特許 7030248 マルチレベルコンバータの動作方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-24

(45)【発行日】2022-03-04

(54)【発明の名称】マルチレベルコンバータの動作方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/49 20070101AFI20220225BHJP

   H02M 7/12 20060101ALI20220225BHJP

【ＦＩ】

H02M7/49

H02M7/12 X

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2021534309

(86)(22)【出願日】2018-12-18

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-01-19

(86)【国際出願番号】 EP2018085524

(87)【国際公開番号】W WO2020125950

(87)【国際公開日】2020-06-25

【審査請求日】2021-08-25

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】521001582

【氏名又は名称】シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＩＥＭＥＮＳ ＥＮＥＲＧＹ ＧＬＯＢＡＬ ＧＭＢＨ ＆ ＣＯ． ＫＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110003317

【氏名又は名称】特許業務法人山口・竹本知的財産事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100169627

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 美奈

(72)【発明者】

【氏名】アル－アレキ，サンアド

(72)【発明者】

【氏名】チョードリー，アドナン

(72)【発明者】

【氏名】フッセンネザー，フォルカー

【審査官】栗栖 正和

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１７－１３５９１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６９２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６７８３４１９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２０１７／０２９３２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０１６１９８７（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４９

Ｈ０２Ｍ ７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）を備えたマルチレベルコンバータ（８００）を動作させるための方法であって、
前記マルチレベルコンバータ（８００）の第１の直流電圧接続部（１６）と第２の直流電圧接続部（１７）との間に、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）が互いに並列接続されて配置されており、
前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）が、それぞれ複数のモジュール（１＿１…１＿ｎ；２＿１…２＿ｎ；４０８＿１…４０８＿ｎ）を有し、前記複数のモジュール（１＿１…１＿ｎ；２＿１…２＿ｎ；４０８＿１…４０８＿ｎ）が、それぞれ少なくとも２つの電子スイッチング要素（９０２、９０６）とエネルギ蓄積器（９１０）とを有し、
前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれが、前記第１の直流電圧接続部（１６）に接続されている第１の相モジュールアーム（１１，１１’，１１”）と、前記第２の直流電圧接続部（１７）に接続されている第２の相モジュールアーム（１３，１３’，１３”）と、フルブリッジ回路を備えた少なくとも１つのモジュール（４０８＿１）を有するとともに、前記第１の相モジュールアーム（１１，１１’，１１”）を前記第２の相モジュールアーム（１３，１３’，１３”）に接続する第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）と、スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）とを有し、
前記スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）が、第１のスイッチング位置（４２１）において、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の交流電圧接続部（５，５’，５”）を、前記第１の相モジュールアーム（１１，１１’，１１”）と前記第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）との間の第１の接続点（４１２，４１２’，４１２”）に接続すると共に、第２のスイッチング位置（４２２）において、前記交流電圧接続部（５，５’，５”）を前記第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）と前記第２の相モジュールアーム（１３，１３’，１３”）との間の第２の接続点（４１６，４１６’，４１６”）に接続する、マルチレベルコンバータ（８００）を動作させるための方法において、
前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれについて、前記第１の相モジュールアーム（１１，１１’，１１”）のエネルギと、前記第２の相モジュールアーム（１３，１３’，１３”）のエネルギとの和に対する尺度であるエネルギ合計量（Ｗ_Σ１，Ｗ_Σ２，Ｗ_Σ３）が決定され、
前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれについて、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のスイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）のスイッチング位置（４２１，４２２）に応じて、エネルギ差分量（ＷΔ１，ＷΔ２，ＷΔ３）が決定され、前記エネルギ差分量（Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３）が、
第１のスイッチング位置（４２１）においては、前記第２の相モジュールアーム（１３，１３’，１３”）と前記第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）とのエネルギの差に対する尺度であり、第２のスイッチング位置（４２２）においては、前記第１の相モジュールアーム（１１，１１’，１１”）と前記第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）とのエネルギの差に対する尺度であり、
前記相モジュールアーム（１１，１１’，１１”，１３，１３’，１３”，４０４，４０４’，４０４”）間のエネルギ不平衡を補償するために、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記エネルギ合計量（Ｗ_Σ１，Ｗ_Σ２，Ｗ_Σ３）および前記エネルギ差分量（Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３）に応じて、前記マルチレベルコンバータ（８００）の循環電流が調節される、
マルチレベルコンバータ（８００）を動作させるための方法。

【請求項2】

前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の全てのエネルギ合計量（Ｗ_Σ１，Ｗ_Σ２，Ｗ_Σ３）からエネルギ合計空間ベクトルが生成され、前記エネルギ合計空間ベクトルに応じて、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）間のエネルギ不平衡を補償するために、前記循環電流の直流成分が調節される、請求項１記載の方法。

【請求項3】

前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれのエネルギ合計量（Ｗ_Σ１，Ｗ_Σ２，Ｗ_Σ３）が、前記第１の相モジュールアーム（１１，１１’，１１”）に印加される電圧（Ｕ_ｐ）と前記第２の相モジュールアーム（１３，１３’，１３”）に印加される電圧（Ｕ_ｎ）とから決定される、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の全てのエネルギ差分量（Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３）からエネルギ差分空間ベクトルが生成され、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の個々の相モジュールアーム（１１，１１’，１１”，１３，１３’，１３”，４０４，４０４’，４０４”）間のエネルギ不平衡を補償す
るために、前記エネルギ差分空間ベクトルに応じて、前記循環電流の正相分および逆相分が調節される請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれのエネルギ差分量（Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３）が、
前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）の前記第１のスイッチング位置（４２１）においては、前記第２の相モジュールアーム（１３，１３’，１３”）に印加される電圧（Ｕ_ｎ）と前記第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）に印加される電圧（Ｕ_ｓ）とから決定され、
前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）の前記第２のスイッチング位置（４２２）においては、前記第１の相モジュールアーム（１１，１１’，１１”）に印加される電圧（Ｕ_ｐ）と前記第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）に印加される電圧（Ｕ_ｓ）とから決定される、
請求項４記載の方法。

【請求項6】

前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれの電気スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）が、
前記第２のスイッチング位置（４２２）においては、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記交流電圧接続部（５，５’，５”）を第１の接続点（４１２，４１２’，４１２”）から分離し、
前記第１のスイッチング位置（４２１）においては、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記交流電圧接続部（５，５’，５”）を第２の接続点（４１６，４１６’，４１６”）から分離する、請求項の１から５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）のそれぞれの少なくとも１つのモジュール（４０８＿１…４０８＿ｎ）が、正または負の極性の電圧を出力することができるように構成されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

