JP7320331B2 - 制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、制御装置に関する。

サイリスタなどの他励式のスイッチング素子を用いた他励式電力変換器と、他励式電力変換器の動作を制御する制御装置と、を備えた電力変換装置がある。電力変換装置は、例えば、交流電力を直流電力に変換し、直流電力を交流電力に戻す電力変換システムに用いられている。

電力変換システムは、例えば、直流電力によって送電を行う直流送電（ＨＶＤＣ：High Voltage Direct Current）、周波数の変換を行う周波数変換器（ＦＣ：Frequency Converter）、あるいは周波数の変換を行うことなく２つの交流電力系統を連系させるＢＴＢ（Back-To-Back）などに用いられている。

制御装置は、制御回路と駆動回路とを有する。制御回路は、他励式のスイッチング素子の点弧を制御するための制御信号を駆動回路に入力する。駆動回路は、入力された制御信号を基に、他励式のスイッチング素子を点弧させる駆動パルスを生成し、駆動パルスを他励式電力変換器に入力する。これにより、制御装置は、他励式電力変換器による電力の変換を制御する。

こうした制御装置において、制御回路と駆動回路とをそれぞれ冗長化することが行われている。例えば、２台の制御回路が、２台の駆動回路のそれぞれに対して制御信号を入力する。２台の駆動回路は、２台の制御回路の少なくとも一方から入力された制御信号を基に、駆動パルスを生成する。そして、２台の駆動回路のそれぞれが、駆動パルスを他励式電力変換器に入力する。これにより、１台の制御回路及び駆動回路が故障した際などにも、もう１台の制御回路及び駆動回路で運転を継続することができ、電力変換装置の運転継続性を高めることができる。

しかしながら、このように制御回路及び駆動回路を冗長化させた制御装置では、同じ相に接続されている高圧側のスイッチング素子と低圧側のスイッチング素子とを同時に導通状態とするバイパスペア（以下、「ＢＰＰ」と称す）の動作を正常に行うことができない場合があった。

制御装置は、電力変換システムの停止操作を行う場合や、電力変換システムに異常が検出され、保護停止を行う場合などに、ＢＰＰ動作を行う。これにより、直流回路と交流回路との切り離しを行うことができる。ＢＰＰ動作時にＢＰＰ相への転流をスムーズに行うためには、現在の導通相に対して適切なＢＰＰ相を選択する必要がある。この際、冗長化した制御装置では、タイミングのずれなどにより、複数台の制御回路間において、異なるＢＰＰ相を選択してしまう場合がある。駆動回路では、ＢＰＰ動作の制御信号を先着優先で選択する。このため、駆動回路では、いずれの制御回路から出力されたＢＰＰ動作の制御信号も選択してしまう可能性がある。この結果、複数の駆動回路間で異なるＢＰＰ相を選択するといった選択状態が発生してしまう。例えば、６相のサイリスタブリッジに対して、ＵＸ相とＶＹ相の４相に駆動パルスを出力してしまう可能性がある。

このため、他励式電力変換器の動作を制御する制御装置においては、制御回路及び駆動回路を冗長化させた場合においても、ＢＰＰ動作をより安定して行えるようにすることが望まれる。

特開平４－１５０７７６号公報 特開平５－４９１６２号公報

実施形態は、制御回路及び駆動回路を冗長化させた場合においても、バイパスペア動作をより安定して行うことができる他励式電力変換器の制御装置を提供する。

実施形態に係る制御装置は、ブリッジ接続された複数のスイッチ部を有する他励式電力変換器による電力の変換を制御する制御装置であって、前記複数のスイッチ部の導通を制御するための制御信号を生成する複数の制御回路と、前記複数の制御回路のいずれかから入力された前記制御信号を基に、前記複数のスイッチ部を導通させる駆動パルスを生成し、前記駆動パルスを前記複数のスイッチ部に入力する複数の駆動回路と、を備え、前記複数の制御回路のいずれか１つ及び前記複数の駆動回路のいずれか１つで運転の継続を可能とし、前記複数の制御回路は、前記複数のスイッチ部のうちの同じ相に接続されている高圧側のスイッチ部と低圧側のスイッチ部とを同時に導通状態とするバイパスペア動作の実行を指示するバイパスペア指令が入力された際に、最後に出力した前記制御信号を基に、前記複数のスイッチ部のうちの導通相のスイッチ部を選択し、前記導通相のスイッチ部を基に、前記バイパスペア動作を行うスイッチ部を選択し、前記バイパスペア動作を行うスイッチ部に対する前記制御信号を前記複数の駆動回路に入力する動作を行うとともに、前記他励式電力変換器による電力の変換を制御する通常動作において、前記制御信号の出力のタイミングから所定期間の間を、前記バイパスペア指令が入力された際にも前記導通相のスイッチ部の選択を禁止する選択禁止期間とする。

本実施形態では、制御回路及び駆動回路を冗長化させた場合においても、バイパスペア動作をより安定して行うことができる他励式電力変換器の制御装置が提供される。

第１の実施形態に係る電力変換システムを模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る第１電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 第１の実施形態に係る第１制御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。 第２の実施形態に係る第１電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る第１制御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。 第３の実施形態に係る第１制御装置を模式的に表すブロック図である。

