WO2024134858A1

WO2024134858A1 - 電力変換装置

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Publication number: WO2024134858A1
Application number: PCT/JP2022/047521
Authority: WO
Inventors: 暁斗中山
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-12-23
Filing date: 2022-12-23
Publication date: 2024-06-27
Anticipated expiration: 2025-06-23
Also published as: EP4641909A1; EP4641909A4; JPWO2024134858A1

Abstract

正側及び負側アーム（１１０）が直列接続されたレグ回路（１００ｕ，１００ｖ，１００ｗ）が複数並列に接続されて構成される電力変換器（１０）と、電力変換器（１０）を制御する制御装置（２０）とを備えた電力変換装置（１）であって、制御装置（２０）は、複数の前記アーム（１００）が出力する電圧の指令値であるアーム出力電圧指令値（Ｖａｒｍ）を生成し、それぞれのレグ回路（１００ｕ，１００ｖ，１００ｗ）に対し循環電流制御を行い、少なくとも一つのレグ回路（１００ｕ，１００ｖ，１００ｗ）に含まれる直流コンデンサ（１１１Ｃ）の電圧合計値（Ｖｃｕ，Ｖｃｖ，Ｖｃｗ）が第一閾値（δ１）以上の時に、該レグ回路（１００ｕ，１００ｖ，１００ｗ）において、一方のアームのアーム出力電圧指令値（Ｖａｒｍ）が、上側閾値（Ｖｃｐ，Ｖｃｎ）を上回る場合は上側閾値以下になるように、下側閾値（０Ｖ）を下回る場合は下側閾値以上になるように、電圧指令補正値（ΔＶａｒｍ）により補正し、他方のアームのアーム出力電圧指令値（Ｖａｒｍ）もその補正電圧（ΔＶａｒｍ）に基づき補正する。

Description

電力変換装置

　本願は、電力変換装置に関する。

　近年、電力系統などの高圧用途に用いられる電力変換装置においては、エネルギー蓄積要素をそれぞれ備える複数台の変換器セルを直列多重接続して構成するマルチレベル変換器の実用化が図られている。これらの変換器はモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Ｍｏｄｕｌａｒ　Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）方式、または、カスケードマルチレベル変換器（ＣＭＣ：Ｃａｓｃａｄｅｄ　Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）方式などと呼ばれ、三相交流から直流への変換またはその逆変換に用いられている。

　エネルギー蓄積要素としてコンデンサを具備する電力変換装置においては、電圧変動を抑制することが可能である。しかし、コンデンサの容量が小さいと変換器セルを構成するスイッチング素子に掛かる電圧がスイッチング素子の耐電圧を超える恐れがある。そのため、コンデンサの容量を大きくするあるいはスイッチング素子の耐電圧を大きくすると、電力変換装置のコストが増加する、あるいはサイズが増大してしまう。

　このような課題に対し、特許文献１には、電力変換装置を構成するアームユニットに流す循環電流を調整して、各アームユニットにおけるコンデンサ電圧の平均値が一定なるようにするとともに変動幅を抑制することが開示されている。

　また、出願人も特許文献２において、アーム出力電圧範囲を超えないように零相電圧指令値を用いてアーム電圧指令値を補正することを開示している。

特開２０１８―１９６２３７号公報国際公開第２０２１／１９９１５０号

　一方、事故中または事故復帰直後の過変調が大きい場合は、電力変換装置の接続された系統電圧の変動またはコンデンサ電圧のアンバランスにより、各アームが本来出力すべき電圧を出力することができず、想定し得ない電流が流れてしまうことがある。その場合、コンデンサ電圧のアンバランスが解消できず、電力変換装置の運転が継続できない恐れがある。

　本願は、上記の課題を解決するための技術を開示するものであり、アーム間コンデンサ電圧のアンバランスを速やかにバランスすることができる電力変換装置を提供することを目的とする。

　本願に開示される電力変換装置は、
　正側アームと負側アームとが直列接続されたレグ回路が複数並列に接続され、複数の前記レグ回路の正側アームと負側アームとの接続点が各相の交流線に接続されて複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御装置とを備えた電力変換装置であって、
　前記正側アーム及び前記負側アームのそれぞれは、複数の半導体スイッチング素子が直列接続された直列体とこの直列体に並列接続された直流コンデンサとを有する変換器セルが１つまたは複数直列接続されており、
　前記制御装置は、複数の前記アームが出力する電圧の指令値であるアーム出力電圧指令値を生成するアーム出力電圧指令値生成部を有し、
　それぞれの前記レグ回路に対し循環電流制御を行い、
　少なくとも一つの前記レグ回路に含まれる全ての前記直流コンデンサの電圧の合計値が予め設定された第一閾値以上の時に、該レグ回路において、前記正側アーム及び前記負側アームのうち一方のアームのアーム出力電圧指令値が、予め設定された上側閾値を上回る場合は前記上側閾値以下になるように、前記アーム出力電圧指令値が予め設定された下側閾値を下回る場合は前記下側閾値以上になるように、前記アーム出力電圧指令値を補正する電圧指令補正値を生成して補正するとともに、
　循環電流制御が行われている前記レグ回路の他方のアームのアーム出力電圧指令値を前記電圧指令補正値に基づいて補正する、ように構成されている。

　本開示による電力変換装置によれば、アーム間コンデンサ電圧のアンバランスを速やかにバランスすることが可能となる。

実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示す概略図である。実施の形態１に係る電力変換装置を構成する変換器セルの例を示す構成図である。実施の形態１に係る電力変換装置を構成する変換器セルの他の例を示す構成図である。実施の形態１に係る電力変換装置を構成する変換器セルの他の例を示す構成図である。実施の形態１に係る制御装置の構成を示す機能ブロック図である。生成された変調信号がゲート信号生成部に入力される状態を示す図である。実施の形態１に係る制御装置の指令生成部の構成を示す機能ブロック図である。実施の形態１に係る電圧指令値補正部の構成を示す図である。実施の形態１に係る補正電圧計算部の構成を示す図である。実施の形態１に係る電力変換装置の効果を説明するための図である。図８Ａ中、破線Ａ，Ｂの領域の拡大図である。実施の形態２に係る制御装置の指令生成部の構成を示す機能ブロック図である。実施の形態２に係る電圧指令値補正部の構成を示す図である。実施の形態２に係る補正電圧計算部の構成を示す図である。補正電圧計算部の算出する補正可能な電圧の補正裕度を説明するための図である。実施の形態２に係る補正零相電圧計算部の構成を示す図である。実施の形態１、２に係る制御装置の一例であるハードウエア構成図である。

　以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当する部分を示すものとする。

実施の形態１．
　以下、実施の形態１に係る電力変換装置について、図を用いて説明する。
＜電力変換装置の構成＞
　図１は実施の形態１に係る電力変換装置１が適用される電力系統の一例の概略構成を示す図である。図１に示すように、電力変換装置１は、主回路である電力変換器１０と、この電力変換器１０を制御する制御部としての制御装置２０と、を備える。電力変換器１０は、交流と直流との間で相互に電力変換を行うものであり、その交流側が変圧器３を介して複数相交流としての三相交流系統である交流電源２に接続され、その直流側が正側直流端子６Ｐ、負側直流端子６Ｎを介して図示しない直流系統に接続される。直流系統は、例えば、大規模太陽光発電システム、産業用ＵＰＳ（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｐｔｉｂｌｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ：無停電電源装置）のような直流電源、または他の電力変換器等である。

