である請求項１～４のいずれか１つに記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記電力変換器は、モジュラーマルチレベルコンバータを含む請求項１～６のいずれか１つに記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

交流－直流間を電力変換する電力変換装置がある。電力系統や鉄道等の社会インフラ、工場設備等に設置される電力変換装置では、複数の電力変換器を多重化することによって、扱う電力を大容量化を図る場合がある。

【0003】

多重化された電力変換器に制御指令を送信し、電力変換器からその状態を受信するために制御装置と電力変換器との間にこれらのデータを送受信する通信路が設けられる。多重化された電力変換器では、変換器ごとに通信路を設けると、変換器数に応じて通信路を設けることとなり、コストやスペース等の観点からこれらを削減する必要がある。

【0004】

制御装置と各電力変換器との間の通信路をデイジーチェーン接続で構成することによって、複数の電力変換器間の通信路を１つにまとめることができる。デイジーチェーン接続された通信路を用いた電力変換装置では、伝送するデータは、制御装置から各変換器に順次転送されるため、通信路のループを一巡する期間によって、電力変換装置の動作が制約される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１４３６２６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

実施形態は、デイジーチェーン接続された通信路を有していても、動作の制約が少ない電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

実施形態に係る電力変換装置は、複数の変換器を含む電力変換器と、前記パケットデータは、前記複数の変換器を制御するための複数の制御データを格納する第１領域と、前記複数の変換器を識別する識別データを格納する第２領域と、前記複数の変換器のうち、前記識別データを有する変換器の変換器データを格納する第３領域と、を含む。前記第２領域に格納される前記識別データの個数は、１以上であり、前記複数の変換器の台数よりも少ない。

【発明の効果】

【0008】

本実施形態では、デイジーチェーン接続された通信路を有していても、動作の制約が少ない電力変換装置が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。

【図2】図１の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。

【図3】図１の電力変換装置内で伝送されるパケットデータを例示する模式図である。

【図4】実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式図である。

【図5】実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。

【図6】比較例の電力変換装置内で伝送されるパケットデータを例示する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
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を適宜省略する。

【0011】

図１は、実施形態に係る電力変換装置を例示する模式的なブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の電力変換装置１０は、電力変換器２０と、制御装置５０と、を備える。電力変換装置１０は、交流端子２１ａ～２１ｃを介して、交流系統１に接続される。この例のように、電力変換装置１０は、変圧器２を介して交流系統１に接続されてもよい。たとえば、交流系統１は、三相または単相の５０Ｈｚ若しくは６０Ｈｚの電源、負荷および交流送電線を備える構成とすることができる。電力変換装置１０は、直流系統３に接続される。直流系統３は、たとえば直流送電線等を含む。

【0012】

電力変換装置１０は、交流系統１と直流系統３との間に接続されて、双方向の電力変換を行うことができる。

【0013】

電力変換器２０は、三相交流の各相に対応した単位アーム２２を含む。単位アーム２２は、直流端子２１ｄ，２１ｅ間で直列に接続されレグを形成する。単位アーム２２は、高電位側のＵＰ相、ＶＰ相、ＷＰ相および低電位側のＵＮ相、ＶＮ相、ＷＮ相に対応して設けられている。

【0014】

直流端子２１ｄ，２１ｅ間で直列に接続される単位アーム２２には、変圧器２４がそれぞれ直列に接続されている。変圧器２４に代えてバッファリアクトルを接続してもよい。

【0015】

単位アーム２２は、カスケードに接続された単位変換器（セル）３０を含む。セル３０は、単位アーム２２当たり１個以上あればよいが、以下では、Ｃ個直列接続されているものとする（Ｃは２以上の整数）。

【0016】

ここでは、多重化制御方式のうち複数の単位変換器がカスケードに接続されたモジュラーマルチレベルコンバータ（Modular Multilevel Converter、ＭＭＣ）の例について説明するが、以下説明する通信方式は、ＭＭＣに限らずその他の多重化制御方式の電力変換装置に適用することができる。たとえば、適用する電力変換装置は、並列接続された電力変換器を備えるものであってもよい。