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。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換システムを模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力変換システム１０は、第１電力変換装置１１（電力変換装置）と、第２電力変換装置１２（電力変換装置）と、直流回路１４と、を備える。第１電力変換装置１１は、第１他励式電力変換器２１（他励式電力変換器）と、第１制御装置３１（制御装置）と、を備える。第２電力変換装置１２は、第２他励式電力変換器２２（他励式電力変換器）と、第２制御装置３２（制御装置）と、を備える。

直流回路１４は、第１電力変換装置１１と第２電力変換装置１２との間に設けられる。直流回路１４は、より詳しくは、第１他励式電力変換器２１と第２他励式電力変換器２２との間に設けられる。直流回路１４は、第１他励式電力変換器２１と第２他励式電力変換器２２とを接続する。

第１他励式電力変換器２１は、第１交流電力系統２ａと直流回路１４とに接続されている。第２他励式電力変換器２２は、第２交流電力系統２ｂと直流回路１４とに接続されている。すなわち、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２は、直流回路１４を介して互いに接続されている。

第１他励式電力変換器２１は、第１交流電力系統２ａから供給された交流電力を直流電力に変換し、直流電力を直流回路１４に供給する。第２他励式電力変換器２２は、直流回路１４から供給された直流電力を交流電力に変換し、交流電力を第２交流電力系統２ｂに供給する。

各交流電力系統２ａ、２ｂの交流電力は、例えば、三相交流電力である。各他励式電力変換器２１、２２は、例えば、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。各交流電力系統２ａ、２ｂの交流電力は、単相交流電力などでもよい。

このように、電力変換システム１０では、第１交流電力系統２ａの交流電力を直流電力に変換し、再び交流電力に戻して第２交流電力系統２ｂに供給する。また、電力変換システム１０では、上記とは反対に、第２交流電力系統２ｂ側から第１交流電力系統２ａ側に電力を供給することもできる。換言すれば、電力変換システム１０は、各他励式電力変換器２１、２２を介して各交流電力系統２ａ、２ｂを連系させる。但し、電力を供給する方向は、第１他励式電力変換器２１から第２他励式電力変換器２２、あるいは第２他励式電力変換器２２から第１他励式電力変換器２１への一方向のみでもよい。

直流回路１４は、正側直流母線１４ｐと、負側直流母線１４ｎと、直流リアクトル１４ｘと、直流リアクトル１４ｙと、を有する。直流リアクトル１４ｘと直流リアクトル１４ｙは、正側直流母線１４ｐに設けられている。

電力変換システム１０は、例えば、直流送電に用いられる。この場合、正側直流母線１４ｐは、例えば、海底ケーブルなどの直流ケーブルである。負側直流母線１４ｎは、ケーブル帰路でもよいし、大地帰路や海水帰路などでもよい。すなわち、負側直流母線１４ｎは、必要に応じて設けられ、省略可能である。直流リアクトル１４ｘ、１４ｙは、例えば、正側直流母線１４ｐに設けられ、正側直流母線１４ｐ（直流回路１４）に流れる電流の高調波を抑制する。

電力変換システム１０は、送電ケーブルなどを介することなく、第１他励式電力変換器２１の直流側と第２他励式電力変換器２２の直流側とを直接的に接続する周波数変換器やＢＴＢなどでもよい。この場合には、例えば、第１他励式電力変換器２１の直流側と第２他励式電力変換器２２の直流側とを接続するブスバーなどの配線部材を直流回路１４とすればよい。この場合には、直流リアクトル１４ｘ、１４ｙのいずれかは、省略可能である。直流リアクトル１４ｘ、１４ｙのいずれかは、直流回路１４において必要に応じて設ければよい。

第１制御装置３１は、信号線４１を介して第１他励式電力変換器２１に接続されている。第１制御装置３１は、第１他励式電力変換器２１による電力の変換を制御する。第１他励式電力変換器２１は、例えば、ブリッジ接続された複数のスイッチ部を有する。各スイッチ部は、他励式のスイッチング素子を有する。第１制御装置３１は、例えば、信号線４１を介して第１他励式電力変換器２１の各スイッチ部に接続され、各スイッチ部に駆動パルスを入力することにより、各スイッチ部に設けられたスイッチング素子のオンタイミングを制御する。このように、第１制御装置３１は、第１他励式電力変換器２１の各スイッチ部のスイッチング素子のオンタイミングを制御することにより、第１他励式電力変換器２１による電力の変換を制御する。

また、第１制御装置３１は、第１他励式電力変換器２１から制御に必要となる各種のデータ（フィードバック値）を取得する。第１制御装置３１は、例えば、第１交流電力系統２ａの各相の交流電圧値、直流回路１４の直流電圧値、及び、直流回路１４の直流電流値などを電力変換システム１０内の測定器から取得する。

第２制御装置３２は、信号線４２を介して第２他励式電力変換器２２に接続されている。第２制御装置３２は、第１制御装置３１と同様に、第２他励式電力変換器２２から各種のデータを取得し、第２他励式電力変換器２２の各スイッチ部のスイッチング素子のオンタイミングを制御することにより、第２他励式電力変換器２２による電力の変換を制御する。

第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、ネットワーク４４などを介して互いに接続されている。第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、互いに通信を行うことにより、第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２の動作を協調して制御する。第１制御装置３１及び第２制御装置３２は、例えば、第１他励式電力変換器２１又は第２他励式電力変換器２２に故障が発生した場合に、協調を取りながら第１他励式電力変換器２１及び第２他励式電力変換器２２を保護停止させる。

