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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022182517
(43)【公開日】2022-12-08
(54)【発明の名称】制御装置および制御方法
(51)【国際特許分類】
H02M 7/493 20070101AFI20221201BHJP
【ＦＩ】
H02M7/493
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021090115
(22)【出願日】2021-05-28
(71)【出願人】
【識別番号】000003078
【氏名又は名称】株式会社東芝
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100108855
【弁理士】
【氏名又は名称】蔵田 昌俊
(74)【代理人】
【識別番号】100103034
【弁理士】
【氏名又は名称】野河 信久
(74)【代理人】
【識別番号】100075672
【弁理士】
【氏名又は名称】峰 隆司
(74)【代理人】
【識別番号】100153051
【弁理士】
【氏名又は名称】河野 直樹
(74)【代理人】
【識別番号】100162570
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 早苗
(72)【発明者】
【氏名】長谷川 隆太
(72)【発明者】
【氏名】藤田 崇
(72)【発明者】
【氏名】金田 大成
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770AA05
5H770CA01
5H770CA04
5H770DA03
5H770DA11
5H770DA22
5H770DA30
5H770DA33
5H770DA41
5H770EA01
5H770HA02Z
5H770HA03W
(57)【要約】
【課題】 複数の電力変換器間の直流電圧バランスを保ち、出力電圧の高調波品質を維持すること。
【解決手段】 実施形態における制御装置は、交流電圧源に並列接続される複数の電力変換器を制御する制御装置であって、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスを合わせた全体出力電圧パルスのレベルを決定した後に、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を決定する信号生成手段を具備する。
【選択図】 図３
【解決手段】 実施形態における制御装置は、交流電圧源に並列接続される複数の電力変換器を制御する制御装置であって、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスを合わせた全体出力電圧パルスのレベルを決定した後に、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を決定する信号生成手段を具備する。
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
交流電圧源に並列接続される複数の電力変換器を制御する制御装置であって、
前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスを合わせた全体出力電圧パルスのレベルを決定した後に、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を決定する信号生成手段を具備する、制御装置。
前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスを合わせた全体出力電圧パルスのレベルを決定した後に、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を決定する信号生成手段を具備する、制御装置。
【請求項2】
前記信号生成手段は、
前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を、前記複数の電力変換器の直流電圧の大小関係に応じて決定する、
請求項１に記載の制御装置。
前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を、前記複数の電力変換器の直流電圧の大小関係に応じて決定する、
請求項１に記載の制御装置。
【請求項3】
前記信号生成手段は、
前記複数の電力変換器に対する電圧指令値を合成した全体電圧指令値のレベルと前記複数の電力変換器の個々のキャリア変調波のレベルとをそれぞれ比較し、それぞれの大小関係に応じて、前記全体出力電圧パルスのレベルを決定する、
請求項１又は２に記載の制御装置。
前記複数の電力変換器に対する電圧指令値を合成した全体電圧指令値のレベルと前記複数の電力変換器の個々のキャリア変調波のレベルとをそれぞれ比較し、それぞれの大小関係に応じて、前記全体出力電圧パルスのレベルを決定する、
請求項１又は２に記載の制御装置。
【請求項4】
前記信号生成手段は、
「各電力変換器の出力電流の平均値×全体電圧指令値」が正の値を示す間は、直流電圧が最も大きい電力変換器に対する出力電圧パルスのレベルが、他の電力変換器よりも高く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定し、
「各電力変換器の出力電流の平均値×全体電圧指令値」が負の値を示す間は、直流電圧が最も小さい電力変換器に対する出力電圧パルスのレベルが、他の電力変換器よりも低く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定する、
請求項３に記載の制御装置。
「各電力変換器の出力電流の平均値×全体電圧指令値」が正の値を示す間は、直流電圧が最も大きい電力変換器に対する出力電圧パルスのレベルが、他の電力変換器よりも高く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定し、
