WO2020234998A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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arm
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靖則 伊戸
英明 大箸
倫行 今田
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device that converts power between alternating current and direct current.
  • a modular multilevel converter (MMC: Modular Multilevel Converter) is known as a self-excited power converter used in a DC power transmission system.
  • the modular multi-level converter has an upper arm connected to the high potential side DC terminal and a lower arm connected to the low potential side DC terminal for each phase of AC.
  • Each arm is configured by connecting a plurality of submodules in a cascade.
  • Patent Document 1 discloses a power conversion device including a power conversion circuit capable of converting alternating current to direct current or direct current to alternating current.
  • the power conversion circuit has an arm configured by connecting a plurality of unit converters in series.
  • the power converter is connected to a first control device that controls each unit converter in an integrated manner, a plurality of second control devices that are daisy-chained to the first control device, and a second control device. It further includes a third control device that controls each unit converter.
  • Patent Document 1 a central control device and a plurality of intermediate control devices are connected.
  • the communication frame transmitted from the central controller contains the target arm number, and the cell control unit of the intermediate controller owns the carrier when the target arm number 404 and the identification number of the arm to which it belongs are equal. Set the phase to the specified value. Therefore, in order to give a command to all the arms, the communication frame must be transmitted as many times as the number of arms.
  • An object of one aspect of the present disclosure is to provide a power converter capable of transmitting commands to each submodule included in each arm in the shortest possible time.
  • a power conversion device that performs power conversion between a DC circuit and an AC circuit.
  • the power conversion device includes a power conversion circuit unit including a leg circuit for each phase of the AC circuit.
  • the leg circuit includes a first arm and a second arm. Each of the first arm and the second arm contains a plurality of submodules connected in series with each other.
  • the power conversion device includes a host device that controls each submodule included in the power conversion circuit unit, and a plurality of relay devices that relay communication between the host device and each submodule included in the power conversion circuit section. ..
  • the host device is a command information generation unit that generates command information including arm commands for each arm included in the power conversion circuit unit, and communication provided corresponding to each leg circuit or each arm included in the power conversion circuit unit.
  • Each of the plurality of communication control units receives the command information transmitted from the command information generation unit, extracts the arm command corresponding to the communication control unit from the command information, and has a leg circuit corresponding to the communication control unit.
  • a communication frame containing the extracted arm command is transmitted to at least one relay device connected to each submodule included in the arm.
  • FIG. 1 It is a schematic block diagram of a power conversion apparatus. It is a circuit diagram which shows an example of the submodule which constitutes each leg circuit of FIG. It is a block diagram which shows the schematic structure of the command generator. It is a figure for demonstrating the transmission method of the command information according to Embodiment 1. FIG. It is a figure for demonstrating an example of the generation method of an arm voltage command. It is a figure which shows an example of the network configuration according to Embodiment 1. FIG. It is a figure which shows another example of the network configuration according to Embodiment 1. FIG. It is a figure for demonstrating the processing example of the communication frame by the relay device according to Embodiment 1. FIG.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the processing of the communication frame by the relay device according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the data aggregation process according to Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure for demonstrating an example of the processing of the communication frame by the submodule 7 according to Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure for demonstrating another example of processing of a communication frame by a submodule 7 according to Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure for demonstrating the transmission method of the command information according to Embodiment 4.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power conversion device.
  • the power converter 1 is composed of a modular multi-level converter including a plurality of sub modules (corresponding to “SM” in FIG. 1) 7 connected in series with each other. ..
  • the "submodule” is also referred to as a "converter cell” or "unit converter”.
  • the power conversion device 1 performs power conversion between the DC circuit 14 and the AC circuit 12.
  • the power conversion device 1 includes a power conversion circuit unit 2 and a command generation device 3.
  • the power conversion circuit unit 2 includes a plurality of leg circuits 4u connected in parallel between the positive electrode DC terminal (that is, the high potential side DC terminal) Np and the negative electrode DC terminal (that is, the low potential side DC terminal) Nn. , 4v, 4w (hereinafter, also collectively referred to as "leg circuit 4").
  • the leg circuit 4 is provided in each of the plurality of phases constituting the alternating current.
  • the leg circuit 4 is connected between the AC circuit 12 and the DC circuit 14, and performs power conversion between the two circuits.
  • FIG. 1 shows a case where the AC circuit 12 is a three-phase AC system, and three leg circuits 4u, 4v, and 4w are provided corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase, respectively.
  • the AC input terminals Nu, Nv, Nw provided in the leg circuits 4u, 4v, 4w, respectively, are connected to the AC circuit 12 via the interconnection transformer 13.
  • the AC circuit 12 is, for example, an AC power system including an AC power supply and the like.
  • FIG. 1 the connection between the AC input terminals Nv, Nw and the interconnection transformer 13 is not shown for ease of illustration.
  • the high-potential side DC terminal Np and the low-potential side DC terminal Nn commonly connected to each leg circuit 4 are connected to the DC circuit 14.
  • the DC circuit 14 is, for example, a DC terminal of a DC power system or other power conversion device including a DC transmission network or the like.
  • the interconnection transformer 13 of FIG. 1 may be configured to be connected to the AC circuit 12 via an interconnection reactor.
  • the leg circuits 4u, 4v, 4w are provided with primary windings, respectively, and the leg circuits 4u, 4v, 4w are provided via the secondary windings magnetically coupled to the primary windings. May be connected to the interconnection transformer 13 or the interconnection reactor in an alternating current manner.
  • the primary winding may be the following reactors 8A and 8B.
  • leg circuit 4 is electrically (that is, DC or AC) through the connection portion provided in each leg circuit 4u, 4v, 4w such as the AC input terminals Nu, Nv, Nw or the above-mentioned primary winding. It is connected to the AC circuit 12.
  • the leg circuit 4u includes an upper arm 5 from the high potential side DC terminal Np to the AC input terminal Nu, and a lower arm 6 from the low potential side DC terminal Nn to the AC input terminal Nu.
  • the AC input terminal Nu which is the connection point between the upper arm 5 and the lower arm 6, is connected to the interconnection transformer 13.
  • the high potential side DC terminal Np and the low potential side DC terminal Nn are connected to the DC circuit 14. Since the leg circuits 4v and 4w have the same configuration, the leg circuits 4u will be described below as a representative.
  • the upper arm 5 includes a plurality of cascade-connected submodules 7 and a reactor 8A.
  • the plurality of submodules 7 and the reactor 8A are connected in series with each other.
  • the lower arm 6 includes a plurality of cascaded submodules 7 and a reactor 8B.
  • the plurality of submodules 7 and the reactor 8B are connected in series with each other.
  • the position where the reactor 8A is inserted may be any position of the upper arm 5 of the leg circuit 4u, and the position where the reactor 8B is inserted may be any position of the lower arm 6 of the leg circuit 4u. Good.
  • the inductance values of each reactor may be different from each other. Only the reactor 8A of the upper arm 5 or only the reactor 8B of the lower arm 6 may be provided.
  • Reactors 8A and 8B are provided so that the accident current does not suddenly increase in the event of an accident such as an AC circuit 12 or a DC circuit 14.
  • the inductance values of the reactors 8A and 8B are made excessive, there arises a problem that the efficiency of the power converter is lowered. Therefore, in the event of an accident, it is preferable to stop (that is, turn off) all the switching elements of each submodule 7 in the shortest possible time.
  • the power conversion device 1 includes an AC voltage detector 10, an AC current detector 16, and DC voltage detectors 11A and 11B as each detector for measuring the amount of electricity (for example, current, voltage, etc.) used for control. And arm current detectors 9A and 9B provided in each leg circuit 4.
  • the signals detected by these detectors are input to the command generator 3.
  • the command generator 3 outputs operation commands 15pu, 15nu, 15pv, 15nv, 15pw, and 15nw for controlling the operation state of each submodule 7 based on these detection signals. Further, the command generator 3 receives information 17 from each submodule 7.
  • the information 17 is internal information of the sub-module 7, and includes a voltage value of the capacitor 24 of the sub-module 7, state information indicating the state of the sub-module 7, and the like.
  • the operation commands 15pu, 15nu, 15pv, 15nv, 15pw, 15nw are U-phase upper arm, U-phase lower arm, V-phase upper arm, V-phase lower arm, W-phase upper arm, and W-phase. It is generated corresponding to each lower arm.
  • the operation command 15pu, 15nu, 15pv, 15nv, 15pw, 15nw will be referred to as the operation command 15 when they are generically or arbitrarily indicated.
  • the AC voltage detector 10 detects the U-phase AC voltage value Vacu, the V-phase AC voltage value Vacv, and the W-phase AC voltage value Vacw of the AC circuit 12.
  • the AC current detector 16 detects the U-phase AC current value Iacu, the V-phase AC current value Iacv, and the W-phase AC current value Iacw of the AC circuit 12.
  • the DC voltage detector 11A detects the DC voltage value Vdcp of the high potential side DC terminal Np connected to the DC circuit 14.
  • the DC voltage detector 11B detects the DC voltage value Vdcn of the low potential side DC terminal Nn connected to the DC circuit 14.
  • the arm current detectors 9A and 9B provided in the leg circuit 4u for the U phase detect the upper arm current Ipu flowing through the upper arm 5 and the lower arm current Inu flowing through the lower arm 6, respectively.
  • the arm current detectors 9A and 9B provided in the V-phase leg circuit 4v detect the upper arm current Ipv and the lower arm current Inv, respectively.
  • the arm current detectors 9A and 9B provided in the leg circuit 4w for the W phase detect the upper arm current Ipw and the lower arm current Inw, respectively.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of submodules constituting each leg circuit of FIG.
  • the submodule 7 includes a half-bridge type conversion circuit 25, a capacitor 24 as an energy storage device, a gate control unit 21, a voltage detection unit 27, and a transmission / reception unit 28.
  • the gate control unit 21, the voltage detection unit 27, and the transmission / reception unit 28 may be configured by a dedicated circuit, or may be configured by using an FPGA (Field Programmable Gate Array) or the like.
  • FPGA Field Programmable Gate Array
  • the conversion circuit 25 includes switching elements 22A and 22B connected in series with each other and diodes 23A and 23B.
  • the diodes 23A and 23B are connected to the switching elements 22A and 22B in antiparallel (that is, in parallel and in the antibias direction), respectively.
  • the capacitor 24 is connected in parallel with the series connection circuit of the switching elements 22A and 22B, and holds a DC voltage.
  • the connection nodes of the switching elements 22A and 22B are connected to the input / output terminals 26P on the high potential side.
  • the connection node between the switching element 22B and the capacitor 24 is connected to the input / output terminal 26N on the low potential side.
  • the gate control unit 21 operates in accordance with the operation command 15 received from the command generator 3 of FIG. During normal operation (that is, when a zero voltage or a positive voltage is output between the input / output terminals 26P and 26N), the gate control unit 21 turns one of the switching elements 22A and 22B on and the other off. Control so that When the switching element 22A is in the ON state and the switching element 22B is in the OFF state, a voltage between both ends of the capacitor 24 is applied between the input / output terminals 26P and 26N. When the switching element 22A is in the off state and the switching element 22B is in the on state, the voltage between the input / output terminals 26P and 26N is 0V.
  • the sub-module 7 outputs a zero voltage or a positive voltage depending on the voltage of the capacitor 24 by alternately turning on the switching elements 22A and 22B.
  • the voltage detection unit 27 detects the voltage between 24P and 24N across the capacitor 24.
  • the transmission / reception unit 28 transmits the operation command 15 received from the command generator 3 of FIG. 1 to the gate control unit 21, and the voltage of the capacitor 24 detected by the voltage detection unit 27 (hereinafter, also simply referred to as “capacitor voltage”).
  • Information 17 including.) Is transmitted to the command generator 3.
  • each switching element 22A and 22B a self-extinguishing type switching element capable of controlling both on operation and off operation is used.
  • the switching elements 22A and 22B are, for example, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a GCT (Gate Commutated Turn-off thyristor).
  • the configuration of the submodule 7 described above is an example, and submodules 7 having other configurations may be applied to the present embodiment.
  • the sub-module 7 may be configured by using a full-bridge type conversion circuit or a three-quarter bridge type conversion circuit.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of the command generator.
  • the command generation device 3 includes a control device 101, a protection device 102, and a relay device group 320 composed of a plurality of relay devices.
  • Each of the control device 101 and the protection device 102 corresponds to a higher-level device of each relay device included in the relay device group 320.
  • Each relay device relays communication between the host device and each submodule 7 included in the power conversion circuit unit 2.
  • FIG. 3 only the U-phase leg circuit 4u of the power conversion circuit unit 2 of FIG. 1 is typically shown, but the same applies to the other leg circuits 4v and 4w.
  • the control device 101 is a device that controls the operation of each submodule 7.
  • the control device 101 includes AC voltage values Vac, Vacv, Vacw (hereinafter, also collectively referred to as “AC voltage value Vac”) and AC current values Iacu, Iacv, Iacw (hereinafter, ““ AC voltage value Vac ”) detected by each detector in FIG.
  • AC current value Iac AC current value
  • DC voltage values Vdcp, Vdcn upper arm currents Ipu, Ipv, Ipw
  • lower arm currents Inu, Inv, Inw hereinafter, it is also collectively referred to as “lower arm current In”
  • receives inputs of the capacitor voltage Vcap receives inputs of the capacitor voltage Vcap.
  • the capacitor voltage Vcap is the average of the voltage values of the capacitors 24 detected in each submodule 7 for each arm circuit.
  • the control device 101 generates a control command for operating and controlling each submodule 7 in a normal operation control period for each period T1 (for example, 86.8 ⁇ s) based on each received detection value.
  • the generated control command is output to the relay device group 320.
  • Control commands include voltage commands, current commands, etc.
  • the voltage command is, for example, the output voltage command value of the upper arm 5 and the output voltage command value of the lower arm 6 in each of the leg circuits 4u, 4v, 4w.
  • the current command is, for example, the output current command value of the upper arm 5 and the output current command value of the lower arm 6 in each of the leg circuits 4u, 4v, 4w.
  • the control device 101 typically includes an auxiliary transformer, an AD (Analog to Digital) conversion unit, a calculation unit, and the like as a hardware configuration.
  • the arithmetic unit includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory).
  • the AD conversion unit includes an analog filter, a sample hold circuit, a multiplexer, and the like.
  • the control device 101 may be composed of, for example, a digital protection control device.
  • the protection device 102 is a device that protects each sub-module 7. When at least one of the arm currents exceeds the threshold value, the protection device 102 generates a protection command including a stop command for stopping the operation of each submodule 7, and sends the protection command to each relay device 32. Send to. On the other hand, the protection device 102 does not generate a protection command when all the arm currents are less than the threshold value, or generates a protection command including a normal command for operating each submodule 7 based on the control command. You may. The protection device 102 transmits a protection command every cycle T2 (for example, several ⁇ s).
  • the relay device group 320 receives a control command from the control device 101 and receives a protection command from the protection device 102.
  • the relay device group 320 outputs an operation command 15 including at least one of a control command and a protection command to each submodule 7.
  • Each submodule 7 operates according to the operation command 15.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method of transmitting command information according to the first embodiment.
  • the method of transmitting the control command from the control device 101 to the relay device group 320 and the method of transmitting the protection command from the protection device 102 to the relay device group 320 are the same. Therefore, in the following description, it is assumed that the host device is the control device 101. This also applies to other embodiments.
  • the control device 101 includes a command information generation unit 151 and a plurality of communication control units 153A and 153B (hereinafter, also collectively referred to as “communication control unit 153”). Each of these functions is realized, for example, by the CPU of the control device 101 executing a program stored in the ROM. Some or all of these functions may be configured to be realized by using a dedicated circuit.
  • the command information generation unit 151 generates command information 90 including arm commands for each arm (that is, the upper and lower arms of each phase) included in the power conversion circuit unit 2.
  • the command information 90 corresponds to the control command.
  • the command information 90 includes a common command common to each arm (that is, the upper and lower arms of each phase) included in the power conversion circuit unit 2, and an arm command dedicated to the upper and lower arms of each phase.
  • each arm command is an arm command U_u for the upper arm 5 of the U phase, an arm command U_d for the lower arm 6 of the U phase, an arm command V_u for the upper arm 5 of the V phase, and a lower V phase. It includes an arm command V_d for the arm 6, an arm command W_u for the upper arm 5 of the W phase, and an arm command W_d for the lower arm 6 of the W phase.
  • the common command includes a mode command that specifies the operation mode of each submodule 7 and the total number of each submodule 7 included in the power conversion circuit unit 2.
  • the operation mode includes an activation mode for activating the submodule 7, an operation mode for normal operation of the submodule 7, and a pause mode for temporarily stopping the submodule 7.
