特開 2023-174013 電力変換装置

(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】P2023174013

(43)【公開日】2023-12-07

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/12 20060101AFI20231130BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

H02M7/12 A

H02M7/12 X

H02M7/12 W

H02M7/48 S

H02M7/48 R

H02M7/48 T

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022086615

(22)【出願日】2022-05-27

(71)【出願人】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108062

【弁理士】

【氏名又は名称】日向寺 雅彦

(74)【代理人】

【識別番号】100168332

【弁理士】

【氏名又は名称】小崎 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100146592

【弁理士】

【氏名又は名称】市川 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100172188

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 敬人

(72)【発明者】

【氏名】田中 功太郎

(72)【発明者】

【氏名】慶本 裕史

【テーマコード（参考）】

5H006

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H006BB01

5H006BB06

5H006CA01

5H006CA02

5H006CB01

5H006CB08

5H006CC08

5H006DB01

5H006DC05

5H770DA01

5H770DA03

5H770DA10

5H770DA12

5H770DA21

5H770DA22

5H770DA24

5H770DA30

5H770DA41

5H770EA01

5H770HA03Z

5H770HA14Z

(57)【要約】

【課題】複数の変換器の直流電圧のアンバランスをより適切に抑制できる変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置を提供する。
【解決手段】交流の電力系統に対して直列に接続された複数の一次巻線と、複数の一次巻線と磁気的に結合した複数の二次巻線と、を有する変圧器と、複数の二次巻線のいずれかに接続され、変圧器を介して電力系統と接続されるとともに直流回路と接続され、電力系統の交流電力を直流電力に変換して直流回路に供給するとともに、直流回路側の直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する動作を行う複数の変換器と、複数の変換器の動作を制御する制御部と、を備え、制御部は、複数の変換器のそれぞれに所定の大きさの電流を交流側に出力させながら、複数の変換器のそれぞれの電荷蓄積素子の電圧値が一定になるように、複数の変換器の動作を制御する電力変換装置が提供される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流の電力系統に対して直列に接続された複数の一次巻線と、前記複数の一次巻線と磁気的に結合した複数の二次巻線と、を有する変圧器と、
前記複数の二次巻線のいずれかに接続され、前記変圧器を介して前記電力系統と接続されるとともに、直流回路と接続され、前記電力系統の交流電力を直流電力に変換して前記直流回路に供給するとともに、前記直流回路側の直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に供給する動作を行う複数の変換器と、
前記複数の変換器のそれぞれの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記複数の変換器は、三相ブリッジ接続又は単相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に逆並列に接続された複数の整流素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれと並列に接続された電荷蓄積素子と、前記電荷蓄積素子の電圧を検出する電圧検出器と、を有し、
前記制御部は、前記複数の変換器のそれぞれに所定の大きさの電流を交流側に出力させながら、前記複数の変換器のそれぞれの前記電荷蓄積素子の電圧値が一定になるように、前記複数の変換器のそれぞれの動作を制御する電力変換装置。

【請求項2】

前記電力系統の交流電力は、三相交流電力であり、
前記複数の変換器は、三相ブリッジ変換器であり、
前記制御部は、前記複数の変換器のそれぞれに所定の大きさの無効電流を交流側に出力させながら、前記複数の変換器のそれぞれの前記電荷蓄積素子の電圧値が一定になるように、前記複数の変換器のそれぞれの動作を制御する請求項１記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記電力系統の交流電力は、単相交流電力であり、
前記複数の変換器は、単相ブリッジ変換器であり、
前記制御部は、前記複数の変換器のそれぞれに所定の大きさの無効電流を交流側に出力させながら、前記複数の変換器のそれぞれの前記電荷蓄積素子の電圧値が一定になるように、前記複数の変換器のそれぞれの動作を制御する請求項１記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記電力系統の交流電力は、三相交流電力であり、
前記変圧器の前記複数の一次巻線は、前記電力系統の各相のそれぞれの間に複数設けられ、前記電力系統の各相のそれぞれの間に直列に接続されるとともに、前記電力系統の各相に対してデルタ結線され、
前記複数の変換器は、３台の単相ブリッジ変換器を有し、前記３台の単相ブリッジ変換器によって三相回路を構成し、
前記制御部は、前記変圧器の前記複数の一次巻線に対して零相電流を出力するように、前記複数の変換器のそれぞれに所定の大きさの電流を交流側に出力させながら、前記複数の変換器のそれぞれの前記電荷蓄積素子の電圧値が一定になるように、前記複数の変換器のそれぞれの動作を制御する請求項１記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

変圧器と、複数の変換器と、を備えた電力変換装置がある。変圧器は、直列に接続された複数の一次巻線と、複数の一次巻線のそれぞれと磁気的に結合した複数の二次巻線と、を有する。複数の一次巻線は、交流の電力系統と接続される。複数の変換器は、複数の二次巻線のいずれかに接続され、変圧器を介して電力系統と接続される。複数の変換器は、電力系統の交流電力を直流電力に変換して直流回路（負荷）に供給するとともに、直流回路側の直流電力を交流電力に変換して電力系統に供給する動作を行う。こうした電力変換装置は、例えば、変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置と呼ばれる。

【0003】

変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置において、複数の変換器のそれぞれの直流電圧が一定になるように各変換器の動作を制御するバランス制御を行う場合がある。バランス制御では、各変換器の直流電圧が直流電圧の平均値（基準値）に近付くように各変換器の動作を制御する。しかしながら、上記のような制御では、例えば、無負荷時（直流回路側に電流を流すことができない状態の時）などに、直流電圧のアンバランスを解消することが難しくなってしまう可能性がある。

【0004】

このため、変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置では、複数の変換器の直流電圧のアンバランスをより適切に抑制できるようにすることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平１１－３０８８６８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の実施形態は、複数の変換器の直流電圧のアンバランスをより適切に抑制できる変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態によれば、交流の電力系統に対して直列に接続された複数の一次巻線と、前記複数の一次巻線と磁気的に結合した複数の二次巻線と、を有する変圧器と、前記複数の二次巻線のいずれかに接続され、前記変圧器を介して前記電力系統と接続されるとともに、直流回路と接続され、前記電力系統の交流電力を直流電力に変換して前記直流回路に供給するとともに、前記直流回路側の直流電力を交流電力に変換して前記電力系統に供給する動作を行う複数の変換器と、前記複数の変換器のそれぞれの動作を制御する制御部と、を備え、前記複数の変換器は、三相ブリッジ接続又は単相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に逆並列に接続された複数の整流素子と、前記複数のスイッチング素子のそれぞれと並列に接続された電荷蓄積素子と、前記電荷蓄積素子の電圧を検出する電圧検出器と、を有し、前記制御部は、前記複数の変換器のそれぞれに所定の大きさの電流を交流側に出力させながら、前記複数の変換器のそれぞれの前記電荷蓄積素子の電圧値が一定になるように、前記複数の変換器のそれぞれの動作を制御する電力変換装置が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明の実施形態によれば、複数の変換器の直流電圧のアンバランスをより適切に抑制できる変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す回路図である。