前記第３の相モジュールアーム（４０４，４０４’，４０４”）のそれぞれの少なくとも１つのモジュール（４０８＿１…４０８＿ｎ）が、フルブリッジ回路を有する、請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項9】

前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれの前記スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）が、前記複数の（４００，４００’，４００”）
の前記交流電圧接続部（５，５’，５”）に印加される交流電圧（Ｕ_ａｃ）の瞬時値に応じた前記スイッチング位置（４２１、４２２）をとる、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項10】

前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれの前記スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）は、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記交流電圧接続部（５，５’，５”）に印加される交流電圧（Ｕａｃ）の瞬時値がゼロよりも大きいときに、前記第１のスイッチング位置（４２１）をとり、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれの前記スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）は、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記交流電圧接続部（５，５’，５”）に印加される交流電圧（Ｕ_ａｃ）の瞬時値がゼロよりも小さいときに、前記第２のスイッチング位置（４２２）をとる、又は、
前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれの前記スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）は、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記交流電圧接続部（５，５’，５”）に印加される交流電圧（Ｕ_ａｃ）の瞬時値が第１の予め選択された電圧範囲にあるときに、前記第１のスイッチング位置（４２１）をとり、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）のそれぞれの前記スイッチング装置（４２０，４２０’，４２０”）は、前記複数の相モジュール（４００，４００’，４００”）の前記交流電圧接続部（５，５’，５”）に印加される交流電圧（Ｕ_ａｃ）の瞬時値が第２の予め選択された電圧範囲にあるときに、前記第２のスイッチング位置（４２２）をとる、
請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の相モジュールを備えたマルチレベルコンバータを動作させるための方法に関する。マルチレベルコンバータの複数の相モジュールは、マルチレベルコンバータの第１の直流電圧接続部と第２の直流電圧接続部との間に、互いに並列接続されて配置されており、かつそれぞれ少なくとも２つの電子スイッチング要素とエネルギ蓄積器とを有する。各相モジュールは、第１の直流電圧接続部に接続されている第１の相モジュールアームと、第２の直流電圧接続部に接続されている第２の相モジュールアームと、第１の相モジュールアームを第２の相モジュールアームに接続する第３の相モジュールアームとを有する。さらに、マルチレベルコンバータは、第１のスイッチング位置において相モジュールの交流電圧接続部を第１の相モジュールアームと第３の相モジュールアームとの間の第１の接続点に接続し、第２のスイッチング位置において前記交流電圧接続部を第３の相モジュールアームと第２の相モジュールアームとの間の第２の接続点に接続するスイッチング装置を有する。

【背景技術】

【0002】

マルチレベルコンバータ（モジュラマルチレベルコンバータとも称せられる）は、電気エネルギを変換するためのパワー電子回路である。マルチレベルコンバータにより、例えば、交流を直流に、又は直流を交流に変換することができる。マルチレベルコンバータは、電気的に直列に接続された多数の同タイプのモジュールを有する。モジュールを電気的に直列に接続することによって、高い出力電圧を達成することができる。マルチレベルコンバータは、容易に、異なる電圧に適合可能（拡張可能）であり、所望の出力電圧を比較的正確に生成することができる。マルチレベルコンバータは、高電圧範囲において、例えば、高電圧直流送電システムにおけるコンバータとして、又は無効電力補償装置として、有利に使用することができる。

【0003】

電気的直列接続回路におけるモジュールの数は、マルチレベルコンバータが必要な出力電圧を生成することができるように選択すべきである。しかし、たとえそうであっても、直列接続におけるモジュールの数は、モジュールに印加される電圧がマルチレベルコンバータの全ての動作状態において最大許容モジュール電圧を超えないように、十分に大きくなければならない。従って、その直列接続回路には、予め与えられた出力電圧を生成するために実際に必要とするよりも多い数のモジュールが存在しなければならない。これは、高コスト、高い電力損失およびマルチレベルコンバータ構造の大型化を招く。

【0004】

従来のマルチレベルコンバータの相モジュールは、それぞれ２つの相モジュールアームを有し、その一方は第１の直流電圧接続部に接続され、他方はマルチレベルコンバータの第２の直流電圧接続部に接続されている。

【0005】

本発明は、従来のマルチレベルコンバータとは違って、相モジュール毎に２つだけでなく３つの相モジュールアームを有する特別なマルチレベルコンバータに関する。このようなマルチレベルコンバータは、マルチレベルコンバータにおける１つの相モジュールの交流電圧接続部と第１の直流電圧接続部との間のモジュールの数を、必要に応じて、第３の相モジュールアームにおけるモジュールの数だけ増減することを可能にする。同様に、マルチレベルコンバータにおける１つの相モジュールの交流電圧接続部と第２の直流電圧接続部との間のモジュールの数を、第３の相モジュールアーム内のモジュールの数だけ増減することができる。言い換えれば、第３の相モジュールアームのモジュールは、必要に応じて第１の相モジュールアーム又は第２の相モジュールアームに割り当てることができる。

【0006】

従って、１つの相モジュールの第３の相モジュールアームのモジュールは、二重の機能を有する。その相モジュールのスイッチング装置のスイッチング位置に応じて、これらのモジュールは、その相モジュールの交流電圧接続部と第１の直流電圧接続部との間、又は交流電圧接続部と第２の直流電圧接続部との間に接続される。従って、１つの相モジュールの第３の相モジュールアームのモジュールは、その相モジュールの異なる電圧を生成するために使用される。１つの相モジュールのスイッチング装置が第１のスイッチング位置と第２のスイッチング位置との間で切換え可能であることによって、第３の相モジュールアームのモジュールは、１回存在しさえすればよい。これに対して、従来のマルチレベルコンバータの場合、追加のモジュールは、各相モジュールにおいて２回、即ち、１回は第１の（正側の）相モジュールアームに、１回は相モジュールの第２の（負側の）相モジュールアームに存在しなければならない。従って、特別なマルチレベルコンバータの各相モジュールにおける第３の相モジュールアームによって、相モジュール当たりに必要とされるモジュールの数は、従来のマルチレベルコンバータと比べて著しく低減することができる。これは、マルチレベルコンバータのサイズ、コンバータ損失およびコストの著しい低減にもつながる。必要なモジュールの２５％を節約することが可能である。