  • Each arm command includes an arm voltage command value, an arm current command value, and an arm test command.
  • the arm test command includes a command to start test charging of the capacitor 24 of the sub-module 7 in the arm and a command to stop test charging.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining an example of an arm voltage command generation method.
  • the command information generation unit 151 of the control device 101 has an AC voltage command generation unit 40, a DC voltage command generation unit 41, and a circulating current command generation as a functional configuration for generating an arm voltage command.
  • a unit 42 and an arm voltage command generation unit 44 are included.
  • Each of these functional units is composed of, for example, a feedback controller such as a PID controller (Proportional-Integral-Differential Controller).
  • PID controller Proportional-Integral-Differential Controller
  • the AC voltage command generation unit 40 generates AC voltage command values for each phase based on the AC voltage values Vaku, Vacv, and Vacw and the AC current values Iac, Iacv, and Iacw.
  • the DC voltage command generation unit 41 calculates the DC current value Idc based on the upper arm currents Ipu, Ipv, Ipw and the lower arm currents Inu, Inv, Inw.
  • the DC voltage command generation unit 41 generates a DC voltage command value based on the DC voltage values Vdcp and Vdcn and the DC current value Idc.
  • the circulation current command generation unit 42 calculates the circulation currents Iccu, Iccv, and Iccw flowing in the leg circuits 4u, 4v, and 4w, respectively, based on the upper arm currents Ipu, Ipv, Ipw and the lower arm currents Inu, Inv, and Inw of each phase. To do.
  • the circulating current is a current that circulates between the plurality of leg circuits 4.
  • the circulating current command generation unit 42 calculates the command value of the circulating current of each phase based on the circulating currents Iccu, Iccv, and Iccw of each phase and the capacitor voltage Vcap averaged for each arm circuit.
  • the arm voltage command generation unit 44 generates arm voltage commands Vprefu, Vnrefu, Vprefv, Vnrefv, Vprefw, Vnrefw for the upper arm 5 and the lower arm 6 of each phase by synthesizing each of the above command generation units.
  • the command information generation unit 151 broadcasts the command information 90 to the communication control unit 153 corresponding to each arm.
  • the communication control unit 153 is provided corresponding to each arm. In FIG. 4, for simplification of the illustration, only the communication control unit 153A corresponding to the U-phase upper arm 5 and the communication control unit 153B corresponding to the U-phase lower arm 6 are shown, but they are actually shown.
  • the control device 101 further includes two communication control units 153 for the V-phase upper and lower arms and two communication control units 153 for the W-phase upper and lower arms. Since the functions of the communication control units 153 corresponding to each arm are the same, the functions of the communication control units 153A and 153B for the U phase will be described here.
  • the communication control unit 153A receives the command information 90 transmitted from the command information generation unit 151, and extracts the arm command U_u corresponding to the communication control unit 153A from the command information 90.
  • the communication control unit 153A transmits a communication frame 51A including the extracted arm command U_u to each relay device 32 connected to each submodule 7 in the U phase upper arm corresponding to the communication control unit 153A.
  • the communication control unit 153A includes a selector 31A, a communication frame generation unit 52A, and a plurality of communication ports 34A.
  • the selector 31A selects the arm command U_u corresponding to the selection ID “Uu” set in itself and outputs it to the communication frame generation unit 52A.
  • the slot number on which the board is mounted is set as the selection ID.
  • the selection ID "Uu” is automatically set in the selector 31A of the communication control unit 153A. According to this, it is not necessary to manually set the communication control unit 153, which is expected to have effects such as labor saving of initial setting work and prevention of number setting error.
  • the function of the selector 31A may be implemented by software.
  • the communication frame generation unit 52A extracts a common command from the command information 90, and extracts the arm command U_u selected by the selector 31A.
  • the communication frame generation unit 52A generates a communication frame 51A including command data having a common command and an arm command U_u.
  • the communication frame generation unit 52A transmits the communication frame 51A to each relay device 32 via each communication port 34A.
  • N communication ports 34A (however, an integer of N ⁇ 1) are provided. For convenience, numbers # 1 to # N are assigned to the N communication ports 34A to distinguish them.
  • the communication frame generation unit 52A simultaneously transmits the communication frame 51A to each communication port 34A # 1 to 34A # N.
  • Each communication port 34A # 1 to 34A # N transmits a communication frame 51A to each relay device 32.
  • Each communication control unit 153 is connected to a plurality of relay devices 32 via a ring-type network.
  • four relay devices 32 are connected to each communication port 34 of the communication control unit 153 by a ring-type network.
  • the four relay devices 32 are also referred to as HUBs # 1 to # 4, respectively.
  • Each relay device 32 is connected to a predetermined number of submodules 7 via a star-shaped network. Each relay device 32 takes out the command data included in the communication frame 51A, and transmits the communication frame including the command data to each sub-module 7 connected to the relay device 32.
  • a network between the control device 101, each relay device 32, and each submodule 7 is constructed by combining the ring-type network topology and the star-type network topology.
  • the communication control unit 153B receives the command information 90 transmitted from the command information generation unit 151, and extracts the arm command U_d corresponding to the communication control unit 153B from the command information 90.
  • the communication control unit 153B transmits the communication frame 51B including the extracted arm command U_d to each relay device 32 connected to each sub-module 7 in the U-phase lower arm corresponding to the communication control unit 153B.
  • the communication control unit 153B includes a selector 31B, a communication frame generation unit 52B, and a plurality of communication ports 34B.
  • the selector 31B selects the arm command U_d corresponding to the selection ID “Ud” set in itself and outputs it to the communication frame generation unit 52B.
  • the communication frame generation unit 52B generates a communication frame 51B including a common command and an arm command U_d, and transmits the communication frame 51B to each relay device 32 via each communication port 34B.
  • Each communication port 34B is connected to each relay device 32 by a ring-type network, but the connection relationship is not shown for the sake of facilitation of illustration.
  • the corresponding communication frame is also transmitted to each relay device 32 from the communication control unit 153 for the upper and lower arms of the V phase and the communication control unit 153 for the upper and lower arms of the W phase.
  • each of the plurality of communication control units 153 is included in the arm corresponding to the communication control unit 153 (for example, the U-phase upper arm).
  • a communication frame (for example, communication frame 51A) including an arm command (for example, arm command U_u) for the arm is transmitted to the relay device 32 connected to each sub-module 7.
  • the communication frame is transmitted for each arm, it is not necessary to provide information for designating the arm in the communication frame. Therefore, since the control device 101 can simultaneously transmit the corresponding arm command to the sub-module 7 in each arm, the communication time required for command transmission from the control device 101 can be shortened.
  • FIG. 4 describes a case where the host device is the control device 101.
  • the command information 90 corresponds to the protection command.
  • the common command of the command information 90 includes a stop command for stopping the operation of the submodules 7 of all the arms.
  • Each of the 80 arm commands in the command information includes a stop command to stop the operation of each submodule 7 in the corresponding arm.
  • the arm command U_u generated by the command information generation unit of the protection device 102 includes a stop command for stopping the operation of each submodule 7 in the U-phase upper arm.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of a network configuration according to the first embodiment. Specifically, FIG. 6 shows a network configuration when the number of communication ports N in FIG. 4 is one.
  • the control device 101 includes a communication port 34A for the U-phase upper arm, a communication port 34B for the U-phase lower arm, a communication port 34C for the V-phase upper arm, and a V-phase lower arm.
  • the communication port 34D, the communication port 34E for the W phase upper arm, and the communication port 34F for the W phase lower arm are included.
  • the communication port 34A is ring-connected to the four relay devices 32. Each relay device 32 is star-connected to a plurality of submodules 7.
  • the communication frame 51A output from the communication port 34A is transmitted in the order of the numbers (1), (2), (3), (4), and (5) in parentheses in FIG.
  • the transmission method of the communication frame output from each communication port 34B to 34F is the same as the transmission method of the communication frame output from the communication port 34A.
  • the control device 101 transmits the communication frame 51A to the HUB # 1 via the communication port 34A.
  • HUB # 1 processes the communication frame 51A received from the control device 101 and transmits it to HUB # 2.
  • HUB # 2 processes the communication frame 51A received from HUB # 1 and transmits it to HUB # 3.
  • HUB # 3 processes the communication frame 51A received from HUB # 2 and transmits it to HUB # 4.
  • HUB # 4 processes the communication frame 51A received from HUB # 3 and transmits it to the control device 101.
  • the processing content of the communication frame 51A will be described later.
  • FIG. 7 is a diagram showing another example of the network configuration according to the first embodiment. Specifically, FIG. 7 shows a network configuration when the number of communication ports N in FIG. 4 is two. With reference to FIG. 7, the control device 101 has two communication ports 34A, two communication ports 34B, two communication ports 34C, two communication ports 34D, two communication ports 34E, and two communications. Includes port 34F.
  • Each of the two communication ports 34A is ring-connected to the four relay devices 32.
  • Each relay device 32 is star-connected to a plurality of submodules 7.
  • the communication frame 51A output from each communication port 34A transmits the numbers (1), (2), (3), (4), and (5) in parentheses in FIG. 7 in this order, as in the case of FIG. Will be done.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining an example of processing a communication frame by the relay device according to the first embodiment.
  • the processing of each communication frame transmitted through each communication port of the control device 101 is the same. Therefore, a processing example of the communication frame 51A transmitted from the control device 101 via the communication port 34A will be described.
  • the numbers (1), (2), (3), (4), and (5) in parentheses in FIG. 7 correspond to the numbers in parentheses in FIG.
  • the communication frame 51A transmitted from the control device 101 to HUB # 1 is changed to "communication frame 51A_1"
  • the communication frame 51A transmitted from HUB # 1 to HUB # 2 is changed to "communication frame 51A_2”
  • HUB # 2 to HUB # 3.
  • the transmitted communication frame 51A is referred to as "communication frame 51A_3”
  • the communication frame 51A transmitted from HUB # 3 to HUB # 4 is referred to as "communication frame 51A_4"
  • the communication frame 51A transmitted from HUB # 4 to the control device 101 is referred to as "communication frame 51A_3”.
  • the communication frame 51A_1 has a flag area 81 (corresponding to “flg” in the figure), a header area 82, a payload area 83, and an FCS (Frame Check Sequence) in which error detection information is stored. Includes region 84.
  • Information such as a communication command (corresponding to "cmd” in the figure), a sequence number (corresponding to "seq” in the figure), and a payload length (corresponding to "pl” in the figure) is stored in the header area 82.
  • Command data X including a common command and an arm command U_u is stored in the payload area 83.
  • the HUB # 1 When the HUB # 1 receives the communication frame 51A_1 from the communication control unit 153A connected to itself, the HUB # 1 processes the communication frame 51A_1 to generate the communication frame 51A_2. Specifically, HUB # 1 generates the communication frame 51A_2 by adding the HUB data Y1 to the payload area of the communication frame 51A_1 and updating the payload length and the FCS area 84. HUB # 1 transmits the communication frame 51A_2 to HUB # 2 connected to HUB # 1.
  • HUB # 1 generates HUB data Y1 based on the internal information (hereinafter, also referred to as "SM internal information") received from each submodule 7 connected to the HUB # 1.
  • the HUB data Y1 includes SM internal information received from each submodule 7 and the state information of HUB # 1 (corresponding to the “HUB state” in the figure).
  • the SM internal information includes the capacitor voltage of each submodule 7 (corresponding to "SM # 1 voltage to SM # N voltage” in the figure) and the state information of each submodule 7 ("SM # 1 state to SM" in the figure. Corresponds to "#N state”) and is included.
  • the capacitor voltage of the sub-module 7 is also referred to as “SM voltage”
  • the state information of the sub-module 7 is also referred to as “state information Dsm”
  • state information of the HUB is also referred to as “state information Dh”.
  • the status information Dsm includes operation information indicating the operating status of the submodule 7, failure rank information indicating the degree of failure, and failure type information indicating the type of failure.
  • the operation information of the sub-module 7 includes a start-up bit indicating whether or not it is starting up, a failure bit indicating whether or not it is in failure, and a separation bit dependent on the failure bit indicating the failure state.
  • the separation bit is information indicating whether or not the failed submodule 7 has been separated from the arm.
  • the failure rank information includes information indicating whether or not the submodule 7 can be operated.
  • the operation information may include a control bit indicating whether or not the operation is being controlled, and a stop bit indicating whether or not the operation is being stopped.
  • the state information Dh of HUB # 1 includes operation information indicating the operating state of HUB # 1, failure rank information indicating the degree of failure of HUB # 1, and failure type information indicating the type of failure.
  • the operation information of HUB # 1 includes an operation bit indicating whether it is in normal operation or in failure.
  • the failure rank information includes information indicating whether or not HUB # 1 can be operated.
  • HUB # 2 adds HUB data Y2 to the communication frame 51A_2, updates the payload length and the FCS area 84, and generates the communication frame 51A_3.
  • HUB # 3 adds HUB data Y3 to the communication frame 51A_3, updates the payload length and the FCS area 84, and generates the communication frame 51A_4.
  • the HUB # 4 adds the HUB data Y4 to the communication frame 51A_4 received from the HUB # 3 connected to itself, updates the payload length and the FCS area 84, and generates the communication frame 51A_5.
  • HUB # 4 transmits the communication frame 51A_5 to the control device 101.
  • the HUB data Y2 includes SM internal information received from each submodule 7 connected to the HUB # 2 and the state information of the HUB # 2. The same applies to the HUB data Y3 and Y4. As a result, as shown in FIG. 8, the command data X and the HUB data Y1 to Y4 are stored in the payload area 83 of the communication frame 51A_5. In this way, the communication frame transmitted from the control device 101 is concatenated with a field of HUB data each time it passes through the HUB. Therefore, the communication frames 51A_1 to 51A_5 have different formats.
  • the command data X is transmitted to each relay device 32 for the U phase upper arm, and the HUB data of each relay device 32 is transmitted. Acquisition of Y1 to Y4 is performed.
  • command data can be transmitted to each relay device 32 for other arms and HUB data of each relay device 32 can be acquired. It is done.
  • the transmission of the command data to all the relay devices 32 connected to the control device 101 and the acquisition of the HUB data of all the relay devices 32 are performed at the same time. Therefore, according to the present embodiment, the communication frequency can be reduced and the communication time can be shortened as compared with the method in which the identification numbers of the relay device 32 and the sub-module 7 are designated and individually communicated. Further, the communication frame is automatically expanded according to the number of relay devices 32. For example, even when one relay device 32 is added later, it is not necessary to change the configuration of the communication frame transmitted from the control device 101.
  • FIG. 8 describes the case where the host device is the control device 101.
  • the SM internal information includes the state information Dsm and does not include the SM voltage.
  • the HUB data includes the state information Dsm and the state information Dh. The other points are the same.
  • the command data is transmitted from the higher-level device to the relay device 32 and the HUB data of the relay device 32 is acquired at the same time. Therefore, the communication frequency between the host device and the relay device 32 can be reduced and the communication time can be shortened. Further, since the communication frame is automatically expanded according to the number of relay devices 32, it is not necessary to change the configuration of the communication frame even when the relay device 32 is added later.
  • Embodiment 2 In the first embodiment, a configuration in which HUB data is added to the communication frame when passing through each HUB has been described. In the second embodiment, a configuration will be described in which aggregated data that has been subjected to data aggregation processing when passing through each HUB is added to the communication frame.
  • FIG. 9 is a diagram for explaining the processing of the communication frame by the relay device according to the second embodiment.
  • the numbers (1), (2), (3), (4), and (5) in parentheses in FIG. 9 correspond to the numbers in parentheses in FIG.
  • the communication frame 51A_a1 transmitted from the control device 101 to the HUB # 1 is the same as the communication frame 51A_1 in FIG.
  • the communication frame 51A_a2 transmitted from the HUB # 1 to the HUB # 2 is different from the communication frame 51A_2 in FIG. 8 in the content of the payload area 83.
  • HUB # 1 generates HUB aggregate data Z1 and HUB data Y1a based on SM internal information received from each submodule 7 connected to HUB # 1.
  • HUB # 1 adds HUB aggregate data Z1 and HUB data Y1a to the payload area 83 of the communication frame 51A_a1, updates the payload length and the FCS area 84, and generates the communication frame 51A_a2.
  • the payload area 83 of the communication frame 51A_a2 includes the command data X, the HUB aggregate data Z1, and the HUB data Y1a.
  • the HUB aggregated data Z1 includes an aggregated value of SM voltage, an aggregated value of state information Dsm, and an aggregated value of state information Dh.
  • the HUB data Y1a includes a part of the state information Dsm of the submodule 7 connected to the HUB # 1 and the state information Dh of the HUB # 1. The contents of the HUB aggregate data Z1 and the HUB data Y1a will be described later.
