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特開2023-77915電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラム
(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】P2023077915
(43)【公開日】2023-06-06
(54)【発明の名称】電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラム
(51)【国際特許分類】
H02M 7/48 20070101AFI20230530BHJP
H02M 7/49 20070101ALI20230530BHJP
【ＦＩ】
H02M7/48 E
H02M7/49
【審査請求】未請求
【請求項の数】12
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021191421
(22)【出願日】2021-11-25
(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】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】関口 慧
(72)【発明者】
【氏名】石黒 崇裕
【テーマコード（参考）】
5H770
【Ｆターム（参考）】
5H770BA11
5H770DA10
5H770DA23
5H770DA41
5H770DA44
5H770EA01
5H770EA27
5H770GA19
5H770HA02X
5H770HA03X
5H770HA12X
5H770HA14X
(57)【要約】
【課題】信頼性の高い電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを提供することである。
【解決手段】実施形態の電力変換装置は、電力変換器と変換器制御部とを持つ。電力変換器は、エネルギー蓄積要素および複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも１つ有する。変換器制御部は、単位変換器にエネルギー蓄積要素の電圧を出力させる第１制御状態と単位変換器を短絡させる第２制御状態とを切り替えて電力変換器の変換動作を制御する。変換器制御部は、制御状態を割り当てる単位変換器の数を算出する状態数演算部と、電圧を検出する第１の時間間隔よりも長い第２の時間間隔ごとに電圧の大小関係のリスト情報を生成するリスト演算部と、制御状態を変更する単位変換器を選択する単位変換器選択部とを持つ。単位変換器選択部は、電圧が閾値を超えた単位変換器の代替に他の単位変換器を選択する。
【選択図】図１
【解決手段】実施形態の電力変換装置は、電力変換器と変換器制御部とを持つ。電力変換器は、エネルギー蓄積要素および複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも１つ有する。変換器制御部は、単位変換器にエネルギー蓄積要素の電圧を出力させる第１制御状態と単位変換器を短絡させる第２制御状態とを切り替えて電力変換器の変換動作を制御する。変換器制御部は、制御状態を割り当てる単位変換器の数を算出する状態数演算部と、電圧を検出する第１の時間間隔よりも長い第２の時間間隔ごとに電圧の大小関係のリスト情報を生成するリスト演算部と、制御状態を変更する単位変換器を選択する単位変換器選択部とを持つ。単位変換器選択部は、電圧が閾値を超えた単位変換器の代替に他の単位変換器を選択する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも１つ有する電力変換器と、
少なくとも、前記単位変換器の第１端と第２端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第１制御状態と、前記単位変換器の前記第１端と前記第２端とを短絡させる第２制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、
を備え、
前記変換器制御部は、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出する状態数演算部と、
所定の第１の時間間隔で検出した前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第１の時間間隔よりも長い所定の第２の時間間隔ごとに生成するリスト演算部と、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する前記単位変換器を選択する単位変換器選択部と、
を備え、
前記単位変換器選択部は、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第１の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第１閾値を超えた際に、前記第１の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第１の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択し、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第２の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第２閾値を超えた際に、前記第２の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第２の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択する、
電力変換装置。
少なくとも、前記単位変換器の第１端と第２端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第１制御状態と、前記単位変換器の前記第１端と前記第２端とを短絡させる第２制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、
を備え、
前記変換器制御部は、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出する状態数演算部と、
所定の第１の時間間隔で検出した前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第１の時間間隔よりも長い所定の第２の時間間隔ごとに生成するリスト演算部と、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する前記単位変換器を選択する単位変換器選択部と、
を備え、
前記単位変換器選択部は、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第１の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第１閾値を超えた際に、前記第１の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第１の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択し、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第２の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第２閾値を超えた際に、前記第２の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第２の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択する、
電力変換装置。
【請求項2】
前記単位変換器選択部は、
前記第２制御状態の前記単位変換器の中から、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器を選択する場合、
前記充電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に低い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記放電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に高い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記第１制御状態の前記単位変換器の中から、前記第２制御状態に変更する前記単位変換器を選択する場合、
前記充電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に高い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記放電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に低い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択する、
請求項１に記載の電力変換装置。
前記第２制御状態の前記単位変換器の中から、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器を選択する場合、
前記充電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に低い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記放電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に高い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記第１制御状態の前記単位変換器の中から、前記第２制御状態に変更する前記単位変換器を選択する場合、
前記充電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に高い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記放電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に低い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択する、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項3】
前記単位変換器選択部は、
前記状態数が変化したことをきっかけとして、前記制御状態を変更する前記単位変換器の選択を開始し、
前記第１制御状態に割り当てる前記状態数の絶対値が増加した場合には、前記第２制御状態の前記単位変換器の中から、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器を選択し、
前記第１制御状態に割り当てる前記状態数の絶対値が減少した場合には、前記第１制御状態の前記単位変換器の中から、前記第２制御状態に変更する前記単位変換器を選択する、
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
前記状態数が変化したことをきっかけとして、前記制御状態を変更する前記単位変換器の選択を開始し、
前記第１制御状態に割り当てる前記状態数の絶対値が増加した場合には、前記第２制御状態の前記単位変換器の中から、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器を選択し、
前記第１制御状態に割り当てる前記状態数の絶対値が減少した場合には、前記第１制御状態の前記単位変換器の中から、前記第２制御状態に変更する前記単位変換器を選択する、
請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項4】
前記状態数演算部は、前記アーム電圧指令値を前記アームユニットに属する前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧の平均値または定格値で除算した値を整数に近似し、整数に近似した結果の値を前記第１制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項5】
前記状態数演算部は、
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いに位相がシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第１制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いに位相がシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第１制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項6】
前記状態数演算部は、
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いにレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第１制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いにレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第１制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、
請求項１から請求項３のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項7】
前記単位変換器は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の二つの前記スイッチング素子が直列接続された直列回路と、前記エネルギー蓄積要素とが並列接続され、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との接続点を前記第１端とし、前記第２のスイッチング素子と前記エネルギー蓄積要素との接続点を前記第２端としたハーフブリッジ回路であり、
前記変換器制御部は、
前記第１のスイッチング素子を導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を非導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第１制御状態とし、
前記第１のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第２制御状態とする、
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記変換器制御部は、
前記第１のスイッチング素子を導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を非導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第１制御状態とし、
前記第１のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第２制御状態とする、
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項8】
前記単位変換器は、第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の二つの前記スイッチング素子が直列接続された第１の直列回路と、第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子の二つの前記スイッチング素子が直列接続された第２の直列回路と、前記エネルギー蓄積要素とが並列接続され、前記第１のスイッチング素子と前記第２のスイッチング素子との接続点を前記第１端とし、前記第３のスイッチング素子と前記第４のスイッチング素子との接続点を前記第２端としたフルブリッジ回路であり、
前記変換器制御部は、
前記第１のスイッチング素子を導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第３のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第４のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を正の電圧を出力する前記第１制御状態である第１の第１制御状態とし、
前記第１のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を導通状態とし、前記第３のスイッチング素子を導通状態とし、前記第４のスイッチング素子を非導通状態とすることによって、前記単位変換器を負の電圧を出力する前記第１制御状態である第２の第１制御状態とし、
前記第１のスイッチング素子を導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第３のスイッチング素子を導通状態とし、前記第４のスイッチング素子を非導通状態とする、あるいは前記第１のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を導通状態とし、前記第３のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第４のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第２制御状態とし、
前記アーム電圧指令値が表す前記アーム電圧の極性に応じて、前記第１の第１制御状態と前記第２の第１制御状態とを決定する、
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記変換器制御部は、
前記第１のスイッチング素子を導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第３のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第４のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を正の電圧を出力する前記第１制御状態である第１の第１制御状態とし、
前記第１のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を導通状態とし、前記第３のスイッチング素子を導通状態とし、前記第４のスイッチング素子を非導通状態とすることによって、前記単位変換器を負の電圧を出力する前記第１制御状態である第２の第１制御状態とし、
前記第１のスイッチング素子を導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第３のスイッチング素子を導通状態とし、前記第４のスイッチング素子を非導通状態とする、あるいは前記第１のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第２のスイッチング素子を導通状態とし、前記第３のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第４のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第２制御状態とし、
前記アーム電圧指令値が表す前記アーム電圧の極性に応じて、前記第１の第１制御状態と前記第２の第１制御状態とを決定する、
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項9】
前記電力変換器は、第１のアームユニットおよび第２のアームユニットの二つの前記アームユニットが直列接続された相ユニットを交流の相ごとに有し、それぞれの前記相ユニットに属する前記第１のアームユニットと前記第２のアームユニットとの接続点を対応する前記交流の相に接続される交流端子とし、前記第１のアームユニットと前記第２のアームユニットとのそれぞれの一端あるいは直列に接続されたそれぞれの単位変換器の間の任意の位置にインダクタンス要素が接続され、前記第１のアームユニットおよび前記第２のアームユニットのそれぞれにおける前記交流端子とは反対の側の端子を直流端子とした二重スター結線型モジュラー・マルチレベル変換器であり、
前記変換器制御部は、
交流の電圧指令値と直流の電圧指令値とを、それぞれの前記相ユニットに属する前記第１のアームユニットと前記第２のアームユニットとに分配してそれぞれの前記アーム電圧指令値とし、
前記アームユニットごとに、分配した前記アーム電圧指令値に応じて前記制御状態を変更する、
請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記変換器制御部は、
交流の電圧指令値と直流の電圧指令値とを、それぞれの前記相ユニットに属する前記第１のアームユニットと前記第２のアームユニットとに分配してそれぞれの前記アーム電圧指令値とし、
前記アームユニットごとに、分配した前記アーム電圧指令値に応じて前記制御状態を変更する、
請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項10】
前記電力変換器は、交流の相のそれぞれの交流端子の間に前記アームユニットが接続され、前記アームユニットのそれぞれの一端あるいは直列に接続されたそれぞれの単位変換器の間の任意の位置にインダクタンス要素が接続された単一デルタ結線型モジュラー・マルチレベル変換器であり、
前記変換器制御部は、
交流の電圧指令値を、前記交流端子の間のそれぞれの前記アームユニットに分配してそれぞれの前記アーム電圧指令値とし、
前記アームユニットごとに、分配した前記アーム電圧指令値に応じて前記制御状態を変更する、
請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
前記変換器制御部は、
交流の電圧指令値を、前記交流端子の間のそれぞれの前記アームユニットに分配してそれぞれの前記アーム電圧指令値とし、
前記アームユニットごとに、分配した前記アーム電圧指令値に応じて前記制御状態を変更する、
請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項11】
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも１つ有する電力変換器と、
少なくとも、前記単位変換器の第１端と第２端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第１制御状態と、前記単位変換器の前記第１端と前記第２端とを短絡させる第２制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、
前記変換器制御部のコンピュータが、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出し、
所定の第１の時間間隔で検出した前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第１の時間間隔よりも長い所定の第２の時間間隔ごとに生成し、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する前記単位変換器を選択する際に、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第１の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第１閾値を超えた際に、前記第１の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第１の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択し、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第２の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第２閾値を超えた際に、前記第２の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第２の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択する、
電力変換装置の制御方法。
少なくとも、前記単位変換器の第１端と第２端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第１制御状態と、前記単位変換器の前記第１端と前記第２端とを短絡させる第２制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、
前記変換器制御部のコンピュータが、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出し、
所定の第１の時間間隔で検出した前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第１の時間間隔よりも長い所定の第２の時間間隔ごとに生成し、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する前記単位変換器を選択する際に、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第１の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第１閾値を超えた際に、前記第１の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第１の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択し、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第２の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第２閾値を超えた際に、前記第２の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第２の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択する、
電力変換装置の制御方法。
【請求項12】
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも１つ有する電力変換器と、