【0007】

相モジュール毎に２つの相モジュールアームを有する従来のマルチレベルコンバータを動作させる場合、相モジュールアームに均等に負荷をかけるべく、個々の相モジュールアームに蓄積されるエネルギの間のエネルギ不平衡が補償される。その場合に、一方では、相モジュール間で、いわゆる水平エネルギ補償が実行され、他方では、各相モジュールの２つの相モジュールアーム間で、いわゆる垂直エネルギ補償が実行される。この目的のために、各相モジュールの２つの相モジュールアームのエネルギの和および差に応じて、相モジュール間および個々の相モジュールの相モジュールアーム間でエネルギを伝達するマルチレベルコンバータの循環電流が調節される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の課題は、相モジュール毎に３つの相モジュールアームを有する上述のマルチレベルコンバータにおける相モジュールアーム間のエネルギを補償するための方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

この課題は、本発明によれば、請求項１記載の特徴事項を有する方法によって解決される。

【0010】

本発明の有利な実施形態は従属請求項に記載されている。

【0011】

本発明による方法では、マルチレベルコンバータの各相モジュールについて、第１の相モジュールアームおよび第２の相モジュールアームのエネルギの和に対する尺度であるエネルギ合計量（Energiesummengroesse）が決定される。さらに、各相モジュールについて、相モジュールのスイッチング装置のスイッチング位置に応じて、エネルギ差分量（Energiedifferenzgroesse）が決定され、そのエネルギ差分量は、スイッチング装置の第１のスイッチング位置においては、第２の相モジュールアームおよび第３の相モジュールアームのエネルギの差に対する尺度であり、スイッチング装置の第２のスイッチング位置においては、第１の相モジュールアームおよび第３の相モジュールアームのエネルギの差に対する尺度である。相モジュールの前記エネルギ合計量および前記エネルギ差分量に応じて、マルチレベルコンバータの循環電流が、相モジュールアーム間のエネルギ不平衡を補償するために調節される。

【0012】

従って、本発明では、エネルギ不平衡を補償するために、各相モジュールの第１の相モジュールアームと第２の相モジュールアームとのエネルギの和と、各相モジュールの第１又は第２のモジュールアームと第３の相モジュールアームとのエネルギの差とに応じて、マルチレベルコンバータの循環電流を調節する。第１および第３の相モジュールアームのエネルギの差を使用するか、又は第２および第３の相モジュールアームのエネルギの差を使用するかは、１つの相モジュールのスイッチング装置のスイッチング位置に依存する。本発明は、エネルギ補償のために、従来のマルチレベルコンバータの場合と同様に、マルチレベルコンバータの循環電流を調節することによって、従来のマルチレベルコンバータに使用される相モジュールアーム間のエネルギ補償原理を、相モジュール毎に３つの相モジュールアームを有する特別なマルチレベルコンバータに転用することを可能にする。その際に、特別なマルチレベルコンバータは、従来のマルチレベルコンバータよりも多い相モジュール当たり相モジュールアーム数を有するにもかかわらず、循環電流を調節するために、同一の相モジュール数を有する従来のマルチレベルコンバータと同一の数の、相モジュールアームのエネルギの和および差が使用される。例えば、３相の特別なマルチレベルコンバータでは、全部で９つの相モジュールアームのエネルギから、３つのエネルギ合計量および３つのエネルギ差分量が形成され、従って、相モジュール毎に２つの相モジュールアームを有する従来の３相マルチレベルコンバータと同じだけのエネルギ合計量およびエネルギ差分量が生成される。その結果、相モジュール毎に３つの相モジュールアームを有する特別なマルチレベルコンバータに対して、従来のマルチレベルコンバータに対しても使用される同じ循環電流調節器をエネルギ補償のために使用することができる。

【0013】

本発明の一実施形態では、全ての相モジュールのエネルギ合計量からエネルギ合計空間ベクトル（Energiesummenraumzeiger）が生成され、そのエネルギ合計空間ベクトルに応じて、循環電流の直流成分が相モジュール間のエネルギ不平衡を補償するために調節される。本発明のこの実施形態は、循環電流の直流成分が相モジュール間の直接のエネルギ伝達を可能にし、従って水平エネルギ補償に利用できることと、その直流成分がエネルギ合計空間ベクトルに依存することとを利用する。

【0014】

本発明の別の実施形態では、全ての相モジュールのエネルギ差分量からエネルギ差分空間ベクトル（Energiedifferenzraumzeiger）が生成され、個々の相モジュールの相モジュールアーム間のエネルギ不平衡を補償するために、エネルギ差分空間ベクトルに応じて、循環電流の正相分および逆相分が調節される。本発明のこの実施形態は、循環電流の正相分および逆相分を調節することによって、個々の相モジュールの相モジュールアームの間で垂直エネルギ補償を達成できること、ならびに循環電流の正相分および逆相分がエネルギ差分空間ベクトルに依存することを利用する。

【0015】

本発明のさらに別の実施形態では、各相モジュールのエネルギ合計量が、当該相モジュールの第１の相モジュールアームおよび第２の相モジュールアームにそれぞれ印加される電圧から決定されるか、各相モジュールのエネルギ差分量が、当該相モジュールのスイッチング装置の第１のスイッチング位置において当該相モジュールの第２の相モジュールアームおよび第３の相モジュールアームにそれぞれ印加される電圧から決定されかつ当該相モジュールのスイッチング装置の第２のスイッチング位置において当該相モジュールの第１の相モジュールアームおよび第３の相モジュールアームにそれぞれ印加される電圧から決定されるか、それらのうちのいずれか一方又は両方である。本発明のこれらの実施形態は、１つの相モジュールアームのエネルギがその相モジュールアームに印加される電圧に依存することを利用する。

【0016】

マルチレベルコンバータは、１つの相モジュールのスイッチング装置が、第２のスイッチング位置において当該相モジュールの交流電圧接続部を第１の接続点から(電気的に)分離し、第１のスイッチング位置において交流電圧接続部を第２の接続点から（電気的に）分離するように構成することができる。一般的に言えば、スイッチング装置は、交流電圧接続部を、各スイッチング位置においてそれぞれ最大で１つの（当該スイッチング位置に属する）接続点にのみ接続する（かつ交流電圧接続部を他の接続点から分離する）。従って、スイッチング装置は、（そのスイッチング位置において）交流電圧接続部を、それぞれ排他的に１つの（そのスイッチング位置に属する）接続点に接続する。もちろん、交流電圧接続部が全ての接続点から分離されているスイッチング位置も存在してよい。