第２電力変換装置１２の構成は、第１電力変換装置１１の構成と実質的に同じとすることができる。従って、以下では、第１電力変換装置１１の構成について説明し、第２電力変換装置１２の構成の説明については省略する。なお、電力変換システム１０において、第２電力変換装置１２の構成は、必ずしも第１電力変換装置１１の構成と同一でなくてもよい。第２電力変換装置１２の構成は、電力変換システム１０の動作を実現可能な範囲において、第１電力変換装置１１の構成と異なっていてもよい。

図２は、第１の実施形態に係る第１電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図２に表したように、第１電力変換装置１１の第１他励式電力変換器２１は、三相ブリッジ接続された６つのスイッチ部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗ、５１ｘ、５１ｙ、５１ｚを有する。以下では、便宜的に、各スイッチ部５１ｕ、５１ｖ、５１ｗ、５１ｘ、５１ｙ、５１ｚをまとめて称す場合に、「スイッチ部５１」と称す。また、以下では、スイッチ部５１ｕをＵ相、スイッチ部５１ｖをＶ相、スイッチ部５１ｗをＷ相、スイッチ部５１ｘをＸ相、スイッチ部５１ｙをＹ相、スイッチ部５１ｚをＺ相とそれぞれ称す場合もある。

各スイッチ部５１は、他励式のスイッチング素子５１ｓを有する。スイッチング素子５１ｓには、例えば、サイリスタなどが用いられる。スイッチ部５１は、例えば、直列に接続された複数のスイッチング素子５１ｓを有する。各スイッチ部５１は、例えば、サイリスタバルブである。この例において、第１他励式電力変換器２１は、６相サイリスタブリッジである。但し、第１他励式電力変換器２１は、これに限ることなく、例えば、１２相サイリスタブリッジなどでもよい。

第１制御装置３１は、第１制御回路６１と、第２制御回路６２と、第１駆動回路７１と、第２駆動回路７２と、を有する。第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、第１他励式電力変換器２１に設けられた複数のスイッチ部５１の導通を制御するための制御信号を生成し、生成した制御信号を第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２のそれぞれに入力する。換言すれば、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、第１他励式電力変換器２１の各スイッチ部５１に設けられた他励式のスイッチング素子５１ｓの点弧を制御するための制御信号を生成する。制御信号は、例えば、パルス状の信号である。制御信号は、位相制御パルスなどと呼ばれる場合もある。

第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、例えば、第１交流電力系統２ａの交流電圧の電圧位相などを基に、各スイッチ部５１のオンタイミングを制御する。第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、第１他励式電力変換器２１による電力の変換を制御する通常動作においては、例えば、第１交流電力系統２ａの電圧位相を基に、スイッチ部５１ｕ→スイッチ部５１ｚ→スイッチ部５１ｖ→スイッチ部５１ｘ→スイッチ部５１ｗ→スイッチ部５１ｙの順に各スイッチ部５１を導通させるとともに、これを繰り返すように制御信号を生成する。また、各スイッチ部５１のオンタイミングは制御角とも呼ばれる。第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、各スイッチ部５１の制御角を制御することにより、直流回路１４に印加される直流電圧の電圧値または直流電流の電流値を制御する。

第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、それぞれ信号線４１を介して各スイッチ部５１と接続されている。第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、第１制御回路６１及び第２制御回路６２のいずれかから入力された制御信号を基に、各スイッチ部５１を導通させる駆動パルスを生成し、駆動パルスを各スイッチ部５１に入力する。これにより、第１制御装置３１は、第１他励式電力変換器２１による電力の変換を制御する。

信号線４１は、例えば、光ファイバケーブルである。これにより、第１他励式電力変換器２１と第１制御装置３１とを電気的に絶縁することができる。第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２の生成する駆動パルスは、例えば、光信号である。信号線４１は、例えば、２分岐のライトガイド４１ａを有し、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２のそれぞれから出力される駆動パルスを各スイッチ部５１に入力する。

第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、例えば、第１制御回路６１及び第２制御回路６２のそれぞれから入力される制御信号をＯＲ回路で受ける。これにより、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、第１制御回路６１及び第２制御回路６２の少なくとも一方から入力された制御信号を基に、駆動パルスを生成する。

各スイッチ部５１は、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２のそれぞれから入力される駆動パルスをＯＲ回路で受ける。これにより、各スイッチ部５１は、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２の少なくとも一方から入力された駆動パルスに基づいて点弧する。

このように、第１制御装置３１では、制御回路及び駆動回路を二重化構成としている。これにより、１台の制御回路及び駆動回路が故障した際などにも、もう１台の制御回路及び駆動回路で運転を継続することができ、第１電力変換装置１１の運転継続性を高めることができる。

なお、この例では、２台の制御回路６１、６２及び２台の駆動回路７１、７２を示しているが、第１制御装置３１に設けられる制御回路の台数及び駆動回路の台数は、これに限ることなく、３台以上でもよい。また、駆動回路の台数は、必ずしも制御回路の台数と同じでなくてもよい。駆動回路の台数は、制御回路の台数と異なっていてもよい。