少なくとも、前記単位変換器の第１端と第２端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第１制御状態と、前記単位変換器の前記第１端と前記第２端とを短絡させる第２制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置を制御させるプログラムであって、
前記変換器制御部のコンピュータに、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出させ、
所定の第１の時間間隔で検出させた前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第１の時間間隔よりも長い所定の第２の時間間隔ごとに生成させ、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更させる前記単位変換器を選択させる際に、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出させた、前記第１制御状態の前記単位変換器である第１の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第１閾値を超えた際に、前記第１の単位変換器を前記第２制御状態に変更させ、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第１の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更させる前記単位変換器として選択させ、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出させた、前記第１制御状態の前記単位変換器である第２の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第２閾値を超えた際に、前記第２の単位変換器を前記第２制御状態に変更させ、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第２の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更させる前記単位変換器として選択させる、
プログラム。
少なくとも、前記単位変換器の第１端と第２端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第１制御状態と、前記単位変換器の前記第１端と前記第２端とを短絡させる第２制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置を制御させるプログラムであって、
前記変換器制御部のコンピュータに、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出させ、
所定の第１の時間間隔で検出させた前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第１の時間間隔よりも長い所定の第２の時間間隔ごとに生成させ、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更させる前記単位変換器を選択させる際に、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出させた、前記第１制御状態の前記単位変換器である第１の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第１閾値を超えた際に、前記第１の単位変換器を前記第２制御状態に変更させ、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第１の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更させる前記単位変換器として選択させ、
前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第１の時間間隔で検出させた、前記第１制御状態の前記単位変換器である第２の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第２閾値を超えた際に、前記第２の単位変換器を前記第２制御状態に変更させ、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第２の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更させる前記単位変換器として選択させる、
プログラム。
【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、電力変換装置の制御方法、およびプログラムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、電力変換器として、モジュラー・マルチレベル変換器（Modular Multilevel Converter：ＭＭＣ）の実用化が進められている。ＭＭＣとは、直列に接続された複数の単位変換器（以下、「セル」という）を含むアームユニットを備え、各セルにより出力される電圧を加算することによって高電圧、大容量に対応する電力変換器である。電力変換器は、例えば、直流送電システムや、無効電力補償装置に活用される。例えば、直流送電システム向けの電力変換器は、交流系統と直流系統との間に接続され、それぞれの電力の相互変換を行う。例えば、無効電力補償装置向けの電力変換器は、交流系統に接続され、連系点の無効電力の調整を行う。
【0003】
電力変換器において、電力の相互変換を行うとき、あるいは無効電力の調整を行うときには、電力変換器が備えるスイッチング素子を制御する。電力変換器におけるスイッチング制御の方式としては、例えば、各セルに割り当てる三角波キャリアの位相を均等にずらすことによって、アームユニットの全体で多段の階段状の正弦波を合成する位相シフトＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）方式などが知られている。しかしながら、位相シフトＰＷＭ方式では、三角波キャリアの周波数を交流系統の周波数よりも大きくする必要があり、スイッチング制御における損失（スイッチング損失）が大きくなってしまう。
【0004】
これに関して、例えば、特許文献１や特許文献２には、交流系統の電圧の１周期において、各セルを１回ずつスイッチングする１パルス制御に関する技術が開示されている。しかしながら、従来のスイッチング制御では、スイッチングする周波数が低下すると、各セルが備えるコンデンサの電圧のばらつきが大きくなるという課題がある。このため、電力変換器において、スイッチング制御時に各セルが備えるコンデンサの電圧を均等化する手法として、各セルの出力電圧の立ち上がりの位相と立ち下がりの位相とを調整する手法や、各セルが備えるコンデンサの電圧の大小関係に応じて出力電圧の立ち上がりや立ち下がりの順序を変更する手法が提案されている。
【0005】
各セルが備えるコンデンサの電圧の大小関係に応じて出力電圧の立ち上がりや立ち下がりの順序を変更する手法は、アームユニットが備える各セルのコンデンサの電圧を一定間隔で取得し、その大小関係と対照させてスイッチング制御する対象のセルを選択することで実現することができる。しかしながら、この手法では、取得した各セルのコンデンサの電圧を大小関係に基づいて順番に並べ替える処理（いわゆる、ソート処理）に要する時間が、スイッチング制御を行う処理に要する時間間隔に比較して長くなる場合があった。この場合、各セルが備えるコンデンサの充電量の差を少なくさせる（充電量が相対的に均一になるようにバランスさせる）ように制御することは容易ではなくなる。このため、ソート処理が完了した後にスイッチング制御する対象のセルを選択するのでは、コンデンサ電圧をバランスさせるために十分なバランス性能を得ることができず、コンデンサ電圧の変動幅が増大してしまう要因となってしまうことも考えられる。コンデンサ電圧の変動幅が増大すると、セルごとの出力可能な電圧が減少し、電力変換装置に対して運転に制約が生じることとなる。さらに、コンデンサ電圧の変動幅が増大することによってコンデンサ電圧の最大値が増加するということにもなり、コンデンサやスイッチング素子が故障してしまう要因となってしまうことも考えられる。この場合、電力変換器の信頼性が大幅に低下してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１４－２３３１２６号公報
【特許文献2】特開２０１５－１５９６８７号公報
【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、電力変換器が備える単位変換器を制御することによって、信頼性の高い電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
実施形態の電力変換装置は、電力変換器と、変換器制御部と、を持つ。電力変換器は、電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも１つ有する。変換器制御部は、少なくとも、前記単位変換器の第１端と第２端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第１制御状態と、前記単位変換器の前記第１端と前記第２端とを短絡させる第２制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する。前記変換器制御部は、状態数演算部と、リスト演算部と、単位変換器選択部と、を持つ。状態数演算部は、前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出する。リスト演算部は、所定の第１の時間間隔で検出した前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第１の時間間隔よりも長い所定の第２の時間間隔ごとに生成する。単位変換器選択部は、前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する前記単位変換器を選択する。前記単位変換器選択部は、前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第１の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第１閾値を超えた際に、前記第１の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第１の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択し、前記アーム電流の極性が、前記第１制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、前記第１の時間間隔で検出した、前記第１制御状態の前記単位変換器である第２の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第２閾値を超えた際に、前記第２の単位変換器を前記第２制御状態に変更し、前記第２制御状態の前記単位変換器のうち、前記第２の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第１制御状態に変更する前記単位変換器として選択する。
【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の構成の一例を示す図。
【図2】電力変換器が備えるレグ内のセルの構成の一例を示す図。
【図3】電力変換装置が備える変換器制御部の構成の一例を示す図。
【図4】電力変換装置における第１の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート。
【図5】電力変換装置における第２の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート。
【図6】第２の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図。
【図7】電力変換器が備えるレグ内のセルの構成の一例を示す図。
【図8】電力変換装置における第３の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート。
【図9】電力変換装置における第４の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、実施形態の電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。
【0011】
（第１の実施形態）
［電力変換装置の構成］
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図１には、例えば、交流系統と直流系統との連系点に設けられ、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する電力変換装置１の一例を示している。交流系統は、例えば、交流電源や交流負荷であってもよい。直流系統は、例えば、直流電源や直流負荷であってもよい。電力変換装置１は、電力変換器１０と、変換器制御部５０と、を備える。
［電力変換装置の構成］
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図１には、例えば、交流系統と直流系統との連系点に設けられ、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する電力変換装置１の一例を示している。交流系統は、例えば、交流電源や交流負荷であってもよい。直流系統は、例えば、直流電源や直流負荷であってもよい。電力変換装置１は、電力変換器１０と、変換器制御部５０と、を備える。
【0012】
電力変換器１０は、変換器制御部５０からの制御に応じて、交流電力と直流電力とを相互に変換する二重スター結線型モジュラー・マルチレベル変換器（Modular Multilevel Converter：ＭＭＣ）である。電力変換器１０は、直流系統の正側端子Ｐと、直流系統の負側端子Ｎとの間に、複数のレグ１２を備える。電力変換器１０が備えるレグ１２の数は、交流系統が供給する交流電力の相数に対応する数である。図１には、交流系統が、第１相（Ｒ相）、第２相（Ｓ相）、および第３相（Ｔ相）の三相の交流電力を供給する場合を示している。このため、図１には、レグ１２－Ｒと、レグ１２－Ｓと、レグ１２－Ｔとの三つのレグ１２を備える電力変換器１０の構成を示している。レグ１２－Ｒ、レグ１２－Ｓ、およびレグ１２－Ｔのそれぞれは、同じ構成である。
【0013】
それぞれのレグ１２では、交流端子ＣＡが、交流系統の対応する相の端子に接続される。より具体的には、Ｒ相に対応するレグ１２－Ｒでは、交流端子ＣＡ－Ｒが交流系統のＲ相の交流端子Ｒに接続され、Ｓ相に対応するレグ１２－Ｓでは、交流端子ＣＡ－Ｓが交流系統のＳ相の交流端子Ｓに接続され、Ｔ相に対応するレグ１２－Ｔでは、交流端子ＣＡ－Ｔが交流系統のＴ相の交流端子Ｔに接続される。図１には、それぞれのレグ１２の交流端子ＣＡが、トランスＴＲを介して、交流系統の対応する相の端子に接続されている場合を示している。
【0014】
それぞれのレグ１２では、交流端子ＣＡとは反対側の端子が、直流系統のそれぞれの直流端子に接続される。より具体的には、それぞれのレグ１２において、電力変換器１０が出力する直流電圧の正極と同電位になる端子が正側端子Ｐに接続され、電力変換器１０が出力する直流電圧の負極と同電位になる端子が負側端子Ｎに接続される。以下の説明においては、正側端子Ｐに接続されるレグ１２の端子を、レグ１２の直流端子ＣＰともいい、負側端子Ｎに接続されるレグ１２の端子を、レグ１２の直流端子ＣＮともいう。
【0015】
それぞれのレグ１２は、例えば、二つのリアクトル１４と、二つのアームユニット１６と、を備える。それぞれのアームユニット１６は、例えば、直列に接続されたｎ個（ｎは、自然数）のセル１６２（セル１６２－１～セル１６２－ｎ）を備える。図１においては、レグ１２が備えるそれぞれの構成要素が、直流系統の正極側と負極側とのいずれに対応する構成要素であるか、交流系統のいずれの相に対応する構成要素であるかを区別するため、それぞれの符号の後に「－（ハイフン）」と、正極側を表す文字「Ｐ」あるいは負極側を表す文字「Ｎ」を付し、さらにその後にハイフンと、Ｒ相を表す文字「Ｒ」、Ｓ相を表す文字「Ｓ」、あるいはＴ相を表す文字「Ｔ」を付している。以下の説明においては、それぞれの構成要素が、直流系統の正極側と負極側とのいずれに対応する構成要素であるか、交流系統のいずれの相に対応する構成要素であるかを区別しない場合には、それぞれの構成要素の符号に付したハイフンとハイフンに続く識別のための文字を省略する。
【0016】
それぞれのレグ１２では、正極側のリアクトル１４－Ｐと、正極側のアームユニット１６－Ｐとが直列に接続され、負極側のリアクトル１４－Ｎと、負極側のアームユニット１６－Ｎとが直列に接続されている。そして、それぞれのレグ１２では、リアクトル１４－Ｐとリアクトル１４－Ｎとの接続点が、直流端子ＣＰとなっている。それぞれのレグ１２では、アームユニット１６－Ｐにおけるリアクトル１４－Ｐと反対側の端子がレグ１２の直流端子ＣＰとなり、アームユニット１６－Ｎにおけるリアクトル１４－Ｎと反対側の端子がレグ１２の直流端子ＣＮとなっている。言い換えれば、それぞれのレグ１２では、直流端子ＣＰ側から交流端子ＣＡ側に向かって、セル１６２－１～セル１６２－ｎ、およびリアクトル１４－Ｐが、この順番に直列接続されて交流端子ＣＡに接続されている。さらに、それぞれのレグ１２では、直流端子ＣＮ側から交流端子ＣＡ側に向かって、セル１６２－ｎ～セル１６２－１、およびリアクトル１４－Ｎが、この順番に直列接続されて交流端子ＣＡに接続されている。
【0017】
レグ１２は、特許請求の範囲における「相ユニット」の一例である。アームユニット１６－Ｐ（リアクトル１４－Ｐを含んでもよい）は、特許請求の範囲における「第１のアームユニット」の一例であり、アームユニット１６－Ｎ（リアクトル１４－Ｎを含んでもよい）は、特許請求の範囲における「第２のアームユニット」の一例である。セル１６２は、特許請求の範囲における「単位変換器」の一例である。リアクトル１４は、特許請求の範囲における「インダクタンス要素」の一例である。
【0018】
図１では、それぞれのレグ１２において、リアクトル１４が、アームユニット１６の交流端子ＣＡ側に配置されている場合を示しているが、リアクトル１４は、アームユニット１６の交流端子ＣＡ側とは反対側（つまり、直流端子ＣＰ側や直流端子ＣＮ側）や、アームユニット１６内の任意の位置（つまり、アームユニット１６において直列接続されているいずれか二つのセル１６２の間の位置）に配置されてもよい。リアクトル１４は、リアクトルの機能を代替するだけの漏れリアクタンスを有する特殊な巻線構造のトランスに置き換えられてもよい。この場合、リアクトル１４は、トランスＴＲと一体化されてもよい。
【0019】
それぞれのアームユニット１６は、直列接続されたそれぞれのセル１６２に対する変換器制御部５０からの制御に応じて、交流系統の対応する相に供給する交流波形を表す階段状の正弦波であるマルチレベル波形の交流電圧を生成する。
【0020】
ここで、アームユニット１６が備えるセル１６２の構成の一例について説明する。セル１６２は、例えば、ハーフブリッジ回路である。図２は、電力変換器１０が備えるレグ１２内のセル１６２の構成の一例を示す図である。セル１６２は、二つのスイッチング素子Ｑ（スイッチング素子Ｑ１およびスイッチング素子Ｑ２）と、二つのダイオードＤ（ダイオードＤ１およびダイオードＤ２）と、コンデンサＣと、を備える。スイッチング素子Ｑは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。スイッチング素子Ｑは、ＩＧＢＴに限定されない。スイッチング素子Ｑは、コンバータまたはインバータを実現可能な自己消弧型の半導体スイッチング素子であれば、いかなる素子であってもよい。
【0021】
セル１６２では、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とが、互いに直列に接続されている。そして、セル１６２では、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との直列回路と、コンデンサＣとが、互いに並列に接続されている。セル１６２では、それぞれのスイッチング素子Ｑと対応するダイオードＤとが、互いに並列に接続されている。セル１６２では、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの接続点が、レグ１２において正側端子Ｐ側に接続される正極端子ＴＰ（＋）となり、スイッチング素子Ｑ２のエミッタとコンデンサＣとの接続点が、レグ１２において負側端子Ｎ側に接続される負極端子ＴＮ（－）となっている。
【0022】
セル１６２が備えるスイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とのゲートには、変換器制御部５０からの制御信号が入力される（制御電圧が印加される、または制御電流が供給される）。スイッチング素子Ｑ１のゲートには、変換器制御部５０からの制御信号としてゲート信号ｇｔｐが入力され、スイッチング素子Ｑ２のゲートには、変換器制御部５０からの制御信号としてゲート信号ｇｔｎが入力される。これにより、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とのそれぞれは、変換器制御部５０によってオン状態またはオフ状態のいずれかの状態に切り替えられる。以下の説明においては、「１（“Ｈｉｇｈ”レベル）」の制御信号（ゲート信号ｇｔｐ、ゲート信号ｇｔｎ）が入力されるとそれぞれのスイッチング素子Ｑがオン状態となり、「０（“Ｌｏｗ”レベル）」の制御信号（ゲート信号ｇｔｐ、ゲート信号ｇｔｎ）が入力されるそれぞれのスイッチング素子Ｑがオフ状態となるものとする。
【0023】
コンデンサＣは、それぞれのスイッチング素子Ｑの状態に応じて、充電され、または放電する。セル１６２では、コンデンサＣの端子間電圧（以下、「コンデンサ電圧Ｖｃ」という）が、セル１６２の正極端子ＴＰと負極端子ＴＮとの間の端子間電圧（以下、「セル電圧Ｖｏ」という）として生じる。より具体的には、変換器制御部５０が、制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（１，０）にすると、例えば、正極端子ＴＰ、スイッチング素子Ｑ１、コンデンサＣ、負極端子ＴＮの順に電流が流れて、セル１６２のセル電圧Ｖｏはコンデンサ電圧Ｖｃと一致する。つまり、変換器制御部５０が制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（１，０）にすることにより、セル１６２の正極端子ＴＰと負極端子ＴＮとの間にコンデンサＣが挿入されて、コンデンサ電圧Ｖｃがセル電圧Ｖｏとして出力される。以下の説明においては、変換器制御部５０が制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（１，０）にすることを「インサート」といい、この場合のセル１６２の状態を「インサート状態」という。一方、変換器制御部５０が、制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（０，１）にすると、例えば、正極端子ＴＰ、スイッチング素子Ｑ２、負極端子ＴＮ順に電流が流れて、セル１６２のセル電圧Ｖｏは０［Ｖ］となる。つまり、変換器制御部５０が制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（０，１）にすることにより、セル１６２の正極端子ＴＰと負極端子ＴＮとが短絡され、コンデンサＣを通らずに電流が流れることによって、セル１６２のセル電圧Ｖｏは０［Ｖ］となる。以下の説明においては、変換器制御部５０が制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（０，１）にすることを「バイパス」といい、この場合のセル１６２の状態を「バイパス状態」という。
【0024】
セル１６２は、図２に示した構成に限定されるものではなく、セル１６２と同様の機能を実現する構成であれば、いかなる構成のものであってもよい。
【0025】
スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第１のスイッチング素子」の一例であり、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第２のスイッチング素子」の一例である。オン状態は、特許請求の範囲における「導通状態」の一例であり、オフ状態は、特許請求の範囲における「非導通状態」の一例である。コンデンサＣは、特許請求の範囲における「エネルギー蓄積要素」の一例である。正極端子ＴＰは、特許請求の範囲における「第１端」の一例であり、負極端子ＴＮは、特許請求の範囲における「第２端」の一例である。インサート状態は、特許請求の範囲における「第１制御状態」の一例であり、バイパス状態は、特許請求の範囲における「第２制御状態」の一例である。
【0026】
このような構成のセル１６２が直列に複数接続されることにより、アームユニット１６は、インサート状態に制御されたそれぞれのセル１６２のセル電圧Ｖｏが加算された電圧を出力する。従って、アームユニット１６は、変換器制御部５０によってインサート状態に制御されたセル１６２の数に応じた電圧を出力する。これにより、アームユニット１６は、変換器制御部５０からの制御に応じたマルチレベル波形を生成する。
【0027】
ところで、セル１６２では、制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（１，１）にすることは禁止されるべきである。これは、制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（１，１）にすると、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との両方がオン状態となり、コンデンサＣの両端が短絡されてしまうからである。このため、変換器制御部５０は、制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（１，０）から制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（０，１）にする、あるいはその逆にする際に、ごく短時間の間、過渡的に制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（０，０）の状態となる期間、いわゆるデッドタイムを設けるように制御する。変換器制御部５０は、セル１６２の動作を停止させる場合、制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）＝（０，０）に固定してもよい。以下の説明においては、変換器制御部５０が全ての制御信号（ｇｔｐ，ｇｔｎ）を（０，０）に固定して電力変換器１０が備えるアームユニット１６の全てのセル１６２の動作を停止させることを「ゲートブロック」といい、この場合のセル１６２の状態を「ゲートブロック状態」という。