【0017】

制御装置５０は、制御回路５２を含む。制御回路５２は、通信路６０を介して電力変換器２０と接続されている。この例では、通信路６０は、単位アーム２２ごとに設けられている。図では、煩雑さを避けるために、ＵＮ相に対応する単位アーム２２に対応する通信路６１についてセル３０との相互の接続が示されている。その他の単位アーム２２に対しては、ＵＰ相では、制御装置５０側の“ａ”とセル３０側の“ａ”が相互に接続されていることを示している。同様に、ＶＰ相では、制御装置５０側の“ｂ”とセル３０側の“ｂ”が相互に接続され、ＷＰ相では、制御装置５０側の“ｃ”とセル３０側の“ｃ”が相互に接続されている。低電位側の各相についても同様であり、ＶＮ相では、制御装置５０側の“ｄ”とセル３０側の“ｄ”が相互に接続され、ＷＮ相では、制御装置５０側の“ｅ”とセル３０側の“ｅ”が相互に接続されている。

【0018】

各通信路６０，６１では、単位アーム２２ごとに、それぞれ同様に、制御装置５０側の制御回路５２とセル３０側の制御回路とをデイジーチェーン接続によってループ状に接続している。以下では、ＵＮ相および通信路６１について説明するが、他の相および通信路６０についても同様である。

【0019】

ＵＮ相の通信路６１では、制御装置５０側の制御回路５２は、もっとも高電位側のセル３０（図１ではセル１と表記）の制御回路３６に接続されている。もっとも高電位側のセル３０の制御回路３６は、このセル３０（セル１）にカスケード接続されているセル３０（図１ではセル２と表記）の制御回路３６に接続されている。同様に低電位側に向かって、セル３０同士が通信路６１によって接続されている。もっとも低電位側のセル３０（図１ではセルＣと表記）の制御回路３６は、制御装置５０側に制御回路５２に接続されている。つまり、制御装置５０→セル１→セル２→…→セルＣ→制御装置５０の順に通信路６１のループが形成されることによって、これらは、デイジーチェーン接続されている。

【0020】

１つのデイジーチェーン接続に含まれるセル３０の台数は、上述では単位アーム２２の台数としたが、適切な台数を任意に設定することができる。たとえば、１つのループをＵＰ相およびＵＮ相のセル３０を含むようにしてもよいし、すべてのセル３０を１つのループ内でデイジーチェーン接続する等してもよい。あるいは、１つの相を複数のループに分割してもよい。

【0021】

各通信路６０，６１には、通信路６０，６１に応じたパケットデータが伝送される。パケットデータは、後に詳述するが、セル３０の動作を制御するためのデータ、セル３０を識別するためのデータおよびセル３０の状態を示すデータを含んでいる。

【0022】

図２は、図１の電力変換装置の一部を例示する模式的なブロック図である。
図２に示すように、セル３０は、端子３１ａ，３１ｂを含む。セル３０は、端子３１ａ，３１ｂによって、他のセル３０等と接続される。セル３０は、主回路３２と、主回路給電部３４と、制御回路３６と、ゲート駆動回路３５と、を含む。主回路給電部３４は、主回路３２に接続されており、主回路３２から給電されて制御回路３６およびゲート駆動回路３５等の電源を生成する。制御回路３６およびゲート駆動回路３５は、主回路給電部３４からの電力供給によって動作する。制御回路３６は、通信路６１を伝送されてくるパケットデータから、自己の制御データを取得して、取得した制御データにもとづいて、ゲート駆動信号を生成する。

【0023】

主回路３２は、スイッチング素子３２ａと、ダイオード３２ｂと、コンデンサ３２ｃと、を含む。スイッチング素子３２ａは、自己消弧型の半導体素子である。スイッチング素子３２ａは、直列に２個接続されている。

