JP6437164B1 - 電力変換装置、および通信方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[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(図1中の「セル」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」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。
図2は、図1の各レグ回路を構成するサブモジュールの一例を示す回路図である。図2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、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ24と、ゲート制御部21と、電圧検出部27と、送受信部28とを含む。
図3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3を参照して、指令生成部3は、制御装置30と、保護装置31A,31Bと、複数の中継装置32_1〜32_Nとを含む。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。保護装置31A,31Bについて、総称する場合または不特定のものを示す場合、保護装置31と記載する。中継装置32_1〜32_Nについて、総称する場合または不特定のものを示す場合、中継装置32と記載する。
図4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4を参照して、制御装置30は、交流電圧指令生成部40と、直流電圧指令生成部41と、循環電流指令生成部42と、コンデンサ電圧指令生成部43と、アーム電圧指令生成部44とを含む。
直流電圧指令生成部41は、直流電圧検出器11A,11B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41は、例えば、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る。
上式(2)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。上記(2)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。
図5は、実施の形態1に従う中継装置32の構成および動作を説明するための図である。図5を参照して、中継装置32は、制御装置30および保護装置31と通信するための通信回路35と、各サブモジュール7と通信するための通信回路36と、専用通信路37A,37B,37Cと、データ通信路38とを含む。なお、専用通信路37A,37B,37Cについて、総称する場合または不特定のものを示す場合、専用通信路37と記載する。
実施の形態1によると、系統事故等による過電流検出時における各サブモジュール7の動作の停止をより高速化でき、各サブモジュール7を適切に保護できる。また、各サブモジュール7の制御機能に関して、制御装置30が発行する同期信号を速やかに各サブモジュール7に伝達できるため、高速制御応答が可能となる。
図4で説明したように、制御装置30は、各中継装置32とリング型のネットワークで接続されている。リング型接続の場合、通信フレーム51は、複数の中継装置32を経由しながら送信される。そのため、制御装置30からある中継装置32に通信フレーム51が到達する時間と、制御装置30から他の中継装置32に通信フレーム51が到達する時間とは異なる。すなわち、各中継装置32間において、通信フレーム51に含まれる同期指令の到達時間にも差が生じる。
実施の形態2によると、制御装置30と各中継装置32とがリング型のネットワークで接続されている場合であっても、同期指令が各サブモジュール7に到達する時間をできるだけ短くすることができる。これにより、各サブモジュール7間において、同期指令の到達時間差を低減でき、同期タイミングのジッタを抑えることができる。
上述した実施の形態では、電力変換装置1が複数の中継装置32を含む構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、電力変換装置1が1つの中継装置32を含む構成であってもよい。この場合、制御装置30および保護装置31の各々と、中継装置32とは、ポイントツーポイント型のネットワークを介して接続される。
Claims (9)
- 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保護するための保護指令を生成する保護装置と、
前記保護指令を各前記サブモジュールに出力する少なくとも1つの中継装置とを備え、
前記保護指令は、各前記サブモジュールの動作を停止させるための停止指令を含み、
前記中継装置は、
前記保護装置と通信するための第1の通信回路と、
前記電力変換回路部と通信するための第2の通信回路とを含み、
前記第1の通信回路は、第1の通信路を介して、前記停止指令を前記第2の通信回路に送信し、第2の通信路を介して、前記停止指令とは異なる他の情報を前記第2の通信回路に送信し、
前記第1の通信回路および前記第2の通信回路間における、前記第1の通信路を介した通信の通信速度は、前記第1の通信回路および前記第2の通信回路間における、前記第2の通信路を介した通信の通信速度よりも速く、
前記第2の通信回路は、
前記第1の通信路を介して前記第1の通信回路から受信した前記停止指令と、前記第2の通信路を介して前記第1の通信回路から受信した前記他の情報とを内部メモリに格納し、