　電力変換器１０は、三相交流のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに対応して備えられる３個のレグ回路１００ｕ，１００ｖ，１００ｗを、正側直流端子６Ｐ、負側直流端子６Ｎ間に並列接続して備える。レグ回路１００ｕは、一対のアームとしての正側アーム１００ｕＰと負側アーム１００ｕＮとを有し、これら正側アーム１００ｕＰと負側アーム１００ｕＮとは互いに直列接続される。正側アーム１００ｕＰの一端は正側直流端子６Ｐに接続され、負側アーム１００ｕＮの一端は負側直流端子６Ｎに接続される。また、正側アーム１００ｕＰと負側アーム１００ｕＮとの接続点４ｕは変圧器３のＵ相端子に接続される。

　レグ回路１００ｖは、一対のアームとしての正側アーム１００ｖＰと負側アーム１００ｖＮとを有し、これら正側アーム１００ｖＰと負側アーム１００ｖＮとは互いに直列接続される。正側アーム１００ｖＰの一端は正側直流端子６Ｐに接続され、負側アーム１００ｖＮの一端は負側直流端子６Ｎに接続される。また、正側アーム１００ｖＰと負側アーム１００ｖＮとの接続点４ｖは変圧器３のＶ相端子に接続される。

　レグ回路１００ｗは、一対のアームとしての正側アーム１００ｗＰと負側アーム１００ｗＮとを有し、これら正側アーム１００ｗＰと負側アーム１００ｗＮとは互いに直列接続される。正側アーム１００ｗＰの一端は正側直流端子６Ｐに接続され、負側アーム１００ｗＮの一端は負側直流端子６Ｎに接続される。また、正側アーム１００ｗＰと負側アーム１００ｗＮとの接続点４ｗは変圧器３のＷ相端子に接続される。

　以下、各レグ回路１００ｕ，１００ｖ，１００ｗの構成について説明する。Ｖ相、Ｗ相のレグ回路１００ｖ，１００ｗは、Ｕ相のレグ回路１００ｕと同様の構成を有しているため、代表してＵ相のレグ回路１００ｕを用いて説明する。
　レグ回路１００ｕの正側アーム１００ｕＰは、直列接続された複数の変換器セル１１１と、リアクトル１１２ｕＰとを有し、これら複数の変換器セル１１１とリアクトル１１２ｕＰとが互いに直列接続されて構成される。同様に、レグ回路１００ｕの負側アーム１００ｕＮは、直列接続された複数の変換器セル１１１と、リアクトル１１２ｕＮを有し、これら変換器セル１１１とリアクトル１１２ｕＮとが互いに直列接続されて構成される。なお、各アーム内の変換器セル１１１は１つであってもよい。

　なお、リアクトル１１２ｕＰは正側アーム１００ｕＰ内であればいずれの位置であってもよく、同様にリアクトル１１２ｕＮも負側アーム１００ｕＮ内であればいずれの位置であってもよい。リアクトル１１２ｕＰ、１１２ｕＮのインダクタンス値は互いに異なってもよく、他の相のリアクトルと結合されたものでも良い。さらに、正側アーム１００ｕＰ内にのみリアクトル１１２ｕＰを設ける構成でもよく、もしくは、負側アーム１００ｕＮ内にのみリアクトル１１２ｕＮを設ける構成でもよい。
　なお、以降の説明において、正側アーム１００ｕＰ，１００ｖＰ，１００ｗＰ、負側アーム１００ｕＮ，１００ｖＮ，１００ｗＮのそれぞれを区別する必要がない場合は、アーム１００あるいは、正側アーム１００Ｐ、負側アーム１００Ｎと称して用いる。

　以下、各レグ回路１００ｕ，１００ｖ，１００ｗを構成する変換器セル１１１の構成について説明する。
　図２Ａは、実施の形態１に係る変換器セル１１１の構成の一例を示す回路図である。図２Ｂは、実施の形態１に係る変換器セル１１１の、図２Ａとは異なる構成例を示す回路図である。図２Ｃは、実施の形態１に係る変換器セル１１１の、図２Ａ、図２Ｂとは異なる構成例を示す回路図である。
　なお、変換器セル１１１は、図２Ａから図２Ｃに示すいずれの回路構成を用いても良く、正側アーム１００ｕＰ、負側アーム１００ｕＮ内で各回路構成を組み合わせても良い。

　図２Ａに示す変換器セル１１１は、互いに直列接続された半導体スイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｌの直列体と、これら直列体に並列接続されたエネルギー蓄積要素としての直流コンデンサ１１１Ｃと、直流コンデンサ１１１Ｃの電圧Ｖｃａｐを検出する電圧センサ１１１Ｓとを有する。半導体スイッチング素子１１１Ｕと１１１Ｌとの接続点は正側の入出力端子１１１ａに接続され、半導体スイッチング素子１１１Ｌと直流コンデンサ１１１Ｃとの接続点は負側の入出力端子１１１ｂに接続される。

　この図２Ａに示す構成の変換器セル１１１において、半導体スイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｌは、一方がオン状態となり、他方がオフ状態になるようにゲート信号ＧＵ，ＧＬにより制御される。半導体スイッチング素子１１１Ｕがオン状態であり、半導体スイッチング素子１１１Ｌがオフ状態の時、入出力端子１１１ａと１１１ｂとの間には直流コンデンサ１１１Ｃの両端電圧が印加される。なお、入出力端子１１１ａ側に正側電圧、１１１ｂ側に負側電圧が印加される。

　また、図２Ｂに示す変換器セル１１１は、互いに直列接続された半導体スイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｌの直列体と、この直列体に並列接続されたエネルギー蓄積要素としての直流コンデンサ１１１Ｃと、直流コンデンサ１１１Ｃの電圧値Ｖｃａｐを検出する電圧センサ１１１Ｓとを有する。半導体スイッチング素子１１１Ｕと１１１Ｌの接続点は負側の入出力端子１１１ｂに接続され、半導体スイッチング素子１１１Ｕと直流コンデンサ１１１Ｃとの接続点は正側の入出力端子１１１ａに接続される。

　この図２Ｂに示す構成の変換器セル１１１において、半導体スイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｌは、一方がオン状態となり、他方がオフ状態になるようにゲート信号ＧＵ，ＧＬにより制御される。半導体スイッチング素子１１１Ｕがオフ状態であり、半導体スイッチング素子１１１Ｌがオン状態の時、入出力端子１１１ａと１１１ｂとの間には直流コンデンサ１１１Ｃの両端電圧が印加される。なお、入出力端子１１１ａ側に正側電圧、１１１ｂ側に負側電圧が印加される。

　また、図２Ｃに示す構成の変換器セル１１１は、互いに直列接続された半導体スイッチング素子１１１Ｕ１，１１１Ｌ１の直列体と、同じく互いに直列接続された半導体スイッチング素子１１１Ｕ２，１１１Ｌ２の直列体と、エネルギー蓄積要素としての直流コンデンサ１１１Ｃと、直流コンデンサ１１１Ｃの電圧Ｖｃａｐを検出する電圧センサ１１１Ｓとを有する。そして、これら、半導体スイッチング素子１１１Ｕ１，１１１Ｌ１の直列体と、半導体スイッチング素子１１１Ｕ２，１１１Ｌ２の直列体と、直流コンデンサ１１１Ｃとが、並列接続される。