【0024】

ダイオード３２ｂは、還流ダイオードである。２個のダイオード３２ｂは、直列に接続されているスイッチング素子３２ａにそれぞれ逆並列に接続されている。

【0025】

コンデンサ３２ｃは、直列に接続された２個のスイッチング素子３２ａに並列に接続されている。

【0026】

なお、図示しないが、各セル３０は、コンデンサ３２ｃの両端のセル電圧や端子３１ａ，３１ｂ間の電圧を検出する電圧検出器や入出力する電流を検出する電流検出器を有しており、電圧検出器や電流検出器によって検出された電圧や電流は、制御装置５０に供給される。

【0027】

この例では、ハーフブリッジ構成のセル３０を用いたＭＭＣであるが、セルをフルブリッジ構成とし、すべてのセルをフルブリッジ構成に置き換えてももちろんよい。また、この例では、各セル３０が主回路給電部３４を有し、コンデンサ３２ｃのエネルギの一部を利用して、自らの制御回路等に電力を供給する方式であるが、セルの外部から各セルに電力を供給する方式であってももちろんかまわない。

【0028】

制御装置５０の制御回路５２では、上位制御システム（図示せず）や制御装置５０の他の部分から取得されたデータ、各セル３０から取得したデータを処理して、各セル３０のための制御データを生成する。制御データは、各セル３０の動作を制御するためのデータである。制御データは、各セル３０において、スイッチング素子を駆動するためのゲート駆動パルス等の制御指令に関するデータを含んでいる。

【0029】

上位制御システムから取得されるデータとは、たとえば直流電力の指令値等である。制御装置５０の他の部分から取得されるデータとは、たとえば電力変換装置１０が連系されている系統の電圧や電流のデータを含んでおり、地絡等の異常に関するデータを含む場合もある。

【0030】

制御回路５２は、カウンタ設定値を生成する。カウンタ設定値は、セル３０を識別するためのデータであり、デイジーチェーン接続されたループを巡回するパケットデータにセル３０が自己のデータを書き込むか否かを判定するのに用いられる。各セル３０は、カウンタ設定値を見て、自己のデータをパケットデータに書き込むか否かを判断する。

【0031】

各セル３０の制御回路３６は、制御装置５０から受信したパケットデータから自己の制御データを取得する。各制御回路３６は、取得された制御データにもとづいて、たとえば主回路３２の動作を設定する。

【0032】

各セル３０の制御回路３６は、カウンタ設定値を確認して、その値にもとづいて自己のデータをパケットデータに書き込むべきか否かを判定する。

【0033】

各セル３０の制御回路３６は、カウンタ設定値が自己のデータをパケットデータに書き込むべき値の場合には、パケットデータに自己のデータを書き込んだ後に更新されたパケットデータを次のセル３０に伝送する。制御回路３６は、カウンタ設定値が自己のデータを書き込む必要がない値の場合には、何もせずそのままパケットデータを次のセル３０に伝送する。

【0034】

各セル３０および制御装置５０は、互いに絶縁されている。そのため、各相の通信路６０，６１は、好ましくは光ファイバケーブルによって構成されている。通信路６０，６１が光ファイバによって構成されている場合には、制御回路５２，３６は、それぞれ光電変換回路を含んでおり、光電変換回路を介して、データの送受信を行う。

【0035】

図３は、図１の電力変換装置内で伝送されるパケットデータを例示する模式図である。
図３に示すように、パケットデータ１００は、制御データを含む領域（第１領域）１０２、カウンタ設定値を含む領域（第２領域）１０４および変換器データを含む領域（第３領域）１０６の各領域を含んでいる。制御データは、上述したように、各セル３０のためのゲート駆動パルスのデータを含む制御指令である。もっとも高電位側のセル３０（図１、３ではセル１）のための制御データ１が対応する領域に格納されている。そのセル３０の低電位側のセル（図１、３ではセル２）のための制御データ２が対応する領域に格納されている。他のセル３０についても同様であり、もっとも低電位側のセル３０（図１、３ではセルＣ）のための制御データＣも対応する領域に格納されている。

