特表 2024-527964 ゼロシーケンス安定化電力コンバータの制御のためのシステム及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-07-26

(54)【発明の名称】ゼロシーケンス安定化電力コンバータの制御のためのシステム及び方法

(51)【国際特許分類】

   H02M 7/48 20070101AFI20240719BHJP

【ＦＩ】

H02M7/48 E

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024504945

(86)(22)【出願日】2022-07-27

(85)【翻訳文提出日】2024-03-25

(86)【国際出願番号】 US2022038557

(87)【国際公開番号】W WO2023009649

(87)【国際公開日】2023-02-02

(31)【優先権主張番号】63/319,122

(32)【優先日】2022-03-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/270,311

(32)【優先日】2021-10-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/242,840

(32)【優先日】2021-09-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/345,896

(32)【優先日】2022-05-25

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/226,059

(32)【優先日】2021-07-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/351,768

(32)【優先日】2022-06-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/226,136

(32)【優先日】2021-07-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】508344512

【氏名又は名称】ザ トラスティーズ オブ コロンビア ユニバーシティ イン ザ シティ オブ ニューヨーク

【氏名又は名称原語表記】ＴＨＥ ＴＲＵＳＴＥＥＳ ＯＦ ＣＯＬＵＭＢＩＡ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＩＮ ＴＨＥ ＣＩＴＹ ＯＦ ＮＥＷ ＹＯＲＫ

(74)【代理人】

【識別番号】100134832

【弁理士】

【氏名又は名称】瀧野 文雄

(74)【代理人】

【識別番号】100165308

【弁理士】

【氏名又は名称】津田 俊明

(74)【代理人】

【識別番号】100115048

【弁理士】

【氏名又は名称】福田 康弘

(72)【発明者】

【氏名】プレインドル マティアス

(72)【発明者】

【氏名】ジョウ リーウェイ

(72)【発明者】

【氏名】エウル ウィリアム－マイケル

(72)【発明者】

【氏名】ジャーネス マシュー

【テーマコード（参考）】

5H770

【Ｆターム（参考）】

5H770BA01

5H770BA02

5H770BA11

5H770CA02

5H770DA01

5H770DA03

5H770DA10

5H770DA44

5H770EA01

5H770GA19

5H770HA02Y

5H770HA03Y

5H770HA06Z

5H770JA10X

5H770KA01Y

5H770QA01

(57)【要約】

非絶縁Ｎ相ＤＣ／ＡＣ電力コンバータであって、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有する、電力コンバータを含む実施態様が開示され、電力コンバータは、ＡＣ電圧セクションの３つの相のそれぞれにおけるエネルギー貯蔵装置を含む。エネルギー貯蔵装置は、一般に、ＤＣ電圧セクションの端子に電気的に結合される。システムは、エネルギー貯蔵装置の電圧を制御するコントローラを更に含み、コントローラは、エネルギー貯蔵装置の１つ以上の端子の電圧を制御するための１つ以上のスイッチングデバイスと、少なくとも幾つかの貯蔵素子の電気的動作特性に基づいて制御シグナリングを生成して、エネルギー貯蔵装置の端子においてゼロシーケンス電圧安定化挙動を確立するために１つ以上のスイッチングデバイスを作動させるための少なくとも１つのモデル予測制御（ＭＰＣ）モジュールとを含む。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

非絶縁Ｎ相電力コンバータであって、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有するとともに、電力スイッチング素子を含む、非絶縁Ｎ相電力コンバータと、
前記電力コンバータを制御するように構成される制御システムであって、
回転基準座標系ターゲットを決定し、前記回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含み、前記ゼロシーケンス成分ターゲットが第Ｎ相高調波注入の倍数に基づき、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて、前記Ｎ相電力コンバータのＮ相のそれぞれに１つずつ、静止基準座標系内にＮ個の制御基準ターゲットを生成し、
Ｎ個の前記制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子のための制御信号を生成し、
前記制御信号にしたがって前記電力スイッチング素子を駆動する、
ように構成される、制御システムと、
を備える電力コンバータシステム。

【請求項2】

前記制御システムは、
処理ユニットを含む中央コントローラであって、
前記回転基準座標系ターゲットを決定し、Ｎ個の前記制御基準ターゲットを生成する、
ように構成される、中央コントローラと、
少なくとも１つのローカルコントローラであって、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれがローカル処理ユニットを含み、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれが、
Ｎ個の前記制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受信し、
前記制御基準ターゲットにしたがって、前記ローカルコントローラと関連付けられる前記電力スイッチング素子の一部を駆動する、
ように構成される、少なくとも１つのローカルコントローラと、
を備えるカスケード制御システムである、請求項１に記載の電力コンバータシステム。

【請求項3】

前記制御基準ターゲットにしたがって前記電力スイッチング素子の一部を駆動するために、前記少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれは、
前記電力スイッチング素子の一部のための制御シグナリングを生成するためにモデル予測制御（ＭＰＣ）を実施する、
ように構成される、請求項２に記載の電力コンバータシステム。

【請求項4】

中央コントローラは、
前記少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれから少なくとも１つの電気的動作特性を受信し、前記電気的動作特性が前記静止基準座標系内にあり、
前記少なくとも１つの電気的動作特性を前記回転基準座標系に変換し、
前記回転基準座標系における前記少なくとも１つの電気的動作特性に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定する、
ように更に構成される、請求項２に記載の電力コンバータシステム。

【請求項5】

前記中央コントローラは、
前記回転基準座標系における前記少なくとも１つの電気的動作特性の第１の特性に基づいて、前記電力コンバータの前記ＡＣセクションの交流電力信号の周波数を決定する、
ように更に構成される、請求項４に記載の電力コンバータシステム。

【請求項6】

前記回転基準座標系における前記少なくとも１つの電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの前記直接軸（Ｄ軸）成分及び前記直交軸（Ｑ軸）成分を決定するために、前記中央コントローラは、
前記電力コンバータの前記ＡＣセクションからの電流信号を、前記回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換し、
前記Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットのＤ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成し、
前記Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットのＱ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成する、
ように構成され、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記静止基準座標系におけるＮ個の前記制御基準ターゲットを生成するために、前記中央コントローラは、
前記Ｄ軸電圧成分、前記Ｑ軸電圧成分、及びゼロシーケンス成分ターゲットを前記静止基準座標系に変換する、
ように更に構成される、請求項４に記載の電力コンバータシステム。

【請求項7】

前記ゼロシーケンス成分ターゲットは、ＤＣオフセットと前記第Ｎ相高調波注入の倍数との和を含む、請求項１に記載の電力コンバータシステム。

【請求項8】

前記ＤＣオフセットの少なくとも１つは、前記電力コンバータの前記ＤＣ電圧セクションのＤＣバス電圧の半分であり、又は
Ｎは３であり、前記第Ｎ相高調波注入の倍数は、前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションの基本周波数の３次である、
請求項７に記載の電力コンバータシステム。

【請求項9】

前記第Ｎ相高調波注入の倍数は、
前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションの基本周波数のＮ次に基づいて導出された正弦波信号と、
前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションの前記基本周波数の最大値及び最小値の平均値に基づいて導出された三角信号と、
を含む、請求項８に記載の電力コンバータシステム。

【請求項10】

前記第Ｎ相高調波注入の倍数は、
既に受信された回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系で前記制御システムにより生成されるＮ個の以前の前記制御基準ターゲット、
前記電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとにそれぞれの電圧センサによって与えられるＮ個の電圧測定値、又は
前記電力コンバータのＮ相の各相におけるそれぞれの電圧を示す少なくとも１つのローカルコントローラによって通信されるＮ個の電圧測定値、
のグループから選択される少なくとも１つから計算されるフィードバック信号である、請求項８に記載の電力コンバータシステム。

【請求項11】

前記電力スイッチング素子は、前記電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとに、中間点ノードに接続されるハイサイド素子及びローサイド素子を含み、
前記電力コンバータのＮ相の各相の中間点ノードは、中間点ノードとフィルタノードとの間に結合されるインダクタと、フィルタノードと前記電力コンバータの正のＤＣバスとの間に結合される第１のコンデンサ、又はフィルタノードと前記電力コンバータの負のＤＣバスとの間に結合される第２のコンデンサのうちの１つ以上とを含むそれぞれのＬＣフィルタに結合される、
請求項１に記載の電力コンバータシステム。

【請求項12】

前記電力コンバータは、ＡＣ－ＤＣ整流器及びＤＣ－ＡＣインバータのうちの１つ以上である、請求項１に記載の電力コンバータシステム。

【請求項13】

前記電力コンバータの前記ＡＣセクションは、ＡＣ電力グリッド又はＡＣモータに結合される、請求項１に記載の電力コンバータシステム。

【請求項14】

スイッチ側インダクタ及びコンデンサを含むＬＣフィルタと、
前記スイッチ側インダクタ及び前記コンデンサのグループから選択される前記ＬＣフィルタの第１の構成要素の第１の電気的特性を検知し、前記第１の電気的特性を示すセンサデータを生成するように構成されるセンサと、
を備え、
前記少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれは、
前記センサからセンサデータを受信し、
前記センサデータに基づいて状態推定を実行して、前記ＬＣフィルタの第１の構成要素とは異なる第２の構成要素の第２の電気的特性を推定し、
前記第２の電気的特性に更に基づいて前記電力スイッチング素子の一部を駆動する、
ように更に構成される、請求項２に記載の電力コンバータシステム。

【請求項15】

前記電力スイッチング素子の一部を駆動するために、前記少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれは、
前記電力スイッチング素子の一部を可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号で駆動する、
ように更に構成される、請求項２に記載の電力コンバータシステム。

【請求項16】

Ｎ個の前記電力コンバータモジュールを更に備え、Ｎ＞１であり、各電力コンバータモジュールは、
正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、
前記正のＤＣ端子に結合されるハイサイド電力スイッチング素子と、前記負のＤＣ端子に結合されるローサイド電力スイッチング素子とを含む電力スイッチング素子対であって、前記ハイサイド電力スイッチング素子と前記ローサイド電力スイッチング素子とが中間点ノードにおいて互いに結合される、電力スイッチング素子対と、
コンデンサ及びインダクタを含むＬＣフィルタであって、前記インダクタが前記中間点ノードと前記コンデンサとの間に結合され、前記コンデンサが前記インダクタと前記負のＤＣ端子との間に結合される、ＬＣフィルタと、
前記電力スイッチング素子対を駆動するように構成される前記少なくとも１つのローカルコントローラのうちの１つのローカルコントローラであって、前記電力スイッチング素子対が、前記ローカルコントローラと関連付けられる電力スイッチング素子の一部である、ローカルコントローラと、
前記正及び負のＤＣ端子と、前記電力スイッチング素子対と、前記ＬＣフィルタと、ローカルコントローラとが位置された回路基板と、
を含み、
Ｎ個の前記電力コンバータモジュールのそれぞれの前記正のＤＣ端子が互いに結合され、１つ以上の前記電力コンバータのそれぞれの前記負のＤＣ端子が互いに結合され、
前記中央コントローラは、前記ローカルコントローラを有する前記回路基板とは別の回路基板上に位置される、
請求項２に記載の電力コンバータシステム。

【請求項17】

電圧を変換する方法であって、
回転基準座標系ターゲットを決定するステップであって、前記回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含み、前記ゼロシーケンス成分ターゲットが第Ｎ相高調波注入の倍数に基づく、ステップと、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップであって、非絶縁Ｎ相電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して１つの前記制御基準ターゲットが生成され、Ｎ≧１であり、前記電力コンバータが、ＤＣ電圧セクション、Ｎ相ＡＣ電圧セクション、及び電力スイッチング素子を含む、ステップと、
Ｎ個の前記制御基準ターゲットにしたがって前記電力コンバータの前記電力スイッチング素子を駆動するステップと、
を含む方法。

【請求項18】

カスケード制御システムによって、
中央コントローラにより、前記回転基準座標系ターゲットを決定するステップと、
前記中央コントローラにより、Ｎ個の前記制御基準ターゲットを生成するステップと、
少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれにより、Ｎ個の前記制御基準ターゲットのうちの１つの前記制御基準ターゲットを受信するステップと、
前記少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれにより、前記制御基準ターゲットにしたがって前記電力スイッチング素子の一部を駆動するステップと、
を更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項19】

前記少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれにより、前記制御基準ターゲットにしたがって前記電力スイッチング素子の一部を駆動するステップは、
前記少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれにより、前記電力スイッチング素子の一部のための制御シグナリングを生成するためにモデル予測制御（ＭＰＣ）を実施するステップ、
を含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記中央コントローラにより、前記少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれから少なくとも１つの電気的動作特性を受信するステップであって、少なくとも１つの電気的動作特性が前記静止基準座標系内にある、ステップと、
前記中央コントローラにより、前記少なくとも１つの電気的動作特性を前記回転基準座標系に変換するステップと、
前記中央コントローラにより、前記回転基準座標系における前記少なくとも１つの電気的動作特性に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するステップと、
を更に含む、請求項１８に記載の方法。

【請求項21】

前記中央コントローラは、前記中央コントローラにより、前記回転基準座標系における前記少なくとも１つの電気的動作特性の第１の特性に基づいて、前記電力コンバータの前記ＡＣセクションの交流電力信号の周波数を決定するように更に構成される、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記回転基準座標系における前記少なくとも１つの電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの前記直接軸（Ｄ軸）成分及び前記直交軸（Ｑ軸）成分を決定するステップは、
前記電力コンバータの前記ＡＣセクションからの電流信号を、前記回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換するステップと、
前記Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットの前記Ｄ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成するステップと、
前記Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットの前記Ｑ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成するステップと、
を含み、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記静止基準座標系におけるＮ個の前記制御基準ターゲットを生成するステップは、
前記Ｄ軸電圧成分、前記Ｑ軸電圧成分、及び前記ゼロシーケンス成分ターゲットを前記静止基準座標系に変換するステップ、
を含む、請求項２０に記載の方法。

【請求項23】

前記ゼロシーケンス成分ターゲットは、ＤＣオフセットと前記第Ｎ相高調波注入の倍数との和を含む、請求項２２に記載の方法。

【請求項24】

前記ＤＣオフセットの少なくとも１つは、前記電力コンバータの前記ＤＣ電圧セクションのＤＣバス電圧の半分であり、又は
Ｎは３であり、前記第Ｎ相高調波注入の倍数は、前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションの基本周波数の３次である、
請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

前記第Ｎ相高調波注入の倍数は、
前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションの基本周波数のＮ次に基づいて導出された正弦波信号、又は
前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションの前記基本周波数の最大値及び最小値の平均値に基づいて導出された三角信号、
を含む、請求項２４に記載の方法。

【請求項26】

前記第Ｎ相高調波注入の倍数は、
既に受信された回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系で前記制御システムにより生成されるＮ個の以前の制御基準ターゲット、
前記電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとにそれぞれの電圧センサによって与えられるＮ個の電圧測定値、及び
前記電力コンバータのＮ相の各相におけるそれぞれの電圧を示す少なくとも１つのローカルコントローラによって通信されるＮ個の電圧測定値、
のグループから選択される少なくとも１つから計算されるフィードバック信号である、請求項２４に記載の方法。

【請求項27】

前記電力スイッチング素子は、前記電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとに、ノードに接続されるハイサイド素子及びローサイド素子を含み、
前記電力コンバータのＮ相の各相のノードは、ノードとフィルタノードとの間に結合されるインダクタと、前記フィルタノードと前記電力コンバータの正のＤＣバスとの間に結合される第１のコンデンサ、又は前記フィルタノードと前記電力コンバータの負のＤＣバスとの間に結合される第２のコンデンサのうちの１つ以上とを含むそれぞれのＬＣフィルタに結合される、
請求項１７に記載の方法。

【請求項28】

前記電力コンバータによって、Ｎ個の前記制御基準ターゲットにしたがって前記電力コンバータの前記電力スイッチング素子の駆動に基づいてＡＣ電力をＤＣ電力に整流するステップ、又は
前記電力コンバータによって、Ｎ個の前記制御基準ターゲットにしたがって前記電力コンバータの前記電力スイッチング素子の駆動に基づいてＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換させるステップ、
のうちの１つ以上を更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項29】

前記電力コンバータの前記ＡＣセクションによって、ＡＣ電力グリッドからＡＣ電力を受けるステップ、
前記電力コンバータの前記ＡＣセクションによって、ＡＣ電力を前記ＡＣ電力グリッドに供給するステップ、又は
前記電力コンバータの前記ＡＣセクションによって、ＡＣモータにＡＣ電力を供給するステップ、
のうちの１つ以上を更に含む、請求項１７に記載の方法。

【請求項30】

非絶縁Ｎ相電力コンバータであって、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有するとともに、Ｎ相のそれぞれに関して、ＬＣフィルタと、電力スイッチング素子とを含む、非絶縁Ｎ相電力コンバータと、
前記電力コンバータを制御するカスケード制御システムと、
を備え、
前記カスケード制御システムは、
処理ユニットを含む中央コントローラであって、
前記電力コンバータの電気的動作特性を受け、
前記電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成する、
ように構成される、中央コントローラと、
少なくとも１つのローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラであって、少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれが前記Ｎ相電力コンバータの相に対応し、前記Ｎ相電力コンバータが、ローカル処理ユニットを含むとともに、Ｎ個の前記制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受信し、前記ローカルＭＰＣコントローラの相に対応する前記電力スイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子を作動させるために、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、前記制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するように更に構成される、
電力コンバータシステム。

【請求項31】

ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成するために、それぞれの制御周期ごとに、前記少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラの各ローカルＭＰＣコントローラは、
前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるＮ相のうちの１つの相に関してローカル電気的特性を決定し、
前記ローカルＭＰＣコントローラによって受信される前記ローカル電気的特性及び前記制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、前記制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測し、
前記制御信号の将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成する、
ように更に構成される、請求項３０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項32】

各ローカルＭＰＣコントローラは、それぞれの状態推定器と関連付けられ、
各ローカルＭＰＣコントローラに関して、それぞれの状態推定器は、前記ローカルコントローラと関連付けられる相における前記ローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するように構成され、前記推定値は、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる相における前記ローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、
各ローカルＭＰＣコントローラは、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるＮ相の相における前記ローカル電気的特性を決定するために、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記状態推定器によって推定される前記第１のローカル電気的特性を受信する、
請求項３１に記載の電力コンバータシステム。

【請求項33】

前記少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラがＮ個のローカルＭＰＣコントローラを含み、各ローカルＭＰＣコントローラがＮ相の異なる相に対応する、請求項３０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項34】

前記中央コントローラは、
回転基準座標系ターゲットを決定する、
ように構成され、前記回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含み、前記ゼロシーケンス成分ターゲットが第Ｎ相高調波注入の倍数に基づき、
少なくともＮ個の前記制御基準ターゲットが前記回転基準座標系ターゲットに基づいて生成される、請求項３０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項35】

前記中央コントローラは、
前記回転基準座標系における前記電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定する、
ように更に構成される、請求項３４に記載の電力コンバータシステム。

【請求項36】

前記中央コントローラは、
前記回転基準座標系における前記電気的動作特性の第１の特性に基づいて前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションの交流電力信号の周波数を決定する、
ように更に構成される、請求項３５に記載の電力コンバータシステム。

【請求項37】

前記回転基準座標系における前記電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの前記直接軸（Ｄ軸）成分及び前記直交軸（Ｑ軸）成分を決定するために、前記中央コントローラは、
前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションからの電流信号を、前記回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換し、
前記Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットの前記Ｄ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成し、
前記Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットの前記Ｑ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成する、
ように構成され、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記静止基準座標系におけるＮ個の前記制御基準ターゲットを生成するために、前記中央コントローラは、
前記Ｄ軸電圧成分、前記Ｑ軸電圧成分、及び前記ゼロシーケンス成分ターゲットを前記静止基準座標系に変換する、
ように更に構成される、請求項３５に記載の電力コンバータシステム。

【請求項38】

前記電力スイッチング素子は、前記電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとに、ノードに接続されるハイサイド素子及びローサイド素子を含み、
前記電力コンバータのＮ相の各相のノードは、ノードとフィルタノードとの間に結合されるインダクタと、前記フィルタノードと前記電力コンバータの正のＤＣバスとの間に結合される第１のコンデンサ、又は前記フィルタノードと前記電力コンバータの負のＤＣバスとの間に結合される第２のコンデンサのうちの１つ以上とを含むそれぞれのＬＣフィルタに結合される、
請求項３０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項39】

前記電力コンバータは、ＡＣ－ＤＣ整流器及びＤＣ－ＡＣインバータのうちの１つ以上である、請求項３０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項40】

前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションは、ＡＣ電力グリッド又はＡＣモータに結合される、請求項３０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項41】

前記少なくとも１つの電力スイッチング素子を作動させるための制御シグナリングを生成するために、前記少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれは、
可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号を用いて制御シグナリングを生成する、
ように更に構成される、請求項３０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項42】

Ｎ個の電力コンバータモジュールを更に備え、Ｎ＞１であり、各電力コンバータモジュールは、
正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、
前記電力スイッチング素子の電力スイッチング素子対であって、電力スイッチング素子対が、前記正のＤＣ端子に結合されるハイサイド電力スイッチング素子と、前記負のＤＣ端子に結合されるローサイド電力スイッチング素子とを含み、前記ハイサイド電力スイッチング素子と前記ローサイド電力スイッチング素子とが中間点ノードにおいて互いに結合される、電力スイッチング素子対と、
コンデンサ及びインダクタを含むＬＣフィルタであって、インダクタが前記中間点ノードとコンデンサとの間に結合され、前記コンデンサが前記インダクタと前記負のＤＣ端子との間に結合される、ＬＣフィルタと、
前記電力スイッチング素子対を駆動するように構成される前記少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのうちの１つのローカルＭＰＣコントローラであって、前記電力スイッチング素子対が、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記電力スイッチング素子の一部である、ローカルＭＰＣコントローラと、
前記正及び負のＤＣ端子と、前記電力スイッチング素子対と、前記ＬＣフィルタと、前記ローカルＭＰＣコントローラとが位置された回路基板と、
を含み、
Ｎ個の前記電力コンバータモジュールのそれぞれの前記正のＤＣ端子が互いに結合され、１つ以上の前記電力コンバータのそれぞれの前記負のＤＣ端子が互いに結合され、
前記中央コントローラは、前記ローカルコントローラを有する前記回路基板とは別の回路基板上に位置される、
請求項３０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項43】

中央コントローラとカスケード接続された少なくとも１つのローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含むカスケード制御システムの中央コントローラによって、電力コンバータの電気的動作特性を受信するステップであって、前記電気的動作特性が、非絶縁Ｎ相電力コンバータの特性であり、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有し、前記電力コンバータが電力スイッチング素子を含む、ステップと、
前記中央コントローラによって、前記電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、
前記少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、前記Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受信するステップと、
モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して前記少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれにより、前記ローカルＭＰＣコントローラの相に対応する前記電力スイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子を作動させるために受信される前記制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するステップと、
を含む電力変換方法。

【請求項44】

前記少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれにより、ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成するステップは、それぞれの制御周期ごとに、
前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるＮ相のうちの１つの相に関してローカル電気的特性を決定するステップと、
前記ローカルＭＰＣコントローラによって受信される前記ローカル電気的特性及び前記制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、前記制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測するステップと、
制御信号の将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成するステップと、
を含む、請求項４３に記載の方法。

【請求項45】

各ローカルＭＰＣコントローラは、それぞれの状態推定器と関連付けられ、前記方法は、
それぞれの状態推定器により、状態推定器に関連する前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる相における前記ローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するステップを更に含み、前記推定値は、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる相における前記ローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、
各ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるＮ相の相における前記ローカル電気的特性を決定するステップは、各ローカルＭＰＣコントローラにより、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記状態推定器によって推定される第１のローカル電気的特性を受信するステップを更に含む、請求項４４に記載の方法。

【請求項46】

前記中央コントローラにより、回転基準座標系ターゲットを決定するステップであって、前記回転基準座標系ターゲットが前記ゼロシーケンス成分ターゲットを含み、前記ゼロシーケンス成分ターゲットが前記第Ｎ相高調波注入の倍数に基づく、ステップを更に含み、
少なくともＮ個の前記制御基準ターゲットが前記回転基準座標系ターゲットに基づいて生成される、
請求項４３に記載の方法。

【請求項47】

前記中央コントローラにより、前記回転基準座標系における前記電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するステップを更に含む、請求項４６に記載の電力コンバータシステム。

【請求項48】

前記中央コントローラにより、前記回転基準座標系における電気的動作特性の第１の特性に基づいて前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションの交流電力信号の周波数を決定する、請求項４６に記載の方法。

【請求項49】

前記中央コントローラにより、前記回転基準座標系における前記電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するステップは、
前記電力コンバータの前記ＡＣ電圧セクションからの電流信号を、前記回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換するステップと、
前記Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットのＤ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成するステップと、
前記Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットのＱ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成するステップと、
を含み、
前記中央コントローラにより、前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記静止基準座標系におけるＮ個の前記制御基準ターゲットを生成するステップは、
前記Ｄ軸電圧成分、前記Ｑ軸電圧成分、及び前記ゼロシーケンス成分ターゲットを前記静止基準座標系に変換するステップ、
を更に含む、請求項４６に記載の方法。

【請求項50】

前記電力スイッチング素子は、前記電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとに、ノードに接続されるハイサイド素子及びローサイド素子を含み、
前記電力コンバータのＮ相の各相のノードは、ノードとフィルタノードとの間に結合されるインダクタと、前記フィルタノードと前記電力コンバータの正のＤＣバスとの間に結合される第１のコンデンサ、又は前記フィルタノードと前記電力コンバータの負のＤＣバスとの間に結合される第２のコンデンサのうちの１つ以上とを含むそれぞれのＬＣフィルタに結合される、
請求項４３に記載の方法。

【請求項51】

各ローカルＭＰＣコントローラによって、前記少なくとも１つの電力スイッチング素子を作動させるための制御シグナリングを生成するステップは、
各ローカルＭＰＣコントローラによって、可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号を用いて制御シグナリングを生成するステップ、
を含む、請求項４３に記載の方法。

【請求項52】

前記電力コンバータによって、制御シグナリングに基づいてＡＣ電力をＤＣ電力に整流するステップ、又は
前記電力コンバータによって、制御シグナリングに基づいてＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換させるステップ、
のうちの１つ以上を更に含む、請求項４３に記載の方法。

【請求項53】

前記電力コンバータの前記ＡＣセクションによって、ＡＣ電力グリッドからＡＣ電力を受けるステップ、
前記電力コンバータの前記ＡＣセクションによって、ＡＣ電力をＡＣ電力グリッドに供給するステップ、又は
前記電力コンバータの前記ＡＣセクションによって、ＡＣモータにＡＣ電力を供給するステップ、
のうちの１つ以上を更に含む、請求項４３に記載の方法。

【請求項54】

非絶縁Ｎ相電力コンバータシステムであって、Ｎ≧１であり
ＤＣ電圧セクションと、
Ｎ相ＡＣ電圧セクションと、
を備えるとともに、
それぞれのＮ相ごとに、
スイッチ側インダクタ、コンデンサ、又は出力側インダクタを含むＬＣフィルタと、
電力スイッチング素子と、
前記スイッチ側インダクタ、前記コンデンサ、又は出力側インダクタのグループから選択される前記ＬＣフィルタの第１の構成要素の第１の電気的特性を検知し、第１の電気的特性を示すセンサデータを生成するように構成されるセンサと、
電子プロセッサを含むコントローラであって、
センサからセンサデータを受信し、
前記センサデータに基づいて状態推定を実行して、前記ＬＣフィルタの前記第１の構成要素とは異なる第２の構成要素の第２の電気的特性を推定し、
前記電力スイッチング素子を駆動するために、前記第２の電気的特性に基づいて制御シグナリングを生成する、
ように構成される、コントローラと、
を備える、非絶縁Ｎ相電力コンバータシステム。

【請求項55】

Ｎ相のそれぞれに関して、
前記センサは、前記ＬＣフィルタの前記第１の構成要素及び前記第２の構成要素とは異なる第３の構成要素の第３の電気的特性を検知するように更に構成され、
前記センサによって生成される前記センサデータは、前記第３の電気的特性を更に示し、
前記第２の電気的特性を推定するための状態推定は、前記第１の電気的特性及び前記第３の電気的特性の両方を示す前記センサデータに基づく、
請求項５４に記載の電力コンバータシステム。

【請求項56】

Ｎ相のそれぞれに関して、
前記第１の電気的特性が前記コンデンサの電圧であり、
前記第２の電気的特性が前記スイッチ側インダクタの電流であり、
前記第３の電気的特性が、前記出力側インダクタの電流である、
請求項５５に記載の電力コンバータシステム。

【請求項57】

Ｎ相のそれぞれに関して、前記コントローラは、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、前記第２の電気的特性に基づいて、制御シグナリングのデューティサイクルを生成するように構成されたモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含む、請求項５４に記載の電力コンバータシステム。

【請求項58】

Ｎ相のそれぞれに関して、前記ローカルコントローラは、第２の電気的特性に基づいて制御シグナリングのスイッチング周波数を生成して、電力スイッチング素子を可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号で駆動するように更に構成される、請求項５４に記載の電力コンバータシステム。

【請求項59】

カスケード制御システムを更に備え、前記カスケード制御システムは、
中央電子プロセッサを含む中央コントローラを備え、前記中央コントローラは、
Ｎ相のそれぞれの相ごとに少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するように構成され、
Ｎ相のそれぞれの相ごとにローカルコントローラを備え、Ｎ相のそれぞれの相ごとの前記ローカルコントローラは、前記中央コントローラから受信したＮ個の制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するように更に構成される、
請求項５４に記載の電力コンバータシステム。

【請求項60】

前記電力コンバータシステムは、Ｎ＝３である多相電力コンバータシステムである、請求項５４に記載の電力コンバータシステム。

【請求項61】

非絶縁Ｎ相電力コンバータを用いた電力変換のための方法であって、Ｎ≧１であり、
センサによって、前記電力コンバータのＬＣフィルタの第１の構成要素の第１の電気的特性を検知して、前記第１の電気的特性を示すセンサデータを生成するステップであって、前記ＬＣフィルタの前記第１の構成要素が、スイッチ側インダクタ、コンデンサ、又は出力側インダクタのグループから選択される、ステップと、
ローカルコントローラによって、センサからセンサデータを受信するステップと、
前記センサデータに基づいて前記ローカルコントローラによって、前記ＬＣフィルタの前記第１の構成要素とは異なる第２の構成要素の第２の電気的特性を推定するために状態推定を実行するステップと、
前記ローカルコントローラによって、前記第２の電気的特性に基づいて前記ＬＣフィルタと関連付けられる電力スイッチング素子を駆動するための制御シグナリングを生成するステップと、
を含む方法。

【請求項62】

前記センサにより、前記ＬＣフィルタの前記第１の構成要素及び前記第２の構成要素とは異なる第３の構成要素の第３の電気的特性を検知するステップを更に含み、
前記センサによって生成される前記センサデータは、前記第３の電気的特性を更に示し、
前記第２の電気的特性を推定するための状態推定は、前記第１の電気的特性及び前記第３の電気的特性の両方を示す前記センサデータに基づく、
請求項６１に記載の方法。

【請求項63】

前記センサが電圧センサ及び電流センサを含み、
前記第１の電気的特性を検知するステップは、前記コンデンサの電圧を検知するステップを含み、
前記第２の電気的特性が前記スイッチ側インダクタの電流であり、
前記第３の電気的特性を検知するステップは、前記出力側インダクタの電流を検知するステップを含む、
請求項６２に記載の方法。

【請求項64】

制御シグナリングを生成するステップは、
前記第２の電気的特性に基づいて、モデル予測制御を使用してデューティサイクルを生成するステップ、
を含む、請求項６１に記載の方法。

【請求項65】

制御シグナリングを生成するステップは、
第２の電気的特性に基づいてスイッチング周波数を生成して、可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号で電力スイッチング素子を駆動するステップ、
を含む、請求項６１に記載の方法。

【請求項66】

中央コントローラによって、Ｎ相のそれぞれの相ごとに少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、
前記ローカルコントローラによって、Ｎ個の前記制御基準ターゲットのうちの第１の制御基準ターゲットを受信するステップであって、制御シグナリングの生成が前記第１の制御基準ターゲットに更に基づく、ステップと、
を更に含む、請求項６１に記載の方法。