　この図２Ｃに示す構成の変換器セル１１１において、半導体スイッチング素子１１１Ｕ１、１１１Ｌ１は、一方がオン状態となり、他方がオフ状態になるようにゲート信号ＧＵ１，ＧＬ１により制御される。同様に半導体スイッチング素子１１１Ｕ２、１１１Ｌ２は、一方がオン状態となり、他方がオフ状態になるようにゲート信号ＧＵ２，ＧＬ２により制御される。半導体スイッチング素子１１１Ｕ１がオン状態であり、半導体スイッチング素子１１１Ｌ１がオフ状態の時、かつ半導体スイッチング素子１１１Ｕ２がオフ状態であり、半導体スイッチング素子１１１Ｌ２がオン状態の時入出力端子１１１ａと１１１ｂとの間には直流コンデンサ１１１Ｃの両端電圧が印加される。なお、入出力端子１１１ａ側に正側電圧、１１１ｂ側に負側電圧が印加される。

　さらに、電力変換装置１は、上記の直流コンデンサ電圧Ｖｃａｐを検出する電圧センサ１１１Ｓ以外に、電力変換器１０の電圧、電流を検出する複数の検出器を備える。
　図１に示すように、制御装置２０には、これらの検出器により検出された値が入力される。すなわち、電力変換器１０の交流端の相電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ、交流端の電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ、正側直流端子６Ｐと負側直流端子６Ｎとの間の直流電圧Ｖｄｃ、正側直流端子６Ｐまたは負側直流端子６Ｎを流れる直流電流Ｉｄｃ、正側アーム１００ｕＰ，１００ｖＰ，１００ｗＰを流れる電流ＩｕＰ，ＩｖＰ，ＩｗＰ、負側アーム１００ｕＮ，１００ｖＮ，１００ｗＮを流れる電流ＩｕＮ，ＩｖＮ，ＩｗＮ及び直流コンデンサ１１１Ｃの電圧Ｖｃａｐが制御装置２０に入力される。

　次に、制御装置２０の構成について説明する。
　制御装置２０は、各検出器により検出された検出値に基づいて、電力変換器１０のそれぞれの変換器セル１１１内のそれぞれの半導体スイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｌを駆動するゲート信号ＧＵ，ＧＬを生成する。

　図３は、実施の形態１による制御装置２０の主要部の構成を示す機能ブロック図である。図３に示すように、制御装置２０は直流制御部２１、交流電流制御部２２、循環電流制御部２３、指令値生成部２４及びアームコンデンサ電圧平均値算出部２５を備える。

　直流制御部２１には、電力変換器１０の正側直流端子６Ｐと負側直流端子６Ｎとの間の直流電圧Ｖｄｃと、正側直流端子６Ｐまたは負側直流端子６Ｎを流れる直流電流Ｉｄｃとが入力される。また、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ及び直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆが入力される。直流制御部２１は、直流電圧Ｖｄｃが直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに追従、または直流電流Ｉｄｃが直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆに追従するようなアーム直流分電圧指令値ＶａｒｍＤＣを出力する。

　交流電流制御部２２には、電力変換器１０の交流端の交流電流Ｉａｃ（交流端の電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗを総称する場合は、交流電流Ｉａｃと称して用いる）及び、各相の交流電圧を制御する交流電圧指令値Ｉａｃｒｅｆ（交流電圧指令値Ｉａｃｒｅｆは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれの交流電圧指令値の総称として用いる）が入力される。交流電流制御部２２は、交流電流Ｉａｃが交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆに追従するようなアーム交流分電圧指令値ＶａｒｍＡＣを出力する。

　循環電流制御部２３は、循環電流Ｉｃｃを、各アーム１００に含まれる直流コンデンサ１１１Ｃの電圧をアーム１００間でバランスさせるための循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆに追従させる制御のためのアーム循環電圧指令値Ｖａｒｍｃｃを出力する。ここで、循環電流Ｉｃｃは電力変換器１０において、交流端および直流端には流れず、各相レグ回路１００ｕ、１００ｖ、１００ｗ間で流れる電流を示す。

　アームコンデンサ電圧平均値算出部２５は、各アーム内の直流コンデンサの電圧の平均値を算出する。各アームの具備する変換器セル１１１内の直流コンデンサ１１１Ｃの電圧Ｖｃａｐを合計した各アーム内コンデンサ合計値Ｖｃｐｕ，Ｖｃｎｕ，Ｖｃｐｖ，Ｖｃｎｖ，Ｖｃｐｗ，Ｖｃｎｗがアームコンデンサ電圧平均値算出部２５に入力され、各アームの具備する変換器セルの個数Ｎ（Ｎは１以上の整数）で除算した値である各アームコンデンサ電圧の平均値Ｖｃａｒｍｐｕ，Ｖｃａｒｍｎｕ，Ｖｃａｒｍｐｖ，Ｖｃａｒｍｎｖ，Ｖｃａｒｍｐｗ，Ｖｃａｒｍｎｗが出力される。なお、アーム内コンデンサ合計値を総称する場合は、アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃを用い、アームコンデンサ電圧平均値を総称する場合は、アーム内コンデンサ電圧平均値Ｖｃａｒｍを用いる。

　指令値生成部２４には、直流制御部２１からアーム直流分電圧指令値ＶａｒｍＤＣ、交流電流制御部２２からアーム交流分電圧指令値ＶａｒｍＡＣ、循環電流制御部２３からアーム循環電圧指令値Ｖａｒｍｃｃ及びアームコンデンサ電圧平均値算出部２５から各アームのコンデンサ電圧の平均値Ｖｃａｒｍが入力される。指令値生成部２４の詳細については後述するが、指令値生成部２４からは、各アームの変調指令ｋｒｅｆ（アームの変調指令ｋｒｅｆは、各アームの変調指令ｋｒｅｆｐｕ，ｋｒｅｎｕ，ｋｒｅｆｐｖ，ｋｒｅｆｎｖ，ｋｒｅｆｐｗ，ｋｒｅｎｗの総称として用いる）を出力する。

　図４は、指令値生成部２４で生成され、出力された各アームの変調指令ｋｒｅｆがゲート信号生成部２６に入力される状態を示す図である。ゲート信号生成部２６には、各アームの変調指令ｋｒｅｆが入力され、対応するアーム１００が有する全ての変換器セル１１１に含まれる半導体スイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｌを駆動するゲート信号Ｇ（Ｇ１Ｕ、Ｇ１Ｌ、Ｇ２Ｕ、Ｇ２Ｌ、Ｇ３Ｕ、Ｇ３Ｌ・・・）を生成する。ゲート信号生成部２６は、例えば、入力されたアームの変調指令ｋｒｅｆと搬送波との大小比較するパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）方式によってゲート信号Ｇを得る。

　　なお、複数のゲート信号生成部２６は、指令値生成部２４の後段として制御装置２０に具備していてもよいが、各ゲート信号生成部２６は、それぞれ変換器セル１１１に含まれる構成としてもよい。

