特許 6276367 マルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6276367

(24)【登録日】2018年1月19日

(45)【発行日】2018年2月7日

(54)【発明の名称】マルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/49 20070101AFI20180129BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20180129BHJP

【ＦＩ】

   H02M7/49

   H02M7/48 F

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-222707(P2016-222707)

(22)【出願日】2016年11月15日

(65)【公開番号】特開2017-147926(P2017-147926A)

(43)【公開日】2017年8月24日

【審査請求日】2016年11月15日

(31)【優先権主張番号】10-2016-0019097

(32)【優先日】2016年2月18日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】593121379

【氏名又は名称】エルエス産電株式会社

【氏名又は名称原語表記】ＬＳＩＳ ＣＯ．，ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000523

【氏名又は名称】アクシス国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】ハク−ジュン・リー

【審査官】 小林 秀和

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−２２０３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１７１７４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１８０３６９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００８−１４１８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２５３２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２２８０２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０６０１４２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｍ ７／４９

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

マルチレベルインバータの各電力セルの状態を感知して故障有無を判別するステップ；
故障と判別された電力セルを迂回させ、各相別に正常動作状態の電力セルを直列に連結するステップ；
各相の相電圧指令と、各相を構成する正常動作状態の電力セルの直流端電圧の和を用いたバウンド関数出力値との差値を利用してオフセット電圧値を算出するステップ；及び
前記各相の相電圧指令と前記算出されたオフセット電圧値を利用して三相線間出力電圧の平衡を維持させる各相の極電圧指令を算出するステップを含む、マルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法。

【請求項2】

前記バウンド関数出力値は、下記の式で表され、

【数1】

ここで、ｂｏｕｎｄ（ａ，ｂ，ｘ）関数は、ｘがａより小さい場合は、ａを出力値とし、ｘがｂより大きい場合は、ｂを出力値とし、ｘがａ以上、またはｂ以下である場合は、ｘを出力値とする関数であり、
Ｖ^a_dc、Ｖ^b_dc、Ｖ^c_dcは、ａ相の直流端電圧、ｂ相の直流端電圧、ｃ相の直流端電圧であり、ｖ^*_as、ｖ^*_bs、ｖ^*_csは、三相の相電圧指令である、請求項１に記載のマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法。

【請求項3】

前記オフセット電圧値を算出するステップは、
各相を構成する正常動作状態の電力セルの直流端電圧の和をそれぞれ算出するステップ；
前記算出されたそれぞれの直流端電圧の和が最大値及び最小値に設定され、前記各相の相電圧指令を入力とするバウンド関数の出力値をそれぞれ出力するステップ；
各相の相電圧指令と、前記出力されたそれぞれのバウンド関数出力値の差値をそれぞれ算出するステップ；及び
前記算出されたそれぞれの差値を累積してオフセット電圧値で出力するステップを含む、請求項１または２に記載のマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法。

【請求項4】

前記オフセット電圧値を出力するステップは、
下記の式で表されるオフセット電圧値ｖ_snを出力し、

【数2】

ここで、ｂｏｕｎｄ（ａ，ｂ，ｘ）関数は、ｘがａより小さい場合は、ａを出力値とし、ｘがｂより大きい場合は、ｂを出力値とし、ｘがａ以上、またはｂ以下である場合は、ｘを出力値とする関数であり、
Ｖ^a_dc、Ｖ^b_dc、Ｖ^c_dcは、ａ相の直流端電圧、ｂ相の直流端電圧、ｃ相の直流端電圧であり、ｖ^*_as、ｖ^*_bs、ｖ^*_csは、三相の相電圧指令である、請求項３に記載のマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法。

【請求項5】

前記算出された各相別の極電圧指令をパルス幅制御（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を通してスイッチング制御信号を生成し、各電力セルに出力するステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法。

【請求項6】

前記極電圧指令を算出するステップは、
前記各相の相電圧指令と前記算出されたオフセット電圧値をそれぞれ足して三相線間出力電圧の平衡を維持させる各相の極電圧指令を算出する、請求項１〜５のいずれか一項に記載のマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法。