【0028】
図１に戻り、変換器制御部５０は、電力変換装置１の運転状態や、電力変換装置１内の各位置の検出値（電流値や、電流が流れる方向（極性）、電圧値）に基づいて、交流系統の周波数を含む交流電圧指令値と直流電圧指令値とを算出する。このため、変換器制御部５０は、例えば、電力変換装置１内外の所望の位置に設けられた検出器（後述）により出力された検出値を、所定（一定）の取得周期ＴＳ１ごとに取得する。そして、変換器制御部５０は、算出した交流電圧指令値や直流電圧指令値が表す電圧成分を含む、アームユニット１６ごとの電圧指令値を求める。変換器制御部５０は、求めた電圧指令値に基づいて、それぞれのアームユニット１６が備えるセル１６２内のスイッチング素子Ｑを制御（スイッチング制御）するための制御信号を生成する。そして、変換器制御部５０は、生成した制御信号を、対応するセル１６２に出力する。例えば、変換器制御部５０は、交流系統のＲ相に対応し、直流系統の正極側に接続されたアームユニット１６であるアームユニット１６－Ｐ－Ｒを制御する場合、交流端子ＣＡ－Ｒに出力させる主として交流電圧成分、直流端子ＣＰ－Ｒと直流端子ＣＮ－Ｒとの間に出力させる主として直流電圧成分に基づき、アームユニット１６－Ｐ－Ｒに出力させるアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊を算出する。以降の説明では、アーム電圧Ｖａｒｍおよびアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の正極性を、セル１６２－ｎ側からみてセル１６２－１側の電位が高くなる向きに定義する。そして、変換器制御部５０は、算出したアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づいて、アームユニット１６－Ｐ－Ｒが備えるそれぞれのセル１６２（セル１６２－１－Ｐ－Ｒ～１６２－ｎ－Ｐ－Ｒ）内のそれぞれのスイッチング素子Ｑを制御するためのゲート信号ｇｔｐ（ゲート信号ｇｔｐ－１－Ｐ－Ｒ～ｇｔｐ－ｎ－Ｐ－Ｒ）、およびゲート信号ｇｔｎ（ゲート信号ｇｔｎ－１－Ｐ－Ｒ～ｇｔｎ－ｎ－Ｐ－Ｒ）を生成する。変換器制御部５０は、生成したゲート信号ｇｔｐおよびゲート信号ｇｔｎのそれぞれを、対応するセル１６２に出力する。変換器制御部５０がその他のアームユニット１６を制御する場合も同様である。変換器制御部５０は、例えば、インサート数演算部５２と、ソートリスト演算部５４と、セル選択制御部５６と、ゲート信号生成部５８と、を備える。
【0029】
変換器制御部５０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで電力変換器１０の動作を制御する。変換器制御部５０は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。変換器制御部５０は、専用のＬＳＩによって実現されてもよい。プログラムは、予め変換器制御部５０あるいは電力変換装置１が備えるＨＤＤ（Hard Disk Drive）やフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体が変換器制御部５０あるいは電力変換装置１が備えるドライブ装置に装着されることで変換器制御部５０あるいは電力変換装置１が備えるＨＤＤやフラッシュメモリにインストールされてもよい。
【0030】
電力変換装置１では、所望の位置に電流検出器や電圧検出器が設けられ、電流値や、電流の極性、電圧値が検出される。図１の例では、それぞれのレグ１２内に、正側端子Ｐ側から交流端子ＣＡ側に流れる正側アーム電流Ｉｐを検出するための電流検出器と、交流端子ＣＡ側から負側端子Ｎ側に流れる負側アーム電流Ｉｎを検出するための電流検出器が設けられている場合を示している。より具体的に、レグ１２－Ｒには、アームユニット１６－Ｐ－Ｒとリアクトル１４－Ｐ－Ｒとの間に、正側端子Ｐ側から交流端子ＣＡ－Ｒ側に流れる正側アーム電流Ｉｐｒを検出するための電流検出器が設けられ、アームユニット１６－Ｎ－Ｒとリアクトル１４－Ｎ－Ｒとの間に、交流端子ＣＡ－Ｒ側から負側端子Ｎ側に流れる負側アーム電流Ｉｎｒを検出するための電流検出器が設けられている。その他のレグ１２も同様である。図２では図示していないが、それぞれのセル１６２にも、コンデンサ電圧Ｖｃを検出するための電圧検出器が設けられている。Ｒ相の交流電流Ｉｓｒと、Ｓ相の交流電流Ｉｓｓと、Ｔ相の交流電流Ｉｓｔとのそれぞれは、交流端子Ｒ、交流端子Ｓ、および交流端子Ｔに電流検出器を設けて直接的に検出されてもよいが、それぞれのレグ１２において検出した正側アーム電流Ｉｐと負側アーム電流Ｉｎとを演算することによって間接的に検出されてもよい。例えば、Ｒ相の交流電流Ｉｓｒは、正側アーム電流Ｉｐｒと負側アーム電流Ｉｎｒとの差（つまり、Ｉｎｒ－Ｉｐｒ）を演算することによって間接的に検出されてもよい。さらに、図１には、電圧検出器の図示は省略しているが、Ｒ相の交流電圧Ｖｓｒ、Ｓ相の交流電圧Ｖｓｓ、およびＴ相の交流電圧Ｖｓｔを検出している場合を示している。
【0031】
図３は、電力変換装置１が備える変換器制御部５０の構成の一例を示す図である。
【0032】
インサート数演算部５２は、少なくとも、アームユニット１６が出力すべきアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が入力される。アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊は、電力変換装置１の運転状態や、電力変換装置１における各検出値に基づく電圧・電流制御などの演算結果として得られた、交流系統や直流系統に出力すべき電圧成分を、アームユニット１６ごとに分配した値（実数値）である。インサート数演算部５２は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に応じて、それぞれのアームユニット１６が備えるセル１６２のうち、インサート状態に割り当てる（インサート状態にさせる）セル１６２の数（整数値）を表すインサート数Ｎｃｅｌｌｓを、それぞれのアームユニット１６ごとに演算（算出）する。インサート数演算部５２は、算出したインサート数Ｎｃｅｌｌｓを、セル選択制御部５６に出力する。
【0033】
インサート数演算部５２がインサート数Ｎｃｅｌｌｓを演算（算出）する方法には、種々の方法がある。例えば、インサート数演算部５２は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊をアームユニット１６に属するセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値または定格値で除算した値を整数に近似することによって、インサート状態にさせるセル１６２の数を表すインサート数Ｎｃｅｌｌｓを算出する。この場合、変換器制御部５０は、交流系統における交流電圧の１周期内でアームユニット１６に属するセル１６２を１回ずつ制御する（インサート状態およびバイパス状態にさせる）、１パルス制御を行うものとなる。例えば、インサート数演算部５２は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づく変調波と、アームユニット１６に属するセル１６２の数（図１では、「ｎ」）と同数で互いに位相がシフトされたそれぞれの三角波キャリアを比較し、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊（変調波）の値が三角波キャリアの値を上回る（三角波キャリアの値よりも大きくなる）三角波キャリア波の個数を、インサート状態にさせるセル１６２の数を表すインサート数Ｎｃｅｌｌｓとして算出する。この場合、変換器制御部５０は、交流系統における交流電圧の１周期内でアームユニット１６に属するセル１６２を複数回制御する（インサート状態およびバイパス状態にさせる）、複パルス制御を行うものとなる。例えば、インサート数演算部５２は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づく変調波と、アームユニット１６に属するセル１６２の数（図１では、「ｎ」）と同数で互いにレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアを比較し、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊（変調波）の値が三角波キャリアの値を上回る（三角波キャリアの値よりも大きくなる）三角波キャリア波の個数を、インサート状態にさせるセル１６２の数を表すインサート数Ｎｃｅｌｌｓとして算出する。この場合も、変換器制御部５０は、複パルス制御を行うものとなる。インサート数演算部５２がインサート数Ｎｃｅｌｌｓを演算（算出）する方法は、上述した方法に限定されず、アームユニット１６ごとに分配した値（実数値）を、インサート状態にさせるセル１６２の数（整数値）として表すことができる方法であれば、いかなる方法を用いてもよい。
【0034】
インサート数演算部５２は、特許請求の範囲における「状態数演算部」の一例である。インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、特許請求の範囲における「状態数」の一例である。
【0035】
ソートリスト演算部５４は、電力変換器１０が備えるそれぞれのセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃの大小関係を表すソートリストを、それぞれのアームユニット１６ごとに演算（生成）する。ソートリスト演算部５４は、例えば、所定（一定）の演算周期ＴＳ２ごとに、ソートリストを生成する。ソートリストは、同じアームユニット１６に属する少なくとも二つ以上のセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃ（図３では、セル１６２－１～セル１６２－ｎのコンデンサ電圧Ｖｃ－１～コンデンサ電圧Ｖｃ－ｎ）の電圧値の大小関係に基づいて、降順、あるいは昇順に並べ替えたものである。ソートリスト演算部５４がソートリストを生成する演算周期ＴＳ２は、電力変換装置１における各検出値を取得する取得周期ＴＳ１よりも長い時間間隔の周期（ＴＳ２＞ＴＳ１）である。これは、ソートリスト演算部５４において、取得した複数のコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値を並べ替える処理には時間を要すると考えられるからである。このため、ソートリスト演算部５４は、演算周期ＴＳ２において次のソートリストを生成するタイミング、つまり、ソートリストを更新するタイミングに合った取得周期ＴＳ１において取得したコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値に基づいてソートリストを生成する。例えば、ソートリスト演算部５４は、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値を並べ替える処理に要する時間を確保した上で、ソートリストの生成を開始するタイミングの直前の取得周期ＴＳ１で取得したコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値を並べ替えることによってソートリストを生成する。ソートリスト演算部５４がソートリストを生成する際に用いるコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値は、上述したソートリストの生成を開始する直前のタイミングで取得したものに限定されず、例えば、複数の取得周期ＴＳ１において取得した同じコンデンサＣに対応するコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値の平均値や、最大値などを用いてもよい。以下の説明においては、ソートリスト演算部５４は、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値を降順に並べ替えたソートリストを生成するものとする。ソートリスト演算部５４は、生成したソートリストを、セル選択制御部５６に出力する。
【0036】
ソートリスト演算部５４は、特許請求の範囲における「リスト演算部」の一例である。ソートリストは、特許請求の範囲における「リスト情報」の一例である。
【0037】
セル選択制御部５６は、少なくともインサート数演算部５２により出力されたインサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化したタイミングごと、つまり、セル１６２を制御する（インサート状態およびバイパス状態にさせる）制御タイミングごとに、現在の制御状態を変更する対象のセル１６２を選択する。より具体的には、セル選択制御部５６は、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化したことをきっかけとしてセル１６２の選択を開始する。そして、セル選択制御部５６は、制御対象のアームユニット１６を流れるアーム電流Ｉａｒｍ（つまり、正側アーム電流Ｉｐや負側アーム電流Ｉｎ）の極性と、ソートリスト演算部５４により出力された制御対象のアームユニット１６のソートリストとを参照し、インサート状態に変更させるセル１６２やバイパス状態に変更させるセル１６２を選択する。
【0038】
セル選択制御部５６は、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが増加した場合において、アーム電流Ｉａｒｍの極性が、インサート状態になっているセル１６２のコンデンサＣに電力を蓄積させて、アームユニット１６全体の充電量を増加させる充電極性である期間（充電期間）では、現在バイパス状態であるセル１６２の中から、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル１６２を優先してインサート状態に変更するセル１６２として選択する。この場合、セル選択制御部５６は、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に低いコンデンサＣを備えるセル１６２から順に選択する。充電極性は、アーム電流Ｉａｒｍが、図１に示した正側アーム電流Ｉｐや負側アーム電流Ｉｎと同じ方向に流れる極性である。一方、セル選択制御部５６は、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが増加した場合において、アーム電流Ｉａｒｍの極性が、インサート状態になっているセル１６２のコンデンサＣに蓄積されている電力を放電させて、アームユニット１６全体の放電量を増加させる放電極性である期間（放電期間）では、現在バイパス状態であるセル１６２の中から、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル１６２を優先してインサート状態に変更するセル１６２として選択する。この場合、セル選択制御部５６は、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に高いコンデンサＣを備えるセル１６２から順に選択する。放電極性は、アーム電流Ｉａｒｍが、図１に示した正側アーム電流Ｉｐや負側アーム電流Ｉｎとは逆の方向に流れる極性である。
【0039】
セル選択制御部５６は、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが減少した場合において、アーム電流Ｉａｒｍの極性が、インサート状態になっているセル１６２のコンデンサＣに電力を蓄積させて、アームユニット１６全体の充電量を増加させる充電極性である期間（充電期間）では、現在インサート状態であるセル１６２の中から、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル１６２を優先してバイパス状態に変更するセル１６２として選択する。この場合、セル選択制御部５６は、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に高いコンデンサＣを備えるセル１６２から順に選択する。一方、セル選択制御部５６は、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが減少した場合において、アーム電流Ｉａｒｍの極性が、インサート状態になっているセル１６２のコンデンサＣに蓄積されている電力を放電させて、アームユニット１６全体の放電量を増加させる放電極性である期間（放電期間）では、現在インサート状態であるセル１６２の中から、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル１６２を優先してバイパス状態に変更するセル１６２として選択する。この場合、セル選択制御部５６は、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に低いコンデンサＣを備えるセル１６２から順に選択する。
【0040】
これにより、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に高いコンデンサＣを備えるセル１６２は、優先的に充電時間が短く、放電時間が長くされるため、アームユニット１６が備えるそれぞれのセル１６２において、コンデンサ電圧Ｖｃが均一化されることになる。一方、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に低いコンデンサＣを備えるセル１６２は、優先的に充電時間が長く、放電時間が短くされるため、同様に、アームユニット１６が備えるそれぞれのセル１６２において、コンデンサ電圧Ｖｃが均一化されることになる。
【0041】
さらに、セル選択制御部５６は、アームユニット１６が備えるそれぞれのセル１６２において、コンデンサＣの充電量の差を少なくさせる（充電量が相対的に均一になるようにバランスさせる）ように制御する。以下、セル選択制御部５６におけるコンデンサＣの充電量（より具体的には、コンデンサ電圧Ｖｃ）が均一になるようにバランスさせる制御を、「バランス制御」という。セル選択制御部５６におけるバランス制御では、取得周期ＴＳ１ごとに、つまり、ソートリスト演算部５４がソートリストを生成する演算周期ＴＳ２よりも短い周期で、同じアームユニット１６に属するセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃ（図３では、セル１６２－１～セル１６２－ｎのコンデンサ電圧Ｖｃ－１～コンデンサ電圧Ｖｃ－ｎ）の電圧値を取得する。そして、セル選択制御部５６は、取得したそれぞれのコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値と、コンデンサＣにおけるコンデンサ電圧Ｖｃの上側の閾値Ｖｃ－ｍａｘ、および下側の閾値Ｖｃ－ｍｉｎとを比較する。この比較の結果、充電期間においてインサート状態のセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合、セル選択制御部５６は、このセル１６２への充電が今以上に行われないように（つまり、過充電とならないように）バイパス状態に制御し、代わりに、バイパス状態のセル１６２の中から、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が低いコンデンサＣを備える同数の他のセル１６２を優先して選択して、インサート状態に変更する。一方、放電期間においてインサート状態のセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、セル選択制御部５６は、このセル１６２からの放電が今以上に行われないように（つまり、過放電とならないように）バイパス状態に制御し、代わりに、バイパス状態のセル１６２の中から、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が高いコンデンサＣを備える同数の他のセル１６２を優先して選択して、インサート状態に変更する。閾値Ｖｃ－ｍａｘおよび閾値Ｖｃ－ｍｉｎは、例えば、定格コンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊に対して、コンデンサＣの許容変動幅を考慮した値が設定されるものである。より具体的には、閾値Ｖｃ－ｍａｘは、例えば、電力変換器１０の通常運転におけるコンデンサ電圧Ｖｃの変動幅の上限値とし、定格コンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊よりも高いＶｃ－ｍａｘ＝Ｖｃ＊×１．１程度に設定される。閾値Ｖｃ－ｍｉｎは、例えば、電力変換器１０の通常運転におけるコンデンサ電圧Ｖｃの変動幅の下限値とし、定格コンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊よりも低いＶｃ－ｍｉｎ＝Ｖｃ＊×０．９程度に設定される。閾値Ｖｃ－ｍａｘおよび閾値Ｖｃ－ｍｉｎは、アームユニット１６が備えるコンデンサＣにおけるコンデンサ電圧Ｖｃの平均電圧Ｖｃ－ａｖｅ（変動値）に基づいて設定されるものであってもよい。閾値Ｖｃ－ｍａｘは、例えば、コンデンサＣのコンデンサ電圧Ｖｃが平均電圧Ｖｃ－ａｖｅから一定以上ばらつかないように、平均電圧Ｖｃ－ａｖｅよりも高いＶｃ－ｍａｘ＝Ｖｃ－ａｖｅ×１．１程度に設定される。閾値Ｖｃ－ｍｉｎは、例えば、コンデンサＣのコンデンサ電圧Ｖｃが平均電圧Ｖｃ－ａｖｅから一定以上ばらつかないように、平均電圧Ｖｃ－ａｖｅよりも低いＶｃ－ｍｉｎ＝Ｖｃ－ａｖｅ×０．９程度に設定される。
【0042】
セル選択制御部５６は、セル１６２ごとのセル制御状態ＣＬ＊を生成する。このとき、セル選択制御部５６は、ソートリスト演算部５４におけるソートリストの演算（生成）タイミングや、ソートリスト演算部５４におけるバランス制御のタイミング、変換器制御部５０や変換器制御部５０が備える構成要素の動作周期（いわゆる、動作クロックや演算クロック）のタイミングに合わせた任意のタイミングで、セル制御状態ＣＬ＊を生成するようにしてもよい。セル制御状態ＣＬ＊には、対応するセル１６２について、少なくともインサート状態に制御するのか、バイパス状態に制御するのかを表す情報が含まれている。セル選択制御部５６は、それぞれのセル１６２に対応するセル制御状態ＣＬ＊を、ゲート信号生成部５８に出力する。図３には、セル１６２－１～セル１６２－ｎのそれぞれに対応するセル制御状態ＣＬ＊－１～セル制御状態ＣＬ＊－ｎを示している。
【0043】
セル選択制御部５６は、特許請求の範囲における「単位変換器選択部」の一例である。取得周期ＴＳ１は、特許請求の範囲における「第１の時間間隔」の一例であり、演算周期ＴＳ２は、特許請求の範囲における「第２の時間間隔」の一例である。閾値Ｖｃ－ｍａｘは、特許請求の範囲における「第１閾値」の一例であり、閾値Ｖｃ－ｍｉｎは、特許請求の範囲における「第２閾値」の一例である。
【0044】
ゲート信号生成部５８は、セル選択制御部５６により出力されたそれぞれのセル制御状態ＣＬ＊に従って、それぞれのアームユニット１６が備える全てのセル１６２に出力する制御信号（ゲート信号）を生成する。より具体的には、ゲート信号生成部５８は、それぞれのセル１６２が備えるスイッチング素子Ｑ１に対応するゲート信号ｇｔｐと、スイッチング素子Ｑ２に対応するゲート信号ｇｔｎとを生成する。図３には、セル１６２－１～セル１６２－ｎのそれぞれに対応するゲート信号ｇｔｐ－１～ゲート信号ｇｔｐ－ｎと、ゲート信号ｇｔｎ－１～ゲート信号ｇｔｎ－ｎとを示している。このとき、ゲート信号生成部５８は、例えば、ゲート信号ｇｔｐを論理反転させることによって、ゲート信号ｇｔｎを生成するようにしてもよい。ただし、この場合でも、上述したように、セル１６２が備えるコンデンサＣの両端が短絡されてしまうことを防止するため、短時間のデッドタイムを設ける。ゲート信号生成部５８は、生成したそれぞれのゲート信号を、対応するセル１６２（より具体的には、セル１６２が備えるスイッチング素子Ｑ）に出力する。
【0045】
図３では、ゲート信号生成部５８が、それぞれのセル１６２に対応するゲート信号を生成して、対応するセル１６２に出力する構成を示したが、例えば、セル選択制御部５６が、セル制御状態ＣＬ＊をそれぞれのセル１６２に出力し、それぞれのセル１６２内で、セル制御状態ＣＬ＊に応じたゲート信号を生成する構成にしてもよい。この場合、それぞれのセル１６２は、ゲート信号生成部５８と等価な機能を有する構成要素を備える構成となる。
【0046】
このような構成によって、変換器制御部５０は、電力変換器１０が備えるそれぞれのアームユニット１６内のセル１６２を制御して、電力変換器１０に、交流系統の交流電力と直流系統の直流電力とを相互に変換させる。
【0047】
ところで、従来から広く知られている位相シフトＰＷＭ方式では、セルごとに個別の三角波キャリアと電圧指令値（変調波）が割り当てられ、セルごとに制御信号（ゲート信号）を演算している。これに対して、変換器制御部５０では、インサート数演算部５２が、例えば、セル１６２ごとに割り当てられていない三角波キャリアと、アームユニット１６単位のアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づく変調波とに基づいて、インサート状態にさせるセル１６２の数を表すインサート数Ｎｃｅｌｌｓを演算（算出）する。そして、変換器制御部５０では、セル選択制御部５６が、少なくともインサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化したことをきっかけとして、アーム電流Ｉａｒｍの極性と、ソートリスト演算部５４により出力されたソートリストとを参照して、インサート状態あるいはバイパス状態に変更させるセル１６２を選択する。これにより、ゲート信号生成部５８が、それぞれのセル１６２が備えるスイッチング素子Ｑをオン状態あるいはオフ状態にさせるためのゲート信号を生成する。つまり、変換器制御部５０では、セルごとに個別に割り当てられた三角波キャリアと電圧指令値（変調波）とは存在しない。
【0048】
さらに、従来の位相シフトＰＷＭ方式では、セルごとの電圧指令値（変調波）の振幅を調整することによって、セルに流入出する比較的長い周期の平均電力を操作し、コンデンサ電圧の均一化を図る。このため、従来の位相シフトＰＷＭ方式では、それぞれのセルが備えるコンデンサの充電量を相対的に均一になるようにバランスさせる時間が長くなってしまう。これに対して、実施形態の変換器制御部５０では、セル選択制御部５６が、例えば、セル１６２内のスイッチング素子Ｑをスイッチング制御するタイミングごとに、セル１６２が備えるコンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランス制御することができる。このため、実施形態の変換器制御部５０では、従来の位相シフトＰＷＭ方式よりも短い時間でコンデンサＣの充電量の均一化を図ることができる。このことにより、電力変換器１０は、実施形態の変換器制御部５０によるコンデンサ電圧Ｖｃのバランス制御によって、コンデンサ電圧Ｖｃの変動幅が抑制され、セル１６２ごとに出力可能な電圧を確保し、運転の制約を軽減することができる。そして、電力変換器１０では、実施形態の変換器制御部５０によるコンデンサ電圧Ｖｃのバランス制御によって、コンデンサ電圧Ｖｃの最大値が抑制され、セル１６２が備えるコンデンサＣやスイッチング素子Ｑの故障リスクを低減することができる。