【図2】第１の実施形態に係る制御部の一例を模式的に表すブロック図である。

【図3】第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す回路図である。

【図4】第２の実施形態に係る制御部の一例を模式的に表すブロック図である。

【図5】第３の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す回路図である。

【図6】第３の実施形態に係る制御部の一例を模式的に表すブロック図である。

【0010】

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

【0011】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す回路図である。
図１に表したように、電力変換装置１０は、変圧器１２と、複数の変換器１４と、制御部１６と、を備える。

【0012】

変圧器１２は、直列に接続された複数の一次巻線１２ａと、複数の一次巻線１２ａと磁気的に結合した複数の二次巻線１２ｂと、を有する。複数の二次巻線１２ｂの数は、例えば、複数の一次巻線１２ａの数と同じである。但し、例えば、１つの一次巻線１２ａに対して複数の二次巻線１２ｂを磁気的に結合させてもよい。複数の二次巻線１２ｂの数は、複数の一次巻線１２ａの数と異なってもよい。

【0013】

複数の一次巻線１２ａは、交流の電力系統２と接続される。電力系統２の交流電力は、三相交流電力である。より詳しくは、平衡三相交流電力である。複数の一次巻線１２ａは、電力系統２の各相のそれぞれの間に複数設けられ、電力系統２の各相のそれぞれの間に直列に接続されている。複数の一次巻線１２ａは、例えば、電力系統２の各相に対してデルタ結線されている。なお、電力系統２の交流電力は、三相交流電力に限ることなく、単相交流電力などでもよい。また、電力系統２の交流電力が三相交流電力である場合、複数の一次巻線１２ａは、例えば、電力系統２の各相に対してスター結線としてもよい。

【0014】

複数の変換器１４は、複数の二次巻線１２ｂのいずれかに接続され、変圧器１２を介して電力系統２と接続される。また、複数の変換器１４のそれぞれは、電力系統２と接続されるとともに、直流回路４（負荷）と接続される。

【0015】

複数の変換器１４は、電力系統２の交流電力を直流電力に変換して直流回路４に供給するとともに、直流回路４側の直流電力を交流電力に変換して電力系統２に供給する動作を行う。

【0016】

電力変換装置１０では、変圧器１２の一次側（電力系統側）が直列に接続されている。また、電力変換装置１０では、複数の変換器１４のそれぞれが、直流回路４側に出力する電力の大きさを個別に制御可能である。こうした電力変換装置１０は、例えば、変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置と呼ばれる。

【0017】

なお、この例では、複数の直流回路４が設けられ、複数の変換器１４のそれぞれの直流側が、複数の直流回路４のそれぞれと接続されている。これに限ることなく、例えば、複数の変換器１４のそれぞれの直流側を直列に接続し、複数の変換器１４のそれぞれの直流側を１つの直流回路４に接続してもよい。複数の変換器１４に接続される直流回路４の数は、任意の数でよい。

【0018】

変圧器１２は、例えば、１台の変換器１４に対して３つの一次巻線１２ａと、３つの二次巻線１２ｂと、を有する。１台の変換器１４に対する３つの一次巻線１２ａは、例えば、オープンデルタ結線されている。３つの二次巻線１２ｂのそれぞれは、３つの一次巻線１２ａのそれぞれと個別に磁気的に結合している。３つの二次巻線１２ｂは、クローズデルタ結線されている。なお、１台の変換器１４に対する３つの二次巻線１２ｂは、例えば、スター結線としてもよい。

【0019】

各変換器１４は、例えば、三相ブリッジ接続された６つのスイッチング素子２０と、各スイッチング素子２０のそれぞれに逆並列に接続された６つの整流素子２１と、各スイッチング素子２０のそれぞれと並列に接続された電荷蓄積素子２２と、電荷蓄積素子２２の電圧を検出する電圧検出器２３と、を有する。

【0020】

各スイッチング素子２０は、一対の主端子と、制御端子と、を有し、制御端子に入力される信号（電圧）に応じて、一対の主端子間に電流を流すオン状態と、一対の主端子間に流れる電流を遮断するオフ状態と、を切り替える。各変換器１４は、各スイッチング素子２０のオン状態及びオフ状態を切り替えることにより、交流電力から直流電力への変換及び直流電力から交流電力への変換を行う。各スイッチング素子２０は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの自励式のスイッチング素子である。各変換器１４は、例えば、自励式の変換器である。なお、オフ状態は、一対の主端子間に全く電流が流れない状態に限ることなく、変換器１４の動作に影響の無い範囲の微弱な電流が主端子間に流れる状態でもよい。

【0021】

各変換器１４は、いわゆる三相ブリッジ変換器である。各変換器１４では、ハイサイド側のスイッチング素子２０とローサイド側のスイッチング素子２０との接続点が交流出力点となり、ハイサイド側のスイッチング素子２０及びローサイド側のスイッチング素子２０の両端が直流出力点となる。

【0022】

各変換器１４は、一対の直流出力点において直流回路４と接続され、３つの交流出力点において３つの二次巻線１２ｂと接続される。この例では、３つの交流出力点のそれぞれが、クローズデルタ結線された３つの二次巻線１２ｂの３つの接続点のそれぞれと接続される。これにより、電力系統２から各変換器１４への交流電力の供給、及び各変換器１４から電力系統２への交流電力の供給が、変圧器１２を介して可能となる。

【0023】

但し、変圧器１２の構成及び各変換器１４の構成は、上記に限定されるものではない。変圧器１２の構成は、一次側を直列に接続し、電力系統２と各変換器１４との間での交流電力の授受を可能とする任意の構成でよい。各変換器１４の構成は、交流電力から直流電力への変換及び直流電力から交流電力への変換を複数の変換器１４のそれぞれにおいて個別に行うことが可能な任意の構成でよい。

【0024】

制御部１６は、各変換器１４のそれぞれの動作を制御する。制御部１６は、例えば、信号線を介して各変換器１４と接続され、各変換器１４に制御信号を入力し、各スイッチング素子２０のオン状態及びオフ状態の切り替えを制御することにより、各変換器１４の動作を制御する。

【0025】

各変換器１４は、電圧検出器２３で検出した電荷蓄積素子２２の電圧値を制御部１６に送信する。制御部１６は、各変換器１４から受信した電荷蓄積素子２２の電圧値などを基に、制御信号の生成を行う。これにより、制御部１６は、各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値が実質的に同じ値となるように各変換器１４の動作を制御するバランス制御を行う。