「各電力変換器の出力電流の平均値×全体電圧指令値」が負の値を示す間は、直流電圧が最も小さい電力変換器に対する出力電圧パルスのレベルが、他の電力変換器よりも低く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定する、
請求項３に記載の制御装置。
【請求項5】
前記全体電圧指令値を、前記複数の電力変換器の出力電流の平均値を電流指令値に近づける電流制御の結果に基づいて生成する手段をさらに具備する、
請求項３又は４に記載の制御装置。
請求項３又は４に記載の制御装置。
【請求項6】
前記電流制御に使用する電流指令値を、前記複数の電力変換器の直流電圧の平均値を直流電圧指令値に近づける電圧制御の結果に基づいて生成する手段をさらに具備する、
請求項５に記載の制御装置。
請求項５に記載の制御装置。
【請求項7】
交流電圧源に並列接続される複数の電力変換器を制御装置により制御する制御方法であって、
前記制御装置により、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスを合わせた全体出力電圧パルスのレベルを決定する第１のステップと、
前記制御装置により、前記全体出力電圧パルスのレベルを決定した後に、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を決定する第２のステップと
を含む、制御方法。
前記制御装置により、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスを合わせた全体出力電圧パルスのレベルを決定する第１のステップと、
前記制御装置により、前記全体出力電圧パルスのレベルを決定した後に、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を決定する第２のステップと
を含む、制御方法。
【請求項8】
前記第２のステップは、
前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を、前記複数の電力変換器の直流電圧の大小関係に応じて決定することを含む、
請求項７に記載の制御方法。
前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を、前記複数の電力変換器の直流電圧の大小関係に応じて決定することを含む、
請求項７に記載の制御方法。
【請求項9】
前記第１のステップは、
前記複数の電力変換器に対する電圧指令値を合成した全体電圧指令値のレベルと前記複数の電力変換器の個々のキャリア変調波のレベルとをそれぞれ比較し、それぞれの大小関係に応じて、前記全体出力電圧パルスのレベルを決定することを含む、
請求項７又は８に記載の制御方法。
前記複数の電力変換器に対する電圧指令値を合成した全体電圧指令値のレベルと前記複数の電力変換器の個々のキャリア変調波のレベルとをそれぞれ比較し、それぞれの大小関係に応じて、前記全体出力電圧パルスのレベルを決定することを含む、
請求項７又は８に記載の制御方法。
【請求項10】
前記第２のステップは、
「各電力変換器の出力電流の平均値×全体電圧指令値」が正の値を示す間は、レベル配分の対象となる電力変換器のうち、直流電圧が最も大きい電力変換器に対する出力電圧パルスのレベルが、他の電力変換器よりも高く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定することと、
「各電力変換器の出力電流の平均値×全体電圧指令値」が負の値を示す間は、レベル配分の対象となる電力変換器のうち、直流電圧が最も小さい電力変換器に対する出力電圧パルスのレベルが、他の電力変換器よりも低く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定することとを含む、
請求項９に記載の制御方法。
「各電力変換器の出力電流の平均値×全体電圧指令値」が正の値を示す間は、レベル配分の対象となる電力変換器のうち、直流電圧が最も大きい電力変換器に対する出力電圧パルスのレベルが、他の電力変換器よりも高く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定することと、
「各電力変換器の出力電流の平均値×全体電圧指令値」が負の値を示す間は、レベル配分の対象となる電力変換器のうち、直流電圧が最も小さい電力変換器に対する出力電圧パルスのレベルが、他の電力変換器よりも低く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定することとを含む、
請求項９に記載の制御方法。
【請求項11】
前記制御装置により、前記全体電圧指令値を、前記複数の電力変換器の出力電流の平均値を電流指令値に近づける電流制御の結果に基づいて生成するステップをさらに含む、
請求項９又は１０に記載の制御方法。
請求項９又は１０に記載の制御方法。
【請求項12】
前記制御装置により、前記電流制御に使用する電流指令値を、前記複数の電力変換器の直流電圧の平均値を直流電圧指令値に近づける電圧制御の結果に基づいて生成するステップをさらに含む、
請求項１１に記載の制御方法。
請求項１１に記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、制御装置および制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー電源には、直流－交流間で電力の変換を行うコンバータやインバータを含む電力変換装置が接続され、この電力変換装置は電力系統などの交流電圧源に接続される。
【0003】
電力変換装置は、出力を増やすために複数の電力変換器で構成されることが多い。その場合、これらの複数の電力変換器は、並列に電力系統などの交流電圧源に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５１８０４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
複数の電力変換器を、電力系統などの交流電圧源に並列接続する際には、各電力変換器のそれぞれの直流電圧部の電圧バランスの維持が重要となる。