【請求項67】

前記電力コンバータは、Ｎ＝３である多相電力コンバータであり、前記多相電力コンバータは、
前記ローカルコントローラと、第２ローカルコントローラと、第３ローカルコントローラとを含むＮ個のローカルコンバータと、
前記センサと、前記第２のローカルコントローラに対応する第２のセンサと、前記第３のローカルコントローラに対応する第３センサとを含むＮ個のセンサと、
前記ＬＣフィルタと、Ｎ相のうちの第２の相に対応する第２のＬＣフィルタと、Ｎ相のうちの第３の相に対応する第３のＬＣフィルタとを含むＮ個のＬＣフィルタと、
を含み、
方法は、
前記第２のローカルコントローラによって、前記第２のセンサからの第２のセンサデータに基づいて状態推定を実行して、前記第２のＬＣフィルタの構成要素の電気的特性を推定するステップと、
前記第２のローカルコントローラによって、前記第２のＬＣフィルタの構成要素の電気的特性に基づいて、Ｎ相のうちの第２の相に対応する電力スイッチング素子を駆動するための第２の制御シグナリングを生成するステップと、
前記第３のローカルコントローラによって、前記第３のセンサからの第３のセンサデータに基づいて状態推定を実行して、前記第３のＬＣフィルタの構成要素の電気的特性を推定するステップと、
前記第３のローカルコントローラによって、前記第３のＬＣフィルタの構成要素の電気的特性に基づいて、Ｎ相のうちの第３の相に対応する電力スイッチング素子を駆動するための第３の制御シグナリングを生成するステップと、
を更に含む、請求項６１に記載の方法。

【請求項68】

中央コントローラによって、Ｎ相のそれぞれの相ごとに少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、
前記ローカルコントローラによって、Ｎ個の前記制御基準ターゲットのうちの第１の制御基準ターゲットを受信するステップであって、制御シグナリングの生成が前記第１の制御基準ターゲットに更に基づく、ステップと、
前記第２のローカルコントローラによって、Ｎ個の前記制御基準ターゲットのうちの第２の制御基準ターゲットを受信するステップであって、第２の制御シグナリングの生成が前記第２の制御基準ターゲットに更に基づく、ステップと、
前記第３のローカルコントローラによって、Ｎ個の前記制御基準ターゲットのうちの第３の制御基準ターゲットを受信するステップであって、第３の制御シグナリングの生成が前記第３の制御基準ターゲットに更に基づく、ステップと、
を更に含む、請求項６７に記載の方法。

【請求項69】

１つ以上の電力コンバータモジュールを備え、各電力コンバータモジュールは、
正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、
前記正のＤＣ端子に結合されるハイサイド電力スイッチング素子と、前記負のＤＣ端子に結合されるローサイド電力スイッチング素子とを含む電力スイッチング素子対であって、前記ハイサイド電力スイッチング素子と前記ローサイド電力スイッチング素子とが中間点ノードにおいて互いに結合される、電力スイッチング素子対と、
前記中間点ノード、前記正のＤＣ端子、及び前記負のＤＣ端子に結合されるＬＣフィルタと、
ローカルコントローラであって、
制御基準ターゲットを受信し、
モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して前記制御基準ターゲットに基づいて前記電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成する、
ように構成される、ローカルコントローラと、
を含む、電力変換システム。

【請求項70】

各電力コンバータモジュールの前記ローカルコントローラは、
ＭＰＣを使用して、前記電力スイッチング素子対におけるデューティサイクル値を生成し、
前記電力スイッチング素子対におけるスイッチング周波数を生成する、
ように更に構成される、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項71】

ＭＰＣを使用して前記デューティサイクル値を生成するために、前記ローカルコントローラは、各制御周期において、
前記ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性を決定し、
前記ローカル電気的特性及び前記ローカルコントローラによって受信される前記制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、前記制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測し、
制御信号の前記将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成する、
ように構成される、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項72】

前記スイッチング周波数を生成するために、前記ローカルコントローラは、各制御周期において、
前記デューティサイクル値と、前記ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性とに基づいて、スイッチング周波数を計算する、
ように構成される、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項73】

前記スイッチング周波数を生成するために、前記ローカルコントローラは、各制御周期において、
連続スイッチング周波数関数又は離散スイッチング周波数関数を用いてスイッチング周波数を計算する、
ように構成される、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項74】

各電力コンバータモジュールの前記ローカルコントローラは、
状態推定器を使用して、前記ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定し、推定値が、前記ローカルコントローラと関連付けられるＡＣ相における前記ローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、
ＭＰＣを使用して、前記第１のローカル電気的特性及び前記制御基準ターゲットに基づいて前記電力スイッチング素子対のデューティサイクル値を生成し、
前記デューティサイクル値及び前記第１のローカル電気的特性に基づいて前記電力スイッチング素子対のスイッチング周波数を生成する、
ように更に構成される、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項75】

各電力コンバータモジュールの前記ＬＣフィルタは、
スイッチ側インダクタと、上側コンデンサと、下側コンデンサとを含み、前記スイッチ側インダクタが前記中間点ノードと前記フィルタノードとの間に結合され、前記上側コンデンサが前記フィルタノードと前記正のＤＣ端子との間に結合され、前記下側コンデンサが前記フィルタノードと前記負のＤＣ端子との間に結合される、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項76】

処理ユニットを含む中央コントローラを更に備え、前記中央コントローラは、前記ローカルコントローラと共にカスケード制御システムを形成し、前記中央コントローラは、
回転基準座標系ターゲットを決定し、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記制御基準ターゲットを生成する、
ように構成される、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項77】

前記１つ以上の電力コンバータモジュールが少なくとも３つの電力コンバータモジュールを含み、
前記中央コントローラは、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて、前記少なくとも３つの電力コンバータモジュールのそれぞれの前記ローカルコントローラのための前記制御基準ターゲットを生成する、
ように更に構成される、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項78】

前記少なくとも１つの電力コンバータモジュールは、ＡＣ－ＤＣ整流器及びＤＣ－ＡＣインバータのうちの１つ以上である、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項79】

前記少なくとも１つの電力コンバータモジュールは、ＡＣ電力グリッド又はＡＣモータに結合されるＡＣインタフェース端子を更に含む、請求項６９に記載の電力変換システム。

【請求項80】

電力コンバータモジュールのローカルコントローラによって、制御基準ターゲットを受信するステップであって、前記ローカルコントローラが、前記電力コンバータモジュールの正のＤＣ端子に結合されるハイサイド電力スイッチング素子と、前記電力コンバータモジュールの負のＤＣ端子に結合されるローサイド電力スイッチング素子とを含む電力スイッチング素子対に結合され、前記ハイサイド電力スイッチング素子と前記ローサイド電力スイッチング素子とが中間点ノードで互いに結合され、ＬＣフィルタが、前記中間点ノード、前記正のＤＣ端子、及び前記負のＤＣ端子に結合される、ステップと、
前記ローカルコントローラによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、前記制御基準ターゲットに基づいて前記電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するステップと、
前記ＬＣフィルタによって、前記中間点ノードに供給される又は前記中間点ノードから受信される電力信号をフィルタリングするステップと、
を含む電力変換方法。

【請求項81】

前記ローカルコントローラによって、ＭＰＣを使用して前記電力スイッチング素子対におけるデューティサイクル値を生成するステップと、
前記ローカルコントローラによって、前記電力スイッチング素子対におけるスイッチング周波数を生成するステップと、
を更に含む、請求項８０に記載の電力方法。

【請求項82】

前記ローカルコントローラによって、ＭＰＣを使用して前記デューティサイクル値を生成するステップは、各制御周期において、
前記ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性を決定するステップと、
前記ローカル電気的特性及び前記ローカルコントローラによって受信される前記制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、前記制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測するステップと、
制御信号の前記将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成するステップと、
を含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項83】

前記ローカルコントローラによって、前記スイッチング周波数を生成するステップは、各制御周期において、
前記ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相における前記デューティサイクル値及びローカル電気的特性に基づいてスイッチング周波数を計算するステップ、
を含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項84】

前記ローカルコントローラによって、前記スイッチング周波数を生成するステップは、各制御周期において、
連続スイッチング周波数関数又は離散スイッチング周波数関数を用いてスイッチング周波数を計算するステップ、
を含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項85】

状態推定器を使用して前記ローカルコントローラによって、前記ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するステップであって、推定値が、前記ローカルコントローラと関連付けられるＡＣ相における前記ローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づく、ステップと、
ＭＰＣを使用して前記ローカルコントローラによって、前記第１のローカル電気的特性及び前記制御基準ターゲットに基づいて前記電力スイッチング素子対におけるデューティサイクル値を生成するステップと、
前記ローカルコントローラによって、前記デューティサイクル値及び前記第１のローカル電気的特性に基づいて前記電力スイッチング素子対におけるスイッチング周波数を生成するステップと、
を更に含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項86】

各電力コンバータモジュールの前記ＬＣフィルタは、
スイッチ側インダクタと、上側コンデンサと、下側コンデンサとを含み、前記スイッチ側インダクタが前記中間点ノードとフィルタノードとの間に結合され、前記上側コンデンサが前記フィルタノードと前記正のＤＣ端子との間に結合され、前記下側コンデンサが前記フィルタノードと前記負のＤＣ端子との間に結合される、請求項８０に記載の方法。

【請求項87】

中央コントローラによって、回転基準座標系ターゲットを決定するステップであって、前記中央コントローラが、前記ローカルコントローラと共にカスケード制御システムを形成する、ステップと、
前記前記中央コントローラによって、前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記ローカルコントローラにおける制御基準ターゲットを生成するステップと、
を更に含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項88】

前記ローカルコントローラが第１のローカルコントローラであり、前記電力コンバータモジュールが中央コントローラと、第２のローカルコントローラを有する第２の電力コンバータモジュールと、第３のローカルコントローラを有する第３の電力コンバータモジュールとを更に含む三相電力コンバータの第１の電力コンバータモジュールであり、前記方法は、
前記中央コントローラによって、回転基準座標系ターゲットを決定するステップであって、前記中央コントローラが、前記第１のローカルコントローラ、前記第２のローカルコントローラ、及び前記第３のローカルコントローラと共にカスケード制御システムを形成する、ステップと、
前記中央コントローラによって、前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記第１のローカルコントローラにおける前記制御基準ターゲットを生成するステップと、
前記中央コントローラによって、前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記第２のローカルコントローラにおける第２の制御基準ターゲットを生成するステップと、
前記中央コントローラによって、前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記第３のローカルコントローラにおける第３の制御基準ターゲットを生成するステップと、
前記第２のローカルコントローラによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、前記第２の制御基準ターゲットに基づいて第２の電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するステップと、
前記第３のローカルコントローラによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、前記第３の制御基準ターゲットに基づいて第３の電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するステップと、
を更に含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項89】

少なくとも１つの電力コンバータによって、制御シグナリングに基づいてＡＣ電力をＤＣ電力に整流するステップ、又は
前記少なくとも１つの電力コンバータによって、制御シグナリングに基づいてＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換させるステップ、
のうちの１つ以上を更に含む、請求項８０に記載の方法。

【請求項90】

非絶縁Ｎ相電力コンバータであって、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクション、Ｎ相ＡＣ電圧セクションを有する、非絶縁Ｎ相電力コンバータと、
前記電力コンバータを制御するカスケード制御システムと、
を備え、前記カスケード制御システムは、
処理ユニットを含む中央コントローラであって、
前記電力コンバータの電気的動作特性を受け、
前記電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成する、
ように構成される、中央コントローラと、
前記Ｎ相電力コンバータの相ごとに少なくとも２つのローカルＭＰＣコントローラを含む複数のローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラであって、各ローカルＭＰＣコントローラが、一対の電力スイッチング素子と、前記ローカルＭＰＣコントローラに対応する相におけるＬＣフィルタとを含むそれぞれのコンバータブロックと関連付けられ、前記ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれが、
前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる相に関してＮ個の前記制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受け、
モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記電力スイッチング素子の対を駆動するための制御基準信号に基づいて制御シグナリングを生成する、
ように構成される、ローカルＭＰＣコントローラと、
を備える、電力コンバータシステム。

【請求項91】

各ＬＣフィルタは、スイッチ側インダクタと、下側コンデンサとを含み、
前記ローカルＭＰＣコントローラのうちの１つと関連付けられる各コンバータブロックは、
前記コンバータブロックの前記電力スイッチング素子のハイサイド素子とローサイド素子とを接続する中間点ノードと、
フィルタノードと、
を更に含み、前記コンバータブロックの前記ＬＣフィルタの前記スイッチ側インダクタは、前記中間点ノードと前記フィルタノードとの間に結合され、前記コンバータブロックの下側コンデンサは、前記フィルタノードと前記電力コンバータのＤＣ電圧セクションの負のＤＣバスとの間に結合される、
請求項９０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項92】

各ＬＣフィルタが上側コンデンサを更に含み、
前記ローカルＭＰＣコントローラのうちの１つと関連付けられる各コンバータブロックは、
前記コンバータブロックの前記フィルタノードと前記電力コンバータのＤＣ電圧セクションの前記負のＤＣバスとの間に結合される前記コンバータブロックの前記ＬＣフィルタの前記上側コンデンサ、
を更に含む、請求項９１に記載の電力コンバータシステム。

【請求項93】

ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成するために、各制御周期で、複数の前記ローカルＭＰＣコントローラの各ローカルＭＰＣコントローラは、
前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記コンバータブロックにおけるローカル電気的特性を決定し、
前記ローカルＭＰＣコントローラによって受信される前記ローカル電気的特性及び前記制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、前記制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測し、
制御信号の前記将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成する、
ように構成される、請求項９０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項94】

各ローカルＭＰＣコントローラは、それぞれの状態推定器と関連付けられ、
それぞれのローカルＭＰＣコントローラごとに、それぞれの前記状態推定器は、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記コンバータブロックにおけるローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するように構成され、推定値は、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記コンバータブロックにおける前記ローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、
各ローカルＭＰＣコントローラは、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記コンバータブロックにおけるローカル電気的特性を決定するために、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記状態推定器によって推定される前記第１のローカル電気的特性を受信する、
請求項９３に記載の電力コンバータシステム。

【請求項95】

中央コントローラは、
回転基準座標系ターゲットを決定する、
ように構成され、前記回転基準座標系ターゲットが
ゼロシーケンス成分ターゲットを含み、前記ゼロシーケンス成分ターゲットが第Ｎ相高調波注入の倍数に基づき、
前記少なくともＮ個の制御基準ターゲットが前記回転基準座標系ターゲットに基づいて生成される、
請求項９０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項96】

中央コントローラは、
前記回転基準座標系における前記電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定する、
ように更に構成される、請求項９５に記載の電力コンバータシステム。

【請求項97】

前記回転基準座標系における前記電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するために、前記中央コントローラは、
前記電力コンバータのＡＣ電圧セクションからの電流信号を、前記回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換し、
前記Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットのＤ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成し、
前記Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットのＱ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成する、
ように構成され、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成するために、前記中央コントローラは、
前記Ｄ軸電圧成分、前記Ｑ軸電圧成分、及び前記ゼロシーケンス成分ターゲットを静止基準座標系に変換する、
ように更に構成される、請求項９６に記載の電力コンバータシステム。

【請求項98】

前記電力コンバータは、ＡＣ－ＤＣ整流器及びＤＣ－ＡＣインバータのうちの１つ以上である、請求項９０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項99】

前記電力コンバータのＡＣ電圧セクションは、ＡＣ電力グリッド又はＡＣモータに結合される、請求項９０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項100】

前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記電力スイッチング素子の対を駆動するための制御シグナリングを生成するために、各ローカルＭＰＣコントローラは、
可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号を用いて制御シグナリングを生成する、
ように更に構成される、請求項９０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項101】

複数の電力コンバータモジュールを更に備え、各電力コンバータモジュールは、
正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、
前記複数のローカルＭＰＣコントローラのうちの１つのローカルＭＰＣコントローラと、
前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記コンバータブロックと、
前記正及び負のＤＣ端子と、前記ローカルＭＰＣコントローラと、前記ローカルコンバータと関連付けられる前記コンバータブロックとが配置された回路基板と、
を含み、
前記複数の電力コンバータモジュールのそれぞれの前記正のＤＣ端子が互いに結合され、前記複数の電力コンバータモジュールの前記負のＤＣ端子が互いに結合され、
前記中央コントローラは、前記ローカルＭＰＣコントローラを有する回路基板とは別個の回路基板上に配置される、
請求項９０に記載の電力コンバータシステム。

【請求項102】

Ｎ＝３であり、前記非絶縁Ｎ相電力コンバータが三相電力コンバータである、請求項９０に記載の電圧システム。

【請求項103】

Ｎ≧１に関して非絶縁Ｎ相電力コンバータを用いた電圧変換の方法であって、
中央コントローラとカスケード接続された複数のローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含むカスケード制御システムの前記中央コントローラによって、前記電力コンバータの電気的動作特性を受信するステップであって、前記電力コンバータが、ＤＣ電圧セクションと、Ｎ相ＡＣ電圧セクションとを含み、複数のローカルＭＰＣコントローラが、前記Ｎ相電力コンバータの相ごとに少なくとも２つのローカルＭＰＣコントローラを含み、各ローカルＭＰＣコントローラが、一対の電力スイッチング素子と、前記ローカルＭＰＣコントローラに対応する相におけるＬＣフィルタとを含むそれぞれのコンバータブロックと関連付けられる、ステップと、
前記中央コントローラによって、前記電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、
前記ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる相におけるＮ個の前記制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受信するステップと、
前記ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記電力スイッチング素子の対を駆動するために受信される前記制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するステップと、
を含む方法。

【請求項104】

各ＬＣフィルタによってフィルタリングするステップを更に備え、各ＬＣフィルタは、スイッチ側インダクタと、下側コンデンサとを含み、
前記ローカルＭＰＣコントローラのうちの１つと関連付けられる各コンバータブロックは、
前記コンバータブロックの前記電力スイッチング素子のハイサイド素子とローサイド素子とを接続する中間点ノードと、
フィルタノードと、
を更に含み、前記コンバータブロックの前記ＬＣフィルタの前記スイッチ側インダクタは、前記中間点ノードと前記フィルタノードとの間に結合され、前記コンバータブロックの前記下側コンデンサは、前記フィルタノードと前記電力コンバータのＤＣ電圧セクションの負のＤＣバスとの間に結合される、
請求項１０３に記載の方法。

【請求項105】

各ＬＣフィルタが上側コンデンサを更に含み、
前記ローカルＭＰＣコントローラのうちの１つと関連付けられる各コンバータブロックは、
前記コンバータブロックのフィルタノードと前記電力コンバータのＤＣ電圧セクションの前記負のＤＣバスとの間に結合される前記コンバータブロックの前記ＬＣフィルタの前記上側コンデンサ、
を更に含む、請求項９１に記載の方法。

【請求項106】

ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成するステップは、それぞれの制御周期ごとに、前記複数のローカルＭＰＣコントローラの各ローカルＭＰＣコントローラが、
前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記コンバータブロックにおけるローカル電気的特性を決定するステップと、
前記ローカルＭＰＣコントローラによって受信される前記ローカル電気的特性及び前記制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、前記制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測するステップと、
制御信号の前記将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成するステップと、
を含む、請求項１０３に記載の方法。

【請求項107】

各ローカルＭＰＣコントローラは、それぞれの状態推定器と関連付けられ、前記方法は、
それぞれの状態推定器により、前記状態推定器に関連する前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記コンバータブロックにおける前記ローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するステップを更に含み、推定値は、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおける前記ローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、
各ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記コンバータブロックにおける前記ローカル電気的特性を決定するステップは、各ローカルＭＰＣコントローラが、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記状態推定器によって推定される前記第１のローカル電気的特性を受信するステップを更に含む、請求項１０６に記載の方法。

【請求項108】

前記中央コントローラにより、回転基準座標系ターゲットを決定するステップであって、前記回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含み、前記ゼロシーケンス成分ターゲットが第Ｎ相高調波注入の倍数に基づく、ステップを更に含み、
少なくともＮ個の前記制御基準ターゲットが前記回転基準座標系ターゲットに基づいて生成される、
請求項１０３に記載の方法。

【請求項109】

前記中央コントローラは、
前記回転基準座標系における前記電気的動作特性に基づいて前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定する、
ように更に構成される、請求項１０８に記載の方法。

【請求項110】

前記回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するステップは、
前記電力コンバータのＡＣ電圧セクションからの電流信号を、前記回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換するステップと、
前記Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットのＤ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成するステップと、
前記Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、前記回転基準座標系ターゲットのＱ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成するステップと、
を含み、
前記回転基準座標系ターゲットに基づいて前記静止基準座標系におけるＮ個の前記制御基準ターゲットを生成するステップは、
前記Ｄ軸電圧成分、前記Ｑ軸電圧成分、及び前記ゼロシーケンス成分ターゲットを前記静止基準座標系に変換するステップ、
を含む、請求項１０９に記載の方法。

【請求項111】

各ローカルＭＰＣコントローラによって、前記ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる前記電力スイッチング素子の対を駆動させるための制御シグナリングを生成するステップは、
各ローカルＭＰＣコントローラによって、可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号を用いて制御シグナリングを生成するステップ、
を含む、請求項１０３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
この出願は、２０２１年７月２７日に出願された米国仮出願第６３／２２６，１３６号、２０２１年９月１０日に出願された米国仮出願第６３／２４２，８４０号、２０２２年５月２５日に出願された米国仮出願第６３／３４５，８９６号、２０２２年６月１３日に出願された米国仮出願第６３／３５１，７６８号、２０２１年７月２７日に出願された米国仮出願第６３／２２６，０５９号、２０２１年１０月２１日に出願された米国仮出願第６３／２７０，３１１号、及び２０２２年３月１１日に出願された米国仮出願第６３／３１９，１２２号の優先権を主張し、これらの仮出願のそれぞれは、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

連邦政府による資金提供を受けた研究に関する記載
本発明は、全米科学財団によって授与された１６５３５７４の下での政府支援を受けてなされた。政府は、本発明に一定の権利を有する。

【背景技術】

【0003】

様々なタイプの電力コンバータが、多くの産業及び状況において製造され、使用されている。例示的な電力コンバータは、交流（ＡＣ）－直流（ＤＣ）整流器、ＤＣ－ＡＣインバータ、及びＤＣ－ＤＣコンバータを含む。ＡＣ／ＤＣ整流器とも呼ばれるＡＣ－ＤＣ整流器は、ＡＣ電力をＤＣ電力に変換する。ＤＣ／ＡＣインバータとも呼ばれるＤＣ－ＡＣインバータは、ＤＣ電力をＡＣ電力に変換する。電力コンバータは、ＡＣグリッド電源からのＡＣ電力をバッテリを充電するためのＤＣ電力に整流すること、又はバッテリからのＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換してモータを駆動する又はＡＣ電力をＡＣグリッドに供給することなど、様々な目的に使用することができる。更に、電力コンバータは、電気自動車、エンジン発電機、ソーラーパネルなどにおいて様々な状況で使用され、又はこれらに接続され得る。

【発明の概要】

【0004】

電力コンバータは、他の特性の中でも、電力変換効率、電力密度、及びコストに関して説明することができる。一般に、より高い電力効率、より高い電力密度、及びより低いコストを有する電力コンバータを有することが望ましい。高効率の電力コンバータは、エネルギーを著しく損失することなく電力（例えば、ＡＣからＤＣ、ＤＣからＡＣ、及び／又はＤＣからＤＣ）を変換することができる。低効率の電力コンバータは、電力変換中により高いエネルギー損失を受ける。そのようなエネルギー損失は、例えば、電力を変換しながら電力コンバータによって生成される熱として現れる場合がある。電力コンバータ、インダクタ、又は他の電子部品の電力効率は、０から１００％の間のパーセンテージとして表され、式：

【数1】

を使用して部品への電力入力及び部品からの電力出力に基づいて決定され得る。電力密度が高い電力コンバータは、電力コンバータによって占有される物理的空間と比較して、電力コンバータによって出力される電力の比率が高い。パワー密度は、式：

【数2】

を使用して計算することができる。

【0005】

金銭的コスト及び環境コストを含むエネルギーコストは、電力コンバータを組み込む多くの産業にわたって重要な要因であり続けている。したがって、電力コンバータの電力効率のわずかな増加（例えば、１０分の１パーセントの）であっても重要であり、非常に望ましい。同様に、電力コンバータの材料及びサイズの削減は重要であり、非常に望ましく、これは、電力コンバータを組み込むシステム内の電力コンバータを収容するためのコスト及び物理的スペースの削減を可能にする。

【0006】

電気自動車（ＥＶ）充電器及び光起電力（ＰＶ）電源などのグリッド接続電力コンバータ用途では、漏れ電流及びＤＣバスの利用率が性能に影響を及ぼす要因である。漏れ電流の問題では、一般に、システムのコスト、体積、及び重量を増加させるコモン結合点（ＰＣＣ）で漏れ経路を遮断するために、嵩高線周波数変圧器が設置される。ＤＣバスの利用率の場合、更なるスイッチング損失及びスイッチ電圧耐性能力に対する課題をもたらす飽和問題を回避するために、ＤＣバス電圧をグリッド電圧振幅の少なくとも２倍に昇圧する必要がある。

【0007】

本明細書に開示される幾つかの実施形態は、これら又は他の問題に対処する。例えば、本明細書に開示される幾つかの実施形態は、（ｉ）ゼロシーケンス電圧制御のための第Ｎ相高調波の倍数の注入、（ｉｉ）カスケード制御システム、（ｉｉｉ）共振を緩和するための能動減衰のためのモデル予測制御（ＭＰＣ）、（ｉｖ）可変周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＦＣＳＳ）、及び（ｖ）モジュール式コンバータブロックのうちの１つ以上を有する非絶縁電力コンバータに関する。これらの特徴は、電力コンバータの実施形態に独立して、又は任意の組み合わせで含まれてもよい。例えば、電力コンバータは、上記の特徴のうちの１つ、上記の特徴のうちの任意の２つ、上記の特徴のうちの任意の３つ、上記の特徴のうちの任意の４つ、又は上記の特徴のうちの５つ全てを含むことができる。更に、これらの実施形態のいずれかと組み合わせて、電力コンバータは、電力コンバータのＮ相のそれぞれに対して少なくとも１つのＬＣフィルタを含むことができ（Ｎ≧１）、各ＬＣフィルタのコンデンサは、電力コンバータのＤＣバス正端子又は負端子に接続され、場合によっては、各ＬＣフィルタの更なるコンデンサは、電力コンバータのＤＣバス正端子又は負端子の他方に接続される。ＤＣバスの正端子又は負端子に接続されたコモン点を有する複数相のこれらのコンデンサは、ゼロシーケンス電圧制御のためのバイパス経路を形成する。ＤＣバス正端子に結合されたコンデンサ（上側コンデンサ）はまた、総静電容量又は体積を増加させることなく、ＥＭＩ及び電力コンバータの総リップル電流処理要件の両方を低減することができる。本明細書に開示される幾つかの実施形態では、更なるドレイン－ソースコンデンサ（Ｃ_ＤＳ）が電力スイッチング素子のドレイン端子とソース端子との間に結合され、これにより、オン－オフ遷移中の電圧上昇を遅らせることができる。この遅い電圧上昇は、電力スイッチング素子のスイッチング損失を低減することができる。

【0008】

本明細書に開示される幾つかの実施形態は、所与のＤＣ電圧に対して利用可能な基本周波数ＡＣ電圧振幅を増加させる目的で、Ｎ≧１に関し、ゼロシーケンス電圧安定化の能力を有するコンバータ、及び、任意選択的に、調整されたコモンモード電圧注入（例えば、三相システム用の第３高調波注入（ＴＨＩ）、又は任意の他の高調波の倍数）のための、新規の非絶縁Ｎ相ＤＣ／ＡＣのためのモジュール式モデル予測制御（ＭＰＣ）方法を対象とするシステム、方法、及び他の実装形態（ハードウェア、ソフトウェア、及びハイブリッドハードウェア／ソフトウェア実装を含む）を含む。Ｎ＝１又はＮ＝２の場合、ＤＣ／ＡＣ電力コンバータは単相システムであると考えられる。Ｎ＝３の場合、電力コンバータは三相システムであり、Ｎ＞３の場合、電力コンバータは多相システムと呼ばれる。本明細書の説明は３相システムに焦点を当てることができるが、説明される様々な実施態様及び特徴は、任意の数の相に適用可能である。

【0009】

この非絶縁型トポロジーは、三相ＬＣフィルタコンデンサのコモン点と正／負ＤＣバス端子とを接続してゼロシーケンス漏れ電流をバイパスするように設計されている。ゼロシーケンス電圧ＭＰＣコントローラは、ゼロシーケンスコンデンサ電圧を、幾つかの実施形態では、ＤＣバス電圧の約半分の定数に安定させる。したがって、グリッド又は他の結合素子を通って流れる漏れ電流が減衰される。更に、本明細書に開示される調整された第３高調波電圧注入（ＴＨＩ）技術は、ＤＣバスの利用率を改善する。ゼロシーケンス電圧ＭＰＣ基準に第３高調波を加えることによって、安定性及びロバスト性が改善される。従来のＴＨＩ技術と比較して、グリッドに余分な高調波が注入されないため、グリッド接続電力品質が改善される。位相ごとの明示的なＭＰＣは、コントローラ（例えば、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ））上の実行の複雑さを単純化し、状態空間行列内の角速度を更新する必要がなく、これにより、オフラインでのＭＰＣ最適化が可能になる。従来の比例積分（ＰＩ）コントローラと比較して、本明細書に開示されたＭＰＣコントローラの実施形態は、より速い応答で改善された動的性能及び制御帯域幅を有する電力コンバータ制御を提供する。

【0010】

幾つかの例では、電力コンバータは、可変周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＦＣＳＳ）方式を使用して駆動される。ＶＦＣＳＳスキームは、電力コンバータの改善された効率及び低減されたフィルタボリューム（すなわち、改善された出力密度）を提供することができる。

【0011】

幾つかの例では、電力コンバータは、所望の仕様を有する電力コンバータを形成するためにビルディングブロックのように互いに結合された自動コンバータモジュール（ＡＣＭ）とも呼ばれるモジュール式コンバータユニット又はモジュールの組み合わせによって実装される。各ＡＣＭは、例えば、入出力接続端子（例えば、他のＡＣＭ及び中央コントローラに結合するために、）を有する回路基板と、電力スイッチング素子及びＬＣフィルタ（例えば、ハーフブリッジ構成で構成される）を含むコンバータブロックとを含んでもよい。

【0012】

一実施形態では、電力コンバータシステムは、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有する、Ｎ≧１の非絶縁ｎ相電力コンバータを備え、電力コンバータは電力スイッチング素子を含む。電力コンバータを制御するように構成され、回転基準座標系ターゲットを決定するようにも構成される制御システム。回転基準座標系ターゲットはゼロシーケンス成分ターゲットを含み、ゼロシーケンス成分ターゲットは第Ｎ相高調波注入の倍数に基づく。制御システムは、回転基準座標系ターゲットに基づいて、ｎ相電力コンバータのｎ相のそれぞれに１つずつ、静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成するとともに、ｎ個の制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子のための制御信号を生成し、制御信号にしたがって電力スイッチング素子を駆動する。

【0013】

一実施形態では、電圧を変換する方法が導入される。方法は、回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含む回転基準座標系ターゲットを決定する第１のステップを含み、ゼロシーケンス成分ターゲットは、第Ｎ相高調波注入の倍数に基づく。方法は、非絶縁Ｎ相電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して１つの制御基準ターゲットが生成される回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成する第２のステップを含み、Ｎ≧１である。電力コンバータは、ｄｃ電圧セクションと、Ｎ相ＡＣ電圧セクションと、電力スイッチング素子とを含む。方法は、Ｎ個の制御基準ターゲットにしたがって電力コンバータの電力スイッチング素子を駆動する第３のステップを含む。

【0014】

一実施形態では、電力コンバータシステムは、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有する、Ｎ≧１の非絶縁Ｎ相電力コンバータを備える。電力コンバータは、Ｎ相ごとに、ＬＣフィルタと、電力スイッチング素子と、電力コンバータを制御するためのカスケード制御システムとを含む。カスケード制御システムは、処理ユニットを含む中央コントローラを含んでもよく、中央コントローラは、電力コンバータの電気的動作特性を受け、電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともｎ個の制御基準ターゲットを生成するように構成される。カスケード制御システムは、少なくとも１つのローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含み、少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれは、ローカル処理ユニットを含むとともに、ｎ個の制御基準ターゲットの制御基準ターゲットを受信し、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、ローカルＭＰＣコントローラの相に対応する電力スイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子を作動させるために制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するように構成される。

【0015】

一実施形態では、電力変換の方法が導入される。方法は、中央コントローラとカスケード接続された少なくとも１つのローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含むカスケード制御システムの中央コントローラによって、電力コンバータの電気的動作特性を受信する第１のステップを含む。電気的動作特性は、非絶縁ｎ相電力コンバータの特性であり、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有し、電力コンバータは電力スイッチング素子を含む。方法は、中央コントローラによって、電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともｎ個の制御基準ターゲットを生成する第２のステップを含む。方法は、少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、Ｎ個の制御基準ターゲットの制御基準ターゲットを受信し、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、受信した制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成して、ローカルＭＰＣコントローラの位相に対応する電力スイッチング素子の少なくとも１つのスイッチング素子を作動させる第３のステップを含む。