第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、上位装置４に接続されている。上位装置４は、例えば、運転制御装置や保護装置などの第１制御装置３１の上位のコントローラである。上位装置４は、電力変換システム１０の停止操作を行う場合や、電力変換システム１０の異常を検出し、電力変換システム１０の保護停止を行う場合などに、複数のスイッチ部５１のうちの同じ相に接続されている高圧側のスイッチ部５１と低圧側のスイッチ部５１とを同時に導通状態とするＢＰＰ動作の実行を指示するＢＰＰ指令を第１制御装置３１に入力する。なお、ＢＰＰ指令は、上位装置４からに限ることなく、例えば、操作者による操作パネルの操作などに応じて第１制御装置３１に入力してもよいし、各部の電流や電圧の検出値などに基づいて第１制御装置３１内で生成してもよい。

第１制御装置３１は、ＢＰＰ指令を第１制御回路６１及び第２制御回路６２のそれぞれに入力する。第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、ＢＰＰ指令が入力に応じて、同じ相に接続されている高圧側のスイッチ部５１と低圧側のスイッチ部５１とを同時に導通状態とするＢＰＰ動作を実行する。

第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、ＢＰＰ動作の場合、通常動作において導通相のスイッチ部５１の次の次のスイッチ部５１をＢＰＰ相として選択し、そのスイッチ部５１を導通させる制御信号を第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力する動作を行う。導通相のスイッチ部５１は、換言すれば、最後に導通させたスイッチ部５１である。第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、最後に出力した制御信号を基に、導通相のスイッチ部５１を選択する。

例えば、導通相のスイッチ部５１が、スイッチ部５１ｕである場合には、次の次のスイッチ部５１ｖをＢＰＰ相として選択し、スイッチ部５１ｖを導通させる。これにより、スイッチ部５１ｖとスイッチ部５１ｙとのＶＹ相によってＢＰＰの動作を行うことができる。このように、導通中の相をＢＰＰ相に含めることで、ＢＰＰ動作を行うための転流をスムーズに行うことができる。なお、上記は、最後から２番目に出力した制御信号の相をＢＰＰ相として選択する例であるが、これに限ることなく、最後に出力した制御信号の相をＢＰＰ相として選択してもよい。

第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、ＢＰＰ動作の制御信号については、先着優先で受信する。すなわち、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、ＢＰＰ動作の制御信号については、第１制御回路６１及び第２制御回路６２のいずれか一方から先に入力されたＢＰＰ動作の制御信号のみを受信する。第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、受信したＢＰＰ動作の制御信号に基づき、駆動パルスを生成し、対応するスイッチ部５１に入力することにより、第１他励式電力変換器２１をＢＰＰ動作の状態にする。

図３は、第１の実施形態に係る第１制御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。
前述のように、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、ＢＰＰ指令が入力された際に、最後に出力した制御信号を基に、導通相のスイッチ部５１を選択する。この際、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、図３に表したように、通常動作において、制御信号の出力のタイミングから所定期間の間を、ＢＰＰ指令が入力された際にも導通相のスイッチ部５１の選択を禁止する選択禁止期間とする。

図３に表したように、第１制御回路６１の制御信号の出力のタイミングは、第１制御回路６１と第２制御回路６２との間の同期ずれなどにより、第２制御回路６２の制御信号の出力のタイミングと異なってしまう可能性がある。

上記のように選択禁止期間を設定していない場合に、図３に表したように、制御信号の出力のタイミングのずれた期間において、ＢＰＰ指令が入力されると、第１制御回路６１と第２制御回路６２とで異なるＢＰＰ相を選択してしまう。例えば、図３に表した例では、第１制御回路６１が、スイッチ部５１ｕ（Ｕ相）を導通相として選択するのに対し、第２制御回路６２は、スイッチ部５１ｚ（Ｚ相）を導通相として選択する。この結果、第１制御回路６１は、スイッチ部５１ｖ（Ｖ相）を、第２制御回路６２は、スイッチ部５１ｘ（Ｘ相）を、それぞれＢＰＰ相として選択してしまう。

前述のように、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、ＢＰＰ動作の制御信号については、先着優先で受信する。従って、第１制御回路６１及び第２制御回路６２から異なるＢＰＰ動作の制御信号が実質的に同時に第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力された場合には、入力のタイミング次第で、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２が、それぞれ異なるＢＰＰ相の制御信号を受信してしまう可能性が生じる。例えば、第１駆動回路７１が、第１制御回路６１の制御信号を受信し、第２駆動回路７２が、第２制御回路６２の制御信号を受信してしまう可能性が生じる。このように、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２が、それぞれ異なるＢＰＰ相の制御信号を受信してしまうと、正常なＢＰＰ動作を行うことができなくなってしまう。例えば、上記の例では、ＵＸ相とＶＹ相の４相に駆動パルスが出力されることとなり、正常なＢＰＰ動作を行うことができなくなってしまう。

これに対し、本実施形態に係る第１制御装置３１では、第１制御回路６１及び第２制御回路６２が、制御信号の出力のタイミングから所定期間の間を、導通相のスイッチ部５１の選択を禁止する選択禁止期間とする。

例えば、図３に表した例では、第１制御回路６１においては、選択禁止期間の終了した後に、ＢＰＰ指令が入力されている。従って、第１制御回路６１は、ＢＰＰ指令の入力に応じて直後にＢＰＰ動作の制御信号を出力する。一方、第２制御回路６２においては、選択禁止期間中にＢＰＰ指令が入力されている。従って、第２制御回路６２は、ＢＰＰ指令の入力後、選択禁止期間の終了に応じてＢＰＰ動作の制御信号を出力する。換言すれば、第２制御回路６２は、選択禁止期間が終了するまでＢＰＰ動作の制御信号の出力を遅らせる。