【0006】
特に、発電電力が変動しやすい太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー電源に各電力変換器を接続した場合は、電力変換器間で出力電力の電圧振幅、位相などが大きく異なりやすく、電力変換器間で高調波電流が相殺されずに、多大な高調波が電力系統などの交流電圧源に流出してしまう可能性がある。
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、複数の電力変換器間の直流電圧バランスを保ち、出力電圧の高調波品質を維持することができる、制御装置および制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態における制御装置は、交流電圧源に並列接続される複数の電力変換器を制御する制御装置であって、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスを合わせた全体出力電圧パルスのレベルを決定した後に、前記複数の電力変換器をそれぞれ駆動するための個々の出力電圧パルスのレベルの配分を決定する信号生成手段を具備する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、複数の電力変換器間の直流電圧バランスを保ち、出力電圧の高調波品質を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】第１の実施形態に係る複数の電力変換器とこれらを制御するマイクロコンピュータとを含むシステム全体の構成の一例を示す図。
【図2】第１の実施形態との対比に使用される従来技術による出力信号パルスの生成手順を示す図。
【図3】第１の実施形態による出力信号パルスの生成手順を示す図。
【図9】第２の実施形態に係る複数の電力変換器とこれらを制御するマイクロコンピュータとを含むシステム全体の構成の一例を示す図。
【図10】第２の実施形態との対比に使用される従来技術による出力信号パルスの生成手順を示す図。
【図11】第２の実施形態による出力信号パルスの生成手順を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
【0012】
（第１の実施形態）
最初に、第１の実施形態について説明する。
最初に、第１の実施形態について説明する。
【0013】
図１は、第１の実施形態に係る複数の電力変換器とこれらを制御するマイクロコンピュータとを含むシステム全体の構成の一例を示す図である。
【0014】
図１に示されるように、本システムには、ｎ個の電力変換器１，２，…，ｎが設けられ、さらにこれらを制御するマイクロコンピュータ（制御装置）１００が設けられる。本実施形態では、電力変換器１，２，…，ｎがそれぞれ３相３レベル電力変換器であるものとして説明する。
【0015】
電力変換器１，２，…，ｎは、それぞれ、ｎ個の絶縁トランスＴｒを通して並列接続され、３相の電力系統に相当する交流電圧源Ｇｒに接続される。また、電力変換器１，２，…，ｎは、それぞれ、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー電源（図示せず）に接続される。なお、図１では、再生可能エネルギー電源に接続される側の各電力変換器の回路の一部については図示を省略している。各電力変換器は、コンデンサを備えた直流電圧部を共有するコンバータ及びインバータを備えており、これらにそれぞれ含まれる複数の半導体スイッチング素子がマイクロコンピュータ１００の制御のもとでオン／オフするスイッチング動作により通電状態を切り替えることで各電力変換器に流入する電力の波形が形成される。
【0016】
本システムでは、電力変換器１，２，…，ｎからそれぞれ出力される３相の出力電流ｉＲ１，ｉＲ２，・・・，ｉＲｎ、ｉＳ１，ｉＳ２，・・・，ｉＳｎ、ｉＴ１，ｉＴ２，・・・，ｉＴｎ（以下、出力電流ｉＲ１・・・ｎ，ｉＳ１・・・ｎ，ｉＴ１・・・ｎと略称する。）が、図示しない電流センサにより計測され、その計測値がマイクロコンピュータ１００に供給されるようになっている。
【0017】
また、本システムでは、電力変換器１，２，…，ｎのそれぞれの直流電圧部における直流電圧ｖＤＣ１，ｖＤＣ２，・・・，ｖＤＣｎ（以下、ｖＤＣ１・・・ｎと略称する。）が、図示しない電圧センサにより計測され、その計測値がマイクロコンピュータ１００に供給されるようになっている。
【0018】
マイクロコンピュータ１００（以下、「コンピュータ１００」と略称する。）は、各センサにより計測された３相の出力電流ｉＲ１・・・ｎ，ｉＳ１・・・ｎ，ｉＴ１・・・ｎおよび直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎを用いて、各電力変換器の個々の半導体スイッチング素子のゲートを駆動するゲート信号に相当する３相の出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２，・・・，ｇＲｎ、ｇＳ１，ｇＳ２，・・・，ｇＳｎ、ｇＴ１，ｇＴ２，・・・，ｇＴｎ（以下、ｇＲ１・・・ｎ，ｇＳ１・・・ｎ，ｇＴ１・・・ｎと略称する。）を生成する。
【0019】
上記コンピュータ１００は、電力変換器１，２，…，ｎに出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎ，ｇＳ１・・・ｎ，ｇＴ１・・・ｎを供給するにあたり、相毎に、出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎ，ｇＳ１・・・ｎ，ｇＴ１・・・ｎを合わせた全体出力電圧パルスｇＲ，ｇＳ，ｇＴのレベルを先に決定し、その後に、出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎ，ｇＳ１・・・ｎ，ｇＴ１・・・ｎのレベルの配分を、電力変換器１，２，…，ｎの直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎの大小関係に応じて決定する機能を備えている。上記全体出力電圧パルスｇＲ，ｇＳ，ｇＴは、ｎ個の電力変換器をまとめて１つの電力変換器とみなした場合の出力電圧パルスを示すものといえる。この全体出力電圧パルスのレベルは、２ｎ＋１段階で表現され、ｎ，…，０，…，－ｎのいずれかの値を示す。当該全体出力電圧パルスｇＲ，ｇＳ，ｇＴを導出する方法については後で説明する。