【0016】

一実施形態では、非絶縁Ｎ相電力コンバータシステムは、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを備える。ＬＣフィルタは、Ｎ相ごとに、スイッチ側インダクタと、コンデンサと、出力側インダクタと、電力スイッチング素子と、センサとを備える。センサは、スイッチ側インダクタ、コンデンサ、又は出力側インダクタのグループから選択されたＬＣフィルタの第１の構成要素の第１の電気的特性を検知し、第１の電気的特性を示すセンサデータを生成するように構成される。コントローラ電力コンバータは電子プロセッサを含み、コントローラは、センサからセンサデータを受信し、センサデータに基づいて状態推定を実行し、第１の構成要素とは異なるＬＣフィルタの第２の構成要素の第２の電気的特性を推定し、第２の電気的特性に基づいて制御シグナリングを生成して電力スイッチング素子を駆動するように構成される。

【0017】

一実施形態では、非絶縁Ｎ相電力コンバータを用いた電力変換の方法が導入される。方法は、センサによって、電力コンバータのＬＣフィルタの第１の構成要素の第１の電気的特性を検知して、第１の電気的特性を示すセンサデータを生成するステップを含む。ＬＣフィルタの第１の構成要素は、スイッチ側インダクタ、コンデンサ、又は出力側インダクタのグループから選択される。方法はまた、ローカルコントローラによって、センサからセンサデータを受信するステップを含む。方法はまた、センサデータに基づいてローカルコントローラによって状態推定を実行して、第１の構成要素とは異なるＬＣフィルタの第２の構成要素の第２の電気的特性を推定するステップを含む。方法はまた、ローカルコントローラによって、第２の電気的特性に基づいてｌｃフィルタに関連付けられた電力スイッチング素子を駆動するための制御シグナリングを生成するステップを含む。

【0018】

一実施形態では、電力変換システムは、１つ以上の電力コンバータモジュールを備える。各電力コンバータモジュールは、正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子を含む。電力スイッチング素子対は、正のＤＣ端子に結合されたハイサイド電力スイッチング素子と、負のＤＣ端子に結合されたローサイド電力スイッチング素子とを含む。ハイサイド電力スイッチング素子及びローサイド電力スイッチング素子は、中間点ノードにおいて互いに結合される。ＬＣフィルタは、中間点ノード、正のＤＣ端子、及び負のＤＣ端子に結合される。ローカルコントローラは、制御基準ターゲットを受信し、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するように構成される。

【0019】

一実施形態では、電力変換の方法が導入される。方法は、電力コンバータモジュールのローカルコントローラによって、制御基準ターゲットを受信するステップを含む。ローカルコントローラは、電力コンバータモジュールの正のＤＣ端子に結合されたハイサイド電力スイッチング素子と、電力コンバータモジュールの負のＤＣ端子に結合されたローサイド電力スイッチング素子とを含む電力スイッチング素子対に結合される。ハイサイド電力スイッチング素子及びローサイド電力スイッチング素子は、中間点ノードにおいてともに結合され、ＬＣフィルタは、中間点ノード、正のＤＣ端子、及び負のＤＣ端子に結合される。方法はまた、ローカルコントローラによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するステップを含む。方法はまた、ＬＣフィルタによって、中間点ノードに提供される、又は中間点ノードから受信される電力信号をフィルタリングするステップを含む。

【0020】

一実施形態では、電力コンバータシステムは、非絶縁Ｎ相電力コンバータを備える。ｎ≧１の場合、非絶縁Ｎ相電力コンバータは、ＤＣ電圧セクションと、Ｎ相ＡＣ電圧セクションと、；電力コンバータを制御するためのカスケード制御システムとを備える。カスケード制御システムは、処理ユニットを含む中央コントローラを含むことができる。中央コントローラは、電力コンバータの電気的動作特性を受信し、電力コンバータのＮ相のそれぞれに対して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するように構成される。Ｎ相電力コンバータの１相あたり少なくとも２つのローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含む複数のＭＰＣコントローラ。各ローカルＭＰＣコントローラは、一対の電力スイッチング素子と、ローカルＭＰＣコントローラに対応する位相のＬＣフィルタとを含むそれぞれのコンバータブロックに関連付けられる。ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれは、ローカルＭＰＣコントローラに関連付けられた位相に対するＮ個の制御基準ターゲットのうちの制御基準ターゲットを受信し、モデル予測制御を使用してローカルＭＰＣコントローラに関連付けられた電力スイッチング素子の対を駆動するために、制御基準信号に基づいて制御シグナリングを生成するように構成される。

【0021】

一実施形態では、Ｎ≧１の非絶縁Ｎ相電力コンバータを用いた電圧変換の方法が導入される。方法は、カスケード制御システムの中央コントローラによって中央コントローラとカスケード接続された複数のローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを受信するステップを含む。方法はまた、電力コンバータの電気的動作特性を受信し、電力コンバータは、ＤＣ電圧セクションと、Ｎ相ＡＣ電圧セクションとを含む。複数のローカルＭＰＣコントローラは、Ｎ相電力コンバータの１相あたり少なくとも２つのローカルＭＰＣコントローラを含む。各ローカルＭＰＣコントローラは、一対の電力スイッチング素子と、ローカルＭＰＣコントローラに対応する位相のＬＣフィルタとを含むそれぞれのコンバータブロックに関連付けられる。方法はまた、中央コントローラによって電力コンバータのＮ相のそれぞれに対して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップを含む。方法はまた、ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、ローカルＭＰＣコントローラに関連付けられた相についてのＮ個の制御基準ターゲットのうちの制御基準ターゲットを受信するステップを含む。方法はまた、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによってローカルＭＰＣコントローラに関連付けられた電力スイッチング素子の対を駆動するために受信された制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するステップを含む。

【0022】

本開示の前述及び他の態様及び利点は、以下の説明から明らかになる。説明では、本明細書の一部を形成し、１つ以上の実施形態を例示として示す添付図面を参照する。しかしながら、これらの実施形態は必ずしも本発明の全範囲を表すものではなく、したがって、本発明の範囲を解釈するために特許請求の範囲及び本明細書を参照されたい。以下の説明では、図から図への同様の部分を指すために同様の参照番号が使用される。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】幾つかの実施形態に係る電力コンバータシステムを示す。

【図2】幾つかの実施形態に係るハーフブリッジ電力コンバータを示す。

【図3】幾つかの実施形態に係る多相電力コンバータシステムを示す。

【図4】幾つかの実施形態に係るコンバータシステムを示す。

【図5A-B】幾つかの実施形態に係る第３高調波注入における波形を示す。

【図6】幾つかの実施形態に係るカスケード制御システムのための通信システムを示す。

【図7】幾つかの実施形態に係るＭＰＣベースのコンバータシステムを示す。

【図8】幾つかの実施形態に係るモデル予測制御（ＭＰＣ）制御システムを示す。

【図9】幾つかの実施形態に係る状態推定器を示す。

【図10】幾つかの実施形態に係るソフトスイッチングにおけるタイミング図及び境界条件を示す。

【図11】幾つかの実施形態に係る可変周波数臨界ソフトスイッチングの制御システムを示す。

【図12】幾つかの実施形態に係る可変周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＦＣＳＳ）を用いるモデル予測制御（ＭＰＣ）を含む電力コンバータシステムを示す。

【図13】幾つかの実施形態に係る可変連続周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＣＦＣＣＳ）使用するローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳ制御のための制御システムを示す。

【図14】幾つかの実施形態に係る可変離散周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＤＦＣＣＳ）を使用するローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳ制御のための制御システムを示す。

【図15】幾つかの実施形態に係るＶＣＦＣＣＳ及びＶＤＦＣＣＳ制御における波形を示す。

【図16】幾つかの実施形態に係るＶＤＦＣＣＳ制御のためのキャリア信号及びサンプリング信号のプロットを示す。

【図17A-B】幾つかの実施形態に係る電力コンバータの実験結果を示す。

【図18A-B】幾つかの実施形態に係る自動コンバータモジュールを示す。

【図19】幾つかの実施形態に係る自動コンバータモジュールを組み込んだ電力コンバータを示す。

【図20】幾つかの実施形態に係る二相コンバータにおける制御図を示す。

【図21】幾つかの実施形態に係る、高調波注入を使用して電圧を変換するためのプロセスを示す。

【図22】幾つかの実施形態に係る、カスケード制御システムを使用して電圧を変換するためのプロセスを示す。

【図23】幾つかの実施形態に係る、状態推定を使用して電力を変換するためのプロセスを示す。

【図24】幾つかの実施形態に係る、ＭＰＣベースの制御及び可変周波数臨界ソフトスイッチングを使用して電力を変換するためのプロセスを示す。

【図25】幾つかの実施形態に係る、相ごとに複数の並列コンバータを有するモジュール式電力コンバータで電力を変換するためのプロセスを示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

１つ以上の実施形態が、以下の説明及び添付の図面において説明及び例示される。これらの実施形態は、本明細書で提供される特定の詳細に限定されず、様々な方法で変更することができる。更に、本明細書に記載されていない他の実施形態が存在してもよい。また、複数の構成要素によって実行される機能が統合され、単一の構成要素によって実行されてもよい。同様に、１つの構成要素によって実行されるものとして本明細書で説明される機能は、複数の構成要素によって分散して実行されてもよい。更に、特定の機能を実行すると記載された構成要素は、本明細書に記載されていない更なる機能を実行することもできる。例えば、特定の方法で「構成」される装置又は構造は、少なくともその方法で構成されるが、列挙されていない方法で構成されてもよい。

【0025】

本出願で使用される場合、「非一時的コンピュータ可読媒体」は、全てのコンピュータ可読媒体を含むが、一時的な伝播信号からなるものではない。したがって、非一時的コンピュータ可読媒体は、例えば、ハードディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、光記憶装置、磁気記憶装置、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、レジスタメモリ、プロセッサキャッシュ、又はそれらの任意の組み合わせを含むことができる。

【0026】

更に、本明細書で使用される表現及び用語は、説明のためのものであり、限定と見なされるべきではない。例えば、本明細書における「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」及びそれらの変形の使用は、その後に列挙される項目及びその均等物並びに更なる項目を包含することを意味する。更に、「接続された」及び「結合された」という用語は広く使用され、直接的及び間接的な接続及び結合の両方を包含し、物理的又は電気的な接続又は結合を指すことができる。更に、２つ以上の項目と共に使用される段階「及び／又は」は、項目を個別に及び両方の項目を一緒にカバーすることを意図している。例えば、「ａ及び／又はｂ」は、ａ（及びｂでない）、ｂ（及びａでない）、並びにａ及びｂを網羅するように意図される。

【0027】

本明細書では、他の利点の中でも、電力効率の向上、電力密度の向上、及び／又はコストの削減を伴う電力変換を提供することができる、電圧コンバータとも呼ばれる電力コンバータに関連するシステム及び方法が開示される。

【0028】

図１は、幾つかの実施形態に係る電力コンバータシステム１００を示す。電力コンバータシステム１００は、制御システム１０５と、第１の直流（ＤＣ）負荷／電源１１０と、電力コンバータ１１５と、ＬＣフィルタ１２０と、第２の電源／負荷１３０と、１つ以上のセンサ１４０とを含む。制御システム１０５は、電子プロセッサ１５５及びメモリ１５７を有する中央コントローラ１５０を含み、任意選択的に、幾つかの実施形態では、それぞれが電子プロセッサ１６５及びメモリ１６７を有する１つ以上のローカルコントローラ１６０を含む。電力コンバータシステム１００、並びに本明細書で提供される他の電力コンバータシステムは、非絶縁電力コンバータシステムであってもよい。すなわち、電力コンバータシステムは、変圧器なしでＡＣ電源（例えば、単相又は三相電力グリッド）又はＡＣ負荷（例えば、単相又は三相モータ）に結合することができる。変圧器の使用は、電力コンバータとＡＣ電源又は負荷との間に絶縁を提供するための電気回路において一般的である。しかしながら、そのような変圧器は、電力コンバータに非効率及びサイズ又は体積を追加する可能性がある。したがって、本明細書で提供される電力コンバータシステムは、電力コンバータシステムの効率を高め、及び／又はサイズを縮小するために、無変圧器とも呼ばれる非絶縁型である。電力コンバータは変圧器による絶縁なしに設けられるため、電力コンバータは、不要な信号又は電流（例えば、漏れ電流）の伝送が電力コンバータと他の回路構成要素（例えば、ＤＣ電源、ＤＣ負荷、ＡＣ電源、ＡＣ負荷、及び電力コンバータと接触するか又は電力コンバータを支持する他の構造）との間を通過するのを防止するための更なる特徴を含むことができる。これらの更なる特徴は、ＬＣフィルタ、コモンモード電圧のゼロシーケンス制御、高調波注入、モデル予測制御、可変周波数臨界ソフトスイッチングなどを含み得る。

【0029】

動作中、一般に、制御システム１０５は、（ｉ）電源として機能するＤＣ負荷／電源１１０から負荷として機能する第２の電源／負荷１３０に、又は（ｉｉ）電源として機能する第２の電源／負荷１３０から負荷として機能するＤＣ負荷／電源１１０に電力を変換するために、制御シグナリング（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号）を用いて電力コンバータ１１５の電力スイッチング素子を制御する。したがって、ＤＣ負荷／電源１１０が電力コンバータ１１５のための電源として機能しているとき、第２の電源／負荷１３０は電力コンバータ１１５のための負荷として機能している。逆に、ＤＣ負荷／電源１１０が電力コンバータ１１５の負荷として機能しているとき、第２の電源／負荷１３０は電力コンバータ１１５の電源として機能している。

【0030】

ＤＣ負荷／電源１１０は、直流電力（ＤＣ）負荷、ＤＣ電源、又はＤＣ負荷とＤＣ電源の両方であってもよい（すなわち、電力コンバータ１１５のモードに応じて、場合によってはＤＣ電源として、他の場合ではＤＣ負荷として機能する）。幾つかの例では、ＤＣ負荷／電源１１０はバッテリである。他の例では、ＤＣ負荷／電源１１０は、コンデンサ、ウルトラコンデンサ、整流ＡＣ電源からのＤＣ電源（例えば、ダイオードブリッジ整流器によってＤＣ電力に変換されたＡＣグリッド電力）などであってもよい。第２の電源／負荷１３０は、ＡＣ負荷、ＡＣ電源、ＡＣ負荷とＡＣ電源の両方（すなわち、電力コンバータ１１５のモードに応じて、場合によってはＡＣ電源として、他の場合ではＡＣ負荷として機能する）、ＤＣ負荷、ＤＣ電源、ＤＣ負荷とＤＣ電源の両方（すなわち、電力コンバータ１１５のモードに応じて、場合によってはＤＣ電源として、他の場合ではＤＣ負荷として機能する）であってもよい。幾つかの例では、電源／負荷１３０は、電気（ＡＣ）モータ、ＡＣ発電機、ＡＣ電力供給グリッド、ＤＣ電池、ＤＣコンデンサ、ＤＣウルトラコンデンサ、整流ＡＣ電源（例えば、ダイオードブリッジ整流器によってＤＣ電力に変換されたＡＣグリッド電力）からのＤＣ電源などであってもよい。

【0031】

ＤＣ負荷／電源１１０は、電力コンバータ１１５の第１の（ＤＣ）側又はセクションで電力コンバータ１１５に結合され、第２の電源／負荷１３０は、電力コンバータ１１５の第２の（ＡＣ）側又はセクションで電力コンバータ１１５に結合される。第１の側は、電力コンバータのモードに応じて、電力コンバータ１１５の入力側又は出力側と呼ばれることもあり、電力コンバータ１１５のＤＣ側と呼ばれることもある。第２の側は、電力コンバータのモードに応じて、電力コンバータの入力側又は出力側と呼ばれてもよく、或いは電力コンバータ１１５のＡＣ側と呼ばれてもよい。幾つかの実施形態では、電力コンバータ１１５の第２の側は、単相ＡＣ電力、三相ＡＣ電力、又は別の相数を有するＡＣ電力を有するＡＣ側であってもよい。

【0032】

幾つかの実施形態では、電力コンバータ１１５は、高いＤＣ電圧レベルで動作する。例えば、動作中、電力コンバータ１１５のＤＣ側は、少なくとも２００Ｖ、少なくとも６００Ｖ、少なくとも８００Ｖ、少なくとも１０００Ｖ、少なくとも１２００Ｖ、２００Ｖと１２００Ｖとの間、６００Ｖと１２００Ｖとの間、８００Ｖと１２００Ｖとの間、又は別の範囲のＤＣ電圧（例えば、電力コンバータ１１５の入力端子間）を有する。そのような高いＤＣ電圧レベルは、幾つかの電気自動車などの幾つかの状況において望ましい場合がある。例えば、幾つかの現在の電気自動車（例えば、乗用車及びハイブリッド電気自動車）は、約２００Ｖ～４００ＶのＤＣバス電圧で動作する。乗用車の電気自動車のこのＤＣバス電圧は、将来増加する可能性がある。更に、幾つかの現在の電気自動車（例えば、クラス４－８、オフロード、又は他のより大型の電気自動車）は、１０００Ｖを超えるＤＣバス電圧で動作することができるが、高いＤＣ電圧レベルは、漏れ電流の増加、コモンモード電圧の増加、コモンモード電圧のより高い変化率などの課題を典型的な電力コンバータシステムに導入する可能性がある。これらの課題は、ＬＣフィルタ１２０上の共振、シャフト電圧、軸受の故障をもたらし得る過剰な軸受電流（例えば、潤滑剤の絶縁破壊が発生したときの放電事象から）、過剰なモータシャフト電流、過剰なモータ巻線電流（例えば、絶縁体が損傷する可能性がある）、及び過剰なギアトレイン電流につながる可能性がある（例えば、軸受電流は、損傷した軸受レース壁から生じる電磁干渉（ＥＭＩ）又はノイズ、振動、ハーシュネス（ＮＶＨ）を介してギアトレインに伝播する可能性がある）。しかしながら、本明細書に記載の実施形態は、改良されたＬＣフィルタ、並びに高調波注入を使用する制御技術、カスケードコントローラ、ＭＰＣ制御、及び／又は可変周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＦＣＳＳ）を含む制御技術によって、そのような課題を軽減することができる。

【0033】

ＬＣフィルタ１２０は、電力コンバータ１１５の各相にＬＣフィルタを備えてもよい。各ＬＣフィルタは、以下で更に詳細に説明するように、少なくともインダクタとコンデンサ、又は少なくともインダクタと２つのコンデンサを含むことができる（例えば、図２及び図３の説明を参照されたい）。

【0034】

センサ１４０は、例えば、１つ以上の電流センサ及び／又は１つ以上の電圧センサを含む。例えば、センサ１４０は、ＤＣ負荷源１１０、第２の電源／負荷１３０の各相、ＬＣフィルタ１２０の各相、又は電力コンバータ１１５の他のノードもしくは構成要素のうちの１つ以上の電流及び／又は電圧を監視するためのそれぞれの電流センサ及び／又は電圧センサを含むことができる。例えば、ＬＣフィルタ１２０が三相ＬＣフィルタである場合、センサ１４０は少なくとも３つの電流センサを含んでもよく、そのうちの１つが三相ＬＣフィルタ１２０の各相の電流を検知するためのものである。幾つかの実施形態では、更なる又はより少ないセンサ１４０がシステム１００に含まれる。例えば、センサ１４０はまた、１つ以上の振動センサ、温度センサなどを含んでもよい。幾つかの例では、制御システム１０５は、特性を直接検知するのではなく、電力コンバータ１１５の特性（例えば、電流又は電圧）を推測する。センサ１４０は、システム１００の検知された特性を示すセンサデータを制御システム１０５に提供することができる。したがって、そのようなセンサデータは、システム１００の電気的動作特性を示すことができる。幾つかの例では、制御システム１０５は、特性を直接検知するのではなく、異なるタイプの特性又は異なる構成要素さえも検知するセンサ１４０のセンサデータに基づいて、電力コンバータ１１５の１つ以上のノードにおける特性（例えば、電流又は電圧）を推測又は推定する。そのような推測又は推定の更なる説明は、状態推定に関して以下に提供される。

【0035】

入出力（Ｉ／Ｏ）インタフェース１４２は、１つ以上の入力（例えば、１つ以上のボタン、スイッチ、タッチスクリーン、キーボードなど）を含むか、又はそれから入力を受け取るように構成され、及び／又は１つ以上の出力（例えば、ＬＥＤ、表示画面、スピーカ、触覚発生器など）を含むか、又はそれに出力を提供するように構成される。他の電子デバイス及び／又はユーザは、Ｉ／Ｏインタフェース１４２を介して、システム１００、特に制御システム１０５と通信することができる。例えば、制御システム１０５は、ターゲットトルク、ターゲット速度、ターゲット電力レベル、変換タイプなどを示す電力コンバータシステム１００のためのコマンドを（例えば、ユーザ又は別のデバイスから）受信することができる。これに応答して、制御システム１０５は、電力コンバータ１１５を駆動して、コマンドによって示されるターゲット及び／又は変換タイプを達成することができる。

【0036】

制御システム１０５は、一般に、（例えば、センサ１４０からのセンサデータに基づいて）電力コンバータ１１５を含むシステム１００を監視し、（例えば、入出力インタフェース１４２を介して）コマンドを受信し、（例えば、センサデータ及び／又はコマンドにしたがって）電力を変換するために制御シグナリング（例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号）を用いて電力コンバータ１１５の電力スイッチング素子を制御する。幾つかの実施形態では、制御システム１０５は、更なるローカルコントローラなしでこの監視及び制御を実行するコントローラ（例えば、中央コントローラ１５０）を含む。他の実施形態では、制御システム１０５は、中央コントローラ１５０及び１つ以上のローカルコントローラ１６０を含むカスケード制御システムである。カスケード制御システムは、中央コントローラ１５０と１つ以上のローカルコントローラ１６０との間でリアルタイム（例えば、各制御サイクル）監視情報（例えば、センサデータ）及び制御情報を通信することができる。幾つかの例では、ローカルコントローラ１６０はそれぞれ、モデル予測制御（ＭＰＣ）又は別の調整制御スキーム（例えば、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御等）を実装する。幾つかの例では、中央コントローラは、比例積分微分（ＰＩＤ）制御又は比例積分（ＰＩ）制御などの非ＭＰＣ調整技術を実施する。

【0037】

中央コントローラ１５０及びローカルコントローラ１６０を含む制御システム１０５の各コントローラは、電子プロセッサを含むことができる電子コントローラである。そのような電子コントローラは、メモリ（例えば、メモリ１５７又は１６７）を更に含むことができる。メモリは、例えば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、又は他の非一時的コンピュータ可読媒体のうちの１つ以上である。電子プロセッサ１５５，１６５は、とりわけ、メモリ１５７，１６７から命令及びデータを受信し、命令を実行して、例えば、本明細書に記載のプロセスを含む、本明細書に記載の関連するコントローラの機能を実行するように構成される。例えば、メモリは、制御ソフトウェアを含むことができる。幾つかの実施形態では、本明細書に記載のコントローラの機能を実行するためにメモリからソフトウェアを実行する代わりに、又はそれに加えて、電子プロセッサは、この機能の一部又は全部を実行するように構成された１つ以上のハードウェア回路要素を含む。更に、本明細書では特定のコントローラ、電子プロセッサ、及びメモリをそれぞれの単一のユニットと呼ぶことがあるが、幾つかの実施形態では、これらの構成要素のうちの１つ以上は分散構成要素である。例えば、幾つかの実施形態では、電子プロセッサは、１つ以上のマイクロプロセッサ及び／又はハードウェア回路要素を含む。

【0038】

図２は、図１のシステム１００の電力コンバータ１１５として機能することができるハーフブリッジコンバータ２００の一例を示す。図示されるように、コンバータ２００は、正のＤＣ端子２２２及び負のＤＣ端子２２４を有するＤＣ端子２２０（ＤＣノード、ＤＣリンク、ＤＣレールなどとも呼ばれる）を含む。コンバータ２００は、正のインタフェース端子２２７及び負のインタフェース端子２２９を有するインタフェース端子２２５（インタフェースノードとも呼ばれる）を更に含む。コンバータ２００は、それが実装されるシステムの構成及び制御に応じて、双方向コンバータ又は（いずれかの方向の）一方向コンバータとして動作することができる。したがって、幾つかの例では、ＤＣ端子２２０は入力端子であってもよく、インタフェース端子２２５は出力端子であってもよく（例えば、ＤＣ／ＤＣ変換及びＤＣ／ＡＣ逆変換）、幾つかの例では、ＤＣ端子２２０は出力端子であってもよく、インタフェース端子２２５は入力端子であってもよい（例えば、ＡＣ／ＤＣ整流）。また、インタフェース端子２２５は、ＡＣ入力端子（例えば、ＡＣ／ＤＣ整流用）であってもよいし、ＡＣ出力端子（例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ用）であってもよいし、ＤＣ出力端子（例えば、ＤＣ／ＤＣ変換用）であってもよい。

【0039】

コンバータ２００は、ＤＣリンクコンデンサ（Ｃ_ＤＣ）２３０と、ハイサイド（上側）電力スイッチング素子（Ｍ１）２３５（上側スイッチ又は上側ＦＥＴ２３５とも呼ばれる）と、ローサイド（下側）電力スイッチング素子（Ｍ２）２４０（下側スイッチ又は下側ＦＥＴ２４０とも呼ばれる）と、上側スイッチ２３５のドレイン端子と下側スイッチ２４０のソース端子とを接続する中間点ノード２４２と、ＬＣフィルタ２４５とを更に含む。ＬＣフィルタ２４５は、図１のシステム１００のＬＣフィルタ１２０の一例である。

【0040】

電力スイッチング素子２３５及び２４０は、それぞれがそれぞれのゲート、ソース、及びドレイン端子を有する電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）であってもよい。ＦＥＴは、他の種類のＦＥＴの中でも、例えば、ＭＯＳＦＥＴ、炭化ケイ素（ＳｉＣ）ＦＥＴ、窒化ガリウム（ＧａＮ）ＦＥＴであってもよい。

【0041】

ＬＣフィルタ２４５は、スイッチ側インダクタＬ_ＳＷ２５０と、下側コンデンサＣ_Ｂ２５５と、上側コンデンサＣ_Ａ２１５とを備える。スイッチ側インダクタＬ_ＳＷ２５０は、中間点ノード２４２とフィルタノード２６０との間に結合されている。例えば、スイッチ側インダクタＬ_ＳＷ２５０の一端部は中間点ノード２４２に結合され、他端部はフィルタノード２６０に結合される。下側コンデンサＣ_Ｂ２５５は、フィルタノード２０６と負のＤＣ端子２２４との間に結合される。例えば、下側コンデンサＣ_Ｂ２５５の第１の端部はフィルタノード２６０に結合され、第２の端部は負のＤＣ端子２２４に結合される。上側コンデンサＣ_Ａ２１５は、フィルタノード２６０と正のＤＣ端子２２２との間に結合される。例えば、下側コンデンサＣ_Ａ２１５の第１の端部はフィルタノード２６０に結合され、第２の端部は正のＤＣ端子２２２に結合されている。

【0042】

幾つかの例では、ＬＣフィルタ２４５は、更なる（インタフェース）インダクタがフィルタノード２６０と正のインタフェース端子２２７との間に結合されているＬＣＬフィルタ（更なるインダクタ（Ｌ）を有するＬＣフィルタ）である。

【0043】

上側コンデンサ２１５は、コンバータ２００の入力ノード及び出力ノード（ノード２２２，２２７）の両方におけるリップル電流が共有されることを可能にする。入力ノード上のリップル電流と出力ノード上のリップル電流はある程度の相関を有するので、これらの入力ノード及び出力ノードの差動モード電流は、このコンデンサンスを介して相殺することができる。差動モード電流のこの減少は、典型的なハーフブリッジコンバータと比較した場合（例えば、２つのコンバータ間の総静電容量が一定に保持される場合）に、改善されたＥＭＩ性能及び減少した総コンデンサリップル電流をもたらすことができる。更に、総コンデンサリップル電流の減少は、例えば、コンデンサリップル電流がコンデンササイジングを駆動する場合、コンデンササイズの減少を可能にすることができる。

【0044】

コンバータは、ドレイン－ソースコンデンサＣ_ＤＳ２６５ａ及び２６５ｂを更に含み、それぞれがスイッチ２３５，２４０の一方にわたってそれぞれ結合される。特に、上側スイッチ（Ｍ１）２３５のソース端子２７０ａとドレイン端子２７５ａとに跨って第１のドレイン・ソース間容量２６５ａが設けられ、下側スイッチ（Ｍ２）２４０のソース端子２７０ｂとドレイン端子２７５ｂとに跨って第２のドレイン・ソース間容量２６５ｂが設けられている。ドレイン－ソースコンデンサ（Ｃ_ＤＳ）２６５ａ～ｂは、本明細書では総称してドレイン－ソースコンデンサ（Ｃ_ＤＳ）２６５と呼ぶことができる。

【0045】

ドレイン－ソースコンデンサ（Ｃ_ＤＳ）２６５は、スイッチ２３５及び２４０のオン－オフ遷移中の電圧上昇を遅くすることができる。この遅い電圧上昇は、次に、スイッチ２３５及び２４０のスイッチング損失を低減することができる。

【0046】

コンバータ２００の幾つかの例では、上側コンデンサＣ_Ａ２１５及びドレイン・ソース間コンデンサＣ_ＤＳの一方又は両方がコンバータ２００に含まれない。

【0047】

前述したように、幾つかの例では、電力コンバータ２００は、図１のシステム１００の電力コンバータ１１５として機能することができる。ＡＣ／ＤＣ整流器又はＤＣ／ＡＣインバータを実装する電力コンバータ１１５（したがって、電力コンバータ２００は、）の文脈では、電力コンバータ２００は単相電力コンバータ２００である。幾つかの例では、電力コンバータ２００の複数のインスタンスが並列化されて、図１の電力コンバータ１１５として集合的に機能し、（整流又は逆変換にかかわらず）単相変換を提供するか、又はＤＣ／ＤＣ電力変換を提供する。幾つかの例では、電力コンバータ１１５は多相電力コンバータである（例えば、３相以上の交流電力で動作する）。そのような例では、電力コンバータ１１５は、電力コンバータ２００の複数のインスタンスを含むことができ、各インスタンスはＡＣ電力の位相に関連付けられ、各インスタンスは共有ＤＣ端子２２０を有し、各インスタンスは独立したＶ_{ｉｎｔｅｒｆａｃｅ}ノード２２５を有する。そのような電力コンバータの例が、図３、図４、図７、及び図１２に与えられる。これらの例の幾つかでは、図１９～図２０に示すように、電力コンバータ２００の複数のインスタンスは、それぞれの相に対する電力変換を集合的に提供するように並列化される（例えば、Ａ相用の２つの並列電力コンバータ２００、Ｂ相用の２つの並列電力コンバータ２００、及びＣ相用の２つの並列電力コンバータ２００）。幾つかの例では、並列電力コンバータ２００の特定の数及び相の数は変化する。

【0048】

本明細書で使用される場合、コンバータブロックは、図２のコンバータ２００に関して説明したようなハーフブリッジ回路を指すことができる。例えば、コンバータブロック２６２は、電力スイッチング素子２３５及び２４０と、ＬＣフィルタ２４５（上側コンデンサ２１５（存在する場合）及び更なるインタフェースインダクタ（存在する場合）を含む）と、それらの相互接続ノード（例えば、中間点ノード２４２、フィルタノード２６０、ＤＣ端子２２０、及びインタフェース端子２２５）と、（存在する場合）ドレイン・ソース・コンデンサ２６５とを含むことができる。

【0049】

図３は、ＡＣグリッド３０２に結合された多相電力コンバータシステム３００を示す。多相コンバータシステム３００は、ＤＣ側でバッテリ３０６に結合され、ＬＣＬフィルタ３０８を介してＡＣグリッド３０２に結合された多相コンバータ３０４を含む。多相コンバータ３０４は、図１のシステム１００の電力コンバータ１１５として機能することができ、ＬＣＬフィルタ３０８は、図１のシステム１００のＬＣフィルタ１２０として機能することができる。動作中、多相コンバータ３００は、電源及び電力スイッチング素子のスイッチングに応じて、ＤＣ／ＡＣインバータ又はＡＣ／ＤＣ整流器として機能することができる。