これにより、第１制御回路６１及び第２制御回路６２から異なるＢＰＰ動作の制御信号が実質的に同時に第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力されてしまうことを抑制することができる。この例では、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２の先着優先回路により、第１制御回路６１からのＢＰＰ動作の制御信号のみを受信させることができる。

このように、本実施形態に係る第１制御装置３１では、制御回路６１、６２及び駆動回路７１、７２を冗長化させた場合においても、ＢＰＰ動作をより安定して行うことができる。

第１制御回路６１及び第２制御回路６２から異なるＢＰＰ動作の制御信号が実質的に同時に第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力されてしまうことを適切に抑制するためには、選択禁止期間の長さを制御信号の出力のタイミングのずれの長さよりも長くする必要がある。制御信号の出力のタイミングのずれの長さは、例えば、位相角において５°程度である。例えば、第１交流電力系統２ａの系統周波数が５０Ｈｚである場合、２７０μｓ程度である。従って、選択禁止期間の長さは、３００μｓ以上に設定されることが好ましい。これにより、第１制御回路６１及び第２制御回路６２から異なるＢＰＰ動作の制御信号が実質的に同時に第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力されてしまうことを適切に抑制することができる。また、選択禁止期間の長さを過度に長く設定すると、ＢＰＰ動作の遅れにつながるとともに、通常動作における次の制御信号の入力のタイミングに近付いてしまう。従って、選択禁止期間の長さは、５００μｓ以下に設定されることが好ましい。すなわち、選択禁止期間の長さは、３００μｓ以上５００μｓ以下程度に設定することが好適である。選択禁止期間の長さは、通常動作において各スイッチ部５１に制御信号を入力する間隔よりも短いことが好ましい。

また、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、第１制御回路６１及び第２制御回路６２のいずれか一方に故障などが発生し、第１制御回路６１及び第２制御回路６２の他方のみで単独運転している条件下では、選択禁止期間を解除する。例えば、制御回路の台数が３台以上の場合、複数の制御回路は、複数の制御回路のうちのいずれか１つのみで単独運転している条件下では、選択禁止期間を解除する。これにより、単独運転の条件下において、ＢＰＰ動作への移行が、選択禁止期間よって遅れてしまうことを抑制することができる。

（第２の実施形態）
図４は、第２の実施形態に係る第１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、電力変換システム１０ａの第１電力変換装置１１ａでは、第１他励式電力変換器２１の各スイッチ部５１のそれぞれが、他励式のスイッチング素子５１ｓを有するとともに、検出部５１ａを有する。なお、本実施形態において、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

検出部５１ａは、スイッチ部５１の導通状態を検出し、スイッチ部５１の導通状態を表す導通状態信号を信号線４１を介して第１制御装置３１ａに入力する。スイッチ部５１の導通状態とは、より詳しくは、スイッチ部５１に印加される電圧の状態や、スイッチ部５１に流れる電流の状態である。検出部５１ａは、例えば、スイッチ部５１に所定以上の電圧が印加されている時、又はスイッチ部５１に所定以上の電流が流れている時に、スイッチ部５１が導通していると検出する。

第１制御装置３１ａは、各スイッチ部５１の検出部５１ａから入力された導通状態信号を第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力するとともに、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２を介して第１制御回路６１及び第２制御回路６２に入力する。

図５は、第２の実施形態に係る第１制御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５に表したように、この例において、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、ＢＰＰ指令の入力に応じて、導通状態信号を基に、導通相のスイッチ部５１を選択する。すなわち、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、ＢＰＰ指令が入力された際に、導通状態信号が導通状態を表しているスイッチ部５１を導通相のスイッチ部５１として選択する。

この際、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、図５に表したように、通常動作において、導通状態信号が非導通状態から導通状態に切り替わったタイミングから所定期間の間を、ＢＰＰ指令が入力された際にも導通相のスイッチ部５１の選択を禁止する選択禁止期間とする。

図５に表したように、第１制御回路６１の導通状態信号の切り替わりのタイミングは、第１制御回路６１と第２制御回路６２との間の導通状態信号の着信タイミングのずれなどにより、第２制御回路６２の導通状態信号の切り替わりのタイミングと異なってしまう可能性がある。

上記のように選択禁止期間を設定していない場合に、図５に表したように、導通状態信号の切り替わりのタイミングのずれた期間において、ＢＰＰ指令が入力されると、第１制御回路６１と第２制御回路６２とで異なるＢＰＰ相を選択してしまう。例えば、図５に表した例では、第１制御回路６１が、スイッチ部５１ｕ（Ｕ相）を導通相のスイッチ部５１として選択するのに対し、第２制御回路６２は、スイッチ部５１ｚ（Ｚ相）を導通相のスイッチ部５１として選択する。従って、上記の実施形態と同様に、正常なＢＰＰ動作を行うことができなくなってしまう可能性が生じる。

これに対し、本実施形態に係る第１制御装置３１ａでは、第１制御回路６１及び第２制御回路６２が、導通状態信号が非導通状態から導通状態に切り替わったタイミングから所定期間の間を、導通相のスイッチ部５１の選択を禁止する選択禁止期間とする。