【請求項7】

前記極電圧指令を算出するステップは、
下記の式で表される極電圧指令を算出し、

【数3】

ここで、ｖ^*_as、ｖ^*_bs、ｖ^*_csは、三相の相電圧指令であり、ｖ_snは、オフセット電圧である、請求項６に記載のマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法に関し、詳細には、ＣＨＢマルチレベルインバータの電力セルの故障時、正常動作中の電力セルを迂回させず、オフセット電圧（または零相分電圧）を用いた三相平衡電圧制御を行うことで三相線間出力電圧を平衡に維持させ、連続的な動作を可能とする電圧制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

マルチレベルインバータは、中電圧（ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ）が適用される分野、特に、電動機駆動分野で主に研究されてきた。

【0003】

中電圧（ｍｅｄｉｕｍ ｖｏｌｔａｇｅ）以上の大型交流電動機の可変速駆動のための電圧型インバータの適用には、インバータを構成するスイッチング素子の定格電圧、耐圧の限界により困難が存在する。
中電圧以上の電圧型インバータとしては、スイッチング素子の直列連結を利用して連結された素子の数だけ等価の耐圧特性を有する２レベルインバータが挙げられる。しかし、このような中電圧２レベルインバータを利用して電動機を駆動する場合、高いｄｖ／ｄｔによる電動機劣化、絶縁等の問題と電圧反射問題、高い全高調波歪率（Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ；ＴＨＤ）、高いスイッチング損失等の問題等が存在し、実際、産業界に適用するには困難がある。

【0004】

このような問題点を克服するために、様々な種類のマルチレベルインバータが開発されており、その中で直列Ｈ−ｂｒｉｄｇｅマルチレベルインバータ（Ｃａｓｃａｄｅｄ Ｈ−ｂｒｉｄｇｅ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｖｅｒｔｅｒ；ＣＨＢ）は、入・出力電圧、電流品質の側面で最も優れた特性を示している。ＣＨＢマルチレベルインバータの各相は、単相Ｈ−ｂｒｉｄｇｅインバータで構成された電力セルの直列連結を通して具現される。

【0005】

ＣＨＢマルチレベルインバータは、モジュール化可能性及び高い信頼性、動作の連続性、低い入力電流全高調波歪率（Ｔｏｔａｌ Ｈａｒｍｏｎｉｃ Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ；ＴＨＤ）等の長所を有している。そして、このような長所により盛んに商用化がなされ、現在、多くのメーカーにより中電圧電動機駆動のためのインバータ製品として発売されている。

【0006】

ＣＨＢマルチレベルインバータの電力セル（Ｃｅｌｌ）は、三相整流回路、直流端キャパシタ、Ｈ−ｂｒｉｄｇｅ回路からなっており、Ｎ個の電力セルが直列連結されて一つの相（ｐｈａｓｅ）をなすようになる。Ｎ個の電力セルのうちｋ個の電力セルの故障時、ＣＨＢマルチレベルインバータは、ｋ個の電力セルを迂回（ｂｙｐａｓｓ）させて連続的な動作を可能とする。一方、一つの相でｋ個の電力セルを迂回させる場合、各線間電圧（ｌｉｎｅ−ｔｏ−ｌｉｎｅ ｖｏｌｔａｇｅ）に不平衡が発生し、このような不平衡を解消するためには、他の相もまたｋ個の電力セルを迂回させなければならない。このような場合、ＣＨＢマルチレベルインバータは、元来持っていた余裕率（ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ）が減少するだけでなく、出力電圧もまた（Ｎ−ｋ）／Ｎだけ減少するようになる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明が解決しようとする課題は、ＣＨＢマルチレベルインバータの電力セルの故障時、正常動作中の電力セルを迂回させず、オフセット電圧（または零相分電圧）を用いた三相平衡電圧制御を行うことで三相線間出力電圧を平衡に維持させ、連続的な動作を可能とするマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法を提供することである。

【0008】

本発明が解決しようとする課題は、以上において言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は、下記の記載から提案される実施例の属する技術分野における通常の知識を有する者が明確に理解できるだろう。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一側面によると、ＣＨＢマルチレベルインバータの各電力セルの状態を感知して故障有無を判別するステップ、故障と判別された電力セルを迂回させ、各相別に正常動作状態の電力セルを直列に連結するステップ、各相の相電圧指令と、各相を構成する正常動作状態の電力セルの直流端電圧の和を利用してオフセット電圧値を算出するステップ、及び前記各相の相電圧指令と前記算出されたオフセット電圧値を利用して三相線間出力電圧の平衡を維持させる各相の極電圧指令を算出するステップを含むマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法が提供される。