【0017】

マルチレベルコンバータは、第１の相モジュールアーム、第２の相モジュールアームおよび第３の相モジュールアームが、それぞれ、１つの直列接続回路内に、少なくとも２つのモジュール、特に少なくとも５つのモジュールを有しているように構成することもできる。

【0018】

マルチレベルコンバータは、スイッチング装置が（スイッチング要素として）サイリスタを有するように構成することもできる。第１の接続点と第２の接続点との間の切換えは、サイリスタによって特に迅速に行うことができる。

【0019】

マルチレベルコンバータは、以下のように構成することもできる。
各相モジュールのスイッチング装置は、スイッチング装置の第１のスイッチング位置において交流電圧接続部を第１の接続点に（電気的に）接続しかつスイッチング装置の第２のスイッチング位置において交流電圧接続部を第１の接続点から（電気的に）分離する第１の電子パワースイッチを有し、
各相モジュールのスイッチング装置は、スイッチング装置の第２のスイッチング位置において交流電圧接続部を第２の接続点に（電気的に）接続しかつスイッチング装置の第１のスイッチング位置において交流電圧接続部を第２の接続点から（電気的に）分離する第２の電子パワースイッチを有する。１つのスイッチング装置の２つの電子パワースイッチを用いて、第１の接続点と第２の接続点との間の切換えを格別に容易かつ迅速に実行することができる。

【0020】

マルチレベルコンバータは、各スイッチング装置の第１の電子パワースイッチおよび第２の電子パワースイッチがそれぞれサイリスタを有するように構成することができる。

【0021】

マルチレベルコンバータは、各スイッチング装置の第１の電子パワースイッチおよび第２の電子パワースイッチがそれぞれ逆並列に接続されたサイリスタを有するように構成することもできる。それによって、電子パワースイッチは、相モジュールの交流電圧接続部を流れる交流電流を両方の極性で切り替えることができる。

【0022】

マルチレベルコンバータは、第３の相モジュールアームの少なくとも１つのモジュールが正または負の極性の電圧を出力することができるように構成してもよい。これは、特に、サイリスタのターンオフ過程を有利に支援する。少なくとも１つのモジュールが負電圧および正電圧の両方を生成し、出力することができると格別に有利である。この電圧によって、交流電圧接続部を介して第１の接続点から第２の接続点へ流れる電流の転流を安全かつ確実に実施することができる。これは、例えば、そのモジュールにより元の電流の流れと反対方向の電圧が転流電圧として生成されることによって行うことができる。

【0023】

マルチレベルコンバータは、第３の相モジュールアームの少なくとも１つのモジュールがフルブリッジ回路を有するように構成することができる。フルブリッジ回路を有する少なくとも１つのモジュールが負電圧および正電圧の両方を生成し、出力することができると、格別に有利である。これは、上述したように、転流を支援する。

【0024】

マルチレベルコンバータは、フルブリッジ回路が４つの電子スイッチング要素と１つの電気エネルギ蓄積器とを有するように構成することができる。

【0025】

マルチレベルコンバータは、各相モジュールのスイッチング装置が、当該相モジュールの交流電圧接続部に印加される電圧（交流電圧）の瞬時値に応じて、複数のスイッチング位置、特に第１のスイッチング位置および第２のスイッチング位置をとるように構成することもできる。スイッチング装置は、交流電圧接続部に印加される電圧（交流電圧）の瞬時値に応じたスイッチング位置をとるように制御されると、有利である。それによって、スイッチング装置の格別に簡単な様式の制御がもたらされる。交流電圧の瞬時値を評価しさえすればよく、その瞬時値の大きさに応じて、スイッチング装置は、それぞれのスイッチング位置（特に、第１のスイッチング位置および第２のスイッチング位置）をとる。

【0026】

マルチレベルコンバータは、以下のように構成することもできる。
各相モジュールのスイッチング装置は、当該相モジュールの交流電圧接続部に印加される電圧の瞬時値がゼロよりも大きい（又はゼロに等しい）ときに第１のスイッチング位置をとり、前記スイッチング装置は、前記交流電圧接続部に印加される電圧の瞬時値がゼロよりも小さいときに第２のスイッチング位置をとる。又は、
各相モジュールのスイッチング装置は、当該相モジュールの交流電圧接続部に印加される電圧の瞬時値が第１の予め選択された電圧範囲にあるときに第１のスイッチング位置をとり、前記スイッチング装置は、前記交流電圧接続部に印加される電圧の瞬時値が第２の予め選択された電圧範囲にあるときに第２のスイッチング位置をとる。第１の選択肢は、有利に、スイッチング装置がいつ第１のスイッチング位置をとるか、また、スイッチング装置がいつ第２のスイッチング位置をとるかを規定する格別に簡単な方法を成している。即ち、スイッチング装置は、交流電圧の瞬時値がゼロより大きい（又はゼロに等しい）ときには、第１のスイッチング位置をとり、交流電圧の瞬時値がゼロより小さいときには、第２のスイッチング位置をとる。第２の選択肢は、交流電圧の瞬時値が第１の予め選択された電圧範囲にあるときに、第１のスイッチング位置がとられることを示す。交流電圧の瞬時値が第２の予め選択された電圧範囲にあるときには、第２のスイッチ位置がとられる。この変形例は、スイッチング装置のよりフレキシブルなスイッチングを可能にする。

【0027】

以下において図面を参照して実施例をさらに詳細に説明することにより、上述の本発明の特性、特徴、および利点、ならびにそれらを達成する方法を明らかにする。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、マルチレベルコンバータの１つの相モジュールの実施例を示す。

【図2】図２は、図１による相モジュールにおける電圧経過例を示す。

【図3】図３は、図１による相モジュールの代替的な表示を示す。

【図4】図４は、３つの相モジュールを有するマルチレベルコンバータの実施例を示す。

【図5】図５は、マルチレベルコンバータの１つのモジュールの実施例を示す。

【図6】図６は、マルチレベルコンバータの１つのモジュールの他の実施例を示す。

【図7】図７は、本発明よる方法の実施例のフローチャートを示す。

【図8】図８は、マルチレベルコンバータの循環電流を調節するための目標電流空間クトルを決定するブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0029】