  • HUB # 2 adds HUB data Y2a to the communication frame 51A_a2 and generates HUB aggregated data Z2 which is an updated version of HUB aggregated data Z1. Further, HUB # 2 updates the payload length and the FCS area 84 to generate the communication frame 51A_3a.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the data aggregation process according to the second embodiment.
  • HUB # 2 executes data aggregation processing using the SM internal information of each submodule 7 connected to itself, and generates HUB aggregation data Z1.
  • the SM voltage aggregated value 301 in the HUB aggregated data Z1 is an added value of each SM voltage received from each submodule 7 connected to the HUB # 1.
  • the aggregated value of the state information Dsm in the HUB aggregated data Z1 includes the activation bit aggregation value 303, the activation SM number aggregation value 305, and the failure bit aggregation value 307.
  • the activation bit aggregation value 303 is the logical product of each activation bit received from each submodule 7. For example, if all the submodules 7 connected to HUB # 1 are activated, the logical product is "1", and if at least one submodule 7 is not activated, the logical product is "0". It becomes. From the value of the logical product, it can be determined whether or not all the submodules 7 connected to HUB # 1 are activated.
  • the activation SM number aggregate value 305 is an addition value of each activation bit received from each submodule 7. This added value corresponds to the number of submodules 7 that have been activated among the submodules 7 connected to HUB # 1.
  • the failure bit aggregation value 307 is the logical sum of each failure bit received from each submodule 7. For example, if all the submodules 7 connected to HUB # 1 are not failed, the logical sum is "0", and if at least one submodule 7 is failed, the logical sum is "1". It becomes. From the value of the logical sum, it can be determined whether or not the failed submodule 7 exists in each submodule 7 connected to HUB # 1.
  • the HUB data Y1a includes a part of the state information Dsm and the state information Dh. Specifically, the HUB data Y1a includes a failure bit, a separation bit, a failure rank information, and a failure type information in the state information Dsm of each submodule 7, and a state information Dh of HUB # 1. As described above, since the HUB data Y1a does not include the SM voltage and the start bit of the sub-module 7, the HUB data Y1a has a smaller data size than the HUB data Y1 in FIG.
  • HUB # 2 updates the HUB aggregated data Z1 to generate the HUB aggregated data Z2.
  • the HUB aggregated data Z2 includes the SM voltage aggregated value 301F with the SM voltage aggregated value 301 updated, the activated bit aggregated value 303F with the activated bit aggregated value 303 updated, and the activated SM number aggregated value with the activated SM number aggregated value 305 updated.
  • 305F and the failure bit aggregation value 307F which updated the failure bit aggregation value 307 are included.
  • the SM voltage aggregate value 301F is the sum of the SM voltage aggregate value 301 and each SM voltage received by the HUB # 2.
  • the activation bit aggregation value 303F is a logical product of the activation bit aggregation value 303 and each activation bit received by HUB # 2.
  • the activation SM number aggregation value 305F is an addition value of the activation SM number aggregation value 305 and each activation bit received by HUB # 2.
  • the failure bit aggregation value 307F is the logical sum of the failure bit aggregation value 307 and each failure bit received by HUB # 2.
  • the HUB data Y2a includes a failure bit, a separation bit, a failure rank information, and a failure type information in each state information Dsm received by the HUB # 2, and a state information Dh of the HUB # 2. Since the HUB data Y2a contains only a part of the state information Dsm, the HUB data Y2a has a smaller data size than the HUB data Y2 in FIG.
  • the aggregated value of the state information Dh in the HUB aggregated data Z1 is the operating bit of the HUB # 1. Further, the aggregated value of the state information Dh in the HUB aggregated data Z2 is a logical product of the operating bits of HUB # 1 and the operating bits of HUB # 2.
  • HUB # 3 performs aggregation processing on the HUB aggregated data Z2 of the communication frame 51A_a3, updates it to the HUB aggregated data Z3, adds the HUB data Y3a, and adds the payload length and the FCS area 84. It is updated to generate the communication frame 51A_a4.
  • HUB # 4 performs aggregation processing on the HUB aggregated data Z3 and updates it to the HUB aggregated data Z4, adds the HUB data Y4a to the communication frame 51A_a4, updates the payload length and the FCS area 84, and updates the communication frame 51A_a5.
  • HUB # 4 transmits the communication frame 51A_a5 to the control device 101.
  • the data size of the HUB data Y1a to Y4a in which the individual data of the submodule 7 is stored can be made smaller than the data size of the HUB data Y1 to Y4 in FIG. 8, respectively. That is, the frame lengths of the communication frames 51A_a2 to 51A_a5 can be made shorter than the frame lengths of the communication frames 51A_2 to 51A_5 in FIG. 8, respectively.
  • the time required for one communication can be shortened.
  • the amount of memory and the amount of calculation required by the control device 101 or the protection device 102 can be reduced.
  • it is possible to configure a communication path with a low-speed and inexpensive communication module for example, a communication module of 1 to 2 Gbps class. Further, since the communication time can be shortened even when a large number of submodules 7 are connected, it becomes easy to construct a large-scale HDVC system.
  • Embodiment 3 In the first embodiment, the configuration in which the relay device 32 is connected to each sub-module 7 via a star-type network has been described, but in the third embodiment, the relay device 32 is connected to each sub module via a ring-type network. The configuration connected to the module 7 will be described.
  • FIG. 11 is a diagram showing a network configuration according to the third embodiment.
  • the network configuration of FIG. 11 corresponds to a configuration in which the connection form of the relay device 32 and each submodule 7 in FIG. 6 is changed to a ring type.
  • each communication port 351 to 354 of each relay device 32 is ring-connected to a plurality of submodules 7.
  • numbers # 1 to # 16 are assigned to each submodule to distinguish them from each other.
  • the 16 submodules 7 are also referred to as submodules # 1 to # 16, respectively.
  • the communication port 351 of HUB # 1 is ring-connected to the sub-modules # 1 to # 4, the communication port 352 is ring-connected to the sub-modules # 5 to # 8, and the communication port 353 is ring-connected to the sub-modules # 9 to # 12.
  • the communication port 354 is ring-connected to the submodules # 13 to # 16.
  • the communication frame output from the communication port 351 is transmitted in the order of the numbers (1), (2), (3), (4), and (5) in parentheses in FIG. The same applies to HUB # 2 to # 4.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of processing of a communication frame by the submodule 7 according to the third embodiment.
  • the processing of the communication frame described with reference to FIG. 12 is basically the same as the processing of the communication frame described with reference to FIG. Further, the processing of each communication frame transmitted via each communication port of the relay device 32 is the same. Therefore, here, a processing example of a communication frame transmitted from the communication port 351 will be described.
  • the numbers (1), (2), (3), (4), and (5) in parentheses in FIG. 12 correspond to the numbers in parentheses in FIG.
  • the communication frame 61_1 transmitted from the HUB # 1 to the submodule # 1 includes a flag area 86, a header area 87, a payload area 88, and an FCS area 89.
  • the header area 87 includes information such as a communication command, a sequence number, and a payload length.
  • the payload area 88 includes command data X having a common command and an arm command U_u.
  • Submodule # 1 adds SM data K1 to the payload area of the communication frame 61_1 received from HUB # 1 and updates the payload length and the FCS area 89 to generate the communication frame 61_2.
  • the SM data K1 includes SM internal information of the sub-module # 1.
  • the SM internal information includes the capacitor voltage of the submodule # 1 and the state information Dsm.
  • the sub-module # 2 generates the communication frame 61_3
  • the sub-module # 3 generates the communication frame 61_4
  • the sub-module # 4 generates the communication frame 61_5.
  • Command data X and SM data K1 to K4 are stored in the payload area 88 of the communication frame 61_5.
  • the SM data K2 to K4 include SM internal information of the submodules # 2 to # 4, respectively.
  • the SM data field is linked to the communication frame transmitted from the relay device 32 each time it passes through each submodule 7. Therefore, the communication frames 61_1 to 61_5 have different formats.
  • FIG. 13 is a diagram for explaining another example of processing a communication frame by the submodule 7 according to the third embodiment.
  • the processing of the communication frame described with reference to FIG. 13 is basically the same as the processing of the communication frame described with reference to FIG.
  • a processing example of a communication frame transmitted from the communication port 351 will be described.
  • the communication frame 63_1 transmitted from the HUB # 1 to the submodule # 1 is the same as the communication frame 61_1 in FIG.
  • the communication frame 63_2 transmitted from the sub-module # 1 to the sub-module # 2 is different from the communication frame 61_2 in FIG. 12 in the contents of the payload area 88.
  • the payload area 88 of the communication frame 63_2 includes the command data X, the SM aggregate data Zs1, and the SM data K1a.
  • the SM aggregated data Zs1 is the aggregated value of the SM voltage of the submodule # 1 and the aggregated value of the state information Dsm of the submodule # 1 (for example, the aggregated value of the startup bits, the aggregated value of the number of activated SMs, and the aggregated value of the failed bits). And include.
  • the aggregated value of the SM voltage of the sub-module # 1 is the SM voltage of the sub-module # 1.
  • the start bit aggregate value and the start SM number aggregate value are start bits of submodule # 1.
  • the fault bit aggregate value is the fault bit of submodule # 1.
  • the SM data K1a includes a failure bit, a separation bit, a failure rank information, and a failure type information of the submodule # 1. Since the SM data K1a contains only a part of the state information Dsm, the SM data K1a has a smaller data size than the SM data K1 in FIG.
  • Submodule # 2 performs aggregation processing on SM aggregation data Zs1 and updates it to SM aggregation data Zs2, adds SM data K2a to communication frame 63_2, updates the payload length and FCS area 89, and generates communication frame 63_3. To do.
  • the SM data K2a includes a failure bit, a separation bit, a failure rank information, and a failure type information of the submodule # 2.
  • the SM aggregated data Zs2 includes the aggregated value of the SM voltage of the submodules # 1 and # 2, and the aggregated value of the state information Dsm of the submodules # 1 and # 2 (for example, the activated bit aggregated value and the activated SM number aggregated value). , Failure bit aggregate value) and included.
  • the activation bit aggregation value of the SM aggregation data Zs2 is the logical product of the activation bit aggregation value of the SM aggregation data Zs1 and the activation bit of the submodule # 2.
  • the activation SM number aggregation value of the SM aggregation data Zs2 is an addition value of the activation SM number aggregation value of the SM aggregation data Zs1 and the activation bit of the submodule # 2.
  • the fault bit aggregate value of the SM aggregate data Zs2 is the logical sum of the fault bit aggregate value of the SM aggregate data Zs1 and the fault bit of the submodule # 2.
  • the command data X, the SM aggregated data Zs4, and the SM data Ka1 to Ka4 are stored in the payload area of the communication frame 63_5.
  • Embodiment 4 In the first embodiment, the configuration in which the communication control unit is provided for each arm has been described, but in the fourth embodiment, the configuration in which the communication control unit is provided for each phase of the AC circuit 12 will be described.
  • FIG. 14 is a diagram for explaining a method of transmitting command information according to the fourth embodiment.
  • the control device 101A includes a command information generation unit 151A and a plurality of communication control units 70U, 70V, 70W (hereinafter, also collectively referred to as “communication control unit 70”).
  • the communication control units 70U, 70V, and 70W are communication control units corresponding to the U phase, V phase, and W phase, respectively.
  • the communication control units 70U, 70V, and 70W are communication control units provided corresponding to the leg circuits 4u, 4v, and 4w, respectively.
  • the command information generation unit 151A generates command information 92 for each sub-module 7.
  • the command information 92 corresponds to the control command.
  • the command information 92 includes a common command, an arm command for each arm, and the number of communication ports M.
  • the number of communication ports M is the number of communication ports provided in each communication control unit 153U, 153V, 153W.
  • the command information generation unit 151A broadcasts the command information 92 to the communication control unit 70 corresponding to each phase. Since the functions of the communication control unit 70 corresponding to each phase are the same, the functions of the communication control unit 70U will be described here.
  • the communication control unit 70U receives the command information 92 transmitted from the command information generation unit 151A, and extracts the arm command corresponding to the communication control unit 70U from the command information 92. Specifically, since the communication control unit 70U is a communication control unit corresponding to the U-phase leg circuit 4u, the communication control unit 70U is the arm command U_u for the upper arm 5 of the leg circuit 4u and the leg circuit 4u. The arm command U_d for the lower arm 6 is extracted.
  • the communication control unit 70U transmits a communication frame including the extracted arm command to each relay device connected to each submodule 7 included in the leg circuit 4u. Specifically, the communication control unit 70U transmits the communication frame 53A including the arm command U_u to each relay device 32 connected to each submodule 7 included in the upper arm 5 of the leg circuit 4u. Further, the communication control unit 70U transmits a communication frame 53B including the arm command U_d to each relay device 32 connected to each submodule 7 included in the lower arm 6 of the leg circuit 4u.
  • the communication control unit 70U includes selectors 58A and 58B, communication frame generation units 54A and 54B, and a plurality of communication ports 36A.
  • M communication ports 36A (however, an integer of M ⁇ 2) are provided. For convenience, numbers # 1 to # M are assigned to the M communication ports 36A to distinguish them from each other.
  • the selector 58A uses the selection ID "U" set in itself and half of the plurality of communication ports 36A (for example, the port numbers are # 1 to # M / 2) as communication ports for the upper arm. Based on the information 501 shown, the arm command U_u is selected and output to the communication frame generation unit 54A.
  • the communication frame generation unit 54A generates a communication frame 53A including command data having a common command and an arm command U_u.
  • the communication frame generation unit 54A transmits the communication frame 53A to each relay device 32 via the communication ports 36A having port numbers # 1 to # M / 2.
  • the communication frame generation unit 54A simultaneously transmits the communication frame 53A to each communication port 36A # 1 to 36A # M / 2.
  • Each communication port 36A # 1 to 36A # M / 2 transmits a communication frame 53A to the relay device 32.
  • the selector 58B uses the selection ID “U” set in itself and the other half (for example, the port numbers # (M / 2 + 1) to # M) of the plurality of communication ports 36A as communication ports for the lower arm.
  • the arm command U_d is selected and output to the communication frame generation unit 54B based on the information 502 indicating that the arm command U_d is used.
  • the communication frame generation unit 54B generates a communication frame 53B including command data having a common command and an arm command U_d.
  • the communication frame generation unit 54B transmits the communication frame 53B to each relay device 32 via the communication ports 36A having port numbers # (M / 2 + 1) to # M.
  • each of the plurality of communication control units 70 corresponds to the communication control unit 70 (for example, the leg circuit 4u).
  • Each communication frame (for example, communication frames 53A, 53B) including an arm command (for example, arm command U_u, U_d) for each of the extracted upper and lower arms to the relay device 32 connected to each submodule 7 included in).
  • the configuration in which the command information 92 including the number of communication ports M used in each phase is given to the communication control unit 70 has been described, but the configuration is not limited to this configuration.
  • the number of communication ports M may be stored in advance as a fixed value in each communication control unit 70.
  • each communication control unit 70 issues an arm command for the upper arm via communication ports 36A of port numbers # 1 to # 5.
  • the including communication frame is transmitted, and the communication frame including the arm command for the lower arm is transmitted via the communication ports 36A of the port numbers # 6 to # 10.
  • each relay device 32 connected to one ring-type network is connected to a sub-module 7 in the same arm.
  • the relay device 32 connected to one ring network is connected to the submodule 7 in the upper arm of one phase, and the other relay device 32 connected to the ring network is the phase.
  • the configuration connected to the sub-module 7 in the lower arm will be described.
  • FIG. 15 is a diagram showing a network configuration according to the fifth embodiment.
  • the control device 101B includes a U-phase communication port 40U, a V-phase communication port 40V, and a W-phase communication port 40W.
  • the communication port 40U is ring-connected to HUBs # 1 to # 4.
  • Each of HUBs # 1 and # 2 is star-connected to each submodule 7 for the U-phase upper arm.
  • Each of HUBs # 3 and # 4 is star-connected to each submodule 7 for the U-phase lower arm. The same applies to the V phase and the W phase.
  • the communication frame output from the communication port 40U is transmitted in the order of the numbers (1), (2), (3), (4), and (5) in parentheses in FIG.
  • the transmission method of the communication frame will be described later.
  • the transmission method of the communication frame output from the communication ports 40V and 40W is the same as the transmission method of the communication frame output from the communication port 40U.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining a method of transmitting command information according to the fifth embodiment.
  • the control device 101B includes a command information generation unit 151B and a plurality of communication control units 72U, 72V, 72W (hereinafter, also collectively referred to as “communication control unit 72”).