　次に、指令値生成部２４の構成について説明する。
　図５は、指令生成部２４の構成を示す機能ブロック図である。図５に示すように、指令値生成部２４はアーム出力電圧指令値生成部２４４、電圧指令値補正部２４０及び規格化部２４６を備えている。

　アーム出力電圧指令値生成部２４４には、アーム直流分電圧指令値ＶａｒｍＤＣ、アーム交流分電圧指令値ＶａｒｍＡＣ及びアーム循環電圧指令値Ｖａｒｍｃｃが入力され、各アームの出力する電圧が算出され、アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ，Ｖａｒｍｎｕ，Ｖａｒｍｐｖ，Ｖａｒｍｎｖ，Ｖａｒｍｐｗ，Ｖａｒｍｎｗとして出力される。

　電圧指令値補正部２４０は、各相に対応した電圧指令値補正部２４０Ｕ，２４０Ｖ，２４０Ｗを備え、各アーム内コンデンサ電圧平均値Ｖｃａｒｍを参照して（アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃを用いる場合は、Ｖｃ＝Ｖｃａｒｍ×Ｎにより算出する）、アームの出力する電圧を補正し、アーム出力電圧指令値の補正を行う。
　図６は、指令生成部２４の具備する電圧指令値補正部２４０の構成を示す図である。図６に示すように、電圧指令値補正部２４０は補正電圧計算部２４１を備えている。図７は、補正電圧計算部２４１の構成を示す図である。図６，図７は電圧指令値補正部としてＵ相電圧指令値補正部２４０Ｕを例にして説明する。

　Ｕ相電圧指令値補正部２４０Ｕの補正電圧計算部２４１Ｕには、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕ、正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕ、負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕ及び電力変換器１０が循環電流優先モードか否かの判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵが入力される。
　補正電圧計算部２４１において、加算器２４１１ｐ，２４１３ｐ，２４１５ｐ，２４１６ｐ，２４１７，２４１１ｎ，２４１３ｎ，２４１５ｎ，２４１６ｎは入力された信号を加算して出力し、フィルタ２４１２ｐ，２４１４ｐ，２４１２ｎ，２４１４ｎはそれぞれ入力信号が０以下の場合０を出力し、入力信号が０より大きい場合はその値を出力する。乗算器２４１８には、電力変換器１０が循環電流優先モードの場合ＣＣｐｒＭｏｄｅＵは１が、循環電流優先モードでない場合ＣＣｐｒＭｏｄｅＵは０が入力される。

　ここで、循環電流優先モードとは、１つのレグ回路に含まれる全てのコンデンサ電圧の合計値が予め設定された閾値（δ１）以上となり、該レグ回路に含まれるアームが過変調になった場合に、循環電流制御の出力を優先させるようにアームの出力電圧を補正するモードである。図６で示すように、Ｕ相電圧指令値補正部２４０Ｕには、各アームコンデンサ電圧平均値Ｖｃａｒｍｐｕ，Ｖｃａｒｍｎｕが入力される。すなわち正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕ、負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕが入力される。従って、両者を加算したＵ相コンデンサ電圧合計値Ｖｃｕ（＝Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）と閾値（δ１）とをフィルタ２４２Ｕにおいて比較し、閾値（δ１）以上であれば、循環電流優先モードの判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの出力を１とする。フィルタ２４２ＵにおいてＵ相コンデンサ電圧合計値Ｖｃｕが閾値（δ１）を下回る場合は、循環電流優先モードの判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの出力を０とする。このように循環電流優先モードであるか判定し、循環電流優先モードの判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵを出力する。

　循環電流優先モードの判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵが０の場合、図５において、アーム出力電圧指令値生成部２４４はアーム循環電圧指令値Ｖａｒｍｃｃを考慮しないでアーム出力電圧指令値Ｖａｒｍを生成する。

　なお、閾値（δ１）は電力変換器１０の正側直流端子６Ｐと負側直流端子６Ｎとの間の直流電圧Ｖｄｃの１／２以上の値で設定するのがよい。１つのレグ回路に含まれる全てのコンデンサ電圧の合計値が直流端子間電圧Ｖｄｃの１／２より小さい場合、全体のコンデンサ電圧の充電を行う必要がある一方で、循環電流出力を優先する補正を行うと系統側（交流側）へ影響するため、十分な充電を行うことができなくなる恐れがあるためである。

　以下の５つのケースに対し、補正電圧計算部２４１Ｕの動作について説明する。
　（１）正側アームにおいて、正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕが正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕより大きく（Ｖｃｐｕ＞Ｖａｒｍｐｕ）、かつ負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕが負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕより大きい（Ｖｃｎｕ＞Ｖａｒｍｎｕ）場合、すなわち過変調が生じていない場合、加算器２４１６ｐから出力される正側アーム出力電圧指令補正値ΔＶａｒｍｐｕ及び加算器２４１６ｎから出力される負側アーム出力電圧指令補正値ΔＶａｒｍｎｕはいずれも０であり、補正電圧計算部２４１からは電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　（２）正側アームにおいて、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕが正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕよりも大きい（Ｖｃｐｕ＜Ｖａｒｍｐｕ）過変調の場合、加算器２４１６ｐから正側アーム出力電圧指令補正値ΔＶａｒｍｐｕ（≠０）が出力される。この時、Ｕ相のレグ回路１００ｕ内のコンデンサ電圧合計値（Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）が予め設定された閾値δ１より大きい場合、乗算器２４１８にＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号として１が入力され、電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕが出力される。一方、Ｕ相のレグ回路１００ｕ内のコンデンサ電圧合計値（Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）が予め設定された閾値δ１以下の場合、コンデンサ電圧に余裕があると判断し、乗算器２４１８にＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号として０が入力され、補正電圧計算部２４１からは電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　（３）同様に、負側アームにおいて、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕが負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕよりも大きい（Ｖｃｎｕ＜Ｖａｒｍｎｕ）過変調の場合、加算器２４１６ｎから負側アーム出力電圧指令補正値ΔＶａｒｍｎｕ（≠０）が出力される。この時、Ｕ相のレグ回路１００ｕ内のコンデンサ電圧合計値（Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）が予め設定された閾値δ１より大きい場合、乗算器２４１８に１の信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵが入力され、電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕが出力される。一方、Ｕ相のレグ回路１００ｕ内のコンデンサ電圧合計値（Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）が予め設定された閾値δ１以下の場合、コンデンサ電圧に余裕があると判断し、乗算器２４１８にＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号として０が入力され、補正電圧計算部２４１からは電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　（４）正側アームにおいて、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕが０未満（Ｖａｒｍｐｕ＜０）の場合、加算器２４１６ｐから正側アーム出力電圧指令補正値ΔＶａｒｍｐｕ（≠０）が出力される。この時、Ｕ相のレグ回路１００ｕ内のコンデンサ電圧合計値（Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）が予め設定された閾値δ１より大きい場合、乗算器２４１８に１の信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵが入力され、電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕが出力される。一方、Ｕ相のレグ回路１００ｕ内のコンデンサ電圧合計値（Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）が予め設定された閾値δ１以下の場合、コンデンサ電圧に余裕があると判断し、乗算器２４１８にＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号として０が入力され、補正電圧計算部２４１からは電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　（５）負側アームにおいて、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕが０未満（Ｖａｒｍｎｕ＜０）の場合、加算器２４１６ｎから負側アーム出力電圧指令補正値ΔＶａｒｍｎｕ（≠０）が出力される。この時、Ｕ相のレグ回路１００ｕ内のコンデンサ電圧合計値（Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）が予め設定された閾値δ１より大きい場合、乗算器２４１８にはＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号として１が入力され、電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕが出力される。一方、Ｕ相のレグ回路１００ｕ内のコンデンサ電圧合計値（Ｖｃｐｕ＋Ｖｃｎｕ）が予め設定された閾値δ１以下の場合、コンデンサ電圧に余裕があると判断し、乗算器２４１８にＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号として０が入力され、補正電圧計算部２４１からは電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　すなわち、補正電圧計算部２４１においては、対応する相の一方側のアーム出力電圧指令値がその側のアームコンデンサ電圧合計値を上回っている場合、及びアーム出力電圧指令値が０Ｖ未満の場合、循環電流優先モードであれば補正電圧を出力する。