例えば、図５に表した例では、第１制御回路６１においては、選択禁止期間の終了した後に、ＢＰＰ指令が入力されている。従って、第１制御回路６１は、ＢＰＰ指令の入力に応じて直後にＢＰＰ動作の制御信号を出力する。一方、第２制御回路６２においては、選択禁止期間中にＢＰＰ指令が入力されている。従って、第２制御回路６２は、ＢＰＰ指令の入力後、選択禁止期間の終了に応じてＢＰＰ動作の制御信号を出力する。換言すれば、第２制御回路６２は、選択禁止期間が終了するまでＢＰＰ動作の制御信号の出力を遅らせる。

これにより、上記第１の実施形態と同様に、第１制御回路６１及び第２制御回路６２から異なるＢＰＰ動作の制御信号が実質的に同時に第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力されてしまうことを抑制することができる。制御回路６１、６２及び駆動回路７１、７２を冗長化させた場合においても、ＢＰＰ動作をより安定して行うことができる。

第１制御回路６１及び第２制御回路６２から異なるＢＰＰ動作の制御信号が実質的に同時に第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力されてしまうことを適切に抑制するためには、選択禁止期間の長さを導通状態信号の切り替わりのタイミングのずれの長さよりも長くする必要がある。導通状態信号の切り替わりのタイミングのずれの長さは、長くても１００μｓ程度である。従って、選択禁止期間の長さは、１００μｓ以上に設定されることが好ましい。選択禁止期間の長さは、例えば、１００μｓ以上５００μｓ以下程度に設定することが好適である。

また、この例においても、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、第１制御回路６１及び第２制御回路６２のいずれか一方に故障などが発生し、第１制御回路６１及び第２制御回路６２の他方のみで単独運転している条件下では、選択禁止期間を解除する。例えば、制御回路の台数が３台以上の場合、複数の制御回路は、複数の制御回路のうちのいずれか１つのみで単独運転している条件下では、選択禁止期間を解除する。これにより、単独運転の条件下において、ＢＰＰ動作への移行が、選択禁止期間よって遅れてしまうことを抑制することができる。

（第３の実施形態）
図６は、第３の実施形態に係る第１制御装置を模式的に表すブロック図である。
図６に表したように、この例の第１制御装置３１ｂでは、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２が、それぞれ選択回路７１ａ、７２ａを有する。なお、第１制御装置３１ｂ以外の構成については、上記第１の実施形態の構成と同様とすることができるから、詳細な説明は省略する。

第１制御装置３１ｂにおいて、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、ＢＰＰ指令の入力に応じて、最後に出力した制御信号又は導通状態信号を基に、導通相のスイッチ部５１を選択するとともに、ＢＰＰ相のスイッチ部５１を選択し、そのスイッチ部５１を点弧させるＢＰＰ動作の制御信号を第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に入力する。この例では、第１制御回路６１及び第２制御回路６２は、導通相のスイッチ部５１の選択の際に、選択禁止期間を設定しない。

選択回路７１ａ、７２ａは、ＢＰＰ動作の制御信号が第１制御回路６１及び第２制御回路６２の一方から入力された際に、ＢＰＰ動作の制御信号の確認期間を設ける。選択回路７１ａ、７２ａは、ＢＰＰ動作の制御信号が入力されたタイミングから所定の期間を確認期間として設定する。選択回路７１ａ、７２ａは、確認期間においては、ＢＰＰ動作の制御信号に基づくスイッチ部５１への駆動パルスの入力を行わない。

選択回路７１ａ、７２ａは、ＢＰＰ動作の制御信号が第１制御回路６１及び第２制御回路６２の一方から入力された後、確認期間中に第１制御回路６１及び第２制御回路６２の他方からＢＰＰ動作の制御信号が入力されなかった場合には、入力されたＢＰＰ動作の制御信号に基づいてスイッチ部５１への駆動パルスの入力を行う。

一方、選択回路７１ａ、７２ａは、ＢＰＰ動作の制御信号が第１制御回路６１及び第２制御回路６２の一方から入力された後、確認期間中に第１制御回路６１及び第２制御回路６２の他方からＢＰＰ動作の制御信号が入力された場合には、遅れ相のＢＰＰ動作の制御信号の選択を行う。遅れ相とは、通常動作において後に導通する相である。

選択回路７１ａ、７２ａは、例えば、ＵＸ相のＢＰＰ動作の制御信号とＶＹ相のＢＰＰ動作の制御信号とが入力された場合には、ＶＹ相のＢＰＰ動作の制御信号を選択する。選択回路７１ａ、７２ａは、例えば、ＶＹ相のＢＰＰ動作の制御信号とＷＺ相のＢＰＰ動作の制御信号とが入力された場合には、ＷＺ相のＢＰＰ動作の制御信号を選択する。選択回路７１ａ、７２ａは、例えば、ＷＺ相のＢＰＰ動作の制御信号とＵＸ相のＢＰＰ動作の制御信号とが入力された場合には、ＵＸ相のＢＰＰ動作の制御信号を選択する。

例えば、図６に表したように、第１制御回路６１からＵＸ相のＢＰＰ動作の制御信号が出力され、第２制御回路６２からＶＹ相のＢＰＰ動作の制御信号が出力され、第１駆動回路７１には第１制御回路６１からの制御信号が先着し、第２駆動回路７２には第２制御回路６２からの制御信号が先着したとする。この場合には、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２のいずれにおいても、遅れ相であるＶＹ相のＢＰＰ動作の制御信号が選択される。

従って、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２のそれぞれで異なるＢＰＰ相を選択してしまうことを抑制することができる。これにより、制御回路６１、６２及び駆動回路７１、７２を冗長化させた場合においても、ＢＰＰ動作をより安定して行うことができる。