【0026】

図２は、第１の実施形態に係る制御部の一例を模式的に表すブロック図である。
図２に表したように、制御部１６は、平均値演算回路４０と、直流平均電圧制御器４１と、電流制御器４２と、減算回路４３と、直流バランス制御器４４と、符号判定回路４５、４６と、乗算回路４７、４８と、加算回路５０ａ～５０ｎ、５１ａ～５１ｎと、変換回路５２ａ～５２ｎと、制御信号生成回路５３ａ～５３ｎと、を有する。

【0027】

制御部１６は、各変換器１４から受信した電荷蓄積素子２２の電圧値の情報を平均値演算回路４０に入力する。平均値演算回路４０は、入力された各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値の平均値を演算し、演算した平均値を直流平均電圧制御器４１及び減算回路４３に入力する。

【0028】

直流平均電圧制御器４１には、各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値の平均値が入力されるとともに、目標とする平均値を表す平均値の指令値が入力される。平均値の指令値は、直流平均電圧制御器４１に予め入力されていてもよいし、上位のコントローラなどから直流平均電圧制御器４１に入力することにより、任意に変更できるようにしてもよい。直流平均電圧制御器４１への平均値の指令値の入力方法は、平均値の指令値を直流平均電圧制御器４１に適切に入力可能な任意の方法でよい。

【0029】

直流平均電圧制御器４１は、平均値演算回路４０から入力された各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値の平均値と、平均値の指令値と、の差分を演算するとともに、演算した差分をゼロにするために各変換器１４から出力する有効電流の大きさを表す有効電流指令値を演算する。換言すれば、直流平均電圧制御器４１は、各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値の平均値を平均値の指令値に近付けるための有効電流指令値を演算する。

【0030】

有効電流指令値は、換言すれば、三相の電流信号を回転座標系の信号に変換（ｄｑ変換）した際のｄ軸成分の電流指令値である。直流平均電圧制御器４１は、例えば、比例積分の演算により、差分から有効電流指令値を演算する。但し、有効電流指令値の演算方法は、これに限ることなく、差分から有効電流指令値を適切に演算することが可能な任意の演算方法でよい。直流平均電圧制御器４１は、演算した有効電流指令値を電流制御器４２及び符号判定回路４５に入力する。

【0031】

電流制御器４２には、直流平均電圧制御器４１で演算された有効電流指令値が入力されるとともに、各変換器１４から出力する無効電流の大きさを表す無効電流指令値が入力される。無効電流指令値は、換言すれば、三相の電流信号を回転座標系の信号に変換した際のｑ軸成分の電流指令値である。無効電流指令値は、電流制御器４２に予め入力されていてもよいし、上位のコントローラなどから電流制御器４２に入力することにより、任意に変更できるようにしてもよい。電流制御器４２への無効電流指令値の入力方法は、無効電流指令値を電流制御器４２に適切に入力可能な任意の方法でよい。

【0032】

各変換器１４から出力する無効電流は、例えば、変圧器１２の励磁電流に応じて設定される。無効電流指令値は、例えば、変圧器１２の励磁電流分を各変換器１４側から供給するように設定される。この例では、変圧器１２の複数の一次巻線１２ａが、電力系統２の各相に対してデルタ結線されている。このため、各変換器１４の交流側に所定の大きさの無効電流を出力すると、変圧器１２を介して電力系統２にも無効電力が出力される。

【0033】

各変換器１４から電力系統２に出力可能な無効電流の大きさは、制限されている場合がある。変圧器１２の励磁電流分程度は、許容されている場合が多いが、このように、電力系統２に出力可能な無効電力の大きさが制限されている場合には、各変換器１４から出力する無効電流の大きさは、許容された範囲内に設定する必要がある。換言すれば、無効電流指令値は、電力系統２への出力が許容された範囲内に設定される。

【0034】

但し、無効電流指令値は、上記に限ることなく、各変換器１４から所定の大きさの無効電流を出力させる任意の値に設定すればよい。なお、電力変換装置１０では、変圧器１２の一次側が直列に接続されているため、各変換器１４の交流側には、実質的に同じ大きさの電流が流れる。無効電流指令値は、より詳しくは、各変換器１４のそれぞれから出力する無効電流の大きさを表す。

【0035】

電流制御器４２は、入力された有効電流指令値及び無効電流指令値を基に、各変換器１４から交流側に出力する有効成分の電圧の大きさを表す電圧指令値及び無効成分の電圧の大きさを表す電圧指令値を演算する。すなわち、電流制御器４２は、有効電流指令値に応じた大きさの有効電流及び無効電流指令値に応じた大きさの無効電流を各変換器１４の交流側に出力するための有効成分の電圧指令値及び無効成分の電圧指令値を演算する。有効成分の電圧指令値は、換言すれば、ｄ軸成分の電圧指令値である。無効成分の電圧指令値は、換言すれば、ｑ軸成分の電圧指令値である。電流制御器４２は、例えば、比例演算などにより、有効電流指令値及び無効電流指令値から有効成分の電圧指令値及び無効成分の電圧指令値を演算する。但し、電圧指令値の演算方法は、これに限ることなく、任意の方法でよい。

【0036】

電流制御器４２は、演算した有効成分の電圧指令値を複数の加算回路５０ａ～５０ｎに入力し、演算した無効成分の電圧指令値を複数の加算回路５１ａ～５１ｎに入力する。なお、図２では、便宜的に図示を簡略化しているが、加算回路５０ａ～５０ｎ、加算回路５１ａ～５１ｎ、変換回路５２ａ～５２ｎ、及び制御信号生成回路５３ａ～５３ｎは、複数の変換器１４のそれぞれに対応して設けられる。これらの各回路の数は、例えば、各変換器１４の数と同じである。

【0037】

減算回路４３には、各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値の平均値が入力されるとともに、各変換器１４から受信した電荷蓄積素子２２の電圧値が入力される。減算回路４３は、各変換器１４のそれぞれについて、電荷蓄積素子２２の電圧値と平均値との差分を演算する。減算回路４３は、演算した各変換器１４の差分を直流バランス制御器４４に入力する。なお、減算回路４３に入力される平均値は、平均値演算回路４０で演算された平均値に限ることなく、直流平均電圧制御器４１に入力される平均値の指令値でもよい。

【0038】

直流バランス制御器４４は、複数の変換器１４のそれぞれについて、減算回路４３から入力された差分をゼロにするために該当する変換器１４から出力する有効成分の電圧の補正値及び無効成分の電圧の補正値を演算する。すなわち、直流バランス制御器４４は、各変換器１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２の電圧値を平均値に近付けるための補正値を演算する。