  • the communication control units 72, 72V, and 72W are communication control units corresponding to the U phase, V phase, and W phase, respectively.
  • the command information generation unit 151B generates command information 94 for each sub-module 7.
  • the command information 94 corresponds to the control command.
  • the command information 94 includes a common command, an arm command for each arm, and a HUB number P.
  • the HUB number P is the number of relay devices 32 assigned to each phase. Specifically, the HUB number P is the number of relay devices 32 connected to the submodule 7 in each leg circuit 4.
  • the command information generation unit 151B broadcasts the command information 94 to the communication control unit 72 corresponding to each phase. Since the functions of the communication control unit 72 corresponding to each phase are the same, the functions of the communication control unit 72U will be described here.
  • the communication control unit 72U receives the command information 94 transmitted from the command information generation unit 151B, and extracts the arm command corresponding to the communication control unit 72U from the command information 94. Specifically, the communication control unit 72U extracts an arm command U_u for the upper arm of the leg circuit 4u and an arm command U_d for the lower arm of the leg circuit 4u.
  • the communication control unit 72U transmits a communication frame 55 including arm commands U_u and U_d to each relay device 32 connected to each submodule 7 included in the leg circuit 4u.
  • the communication control unit 72U includes a selector 59, a communication frame generation unit 75, and a communication port 40U.
  • the selector 59 selects arm commands U_u and U_d based on the selection ID "U" set in itself and outputs them to the communication frame generation unit 75.
  • the communication frame generation unit 75 extracts a common command, a HUB number P, and arm commands U_u and U_d from the command information 94.
  • the communication frame generation unit 75 generates a communication frame 55 including the extracted common command, the HUB number P, the arm commands U_u, U_d, and the HUB number J.
  • the initial value of the HUB number J stored in the communication frame 55 transmitted from the communication port 40U is set to "0".
  • the communication frame generation unit 75 transmits the communication frame 55 to each relay device 32 via the communication port 40U.
  • HUB # 1 receives the communication frame 55.
  • HUB # 1 generates its own HUB number by incrementing (that is, incrementing) the value of the HUB number J stored in the received communication frame 55, and the generated HUB number is a value P / 2 or less. Determine if it exists. Since the initial value of the HUB number J is "0", the HUB # 1 generates its own HUB number "1". Here, since J ⁇ P / 2 is established in HUB # 1, HUB # 1 recognizes itself as the relay device 32 for the upper arm. Therefore, HUB # 1 extracts the arm command U_u for the upper arm from the communication frame 55. Further, HUB # 1 extracts a common command from the communication frame 55.
  • HUB # 1 generates a communication frame 57A including a common command and an arm command U_u, and transmits the communication frame 57A to each submodule 7 connected to itself.
  • Each of HUB # 2 to # P / 2 is a relay device 32 for the upper arm by comparing its own HUB number J obtained by incrementing the value of the received HUB number J with the value P / 2. recognize. Therefore, each of HUB # 2 to # P / 2 executes the same process as HUB # 1 and transmits the communication frame 57A to each submodule 7 connected to itself.
  • HUB # (P / 2 + 1) receives the communication frame 55 from HUB # P / 2.
  • HUB # (P / 2 + 1) generates its own HUB number by adding +1 to the value of the received HUB number J.
  • the generated HUB number J (P / 2 + 1).
  • HUB # (P / 2 + 1) determines whether or not the generated HUB number J is the value P / 2 or less.
  • HUB # (P / 2 + 1) recognizes that it is the relay device 32 for the lower arm. Therefore, HUB # (P / 2 + 1) extracts the arm command U_d for the lower arm from the communication frame 55. Further, HUB # (P / 2 + 1) extracts a common command from the communication frame 55.
  • HUB # (P / 2 + 1) generates a communication frame 57B including a common command and an arm command U_d, and transmits the communication frame 57B to each submodule 7 connected to itself.
  • Each of HUB # (P / 2 + 2) to #P is a relay device 32 for the lower arm by comparing its own HUB number J obtained by incrementing the value of the received HUB number J with the value P / 2. Recognize that. Therefore, each of HUB # (P / 2 + 1) to # P executes the same process as HUB # (P / 2 + 1), and transmits the communication frame 57B to each submodule 7 connected to itself.
  • each HUB data Y1a to Y4a may be configured to shorten the communication frame length by including only the information about the designated submodule 7.
  • FIG. 17 is a diagram for explaining data aggregation processing according to other embodiments.
  • the data aggregation process executed by HUB # 2 will be described.
  • the communication frame 51C_a2 received by the HUB # 2 has the content of adding the SM number designation value 309 to the communication frame 51A_a2 of the example of FIG.
  • the SM number designation value 309 is information for designating the numbers of the submodules 7 connected to each HUB # 1 to # 4. For example, if the SM number designation value 309 is "2", each HUB # 1 to # 4 includes information about the second submodule 7 among the submodules 7 connected to itself in the HUB data.
  • HUB # 2 selects the failure bit of the second submodule 7 of each submodule 7 by the selector 371 and stores the failure bit in the HUB data Y2a.
  • the HUB # 2 selects the separation bit of the second submodule 7 of each submodule 7 by the selector 372, and stores the separation bit in the HUB data Y2a.
  • the failure rank information and the failure type information only the information regarding the second submodule 7 is stored in the HUB data Y2a.
  • the HUB data Y2a includes the failure bit, the separation bit, the failure rank information, and the failure type information in the state information Dsm of the second submodule 7, and the state information Dh of HUB # 2.
  • the data size is smaller than that of the HUB data Y2a in FIG. 9 or FIG.
  • the data size of the HUB data Y1a generated by HUB # 1 is also smaller than that of the HUB data Y1a in FIG. 9 or FIG.
  • the HUB aggregated data Z2 is the same as that of FIG. 9 or FIG.
  • the HUB # 2 transmits the communication frame 51C_a3 including the HUB aggregated data Z2 and the HUB data Y1a and Y2a to the HUB # 3.
  • the control device 101 transmits a communication frame in which the SM number specified value 309 is set to "2" to each HUB # 1 to # 4, and then when the communication frame is transmitted next time, the SM number specified value 309 is set to "2".
  • the control device 101 transmits a communication frame containing a different SM number designation value 309 each time. For example, when the R unit submodule 7 is connected to each HUB # 1 to # 4, the control device 101 connects to each HUB # 1 to # 4 by transmitting the communication frame R times. Information on all the submodules 7 that have been created can be obtained.
  • a plurality of numbers may be set for the SM number specified value 309. For example, the SM number specified value 309 in the current communication frame is set to "1" and "2", and the SM number specified value 309 in the next communication frame is set to "3" and "4". You may.
  • each communication port is star-connected to the relay device.
  • the configuration exemplified as the above-described embodiment is an example of the configuration of the present invention, can be combined with another known technique, and a part thereof is not deviated from the gist of the present invention. It is also possible to change the configuration by omitting it. Further, in the above-described embodiment, the processing and configuration described in the other embodiments may be appropriately adopted and carried out.

Landscapes

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Abstract

電力変換装置は、各サブモジュール（７）を制御する上位装置（１０１）と、上位装置（１０１）と各サブモジュール（７）との間の通信を中継する複数の中継装置（３２）とを備える。上位装置（１０１）は、アーム指令を含む指令情報を生成する指令情報生成部（１５１）と、各アームに対応して設けられた通信制御部（１５３Ａ，１５３Ｂ）とを含む。複数の通信制御部（１５３Ａ，１５３Ｂ）の各々は、指令情報の中から当該通信制御部（１５３Ａ）に対応するアーム指令を抽出し、当該通信制御部（１５３Ａ）に対応するアームに含まれる各サブモジュール（７）と接続された中継装置（３２）へ、抽出されたアーム指令を含む通信フレーム（５１Ａ）を送信する。