　図６に示すように、補正電圧計算部２４１から出力された電圧指令補正値ΔＶａｒｍｐｕは、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕから減算されて、補正された正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ＊を出力する。また、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕに電圧指令補正値ΔＶａｒｍｐｕが加算されて、補正された負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕ＊が出力される。

　電圧指令値補正部２４０から出力された補正後の各相のアーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ＊，Ｖａｒｍｎｕ＊，Ｖａｒｍｐｖ＊，Ｖａｒｍｎｖ＊，Ｖａｒｍｐｗ＊，Ｖａｒｍｎｗ＊（総称する場合は、アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍ＊を用いる）は規格化部２４６に入力される。

　図５において、規格化部２４６は、電圧指令値補正部２４０から出力された補正後の各アームの出力電圧指令値を各アームのコンデンサ電圧合計値に基づいて規格化して、各アームの変調指令ｋｒｅｆを出力する。

　図６及び図７を用いて、補正電圧計算部２４１で算出された電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕを用いて、アーム出力電圧指令値を補正することを示したが、図８Ａ及び図８Ｂを用いて具体的な補正の内容と効果について説明する。図８Ａは実施の形態１に係る電力変換装置の効果を説明するための図で、図８Ｂは図８Ａ中、点線Ａ，Ｂで囲まれた領域の拡大図である。

　図８ＡはＵ相のレグ回路１００ｕにおいて、正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕ、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ、負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕ、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕの挙動を示したものである。時刻ｔ０で事故が生じ、その直後に過変調状態になったものである。この時、負側アームにおいて、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕが増大し、負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕを上回る状態となっている。この期間を図中点線Ａの領域で示している。一方、正側アームにおいては、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕが振動しても正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕを超えることはない。負側アームの点線Ａの領域に対応する同時刻の正側アームの領域を点線Ｂで示す。なお、ここで、Ｕ相のレグ回路１００ｕは循環電流優先モードである。また、図７において説明したように、正側アームにおいて、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕの上側閾値は正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕであり、負側アームにおいて、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕの上側閾値は負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕである。また、下側閾値はいずれも０Ｖである。

　図８Ｂにおいて、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕは点線Ａの領域で負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕを上回る。この負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕを上回る負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕは破線で示されている。ここで、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕが負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕを超えない範囲におさまるように電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ分補正される。補正された負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕ＊は負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕと等しくなっている。

　一方、循環電流優先モードであるので、対応する正側アームにおいては、正負側のコンデンサ電圧がバランスするように、補正前後でレグ回路１００ｕ内の出力電圧合計値が等しくなるように電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ分補正される。従って、点線Ｂの領域内において破線で示す正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕが実線で示す補正後の正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ＊となる。

　このように、循環電流優先モードの場合、補正電圧を用いて、過変調になっている側のアームの出力電圧をコンデンサ電圧の合計値である出力範囲と等しくなるようにし、もう片側のアームの出力電圧も補正することで、１つのレグ回路内で２つのアームの出力電圧合計値が補正前後で変化しないように補正する。これにより、過変調時にも所望の循環電流を制御することができる。

　以上のように、本実施の形態１によれば、正側アームと負側アームとが直列接続されたレグ回路が複数並列に接続され、複数の前記レグ回路の正側アームと負側アームとの接続点が各相の交流線に接続されて複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、この電力変換器を制御する制御装置とを備えた電力変換装置であって、各アームはそれぞれ、複数の半導体スイッチング素子が直列接続された直列体とこの直列体に並列接続された直流コンデンサとを有する変換器セルが直列接続されて構成されている。制御装置は、複数のアームが出力する電圧の指令値であるアーム出力電圧指令値を生成するアーム出力電圧指令値生成部を有し、それぞれのレグ回路に対し循環電流制御を行い、少なくとも一つのレグ回路に含まれる全ての直流コンデンサの電圧の合計値が予め設定された第一閾値（δ１）以上の時に、該レグ回路において、一方のアームのアーム出力電圧指令値が、予め設定された上側閾値を上回る場合は上側閾値以下になるように、アーム出力電圧指令値が下側閾値を下回る場合は下側閾値以上になるように、アーム出力電圧指令値を補正する補正電圧を生成して補正するとともに、他方のアームのアーム出力電圧指令値も前記補正電圧に基づいて補正するようにした。この構成により、両アームの出力電圧指令値を補正電圧で補正するので、出力する電圧の合計値を等しくすることが可能となり、循環電流制御が容易となる。そのため、事故中あるいは事故復帰直後のアーム間コンデンサ電圧アンバランスに対して、素早くコンデンサ電圧をバランスさせることができる。

　また、第一閾値以上の場合に循環電流優先モードとして、循環電流制御の出力を優先するように過変調となっているアームの出力電圧を補正するようにしたので、コンデンサ電圧が一定以上の場合にのみ機能させることで、アーム間コンデンサ電圧アンバランスのみに対して効果を発揮させることができる。第一閾値として、電力変換器の直流電圧の１／２以上に設定すると、アーム間コンデンサ電圧アンバランスに対し必要な時のみ循環電流制御出力を優先するようにアームの出力電圧を補正できる。

　アーム出力電圧の出力可能範囲は０Ｖから当該アームのコンデンサ電圧の合計値であるので、過変調を行う上側閾値を当該アームのコンデンサ電圧の合計値に上側閾値を０Ｖに設定するとアーム出力電圧の範囲を最大にすることが可能となる。

実施の形態２．
　以下、実施の形態２に係る電力変換装置について図を用いて説明する。
　実施の形態２に係る電力変換装置は図３と同様の制御装置２０を具備するが、指令生成部２４の構成が実施の形態１のものと異なっている。以下、実施の形態１と異なる点を中心に説明し、相当する部分については説明を省略する。

　図９は、実施の形態２に係る制御装置２０が具備する指令生成部２４の構成を示す機能ブロック図である。図９に示すように、指令生成部２４は、アーム出力電圧指令値生成部２４４、電圧指令値補正部１２４０及び規格化部２４６を備える。アーム出力電圧指令値生成部２４４及び規格化部２４６は、実施の形態１の図５で示したものと同じである。