【0010】

前記オフセット電圧値を算出するステップは、各相の相電圧指令と、各相を構成する正常動作状態の電力セルの直流端電圧の和を用いたバウンド関数出力値の差値を利用してオフセット電圧値を算出することができる。

【0011】

前記オフセット電圧値を算出するステップは、各相を構成する正常動作状態の電力セルの直流端電圧の和をそれぞれ算出するステップ、前記算出されたそれぞれの直流端電圧の和が最大値及び最小値に設定され、前記各相の相電圧指令を入力とするバウンド関数の出力値をそれぞれ出力するステップ、各相の相電圧指令と、前記出力されたそれぞれのバウンド関数出力値の差値をそれぞれ算出するステップ、及び前記算出されたそれぞれの差値を累積してオフセット電圧値で出力するステップを含むことができる。

【0012】

前記オフセット電圧値を出力するステップは、
下記の式で表されるオフセット電圧値ｖ_snを出力し、

【数1】

ここで、ｂｏｕｎｄ（ａ，ｂ，ｘ）関数は、ｘがａより小さい場合は、ａを出力値とし、ｘがｂより大きい場合は、ｂを出力値とし、ｘがａ以上、またはｂ以下である場合は、ｘを出力値とする関数であり、Ｖ^a_dc、Ｖ^b_dc、Ｖ^c_dcは、ａ相の直流端電圧、ｂ相の直流端電圧、ｃ相の直流端電圧であり、ｖ^*_as、ｖ^*_bs、ｖ^*_csは、三相の相電圧指令である。

【0013】

前記マルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法は、前記算出された各相別の極電圧指令をパルス幅制御（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を通してスイッチング制御信号を生成し、各電力セルに出力するステップをさらに含むことができる。

【0014】

前記極電圧指令を算出するステップは、前記各相の相電圧指令と前記算出されたオフセット電圧値をそれぞれ足して三相線間出力電圧の平衡を維持させる各相の極電圧指令を算出することができる。

【発明の効果】

【0015】

本発明によると、ＣＨＢマルチレベルインバータで相電圧指令とリミッタを利用して計算されたオフセット電圧（または零相分電圧）を注入して三相平衡電圧制御を行うことにより、電力セルの故障時にも正常動作中の電力セルを迂回させずに三相線間出力電圧を平衡に維持させることができる。

【0016】

これにより、ＣＨＢマルチレベルインバータは、他の相の余裕率を失うことがなく、数個の電力セルの故障時はもちろん、一レッグの全体電力セルの故障時にも線形制御領域内で可能な限り最大の線間電圧を出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータの構造を説明するための図である。

【図2】本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータで電力セルの構成を説明するための図である。

【図3】本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータで任意の電力セルに故障が発生した時の最大電圧ベクトル図である。

【図4】本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータで各電力セルの直流端電圧の総和を計算する過程を説明するための図である。

【図5】本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法を説明するための図である。

【図6】本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータの極電圧指令からのスイッチング制御信号生成を説明するための図である。

【図7】ＣＨＢマルチレベルインバータの各相に印加される極電圧指令が各電力セルに伝達されることを説明するための図である。

【図8】本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明は、様々な変更を加えることができ、種々の実施例を有することができるが、特定実施例を図面に例示し、詳細な説明に詳述しようとする。しかし、これは、本発明を特定の実施形態に限定しようとするものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むものと理解されるべきである。

【0019】

以下、添付の図面を参照して、本発明に係る好ましい一実施例を詳細に説明する。

【0020】

図１は、本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータの構造を説明するための図である。

【0021】

図１を参照すると、本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータ１００は、三相多巻線変圧器１１０、及び複数の電力セル１２０を含んで構成され得、電源系統１０と電動機２０との間に連結される。ＣＨＢマルチレベルインバータ１００は、制御器２００の制御を受けて動作する。

【0022】

三相多巻線（ｍｕｌｔｉ−ｗｉｎｄｉｎｇ）変圧器１１０は、各電力セル１２０に独立した直流端電圧を提供する。各巻線間には、位相差が存在する。これは、各電力セル１２０を構成する整流回路を多パルス（ｍｕｌｔｉ−ｐｕｌｓｅ）形式で構成するためのものである。このような位相差により各電力セルの入力電流は重畳し、三相多巻線変圧器１１０の入力電流は、低いＴＨＤを有するようになる。