【0036】

カウンタ設定値の領域１０４には、この例では、１～Ｃの整数が格納される。図３では、１～Ｃの整数が入る変数ｉが設定されている。変数ｉは、制御回路５２で初期値が設定され、制御回路５２がパケットデータ１００を送信するごとにインクリメント（たとえば１を加算）される。初期値によっては、デクリメント（たとえば１を減算）されるようにしてもよい。

【0037】

カウンタ設定値の領域１０４には、この例のように、１つの変数（設定値）を格納する場合に限らず、複数の設定値を格納するようにしてもよい。この例では、後述するように、制御回路５２がパケットデータ１００を送信ごとに１つずつ設定値をインクリメントするが、２つの設定値をパケットデータの送信ごとに１つずつ設定値をインクメントする等してもよい。

【0038】

変換器データの領域１０６には、カウンタ設定値で設定された値で識別されるセル３０の変換器データを格納することができる。

【0039】

実施形態の電力変換装置１０の動作について説明する。
図４は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するための模式図である。
図４に示すように、制御回路５２は、すべてのセル３０のための制御データをパケットデータ１００に格納し、いずれのセル３０からの変換器データを取得するかを表すカウンタ設定値を設定して格納する。制御回路５２は、すべての制御データおよびカウンタ設定値をパケットデータ１００に格納して、通信路６１を介して最初のセル３０（図４ではセル１）に送信する。各セル３０は、自己のための制御データをパケットデータ１００から取得して、パケットデータ１００を次のセル３０へ転送する。

【0040】

パケットデータ１００には、いずれかのセル３０の変換器データを取得するためにカウンタ設定値が設定されている。対象のセル３０は、自ら判定して、自己の変換器データをパケットデータ１００に書き込む。データが更新されたパケットデータ１００ａは、セル３０間の転送が終了すると、制御回路５２に転送される。

【0041】

制御回路５２では、書き込まれた変換器データを取得する。制御回路５２は、別のセル３０の変換器データを取得するために、転送されたパケットデータ１００ａを再度セル３０に伝送する。

【0042】

上述の動作を繰り返して、制御回路５２は、すべてのセル３０の変換器データを取得し、これらにもとづいて、新たな制御データを生成する。

【0043】

上述の一連の動作について、フローチャートを用いて説明する。
図５は、実施形態の電力変換装置の動作を説明するためのフローチャートの例である。
図５では、制御装置５０における処理、１番目のセル３０（セル１）における処理、２番目のセル３０（セル２）における処理が示されており、以降同様の処理が行われるものとして示されている。Ｃ番目のセル（セルＣ）における処理も合わせて示されている。これらセル１、セル２、…、セルＣは、たとえば図１、３、４のセル１、セル２、…、セルＣに対応する。つまり、パケットデータは、制御装置５０→セル１→セル２→…→セルＣ→制御装置の順に転送される。

【0044】

ここで、セルＮ（Ｎ＝１，２，…，Ｃ）をセル番号（図５ではセルＮｏ．と表記）と呼び、あらかじめ各セル３０に割り当てられているものとする。

【0045】

図５に示すように、制御装置５０では、ステップＳ１から処理が開始される。ステップＳ１において、制御装置５０の制御回路５２は、各セル３０のための制御データを設定する。

【0046】

ステップＳ２において、制御回路５２は、カウンタ設定値ｉを初期値である１に設定する。

【0047】

ステップＳ３において、制御回路５２は、制御データおよびカウンタ設定値ｉが格納されたパケットデータ１００を１番目のセル１に送信する。

【0048】

セル１では、ステップＳ１１から処理が開始される。ステップＳ１１において、セル１の制御回路３６は、転送されてきたパケットデータ１００を受信する。

【0049】

ステップＳ１２において、セル１の制御回路３６は、受信したパケットデータから自己の制御データを取得し、設定する。

【0050】

ステップＳ１３において、セル１の制御回路３６は、カウンタ設定値ｉが自己のセル番号に一致するか否かを判定する。この例では、カウンタ設定値ｉは“１”に設定されているので、処理を次のステップＳ１４に遷移させる。