【0020】
【0021】
ここでは説明を理解しやすいものとするため、電力変換器の数が２つである場合（Ｎ＝２の場合）について説明する。また、ここでは３相を構成するＲ相、Ｓ相、Ｔ相のうち、Ｒ相の場合についてのみ例示するが、Ｓ相、Ｔ相の場合も同様なものとなる。
【0022】
従来技術では、図２に示されるように、電力変換器１に対応する電圧指令値（交流の出力電圧の指令値）ｖＲ１
＊と、電力変換器２に対応する電圧指令値（交流の出力電圧の指令値）ｖＲ２
＊とが使用される。
【0023】
最初に、図２に示されるように、電力変換器１に対応する電圧指令値ｖＲ１
＊とキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１との比較が行われるとともに、電力変換器２に対応する電圧指令値ｖＲ２
＊とキャリア変調波Ｃ２（上記キャリア変調波Ｃ１の位相を１８０°ずらしたもの）との比較とが行われる。そして、電圧指令値ｖＲ１
＊とキャリア変調波Ｃ１との比較結果に基づき、電力変換器１に与える出力電圧パルスｇＲ１が生成され、電圧指令値ｖＲ２
＊とキャリア変調波Ｃ２との比較結果に基づき、電力変換器２に与える出力電圧パルスｇＲ２が生成される。
【0024】
例えば電圧指令値ｖＲ１
＊が正の値を示す時間帯では、電圧指令値ｖＲ１
＊がキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１よりも大きい値を示すときに出力電圧パルスｇＲ１のレベルが＋１となり、それ以外のときには出力電圧パルスｇＲ１のレベルは０となる。また、電圧指令値ｖＲ１
＊が負の値を示す時間帯では、電圧指令値ｖＲ１
＊がキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１の値よりも小さい値を示すときに出力電圧パルスｇＲ１のレベルが－１となり、それ以外のときには出力電圧パルスｇＲ１のレベルは０となる。
【0025】
同様に、電圧指令値ｖＲ２
＊が正の値を示す時間帯では、電圧指令値ｖＲ２
＊がキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ２よりも大きい値を示すときに出力電圧パルスｇＲ２のレベルが＋１となり、それ以外のときには出力電圧パルスｇＲ２のレベルは０となる。また、電圧指令値ｖＲ２
＊が負の値を示す時間帯では、電圧指令値ｖＲ２
＊がキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ２の値よりも小さい値を示すときに出力電圧パルスｇＲ２のレベルが－１となり、それ以外のときには出力電圧パルスｇＲ２のレベルは０となる。
【0026】
電力変換器１の出力電圧パルスｇＲ１と電力変換器２の出力電圧パルスｇＲ２とを合成したものは、出力電圧パルスｇＲとなる。
【0027】
図２に示す従来技術の場合、電力変換器１に与える出力電圧パルスｇＲ１と電力変換器２に与える出力電圧パルスｇＲ２とを比較すると、レベルが＋１の状態になっているときのパルス幅の総量が同じであり、また、レベルが－１の状態になっているときのパルス幅の総量も同じであるため、各電力変換器に流入する電力も同等になる。よって、電力変換器１と電力変換器２との間で出力電力に大きな電力差があるときに、電力変換器間で出力電力の電圧振幅、位相などが大きく異なり、電力変換器間で高調波電流が相殺されずに、多大な高調波が交流電圧源に流出してしまう可能性がある。
【0028】
一方、本実施形態では、図３に示されるように、電力変換器１，２に対応するそれぞれの電圧指令値を合成した全体電圧指令値ｖＲ
＊が使用される。
【0029】
最初に、図３に示されるように、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１との比較が行われるとともに、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ２（上記キャリア変調波Ｃ１の位相を１８０°ずらしたもの）との比較とが行われる。そして、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ１との比較結果および全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ２との比較結果に基づき、全体出力電圧パルスｇＲが生成される。
【0030】
例えば、全体電圧指令値ｖＲ
＊が正の値を示す時間帯では、全体電圧指令値ｖＲ
＊がキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１よりも大きい値を示すと共にキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ２よりも大きい値を示さないとき、あるいは、キャリア変調波（２つの三角波）Ｃ２よりも大きい値を示すと共にキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１よりも大きい値を示さないときに、全体出力電圧パルスｇＲのレベルが＋１となり、全体電圧指令値ｖＲ
＊がキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１，Ｃ２のどちらよりも大きい値を示すときに、全体出力電圧パルスｇＲのレベルが＋２となり、それ以外のときには全体出力電圧パルスｇＲのレベルは０となる。
【0031】
また、全体電圧指令値ｖＲ
＊が負の値を示す時間帯では、全体電圧指令値ｖＲ