【0023】

複数の電力セル１２０は、各相別に複数の電力セルが直列連結を通して構成される。各電力セルは、低圧スイッチング素子で構成された単相Ｈ−ブリッジ（ｂｒｉｄｇｅ）インバータの構造で多数個の電力セルの直列連結を通して中電圧以上の電圧出力を得ることができる。そして、電力セルの数によって出力電圧レベル（ｌｅｖｅｌ）数が増加するため、正弦波に近い出力電圧波形を得ることができる。即ち、多数個の電力セルの直列連結を通して非常に低いＴＨＤを有する中電圧以上の出力電圧波形を得ることができる。

【0024】

制御器２００は、ＣＨＢマルチレベルインバータ１００の動作を制御することができる。制御器２００は、ＣＨＢマルチレベルインバータ１００で任意の電力セルが故障した場合、相電圧指令とリミッタを利用して計算されたオフセット電圧（または零相分電圧）を注入して三相平衡電圧制御を行うことにより、電力セルの故障時にも正常動作中の電力セルを迂回させず、三相線間出力電圧を平衡に維持させることができる。

【0025】

これにより、ＣＨＢマルチレベルインバータ１００は、他の相の余裕率を失うことがなく、数個の電力セルの故障時はもちろん、一レッグの全体電力セルの故障時にも線形制御領域内で可能な限り最大の線間電圧を出力することができる。

【0026】

図２は、本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータで電力セルの構成を説明するための図である。

【0027】

図２を参照すると、電力セル１２０は、電力セル入力部１２１、整流部１２２、平滑直流端キャパシタ１２３、単相Ｈ−ブリッジインバータ１２４、迂回コンタクタ（ｂｙｐａｓｓ ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）１２５を含んで構成される。

【0028】

電力セル入力部１２１は、三相多巻線変圧器１１０の出力部と連結される。整流部１２１は、電力セル入力部１２１から印加される三相交流電圧を直流電圧に整流（ｒｅｃｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）する。平滑直流端キャパシタ１２３は、直流端電圧を平滑にする。単相Ｈ−ブリッジインバータ１２４は、単相電圧を出力する。迂回コンタクタ（ｂｙｐａｓｓ ｃｏｎｔａｃｔｏｒ）１２５は、電力セルの故障時、該当電力セルを迂回（ｂｙｐａｓｓ）させるようにする機能を果たす。迂回コンタクタ１２５は、正常状態の場合、Ａと連結され、電力セル１２０の故障時、電力セルを迂回させる必要性が存在するとき、迂回コンタクタ１２５は、Ｂと連結される。

【0029】

このように、各電力セル１２０の出力端には、迂回コンタクタ１２５が取り付けられていることで、該当電力セル１２０の故障時には該当電力セル１２０を迂回させ、故障した電力セルの取り替え時間の間、システムが停止することなく連続的な運転が可能となる。

【0030】

図３は、本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータで任意の電力セルに故障が発生した時の最大電圧ベクトル図である。

【0031】

図３を参照すると、各相の電力セルの個数が５である状態で、Ａ相電力セルの２つが故障状況であるとき、出力される最大電圧のベクトル図が見られる。部材番号２１は、ａ相の一電力セルの出力電圧値を示す。部材番号２２は、ｂ相の一電力セルの出力電圧値を示す。部材番号２３は、ｃ相の一電力セルの出力電圧値を示す。従って、線間電圧Ｖ_bc、Ｖ_ab、Ｖ_caがある。

【0032】

三相の相電圧指令をｖ^*_as、ｖ^*_bs、ｖ^*_csとし、そのオフセット電圧（または零相分電圧）をｖ_snとすると、極電圧指令ｖ^*_an、ｖ^*_bn、ｖ^*_cnは、相電圧指令とオフセット電圧（または零相分電圧）の和からなり、式（１）のように表され得る。

【数2】

式（１）

【0033】

一方、各相で出力できる最大電圧は、各電力セルの直流端電圧の総和からなり、式（２）のように定義される。

【数3】

式（２）
ここで、Ｖ^k_dcaは、ａ相の一電力セルの直流端電圧を意味し、これは、ｂ、ｃ相にも同一である。

【0034】

図４は、本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータで各電力セルの直流端電圧の総和を計算する過程を説明するための図である。図４を参照すると、各電力セルに対して電力セルの直流端電圧が測定される（３１）。正常動作可能なＮ個の電力セル電圧が全て足される（３２）。