【0050】

多相コンバータ３０４は、ＡＣグリッド３０２の各相に１つずつ、図２の電力コンバータ２００（又はコンバータブロック２６２）の３つのインスタンスを含む。各インスタンスは、上側スイッチ２３５及び下側スイッチ２４０を含み、これらのスイッチのそれぞれにわたってドレイン－ソースコンデンサが結合されている。多相コンバータ３００は、ＤＣ端子２２０を介してバッテリ３０６に、インタフェース端子２２５を介してＡＣグリッド３０２に更に結合される。多相コンバータ３００は、３つのＬＣＬフィルタ３０８を備える。各ＬＣＬフィルタ３０８は、図２のＬＣフィルタ２４５と同様の構成要素を含み、フィルタノード２６０とインタフェース端子２２５との間に結合されたインタフェースインダクタ（Ｌ_ｆｇ）３１２が追加されている。すなわち、ＬＣＬフィルタ３０８は、スイッチ側インダクタ２５０（Ｌ_ｆｓ，ａ、Ｌ_ｆｓ，ｂ、又はＬ_ｆｓ，ｃとも呼ばれる）と、下側コンデンサ２５５（Ｃ_ｆ，ａ、_Ｃｆ，ｂ、及びＣ_ｆ，ｃとも呼ばれる）と、上側コンデンサ２１５（Ｃ_ｆ，ａ、Ｃ_ｆ，ｂ、又はＣ_ｆ，ｃとも呼ばれる）とを備える。スイッチ側インダクタ２５０は、中間点ノード２４２とフィルタノード２６０との間に結合される。

【0051】

図示の例では、多相コンバータ３００は、バッテリ３０６及びＡＣグリッド３０２に結合されている。他の例では、多相コンバータ３００は、バッテリ３０６以外のＤＣ電源／負荷（例えば、コンデンサ、ウルトラコンデンサ、整流ＡＣ電力からのＤＣ電源など）及び／又はグリッド３０５以外のＡＣ電源／負荷（例えば、三相モータ、エンジン発電機など）に結合される。更に、多相コンバータ３００は、スイッチごとのドレイン－ソースコンデンサと、相ごとの上側コンデンサ２１５と、相ごとのインタフェースインダクタとを含むが、幾つかの例では、これらの構成要素のうちの１つ以上は含まれない。

【0052】

図２及び図３に示すように、本明細書で提供される電力コンバータシステムの幾つかの例では、ＬＣフィルタ１２０（図２のＬＣフィルタ２４５及び図３の３０８として実装される）は、各相のＬＣフィルタを含み、各コンデンサのコモン点は、ＤＣバスの負端子（及び／又は正端子）に接続される。この接続は、ゼロシーケンス電圧制御のためのバイパス経路を作り出す。トポロジー的修正及びゼロ電圧制御を活用することによって、コモンモード電圧を安定化して漏れ電流を低減することができる。

【0053】

システム１００及び４００はそれぞれ、本明細書で提供される様々な特徴を単独で及び組み合わせて組み込むことができる電力コンバータシステムの一例である。以下のセクションでは、本開示は、（Ｉ）三相コンバータモデリング、（ＩＩ）高調波注入、（ＩＩＩ）カスケード制御システム、（ＩＶ）モデル予測制御、（Ｖ）状態推定、（ＶＩ）可変周波数臨界ソフトスイッチング、及び（ＶＩ）モジュラコンバータブロックを説明する。これらの見出しは、便宜上含まれており、限定的に解釈されるべきではない。

【0054】

Ｉ．三相コンバータモデリング
本明細書で提供される幾つかの例では、電力コンバータを制御するための制御方式は、ｄｑ０座標系に基づく。本明細書で提供されるように、ｄｑ０座標系を使用することによって、制御方式は、ゼロシーケンス電圧成分を利用してコモンモード電圧を制御することができる。ａｂｃ座標系と比較して、有効／無効電力及びコモンモード電圧は、ｄｑ０座標系のｄ、ｑ、及び０シーケンス成分で独立して制御することができる。ａｂｃ基準座標系から、三相コンバータ（例えば、図３に示すように、）の座標系モデルを導出することができる。

【0055】

ａｂｃ座標系における状態空間方程式は、

【数3】

として表される。

【数4】

【数5】

ここで、図３を参照すると、Ｌ_ｆｓ、Ｃ_ｆ、及びＬ_ｆｇは、それぞれＬＣＬフィルタのスイッチ側インダクタ２５０、コンデンサ２５５、及びグリッド側インダクタ３１２である。ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}，ｕ_{ｃ，ａｂｃ}，ｉ_{ｇ，ａｂｃ}及びｕ_{ｘ，ａｂｃ}は、それぞれスイッチ側インダクタ電流、コンデンサ電圧、グリッド側電流及びグリッド電圧である。

【数6】

は単位行列である。

【0056】

ａｂｃ座標系で時変正弦波基準を制御することは困難であり、ｄｑ０座標系で有効電力／無効電力を計算してゼロシーケンス電圧を安定させるのに便利であるため、状態空間モデルは制御目的でｄｑ０基準座標系に変換される。例えば、ｄｑ０座標系変換は、ｄｑ０座標系が時変正弦波形を等価な一定のＤＣ値に変換することができるので有用である。制御を実施するために、ＤＣ値はＡＣ値よりも制御が容易であり得る。しかしながら、従来の方法は、０（ゼロシーケンス）成分を考慮せずにｄｑシステムを主に利用する。ＡＣ三相コンデンサのコモン点がＤＣバスの正端子及び／又は負端子に接続されるコンバータシステム３００のトポロジーは、ａｂｃ座標系からｄｑ０座標系へのゼロシーケンスの抽出、及びゼロシーケンス電圧をＤＣバス電圧の半分に制御することを可能にする。したがって、コモンモード電圧ｖ_ｃｍはゼロシーケンス成分であり、それに応じて一定に安定化することができる。

【0057】

ゼロシーケンス成分を有する基準座標系変換の場合、ａｂｃ座標系は、最初にαβ０に変換され、次にｄｑ０座標系に変換され得る。ａｂｃからαβ０まで、クラーク変換は、以下のように適用される。

【数7】

【0058】

αβ０システムでは、信号は、α及びβ座標系内の２つの直交する正弦波ＡＣ波形とゼロシーケンス成分とから構成される。パーク変換は、αβ０の静止基準座標系を回転ｄｑ０座標系に変換するために第２に実施され、これは以下のように計算される。

【数8】

ここで、θはグリッド（又はコンバータに結合された他のＡＣ電源／負荷）の位相角である。幾つかの例では、位相角θは、以下で更に詳細に説明するように、コモン結合点（ＰＣＣ）でグリッド電圧を測定することにより、位相ロックループ（ＰＬＬ）コントローラ（例えば、図４のＰＬＬ４２０を参照されたい）で追跡される。したがって、ａｂｃ内のＡＣ正弦波信号は、θの時変角度でｄｑ０（回転）基準座標系内のＤＣ値に変換される。コンバータの電力スイッチング素子を駆動するためのデューティサイクルを実施するための制御基準信号は、ＰＷＭ変調のためのａｂｃ（静止）基準座標系フォーマットであってもよい。したがって、逆クラーク変換及び逆パーク変換を適用して、制御信号の出力をｄｑ０からａｂｃに変換することができる。
ｘ_ａｂｃ＝Ｔ^－１ｘ_αβ０＝Ｔ^－１Ｐ（θ）^－１ｘ_ｄｑ０

【0059】

座標系変換の上記のパーク方程式及びクラーク方程式に基づいて、上記の状態空間方程式をａｂｃからｄｑ０に変換することができる。

【数9】

【数10】

【数11】

ここで、ωはグリッドの角速度（ｒａｄ／ｓ）である。Ｇは、変換から得られた結合項の行列であり、

【数12】

【0060】

ｄｑ０状態空間方程式及びＤＣバスの正／負端子とコモン点を有する三相コンデンサの接続を活用することによって、ゼロシーケンス電圧を明示的に制御してｕ_ｃｍを安定化することができる。

【0061】

幾つかの例では、ｄｑ０基準座標系以外の別の回転基準座標系が制御システム１０５によって使用される。

【0062】

ＩＩ．ゼロシーケンス電圧制御のための高調波注入
光起電力（ＰＶ）アレイ用の電気自動車（ＥＶ）充電器用のグリッド接続電力コンバータなどの幾つかの電力コンバータ用途では、漏れ電流及びＤＣバスの利用率がコンバータの性能に影響を及ぼす２つの要因である。漏れ電流に対処するために、一般に、システムのコスト、体積、及び重量を増加させるコモン結合点（ＰＣＣ）で漏れ経路を遮断するために、嵩高線周波数変圧器が設置される。ＤＣバスの利用率を改善するために、ＤＣバス電圧をステップアップする（例えば、飽和問題を回避するためにグリッド電圧振幅の少なくとも２倍になるようにする）ことができ、これは余分なスイッチング損失及びスイッチ電圧耐性能力に対する課題をもたらす。

【0063】

これら及び他の問題に対処するために、幾つかの例では、高調波信号が本明細書で提供される電力コンバータシステムに注入され、電力コンバータシステムは非絶縁（無変圧器）コンバータであってもよい。従来の高調波注入は、スイッチング素子を変調するために使用されるデューティサイクルにおける直接注入を含み、これは制御安定性及び堅牢性を低下させ、ＰＷＭ変調において発散が生じる可能性があり、余分な高調波がグリッドに注入され、グリッド電圧及び電流の電力品質を低下させる。対照的に、本明細書で提供される幾つかの例では、システム及び方法は、ゼロシーケンス電圧制御のための高調波注入を提供する。開示されたシステム及び方法は、制御安定性及び堅牢性を低下させることなく、かつグリッド（又は他のＡＣ電源又は負荷）に更なる高調波を注入することなく、ＤＣバスの利用率を改善する。

【0064】

幾つかの実施形態では、電力コンバータシステム（例えば、システム１００）は、非絶縁Ｎ相電力コンバータと、ゼロシーケンス電圧制御のための第Ｎ相高調波の倍数を注入する制御システムとを有する。例えば、三相電力コンバータ（すなわち、Ｎ＝３である）の場合、注入される高調波は、第３高調波注入（ＴＨＩ）、第６高調波注入などであってもよい。更に、変調のためにデューティサイクルに高調波を直接注入するのではなく、幾つかの例では、システムは、一組の直接直交ゼロシーケンス（ｄｑ０）回転基準座標系制御信号のゼロシーケンス電圧制御信号に高調波（例えば、正弦波又は三角波電圧信号）を注入する。制御信号は、回転基準座標系基準ターゲットとも呼ばれ得る。この手法は、高調波が変調のためにデューティサイクルに直接注入された場合には適用されないｄｑ０回転基準座標系制御信号に対する制約を介して更なる調整を提供する。したがって、システムの安定性及び堅牢性は、直接デューティサイクル側注入技術と比較して改善され得る。

【0065】

例えば、図４を参照すると、図１の電力コンバータシステム４００の一例であり得る電力コンバータシステム１００が示されている。図示のように、電力コンバータシステム４００は、中央コントローラ１５０及び３つのローカルコントローラ１６０ａ～ｃ（図１のローカルコントローラ１６０の各インスタンス）を含む制御システム１０５を含む非絶縁三相電力コンバータである。ローカルコントローラ１６０ａ～ｃはそれぞれ、それに対応するそれぞれのコンバータブロック２６２ａ～ｃに関連付けられて制御することができる。コンバータブロック２６２ａ～ｃは、図２に関して説明したコンバータブロック２６２のインスタンスであってもよい。ローカルコントローラ１６０ａ～ｃは、関連するコンバータブロック２６２ａ～ｃの制御を実行するための特定の制御方式を実装することができる。例えば、ローカルコントローラ１６０ａ～ｃは、以下で更に説明するように、モデル予測制御（ＭＰＣ）、比例積分（ＰＩ）制御、比例積分微分（ＰＩＤ）制御、又は別のタイプの制御もしくは調整を実施することができる。幾つかの実施形態では、図示のようなカスケード制御システムではなく、制御システム１０５はローカルコントローラ１６０ａ～ｃを含まない。例えば、代わりに、中央コントローラ１５０によって生成された基準電圧は、コンバータの各電力スイッチング素子に対してそれぞれのゲートドライバ４０２に提供されるそれぞれのデューティサイクル値に（例えば、ルックアップテーブルによって）直接マッピングされる。

【0066】

図示のように、中央コントローラ１５０は、静止（ａｂｃ）基準座標系内の電力コンバータ３０４（例えば、ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}；ｉ_{ｇ，ａｂｃ}，ｖ_{ｇ，ａｂｃ}）の電気的特性を受信し、基準電気的特性（例えば、ｉ_ｇ，ｄ＊；ｉ_ｇ，ｑ＊，ｖ_ｇ，ｑ＊）を受信し、端子２２５に結合されたＡＣ負荷／電源（例えば、ＡＣグリッド）の基本周波数（シータ又はθ）を決定する。これらの受信及び決定された値に基づいて、中央コントローラ１５０は、ｄｑ０基準座標系内の制御基準信号を生成する。次いで、中央コントローラ１５０は、ｄｑ０／ａｂｃ基準座標系トランスレータ４１０を介して制御基準信号を静止（ａｂｃ）基準座標系に変換し、これらの制御基準ターゲット又は４１５（例えば、ｖ_ａ＊，ｖ_ｂ＊，及びｖ_ｃ＊）をローカルコントローラ１６０ａ～ｃに提供する。

【0067】

より具体的には、中央コントローラ１５０は、受信した電力コンバータ３０４の電気的特性を静止基準座標系からｄｑ０基準座標系に変換する（例えば、ａｂｃ／ｄｑ０トランスレータ４１２を介して）。中央コントローラ１５０は、変換された電気的特性をｄｑ０基準座標系（例えば、ｉ_ｇ，ｄ＊からｉ_ｇ，ｄ及びｉ_ｇ，ｑ＊からｉ_ｇ，ｑ）内の基準電気的特性と更に比較して、電圧制御基準信号（例えば、ｖ_ｄ＊及びｖ_ｑ＊）のｄ成分及びｑ成分を生成する。例えば、レギュレータ４１３（例えば、ＰＩ又はＰＩＤコントローラ）は、電圧制御基準信号（ｖ_ｄ＊）の結果として生じるｄ成分を生成するために、基準のｄ成分と変換されたグリッド電流値（ｉ_ｇ，ｄ＊及びｉ_ｇ，ｄ）との比較を実行することができる。同様に、レギュレータ４１４（例えば、ＰＩ又はＰＩＤコントローラ）は、電圧制御基準信号（ｖ_ｑ＊）の結果として生じるｑ成分を生成するために、基準のｑ成分と変換されたグリッド電流値（ｉ_ｇ，ｑ＊及びｉ_ｇ，ｑ）との比較を実行することができる。電圧制御基準信号のこれらのｄ成分及びｑ成分は、ｄｑ０／ａｂｃトランスレータ４１０に提供される。基準電気的特性のｄ及びｑ成分（例えば、ｉ_ｇ，ｄ＊及びｉ_ｇ，ｑ）は、受信したユーザ入力コマンドに基づいて、メモリ（例えば、メモリ１５７）又は別のソースから、Ｉ／Ｏインタフェース１４２（図１参照）によって中央コントローラ１５０に提供されてもよい。

【0068】

ゼロシーケンス（０）基準構成要素について、電力コンバータシステム４００は、高調波注入器４０５を使用する（例えば、中央コントローラ１５０の一部として提供される）。すなわち、高調波注入器４０５は、高調波注入を生成し、ゼロシーケンス成分ターゲットをｄｑ０／ａｂｃ基準座標系トランスレータ４１０に提供する。

【0069】

図４に示すように、高調波注入器４０５は、ＤＣオフセット（例えば、Ｖ_ｄｃ／２）、電力コンバータ１１５のＡＣセクションの基本周波数（シータ又はθ）、及び電力コンバータ１１５の各相の制御基準ターゲット４１５を受ける。この例では、制御基準ターゲット４１５（電力基準ターゲットとも呼ばれる）は、制御ブロック２６２ａ～ｃ（例えば、図２及び図３を参照すると、コンデンサ２５５）の下側コンデンサの目標電圧を指す、トランスレータ４１０によって出力された電圧基準Ｖ_ｃ，ａ＊、Ｖ_ｃ，ｂ＊、及びＶ_ｃ，ｃ＊である。高調波注入器４０５は、これらの特性に基づいてゼロシーケンス成分ターゲットを計算することができる。幾つかの実施形態では、高調波注入器４０５は、（ｉ）ＤＣオフセット及び（ｉｉ）第Ｎ相高調波注入の倍数の２つの成分を合計することによってゼロシーケンス基準成分を計算する。

【0070】

第１の成分、ＤＣオフセットは、ＤＣバス電圧（Ｖ_ｄｃ／２）の半分に設定されてもよい。ゼロシーケンス基準のこのＤＣオフセット成分は、最終的に、漏れ電流がグリッドに流れるのを阻止する。すなわち、ゼロシーケンス出力電流は、ゼロシーケンス電圧基準のための入力として使用されるこのＤＣオフセットによって提供されるゼロシーケンスコンデンサ電圧の安定化制御によって減衰され得る。ゼロシーケンス電圧制御の動作原理は、三相出力コンデンサ電圧基準トラッキングに基づく。具体的には、中央コントローラでは、基準のゼロシーケンス成分は、ＤＣバス電圧測定値の半分ｖ_ｄｃ／２として設計される。この基準は、グリッド側インダクタ電流コントローラの出力からのｄｑ成分基準と組み合わされ、次いで、ローカルコントローラ１６０ａ～ｃの制御基準ターゲット４１５としてのａｂｃ基準座標系に変換される。したがって、制御基準ターゲット４１５のそれぞれは、正弦波ＡＣ成分（トランスレータ４１０へのｄｑ入力に基づく）及びゼロシーケンスＤＣ成分（トランスレータ４１０へのゼロシーケンス（０）入力に基づく）から構成することができる。したがって、ゼロシーケンス制御が統合された制御基準ターゲット４１５に基づいて、ローカルコントローラ１６０ａ～ｃはゼロシーケンス電圧制御を調整し、安定化されたコモンモードコンデンサ電圧及び低い漏れ電流を提供する。コンバータ３００の幾つかの例では、ゼロシーケンス電圧基準としてのこのＤＣオフセットがそれ自体の利点を提供するので、ＤＣオフセットは、高調波注入（例えば、注入器４０５の出力は、ＤＣオフセット（Ｖ_ｄｃ／２）であってもよい）を追加することなくゼロシーケンス電圧基準としてトランスレータ４１０に提供される。

【0071】

他の例では、このＤＣオフセットと共に第Ｎ相高調波を注入することにより、ＤＣバスの利用率を更に改善することができる。ゼロシーケンス電圧基準（すなわち、ＤＣオフセットとの加算）にＮ次高調波を注入することによって、これらの２つの成分は、ローカルコントローラ１６０ａ～ｃのための制御基準ターゲット４１５のゼロシーケンス部分を形成する。したがって、各相のローカルコントローラ１６０ａ～ｃは、コモンモード電圧を安定化させ、ピーク間電圧値を低減するために、同じゼロシーケンスＤＣオフセット及び３次高調波でコンデンサ電圧（ｖ_{ｃ、ａｂｃ}）を調整する。

【0072】

高調波注入器４０５は、基本周波数及び制御基準ターゲット４１５に基づいて、第Ｎ相高調波注入の倍数を計算することができる。したがって、幾つかの実施形態では、第Ｎ相高調波注入の倍数は、以前に受信された回転基準座標系ターゲットに基づいて静止（ａｂｃ）基準座標系内の制御システムによって生成されたＮ個の以前の制御基準ターゲットから計算されたフィードバック信号と見なすことができる。幾つかの実施形態では、第Ｎ相高調波注入の倍数は正弦波信号である。高調波注入器４０５は、電力コンバータのＡＣ電圧セクションの基本周波数のＮ次に基づいて正弦波信号を導出することができる。他の実施形態では、第Ｎ相高調波注入は三角形信号である。高調波注入器４０５は、電力コンバータのＡＣ電圧セクションの基本周波数（θ）の最大値及び最小値の平均値に基づいて三角信号を導出することができる。高調波注入器４０５が正弦波信号又は三角形信号を計算するために使用することができる例示的な方程式を以下に示す。

【0073】

第３高調波注入（Ｓｉｎ－ＲＴＨＩ）のための正弦波注入は、ゼロシーケンス電圧基準に重畳されるべき３次のグリッド基本周波数（θ）成分を導出することによって実施されてもよい。Ｓｉｎ－ＲＴＨＩゼロシーケンス電圧基準は、以下のように表すことができる。
ｖ^＊ _{０，３ｒｄ}＝ｖ_ｄｃ／２＋Ｖ_ｍＤ_３ｒｄｓｉｎ（３ωｔ）

【0074】

したがって、ローカルコントローラ１６０ａ～ｃに分配されるａｂｃ座標系Ｓｉｎ－ＲＴＨＩ三相コンデンサ電圧基準ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}は、以下のように表すことができる。
ｖ^＊ _ｃ，ａ＝ｖ^＊ _ｃ，ａ＋Ｖ_ｍＤ_３ｒｄｓｉｎ（３ωｔ）

【数13】

【数14】

ここで、Ｖ_ｍ及びＤ_３ｒｄは、それぞれ基本波成分の振幅及び第３高調波注入深さである。角速度ω及び位相シフトは、基本周波数シータ（θ）に基づいて導出することができる。中央コントローラ１５０の位相ロックループ（ＰＬＬ）コントローラ４２０は、ＡＣ電圧（例えば、グリッド又はＡＣモータ電圧）のリアルタイム位相角情報を提供するためにシータ（θ）を提供することができる。例えば、ＰＩコントローラを使用して、グリッド電圧のｑ成分ｖ_ｇ，ｑを０に制御して、位相角の角速度ωを導出することができる。次に、シータ（θ）を２πの周期で計算することができ、式中の有効電力／無効電力計算に基づいて、

【数15】

ここで、ｄ軸及びｑ軸はそれぞれ有効電力及び無効電力を表す。具体的には、シータ（θ）は、各制御周期における制御時間周期Ｔｓと角速度ωとの積を累積し、シータ（θ）が［０，２ｐｉ］内にあることを保証するためにモジュラス演算子関数を実行することによって導出することができる。シータ（θ）は、トランスレータ４１０及びトランスレータ４１２による並進などのコンバータシステムの他の計算にも使用される。

【0075】

ゼロシーケンス電圧への高調波注入を活用することによって、ピークツーピークコンデンサ電圧を低減して、ＤＣバスの利用率を改善し、より低いＤＣバス電圧におけるデューティサイクル飽和を回避することができる。図５Ａは、Ｓｉｎ－ＲＴＨＩについて、１グリッド期間における３次、基本周波数、及び注入コンデンサ電圧のシミュレーション波形を示す。

【0076】

第３高調波注入のための三角形空間ベクトル（Ｔｒｉ－ＲＴＨＩ）は、ゼロシーケンス電圧基準に重畳される最大及び最小グリッド基本周波数成分コンデンサ電圧の平均値を導出することによって実施されてもよい。Ｔｒｉ－ＲＴＨＩゼロシーケンス電圧基準は、以下のように表すことができる。
ｖ^＊ _{０，３ｒｄ}＝ｖ_ｄｃ／２－Ｄ_３ｒｄ［ｍａｘ（ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）＋ｍｉｎ（ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）］

【0077】

したがって、ローカルコントローラ１６０ａ～ｃに分配されるａｂｃ座標系Ｔｒｉ－ＲＴＨＩ三相コンデンサ電圧基準ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}は、以下のように表すことができる。
ｖ^＊ _ｃ，ａ＝ｖ^＊ _ｃ，ａ－Ｄ_３ｒｄ［ｍａｘ（ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）＋ｍｉｎ（ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）］
ｖ^＊ _ｃ，ｂ＝ｖ^＊ _ｃ，ｂ－Ｄ_３ｒｄ［ｍａｘ（ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）＋ｍｉｎ（ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）］
ｖ^＊ _ｃ，ｃ＝ｖ^＊ _ｃ，ｃ－Ｄ_３ｒｄ［ｍａｘ（ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）＋ｍｉｎ（ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）］．

【0078】

図５Ｂは、Ｔｒｉ－ＲＴＨＩについて、１つのグリッド期間における３次の基本周波数及び注入コンデンサ電圧のシミュレーション波形を示す。

【0079】

図５Ａ～図５Ｂに示すように、ＤＣバスの利用率を改善して、デューティサイクル飽和の問題を回避することもできる。図５Ａ～図５Ｂに注入された第３高調波の有効性を評価するために、電圧利得は、基本成分コンデンサ電圧ピーク値ｖ_ｂａｓｅと基準変調波形ピーク値ｖ_ＴＨＩとの比として定義することができる。

【数16】

【0080】

連続第３の高調波注入法の最大電圧利得は、第３の高調波がゼロ交差点にあるときにπ／３で導出することができる。したがって、

【数17】

【0081】

開示された高調波注入技術を活用することにより、ＤＣバス電圧を低減することができ（例えば、１．１５倍）、したがって、電力スイッチング素子の電圧ストレス及びスイッチング損失を低減することができる。

【0082】

幾つかの実施形態では、電力コンバータ１１５の各相の制御基準ターゲット４１５（ここでは、Ｖ_ｃ，ａ＊，Ｖ_ｃ，ｂ＊，及びＶ_ｃ，ｃ＊）を使用して第Ｎ相高調波注入の倍数を計算する代わりに、高調波注入器４０５は、電力コンバータ１１５の各相の直接又は間接電圧測定値から第Ｎ相高調波注入を導出することができる。例えば、直流電圧測定の場合、高調波注入器４０５は、電力コンバータ１１５のＮ相のそれぞれのそれぞれの電圧センサからの出力、又は電圧センサのそれぞれのアナログ出力を電圧測定値を示すデジタル信号に変換するアナログデジタルコンバータ（ＡＤＣ）からの出力を受信することができる。別の例として、間接電圧測定の場合、高調波注入器４０５は、電力コンバータ１１５のＮ相のそれぞれの電圧測定値を示すローカルコントローラ１６０からの１つ以上の通信を受信することができる。ここで、ローカルコントローラ１６０は、電圧を直接測定し、測定値を電圧測定値として高調波注入器４０５に通信することができる。直接的及び間接的な例の両方において、電圧測定値はそれぞれ、電力コンバータ１１５の各相のＬＣフィルタのコンデンサ（例えば、下側コンデンサＣ_Ｂ又はＣ_ｆ２５５）にわたって測定された電圧（例えば、Ｖ_ｃ，ａ，Ｖ_ｃ，ｂ，及びＶ_ｃ，ｃ）であってもよい。

【0083】

直接又は間接電圧測定値を使用するこれらの実施形態では、第Ｎ相高調波注入の倍数は、電力コンバータ１１５の相ごとの少なくとも１つの電圧測定値を含む少なくともＮ個の電圧測定値から計算されるフィードバック信号と考えることができる。これらの実施形態の幾つかでは、第Ｎ相高調波注入の倍数は、正弦波信号又は三角形信号である。高調波注入器４０５が正弦波信号又は三角形信号を計算するために使用することができる上記の例示的な方程式は、これらの実施形態では、正弦波信号又は三角形信号を計算するために同様に使用することができ、電圧測定信号は、それぞれ方程式の制御基準ターゲットを置き換える。

【0084】

更に、電力コンバータシステム１００の幾つかの実施形態では、Ｎは３であり、第Ｎ相高調波注入の倍数は、電力コンバータのＡＣ電圧セクションの基本周波数の３次である。しかしながら、前述したように、幾つかの実施形態では、Ｎは別の整数値であってもよく、及び／又は第Ｎ相高調波の別の倍数も選択されてもよい。

【0085】

図４のシステム４００に関して説明したが、高調波注入特徴は、少なくとも幾つかの例では、本明細書に開示された他の電力コンバータシステムに組み込まれてもよい。

【0086】

ＩＩＩ．カスケード制御システム
幾つかの実施形態では、電力コンバータシステムは、非絶縁Ｎ相電力コンバータ及びカスケード制御システムを有する。カスケード制御システムは、中央コントローラと、少なくとも１つのローカルコントローラとを含む。例えば、上記の図１及び図４のシステム１００及び４００を参照すると、制御システム１０５は、１つ以上のローカルコントローラ１６０とカスケード接続された中央コントローラ１５０を含むカスケード制御システムであってもよい。制御システム１０５が本明細書でカスケード制御システム１０５と呼ばれる場合、制御システム１０５は、中央コントローラ１５０に加えて任意選択のローカルコントローラ１６０の少なくとも一方を含むと理解されるべきである。カスケード制御システム１０５は、例えば、共振減衰、改善された動的性能、及び／又は漏れ電流減衰能力を提供することができる。更に、カスケード制御システム１０５は、図１８Ａ～図２０に関して以下で更に詳細に説明するように、構成要素（例えば、モジュラ自動コンバータモジュールとしてのローカルコントローラ及び対応するコンバータブロックの追加及び削除を容易にする）のモジュール性を改善することができる。

【0087】

カスケード制御システム１０５の幾つかの実施形態では、中央コントローラ１５０は制御の外側ループを提供し、ローカルコントローラ１６０のそれぞれは制御の別個の内側ループを提供する。例えば、中央コントローラ１５０は、回転基準座標系（例えば、ｄｑ０基準座標系）で電力コンバータ１１５の制御を調整するＰＩコントローラ、ＰＩＤコントローラ、又は他の調整コントローラを実装することができる。制御の外側ループの一部として、中央コントローラ１５０は、回転基準座標系における調整に基づいて制御基準ターゲット（例えば、ターゲット４１５）を生成する。制御基準ターゲットは、静止（ａｂｃ）基準座標系において生成され得る。更に、中央コントローラ１５０は、制御基準ターゲットをローカルコントローラ１６０に提供することができる。ローカルコントローラ１６０は、電力コンバータ１１５のＮ相のうちの１つ以上を制御するように構成されてもよく、電力コンバータ１１５のＮ相の制御は、ローカルコントローラ１６０の間で分割される。したがって、電力コンバータ１１５の各相は、特定のローカルコントローラ１６０に関連付けられ、それによって制御され得る。

【0088】

各ローカルコントローラ１６０は、中央コントローラ１５０から受信した制御基準ターゲット（例えば、ターゲット４１５）に基づいて、モデル予測制御（ＭＰＣ）、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御、又は別の調整技術を介して内部ループ制御を実施する。例えば、各ローカルコントローラ１６０はまた、ローカルコントローラと同じ位相又はコンバータブロック２６２に関連付けられた下側コンデンサ２５５の両端の電圧（ｖ_ｃ）の電圧測定値又は推定値を受信することができる。測定又は推定されたコンデンサ電圧（ｖ_ｃ）及び制御基準ターゲット（例えば、ｖ_ｃ＊）に基づいて、各ローカルコントローラ１６０は、その関連するコンバータブロック２６２を制御して、基準制御ターゲットに等しいコンデンサ電圧（ｖ_ｃ）を達成する（又はそれに向かう）ように電力スイッチング素子のスイッチングを調整又は制御することができる。各ローカルコントローラ１６０によって提供される内部ループ制御は、電力コンバータ１１５（又は、図３において、コンバータ３０４）の電力スイッチング素子に提供される制御シグナリングの生成を含む。例えば、図３及び図４を参照すると、ローカルコントローラ１６０ａは、電力コンバータ１１５の第１の相の電力スイッチング素子２３５，２４０（Ｍ１、Ｍ２）に制御シグナリングを提供し、ローカルコントローラ１６０ｂは、電力コンバータ１１５の第２の相の電力スイッチング素子２３５，２４０（Ｍ３，Ｍ４）に制御シグナリングを提供し、ローカルコントローラ１６０ｃは、電力コンバータ１１５の第３の相の電力スイッチング素子２３５，２４０（Ｍ５、Ｍ６）に制御シグナリングを提供する。

【0089】

中央コントローラ１５０及びローカルコントローラ１６０は、監視情報（例えば、センサデータ）及び制御情報の両方をリアルタイムで（例えば、各制御サイクル）互いに通信することができる。例えば、各ローカルコントローラ１６０は、ローカルコントローラ１６０が関連付けられている電力コンバータ１１５の１つ以上の相に固有の電気的動作特性をリアルタイムで決定し、中央コントローラ１５０に送信することができる。例えば、図４を参照すると、これらの電気的動作特性は、Ｖ_{ｇ，ａｂｃ}，ｉ_{ｇ，ａｂｃ}，及びｉ_{Ｌ，ａｂｃ（}例えば、ローカルコントローラ１６０ａからのＶ_ｇ，ａ，ｉ_ｇ，ａ，及びｉ_Ｌ，ａ；ローカルコントローラ１６０ｂからのＶ_ｇ，ｂ，ｉ_ｇ，ｂ，及びｉ_Ｌ，ｂ；；ローカルコントローラ１６０ｃからのＶ_ｇ，ｃ，ｉ_ｇ，ｃ，及びｉ_Ｌ，ｃ）のうちの１つ以上を含むことができる。幾つかの実施形態では、ローカルコントローラ１６０は、他の電気的動作特性を提供する。更に、中央コントローラ１５０は、制御基準ターゲット（例えば、４１５）をリアルタイムで決定し、それぞれのローカルコントローラ１６０に送信することができる。制御基準ターゲット４１５は電圧基準ターゲットとして示されているが、幾つかの例では、制御基準ターゲット４１５は電流基準ターゲット（例えば、ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}＊又はｉ_{ｇ，ａｂｃ}＊）である。そのような例では、ローカルコントローラ１６０は、現在の基準ターゲットにしたがってそれぞれの相の電力スイッチング素子を制御することができる。