Description

電力変換装置
　本開示は、交流と直流との間で電力変換を行なう電力変換装置に関する。
　直流送電システムにおいて用いられる自励式の電力変換装置としてモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular　Multilevel　Converter）が知られている。モジュラーマルチレベル変換器は、交流の各相について、高電位側直流端子に接続された上アームと低電位側直流端子に接続された下アームとを有する。各アームは、複数のサブモジュールがカスケードに接続されることによって構成されている。
　例えば、特開２０１５－１３０７４６号公報（特許文献１）は、交流を直流に、または、直流を交流に変換可能な電力変換回路を含む電力変換装置を開示している。電力変換回路は、複数の単位変換器を直列に接続して構成したアームを有する。電力変換装置は、各単位変換器を統括して制御する第１の制御装置と、第１の制御装置にデイジーチェーン接続される複数の第２の制御装置と、第２の制御装置に接続されて、各単位変換器をそれぞれ制御する第３の制御装置とをさらに含む。
特開２０１５－１３０７４６号公報
　特許文献１では、中央制御装置と複数の中間制御装置が接続されている。中央制御装置から送信される通信フレームには対象アーム番号が含まれており、中間制御装置のセル制御部は、対象アーム番号４０４と自身が属するアームの識別番号とが等しい場合に、自身のキャリア位相を規定値に設定する。したがって、全てのアームに指令を与えるためには、アーム数と同じ回数だけ通信フレームを送信しなければならない。
　本開示のある局面における目的は、各アームに含まれる各サブモジュールへの指令をできるだけ短時間で伝送することが可能な電力変換装置を提供することである。
　ある実施の形態に従うと、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が提供される。電力変換装置は、交流回路の相ごとにレグ回路を含む電力変換回路部を備える。レグ回路は、第１アームおよび第２アームを含む。第１アームおよび第２アームの各々は、互いに直列接続された複数のサブモジュールを含む。電力変換装置は、電力変換回路部に含まれる各サブモジュールを制御する上位装置と、上位装置と電力変換回路部に含まれる各サブモジュールとの間の通信を中継する複数の中継装置とを備える。上位装置は、電力変換回路部に含まれる各アームに対するアーム指令を含む指令情報を生成する指令情報生成部と、電力変換回路部に含まれる各レグ回路または各アームに対応して設けられた通信制御部とを含む。複数の通信制御部の各々は、指令情報生成部から送信された指令情報を受信し、指令情報の中から当該通信制御部に対応するアーム指令を抽出し、当該通信制御部に対応するレグ回路またはアームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも１つの中継装置へ、抽出されたアーム指令を含む通信フレームを送信する。
　本開示によると、各アームに含まれる各サブモジュールへの指令をできるだけ短時間で伝送することが可能となる。
電力変換装置の概略構成図である。 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。 指令生成装置の概略構成を示すブロック図である。 実施の形態１に従う指令情報の送信方式を説明するための図である。 アーム電圧指令の生成方式の一例を説明するための図である。 実施の形態１に従うネットワーク構成の一例を示す図である。 実施の形態１に従うネットワーク構成の他の例を示す図である。 実施の形態１に従う中継装置による通信フレームの処理例を説明するための図である。 実施の形態２に従う中継装置による通信フレームの処理を説明するための図である。 実施の形態２に従うデータ集約処理を説明するための図である。 実施の形態３に従うネットワーク構成を示す図である。 実施の形態３に従うサブモジュール７による通信フレームの処理の一例を説明するための図である。 実施の形態３に従うサブモジュール７による通信フレームの処理の他の例を説明するための図である。 実施の形態４に従う指令情報の送信方式を説明するための図である。 実施の形態５に従うネットワーク構成を示す図である。 実施の形態５に従う指令情報の送信方式を説明するための図である。 その他の実施の形態に従うデータ集約処理を説明するための図である。
　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
　実施の形態１．
　＜電力変換装置の構成＞
　図１は、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（sub　module）（図１中の「ＳＭ」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。「サブモジュール」は、「変換器セル」あるいは「単位変換器」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、指令生成装置３とを含む。
　電力変換回路部２は、正極直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負極直流端子（すなわち、低電位側直流端子）Ｎｎとの間に互いに並列に接続された複数のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗ（以下、「レグ回路４」とも総称する。）を含む。
　レグ回路４は、交流を構成する複数相の各々に設けられる。レグ回路４は、交流回路１２と直流回路１４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。図１には、交流回路１２が３相交流系統の場合が示され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが設けられている。
　レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ設けられた交流入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、連系変圧器１３を介して交流回路１２に接続される。交流回路１２は、例えば、交流電源などを含む交流電力系統である。図１では、図解を容易にするために、交流入力端子Ｎｖ，Ｎｗと連系変圧器１３との接続は図示していない。
　各レグ回路４に共通に接続された高電位側直流端子Ｎｐおよび低電位側直流端子Ｎｎは、直流回路１４に接続される。直流回路１４は、例えば、直流送電網などを含む直流電力系統または他の電力変換装置の直流端子である。
　図１の連系変圧器１３を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流回路１２に接続した構成としてもよい。さらに、交流入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが連系変圧器１３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル８Ａ，８Ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路４は、交流入力端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗに設けられた接続部を介して電気的に（すなわち、直流的または交流的に）交流回路１２と接続される。
　レグ回路４ｕは、高電位側直流端子Ｎｐから交流入力端子Ｎｕまでの上アーム５と、低電位側直流端子Ｎｎから交流入力端子Ｎｕまでの下アーム６とを含む。上アーム５と下アーム６との接続点である交流入力端子Ｎｕが連系変圧器１３と接続される。高電位側直流端子Ｎｐおよび低電位側直流端子Ｎｎが直流回路１４に接続される。レグ回路４ｖ，４ｗについても同様の構成を有しているので、以下、レグ回路４ｕを代表として説明する。
　上アーム５は、カスケード接続された複数のサブモジュール７と、リアクトル８Ａとを含む。当該複数のサブモジュール７およびリアクトル８Ａは互いに直列接続されている。下アーム６は、カスケード接続された複数のサブモジュール７と、リアクトル８Ｂとを含む。当該複数のサブモジュール７およびリアクトル８Ｂは互いに直列接続されている。
　リアクトル８Ａが挿入される位置は、レグ回路４ｕの上アーム５のいずれの位置であってもよく、リアクトル８Ｂが挿入される位置は、レグ回路４ｕの下アーム６のいずれの位置であってもよい。リアクトル８Ａ，８Ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。上アーム５のリアクトル８Ａのみ、もしくは、下アーム６のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。
　リアクトル８Ａ，８Ｂは、交流回路１２または直流回路１４などの事故時に事故電流が急激に増大しないように設けられている。しかし、リアクトル８Ａ，８Ｂのインダクタンス値を過大なものにすると電力変換器の効率が低下するという問題が生じる。したがって、事故時においては、各サブモジュール７の全てのスイッチング素子をできるだけ短時間で停止（すなわち、オフ）することが好ましい。
　電力変換装置１は、制御に使用される電気量（例えば、電流、電圧など）を計測する各検出器として、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１６と、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂと、各レグ回路４に設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂとを含む。
　これらの検出器によって検出された信号は、指令生成装置３に入力される。指令生成装置３は、これらの検出信号に基づいて各サブモジュール７の運転状態を制御するための運転指令１５ｐｕ，１５ｎｕ，１５ｐｖ，１５ｎｖ，１５ｐｗ，１５ｎｗを出力する。また、指令生成装置３は、各サブモジュール７から情報１７を受信する。情報１７は、サブモジュール７の内部情報であり、サブモジュール７のコンデンサ２４の電圧値、サブモジュール７の状態を示す状態情報等を含む。
　本実施の形態の場合、運転指令１５ｐｕ，１５ｎｕ，１５ｐｖ，１５ｎｖ，１５ｐｗ，１５ｎｗは、Ｕ相上アーム、Ｕ相下アーム、Ｖ相上アーム、Ｖ相下アーム、Ｗ相上アーム、およびＷ相下アームにそれぞれ対応して生成されている。以下の説明では、運転指令１５ｐｕ，１５ｎｕ，１５ｐｖ，１５ｎｖ，１５ｐｗ，１５ｎｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、運転指令１５と記載する。
　図１では図解を容易にするために、各検出器から指令生成装置３に入力される信号の信号線と、指令生成装置３および各サブモジュール７間で入出力される信号の信号線とは、一部まとめて記載されているが、実際には検出器ごとおよびサブモジュール７ごとに設けられている。また、本実施の形態の場合、これらの信号は、耐ノイズ性の観点から光ファイバを介して伝送される。
　交流電圧検出器１０は、交流回路１２のＵ相の交流電圧値Ｖａｃｕ、Ｖ相の交流電圧値Ｖａｃｖ、およびＷ相の交流電圧値Ｖａｃｗを検出する。交流電流検出器１６は、交流回路１２のＵ相の交流電流値Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流値Ｉａｃｖ、およびＷ相の交流電流値Ｉａｃｗを検出する。直流電圧検出器１１Ａは、直流回路１４に接続された高電位側直流端子Ｎｐの直流電圧値Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器１１Ｂは、直流回路１４に接続された低電位側直流端子Ｎｎの直流電圧値Ｖｄｃｎを検出する。
　Ｕ相用のレグ回路４ｕに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、上アーム５に流れる上アーム電流Ｉｐｕおよび下アーム６に流れる下アーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。同様に、Ｖ相用のレグ回路４ｖに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、上アーム電流Ｉｐｖおよび下アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路４ｗに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、上アーム電流Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。
　＜サブモジュールの構成例＞
　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を参照して、サブモジュール７は、ハーフブリッジ型の変換回路２５と、エネルギー蓄積器としてのコンデンサ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。ゲート制御部２１、電圧検出部２７、および送受信部２８は、専用回路によって構成してもよいし、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）などを利用して構成してもよい。
　変換回路２５は、互いに直列接続されたスイッチング素子２２Ａ，２２Ｂと、ダイオード２３Ａ，２３Ｂとを含む。ダイオード２３Ａ，２３Ｂは、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂとそれぞれ逆並列（すなわち、並列かつ逆バイアス方向）に接続される。コンデンサ２４は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの直列接続回路と並列に接続され、直流電圧を保持する。スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの接続ノードは高電位側の入出力端子２６Ｐと接続される。スイッチング素子２２Ｂとコンデンサ２４の接続ノードは低電位側の入出力端子２６Ｎと接続される。
　ゲート制御部２１は、図１の指令生成装置３から受信した運転指令１５に従って動作する。ゲート制御部２１は、通常動作時（すなわち、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂの一方をオン状態とし、他方をオフ状態となるように制御を行なう。スイッチング素子２２Ａがオン状態であり、スイッチング素子２２Ｂがオフ状態のとき、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間にはコンデンサ２４の両端間の電圧が印加される。スイッチング素子２２Ａがオフ状態であり、スイッチング素子２２Ｂがオン状態のとき、入出力端子２６Ｐ，２６Ｎ間は０Ｖとなる。
　したがって、サブモジュール７は、スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂを交互にオン状態とすることによって、零電圧またはコンデンサ２４の電圧に依存した正電圧を出力する。
　電圧検出部２７は、コンデンサ２４の両端２４Ｐ，２４Ｎの間の電圧を検出する。送受信部２８は、図１の指令生成装置３から受信した運転指令１５をゲート制御部２１に伝達するとともに、電圧検出部２７によって検出されたコンデンサ２４の電圧（以下、単に「コンデンサ電圧」とも称する。）を含む情報１７を指令生成装置３に送信する。
　各スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂには、オン動作とオフ動作の両方を制御可能な自己消弧型のスイッチング素子が用いられる。スイッチング素子２２Ａ，２２Ｂは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）またはＧＣＴ（Gate　Commutated　Turn-off　thyristor）である。
　上記で説明したサブモジュール７の構成は一例であって、他の構成のサブモジュール７を本実施の形態に適用してもよい。例えば、サブモジュール７は、フルブリッジ型の変換回路、またはスリークオーターブリッジ型の変換回路を用いて構成されていてもよい。
　＜指令生成装置の構成＞
　図３は、指令生成装置の概略構成を示すブロック図である。図３を参照して、指令生成装置３は、制御装置１０１と、保護装置１０２と、複数の中継装置から構成される中継装置群３２０とを含む。制御装置１０１および保護装置１０２の各々は、中継装置群３２０に含まれる各中継装置の上位装置に相当する。各中継装置は、上位装置と電力変換回路部２に含まれる各サブモジュール７との間の通信を中継する。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。
　制御装置１０１は、各サブモジュール７を運転制御する装置である。制御装置１０１は、図１の各検出器で検出された交流電圧値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ（以下、「交流電圧値Ｖａｃ」とも総称する。）、交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ（以下、「交流電流値Ｉａｃ」とも総称する。）、直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎ、上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗ（以下、「上アーム電流Ｉｐ」とも総称する。）、下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗ（以下、「下アーム電流Ｉｎ」とも総称する。）およびコンデンサ電圧Ｖｃａｐの入力を受け付ける。典型的には、コンデンサ電圧Ｖｃａｐは、各サブモジュール７において検出されたコンデンサ２４の電圧値がアーム回路ごとに平均化されたものである。
　制御装置１０１は、当該受け付けた各検出値に基づいて、周期Ｔ１（例えば、８６．８μｓ）ごとに、通常の運転制御期間において各サブモジュール７を運転制御するための制御指令を生成し、当該生成した制御指令を中継装置群３２０に出力する。
　制御指令は、電圧指令、電流指令等を含む。電圧指令は、例えば、各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにおける上アーム５の出力電圧指令値および下アーム６の出力電圧指令値である。電流指令は、例えば、各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにおける上アーム５の出力電流指令値および下アーム６の出力電流指令値である。
　制御装置１０１は、典型的には、ハードウェア構成として、補助変成器、ＡＤ（Analog　to　Digital）変換部、演算部等を含む。演算部は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）およびＲＯＭ（Read　Only　Memory）を含む。ＡＤ変換部は、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサ等を含む。制御装置１０１は、例えば、ディジタル保護制御装置で構成されていてもよい。