【0035】

即ち、Ｎａは、ａ相を構成する電力セルの中で正常動作が可能な電力セルの個数を意味し、これは、ｂ、ｃ相にも同様に適用され得る。

【0036】

従って、各相の出力可能な最大極電圧は、式（３）のように表され得る。

【数4】

式（３）

【0037】

即ち、ａ相の極電圧は、−ａ相直流端電圧と＋ａ相直流端電圧との間にあるようになり、ｂ相の極電圧は、−ｂ相直流端電圧と＋ｂ相直流端電圧との間にあるようになり、ｃ相の極電圧は、−ｃ相直流端電圧と＋ｃ相直流端電圧との間にあるようになる。

【0038】

ここで、各直流端電圧の最大値は、三相の相電圧指令とオフセット電圧を足した値の最大値と同一である。

【0039】

従って、任意の電力セルの故障時、各相が出力できる最大極電圧は、全て異なるようになる。式（３）に表された範囲を全て満たすことのできるオフセット電圧を注入する場合、線形制御範囲内で三相平衡である最大の極電圧、即ち、最大の線間電圧を出力できるようになる。

【0040】

各線間電圧の最大値は、各相を構成する電力セルの直流端電圧の和を利用して式（４）のように表され得る。

【数5】

式（４）

【0041】

また、平衡状態の出力可能な線間電圧は、式（５）のように表され得る。

【数6】

式（５）

【0042】

即ち、任意の電力セルが故障した場合、出力可能な線間電圧が全て異なるようになり、三相平衡である線間電圧を出力するためには、式（４）に表された出力可能な線間電圧のうち最小にならなければならない。

【0043】

線間電圧が式（５）のように制限された状態で三相平衡状態である線間電圧を出力するためのオフセット電圧は、下記のように構成される。

【0044】

式（６）のように、各相の電圧指令値がリミッタを過ぎた値を定義することができる。

【数7】

式（６）
ここで、ｂｏｕｎｄ関数は、式（７）のように定義された関数である。

【数8】

式（７）

【0045】

即ち、ｂｏｕｎｄ（ａ，ｂ，ｘ）関数は、ｘがａより小さい場合は、ａを出力値とし、ｘがｂより大きい場合は、ｂを出力値とし、ｘがａ以上、またはｂ以下である場合は、ｘを出力値とする関数である。

【0046】

これを利用して、オフセット電圧は、式（８）のように表され得る。

【数9】

式（８）

【0047】

式（８）に表されたようにオフセット電圧を注入する場合、ＣＨＢマルチレベルインバータ１００は、電力セルの故障時にも最大の三相平衡状態である線間電圧を出力することができる。このようなオフセット電圧計算方法は、正常動作である時も同様に適用される。

【0048】

仮に、電力セルの故障がない場合は、「０」であるオフセット電圧指令を出力して、極電圧指令には相電圧指令だけが含まれる。しかし、任意の電力セルに故障が発生した場合は、相電圧指令にオフセット電圧が含まれた極電圧指令を作るようになる。

【0049】

即ち、式（８）から計算されたオフセット電圧と元来の相電圧指令を足して、式（１）に表された各相の極電圧指令ｖ^*_an、ｖ^*_bn、ｖ^*_cnを作ることができる。

【0050】

図５は、本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法を説明するための図である。

【0051】

第１制限器（ｌｉｍｉｔｅｒ）２１１は、ａ相の相電圧制限器である。第２制限器２１２は、ｂ相の相電圧制限器である。第３制限器２１３は、ｃ相の相電圧制限器である。ここで、第１制限器２１１、第２制限器２１２、第３制限器２１３の最大制限値と最小制限値は、図４において計算される出力可能な最大電圧で動作可能な電力セルの直流端電圧の和で示すことができる。

【0052】

従って、第１制限器２１１の最大値はＶ^a_dcであり、最小値は−Ｖ^a_dcであり、第２制限器２１２の最大値はＶ^b_dcであり、最小値は−Ｖ^b_dcであり、第３制限器２１３の最大値はＶ^c_dcであり、最小値は−Ｖ^c_dcである。この値は、式（２）により求められる。