図面において、対応する部分には同じ参照符号が付されている。

【0030】

図１には、マルチレベルコンバータ８００の相モジュール４００の実施例が示されている。相モジュール４００は、第１（正側）の相モジュールアーム１１と、第２（負側）の相モジュールアーム１３と、第３（中間）の相モジュールアーム４０４とを有する。第１の相モジュールアーム１１の両端には第１の電圧Ｕ_ｐが存在し、第２の相モジュールアーム１３の両端には第２の電圧Ｕ_ｎが存在し、第３の相モジュールアーム４０４の両端には第３の電圧Ｕ_ｓが存在する。相モジュール４００は、第１の直流電圧接続部１６と第２の直流電圧接続部１７との間に配置されており、第１の相モジュールアーム１１は、第１の直流電圧接続部１６に接続されている。第２の相モジュールアーム１３は、第２の直流電圧接続部１７に接続されている。各相モジュールアームは、多数のモジュールを有する。この実施例では、第１の相モジュールアーム１１は、ｎ個のモジュール１＿１…１＿ｎを有し、これらのモジュールは、それぞれハーフブリッジ回路（ハーフブリッジモジュール）又はフルブリッジ回路（フルブリッジモジュール）に構成することができる。第２の相モジュールアーム１３も同様に、ｎ個のモジュール２＿１…２＿ｎを有し、これらのモジュールは、それぞれハーフブリッジ回路（ハーフブリッジモジュール）又はフルブリッジ回路（フルブリッジモジュール）に構成することができる。従って、第１の相モジュールアーム１１および第２の相モジュールアーム１３は、例えば、それぞれハーフブリッジモジュールのみ、又はフルブリッジモジュールのみを有することができる。

【0031】

第３の相モジュールアーム４０４は、フルブリッジ回路（フルブリッジモジュール４０８＿１）を備えた少なくとも１つのモジュール４０８＿１と、それぞれハーフブリッジ回路（ハーフブリッジモジュール）又はフルブリッジ回路（フルブリッジモジュール）に構成することができる他のモジュール４０８＿２～４０８＿ｎとを有する。

【0032】

第３の相モジュールアーム４０４は、第１の相モジュールアーム１１と第３の相モジュールアーム４０４との間に第１の接続点４１２を形成すると共に、第３の相モジュールアーム４０４と第２の相モジュールアーム１３との間に第２の接続点４１６を形成することにより、第１の相モジュールアーム１１を第２の相モジュールアーム１３に接続する。スイッチング装置４２０は、第１のスイッチング位置４２１において相モジュール４００の交流電圧接続部５を第１の接続点４１２に電気的に接続し、第２のスイッチング位置４２２において交流電圧接続部５を第２の接続点４１６に電気的に接続するように構成されている。さらに、スイッチング装置４２０は、第２のスイッチング位置４２２において交流電圧接続部５を第１の接続点４１２から電気的に分離し、第１のスイッチング位置４２１において交流電圧接続部５を第２の接続点４１６から電気的に分離するように構成されている。

【0033】

スイッチング装置４２０は、スイッチング要素として、第１サイリスタＴ１と、第２サイリスタＴ２と、第３サイリスタＴ３と、第４サイリスタＴ４とを有する。より正確に言えば、そのスイッチング装置は、第１の電子パワースイッチ４２４および第２の電子パワースイッチ４２８を有する。第１の電子パワースイッチ４２４は、第１のサイリスタＴ１および第２のサイリスタＴ２を有し、第２の電子パワースイッチ４２８は、第３のサイリスタＴ３および第４のサイリスタＴ４を有する。従って、第１の電子パワースイッチ４２４は、逆並列に接続されたサイリスタＴ１およびＴ２を有し、第２の電子電力スイッチ４２８は、逆並列に接続されたサイリスタＴ３およびＴ４を有する。

【0034】

個々のサイリスタＴ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４による表示は、ここでは単に象徴的に理解すべきである。実際には、例えば、必要な電圧値および電流値を達成するために、より多数のサイリスタを直列および／又は並列に接続することができる。

【0035】

第１の電子パワースイッチ４２４は、スイッチング装置４２０の第１のスイッチング位置において、交流電圧接続部５を第１の接続点４１２に電気的に接続する。第１の電子パワースイッチ４２４は、スイッチング装置４２０の第２のスイッチング位置において、交流電圧接続部５を第１の接続点４１２から電気的に分離する。第２の電子パワースイッチ４２８は、スイッチング装置４２０の第２のスイッチング位置において、交流電圧接続部５を第２の接続点４１６に電気的に接続する。第２の電子パワースイッチ４２８は、スイッチング装置４２０の第１のスイッチ位置において、交流電圧接続部５を第２の接続点４１６から電気的に分離する。

【0036】

交流電圧接続部５と接地接続部２０２との間に交流電圧Ｕ_ａｃが存在する。第１の直流電圧接続部１６と接地接続部２０２との間に電圧１／２Ｕ_ｄｃが印加される。Ｕ_ｄｃは、第１の直流電圧接続部１６と第２の直流電圧接続部１７との間に印加される全直流電圧である。接地接続２０２と第２の直流電圧接続部１７との間に、同様に電圧１／２Ｕ_ｄｃが印加される。

【0037】

スイッチング装置４２０は、交流電圧接続部５に存在する交流電圧Ｕ_ａｃの瞬時値に応じたスイッチング位置（即ち、第１のスイッチング位置および第２のスイッチング位置）をとる。より正確に言えば、スイッチング装置４２０は、交流電圧接続部５に印加される交流電圧Ｕ_ａｃの瞬時値に依存したスイッチング位置（即ち、第１のスイッチング位置および第２のスイッチング位置）をとるように、制御装置（図示せず）によって制御される。その際に、スイッチング装置４２０は、交流電圧Ｕ_ａｃの瞬時値がゼロよりも大きい（またはゼロに等しい）とき、第１のスイッチング位置をとる。それによって、第１の交流電圧接続部５が第１の接続点４１２に電気的に接続される。スイッチング装置４２０は、交流電圧接続部５に印加される交流電圧Ｕ_ａｃの瞬時値がゼロよりも小さいとき、第２のスイッチング位置をとる。それによって、第１の交流電圧接続部５が第２の接続点４１６に電気的に接続される。

【0038】

マルチレベルコンバータ８００は、交流電圧接続部５に印加される交流電圧Ｕ_ａｃの瞬時値が第１の予め選択された電圧範囲にあるときにスイッチング装置４２０が第１のスイッチング位置をとり、交流電圧接続部に印加される交流電圧Ｕ_ａｃの瞬時値が第２の予め選択された電圧範囲にあるときにスイッチング装置４２０が第２のスイッチング位置をとるように、構成することもできる。第１の予め選択された電圧範囲は、例えば、０～＋１／２Ｕ_ｄｃの電圧範囲とすることができ、第２の予め選択された電圧範囲は、例えば、－１／２Ｕ_ｄｃ～０の電圧範囲とすることができる。