【0090】

図６は、コンバータシステム４００及び本明細書で提供される他のコンバータシステムに関して前述したようなカスケード制御システム用の通信システム６００を示す。通信システム６００は、コンバータシステム１００及びコンバータシステム４００の少なくとも幾つかの例のための通信の例を示す（例えば、ｎ＝３である）。例えば、通信システム６００は、図４のカスケード制御システムに関して前述した通信を可能にする通信システムの一例である。

【0091】

通信システム６００は、中央コントローラ１５０及びローカルシステム６０５ａ～ｎを含む。各ローカルシステムは、それぞれのローカルコントローラ１６０ａ～ｎと、それぞれのローカルコンバータ又はコンバータブロック２６２ａ～ｎ（図２に関して説明したコンバータブロック２６２のインスタンス）とを含む。中央コントローラ１５０及びローカルコントローラ１６０ａ～ｎは、通信バス６１５を介して通信可能に結合される。通信バス６１５は、各ローカルコントローラ１６０と中央コントローラ１５０との間の専用通信経路の集合を含んでもよく、ローカルコントローラ１６０と中央コントローラ１５０との間の共有通信経路（例えば、通信は、意図された宛先デバイスを識別するためのアドレス指定情報を含む）を含んでもよく、又はそれらの組み合わせを含んでもよい。

【0092】

前述したように、中央コントローラ１５０及びローカルコントローラ１６０は、監視情報（例えば、センサデータ）及び制御情報の両方をリアルタイムで（例えば、各制御サイクル）互いに通信することができる。例えば、ローカルコントローラ１６０は、Ｖ_{ｇ，ａｂｃ}，ｉ_{ｇ，ａｂｃ}，及びｉ_{Ｌ，ａｂｃ}のうちの１つ以上を含む電気的動作特性を決定して中央コントローラ１５０に送信することができ、中央コントローラ１５０は、受信した電気的動作特性に基づいて制御基準ターゲット４１５（例えば、これはｖ_{ｃ，ａｂｃ}＊，ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}＊，又はｉ_{ｇ，ａｂｃ}＊であり得る）を決定し送信することができる。ローカルコントローラ１６０は、ＰＷＭ制御信号を更に生成し、それらの対応するコンバータブロック２６２に送信することができる。ローカルコントローラ１６０が出力するＰＷＭ制御信号は、コンバータブロック２６２の各電力スイッチング素子のゲート端子を駆動するＰＷＭ信号のデューティサイクル及び／又は周波数を示してもよいし、ＰＷＭ信号そのものであってもよい。各コンバータブロック２６２は、コンバータブロックの電力スイッチング素子を駆動するためのそれぞれのゲートドライバを更に含むことができ、又はローカルコンバータシステム６０５のためのゲートドライバは、対応するローカルコントローラ１６０の一部と考えることができる。

【0093】

以下で更に詳細に説明するように、幾つかの実施形態では、状態推定器（例えば、図９の状態推定器９００）は、ローカルコントローラのそれぞれに関連付けられ、相の他の電気的特性のサンプリングに基づいて、ローカルコントローラに関連付けられた相の電気的動作特性の１つ以上の推定値を提供する。例えば、状態推定器は、相のコンデンサ電圧（ｖ_{ｃ，ａｂｃ}）及びグリッド側インダクタ電流（ｉ_{ｇ，ａｂｃ}）に基づいて、相のスイッチ側インダクタ電流（本明細書ではインダクタ電流ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}とも呼ばれる。）を推定するＬｕｅｎｂｅｒｇｅｒオブザーバ技術を実装することができる。状態推定器を使用すると、ＭＰＣコントローラに電気的特性を提供するためにシステムで使用されるセンサの数を減らすことができ、それによってモータ回路のコスト及び／又はサイズを削減することができる。

【0094】

幾つかの実施形態では、カスケード制御システムは、前述のような高調波注入、又は以下に説明するような、共振を緩和するための能動減衰のためのＭＰＣの一方又は両方を更に組み込む。

【0095】

ＩＶ．モデル予測制御
幾つかの実施形態では、電力コンバータシステムは、非絶縁Ｎ相電力コンバータと、モデル予測制御（ＭＰＣ）を利用する制御システムとを有する。電力コンバータシステム（例えば、システム１００及び４００）で使用される場合、ＭＰＣは、例えば、能動共振減衰、改善された動的性能、及び／又は漏れ電流減衰能力を提供することができる。

【0096】

ＭＰＣを実現する、中央コントローラ１５０又はローカルコントローラ１６０などの制御システム１０５のコントローラは、ＭＰＣコントローラと呼ばれる場合がある。ＭＰＣコントローラは、電力コンバータ１１５の電気的動作特性（例えば、コンバータの各相の特性）を決定し、電力コンバータ１１５のための１つ以上の制御基準ターゲット（例えば、コンバータの相ごとのターゲット）を決定し、次いで、電気的動作特性及び制御基準ターゲットを使用するＭＰＣアルゴリズムに基づいて、制御シグナリングを生成するように構成することができる。制御シグナリングは、電力コンバータ１１５の電力スイッチング素子を作動させて電圧変換及び能動減衰を実行し、電力コンバータ１１５のフィルタ回路１２０における共振を緩和するために適用することができる。

【0097】

ＭＰＣコントローラ（又はＭＰＣコントローラ）は、電力コンバータ１１５の各相についてＭＰＣアルゴリズムを実装して制御シグナリングを生成することができる。本明細書で使用される場合、ＭＰＣは、システムの動的に依存するか又はそれを認識し（例えば、制御下のコンバータを表す動的モデルを実装又は使用する）、コンバータの電気的特性及び動的モデルに基づく計算によって、システムの挙動を制御するための入力コマンド又は基準値を予測する制御アルゴリズムを指すことができる。したがって、本明細書で使用されるＭＰＣは、他の動的予測アルゴリズム（例えば、線形二次レギュレータ（ＬＱＲ）制御アルゴリズム）だけでなく、この用語のより厳密な使用法におけるモデル予測制御アルゴリズム（以下でさらに詳細に説明するような）を指す場合がある。

【0098】

一例では、特定のフェーズのＭＰＣアルゴリズムを実施するために、ＭＰＣコントローラは、各制御期間において、そのフェーズの電気的特性及び制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解決することができる。コスト関数を解くことにより、ＭＰＣコントローラは、電力スイッチング素子を作動させて電力コンバータのＡＣ電圧セクションのその位相の電力を制御して制御基準ターゲットに向かうように制御シグナリングの将来のステップを予測することができる。次いで、ＭＰＣコントローラは、制御信号の将来のステップの第１のステップに基づいて、その特定の段階の制御シグナリングを生成することができる。したがって、ＰＩ制御アルゴリズムとは対照的に、ＭＰＣアルゴリズムは、状態変数及びトラッキング誤差を特定の係数で線形に処理することによって最適なデューティサイクルを導出する。ＭＰＣでは積分手順が必要とされないので、ＭＰＣの動的性能は、オーバーシュートが少なく、追跡速度が速いＰＩ技術と比較して改善され得る。更に、ＭＰＣはより高い制御帯域幅を有するので、ＭＰＣコントローラは、そうでなければ電力コンバータ１１５のＡＣセクション内のフィルタ回路に存在し得るＬＣ又はＬＣＬ共振を緩和（低減又は排除）するための能動減衰項を提供することができる。

【0099】

図７は、ＭＰＣ制御を含む電力コンバータシステム７００を示す。コンバータシステム７００は、前述のシステム１００及びシステム４００の一例であり、ローカルコントローラ１６０はＭＰＣコントローラとして実装される。特に、図７では、これらのローカルコントローラは、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃとして識別される。したがって、図４のシステム４００に関する上記の説明は、図７のシステム７００にも適用され、同様の構成要素には同様の番号が使用される。

【0100】

図７に示すように、コンバータシステム７００は、上記で参照した制御システム７０５の特定の例（例えば、図１及び図４に関して）である制御システム１０５を含む。制御システム７０５は、中央コントローラ１５０及びローカルコントローラ７６０ａ～ｃを含む。別個に示されているが、ゲートドライバ４０２はまた、ローカルコントローラ７６０ａ～ｃの一部と見なされてもよい。コンバータシステム７００は、ＡＣ／ＤＣ整流器及び／又はＤＣ／ＡＣインバータとして機能するように構成された三相コンバータである。

【0101】

中央コントローラ１５０は、例えば、図４及び図６を参照して前述したのと同様の態様で、ローカルコントローラ７６０ａ～７６０ｃからのコンバータ３０４の電気的特性に基づいて、静止ａｂｃ内に三相の制御基準（三相コンデンサ電圧基準ｖ_{ｃ，ａｂｃ}＊）を生成する。ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃはまた、ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}とｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}との間の重み係数を調整することによってスイッチ側インダクタ電流ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}を調整する。

【0102】

各ローカルＭＰＣコントローラ７６０は、静止ａｂｃ座標系内の位相ごとにＭＰＣベースの制御を実施する。この例では、ＭＰＣベースの制御は、制御下の対応するコンバータ回路（例えば、各ＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃに関連付けられた特定の相のコンバータブロック２６２ａ～ｃ）の動的モデルの適用を含む。より詳細には、ＭＰＣベースの制御は、（最適な）制御入力（又は複数の入力）を識別するために動的モデルに基づいて定義された最適化関数を解くことを含む。動的モデルは、動的システムの測定値又は推定値、並びにターゲットコマンド又は基準コマンドを含むことができる。幾つかの例では、ＭＰＣベースの制御は、各制御周期について、有限の時間範囲にわたって最適化関数を解いて、所望の出力を達成するための時間範囲内の各ステップの制御入力を識別することを含む。次に、第１のステップの制御入力が適用され、一方で他の制御入力は破棄される。次の制御周期では、次の制御入力を識別するためにプロセスが繰り返される。幾つかの例では、別のＭＰＣ制御アルゴリズムが実装される。

【0103】

静止ａｂｃ座標系内の位相ごとにＭＰＣベースの制御を実施するためにローカルＭＰＣコントローラ７６０を使用することは、例えば、以下を含む。すなわち、（１）位相ごとのＬＣの状態空間行列は、より低コストのコントローラハードウェア（例えば、より安価なＤＳＰコントローラ）内でオフライン区分的アフィン最適化コードを実施するために、回転ｄｑ（又はｄｑ０）システムよりも単純である；（２）オフライン最適化計算のための明示的なＭＰＣ状態空間行列では、計算で使用される時変角速度項ωを省略することができる；及び（３）ＬＣ用の相ごとのＭＰＣは、並列化された相数及び他のトポロジー、例えばＤＣ／ＤＣ、単相ＤＣ／ＡＣコンバータを拡張するために、モジュール設計の観点からより柔軟である。

【0104】

ＭＰＣ実装の場合、制御周期ごとに、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃは、センサ１４０（例えば、スイッチ側インダクタ電流（ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}）、コンデンサ電圧（ｖ_{ｃ，ａｂｃ}）、及びグリッド電流（ｉ_{ｇ，ａｂｃ}））から電気的特性を受信し、中央コントローラ１５０から制御基準ターゲット４１５（ここでは、コンデンサ電圧基準、ｖ^＊ _{ｃ，ａｂｃ}）を受信することができる。前述したように、センサ１４０からの電気的特性のそれぞれは、検知されるように方向付けられてもよく（例えば、電流又は電圧センサによって）、又は電気的特性のうちの１つ以上は、別の検知された電気的特性から推測されてもよい（例えば、以下の状態推定の説明を参照されたい）。

【0105】

幾つかの例では、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃはそれぞれ、明示的なＭＰＣ制御のためのデューティサイクル（例えば、最適なデューティサイクル）を導出するために使用するオフライン生成区分的アフィン探索ツリーを含む。この目的のために、スイッチ側ＬＣフィルタ（例えば、ＬＣフィルタ３０８）の状態方程式は、以下のように表すことができる。

【数18】

【数19】

【0106】

明示的なＭＰＣを実施する柔軟性及び試験中にＤＣバス電圧を実験的に調整する利便性のために、最後の項Ｕ_ｄｃｄ（ｋ）は、位相レッグ出力電圧ｕ_ｘ（ｋ）に置き換えることができる。状態空間モデルは、以下のような標準の行列形式で表現できる。
Ｘ_ｋ＋１＝ＡＸ_ｋ＋Ｂｖ_ｋ＋Ｅｅ_ｋ
ここで、変数及び行列は、

【数20】

【数21】

【0107】

ＭＰＣの定式化では、インダクタ電流／コンデンサ電圧の基準を

【数22】

【数23】

として表され、

【数23】

は、

【数24】

から構成される。

【0108】

したがって、コスト関数は２つの項を含む。

【数25】

【0109】

コスト関数のペナルティについて、Ｑ及びＲは、それぞれ状態値及び入力値に対して実施される重み係数行列を表す。具体的には、Ｑは、状態変数と基準との間のトラッキング誤差に適用される２×２の行［Ｑ_１１，０；０，Ｑ_２２］列である。ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃの目標は出力コンデンサ電圧基準を追跡することであるため、幾つかの例では、対応する重み係数Ｑ_２２は、スイッチ側インダクタ電流項Ｑ_１１よりも大きく（例えば、１０００倍大きい）なるように構成される。Ｒは、隣接する入力変数間の変動を安定化するために適用される１×１行列［Ｒ_１１］である。Ｒ_１１は、Ｑ_２２よりも小さく（例えば、１００倍小さい）設定される。他の例では、他の重み係数が使用されてもよい。

【0110】

ＭＰＣコントローラの制約は、以下のように表すことができる。

【数26】

、
Δｖ_ｋ＝ｖ_ｋ－ｖ_ｋ－１∈Ｕ、

【数27】

、
［０］≦ｕ_ｋ≦［Ｕ_ｄｃ］であり、
［－Ｉ_{ｇ，ｍａｘ}］≦ｅ_ｋ≦［Ｉ_{ｇ，ｍａｘ}］である。

【0111】

図８は、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃのそれぞれによって実行され得るＭＰＣ制御システム８００の例示的な実装形態を示す。この例では、ＭＰＣアルゴリズムは明示的な方法で実装される。ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃによって実行されるＭＰＣ制御アルゴリズムは、ＭＰＣ制御ブロック８０５によって表される。具体的には、区分的アフィン（ＰＷＡ）フィードバック則が、予め選択された状態空間モデリング及び制約に基づいてオフラインで生成される。次に、対応するＭＰＣパーティション８１０は、オンライン検索に利用できるように各ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃのメモリに記憶される。各制御期間において、ＭＰＣ制御ブロック８０５は、（ブロック８２０における）ＰＷＡ ＭＰＣパーティション８１０のｎ個の領域を探索して、ＭＰＣ制御ブロック８０５によって受信された入力８１５に基づいてアクティブ領域ｒを識別する。例えば、ＭＰＣ制御ブロック８０５は、二値探索ツリーを使用して、ｎ個の領域からアクティブ領域ｒを探索し、迅速に見つけることができる。更に、ｎ個の領域のそれぞれは、識別Ｈ及びＫ行列のそれぞれの対に関連付けられる。したがって、適用可能なアクティブ領域ｒは、行列Ｈ_ｒ及びＫ_ｒに基づいて特定される。これにより、行列Ｈ_ｒ，Ｋ_ｒに基づいて、適用可能なアクティブ領域４が特定される。次に、アクティブ領域ｒについて、対応するフィードバック則行列Ｆ_ｒ及びＧ_ｒを適用して（ブロック８２５）、予測ホライズン（又は時間ウィンドウ）にわたって最適な入力値を含む入力行列を計算する。次いで、入力行列の第１の値が出力され、ＭＰＣ制御のための動的システムに適用される一方で、入力行列の他の入力値は破棄される。

【0112】

したがって、（オフラインで生成された）ＭＰＣパーティション８１０は、ＭＰＣ制御ブロック８０５が探索するためのＰＷＡフィードバック則のｎ個の領域を表す。ＭＰＣ制御ブロック８０５（オンライン）の動作中、識別行列Ｈ_ｒ及びＫ_ｒはＭＰＣパーティション８１０のアクティブ領域につながり、対応する行列Ｆ_ｒ及びＧ_ｒは、スイッチ側インダクタ電流／出力コンデンサ電圧の更新された状態値に基づいてＰＷＭ変調のための最適入力値（ｕ_Ｎ（ｋ））を計算するのに役立つ。ここで、ｕＮ（ｋ）＝（ｖ_ｄｃ＊ｄ（ｋ））であり、ｖｄｃはＤＣ端子２２０（例えば、図３を参照されたい）間のＤＣバス電圧であり、ｄ（ｋ）はＰＷＭ制御信号のデューティサイクルである。制御行列Ｆ_ｒ，Ｇ_ｒは、前述したコスト関数や制約に基づいて導出される。

【0113】

各制御周期において、ＭＰＣ制御ブロック８０５は、入力８１５（例えば、ｉ_Ｌ（ｋ），ｖ（ｋ），ｉ_ｇ（ｋ）、及びｖ_{ｃ，ｒｅｆ}（ｋ）の基準であり、ｋは位相ａ、ｂ、又はｃを示す）を取り、対応する探索行列Ｈ_ｒ及びＫ_ｒを有するアクティブ領域ｒを見つける。次に、ＰＷＭ変調のためのＦ_ｓ、ｃ及びＧ_ｓ、ｃの特定の制御法則行列を用いてデューティサイクルｄ（ｋ）が導出され、制御ブロック８０５によって出力される（例えば、ｕＮ（ｋ）の一部として）。出力デューティサイクル（ｄ（ｋ））は、０～１の間の値であってもよい。出力デューティサイクルは、コンバータブロック２６２を表す動的システム８３０に提供される（例えば、ＭＰＣ制御ブロック８０５を実装するローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃに関連付けられたゲートドライバは、出力デューティサイクルを受信することができる）。

【0114】

幾つかの例では、制御システム１０５は、電力コンバータ１１５の各相に１つずつ、Ｎ個のＭＰＣコントローラ（例えば、Ｎ個のローカルコントローラ１６０、ここでＮ≧１）を含む。幾つかの実施形態では、各ＭＰＣコントローラは、中央コントローラ（例えば、中央コントローラ１５０）から、ＭＰＣコントローラに関連するフェーズの制御基準ターゲットを受信する。他の（非カスケード制御システム）実施形態では、ＭＰＣコントローラはそれぞれ、ローカルにそれぞれの制御基準ターゲットを決定する。例えば、ＭＰＣコントローラは、制御基準ターゲットを導出するために別個のＭＰＣアルゴリズムを実行してもよく、又は制御基準ターゲットを導出するために実行される非ＭＰＣアルゴリズム（例えば、ＰＩ制御アルゴリズム、ＰＩＤ制御アルゴリズムなど）を含んでもよい。

【0115】

幾つかの実施形態では、状態推定器は、Ｎ個のＭＰＣコントローラのそれぞれに関連付けられて、相の他の電気的特性のサンプリングに基づいて、ＭＰＣコントローラに関連付けられた相の１つ以上の電気的特性の推定を提供する。例えば、状態推定器は、相のコンデンサ電圧（ｖ_{ｃ，ａｂｃ}）及びグリッド側インダクタ電流（ｉ_{ｇ，ａｂｃ}）に基づいて、相のスイッチ側インダクタ電流（本明細書ではインダクタ電流ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}とも呼ばれる。）を推定するＬｕｅｎｂｅｒｇｅｒオブザーバ技術を実装することができる。状態推定器を使用すると、ＭＰＣコントローラに電気的特性を提供するためにシステムで使用されるセンサの数を減らすことができ、それによってモータ回路のコスト及び／又はサイズを削減することができる。

【0116】

幾つかの実施形態では、共振を緩和するための能動減衰のためのＭＰＣは、前述したように、カスケード制御システム及び高調波注入の一方又は両方を含む電力コンバータに含まれてもよい。

【0117】

Ｖ．状態推定器
本明細書で述べるように、幾つかの例では、制御システム１０５又はコントローラ１５０，１６０，７６０、又は８０５は、制御下の対応するコンバータの１つ以上の電気的特性を決定するために状態推定器を使用又は実装する。状態推定器を使用すると、システムのセンサ数を減らすことができ、これにより、特定の電気的特性を検知する場合と比較して、センサコストを削減し、コンバータの体積を削減し（電力密度を改善し）、及び／又はノイズ防止機能（すなわち、ノイズの低減）を介して制御性能を改善することができる。

【0118】

例えば、本明細書に記載の様々な電力コンバータシステム（例えば、コンバータシステム１００，２００，３００，７００）を参照すると、３つの変数、スイッチ側インダクタ電流（ｉ_Ｌｆｓ）、フィルタコンデンサ電圧（ｖ_Ｃｆ）、及びグリッドフィルタインダクタ（ｉ_Ｌｆｇ）のうちの１つは、他の２つの変数によって推定することができる。図９は、例えば、図７のコンバータ７００などのＬＣＬフィルタシステムのカスケードモデル予測制御と共に使用するための状態推定器９００を示す。しかしながら、状態推定器９００は、同様の原理を用いる他のコンバータにも適用可能である。状態推定器９００は、例えばコントローラのハードウェア又は実行可能ソフトウェアブロックとして、コントローラのうちの一方（例えば、コントローラ１５０，１６０，７６０，８０５）によって実装されてもよい。例えば、図７を参照すると、状態推定器９００は、ローカルＭＰＣコントローラ７６０のそれぞれに組み込まれてもよい。また、ローカルＭＰＣコントローラ内に含まれる状態推定器９００の一例を図１２に示す。

【0119】

具体的には、状態推定器９００は、コンデンサ電圧ｖ_Ｃｆ及びグリッド側インダクタ電流ｉ_Ｌｆｇのサンプリングを用いて、スイッチ側インダクタ電流

【数28】

、コンデンサ電圧

【数29】

及びグリッド側インダクタ電流

【数30】

を推定するように設計されたＬｕｅｎｂｅｒｇｅｒオブザーバを実装することができる。しかしながら、他の例では、状態推定器９００は、３つの変数のうちの任意の２つのサンプリングに基づいて変数を推定してもよい。更に別の例では、状態推定器９００は、三変数のうちのいずれか一変数のサンプルに基づいて変数を推定することができ、これにより、更なるセンサの削減を可能にすることができるが、推定の精度を低下させることができる。サンプリングは、センサ１４０によって状態推定器９００に提供される測定値（例えば、電流及び電圧）であってもよい。

【0120】

離散時間状態推定器の状態空間方程式は、以下の標準行列形式で表すことができる。

【数31】

【数32】

ここで、Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒオブザーバの変数及び行列は、

【数33】

【数34】

【数35】

【0121】

Ｌ_Ｅは、最小の推定誤差を達成するように調整することができる３×２オブザーバ利得行列である。状態推定器の図を図９に示す。状態オブザーバは、次の動的方程式を用いて推定誤差ｅ（ｋ）を最小化する。
ｅ_ｋ＋１＝（Ａ_Ｅ－Ｌ_ＥＣ_Ｅ）ｅ_ｋである。

【0122】

推定利得は、以下によって導出することができる。

【数36】

ここで、Ｒは調整係数から構成され、Ｍはシルベスタ方程式を解くことによって決定される。

【数37】

ここで、Λは所望の固有値を有する行列である。

【0123】

この特定の例では、状態推定器９００を組み込んだシステムは、スイッチ側インダクタ電流を直接検出するための電流センサを有さなくてもよく、代わりに、この電流値（例えば、下側コンデンサの検知電圧及び／又はグリッド側インダクタの検知電流に基づいて、）の推定に依存してもよい。この手法は、例えばセンサの近傍からコンバータの電力スイッチングデバイスへのノイズに起因して、電流センサでスイッチ側インダクタ電流を直接検出することが困難であり得るため、有益であり得る。

【0124】

幾つかの実施形態では、前述の状態推定器は、前述のように、カスケード制御システム、高調波注入、又はＭＰＣベースの制御のうちの１つ以上を含む電力コンバータに含まれてもよい。

【0125】

ＶＩ．可変周波数臨界ソフトスイッチング
幾つかの例では、本明細書で提供されるコントローラのうちの１つ以上（例えば、コントローラ１５０，１６０，７６０）は、可変周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＦＣＳＳ）方式を使用してそれらの対応する電力コンバータブロック２６２（例えば、コンバータ１１５，２００，３００又は３０４を形成する）を駆動する。ＶＦＣＳＳスキームは、電力コンバータの改善された効率及び低減されたフィルタボリューム（すなわち、改善された出力密度）を提供することができる。ソフトスイッチングは、ターンオンスイッチング損失をターンオフスイッチング損失に置き換えることを可能にし、これは、少なくとも幾つかのＦＥＴ（例えば、ＳｉＣ ＦＥＴ）のターンオン損失が典型的にはターンオフ損失よりもはるかに大きいため、少なくとも有益である。このＶＦＣＳＳ技術は、ＦＥＴスイッチング損失を低減しながら、スイッチング周波数の増加（例えば、５倍）及びインダクタンスの低減（例えば、２０倍）を可能にし、その結果、電力密度及び効率が改善される。

【0126】

ＶＦＣＳＳは、ソフトスイッチング遷移を提供するためにＬＣフィルタにおいて（例えば、図２，３中のＬＣフィルタ２４５及びＬＣフィルタ３０８のスイッチ側インダクタ２５０において）所望のインダクタリップル電流を達成するようにスイッチング周波数を変えることによって実装される。所望のインダクタリップル電流は、インダクタ電流の谷点がインダクタ閾値電流Ｉ_{Ｌ，ｔｈｒ}の所定の値に達するように導出することができる。図２のコンバータ２００又は図３のコンバータ３０４などのコンバータの場合、Ｉ_{Ｌ，ｔｈｒ}は、対応するスイッチング素子２３５，２４０の出力容量から導出することができるインダクタ２５０のデッドタイム及びピーク／谷インダクタ電流の境界条件にしたがって設定される。図１０は、デッドタイム（Ｔ_ｄ）とピーク・谷インダクタ電流Ｉ_{Ｌ，ｍａｘ 及び}Ｉ_{Ｌ，ｍｉｎ}のそれぞれとの境界関係を示す。ソフトスイッチングをもたらすインダクタ電流及びデッドタイム値は、ソフトターンオンスイッチング領域又は領域として識別され、ソフトスイッチングをもたらさないインダクタ電流及びデッドタイム値は、ハードスイッチング領域又は領域として識別される。ソフトスイッチング領域は、オンになる前に電力スイッチング素子（Ｍ１又はＭ２）の出力容量を放電するのに十分な時間及び電流がある動作領域を表す。分析的に、これらの境界は以下のように表される。
（１／２）Ｉ_{Ｌ，ｍａｘ}Ｔ_ｄ≦Ｑ_ｍｉｎ≦０，
（１／２）Ｉ_{Ｌ，ｍｉｎ}Ｔ_ｄ≧Ｑ_ｍａｘ≧０
ここで、Ｑ_ｍｉｎ及びＱ_ｍａｘは、ソフトスイッチングのためのスイッチ出力容量の最小放電閾値である。

【0127】

ＤＣインダクタ電流の正の値が大きい場合、閾値電流レベル－Ｉ_{Ｌ，ｔｈｒ}よりも低い谷インダクタ電流点を維持するために、大電流リップル（例えば、インダクタを通る電流の２００％超、又は２００％－３００％の範囲内の値）が使用されるか、又は必要とされる。負のインダクタ電流は、下側スイッチのターンオフ過渡期間に上側スイッチ出力容量を放電する。同様に、ＤＣインダクタ電流の高い負の値の場合、ピークインダクタ電流点が閾値電流Ｉ_{Ｌ，ｔｈｒ}よりも大きいことを保証するために、大きな電流リップルも使用又は必要とされる。上側スイッチのターンオフ過渡中に下側スイッチの出力容量が正のインダクタ電流によって完全に放電される場合、下側スイッチのゼロ電圧スイッチング（ＺＶＳ）が達成される。一般に、サイクル全体にわたって（例えば、グリッドサイクル全体）完全なソフトスイッチングを達成するために、電流リップルは、双方向インダクタ電流経路を保証するのに十分な大きさであるべきであり、又はデッドタイムが拡大されるべきである。不必要に長いデッドタイムは歪みをもたらす可能性があるため、ＶＦＣＳＳはスイッチング周波数を調整して、全サイクルにわたって重要なソフトスイッチングを維持する。ＶＦＣＳＳ方式は、サイクルの負の部分の間に正の閾値電流を維持し、サイクルの正の部分の間に負の閾値電流を維持するように実装される。これを任意の閾値について達成するためのスイッチング周波数は、以下の式で計算することができる。

【数38】

ここで、Ｉ_{Ｌ，ｔｈｒ}はソフトスイッチングの境界閾値電流であり、所与のデッドタイム（Ｔ_ｄ）を有する図１０から導出することができ、Ｉ_Ｌはスイッチング側インダクタ電流であり、ｄは基準デューティサイクル（０と１との間の値）である。

【0128】

図１１は、電力コンバータの一対のスイッチング素子を制御する制御システム１１００を示す。特に、制御システム１１００は、コンバータブロック２６２（図２参照）のＶＦＣＳＳ制御のための例示的な制御方式を実装するコントローラ１１６０を示す。幾つかの例では、コントローラ１１６０は、コントローラ１５０，１６０，７５０，７６０のうちの１つ以上の特定の実施態様である。コントローラ１１６０は、基準デューティサイクル（ｄ＊）及び基準スイッチング周波数（ｆ_ＳＷ＊）をそれぞれ生成するためのレギュレータであり得るデューティサイクル生成コントローラ１１０５及び周波数生成コントローラ１１１０を含む。デューティサイクル生成コントローラ１１０５は、センサ１４０、状態推定器９００、又はそれらの組み合わせによって提供される電流及び／又は電圧などの電力コンバータ２１０の検知（又は推定）された特性に基づいて基準デューティサイクル（ｄ＊）を生成することができる。例えば、デューティサイクル生成コントローラ１１０５は、ＰＩＤコントローラ、ＭＰＣコントローラ（例えば、ＭＰＣ制御ブロック８０５を参照されたい）、又は別の種類のレギュレータを実装することができる。周波数生成コントローラ１１１０は、コンバータブロック２６２の検知（又は推定）された特性及び Ｆ_ＳＷ＊を計算するための上記の式に基づいて基準スイッチング周波数（ｆ_ＳＷ＊）を生成することができる。

【0129】

ゲートドライバ１１１５は、コントローラ１１０５，１１１０から基準デューティ比（ｄ＊）及び基準スイッチング周波数（ｆ_ＳＷ＊）を受ける。ゲートドライバ１１１５は、受け取ったこれらの基準値に基づいて、上側スイッチ（Ｍ１）２３５用の第１のＰＷＭ制御信号と、下側スイッチ（Ｍ２）２４０用の第２のＰＷＭ制御信号とを生成する。例えば、ゲートドライバ１１１５は、基準スイッチング周波数に等しい周波数（ｆ_ＳＷ）を有し、基準デューティサイクル（ｄ＊）に等しいデューティサイクル（ｄ_１）を有する第１のＰＷＭ制御信号を生成する。同様に、ゲートドライバ１１１５は、基準スイッチング周波数（ｆ_ＳＷ＊）に等しい周波数（ｆ_ＳＷ）を有し、１－ｄ_１－（Ｔ_ｄ／ｆ_ＳＷ）及び／又は（１－Ｄ）＊Ｔｓｗ－（Ｔｄ／ｆｓｗ）に等しいデューティサイクルｄ_２を伴う第２のＰＷＭ制御信号を生成し、第２のＰＷＭ制御信号のＯＮエッジは、第１のＰＷＭ制御信号のＯＦＦエッジよりも時間Ｔ_ｄ／２だけ遅れ、第２のＰＷＭ制御信号のＯＦＦエッジは、ＰＷＭ信号のＯＮエッジよりも時間Ｔ_ｄ／２だけ先行する。

【0130】

図１１は単相用のＶＦＣＳＳ制御を示しているが、図１２は三相ＭＰＣ制御ベースの電力コンバータに実装されたＶＦＣＳＳ方式を示している。より詳細には、図１２は、可変周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＦＣＳＳ）を用いたＭＰＣ制御を含む電力コンバータシステム１２００を示す。コンバータシステム１２００は、電力システム１００の別の例であり、ローカルコントローラ１６０がＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラとして実装されることを除いて、前述したシステム４００及びシステム７００と同様である。特に、図１２では、これらのローカルコントローラは、ローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０ａ～ｃとして識別される。したがって、図１のシステム１００、図４のシステム４００及び図７のシステム７００に関する上記の説明は、図１２のシステム１２００にも適用され、同様の構成要素には同様の番号が使用される。更に、システム１２００は、幾つかの点で、図１１の単相ＶＦＣＳＳの多相システムへの外挿であるため、同様の構成要素には、場合によっては、「ａ」、「ｂ」、又は「ｃ」（例えば、図１１の周波数コントローラ１１１０の３つのインスタンスのそれぞれは、図１２の周波数コントローラ１１１０ａ、１１１０ｂ、又は１１１０ｃとして識別される）の相指定を追加して、同様の番号が使用される。