【0039】

電力変換装置１０では、上記のように、各変換器１４の交流側に実質的に同じ大きさの電流が流れるため、各変換器１４から出力する電流の大きさを個別に調整することは難しい。従って、電力変換装置１０では、各変換器１４から交流側に出力する電圧の大きさ（振幅）を個別に調整する。換言すれば、交流側に所定の大きさの電流を流す場合に、各変換器１４の分担する電圧の大きさを調整する。

【0040】

制御部１６は、電荷蓄積素子２２の電圧値が平均値よりも大きい変換器１４については、分担する有効成分の電圧の大きさが大きくなるようにし、電荷蓄積素子２２の電圧値が平均値よりも小さい変換器１４については、分担する有効成分の電圧の大きさが小さくなるように、各変換器１４の分担する電圧の大きさを調整する。これにより、分担の大きい変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値を低下させ、分担の小さい変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値を上昇させる。これにより、複数の変換器１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２の電圧値（直流電圧）が一定になるように、各変換器１４の動作を制御するバランス制御を行うことができる。複数の変換器１４の直流電圧のアンバランスを抑制することができる。

【0041】

直流バランス制御器４４は、例えば、比例積分の演算により、差分から有効成分の電圧の補正値及び無効成分の電圧の補正値を演算する。但し、各補正値の演算方法は、これに限ることなく、差分から各補正値を適切に演算することが可能な任意の演算方法でよい。

【0042】

直流バランス制御器４４は、演算した各変換器１４の有効成分の電圧の補正値を乗算回路４７に入力する。また、直流バランス制御器４４は、演算した各変換器１４の無効成分の電圧の補正値を乗算回路４８に入力する。

【0043】

符号判定回路４５は、直流平均電圧制御器４１から入力された有効電流指令値の符号を判定し、判定結果を乗算回路４７に入力する。符号判定回路４５は、例えば、－１、０、１のいずれかを判定結果として乗算回路４７に入力する。この際、符号判定回路４５は、符号の判定に不感帯を設ける。符号判定回路４５は、有効電流指令値の０±所定の範囲を０として出力する。これにより、例えば、有効電流指令値の０付近において、符号が頻繁に変化してしまうことを抑制することができる。これにより、各変換器１４の動作をより安定させることができる。例えば、電荷蓄積素子２２の電圧値が増減を繰り返して安定しなくなってしまうことなどを抑制することができる。但し、不感帯は、必ずしも設けなくてもよい。

【0044】

制御部１６は、無効電流指令値を電流制御器４２に入力するとともに、符号判定回路４６に入力する。符号判定回路４６は、入力された無効電流指令値の符号を判定し、判定結果を乗算回路４８に入力する。符号判定回路４６は、例えば、－１、０、１のいずれかを判定結果として乗算回路４８に入力する。また、符号判定回路４６は、符号判定回路４５と同様に、符号の判定に不感帯を設ける。符号判定回路４６においても、不感帯は、必ずしも設けなくてもよい。

【0045】

乗算回路４７は、直流バランス制御器４４から入力された各変換器１４の有効成分の電圧の補正値のそれぞれに対し、符号判定回路４５から入力された符号を乗算する。乗算回路４７は、乗算後の各補正値を各加算回路５０ａ～５０ｎに入力する。

【0046】

乗算回路４７は、１段目の変換器１４に対応する補正値を、１段目の変換器１４に対応する加算回路５０ａに入力する。乗算回路４７は、２段目以降の変換器１４に対応する加算回路にも同様に補正値を入力し、ｎ段目の変換器１４に対応する補正値を、ｎ段目の変換器１４に対応する加算回路５０ｎに入力する。

【0047】

乗算回路４８は、直流バランス制御器４４から入力された各変換器１４の無効成分の電圧の補正値のそれぞれに対し、符号判定回路４６から入力された符号を乗算する。乗算回路４８は、乗算後の各補正値を各加算回路５１ａ～５１ｎに入力する。

【0048】

乗算回路４８は、１段目の変換器１４に対応する補正値を、１段目の変換器１４に対応する加算回路５１ａに入力する。乗算回路４８は、２段目以降の変換器１４に対応する加算回路にも同様に補正値を入力し、ｎ段目の変換器１４に対応する補正値を、ｎ段目の変換器１４に対応する加算回路５１ｎに入力する。

【0049】

各加算回路５０ａ～５０ｎは、電流制御器４２から入力された有効成分の電圧指令値に、乗算回路４７から入力された有効成分の電圧の補正値を加算する。これにより、各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値と平均値との差分に応じて、各変換器１４のそれぞれの有効成分の電圧指令値を補正することができる。各加算回路５０ａ～５０ｎは、補正値を加算した後の有効成分の電圧指令値を、各変換器１４のそれぞれに対応する変換回路５２ａ～５２ｎに入力する。例えば、加算回路５０ａは、有効成分の電圧指令値を変換回路５２ａに入力する。

【0050】

各加算回路５１ａ～５１ｎは、電流制御器４２から入力された無効成分の電圧指令値に、乗算回路４８から入力された無効成分の電圧の補正値を加算する。これにより、各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値と平均値との差分に応じて、各変換器１４のそれぞれの無効成分の電圧指令値を補正することができる。各加算回路５１ａ～５１ｎは、補正値を加算した後の無効成分の電圧指令値を、各変換器１４のそれぞれに対応する変換回路５２ａ～５２ｎに入力する。例えば、加算回路５１ａは、無効成分の電圧指令値を変換回路５２ａに入力する。

【0051】

各変換回路５２ａ～５２ｎは、加算回路５０ａ～５０ｎから入力された有効成分の電圧指令値と、加算回路５１ａ～５１ｎから入力された無効成分の電圧指令値と、を基に、各変換器１４から出力する三相の瞬時値電圧信号を演算する。各変換回路５２ａ～５２ｎは、例えば、逆ｄｑ変換（逆Ｐａｒｋ変換、逆Ｃｌａｒｋｅ変換）などの演算を行うことにより、有効成分の電圧指令値及び無効成分の電圧指令値から三相の瞬時値電圧信号を演算する。各変換回路５２ａ～５２ｎは、演算した三相の瞬時値電圧信号を各変換器１４のそれぞれに対応する制御信号生成回路５３ａ～５３ｎに入力する。例えば、変換回路５２ａは、三相の瞬時値電圧信号を制御信号生成回路５３ａに入力する。