【0053】

第１演算器２１４は、ａ相の相電圧指令と第１制限器２１１を通過したａ相の相電圧指令との間の差を求める。同様に、第２演算器２１５は、ｂ相の相電圧指令と第２制限器２１２を通過したｂ相の相電圧指令との間の差を求める。同様に、第３演算器２１６は、ｃ相の相電圧指令と第３制限器２１３を通過したｃ相の相電圧指令との間の差を求める。

【0054】

第４演算器２１７は、第１演算器２１４の演算値と第２演算器２１５の演算値を累積する。第５演算器２１８は、第４演算器２１７の演算値と第３演算器２１６の演算値を累積する。ここで、第５演算器２１８の演算値は、オフセット電圧の負（ｎｅｇａｔｉｖｅ）の値で計算される。

【0055】

第６演算器２１９は、第５演算器２１８の演算値である負のオフセット値とａ相の相電圧指令の差を求め、該当電圧をａ相の極電圧指令ｖ^*_anで出力する。

【0056】

第７演算器２２０は、第５演算器２１８の演算値である負のオフセット値とｂ相の相電圧指令の差を求め、該当電圧をｂ相の極電圧指令ｖ^*_bnで出力する。

【0057】

第８演算器２２１は、第５演算器２１８の演算値である負のオフセット値とｃ相の相電圧指令の差を求め、該当電圧をｃ相の極電圧指令ｖ^*_cnで出力する。

【0058】

即ち、第６演算器２１９、第７演算器２２０、第８演算器２２１の演算は、式（１）に表されている。

【0059】

図7は、ＣＨＢマルチレベルインバータの各相に印加される極電圧指令が各電力セルに伝達されることを説明するための図である。

【0060】

図7を参照すると、極電圧（ｐｏｌｅ ｖｏｌｔａｇｅ）指令は、制御器２００から印加され、ｖ^*_an、ｖ^*_bn、ｖ^*_cnで表される。極電圧指令は、相電圧指令とオフセット電圧または零相分電圧の和で示される。

【0061】

ＰＷＭモジュール２３０、２４０、２５０は、極電圧指令の印加を受けてパルス幅制御（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を通してスイッチング制御信号

【数10】

を生成し、各電力セルに出力する。

【0062】

図６は、本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータの極電圧指令からのスイッチング制御信号生成を説明するための図である。

【0063】

このとき、極電圧指令をｖ^*_xyに代表して表示すると、ＰＷＭモジュール２３０、２４０、２５０は、極電圧指令ｖ^*_xyと直流端電圧Ｖ_dcの三角波と比較してスイッチング制御信号

【数11】

を生成し、各電力セルに出力する。

【0064】

より具体的に、ＰＷＭモジュール２３０、２４０、２５０は、極電圧指令ｖ^*_xyと負の極電圧指令−ｖ^*_xyをそれぞれ直流端電圧Ｖ_dcの三角波と比較し、それぞれの比較結果によってスイッチング制御信号Ｓ_a、Ｓ_bをそれぞれ生成する。

【0065】

例えば、ＰＷＭモジュール２３０、２４０、２５０は、極電圧指令ｖ^*_xyが直流端電圧Ｖ_dcの三角波より大きければ、スイッチング制御信号Ｓ_aを「１」と生成して各電力セルに出力する。そして、極電圧指令ｖ^*_xyが直流端電圧Ｖ_dcの三角波より大きければ、スイッチング制御信号Ｓ_aを「０」と生成して各電力セルに出力する。

【0066】

また、ＰＷＭモジュール２３０、２４０、２５０は、負の極電圧指令−ｖ^*_xyが直流端電圧Ｖ_dcの三角波より大きければ、スイッチング制御信号Ｓ_bを「１」と生成して各電力セルに出力する。そして、負の極電圧指令−ｖ^*_xyが直流端電圧Ｖ_dcの三角波より大きければ、スイッチング制御信号Ｓ_bを「０」と生成して各電力セルに出力する。

【0067】

以後、ＰＷＭモジュール２３０、２４０、２５０は、生成されたスイッチング制御信号Ｓ_a、Ｓ_bとそれぞれ相補的（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ）関係を有する