【0051】

ステップＳ１４において、セル１の制御回路３６は、パケットデータ１００に自己の変換器データを書き込む。

【0052】

ステップＳ１３で、カウンタ設定値ｉが自己のセル番号と異なる場合には、ステップＳ１４の処理を行うことなく、次のステップＳ１５に処理を遷移させる。

【0053】

ステップＳ１５において、セル１の制御回路３６は、パケットデータを次のセル２に送信する。この例では、セル１の変換器データが更新されているので、送信されるのは更新後のパケットデータ１００ａである。

【0054】

セル２では、ステップＳ２１において、セル２の制御回路３６は、転送されてきたパケットデータを受信する。この例では、受信するのは、セル１の変換器データが更新されたパケットデータ１００ａである。

【0055】

ステップＳ２２において、セル２の制御回路３６は、受信したパケットデータから自己の制御データを取得し、設定する。

【0056】

ステップＳ２３において、セル２の制御回路３６は、カウンタ設定値ｉが自己のセル番号に一致するか否かを判定する。この例では、カウンタ設定値ｉは“１”に設定されているので、ステップＳ２４の処理を行うことなく、処理をステップＳ２５に遷移させる。

【0057】

なお、ステップＳ２３でカウンタ設定値ｉが自己のセル番号に一致する場合には、処理はステップＳ２４に遷移される。ステップＳ２４では、セル２の制御回路３６は、パケットデータに自己の変換器データを書き込む。

【0058】

ステップＳ２５において、セル２の制御回路３６は、パケットデータを次のセル３（図示せず）に送信する。

【0059】

以降、図示しないが、セル３～セル（Ｃ－１）のそれぞれにおいて、各セルの制御回路３６が上述のセル１、２と同様の処理を行う。この例では、カウンタ設定値ｉが“１”に設定されているので、２番目以降のセルは、転送されてきたパケットデータ１００ａに、自己の変換器データを書き込むことなく、そのまま次のセルにパケットデータ１００ａを転送する。

【0060】

セルＣでは、ステップＳＣ１において、セル２の制御回路３６は、転送されてきたパケットデータを受信する。この例では、受信するのは、セル１の変換器データが更新されたパケットデータ１００ａである。

【0061】

ステップＳＣ２において、セルＣの制御回路３６は、受信したパケットデータから自己の制御データを取得し、設定する。

【0062】

ステップＳＣ３において、セルＣの制御回路３６は、カウンタ設定値ｉが自己のセル番号に一致するか否かを判定する。この例では、カウンタ設定値ｉは“１”に設定されているので、ステップＳＣ４の処理を行うことなく、処理をステップＳＣ５に遷移させる。

【0063】

なお、ステップＳＣ３でカウンタ設定値ｉが自己のセル番号に一致する場合には、処理はステップＳＣ４に遷移される。ステップＳＣ４では、セル２の制御回路３６は、パケットデータに自己の変換器データを書き込む。

【0064】

ステップＳＣ５において、セルＣの制御回路３６は、パケットデータを制御装置５０の制御回路５２に送信する。

【0065】

処理は、再び制御装置５０の制御回路５２に移り、ステップＳ４において、制御装置５０の制御回路５２は、セルＣから転送されてきたパケットデータを受信する。この例では、制御回路５２は、セル１の変換器データで更新されたパケットデータ１００ａを受信する。