【0052】

各制御信号生成回路５３ａ～５３ｎは、各変換回路５２ａ～５２ｎから入力された三相の瞬時値電圧信号に応じた電圧を各変換器１４から出力するための制御信号を生成し、生成した制御信号を各変換器１４に入力する。これにより、各制御信号生成回路５３ａ～５３ｎは、三相の瞬時値電圧信号に応じた電圧を各変換器１４に出力させる。

【0053】

各制御信号生成回路５３ａ～５３ｎは、例えば、三相の瞬時値電圧信号を基に、正弦波パルス幅変調制御を行うことにより、各変換器１４の各スイッチング素子２０のスイッチングを制御するための制御信号を生成する。但し、各制御信号生成回路５３ａ～５３ｎの構成は、これに限ることなく、三相の瞬時値電圧信号に応じた電圧を各変換器１４から出力するための制御信号を生成可能な任意の構成でよい。

【0054】

以上、説明したように、本実施形態に係る電力変換装置１０では、制御部１６が、複数の変換器１４のそれぞれに所定の大きさの電流を交流側に出力させながら、複数の変換器１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２の電圧値が一定になるように、複数の変換器１４のそれぞれの動作を制御する。この例では、制御部１６は、複数の変換器１４のそれぞれに無効電流指令値に応じた所定の大きさの無効電流を交流側に出力させながら、複数の変換器１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２の電圧値が一定になるように、複数の変換器１４のそれぞれの動作を制御する。

【0055】

これにより、例えば、無負荷時（直流回路４側に電流を流すことができない状態の時）などにおいても、交流側に出力する電流に基づいて、複数の変換器１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２の電圧値のアンバランスを適切に抑制することができる。例えば、電力変換装置１０の運用の安定性をより向上させることができる。このように、本実施形態によれば、変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置１０において、複数の変換器１４の直流電圧のアンバランスをより適切に抑制できる電力変換装置１０を提供することができる。

【0056】

なお、電流制御器４２及び符号判定回路４６に入力される無効電流指令値は、一定でもよいし、変化させてもよい。換言すれば、制御部１６は、各変換器１４に所定の大きさの電流を交流側に連続的に出力させてもよいし、断続的に出力させてもよい。制御部１６は、例えば、各変換器１４の出力などに応じて、各変換器１４に所定の大きさの電流を交流側に出力させたり、出力させなかったりしてもよい。

【0057】

制御部１６は、例えば、各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値の偏差（バラツキ）が所定の閾値未満の際に、各変換器１４に交流側に電流を出力させないようにし、各変換器１４の電荷蓄積素子２２の電圧値の偏差が所定の閾値以上の際に、各変換器１４に交流側に電流を出力させるようにしてもよい。

【0058】

また、制御部１６は、例えば、直流回路４側に電流を流すことで複数の変換器１４の直流電圧のアンバランスを抑制できる場合に、各変換器１４に交流側に電流を出力させないようにし、直流回路４側に電流を流すことができない場合に、各変換器１４に交流側に電流を出力させるようにしてもよい。

【0059】

（第２の実施形態）
図３は、第２の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す回路図である。
図３に表したように、電力変換装置１１０は、変圧器１１２と、複数の変換器１１４と、制御部１１６と、を備える。

【0060】

変圧器１１２は、直列に接続された複数の一次巻線１１２ａと、複数の一次巻線１１２ａと磁気的に結合した複数の二次巻線１１２ｂと、を有する。なお、上記第１の実施形態と同様に、複数の二次巻線１１２ｂの数は、複数の一次巻線１１２ａの数と同じでもよいし、異なってもよい。

【0061】

複数の一次巻線１１２ａは、交流の電力系統１０２と接続される。この例において、電力系統１０２の交流電力は、単相交流電力である。複数の一次巻線１１２ａは、電力系統１０２の線間に直列に接続されている。

【0062】

複数の変換器１１４は、複数の二次巻線１１２ｂのいずれかに接続され、変圧器１１２を介して電力系統１０２と接続される。また、複数の変換器１１４のそれぞれは、電力系統１０２と接続されるとともに、直流回路１０４（負荷）と接続される。

【0063】

複数の変換器１１４は、上記第１の実施形態の変換器１４と同様に、電力系統１０２の交流電力を直流電力に変換して直流回路１０４に供給するとともに、直流回路１０４側の直流電力を交流電力に変換して電力系統１０２に供給する動作を行う。電力変換装置１１０も、上記第１の実施形態の電力変換装置１０と同様に、変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置である。

【0064】

変圧器１１２は、例えば、１台の変換器１１４に対して１つの一次巻線１１２ａと、１つの二次巻線１１２ｂと、を有する。各一次巻線１１２ａは、上記のように、電力系統１０２の線間に直列に接続されている。複数の二次巻線１１２ｂのそれぞれは、複数の一次巻線１１２ａのそれぞれと個別に磁気的に結合している。

【0065】

各変換器１１４は、例えば、単相ブリッジ接続された４つのスイッチング素子１２０と、各スイッチング素子１２０のそれぞれに逆並列に接続された４つの整流素子１２１と、各スイッチング素子１２０のそれぞれと並列に接続された電荷蓄積素子１２２と、電荷蓄積素子１２２の電圧を検出する電圧検出器１２３と、を有する。各スイッチング素子１２０には、各スイッチング素子２０と同様の素子が用いられる。

【0066】

各変換器１１４は、いわゆる単相ブリッジ変換器である。各変換器１１４では、ハイサイド側のスイッチング素子１２０とローサイド側のスイッチング素子１２０との接続点が交流出力点となり、ハイサイド側のスイッチング素子１２０及びローサイド側のスイッチング素子１２０の両端が直流出力点となる。

【0067】

各変換器１１４は、一対の直流出力点において直流回路１０４と接続され、一対の交流出力点において二次巻線１１２ｂの両端と接続される。これにより、電力系統１０２から各変換器１１４への交流電力の供給、及び各変換器１１４から電力系統１０２への交流電力の供給が、変圧器１１２を介して可能となる。

【0068】

制御部１１６は、各変換器１１４のそれぞれの動作を制御する。上記第１の実施形態と同様に、制御部１１６は、信号線を介して各変換器１１４と接続され、各変換器１１４に制御信号を入力し、各スイッチング素子１２０のオン状態及びオフ状態の切り替えを制御することにより、各変換器１１４の動作を制御する。各変換器１１４は、電圧検出器１２３で検出した電荷蓄積素子１２２の電圧値を制御部１１６に送信する。制御部１１６は、各変換器１１４から受信した電荷蓄積素子１２２の電圧値などを基に、制御信号の生成を行い、各変換器１１４の電荷蓄積素子１２２の電圧値が実質的に同じ値となるように各変換器１１４の動作を制御するバランス制御を行う。