【0039】

図２には、相モジュール４００に生じる電圧が例示されている。ｔ＝０からｔ＝１／２Ｔまでの時間間隔中（即ち、交流電圧Ｕａｃの瞬時値がゼロよりも大きい期間中）には、第１の相モジュールアーム１１に比較的低い電圧Ｕ_ｐのみが印加される。より大きな電圧（Ｕ_ｄｃ－Ｕ_ｐ）が、（電圧Ｕ_ｎとして）第２の相モジュールアーム１３および（電圧Ｕ_ｓとして）第３の相モジュールアーム４０４に分配される。それによって、第１の相モジュールアーム１１、第２の相モジュールアーム１３および第３の相モジュールアーム４０４には、それぞれ最大で電圧１／２Ｕ_ｄｃが印加される。従って、各相モジュールアーム１１，１３，４０４は、最大直流電圧の半分１／２Ｕ_ｄｃに対して設計されさえすればよい。第２の半周期の間（即ち、ｔ＝１／２Ｔからｔ＝Ｔまでの範囲内）では、第２の相モジュールアーム１３に比較的低い電圧Ｕ_ｎのみが印加される一方で、より大きい電圧（Ｕ_ｄｃ－Ｕ_ｎ）が、第１の相モジュールアーム１１および第２の相モジュールアーム４０４に分配される。交流電圧Ｕ_ａｃの周期の前半における過程と同様に、ここでも、各相モジュールアーム１１，１３，４０４には最大で電圧１／２Ｕ_ｄｃが生じる。

【0040】

図３には、図１の相モジュール４００がもう一度簡略図で示されている。このために、第１の相モジュールアーム１１、第２の相モジュールアーム１３および第３の相モジュールアーム４０４は、それぞれ、対角線が描かれた正方形として象徴的に表されている。第１の電子パワースイッチ４２４および第２の電子パワースイッチ４２８は、それぞれ、２つの対角線が描かれたより小さい正方形として示されている。さらに、図３は、電圧矢印により、第１の接続点４１２と接地接続部２０２との間の交流電圧の第１の半周期の期間中（Ｕ_ａｃ＞０）に、接地接続部２０２に対して交流電圧接続部５で発生する交流電圧Ｕ_ａｃがどのように発生するかを示している。第２の半周期の期間中（Ｕ_ａｃ＜０）には、第２の接続点４１６と接地接続部２０２との間において交流電圧Ｕ_ａｃが発生する（この図は、第１の電子パワースイッチ４２４および第２の電子パワースイッチ４２８が理想的なスイッチのように振る舞うこと、即ち、スイッチオンされた状態で、これらのスイッチ４２４および４２８の両端間に電圧降下が生じないことを仮定している）。

【0041】

交流電圧接続部５は、交流電圧接続部５に存在する交流電圧Ｕ_ａｃの瞬時値がゼロより大きい（またはゼロに等しい）とき、第１の接続点４１２に電気的に接続され、第２の接続点４１６から電気的に分離される。交流電圧接続部５は、交流電圧接続部５に存在する交流電圧Ｕ_ａｃの瞬時値がゼロより小さいとき、第２の接続点４１６に電気的に接続され、第１の接続点４１２から電気的に分離される。

【0042】

図４には、３相マルチレベルコンバータ８００の実施例が示されている。マルチレベルコンバータ８００は、図３に応じた３つの相モジュール４００，４００’，４００”を有する。第１の相モジュール４００は、相モジュールアーム１１，１３，４０４と、電子パワースイッチ４２４，４２８を備えたスイッチング装置４２０と、接続点４１２，４１６と、交流電圧接続部５とを有する。第２の相モジュール４００’は、相モジュールアーム１１’，１３’，４０４’と、電子パワースイッチ４２４’，４２８’を備えたスイッチング装置４２０’と、接続点４１２’，４１６’と、交流電圧接続部５’とを有する。第３の相モジュール４００”は、相モジュールアーム１１”，１３”，４０４”と、電子パワースイッチ４２４”，４２８”を備えたスイッチング装置４２０”と、接続点４１２”，４１６”と、交流電圧接続部５”とを有する。

【0043】

マルチレベルコンバータ８００を動作させるために、マルチレベルコンバータ８００の交流電圧接続部５，５’，５”に存在する各電圧の瞬時値が測定される。その場合、測定された瞬時値に応じて、交流電圧接続部５，５’，５”は、それぞれの第１の接続点４１２，４１２’，４１２”又はそれぞれの第２の接続点４１６，４１６’，４１６”に電気的に接続される。各交流電圧接続部５，５’，５”は、接続点４１２，４１２’，４１２”，４１６，４１６’，４１６”の１つにのみ電気的に接続され、他の接続点４１２，４１２’，４１２”，４１６，４１６’，４１６”から電気的に分離される。

【0044】

図５には、マルチレベルコンバータ８００の１つのモジュール１_１の実施例が示されている。

【0045】

モジュール１_１は、ハーフブリッジモジュールとして構成されている。モジュール１_１は、逆並列に接続された第１のダイオード９０４を有する第１の（ターンオフ制御可能な）電子スイッチング要素９０２（第１のターンオフ制御可能な半導体バルブ９０２）を有する。

【0046】

さらに、モジュール１_１は、逆並列に接続された第２のダイオード９０８を有する第２の（ターンオフ制御可能な）電子スイッチング要素９０６（第２のターンオフ制御可能な半導体バルブ９０６）と、コンデンサの形態の電気エネルギ蓄積器９１０とを有する。第１の電子スイッチング要素９０２および第２の電子スイッチング要素９０６は、それぞれＩＧＢＴ(Insulated Gate Bipolar Transistor、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)として設計されている。第１の電子スイッチング要素９０２は、第２の電子スイッチング要素９０６と電気的に直列に接続されている。２つの電子スイッチング要素９０２および９０６の間の接続点に、第１のガルバニックモジュール接続部９１２が配置されている。前記接続点の反対側にある第２の電子スイッチング要素９０６の接続部には、第２のガルバニックモジュール接続部９１５が配置されている。第２のモジュール接続部９１５は、さらに、エネルギ蓄積器９１０の第１の接続部に電気的に接続されており、エネルギ蓄積器９１０の第２の接続部は、前記接続点の反対側にある第１の電子スイッチング要素９０２の接続部に電気的に接続されている。