【0066】

ステップＳ５において、制御装置５０の制御回路５２は、パケットデータから変換器データを取得する。この例では、セル１の変換器データを取得する。

【0067】

ステップＳ６において、制御装置５０の制御回路５２は、受信したパケットデータのカウンタ設定値ｉがセルの台数Ｃよりも小さいか否かを確認する。カウンタ設定値ｉがセルの台数Ｃよりも小さい場合には、次のステップＳ７に処理を遷移させる。カウンタ設定値ｉがセルの台数Ｃ以上の場合には、処理を終了する。処理を終了した後には、制御装置５０の制御回路５２は、処理を最初のステップＳ１に戻して、上述の動作を繰り返す。

【0068】

ステップＳ７において、制御装置５０の制御回路５２は、カウンタ設定値ｉをインクリメントして、処理をステップＳ３に遷移させる。制御装置５０の制御回路５２および各セル３０の制御回路３６は、ステップＳ３以降の処理を上述と同様に繰り返す。

【0069】

この例では、制御装置５０の制御回路５２は、カウンタ設定値ｉが“１”に設定され、セル１の変換器データで更新されたパケットデータ１００ａを受信するので、新たなカウンタ設定値ｉは、“２”に設定される。カウンタ設定値ｉが“Ｃ”に設定されるまで、上述の動作が繰り返される。上述の動作を“Ｃ”回繰り返すことによって、制御装置５０の制御回路５２は、すべてのセル３０の変換器データを取得することができる。

【0070】

上述では、カウンタ設定値を１つ設定し、セル３０の台数Ｃ分、パケットデータの伝送を繰り返すことによって、すべてのセル３０の変換器データを取得するものであるが、任意のカウンタ設定値を設定してももちろんよい。

【0071】

たとえば、カウンタ設定値を［ｉ，ｉ＋２，ｉ＋４，…］のように設定することによって、奇数のセル番号のセル３０の変換器データを取得した後に、偶数のセル番号のセル３０の変換器データを取得するようにできる。巡回後に加算する値も１に限らず、任意に設定してよい。たとえば、カウンタ設定値を［ｉ，ｉ＋１］のように設定した場合には、巡回するごとに２ずつ加算することによって、隣接するセルの変換器データを順次取得するようにすることができる。

【0072】

実施形態の電力変換装置の効果について説明する。
図６は、比較例の電力変換装置内で伝送されるパケットデータを例示する模式図である。
図６に示すように、比較例の電力変換装置では、デイジーチェーン接続のループを転送されるパケットデータ２００は、制御データの領域２０２および変換器データの領域２０６を含んでいる。制御データは、実施形態の場合と同様に、各セル３０のためのゲート駆動パルスのデータを含む制御指令である。

【0073】

パケットデータ１００，２００では、各データの領域に必要なワード数が割り当てられている。たとえば各制御データのワード数は、比較例の場合および実施形態の場合のいずれもＡ［ワード］であり、等しいワード数とすることができる。

【0074】

比較例の場合には、パケットデータ２００は、セルごとの変換器データのための領域を含んでおり、変換器データのワード数は、Ｂ［ワード］である。したがって、比較例の場合には、パケットデータ２００の長さは、Ａ［ワード］×Ｃ［台］＋Ｂ［ワード］×Ｃ［台］とされている。

【0075】

比較例の電力変換装置では、各セル３０がパケットデータ２００を受信するごとに変換器データを計測し、計測された変換器データをパケットデータ２００に書き込む。そのため、パケットデータ２００を受信してから次のセル３０または制御装置５０に転送するのに要する時間は、変換器データの取得のための時間と変換器データをパケットデータ２００に書き込むための時間との和となる。パケットデータ２００がデイジーチェーン接続されたセル３０のループを一巡して制御装置５０に戻ってくるまでの時間には、このような各セル３０における変換器データの処理のための時間の総和が含まれることになる。

【0076】

実施形態の場合には、図３～図５の例のように、１つのセル３０の変換器データが含まれており、パケットデータ１００には、Ａ［ワード］×Ｃ［台］＋Ｂ［ワード］×１［台］＋Ｋ［ワード］分の領域が設定されている。Ｋ［ワード］は、カウンタ設定値ｉのための領域であり、たとえばＫ＝１である。