【0049】
これらのことから、電力変換装置１は、電力変換器１０における高いコンデンサ電圧バランス性能と、故障リスクを低減した、高い信頼性を同時に得ることができる。しかも、電力変換装置１では、変換器制御部５０（より具体的には、セル選択制御部５６）によるバランス制御が、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合に行われるため、電力変換器１０において、例えば、低電力の運転時など、コンデンサ電圧Ｖｃの変動幅が狭くなるような運転のときにも、セル１６２に対するスイッチング制御の周期が短く、つまり、スイッチング周波数が高くなってしまうのを防止することができる。さらに、電力変換装置１では、例えば、系統事故などが発生した際も、変換器制御部５０によるバランス制御が、コンデンサ電圧Ｖｃが通常の電圧範囲から逸脱してしまうのを抑えるように動作するため、コンデンサ電圧Ｖｃが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器１０の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このため、電力変換装置１では、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させることができる。
【0050】
［電力変換装置の第１の動作］
次に、電力変換装置１の動作、つまり、変換器制御部５０におけるセル１６２の制御の一例について説明する。以下の説明においては、電力変換器１０が備えるレグ１２－Ｒと、レグ１２－Ｓと、レグ１２－Ｔとのそれぞれのレグ１２を代表して、レグ１２－Ｒが備えるアームユニット１６－Ｐ－Ｒに対する制御について説明する。以下の説明においては、説明を容易にするため、変換器制御部５０が備えるそれぞれの構成要素の動作を、変換器制御部５０自体が行うものとして説明する。
次に、電力変換装置１の動作、つまり、変換器制御部５０におけるセル１６２の制御の一例について説明する。以下の説明においては、電力変換器１０が備えるレグ１２－Ｒと、レグ１２－Ｓと、レグ１２－Ｔとのそれぞれのレグ１２を代表して、レグ１２－Ｒが備えるアームユニット１６－Ｐ－Ｒに対する制御について説明する。以下の説明においては、説明を容易にするため、変換器制御部５０が備えるそれぞれの構成要素の動作を、変換器制御部５０自体が行うものとして説明する。
【0051】
図４は、電力変換装置１における第１の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。図４に示した電力変換装置１の動作の一例は、アームユニット１６－Ｐ－Ｒ（以下、単に「アームユニット１６」という）が備えるセル１６２が、六つ（ｎ＝６）である場合の動作の一例である。図４には、アームユニット１６が備えるセル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ－５が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍｉｎを下回った場合）における変換器制御部５０のバランス制御の一例を示している。図４には、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊、アーム電流Ｉａｒｍ、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づいてアームユニット１６が生成したアーム電圧Ｖａｒｍ、および変換器制御部５０によりセル１６２－１～セル１６２－６が備えるスイッチング素子Ｑ１に出力されるゲート信号ｇｔｐ－１～ゲート信号ｇｔｐ－６の時間的な変化を、同じ時間軸に示している。図４には、変換器制御部５０がバランス制御をするセル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ（Ｖｃ－５）の模式的な変化も、同じ時間軸に示している。さらに、図４には、変換器制御部５０（より具体的には、ソートリスト演算部５４）が演算（生成）するソートリストの一例を示している。図４に示した第１の動作では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の１周期ごとにソートリストが生成される（更新される）ものとしている。図４には、コンデンサ電圧Ｖｃ－５の電圧値を取得する取得周期ＴＳ１、およびソートリストが作成される演算周期ＴＳ２の期間の一例も示している。
【0052】
アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊は、交流系統の周波数と直流成分とを含む。上述したように、変換器制御部５０（より具体的には、インサート数演算部５２）は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づいて、階段状の疑似的な正弦波で表されるインサート数Ｎｃｅｌｌｓを演算（算出）する。図４では、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、最小値が「０」、最大値が「ｎ（ここでは「６」）」の整数値である。インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、例えば、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊をアームユニット１６に属するセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値または定格値で除算した値を整数に近似して算出したものである。つまり、図４に示した電力変換装置１の動作タイミングは、変換器制御部５０が１パルス制御を行う場合の動作タイミングである。インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、図４に示したアーム電圧Ｖａｒｍと等価なものを表している。
【0053】
変換器制御部５０（より具体的には、セル選択制御部５６およびゲート信号生成部５８）は、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化したタイミングごとに、アームユニット１６に属するインサート状態のセル１６２が、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが表すインサート状態にさせるセル１６２の数（整数値）と一致するように、それぞれのセル１６２に出力するゲート信号ｇｔｐを制御する。それぞれのゲート信号ｇｔｐは、「１（“Ｈｉｇｈ”レベル）」の場合にスイッチング素子Ｑ１をオン状態にさせ、「０（“Ｌｏｗ”レベル）」の場合にスイッチング素子Ｑ１をオフ状態にさせるものである。ここで、セル１６２が備えるスイッチング素子Ｑ２に出力するゲート信号ｇｔｎは、上述したように、ゲート信号ｇｔｐを論理反転させることによって生成することができる。このため、図４では、ゲート信号ｇｔｎの図示は省略している。従って、図４では、セル１６２は、ゲート信号ｇｔｐが「１」のときがインサート状態であり、ゲート信号ｇｔｐが「０」のときがバイパス状態である。さらに、図４では、説明を容易にするため、デッドタイムを省略している。アーム電圧Ｖａｒｍは、セル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃが均一に制御されている場合、おおむねインサート数Ｎｃｅｌｌｓが表すインサート状態にさせるセル１６２の数（整数値）にコンデンサ電圧Ｖｃを乗じた電圧値となる。
【0054】
アーム電流Ｉａｒｍは、交流系統の周波数と直流成分を含む。アームユニット１６では、アーム電流Ｉａｒｍが正極性（Ｉａｒｍ＞０）の場合、インサート状態のセル１６２が備えるコンデンサＣが充電され、この充電期間中にコンデンサ電圧Ｖｃが上昇する。アームユニット１６では、アーム電流Ｉａｒｍが負極性（Ｉａｒｍ＜０）の場合、インサート状態のセル１６２が備えるコンデンサＣは放電され、この放電期間中にコンデンサ電圧Ｖｃが下降する。アームユニット１６では、アーム電流Ｉａｒｍの極性に関わらず、バイパス状態のセル１６２が備えるコンデンサＣは充電も放電もされずに、現在のコンデンサ電圧Ｖｃを維持する。
【0055】
図４に示した時刻ｔ０では、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは「３」である。そして、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性は負極性であるため、変換器制御部５０は、放電極性であると判定している。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照し、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル１６２を、インサート状態にさせるセル１６２として選択している。より具体的には、変換器制御部５０は、ソートリストにおいて高い方から三つのコンデンサ電圧Ｖｃ（Ｖｃ－１、Ｖｃ－２、およびＶｃ－３）であるセル１６２－１と、セル１６２－２と、セル１６２－３とを選択している。このため、図４に示した時刻ｔ０では、変換器制御部５０が、選択した三つのセル１６２をインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－１、ゲート信号ｇｔｐ－２、およびゲート信号ｇｔｐ－３のそれぞれを「１」にしている。ここで、セル１６２－５は、ゲート信号ｇｔｐ－５が「０」であるため、バイパス状態である。このため、セル１６２－５が備えるコンデンサＣ－５は充電も放電もされずに、現在のコンデンサ電圧Ｖｃ－５を維持している。
【0056】
その後、時刻ｔ１において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「４」に変化する（増加する）と、変換器制御部５０は、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（放電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が次に多いコンデンサＣを備えるセル１６２を、インサート状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいて高い方から三つ目までのコンデンサ電圧Ｖｃである三つのセル１６２をすでに選択しているため、次に高いコンデンサ電圧Ｖｃ（つまり、四番目に高いＶｃ－４）であるセル１６２－４を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ１において、選択したセル１６２－４をさらにインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－４を「１」にする。このときも、セル１６２－５はバイパス状態であるため、引き続きセル１６２－５は、現在のコンデンサ電圧Ｖｃ－５を維持している。
【0057】
その後、時刻ｔ２において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「５」に変化する（増加する）と、変換器制御部５０は、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性が正極性（充電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル１６２を、インサート状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方から一番目（つまり、Ｖｃ－６）であるセル１６２－６を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ２において、選択したセル１６２－６をさらにインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－６を「１」にする。このときも、セル１６２－５はバイパス状態であるため、引き続きセル１６２－５は、現在のコンデンサ電圧Ｖｃ－５を維持している。
【0058】
その後、時刻ｔ３において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「６」に変化する（増加する）と、変換器制御部５０は、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性が正極性（充電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が次に少ないコンデンサＣを備えるセル１６２を、インサート状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいて低い方から一つ目のコンデンサ電圧Ｖｃである一つのセル１６２をすでに選択しているため、次に低いコンデンサ電圧Ｖｃ（つまり、二番目に低いＶｃ－５）であるセル１６２－５を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ３において、選択したセル１６２－５をさらにインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－５を「１」にする。これにより、セル１６２－５は、コンデンサＣ－５が充電され、コンデンサ電圧Ｖｃ－５は、充電に伴って上昇（増加）していく。
【0059】
その後、時刻ｔ４において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「５」に変化する（減少する）と、変換器制御部５０は、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性が正極性（充電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在インサート状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル１６２を、バイパス状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが高い方から一番目（つまり、Ｖｃ－１）であるセル１６２－１を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ４において、選択したセル１６２－１をバイパス状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－１を「０」にする。このときも、セル１６２－５はインサート状態であるため、引き続きコンデンサＣ－５が充電され、コンデンサ電圧Ｖｃ－５は上昇していく。
【0060】
その後、時刻ｔ５において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「４」に変化する（減少する）と、変換器制御部５０は、時刻ｔ４と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが高い方から二番目（つまり、Ｖｃ－２）であるセル１６２－２を選択し、選択したセル１６２－２をバイパス状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－２を「０」にする。このときも、セル１６２－５はインサート状態であるため、引き続きコンデンサＣ－５が充電され、コンデンサ電圧Ｖｃ－５は上昇していく。
【0061】
その後、時刻ｔ６において、アーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（放電極性）になると、インサート状態であるセル１６２－５は、コンデンサＣ－５に蓄積されている電力を放電するようになる。このため、コンデンサ電圧Ｖｃ－５は、放電に伴って下降（減少）していく。
【0062】
その後、時刻ｔ７において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「３」に変化する（減少する）と、変換器制御部５０は、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（放電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル１６２を、バイパス状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方から一番目（つまり、Ｖｃ－６）であるセル１６２－６を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ６において、選択したセル１６２－６をバイパス状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－６を「０」にする。このときも、セル１６２－５はインサート状態であるため、引き続きコンデンサＣ－５に蓄積されている電力を放電し、コンデンサ電圧Ｖｃ－５は下降していく。
【0063】
その後、時刻ｔ８において、セル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ－５が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、変換器制御部５０は、セル１６２－５をバイパス状態にさせるために、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル１６２を、バイパス状態にさせたセル１６２－５の代わりにインサート状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが高い方から一番目（つまり、Ｖｃ－１）であるセル１６２－１を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ８において、セル１６２－５をバイパス状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－５を「０」にする。これにより、セル１６２－５からの放電が停止され、セル１６２－５が備えるコンデンサＣ－５からの放電が継続されることによって、図４において破線で示したように、コンデンサ電圧Ｖｃ－５が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを大幅に下回ってしまうことがなくなる。つまり、コンデンサ電圧Ｖｃ－５は、図４において実線で示したように、閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。さらに、変換器制御部５０は、時刻ｔ８において、選択したセル１６２－１をインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－１を「１」にする。これにより、セル１６２－１のコンデンサ電圧が代替として出力され、アーム電圧Ｖａｒｍが、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に従った理想的な階段状の波形からずれる（誤差を含む）ものになってしまうことがなくなる。
【0064】
その後、時刻ｔ９において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「２」に変化する（減少する）と、変換器制御部５０は、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（放電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル１６２を、バイパス状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいて低い方から一つ目と二つ目のコンデンサ電圧Ｖｃである二つのセル１６２をすでに選択しているため、次に低いコンデンサ電圧Ｖｃ（つまり、三番目に低いＶｃ－４）であるセル１６２－４を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ９において、選択したセル１６２－４をバイパス状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－４を「０」にする。なお、時刻ｔ９において変換器制御部５０は、時刻ｔ８においてバイパス状態にさせたセル１６２－５の代わりにインサート状態にさせたセル１６２－１を選択し、バイパス状態にするようにしてもよい。このときも、セル１６２－５はバイパス状態であるため、セル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ－５は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0065】
その後、時刻ｔ１０～時刻ｔ１１において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが順次、「１」、「０」と変化する（減少する）ごとに、変換器制御部５０は、時刻ｔ７と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方から四番目、六番目（つまり、Ｖｃ－３、Ｖｃ－１）であるセル１６２を順次選択し、選択したセル１６２をバイパス状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐを「０」にする。より具体的には、変換器制御部５０は、時刻ｔ１０においてセル１６２－３を選択してゲート信号ｇｔｐ－３を「０」にし、時刻ｔ１１においてセル１６２－１を選択してゲート信号ｇｔｐ－１を「０」にする。このときも、セル１６２－５はバイパス状態であるため、セル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ－５は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0066】
その後、時刻ｔ１２において、ソートリストが更新される。ここでは、更新されたソートリストも、降順に並べ替えたコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値の順番が、更新前のソートリストと同じであるものとしている。
【0067】
その後、時刻ｔ１３において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「１」に変化する（増加する）と、変換器制御部５０は、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（放電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル１６２を、インサート状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが高い方から一番目（つまり、Ｖｃ－１）であるセル１６２－１を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ１３において、選択したセル１６２－１をインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－１を「１」にする。このときも、セル１６２－５はバイパス状態であるため、セル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ－５は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0068】
その後、時刻ｔ１４～時刻ｔ１５において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが順次、「２」、「３」と変化する（増加する）ごとに、変換器制御部５０は、時刻ｔ１３と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが高い方から二番目、三番目（つまり、Ｖｃ－２、Ｖｃ－３）であるセル１６２を順次選択し、選択したセル１６２をインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐを「１」にする。より具体的には、変換器制御部５０は、時刻ｔ１４においてセル１６２－２を選択してゲート信号ｇｔｐ－２を「１」にし、時刻ｔ１５においてセル１６２－３を選択してゲート信号ｇｔｐ－３を「１」にする。このときも、セル１６２－５はバイパス状態であるため、セル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ－５は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0069】
このように、変換器制御部５０は、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化する（増加するあるいは減少する）タイミングごとに、アーム電流Ｉａｒｍの極性に基づいて、放電極性か充電極性かを判定し、ソートリストを参照して、制御状態をインサート状態あるいはバイパス状態にさせるセル１６２を選択して、選択したセル１６２のゲート信号ｇｔｐを制御する。このとき、いずれかのセル１６２においてコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍａｘを上回った場合）、あるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍｉｎを下回った場合）、変換器制御部５０は、バランス制御を行う。つまり、変換器制御部５０は、ソートリストの演算（生成）タイミングや、スイッチング制御のタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合に、バランス制御を行う。バランス制御において変換器制御部５０は、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル１６２を、バイパス状態にさせる。これにより、バイパス状態にされたセル１６２は、コンデンサＣへの充電、あるいはコンデンサＣからの放電を停止する。そして、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル１６２の中から、バイパス状態にさせたセル１６２の代替とするセル１６２を選択してインサート状態にさせる。これにより、電力変換器１０では、セル１６２が備えるコンデンサＣが今以上に充電あるいは放電が行われないようになり（過充電や過放電となることなく）、コンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。図４に示した電力変換装置１の第１の動作では、時刻ｔ８において、セル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ－５が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合を示したが、変換器制御部５０におけるバランス制御は、他のセル１６２についても同様である。図４に示した電力変換装置１の第１の動作では、時刻ｔ８において、セル１６２－５の代替としてセル１６２－１を選択する場合を示したが、代替としての選択は、他のセル１６２についても同様である。図４に示した電力変換装置１の第１の動作では、変換器制御部５０におけるバランス制御が、セル１６２－５のコンデンサ電圧Ｖｃ－５が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合におけるバランス制御を示したが、アームユニット１６が備えるいずれかのセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合におけるバランス制御も、上述した第１の動作のバランス制御と等価なものになるようにすればよい。