　図１０は、電圧指令値補正部１２４０の構成を示す図である。図１０に示すように、電圧指令値補正部１２４０は各相の補正電圧計算部１２４１である、Ｕ相補正電圧計算部１２４１Ｕ、Ｖ相補正電圧計算部１２４１Ｖ、Ｗ相補正電圧計算部１２４１Ｗと、補正零相電圧計算部１２４２と各演算器を備える。図１１は各相の補正電圧計算部１２４１の構成を示す図、図１３は補正零相電圧計算部１２４２の構成を示す図である。なお、補正電圧計算部１２４１は、Ｕ相補正電圧計算部１２４１Ｕ、Ｖ相補正電圧計算部１２４１Ｖ、Ｗ相補正電圧計算部１２４１Ｗの総称として用いている。

　まず、各相の補正電圧計算部１２４１の構成について説明するが、図１１の補正電圧計算部１２４１はＵ相補正電圧計算部１２４１Ｕであるとし、Ｕ相の信号を用いて説明する。なお、図１１の補正電圧計算部１２４１は実施の形態１の図７で示した各相の補正電圧計算部２４１と構成が類似しており、入力信号は同じであるが出力信号が一部異なる。

　図１１において、Ｕ相補正電圧計算部２４１Ｕには、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕ、正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕ、負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕ及び電力変換器１０が循環電流優先モードか否かの判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵが入力される。なお、図１０及び図１１において、判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵが入力されるように示しているが、実施の形態１の図６で説明したように、正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕと負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕとの合計値Ｖｃｕと閾値（δ１）とを比較して判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵを生成する。図１０及び図１１では判定信号ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの生成については省略している。

　Ｕ相補正電圧計算部１２４１Ｕにおいて、加算器２４１１ｐ、２４１３ｐ、２４１６ｐ、２４１７、２４１１ｎ、２４１３ｎ、２４１５ｎ、２４１６ｎは入力された信号の差分を出力し、フィルタ２４１２ｐ、２４１４ｐ、２４１２ｎ、２４１４ｎはそれぞれ入力信号が０以下の場合０を出力し、入力信号が０より大きい場合はその値を出力する。乗算器２４１８には、電力変換器１０が循環電流優先モードの場合１が、循環電流優先モードでない場合は０が入力される。ここで、循環電流優先モードとは、１つのレグ回路に含まれる全てのコンデンサ電圧の合計値が予め設定された閾値以上になった時に循環電流が循環電流指令値に追従するように制御して、レグ回路内の正負のアームの出力電圧をバランスさせるモードである。

　以下の（１）から（５）のケースは、実施の形態１の図７と同様であり、説明を簡略化する。
　（１）正側アームにおいて、正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕが正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕより大きく（Ｖｃｐｕ＞Ｖａｒｍｐｕ）かつ負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕが負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕより大きい（Ｖｃｎｕ＞Ｖａｒｍｎｕ）場合、すなわち過変調が生じていない場合、電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　（２）正側アームにおいて、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕが正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕより大きい（Ｖｃｐｕ＜Ｖａｒｍｐｕ）過変調の場合、ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号が１の時は電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ（≠０）が出力される。一方、ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号が０の時は電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　（３）同様に、負側アームにおいて、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕが負側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｎｕより大きい（Ｖｃｎｕ＜Ｖａｒｍｎｕ）過変調の場合、ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号が１の時は電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ（≠０）が出力される。一方、ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号が０の時は電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　（４）正側アームにおいて、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕが０未満（Ｖａｒｍｐｕ＜０）の場合、ＣＣｐｒＭｏｄｅＵが１の時は電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ（≠０）が出力される。一方、ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号が０の時は電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　（５）負側アームにおいて、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕが０未満（Ｖａｒｍｎｕ＜０）の場合、ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号が１の時は電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ（≠０）が出力される。一方、ＣＣｐｒＭｏｄｅＵの信号が０の時は電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ＝０が出力される。

　すなわち、補正電圧計算部１２４１においては、対応する相の一方側のアーム出力電圧指令値がその側のアームコンデンサ電圧合計値を上回っている場合またはアーム出力電圧指令値が０Ｖ未満の場合、循環電流優先モードであれば電圧指令補正値ΔＶａｒｍを出力する。

　さらに、本実施の形態２の補正電圧計算部１２４１では、各アームの補正における補正可能な電圧範囲を補正裕度として算出する。図１２は、電圧の補正裕度を説明するための図で、Ｕ相の正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕの挙動を示す。図１２において、σＵｐｕはＵ相の正側アーム上側補正裕度であり、正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕから正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕを除した値である。また、σＬｐｕはＵ相の正側アーム下側補正裕度であり、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕの値である。但し、図１１において、それぞれフィルタ２４１２ｐ、２４１４ｐの出力であるから、σＵｐｕ及びσＬｐｕは０以下の場合は０となる。すなわち、上記のケース（２）の正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕが正側アーム内コンデンサ電圧合計値Ｖｃｐｕより大きい過変調の場合は、Ｕ相の正側アーム上側補正裕度σＵｐｕは０である。上記ケース（４）の正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕが＜０の場合は、Ｕ相の正側アーム下側補正裕度σＬｐｕは０である。

　同様に図１１では、Ｕ相の負側アーム上側補正裕度σＵｎｕ及びＵ相の負側アーム下側補正裕度σＬｎｕも算出する。
　また、他のＶ相補正電圧計算部１２４１Ｖ及びＷ相補正電圧計算部１２４１Ｗにおいても、それぞれ電圧指令補正値ΔＶａｒｍｖと補正裕度σＵｐｖ、σＬｐｖ、σＵｎｖ、σＬｎｖ、電圧指令補正値ΔＶａｒｍｗと補正裕度σＵｐｗ、σＬｐｗ、σＵｎｗ、σＬｎｗを出力する。

　次に、図１３を用いて補正零相電圧計算部１２４２について説明する。図１３に示すように、補正零相電圧計算部１２４２には、各相の補正電圧計算部１２４１の出力である各相の補正電圧及び補正裕度が入力され、補正零相電圧ΔＶｚが出力される。いずれかのアームの出力電圧指令値を補正する必要がある場合、補正零相電圧ΔＶｚを用いて補正する。これによって、交流側の系統電圧が変圧器等で絶縁されている場合、相間電圧に変化が生じないため、系統側に影響することなく過変調を防ぐことができる。しかし、零相電圧が各相の出力する交流電圧の共通成分であるため、補正零相電圧ΔＶｚがいずれのアームにも補正に用いられることになり、補正零相電圧ΔＶｚが大きい場合、過変調の生じていない他のアームの過変調を引き起こす可能性がある。それを防ぐため、本実施の形態２の補正零相電圧計算部１２４２では各アームの補正電圧の補正裕度から補正零相電圧ΔＶｚの制限値を設定して、補正零相電圧ΔＶｚ算出する。

　フィルタ２４２１により、補正零相電圧計算部１２４２に入力された各相の電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕ、ΔＶａｒｍｖ、ΔＶａｒｍｗから最大値を検出し、フィルタ２４２２により最小値を検出する。検出された最大値と最小値が加算され、リミッタ２４２３に入力される。リミッタ２４２３では入力値が最大値ΔＶｚＬＩＭＨ、最小値ΔＶｚＬＩＭＬに制限される。リミッタ２４２３の最大値ΔＶｚＬＩＭＨ、最小値ΔＶｚＬＩＭＬは以下のように算出する。

