特許 7612133 電力変換装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-26

(45)【発行日】2025-01-10

(54)【発明の名称】電力変換装置

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/49 20070101AFI20241227BHJP

【ＦＩ】

H02M7/49

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2024565355

(86)(22)【出願日】2024-07-12

(86)【国際出願番号】 JP2024025245

【審査請求日】2024-11-06

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】梶山 拓也

(72)【発明者】

【氏名】中山 暁斗

(72)【発明者】

【氏名】田中 美和子

【審査官】上野 力

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１８／２１６２０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－２５９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－８９１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２３－１５１９５６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｍ ７／４９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流回路および直流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
前記交流回路の相ごとに複数のアームを含む電力変換器と、
前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
前記複数のアームの各々は、互いにカスケード接続された複数の変換器セルを有し、
前記複数の変換器セルの各々は、複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に接続されるコンデンサとを有し、
前記制御装置は、
前記電力変換器に対する電圧指令値と、前記変換器セルを含むアームに流れるアーム電流と、前記変換器セルの前記コンデンサの電圧を示すコンデンサ電圧と、前記変換器セルで発生する電力損失とに基づいて、前記変換器セルの前記コンデンサに流入するコンデンサ流入電力を算出する電力算出部と、
前記コンデンサ流入電力と、前記コンデンサ電圧とに基づいて、前記コンデンサの静電容量を推定する静電容量推定部とを含む、電力変換装置。

【請求項2】

前記電力算出部は、
前記電圧指令値と、前記コンデンサ電圧と、前記アーム電流とに基づいて、前記変換器セルに流入するセル流入電力を算出し、
前記セル流入電力から、前記変換器セルで発生する前記電力損失を減算した減算値に基づいて、前記コンデンサ流入電力を算出する、請求項１に記載の電力変換装置。

【請求項3】

前記電力算出部は、前記減算値から規定の周波数成分を抽出した値を、前記コンデンサ流入電力として算出する、請求項２に記載の電力変換装置。

【請求項4】

前記規定の周波数成分は、前記交流回路の交流電圧の基本波周波数成分、または、前記基本波周波数成分の２倍の周波数成分である、請求項３に記載の電力変換装置。

【請求項5】

前記制御装置は、前記変換器セルで発生する前記電力損失として、前記変換器セルに含まれる前記複数のスイッチング素子で発生する第１電力損失を算出する電力損失算出部をさらに含む、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項6】

前記電力損失算出部は、前記変換器セルで発生する前記電力損失として、前記変換器セルに含まれる抵抗要素で発生する第２電力損失をさらに算出する、請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項7】

前記電力損失算出部は、前記アーム電流に基づく演算式を用いて前記第１電力損失を算出する、請求項５に記載の電力変換装置。

【請求項8】

前記変換器セルは、前記スイッチング素子を冷却するための冷却フィンを有し、
前記制御装置は、前記冷却フィンに流入する冷却媒体の第１温度と、前記冷却フィンから流出する冷却媒体の第２温度との差分温度と、前記アーム電流とに基づいて、前記演算式の係数を算出する係数算出部をさらに含む、請求項７に記載の電力変換装置。

【請求項9】

前記変換器セルは、前記スイッチング素子を冷却するための冷却フィンを有し、
前記制御装置は、前記電力変換器から前記直流回路に出力される有効電力と、前記電力変換器から前記交流回路に出力される有効電力との差分電力と、前記アーム電流とに基づいて、前記演算式の係数を算出する係数算出部をさらに含む、請求項７に記載の電力変換装置。

【請求項10】

前記電圧指令値は、前記変換器セルから出力されるセル電圧に対するセル電圧指令値である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項11】

前記電圧指令値は、前記変換器セルを含む前記アームから出力されるアーム電圧に対するアーム電圧指令値である、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項12】

前記制御装置は、前記複数の変換器セルのうちの少なくとも１つの変換器セルにおける前記コンデンサの静電容量が閾値未満である場合、前記少なくとも１つの変換器セルを識別するための情報を報知する報知部をさらに含む、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項13】

前記制御装置は、
前記電力変換器から出力される直流電流を直流電流指令値に追従させる制御を実行する直流電流制御部と、
前記複数の変換器セルのうちの少なくとも１つの変換器セルにおける前記コンデンサの静電容量が閾値未満である場合、直流電流リミット値が示す範囲内に前記直流電流指令値を制限する直流電流制限部とをさらに含む、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項14】

前記制御装置は、
前記電力変換器から出力される交流電流を交流電流指令値に追従させる制御を実行する交流電流制御部と、
前記複数の変換器セルのうちの少なくとも１つの変換器セルにおける前記コンデンサの静電容量が閾値未満である場合、交流電流リミット値が示す範囲内に前記交流電流指令値を制限する交流電流制限部とをさらに含む、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【請求項15】

前記変換器セルは、前記変換器セルの入出力端子間をバイパスするためのバイパススイッチをさらに有し、
前記制御装置は、前記変換器セルにおける前記コンデンサの静電容量が閾値未満である場合に、前記バイパススイッチを閉じるバイパススイッチ制御部をさらに含む、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、電力変換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、電力系統などの高圧系統に適用される高電圧、大容量の電力変換装置として、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）が知られている。ＭＭＣは、セルと呼ばれる複数の単位変換器がカスケード接続されたアームで構成されている。セルは、複数の半導体スイッチとコンデンサとを備えており、半導体スイッチをオンオフさせることにより、コンデンサの両端電圧またはゼロ電圧を出力する。

【0003】

単位変換器に設けられているコンデンサは、経年劣化等により静電容量が低減する。静電容量の低減はＭＭＣ方式の電力変換器の故障につながる可能性があるため、コンデンサの劣化状態を確認するための技術が知られている。

【0004】

例えば、特表２０１０－５１１８７６号公報（特許文献１）に係る電力変換装置は、コンデンサとパワー半導体とを有するサブモジュールからなる直列回路を含む相モジュール分路と、コンデンサのキャパシタンスを時間依存的に判定するためのコンデンサ診断手段とを含む。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特表２０１０－５１１８７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１では、コンデンサの充電変化を得るためにサブモジュールのパワー半導体の導通と遮断との間で相モジュール分岐電流が積分され、当該充電変化およびコンデンサの電圧変化に基づいて、相モジュールのコンデンサの静電容量の変化が判定される。しかし、上記構成によると、相モジュール分岐電流の積分を実行する区間において、高いサンプリング周波数でのサンプリングおよび高速な演算が必要となり、処理負荷が大きくなる可能性がある。

【0007】

本開示のある局面における目的は、変換器セルのコンデンサの静電容量を推定する際の処理負荷を軽減することが可能な電力変換装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

ある実施の形態に従うと、交流回路および直流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置が提供される。電力変換装置は、交流回路の相ごとに複数のアームを含む電力変換器と、電力変換器を制御する制御装置とを備える。複数のアームの各々は、互いにカスケード接続された複数の変換器セルを有する、複数の変換器セルの各々は、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に接続されるコンデンサとを有する。制御装置は、電力変換器に対する電圧指令値と、変換器セルを含むアームに流れるアーム電流と、変換器セルのコンデンサの電圧を示すコンデンサ電圧と、変換器セルで発生する電力損失とに基づいて、変換器セルのコンデンサに流入するコンデンサ流入電力を算出する電力算出部と、コンデンサ流入電力と、コンデンサ電圧とに基づいて、コンデンサの静電容量を推定する静電容量推定部とを含む。

【発明の効果】

【0009】

本開示に係る電力変換装置によると、変換器セルのコンデンサの静電容量を推定する際の処理負荷を軽減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】電力変換装置の構成例を示す図である。

【図2】変換器セルの一例を示す回路図である。

【図3】制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。

【図4】実施の形態１に従う制御装置の内部構成を表わす図である。

【図5】実施の形態１に従う基本制御部の構成例を示す図である。

【図6】実施の形態１に従うアーム制御部の構成例を示すブロック図である。

【図7】実施の形態１に従う個別セル制御部の構成例を示すブロック図である。

【図8】実施の形態１に従う流入電力算出部の構成例を示すブロック図である。

【図9】実施の形態１に従う周波数成分抽出部の構成例を示すブロック図である。

【図10】実施の形態１に従う静電容量算出部の構成例を示すブロック図である。

【図11】実施の形態２に従う基本制御部の構成例を示すブロック図である。

【図12】実施の形態２に従う個別セル制御部の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0012】

［各実施の形態の基礎となる構成］
＜全体構成＞
図１は、電力変換装置の構成例を示す図である。図１を参照して、電力変換装置１００は、交流回路２と直流回路４との間に接続されている。直流回路４は、例えば、直流送電網等を含む直流電力系統、または他の電力変換装置の直流端子である。後者の場合、２台の電力変換器を連結することによって定格周波数などが異なる交流電力系統間を接続するためのＢＴＢ（Back To Back）システムが構成される。直流回路４は、電力変換器６の直流端子に接続された蓄電装置を含む構成であってもよい。蓄電装置は、例えば、電気二重層コンデンサ、あるいはリチウムイオン電池等の蓄電池を含む。