【0131】

図１２に示すように、コンバータシステム１２００は、制御システム１２０５を含み、これは制御システム１０５の特定の例であり、上記で参照した制御システム７０５と同様である（例えば、図１、図４、及び図７に関して）。制御システム１２０５は、中央コントローラ１５０及びローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０ａ～ｃを含む。別個に示されているが、ゲートドライバ１１１５ａ～ｃはまた、ローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０ａ～ｃの一部と見なされてもよい。コンバータシステム１２００は、ＡＣ／ＤＣ整流器及び／又はＤＣ／ＡＣインバータとして機能するように構成された三相コンバータを実装する。したがって、コンバータ３０４として識別されるコンバータ回路（例えば、電力スイッチング素子）は、各相ａ、ｂ、ｃについてそれぞれのコンバータブロック２６２ａ～ｃを含むことができる。

【0132】

中央コントローラ１５０は、例えば、図４及び図６に関して前述したのと同様の態様で、ローカルコントローラＭＰＣ－ＶＦＣＳＳ１２６０ａ～ｃからのコンバータ３０４の電気的特性に基づいて、静止ａｂｃ基準座標系内に三相の制御基準（三相コンデンサ電圧基準ｖ_{ｃ，ａｂｃ}＊）を生成する。

【0133】

図１２に示すように、ローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０ａ～ｃはそれぞれ、それぞれのＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃ、それぞれの状態推定器９００ａ～ｃ、及びそれぞれの周波数コントローラ１１１０ａ～ｃを含む。ＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃは、図７のＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃと同様に機能することができ、特定のＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃに対応する位相ａ、ｂ、又はｃのデューティサイクル基準ｄ_ａ＊，ｄ_ｂ＊，又はｄ_ｃ＊出力を提供する。状態推定器９００ａ～ｃは、図９の状態推定器９００と同様に機能してもよく、センサ１４０によって提供される測定値に基づいて、特定の状態推定器９００ａ～ｃに対応する位相ａ、ｂ、又はｃの推定値を提供する。周波数コントローラ１１１０ａ～ｃは、図１１の周波数コントローラ１１１０と同様に機能して、特定の周波数コントローラ１１１０ａ～ｃに対応する位相ａ、ｂ、又はｃの基準周波数ｆｓｗ＊を提供することができる。周波数コントローラ１１１０ａ～ｃの更なる例は、図１３～図１４を参照して以下に説明される。ゲートドライバ１１１５ａ～ｃは、図１１のゲートドライバ１１１５と同様に機能することができ、受信したデューティサイクル基準ｄ_ａｂｃ＊及び基準スイッチング周波数ｆ_{ＳＷ，ａｂｃ}＊に基づいて、特定のゲートドライバ１１１５ａ～ｃに対応する相ａ、ｂ、又はｃについてコンバータ３０４の電力スイッチング素子にＰＷＭ制御信号を提供する。

【0134】

幾つかの例では、状態推定器９００ａ～ｃはシステム１２００に設けられず、代わりに、ＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃ及び周波数コントローラ１１００ａ～ｃによって使用される測定値のそれぞれは、センサ１４０（例えば、図１１及び図１４に示すように）を介した直接検知によって提供される。幾つかの例では、ＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃの代わりに、別のローカルコントローラ１６０ａ～ｃ（例えば、ＰＩ又はＰＩＤコントローラ）が、コンバータ３０４の各相のローカルＰＷＭ調整のために設けられる。

【0135】

図１３及び図１４は、それぞれが基準スイッチング周波数ｆ_ＳＷ＊を生成するための異なる制御戦略を有するローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０の一例を示す。より具体的には、図１３は、可変連続周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＣＦ－ＣＳＳ）を実装するローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１３６０（図１２のローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０の一例）を有する制御システム１３００を示し、図１４は、可変離散周波数臨界ソフトスイッチング（ＶＤＦ－ＣＳＳ）を実装するローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１４６０（図１２のローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０の別の例）を有する制御システム１４００を示す。したがって、説明を簡単にするために、コントローラ１３６０は、ローカルＭＰＣ－ＶＣＦＣＳＳコントローラ１３６０、又は連続周波数コントローラ１３６０と呼ばれてもよく、説明を簡単にするために、コントローラ１４６０は、ローカルＭＰＣ－ＶＤＦＣＳＳコントローラ１４６０、又は離散周波数コントローラ１４６０と呼ばれてもよい。

【0136】

２つのコントローラ１３６０及び１４６０は、異なるタイプの周波数で高効率のための重要なソフトスイッチング動作を達成するように実装される。連続周波数コントローラ１３６０は、臨界ソフトスイッチング境界条件に基づいて連続スイッチング周波数を導出し、次いで、（ゲートドライバ１１１５を介して）ＰＷＭ制御信号に周波数値を直接実施する。連続周波数コントローラ１３６０はまた、状態推定器９００から、及び幾つかの例では、関連するＬＣフィルタの他の電気的特性からのスイッチ側インダクタ電流値（ｉ_{Ｌｆｓ，ｅｓｔ}）の推定値を受信する。一方、離散周波数コントローラ１４６０は、算出したスイッチング周波数をＰＷＭ用のサンプリング周波数の複数倍で離散化し、状態推定器９００を用いてスイッチ側インダクタ電流値を導出しなくてもよい。

【0137】

図１５は、ＶＣＦ－ＣＳＳ用のスイッチ側インダクタ電流波形１５００及びスイッチ側インダクタ電流波形１５０５ ＶＤＦ－ＣＳＳをそれぞれ示している。ＶＣＦ－ＣＳＳ及びＶＤＦ－ＣＳＳの包絡線は、様々なタイプのスイッチング周波数に起因して滑らかで離散化されている。両方の技術は、効率を改善するための重要なソフトスイッチング動作を達成することができる。ＶＣＦ－ＣＳＳ及びＶＤＦ－ＣＳＳ技法の両方をＭＰＣベースの制御と組み合わせて、時変スイッチング周波数に対処することができ、ＭＰＣベースの制御は、離散化周波数ＶＤＦ－ＣＳＳ技法の場合でも、振動及びスパイクが少ない過渡性能を改善することができる。したがって、コンバータの電力スイッチング素子に対する対応するｄｉ／ｄｔ応力は低い。

【0138】

より具体的には、図１３を参照すると、連続周波数コントローラ１３６０は、ピーク／谷スイッチ側インダクタ電流及び臨界ソフトスイッチング境界条件に基づいて所望の連続スイッチング周波数を計算するように設計することができる。より詳細には、連続的に変化するスイッチング周波数ｆ_{ＳＷ，ｃａｌ}は、臨界ソフトスイッチング境界条件の閾値電流（Ｉ_ｔｈ）に基づいて導出される。スイッチ側インダクタ電流リップルΔｉ_Ｌｆｓは、以下のように計算することができる。

【数39】

臨界ソフトスイッチング境界条件は、ピーク／谷インダクタ電流値がそれぞれＩ_ｔｈより高く、－Ｉ_ｔｈより低いことを必要とする。したがって、連続的に変化するスイッチング周波数ｆ_{ＳＷ，ｃａｌ}の計算は、以下のように表すことができる。

【数40】

【数41】

ここで、ｉ_{Ｌｆｓ，ａｖｅ}は、臨界ソフトスイッチング計算のための高電流リップルを考慮しないスイッチ側インダクタ電流の平均値である。ｉ_{Ｌｆｓ，ａｖｅ}はまた、図１５の波形１５００の正弦波形線としてプロットされている。

【0139】

図１３に示すように、連続周波数制御ブロック１３１０（図１２の周波数コントローラ１１１０ａ～ｃの一例）は、状態推定器９００からのｉ_{Ｌｆｓ，ｅｓｔ}，ｖ_{Ｃｆ，ｅｓｔ}及びｉ_{Ｌｆｇ，ｅｓｔ}の推定値と、ＭＰＣコントローラ７６０からの基準デューティサイクル値（ｄ＊）とを受ける。連続周波数制御ブロック１３１０は、これらの受信値に基づいて、基準スイッチング周波数ｆ_{ＳＷ，ｃａｌ}を算出する。周波数コントローラ１３１０は、基準スイッチング周波数ｆ_{ＳＷ，ｃａｌ}をゲートドライバ１１１５に出力する。

【0140】

状態推定器９００は、（例えば、センサ１４０を介して）電流の直接サンプリングと比較して、基準スイッチング周波数計算のためのより正確なスイッチ側インダクタ電流値を提供することができる。例えば、センサ１４０を介した直接サンプリングでは、スイッチング周波数が変化すると、特に臨界ソフトスイッチングの電流リップルが大きい場合、真の平均インダクタ電流値からのサンプリングの偏差が生じる可能性がある。しかしながら、この偏差誤差は、状態推定器９００によって実行される計算の結果として緩和することができる。

【0141】

ここで図１４を参照すると、離散周波数コントローラ１４６０は、連続周波数制御ブロック１３１０及び状態推定器９００の代わりに離散周波数制御ブロック１４１０を含むことを除いて、連続周波数コントローラ１３６０（同様の番号が付けられている）と同様の構成要素を含む。離散周波数制御ブロック１４１０は、連続周波数制御ブロック１３１０と同様に、図１２の周波数コントローラ１１１０ａ～ｃの別の例である。状態推定器９００の代わりに、離散周波数コントローラ１４６０（ＭＰＣコントローラ７６０及び離散周波数制御ブロック１４１０を含む）は、関連する電流及び電圧についてセンサ１４０から測定値を受信する。

【0142】

離散周波数コントローラ１４６０では、前述の式における連続的に変化するスイッチング周波数は、基本サンプリング周波数ｆ_{ＳＷ，ｂａｓｅ}の整数倍として設計された所定の周波数帯域幅セクションに更に離散化される。したがって、ＰＷＭ信号における離散化された可変スイッチング周波数は、ｆ_{ＳＷ，ｂａｓｅ}
（

【数42】

）
のｎ倍となり得る。ソフトスイッチング動作を保証するために、ｎの倍数値は、比較的低いスイッチング周波数部分を選択することによって離散化中に切り詰められてもよい。

【0143】

ＰＷＭスイッチングキャリア信号とサンプリング信号（センサ１４０用）との関係を図１６のプロット１６００に示す。プロット１６００には、４ｆ_{ＳＷ，ｂａｓｅ}から２ｆ_{ＳＷ，ｂａｓｅ}、次いでｆ_{ＳＷ，ｂａｓｅ}への可変スイッチング周波数が示されている。周波数離散化のプロセスは、以下のように表すことができる。

【数43】

【0144】

離散化された周波数は、周波数変化過渡現象中のサンプリングノイズの振動によって前後にリンギングし得る。周波数離散化処理の後にヒステリシスループが構成され、周波数振動が除去される。そして、基準離散化周波数（ｆ_{ＳＷ，ｄｉｓｃｒｅｔｅ}）をゲートドライバ１１１５に出力し、コンバータ３０４へのＰＷＭ制御信号の周波数を制御する。

【0145】

ＶＣＦ－ＣＳＳと比較して、ＶＤＦ－ＣＳＳは、スイッチング周波数を基本サンプリング周波数の複数倍に離散化する。これにより、図１６に示すように、正確な値からずれることなく、電流リップルの平均点でスイッチ側インダクタ電流をサンプリングすることができる。したがって、ｉ_Ｌｆｓを推定するための状態推定器がなくても、インダクタ電流サンプリングは、高電流リップルでの臨界ソフトスイッチング計算に対して正確であり得る。

【0146】

図１７Ａ及び図１７Ｂは、それぞれプロット１７００及び１７０５を含み、これらは、本明細書に記載されているような電力コンバータシステム１２００の一例の例示的な実験結果を示しており、ＳｉＣ ＦＥＴを有する三相コンバータ（例えば、図３を参照されたい）、第３の高調波注入（例えば、図４を参照されたい）、カスケード制御システム（例えば、図４，６，７を参照されたい）、カスケード制御システム内のＭＰＣベースのローカルコントローラ（例えば、図７を参照されたい）、及び可変周波数ソフトスイッチング（例えば、図１１～図１４を参照されたい）を組み込んでいる。提供される他の例では、これらの特徴のうちの１つ以上は含まれない（例えば、第３高調波注入の代わりに、ゼロシーケンス電圧制御基準のＶｄｃ／２が提供される、又は、ローカルＭＰＣベースの制御の代わりに、別のローカルレギュレータが含まれる）。

【0147】

図１７Ａにおいて、プロット１７００は、電力コンバータシステム１２００並びに幾つかの他の例示的なシステムのレート電力（Ｗ）対スイッチング周波数（Ｈｚ）を示す。図１７Ｂにおいて、プロット１７０５は、電力密度（ｋＷ／Ｌ）対効率（％）を示す。図示のように、他のシステムと比較して、電力コンバータシステム１２００は、高いスイッチング周波数と、高電力密度及び高効率の両方のバランスとを得ることができる。

【0148】

幾つかの実施形態では、説明するようなＶＦＣＳＳは、本明細書で説明するように、カスケード制御システム、高調波注入、ＭＰＣベースの制御、又は状態推定器のうちの１つ以上を含む電力コンバータに含まれてもよい。

【0149】

ＶＩＩ．モジュール式電力コンバータ
本節は、自動コンバータモジュール又は電力コンバータモジュールとも呼ばれる１つ以上のモジュラ電力コンバータユニットから構成されたモジュラ電力コンバータに関するシステム及び方法を説明する。そのような自動コンバータモジュール（ＡＣＭ）は、異なる用途のために容易に互いに接続され、異なる用途にわたって非常に効率的な電力コンバータのままであり得る。以下で更に説明するように、幾つかの例では、各モジュール式電力コンバータは、単相の多相電力出力（例えば、ＤＣ／ＡＣインバータ用途において）を提供してもよく、単相の多相電力入力（例えば、ＡＣ／ＤＣ整流器用途において）を受信してもよい。幾つかの例では、複数のモジュール式電力コンバータは、多相モジュール式電力コンバータの各相に対して並列に互いに結合される。本明細書で前述した電力コンバータのいずれも、この節で説明した原理に基づいてモジュール式電力コンバータとして実装することができる。すなわち、幾つかの例では、前述の電力コンバータ１００，４００，７００、及び１２００のうちの１つ以上は、１つ以上のＡＣＭから構成されたモジュール式電力コンバータである。

【0150】

図１８Ａを参照すると、単一のＡＣＭ１８０５を有するモジュール式電力コンバータ１８００が示されている。図１８Ｂでは、ｎ個のＡＣＭ１８０５が並列に接続されたモジュール式電力コンバータ１８２０が示されている。各ＡＣＭ１８０５は、ＤＣリンクコンデンサ（Ｃ_ＤＣ）、ハイサイド（上側）スイッチ、ローサイド（下側）スイッチ、上側スイッチのドレイン端子と下側スイッチのソース端子とを接続する中間点ノード、及びＬＣフィルタを含む、コンバータブロック２６２（図２参照）とも呼ばれ得るコンバータ２００のインスタンスを含むことができる。図示されているように、ＡＣＭ１８０５のコンバータ２００は、上側及び下側スイッチのそれぞれのためのソース－ドレインコンデンサを含み、ＬＣフィルタは、図２を参照して更に詳細に説明されるように、上側コンデンサ及び下側コンデンサの両方を含む。幾つかの例では、ＬＣフィルタのソース－ドレインコンデンサ及び上側コンデンサのうちの１つ以上は、ＡＣＭ１８０５のコンバータ２００に含まれない。図２と同様に、ＡＣＭ１８０５のコンバータ２００は、正のＤＣ端子２２２及び負のＤＣ端子２２４を含むＤＣ端子２２０と、正のインタフェース端子２２７及び負のインタフェース端子２２９を含むインタフェース端子２２５とを更に含む。

【0151】

更に、各ＡＣＭ１８０５は、コンバータ２００の要素が取り付けられた単一のプリント回路基板（ＰＣＢ）を含むことができる。更に、図１８Ａ～図１８Ｂには示されていないが、ローカルコントローラ１６０（例えば、ローカルＭＰＣコントローラ７６０又はローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０の形態である）は、各ＡＣＭ１８０５の一部であってもよく、ＡＣＭ用のコンバータ２００と同じＰＣＢ上に実装されるか、そうでなければ含まれてもよい。ＰＣＢは、各ＡＣＭ１８０５の周りの破線ボックスによって表すことができる。各ＡＣＭ１８０５は、モジュール式であり、別のＡＣＭ１８０５とコンバータシステムの内外で交換することができるように、同様のサイズ、向き、及び一般的な構成であってもよい。

【0152】

幾つかの例では、図１８Ｂに示すように互いに結合され、本開示の様々な電力コンバータシステム（例えば、図４，６，７及び１２を参照されたい）に示すように中央コントローラ（例えば、中央コントローラ１５０）に更に結合されたｎ個のＡＣＭ１８０５を含む、モジュール式電力コンバータ１８２０などのモジュール式電力コンバータが提供される。これらの例に関して説明したように、中央コントローラ１５０は、モジュール式ＡＣＭ１８０５のターゲット動作パラメータ（例えば、マクロレベルで）を決定し、これらのターゲット動作パラメータをこれらのＡＣＭ１８０５のローカルコントローラに提供することができる。次いで、ローカルコントローラは、それらのそれぞれのＡＣＭ１８０５の電力スイッチング素子を、それらのターゲット動作パラメータにしたがって制御及び調整することができる。

【0153】

図１８Ｂに示すように、幾つかの例では、ｎ個のＡＣＭ１８０５は、各ＡＣＭ１８０５の正のＤＣ端子２２２が互いに結合され、各ＡＣＭ１８０５の負のＤＣ端子２２４が互いに結合され、各ＡＣＭ１８０５の負のインタフェース端子２２９が互いに結合されるように並列に結合された少なくとも２つの電力コンバータモジュール又は３つの電力コンバータモジュールを含む。加えて、ＡＣの特定の相のＡＣＭ１８０５の正のインタフェース端子２２７は互いに結合されてもよく、又は、相ごとに１つのＡＣＭ１８０５の例では、各正のインタフェース端子２２７は、アクティブＡＣＭ１８０５の任意の他の正のインタフェース端子２２７とは独立していてもよい（すなわち、この正のインタフェース端子２２７に結合されない）。

【0154】

幾つかの例では、モジュール式電力コンバータ１８００及び１８２０は、ＡＣ－ＤＣ整流器、ＤＣ－ＡＣインバータ、又はＡＣ－ＤＣ整流器モード及びＤＣ－ＡＣインバータモードを有するマルチモード電力コンバータである。

【0155】

モジュール式電力コンバータ１８００及び１８２０の幾つかの例では、各ローカルコントローラは、少なくとも１００ｋＨｚ、１００ｋＨｚから１ＭＨｚの間、又は３００ｋＨｚから１ＭＨｚの間の周波数で可変周波数臨界ソフトスイッチングを使用して、１つ以上のＡＣＭ１８０５の電力スイッチング素子対を駆動するように構成される。幾つかの例では、１つ以上の電力コンバータモジュールのそれぞれのＬＣフィルタは、ＬＣフィルタによって受信されたＡＣ電力信号をフィルタリングするように構成され、ＡＣ電力信号は、局所平均電流の少なくとも２００％の電流リップルを有する。

【0156】

幾つかの実施形態では、モジュール式電力コンバータで電力を変換するプロセスが提供される。例えば、プロセスは、１つ以上の電力コンバータモジュールによって入力電力を受け取るステップを含むことができる。１つ以上の電力コンバータモジュールのそれぞれは、前述したように、正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、正及び負のＤＣ端子にわたって結合されたコンデンサと、電力スイッチング素子対、コンデンサ及びインダクタを含むＬＣフィルタと、電力スイッチング素子対に結合されたローカルコントローラと、正及び負のＤＣ端子と、コンデンサと、電力スイッチング素子対と、ＬＣフィルタと、ローカルコントローラとを有する回路基板とを含んでもよい。プロセスは、ローカルコントローラによって、入力電力を出力電力に変換するために可変周波数ソフトスイッチングを使用して電力スイッチング素子対を駆動するステップを更に含むことができる。プロセスは、中央コントローラによって、１つ以上の電力コンバータモジュールのそれぞれのローカルコントローラと通信するステップを更に含むことができる。

【0157】

図１９は、モジュール式三相電力コンバータ１９００を示す。コンバータシステム１９００は、電力システム１００の別の例であり、前述したシステム４００、７００、１２００の要素を組み込むことができる。したがって、図１のシステム１００、並びに図４のシステム４００、図７のシステム７００、及び図１２のシステム１２００の同様の態様に関する上記の説明は、図１９のシステム１９００にも適用され、同様の構成要素には同様の番号が使用される。

【0158】

モジュール式三相電力コンバータ１９００は、三相電力コンバータ１９００の各相に１つずつ、３つのＡＣＭ１９０５を含む。各ＡＣＭ１９０５は、一般に、図１８Ａ及び図１８ＢのＡＣＭ１８０５と同様であるが、各ＡＣＭ１９０５にｍ個の並列接続されたコンバータブロック２６２を含む。例えば、図１９では、位相ＣのＡＣＭ１９０５の３つのコンバータブロック２６２がラベル付けされているが、位相Ｃには更なるコンバータブロック２６２が存在してもよい。図１９では、説明を簡単にするために、位相Ａ及びＢについても３つのコンバータブロック２６２が図示されているが、ラベル付けされていない。図示のように、各ＡＣＭ１９０５は、特定のＡＣＭ１９０５を構成するｍ個のコンバータブロック２６２のための共有ＤＣ端子及びインタフェース端子を含む。更に、各ＡＣＭ１９０５の各コンバータブロック２６２は、コンバータブロック２６２と同じＰＣＢ上のローカルコントローラに関連付けられていてもよい。したがって、コンバータ１９００は、３×ｍ個のコンバータブロック２６２と一対一の関係のための３×ｍ個のローカルコントローラを含むことができる。他の例では、ローカルコントローラは、複数のコンバータブロック２６２を制御することができる。ローカルコントローラは、ローカルコントローラ１６０，７６０又は１２６０などの、本明細書に記載のローカルコントローラのうちの１つとして実装されてもよい。図１９では、３×ｍ個のローカルコントローラは、ローカルＭＰＣコントローラ７６０_１～７６０_３ｍとして実装される。

【0159】

図１９のＡＣＭ１９０５は、それぞれがｍ個のコンバータブロック２６２及び対応するローカルＭＰＣコントローラを有するものとして説明されているが、幾つかの例では、ＡＣＭ１９０５は、ｍ個のＡＣＭ１８０５を含むＡＣＭアセンブリである。言い換えれば、コンバータ１９００の各相は、ＡＣＭ１８０５を形成するために互いに接続された複数のＡＣＭ１９０５を含むことができる。更にまた、幾つかの実施形態では、電力コンバータ１９００は、モジュール式ＡＣＭ１８０５又はＡＣＭ１９０５なしで構築される（例えば、回路はモジュール化されていなくてもよく、むしろ複数の回路基板、カスタム基板などにあってもよい）。

【0160】

図２０は、電力システム１００の他の例である単相コンバータ２０００をグリッドの一相に接続するための制御図を示しており、第３の（Ｃ）相及び対応する構成要素（例えば、Ｃ相のＡＣＭ１９０５）がないことを除いて、三相コンバータ１９００と同様とすることができる。単相コンバータ２００は、二相のレッグΦＡ，ΦＢで構成されており、二相のレッグは単相グリッドの二端子に接続されている。したがって、制御図は、三相例において更なる基準電圧（ｖｃ，ｃ＊）がローカルＭＰＣ制御層２００５に提供され、ローカルＭＰＣ制御層２００５が第３（Ｃ）相のためのＡＣＭ１９０５を有することを除いて、三相コンバータ１９００に同様に適用可能である。

【0161】

図２０では、ローカルＭＰＣ制御層２００５は、位相Ａ及び位相ＢのＡＣＭ１９０５を含む。位相ＡのＡＣＭ１９０５は、ｘ個のローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ_１～７６０ａ_ｘを含み、各ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａは、一対のゲートドライバ４０２及びコンバータブロック２６２のインスタンスに対応する（例えば、１対のＦＥＴ及びＬＣフィルタを含む）。同様に、Ｂ相のＡＣＭ１９０５は、ｘ個のローカルＭＰＣコントローラ７６０ｂ_１～７６０ｂ_ｘを含み、各ローカルＭＰＣコントローラ７６０ｂは、一対のゲートドライバ４０２及びコンバータブロック２６２のインスタンス（例えば、１対のＦＥＴ及びＬＣフィルタを含む）に対応する。幾つかの例では、図２０の電力コンバータ２０００のＡＣＭ１９０５は、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ではなく、図１２のローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０を使用することができ、したがって、可変周波数臨界ソフトスイッチング及び／又は状態推定器９００も組み込む。

【0162】

図１９及び図２０のモジュール式多相ＭＰＣ電力コンバータは、コンバータの各相の電流及び電力定格を増加させるために、各相に並列に積層されたパワーモジュールを有するコンバータを実装する。積層パワーモジュールのそれぞれは、中央コントローラ１５０からの各相の制御基準ターゲット（例えば、基準電圧（ｖ_{ｃｆ，ａｂｃ}）に従うことによってローカルＭＰＣコントローラ（例えば、ローカルＭＰＣコントローラ７６０又はローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０）によって制御される。図１９～図２０のコンバータ１９００及び２０００内の各ローカルＭＰＣコントローラは、図７及び図１２に関してそれぞれ説明したローカルＭＰＣコントローラ７６０及びローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０と同様に機能して、特定のローカルＭＰＣコントローラに対応するコンバータブロック２６２を制御する。

【0163】

したがって、本明細書に記載のＡＣＭ１８０５及び１９０５並びにカスケードＭＰＣ制御は、モジュール式電力コンバータシステムを提供し、それによってＡＣＭ１８０５及び／又は１９０５は、相数、電流定格、電力定格などの点で所望される仕様を満たすモジュール式電力コンバータを設計するためのモジュール式構成ブロックとして使用することができる。

【0164】

本明細書で提供される様々なコンバータ回路は、主に上側スイッチ及び下側スイッチを含む電力スイッチング素子対の文脈で説明されているが、幾つかの例では、これらのコンバータのうちの１つ以上は、マルチレベルスイッチトポロジ（例えば、３レベル又は５レベルのスイッチトポロジ）に配置された電力スイッチング素子を含み、各電力コンバータモジュールの電力スイッチング素子対は、２つ以上のハイサイドスイッチング素子及び２つ以上のローサイドスイッチング素子を含むことができる。

【0165】

前述した様々な電力コンバータの機能及び動作に加えて、以下は、開示された電力コンバータの動作プロセスの例である。

【0166】

図２１において、高調波注入を使用して電圧を変換するプロセス２１００が提供される。プロセス２１００は、図４の電力コンバータシステム１００として実装される電力コンバータシステム４００によって実行されるものとして説明される。しかしながら、幾つかの実施形態では、プロセス２１００は、別の電力コンバータシステムによって、又は別の電力コンバータシステム（例えば、コンバータシステム７００、１２００、１９００、２０００、又は本明細書で提供される別のシステム）を実装する電力コンバータシステム１００によって実装されてもよい。更に、プロセス２１００のブロックは特定の順序で示されているが、幾つかの実施形態では、ブロックのうちの１つ以上は、部分的又は全体的に並列に実行されてもよく、図２１に示す順序とは異なる順序で実行されてもよく、バイパスされてもよい。

【0167】

ブロック２１０５において、制御システム１０５は、ゼロシーケンス成分ターゲットを含む回転基準座標系ターゲットを決定し、ゼロシーケンス成分ターゲットは、第Ｎ相高調波注入の倍数に基づく。例えば、図４を参照すると、中央コントローラ１５０は、前述のように、回転基準座標系ターゲットｖ_ｄ＊，ｖ_ｑ＊，及びｖ_０＊を決定することができる。ゼロシーケンス成分ターゲットは、前述のように、高調波注入器４０５によって生成される。例えば、高調波注入器４０５は、（ｉ）ＤＣオフセット（例えば、Ｖｄｃ／２）及び（ｉｉ）第Ｎ相高調波注入（例えば、第３高調波）の倍数の２つの成分を合計することに基づいてゼロシーケンス成分ターゲットを計算することができる。

【0168】

ブロック２１１０において、制御システム１０５は、回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系内にＮ個の制御基準ターゲットを生成する（Ｎ≧１であり、１つの制御基準ターゲットが非絶縁Ｎ相電力コンバータのＮ相のそれぞれに対して生成される）。例えば、図４を参照すると、中央コントローラ１５０は、トランスレータ４１０を介して、回転基準座標系ターゲットを並進させて、静止基準座標系内の基準ターゲットを制御する。特に、トランスレータ４１０は、制御基準ターゲットｖ_ｃ，ａ＊，ｖ_ｃ，ｂ＊，及びｖ_ｃ，ｃ＊を生成する。

【0169】

ブロック２１１５において、制御システム１０５は、Ｎ個の制御基準ターゲットにしたがって電力コンバータの電力スイッチング素子を駆動する。例えば、図４を参照すると、ローカルコントローラ１６０ａ～ｃは、中央コントローラ１５０から受信した制御基準ターゲットｖ_ｃ，ａ＊，ｖ_ｃ，ｂ＊，及びｖ_ｃ，ｃ＊に基づいて、コンバータ３０４の電力スイッチング素子（例えば、図３も参照されたい）を駆動する。ローカルコントローラ１６０ａ～ｃは、例えば、ＭＰＣベースの制御、ＰＩＤ制御、ＰＩ制御を含む、本明細書で提供されるような様々な技術を使用して電力スイッチング素子を駆動することができる。ローカルコントローラ１６０ａ～ｃは、可変周波数臨界ソフトスイッチング（例えば、図１１～図１６を参照されたい）を更に含むことができ、及び／又は状態推定（例えば、図９の状態推定器９００を参照されたい）に基づくことができる。

【0170】

前述したように、プロセス２１００は図４のコンバータ４００に関して説明されているが、プロセス２１００は、コンバータ７００、１２００、１９００、及び／又は２０００によって同様に実行されてもよい。そのような場合、中央コントローラ１５０（これらのコンバータのそれぞれに存在する）は、ブロック２１０５及び２１１０を実行するために上記と同様に機能することができ、各それぞれのコンバータシステムのローカルコントローラ（例えば、ローカルＭＰＣコントローラ７６０又はローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０）は、ブロック２１１５を実行して、本明細書に記載のＮ個の制御基準ターゲットにしたがってそれらの関連する電力スイッチング素子を駆動することができる（例えば、これらのローカルコントローラ７６０及びローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０の説明において）。

【0171】

図２２において、カスケード制御システムを使用して電圧を変換するためのプロセス２２００が提供される。プロセス２２００は、図７の電力コンバータシステム１００として実装される電力コンバータシステム７００によって実行されるものとして説明される。しかしながら、幾つかの実施形態では、プロセス２２００は、別の電力コンバータシステムによって、又は別の電力コンバータシステム（例えば、コンバータシステム４００、１２００、１９００、２０００、又は本明細書で提供される別のシステム）を実装する電力コンバータシステム１００によって実装されてもよい。更に、プロセス２２００のブロックは特定の順序で示されているが、幾つかの実施形態では、ブロックのうちの１つ以上は、部分的又は全体的に並列に実行されてもよく、図２２に示す順序とは異なる順序で実行されてもよく、バイパスされてもよい。

【0172】

ブロック２２０５において、中央コントローラは、非絶縁Ｎ相電力コンバータの電気的動作特性を受信する（Ｎ≧１の場合）。例えば、図７を参照すると、中央コントローラ１５０は、電気的動作特性ｖ_{ｇ，ａｂｃ}，ｉ_{ｇ，ａｂｃ}，及びｉ_{Ｌ，ａｂｃ}を受信する。幾つかの例では、中央コントローラ１５０は、電力コンバータのより少ない、更なる、及び／又は異なる電気的動作特性を受け取る。中央コントローラ１５０は、１つ以上のローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃ及び／又はセンサ１４０から電気的動作特性を受信することができる。図７に関して説明したように、中央コントローラ１５０及びローカルＭＰＣコントローラ７６０は、カスケード制御システムを形成する。