【0070】
［電力変換装置の第２の動作］
前述した第１の動作では、変換器制御部５０が１パルス制御を行う場合を示したが、変換器制御部５０は、複パルス制御を行うこともできる。次に、電力変換装置１の別の動作（変換器制御部５０におけるバランス制御の別の一例）として、変換器制御部５０が複パルス制御を行う場合の動作について説明する。
前述した第１の動作では、変換器制御部５０が１パルス制御を行う場合を示したが、変換器制御部５０は、複パルス制御を行うこともできる。次に、電力変換装置１の別の動作（変換器制御部５０におけるバランス制御の別の一例）として、変換器制御部５０が複パルス制御を行う場合の動作について説明する。
【0071】
図５は、電力変換装置１における第２の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。図５に示した第２の動作も、図４に示した第１の動作と同様に、アームユニット１６が備えるセル１６２が六つ（ｎ＝６）である場合の動作である。インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、例えば、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づく変調波と、アームユニット１６に属するセル１６２の数（ここでは「６」）と同数で互いに位相やレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアを比較し、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊（変調波）の値が三角波キャリアの値を上回る三角波キャリア波の個数として算出したものである。第２の動作では、変換器制御部５０が、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の１周期内にアームユニット１６に属するセル１６２を複数回制御する複パルス制御を行うため、図５に示した電力変換装置１の動作タイミングは、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の１周期内の一部の範囲を拡大して示している。
【0072】
図５に示した第２の動作は、例えば、アーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（Ｉａｒｍ＜０）である放電極性（放電期間）において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが表すインサート状態のセル１６２の数が「２」から「１」に変化する前の「２」である期間中、つまり、インサート状態のセル２６２の数が「２」で変化していない期間に、バランス制御を行う場合の一例である。図５に示した第２の動作では、ソートリスト演算部５４が、図４に示した第１の動作よりも短い演算周期ＴＳ２でソートリストを生成するものとしている。ただし、図５に示した第２の動作でも、演算周期ＴＳ２は、取得周期ＴＳ１よりも長い時間間隔の周期（ＴＳ２＞ＴＳ１）である。図５には、アームユニット１６が備えるセル１６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍｉｎを下回った場合）における変換器制御部５０のバランス制御の一例を示している。
【0073】
図５に示した時刻ｔ０では、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは「２」である。このため、変換器制御部５０は、ソートリストを参照し、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル１６２を、インサート状態にさせるセル１６２として選択している。より具体的には、変換器制御部５０は、ソートリストにおいて高い方から二つのコンデンサ電圧Ｖｃ（Ｖｃ－１およびＶｃ－３）であるセル１６２－１と、セル１６２－３とを選択している。このため、図５に示した時刻ｔ０では、変換器制御部５０が、選択した二つのセル１６２をインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－１およびゲート信号ｇｔｐ－３のそれぞれを「１」にしている。このため、セル１６２－３は、コンデンサＣ－３に蓄積されている電力が放電され、コンデンサ電圧Ｖｃ－３は、放電に伴って下降（減少）していく。
【0074】
その後、時刻ｔ１において、セル１６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、変換器制御部５０は、セル１６２－３をバイパス状態にさせるために、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル１６２を、バイパス状態にさせたセル１６２－３の代わりにインサート状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが高い方から三番目（つまり、Ｖｃ－２）であるセル１６２－２を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ１において、セル１６２－３をバイパス状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－３を「０」にする。これにより、セル１６２－３からの放電が停止され、セル１６２－３が備えるコンデンサＣ－３からの放電が継続されることによって、図５において破線（ソートリスト更新に合わせてのみバランス制御を実行する場合）で示したように、コンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを大幅に下回ってしまうことがなくなる。つまり、コンデンサ電圧Ｖｃ－３は、図５において実線で示したように、閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。さらに、変換器制御部５０は、時刻ｔ１において、選択したセル１６２－２をインサート状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－２を「１」にする。これにより、セル１６２－２のコンデンサ電圧が代替として出力され、アーム電圧Ｖａｒｍは維持されることになる。
【0075】
その後、時刻ｔ２において、ソートリストが更新される。ここでは、セル１６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が最も低いコンデンサ電圧Ｖｃとなったソートリストに更新されたものとしている。
【0076】
その後、時刻ｔ３において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「１」に変化する（減少する）と、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル１６２を、バイパス状態にさせるセル１６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０は、インサート状態にしているセル１６２－１とセル１６２－２とのうち、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方（つまり、Ｖｃ－２）であるセル１６２－２を選択する。そして、変換器制御部５０は、時刻ｔ３において、選択したセル１６２－２をバイパス状態にさせるために、ゲート信号ｇｔｐ－２を「０」にする。このときも、セル１６２－３はバイパス状態であるため、セル１６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0077】
このように、変換器制御部５０は、第２の動作（複パルス制御）においても、図４に示した第１の動作（１パルス制御）と同様に、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化する（増加するあるいは減少する）タイミングごとに、アーム電流Ｉａｒｍの極性に基づいて、放電極性か充電極性かを判定し、ソートリストを参照して、制御状態をインサート状態あるいはバイパス状態にさせるセル１６２を選択して、選択したセル１６２のゲート信号ｇｔｐを制御する。このとき、第２の動作においても、いずれかのセル１６２においてコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍａｘを上回った場合）、あるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍｉｎを下回った場合）、変換器制御部５０は、バランス制御を行う。つまり、第２の動作においても、変換器制御部５０は、ソートリストの演算（生成）タイミングや、スイッチング制御のタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合に、バランス制御を行う。第２の動作のバランス制御においても、変換器制御部５０は、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル１６２を、バイパス状態にさせる。これにより、第２の動作においても、バイパス状態にされたセル１６２は、コンデンサＣへの充電、あるいはコンデンサＣからの放電を停止する。そして、第２の動作においても、変換器制御部５０は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル１６２の中から、バイパス状態にさせたセル１６２の代替とするセル１６２を選択してインサート状態にさせる。これにより、第２の動作においても、電力変換器１０では、セル１６２が備えるコンデンサＣが今以上に充電あるいは放電が行われないようになり（過充電や過放電となることなく）、コンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。図５に示した電力変換装置１の第２の動作では、時刻ｔ１において、セル１６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合を示したが、変換器制御部５０におけるバランス制御は、他のセル１６２についても同様である。図５に示した電力変換装置１の第２の動作では、時刻ｔ１において、セル１６２－３の代替としてセル１６２－２を選択する場合を示したが、代替としての選択は、他のセル１６２についても同様である。図５に示した電力変換装置１の第２の動作では、変換器制御部５０におけるバランス制御が、セル１６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合におけるバランス制御を示したが、アームユニット１６が備えるいずれかのセル１６２のコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合におけるバランス制御も、上述した第２の動作のバランス制御と等価なものになるようにすればよい。
【0078】
このような構成および動作によって、電力変換装置１では、変換器制御部５０が、電力変換器１０が備えるそれぞれのアームユニット１６について、セル１６２のインサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化する（増加するあるいは減少する）タイミングごとに、アーム電流Ｉａｒｍの極性に基づいて、放電極性か充電極性かを判定する。そして、電力変換装置１では、変換器制御部５０が、それぞれのアームユニット１６ごとに演算（生成）したソートリストを参照して、制御状態をインサート状態あるいはバイパス状態にさせるセル１６２を選択して、選択したセル１６２の制御状態を変更する。このとき、いずれかのセル１６２においてコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、変換器制御部５０は、そのセル１６２をバイパス状態にさせ、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル１６２の中から代替のセル１６２を選択してインサート状態にさせる。これにより、電力変換装置１では、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル１６２が備えるコンデンサＣの過充電や過放電を防止することができ、コンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。これにより、電力変換装置１では、電力変換器１０において、セル１６２が備えるコンデンサＣやスイッチング素子Ｑの故障リスクを低減することができ、例えば、系統事故などが発生した際も、コンデンサ電圧Ｖｃが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器１０の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このことにより、電力変換装置１では、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
【0079】
上記説明したように、第１の実施形態の電力変換装置１では、変換器制御部５０が、電力変換器１０が備えるそれぞれのアームユニット１６について、セル１６２のインサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化する（増加するあるいは減少する）タイミングごとに、アーム電流Ｉａｒｍの極性に基づいて、放電極性か充電極性かを判定する。そして、第１の実施形態の電力変換装置１では、変換器制御部５０が、それぞれのアームユニット１６ごとに演算（生成）したソートリストを参照して、制御状態をインサート状態あるいはバイパス状態にさせるセル１６２を選択して、選択したセル１６２の制御状態を変更する。このとき、第１の実施形態の電力変換装置１では、いずれかのセル１６２においてコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、変換器制御部５０は、そのセル１６２をバイパス状態にさせ、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル１６２の中から代替のセル１６２を選択してインサート状態にさせる。これにより、第１の実施形態の電力変換装置１では、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル１６２が備えるコンデンサＣの過充電や過放電を防止することができ、コンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。これにより、第１の実施形態の電力変換装置１では、電力変換器１０において、セル１６２が備えるコンデンサＣやスイッチング素子Ｑの故障リスクを低減することができ、例えば、系統事故などが発生した際も、コンデンサ電圧Ｖｃが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器１０の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このことにより、第１の実施形態の電力変換装置１では、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
【0080】
上述した第１の実施形態の電力変換装置１では、電力変換器１０が、例えば、交流系統と直流系統との連系点に設けられ、変換器制御部５０からの制御に応じて、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する二重スター結線型ＭＭＣである場合について説明した。しかし、電力変換器１０は、他の構成の電力変換器であってもよい。
【0081】
（第２の実施形態）
［電力変換装置の構成］
以下、第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図６には、例えば、交流系統に接続され、交流系統の無効電力を調整する電力変換装置２の一例を示している。電力変換装置２は、例えば、後述するセル２６２に、蓄電池などのエネルギー蓄積要素を備える構成である場合は、交流系統の有効電力を調整するものとなり得る。交流系統は、第１の実施形態と同様に、例えば、交流電源や交流負荷であってもよい。電力変換装置２は、電力変換器２０と、変換器制御部５０ａと、を備える。図６においては、第１の実施形態の電力変換装置１と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
［電力変換装置の構成］
以下、第２の実施形態について説明する。図６は、第２の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図６には、例えば、交流系統に接続され、交流系統の無効電力を調整する電力変換装置２の一例を示している。電力変換装置２は、例えば、後述するセル２６２に、蓄電池などのエネルギー蓄積要素を備える構成である場合は、交流系統の有効電力を調整するものとなり得る。交流系統は、第１の実施形態と同様に、例えば、交流電源や交流負荷であってもよい。電力変換装置２は、電力変換器２０と、変換器制御部５０ａと、を備える。図６においては、第１の実施形態の電力変換装置１と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
【0082】
電力変換器２０は、変換器制御部５０ａからの制御に応じて、交流電力を変換する単一デルタ結線型モジュラー・マルチレベル変換器（ＭＭＣ）である。電力変換器２０は、交流系統の線間に、複数のレグ２２を備える。電力変換器２０が備えるレグ２２の数は、交流系統が供給する交流電力の相の線間数に対応する数である。図６には、交流系統が、第１相（Ｒ相）、第２相（Ｓ相）、および第３相（Ｔ相）の三相の交流電力を供給する場合を示している。このため、図６には、レグ２２－ＲＳと、レグ２２－ＳＴと、レグ２２－ＴＲとの三つのレグ２２を備える電力変換器２０の構成を示している。レグ２２－ＲＳ、レグ２２－ＳＴ、およびレグ２２－ＴＲのそれぞれは、同じ構成である。
【0083】
それぞれのレグ２２では、交流端子ＣＡが、交流系統のいずれかの相の端子に接続され、交流端子ＣＢが、交流系統において交流端子ＣＡに接続された相とは異なる他のいずれかの相の端子に接続される。より具体的には、Ｒ相とＳ相との相間に対応するレグ２２－ＲＳでは、交流端子ＣＡ－Ｒが交流系統のＲ相の交流端子Ｒに接続され、交流端子ＣＢ－Ｓが交流系統のＳ相の交流端子Ｓに接続される。Ｓ相とＴ相との相間に対応するレグ２２－ＳＴでは、交流端子ＣＡ－Ｓが交流系統の交流端子Ｓに接続され、交流端子ＣＢ－Ｔが交流系統のＴ相の交流端子Ｔに接続される。Ｔ相とＲ相との相間に対応するレグ２２－ＴＲでは、交流端子ＣＡ－Ｔが交流系統の交流端子Ｔに接続され、交流端子ＣＢ－Ｒが交流系統の交流端子Ｒに接続される。図６には、それぞれのレグ２２の交流端子ＣＡが、トランスＴＲを介して、交流系統の対応する相の端子に接続されている場合を示している。
【0084】
それぞれのレグ２２は、例えば、リアクトル１４と、アームユニット２６と、を備える。それぞれのアームユニット２６は、例えば、直列に接続されたｎ個（ｎは、自然数）のセル２６２（セル２６２－１～セル２６２－ｎ）を備える。図６においては、レグ２２が備えるそれぞれの構成要素が、交流系統のいずれの相、またはいずれの相間に対応する構成要素であるかを区別するため、それぞれの符号の後に「－（ハイフン）」と、Ｒ相を表す文字「Ｒ」、Ｓ相を表す文字「Ｓ」、Ｔ相を表す文字「Ｔ」、Ｒ相とＳ相との相間を表す文字「ＲＳ」、Ｓ相とＴ相との相間を表す文字「ＳＴ」、あるいはＴ相とＲ相との相間を表す文字「ＴＲ」を付している。以下の説明においては、それぞれの構成要素が、交流系統のいずれの相、またはいずれの相間に対応する構成要素であるかを区別しない場合には、それぞれの構成要素の符号に付したハイフンとハイフンに続く識別のための文字を省略する。
【0085】
それぞれのレグ２２では、アームユニット２６の交流端子ＣＡ側にリアクトル１４が直列に接続されている。そして、それぞれのレグ２２では、リアクトル１４においてアームユニット２６と接続されていない側の一端が、交流端子ＣＡとなっている。それぞれのレグ２２では、アームユニット２６におけるリアクトル１４と反対側の端子がレグ２２の交流端子ＣＢとなっている。言い換えれば、それぞれのレグ２２では、交流端子ＣＡ側から交流端子ＣＢ側に向かって、リアクトル１４、およびセル２６２－１～セル２６２－ｎが、この順番に直列接続されて交流端子ＣＡに接続されている。
【0086】
レグ２２は、特許請求の範囲における「相ユニット」の一例である。アームユニット２６（リアクトル１４を含んでもよい）は、特許請求の範囲における「アームユニット」の一例である。セル２６２は、特許請求の範囲における「単位変換器」の一例である。リアクトル１４は、特許請求の範囲における「インダクタンス要素」の一例である。
【0087】
図６では、それぞれのレグ２２において、リアクトル１４が、アームユニット２６の交流端子ＣＡ側に配置されている場合を示しているが、リアクトル１４は、アームユニット２６の交流端子ＣＡ側とは反対側（つまり、交流端子ＣＢ側）や、アームユニット２６内の任意の位置（つまり、アームユニット２６において直列接続されているいずれか二つのセル２６２の間の位置）に配置されてもよい。リアクトル１４は、リアクトルの機能を代替するだけの漏れリアクタンスを有する特殊な巻線構造のトランスに置き換えられてもよい。この場合、リアクトル１４は、トランスＴＲと一体化されてもよい。
【0088】
それぞれのアームユニット２６は、直列接続されたそれぞれのセル２６２に対する変換器制御部５０ａからの制御に応じて、交流系統の対応する相間に供給する交流波形を表す階段状の正弦波（マルチレベル波形）の交流電圧を生成する。
【0089】
ここで、アームユニット２６が備えるセル２６２の構成の一例について説明する。セル２６２は、例えば、フルブリッジ回路である。図７は、電力変換器２０が備えるレグ２２内のセル２６２の構成の一例を示す図である。セル２６２は、四つのスイッチング素子Ｑ（スイッチング素子Ｑ１～スイッチング素子Ｑ４）と、四つのダイオードＤ（ダイオードＤ１～ダイオードＤ４）と、コンデンサＣと、を備える。スイッチング素子Ｑは、第１の実施形態のセル１６２が備えるスイッチング素子Ｑと同様に、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）である。従って、スイッチング素子Ｑは、ＩＧＢＴに限定されず、コンバータまたはインバータを実現可能な自己消弧型の半導体スイッチング素子であれば、いかなる素子であってもよい。
【0090】
セル２６２では、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２とが互いに直列に接続され、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４とが互いに直列に接続されている。そして、セル２６２では、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との直列回路と、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との直列回路と、コンデンサＣとが、互いに並列に接続されている。セル２６２では、それぞれのスイッチング素子Ｑと対応するダイオードＤとが、互いに並列に接続されている。セル２６２では、スイッチング素子Ｑ１のエミッタとスイッチング素子Ｑ２のコレクタとの接続点が、レグ２２において交流端子ＣＡ側に接続される正極端子ＴＰ（＋）となり、スイッチング素子Ｑ３のエミッタとスイッチング素子Ｑ４のコレクタとの接続点が、レグ２２において交流端子ＣＢ側に接続される負極端子ＴＮ（－）となっている。
【0091】
セル２６２が備えるスイッチング素子Ｑ１～スイッチング素子Ｑ４のそれぞれのゲートには、変換器制御部５０ａからの制御信号が入力される（制御電圧が印加される、または制御電流が供給される）。スイッチング素子Ｑ１のゲートには、変換器制御部５０ａからの制御信号としてゲート信号ｇｔａが入力され、スイッチング素子Ｑ２のゲートには、変換器制御部５０ａからの制御信号としてゲート信号ｇｔｂが入力され、スイッチング素子Ｑ３のゲートには、変換器制御部５０ａからの制御信号としてゲート信号ｇｔｃが入力され、スイッチング素子Ｑ４のゲートには、変換器制御部５０ａからの制御信号としてゲート信号ｇｔｄが入力される。これにより、スイッチング素子Ｑ１～スイッチング素子Ｑ４のそれぞれは、変換器制御部５０ａによってオン状態またはオフ状態のいずれかの状態に切り替えられる。以下の説明においては、「１（“Ｈｉｇｈ”レベル）」の制御信号（ゲート信号ｇｔａ、ゲート信号ｇｔｂ、ゲート信号ｇｔｃ、およびゲート信号ｇｔｄ）が入力されるとそれぞれのスイッチング素子Ｑがオン状態となり、「０（“Ｌｏｗ”レベル）」の制御信号（ゲート信号ｇｔａ、ゲート信号ｇｔｂ、ゲート信号ｇｔｃ、およびゲート信号ｇｔｄ）が入力されるそれぞれのスイッチング素子Ｑがオフ状態となるものとする。
【0092】