【0069】

図４は、第２の実施形態に係る制御部の一例を模式的に表すブロック図である。
図４に表したように、制御部１１６では、上記第１の実施形態の制御部１６の複数の変換回路５２ａ～５２ｎ及び複数の制御信号生成回路５３ａ～５３ｎが、複数の変換回路１５２ａ～１５２ｎ及び複数の制御信号生成回路１５３ａ～１５３ｎにそれぞれ置き換えられている。なお、制御部１１６において、上記第１の実施形態の制御部１６と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0070】

各変換回路１５２ａ～１５２ｎは、加算回路５０ａ～５０ｎから入力された有効成分の電圧指令値と、加算回路５１ａ～５１ｎから入力された無効成分の電圧指令値と、を基に、各変換器１１４から出力する単相の瞬時値電圧信号を演算する。各変換回路１５２ａ～１５２ｎは、例えば、逆ｄｑ変換（逆Ｐａｒｋ変換）などの演算を行うことにより、有効成分の電圧指令値及び無効成分の電圧指令値から単相の瞬時値電圧信号を演算する。各変換回路１５２ａ～１５２ｎは、演算した単相の瞬時値電圧信号を各変換器１１４のそれぞれに対応する制御信号生成回路１５３ａ～１５３ｎに入力する。例えば、変換回路１５２ａは、単相の瞬時値電圧信号を制御信号生成回路１５３ａに入力する。

【0071】

各制御信号生成回路１５３ａ～１５３ｎは、各変換回路１５２ａ～１５２ｎから入力された単相の瞬時値電圧信号に応じた電圧を各変換器１１４から出力するための制御信号を生成し、生成した制御信号を各変換器１１４に入力する。これにより、各制御信号生成回路１５３ａ～１５３ｎは、単相の瞬時値電圧信号に応じた電圧を各変換器１１４に出力させる。

【0072】

各制御信号生成回路１５３ａ～１５３ｎは、例えば、単相の瞬時値電圧信号を基に、正弦波パルス幅変調制御を行うことにより、各変換器１１４の各スイッチング素子１２０のスイッチングを制御するための制御信号を生成する。但し、各制御信号生成回路１５３ａ～１５３ｎの構成は、これに限ることなく、単相の瞬時値電圧信号に応じた電圧を各変換器１１４から出力するための制御信号を生成可能な任意の構成でよい。

【0073】

このように、制御部１１６の構成は、有効成分の電圧指令値及び無効成分の電圧指令値に対する瞬時値電圧信号の演算の仕方が異なるのみで、第１の実施形態の制御部１６の構成とほぼ同じとすることができる。

【0074】

この例では、変圧器１１２の複数の一次巻線１１２ａが、電力系統１０２の線間に直列に接続されている。このため、各変換器１１４の交流側に所定の大きさの無効電流を出力すると、変圧器１１２を介して電力系統１０２にも無効電力が出力される。

【0075】

制御部１１６は、上記第１の実施形態の制御部１６と同様に、複数の変換器１１４のそれぞれに無効電流指令値に応じた所定の大きさの無効電流を交流側に出力させながら、複数の変換器１１４のそれぞれの電荷蓄積素子１２２の電圧値が一定になるように、複数の変換器１１４のそれぞれの動作を制御する。

【0076】

これにより、電力変換装置１１０でも、無負荷時（直流回路１０４側に電流を流すことができない状態の時）などにおいても、複数の変換器１１４のそれぞれの電荷蓄積素子１２２の電圧値のアンバランスを適切に抑制することができる。

【0077】

このように、各変換器１１４の構成は、三相ブリッジ変換器に限ることなく、単相ブリッジ変換器でもよい。複数の変換器の構成は、三相ブリッジ接続又は単相ブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に逆並列に接続された複数の整流素子と、複数のスイッチング素子のそれぞれと並列に接続された電荷蓄積素子と、電荷蓄積素子の電圧を検出する電圧検出器と、を有する構成でよい。

【0078】

電力変換装置１１０においても、電流制御器４２及び符号判定回路４６に入力される無効電流指令値は、一定でもよいし、変化させてもよい。制御部１１６は、各変換器１１４に所定の大きさの電流を交流側に連続的に出力させてもよいし、断続的に出力させてもよい。

【0079】

（第３の実施形態）
図５は、第３の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表す回路図である。
図５に表したように、電力変換装置２１０は、変圧器２１２と、複数の変換器２１４と、制御部２１６と、を備える。

【0080】

変圧器２１２は、直列に接続された複数の一次巻線２１２ａと、複数の一次巻線２１２ａと磁気的に結合した複数の二次巻線２１２ｂと、を有する。なお、上記各実施形態と同様に、複数の二次巻線２１２ｂの数は、複数の一次巻線２１２ａの数と同じでもよいし、異なってもよい。

【0081】

複数の一次巻線２１２ａは、交流の電力系統２０２と接続される。この例において、電力系統２０２の交流電力は、三相交流電力である。複数の一次巻線２１２ａは、電力系統２０２の各相のそれぞれの間に複数設けられ、電力系統２０２の各相のそれぞれの間に直列に接続されている。複数の一次巻線２１２ａは、例えば、電力系統２０２の各相に対してデルタ結線されている。

【0082】

複数の変換器２１４は、複数の二次巻線２１２ｂのいずれかに接続され、変圧器２１２を介して電力系統２０２と接続される。また、複数の変換器２１４のそれぞれは、電力系統２０２と接続されるとともに、直流回路２０４（負荷）と接続される。

【0083】

複数の変換器２１４は、上記各実施形態と同様に、電力系統２０２の交流電力を直流電力に変換して直流回路２０４に供給するとともに、直流回路２０４側の直流電力を交流電力に変換して電力系統２０２に供給する動作を行う。電力変換装置２１０も、上記各実施形態と同様に、変圧器直列多重かつ直流回路分割変換器の電力変換装置である。

【0084】

変圧器２１２は、例えば、１台の変換器２１４に対して３つの一次巻線２１２ａと、３つの二次巻線２１２ｂと、を有する。３つの二次巻線２１２ｂのそれぞれは、３つの一次巻線２１２ａのそれぞれと個別に磁気的に結合している。

【0085】

各変換器２１４は、３台の単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃと、電荷蓄積素子２２２と、電圧検出器２２３と、を有する。このように、各変換器２１４は、３台の単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃによって三相回路を構成する。

【0086】

各単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃは、単相ブリッジ接続された４つのスイッチング素子２２０と、各スイッチング素子２２０のそれぞれに逆並列に接続された４つの整流素子２２１と、を有する。各スイッチング素子２２０には、各スイッチング素子２０などと同様の素子が用いられる。

【0087】

各単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃの一対の直流出力点は、並列に接続されている。各単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃは、一対の直流出力点を介して直流回路２０４と接続される。