【0173】

ブロック２２１０において、中央コントローラは、電力コンバータのＮ相のそれぞれに対して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成する。例えば、図７を参照すると、中央コントローラ１５０は、トランスレータ４１０を介して、回転基準座標系ターゲット（例えば、ｖ_ｄ＊，ｖ_ｑ＊，及びｖ_０＊）を並進させて、静止基準座標系内の基準ターゲットを制御する。特に、トランスレータ４１０は、コンバータの各相の下側コンデンサ２５５（例えば、図２及び図３を参照されたい）の両端のターゲット電圧を表す制御基準ターゲットｖ_ｃ，ａ＊，ｖ_ｃ，ｂ＊，及びｖ_ｃ，ｃ＊を生成する。

【0174】

ブロック２２１５において、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃのそれぞれは、Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの制御基準ターゲットを受信する。例えば、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａは、制御基準ターゲットｖ_ｃ，ａ＊を受信し、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ｂは、制御基準ターゲットｖ_ｃ，ｂ＊を受信し、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ｃは、制御基準ターゲットｖ_ｃ，ｃ＊を受信する。

【0175】

ブロック２２２０において、ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれは、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、少なくとも１つのスイッチング素子を作動させるために受信された制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成する。例えば、図７を参照すると、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃは、中央コントローラ１５０から受信した制御基準ターゲットｖ_ｃ，ａ＊，ｖ_ｃ，ｂ＊，及びｖ_ｃ，ｃ＊に基づいてコンバータ３０４（例えば、図３も参照されたい。）の電力スイッチング素子を駆動する。ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃは、ＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃ及び図７に関して更に詳細に前述したように、ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成する。幾つかの例では、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃは、可変周波数臨界ソフトスイッチング（例えば、図１１～図１６を参照されたい）を更に含むことができ、及び／又は状態推定（例えば、図９の状態推定器９００を参照されたい）に基づくことができる。

【0176】

制御信号は、電力スイッチング素子２３５，２４０の一方（又は両方）に（例えば、スイッチング素子のゲート端子に）提供されるＰＷＭ制御信号（又は複数の信号）、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを示す基準デューティサイクル（ｄ＊）、及び／又はＰＷＭ制御信号のスイッチング周波数を示す基準スイッチング周波数ｆ_ＳＷ＊（例えば、ＶＦＣＳＳの場合）であってもよい。

【0177】

図２３では、状態推定を使用して電力を変換するためのプロセス２３００が提供される。プロセス２３００は、図７の電力コンバータシステム１００として実装される電力コンバータシステム７００によって実行されるものとして説明される。しかしながら、幾つかの実施形態では、プロセス２３００は、別の電力コンバータシステムによって、又は別の電力コンバータシステム（例えば、コンバータシステム４００、１２００、１９００、２０００、又は本明細書で提供される別のシステム）を実装する電力コンバータシステム１００によって実装されてもよい。更に、プロセス２３００のブロックは特定の順序で示されているが、幾つかの実施形態では、ブロックのうちの１つ以上は、部分的又は全体的に並列に実行されてもよく、図２３に示す順序とは異なる順序で実行されてもよく、バイパスされてもよい。

【0178】

ブロック２３０５において、センサ（例えば、集合的にセンサ１４０又はセンサ１４０のセンサ）が、電力コンバータシステム７００のＬＣフィルタ（例えば、ＬＣフィルタ３０８）の第１の構成要素の第１の電気的特性を検知して、第１の電気的特性を示すセンサデータを生成する。ＬＣフィルタの第１成分は、スイッチ側インダクタであってもよいし、コンデンサであってもよいし、出力側インダクタであってもよい。例えば、図３を参照すると、ＬＣフィルタ３０８（図７の電力コンバータシステム４００にも存在する）は、スイッチ側インダクタ２５０と、下側コンデンサ２５５と、出力側インダクタ（グリッドインダクタ）３１２とを含む。

【0179】

ブロック２３１０において、ローカルコントローラ（例えば、図７のＭＰＣコントローラ７６０ａ、７６０ｂ、又は７６０ｃ）は、センサからセンサデータを受信する。ローカルコントローラは、状態推定器９００（図９参照）などの状態推定器を含むことができる。

【0180】

ブロック２３１５において、ローカルコントローラ（例えば、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ、７６０ｂ、又は７６０ｃ）は、センサデータに基づいて状態推定を実行して、第１の構成要素とは異なるＬＣフィルタの第２の構成要素の第２の電気的特性を推定する。例えば、図３及び図７を参照すると、ＬＣフィルタ３０８は、各相Ａ、Ｂ、及びＣに１つずつ、３つのＬＣフィルタを含む。したがって、このブロック２３１５との関連では、ＬＣフィルタは、１つの相（例えば、図３のＡ相）のこのようなＬＣフィルタを指し、一対の電力スイッチング素子（例えば、図３の上側スイッチ（Ｍ１）２３５及び下側スイッチ（Ｍ２）２４０）及び１つのローカルコントローラ（例えば、図７のローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ）に関連付けられてもよい。幾つかの例では、ブロック２３１５（及び図３を参照されたい）において、第１の構成要素が相Ａの下側コンデンサ２５５である場合、第２の構成要素は相Ａのスイッチ側インダクタ２５０又は相Ａの出力側インダクタ３１２であってもよい。或いは、第１の構成要素が相Ａの出力側インダクタ３１２である場合、第２の構成要素は相Ａのスイッチ側インダクタ２５０又は相Ａの下側コンデンサ２５５であってもよい。

【0181】

状態推定を実行するために、ローカルコントローラ１６０の状態推定器は、図９の状態推定器９００に関して前述したように、Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒオブザーバを実装するために状態空間方程式を解くことができる。Ｌｕｅｎｂｅｒｇｅｒオブザーバの代わりに、限定はしないが、最適化ベースの推定器、スライディングモード推定器、及び外乱推定器などの他の推定技術を使用することができる。

【0182】

ブロック２３２０において、ローカルコントローラは、（推定された）第２の電気的特性に基づいてＬＣフィルタに関連付けられた電力スイッチング素子を駆動するための制御シグナリングを生成する。ＬＣフィルタに関連付けられた電力スイッチング素子２３５、２４０は、図３に示すように、電力スイッチング素子２３５、２４０を接続する中間点ノード２４２を介してＬＣフィルタに結合された電力スイッチング素子２３５、２４０であってもよい。例えば、図７のコンバータシステム７００のコンテキストでは、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ、７６０ｂ、又は７６０ｃは、ＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃ及び図７に関して更に詳細に前述したように、制御シグナリングを生成する。幾つかの例では、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃは、可変周波数臨界ソフトスイッチング（例えば、図１１～図１６を参照されたい）を更に含むことができ、及び／又は状態推定（例えば、図９の状態推定器９００を参照されたい）に基づくことができる。幾つかの例では、ブロック２３２０のローカルコントローラは、ＰＩＤ制御又はＰＩ制御技術などのＭＰＣ以外の調整技術を使用して、第２の電気的特性に基づいて制御シグナリングを生成する。

【0183】

制御シグナリングは、電力スイッチング素子２３５、２４０に（例えば、スイッチング素子のゲート端子に）提供されるＰＷＭ制御信号、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを示す基準デューティサイクル（ｄ＊）、及び／又はＰＷＭ制御信号のスイッチング周波数を示す基準スイッチング周波数ｆ_ＳＷ＊（例えば、ＶＦＣＳＳの場合）であってもよい。

【0184】

図７に示す電力コンバータ７００は、カスケード制御システムを有する三相コンバータであるが、幾つかの例では、プロセス２３００は、カスケード制御システムを有する単相コンバータを用いて（例えば、１つの中央コントローラ１５０及び１つのローカルＭＰＣコントローラ７６０を用いて）実行され、又はプロセス２３００は、カスケード制御システムを有さない単相コンバータを用いて実行される（例えば、一方のローカルＭＰＣコントローラ７６０を有し、中央コントローラ１５０を有さない）。更に、幾つかの例では、電力コンバータシステム４００（ローカルコントローラ１６０ａ、１６０ｂ、１６０ｃのいずれかを含む）はプロセス２３００を実行し、電力コンバータシステム１２００（ローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０ａ、１２６０ｂ、又は１２６０ｃを含む）はプロセス２３００を実行し、電力コンバータ１９００（ローカルＭＰＣコントローラ７６_０１～_３ｍのうちの１つを用いて）はプロセス２３００を実行し、及び／又は電力コンバータ２０００（ローカルＭＰＣコントローラ７６０のうちの１つを用いて）はプロセス２３００を実行する。更に、相ごとに１つ以上のコントローラを有する複数の相を有する電力コンバータの幾つかの例（例えば、電力コンバータシステム４００、７００、１２００、１９００、及び２０００を参照されたい）では、各ローカルコントローラは、ＬＣフィルタの別の構成要素のセンサデータに基づいて、関連するＬＣフィルタの構成要素の１つ以上の電気的特性を推定するための状態推定器を含む。

【0185】

図２４では、ＭＰＣベースの制御及び可変周波数臨界ソフトスイッチングを使用して電力を変換するためのプロセス２４００が提供される。プロセス２４００は、図１２の電力コンバータシステム１００として実装される電力コンバータシステム１２００によって実行されるものとして説明される。しかしながら、幾つかの実施形態では、プロセス２４００は、別の電力コンバータシステムによって、又は別の電力コンバータシステム（例えば、コンバータシステム４００、７００、１９００、もしくは２０００、又は本明細書で提供される別のシステム）を実装する電力コンバータシステム１００によって実装されてもよい。更に、プロセス２４００のブロックは特定の順序で示されているが、幾つかの実施形態では、ブロックのうちの１つ以上は、部分的又は全体的に並列に実行されてもよく、図２４に示す順序とは異なる順序で実行されてもよく、バイパスされてもよい。

【0186】

ブロック２４０５において、電力コンバータシステムのローカルコントローラは、制御基準ターゲットを受信する。例えば、ローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０ａは、図１２に関して前述したように、中央コントローラ１５０から制御基準ターゲットｖ_ｃ，ａ＊を受信することができる。図１２に示すように、ローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０ａは、電力コンバータシステムの正のＤＣ端子に結合されたハイサイド電力スイッチング素子と、電力コンバータシステムの負のＤＣ端子に結合されたローサイド電力スイッチング素子とを含むコンバータ３０４の電力スイッチング素子対に結合され、ハイサイド電力スイッチング素子とローサイド電力スイッチング素子とは中間点ノードで互いに結合される。また、ＬＣフィルタ３０８のＬＣフィルタは、中間点ノード、正のＤＣ端子、及び負のＤＣ端子に接続されている。コンバータ３０４及びＬＣフィルタ３０８に関連するこれらの接続の更なる詳細は、図３に示されている。

【0187】

ブロック２４１０において、ローカルコントローラは、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成する。制御シグナリング信号は、電力スイッチング素子対の電力スイッチング素子の一方（又は両方）に（例えば、スイッチング素子のゲート端子に）提供されるＰＷＭ制御信号（又は複数の信号）、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを示す基準デューティサイクル（ｄ＊）、及び／又はＰＷＭ制御信号（例えば、ＶＦＣＳＳの場合）のスイッチング周波数を示す基準スイッチング周波数（ｆ_ＳＷ＊）であってもよい。

【0188】

例えば、図１２を参照すると、ローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０ａは、コンバータ３０４の電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成する。例えば、ローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０ａのＭＰＣコントローラ７６０ａは基準デューティサイクル（ｄ＊）を生成し、周波数コントローラ１１１０ａは基準スイッチング周波数（ｆ_ＳＷ＊）を生成し、それぞれはゲートドライバ１１１５ａに提供される。次に、ゲートドライバ１１１５ａは、受信した基準値によって示されるスイッチング周波数及びデューティサイクル（又は約１デューティサイクル）を有するそれぞれのＰＷＭ制御信号によって、コンバータ３０４の関連する電力スイッチング素子対を駆動する。ＭＰＣに基づく基準デューティサイクル（ｄ＊）及びＶＦＣＳＳに基づく基準スイッチング周波数（ｆ_ＳＷ＊）の生成の一例に関する更なる詳細は、ＭＰＣコントローラ７６０ａ及び周波数コントローラ１１１０ａに関して上記で提供されている。

【0189】

ブロック２４１５において、ＬＣフィルタは、中間点ノードに提供される、又は中間点ノードから受信される電力信号をフィルタリングする。例えば、相Ａの電力スイッチング素子対に関連付けられ、ローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０ａに関連付けられた（ＬＣフィルタ３０８の）ＬＣフィルタは、電力スイッチング素子対によって中間点ノードに提供される電力信号のフィルタリング（例えば、コンバータがＤＣ／ＡＣインバータとして機能する場合）及び／又は中間点ノードから電力スイッチング素子対によって受信された電力信号のフィルタリング（例えば、コンバータがＡＣ／ＤＣ整流器として機能する場合）を実行する。

【0190】

図１２に示す電力コンバータ１２００は、カスケード制御システムを有する三相コンバータであるが、幾つかの例では、プロセス２４００は、カスケード制御システムを有する単相コンバータを用いて（例えば、１つの中央コントローラ１５０及び１つのローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０を用いて）実行され、又はプロセス２４００は、カスケード制御システムを有さない単相コンバータを用いて（例えば、一方のローカルＭＰＣ－ＶＣＳＳコントローラ１２６０を用いて、中央コントローラ１５０を用いない）実行され、更に、幾つかの例では、留意されるように、電力コンバータシステム４００（ローカルコントローラ１６０ａ，１６０ｂ，１６０ｃのいずれかを含む）は、プロセス２３００を実行し、電力コンバータシステム７００（ローカルコントローラ７６０ａ，７６０ｂ，７６０ｃを含む）は、プロセス２４００を実行し、電力コンバータ１９００（ローカルＭＰＣコントローラ７６０_１～_３ｍのうちの１つを有する）は、プロセス２４００を実行し、及び／又は電力コンバータ２０００（ローカルＭＰＣコントローラ７６０のうちの１つを有する）は、プロセス２４００を実行する。更に、相ごとに１つ以上のローカルコントローラ（例えば、電力コンバータシステム４００、７００、１２００、１９００、及び２０００を参照されたい）を有する複数の相を有する電力コンバータの幾つかの例では、各ローカルコントローラは（その関連するＬＣフィルタと組み合わせて）プロセス２４００を実行する。

【0191】

図２５では、相ごとに複数の並列コンバータを有するモジュール式電力コンバータで電力を変換するためのプロセス２５００が提供される。プロセス２５００は、図４の電力コンバータシステム１００として実装される電力コンバータシステム１９００によって実行されるものとして説明される。しかしながら、幾つかの実施形態では、プロセス２５００は、別の電力コンバータシステムによって、又は別の電力コンバータシステム（例えば、コンバータシステム７００、１２００、１９００、２０００、又は本明細書で提供される別のシステム）を実装する電力コンバータシステム１００によって実装されてもよい。更に、プロセス２５００のブロックは特定の順序で示されているが、幾つかの実施形態では、ブロックのうちの１つ以上は、部分的又は全体的に並列に実行されてもよく、図２５に示す順序とは異なる順序で実行されてもよく、バイパスされてもよい。

【0192】

ブロック２５０５において、中央コントローラは、電力コンバータの電気的動作特性を受信し、電力コンバータは、ＤＣ電圧セクションと、Ｎ相ＡＣ電圧セクションとを含む。中央コントローラは、中央コントローラとカスケード接続された複数のローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含むカスケード制御システムの一部である。例えば、図１９を参照すると、中央コントローラ１５０は、電力コンバータの電気的動作特性を受信する。電気的動作特性は、前述のコンバータシステム４００、７００、１２００の中央コントローラ１５０によって受信されるのと同様の方法で、ローカルＭＰＣコントローラ７６０_１～_３ｍのそれぞれから受信することができる。例えば、動作特性は、コンバータの各相のグリッド電圧（ｖ_{ｇ，ａｂｃ}）、インバータの各相のグリッド電流（ｉ_{ｇ，ａｂｃ}）、及びインバータの各相のフィルタスイッチ側インダクタ電流（ｉ_{Ｌ，ａｂｃ}）を含むことができる。

【0193】

また、プロセス２５００のための電力コンバータ（例えば、コンバータ１９００）において、複数のローカルＭＰＣコントローラ７６０_１～７６０_３ｍは、Ｎ相の電力コンバータの各相に少なくとも２つのローカルＭＰＣコントローラを備える。更に、各ローカルＭＰＣコントローラは、一対の電力スイッチング素子と、ローカルＭＰＣコントローラに対応する位相のＬＣフィルタとを含むそれぞれのコンバータブロックに関連付けられる。例えば、図１９のコンバータシステム１９００では、特定の相（例えば、相Ａ、Ｂ、又はＣ）に関連する各ＡＣＭモジュール１９０５は、図示されている３つのコンバータブロック２６２を含む（楕円でより多く示されている可能性がある）。

【0194】

ブロック２５１０において、中央コントローラは、電力コンバータのＮ相のそれぞれに対して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成する。幾つかの例では、図１９の中央コントローラ１５０が図７に更に詳細に示されている。したがって、図７を参照すると、中央コントローラ１５０は、トランスレータ４１０を介して、回転基準座標系ターゲット（例えば、ｖ_ｄ＊，ｖ_ｑ＊，及びｖ_０＊）を並進させて、静止基準座標系内の基準ターゲットを制御する。具体的には、トランスレータ４１０は、三相のそれぞれに１つずつ、制御基準ターゲットｖ_ｃ，ａ＊，ｖ_ｃ，ｂ＊，及びｖ_ｃ，ｃ＊を生成する。

【0195】

ブロック２５１５において、ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれは、ローカルＭＰＣコントローラに関連付けられた位相についてのＮ個の制御基準ターゲットのうちの制御基準ターゲットを受信する。例えば、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ、７６０ｂ、及び７６０ｃがそれぞれ位相Ａのそれぞれのコンバータブロックに関連付けられている場合、これらのローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ、７６０ｂ、及び７６０ｃはそれぞれ、位相Ａの制御基準ターゲット（例えば、ｖ_ｃ，ａ＊）を中央コントローラ１５０から受信することができる。

【0196】

ブロック２５２０において、ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれは、ＭＰＣを使用して、受信した制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成し、ローカルＭＰＣコントローラに関連付けられた電力スイッチング素子の対を駆動する。例えば、ローカルＭＰＣコントローラ７６０_１～_３ｍのそれぞれは、特定のローカルＭＰＣコントローラ７６０_１～_３ｍ（例えば、Ｖ_ｃ，ａ＊、ｖ_ｃ，ｂ＊、及び_ｖｃ，ｃ＊のうちの１つ）によって受信された制御基準ターゲットに基づいて、コンバータの電力スイッチング素子の関連する対を駆動する。ローカルＭＰＣコントローラ７６０_１～_３ｍは、ＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃ及び図７に関して更に詳細に前述したように、ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成する。幾つかの例では、ローカルＭＰＣコントローラ７６０ａ～ｃは、ローカルＭＰＣ－ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０と同様に、可変周波数臨界ソフトスイッチング（例えば、図１１～図１６を参照されたい。）を更に含むことができ、及び／又は状態推定（例えば、図９の状態推定器９００を参照されたい）を使用することができる。

【0197】

制御信号は、電力スイッチング素子２３５，２４０の一方（又は両方）に（例えば、スイッチング素子のゲート端子に）提供されるＰＷＭ制御信号（又は複数の信号）、ＰＷＭ制御信号のデューティサイクルを示す基準デューティサイクル（ｄ＊）、及び／又はＰＷＭ制御信号のスイッチング周波数を示す基準スイッチング周波数ｆ_ＳＷ＊（例えば、ＶＦＣＳＳの場合）であってもよい。

【0198】

本明細書に記載の様々な技術及び動作を実行することは、本明細書に記載の中央コントローラ１５０、ローカルコントローラ１６０、ローカルＭＰＣコントローラ７６０、ローカルＭＰＣ ＶＦＣＳＳコントローラ１２６０などの電子コントローラ（例えば、プロセッサベースのコンピューティングデバイス）によって容易にすることができる。そのような電子コントローラは、中央処理装置（ＣＰＵ）又は処理コアを含むことができるコンピューティングデバイスなどのプロセッサベースのデバイスを含むことができる。ＣＰＵ又は処理コアに加えて、システムは、メインメモリ、キャッシュメモリ、及びバスインタフェース回路を含む。電子コントローラは、コンピュータシステムに関連するハードドライブ（ソリッドステートハードドライブ、又は他の種類のハードドライブ）又はフラッシュドライブなどのメモリ記憶装置を含むことができる。電子コントローラは、キーボード、キーパッド、又は他の何らかのユーザ入力インタフェース、及びモニタ、例えばＬＣＤ（液晶ディスプレイ）モニタを更に含むことができ、ユーザがそれらにアクセスすることができる場所に配置することができる。

【0199】

電子コントローラは、例えば、電力コンバータ（例えば、絶縁されていない三相ＤＣ／ＡＣ電力コンバータシステムのスイッチングデバイスを制御することによって）の実装を容易にするように構成される。したがって、記憶装置は、電子コントローラ（これは、前述したように、プロセッサベースのデバイスであってもよい）上で実行されると、本明細書に記載の手順及び動作の実施を容易にする動作をプロセッサベースの装置に実行させるコンピュータプログラム製品を含むことができる。電子コントローラは、入力／出力機能を可能にするための周辺装置を更に含むことができる。そのような周辺機器は、例えば、関連コンテンツを接続されたシステムにダウンロードするためのフラッシュドライブ（例えば、取り外し可能なフラッシュドライブ）又はネットワーク接続（例えば、ＵＳＢポート及び／又は無線トランシーバを使用して実装される）を含むことができる。そのような周辺機器はまた、それぞれのシステム／装置の一般的な動作を可能にするためのコンピュータ命令を含むソフトウェアをダウンロードするために使用されてもよい。代替的及び／又は追加的に、幾つかの実施形態では、ＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）、ＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）、ＤＳＰプロセッサ、グラフィックス処理装置（ＧＰＵ）、アプリケーション処理装置（ＡＰＵ）などの専用論理回路が、電子コントローラの実装で使用されてもよい。電子コントローラに含まれ得る他のモジュールは、入力及び出力データを提供又は受信するためのユーザインタフェースを含むことができる。電子コントローラは、オペレーティングシステムを含むことができる。

【0200】

コンピュータプログラム（プログラム、ソフトウェア、ソフトウェアアプリケーション又はコードとも呼ばれる）は、プログラマブルプロセッサ用の機械命令を含み、高水準手続き型及び／又はオブジェクト指向プログラミング言語で、及び／又はアセンブリ／機械言語で実装されてもよい。本明細書で使用される場合、用語「機械可読媒体」は、機械命令を機械可読信号として受信する非一時的機械可読媒体を含む、機械命令及び／又はデータをプログラマブルプロセッサに提供するために使用される任意の非一時的コンピュータプログラム製品、装置及び／又はデバイス（例えば、磁気ディスク、光ディスク、メモリ、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ））を指す。

【0201】

幾つかの実施形態では、本明細書に記載のプロセス／動作／手順を実行するための命令を格納するために、任意の適切なコンピュータ可読媒体を使用することができる。例えば、幾つかの実施形態では、コンピュータ可読媒体が一時的又は非一時的となり得る。例えば、非一時的コンピュータ可読媒体は、磁気媒体（例えば、ハードディスク、フロッピーディスクなど）、光学媒体（例えば、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、ブルーレイディスクなど）、半導体媒体（例えば、フラッシュメモリ、電気的にプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＰＲＯＭ）、電気的に消去可能なプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）など）、一時的でない又は伝送中の永続性のいかなる表現も欠いていない任意の適切な媒体、及び／又は任意の適切な有形媒体などの媒体を含むことができる。別の例として、一時的なコンピュータ可読媒体は、ネットワーク上の信号、配線、導体、光ファイバ、回路、又は、一時的であって伝送中の永続性のいかなる部分もない任意の適切な媒体、及び／又は任意の適切な無形媒体を含むことができる。

【0202】

特定の実施形態が本明細書で詳細に開示されているが、これは例示のみを目的として例として行われており、以下の添付の特許請求の範囲に関して限定することを意図するものではない。開示された実施形態の特徴は、より多くの実施形態を生み出すために、本発明の範囲内で組み合わせる、再構成するなどすることができる。幾つかの他の態様、利点、及び修正は、以下に提供される特許請求の範囲内にあると考えられる。提示された特許請求の範囲は、本明細書に開示された実施形態及び特徴の少なくとも幾つかを表す。他の特許請求されていない実施形態及び特徴も企図される。

【0203】

更なる例
例１：ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有する、Ｎ≧１における非絶縁ｎ相電力コンバータを備え、電力コンバータが電力スイッチング素子を含む、電力コンバータシステムのためのプロセッサ実行可能命令を記憶する方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。電力コンバータを制御するように構成され、回転基準座標系ターゲットを決定するようにも構成される制御システム。回転基準座標系ターゲットはゼロシーケンス成分ターゲットを含み、ゼロシーケンス成分ターゲットは第Ｎ相高調波注入の倍数に基づく。制御システムは、回転基準座標系ターゲットに基づいて、ｎ相電力コンバータのｎ相のそれぞれに１つずつ、静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成するとともに、ｎ個の制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子のための制御信号を生成し、制御信号にしたがって電力スイッチング素子を駆動する。

【0204】

例２：制御システムは、処理ユニットを含む中央コントローラであって、回転基準座標系ターゲットを決定し、Ｎ個の制御基準ターゲットを生成するように構成される、中央コントローラと、少なくとも１つのローカルコントローラであって、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれがローカル処理ユニットを含み、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれが、Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受信し、制御基準ターゲットにしたがって、ローカルコントローラと関連付けられる電力スイッチング素子の一部を駆動するように構成される、少なくとも１つのローカルコントローラとを備えるカスケード制御システムである、例１の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0205】

例３：制御基準ターゲットにしたがって電力スイッチング素子の一部を駆動するために、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれは、電力スイッチング素子の一部のための制御シグナリングを生成するためにモデル予測制御（ＭＰＣ）を実施するように構成される、例１又は２の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0206】

例４：中央コントローラは、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれから少なくとも１つの電気的動作特性を受信し、電気的動作特性が静止基準座標系内にあり、少なくとも１つの電気的動作特性を回転基準座標系に変換し、回転基準座標系における少なくとも１つの電気的動作特性に基づいて、回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するように更に構成される、例１から３のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0207】

例５：中央コントローラは、回転基準座標系における少なくとも１つの電気的動作特性の第１の特性に基づいて、電力コンバータのＡＣセクションの交流電力信号の周波数を決定するように更に構成される、例１から４のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0208】

例６：回転基準座標系における少なくとも１つの電気的動作特性に基づいて回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するために、中央コントローラは、電力コンバータのＡＣセクションからの電流信号を、回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換し、Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、回転基準座標系ターゲットのＤ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成し、Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、回転基準座標系ターゲットのＱ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成するように構成され、回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成するために、中央コントローラは、Ｄ軸電圧成分、Ｑ軸電圧成分、及びゼロシーケンス成分ターゲットを静止基準座標系に変換するように更に構成される、例１から５のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0209】

例７：ゼロシーケンス成分ターゲットは、ＤＣオフセットと第Ｎ相高調波注入の倍数との和を含む、例１から６のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0210】

例８：ＤＣオフセットの少なくとも１つは、電力コンバータのＤＣ電圧セクションのＤＣバス電圧の半分であり、又は、Ｎは３であり、第Ｎ相高調波注入の倍数は、電力コンバータのＡＣ電圧セクションの基本周波数の３次である、例７の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0211】

例９：第Ｎ相高調波注入の倍数は、電力コンバータのＡＣ電圧セクションの基本周波数のＮ次に基づいて導出された正弦波信号、又は電力コンバータのＡＣ電圧セクションの基本周波数の最大値及び最小値の平均値に基づいて導出された三角信号を含む、例７又は８の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0212】

例１０：第Ｎ相高調波注入の倍数は、既に受信された回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系で制御システムにより生成されるＮ個の以前の制御基準ターゲット、電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとにそれぞれの電圧センサによって与えられるＮ個の電圧測定値、又は電力コンバータのＮ相の各相におけるそれぞれの電圧を示す少なくとも１つのローカルコントローラによって通信されるＮ個の電圧測定値のグループから選択される少なくとも１つから計算されるフィードバック信号である、例７から９のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0213】

例１１：電力スイッチング素子は、電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとに、中間点ノードに接続されるハイサイド素子及びローサイド素子を含み、電力コンバータのＮ相の各相の中間点ノードは、中間点ノードとフィルタノードとの間に結合されるインダクタと、フィルタノードと電力コンバータの正のＤＣバスとの間に結合される第１のコンデンサ、又はフィルタノードと電力コンバータの負のＤＣバスとの間に結合される第２のコンデンサのうちの１つ以上とを含むそれぞれのＬＣフィルタに結合される、例１から１０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0214】

例１２：電力コンバータは、ＡＣ－ＤＣ整流器及びＤＣ－ＡＣインバータのうちの１つ以上である、例１から１１のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0215】

例１３：電力コンバータのＡＣセクションは、ＡＣ電力グリッド又はＡＣモータに結合される、例１から１２のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0216】

例１４：スイッチ側インダクタ及びコンデンサを含むＬＣフィルタと、スイッチ側インダクタ及びコンデンサのグループから選択されるＬＣフィルタの第１の構成要素の第１の電気的特性を検知し、第１の電気的特性を示すセンサデータを生成するように構成されるセンサとを備え、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれは、センサからセンサデータを受信し、センサデータに基づいて状態推定を実行して、ＬＣフィルタの第１の構成要素とは異なる第２の構成要素の第２の電気的特性を推定し、第２の電気的特性に更に基づいて電力スイッチング素子の一部を駆動するように更に構成される、例１から１３のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0217】

例１５：電力スイッチング素子の一部を駆動するために、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれは、電力スイッチング素子の一部を可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号で駆動するように更に構成される、例１から１４のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0218】

例１６：Ｎ個の電力コンバータモジュールを更に備え、Ｎ＞１であり、各電力コンバータモジュールは、正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、正のＤＣ端子に結合されるハイサイド電力スイッチング素子と、負のＤＣ端子に結合されるローサイド電力スイッチング素子とを含む電力スイッチング素子対であって、ハイサイド電力スイッチング素子とローサイド電力スイッチング素子とが中間点ノードにおいて互いに結合される、電力スイッチング素子対と、コンデンサ及びインダクタを含むＬＣフィルタであって、インダクタが中間点ノードとコンデンサとの間に結合され、コンデンサがインダクタと負のＤＣ端子との間に結合される、ＬＣフィルタと、電力スイッチング素子対を駆動するように構成される少なくとも１つのローカルコントローラのうちの１つのローカルコントローラであって、電力スイッチング素子対が、ローカルコントローラと関連付けられる電力スイッチング素子の一部である、ローカルコントローラと、正及び負のＤＣ端子と、電力スイッチング素子対と、ＬＣフィルタと、ローカルコントローラとが位置された回路基板とを含み、Ｎ個の電力コンバータモジュールのそれぞれの正のＤＣ端子が互いに結合され、１つ以上の電力コンバータのそれぞれの負のＤＣ端子が互いに結合され、中央コントローラは、ローカルコントローラを有する回路基板とは別の回路基板上に位置される、例１から１５のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0219】

例１７：電圧を変換するためのプロセッサ実行可能命令を記憶する方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体であって、回転基準座標系ターゲットを決定する第１のステップを含み、回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含み、ゼロシーケンス成分ターゲットがＮ相高調波注入の倍数に基づく、方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。方法は、非絶縁Ｎ相電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して１つの制御基準ターゲットが生成される回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成する第２のステップを含み、Ｎ≧１である。電力コンバータは、ｄｃ電圧セクションと、Ｎ相ＡＣ電圧セクションと、電力スイッチング素子とを含む。方法は、Ｎ個の制御基準ターゲットにしたがって電力コンバータの電力スイッチング素子を駆動する第３のステップを含む。

【0220】

例１８：カスケード制御システムによって、中央コントローラにより、回転基準座標系ターゲットを決定するステップと、中央コントローラにより、Ｎ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれにより、Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの制御基準ターゲットを受信するステップと、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれにより、制御基準ターゲットにしたがって電力スイッチング素子の一部を駆動するステップとを含む、例１７の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0221】

例１９：少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれにより、制御基準ターゲットにしたがって電力スイッチング素子の一部を駆動するステップは、少なくとも１つのローカルコントローラのそれぞれにより、電力スイッチング素子の一部のための制御シグナリングを生成するためにモデル予測制御（ＭＰＣ）を実施するステップを含む、例１７又は１８の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0222】

例２０：電力コンバータによって、Ｎ個の制御基準ターゲットにしたがって電力コンバータの電力スイッチング素子の駆動に基づいてＡＣ電力をＤＣ電力に整流するステップ、又は
電力コンバータによって、Ｎ個の制御基準ターゲットにしたがって電力コンバータの電力スイッチング素子の駆動に基づいてＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換させるステップのうちの１つ以上を更に含む、例１７から１９のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0223】