【0047】

従って、エネルギ蓄積器９１０は、第１の電子スイッチング要素９０２と第２の電子スイッチング要素９０６とからなる直列回路に並列に電気的に接続されている。コンバータ８００の電子制御装置（図示せず）により、第１の電子スイッチング要素９０２と第２の電子スイッチング要素９０６とを適切に制御することによって、第１のモジュール接続部９１２と第２のモジュール接続部９１５との間に、エネルギ蓄積器９１０の電圧が出力されるか、又は全く電圧が出力されない（即ち、ゼロ電圧が出力される）ことを達成することができる。個々の相モジュールアームのモジュールの協働によって、その都度所望されるコンバータ出力電圧を生成することができる。

【0048】

図６には、マルチレベルコンバータ８００の１つのモジュール４０８_１の他の実施例が示されている。図５から既知である第１の電子スイッチング要素９０２、第２の電子スイッチング要素９０６、第１のフリーホイールダイオード９０４、第２のフリーホイールダイオード９０８およびエネルギ蓄積器９１０に加えて、図６に示されているモジュール４０８_１は、逆並列に接続された第３のフリーホイールダイオード１００４を備えた第３の電子スイッチング要素１００２と、逆並列に接続された第４のフリーホイールダイオード１００８を備えた第４の電子スイッチング要素１００６とを有する。第３の電子スイッチング要素１００２および第４の電子スイッチング要素１００６は、それぞれＩＧＢＴとして設計されている。図５の回路とは違って、第２のモジュール接続部９１５は、第２の電子スイッチング要素９０６に電気的に接続されておらず、第３の電子スイッチング要素１００２と第４の電子スイッチング要素１００６とからなる電気的直列回路の中間点に電気的に接続されている。

【0049】

図６のモジュール４０８_１は、いわゆるフルブリッジモジュールであり、第１の（ガルバニック）モジュール接続部９１２と第２の（ガルバニック）モジュール接続部９１５との間の４つの電子スイッチング要素９０２，９０６，１００２，１００６の適切な制御により、選択的に、エネルギ蓄積器９１０の正の電圧、エネルギ蓄積器９１０の負の電圧、又は値ゼロの電圧（ゼロ電圧）のいずれかを出力することができる。従って、出力電圧の極性は、モジュール４０８_１によって反転させることができる。マルチレベルコンバータ８００は、ハーフブリッジモジュールのみを有するか、フルブリッジモジュールのみを有するか、又はハーフブリッジモジュールおよびフルブリッジモジュールの両方を有することができる。

【0050】

図７は、図４によるマルチレベルコンバータ８００を動作させるための本発明による方法ステップＳ１～Ｓ３の実施例のフローチャートを示す。

【0051】

第１の方法ステップＳ１において、各相モジュール４００，４００’，４００”について、第１の相モジュールアーム１１，１１’，１１”および第２の相モジュールアーム１３，１３’，１３”のエネルギの和に対する尺度であるエネルギ合計量Ｗ_Σ１，Ｗ_Σ２，Ｗ_Σ３が決定される。Ｗ_Σ１は、第１の相モジュール４００の第１の相モジュールアーム１１および第２の相モジュールアーム１３のエネルギの和に対する尺度であるエネルギ合計量を表し、Ｗ_Σ２は、第２の相モジュール４００’の第１の相モジュールアーム１１’および第２の相モジュールアーム１３’のエネルギの和に対する尺度であるエネルギ合計量を表し、Ｗ_Σ３は、第３の相モジュール４００”の第１の相モジュールアーム１１”および第２の相モジュールアーム１３”のエネルギの和に対する尺度であるエネルギの和量を表す。例えば、各相モジュール４００，４００’，４００”のエネルギ合計量Ｗ_Σ１、Ｗ_Σ２、Ｗ_Σ３は、第１の相モジュールアーム１１，１１’，１１”に印加される電圧Ｕ_ｐと、第２の相モジュールアーム１３，１３’，１３”に印加される電圧Ｕ_ｎとから決定される。

【0052】

さらに、第１の方法ステップＳ１において、各相モジュール４００，４００’，４００”について、当該相モジュール４００，４００’，４００”のスイッチング装置４２０，４２０’，４２０”のスイッチング位置に応じて、エネルギ差分量Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３が決定される。エネルギ差分量Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３は、第１のスイッチング位置４２１においては、第２の相モジュールアーム１３，１３’，１３”と第３の相モジュールアーム４０４，４０４’，４０４”とのエネルギ差に対する尺度であり、第２のスイッチング位置４２２においては、第１の相モジュールアーム１１，１１’，１１”と第３の相モジュールアーム４０４，４０４’，４０４”とのエネルギ差に対する尺度である。その場合、Ｗ_Δ１は第１の相モジュール４００のエネルギ差分量を表し、Ｗ_Δ２は、第２の相モジュール４００’のエネルギ差分量を表し、Ｗ_Δ３は、第３の相モジュール４００”のエネルギ差分量を表す。例えば、各相モジュール４００，４００’，４００”のエネルギ差分量Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３は、当該相モジュール４００，４００’，４００”のスイッチング装置４２０，４２０’，４２０”のスイッチング位置４２１においては、第２の相モジュールアーム１３，１３’，１３”に印加される電圧Ｕ_ｎと、第３の相モジュールアーム４０４，４０４’，４０４”に印加される電圧Ｕ_ｓとから決定され、当該相モジュール４００，４００’，４００”のスイッチング装置４２０，４２０’，４２０”のスイッチング位置４２２においては、第１の相モジュールアーム１１，１１’，１１”に印加される電圧Ｕ_ｐと、第３の相モジュールアーム４０４，４０４’，４０４”に印加される電圧Ｕ_ｓとから決定される。

【0053】

第２の方法ステップＳ２では、全ての相モジュール４００，４００’，４００”のエネルギ合計量Ｗ_Σ１，Ｗ_Σ２，Ｗ_Σ３からエネルギ合計空間ベクトルが生成される。さらに、第２の方法ステップＳ２において、全ての相モジュール４００，４００’，４００”のエネルギ差分量Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３からエネルギ差分空間ベクトルが生成される。