なお、制御回路及び駆動回路の台数が３台以上の場合には、複数の駆動回路は、ＢＰＰ動作の制御信号が複数の制御回路のいずれかから入力された際に、ＢＰＰ動作の制御信号が入力されたタイミングから所定の期間を確認期間として設定し、確認期間中に複数の制御回路の別のいずれかからＢＰＰ動作の制御信号が入力されなかった場合には、入力されたＢＰＰ動作の制御信号に基づいてＢＰＰ動作を行うスイッチ部５１に駆動パルスを入力し、確認期間中に複数の制御回路の別のいずれかからＢＰＰ動作の制御信号が入力された場合には、入力された複数の制御信号のうちの遅れ相の制御信号を選択し、遅れ相の制御信号に基づいてＢＰＰ動作を行うスイッチ部５１に駆動パルスを入力するようにすればよい。

第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２のそれぞれで異なるＢＰＰ相を選択してしまうことを適切に抑制するためには、確認期間の長さを第１制御回路６１及び第２制御回路６２のそれぞれから入力される制御信号の入力のタイミングのずれの長さよりも長くする必要がある。制御信号の入力のタイミングのずれの長さは、長くても１００μｓ程度である。従って、確認期間の長さは、１００μｓ以上に設定されることが好ましい。確認期間の長さは、例えば、１００μｓ以上５００μｓ以下程度に設定することが好適である。

なお、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に対して、確認期間内に異なる相のＢＰＰ動作の制御信号が、冗長化された第１制御回路６１及び第２制御回路６２から入力された際に、ＢＰＰ相を選択するルールとしては、進み相を選択する方法と、遅れ相を選択する方法が考えられる。

このうち、進み相を選択する方法については、確認期間の終了前後に第１制御回路６１及び第２制御回路６２からＢＰＰ動作の制御信号が入力された場合に、第１駆動回路７１と第２駆動回路７２との間で選択されるＢＰＰ相が異なる可能性がある。

例えば、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２に対して、第１制御回路６１がＶＹ相のＢＰＰ動作の制御信号を入力し、その確認期間終了前後に第２制御回路６２がＵＸ相のＢＰＰ動作の制御信号を入力する場合を想定する。

第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２がＢＰＰ動作の制御信号を受信するタイミングには、光入出力回路の動作遅れ個体差や、電子部品の動作遅れ個体差などによるずれが存在するため、第１駆動回路７１は、確認期間終了前に第２制御回路６２からのＵＸ相のＢＰＰ動作の制御信号を受信し、第２駆動回路７２は、確認期間終了後に第２制御回路６２からのＵＸ相のＢＰＰ動作の制御信号を受信する可能性がある。

この時、進み相を選択する方法を採用した場合、第２駆動回路７２は、確認期間内に受信した唯一のＢＰＰ動作の制御信号であるＶＹ相を選択するが、第１駆動回路７１は、確認期間内に受信したＢＰＰ動作の制御信号のうち進み相を選択するため、ＵＸ相を選択する。この結果、第１駆動回路７１と第２駆動回路７２との間で選択されるＢＰＰ相が異なることとなる。一方で、遅れ相を選択する方法を採用した場合は、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２ともにＶＹ相を選択するため、第１駆動回路７１と第２駆動回路７２との間で選択されるＢＰＰ相は一致する。

確認期間という十分な時間差をもって、第１制御回路６１及び第２制御回路６２がＢＰＰ動作の制御信号を出力する場合、後から(確認期間分遅れて)ＢＰＰ動作の制御信号を出力する制御回路は、先行してＢＰＰ動作の制御信号を出力した制御回路に対して、同じ相または進み相のＢＰＰ相を選択している。このため、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２では、遅れ相を選択する方法を採用することで、第１駆動回路７１と第２駆動回路７２との間で選択されるＢＰＰ相が不一致となることを回避することができる。

また、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２は、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２のいずれか一方に故障などが発生し、第１駆動回路７１及び第２駆動回路７２の他方のみで単独運転している条件下では、確認期間を解除する。例えば、駆動回路の台数が３台以上の場合、複数の駆動回路は、複数の駆動回路のうちのいずれか１つのみで単独運転している条件下では、確認期間を解除する。これにより、単独運転の条件下において、ＢＰＰ動作への移行が、確認期間よって遅れてしまうことを抑制することができる。

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。

２ａ 第１交流電力系統、 ２ｂ 第２交流電力系統、 ４ 上位装置、 １０、１０ａ 電力変換システム、 １１、１１ａ 第１電力変換装置、 １２ 第２電力変換装置、 １４ 直流回路、 １４ｎ 負側直流母線、 １４ｐ 正側直流母線、 １４ｘ 直流リアクトル、 １４ｙ 直流リアクトル、 ２１ 第１他励式電力変換器、 ２２ 第２他励式電力変換器、 ３１、３１ａ、３１ｂ 第１制御装置、 ３２ 第２制御装置、 ４１ 信号線、 ４１ａ ライトガイド、 ４２ 信号線、 ４４ ネットワーク、 ５１ スイッチ部、 ６１ 第１制御回路、 ６２ 第２制御回路、 ７１ 第１駆動回路、 ７２ 第２駆動回路

Claims (6)