＊がキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１よりも小さい値を示すと共にキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ２よりも小さい値を示さないとき、あるいは、キャリア変調波（２つの三角波）Ｃ２よりも小さい値を示すと共にキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１よりも小さい値を示さないときに、全体出力電圧パルスｇＲのレベルが－１となり、全体電圧指令値ｖＲ
＊がキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１，Ｃ２のどちらよりも小さい値を示すときに、全体出力電圧パルスｇＲのレベルが－２となり、それ以外のときには全体出力電圧パルスｇＲのレベルは０となる。
【0032】
その後、全体出力電圧パルスｇＲのレベルに基づき、出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のレベルの配分が、電力変換器１，２のそれぞれの直流電圧ｖＤＣ１，ｖＤＣ２の大小関係に応じて決定される。
【0033】
図３の例では、電流極性が電力変換器から負荷に向かう方向であるときで、かつ全体電圧指令値ｖＲ
＊が正の値を示す領域では、直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが最も大きい電力変換器に対するゲート信号出力を優先するものとし、当該電力変換器に対する出力電圧パルス（出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のいずれか）のレベルが、他の電力変換器よりも高く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルが決定される。また、電流極性が負荷から電力変換器に向かう方向であるときで、かつ全体電圧指令値ｖＲ
＊が負の値を示す領域では、直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが最も小さい電力変換器に対するゲート信号出力を優先するものとし、当該電力変換器に対する出力電圧パルス（出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のいずれか）のレベルが、他の電力変換器よりも低く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルが決定される。但し、出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のレベルは、それぞれ、＋１、０、－１のいずれかの値を示すものとし、＋２や－２の値にはならないように制御される。例えば、全体出力電圧パルスｇＲのレベルが＋２である場合には、出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のレベルがそれぞれ＋１に設定される。
【0034】
すなわち、電流極性が電力変換器から負荷に向かう方向であるときは直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが大きい電力変換器ほど、与えられる出力電圧パルスのレベルが１に優先的に設定されるように、また、電流極性が負荷から電力変換器に向かう方向であるときは直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが小さい電力変換器ほど、与えられる出力電圧パルスのレベルが－１に優先的に設定されるように制御される。出力電圧パルスのレベルが＋１の状態が長く続くほど（即ち、レベルが＋１のパルス幅が大きいほど）、直流電圧部のコンデンサからの放電が促されて直流電圧が下がり、一方、出力電圧パルスのレベルが－１の状態が長く続くほど（即ち、レベルが－１のパルス幅が大きいほど）、直流電圧部のコンデンサへの充電が促されて直流電圧が上がる。
【0035】
図３に示す例では、電力変換器１に与える出力電圧パルスｇＲ１と電力変換器２に与える出力電圧パルスｇＲ２とを比較すると、レベルが＋１の状態になっているときのパルス幅の総量が異なり、また、レベルが－１の状態になっているときのパルス幅の総量も異なるため、各電力変換器に流入する電力も異なるようになる。すなわち、電力変換器１と電力変換器２との間で出力電力に大きな電力差があるときでも、直流電圧ｖＤＣ１，ｖＤＣ２の大小関係に応じて、各電力変換器に流入する電力が調整されるため、電力変換器間の直流電圧バランスが保たれる。この場合、電力変換器間で高調波電流が相殺され、多大な高調波が交流電圧源Ｇｒに流出することが抑制される。
【0036】
【0037】
なお、図２に示される個々の機能は、プロセッサにより実行されるプログラム（ソフトウェア）により実現されるものであるが、必要に応じて一部の機能を回路等のハードアウェアで実現してもよい。
【0038】
図４に示されるように、コンピュータ１００は、各種の機能として、平均化処理部１１、減算部１２、ＰＩ制御部１３、平均化処理部１４～１６、３相ＤＱ変換部１７、減算部１８、ＰＩ制御部１９、減算部２０、ＰＩ制御部２１、３相ＤＱ逆変換部２２、および、ゲート信号生成部（信号生成手段）２３を備えている。
【0039】
平均化処理部１１は、直流電圧（計測値）ｖＤＣ１・・・ｎの平均値ｖＤＣを生成するものである。
【0040】
減算部１２は、直流電圧指令値ｖＤＣ
＊と直流電圧（計測値）の平均値ｖＤＣとの差分を生成するものである。
【0041】
ＰＩ制御部１３は、減算部１２により生成される差分を用いて、ＰＩ制御を行い、有効電流指令値ｉＤ
＊を生成するものである。
【0042】
平均化処理部１４～１６は、３相出力電流（計測値）ｉＲ１・・・ｎ，ｉＳ１・・・ｎ，ｉＴ１・・・ｎのそれぞれの平均値ｉＲ，ｉＳ，ｉＴを生成するものである。
【0043】
３相ＤＱ変換部１７は、３相出力電流（計測値）のそれぞれの平均値ｉＲ，ｉＳ，ｉＴを用いて、３相ＤＱ変換を実施し、有効電流ｉＤ，無効電流ｉＱを生成するものである。
【0044】
減算部１８は、有効電流指令値ｉＤ
＊と有効電流ｉＤとの差分を生成するものである。
【0045】
ＰＩ制御部１９は、減算部１８により生成される差分を用いて、ＰＩ制御を行い、有効電圧指令値ｖＤ