　保護装置１０２は、各サブモジュール７を保護する装置である。保護装置１０２は、各アーム電流の少なくとも１つが閾値を超えている場合には、各サブモジュール７の動作を停止させるための停止指令を含む保護指令を生成し、当該保護指令を各中継装置３２に送信する。一方、保護装置１０２は、すべてのアーム電流が閾値未満である場合には、保護指令を生成しないか、あるいは、制御指令に基づいて各サブモジュール７を動作させる通常指令を含む保護指令を生成してもよい。保護装置１０２は、周期Ｔ２（例えば、数μ秒）ごとに保護指令を送信する。
　中継装置群３２０は、制御装置１０１から制御指令を受信し、保護装置１０２から保護指令を受信する。中継装置群３２０は、制御指令および保護指令の少なくとも一方を含む運転指令１５を各サブモジュール７に出力する。各サブモジュール７は、運転指令１５に従って動作する。
　＜指令情報の送信方式＞
　図４は、実施の形態１に従う指令情報の送信方式を説明するための図である。制御装置１０１から中継装置群３２０への制御指令の送信方式と、保護装置１０２から中継装置群３２０への保護指令の送信方式は同様である。そのため、以下では、上位装置が制御装置１０１であるとして説明を行なう。これは、他の実施の形態でも同様である。
　図４を参照して、制御装置１０１は、指令情報生成部１５１と、複数の通信制御部１５３Ａ，１５３Ｂ（以下、「通信制御部１５３」とも総称する。）とを含む。これらの各機能は、例えば、制御装置１０１のＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムを実行することによって実現される。これらの機能の一部または全部は専用の回路を用いることによって実現されるように構成されていてもよい。
　指令情報生成部１５１は、電力変換回路部２に含まれる各アーム（すなわち、各相の上下アーム）に対するアーム指令を含む指令情報９０を生成する。ここでは、上位装置が制御装置１０１であるため、指令情報９０は制御指令に相当する。指令情報９０は、電力変換回路部２に含まれる各アーム（すなわち、各相の上下アーム）に共通な共通指令と、各相の上下アーム専用のアーム指令とを含む。具体的には、各アーム指令は、Ｕ相の上アーム５に対するアーム指令Ｕ＿ｕと、Ｕ相の下アーム６に対するアーム指令Ｕ＿ｄと、Ｖ相の上アーム５に対するアーム指令Ｖ＿ｕと、Ｖ相の下アーム６に対するアーム指令Ｖ＿ｄと、Ｗ相の上アーム５に対するアーム指令Ｗ＿ｕと、Ｗ相の下アーム６に対するアーム指令Ｗ＿ｄとを含む。
　共通指令は、各サブモジュール７の動作モードを指定するモード指令と、電力変換回路部２に含まれる各サブモジュール７の総数とを含む。動作モードは、サブモジュール７を起動するための起動モード、サブモジュール７を通常運転するための運転モード、およびサブモジュール７を一時的に停止するための一時停止モードを含む。
　各アーム指令は、アーム電圧指令値と、アーム電流指令値と、アーム試験指令とを含む。アーム試験指令は、アーム内のサブモジュール７のコンデンサ２４の試験充電を開始させる指令と、試験充電を停止させる指令とを含む。
　図５は、アーム電圧指令の生成方式の一例を説明するための図である。図５を参照して、制御装置１０１の指令情報生成部１５１は、アーム電圧指令を生成するための機能構成として、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、アーム電圧指令生成部４４とを含む。これらの各機能部は、例えば、ＰＩＤ制御器（Proportional-Integral-Differential　Controller）等のフィードバック制御器によって構成される。
　交流電圧指令生成部４０は、交流電圧値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗと、交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗとに基づいて、各相の交流電圧指令値を生成する。直流電圧指令生成部４１は、上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗに基づいて直流電流値Ｉｄｃを演算する。直流電圧指令生成部４１は、直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎと、直流電流値Ｉｄｃとに基づいて、直流電圧指令値を生成する。
　循環電流指令生成部４２は、レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを各相の上アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗおよび下アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗに基づいて計算する。循環電流は、複数のレグ回路４の間を循環する電流である。循環電流指令生成部４２は、各相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗと、アーム回路ごとに平均化されたコンデンサ電圧Ｖｃａｐとに基づいて各相の循環電流の指令値を算出する。
　アーム電圧指令生成部４４は、上記の各指令生成部を合成することによって、各相の上アーム５および下アーム６用のアーム電圧指令Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ，Ｖｎｒｅｆｗを生成する。
　再び、図４を参照して、指令情報生成部１５１は、各アームに対応する通信制御部１５３へ指令情報９０をブロードキャストで送信する。通信制御部１５３は各アームに対応して設けられている。図４では、図解を容易にするために、Ｕ相の上アーム５に対応する通信制御部１５３Ａ、およびＵ相の下アーム６に対応する通信制御部１５３Ｂのみが示されているが、実際には、制御装置１０１は、Ｖ相の上下アーム用の２つの通信制御部１５３と、Ｗ相の上下アーム用の２つの通信制御部１５３とをさらに含む。各アームに対応する通信制御部１５３の機能は同様であるため、ここでは、Ｕ相用の通信制御部１５３Ａ，１５３Ｂの機能について説明する。
　通信制御部１５３Ａは、指令情報生成部１５１から送信された指令情報９０を受信し、指令情報９０の中から通信制御部１５３Ａに対応するアーム指令Ｕ＿ｕを抽出する。通信制御部１５３Ａは、当該通信制御部１５３Ａに対応するＵ相上アーム内の各サブモジュール７と接続された各中継装置３２へ、抽出されたアーム指令Ｕ＿ｕを含む通信フレーム５１Ａを送信する。具体的には、通信制御部１５３Ａは、セレクタ３１Ａと、通信フレーム生成部５２Ａと、複数の通信ポート３４Ａとを含む。
　セレクタ３１Ａは、自身に設定された選択ＩＤ“Ｕｕ”に対応するアーム指令Ｕ＿ｕを選択して、通信フレーム生成部５２Ａに出力する。例えば、各通信制御部１５３が基板で構成されている場合、基板が実装されるスロット番号を選択ＩＤとして設定する。具体的には、通信制御部１５３ＡがＵ相上アーム用のスロットに挿入された場合、通信制御部１５３Ａのセレクタ３１Ａには選択ＩＤ“Ｕｕ”が自動的に設定される。これによると、人手による通信制御部１５３の設定が不要であり、初期設定作業の省力化、番号の設定ミスの防止等の効果が期待される。なお、セレクタ３１Ａの機能はソフトウェア的に実装されていてもよい。
　通信フレーム生成部５２Ａは、指令情報９０の中から共通指令を抽出し、セレクタ３１Ａにより選択されたアーム指令Ｕ＿ｕを抽出する。通信フレーム生成部５２Ａは、共通指令およびアーム指令Ｕ＿ｕを有する指令データを含む通信フレーム５１Ａを生成する。通信フレーム生成部５２Ａは、各通信ポート３４Ａを介して、通信フレーム５１Ａを各中継装置３２へ送信する。
　通信ポート３４Ａは、Ｎ個（ただし、Ｎ≧１の整数）設けられている。Ｎ個の通信ポート３４Ａに対して、便宜上、＃１～＃Ｎの番号を付与してそれぞれを区別する。通信フレーム生成部５２Ａは、各通信ポート３４Ａ♯１～３４Ａ♯Ｎに通信フレーム５１Ａを同時送信する。各通信ポート３４Ａ♯１～３４Ａ♯Ｎは、各中継装置３２へ通信フレーム５１Ａを送信する。
　各通信制御部１５３は、リング型のネットワークを介して、複数の中継装置３２と接続されている。例えば、通信制御部１５３の各通信ポート３４には、４個の中継装置３２がリング型のネットワークで接続されている。４個の中継装置３２は、それぞれＨＵＢ♯１～♯４とも称される。
　各中継装置３２は、スター型のネットワークを介して、予め定められた数のサブモジュール７に接続される。各中継装置３２は、通信フレーム５１Ａに含まれる指令データを取り出して、当該指令データを含む通信フレームを当該中継装置３２と接続された各サブモジュール７に送信する。図４の例では、リング型のネットワークトポロジと、スター型のネットワークトポロジとを組み合わせることにより、制御装置１０１、各中継装置３２、および各サブモジュール７との間のネットワークが構築される。
　通信制御部１５３Ｂは、指令情報生成部１５１から送信された指令情報９０を受信し、指令情報９０の中から通信制御部１５３Ｂに対応するアーム指令Ｕ＿ｄを抽出する。通信制御部１５３Ｂは、当該通信制御部１５３Ｂに対応するＵ相下アーム内の各サブモジュール７と接続された各中継装置３２へ、抽出されたアーム指令Ｕ＿ｄを含む通信フレーム５１Ｂを送信する。具体的には、通信制御部１５３Ｂは、セレクタ３１Ｂと、通信フレーム生成部５２Ｂと、複数の通信ポート３４Ｂとを含む。
　セレクタ３１Ｂは、自身に設定された選択ＩＤ“Ｕｄ”に対応するアーム指令Ｕ＿ｄを選択して、通信フレーム生成部５２Ｂに出力する。通信フレーム生成部５２Ｂは、共通指令およびアーム指令Ｕ＿ｄを含む通信フレーム５１Ｂを生成し、各通信ポート３４Ｂを介して、通信フレーム５１Ｂを各中継装置３２へ送信する。各通信ポート３４Ｂは、各中継装置３２とリング型のネットワークで接続されるが、図解の容易化のため接続関係は図示されていない。なお、Ｖ相の上下アーム用の通信制御部１５３、およびＷ相の上下アーム用の通信制御部１５３からも対応する通信フレームが各中継装置３２へ送信される。
　このように、通信制御部１５３が各アームに対応して設けられている場合、複数の通信制御部１５３の各々は、当該通信制御部１５３に対応するアーム（例えば、Ｕ相上アーム）に含まれる各サブモジュール７と接続された中継装置３２へ、当該アームに対するアーム指令（例えば、アーム指令Ｕ＿ｕ）を含む通信フレーム（例えば、通信フレーム５１Ａ）を送信する。
　上記構成によると、通信フレームはアームごとに送信されるため、通信フレーム内にアームを指定する情報を設ける必要がない。したがって、制御装置１０１は、各アーム内のサブモジュール７に対して対応するアーム指令を同時に送信できるため、制御装置１０１からの指令伝達に必要な通信時間を短縮できる。
　図４では、上位装置が制御装置１０１である場合について説明した。上位装置が保護装置１０２である場合には、指令情報９０は保護指令に相当する。この場合、指令情報９０の共通指令は、すべてのアームのサブモジュール７の動作を停止させる停止指令を含む。指令情報の８０の各アーム指令は、対応するアーム内の各サブモジュール７の動作を停止させる停止指令を含む。例えば、保護装置１０２の指令情報生成部により生成されるアーム指令Ｕ＿ｕは、Ｕ相上アーム内の各サブモジュール７の動作を停止させる停止指令を含む。なお、上述した制御装置１０１と同様の構成により、保護装置１０２からの指令伝達に必要な通信時間も短縮できる。
　次に、図６および図７を参照して、制御装置１０１と各中継装置３２との間のネットワーク構成の具体例について説明する。図６は、実施の形態１に従うネットワーク構成の一例を示す図である。具体的には、図６には、図４中の通信ポート数Ｎが１つである場合のネットワーク構成が示されている。
　図６を参照して、制御装置１０１は、Ｕ相上アーム用の通信ポート３４Ａと、Ｕ相下アーム用の通信ポート３４Ｂと、Ｖ相上アーム用の通信ポート３４Ｃと、Ｖ相下アーム用の通信ポート３４Ｄと、Ｗ相上アーム用の通信ポート３４Ｅと、Ｗ相下アーム用の通信ポート３４Ｆとを含む。
　通信ポート３４Ａは、４つの中継装置３２とリング接続されている。各中継装置３２は、複数のサブモジュール７とスター接続されている。通信ポート３４Ａから出力された通信フレーム５１Ａは、図６における括弧内の数字（１）、（２）、（３）、（４）、（５）の順に送信される。なお、各通信ポート３４Ｂ～３４Ｆから出力された通信フレームの送信方式は、通信ポート３４Ａから出力された通信フレームの送信方式と同様である。
　具体的には、制御装置１０１は、通信ポート３４Ａを介して、通信フレーム５１ＡをＨＵＢ♯１に送信する。ＨＵＢ♯１は、制御装置１０１から受信した通信フレーム５１Ａを処理してＨＵＢ♯２に送信する。ＨＵＢ♯２は、ＨＵＢ♯１から受信した通信フレーム５１Ａを処理してＨＵＢ♯３に送信する。ＨＵＢ♯３は、ＨＵＢ♯２から受信した通信フレーム５１Ａを処理してＨＵＢ♯４に送信する。ＨＵＢ♯４は、ＨＵＢ♯３から受信した通信フレーム５１Ａを処理して制御装置１０１に送信する。通信フレーム５１Ａの処理内容については後述する。
　図７は、実施の形態１に従うネットワーク構成の他の例を示す図である。具体的には、図７には、図４中の通信ポート数Ｎが２つである場合のネットワーク構成が示されている。図７を参照して、制御装置１０１は、２つの通信ポート３４Ａと、２つの通信ポート３４Ｂと、２つの通信ポート３４Ｃと、２つの通信ポート３４Ｄと、２つの通信ポート３４Ｅと、２つの通信ポート３４Ｆとを含む。
　２つの通信ポート３４Ａの各々は、４つの中継装置３２とリング接続されている。各中継装置３２は、複数のサブモジュール７とスター接続されている。各通信ポート３４Ａから出力された通信フレーム５１Ａは、図６の場合と同様に、図７における括弧内の数字（１）、（２）、（３）、（４）、（５）の順に送信される。
　＜中継装置による通信フレームの処理例＞
　図８は、実施の形態１に従う中継装置による通信フレームの処理例を説明するための図である。制御装置１０１の各通信ポートを介して送信される各通信フレームの処理は同様である。そのため、制御装置１０１から通信ポート３４Ａを介して送信される通信フレーム５１Ａの処理例について説明する。図７中の括弧内の数字（１）、（２）、（３）、（４）、（５）は、図６中の括弧内の数字と対応している。
　制御装置１０１からＨＵＢ♯１に送信される通信フレーム５１Ａを「通信フレーム５１Ａ＿１」、ＨＵＢ♯１からＨＵＢ♯２に送信される通信フレーム５１Ａを「通信フレーム５１Ａ＿２」、ＨＵＢ♯２からＨＵＢ♯３に送信される通信フレーム５１Ａを「通信フレーム５１Ａ＿３」、ＨＵＢ♯３からＨＵＢ♯４に送信される通信フレーム５１Ａを「通信フレーム５１Ａ＿４」、ＨＵＢ♯４から制御装置１０１に送信される通信フレーム５１Ａを「通信フレーム５１Ａ＿５」とも称する。
　図８を参照して、通信フレーム５１Ａ＿１は、フラグ領域８１（図中の「ｆｌｇ」に対応）と、ヘッダ領域８２と、ペイロード領域８３と、誤り検出情報が格納されるＦＣＳ（Frame　Check　Sequence）領域８４とを含む。ヘッダ領域８２には、通信コマンド（図中の「ｃｍｄ」に対応）、シーケンス番号（図中の「ｓｅｑ」に対応）、ペイロード長（図中の「ｐｌ」に対応）等の情報が格納される。ペイロード領域８３には、共通指令およびアーム指令Ｕ＿ｕを含む指令データＸが格納される。
　ＨＵＢ♯１は、自身と接続された通信制御部１５３Ａから通信フレーム５１Ａ＿１を受信すると、通信フレーム５１Ａ＿１を処理して通信フレーム５１Ａ＿２を生成する。具体的には、ＨＵＢ♯１は、通信フレーム５１Ａ＿１のペイロード領域にＨＵＢデータＹ１を追加するとともに、ペイロード長およびＦＣＳ領域８４を更新することにより通信フレーム５１Ａ＿２を生成する。ＨＵＢ♯１は、通信フレーム５１Ａ＿２をＨＵＢ♯１と接続されたＨＵＢ♯２に送信する。
　ＨＵＢ♯１は、ＨＵＢ♯１に接続されている各サブモジュール７から受信した内部情報（以下、「ＳＭ内部情報」とも称する。）に基づいてＨＵＢデータＹ１を生成する。ＨＵＢデータＹ１は、各サブモジュール７から受信したＳＭ内部情報と、ＨＵＢ♯１の状態情報（図中の「ＨＵＢ状態」に対応）とを含む。
　ＳＭ内部情報は、各サブモジュール７のコンデンサ電圧（図中の「ＳＭ♯１電圧～ＳＭ♯Ｎ電圧」に対応）と、各サブモジュール７の状態情報（図中の「ＳＭ♯１状態～ＳＭ♯Ｎ状態」に対応）とを含む。以下の説明では、サブモジュール７のコンデンサ電圧を“ＳＭ電圧”とも称し、サブモジュール７の状態情報を“状態情報Ｄｓｍ”とも称し、ＨＵＢの状態情報を“状態情報Ｄｈ”とも称する。
　状態情報Ｄｓｍは、サブモジュール７の稼働状態を示す稼働情報と、故障の程度を示す故障ランク情報と、故障の種別を示す故障種別情報とを含む。サブモジュール７の稼働情報は、起動中か否かを示す起動ビットと、故障中か否かを示す故障ビットと、故障状態を示す故障ビットに従属する分離ビットとを含む。分離ビットは、故障中のサブモジュール７がアームから分離されたか否かを示す情報である。故障ランク情報は、サブモジュール７が運転可能か否かを示す情報を含む。なお、稼働情報は、運転制御中か否かを示す制御ビットと、停止中か否かを示す停止ビットとを含んでもよい。
　ＨＵＢ♯１の状態情報Ｄｈは、ＨＵＢ♯１の稼働状態を示す稼働情報と、ＨＵＢ♯１の故障の程度を示す故障ランク情報と、故障の種別を示す故障種別情報とを含む。ＨＵＢ♯１の稼働情報は、正常動作中か故障中かを示す稼働ビットを含む。故障ランク情報は、ＨＵＢ♯１が運転可能か否かを示す情報を含む。
　ＨＵＢ♯２は、通信フレーム５１Ａ＿２にＨＵＢデータＹ２を追加し、ペイロード長およびＦＣＳ領域８４を更新して通信フレーム５１Ａ＿３を生成する。ＨＵＢ♯３は、通信フレーム５１Ａ＿３にＨＵＢデータＹ３を追加し、ペイロード長およびＦＣＳ領域８４を更新して通信フレーム５１Ａ＿４を生成する。ＨＵＢ♯４は、自身と接続されたＨＵＢ♯３から受信した通信フレーム５１Ａ＿４にＨＵＢデータＹ４を追加し、ペイロード長およびＦＣＳ領域８４を更新して通信フレーム５１Ａ＿５を生成する。ＨＵＢ♯４は、通信フレーム５１Ａ＿５を制御装置１０１に送信する。
　ＨＵＢデータＹ２は、ＨＵＢ♯２に接続されている各サブモジュール７から受信したＳＭ内部情報と、ＨＵＢ♯２の状態情報とを含む。ＨＵＢデータＹ３，Ｙ４についても同様である。これにより、図８に示すように、通信フレーム５１Ａ＿５のペイロード領域８３には、指令データＸと、ＨＵＢデータＹ１～Ｙ４が格納される。このように、制御装置１０１から送信された通信フレームには、ＨＵＢを通過するごとにＨＵＢデータのフィールドが連結される。そのため、通信フレーム５１Ａ＿１～５１Ａ＿５はそれぞれ異なるフォーマットを有する。
　上記構成によると、制御装置１０１から通信ポート３４Ａを介して通信フレーム５１Ａを送信することにより、Ｕ相上アーム用の各中継装置３２への指令データＸの伝達と、各中継装置３２のＨＵＢデータＹ１～Ｙ４の取得とが行なわれる。同様に、他の通信ポートから他のアーム用の通信フレームが送信されることで、他のアーム用の各中継装置３２への指令データの伝達と、各中継装置３２のＨＵＢデータの取得とが行なわれる。
　すなわち、制御装置１０１からの１回の通信で、制御装置１０１に接続されているすべての中継装置３２への指令データの伝達と、すべての中継装置３２のＨＵＢデータの取得とが同時に行なわれる。したがって、本実施の形態によると、例えば、中継装置３２およびサブモジュール７の識別番号を指定して個別に通信する方式に比べて、通信頻度を減らし通信時間を短縮できる。また、中継装置３２の数に応じて通信フレームが自動的に拡張される。例えば、中継装置３２を後から１台追加する場合でも、制御装置１０１から送信する通信フレームの構成を変更する必要がない。