【0013】

電力変換装置１００は、直流回路４と交流回路２との間で電力変換を行なう自励式の電力変換器６と、電力変換器６を制御するための制御装置５とを含む。典型的には、電力変換器６は、互いに直列接続された複数の変換器セル（図１中の「セル」に対応）１を含むモジュラーマルチレベル変換器によって構成される。「変換器セル」は、「サブモジュール（sub module）」あるいは「単位変換器」とも称される。

【0014】

図１の例では、電力変換器６は、交流回路２の相ごとに複数のアームを含む。具体的には、電力変換器６は、正極直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負極直流端子（すなわち、低電位側直流端子）Ｎｎとの間に互いに並列に接続された複数のレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗ（以下、総称する場合または任意のものを示す場合、「レグ回路８」と記載する）を含む。レグ回路８は、交流回路２と直流回路４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。

【0015】

交流回路２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応するレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器３を介して交流回路２に接続される。交流回路２は、例えば、交流電源などを含む三相交流電力系統である。図１では、図解を容易にするために、交流端子Ｎｖ，Ｎｗと変圧器３との接続は図示していない。各レグ回路８に共通に設けられた直流端子（すなわち、正極直流端子Ｎｐ，負極直流端子Ｎｎ）は、直流回路４に接続される。

【0016】

図１の変圧器３を用いる代わりに、レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗは、連系リアクトルを介して交流回路２に接続した構成としてもよい。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗが変圧器３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル７ａ，７ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路８は、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗに設けられた接続部を介して電気的（すなわち、直流的または交流的）に交流回路２に接続される。

【0017】

レグ回路８ｕは、正極直流端子Ｎｐから交流端子Ｎｕまでの正側アーム１３ｐｕと、負極直流端子Ｎｎから交流端子Ｎｕまでの負側アーム１３ｎｕとを含む。正側アーム１３ｐｕと負側アーム１３ｎｕとの接続点が、交流端子Ｎｕとして変圧器３と接続される。正極直流端子Ｎｐおよび負極直流端子Ｎｎが直流回路４に接続される。レグ回路８ｖは正側アーム１３ｐｖと負側アーム１３ｎｖとを含み、レグ回路８ｗは正側アーム１３ｐｗと負側アーム１３ｎｗとを含む。

【0018】

以下では、正側アーム１３ｐｕ，１３ｐｖ，１３ｐｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、「正側アーム１３ｐ」と記載する。負側アーム１３ｎｕ，１３ｎｖ，１３ｎｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、「負側アーム１３ｎ」と記載する。正側アーム１３ｐｕ，１３ｐｖ，１３ｐｗおよび負側アーム１３ｎｕ，１３ｎｖ，１３ｎｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、「アーム１３」と記載する。

【0019】

レグ回路８ｖ，８ｗはレグ回路８ｕと同様の構成を有しているので、以下、レグ回路８ｕを代表として説明する。レグ回路８ｕにおいて、正側アーム１３ｐｕは、互いにカスケード接続された複数の変換器セル１＿１～１＿Ｍと、リアクトル７ａとを含む。複数の変換器セル１とリアクトル７ａとは互いに直列接続されている。負側アーム１３ｎｕは、互いにカスケード接続された複数の変換器セル１＿１～１＿Ｍと、リアクトル７ｂとを含む。複数の変換器セル１とリアクトル７ｂとは互いに直列接続されている。

【0020】

本実施の形態では、例えば、各アーム１３に含まれる変換器セルの数をＭとする。ただし、Ｍ≧２とする。また、変換器セル１＿１～１＿Ｍを総称して、変換器セル１と記載する場合もある。変換器セル１＿１～１＿Ｍにおけるアンダーバーの後の値および変数は変換器セル１のインデックスを示す。インデックスｉを用いて任意の変換器セル１を「変換器セル１＿ｉ」と示す場合もある。ただし、インデックスｉは、変換器セル１の物理的な配置とは関係しない。

【0021】

リアクトル７ａが挿入される位置は、正側アーム１３ｐｕのいずれの位置であってもよく、リアクトル７ｂが挿入される位置は、負側アーム１３ｎｕのいずれの位置であってもよい。リアクトル７ａ，７ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。さらに、正側アーム１３ｐｕのリアクトル７ａのみ、もしくは、負側アーム１３ｎｕのリアクトル７ｂのみを設けてもよい。

【0022】

電力変換装置１００は、さらに、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１５と、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂと、各レグ回路８に設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂとを含む。これらの検出器は、電力変換装置１００の制御に使用される電気量（すなわち、電流、電圧）を計測する。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置５に入力される。

【0023】

交流電圧検出器１０は、交流回路２のＵ相の交流電圧Ｖａｃｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖａｃｖ、Ｗ相の交流電圧Ｖａｃｗ（以下、「交流電圧Ｖａｃ」とも総称する。）を検出する。交流電流検出器１５は、交流回路２のＵ相の交流電流実測値Ｉｓｙｓｕ、Ｖ相の交流電流実測値Ｉｓｙｓｖ、Ｗ相の交流電流実測値Ｉｓｙｓｗを検出する。直流電圧検出器１１ａは、直流回路４に接続された正極直流端子Ｎｐの直流電圧Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器１１ｂは、直流回路４に接続された負極直流端子Ｎｎの直流電圧Ｖｄｃｎを検出する。

【0024】

Ｕ相用のレグ回路８ｕに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム１３ｐｕに流れる正側アーム電流Ｉｐｕおよび負側アーム１３ｎｕに流れる負側アーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。Ｖ相用のレグ回路８ｖに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路８ｗに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。

【0025】

以下の説明では、正側アーム電流Ｉｐｕ、Ｉｐｖ、Ｉｐｗを総称して正側アーム電流Ｉａｒｍｐと記載する。負側アーム電流Ｉｎｕ、Ｉｎｖ、Ｉｎｗを総称して負側アーム電流Ｉａｒｍｎと記載する。正側アーム電流Ｉａｒｍｐと負側アーム電流Ｉａｒｍｎとを総称してアーム電流Ｉａｒｍと記載する。

【0026】

図１に示すように、レグ回路８ｕの正側アーム１３ｐｕと負側アーム１３ｎｕとの接続点である交流端子Ｎｕは、変圧器３に接続されている。したがって、交流端子Ｎｕから変圧器３に向かって流れる交流電流Ｉａｃｕは、正側アーム電流Ｉｐｕから負側アーム電流Ｉｎｕを減算した電流値となる。交流電流Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗについても同様である。したがって、“Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ－Ｉｎｕ”、“Ｉａｃｖ＝Ｉｐｖ－Ｉｎｖ”および“Ｉａｃｗ＝Ｉｐｗ－Ｉｎｗ”が成立する。以下、電力変換器６から出力される交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗを「交流電流Ｉａｃ」とも総称する。

【0027】

各相のレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗの正極の直流端子は正極直流端子Ｎｐとして共通に接続され、負極の直流端子は負極直流端子Ｎｎとして共通に接続されている。この構成から、直流回路４の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流回路４に帰還する直流電流Ｉｄｃは、“Ｉｄｃ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｐｖ＋Ｉｐｗ＋Ｉｎｕ＋Ｉｎｖ＋Ｉｎｗ）／２”として定義される。

【0028】

レグ電流に含まれる直流電流成分は、各相で均等に分担するとセルの電流容量を均等にすることができる。このことを考慮すると、レグ電流と直流電流値の１／３との差分が、直流回路４に流れないが各相のレグ間に流れる循環電流の電流値として演算できる。そのため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流をそれぞれＩｚｕ，Ｉｚｖ，Ｉｚｗとすると、“Ｉｚｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２－Ｉｄｃ／３”、“Ｉｚｖ＝（Ｉｐｖ＋Ｉｎｖ）／２－Ｉｄｃ／３”、および“Ｉｚｗ＝（Ｉｐｗ＋Ｉｎｗ）／２－Ｉｄｃ／３”が成立する。以下、循環電流Ｉｚｕ，Ｉｚｖ，Ｉｚｗを「循環電流Ｉｚ」とも総称する。

【0029】

＜変換器セルの構成例＞
図２は、変換器セルの一例を示す回路図である。図２に示す変換器セル１は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。変換器セル１は、２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎを直列接続して形成した直列体と、蓄電素子としてのコンデンサ３２と、電圧検出器３３と、バイパススイッチ３４と、スイッチング素子３１ｐ，３１ｎを冷却するための冷却フィン３５とを含む。直列体とコンデンサ３２とは並列接続される。電圧検出器３３は、コンデンサ３２の両端の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する。

【0030】

２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＧＣＴ(Gate Commutated Turn-off)サイリスタなどの自己消弧型の半導体スイッチング素子に還流ダイオードが逆並列に接続されて構成される。また、コンデンサ３２には、フィルムコンデンサ等が主に用いられる。

【0031】

以下の説明では、スイッチング素子３１ｐ，３１ｎをスイッチング素子３１とも総称する。また、スイッチング素子３１内の半導体スイッチング素子のオンオフを、単に「スイッチング素子３１のオンオフ」と記載する。スイッチング素子３１ｐ，３１ｎは、それぞれ制御装置５から受信したゲート信号Ｇｐ，Ｇｎに従ってオン、オフを切り替える。