＊を生成するものである。
【0046】
減算部２０は、無効電流指令値ｉＱ
＊と無効電流ｉＱとの差分を生成するものである。
【0047】
ＰＩ制御部２１は、減算部２０により生成される差分を用いて、ＰＩ制御を行い、無効電圧指令値ｖＱ
＊を生成するものである。
【0048】
３相ＤＱ逆変換部２２は、有効電圧指令値ｖＤ
＊および無効電圧指令値ｖＱ
＊を用いて、３相ＤＱ逆変換を実施し、全体電圧指令値ｖＲ
＊，ｖＳ
＊，ｖＴ
＊を生成するものである。
【0049】
ゲート信号生成部２３は、全体電圧指令値ｖＲ
＊，ｖＳ
＊，ｖＴ
＊を用いるとともに、３相出力電流（計測値）のそれぞれの平均値ｉＲ，ｉＳ，ｉＴを用いて、各電力変換器の個々の半導体スイッチング素子のゲートを駆動するゲート信号に相当する３相の出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎ，ｇＳ１・・・ｎ，ｇＴ１・・・ｎを生成するものである。
【0050】
この図４の例では、全体電圧指令値ｖＲ
＊，ｖＳ
＊，ｖＴ
＊は、電力変換器１，２，…，ｎの出力電流ｉＲ１・・・ｎ，ｉＳ１・・・ｎ，ｉＴ１・・・ｎの平均値ｉＲ，ｉＳ，ｉＴを電流指令値ｉＤ
＊に近づける電流制御の結果に基づいて生成されているといえる。また、当該電流制御に使用する電流指令値（ｉＤ
＊）は、電力変換器１，２，…，ｎの直流電圧の平均値ｖＤＣを直流電圧指令値ｖＤＣ
＊に近づける電圧制御の結果に基づいて生成されているといえる。
【0051】
【0052】
コンピュータ１００は、図示しない電流センサおよび電圧センサにより計測された各電力変換器の３相出力電流ｉＲ１・・・ｎ，ｉＳ１・・・ｎ，ｉＴ１・・・ｎの計測値および直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎの計測値を取り込み（Ｓ１）、これらを用いて全体電圧指令値ｖＲ
＊，ｖＳ
＊，ｖＴ
＊を生成し（Ｓ２）、最後に、各電力変換器へのゲート信号、すなわち３相の出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎ，ｇＳ１・・・ｎ，ｇＴ１・・・ｎを生成する（Ｓ３）。これらのステップＳ１～Ｓ３による一連の処理は、繰り返し実施される。
【0053】
【0054】
コンピュータ１００は、平均化処理部１１により、直流電圧（計測値）ｖＤＣ１・・・ｎの平均値ｖＤＣを生成し、減算部１２により、直流電圧指令値ｖＤＣ
＊と直流電圧（計測値）の平均値ｖＤＣとの差分を生成し、ＰＩ制御部１３により、減算部１２により生成される差分を用いて、ＰＩ制御を行い、有効電流指令値ｉＤ
＊を生成する（Ｓ１１）。
【0055】
また、コンピュータ１００は、平均化処理部１４～１６により、３相出力電流（計測値）ｉＲ１・・・ｎ，ｉＳ１・・・ｎ，ｉＴ１・・・ｎのそれぞれの平均値ｉＲ，ｉＳ，ｉＴを生成し、３相ＤＱ変換部１７により、３相出力電流（計測値）のそれぞれの平均値ｉＲ，ｉＳ，ｉＴを用いて、３相ＤＱ変換を実施し、有効電流ｉＤ，無効電流ｉＱを生成する（Ｓ１２）。
【0056】
さらに、コンピュータ１００は、減算部１８により、有効電流指令値ｉＤ
＊と有効電流ｉＤとの差分を生成し、ＰＩ制御部１９により、減算部１８により生成される差分を用いて、ＰＩ制御を行い、有効電圧指令値ｖＤ
＊を生成するとともに、減算部２０により、無効電流指令値ｉＱ
＊と無効電流ｉＱとの差分を生成し、ＰＩ制御部２１により、減算部２０により生成される差分を用いて、ＰＩ制御を行い、無効電圧指令値ｖＱ
＊を生成する（Ｓ１３）。
【0057】
最後に、コンピュータ１００は、３相ＤＱ逆変換部２２により、有効電圧指令値ｖＤ
＊および無効電圧指令値ｖＱ
＊を用いて、３相ＤＱ逆変換を実施し、全体電圧指令値ｖＲ
＊，ｖＳ
＊，ｖＴ
＊を生成し、これらをゲート信号生成部２３へ送る（Ｓ１４）。
【0058】
【0059】
コンピュータ１００は、ゲート信号生成部２３により、全体電圧指令値ｖＲ
＊，ｖＳ
＊，ｖＴ
＊や直流電圧（計測値）ｖＤＣ１・・・ｎを用いて、全体出力電圧パルスｇＲ，ｇＳ，ｇＴを決定し（Ｓ２１）、その後に、各電力変換器の出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎ，ｇＳ１・・・ｎ，ｇＴ１・・・ｎを決定する（Ｓ２２）。
【0060】
次に、図８のフローチャートを参照して、図５中のステップＳ３で行われる動作をより具体化した一例を説明する。ここでは、図３及び図４も適宜参照する。また、ここでは３相を構成するＲ相、Ｓ相、Ｔ相のうち、Ｒ相の場合についてのみ例示するが、Ｓ相、Ｔ相の場合も同様なものとなる。
【0061】
ゲート信号生成部２３は、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波（２つの三角波）Ｃ１とを比較するとともに、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ２（上記キャリア変調波Ｃ１の位相を１８０°ずらしたもの）とを比較し、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ１との比較結果および全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ２との比較結果に基づき、全体出力電圧パルスｇＲのレベルを決定する（Ｓ３１）。
【0062】
次に、ゲート信号生成部２３は、「各電力変換器の出力電流の平均値ｉＲ×全体電圧指令値ｖＲ
＊」が正の値を示すか否かを判定する（Ｓ３２）。
【0063】
「各電力変換器の出力電流の平均値ｉＲ×全体電圧指令値ｖＲ