コンデンサＣは、それぞれのスイッチング素子Ｑの状態に応じて、充電され、または放電する。セル２６２では、コンデンサＣの端子間電圧（コンデンサ電圧Ｖｃ）が、セル２６２の正極端子ＴＰと負極端子ＴＮとの間の端子間電圧（セル電圧Ｖｏ）として生じる。より具体的には、変換器制御部５０ａが、制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（１，０，０，１）にすると、例えば、正極端子ＴＰ、スイッチング素子Ｑ１、コンデンサＣ、スイッチング素子Ｑ４、負極端子ＴＮの順に電流が流れて、セル２６２のセル電圧Ｖｏはコンデンサ電圧Ｖｃと一致する。つまり、変換器制御部５０ａが制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（１，０，０，１）にすることにより、セル２６２の正極端子ＴＰと負極端子ＴＮとの間にコンデンサＣが挿入されて、コンデンサ電圧Ｖｃがセル電圧Ｖｏとして出力される。以下の説明においては、変換器制御部５０ａが制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（１，０，０，１）にすることを「正電圧インサート」といい、この場合のセル２６２の状態を「正電圧インサート状態」という。一方、変換器制御部５０ａが、制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（０，１，１，０）にすると、例えば、正極端子ＴＰ、スイッチング素子Ｑ２、コンデンサＣ、スイッチング素子Ｑ３、負極端子ＴＮの順に電流が流れて、セル２６２のセル電圧Ｖｏはコンデンサ電圧Ｖｃの反転と一致する。つまり、変換器制御部５０ａが制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（０，１，１，０）にすることにより、セル２６２の正極端子ＴＰと負極端子ＴＮとの間にコンデンサＣが逆方向に挿入されて、マイナスのコンデンサ電圧Ｖｃがセル電圧Ｖｏとして出力される。以下の説明においては、変換器制御部５０ａが制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（０，１，１，０）にすることを「負電圧インサート」といい、この場合のセル２６２の状態を「負電圧インサート状態」という。さらに、変換器制御部５０ａが、制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（１，０，１，０）、あるいは（０，１，０，１）にすると、例えば、正極端子ＴＰ、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ３、負極端子ＴＮの順、あるいは正極端子ＴＰ、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ４、負極端子ＴＮの順に電流が流れて、セル２６２のセル電圧Ｖｏは０［Ｖ］となる。つまり、変換器制御部５０ａが制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（１，０，１，０）、あるいは（０，１，０，１）にすることにより、セル２６２の正極端子ＴＰと負極端子ＴＮとが短絡され、コンデンサＣを通らずに電流が流れることによって、セル２６２のセル電圧Ｖｏは０［Ｖ］となる。以下の説明においては、変換器制御部５０ａが制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（１，０，１，０）、あるいは（０，１，０，１）にすることを「バイパス」といい、この場合のセル２６２の状態を「バイパス状態」という。
【0093】
セル２６２は、図７に示した構成に限定されるものではなく、セル２６２と同様の機能を実現する構成であれば、いかなる構成のものであってもよい。
【0094】
スイッチング素子Ｑ１およびダイオードＤ１は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第１のスイッチング素子」の一例であり、スイッチング素子Ｑ２およびダイオードＤ２は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第２のスイッチング素子」の一例であり、スイッチング素子Ｑ３およびダイオードＤ３は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第３のスイッチング素子」の一例であり、スイッチング素子Ｑ４およびダイオードＤ４は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第４のスイッチング素子」の一例である。スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１の並列回路と、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２の並列回路との直列回路とは、特許請求の範囲における「第１の直列回路」の一例であり、スイッチング素子Ｑ３とダイオードＤ３の並列回路と、スイッチング素子Ｑ４とダイオードＤ４の並列回路との直列回路とは、特許請求の範囲における「第２の直列回路」の一例である。オン状態は、特許請求の範囲における「導通状態」の一例であり、オフ状態は、特許請求の範囲における「非導通状態」の一例である。コンデンサＣは、特許請求の範囲における「エネルギー蓄積要素」の一例である。正極端子ＴＰは、特許請求の範囲における「第１端」の一例であり、負極端子ＴＮは、特許請求の範囲における「第２端」の一例である。正電圧インサート状態は、特許請求の範囲における「第１の第１制御状態」の一例であり、負電圧インサート状態は、特許請求の範囲における「第２の第１制御状態」の一例であり、バイパス状態は、特許請求の範囲における「第２制御状態」の一例である。
【0095】
このような構成のセル２６２が直列に複数接続されることにより、アームユニット２６は、インサート状態（正電圧インサート状態や、負電圧インサート状態）に制御されたそれぞれのセル２６２のセル電圧Ｖｏが加算された電圧を出力する。従って、アームユニット２６は、変換器制御部５０ａによってインサート状態（正電圧インサート状態や、負電圧インサート状態）に制御されたセル２６２の数に応じた電圧を出力する。これにより、アームユニット２６は、変換器制御部５０ａからの制御に応じたマルチレベル波形を生成する。セル２６２は、第１の実施形態のセル１６２の代わりに、第１の実施形態の電力変換器１０が備えるそれぞれのアームユニット１６に備えられてもよい。
【0096】
ところで、セル２６２では、制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ）＝（１，１）、または制御信号（ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（１，１）にすることは禁止されるべきである。これは、制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ）＝（１，１）にすると、スイッチング素子Ｑ１とスイッチング素子Ｑ２との両方がオン状態となり、制御信号（ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（１，１）にすると、スイッチング素子Ｑ３とスイッチング素子Ｑ４との両方がオン状態となり、いずれの場合もコンデンサＣの両端が短絡されてしまうからである。このため、変換器制御部５０ａは、制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）を、（１，０，０，１）、（０，１，１，０）、（１，０，１，０）、および（０，１，０，１）の間で切り替える（変更する）際に、ごく短時間の間、過渡的に制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ）＝（０，０）または制御信号（ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（０，０）の状態となる期間（いわゆるデッドタイム）を設けるように制御する。変換器制御部５０ａは、セル２６２の動作を停止させる場合、制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）＝（０，０，０，０）に固定してもよい。以下の説明においては、変換器制御部５０ａが全ての制御信号（ｇｔａ，ｇｔｂ，ｇｔｃ，ｇｔｄ）を（０，０，０，０）に固定して電力変換器２０が備えるアームユニット２６の全てのセル２６２の動作を停止させることを「ゲートブロック」といい、この場合のセル２６２の状態を「ゲートブロック状態」という。
【0097】
図６に戻り、変換器制御部５０ａは、第１の実施形態の電力変換装置１が備える変換器制御部５０と同様に、電力変換装置２の運転状態や、電力変換装置２内の各位置の検出値（電流値や、電流が流れる方向（極性）、電圧値）に基づいて、交流系統の周波数を含む交流電圧指令値を算出する。このため、変換器制御部５０ａは、変換器制御部５０と同様に、例えば、電力変換装置２内外の所望の位置に設けられた検出器（後述）により出力された検出値を、所定（一定）の取得周期ＴＳ１ごとに取得する。そして、変換器制御部５０ａは、算出した交流電圧指令値が表す電圧成分を含む、アームユニット２６ごとの電圧指令値を求める。変換器制御部５０ａは、求めた電圧指令値に基づいて、それぞれのアームユニット２６が備えるセル２６２内のスイッチング素子Ｑをスイッチング制御するための制御信号を生成する。そして、変換器制御部５０ａは、生成した制御信号を、対応するセル２６２に出力する。例えば、変換器制御部５０ａは、交流系統のＲ相とＳ相との相間のアームユニット２６であるアームユニット２６－ＲＳを制御する場合、交流端子ＣＡ－Ｒと交流端子ＣＢ－Ｓとの間に出力させるアーム電圧Ｖａｒｍ－Ｒに対応したアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊を算出する。以降の説明では、アーム電圧Ｖａｒｍおよびアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の正極性を、セル２６２－ｎ側からみてセル２６２－１側の電位が高くなる向きに定義する。そして、変換器制御部５０ａは、算出したアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づいて、アームユニット２６－ＲＳが備えるそれぞれのセル２６２（セル２６２－１－ＲＳ～２６２－ｎ－ＲＳ）内のそれぞれのスイッチング素子Ｑを制御するためのゲート信号ｇｔａ（ゲート信号ｇｔａ－１－ＲＳ～ｇｔａ－ｎ－ＲＳ）、ゲート信号ｇｔｂ（ゲート信号ｇｔｂ－１－ＲＳ～ｇｔｂ－ｎ－ＲＳ）、ゲート信号ｇｔｃ（ゲート信号ｇｔｃ－１－ＲＳ～ｇｔｃ－ｎ－ＲＳ）、およびゲート信号ｇｔｄ（ゲート信号ｇｔｄ－１－ＲＳ～ｇｔｄ－ｎ－ＲＳ）を生成する。変換器制御部５０ａは、生成したゲート信号ｇｔａ、ゲート信号ｇｔｂ、ゲート信号ｇｔｃ、およびゲート信号ｇｔｄのそれぞれを、対応するセル２６２に出力する。変換器制御部５０ａがその他のアームユニット１６を制御する場合も同様である。変換器制御部５０ａは、例えば、インサート数演算部５２ａと、ソートリスト演算部５４ａと、セル選択制御部５６ａと、ゲート信号生成部５８ａと、を備える。
【0098】
変換器制御部５０ａは、例えば、ＣＰＵなどのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することで電力変換器２０の動作を制御する。変換器制御部５０ａは、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵなどのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。変換器制御部５０ａは、専用のＬＳＩによって実現されてもよい。プログラムは、予め変換器制御部５０ａあるいは電力変換装置２が備えるＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置（非一過性の記憶媒体を備える記憶装置）に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体（非一過性の記憶媒体）に格納されており、記憶媒体が変換器制御部５０ａあるいは電力変換装置２が備えるドライブ装置に装着されることで変換器制御部５０ａあるいは電力変換装置２が備えるＨＤＤやフラッシュメモリにインストールされてもよい。
【0099】
電力変換装置２でも、第１の実施形態の電力変換装置１と同様に、所望の位置に電流検出器や電圧検出器が設けられ、電流値や、電流の極性、電圧値が検出される。図６の例では、それぞれのレグ２２内に、交流端子ＣＡ側から交流端子ＣＢ側に流れるアーム電流Ｉを検出するための電流検出器が設けられている場合を示している。より具体的に、レグ２２－ＲＳには、リアクトル１４－ＲＳとアームユニット２６－ＲＳとの間に、交流端子ＣＡ－Ｒ側から交流端子ＣＢ－Ｓ側に流れるアーム電流Ｉｒｓを検出するための電流検出器が設けられている。その他のレグ２２も同様である。図７では図示していないが、それぞれのセル２６２にも、コンデンサ電圧Ｖｃを検出するための電圧検出器が設けられている。Ｒ相の交流電流Ｉｒと、Ｓ相の交流電流Ｉｓと、Ｔ相の交流電流Ｉｔとのそれぞれは、交流端子Ｒ、交流端子Ｓ、および交流端子Ｔに電流検出器を設けて直接的に検出されてもよいが、それぞれのレグ２２において検出したアーム電流Ｉを演算することによって間接的に検出されてもよい。例えば、Ｒ相の交流電流Ｉｒは、Ｒ相とＳ相との相間のアーム電流Ｉｒｓと、Ｔ相とＲ相との相間のアーム電流Ｉｔｒとの差（つまり、Ｉｒｓ－Ｉｔｒ）を演算することによって間接的に検出されてもよい。さらに、図６には、電圧検出器の図示は省略しているが、Ｒ相の交流電圧Ｖｓｒ、Ｓ相の交流電圧Ｖｓｓ、およびＴ相の交流電圧Ｖｓｔを検出している場合を示している。
【0100】
変換器制御部５０ａは、第１の実施形態の電力変換装置１が備えるアームユニット１６が、電力変換装置２ではアームユニット２６に代わることにより、出力する制御信号（ゲート信号）が、アームユニット２６が備えるそれぞれのセル２６２に対応するものとなる。しかし、変換器制御部５０ａの構成は、図３に示した第１の実施形態の電力変換装置１が備える変換器制御部５０の構成と同様である。従って、電力変換装置２が備える変換器制御部５０ａの構成の一例の図示は省略し、以下に、第１の実施形態の変換器制御部５０が備えるそれぞれの構成要素と、変換器制御部５０ａが備えるそれぞれの構成要素とにおける異なる動作について説明する。
【0101】
インサート数演算部５２ａは、第１の実施形態のインサート数演算部５２と同様の処理を行う。インサート数演算部５２ａは、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づいて、それぞれのアームユニット２６ごとのインサート数Ｎｃｅｌｌｓを演算（算出）する。ただし、インサート数演算部５２ａは、インサート数演算部５２とは異なり、インサート状態が、正電圧インサート状態であるか負電圧インサート状態であるかを表す情報を含むインサート数Ｎｃｅｌｌｓを、それぞれのアームユニット２６ごとに演算（算出）する。より具体的には、例えば、インサート数演算部５２ａは、アームユニット２６が備えるセル２６２のうち、インサート状態に割り当てる（インサート状態にさせる）セル１６２の数（整数値、絶対値）および正電圧インサート状態とするか負電圧インサート状態とするか（極性、符号）を表す符号付インサート数Ｎｃｅｌｌｓを演算（算出）する。インサート数演算部５２ａも、インサート数演算部５２と同様に、インサート数Ｎｃｅｌｌｓの演算（算出）によって、１パルス制御や、複パルス制御を行う。インサート数演算部５２ａは、算出したインサート数Ｎｃｅｌｌｓを、セル選択制御部５６ａに出力する。インサート数演算部５２ａは、特許請求の範囲における「状態数演算部」の一例である。
【0102】
ソートリスト演算部５４ａは、第１の実施形態のソートリスト演算部５４と同様の処理を行う。ソートリスト演算部５４ａは、電力変換器２０が備えるそれぞれのセル２６２のコンデンサ電圧Ｖｃの大小関係を表すソートリストを、それぞれのアームユニット２６ごとに演算（生成）する。ソートリスト演算部５４ａも、取得周期ＴＳ１よりも長い、所定（一定）の演算周期ＴＳ２（ＴＳ２＞ＴＳ１）ごとに、ソートリストを生成する。ソートリスト演算部５４ａにおけるソートリストの生成方法も、ソートリスト演算部５４と同様である。ソートリスト演算部５４ａは、生成したソートリストを、セル選択制御部５６ａに出力する。ソートリスト演算部５４ａは、特許請求の範囲における「リスト演算部」の一例である。
【0103】
セル選択制御部５６ａは、第１の実施形態のセル選択制御部５６と同様の処理を行う。セル選択制御部５６ａは、少なくともインサート数演算部５２ａにより出力されたインサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化したタイミングごと、つまり、セル２６２を制御する（正電圧インサート状態、負電圧インサート状態、およびバイパス状態にさせる）制御タイミングごとに、ソートリストを参照して、現在のセル制御状態ＣＬ＊を変更する対象のセル２６２を選択する。
【0104】
セル選択制御部５６ａは、インサート数Ｎｃｅｌｌｓの絶対値が増加した場合において、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊とアーム電流Ｉａｒｍの極性の組み合わせから、インサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）になっているセル２６２のコンデンサＣに電力を蓄積させて、アームユニット２６全体の充電量を増加させる充電極性である期間（充電期間）では、現在バイパス状態であるセル２６２の中から、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル２６２を優先してインサート状態に変更するセル２６２として選択する。この場合、セル選択制御部５６ａは、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に低いコンデンサＣを備えるセル２６２から順に選択し、選択したセル２６２を表すセル制御状態ＣＬ＊を生成する。充電極性は、（１）アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が、図６に示したセル２６２－１側の電位がセル２６２－ｎ側に対して高くなる極性、かつ、アーム電流Ｉａｒｍが、図６に示したアーム電流Ｉと同じ方向に流れる極性である場合、もしくは、（２）アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が、図６に示したセル２６２－１側の電位がセル２６２－ｎ側に対して低くなる極性、かつ、アーム電流Ｉａｒｍが、図６に示したアーム電流Ｉとは逆の方向に流れる極性である場合に該当する。一方、セル選択制御部５６ａは、インサート数Ｎｃｅｌｌｓの絶対値が増加した場合において、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊とアーム電流Ｉａｒｍの極性の組み合わせから、インサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）になっているセル２６２のコンデンサＣに蓄積されている電力を放電させて、アームユニット２６全体の放電量を増加させる放電極性である期間（放電期間）では、現在バイパス状態であるセル２６２の中から、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル２６２を優先してインサート状態に変更するセル２６２として選択する。この場合、セル選択制御部５６ａは、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に高いコンデンサＣを備えるセル２６２から順に選択し、選択したセル２６２を表すセル制御状態ＣＬ＊を生成する。放電極性は、（１）アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が、図６に示したセル２６２－１側の電位がセル２６２－ｎ側に対して高くなる極性、かつ、アーム電流Ｉａｒｍが、図６に示したアーム電流Ｉとは逆の方向に流れる極性である場合、もしくは、（２）アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が、図６に示したセル２６２－１側の電位がセル２６２－ｎ側に対して低くなる極性、かつ、アーム電流Ｉａｒｍが、図６に示したアーム電流Ｉの方向に流れる極性である場合に該当する。
【0105】
セル選択制御部５６ａは、インサート数Ｎｃｅｌｌｓの絶対値が減少した場合において、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊とアーム電流Ｉａｒｍの極性の組み合わせから、インサート状態になっているセル２６２のコンデンサＣに電力を蓄積させて、アームユニット２６全体の充電量を増加させる充電極性である期間（充電期間）では、現在インサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）であるセル２６２の中から、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル２６２を優先してバイパス状態に変更するセル２６２として選択する。この場合、セル選択制御部５６ａは、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に高いコンデンサＣを備えるセル２６２から順に選択し、選択したセル２６２を表すセル制御状態ＣＬ＊を生成する。一方、セル選択制御部５６ａは、インサート数Ｎｃｅｌｌｓの絶対値が減少した場合において、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊とアーム電流Ｉａｒｍの極性の組み合わせから、インサート状態になっているセル２６２のコンデンサＣに蓄積されている電力を放電させて、アームユニット２６全体の放電量を増加させる放電極性である期間（放電期間）では、現在インサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）であるセル２６２の中から、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル２６２を優先してバイパス状態に変更するセル２６２として選択する。この場合、セル選択制御部５６ａは、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に低いコンデンサＣを備えるセル２６２から順に選択し、選択したセル２６２を表すセル制御状態ＣＬ＊を生成する。
【0106】
これにより、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に高いコンデンサＣを備えるセル２６２は、優先的に充電時間が短く、放電時間が長くされるため、アームユニット２６が備えるそれぞれのセル２６２において、コンデンサ電圧Ｖｃが均一化されることになる。一方、コンデンサ電圧Ｖｃの電圧値が相対的に低いコンデンサＣを備えるセル２６２は、優先的に充電時間が長く、放電時間が短くされるため、同様に、アームユニット２６が備えるそれぞれのセル２６２において、コンデンサ電圧Ｖｃが均一化されることになる。
【0107】
セル選択制御部５６ａも、第１の実施形態のセル選択制御部５６と同様に、アームユニット２６が備えるそれぞれのセル２６２において、コンデンサＣの充電量の差を少なくさせる（充電量が相対的に均一になるようにバランスさせる）ようにバランス制御する。セル選択制御部５６ａにおけるバランス制御でも、セル選択制御部５６と同様に、取得周期ＴＳ１ごとに、つまり、ソートリスト演算部５４がソートリストを生成する演算周期ＴＳ２よりも短い周期で、同じアームユニット２６に属するセル２６２のコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値を取得して、取得したそれぞれのコンデンサ電圧Ｖｃの電圧値と、閾値Ｖｃ－ｍａｘ、および閾値Ｖｃ－ｍｉｎとを比較する。そして、セル選択制御部５６ａも、セル選択制御部５６と同様に、比較の結果に基づいて、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル２６２をバイパス状態に制御し、バイパス状態のセル１６２の中から、同数の他のセル１６２を代わりに選択して、インサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）に変更する。この場合、セル選択制御部５６ａは、バイパス状態にさせるセル２６２、およびインサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）にさせるセル２６２を表すセル制御状態ＣＬ＊を生成する。
【0108】
セル選択制御部５６ａは、それぞれのセル２６２に対応するセル制御状態ＣＬ＊を、ゲート信号生成部５８ａに出力する。セル選択制御部５６ａは、特許請求の範囲における「単位変換器選択部」の一例である。取得周期ＴＳ１は、特許請求の範囲における「第１の時間間隔」の一例であり、演算周期ＴＳ２は、特許請求の範囲における「第２の時間間隔」の一例である。閾値Ｖｃ－ｍａｘは、特許請求の範囲における「第１閾値」の一例であり、閾値Ｖｃ－ｍｉｎは、特許請求の範囲における「第２閾値」の一例である。
【0109】
ゲート信号生成部５８ａは、第１の実施形態のゲート信号生成部５８と同様の処理を行う。ゲート信号生成部５８ａは、セル選択制御部５６ａにより出力されたそれぞれのセル制御状態ＣＬ＊に従って、それぞれのアームユニット２６が備える全てのセル２６２に出力する制御信号（ゲート信号）を生成する。より具体的には、ゲート信号生成部５８ａは、セル制御状態ＣＬ＊を実現するためにそれぞれのセル２６２が備えるスイッチング素子Ｑ１に対応するゲート信号ｇｔａと、スイッチング素子Ｑ２に対応するゲート信号ｇｔｂと、スイッチング素子Ｑ３に対応するゲート信号ｇｔｃと、スイッチング素子Ｑ４に対応するゲート信号ｇｔｄとのそれぞれのゲート信号の組み合わせを生成する。このとき、ゲート信号生成部５８ａも、セル２６２が備えるコンデンサＣの両端が短絡されてしまうことを防止するため、短時間のデッドタイムを設ける。ゲート信号生成部５８ａは、生成したそれぞれのゲート信号を、対応するセル２６２（より具体的には、セル２６２が備えるスイッチング素子Ｑ）に出力する。
【0110】
電力変換装置２においても、例えば、セル選択制御部５６ａが、セル制御状態ＣＬ＊をそれぞれのセル２６２に出力し、それぞれのセル２６２内で、セル制御状態ＣＬ＊に応じたゲート信号を生成する構成にしてもよい。この場合、それぞれのセル２６２は、ゲート信号生成部５８ａと等価な機能を有する構成要素を備える構成となる。
【0111】
このような構成によって、変換器制御部５０ａは、電力変換器２０が備えるそれぞれのアームユニット２６内のセル２６２を制御して、電力変換器２０に、交流系統の無効電力（有効電力であってもよい）を調整させる。
【0112】
［電力変換装置の第３の動作］
次に、電力変換装置２の動作、つまり、変換器制御部５０ａにおけるセル２６２の制御の一例について説明する。以下の説明においては、電力変換器２０が備えるレグ２２－ＲＳと、レグ２２－ＳＴと、レグ２２－ＴＲとのそれぞれのレグ２２を代表して、レグ２２－ＲＳが備えるアームユニット２６－ＲＳに対する制御について説明する。以下の説明においては、説明を容易にするため、変換器制御部５０ａが備えるそれぞれの構成要素の動作を、変換器制御部５０ａ自体が行うものとして説明する。
次に、電力変換装置２の動作、つまり、変換器制御部５０ａにおけるセル２６２の制御の一例について説明する。以下の説明においては、電力変換器２０が備えるレグ２２－ＲＳと、レグ２２－ＳＴと、レグ２２－ＴＲとのそれぞれのレグ２２を代表して、レグ２２－ＲＳが備えるアームユニット２６－ＲＳに対する制御について説明する。以下の説明においては、説明を容易にするため、変換器制御部５０ａが備えるそれぞれの構成要素の動作を、変換器制御部５０ａ自体が行うものとして説明する。
【0113】