1. ブリッジ接続された複数のスイッチ部を有する他励式電力変換器による電力の変換を制御する制御装置であって、
   前記複数のスイッチ部の導通を制御するための制御信号を生成する複数の制御回路と、
   前記複数の制御回路のいずれかから入力された前記制御信号を基に、前記複数のスイッチ部を導通させる駆動パルスを生成し、前記駆動パルスを前記複数のスイッチ部に入力する複数の駆動回路と、
   を備え、
   前記複数の制御回路のいずれか１つ及び前記複数の駆動回路のいずれか１つで運転の継続を可能とし、
   前記複数の制御回路は、前記複数のスイッチ部のうちの同じ相に接続されている高圧側のスイッチ部と低圧側のスイッチ部とを同時に導通状態とするバイパスペア動作の実行を指示するバイパスペア指令が入力された際に、最後に出力した前記制御信号を基に、前記複数のスイッチ部のうちの導通相のスイッチ部を選択し、前記導通相のスイッチ部を基に、前記バイパスペア動作を行うスイッチ部を選択し、前記バイパスペア動作を行うスイッチ部に対する前記制御信号を前記複数の駆動回路に入力する動作を行うとともに、前記他励式電力変換器による電力の変換を制御する通常動作において、前記制御信号の出力のタイミングから所定期間の間を、前記バイパスペア指令が入力された際にも前記導通相のスイッチ部の選択を禁止する選択禁止期間とする制御装置。
2. 前記複数の制御回路は、前記複数の制御回路のうちのいずれか１つのみで単独運転している条件下では、前記選択禁止期間を解除する請求項１記載の制御装置。
3. ブリッジ接続された複数のスイッチ部を有する他励式電力変換器による電力の変換を制御する制御装置であって、
   前記複数のスイッチ部の導通を制御するための制御信号を生成する複数の制御回路と、
   前記複数の制御回路のいずれかから入力された前記制御信号を基に、前記複数のスイッチ部を導通させる駆動パルスを生成し、前記駆動パルスを前記複数のスイッチ部に入力する複数の駆動回路と、
   を備え、
   前記複数の制御回路のいずれか１つ及び前記複数の駆動回路のいずれか１つで運転の継続を可能とし、
   前記複数の制御回路は、前記複数のスイッチ部の導通状態を表す導通状態信号を前記複数のスイッチ部から受信し、
   前記複数の制御回路は、前記複数のスイッチ部のうちの同じ相に接続されている高圧側のスイッチ部と低圧側のスイッチ部とを同時に導通状態とするバイパスペア動作の実行を指示するバイパスペア指令が入力された際に、前記導通状態信号を基に、前記複数のスイッチ部のうちの導通相のスイッチ部を選択し、前記導通相のスイッチ部を基に、前記バイパスペア動作を行うスイッチ部を選択し、前記バイパスペア動作を行うスイッチ部に対する前記制御信号を前記複数の駆動回路に入力する動作を行うとともに、前記他励式電力変換器による電力の変換を制御する通常動作において、前記導通状態信号が非導通状態から導通状態に切り替わったタイミングから所定期間の間を、前記バイパスペア指令が入力された際にも前記導通相のスイッチ部の選択を禁止する選択禁止期間とする制御装置。
4. 前記複数の制御回路は、前記複数の制御回路のうちのいずれか１つのみで単独運転している条件下では、前記選択禁止期間を解除する請求項３記載の制御装置。
5. ブリッジ接続された複数のスイッチ部を有する他励式電力変換器による電力の変換を制御する制御装置であって、
   前記複数のスイッチ部の導通を制御するための制御信号を生成する複数の制御回路と、
   前記複数の制御回路のいずれかから入力された前記制御信号を基に、前記複数のスイッチ部を導通させる駆動パルスを生成し、前記駆動パルスを前記複数のスイッチ部に入力する複数の駆動回路と、
   を備え、
   前記複数の制御回路のいずれか１つ及び前記複数の駆動回路のいずれか１つで運転の継続を可能とし、
   前記複数の制御回路は、前記複数のスイッチ部のうちの同じ相に接続されている高圧側のスイッチ部と低圧側のスイッチ部とを同時に導通状態とするバイパスペア動作の実行を指示するバイパスペア指令が入力された際に、前記複数のスイッチ部のうちの導通相のスイッチ部を選択し、前記導通相のスイッチ部を基に、前記バイパスペア動作を行うスイッチ部を選択し、前記バイパスペア動作を行うスイッチ部に対する前記制御信号を前記複数の駆動回路に入力する動作を行い、
   前記複数の駆動回路は、前記バイパスペア動作の前記制御信号が前記複数の制御回路のいずれかから入力された際に、前記バイパスペア動作の前記制御信号が入力されたタイミングから所定の期間を確認期間として設定し、前記確認期間中に前記複数の制御回路の別のいずれかから前記バイパスペア動作の前記制御信号が入力されなかった場合には、入力された前記バイパスペア動作の前記制御信号に基づいて前記バイパスペア動作を行うスイッチ部に前記駆動パルスを入力し、前記確認期間中に前記複数の制御回路の別のいずれかから前記バイパスペア動作の前記制御信号が入力された場合には、入力された複数の前記制御信号のうちの遅れ相の前記制御信号を選択し、前記遅れ相の前記制御信号に基づいて前記バイパスペア動作を行うスイッチ部に前記駆動パルスを入力する制御装置。
6. 前記複数の駆動回路は、前記複数の駆動回路のうちのいずれか１つのみで単独運転している条件下では、前記確認期間を解除する請求項５記載の制御装置。

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