＊」が正の値を示す場合（Ｓ３２のＹＥＳ）、ゲート信号生成部２３は、直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが最も大きい電力変換器に対するゲート信号出力を優先するものとし、当該電力変換器に対する出力電圧パルス（出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎのいずれか）のレベルが、他の電力変換器よりも高く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定し、当該電力変換器に対してゲート信号を出力する（Ｓ３３、Ｓ３５）。但し、直流電圧が最も大きい電力変換器が、前回のＳ３３、Ｓ３５の処理において既にレベルを＋１にしてゲート信号を出力している電力変換器に該当する場合は、当該電力変換器は、直流電圧が最も大きい電力変換器を決める際の対象から除外される。
【0064】
一方、「各電力変換器の出力電流の平均値ｉＲ×全体電圧指令値ｖＲ
＊」が負の値を示す場合（Ｓ３２のＮＯ）、ゲート信号生成部２３は、直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが最も小さい電力変換器に対するゲート信号出力を優先するものとし、当該電力変換器に対する出力電圧パルス（出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎのいずれか）のレベルが、他の電力変換器よりも低く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルを決定し、当該電力変換器に対してゲート信号を出力する（Ｓ３４、Ｓ３５）。但し、直流電圧が最も小さい電力変換器が、前回のＳ３４、Ｓ３５の処理において既にレベルを－１にしてゲート信号を出力している電力変換器に該当する場合は、当該電力変換器は、直流電圧が最も小さい電力変換器を決める際の対象から除外される。
【0065】
第１の実施形態によれば、複数の３相３レベル電力変換器を制御するにあたり、電力変換器間で出力電力に大きな電力差があるときでも、電力変換器間の直流電圧の大小関係に応じて、各電力変換器に流入する電力が調整されるため、電力変換器間の直流電圧バランスが保たれ、電力変換器間で高調波電流が相殺され、多大な高調波が交流電圧源Ｇｒに流出することが抑制されるという効果が得られる。
【0066】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について説明する。なお、ここでは第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
次に、第２の実施形態について説明する。なお、ここでは第１の実施形態と共通する部分の説明を省略し、異なる部分を中心に説明する。
【0067】
図９は、第２の実施形態に係る複数の電力変換器とこれらを制御するマイクロコンピュータとを含むシステム全体の構成の一例を示す図である。
【0068】
前述した第１の実施形態では、複数の３相３レベル電力変換器を採用したが、この第２の実施形態では、代わりに複数の３相２レベル電力変換器を採用する。
【0069】
これに伴い、コンピュータ１００から各電力変換器の個々の半導体スイッチング素子のゲートへ送るゲート信号、すなわち３相の出力電圧パルスｇＲ１・・・ｎ，ｇＳ１・・・ｎ，ｇＴ１・・・ｎのレベルは、２段階で表現され、＋１または－１の値をとる。また、全体出力電圧パルスのレベルは、３段階で表現され、＋１、０、または－１のいずれかの値を示す。
【0070】
なお、この第２の実施形態のような３レベル変換器かを採用するか、あるいは前述した第１の実施形態のような２レベル変換器を採用するかどうかは、電力変換器容量や直流電圧、スイッチング周波数、使用素子、コストパフォーマンスを考慮して決めればよい。
【0071】
【0072】
ここでは説明を理解しやすいものとするため、電力変換器の数が２つである場合（Ｎ＝２の場合）について説明する。また、ここでは３相を構成するＲ相、Ｓ相、Ｔ相のうち、Ｒ相の場合についてのみ例示するが、Ｓ相、Ｔ相の場合も同様なものとなる。
【0073】
従来技術では、図１０に示されるように、電力変換器１に対応する電圧指令値（交流の出力電圧の指令値）ｖＲ１
＊と、電力変換器２に対応する電圧指令値（交流の出力電圧の指令値）ｖＲ２
＊とが使用される。
【0074】
最初に、図１０に示されるように、電力変換器１に対応する電圧指令値ｖＲ１
＊とキャリア変調波（１つの三角波）Ｃ１との比較が行われるとともに、電力変換器２に対応する電圧指令値ｖＲ２
＊とキャリア変調波Ｃ２（上記キャリア変調波Ｃ１の位相を１８０°ずらしたもの）との比較とが行われる。そして、電圧指令値ｖＲ１
＊とキャリア変調波Ｃ１との比較結果に基づき、電力変換器１に与える出力電圧パルスｇＲ１が生成され、電圧指令値ｖＲ２
＊とキャリア変調波Ｃ２との比較結果に基づき、電力変換器２に与える出力電圧パルスｇＲ２が生成される。
【0075】
例えば電圧指令値ｖＲ１
＊が正の値を示す時間帯では、電圧指令値ｖＲ１
＊がキャリア変調波（１つの三角波）Ｃ１よりも大きい値を示すときに出力電圧パルスｇＲ１のレベルが＋１となり、それ以外のときには出力電圧パルスｇＲ１のレベルは－１となる。また、電圧指令値ｖＲ１
＊が負の値を示す時間帯では、電圧指令値ｖＲ１
＊がキャリア変調波（１つの三角波）Ｃ１の値よりも小さい値を示すときに出力電圧パルスｇＲ１のレベルが－１となり、それ以外のときには出力電圧パルスｇＲ１のレベルは＋１となる。
【0076】
同様に、電圧指令値ｖＲ２
＊が正の値を示す時間帯では、電圧指令値ｖＲ２
＊がキャリア変調波（１つの三角波）Ｃ２よりも大きい値を示すときに出力電圧パルスｇＲ２のレベルが＋１となり、それ以外のときには出力電圧パルスｇＲ２のレベルは－１となる。また、電圧指令値ｖＲ２
＊が負の値を示す時間帯では、電圧指令値ｖＲ２
＊がキャリア変調波（１つの三角波）Ｃ２の値よりも小さい値を示すときに出力電圧パルスｇＲ２のレベルが－１となり、それ以外のときには出力電圧パルスｇＲ２のレベルは＋１となる。
【0077】
電力変換器１の出力電圧パルスｇＲ１と電力変換器２の出力電圧パルスｇＲ２とを合成したものは、出力電圧パルスｇＲとなる。
【0078】