例２１：電力コンバータのＡＣセクションによって、ＡＣ電力グリッドからＡＣ電力を受けるステップ、電力コンバータのＡＣセクションによって、ＡＣ電力をＡＣ電力グリッドに供給するステップ、又は電力コンバータのＡＣセクションによって、ＡＣモータにＡＣ電力を供給するステップのうちの１つ以上を更に含む、例１７から２０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0224】

例２２：ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有する、Ｎ≧１の非絶縁Ｎ相電力コンバータを備える、電力コンバータシステムのためのプロセッサ実行可能命令を記憶する方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。電力コンバータは、Ｎ相ごとに、ＬＣフィルタと、電力スイッチング素子と、電力コンバータを制御するためのカスケード制御システムとを含む。カスケード制御システムは、処理ユニットを含む中央コントローラを含んでもよく、中央コントローラは、電力コンバータの電気的動作特性を受け、電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともｎ個の制御基準ターゲットを生成するように構成される。カスケード制御システムは、少なくとも１つのローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含み、少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれは、ローカル処理ユニットを含むとともに、ｎ個の制御基準ターゲットの制御基準ターゲットを受信し、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、ローカルＭＰＣコントローラの相に対応する電力スイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子を作動させるために制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するように構成される。

【0225】

例２３：ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成するために、それぞれの制御周期ごとに、少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラの各ローカルＭＰＣコントローラは、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるＮ相のうちの１つの相に関してローカル電気的特性を決定し、ローカルＭＰＣコントローラによって受信されるローカル電気的特性及び制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測し、制御信号の将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成するように更に構成される、例２２の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0226】

例２４：各ローカルＭＰＣコントローラは、それぞれの状態推定器と関連付けられ、各ローカルＭＰＣコントローラに関して、それぞれの状態推定器は、ローカルコントローラと関連付けられる相におけるローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するように構成され、推定値は、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる相におけるローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、各ローカルＭＰＣコントローラは、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるＮ相の相におけるローカル電気的特性を決定するために、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる状態推定器によって推定される第１のローカル電気的特性を受信する、例２２又は２３の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0227】

例２５：少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラがＮ個のローカルＭＰＣコントローラを含み、各ローカルＭＰＣコントローラがＮ相の異なる相に対応する、例２２から２４のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0228】

例２６：中央コントローラは、回転基準座標系ターゲットを決定するように構成され、回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含み、ゼロシーケンス成分ターゲットが第Ｎ相高調波注入の倍数に基づき、少なくともＮ個の制御基準ターゲットが回転基準座標系ターゲットに基づいて生成される、例２２から２５のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0229】

例２７：中央コントローラは、回転基準座標系における電気的動作特性に基づいて回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するように更に構成される、例２２から２６のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0230】

例２８：中央コントローラは、回転基準座標系における電気的動作特性の第１の特性に基づいて電力コンバータのＡＣ電圧セクションの交流電力信号の周波数を決定するように更に構成される、例２２から２７のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0231】

例２９：回転基準座標系における電気的動作特性に基づいて回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するために、中央コントローラは、電力コンバータのＡＣ電圧セクションからの電流信号を、回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換し、Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、回転基準座標系ターゲットのＤ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成し、Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、回転基準座標系ターゲットのＱ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成するように構成され、回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成するために、中央コントローラは、Ｄ軸電圧成分、Ｑ軸電圧成分、及びゼロシーケンス成分ターゲットを静止基準座標系に変換するように更に構成される、例２２から２８のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0232】

例３０：電力スイッチング素子は、電力コンバータのＮ相のそれぞれの相ごとに、ノードに接続されるハイサイド素子及びローサイド素子を含み、電力コンバータのＮ相の各相のノードは、ノードとフィルタノードとの間に結合されるインダクタと、フィルタノードと電力コンバータの正のＤＣバスとの間に結合される第１のコンデンサ、又はフィルタノードと電力コンバータの負のＤＣバスとの間に結合される第２のコンデンサのうちの１つ以上とを含むそれぞれのＬＣフィルタに結合される、例２２から２９のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0233】

例３１：電力コンバータは、ＡＣ－ＤＣ整流器及びＤＣ－ＡＣインバータのうちの１つ以上である、例２２から３０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0234】

例３２：電力コンバータのＡＣ電圧セクションは、ＡＣ電力グリッド又はＡＣモータに結合される、例２２から３１のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0235】

例３３：少なくとも１つの電力スイッチング素子を作動させるための制御シグナリングを生成するために、少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれは、可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号を用いて制御シグナリングを生成するように更に構成される、例２２から３２のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0236】

例３４：Ｎ個の電力コンバータモジュールを更に備え、Ｎ＞１であり、各電力コンバータモジュールは、正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、電力スイッチング素子の電力スイッチング素子対であって、電力スイッチング素子対が、正のＤＣ端子に結合されるハイサイド電力スイッチング素子と、負のＤＣ端子に結合されるローサイド電力スイッチング素子とを含み、ハイサイド電力スイッチング素子とローサイド電力スイッチング素子とが中間点ノードにおいて互いに結合される、電力スイッチング素子対と、コンデンサ及びインダクタを含むＬＣフィルタであって、インダクタが中間点ノードとコンデンサとの間に結合され、コンデンサがインダクタと負のＤＣ端子との間に結合される、ＬＣフィルタと、電力スイッチング素子対を駆動するように構成される少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのうちの１つのローカルＭＰＣコントローラであって、電力スイッチング素子対が、ローカルコントローラと関連付けられる電力スイッチング素子の一部である、ローカルＭＰＣコントローラと、正及び負のＤＣ端子と、電力スイッチング素子対と、ＬＣフィルタと、ローカルＭＰＣコントローラとが位置された回路基板とを含み、Ｎ個の電力コンバータモジュールのそれぞれの正のＤＣ端子が互いに結合され、１つ以上の電力コンバータのそれぞれの負のＤＣ端子が互いに結合され、中央コントローラは、ローカルコントローラを有する回路基板とは別の回路基板上に位置される、例２２から３３のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0237】

例３５：中央コントローラとカスケード接続された少なくとも１つのローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含むカスケード制御システムの中央コントローラによって、電力コンバータの電気的動作特性を受信するステップであって、電気的動作特性が、非絶縁Ｎ相電力コンバータの特性であり、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクション及びＮ相ＡＣ電圧セクションを有し、電力コンバータが電力スイッチング素子を含む、ステップと、中央コントローラによって、電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受信するステップと、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して少なくとも１つのローカルＭＰＣコントローラのそれぞれにより、ローカルＭＰＣコントローラの相に対応する電力スイッチング素子のうちの少なくとも１つのスイッチング素子を作動させるために受信される制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するステップとを含む、方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0238】

例３６：電力コンバータによって、制御シグナリングに基づいてＡＣ電力をＤＣ電力に整流するステップ、又は、電力コンバータによって、制御シグナリングに基づいてＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換させるステップのうちの１つ以上を更に含む、例３５の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0239】

例３７：電力コンバータのＡＣセクションによって、ＡＣ電力グリッドからＡＣ電力を受けるステップ、電力コンバータのＡＣセクションによって、ＡＣ電力をＡＣ電力グリッドに供給するステップ、又は電力コンバータのＡＣセクションによって、ＡＣモータにＡＣ電力を供給するステップのうちの１つ以上を更に含む、例３５又は３６の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0240】

例３８：非絶縁Ｎ相電力コンバータシステムであって、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクションと、Ｎ相ＡＣ電圧セクションとを備えるとともに、それぞれのＮ相ごとに、スイッチ側インダクタ、コンデンサ、又は出力側インダクタを含むＬＣフィルタと、電力スイッチング素子と、スイッチ側インダクタ、コンデンサ、又は出力側インダクタのグループから選択されるＬＣフィルタの第１の構成要素の第１の電気的特性を検知し、第１の電気的特性を示すセンサデータを生成するように構成されるセンサと、電子プロセッサを含むコントローラであって、センサからセンサデータを受信し、センサデータに基づいて状態推定を実行して、ＬＣフィルタの第１の構成要素とは異なる第２の構成要素の第２の電気的特性を推定し、電力スイッチング素子を駆動するために、第２の電気的特性に基づいて制御シグナリングを生成するように構成される、コントローラとを備える、非絶縁Ｎ相電力コンバータシステムのための方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0241】

例３９：Ｎ相のそれぞれに関して、センサは、ＬＣフィルタの第１の構成要素及び第２の構成要素とは異なる第３の構成要素の第３の電気的特性を検知するように更に構成され、センサによって生成されるセンサデータは、第３の電気的特性を更に示し、第２の電気的特性を推定するための状態推定は、第１の電気的特性及び第３の電気的特性の両方を示すセンサデータに基づく、例３８の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0242】

例４０：Ｎ相のそれぞれにおいて、第１の電気的特性がコンデンサの電圧であり、第２の電気的特性がスイッチ側インダクタの電流であり、第３の電気的特性が出力側インダクタの電流である、例３８又は３９の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0243】

例４１：Ｎ相のそれぞれに関して、コントローラは、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、第２の電気的特性に基づいて、制御シグナリングのデューティサイクルを生成するように構成されるモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含む、例３８から４０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0244】

例４２：Ｎ相のそれぞれに関して、ローカルコントローラは、第２の電気的特性に基づいて制御シグナリングのスイッチング周波数を生成して、電力スイッチング素子を可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号で駆動するように更に構成される、例３８から４１のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0245】

例４３：カスケード制御システムを更に備え、カスケード制御システムは、中央電子プロセッサを含む中央コントローラを備え、中央コントローラは、Ｎ相のそれぞれの相ごとに少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するように構成され、Ｎ相のそれぞれの相ごとにローカルコントローラを備え、Ｎ相のそれぞれの相ごとのローカルコントローラは、中央コントローラから受信したＮ個の制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するように更に構成される、例３８から４２のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0246】

例４４：電力コンバータシステムは、Ｎ＝３である多相電力コンバータシステムである、例３８から４３のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0247】

例４５：非絶縁Ｎ相電力コンバータを用いた方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体であり、Ｎ≧であり、センサによって、電力コンバータのＬＣフィルタの第１の構成要素の第１の電気的特性を検知して、第１の電気的特性を示すセンサデータを生成するステップであって、ＬＣフィルタの第１の構成要素が、スイッチ側インダクタ、コンデンサ、又は出力側インダクタのグループから選択される、ステップと、ローカルコントローラによって、センサからセンサデータを受信するステップと、センサデータに基づいてローカルコントローラによって、ＬＣフィルタの第１の構成要素とは異なる第２の構成要素の第２の電気的特性を推定するために状態推定を実行するステップと、ローカルコントローラによって、第２の電気的特性に基づいてＬＣフィルタと関連付けられる電力スイッチング素子を駆動するための制御シグナリングを生成するステップとを含む、方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0248】

例４６：センサにより、ＬＣフィルタの第１の構成要素及び第２の構成要素とは異なる第３の構成要素の第３の電気的特性を検知するステップを更に含み、センサによって生成されるセンサデータは、第３の電気的特性を更に示し、第２の電気的特性を推定するための状態推定は、第１の電気的特性及び第３の電気的特性の両方を示すセンサデータに基づく、例４５の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0249】

例４７：センサが電圧センサ及び電流センサを含み、第１の電気的特性を検知するステップは、コンデンサの電圧を検知するステップを含み、第２の電気的特性がスイッチ側インダクタの電流であり、第３の電気的特性を検知するステップは、出力側インダクタの電流を検知するステップを含む、例４５又は４６の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0250】

例４８：制御シグナリングを生成するステップは、モデル予測制御を使用して、第２の電気的特性に基づいてデューティサイクルを生成するステップを含む、例４５から４７のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0251】

例４９：制御シグナリングを生成するステップは、第２の電気的特性に基づいてスイッチング周波数を生成して、可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号で電力スイッチング素子を駆動するステップを含む、例４５から４８のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0252】

例５０：中央コントローラによって、Ｎ相のそれぞれの相ごとに少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、ローカルコントローラによって、Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの第１の制御基準ターゲットを受信するステップであって、制御シグナリングの生成が第１の制御基準ターゲットに更に基づく、ステップとを更に含む、例４５から４９のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0253】

例５１：電力コンバータは、Ｎ＝３である多相電力コンバータであり、多相電力コンバータは、ローカルコントローラと、第２ローカルコントローラと、第３ローカルコントローラとを含むＮ個のローカルコンバータと、センサと、第２のローカルコントローラに対応する第２のセンサと、第３のローカルコントローラに対応する第３センサとを含むＮ個のセンサと、ＬＣフィルタと、Ｎ相のうちの第２の相に対応する第２のＬＣフィルタと、Ｎ相のうちの第３の相に対応する第３のＬＣフィルタとを含むＮ個のＬＣフィルタとを含み、方法は、第２のローカルコントローラによって、第２のセンサからの第２のセンサデータに基づいて状態推定を実行して、第２のＬＣフィルタの構成要素の電気的特性を推定するステップと、第２のローカルコントローラによって、第２のＬＣフィルタの構成要素の電気的特性に基づいて、Ｎ相のうちの第２の相に対応する電力スイッチング素子を駆動するための第２の制御シグナリングを生成するステップと、第３のローカルコントローラによって、第３のセンサからの第３のセンサデータに基づいて状態推定を実行して、第３のＬＣフィルタの構成要素の電気的特性を推定するステップと、第３のローカルコントローラによって、第３のＬＣフィルタの構成要素の電気的特性に基づいて、Ｎ相のうちの第３の相に対応する電力スイッチング素子を駆動するための第３の制御シグナリングを生成するステップとを更に含む、例４５から５０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0254】

例５２：中央コントローラによって、Ｎ相のそれぞれの相ごとに少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、ローカルコントローラによって、Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの第１の制御基準ターゲットを受信するステップであって、制御シグナリングの生成が第１の制御基準ターゲットに更に基づく、ステップと、第２のローカルコントローラによって、Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの第２の制御基準ターゲットを受信するステップであって、第２の制御シグナリングの生成が第２の制御基準ターゲットに更に基づく、ステップと、第３のローカルコントローラによって、Ｎ個の制御基準ターゲットのうちの第３の制御基準ターゲットを受信するステップであって、第３の制御シグナリングの生成が第３の制御基準ターゲットに更に基づく、ステップとを更に含む、例４５から５１のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0255】

例５３：１つ以上の電力コンバータモジュールを備え、各電力コンバータモジュールは、
正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、正のＤＣ端子に結合されるハイサイド電力スイッチング素子と、負のＤＣ端子に結合されるローサイド電力スイッチング素子とを含む電力スイッチング素子対であって、ハイサイド電力スイッチング素子とローサイド電力スイッチング素子とが中間点ノードにおいて互いに結合される、電力スイッチング素子対と、中間点ノード、正のＤＣ端子、及び負のＤＣ端子に結合されるＬＣフィルタと、ローカルコントローラであって、制御基準ターゲットを受信し、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するように構成される、ローカルコントローラとを含む、方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0256】

例５４：各電力コンバータモジュールのローカルコントローラは、ＭＰＣを使用して、電力スイッチング素子対におけるデューティサイクル値を生成し、電力スイッチング素子対におけるスイッチング周波数を生成するように更に構成される、例５３の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0257】

例５５：ＭＰＣを使用してデューティサイクル値を生成するために、ローカルコントローラは、各制御周期において、ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性を決定し、ローカル電気的特性及びローカルコントローラによって受信される制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測し、制御信号の将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成するように構成される、例５３又は５４の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0258】

例５６：スイッチング周波数を生成するために、ローカルコントローラは、各制御周期において、デューティサイクル値と、ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性とに基づいて、スイッチング周波数を計算するように構成される、例５３から５５のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0259】

例５７：スイッチング周波数を生成するために、ローカルコントローラは、各制御周期において、連続スイッチング周波数関数又は離散スイッチング周波数関数を用いてスイッチング周波数を計算するように構成される、例５３から５６のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0260】

例５８：各電力コンバータモジュールのローカルコントローラは、状態推定器を使用して、ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定し、推定値が、ローカルコントローラと関連付けられるＡＣ相におけるローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、ＭＰＣを使用して、第１のローカル電気的特性及び制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子対のデューティサイクル値を生成し、デューティサイクル値及び第１のローカル電気的特性に基づいて電力スイッチング素子対のスイッチング周波数を生成するように更に構成される、例５３から５７のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0261】

例５９：各電力コンバータモジュールのＬＣフィルタは、スイッチ側インダクタと、上側コンデンサと、下側コンデンサとを含み、スイッチ側インダクタが中間点ノードとフィルタノードとの間に結合され、上側コンデンサがフィルタノードと正のＤＣ端子との間に結合され、下側コンデンサがフィルタノードと負のＤＣ端子との間に結合される、例５３から５８のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0262】

例６０：処理ユニットを含む中央コントローラを更に備え、中央コントローラは、ローカルコントローラと共にカスケード制御システムを形成し、中央コントローラは、回転基準座標系ターゲットを決定し、回転基準座標系ターゲットに基づいて制御基準ターゲットを生成するように構成される、例５３から５９のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0263】

例６１：１つ以上の電力コンバータモジュールが少なくとも３つの電力コンバータモジュールを含み、中央コントローラは、回転基準座標系ターゲットに基づいて、少なくとも３つの電力コンバータモジュールのそれぞれのローカルコントローラのための制御基準ターゲットを生成するように更に構成される、例５３から６０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0264】

例６２：少なくとも１つの電力コンバータモジュールは、ＡＣ－ＤＣ整流器及びＤＣ－ＡＣインバータのうちの１つ以上である、例５３から６１のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0265】

例６３：少なくとも１つの電力コンバータモジュールは、ＡＣ電力グリッド又はＡＣモータに結合されるＡＣインタフェース端子を更に含む、例５３から６２のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0266】

例６４．電力コンバータモジュールのローカルコントローラによって、制御基準ターゲットを受信するステップであって、ローカルコントローラが、電力コンバータモジュールの正のＤＣ端子に結合されるハイサイド電力スイッチング素子と、電力コンバータモジュールの負のＤＣ端子に結合されるローサイド電力スイッチング素子とを含む電力スイッチング素子対に結合され、ハイサイド電力スイッチング素子とローサイド電力スイッチング素子とが中間点ノードで互いに結合され、ＬＣフィルタが、中間点ノード、正のＤＣ端子、及び負のＤＣ端子に結合される、ステップと、ローカルコントローラによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するステップと、ＬＣフィルタによって、中間点ノードに供給される又は中間点ノードから受信される電力信号をフィルタリングするステップとを含む、方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0267】

例６５：ローカルコントローラによって、ＭＰＣを使用して電力スイッチング素子対におけるデューティサイクル値を生成するステップと、ローカルコントローラによって、電力スイッチング素子対におけるスイッチング周波数を生成するステップとを更に含む、例６４の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0268】

例６６：ローカルコントローラによって、ＭＰＣを使用してデューティサイクル値を生成するステップは、各制御周期において、ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性を決定するステップと、ローカル電気的特性及びローカルコントローラによって受信される制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測するステップと、制御信号の将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成するステップとを含む、例６４又は６５の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0269】

例６７：ローカルコントローラによって、スイッチング周波数を生成するステップは、各制御周期において、ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるデューティサイクル値及びローカル電気的特性に基づいてスイッチング周波数を計算するステップを含む、例６４から６６のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0270】

例６８：ローカルコントローラによって、スイッチング周波数を生成するステップは、各制御周期において、連続スイッチング周波数関数又は離散スイッチング周波数関数を用いてスイッチング周波数を計算するステップを含む、例６４から６７のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0271】

例６９：状態推定器を使用してローカルコントローラによって、ローカルコントローラと関連付けられるＡＣの相におけるローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するステップであって、推定値が、ローカルコントローラと関連付けられるＡＣ相におけるローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づく、ステップと、ＭＰＣを使用してローカルコントローラによって、第１のローカル電気的特性及び制御基準ターゲットに基づいて電力スイッチング素子対におけるデューティサイクル値を生成するステップと、ローカルコントローラによって、デューティサイクル値及び第１のローカル電気的特性に基づいて電力スイッチング素子対におけるスイッチング周波数を生成するステップとを更に含む、例６４から６８のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0272】

例７０：各電力コンバータモジュールのＬＣフィルタは、スイッチ側インダクタと、上側コンデンサと、下側コンデンサとを含み、スイッチ側インダクタが中間点ノードとフィルタノードとの間に結合され、上側コンデンサがフィルタノードと正のＤＣ端子との間に結合され、下側コンデンサがフィルタノードと負のＤＣ端子との間に結合される、例６４から６９のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0273】

例７１：中央コントローラによって、回転基準座標系ターゲットを決定するステップであって、中央コントローラが、ローカルコントローラと共にカスケード制御システムを形成する、ステップと、中央コントローラによって、回転基準座標系ターゲットに基づいてローカルコントローラにおける制御基準ターゲットを生成するステップとを更に含む、例６４から７０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0274】

例７２：ローカルコントローラが第１のローカルコントローラであり、電力コンバータモジュールが中央コントローラと、第２のローカルコントローラを有する第２の電力コンバータモジュールと、第３のローカルコントローラを有する第３の電力コンバータモジュールとを更に含む三相電力コンバータの第１の電力コンバータモジュールであり、方法は、中央コントローラによって、回転基準座標系ターゲットを決定するステップであって、中央コントローラが、第１のローカルコントローラ、第２のローカルコントローラ、及び第３のローカルコントローラと共にカスケード制御システムを形成する、ステップと、中央コントローラによって、回転基準座標系ターゲットに基づいて第１のローカルコントローラにおける制御基準ターゲットを生成するステップと、中央コントローラによって、回転基準座標系ターゲットに基づいて第２のローカルコントローラにおける第２の制御基準ターゲットを生成するステップと、中央コントローラによって、回転基準座標系ターゲットに基づいて第３のローカルコントローラにおける第３の制御基準ターゲットを生成するステップと、第２のローカルコントローラによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、第２の制御基準ターゲットに基づいて第２の電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するステップと、第３のローカルコントローラによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）及び可変周波数ソフトスイッチングを使用して、第３の制御基準ターゲットに基づいて第３の電力スイッチング素子対を駆動するための制御シグナリングを生成するステップとを更に含む、例６４から７１のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0275】

例７３：少なくとも１つの電力コンバータによって、制御シグナリングに基づいてＡＣ電力をＤＣ電力に整流するステップ、又は少なくとも１つの電力コンバータによって、制御シグナリングに基づいてＤＣ電力をＡＣ電力に逆変換させるステップのうちの１つ以上を更に含む、例６４から７２のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0276】

例７４：非絶縁Ｎ相電力コンバータであって、Ｎ≧１であり、ＤＣ電圧セクション、Ｎ相ＡＣ電圧セクションを有する、電力コンバータと、電力コンバータを制御するカスケード制御システムとを備え、カスケード制御システムは、処理ユニットを含む中央コントローラであって、電力コンバータの電気的動作特性を受け、電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するように構成される、中央コントローラと、Ｎ相電力コンバータの相ごとに少なくとも２つのローカルＭＰＣコントローラを含む複数のローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラであって、各ローカルＭＰＣコントローラが、一対の電力スイッチング素子と、ローカルＭＰＣコントローラに対応する相におけるＬＣフィルタとを含むそれぞれのコンバータブロックと関連付けられ、ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれが、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる相に関してＮ個の制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受け、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる電力スイッチング素子の対を駆動するための制御基準信号に基づいて制御シグナリングを生成するように構成される、ローカルＭＰＣコントローラと、を備える、方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0277】

例７５：各ＬＣフィルタは、スイッチ側インダクタと、下側コンデンサとを含み、ローカルＭＰＣコントローラのうちの１つと関連付けられる各コンバータブロックは、コンバータブロックの電力スイッチング素子のハイサイド素子とローサイド素子とを接続する中間点ノードと、フィルタノードとを更に含み、コンバータブロックのＬＣフィルタのスイッチ側インダクタは、中間点ノードとフィルタノードとの間に結合され、コンバータブロックの下側コンデンサは、フィルタノードと電力コンバータのＤＣ電圧セクションの負のＤＣバスとの間に結合される、例７４の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0278】

例７６：各ＬＣフィルタが上側コンデンサを更に含み、ローカルＭＰＣコントローラのうちの１つと関連付けられる各コンバータブロックは、コンバータブロックのフィルタノードと電力コンバータのＤＣ電圧セクションの負のＤＣバスとの間に結合されるコンバータブロックのＬＣフィルタの上側コンデンサを更に含む、例７４又は７５の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0279】

例７７：ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成するために、各制御周期で、複数のローカルＭＰＣコントローラの各ローカルＭＰＣコントローラは、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおけるローカル電気的特性を決定し、ローカルＭＰＣコントローラによって受信されるローカル電気的特性及び制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測し、制御信号の将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成するように構成される、例７４から７６のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0280】

例７８：各ローカルＭＰＣコントローラは、それぞれの状態推定器と関連付けられ、それぞれのローカルＭＰＣコントローラごとに、それぞれの状態推定器は、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおけるローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するように構成され、推定値は、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおけるローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、各ローカルＭＰＣコントローラは、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおけるローカル電気的特性を決定するために、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる状態推定器によって推定される第１のローカル電気的特性を受信する、例７４から７７のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0281】

例７９：中央コントローラは、回転基準座標系ターゲットを決定するように構成され、回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含み、ゼロシーケンス成分ターゲットが第Ｎ相高調波注入の倍数に基づき、少なくともＮ個の制御基準ターゲットが回転基準座標系ターゲットに基づいて生成される、例７４から７８のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0282】

例８０：中央コントローラは、回転基準座標系における電気的動作特性に基づいて回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するように更に構成される、例７４から７９のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0283】

例８１：回転基準座標系における電気的動作特性に基づいて回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するために、中央コントローラは、電力コンバータのＡＣ電圧セクションからの電流信号を、回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換し、Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、回転基準座標系ターゲットのＤ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成し、Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、回転基準座標系ターゲットのＱ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成するように構成され、回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成するために、中央コントローラは、Ｄ軸電圧成分、Ｑ軸電圧成分、及びゼロシーケンス成分ターゲットを静止基準座標系に変換するように更に構成される、例７４から８０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0284】

例８２：電力コンバータは、ＡＣ－ＤＣ整流器及びＤＣ－ＡＣインバータのうちの１つ以上である、例７４から８１のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0285】

例８３：電力コンバータのＡＣ電圧セクションは、ＡＣ電力グリッド又はＡＣモータに結合される、例７４から８２のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0286】

例８４：ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる電力スイッチング素子の対を駆動するための制御シグナリングを生成するために、各ローカルＭＰＣコントローラは、可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号を用いて制御シグナリングを生成するように構成される、例７４から８３のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0287】

例８５：複数の電力コンバータモジュールを更に備え、各電力コンバータモジュールは、
正の直流（ＤＣ）端子及び負のＤＣ端子と、複数のローカルＭＰＣコントローラのうちの１つのローカルＭＰＣコントローラと、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックと、正及び負のＤＣ端子と、ローカルＭＰＣコントローラと、ローカルコンバータと関連付けられるコンバータブロックとが配置された回路基板とを含み、複数の電力コンバータモジュールのそれぞれの正のＤＣ端子が互いに結合され、複数の電力コンバータモジュールの負のＤＣ端子が互いに結合され、中央コントローラは、ローカルＭＰＣコントローラを有する回路基板とは別個の回路基板上に配置される、例７４から８４のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0288】

例８６：Ｎ＝３であり、非絶縁Ｎ相電力コンバータが三相電力コンバータである、例７４から８５のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0289】

例８７：Ｎ≧１に関して非絶縁Ｎ相電力コンバータを用いた電圧変換のための方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体であって、中央コントローラとカスケード接続された複数のローカルモデル予測制御（ＭＰＣ）コントローラを含むカスケード制御システムの中央コントローラによって、電力コンバータの電気的動作特性を受信するステップであって、電力コンバータが、ＤＣ電圧セクションと、Ｎ相ＡＣ電圧セクションとを含み、複数のローカルＭＰＣコントローラが、Ｎ相電力コンバータの相ごとに少なくとも２つのローカルＭＰＣコントローラを含み、各ローカルＭＰＣコントローラが、一対の電力スイッチング素子と、ローカルＭＰＣコントローラに対応する相におけるＬＣフィルタとを含むそれぞれのコンバータブロックと関連付けられる、ステップと、中央コントローラによって、電力コンバータのＮ相のそれぞれに関して少なくとも１つの制御基準ターゲットを含む少なくともＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップと、ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる相におけるＮ個の制御基準ターゲットのうちの１つの制御基準ターゲットを受信するステップと、ローカルＭＰＣコントローラのそれぞれによって、モデル予測制御（ＭＰＣ）を使用して、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる電力スイッチング素子の対を駆動するために受信される制御基準ターゲットに基づいて制御シグナリングを生成するステップとを含む、方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0290】

例８８：各ＬＣフィルタによってフィルタリングするステップを更に備え、各ＬＣフィルタは、スイッチ側インダクタと、下側コンデンサとを含み、ローカルＭＰＣコントローラのうちの１つと関連付けられる各コンバータブロックは、コンバータブロックの電力スイッチング素子のハイサイド素子とローサイド素子とを接続する中間点ノードと、フィルタノードとを更に含み、コンバータブロックのＬＣフィルタのスイッチ側インダクタは、中間点ノードとフィルタノードとの間に結合され、コンバータブロックの下側コンデンサは、フィルタノードと電力コンバータのＤＣ電圧セクションの負のＤＣバスとの間に結合される、例８７の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0291】

例８９：各ＬＣフィルタが上側コンデンサを更に含み、ローカルＭＰＣコントローラのうちの１つと関連付けられる各コンバータブロックは、コンバータブロックのフィルタノードと電力コンバータのＤＣ電圧セクションの負のＤＣバスとの間に結合されるコンバータブロックのＬＣフィルタの上側コンデンサを更に含む、例８７又は８８の方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0292】

例９０：ＭＰＣを使用して制御シグナリングを生成するために、各制御周期で、複数のローカルＭＰＣコントローラの各ローカルＭＰＣコントローラは、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおけるローカル電気的特性を決定し、ローカルＭＰＣコントローラによって受信されるローカル電気的特性及び制御基準ターゲットを使用してコスト関数を解き、制御基準ターゲットに向かうＮ相の相を制御するための制御信号の将来のステップを予測し、制御信号の将来のステップの第１のステップに基づいて制御シグナリングを生成するように構成される、例８７から８９のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0293】

例９１：各ローカルＭＰＣコントローラは、それぞれの状態推定器と関連付けられ、方法は、それぞれの状態推定器により、状態推定器に関連するローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおけるローカル電気的特性の第１のローカル電気的特性を推定するステップを更に含み、推定値は、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおけるローカル電気的特性の他のローカル電気的特性のサンプリングに基づき、各ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられるコンバータブロックにおけるローカル電気的特性を決定するステップは、各ローカルＭＰＣコントローラにより、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる状態推定器によって推定される第１のローカル電気的特性を受信するステップを更に含む、例８７から９０のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0294】

例９２：中央コントローラにより、回転基準座標系ターゲットを決定するステップであって、回転基準座標系ターゲットがゼロシーケンス成分ターゲットを含み、ゼロシーケンス成分ターゲットが第Ｎ相高調波注入の倍数に基づく、ステップを更に含み、少なくともＮ個の制御基準ターゲットが回転基準座標系ターゲットに基づいて生成される、例８７から９１のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0295】

例９３：中央コントローラは、回転基準座標系における電気的動作特性に基づいて回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するように更に構成される、例８７から８２のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0296】

例９４：回転基準座標系ターゲットの直接軸（Ｄ軸）成分及び直交軸（Ｑ軸）成分を決定するステップは、電力コンバータのＡＣ電圧セクションからの電流信号を、回転基準座標系における直接軸（Ｄ軸）電流成分と直交軸（Ｑ軸）電流成分とに変換するステップと、Ｄ軸電流成分と所望のＤ軸電流との比較に基づいて、回転基準座標系ターゲットのＤ軸成分としてＤ軸電圧成分を生成するステップと、Ｑ軸電流成分と所望のＱ軸電流との比較に基づいて、回転基準座標系ターゲットのＱ軸成分としてＱ軸電圧成分を生成するステップとを含み、回転基準座標系ターゲットに基づいて静止基準座標系におけるＮ個の制御基準ターゲットを生成するステップは、Ｄ軸電圧成分、Ｑ軸電圧成分、及びゼロシーケンス成分ターゲットを静止基準座標系に変換するステップを含む、例８７から９３のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【0297】

例９５：各ローカルＭＰＣコントローラによって、ローカルＭＰＣコントローラと関連付けられる電力スイッチング素子の対を駆動させるための制御シグナリングを生成するステップは、各ローカルＭＰＣコントローラによって、可変周波数臨界ソフトスイッチング制御信号を用いて制御シグナリングを生成するステップを含む、例８７から９４のいずれかの方法、装置、及び／又は非一時的コンピュータ可読媒体。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A-B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17A-B】

【図18A】

【図18B】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【国際調査報告】