【0032】

図２を参照して、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｇ１，Ｇ２とする。スイッチング素子３１ｐ、３１ｎのスイッチング動作によりコンデンサ３２の両端電圧、および零電圧を出力する。例えば、スイッチング素子３１ｐがオン、かつスイッチング素子３１ｎがオフとなったときに、コンデンサ３２の両端電圧が出力される。スイッチング素子３１ｐがオフ、かつスイッチング素子３１ｎがオンとなったときに、零電圧が出力される。

【0033】

バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｇ１，Ｇ２間に接続される。バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎと並列に接続される。バイパススイッチ３４は、制御装置５から受信した駆動信号ＢＰに応じてオンとなり、入出力端子Ｇ１，Ｇ２間がバイパス（すなわち、変換器セル１が短絡）される。例えば、バイパススイッチ３４は、変換器セル１の各素子が故障した場合に、当該変換器セル１を短絡させる際に利用される。これにより、任意の変換器セル１が故障しても、他の変換器セル１を利用することにより電力変換器６の運転継続が可能となる。

【0034】

冷却フィン３５は、スイッチング素子３１ｐ，３１ｎを冷却するための冷却媒体ＷＩ，ＷＯと熱的に接続される。冷却媒体ＷＩ，ＷＯは、例えば、純水であり、冷却水とも称される。冷却媒体ＷＩ，ＷＯは、図示しないポンプによって循環される。冷却媒体ＷＩは冷却フィン３５に流入する冷却水であり、冷却媒体ＷＯは冷却フィン３５から流出する冷却水である。

【0035】

また、変換器セル１内、または外部には、温度検出器ＤＷＩ，ＤＷＯが設けられる。温度検出器ＤＷＩは、冷却フィン３５に流入する冷却媒体ＷＩの温度Ｔｗｉを検出し、温度Ｔｗｉを制御装置５に出力する。温度検出器ＤＷＯは、冷却フィン３５から流出する冷却媒体ＷＯの温度Ｔｗｏを検出し、温度Ｔｗｏを制御装置５に出力する。

【0036】

なお、図２の例では、変換器セル１ごとに温度検出器ＤＷＩ，ＤＷＯを設ける構成となっている。しかし、各冷却フィン３５に入力される冷却媒体ＷＩが、配管の接続点Ｆ１から分岐して供給され、各冷却フィン３５から出力される冷却媒体ＷＯが、配管の接続点Ｆ２に合流するように構成される場合がある。この場合、接続点Ｆ１に温度検出器ＤＷＩを設け、接続点Ｆ２に温度検出器ＤＷＯを設けてもよい。なお、接続点Ｆ１から分岐して各冷却フィン３５に入力される冷却媒体ＷＩの温度はすべて同一とし、接続点Ｆ２に合流する各冷却フィン３５から出力される冷却媒体ＷＯの温度もすべて同一とする。

【0037】

本実施の形態では、変換器セル１が図２に示すハーフブリッジセル構成を有する場合について説明する。しかし、変換器セル１は、例えば、フルブリッジ構成の回路、クランプトダブルセルと呼ばれる回路などを適用した変換器セルであってもよい。

【0038】

＜制御装置のハードウェア構成例＞
図３は、制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図３の場合の制御装置５は、コンピュータに基づいて構成される。図３を参照して、制御装置５は、１つ以上の入力変換器７０と、１つ以上のＳ／Ｈ（サンプルホールド）回路７１と、マルチプレクサ（ＭＵＸ：multiplexer）７２と、Ａ／Ｄ変換器７３と、１つ以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）７４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）７５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）７６と、１つ以上の入出力インターフェイス７７と、補助記憶装置７８と、上記の構成要素間を相互に接続するバス７９とを含む。

【0039】

入力変換器７０は、入力チャンネルごとに補助変成器を備える。各補助変成器は、図１の各電気量検出器による検出信号を、後続する信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。

【0040】

サンプルホールド回路７１は、入力変換器７０ごとに設けられる。サンプルホールド回路７１は、対応の入力変換器７０から受けた電気量を表す信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。

【0041】

マルチプレクサ７２は、複数のサンプルホールド回路７１に保持された信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器７３は、マルチプレクサ７２によって選択された信号をデジタル値に変換する。なお、複数のＡ／Ｄ変換器７３を設けることによって、複数の入力チャンネルの検出信号に対して並列的にＡ／Ｄ変換を実行するようにしてもよい。

【0042】

ＣＰＵ７４は、制御装置５の全体を制御し、プログラムに従って演算処理を実行する。揮発性メモリとしてのＲＡＭ７５および不揮発性メモリとしてのＲＯＭ７６は、ＣＰＵ７４の主記憶として用いられる。ＲＯＭ７６は、プログラムおよび信号処理用の設定値などを収納する。補助記憶装置７８は、ＲＯＭ７６に比べて大容量の不揮発性メモリであり、プログラムおよび電気量検出値のデータなどを格納する。

【0043】

入出力インターフェイス７７は、ＣＰＵ７４と外部装置との間で通信する際のインターフェイス回路である。

【0044】

なお、制御装置５の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの回路を用いて構成してもよい。もしくは、制御装置５の少なくとも一部は、アナログ回路によって構成することもできる。

【0045】

以下、各実施の形態について具体的に説明する。
実施の形態１．
＜制御装置の機能構成＞
（内部構成の概要）
図４は、実施の形態１に従う制御装置の内部構成を表わす図である。図４を参照して、制御装置５は、ＨＭＩ（Human Machine Interface）５０１と、Ｕ相基本制御部５０２Ｕと、Ｖ相基本制御部５０２Ｖと、Ｗ相基本制御部５０２Ｗと、Ｕ相正側アーム制御部５０３ＵＰと、Ｕ相負側アーム制御部５０３ＵＮと、Ｖ相正側アーム制御部５０３ＶＰと、Ｖ相負側アーム制御部５０３ＶＮと、Ｗ相正側アーム制御部５０３ＷＰと、Ｗ相負側アーム制御部５０３ＷＮとを含む。なお、本明細書では、制御装置５を構成するこれらの制御部において演算に用いられる各種電気量は、ＰＵ（Per Unit）法の単位に変換されているものとする。

【0046】

以下の説明では、Ｕ相基本制御部５０２Ｕ、Ｖ相基本制御部５０２Ｖ、および、Ｗ相基本制御部５０２Ｗを、「基本制御部５０２」とも総称する。Ｕ相正側アーム制御部５０３ＵＰ、Ｖ相正側アーム制御部５０３ＶＰ、およびＷ相正側アーム制御部５０３ＷＰを「正側アーム制御部５０３Ｐ」とも総称する。Ｕ相負側アーム制御部５０３ＵＮ、Ｖ相負側アーム制御部５０３ＶＮ、およびＷ相負側アーム制御部５０３ＷＮを「負側アーム制御部５０３Ｎ」とも総称する。正側アーム制御部５０３Ｐおよび負側アーム制御部５０３Ｎを「アーム制御部５０３」とも総称する。

【0047】

基本制御部５０２およびアーム制御部５０３の構成は、例えば、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、制御装置５の内部メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ７４であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。

【0048】

各相の基本制御部５０２は、上記の各検出器により計測された電気量を用いて、正側アーム１３ｐ用のアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒと、負側アーム１３ｎ用のＶａｒｍｎｒと、正側アーム１３ｐのコンデンサ電圧指令値Ｖｃｐｒと、負側アーム１３ｎのコンデンサ電圧指令値Ｖｃｎｒとを生成する。以下の説明において、各アームのうちのいずれのアームであるかを指定しない場合には、単にアーム電圧指令値Ｖａｒｍｒ、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒと記載する。また、基本制御部５０２は、交流電流Ｉａｃから検出される基準位相θｐを生成する。アーム電圧指令値Ｖａｒｍｒは、変換器セル１を含むアームから出力されるアーム電圧に対する指令値である。

【0049】

アーム制御部５０３は、各アーム電圧指令値Ｖａｒｍｒ、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒおよび基準位相θｐに基づいて、アームを構成する各変換器セル１に設けられたスイッチング素子３１ｐ，３１ｎのオンおよびオフを制御するためのゲート信号Ｇｐ，Ｇｎを生成し、当該ゲート信号Ｇｐ，Ｇｎを各変換器セル１に出力する。

【0050】

（基本制御部の構成例）
図５は、実施の形態１に従う基本制御部の構成例を示す図である。図５を参照して、基本制御部５０２は、アーム電圧指令生成部６０１と、コンデンサ電圧指令生成部６１０と、基準位相検出部６２０とを含む。

【0051】

アーム電圧指令生成部６０１は、正側アーム１３ｐに含まれるＭ個の変換器セル１のためのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒと、負側アーム１３ｎに含まれるＭ個の変換器セル１のためのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｎｒとを生成する。アーム電圧指令生成部６０１は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒを正側アーム制御部５０３Ｐに出力し、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｎｒを負側アーム制御部５０３Ｎに出力する。以下では、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒ，Ｖａｒｍｎｒを「アーム電圧指令値Ｖａｒｍｒ」とも総称する。