　補正零相電圧ΔＶｚが正の場合、各相の負側アーム上側補正裕度σＵｎｕ、σＵｎｖ、σＵｎｗ及び各相の正側アーム下側補正裕度σＬｐｕ、σＬｐｖ、σＬｐｗは減少方向である。すなわち、補正零相電圧ΔＶｚによって補正した結果、σＵｎｕ、σＵｎｖ、σＵｎｗ、σＬｐｕ、σＬｐｖ、σＬｐｗのいずれかが０以下となり、補正アームとは異なるアームが過変調になる可能性がある。したがって、補正零相電圧ΔＶｚに対し、正側の値をσＵｎｕ、σＵｎｖ、σＵｎｗ、σＬｐｕ、σＬｐｖ、σＬｐｗの最小値で制限する必要がある。

　そこで、フィルタ２４２４により、補正零相電圧計算部１２４２に入力された各アームの補正電圧の補正裕度のうち各相の負側アーム上側補正裕度σＵｎｕ、σＵｎｖ、σＵｎｗ及び各相の正側アーム下側補正裕度σＬｐｕ、σＬｐｖ、σＬｐｗから最小値が検出され、その値をリミッタ２４２３の最大値ΔＶｚＬＩＭＨとする。

　補正零相電圧ΔＶｚが負の場合、各相の正側アーム上側補正裕度σＵｐｕ、σＵｐｖ、σＵｐｗ及び各相の負側アーム下側補正裕度σＬｎｕ、σＬｎｖ、σＬｎｗは減少方向である。すなわち、補正零相電圧ΔＶｚによって補正した結果、σＵｐｕ、σＵｐｖ、σＵｐｗ、σＬｎｕ、σＬｎｖ、σＬｎｗのいずれかが０以下となり、補正アームとは異なるアームが過変調になる可能性がある。したがって、補正零相電圧ΔＶｚに対し、負側の値をσＵｐｕ、σＵｐｖ、σＵｐｗ、σＬｎｕ、σＬｎｖ、σＬｎｗの最小値に－１を掛けた値で制限する必要がある。

　そこで、フィルタ２４２５により、補正零相電圧計算部１２４２に入力された各アームの補正電圧の補正裕度のうち各相の正側アーム上側補正裕度σＵｐｕ、σＵｐｖ、σＵｐｗ及び各相の負側アーム下側補正裕度σＬｎｕ、σＬｎｖ、σＬｎｗから最小値が検出され、その検出値の反転回路２４２６により符号を反転させた値をリミッタ２４２３の最小値ΔＶｚＬＩＭＬとする。

　図１０の電圧指令値補正部１２４０に戻って、Ｕ相を例にし、補正された正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ＊、補正された負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕ＊の算出方法を説明する。なお、Ｕ相は過変調の補正対象アームを含む相とする。

　まず、Ｕ相は過変調の補正対象アームを含む相とし、他の相は過変調の補正対象アームを含まない相とする。
　補正零相電圧計算部１２４２から出力された補正零相電圧ΔＶｚは加算器１２４３ｕに入力され、正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕから減算される。また、負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕは加算器１２４４ｕで補正零相電圧ΔＶｚが加算される。

　Ｕ相補正電圧計算部１２４１Ｕで算出されたＵ相の電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕはフィルタ１２４６ｕに入力される。フィルタ１２４６ｕは入力値（ｉｎｐｕｔ）が０の時０を、入力値（ｉｎｐｕｔ）が０以外の場合は１を乗算器１２４７ｕに出力する。加算器１２４５ｕでＵ相の電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕから補正零相電圧ΔＶｚが減算された値が乗算器１２４７ｕに入力される。ここで、Ｕ相は過変調の補正対象アームを含む相であるので、Ｕ相の電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕは０でないので、乗算器１２４７ｕの出力は１となる。そのため、加算器１２４８ｕ、１２４９ｕへの１２４７ｕからの入力はΔＶａｒｍｕ―ΔＶｚである。
　従って、補正された正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ＊としてＶａｒｍｐｕ―ΔＶａｒｍｕが、補正された負側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｕ＊としてＶａｒｍｎｕ＋ΔＶａｒｍｕが電圧指令値補正部１２４０から出力されることになる。

　他の相は補正対象アームを含まないので、１２４６ｖ、１２４６ｗの出力は０となる。従って、Ｖ相の補正された正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｖ＊はＶａｒｍｐｖ―ΔＶｚ、補正された負側アーム電圧出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｖ＊はＶａｒｍｎｖ＋ΔＶｚである。同様に、Ｗ相の補正された正側アーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｗ＊はＶａｒｍｐｗ―ΔＶｚ、補正された負側アーム電圧出力電圧指令値Ｖａｒｍｎｗ＊はＶａｒｍｐｗ＋ΔＶｚとなる。

　このようにすることで、仮にＵ相の電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕが補正零相電圧計算部１２４２の最大値ΔＶｚＬＩＭＨと最小値ΔＶｚＬＩＭＬとの範囲内である場合は、ΔＶｚ＝ΔＶａｒｍｕとなり、零相電圧成分のみで補正されるため、相間電圧に変化が生じず、系統側へ影響が波及しない。Ｕ相の電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕが最大値ΔＶｚＬＩＭＨを超えた場合（ΔＶａｒｍｕ＞ΔＶｚＬＩＭＨ）、ΔＶｚ＝ΔＶｚＬＩＭＨとなり、零相電圧成分のみでは補正できないことになる。しかし、Ｕ相の電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕの内、最大値ΔＶｚＬＩＭＨ分は零相電圧成分で補正することになるので、零相電圧を用いない場合（Ｖ相、Ｗ相を補正しない場合）と比較すると、相間電圧の変化は最小限に抑えることができる。また、Ｕ相のみ電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕで補正することでＵ相の循環電流制御分の電圧は補正前後で等しくなるので、循環電流制御への影響が小さくなり、コンデンサ電圧バランスに寄与する。Ｕ相の電圧指令補正値ΔＶａｒｍｕが最小値ΔＶｚＬＩＭＬを下回る場合（ΔＶａｒｍｕ＜ΔＶｚＬＩＭＬ）、あるいは他の相が補正対象アームを含む相である場合も同様の効果を奏する。

　電圧指令値補正部１２４０において、Ｕ相を例にして説明したが、他の相も同様に補正された正側アーム出力電圧指令値及び補正された負側アーム出力電圧指令値を出力することができる。

　図９の指令生成部２４において、電圧指令値補正部１２４０から出力された補正後の各相のアーム出力電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ＊，Ｖａｒｍｎｕ＊，Ｖａｒｍｐｖ＊，Ｖａｒｍｎｖ＊，Ｖａｒｍｐｗ＊，Ｖａｒｍｎｗ＊は規格化部２４６に入力される。規格化部２４６は、実施の形態１で説明したと同様に、電圧指令値補正部１２４０から出力された補正後の各アームの出力電圧指令値を各アームのコンデンサ電圧合計値に基づいて規格化して、各アームの変調指令ｋｒｅｆを出力する。

　以上のように、実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を奏する。さらに、複数の前記レグ回路の全てにおいて循環電流制御が行われている場合、過変調に対応する電圧指令補正値ΔＶａｒｍを零相電圧、すなわち零相電圧を補正する補正零相電圧により補正するようにしたので、交流側への影響を抑制することができる。