【数12】

を生成して各電力セルに出力する。

【0068】

ＰＷＭモジュール２３０、２４０、２５０から出力されるスイッチング制御信号

【数13】

によって、各電力セル内に備えられているスイッチング素子のオン／オフが決定される。

【0069】

図８は、本発明の一実施例に係るＣＨＢマルチレベルインバータの三相平衡電圧制御方法を説明するための図である。

【0070】

図８を参照すると、制御器２００は、ＣＨＢマルチレベルインバータ１００の各電力セル１２０の状態を感知して故障有無を判別する（Ｓ１）。

【0071】

制御器２００は、故障が感知された電力セル１２０に対して迂回動作を行い、正常動作を行う電力セル１２０を各相別に連結して回路を構成する（Ｓ２）。

【0072】

制御器２００は、各相を構成する正常動作状態の電力セルの直流端電圧の和をそれぞれ算出する（Ｓ３）。ここで、各電力セルの直流端電圧の総和は、各相別に出力可能な最大電圧となる。これによって、ａ相の出力可能な最大電圧と、ｂ相の出力可能な最大電圧と、ｃ相の出力可能な最大電圧が算出される。ここで算出されたそれぞれの直流端電圧の和が、バウンド（ｂｏｕｎｄ）関数の最大値及び最小値に設定される。

【0073】

制御器２００は、各相の相電圧指令をバウンド関数に入力し、バウンド関数の出力値をそれぞれ出力する（Ｓ４）。バウンド関数の出力値は、各相の相電圧指令がバウンド関数の最大値及び最小値により制限された値である。

【0074】

ａ相の相電圧指令がバウンド関数に入力され、バウンド関数の出力値でａ相の制限された相電圧指令が算出される。同様に、ｂ相の相電圧指令がバウンド関数に入力され、バウンド関数の出力値でｂ相の制限された相電圧指令が算出される。同様に、ｃ相の相電圧指令がバウンド関数に入力され、バウンド関数の出力値でａ相の制限された相電圧指令が算出される。

【0075】

制御器２００は、各相の相電圧指令と、それぞれのバウンド関数出力値の差値をそれぞれ算出する（Ｓ５）。

【0076】

これによって、ａ相の相電圧指令と、制限されたａ相の相電圧指令の差を求めて第１値が出力される。同様に、ｂ相の相電圧指令と、制限されたｂ相の相電圧指令の差を求めて第２値が出力される。同様に、ｃ相の相電圧指令と、制限されたｃ相の相電圧指令の差を求めて第３値が出力される。

【0077】

制御器２００は、算出されたそれぞれの差値を累積してオフセット電圧値で出力する（Ｓ６）。即ち、各相の相電圧指令と、制限された各相の相電圧指令の差から算出された値を累積してオフセット電圧値が算出される。これによって、第１値に第２値と第３値が累積される。

【0078】

制御器２００は、各相の相電圧指令と算出されたオフセット電圧値をそれぞれ足して各相の極電圧指令を算出する（Ｓ７）。これによって、ａ相の相電圧指令とオフセット電圧値を足してａ相の極電圧指令が算出される。同様に、ｂ相の相電圧指令とオフセット電圧値を足してｂ相の極電圧指令が算出される。同様に、ｃ相の相電圧指令とオフセット電圧値を足してｃ相の極電圧指令が算出される。

【0079】

制御器２００は、このように算出された各相別の極電圧指令をパルス幅制御（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）を通してスイッチング制御信号を生成し、各電力セルに出力する（Ｓ８）。

【0080】

このように、ＣＨＢマルチレベルインバータ１００で任意の電力セルが故障した場合、相電圧指令とリミッタを利用して計算されたオフセット電圧（または零相分電圧）を注入して三相平衡電圧制御を行うことにより、電力セルの故障時にも正常動作中の電力セルを迂回させず、三相線間出力電圧を平衡に維持させることができる。

【0081】

これによって、ＣＨＢマルチレベルインバータ１００は、他の相の余裕率を失うことがなく、数個の電力セルの故障時はもちろん、一レッグの全体電力セルの故障時にも線形制御領域内で可能な限り最大の線間電圧を出力することができる。

【0082】

以上において、本発明に係る実施例が説明されたが、これは、例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、これより様々な変形及び均等な範囲の実施例が可能であるという点が理解できるだろう。従って、本発明の正しい技術的保護範囲は、下記の特許請求の範囲により定められるべきである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】