【0052】

コンデンサ電圧指令生成部６１０は、正側アーム１３ｐに含まれるＭ個の変換器セル１のコンデンサ３２のコンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｐを生成し、負側アーム１３ｎに含まれるＭ個の変換器セル１のコンデンサ３２のコンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｎを生成する。コンデンサ電圧指令生成部６１０は、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｐを正側アーム制御部５０３Ｐに出力し、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｎを負側アーム制御部５０３Ｎに出力する。

【0053】

コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｐは、例えば、正側アーム１３ｐに含まれる各変換器セル１のコンデンサ３２の平均電圧に設定され、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｎは、例えば、負側アーム１３ｎに含まれる各変換器セル１のコンデンサ３２の平均電圧とする。以下では、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｐ，Ｖｃｒｎを「コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒ」とも総称する。

【0054】

基準位相検出部６２０は、各相の交流電流Ｖａｃから、電力変換器６から出力される交流電圧Ｖａｃに同期した周波数の位相である基準位相θｐを検出する。

【0055】

以下、アーム電圧指令生成部６０１の具体的な構成について説明する。アーム電圧指令生成部６０１は、交流電流制御部６０３と、直流電流制御部６０４と、循環電流制御部６０５と、指令分配部６０６と、交流電流リミッタ６０８と、直流電流リミッタ６０９とを含む。

【0056】

交流電流リミッタ６０８は、Ｍ個の異常信号Ｅｍｐと、Ｍ個の異常信号Ｅｍｎとに基づいて、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを交流電流リミットが示す範囲Ｒ１内に制限した交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆ＊を生成する。Ｍ個の異常信号Ｅｍｐは、それぞれ、正側アーム１３ｐに含まれるＭ個の変換器セル１のコンデンサ３２の異常を示す。Ｍ個の異常信号Ｅｍｎは、それぞれ、負側アーム１３ｎに含まれるＭ個の変換器セル１のコンデンサ３２の異常を示す。以下、異常信号Ｅｍｐ，Ｅｍｎを「異常信号Ｅｍ」とも総称する。

【0057】

具体的には、各アーム１３に含まれるＭ個の変換器セル１のうちの少なくとも１つの変換器セル１におけるコンデンサ３２の静電容量が閾値Ｔｈ未満である場合（例えば、Ｍ個の異常信号Ｅｍのうちの少なくとも１つが異常を示す場合）、交流電流リミッタ６０８は、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆを下限リミット値Ｉｍｉｎ１以上かつ上限リミット値Ｉｍａｘ１以下に（すなわち、範囲Ｒ１内に）制限した値を交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆ＊として出力する。一方、各アーム１３に含まれるＭ個の変換器セル１のうちの少なくとも１つの変換器セル１におけるコンデンサ３２の静電容量が閾値Ｔｈ以上である場合、交流電流リミッタ６０８は、上記制限を実行せずに、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆをそのまま出力する。この場合、“Ｉａｃｒｅｆ＊＝Ｉａｃｒｅｆ”である。

【0058】

交流電流制御部６０３は、電力変換器６から出力される交流電流Ｉａｃを交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆ（または、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆ＊）に追従させる制御を実行する。具体的には、交流電流制御部６０３は、交流電流Ｉａｃと交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆとの偏差を０にするためのフィードバック制御と、交流回路２の交流電圧Ｖａｃのフィードフォワード制御とにより、交流制御指令値Ｖａｃｒを生成する。すなわち、交流電流制御部６０３は、交流電流Ｉａｃを交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆに追従させるための交流制御指令値Ｖａｃｒを生成する。交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆは、例えば、系統運用者等により予め設定される。なお、上記フィードフォワード制御は、交流回路２の電圧変動に対する外乱応答性を向上するために行われる。なお、交流電圧Ｖａｃのフィードフォワード制御を実行しない構成であってもよい。

【0059】

直流電流リミッタ６０９は、Ｍ個の異常信号Ｅｍｐと、Ｍ個の異常信号Ｅｍｎとに基づいて、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを直流電流リミットが示す範囲Ｒ２内に制限した直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆ＊を生成する。

【0060】

具体的には、各アーム１３に含まれるＭ個の変換器セル１のうちの少なくとも１つの変換器セル１におけるコンデンサ３２の静電容量が閾値Ｔｈ未満である場合（例えば、Ｍ個の異常信号Ｅｍのうちの少なくとも１つが異常を示す場合）、直流電流リミッタ６０９は、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆを下限リミット値Ｉｍｉｎ２以上かつ上限リミット値Ｉｍａｘ２以下に（すなわち、範囲Ｒ２内に）制限した値を直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆ＊として出力する。一方、各アーム１３に含まれるＭ個の変換器セル１のうちの少なくとも１つの変換器セル１におけるコンデンサ３２の静電容量が閾値Ｔｈ以上である場合、直流電流リミッタ６０９は、上記制限を実行せずに、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆをそのまま出力する。この場合、“Ｉｄｃｒｅｆ＊＝Ｉｄｃｒｅｆ”である。

【0061】

直流電流制御部６０４は、電力変換器６から出力される直流電流Ｉｄｃを直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆ（または、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆ＊）に追従させる制御を実行する。具体的には、直流電流制御部６０４は、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆとに基づいて、直流電流Ｉｄｃと直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆとの偏差を０にするための直流制御指令値Ｖｄｃｒを生成する。すなわち、直流電流制御部６０４は、直流電流Ｉｄｃを直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆに追従させるための直流制御指令値Ｖｄｃｒを生成する。この際、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは検出された直流電圧Ｖｄｃに基づいて演算されるものでもよい。直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆは、例えば、系統運用者等により予め設定される。

【0062】

循環電流制御部６０５は、循環電流Ｉｚを循環電流指令値Ｉｚｒｅｆに追従させる制御を実行する。具体的には、循環電流制御部６０５は、循環電流Ｉｚと循環電流指令値Ｉｚｒｅｆとの偏差を０にするための循環制御指令値Ｖｚｒを生成する。ある局面において、循環電流指令値Ｉｚｒｅｆは、たとえば、０に設定される。他の局面において、循環電流指令値Ｉｚｒｅｆは、レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗの各々のコンデンサ電圧の平均値の相違が小さくなるように、さらに、相ごとに正側アーム１３ｐおよび負側アーム１３ｎの各々のコンデンサ電圧の平均値の相違が小さくなるように設定される。

【0063】

上述した交流電流制御部６０３、直流電流制御部６０４、および循環電流制御部６０５は、比例制御器、ＰＩ制御器、ＰＩＤ制御器、またはフィードバック制御に用いられる他の制御器として構成され得る。

【0064】

指令分配部６０６は、交流制御指令値Ｖａｃｒと、循環制御指令値Ｖｚｒと、直流制御指令値Ｖｄｃｒと、中性点電圧Ｖｓｎとの入力を受ける。電力変換器６の交流側が変圧器３を介して交流回路２に接続されているため、中性点電圧Ｖｓｎは、直流回路４の直流電源の電圧により求めることができる。直流制御指令値Ｖｄｃｒは、上記の直流出力制御により決定されてもよいし、一定値であってもよい。

【0065】

指令分配部６０６は、これらの入力に基づいて、正側アーム１３ｐ、および負側アーム１３ｎがそれぞれ出力分担する電圧を算出する。指令分配部６０６は、算出した電圧から正側アーム１３ｐ、負側アーム１３ｎ内のインダクタンス成分による電圧降下分をそれぞれ差し引くことによって、正側アーム１３ｐのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒ、および負側アーム１３ｎのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｎｒを生成する。

【0066】

生成されたアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒ，Ｖａｒｍｎｒは、交流電流Ｉａｃを交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆに追従させ、循環電流Ｉｚを循環電流指令値Ｉｚｒｅｆに追従させ、直流電圧Ｖｄｃを直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに追従させるとともに、交流電圧Ｖａｃをフィードフォワード制御する出力電圧指令値である。

【0067】

（アーム制御部の構成例）
図６は、実施の形態１に従うアーム制御部の構成例を示すブロック図である。図６を参照して、アーム制御部５０３は、Ｍ個の個別セル制御部２０２＿１，・・・，２０２＿Ｍ（以下、「個別セル制御部２０２」とも総称する。）を含む。また、インデックスｉを用いて任意の個別セル制御部２０２を「個別セル制御部２０２＿ｉ」とも示す。

【0068】

個別セル制御部２０２＿ｉは、対応する変換器セル１＿ｉを個別に制御する。個別セル制御部２０２＿ｉは、基本制御部５０２から、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｒ、アーム電流Ｉａｒｍ、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒ、基準位相θｐ、キャリア周波数ｆｃ、およびキャリア位相θｃの入力を受ける。