【0088】

電荷蓄積素子２２２は、各単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃのそれぞれの直流側に設けられ、各スイッチング素子２２０のそれぞれと並列に接続される。電荷蓄積素子２２２は、各単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃのそれぞれの一対の直流出力点の間に設けられる。電圧検出器２２３は、電荷蓄積素子２２２の電圧を検出する。

【0089】

各単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃのそれぞれの一対の交流出力点は、３つの二次巻線１１２ｂの両端とそれぞれ接続される。これにより、電力系統２０２から各変換器２１４への交流電力の供給、及び各変換器２１４から電力系統２０２への交流電力の供給が、変圧器２１２を介して可能となる。

【0090】

制御部２１６は、各変換器２１４のそれぞれの動作を制御する。上記各実施形態と同様に、制御部２１６は、信号線を介して各変換器２１４と接続され、各変換器２１４に制御信号を入力し、各スイッチング素子２２０のオン状態及びオフ状態の切り替えを制御することにより、各変換器２１４の動作を制御する。各変換器２１４は、電圧検出器２２３で検出した電荷蓄積素子２２２の電圧値を制御部２１６に送信する。制御部２１６は、各変換器２１４から受信した電荷蓄積素子２２２の電圧値などを基に、制御信号の生成を行い、各変換器２１４の電荷蓄積素子２２２の電圧値が実質的に同じ値となるように各変換器２１４の動作を制御するバランス制御を行う。

【0091】

電力変換装置２１０では、制御部２１６は、変圧器２１２の複数の一次巻線２１２ａに対して零相電流を出力するように、複数の変換器２１４のそれぞれに所定の大きさの電流を交流側に出力させながら、複数の変換器２１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２２の電圧値が一定になるように、複数の変換器２１４のそれぞれの動作を制御する。制御部１６は、変圧器２１２の各一次巻線２１２ａに出力する零相成分の電流を利用して、複数の変換器２１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２２の電圧値のアンバランスを抑制する。

【0092】

上記のように、電力変換装置２１０では、変圧器２１２の複数の一次巻線２１２ａが、電力系統２０２の各相に対してデルタ結線され、複数の変換器２１４が、３台の単相ブリッジ変換器２１４ａ～２１４ｃによって三相回路を構成している。

【0093】

このように変圧器２１２及び各変換器２１４が構成されている場合、各変換器２１４の動作を制御することにより、変圧器２１２の各一次巻線２１２ａに零相電流を出力することができる。すなわち、デルタ結線した各一次巻線２１２ａを循環させるように、各一次巻線２１２ａに電流を流すことができる。これにより、各変換器２１４の交流側に電流を出力しつつも、電力系統２０２側に電流が流れてしまうことを抑制することができる。例えば、電力系統２０２に無効電流が出力され、電力系統２０２の電圧や周波数に影響を与えてしまうことを抑制することができる。

【0094】

図６は、第３の実施形態に係る制御部の一例を模式的に表すブロック図である。
図６に表したように、制御部２１６は、積分回路２６０と、正弦関数回路２６１と、乗算回路２６２と、加算回路２６３と、加算回路２６４ａ～２６４ｎと、を有する。また、制御部２１６では、上記第１の実施形態の制御部１６の電流制御器４２、直流バランス制御器４４、符号判定回路４６、及び乗算回路４８が、電流制御器２４２、直流バランス制御器２４４、符号判定回路２４６、及び乗算回路２４８にそれぞれ置き換えられている。また、制御部２１６では、各加算回路５１ａ～５１ｎが省略されている。なお、制御部２１６において、上記第１の実施形態の制御部１６と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0095】

制御部２１６は、変圧器２１２の複数の一次巻線２１２ａに出力する零相電流の周波数を表す零相電流周波数指令値を積分回路２６０に入力する。零相電流周波数指令値は、制御部２１６に予め入力されていてもよいし、上位のコントローラなどから制御部２１６に入力することにより、任意に変更できるようにしてもよい。零相電流周波数指令値の表す周波数の値は、任意の値でよい。

【0096】

積分回路２６０は、入力された零相電流周波数指令値を積分することにより、零相電流周波数指令値から角周波数ωを演算する。積分回路２６０は、演算した角周波数ωを正弦関数回路２６１に入力する。

【0097】

正弦関数回路２６１は、積分回路２６０から入力された角周波数ωを基に、ｓｉｎωを演算し、演算したｓｉｎωを乗算回路２６２及び符号判定回路２４６に入力する。

【0098】

制御部２１６は、変圧器２１２の複数の一次巻線２１２ａに出力する零相電流の振幅Ａを表す零相電流振幅指令値を乗算回路２６２に入力する。零相電流振幅指令値は、制御部２１６に予め入力されていてもよいし、上位のコントローラなどから制御部２１６に入力することにより、任意に変更できるようにしてもよい。零相電流振幅指令値の表す振幅Ａの値は、任意の値でよい。

【0099】

乗算回路２６２は、零相電流振幅指令値、及び正弦関数回路２６１から入力されたｓｉｎωを基に、Ａｓｉｎωを演算し、演算したＡｓｉｎωを零相電流指令値として電流制御器２４２に入力する。Ａｓｉｎωは、換言すれば、各一次巻線２１２ａに出力する零相電流の瞬時値である。

【0100】

電流制御器２４２には、直流平均電圧制御器４１で演算された有効電流指令値、及び乗算回路２６２で演算された零相電流指令値が入力されるとともに、各変換器２１４から出力する無効電流の大きさを表す無効電流指令値が入力される。この例では、無効電流指令値は、ゼロに設定される。すなわち、この例では、各変換器２１４から交流側に無効電流を出力しないように設定される。但し、無効電流指令値は、必ずしもゼロでなくてもよい。

【0101】

電流制御器２４２は、入力された有効電流指令値、無効電流指令値、及び零相電流指令値を基に、各変換器１４から交流側に出力する有効成分の電圧の大きさを表す電圧指令値、無効成分の電圧の大きさを表す電圧指令値、及び零相成分の電圧の大きさを表す電圧指令値を演算する。電流制御器２４２は、例えば、比例演算などにより、有効電流指令値、無効電流指令値、及び零相電流指令値から有効成分の電圧指令値、無効成分の電圧指令値、及び零相成分の電圧指令値を演算する。但し、各電圧指令値の演算方法は、これに限ることなく、任意の方法でよい。

【0102】

電流制御器２４２は、演算した有効成分の電圧指令値を複数の加算回路５０ａ～５０ｎに入力し、演算した無効成分の電圧指令値を複数の変換回路５２ａ～５２ｎに入力し、演算した零相成分の電圧指令値を加算回路２６３に入力する。