予め定められた周期で、前記内部メモリに格納された最新の前記停止指令および前記他の情報を含む通信フレームを各前記サブモジュールに送信する、電力変換装置。 - 各前記サブモジュールを運転制御するための制御指令を生成する制御装置をさらに備え、
前記制御指令は、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、
前記第1の通信回路は、前記制御装置と通信するようにさらに構成されており、
前記第1の通信回路は、前記第1の通信路を介して、前記同期指令を前記第2の通信回路に送信し、
前記第2の通信回路は、前記第1の通信路を介して前記第1の通信回路から受信した前記同期指令を前記内部メモリにさらに格納し、
前記通信フレームは、前記内部メモリに格納された最新の前記同期指令をさらに含む、請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御装置および前記保護装置の各々は、リング型のネットワークを介して、複数の前記中継装置に接続されている、請求項2に記載の電力変換装置。
- 前記中継装置は、スター型のネットワークを介して、前記複数のサブモジュールのうち
の予め定められた数のサブモジュールと接続されている、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。 - 前記制御装置は、前記制御指令のうちの前記同期指令以外の他の指令を含む第1の通信フレームと、前記制御指令のうちの前記同期指令を含む第2の通信フレームとを複数の前記中継装置に送信する、請求項3に記載の電力変換装置。
- 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、
前記他の指令は、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含む、請求項5に記載の電力変換装置。 - 前記制御装置は、前記第1の通信フレームを複数の前記中継装置に送信した後に、前記第2の通信フレームを複数の前記中継装置に送信する、請求項6に記載の電力変換装置。
- 直流回路と交流回路との間で電力変換を行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制御指令を生成する制御装置と、
各前記サブモジュールを保護するための保護指令を生成する保護装置と、
前記保護指令および前記制御指令を各前記サブモジュールに出力する複数の中継装置とを備え、
前記保護指令は、各前記サブモジュールの動作を停止させるための停止指令を含み、
前記制御指令は、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、
前記制御装置は、リング型のネットワークを介して、前記複数の中継装置に接続されており、
各前記中継装置は、スター型のネットワークを介して、前記複数のサブモジュールのうちの予め定められた数のサブモジュールと接続されており、
前記制御装置は、前記制御指令のうちの前記同期指令以外の他の指令を含む第1の通信フレームと、前記制御指令のうちの前記同期指令を含む第2の通信フレームとを複数の前記中継装置に送信し、
前記各前記中継装置は、
前記制御装置および前記保護装置と通信するための第1の通信回路と、
前記電力変換回路部と通信するための第2の通信回路とを含み、
前記第1の通信回路は、第1の通信路を介して、前記停止指令および前記同期指令を前記第2の通信回路に送信し、第2の通信路を介して、前記他の指令を前記第2の通信回路に送信し、
前記第1の通信回路および前記第2の通信回路間における、前記第1の通信路を介した通信の通信速度は、前記第1の通信回路および前記第2の通信回路間における、前記第2の通信路を介した通信の通信速度よりも速く、
前記第2の通信回路は、
前記第1の通信路を介して前記第1の通信回路から受信した前記停止指令および前記同期指令と、前記第2の通信路を介して前記第1の通信回路から受信した前記他の指令とを内部メモリに格納し、
予め定められた周期で、前記内部メモリに格納された最新の前記停止指令、前記同期指令および前記他の指令を含む通信フレームを各前記サブモジュールに送信する、電力変換装置。 - 直流回路と交流回路との間で電力変換を行う電力変換装置において用いられる通信方法であって、
前記電力変換装置は、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、各前記サブモジュールを保護するための保護指令を生成する保護装置と、前記保護指令を各前記サブモジュールに出力する少なくとも1つの中継装置とを備え、
前記保護指令は、各前記サブモジュールの動作を停止させるための停止指令を含み、
前記中継装置は、前記保護装置と通信するための第1の通信回路と、前記電力変換回路部と通信するための第2の通信回路とを含み、
前記通信方法は、
前記第1の通信回路が、第1の通信路を介して、前記停止指令を前記第2の通信回路に送信するステップと、
前記第1の通信回路が、第2の通信路を介して、前記停止指令とは異なる他の情報を前記第2の通信回路に送信するステップとを含み、
前記第1の通信回路および前記第2の通信回路間における、前記第1の通信路を介した通信の通信速度は、前記第1の通信回路および前記第2の通信回路間における、前記第2の通信路を介した通信の通信速度よりも速く、
前記第2の通信回路が、前記第1の通信路を介して前記第1の通信回路から受信した前記停止指令と、前記第2の通信路を介して前記第1の通信回路から受信した前記他の情報とを内部メモリに格納するステップと、
前記第2の通信回路が、予め定められた周期で、前記内部メモリに格納された最新の前記停止指令および前記他の情報を含む通信フレームを各前記サブモジュールに送信するステップとをさらに含む、通信方法。
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