【0069】

個別セル制御部２０２＿ｉは、変換器セル１＿ｉのゲート信号Ｇｐ（ｉ），Ｇｎ（ｉ）およびバイパススイッチ３４の駆動信号ＢＰ（ｉ）を生成して、変換器セル１＿ｉへ出力する。一方、個別セル制御部２０２＿ｉは、変換器セル１＿ｉの電圧検出器３３からコンデンサ電圧Ｖｃ（ｉ）の検出値を受信し、温度検出器ＤＷＩ，ＤＷＯから温度Ｔｗｉ（ｉ），Ｔｗｏ（ｉ）を受信する。個別セル制御部２０２＿ｉは、コンデンサ電圧Ｖｃ（ｉ）および温度Ｔｗｉ（ｉ），Ｔｗｏ（ｉ）に基づいて生成した異常信号Ｅｍ（ｉ）と、コンデンサ電圧Ｖｃ（ｉ）とを基本制御部５０２に出力する。

【0070】

＜個別セル制御部の構成例＞
図７は、実施の形態１に従う個別セル制御部の構成例を示すブロック図である。図７を参照して、個別セル制御部２０２は、搬送波生成部２０３と、個別電圧制御部２０５と、ゲート信号生成部２０７と、係数算出部２１０と、電力損失算出部２１２と、流入電力算出部２１４と、静電容量推定部２１６と、異常判定部２１８と、ＢＰＳ駆動部２２０とを含む。

【0071】

（ゲート信号の生成方式）
まず、ゲート信号Ｇｐ，Ｇｎの生成方式について説明する。

【0072】

搬送波生成部２０３は、位相シフトＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御で用いられる、ある定められた周波数（すなわち、キャリア周波数）を有するキャリア信号ＣＳを生成する。位相シフトＰＷＭ制御とは、同一アーム（例えば、正側アーム１３ｐまたは負側アーム１３ｎ）を構成する複数の（例えば、Ｍ個の）変換器セル１のそれぞれに対して出力されるＰＷＭ信号のタイミングを相互にずらすものである。これによって、各変換器セル１の出力電圧の合成電圧に含まれる高調波成分が削減されることが知られている。

【0073】

搬送波生成部２０３は、基本制御部５０２から受信した共通のキャリア位相θｃおよびキャリア周波数ｆｃに基づいて、Ｍ個の変換器セル１の間で相互に位相のずれたキャリア信号ＣＳを生成する。キャリア信号ＣＳは、例えば、三角波信号等の周期的な信号である。

【0074】

個別電圧制御部２０５には、対応する変換器セル１が属するアームのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｒと、当該アームのアーム電流Ｉａｒｍの検出値と、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒと、対応する変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃとの入力を受ける。コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒは、電力変換器６の全体のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値に設定されてもよいし、同一アームに含まれるＭ個の変換器セル１のコンデンサ電圧の平均値に設定されてもよい。

【0075】

個別電圧制御部２０５は、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒに対するコンデンサ電圧Ｖｃの偏差に演算を施して、個別電圧制御のための制御出力値を算出する。当該制御出力値を算出ための機能部は、例えば、ＰＩ制御またはＰＩＤ制御等を実行する制御器によって構成される。上記制御器による演算値に対して、アーム電流Ｉａｒｍの極性に応じて、「＋１」または「－１」を乗算することによって、上記偏差を解消する方向にコンデンサ３２を充放電するための制御出力値が算出される。もしくは、上記制御器による演算値に対して、アーム電流Ｉａｒｍを乗算することによって、上記偏差を解消する方向にコンデンサ３２を充放電するための制御出力値を算出してもよい。

【0076】

個別電圧制御部２０５は、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｒと、制御出力値とを加算することによって、セル電圧指令値Ｖｃｅｌｌｒを出力する。セル電圧指令値Ｖｃｅｌｌｒは、変換器セル１から出力されるセル電圧に対する指令値である。

【0077】

ゲート信号生成部２０７は、搬送波生成部２０３からのキャリア信号ＣＳによって、セル電圧指令値ＶｃｅｌｌｒをＰＷＭ変調することでゲート信号Ｇｐ，Ｇｎを生成する。

【0078】

（静電容量の推定方式）
次に、変換器セル１のコンデンサ３２の静電容量の推定方式について説明する。

【0079】

電力損失算出部２１２は、変換器セル１で発生する電力損失を算出する。具体的には、電力損失算出部２１２は、変換器セル１に含まれる抵抗素子で発生する瞬時的な電力損失の推定値である電力損失ＰＲｅｓｔと、変換器セル１に含まれる複数のスイッチング素子３１ｐ，３１ｎで発生する瞬時的な電力損失の推定値である電力損失ＰＳＣｅｓｔとを算出する。当該抵抗素子は、コンデンサ３２と並列に接続されている抵抗素子である。

【0080】

電力損失ＰＲｅｓｔは、コンデンサ電圧Ｖｃと、コンデンサ３２と並列に接続されている抵抗要素の抵抗値Ｒとを用いて、以下の式（１）で表される。抵抗値Ｒは、例えば、予め行なわれた変換器セル１の特性試験の測定等により得られた値とする。なお、以下の式（１）では表示の簡素化の観点からＶ_ｃのように、下付き文字の形式で示すものとする。例えば、「数式中のＶ_ｃ」は「本文中のＶｃ」と同一である。これは、後述する式でも同様である。

【0081】

【数1】

【0082】

電力損失算出部２１２は、対応する変換器セル１が属するアームのアーム電流Ｉａｒｍに基づく演算式を用いて電力損失ＰＳＣｅｓｔを算出する。具体的には、電力損失ＰＳＣｅｓｔは、以下の式（２）で表される。ｂ０，ｂ１，ｂ２は係数である。式（２）においては、乗算記号は省略されている。これは、以下の式についても同様である。

【0083】

【数2】

【0084】

ここで、係数ｂ０，ｂ１，ｂ２は、係数算出部２１０により算出される。具体的には、当該算出には、係数ｂ０，ｂ１，ｂ２がジャンクション温度に対して変化することが利用される。係数算出部２１０は、冷却フィン３５に流入する冷却媒体ＷＩの温度Ｔｗｉと冷却フィン３５から流出する冷却媒体ＷＯの温度Ｔｗｏとの差分温度と、アーム電流Ｉａｒｍとに基づいて、式（２）の係数ｂ０，ｂ１，ｂ２を算出する。具体的には、係数算出部２１０は、当該差分温度に基づいて変換器セル１の複数のスイッチング素子３１ｐ，３１ｎで発生する電力の時間平均損失Ｐｓｃａｖを算出し、時間平均損失Ｐｓｃａｖを用いて式（２）の係数ｂ０，ｂ１，ｂ２を算出する。一方、時間平均損失Ｐｓｃａｖは、アーム電流Ｉａｒｍの絶対値の時間平均値｜Ｉａｒｍ｜ａｖと、アーム電流Ｉａｒｍの実効値ＩａｒｍＲとを用いて、以下の式（３）で表される。

【0085】

【数3】

【0086】

係数算出部２１０は、時間平均損失Ｐｓｃａｖ、時間平均値｜Ｉａｒｍ｜ａｖ、および実効値ＩａｒｍＲと、予め用意したルックアップテーブルとを用いて、式（３）の関係式が成立する適切な係数ｂ０，ｂ１，ｂ２を選択する。

【0087】

温度Ｔｗｉと温度Ｔｗｏとの差分から時間平均損失Ｐｓｃａｖを算出する算出方式について説明する。具体的には、冷却媒体ＷＩ、ＷＯの比熱容量をＣｐ［Ｊ／（Ｋ・ｇ）］、密度をρ［ｇ／ｃｍ^３］、冷却媒体ＷＩ、ＷＯが１つの冷却フィン３５に流れる流量をＱｗ［Ｌ／ｓ］とすると、変換器セル１の複数のスイッチング素子３１ｐ，３１ｎで発生する時間平均損失Ｐｓｃａｖは以下の式（４）で表される。

【0088】

【数4】

【0089】

なお、係数算出部２１０は、電力変換器６から交流回路２に出力される交流有効電力と、電力変換器６から直流回路４に出力される有効電力との差分電力に基づいて、時間平均損失Ｐｓｃａｖを算出してもよい。当該時間平均損失Ｐｓｃａｖの算出方式について説明する。ここで、交流回路２における交流有効電力をＰａｃ、直流回路４における直流有効電力Ｐｄｃ、電力変換器６に含まれるすべての変換器セル１の個数をＮａｌｌとする。また、電力変換器６において、変換器セル１以外で発生する損失をＰｏｔｈｅｒとする。変換器セル１において、複数のスイッチング素子３１ｐ，３１ｎ以外で発生する損失をＰｓｍｏｔｈｅｒとする。この場合、変換器セル１において発生する損失が一様であると仮定すると、変換器セル１の複数のスイッチング素子３１ｐ，３１ｎで発生する時間平均損失Ｐｓｃａｖは以下の式（５）で表される。

【0090】

【数5】

【0091】

ここで、損失Ｐｏｔｈｅｒ、損失Ｐｓｍｏｔｈｅｒは実測値、あるいは推測値のどちらを用いてもよい。例えば、損失Ｐｏｔｈｅｒの１つとして、変圧器３で発生する損失Ｐｔｒがあるが、損失Ｐｔｒを実測するのは難しい。そのため、無負荷損Ｐｔｒｉ、変圧器３に流入する電流が最大のときの負荷損Ｐｔｒｃｎ、交流電流検出器１５で得られた交流電流の実効値と変圧器３に流入する最大電流の実効値との比ａ、および以下の式（６）を用いて、損失Ｐｔｒを算出（推定）してもよい。