　図８では、上位装置が制御装置１０１の場合について説明した。上位装置が保護装置１０２である場合には、ＳＭ内部情報は、状態情報Ｄｓｍを含み、ＳＭ電圧を含まない。具体的には、ＨＵＢデータは、状態情報Ｄｓｍおよび状態情報Ｄｈを含む。これ以外の点については同様である。
　＜利点＞
　実施の形態１によると、通信フレーム内にアームを指定する情報を設ける必要がないため、全アームに対する指令を同時に送信できる。そのため、指令伝達に必要な通信時間を短縮できる。また、アームを指定する情報が不要であるため、通信フレームのフレーム長を短くすることができる。
　また、上位装置からの１回の通信で、上位装置から中継装置３２への指令データの伝達と、中継装置３２のＨＵＢデータの取得とが同時に行なわれる。そのため、上位装置および中継装置３２間の通信頻度を減らし通信時間を短縮できる。また、中継装置３２の数に応じて通信フレームが自動的に拡張されるため、中継装置３２を後から追加する場合でも、通信フレームの構成を変更する必要がない。
　実施の形態２．
　実施の形態１では、各ＨＵＢを通過する際にＨＵＢデータを通信フレームに追加する構成について説明した。実施の形態２では、各ＨＵＢを通過する際にデータの集約処理を実行した集約データを通信フレームに追加する構成について説明する。
　図９は、実施の形態２に従う中継装置による通信フレームの処理を説明するための図である。説明の容易化のため、通信フレーム５１Ａの処理例について説明する。図９中の括弧内の数字（１）、（２）、（３）、（４）、（５）は、図６中の括弧内の数字と対応している。
　図９を参照して、制御装置１０１からＨＵＢ♯１に送信される通信フレーム５１Ａ＿ａ１は、図８中の通信フレーム５１Ａ＿１と同一である。ＨＵＢ♯１からＨＵＢ♯２に送信される通信フレーム５１Ａ＿ａ２は、図８中の通信フレーム５１Ａ＿２とペイロード領域８３の内容が異なる。
　ＨＵＢ♯１は、ＨＵＢ♯１に接続されている各サブモジュール７から受信したＳＭ内部情報に基づいて、ＨＵＢ集約データＺ１およびＨＵＢデータＹ１ａを生成する。ＨＵＢ♯１は、通信フレーム５１Ａ＿ａ１のペイロード領域８３にＨＵＢ集約データＺ１とＨＵＢデータＹ１ａとを追加し、ペイロード長およびＦＣＳ領域８４を更新して通信フレーム５１Ａ＿ａ２を生成する。
　具体的には、通信フレーム５１Ａ＿ａ２のペイロード領域８３は、指令データＸと、ＨＵＢ集約データＺ１と、ＨＵＢデータＹ１ａとを含む。ＨＵＢ集約データＺ１は、ＳＭ電圧の集約値と、状態情報Ｄｓｍの集約値と、状態情報Ｄｈの集約値とを含む。ＨＵＢデータＹ１ａは、ＨＵＢ♯１に接続されたサブモジュール７の状態情報Ｄｓｍの一部の情報と、ＨＵＢ♯１の状態情報Ｄｈとを含む。ＨＵＢ集約データＺ１およびＨＵＢデータＹ１ａの内容については後述する。
　ＨＵＢ♯２は、通信フレーム５１Ａ＿ａ２にＨＵＢデータＹ２ａを追加し、ＨＵＢ集約データＺ１を更新したＨＵＢ集約データＺ２を生成する。さらに、ＨＵＢ♯２は、ペイロード長およびＦＣＳ領域８４を更新して通信フレーム５１Ａ＿３ａを生成する。
　図１０は、実施の形態２に従うデータ集約処理を説明するための図である。ここでは、主に、ＨＵＢ♯２により実行されるデータ集約処理について説明する。図１０を参照して、ＨＵＢ♯１は、自身に接続された各サブモジュール７のＳＭ内部情報を用いてデータ集約処理を実行し、ＨＵＢ集約データＺ１を生成する。ＨＵＢ集約データＺ１におけるＳＭ電圧集約値３０１は、ＨＵＢ♯１に接続されている各サブモジュール７から受信した各ＳＭ電圧の加算値である。
　ＨＵＢ集約データＺ１における状態情報Ｄｓｍの集約値は、起動ビット集約値３０３と、起動ＳＭ数集約値３０５と、故障ビット集約値３０７とを含む。起動ビット集約値３０３は、各サブモジュール７から受信した各起動ビットの論理積である。例えば、ＨＵＢ♯１に接続されたすべてのサブモジュール７が起動している場合には論理積は“１”となり、少なくとも１つのサブモジュール７が起動していない場合には論理積は“０”となる。論理積の値により、ＨＵＢ♯１に接続されたすべてのサブモジュール７が起動しているか否かを判断できる。
　起動ＳＭ数集約値３０５は、各サブモジュール７から受信した各起動ビットの加算値である。この加算値は、ＨＵＢ♯１に接続された各サブモジュール７のうち起動完了したサブモジュール７の数に相当する。
　故障ビット集約値３０７は、各サブモジュール７から受信した各故障ビットの論理和である。例えば、ＨＵＢ♯１に接続されたすべてのサブモジュール７が故障していない場合には論理和は“０”となり、少なくとも１つのサブモジュール７が故障している場合には論理和は“１”となる。論理和の値により、ＨＵＢ♯１に接続された各サブモジュール７の中に、故障中のサブモジュール７が存在するか否かを判断できる。
　ＨＵＢデータＹ１ａは、状態情報Ｄｓｍの一部の情報と、状態情報Ｄｈとを含む。具体的には、ＨＵＢデータＹ１ａは、各サブモジュール７の状態情報Ｄｓｍのうちの故障ビット、分離ビット、故障ランク情報および故障種別情報と、ＨＵＢ♯１の状態情報Ｄｈとを含む。このように、ＨＵＢデータＹ１ａには、サブモジュール７のＳＭ電圧および起動ビットは含まれないため、ＨＵＢデータＹ１ａは図８中のＨＵＢデータＹ１よりもデータサイズが小さい。
　ＨＵＢ♯２は、ＨＵＢ集約データＺ１を更新してＨＵＢ集約データＺ２を生成する。ＨＵＢ集約データＺ２は、ＳＭ電圧集約値３０１を更新したＳＭ電圧集約値３０１Ｆと、起動ビット集約値３０３を更新した起動ビット集約値３０３Ｆと、起動ＳＭ数集約値３０５を更新した起動ＳＭ数集約値３０５Ｆと、故障ビット集約値３０７を更新した故障ビット集約値３０７Ｆとを含む。
　ＳＭ電圧集約値３０１Ｆは、ＳＭ電圧集約値３０１と、ＨＵＢ♯２が受信した各ＳＭ電圧との加算値である。起動ビット集約値３０３Ｆは、起動ビット集約値３０３と、ＨＵＢ♯２が受信した各起動ビットとの論理積である。起動ＳＭ数集約値３０５Ｆは、起動ＳＭ数集約値３０５と、ＨＵＢ♯２が受信した各起動ビットとの加算値である。故障ビット集約値３０７Ｆは、故障ビット集約値３０７と、ＨＵＢ♯２が受信した各故障ビットとの論理和である。
　ＨＵＢデータＹ２ａは、ＨＵＢ♯２が受信した各状態情報Ｄｓｍのうちの故障ビット、分離ビット、故障ランク情報および故障種別情報と、ＨＵＢ♯２の状態情報Ｄｈとを含む。ＨＵＢデータＹ２ａには、状態情報Ｄｓｍの一部の情報しか含まれないため、ＨＵＢデータＹ２ａは図８中のＨＵＢデータＹ２よりもデータサイズが小さい。
　なお、図１０には図示していないが、ＨＵＢ集約データＺ１における状態情報Ｄｈの集約値は、ＨＵＢ♯１の稼働ビットである。また、ＨＵＢ集約データＺ２における状態情報Ｄｈの集約値は、ＨＵＢ♯１の稼働ビットとＨＵＢ♯２の稼働ビットとの論理積である。
　再び、図９を参照して、ＨＵＢ♯３は、通信フレーム５１Ａ＿ａ３のＨＵＢ集約データＺ２に集約処理を施してＨＵＢ集約データＺ３に更新し、ＨＵＢデータＹ３ａを追加し、ペイロード長およびＦＣＳ領域８４を更新して通信フレーム５１Ａ＿ａ４を生成する。同様に、ＨＵＢ♯４は、ＨＵＢ集約データＺ３に集約処理を施してＨＵＢ集約データＺ４に更新し、通信フレーム５１Ａ＿ａ４にＨＵＢデータＹ４ａを追加し、ペイロード長およびＦＣＳ領域８４を更新して通信フレーム５１Ａ＿ａ５を生成する。ＨＵＢ♯４は、通信フレーム５１Ａ＿ａ５を制御装置１０１に送信する。
　＜利点＞
　実施の形態２によると、サブモジュール７ごとに把握する必要のないデータ（例えば、ＳＭ電圧、起動ビット等）については集約処理を施して集約値として通信フレームに追加される。そのため、サブモジュール７個別のデータが格納されるＨＵＢデータＹ１ａ～Ｙ４ａのデータサイズを、それぞれ図８中のＨＵＢデータＹ１～Ｙ４のデータサイズよりも小さくできる。すなわち、通信フレーム５１Ａ＿ａ２～５１Ａ＿ａ５のフレーム長を、それぞれ、図８中の通信フレーム５１Ａ＿２～５１Ａ＿５のフレーム長よりも短くできる。
　このように、フレーム長を短くすることで１回の通信に必要な時間を短縮できる。これにより、制御装置１０１または保護装置１０２で必要となるメモリ量および演算量を削減することもできる。また、低速で安価な通信モジュール（例えば、１～２Ｇｂｐｓクラスの通信モジュール）で、通信路を構成することが可能となる。さらに、サブモジュール７を多数接続した場合においても通信時間を短くできるため、大規模なＨＤＶＣシステムの構築が容易となる。
　実施の形態３．
　実施の形態１では、中継装置３２がスター型のネットワークを介して各サブモジュール７と接続される構成について説明したが、実施の形態３では、中継装置３２がリング型のネットワークを介して各サブモジュール７と接続される構成について説明する。
　図１１は、実施の形態３に従うネットワーク構成を示す図である。図１１のネットワーク構成は、図６における中継装置３２と各サブモジュール７との接続形式をリング型に変更した構成に対応する。図１１を参照して、各中継装置３２の各通信ポート３５１～３５４は、複数のサブモジュール７とリング接続されている。ここでは、各サブモジュールに対して、便宜上、＃１～＃１６の番号を付与してそれぞれを区別する。具体的には、１６個のサブモジュール７は、それぞれサブモジュール♯１～♯１６とも称される。
　ＨＵＢ♯１の通信ポート３５１はサブモジュール♯１～♯４とリング接続され、通信ポート３５２はサブモジュール♯５～♯８とリング接続され、通信ポート３５３はサブモジュール♯９～♯１２とリング接続され、通信ポート３５４はサブモジュール♯１３～♯１６とリング接続される。例えば、通信ポート３５１から出力された通信フレームは、図１１における括弧内の数字（１）、（２）、（３）、（４）、（５）の順に送信される。ＨＵＢ♯２～＃４においても同様である。
　図１２は、実施の形態３に従うサブモジュール７による通信フレームの処理の一例を説明するための図である。図１２で説明する通信フレームの処理は、図８で説明した通信フレームの処理と基本的に同様である。また、中継装置３２の各通信ポートを介して送信される各通信フレームの処理は同様である。そのため、ここでは、通信ポート３５１から送信される通信フレームの処理例について説明する。図１２中の括弧内の数字（１）、（２）、（３）、（４）、（５）は、図１１中の括弧内の数字と対応している。
　ＨＵＢ♯１からサブモジュール♯１に送信される通信フレーム６１＿１は、フラグ領域８６と、ヘッダ領域８７と、ペイロード領域８８と、ＦＣＳ領域８９とを含む。ヘッダ領域８７は、通信コマンド、シーケンス番号、ペイロード長等の情報を含む。ペイロード領域８８は、共通指令およびアーム指令Ｕ＿ｕを有する指令データＸを含む。
　サブモジュール♯１は、ＨＵＢ♯１から受信した通信フレーム６１＿１のペイロード領域にＳＭデータＫ１を追加するとともに、ペイロード長およびＦＣＳ領域８９を更新することにより通信フレーム６１＿２を生成する。ＳＭデータＫ１は、サブモジュール♯１のＳＭ内部情報を含む。ＳＭ内部情報は、サブモジュール♯１のコンデンサ電圧とおよび状態情報Ｄｓｍとを含む。
　同様に、サブモジュール♯２は通信フレーム６１＿３を生成し、サブモジュール♯３は通信フレーム６１＿４を生成し、サブモジュール♯４は通信フレーム６１＿５を生成する。通信フレーム６１＿５のペイロード領域８８は、指令データＸと、ＳＭデータＫ１～Ｋ４が格納される。ＳＭデータＫ２～Ｋ４は、それぞれサブモジュール♯２～♯４のＳＭ内部情報を含む。
　このように、中継装置３２から送信された通信フレームには、各サブモジュール７を通過するごとにＳＭデータのフィールドが連結される。そのため、通信フレーム６１＿１～６１＿５はそれぞれ異なるフォーマットを有する。
　図１３は、実施の形態３に従うサブモジュール７による通信フレームの処理の他の例を説明するための図である。図１３で説明する通信フレームの処理は、図９で説明した通信フレームの処理と基本的に同様である。ここでは、通信ポート３５１から送信される通信フレームの処理例について説明する。
　図１３を参照して、ＨＵＢ♯１からサブモジュール♯１に送信される通信フレーム６３＿１は、図１２中の通信フレーム６１＿１と同一である。サブモジュール♯１からサブモジュール♯２に送信される通信フレーム６３＿２は、図１２中の通信フレーム６１＿２とペイロード領域８８の内容が異なる。
　具体的には、通信フレーム６３＿２のペイロード領域８８は、指令データＸと、ＳＭ集約データＺｓ１と、ＳＭデータＫ１ａとを含む。ＳＭ集約データＺｓ１は、サブモジュール♯１のＳＭ電圧の集約値と、サブモジュール♯１の状態情報Ｄｓｍの集約値（例えば、起動ビット集約値と、起動ＳＭ数集約値と、故障ビット集約値）とを含む。
　ＳＭ集約データＺｓ１には、サブモジュール♯１の情報しか格納されていない。そのため、サブモジュール♯１のＳＭ電圧の集約値はサブモジュール♯１のＳＭ電圧である。起動ビット集約値および起動ＳＭ数集約値は、サブモジュール♯１の起動ビットである。故障ビット集約値は、サブモジュール♯１の故障ビットである。
　ＳＭデータＫ１ａは、サブモジュール♯１の故障ビット、分離ビット、故障ランク情報および故障種別情報を含む。ＳＭデータＫ１ａには、状態情報Ｄｓｍの一部の情報しか含まれないため、ＳＭデータＫ１ａは図１２中のＳＭデータＫ１よりもデータサイズが小さい。
　サブモジュール♯２は、ＳＭ集約データＺｓ１に集約処理を施してＳＭ集約データＺｓ２に更新し、通信フレーム６３＿２にＳＭデータＫ２ａを追加し、ペイロード長およびＦＣＳ領域８９を更新して通信フレーム６３＿３を生成する。
　具体的には、ＳＭデータＫ２ａは、サブモジュール♯２の故障ビット、分離ビット、故障ランク情報および故障種別情報を含む。ＳＭ集約データＺｓ２は、サブモジュール♯１～♯２のＳＭ電圧の集約値と、サブモジュール♯１～♯２の状態情報Ｄｓｍの集約値（例えば、起動ビット集約値と、起動ＳＭ数集約値と、故障ビット集約値）とを含む。
　ＳＭ集約データＺｓ２の起動ビット集約値は、ＳＭ集約データＺｓ１の起動ビット集約値と、サブモジュール♯２の起動ビットとの論理積である。ＳＭ集約データＺｓ２の起動ＳＭ数集約値は、ＳＭ集約データＺｓ１の起動ＳＭ数集約値と、サブモジュール♯２の起動ビットとの加算値である。ＳＭ集約データＺｓ２の故障ビット集約値は、ＳＭ集約データＺｓ１の故障ビット集約値と、サブモジュール♯２の故障ビットとの論理和である。
　サブモジュール♯３，♯４の処理についても同様である。その結果、通信フレーム６３＿５のペイロード領域には、指令データＸと、ＳＭ集約データＺｓ４と、ＳＭデータＫａ１～Ｋａ４が格納される。
　＜利点＞
　実施の形態３によると、実施の形態１および２と同様の利点が得られる。
　実施の形態４．
　実施の形態１ではアームごとに通信制御部を設ける構成について説明したが、実施の形態４では交流回路１２の相ごとに通信制御部を設ける構成について説明する。
　図１４は、実施の形態４に従う指令情報の送信方式を説明するための図である。図１４を参照して、制御装置１０１Ａは、指令情報生成部１５１Ａと、複数の通信制御部７０Ｕ，７０Ｖ，７０Ｗ（以下、「通信制御部７０」とも総称する。）とを含む。通信制御部７０Ｕ，７０Ｖ，７０Ｗは、それぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する通信制御部である。換言すると、通信制御部７０Ｕ，７０Ｖ，７０Ｗは、それぞれレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗに対応して設けられた通信制御部である。
　指令情報生成部１５１Ａは、各サブモジュール７への指令情報９２を生成する。ここでは、上位装置が制御装置１０１であるため、指令情報９２は制御指令に相当する。指令情報９２は、共通指令と、各アーム用のアーム指令と、通信ポート数Ｍとを含む。通信ポート数Ｍは、各通信制御部１５３Ｕ，１５３Ｖ，１５３Ｗに設けられている通信ポート数である。
　指令情報生成部１５１Ａは、各相に対応する通信制御部７０へ指令情報９２をブロードキャストで送信する。各相に対応する通信制御部７０の機能は同様であるため、ここでは、通信制御部７０Ｕの機能について説明する。
　通信制御部７０Ｕは、指令情報生成部１５１Ａから送信された指令情報９２を受信し、指令情報９２の中から通信制御部７０Ｕに対応するアーム指令を抽出する。具体的には、通信制御部７０ＵはＵ相のレグ回路４ｕに対応する通信制御部であるため、通信制御部７０Ｕは、レグ回路４ｕの上アーム５用のアーム指令Ｕ＿ｕと、レグ回路４ｕの下アーム６用のアーム指令Ｕ＿ｄとを抽出する。
　通信制御部７０Ｕは、レグ回路４ｕに含まれる各サブモジュール７と接続された各中継装置へ、抽出されたアーム指令を含む通信フレームを送信する。具体的には、通信制御部７０Ｕは、レグ回路４ｕの上アーム５に含まれる各サブモジュール７と接続された各中継装置３２へ、アーム指令Ｕ＿ｕを含む通信フレーム５３Ａを送信する。また、通信制御部７０Ｕは、レグ回路４ｕの下アーム６に含まれる各サブモジュール７と接続された各中継装置３２へ、アーム指令Ｕ＿ｄを含む通信フレーム５３Ｂを送信する。
　通信制御部７０Ｕは、セレクタ５８Ａ，５８Ｂと、通信フレーム生成部５４Ａ，５４Ｂと、複数の通信ポート３６Ａとを含む。通信ポート３６Ａは、Ｍ個（ただし、Ｍ≧２の整数）設けられている。Ｍ個の通信ポート３６Ａに対して、便宜上、＃１～＃Ｍの番号を付与してそれぞれを区別する。
　セレクタ５８Ａは、自身に設定された選択ＩＤ“Ｕ”と、複数の通信ポート３６Ａのうちの半分（例えば、ポート番号が♯１～♯Ｍ／２）を上アーム用の通信ポートとして用いることを示す情報５０１とに基づいて、アーム指令Ｕ＿ｕを選択して、通信フレーム生成部５４Ａに出力する。
　通信フレーム生成部５４Ａは、共通指令およびアーム指令Ｕ＿ｕを有する指令データを含む通信フレーム５３Ａを生成する。通信フレーム生成部５４Ａは、ポート番号が♯１～♯Ｍ／２の各通信ポート３６Ａを介して、通信フレーム５３Ａを各中継装置３２へ送信する。具体的には、通信フレーム生成部５４Ａは、各通信ポート３６Ａ♯１～３６Ａ♯Ｍ／２に通信フレーム５３Ａを同時送信する。各通信ポート３６Ａ♯１～３６Ａ♯Ｍ／２は、中継装置３２へ通信フレーム５３Ａを送信する。
　セレクタ５８Ｂは、自身に設定された選択ＩＤ“Ｕ”と、複数の通信ポート３６Ａのうちの残りの半分（例えば、ポート番号が♯（Ｍ／２＋１）～♯Ｍ）を下アーム用の通信ポートとして用いることを示す情報５０２とに基づいて、アーム指令Ｕ＿ｄを選択して、通信フレーム生成部５４Ｂに出力する。
　通信フレーム生成部５４Ｂは、共通指令およびアーム指令Ｕ＿ｄを有する指令データを含む通信フレーム５３Ｂを生成する。通信フレーム生成部５４Ｂは、ポート番号が♯（Ｍ／２＋１）～♯Ｍの各通信ポート３６Ａを介して、通信フレーム５３Ｂを各中継装置３２へ送信する。
　このように、通信制御部７０が各レグ回路４に対応して設けられている場合、複数の通信制御部７０の各々は、当該通信制御部７０に対応するレグ回路４（例えば、レグ回路４ｕ）に含まれる各サブモジュール７と接続された中継装置３２へ、抽出された上下アームの各々に対するアーム指令（例えば、アーム指令Ｕ＿ｕ，Ｕ＿ｄ）を含む各通信フレーム（例えば、通信フレーム５３Ａ，５３Ｂ）を送信する。
　図１４の例では、各相で使用する通信ポート数Ｍを含む指令情報９２を通信制御部７０へ与える構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、各通信制御部７０内に通信ポート数Ｍを固定値として予め記憶させておいてもよい。例えば、各通信制御部７０の通信ポート数Ｍを１０に固定して使用する場合、各通信制御部７０は、ポート番号♯１～♯５の通信ポート３６Ａを介して上アーム用のアーム指令を含む通信フレームを送信し、ポート番号♯６～♯１０の通信ポート３６Ａを介して下アーム用のアーム指令を含む通信フレームを送信する。