【0077】

このように、実施形態の電力変換装置１０では、デイジーチェーン接続のループを巡回させるパケットデータ１００の長さを抑制することができる。

【0078】

実施形態では、変換器データの処理のための時間を短縮することができる。図３～図５の例では、パケットデータ１００がループを一巡するごとに１つの変換器データを処理するので、比較例の場合に比べて、変換器データの処理時間を１／Ｃとすることができる。実施形態では、変換器データの処理時間を削減することによって、比較例の場合に比べて、パケットデータが通信路を巡回する時間を短縮することができる。

【0079】

一般に、各セル３０が取得する電流や電圧等は、フィードバックのために用いられ、これらの変動は、ゲート駆動パルスを含む制御データの設定周期に比べて十分遅い。そのため、各セル３０に対するゲート駆動パルスの設定周期に応じて、パケットデータの伝送速度が決定される。

【0080】

また、各セル３０が取得する電流や電圧等のアナログデータは、アナログ－ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）によってディジタルデータに変換されて、各制御回路５２，３６等で処理される。Ａ／Ｄ変換器は、所定のサンプリング周期によって、データの変換速度が決定される。このサンプリング周期は、通常、制御データの設定周期よりも十分長いので、制御データを高速に設定し、制御データの設定周期で変換器データを収集しても、収集した変換器データは、多数の冗長なデータを含んでいる場合がある。

【0081】

換言すれば、変換器データを取得する周期は、Ａ／Ｄ変換器のサンプリングレートにもとづいて決定することができ、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周期よりも短ければよい。たとえば、変換器データを取得する周期は、Ａ／Ｄ変換器のサンプリング周期のばらつき等を考慮して、サンプリング周期の最小値（もっとも短い周期）よりも若干短くなるように設定されるのが好ましい。

【0082】

実施形態の電力変換装置１０では、比較例の電力変換装置に対して、パケットデータ１００のワード数を少なくすることができるので、比較例の場合よりもループを巡回するパケットデータ１００の伝送速度を速くすることができる。そのため、ゲート駆動パルスを含む制御指令の設定周期を速くすることができるので、事故等の異常発生時に高速に電力変換装置１０を停止等の安全動作をさせることができ、安全性を向上させることが可能になる。また、制御指令の設定周期を速くすることによって、電力変換装置１０の運用性を向上させることができる。

【0083】

パケットデータ１００の伝送速度をより速く設定することによって、１ループ当たりのセル３０の台数を増加させることができる。１ループ当たりのセル３０の台数を増加させることによって、電力変換装置１０の全体の通信路６０，６１である光ファイバケーブルの本数を減らすことができ、コストの低減や電力変換装置１０の設置スペースを削減することが可能になる。

【0084】

また、制御装置５０の制御回路５２は、通信路６０，６１の数に応じた回路規模となる。そのため、全体の通信路６０，６１の数を減らすことによって、制御回路５２の回路規模を低減することができ、コストの低減や設置スペースの抑制に貢献することができる。

【0085】

変換器データを取得する周期を各セル３０のＡ／Ｄ変換器のサンプリング周期にもとづいて、適切な値に設定することによって、制御装置５０は、冗長な変換器データを取得することがない。そのため制御装置５０の制御回路５２の演算量を抑制することができる。

【0086】

以上説明した実施形態によれば、デイジーチェーン接続された通信路を有していても、動作の制約が少ない電力変換装置を実現することができる。

【0087】

以上、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、その他のさまざま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およびその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。

【符号の説明】

【0088】

１ 交流系統、２ 変圧器、３ 直流系統、１０ 電力変換装置、２０ 電力変換器、２２ 単位アーム、２４ 変圧器、３０ 単位変換器（セル）、３６ 制御回路、５０ 制御装置、５２ 制御回路、６０，６１ 通信路、１００，１００ａ パケットデータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】