【0092】

【数6】

【0093】

また、損失Ｐｓｍｏｔｈｅｒの一例としては、コンデンサ３２と並列に接続されている抵抗要素の抵抗値Ｒで発生する電力損失ＰＲｅｓｔがあり、式（１）を用いて求めることができる。

【0094】

さらに、係数ｂ０，ｂ１，ｂ２は、予め行なわれた変換器セル１の特性試験の測定等で得られた電流に対する損失のデータから近似され、規定の温度条件における値に予め定められていてもよい。この場合、係数算出部２１０は不要である。

【0095】

図８は、実施の形態１に従う流入電力算出部の構成例を示すブロック図である。図８を参照して、流入電力算出部２１４は、電力変換器６の変換器セル１に対するセル電圧指令値Ｖｃｅｌｌｒと、変換器セル１を含むアームに流れるアーム電流Ｉａｒｍと、変換器セル１で発生する電力損失とに基づいて、変換器セル１のコンデンサ３２に流入するコンデンサ流入電力を算出する。具体的には、流入電力算出部２１４は、乗算器２５１，２５２と、加算器２５４と、減算器２５６と、演算器２５８，２５９と、周波数成分抽出部２６１とを含む。

【0096】

乗算器２５１は、変換器セル１のセル電圧指令値Ｖｃｅｌｌｒとコンデンサ電圧Ｖｃとの乗算値を出力する。乗算器２５２は、乗算器２５１から出力される乗算値と、アーム電流Ｉａｒｍとの乗算値を、変換器セル１に流入する瞬時電力であるセル流入電力Ｐｓｍｅｓｔとして算出する。すなわち、流入電力算出部２１４は、以下の式（７）に示すように、セル電圧指令値Ｖｃｅｌｌｒと、コンデンサ電圧Ｖｃと、アーム電流Ｉａｒｍとを乗算することにより、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔを算出する。

【0097】

【数7】

【0098】

加算器２５４は、変換器セル１で発生する電力損失ＰＳＣｅｓｔおよび電力損失ＰＲｅｓｔの加算値を出力する。減算器２５６は、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔから当該加算値を減算した減算値を、変換器セル１のコンデンサ３２に流入する瞬時電力の推定値であるコンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔとして出力する。すなわち、流入電力算出部２１４は、以下の式（８）に示すように、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔから、電力損失ＰＳＣｅｓｔおよび電力損失ＰＲｅｓｔを減算することによりコンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔを算出する。

【0099】

【数8】

【0100】

演算器２５８は、基準位相θｐの正弦（すなわち、ｓｉｎθｐ）を出力する。演算器２５９は、基準位相θｐの余弦（すなわち、ｃｏｓθｐ）を出力する。周波数成分抽出部２６１は、コンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔと、基準位相θｐの正弦および余弦とに基づいて、コンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔから規定周波数成分を抽出した値を、コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆｅｓｔとして算出する。

【0101】

図９は、実施の形態１に従う周波数成分抽出部の構成例を示すブロック図である。図９を参照して、周波数成分抽出部２６１は、入力値Ｘｉｎに対して、抽出したい規定周波数で振動する正弦波ｓｉｎθと余弦波ｃｏｓθとを乗算し、それぞれの乗算値を２倍した値をフィルタ処理して直流成分を抽出する。周波数成分抽出部２６１は、各直流成分の二乗和の平方根を算出し、当該平方根を出力値Ｘｏｕｔとして出力する。具体的には、周波数成分抽出部２６１は、乗算器２７１，２７４，２８１，２８４と、比例器２７２，２８２と、フィルタ２７３，２８３と、加算器２９１と、演算器２９２とを含む。

【0102】

例えば、基準角周波数を“ω”、時刻を“ｔ”、規定周波数の次数を“ｋ”とすると、位相θは“ｋ＊ω＊ｔ”で表される。また、入力値Ｘｉｎを以下の式（９）のように定義する。

【0103】

【数9】

【0104】

“ｎ”は、基準角周波数ωに対する次数、Ａｎ（ただし、ｎ≧０）は各次数の周波数成分における大きさ、φｎは各次数の周波数成分における位相である。乗算器２７１は、以下の式（１０）に示すように、入力値Ｘｉｎに対して、正弦波ｓｉｎθ（＝ｓｉｎ（ｋωｔ））を乗算した値を演算する。乗算器２８１は、以下の式（１１）に示すように、入力値Ｘｉｎに対して、余弦波ｃｏｓθ（＝ｃｏｓ（ｋωｔ））を乗算した値を演算する。

【0105】

【数10】

【0106】

比例器２７２は、乗算器２７１で得られた値に“２”をかける。比例器２８２は、乗算器２７１で得られた値に“２”をかける。フィルタ２７３は、比例器２７２で演算された値から直流成分を抽出した値ＸｏｕｔＳを出力する。フィルタ２８３は、比例器２８２で演算された値から直流成分を抽出した値ＸｏｕｔＣを出力する。フィルタ２７３，２８３は、直流成分を抽出可能なフィルタであればよく、例えば、ローパスフィルタである。これにより、“ｎ＝ｋ”の周波数成分のみ抽出されることとなるため、値ＸｏｕｔＳおよび値ＸｏｕｔＣは、それぞれ式（１２）および式（１３）で表される。

【0107】

【数11】

【0108】

乗算器２７４は、値ＸｏｕｔＳを二乗する。乗算器２８４は、値ＸｏｕｔＣを二乗する。加算器２９１は、値ＸｏｕｔＳの二乗と値ＸｏｕｔＣの二乗との加算値を出力する。演算器２９２は、加算値の平方根である出力値Ｘｏｕｔを出力する。したがって、出力値Ｘｏｕｔに関して、以下の式（１４）が得られる。

【0109】

【数12】

【0110】

入力値Ｘｉｎに含まれる基準角周波数ωを基準としたｋ次の周波数成分の大きさＡｋ（すなわち、出力値Ｘｏｕｔ）を抽出することができる。

【0111】

本実施の形態では、交流回路２における交流電圧Ｖａｃの周波数と同一の周波数を規定周波数としている。そのため、規定周波数で回転する位相角は“θｐ”と等しい。そのため、周波数成分抽出部２６１は、位相θｐを用いて、コンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔ（すなわち、入力値Ｘｉｎに対応）の規定周波数成分であるコンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆｅｓｔ（すなわち、出力値Ｘｏｕｔに対応）を抽出する。

【0112】

コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆｅｓｔを抽出する理由は、コンデンサ３２に流入する瞬時電力には、交流電圧Ｖａｃの周波数と同じ周波数成分が多く含まれるためである。これは、以下よって示される。

【0113】

変換器セル１が出力する電圧を“Ｖｓｍ”とすると、電圧Ｖｓｍは、理想的には直流成分と基本波周波数成分で構成され、その直流成分をＶｄｃｓｍ、その基本波周波数成分をＶａｃｓｍとする。この場合、電圧Ｖｓｍは以下の式（１５）で表される。

【0114】

【数13】

【0115】

また、アーム電流Ｉａｒｍも理想的には直流成分と基本波周波数成分で構成され、その直流成分をＩｄｃａｒｍ、その基本波周波数成分をＩａｃａｒｍとする。この場合、アーム電流Ｉａｒｍは以下の式（１６）で表される。

【0116】

【数14】

【0117】

なお、“α”は変換器セル１が出力する電圧Ｖｓｍの交流成分に対する位相差である。したがって、理想的には、式（７）で導出されるセル流入電力Ｐｓｍｅｓｔは、式（１５）および式（１６）を掛け合わせた値と等しくなるため、以下の式（１７）で表される。

【0118】

【数15】

【0119】

ただし、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔの直流成分Ｐｓｍｄｃは以下の式（１８）で表され、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔの基本波周波数成分Ｐｓｍ１ｆは以下の式（１９）で表され、位相φ１ｆは以下の式（２０）で表され、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔの基本波周波数の２倍成分Ｐｓｍ２ｆは以下の式（２１）で表され、位相φ２ｆは以下の式（２２）で表される。

【0120】

【数16】

【0121】

これにより、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔには、交流電圧Ｖａｃの基本波周波数と同じ周波数の成分が多く含まれることが分かる。そのため、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔから、電力損失ＰＲｅｓｔおよび電力損失ＰＳＣｅｓｔを減算したコンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔにも、交流電圧Ｖａｃの基本波周波数と同じ周波数の成分が多く含まれる。

【0122】

規定周波数成分は、コンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔに多く含まれる周波数成分であれば他の周波数成分であってもよい。例えば、式（１７）、式（２０）および式（２２）よりセル流入電力Ｐｓｍｅｓｔには、交流電圧Ｖａｃの基本波周波数の２倍の成分も含まれている。そのため、規定周波数成分は、交流電圧Ｖａｃの基本波周波数の２倍の成分であってもよい。