【0054】

第３の方法ステップＳ３では、相モジュール４００，４００’，４００”間のエネルギ不平衡を補償するために、エネルギ合計空間ベクトルに応じてマルチレベルコンバータ８００の循環電流の直流成分が調節される。さらに、第３の方法ステップＳ３では、個々の相モジュール４００，４００’，４００”の相モジュールアーム１１，１１’，１１”，１３，１３’，１３”，４０４，４０４’，４０４”間のエネルギ不平衡を補償するために、エネルギ差分空間ベクトルに応じて、循環電流の正相分および逆相分が調節される。この目的のために、エネルギ合計空間ベクトルおよびエネルギ差分空間ベクトルから、以下にさらに詳細に説明する方法で、循環電流のための目標電流空間ベクトルが決定され、循環電流を調節するために使用される。

【0055】

図８は、マルチレベルコンバータ８００の相モジュールアーム１１，１１’，１１”，１３，１３’，１３”，４０４，４０４’，４０４”間のエネルギを補償するべく循環電流を調節するために目標電流空間ベクトルを決定する方法のブロック図を示す。

【0056】

第１の変換器５０１によって、エネルギ合計量Ｗ_Σ１，Ｗ_Σ２，Ｗ_Σ３から、成分Ｗ_Σα，Ｗ_Σβ，Ｗ_Σ０を有するエネルギ合計空間ベクトルが生成される。第１の目標値生成器５０３によって、エネルギ合計空間ベクトルのα成分Ｗ_Σαから、目標電流空間ベクトルのα成分ｉ_Σαの直流成分ｉ_{Σα、ｄｃ}を生成される。さらに、第１の目標値生成器５０３によって、エネルギ合計空間ベクトルのβ成分Ｗ_Σβから、目標電流空間ベクトルのβ成分ｉ_Σβの直流成分ｉ_{Σβ、ｄｃ}が生成される。

【0057】

第２の変換器５０２によって、エネルギ差分量Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３から、成分Ｗ_Δα，Ｗ_Δβ，Ｗ_Δ０を有するエネルギ差分空間ベクトルが生成される。第２の目標値生成器５０４によって、エネルギ差分空間ベクトルのα成分Ｗ_Δαおよびβ成分Ｗ_Δβから、目標電流空間ベクトルのα成分ｉ_Σαの逆相分ｉ_Σα，－と、目標電流空間ベクトルのβ成分ｉ_Σβの逆相分ｉ_Σβ，－とが生成される。さらに、第２の目標値生成器５０４によって、エネルギ差分空間ベクトルの０成分Ｗ_Δ０から、目標電流空間ベクトルのα成分ｉ_Σαの正相分ｉ_Σα，＋と、目標電流空間ベクトルのβ成分ｉ_Σβの正相分ｉ_Σβ，＋とが生成される。逆相分ｉ_Σα，－，ｉ_Σβ，－および正相分ｉ_Σα，＋、ｉ_Σβ，＋を生成するために、その電流成分は、マルチレベルコンバータ８００の系統周波数で回転する座標系に座標変換され、それらの逆相分および正相分に分解される。この目的のために、次の回転行列、即ち、

【数1】

が使用され、これらの回転行列により、それぞれの電流成分が回転角－θもしくはθを有する逆相分もしくは正相分に変換される。

【0058】

目標電流空間ベクトルのα成分ｉ_Σαは、その直流成分ｉ_{Σα，ｄｃ}と、その逆相分ｉ_Σα，－と、その正相分ｉ_Σα，＋とを加算することによって生成される。目標電流空間ベクトルのβ成分ｉ_Σβは、その直流成分ｉ_{Σβ，ｄｃ}と、その逆相分ｉ_Σβ，－と、その正相分ｉ_Σβ，＋とを加算することによって生成される。

【0059】

本発明は、好ましい実施例によってより詳細に例示され、説明されてきたが、本発明は、開示された例によって限定されず、本発明の保護の範囲から逸脱することなく、当業者によって、他の変形形態をそこから導み出すことができる。

【符号の説明】

【0060】

１＿１…１＿ｎ 第１の相モジュールアームのモジュール
２＿１…２－ｎ 第２の相モジュールアームのモジュール
５, ５’，５” 交流電圧接続部
１１, １１’，１１” 第１の相モジュールアーム
１３, １３’，１３” 第２の相モジュールアーム
１６，１７ 直流電圧接続部
２０２ 接地接続部
４００，４００’，４００” 相モジュール
４０４，４０４’，４０４” 第３の相モジュールアーム
４０８＿１…４０８＿ｎ 第３の相モジュールアームのモジュール
４１２，４１２’，４１２” 第１の接続点
４１６，４１６’，４１６” 第２の接続点
４２０，４２０’，４２０” スイッチング装置
４２４，４２４’，４２４” 第１の電子パワースイッチ
４２８，４２８’，４２８” 第２の電子パワースイッチ
４２１，４２２ スイッチング位置
５０１，５０２ 変圧器
５０３, ５０４ 目標値生成器
８００ マルチレベルコンバータ
９０２, ９０６, １００２, １００６ 電子スイッチング要素
９０４, ９０８, １００４, １００８ ダイオード
９１０ エネルギ蓄積器
９１２，９１５ モジュール接続部
ｉ_Σα，ｉ_Σβ 目標電流空間ベクトルの成分
ｉ_{Σα，ｄｃ}，ｉ_{Σβ，ｄｃ} 目標電流空間ベクトルの成分の直流分
ｉ_Σα，－，ｉ_Σβ，－ 目標電流空間ベクトルの成分の逆相分
ｉ_Σα，＋，ｉ_Σβ，＋ 目標電流空間ベクトルの成分の正相分
Ｓ１～Ｓ３ 方法ステップ
ｔ 時間
Ｔ 期間
Ｔ１～Ｔ４ サイリスタ
Ｕ 電圧
Ｕ_ａｃ 交流電圧
Ｕ_ｄｃ 直流電圧
Ｕ_ｎ 第２の相モジュールアームの電圧
Ｕ_ｐ 第１の相モジュールアームの電圧
Ｕ_ｓ 第３の相モジュールアームの電圧
Ｗ_Δ１，Ｗ_Δ２，Ｗ_Δ３ エネルギ差分量
Ｗ_Δα，Ｗ_Δβ，Ｗ_Δ０ エネルギ差分空間ベクトルの成分
Ｗ_Σ１，Ｗ_Σ２，Ｗ_Σ３ エネルギ合計量
Ｗ_Σα，Ｗ_Σβ，Ｗ_Σ０ エネルギ合計空間ベクトルの成分

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】