図８は、電力変換装置２における第３の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。図８に示した電力変換装置２の動作の一例は、アームユニット２６－ＲＳ（以下、単に「アームユニット２６」という）が備えるセル２６２が、三つ（ｎ＝３）である場合の動作の一例である。図８には、アームユニット２６が備えるセル２６２－２のコンデンサ電圧Ｖｃ－２が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍｉｎを下回った場合）における変換器制御部５０ａのバランス制御の一例を示している。図８には、第１の実施形態の電力変換装置１におけるそれぞれの動作と同様に、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊、アーム電流Ｉａｒｍ、およびアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づいてアームユニット２６が生成したアーム電圧Ｖａｒｍの時間的な変化を、同じ時間軸に示している。図８では、電力変換装置１におけるそれぞれの動作において示したゲート信号ｇｔｐの代わりに、変換器制御部５０ａにより変更されるセル２６２－１～セル２６２－３のセル制御状態ＣＬ＊－１～セル制御状態ＣＬ＊－３の時間的な変化を、同じ時間軸に示している。図８には、変換器制御部５０ａがバランス制御をするセル２６２－２のコンデンサ電圧Ｖｃ（Ｖｃ－２）の模式的な変化も、同じ時間軸に示している。図８では、電力変換装置１におけるそれぞれの動作と同様に、説明を容易にするため、デッドタイムを省略している。さらに、図８には、変換器制御部５０ａ（より具体的には、ソートリスト演算部５４ａ）が演算（生成）するソートリストの一例を示している。図８に示した第３の動作では、図４に示した第１の実施形態の電力変換装置１における第１の動作と同様に、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の１周期ごとにソートリストが生成される（更新される）ものとしている。図８には、コンデンサ電圧Ｖｃ－２の電圧値を取得する取得周期ＴＳ１、およびソートリストが作成される演算周期ＴＳ２の期間の一例も示している。
【0114】
電力変換器２０では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊は、交流系統の周波数を含む。変換器制御部５０ａ（より具体的には、インサート数演算部５２ａ）は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づいて、階段状の疑似的な正弦波で表されるインサート数Ｎｃｅｌｌｓを演算（算出）する。図８では、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、最小値が「－ｎ（ここでは「－３」）」、最大値が「ｎ（ここでは「３」）」の整数値である。インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、プラス（つまり、「０」～「３」）で正電圧インサート状態にさせるセル２６２の数を表し、マイナス（つまり、「－１」～「－３」）で負電圧インサート状態にさせるセル２６２の数を表す。インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、例えば、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊をアームユニット２６に属するセル２６２のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値または定格値で除算した値を整数に近似して算出したものである。つまり、図８に示した電力変換装置２の動作タイミングは、第１の実施形態の電力変換装置１における第１の動作と同様に、変換器制御部５０ａが１パルス制御を行う場合の動作タイミングである。従って、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、電力変換装置１における第１の動作と同様に、図８に示したアーム電圧Ｖａｒｍと等価なものを表している。
【0115】
変換器制御部５０ａ（より具体的には、セル選択制御部５６ａ）は、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化したタイミングごとに、アームユニット２６に属するインサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）のセル２６２が、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが表すインサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）にさせるセル２６２の数（整数値）と一致するように、それぞれのセル２６２のセル制御状態ＣＬ＊を生成する。アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が正極性（Ｖａｒｍ＊＞０）の場合、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは「０」以上の値となるため、変換器制御部５０ａは、それぞれのセル２６２を正電圧インサート状態、もしくはバイパス状態にさせるセル制御状態ＣＬ＊を生成する。一方、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が負極性（Ｖａｒｍ＊＜０）の場合、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは「０」以下の値となるため、変換器制御部５０ａは、それぞれのセル２６２を負電圧インサート状態、もしくはバイパス状態にさせるセル制御状態ＣＬ＊を生成する。それぞれのセル制御状態ＣＬ＊は、「１」の場合に正電圧インサート状態にさせ、「０」の場合にバイパス状態にさせ、「－１」の場合に負電圧インサート状態にさせることを表すものである。
【0116】
変換器制御部５０ａ（より具体的には、ゲート信号生成部５８ａ）は、セル選択制御部５６ａが生成したセル制御状態ＣＬ＊に従って、それぞれのアームユニット２６が備える全てのセル２６２に出力する制御信号（ゲート信号ｇｔａ、ゲート信号ｇｔｂ、ゲート信号ｇｔｃ、およびゲート信号ｇｔｄ）を生成する。そして、それぞれのアームユニット２６は、ゲート信号生成部５８ａにより出力されたゲート信号によって、それぞれのセル２６２が正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にされることによって、アーム電圧Ｖａｒｍを出力する。アーム電圧Ｖａｒｍは、セル２６２のコンデンサ電圧Ｖｃが均一に制御されている場合、おおむねインサート数Ｎｃｅｌｌｓが表すインサート状態（正電圧インサート状態または負電圧インサート状態）にさせるセル２６２の数（整数値）にコンデンサ電圧Ｖｃを乗じた電圧値となる。
【0117】
アーム電流Ｉａｒｍは、交流系統の周波数を含む。アームユニット２６では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が正極性（Ｖａｒｍ＊＞０）、かつアーム電流Ｉａｒｍが正極性（Ｉａｒｍ＞０）の場合、正電圧インサート状態のセル２６２が備えるコンデンサＣが充電され、この充電期間中にコンデンサ電圧Ｖｃが上昇する。アームユニット２６では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が負極性（Ｖａｒｍ＊＜０）、かつアーム電流Ｉａｒｍが負極性（Ｉａｒｍ＜０）の場合、負電圧インサート状態のセル２６２が備えるコンデンサＣは充電され、この充電期間中にコンデンサ電圧Ｖｃが上昇する。アームユニット２６では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が正極性（Ｖａｒｍ＊＞０）、かつアーム電流Ｉａｒｍが負極性（Ｉａｒｍ＜０）の場合、正電圧インサート状態のセル２６２が備えるコンデンサＣは放電され、この放電期間中にコンデンサ電圧Ｖｃが下降する。アームユニット２６では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が負極性（Ｖａｒｍ＊＜０）、かつアーム電流Ｉａｒｍが正極性（Ｉａｒｍ＞０）の場合、負電圧インサート状態のセル２６２が備えるコンデンサＣは放電され、この放電期間中にコンデンサ電圧Ｖｃが下降する。このように、アームユニット２６では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性とアーム電流Ｉａｒｍの極性とが等しい場合に充電期間となり、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性とアーム電流Ｉａｒｍの極性とが異なる場合に放電期間となる。アームユニット２６では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性や、アーム電流Ｉａｒｍの極性に関わらず、バイパス状態のセル２６２が備えるコンデンサＣは充電も放電もされずに、現在のコンデンサ電圧Ｖｃを維持する。
【0118】
図８に示した時刻ｔ０では、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは「０」である。そして、このときのアーム電流Ｉａｒｍの極性は正極性である。変換器制御部５０ａは、インサート数Ｎｃｅｌｌｓやアーム電流Ｉａｒｍが「０」の場合に充電極性と判定するか放電極性と判定するかは任意に決めておけばよい。いずれにしても変換器制御部５０ａは、インサート数Ｎｃｅｌｌｓに一致するように全てのセル２６２をバイパス状態にさせることを表すセル制御状態ＣＬ＊を生成する。ここで、セル２６２－２は、セル制御状態ＣＬ＊－２が「０」であるため、バイパス状態である。このため、セル２６２－２が備えるコンデンサＣ－２は充電も放電もされずに、現在のコンデンサ電圧Ｖｃ－２を維持している。
【0119】
その後、時刻ｔ１において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「１」に変化する（絶対値が増加する）と、変換器制御部５０ａは、このときのアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性が正極性、かつアーム電流Ｉａｒｍの極性が正極性（充電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル２６２を、正電圧インサート状態にさせるセル２６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Ｖｃ（つまり、Ｖｃ－３）であるセル２６２－３を選択する。そして、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ１において、選択したセル２６２－３を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－３を「１」にする。このときも、セル２６２－２はバイパス状態であるため、引き続きセル２６２－２は、現在のコンデンサ電圧Ｖｃ－２を維持している。
【0120】
その後、時刻ｔ２～時刻ｔ３において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが順次、「２」、「３」と変化する（絶対値が増加する）ごとに、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ１と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方から二番目、三番目（つまり、Ｖｃ－２、Ｖｃ－１）であるセル２６２を順次選択し、選択したセル２６２を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊を「１」にする。より具体的には、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ２においてセル２６２－２を選択してセル制御状態ＣＬ＊－２を「１」にし、時刻ｔ３においてセル２６２－１を選択してセル制御状態ＣＬ＊－１を「１」にする。変換器制御部５０ａが時刻ｔ２においてセル制御状態ＣＬ＊－２を「１」にすることにより、セル２６２－２は、コンデンサＣ－２が充電され、コンデンサ電圧Ｖｃ－２は、充電に伴って上昇（増加）していく。
【0121】
その後、時刻ｔ４において、アーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（放電極性）になると、正電圧インサート状態であるセル２６２－２は、コンデンサＣ－２に蓄積されている電力を放電するようになる。このため、コンデンサ電圧Ｖｃ－２は、放電に伴って下降（減少）していく。
【0122】
その後、時刻ｔ５において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「２」に変化する（絶対値が減少する）と、変換器制御部５０ａは、このときのアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性が正極性、かつアーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（放電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照して、現在正電圧インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル２６２を、バイパス状態にさせるセル２６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Ｖｃ（つまり、Ｖｃ－３）であるセル２６２－３を選択する。そして、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ５において、選択したセル２６２－３をバイパス状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－３を「０」にする。このときも、セル２６２－２は正電圧インサート状態であるため、引き続きコンデンサＣ－２に蓄積されている電力を放電し、コンデンサ電圧Ｖｃ－２は下降していく。
【0123】
その後、時刻ｔ６において、セル２６２－２のコンデンサ電圧Ｖｃ－２が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、変換器制御部５０ａは、セル２６２－２をバイパス状態にさせるために、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル２６２を、バイパス状態にさせたセル２６２－２の代わりに正電圧インサート状態にさせるセル２６２として選択する。ここでは、正電圧インサート状態になっているセル２６２は、セル２６２－３のみである。このため、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが最も低い（つまり、Ｖｃ－３である）が、現在バイパス状態であるセル２６２－３を選択する。そして、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ６において、セル２６２－２をバイパス状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－２を「０」にする。これにより、セル２６２－２からの放電が停止され、セル２６２－２が備えるコンデンサＣ－２からの放電が継続されることによって、図８において破線で示したように、コンデンサ電圧Ｖｃ－２が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを大幅に下回ってしまうことがなくなる。つまり、コンデンサ電圧Ｖｃ－２は、図８において実線で示したように、閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。さらに、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ６において、選択したセル２６２－３を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－３を「１」にする。これにより、セル２６２－３のコンデンサ電圧が代替として出力され、アーム電圧Ｖａｒｍが、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に従った理想的な階段状の波形からずれる（誤差を含む）ものになってしまうことがなくなる。
【0124】
その後、時刻ｔ７において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「１」に変化する（絶対値が減少する）と、変換器制御部５０ａは、このときのアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性が正極性、かつアーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（放電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照して、現在正電圧インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル２６２を、バイパス状態にさせるセル２６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Ｖｃ（つまり、Ｖｃ－３）であるセル２６２－３を選択する。そして、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ７において、選択したセル２６２－３をバイパス状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－３を「０」にする。このときも、セル２６２－２はバイパス状態であるため、セル２６２－２のコンデンサ電圧Ｖｃ－２は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0125】
その後、時刻ｔ８において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「０」に変化する（絶対値が減少する）と、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ５と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方からセル２６２を選択し、選択したセル２６２をバイパス状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊を「０」にする。ここでは、正電圧インサート状態になっているセル２６２は、セル２６２－１のみであるため、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが最も高い（つまり、Ｖｃ－１である）が、現在正電圧インサート状態であるセル２６２－１を選択する。このときも、セル２６２－２はバイパス状態であるため、セル２６２－２のコンデンサ電圧Ｖｃ－２は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0126】
その後、時刻ｔ９において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「－１」に変化する（絶対値が増加する）と、変換器制御部５０ａは、このときのアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性が負極性、かつアーム電流Ｉａｒｍの極性が負極性（充電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル２６２を、負電圧インサート状態にさせるセル２６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Ｖｃ（つまり、Ｖｃ－３）であるセル２６２－３を選択する。そして、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ９において、選択したセル２６２－３を負電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－３を「－１」にする。このときも、セル２６２－２はバイパス状態であるため、セル２６２－２のコンデンサ電圧Ｖｃ－２は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0127】
その後、時刻ｔ１０～時刻ｔ１１において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが順次、「－２」、「－３」と変化する（絶対値が増加する）ごとに、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ９と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方から二番目、三番目（つまり、Ｖｃ－２、Ｖｃ－１）であるセル２６２を順次選択し、選択したセル２６２を負電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊を「－１」にする。より具体的には、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ１０においてセル２６２－２を選択してセル制御状態ＣＬ＊－２を「－１」にし、時刻ｔ１１においてセル２６２－１を選択してセル制御状態ＣＬ＊－１を「－１」にする。変換器制御部５０ａが時刻ｔ１０においてセル制御状態ＣＬ＊－２を「－１」にすることにより、セル２６２－２は、コンデンサＣ－２が充電され、コンデンサ電圧Ｖｃ－２は、充電に伴って上昇（増加）していく。
【0128】
その後、時刻ｔ１２において、ソートリストが更新される。また、アーム電流Ｉａｒｍの極性が正極性（放電極性）になると、負電圧インサート状態であるセル２６２－２は、コンデンサＣ－２に蓄積されている電力を放電するようになる。このため、コンデンサ電圧Ｖｃ－２は、放電に伴って下降（減少）していく。
【0129】
その後、時刻ｔ１３において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「－２」に変化する（絶対値が減少する）と、変換器制御部５０ａは、このときのアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性が負極性、かつアーム電流Ｉａｒｍの極性が正極性（放電極性）であると判定する。このため、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照して、現在負電圧インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル２６２を、バイパス状態にさせるセル２６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Ｖｃ（つまり、Ｖｃ－１）であるセル２６２－１を選択する。そして、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ１３において、選択したセル２６２－１をバイパス状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－１を「０」にする。このときも、セル２６２－２は負電圧インサート状態であるため、引き続きコンデンサＣ－２が放電され、コンデンサ電圧Ｖｃ－２は下降していく。
【0130】
その後、時刻ｔ１４～時刻ｔ１５において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが順次、「－１」、「０」と変化する（絶対値が減少する）ごとに、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ１３と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方から二番目、三番目（つまり、Ｖｃ－２、Ｖｃ－３）であるセル２６２を順次選択し、選択したセル２６２をバイパス状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊を「０」にする。より具体的には、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ１４においてセル２６２－２を選択してセル制御状態ＣＬ＊－２を「０」にし、時刻ｔ１５においてセル２６２－３を選択してセル制御状態ＣＬ＊－３を「０」にする。変換器制御部５０ａが時刻ｔ１４においてセル制御状態ＣＬ＊－２を「０」にすることにより、セル２６２－２は、コンデンサＣ－２からの放電が停止され、コンデンサ電圧Ｖｃ－２は、現在の電圧値に維持される。
【0131】
このように、変換器制御部５０ａは、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化する（絶対値が増加するあるいは減少する）タイミングごとに、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性と、アーム電流Ｉａｒｍの極性とに基づいて、放電極性か充電極性かを判定し、ソートリストを参照して、制御状態（セル制御状態ＣＬ＊）を正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にさせるセル２６２を選択して、選択したセル２６２の制御状態、つまり、ゲート信号ｇｔａ、ゲート信号ｇｔｂ、ゲート信号ｇｔｃ、およびゲート信号ｇｔｄを制御する。このとき、いずれかのセル２６２においてコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍａｘを上回った場合）、あるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍｉｎを下回った場合）、変換器制御部５０ａは、バランス制御を行う。つまり、変換器制御部５０ａは、ソートリストの演算（生成）タイミングや、スイッチング制御のタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合に、バランス制御を行う。バランス制御において変換器制御部５０ａは、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル２６２を、バイパス状態にさせる。これにより、バイパス状態にされたセル２６２は、コンデンサＣへの充電、あるいはコンデンサＣからの放電を停止する。そして、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル２６２の中から、バイパス状態にさせたセル２６２の代替とするセル２６２を選択してインサート状態（正電圧インサート状態、あるいは負電圧インサート状態）にさせる。これにより、電力変換器１０では、セル２６２が備えるコンデンサＣが今以上に充電あるいは放電が行われないようになり（過充電や過放電となることなく）、コンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。図８に示した電力変換装置２の第３の動作では、時刻ｔ６において、セル２６２－２のコンデンサ電圧Ｖｃ－２が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合を示したが、変換器制御部５０ａにおけるバランス制御は、他のセル２６２についても同様である。図８に示した電力変換装置２の第３の動作では、時刻ｔ６において、セル２６２－２の代替としてセル２６２－３を選択する場合を示したが、代替としての選択は、他のセル２６２についても同様である。図８に示した電力変換装置２の第３の動作では、変換器制御部５０ａにおけるバランス制御が、セル２６２－２のコンデンサ電圧Ｖｃ－２が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合におけるバランス制御を示したが、アームユニット２６が備えるいずれかのセル２６２のコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合におけるバランス制御も、上述した第１の動作のバランス制御と等価なものになるようにすればよい。