　＜利点＞
　実施の形態４によると、実施の形態１と同様の利点が得られる。
　実施の形態５．
　実施の形態１では、１つのリング型ネットワークに接続される各中継装置３２は、同一アーム内のサブモジュール７と接続されている。実施の形態５では、１つのリング型ネットワークに接続される中継装置３２が、ある相の上アーム内のサブモジュール７と接続され、当該リング型ネットワークに接続される他の中継装置３２が当該相の下アーム内のサブモジュール７と接続される構成について説明する。
　図１５は、実施の形態５に従うネットワーク構成を示す図である。図１５を参照して、制御装置１０１Ｂは、Ｕ相用の通信ポート４０Ｕと、Ｖ相用の通信ポート４０Ｖと、Ｗ相用の通信ポート４０Ｗとを含む。通信ポート４０Ｕは、ＨＵＢ♯１～♯４とリング接続されている。ＨＵＢ♯１，♯２の各々は、Ｕ相上アーム用の各サブモジュール７とスター接続されている。ＨＵＢ♯３，♯４の各々は、Ｕ相下アーム用の各サブモジュール７とスター接続されている。Ｖ相およびＷ相についても同様である。
　通信ポート４０Ｕから出力された通信フレームは、図１５における括弧内の数字（１）、（２）、（３）、（４）、（５）の順に送信される。通信フレームの送信方式については後述する。なお、各通信ポート４０Ｖ，４０Ｗから出力される通信フレームの送信方式は、通信ポート４０Ｕから出力される通信フレームの送信方式と同様である。
　図１６は、実施の形態５に従う指令情報の送信方式を説明するための図である。図１６を参照して、制御装置１０１Ｂは、指令情報生成部１５１Ｂと、複数の通信制御部７２Ｕ，７２Ｖ，７２Ｗ（以下、「通信制御部７２」とも総称する。）とを含む。通信制御部７２，７２Ｖ，７２Ｗは、それぞれＵ相，Ｖ相，Ｗ相に対応する通信制御部である。
　指令情報生成部１５１Ｂは、各サブモジュール７への指令情報９４を生成する。ここでは、上位装置が制御装置１０１であるため、指令情報９４は制御指令に相当する。指令情報９４は、共通指令と、各アーム用のアーム指令と、ＨＵＢ数Ｐとを含む。ＨＵＢ数Ｐは、各相に割当てられている中継装置３２の数である。具体的には、ＨＵＢ数Ｐは、各レグ回路４内のサブモジュール７と接続されている中継装置３２の数である。
　指令情報生成部１５１Ｂは、各相に対応する通信制御部７２へ指令情報９４をブロードキャストで送信する。各相に対応する通信制御部７２の機能は同様であるため、ここでは、通信制御部７２Ｕの機能について説明する。
　通信制御部７２Ｕは、指令情報生成部１５１Ｂから送信された指令情報９４を受信し、指令情報９４の中から通信制御部７２Ｕに対応するアーム指令を抽出する。具体的には、通信制御部７２Ｕは、レグ回路４ｕの上アーム用のアーム指令Ｕ＿ｕと、レグ回路４ｕの下アーム用のアーム指令Ｕ＿ｄとを抽出する。
　通信制御部７２Ｕは、レグ回路４ｕに含まれる各サブモジュール７と接続された各中継装置３２へ、アーム指令Ｕ＿ｕ，Ｕ＿ｄを含む通信フレーム５５を送信する。具体的には、通信制御部７２Ｕは、セレクタ５９と、通信フレーム生成部７５と、通信ポート４０Ｕとを含む。
　セレクタ５９は、自身に設定された選択ＩＤ“Ｕ”に基づいて、アーム指令Ｕ＿ｕ，Ｕ＿ｄを選択して、通信フレーム生成部７５に出力する。通信フレーム生成部７５は、指令情報９４の中から共通指令、ＨＵＢ数Ｐ、およびアーム指令Ｕ＿ｕ，Ｕ＿ｄを抽出する。通信フレーム生成部７５は、抽出した共通指令、ＨＵＢ数Ｐ、およびアーム指令Ｕ＿ｕ，Ｕ＿ｄと、ＨＵＢ番号Ｊとを含む通信フレーム５５を生成する。なお、通信ポート４０Ｕから送信される通信フレーム５５に格納されるＨＵＢ番号Ｊの初期値は“０”に設定されている。通信フレーム生成部７５は、通信ポート４０Ｕを介して、通信フレーム５５を各中継装置３２へ送信する。
　ＨＵＢ♯１は、通信フレーム５５を受信する。ＨＵＢ♯１は、受信した通信フレーム５５に格納されているＨＵＢ番号Ｊの値を＋１して（すなわち、インクリメントして）自身のＨＵＢ番号を生成し、生成したＨＵＢ番号が値Ｐ／２以下であるか否かを判断する。ＨＵＢ番号Ｊの初期値は“０”であるため、ＨＵＢ♯１は、自身のＨＵＢ番号“１”を生成する。ここで、ＨＵＢ♯１においてはＪ≦Ｐ／２が成立するため、ＨＵＢ♯１は自身が上アーム用の中継装置３２であると認識する。そのため、ＨＵＢ♯１は、通信フレーム５５の中から上アーム用のアーム指令Ｕ＿ｕを抽出する。また、ＨＵＢ♯１は、通信フレーム５５の中から共通指令を抽出する。
　ＨＵＢ♯１は、共通指令およびアーム指令Ｕ＿ｕを含む通信フレーム５７Ａを生成し、当該通信フレーム５７Ａを、自身と接続された各サブモジュール７へ送信する。ＨＵＢ♯１は、ＨＵＢ番号Ｊを自身のＨＵＢ番号に更新した（すなわち、ＨＵＢ番号Ｊ＝１に更新した）通信フレーム５５をＨＵＢ♯２へ送信する。
　ＨＵＢ♯２～♯Ｐ／２の各々は、受信したＨＵＢ番号Ｊの値をインクリメントした自身のＨＵＢ番号Ｊと値Ｐ／２との比較により、自身が上アーム用の中継装置３２であることを認識する。そのため、ＨＵＢ♯２～♯Ｐ／２の各々は、ＨＵＢ♯１と同様の処理を実行し、通信フレーム５７Ａを自身と接続された各サブモジュール７へ送信する。
　続いて、ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）は、ＨＵＢ♯Ｐ／２から通信フレーム５５を受信する。ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）は、受信したＨＵＢ番号Ｊの値を＋１して自身のＨＵＢ番号を生成する。この場合、生成されるＨＵＢ番号Ｊ＝（Ｐ／２＋１）となる。ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）は、生成したＨＵＢ番号Ｊが値Ｐ／２以下であるか否かを判断する。ここで、ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）においてはＪ＞Ｐ／２が成立するため、ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）は自身が下アーム用の中継装置３２であると認識する。したがって、ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）は、通信フレーム５５の中から下アーム用のアーム指令Ｕ＿ｄを抽出する。また、ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）は、通信フレーム５５の中から共通指令を抽出する。
　ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）は、共通指令およびアーム指令Ｕ＿ｄを含む通信フレーム５７Ｂを生成し、当該通信フレーム５７Ｂを自身と接続された各サブモジュール７へ送信する。ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）は、ＨＵＢ番号Ｊを自身のＨＵＢ番号に更新した（すなわち、ＨＵＢ番号Ｊ＝（Ｐ／２＋１）に更新した）通信フレーム５５をＨＵＢ♯（Ｐ／２＋２）へ送信する。
　ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋２）～♯Ｐの各々は、受信したＨＵＢ番号Ｊの値をインクリメントした自身のＨＵＢ番号Ｊと値Ｐ／２との比較により、自身が下アーム用の中継装置３２であると認識する。そのため、ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）～♯Ｐの各々は、ＨＵＢ♯（Ｐ／２＋１）と同様の処理を実行し、通信フレーム５７Ｂを自身と接続された各サブモジュール７へ送信する。
　＜利点＞
　実施の形態５によると、実施の形態１と同様の利点を有する。
　その他の実施の形態．
　（１）上述した実施の形態２の図９の例では、ＨＵＢデータＹ１ａ～Ｙ４ａが、それぞれＨＵＢ♯１～♯４に接続されたすべてのサブモジュール７に関する情報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、すべてのサブモジュール７に関する情報を同時に制御装置１０１へ送信する必要がなければ、１回の通信で送信するサブモジュール７のデータ量を制限する構成であってもよい。具体的には、各ＨＵＢデータＹ１ａ～Ｙ４ａには、指定のサブモジュール７に関する情報のみを含めることにより通信フレーム長を短くする構成であってもよい。
　図１７は、その他の実施の形態に従うデータ集約処理を説明するための図である。ここでは、ＨＵＢ♯２により実行されるデータ集約処理について説明する。図１７を参照して、ＨＵＢ♯２が受信する通信フレーム５１Ｃ＿ａ２は、図９の例の通信フレーム５１Ａ＿ａ２にＳＭ番号指定値３０９を追加した内容となる。
　ＳＭ番号指定値３０９は、各ＨＵＢ♯１～♯４に接続されているサブモジュール７の番号を指定する情報である。例えば、ＳＭ番号指定値３０９が“２”であれば、各ＨＵＢ♯１～♯４は、自身に接続されているサブモジュール７のうち、２番目のサブモジュール７に関する情報をＨＵＢデータに含める。
　図１７の例では、ＨＵＢ♯２は、セレクタ３７１により、各サブモジュール７のうち２番目のサブモジュール７の故障ビットを選択して、当該故障ビットをＨＵＢデータＹ２ａに格納する。ＨＵＢ♯２は、セレクタ３７２により、各サブモジュール７のうち２番目のサブモジュール７の分離ビットを選択して、当該分離ビットをＨＵＢデータＹ２ａに格納する。同様に、故障ランク情報および故障種別情報も、２番目のサブモジュール７に関する情報のみがＨＵＢデータＹ２ａに格納される。
　そのため、ＨＵＢデータＹ２ａは、２番目のサブモジュール７の状態情報Ｄｓｍのうちの故障ビット、分離ビット、故障ランク情報および故障種別情報と、ＨＵＢ♯２の状態情報Ｄｈとを含む。このように、図１７の例でのＨＵＢデータＹ２ａには、２番目以外のサブモジュール７に関する情報は含まれないため、図９または図１０中のＨＵＢデータＹ２ａよりもデータサイズが小さくなる。なお、ＨＵＢ♯１により生成されるＨＵＢデータＹ１ａについても、図９または図１０中のＨＵＢデータＹ１ａよりもデータサイズが小さくなる。ＨＵＢ集約データＺ２については、図９または図１０のそれと同様である。ＨＵＢ♯２は、このようなＨＵＢ集約データＺ２と、ＨＵＢデータＹ１ａ，Ｙ２ａとを含む通信フレーム５１Ｃ＿ａ３をＨＵＢ♯３に送信する。
　制御装置１０１は、ＳＭ番号指定値３０９を“２”に設定した通信フレームを各ＨＵＢ♯１～♯４に送信した後、次に通信フレームを送信する際には、ＳＭ番号指定値３０９を“３”に設定して、当該ＳＭ番号指定値３０９を含む通信フレームを送信する。このように、制御装置１０１は、毎回異なるＳＭ番号指定値３０９を含む通信フレームを送信する。例えば、各ＨＵＢ♯１～♯４にＲ台のサブモジュール７が接続されている場合には、制御装置１０１は、Ｒ回の通信フレームを送信することにより、各ＨＵＢ♯１～♯４に接続されたすべてのサブモジュール７の情報を取得することができる。なお、ＳＭ番号指定値３０９には複数の番号を設定してもよい。例えば、今回の通信フレームにおけるＳＭ番号指定値３０９には“１”および“２”を設定し、次回の通信フレームにおけるＳＭ番号指定値３０９には“３”および“４”を設定する構成であってもよい。
　（２）上述した実施の形態では、サブモジュール７が多数存在する大規模なＨＤＶＣシステムを想定して上位装置とサブモジュールとの間に中継装置を設ける構成について説明した。ただし、ＳＴＡＴＣＯＭ等のような小規模システムに利用する場合には、中継装置を用いることなく上位装置とサブモジュールとを直接接続するように構成してもよい。
　（３）上述した実施の形態では、各通信ポートに複数の中継装置が接続される構成について説明したが、当該構成に限られず、各通信ポートに１つの中継装置が接続される構成であってもよい。この場合、各通信ポートは中継装置とスター接続される。
　（４）上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　電力変換装置、２　電力変換回路部、３　指令生成装置、４ｕ，４ｖ，４ｗ　レグ回路、５　上アーム、６　下アーム、７　サブモジュール、８Ａ，８Ｂ　リアクトル、９Ａ，９Ｂ　アーム電流検出器、１０　交流電圧検出器、１１Ａ，１１Ｂ　直流電圧検出器、１２　交流回路、１３　連系変圧器、１４　直流回路、１５　運転指令、１６　交流電流検出器、２１　ゲート制御部、２２Ａ，２２Ｂ　スイッチング素子、２３Ａ，２３Ｂ　ダイオード、２４　コンデンサ、２５　変換回路、２６Ｎ，２６Ｐ　入出力端子、２７　電圧検出部、２８　送受信部、３１Ａ，３１Ｂ，５８Ａ，５８Ｂ，５９　セレクタ、３２　中継装置、３４Ａ～３４Ｆ，３６Ａ，４０Ｕ～４０Ｗ，３５１～３５４　通信ポート、４０　交流電圧指令生成部、４１　直流電圧指令生成部、４２　循環電流指令生成部、４４　アーム電圧指令生成部、５２Ａ，５２Ｂ，５４Ａ，５４Ｂ，７５　通信フレーム生成部、７０Ｕ～７０Ｗ，７２Ｕ～７２Ｗ，１５３，１５３Ａ，１５３Ｂ，１５３Ｕ～１５３Ｗ　通信制御部、８１，８６　フラグ領域、８２，８７　ヘッダ領域、８３，８８　ペイロード領域、８４，８９　ＦＣＳ領域、１０１，１０１Ａ，１０１Ｂ　制御装置、１０２　保護装置、１５１Ａ，１５１Ｂ　指令情報生成部、３２０　中継装置群。

Claims (12)

  1. 　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、
    　前記交流回路の相ごとにレグ回路を含む電力変換回路部を備え、
    　前記レグ回路は、第１アームおよび第２アームを含み、
    　前記第１アームおよび前記第２アームの各々は、互いに直列接続された複数のサブモジュールを含み、
    　前記電力変換回路部に含まれる各サブモジュールを制御する上位装置と、
    　前記上位装置と前記電力変換回路部に含まれる各サブモジュールとの間の通信を中継する複数の中継装置とを備え、
    　前記上位装置は、
    　　前記電力変換回路部に含まれる各アームに対するアーム指令を含む指令情報を生成する指令情報生成部と、
    　　前記電力変換回路部に含まれる各レグ回路または各アームに対応して設けられた通信制御部とを含み、
    　複数の前記通信制御部の各々は、
    　　前記指令情報生成部から送信された前記指令情報を受信し、
    　　前記指令情報の中から当該通信制御部に対応するアーム指令を抽出し、
    　　当該通信制御部に対応するレグ回路またはアームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも１つの前記中継装置へ、抽出された前記アーム指令を含む通信フレームを送信する、電力変換装置。
  2. 　前記指令情報は、前記電力変換回路部に含まれる各アームに共通な共通指令をさらに含み、
    　複数の前記通信制御部の各々は、前記指令情報の中から前記共通指令をさらに抽出し、
    　前記通信フレームは前記共通指令をさらに含む、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　複数の前記通信制御部の各々は、リング型のネットワークを介して、２以上の前記中継装置と接続されており、
    　２以上の前記中継装置のうちの第１中継装置は、
    　　前記第１中継装置と通信する複数の第１サブモジュールの各々から受信した内部情報に基づいて第１中継情報を生成し、
    　　前記第１中継装置と接続された前記通信制御部から受信した通信フレームに前記第１中継情報を追加し、
    　　前記第１中継情報が追加された通信フレームを、前記第１中継装置と接続された中継装置に送信する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記第１中継情報は、各前記内部情報に含まれる第１情報を集約した集約情報と、各前記内部情報に含まれる第２情報とを含む、請求項３に記載の電力変換装置。
  5. 　前記第１情報は、前記第１サブモジュールに含まれるコンデンサの電圧値を含み、
    　前記第２情報は、前記第１サブモジュールの故障状態を示す故障情報とを含む、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　複数の前記通信制御部の各々は、複数の前記リング型のネットワークを介して、２以上の前記中継装置と接続される、請求項３～請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  7. 　２以上の前記中継装置のうちの第２中継装置は、
    　　前記第２中継装置と通信する複数の第２サブモジュールの各々から受信した内部情報に基づいて第２中継情報を生成し、
    　　前記第２中継装置と接続された中継装置から受信した通信フレームに前記第２中継情報を追加し、
    　　前記第２中継情報が追加された通信フレームを、前記第２中継装置と接続された前記通信制御部に送信する、請求項３～請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　前記第１中継装置は、スター型のネットワークを介して、前記複数の第１サブモジュールと接続されている、請求項３～請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 　前記第１中継装置は、リング型のネットワークを介して、前記複数の第１サブモジュールと接続されている、請求項３～請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記通信制御部は各レグ回路に対応して設けられており、
    　複数の前記通信制御部の各々は、
    　　当該通信制御部に対応するレグ回路の前記第１アームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも１つの前記中継装置へ、当該第１アームに対するアーム指令を含む通信フレームを送信し、
    　　当該通信制御部に対応するレグ回路の前記第２アームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも１つの前記中継装置へ、当該第２アームに対するアーム指令を含む通信フレームを送信する、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  11. 　前記通信制御部は各アームに対応して設けられており、
    　複数の前記通信制御部の各々は、当該通信制御部に対応するアームに含まれる各サブモジュールと接続された少なくとも１つの前記中継装置へ、当該アームに対するアーム指令を含む通信フレームを送信する、請求項１～請求項９のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  12. 　前記上位装置が、前記電力変換回路部に含まれる各サブモジュールを運転制御する制御装置である場合、前記アーム指令はアーム電圧指令値を含み、
    　前記上位装置が、前記電力変換回路部に含まれる各サブモジュールを保護する保護装置である場合、前記アーム指令は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む、請求項１～請求項１１のいずれか１項に記載の電力変換装置。
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