【0103】

直流バランス制御器２４４は、複数の変換器２１４のそれぞれについて、減算回路４３から入力された差分をゼロにするために該当する変換器２１４から出力する有効成分の電圧の補正値及び零相成分の電圧の補正値を演算する。すなわち、直流バランス制御器２４４は、各変換器２１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２２の電圧値を平均値に近付けるための補正値を演算する。

【0104】

直流バランス制御器２４４は、例えば、比例積分の演算により、差分から有効成分の電圧の補正値及び零相成分の電圧の補正値を演算する。但し、各補正値の演算方法は、これに限ることなく、差分から各補正値を適切に演算することが可能な任意の演算方法でよい。

【0105】

直流バランス制御器２４４は、演算した各変換器２１４の有効成分の電圧の補正値を乗算回路４７に入力する。また、直流バランス制御器２４４は、演算した各変換器１４の零相成分の電圧の補正値を乗算回路２４８に入力する。

【0106】

符号判定回路２４６は、正弦関数回路２６１から入力されたｓｉｎωの符号を判定し、判定結果を乗算回路２４８に入力する。符号判定回路２４６は、例えば、－１、０、１のいずれかを判定結果として乗算回路２４８に入力する。また、符号判定回路２４６は、符号の判定に不感帯を設ける。符号判定回路２４６においても、不感帯は、必ずしも設けなくてもよい。

【0107】

乗算回路２４８は、直流バランス制御器２４４から入力された各変換器２１４の零相成分の電圧の補正値のそれぞれに対し、符号判定回路２４６から入力された符号を乗算する。乗算回路２４８は、乗算後の各補正値を加算回路２６３に入力する。

【0108】

加算回路２６３は、乗算回路２４８から入力された各変換器２１４の零相成分の電圧の補正値のそれぞれに、電流制御器２４２から入力された零相成分の電圧指令値を加算する。これにより、加算回路２６３は、各変換器２１４のそれぞれの零相成分の電圧指令値を演算する。加算回路２６３は、演算した各変換器２１４のそれぞれの零相成分の電圧指令値を対応する加算回路２６４ａ～２６４ｎに入力する。

【0109】

各加算回路５０ａ～５０ｎは、電流制御器２４２から入力された有効成分の電圧指令値に、乗算回路４７から入力された有効成分の電圧の補正値を加算する。これにより、各変換器２１４の電荷蓄積素子２２２の電圧値と平均値との差分に応じて、各変換器２１４のそれぞれの有効成分の電圧指令値を補正することができる。各加算回路５０ａ～５０ｎは、補正値を加算した後の有効成分の電圧指令値を、各変換器２１４のそれぞれに対応する変換回路５２ａ～５２ｎに入力する。例えば、加算回路５０ａは、有効成分の電圧指令値を変換回路５２ａに入力する。

【0110】

各変換回路５２ａ～５２ｎは、加算回路５０ａ～５０ｎから入力された有効成分の電圧指令値と、電流制御器２４２から入力された無効成分の電圧指令値と、を基に、各変換器２１４から出力する三相の瞬時値電圧信号を演算する。各変換回路５２ａ～５２ｎは、演算した三相の瞬時値電圧信号を各変換器２１４のそれぞれに対応する加算回路２６４ａ～２６４ｎに入力する。

【0111】

各加算回路２６４ａ～２６４ｎは、各変換回路５２ａ～５２ｎから入力された三相の瞬時値電圧信号に、加算回路２６３から入力された各変換器２１４のそれぞれの零相成分の電圧指令値を加算する。これにより、各変換器２１４の電荷蓄積素子２２２の電圧値と平均値との差分に応じて、各変換器２１４のそれぞれの零相成分の電圧を補正することができる。各加算回路２６４ａ～２６４ｎは、零相成分の電圧指令値を加算した後の三相の瞬時値電圧信号を各変換器２１４のそれぞれに対応する制御信号生成回路５３ａ～５３ｎに入力する。

【0112】

各制御信号生成回路５３ａ～５３ｎは、各加算回路２６４ａ～２６４ｎから入力された三相の瞬時値電圧信号に応じた電圧を各変換器２１４から出力するための制御信号を生成し、生成した制御信号を各変換器２１４に入力する。これにより、各制御信号生成回路５３ａ～５３ｎは、三相の瞬時値電圧信号に応じた電圧を各変換器２１４に出力させる。

【0113】

これにより、上記のように、変圧器２１２の複数の一次巻線２１２ａに対して零相電流を出力するように、複数の変換器２１４のそれぞれに所定の大きさの電流を交流側に出力させながら、複数の変換器２１４のそれぞれの電荷蓄積素子２２２の電圧値が一定になるように、複数の変換器２１４のそれぞれの動作を制御することができる。

【0114】

このように、複数の変換器から交流側に出力させる所定の大きさの電流は、無効電流でもよいし、零相電流でもよい。なお、電力変換装置２１０の構成においては、零相電流に限ることなく、複数の変換器２１４から交流側に無効電流を出力させてもよい。この場合には、制御部２１６の構成は、第１の実施形態の制御部１６の構成と同様とすることができる。また、電力変換装置２１０の構成においては、複数の変換器２１４から交流側に無効電流と零相電流とを出力させてもよい。

【0115】

なお、電力変換装置２１０においても、制御部２１６は、各変換器２１４に所定の大きさの電流を交流側に連続的に出力させてもよいし、断続的に出力させてもよい。積分回路２６０に入力される零相電流周波数指令値、及び乗算回路２６２に入力される零相電流振幅指令値は、一定でもよいし、変化させてもよい。

【0116】

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】

【0117】

２、１０２、２０２…電力系統、 ４、１０４、２０４…直流回路、 １０、１１０、２１０…電力変換装置、 １２、１１２、２１２…変圧器、 １４、１１４、２１４…変換器、 １６、１１６、２１６…制御部、 ２０、１２０、２２０…スイッチング素子、 ２１、１２１、２２１…整流素子、 ２２、１２２、２２２…電荷蓄積素子、 ２３、１２３、２２３…電圧検出器、 ４０…平均値演算回路、 ４１…直流平均電圧制御器、 ４２、２４２…電流制御器、 ４３…減算回路、 ４４、２４４…直流バランス制御器、 ４５、４６、２４６…符号判定回路、 ４７、４８、２４８、２６２…乗算回路、 ５０ａ～５０ｎ、５１ａ～５１ｎ、２６３、２６４ａ～２６４ｎ…加算回路、 ５２ａ～５２ｎ、１５２ａ～１５２ｎ…変換回路、 ５３ａ～５３ｎ、１５３ａ～１５３ｎ…制御信号生成回路、 ２６０…積分回路、 ２６１…正弦関数回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】