図１０に示す従来技術の場合、電力変換器１に与える出力電圧パルスｇＲ１と電力変換器２に与える出力電圧パルスｇＲ２とを比較すると、レベルが＋１の状態になっているときのパルス幅の総量が同じであり、また、レベルが－１の状態になっているときのパルス幅の総量も同じであるため、各電力変換器に流入する電力も同等になる。よって、電力変換器１と電力変換器２との間で出力電力に大きな電力差があるとき、電力変換器間で出力電力の電圧振幅、位相などが大きく異なり、電力変換器間で高調波電流が相殺されずに、多大な高調波が交流電圧源に流出してしまう可能性がある。
【0079】
一方、本実施形態では、図１１に示されるように、電力変換器１，２に対応するそれぞれの電圧指令値を合成した全体電圧指令値ｖＲ
＊が使用される。
【0080】
最初に、図１１に示されるように、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波（１つの三角波）Ｃ１との比較が行われるとともに、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ２（上記キャリア変調波Ｃ１の位相を１８０°ずらしたもの）との比較とが行われる。そして、全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ１との比較結果および全体電圧指令値ｖＲ
＊とキャリア変調波Ｃ２との比較結果に基づき、全体出力電圧パルスｇＲが生成される。
【0081】
例えば、全体電圧指令値ｖＲ
＊が正の値を示す時間帯では、全体電圧指令値ｖＲ
＊がキャリア変調波（１つの三角波）Ｃ１，Ｃ２のどちらよりも大きい値を示すときに、全体出力電圧パルスｇＲのレベルが＋１となり、それ以外のときには全体出力電圧パルスｇＲのレベルは０となる。
【0082】
また、全体電圧指令値ｖＲ
＊が負の値を示す時間帯では、全体電圧指令値ｖＲ
＊がキャリア変調波（１つの三角波）Ｃ１，Ｃ２のどちらよりも小さい値を示すときに、全体出力電圧パルスｇＲのレベルが－１となり、それ以外のときには全体出力電圧パルスｇＲのレベルは０となる。
【0083】
その後、全体出力電圧パルスｇＲのレベルに基づき、出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のレベルの配分が、電力変換器１，２のそれぞれの直流電圧ｖＤＣ１，ｖＤＣ２の大小関係に応じて決定される。
【0084】
図１１の例では、電流極性が電力変換器から負荷に向かう方向であるときで、かつ全体電圧指令値ｖＲ
＊が正の値を示す領域では、直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが最も大きい電力変換器に対する出力電圧パルス（出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のいずれか）のレベルが、他の電力変換器よりも高く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルが決定される。また、電流極性が負荷から電力変換器に向かう方向であるときで、かつ全体電圧指令値ｖＲ
＊が負の値を示す領域では、直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが最も小さい電力変換器に対する出力電圧パルス（出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のいずれか）のレベルが、他の電力変換器よりも低く又は同等になるように、個々の出力電圧パルスのレベルが決定される。但し、出力電圧パルスｇＲ１，ｇＲ２のレベルは、それぞれ、＋１、－１のいずれかの値を示すものとし、０や＋２や－２の値にはならないように制御される。
【0085】
すなわち、電流極性が電力変換器から負荷に向かう方向であるときは直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが大きい電力変換器ほど、与えられる出力電圧パルスのレベルが１に優先的に設定されるように、また、電流極性が負荷から電力変換器に向かう方向であるときは直流電圧ｖＤＣ１・・・ｎが小さい電力変換器ほど、与えられる出力電圧パルスのレベルが－１に優先的に設定されるように制御される。出力電圧パルスのレベルが＋１の状態が長く続くほど（即ち、レベルが＋１のパルス幅が大きいほど）、直流電圧部のコンデンサからの放電が促されて直流電圧が下がり、一方、出力電圧パルスのレベルが－１の状態が長く続くほど（即ち、レベルが－１のパルス幅が大きいほど）、直流電圧部のコンデンサへの充電が促されて直流電圧が上がる。
【0086】
図１１に示す例では、電力変換器１に与える出力電圧パルスｇＲ１と電力変換器２に与える出力電圧パルスｇＲ２とを比較すると、レベルが＋１の状態になっているときのパルス幅の総量が異なり、また、レベルが－１の状態になっているときのパルス幅の総量も異なるため、各電力変換器に流入する電力も異なるようになる。すなわち、電力変換器１と電力変換器２との間で出力電力に大きな電力差があるときでも、直流電圧ｖＤＣ１，ｖＤＣ２の大小関係に応じて、各電力変換器に流入する電力が調整されるため、電力変換器間の直流電圧バランスが保たれる。この場合、電力変換器間で高調波電流が相殺され、多大な高調波が交流電圧源Ｇｒに流出することが抑制される。
【0087】
【0088】
第２の実施形態によれば、複数の３相２レベル電力変換器を制御する場合においても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0089】
以上詳述したように、各実施形態によれば、複数の電力変換器間の直流電圧バランスを保ち、出力電圧の高調波品質を維持することができる。
【0090】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【0091】
１，２，ｎ…電力変換器、１１…平均化処理部、１２…減算部、１３…ＰＩ制御部、１４，１５，１６…平均化処理部、１７…３相ＤＱ変換部、１８…減算部、１９…ＰＩ制御部、２０…減算部、２１…ＰＩ制御部、２２…３相ＤＱ逆変換部、２３…ゲート信号生成部、１００…マイクロコンピュータ、Ｇｒ…交流電圧源、Ｔｒ…絶縁トランス。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