　また、補正に用いる補正零相電圧は全てのアーム出力電圧指令値と上側閾値及び下側閾値との裕度により制限するようにしたので、過変調の生じていないアームへの影響も抑制可能となる。

　なお、上述の実施の形態１及び２における制御装置２０のハードウエアの構成の一例を図１４に示す。図１４に示すように、制御装置２０は例えば処理回路として、プロセッサ１０００と記憶装置１１００とを備えている。
　プロセッサ１０００として、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）、各種の論理回路、及び各種の信号処理回路等が備えられてもよい。また、プロセッサ１０００として、同じ種類のもの又は異なる種類のものが複数備えられ、各処理が分担して実行されてもよい。記憶装置１１００として、プロセッサ１０００からデータを読み出し及び書き込みが可能に構成されたＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）、及びプロセッサ１０００からデータを読み出し可能に構成されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等が備えられている。プロセッサ１０００は、ＲＯＭ等の記憶装置１１００から入力されたプログラムを実行する。

　また、図４で示したゲート信号生成部２６が制御装置２０に備わっておらず、変換器セル１１１に含まれる場合、図１３で示したようなハードウエアの構成であってもよい。

＜その他の実施の形態＞
（１）図２Ａから図２Ｃにおいて、変換器セル１１１を構成するスイッチング素子として半導体スイッチング素子１１１Ｕ、１１１Ｌはダイオードが逆並列に接続されたＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲートトランジスタ）を例に説明したが、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ　Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ）を用いてもよい。

（２）半導体スイッチング素子はＳｉ（ケイ素）半導体で構成されるものに限らず、ワイドバンドギャップ型半導体である、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、ＧａＮ（窒化ガリウム）等の半導体を用いてもよい。ワイドバンドギャップ型半導体は、より高速なスイッチングが可能、高温動作が可能、高絶縁破壊電界強度が高い等の特性から、ＭＭＣへの適用に好適である。

　本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
　従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

　１：電力変換装置、　２：交流電源、　３：変圧器、　４ｕ，４ｖ，４ｗ：接続点、　６Ｐ：正側直流端子、　６Ｎ：負側直流端子、　１０：電力変換器、　１００ｕ，１００ｖ，１００ｗ：レグ回路、　１００，１００Ｐ，１００Ｎ，１００ｕＰ，１００ｕＮ，１００ｖＰ，１００ｖＮ，１００ｗＰ，１００ｗＮ：アーム、　１１１：変換器セル、　１１１Ｕ，１１１Ｌ，１１１Ｕ１，１１１Ｌ１，１１１Ｕ２，１１１Ｌ２：半導体スイッチング素子、１１１Ｃ：直流コンデンサ、　１１１Ｓ：電圧センサ、１１１ａ，１１１ｂ：入出力端子、　１１２ｕＰ，１１２ｕＮ，１１２ｖＰ，１１２ｖＮ，１１２ｗＰ，１１２ｗＮ：リアクトル、　２０：制御装置、　２１：直流制御部、　２２：交流電流制御部、　２３：循環電流制御部、　２４：指令生成部、　２５：アームコンデンサ電圧平均値算出部、　２６：ゲート信号生成部、　２４０，２４０Ｕ，２４０Ｖ，２４０Ｗ，１２４０：電圧指令値補正部、　２４１，２４１Ｕ，１２４１，１２４１Ｕ，１２４１Ｖ，１２４１Ｗ：補正電圧計算部、　２４２，２４２Ｕ：フィルタ、　１２４３ｕ，１２４４ｕ，１２４５ｕ，１２４８ｕ，１２４９ｕ：加算器、　１２４６ｕ：フィルタ、　１２４７ｕ：乗算器、　２４４：アーム出力電圧指令値生成部、　２４６：規格化部、　１２４２：補正零相電圧計算部、　２４１１ｐ，２４１３ｐ，２４１５ｐ，２４１６ｐ，２４１７，２４１１ｎ，２４１３ｎ，２４１５ｎ，２４１６ｎ：加算器、　２４１２ｐ，２４１４ｐ，２４１２ｎ，２４１４ｎ：フィルタ、２４１８：乗算器、　２４２１，２４２２，２４２４，２４２５：フィルタ、　２４２３：リミッタ、　２４２６：反転回路、　１０００：プロセッサ、　１１００：記憶装置、
　Ｉｄｃ：直流電流、　Ｖｄｃ：直流電圧、　Ｉａｃ：交流電流、　Ｉｃｃ：循環電流、　Ｖｃａｐ：コンデンサ電圧、　Ｖｃ：アーム内コンデンサ電圧合計値、　Ｖｃａｒｍ：アーム内コンデンサ電圧平均値、　Ｖａｒｍ：アーム出力電圧指令値、　ｋｒｅｆ：アームの変調指令、　Ｇ：ゲート信号

Claims

　正側アームと負側アームとが直列接続されたレグ回路が複数並列に接続され、複数の前記レグ回路の正側アームと負側アームとの接続点が各相の交流線に接続されて複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、前記電力変換器を制御する制御装置とを備えた電力変換装置であって、
　前記正側アーム及び前記負側アームのそれぞれは、複数の半導体スイッチング素子が直列接続された直列体とこの直列体に並列接続された直流コンデンサとを有する変換器セルが１つまたは複数直列接続されており、
　前記制御装置は、複数の前記アームが出力する電圧の指令値であるアーム出力電圧指令値を生成するアーム出力電圧指令値生成部を有し、
　それぞれの前記レグ回路に対し循環電流制御を行い、
　少なくとも一つの前記レグ回路に含まれる全ての前記直流コンデンサの電圧の合計値が予め設定された第一閾値以上の時に、該レグ回路において、前記正側アーム及び前記負側アームのうち一方のアームのアーム出力電圧指令値が、予め設定された上側閾値を上回る場合は前記上側閾値以下になるように、前記アーム出力電圧指令値が予め設定された下側閾値を下回る場合は前記下側閾値以上になるように、前記アーム出力電圧指令値を補正する電圧指令補正値を生成して補正するとともに、
　循環電流制御が行われている前記レグ回路の他方のアームのアーム出力電圧指令値を前記電圧指令補正値に基づいて補正する、電力変換装置。
　前記第一閾値は、前記電力変換器の直流端子間電圧の１／２以上である請求項１に記載の電力変換装置。
　複数の前記アームのそれぞれにおいて、前記上側閾値は該アーム内の前記直流コンデンサの電圧合計値であり、前記下側閾値は０Ｖである、請求項１または２に記載の電力変換装置。
　前記制御装置は、
全ての前記直流コンデンサの電圧の合計値が予め設定された第一閾値以上である前記レグ回路において、前記正側アーム及び前記負側アームのコンデンサ電圧の合計値の和が、前記電圧指令補正値に基づいて補正する前後で等しくなるように制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　複数の前記レグ回路の全てにおいて、それぞれの前記レグ回路に含まれる全ての前記直流コンデンサの電圧の合計値が予め設定された第一閾値以上である時に、
零相電圧を補正する補正零相電圧を用いて前記電圧指令補正値を補正する、請求項１から４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
　前記補正零相電圧は全ての前記アーム出力電圧指令値と前記上側閾値及び前記下側閾値との裕度により制限されている、請求項５に記載の電力変換装置。