【0132】
［電力変換装置の第４の動作］
前述した第３の動作では、変換器制御部５０ａが１パルス制御を行う場合を示したが、変換器制御部５０ａは、複パルス制御を行うこともできる。次に、電力変換装置２の別の動作（変換器制御部５０ａにおけるバランス制御の別の一例）として、変換器制御部５０ａが複パルス制御を行う場合の動作について説明する。
前述した第３の動作では、変換器制御部５０ａが１パルス制御を行う場合を示したが、変換器制御部５０ａは、複パルス制御を行うこともできる。次に、電力変換装置２の別の動作（変換器制御部５０ａにおけるバランス制御の別の一例）として、変換器制御部５０ａが複パルス制御を行う場合の動作について説明する。
【0133】
図９は、電力変換装置２における第４の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。図９に示した第４の動作も、図８に示した第３の動作と同様に、アームユニット２６が備えるセル２６２が三つ（ｎ＝３）である場合の動作である。第４の動作において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは、例えば、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に基づく変調波と、アームユニット２６に属するセル２６２の数（ここでは「３」）と同数で互いに位相やレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアを比較し、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊（変調波）の値が三角波キャリアの値を上回る三角波キャリア波の個数として算出したものである。つまり、図９に示した第４の動作は、変換器制御部５０ａが複パルス制御を行う場合の動作タイミングである。このため、図９に示した第４の動作の動作タイミングは、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の１周期内の一部の範囲を拡大して示している。
【0134】
図９に示した第４の動作は、例えば、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊が正極性（Ｖａｒｍ＊＞０）、かつアーム電流Ｉａｒｍが負極性（Ｉａｒｍ＜０）である放電極性（放電期間）において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが表す正電圧インサート状態のセル２６２の数が「２」から「１」に変化する前の「２」である期間中、つまり、正電圧インサート状態のセル２６２の数が「２」で変化していない期間に、バランス制御を行う場合の一例である。図９に示した第４の動作では、ソートリスト演算部５４ａが、図８に示した第３の動作よりも短い演算周期ＴＳ２でソートリストを生成するものとしている。ただし、図９に示した第４の動作でも、演算周期ＴＳ２は、取得周期ＴＳ１よりも長い時間間隔の周期（ＴＳ２＞ＴＳ１）である。図９には、アームユニット２６が備えるセル２６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍｉｎを下回った場合）における変換器制御部５０ａのバランス制御の一例を示している。
【0135】
図９に示した時刻ｔ０では、インサート数Ｎｃｅｌｌｓは「２」である。このため、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照し、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル２６２を、正電圧インサート状態にさせるセル２６２として選択している。より具体的には、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいて高い方から二つのコンデンサ電圧Ｖｃ（Ｖｃ－１およびＶｃ－３）であるセル２６２－１と、セル２６２－３とを選択している。このため、図９に示した時刻ｔ０では、変換器制御部５０ａが、選択した二つのセル２６２を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－１およびセル制御状態ＣＬ＊－３のそれぞれを「１」にしている。このため、セル２６２－３は、コンデンサＣ－３に蓄積されている電力が放電され、コンデンサ電圧Ｖｃ－３は、放電に伴って下降（減少）していく。
【0136】
その後、時刻ｔ１において、セル２６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、変換器制御部５０ａは、セル２６２－３をバイパス状態にさせるために、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサＣを備えるセル２６２を、バイパス状態にさせたセル２６２－３の代わりに正電圧インサート状態にさせるセル２６２として選択する。ここでは、バイパス状態になっているセル２６２は、セル２６２－２のみである。このため、変換器制御部５０ａは、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが高い方から三番目（つまり、Ｖｃ－２）だが、現在バイパス状態であるセル２６２－２を選択する。そして、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ１において、セル２６２－３をバイパス状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－３を「０」にする。これにより、セル２６２－３からの放電が停止され、セル２６２－３が備えるコンデンサＣ－３からの放電が継続されることによって、図９において破線（ソートリスト更新に合わせてのみバランス制御を実行する場合）で示したように、コンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを大幅に下回ってしまうことがなくなる。つまり、コンデンサ電圧Ｖｃ－３は、図９において実線で示したように、閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。さらに、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ１において、選択したセル２６２－２を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－２を「１」にする。これにより、セル２６２－２のコンデンサ電圧が代替として出力され、アーム電圧Ｖａｒｍは維持されることになる。
【0137】
その後、時刻ｔ２において、ソートリストが更新される。ここでは、セル２６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が最も低いコンデンサ電圧Ｖｃとなったソートリストに更新されたるものとしている。
【0138】
その後、時刻ｔ３において、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが「１」に変化する（減少する）と、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照して、現在正電圧インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサＣを備えるセル２６２を、バイパス状態にさせるセル２６２として選択する。ここでは、変換器制御部５０ａは、正電圧インサート状態にしているセル２６２－１とセル２６２－２とのうち、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Ｖｃが低い方（つまり、Ｖｃ－２）であるセル２６２－２を選択する。そして、変換器制御部５０ａは、時刻ｔ３において、選択したセル２６２－２をバイパス状態にさせるために、セル制御状態ＣＬ＊－２を「０」にする。このときも、セル２６２－３はバイパス状態であるため、セル２６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３は、引き続き現在の閾値Ｖｃ－ｍｉｎに近い電圧値に維持される。
【0139】
このように、変換器制御部５０ａは、第４の動作（複パルス制御）においても、図８に示した第３の動作（１パルス制御）と同様に、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化する（絶対値が増加するあるいは減少する）タイミングごとに、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性と、アーム電流Ｉａｒｍの極性とに基づいて、放電極性か充電極性かを判定し、ソートリストを参照して、制御状態（セル制御状態ＣＬ＊）を正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にさせるセル２６２を選択して、選択したセル２６２の制御状態、つまり、ゲート信号ｇｔａ、ゲート信号ｇｔｂ、ゲート信号ｇｔｃ、およびゲート信号ｇｔｄを制御する。このとき、第４の動作においても、いずれかのセル２６２においてコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍａｘを上回った場合）、あるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合（閾値Ｖｃ－ｍｉｎを下回った場合）、変換器制御部５０ａは、バランス制御を行う。つまり、第４の動作においても、変換器制御部５０ａは、ソートリストの演算（生成）タイミングや、スイッチング制御のタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合に、バランス制御を行う。第４の動作のバランス制御においても、変換器制御部５０ａは、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル２６２を、バイパス状態にさせる。これにより、第４の動作においても、バイパス状態にされたセル２６２は、コンデンサＣへの充電、あるいはコンデンサＣからの放電を停止する。そして、第４の動作においても、変換器制御部５０ａは、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル２６２の中から、バイパス状態にさせたセル２６２の代替とするセル２６２を選択してインサート状態（正電圧インサート状態、あるいは負電圧インサート状態）にさせる。これにより、第４の動作においても、電力変換器１０では、セル２６２が備えるコンデンサＣが今以上に充電あるいは放電が行われないようになり（過充電や過放電となることなく）、コンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。図９に示した電力変換装置２の第４の動作では、時刻ｔ１において、セル２６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合を示したが、変換器制御部５０ａにおけるバランス制御は、他のセル２６２についても同様である。図９に示した電力変換装置２の第４の動作では、時刻ｔ１において、セル２６２－３の代替としてセル２６２－２を選択する場合を示したが、代替としての選択は、他のセル２６２についても同様である。図９に示した電力変換装置２の第４の動作では、変換器制御部５０ａにおけるバランス制御が、セル２６２－３のコンデンサ電圧Ｖｃ－３が閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合におけるバランス制御を示したが、アームユニット２６が備えるいずれかのセル２６２のコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘを超えた場合におけるバランス制御も、上述した第４の動作のバランス制御と等価なものになるようにすればよい。
【0140】
このような構成および動作によって、電力変換装置２では、変換器制御部５０ａが、電力変換器２０が備えるそれぞれのアームユニット２６について、セル２６２のインサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化する（増加するあるいは減少する）タイミングごとに、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性と、アーム電流Ｉａｒｍの極性とに基づいて、放電極性か充電極性かを判定する。そして、電力変換装置２では、変換器制御部５０ａが、それぞれのアームユニット２６ごとに演算（生成）したソートリストを参照して、制御状態を正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にさせるセル２６２を選択して、選択したセル２６２の制御状態を変更する。このとき、いずれかのセル２６２においてコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、変換器制御部５０ａは、そのセル２６２をバイパス状態にさせ、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル２６２の中から代替のセル２６２を選択してインサート状態（正電圧インサート状態、あるいは負電圧インサート状態）にさせる。これにより、電力変換装置２でも、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル２６２が備えるコンデンサＣの過充電や過放電を防止することができ、コンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。これにより、電力変換装置２では、電力変換器２０において、セル２６２が備えるコンデンサＣやスイッチング素子Ｑの故障リスクを低減することができ、例えば、系統事故などが発生した際も、コンデンサ電圧Ｖｃが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器１０の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このことにより、電力変換装置２でも、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
【0141】
上記説明したように、第２の実施形態の電力変換装置２でも、第１の実施形態の電力変換装置１と同様に、変換器制御部５０ａが、電力変換器２０が備えるそれぞれのアームユニット２６について、セル２６２のインサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化する（増加するあるいは減少する）タイミングごとに、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊の極性と、アーム電流Ｉａｒｍの極性とに基づいて、放電極性か充電極性かを判定する。そして、第２の実施形態の電力変換装置２では、変換器制御部５０ａが、それぞれのアームユニット２６ごとに演算（生成）したソートリストを参照して、制御状態を正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にさせるセル２６２を選択して、選択したセル２６２の制御状態を変更する。このとき、第２の実施形態の電力変換装置２では、いずれかのセル２６２においてコンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えた場合、変換器制御部５０ａは、そのセル２６２をバイパス状態にさせ、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル２６２の中から代替のセル２６２を選択してインサート状態（正電圧インサート状態、あるいは負電圧インサート状態）にさせる。これにより、第２の実施形態の電力変換装置２でも、第１の実施形態の電力変換装置１と同様に、コンデンサ電圧Ｖｃが閾値Ｖｃ－ｍａｘあるいは閾値Ｖｃ－ｍｉｎを超えたセル２６２が備えるコンデンサＣの過充電や過放電を防止することができ、コンデンサＣの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。これにより、第２の実施形態の電力変換装置２でも、第１の実施形態の電力変換装置１と同様に、電力変換器２０において、セル２６２が備えるコンデンサＣやスイッチング素子Ｑの故障リスクを低減することができ、例えば、系統事故などが発生した際も、コンデンサ電圧Ｖｃが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器１０の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このことにより、第２の実施形態の電力変換装置２でも、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
【0142】
上記に述べたとおり、各実施形態の電力変換装置では、電力変換器が備えるアームユニット内の単位変換器の制御状態を変更する変換器制御部が、所定（一定）の取得周期ＴＳ１ごとに電力変換器が備えるコンデンサのコンデンサ電圧を取得する。そして、各実施形態の電力変換装置では、いずれかの単位変換器のコンデンサ電圧が閾値（上側の閾値Ｖｃ－ｍａｘ、あるいは下側の閾値Ｖｃ－ｍｉｎ）を超えた場合、変換器制御部は、それぞれの単位変換器を制御するタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧が閾値を超えた単位変換器の制御状態を変更して、コンデンサへの充電、あるいはコンデンサからの放電を停止させる。言い換えれば、各実施形態の電力変換装置では、変換器制御部が、コンデンサ電圧が閾値を超えた単位変換器の充放電を停止させて、アームユニットにおいてコンデンサ電圧を出力させる単位変換器から除外する。そして、各実施形態の電力変換装置では、コンデンサ電圧が閾値を超えたことにより充放電を停止させた単位変換器の代替として、アームユニットにおいてコンデンサ電圧を出力させていなかった単位変換器の中から、同数の他の単位変換器の制御状態を変更して充放電を開始させる。これにより、各実施形態の電力変換装置では、単位変換器が備えるコンデンサの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせるとともに、単位変換器が備えるコンデンサやスイッチング素子の故障リスクを低減することができる。このことにより、各実施形態の電力変換装置では、例えば、電力変換装置が接続された交流系統において系統事故などが発生した際に、コンデンサ電圧が過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減させることができる。このことにより、各実施形態の電力変換装置では、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
【0143】
上記に述べた各実施形態の電力変換装置では、変換器制御部が備えるインサート数演算部が、インサート状態にさせるセルの数（整数値）を表すインサート数Ｎｃｅｌｌｓを演算（算出）し、変換器制御部が備えるセル選択制御部が、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化したことをきっかけとして、インサート状態あるいはバイパス状態に変更させるセルを選択する場合について説明した。しかし、セル選択制御部がセルを選択するきっかけは、インサート数Ｎｃｅｌｌｓが変化したことに限定されない。セル選択制御部は、例えば、インサート状態にさせるセルの数を表すインサート数Ｎｃｅｌｌｓの代わりに、バイパス状態にさせるセルの数（整数値）が変化したことをきっかけとして、インサート状態あるいはバイパス状態に変更させるセルを選択してもよい。この場合の電力変換装置や変換器制御部の動作や処理は、上述した各実施形態の電力変換装置や変換器制御部の動作や処理と等価なものになるようにすればよい。
【0144】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電力を蓄積するエネルギー蓄積要素（Ｃ）、およびエネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいはエネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子（Ｑ、Ｄ）を有する複数の単位変換器（１６２）が直列に接続されたアームユニット（１６）を少なくとも１つ有する電力変換器（１０）と、少なくとも、単位変換器の第１端（ＴＰ）と第２端（ＴＮ）との間にエネルギー蓄積要素の端子間電圧（Ｖｃ）を出力させる第１制御状態（インサート状態）と、単位変換器の第１端と第２端とを短絡させる第２制御状態（バイパス状態）とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部（５０）と、を備え、変換器制御部は、アームユニットから出力させるアーム電圧（Ｖａｒｍ）の目標値であるアーム電圧指令値（Ｖａｒｍ＊）に応じて、アームユニットに属する単位変換器のうち、制御状態を切り替える単位変換器の数を表す状態数（インサート数Ｎｃｅｌｌｓ）を算出する状態数演算部（５２）と、所定の第１の時間間隔（ＴＳ１）で検出したエネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、端子間電圧の大小関係を表すリスト情報（ソートリスト）を、第１の時間間隔よりも長い所定の第２の時間間隔（ＴＳ２）ごとに生成するリスト演算部（５４）と、アームユニットを流れるアーム電流（Ｉａｒｍ）の極性と、状態数と、リスト情報と、エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する単位変換器を選択する単位変換器選択部（５６）と、を備え、単位変換器選択部は、アーム電流の極性が、第１制御状態の単位変換器が有するエネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、第１の時間間隔で検出した、第１制御状態の単位変換器である第１の単位変換器が有するエネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第１閾値（Ｖｃ－ｍａｘ）を超えた際に、第１の単位変換器を第２制御状態に変更し、第２制御状態の単位変換器のうち、第１の単位変換器と同数の他の単位変換器を、第１制御状態に変更する単位変換器として選択し、アーム電流の極性が、第１制御状態の単位変換器が有するエネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、第１の時間間隔で検出した、第１制御状態の単位変換器である第２の単位変換器が有するエネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第２閾値（Ｖｃ－ｍｉｎ）を超えた際に、第２の単位変換器を第２制御状態に変更し、第２制御状態の単位変換器のうち、第２の単位変換器と同数の他の単位変換器を、第１制御状態に変更する単位変換器として選択することにより、単位変換器が備えるエネルギー蓄積要素の端子間電圧の変動幅が増大してしまうのを抑制し、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。
【0145】
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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【0146】
１，２・・・電力変換装置、１０・・・電力変換器、１２，１２－Ｒ，１２－Ｓ，１２－Ｔ・・・レグ、１４，１４－Ｐ－Ｒ，１４－Ｎ－Ｒ，１４－Ｐ－Ｓ，１４－Ｎ－Ｓ，１４－Ｐ－Ｔ，１４－Ｎ－Ｔ，１４－ＲＳ，１４－ＳＴ，１４－ＴＲ・・・リアクトル、１６，１６－Ｐ－Ｒ，１６－Ｎ－Ｒ，１６－Ｐ－Ｓ，１６－Ｎ－Ｓ，１６－Ｐ－Ｔ，１６－Ｎ－Ｔ・・・アームユニット、１６２，１６２－１，１６２－ｎ，１６２－１－Ｐ－Ｒ，１６２－ｎ－Ｐ－Ｒ，１６２－１－Ｎ－Ｒ，１６２－ｎ－Ｎ－Ｒ，１６２－１－Ｐ－Ｓ，１６２－ｎ－Ｐ－Ｓ，１６２－１－Ｎ－Ｓ，１６２－ｎ－Ｎ－Ｓ，１６２－１－Ｐ－Ｔ，１６２－ｎ－Ｐ－Ｔ，１６２－１－Ｎ－Ｔ，１６２－ｎ－Ｎ－Ｔ・・・セル、２０・・・電力変換器、２２，２２－ＲＳ，２２－ＳＴ，２２－ＴＲ・・・レグ、２６，２６－ＲＳ，２６－ＳＴ，２６－ＴＲ・・・アームユニット、２６２，２６２－１，２６２－ｎ，２６２－１－ＲＳ，２６２－ｎ－ＲＳ，２６２－１－ＳＴ，２６２－ｎ－ＳＴ，２６２－１－ＴＲ，２６２－ｎ－ＴＲ・・・セル、５０，５０ａ・・・変換器制御部、５２，５２ａ・・・インサート数演算部、５４，５４ａ・・・ソートリスト演算部、５６，５６ａ・・・セル選択制御部、５８，５８ａ・・・ゲート信号生成部、Ｑ，Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４・・・スイッチング素子、Ｄ，Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４・・・ダイオード、Ｃ・・・コンデンサ、ＴＲ・・・トランス、Ｒ，Ｓ，Ｔ・・・交流端子、Ｐ・・・正側端子、Ｎ・・・負側端子、ＣＡ，ＣＡ－Ｒ，ＣＡ－Ｓ，ＣＡ－Ｔ、ＣＢ，ＣＢ－Ｒ，ＣＢ－Ｓ，ＣＢ－Ｔ・・・交流端子、ＣＰ，ＣＰ－Ｒ，ＣＰ－Ｓ，ＣＰ－Ｔ，ＣＮ，ＣＮ－Ｒ，ＣＮ－Ｓ，ＣＮ－Ｔ・・・直流端子、ＴＰ・・・正極端子、ＴＮ・・・負極端子
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】