【0123】

上記のように、流入電力算出部２１４は、セル電圧指令値Ｖｃｅｌｌｒと、コンデンサ電圧Ｖｃと、アーム電流Ｉａｒｍとに基づいて、変換器セル１に流入するセル流入電力Ｐｓｍｅｓｔを算出する。流入電力算出部２１４は、セル流入電力Ｐｓｍｅｓｔから、変換器セル１で発生する電力損失ＰＲｅｓｔ，ＰＳＣｅｓｔを減算した減算値（すなわち、コンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔ）に基づいて、コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆｅｓｔを算出する。具体的には、流入電力算出部２１４は、当該減算値から規定周波数成分（例えば、基本波周波数成分）を抽出した値を、コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆｅｓｔとして算出する。

【0124】

再び、図７を参照して、静電容量推定部２１６は、コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆｅｓｔと、コンデンサ電圧Ｖｃとに基づいて、コンデンサ３２の静電容量の推定値である静電容量Ｃｅｓｔを算出する。

【0125】

図１０は、実施の形態１に従う静電容量算出部の構成例を示すブロック図である。図１０を参照して、静電容量推定部２１６は、コンデンサ３２に流入するコンデンサ電流Ｉｃを算出する。コンデンサ３２の静電容量をＣとすると、以下の式（２３）が成立する。

【0126】

【数17】

【0127】

さらに、静電容量推定部２１６は、コンデンサ電圧Ｖｃおよびコンデンサ電流Ｉｃに基づいて、コンデンサ３２に流入する瞬時電力Ｐｃを算出する。瞬時電力Ｐｃは、以下の式（２４）で表される。これにより、以下の式（２５）が得られる。

【0128】

【数18】

【0129】

具体的には、静電容量推定部２１６は、乗算器３０１と、微分器３０２と、演算器３０４，３０５と、周波数成分抽出部３０６と、比例器３１１と、除算器３１２とを含む。

【0130】

乗算器３０１は、コンデンサ電圧Ｖｃの二乗を演算する。微分器３０２は、コンデンサ電圧Ｖｃの二乗を時間に対して微分することにより、式（２５）で示す微分値を演算する。演算器３０４は、基準位相θｐの正弦（すなわち、ｓｉｎθｐ）を出力する。演算器３０５は、基準位相θｐの余弦（すなわち、ｃｏｓθｐ）を出力する。

【0131】

周波数成分抽出部３０６は、微分器３０２による演算値と、基準位相θｐの正弦および余弦とに基づいて、コンデンサ電圧Ｖｃの二乗の時間微分値から、当該時間微分値の基本周波数成分Ｖｃｓｑ１ｆを抽出する。

【0132】

ここで、式（２４）に示す瞬時電力Ｐｃと、式（８）に示すコンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔとは理想的には一致する。したがって、瞬時電力Ｐｃおよびコンデンサ流入電力Ｐｃｅｓｔの各々を同じ周波数成分で抽出した値も理想的には一致する。したがって、静電容量Ｃの推定値である静電容量Ｃｅｓｔに関して、以下の式（２６）が成立する。

【0133】

【数19】

【0134】

これにより、静電容量推定部２１６は、コンデンサ３２の静電容量Ｃｅｓｔを算出できる。

【0135】

（異常信号の出力）
再び、図７を参照して、異常判定部２１８は、変換器セル１のコンデンサ３２の静電容量Ｃｅｓｔと、閾値Ｔｈとに基づいて、変換器セル１の異常を示す異常信号Ｅｍを出力する。具体的には、異常判定部２１８は、静電容量Ｃｅｓｔが閾値Ｔｈ未満である場合には異常信号Ｅｍを出力し、静電容量Ｃｅｓｔが閾値Ｔｈ以上である場合には異常信号Ｅｍを出力しない。閾値Ｔｈは、例えば、電力変換器６に融通される電力が大きい場合にコンデンサ電圧Ｖｃのリプルによって、コンデンサ電圧がハードウェア上の上限値（例えば、絶縁仕様等）を超過するような静電容量値に設定される。

【0136】

異常信号Ｅｍが出力された場合、ＢＰＳ駆動部２２０は、当該異常信号Ｅｍを受信する。ここで、各アームに含まれる変換器セル１の個数Ｍが運転に必要な個数よりも多いとする。この場合、ＢＰＳ駆動部２２０は、異常信号Ｅｍの受信に応答して、バイパススイッチ３４を閉じるための駆動信号ＢＰを出力する。すなわち、ＢＰＳ駆動部２２０は、変換器セル１のコンデンサ３２の静電容量Ｃｅｓｔが閾値Ｔｈ未満である場合に、バイパススイッチ３４を閉じる。これにより、電力を制限せずに電力変換器６のメンテナンスを継続したり、部品交換による運転停止まで電力変換器６の運転を継続させることができる。

【0137】

また、異常信号Ｅｍは、図４に示すＨＭＩ５０１にも送信される。ＨＭＩ５０１は、各異常信号Ｅｍを受信することにより、電力変換器６内のいずれのコンデンサ３２が劣化したのかを監視することができる。ある局面では、ＨＭＩ５０１は、複数の変換器セル１のうちの少なくとも１つの変換器セル１におけるコンデンサ３２の静電容量Ｃｅｓｔが閾値Ｔｈ未満である場合、当該少なくとも１つの変換器セル１に対応する異常信号Ｅｍを受信する。この場合、ＨＭＩ５０１は、当該少なくとも１つの変換器セル１を識別するための情報を報知する。例えば、ＨＭＩ５０１は、当該情報をディスプレイ等に表示する。

【0138】

これにより、系統運用者は、電力変換器６のメンテナンス、部品交換による運転停止時に、速やかに部品交換が必要な変換器セル１を把握できるため、運転停止の期間を短くできる。また、系統運用者は、予め部品交換する変換器セル１の数も把握できるため、変換器セル１の予備品を必要以上に用意する必要がなくなり、管理コスト等を削減できる。

【0139】

＜利点＞
実施の形態１によると、複雑な積分演算等を用いることなく、随時得られる、電流および電圧の検出値、電圧指令値等に基づいて静電容量を推定するための演算が実行される。そのため、当該演算の処理負荷を低減できる。

【0140】

実施の形態２．
上述した実施の形態１では、コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆｅｓｔを算出するための機能構成である、係数算出部２１０、電力損失算出部２１２および流入電力算出部２１４が、個別セル制御部２０２内に設けられる構成について説明した。実施の形態２では、これらの機能構成が、各相の基本制御部５０２に設けられる構成について説明する。

【0141】

図１１は、実施の形態２に従う基本制御部の構成例を示すブロック図である。図１１を参照して、基本制御部５０２Ａは、図５に示す基本制御部５０２に、係数算出部２１０Ｐ，２１０Ｎと、電力損失算出部２１２Ｐ，２１２Ｎと、流入電力算出部２１４Ｐ，２１４Ｎと、コンデンサ電圧平均値算出部２３０とを追加した構成である。基本制御部５０２と同様の構成についてはその詳細な説明は行なわない。

【0142】

コンデンサ電圧平均値算出部２３０は、正側アーム１３ｐのＭ個のコンデンサ電圧Ｖｃの入力を受け付け、当該Ｍ個のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値である電圧平均値ＶｃａｖＰを算出する。コンデンサ電圧平均値算出部２３０は、負側アーム１３ｎのＭ個のコンデンサ電圧Ｖｃの入力を受け付け、当該Ｍ個のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値である電圧平均値ＶｃａｖＮを算出する。電圧平均値ＶｃａｖＰは電力損失算出部２１２Ｐに入力され、電圧平均値ＶｃａｖＮは電力損失算出部２１２Ｎに入力される。

【0143】

係数算出部２１０Ｐ，２１０Ｎによる係数算出方式は、上記の係数算出部２１０による当該方式と概ね同様である。具体的には、係数算出部２１０Ｐは、正側アーム１３ｐの正側アーム電流Ｉａｒｍｐと、温度Ｔｗｉと温度Ｔｗｏとの差分温度とに基づいて、式（２）の係数ｂ０Ｐ，ｂ１Ｐ，ｂ２Ｐを算出する。同様に、係数算出部２１０Ｎは、負側アーム１３ｎの負側アーム電流Ｉａｒｍｎと、温度Ｔｗｉと温度Ｔｗｏとの差分温度とに基づいて、式（２）の係数ｂ０Ｎ，ｂ１Ｎ，ｂ２Ｎを算出する。

【0144】

ただし、この場合、温度Ｔｗｉは、正側アーム１３ｐおよび負側アーム１３ｎに含まれる各変換器セル１に流入する冷却媒体ＷＩの平均温度であるとする。温度Ｔｗｏは、正側アーム１３ｐおよび負側アーム１３ｎに含まれる各変換器セル１に流入する冷却媒体ＷＯの平均温度であるとする。

【0145】

以下では、説明の容易化のため、正側アーム１３ｐに含まれる変換器セル１を“変換器セル１ｐ”とも称し、負側アーム１３ｎに含まれる変換器セル１を“変換器セル１ｎ”とも称する。

【0146】

電力損失算出部２１２Ｐは、変換器セル１ｐに含まれる抵抗素子で発生する平均的な電力損失ＰＲＰを算出する。この場合、式（１）の“Ｖｃ”および“ＰＲｅｓｔ”に代えて、それぞれ“ＶｃａｖＰ”および“ＰＲＰ”が用いられる。また、電力損失算出部２１２Ｐは、変換器セル１ｐ内の複数のスイッチング素子３１ｐ，３１ｎで発生する平均的な電力損失ＰＳＣＰを算出する。この場合、式（２）および式（３）の係数ｂ０，ｂ１，ｂ２の代わりに係数ｂ０Ｐ，ｂ１Ｐ，ｂ２Ｐが用いられ、アーム電流Ｉａｒｍの代わりに正側アーム電流Ｉａｒｍｐが用いられる。また、式（２）の“ＰＳＣｅｓｔ”の代わりに“ＰＳＣＰ”が用いられる。

【0147】

電力損失算出部２１２Ｎは、変換器セル１ｎ内の抵抗素子で発生する平均的な電力損失ＰＲＮを算出する。この場合、式（１）の“Ｖｃ”および“ＰＲｅｓｔ”に代えて、それぞれ“ＶｃａｖＮ”および“ＰＲＮ”が用いられる。また、電力損失算出部２１２Ｎは、変換器セル１ｎ内の複数のスイッチング素子３１ｐ，３１ｎで発生する電力損失ＰＳＣＮを算出する。この場合、式（２）および式（３）の係数ｂ０，ｂ１，ｂ２の代わりに係数ｂ０Ｎ，ｂ１Ｎ，ｂ２Ｎが用いられ、アーム電流Ｉａｒｍの代わりに負側アーム電流Ｉａｒｍｎが用いられる。また、式（２）の“ＰＳＣｅｓｔ”の代わりに“ＰＳＣＮ”が用いられる。

【0148】

流入電力算出部２１４Ｐは、電力変換器６に対するアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒと、正側アーム１３ｐに流れる正側アーム電流Ｉａｒｍｐと、各変換器セル１ｐで発生する平均的な電力損失ＰＲＰおよび電力損失ＰＳＣＰとに基づいて、変換器セル１ｐのコンデンサ３２に流入する平均的なコンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆａｖＰを算出する。

【0149】

具体的には、流入電力算出部２１４Ｐは、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｒと、電圧平均値ＶｃａｖＰと、正側アーム電流Ｉａｒｍｐとを乗算した乗算値を個数Ｍで除算することにより、変換器セル１ｐに流入するセル流入電力ＰｓｍＰを算出する。すなわち、“ＰｓｍＰ＝（Ｖａｒｍｐｒ＊ＶｃａｖＰ＊Ｉａｒｍｐ）／Ｍ”である。これは、変換器セル１ｐに流入するセル流入電力が、正側アーム１３ｐに流入するアーム流入電力を“Ｍ”で割った値とほぼ等しいことを利用している。

【0150】

続いて、流入電力算出部２１４Ｐは、セル流入電力ＰｓｍＰから、電力損失ＰＲＰおよび電力損失ＰＳＣＰを減算することにより、変換器セル１ｐのコンデンサ３２に流入するコンデンサ流入電力ＰｃａｖＰを算出する。そして、流入電力算出部２１４Ｐは、コンデンサ流入電力ＰｃａｖＰから基本波周波数成分を抽出したコンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆａｖＰを算出する。

【0151】

同様に、流入電力算出部２１４Ｎは、電力変換器６に対するアーム電圧指令値Ｖａｒｍｎｒと、負側アーム１３ｐに流れる負側アーム電流Ｉａｒｍｎと、各変換器セル１ｎで発生する平均的な電力損失ＰＲＮおよび電力損失ＰＳＣＮとに基づいて、変換器セル１ｎのコンデンサ３２に流入する平均的なコンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆａｖＮを算出する。

【0152】

具体的には、流入電力算出部２１４Ｎは、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｎｒと、電圧平均値ＶｃａｖＮと、負側アーム電流Ｉａｒｍｎとを乗算した乗算値を個数Ｍで除算することにより、変換器セル１ｎに流入するセル流入電力ＰｓｍＮを算出する。すなわち、“ＰｓｍＮ＝（Ｖａｒｍｎｒ＊ＶｃａｖＮ＊Ｉａｒｍｎ）／Ｍ”である。

【0153】

続いて、流入電力算出部２１４Ｎは、セル流入電力ＰｓｍＮから、電力損失ＰＲＮおよび電力損失ＰＳＣＮを減算することにより、変換器セル１ｎのコンデンサ３２に流入するコンデンサ流入電力ＰｃａｖＮを算出する。そして、流入電力算出部２１４Ｎは、コンデンサ流入電力ＰｃａｖＮから基本波周波数成分を抽出したコンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆａｖＮを算出する。以下、コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆａｖＰ，Ｐｃ１ｆａｖＮを“コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆａｖ”とも総称する。

【0154】

図１２は、実施の形態２に従う個別セル制御部の構成例を示すブロック図である。図１２を参照して、個別セル制御部２０２Ａは、図７に示す個別セル制御部２０２から、係数算出部２１０、電力損失算出部２１２および流入電力算出部２１４を削除するとともに、静電容量推定部２１６を静電容量推定部２１６Ａに置き換えたものである。

【0155】

静電容量推定部２１６Ａは、コンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆｅｓｔの代わりにコンデンサ流入電力Ｐｃ１ｆａｖの入力を受ける点において、静電容量推定部２１６と異なる。静電容量推定部２１６Ａは、式（２６）において、“Ｐｃ１ｆｅｓｔ”に代えて“Ｐｃ１ｆａｖ”を用いることにより、コンデンサ３２の静電容量Ｃｅｓｔを算出する。

【0156】

＜利点＞
実施の形態２によると、変換器セルに流入するセル流入電力が、アームに流入するアーム流入電力を変換器セルの個数で割った値とほぼ等しいことを利用して、コンデンサの静電容量を推定できる。そのため、静電容量を推定するための演算量をより低減することができる。

【0157】

その他の実施の形態．
上述の実施の形態として例示した構成は、本開示の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

【0158】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0159】

１ 変換器セル、２ 交流回路、３ 変圧器、４ 直流回路、５ 制御装置、６ 電力変換器、７ａ，７ｂ リアクトル、８ｕ，８ｖ，８ｗ レグ回路、９ａ，９ｂ アーム電流検出器、１０ 交流電圧検出器、１１ａ，１１ｂ 直流電圧検出器、１３ｎｕ，１３ｎｖ，１３ｎｗ，１３ｐ 負側アーム、１３ｐｕ，１３ｐｖ，１３ｐｗ 正側アーム、１５ 交流電流検出器、３１ｎ，３１ｐ スイッチング素子、３２ コンデンサ、３３ 電圧検出器、３４ バイパススイッチ、３５ 冷却フィン、７０ 入力変換器、７１ サンプルホールド回路、７２ マルチプレクサ、７３ Ａ／Ｄ変換器、７５ ＲＡＭ、７６ ＲＯＭ、７７ 入出力インターフェイス、７８ 補助記憶装置、７９ バス、１００ 電力変換装置、２０２，２０２Ａ 個別セル制御部、２０３ 搬送波生成部、２０５ 個別電圧制御部、２０７ ゲート信号生成部、２１０，２１０Ｎ，２１０Ｐ 係数算出部、２１２，２１２Ｎ，２１２Ｐ 電力損失算出部、２１４，２１４Ｎ，２１４Ｐ 流入電力算出部、２１６，２１６Ａ 静電容量推定部、２１８ 異常判定部、２２０ ＢＰＳ駆動部、２３０ コンデンサ電圧平均値算出部、５０２ 基本制御部、５０３Ｐ，５０３Ｎ アーム制御部、６０１ アーム電圧指令生成部、６０３ 交流電流制御部、６０４ 直流電流制御部、６０５ 循環電流制御部、６０６ 指令分配部、６０８ 交流電流リミッタ、６０９ 直流電流リミッタ、６１０ コンデンサ電圧指令生成部、６２０ 基準位相検出部。

【要約】

電力変換装置（１００）は、複数のアーム（１３ｐ，１３ｎ）を含む電力変換器（６）と、制御装置（５）とを備える。複数のアーム（１３ｐ，１３ｎ）の各々は、互いにカスケード接続された複数の変換器セル（１）を有する、複数の変換器セル（１）の各々は、複数のスイッチング素子（３１ｐ，３１ｎ）と、コンデンサ（３２）とを有する。制御装置（５）は、電圧指令値と、アーム電流と、コンデンサ電圧と、変換器セル（１）で発生する電力損失とに基づいて、コンデンサ（３２）に流入するコンデンサ流入電力を算出する電力算出部（２１４）と、コンデンサ流入電力と、コンデンサ電圧とに基づいて、コンデンサ（３２）の静電容量を推定する静電容量推定部（２１６）とを含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】