JP6752401B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置（１）は、複数のレグ回路（４）を含む電力変換回路部（２）と、制御装置（３）とを備える。各レグ回路（４）は、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の第１変換器セル（７ａ）と、各々がコンデンサ（３２）を有し、互いに直列接続された複数の第２変換器セル（７ｂ）とを含む。複数の第１変換器セル（７ａ）は、複数のレグ回路（４）間を循環する循環電流に基づかずに制御され、複数の第２変換器セル（７ｂ）は、循環電流に基づいて制御される。制御装置（３）は、第２変換器セル（７ｂ）におけるコンデンサ（３２）の電圧が第１閾値未満となった場合、複数の第２変換器セル（７ｂ）のうちの１以上の第２変換器セル（７ｂ）のスイッチング動作を停止させる。

Description

本開示は、交流と直流との間で電力変換を行なう電力変換装置に関する。

複数の単位変換器がカスケードに接続されるモジュラーマルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ変換器とも称する。）は、単位変換器の数を増加させることによって、高電圧化に容易に対応することができる。「単位変換器」は、「変換器セル」あるいは「サブモジュール（sub module）」とも称される。ＭＭＣ変換器は、大容量の静止型無効電力補償装置、または高圧直流送電用の交直電力変換装置として、送配電系統へ広く適用されている。変換器セルは、複数のスイッチング素子と蓄電要素とを含み、チョッパ回路またはブリッジ回路等で構成される。

ＭＭＣ変換器において、アーム内の複数の変換器セルを２つのセル群に分割する方式が知られている。例えば、特許第６５０９３５２号公報（特許文献１）では、一方のセル群で交直変換動作を行ない、他方のセル群で循環電流を制御している。

特許第６５０９３５２号公報

しかしながら、特許文献１のように、他方のセル群が循環電流のみを制御する方式では、電力変換装置から出力される有効電力および無効電力の両方が小さいと、他方のセル群に含まれるコンデンサの電圧を維持できず、変換器制御が破綻する可能性がある。そのため、一方のセル群に含まれるコンデンサの電圧と他方のセル群に含まれるコンデンサの電圧とを適切に制御する必要がある。

本開示のある局面における目的は、一方のセル群と他方のセル群とが異なる動作を行なう場合であっても、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御することが可能な電力変換装置を提供することである。

ある実施の形態に従うと、直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置が提供される。電力変換装置は、交流回路の複数の相にそれぞれ対応する複数のレグ回路を含む電力変換回路部を備える。各レグ回路は、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の第１変換器セルと、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の第２変換器セルとを含む。電力変換装置は、複数の第１変換器セルおよび複数の第２変換器セルの動作を制御する制御装置をさらに備える。複数の第１変換器セルは、複数のレグ回路間を循環する循環電流に基づかずに制御され、複数の第２変換器セルは、循環電流に基づいて制御される。第２変換器セルにおけるコンデンサの電圧が第１閾値未満となった場合、制御装置は、第１モードまたは第２モードで複数の第２変換器セルのうちの１以上の第２変換器セルを制御する。第１モードは、変換器セルのスイッチング動作を停止させるモードである。第２モードは、第２モード時における変換器セルの出力電圧の変化が第１モード時における変換器セルの出力電圧の変化と同じになるように、変換器セルをスイッチング動作させるモードである。

本開示によれば、一方のセル群と他方のセル群とが異なる動作を行なう場合であっても、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御することができる。

電力変換装置の概略構成図である。 セル群を構成する変換器セルの一例を示す回路図である。 制御装置３の内部構成を表わす図である。 実施の形態１に従う基本制御部の構成を表わす図である。 セル群制御部の構成を表わす図である。 実施の形態２に従う基本制御部の構成を表わす図である。 実施の形態３に従う基本制御部の構成を表わす図である。 実施の形態３に従う基本制御部の他の構成を表わす図である。

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

実施の形態１．
＜電力変換装置の概略構成＞
図１は、電力変換装置の概略構成図である。図１を参照して、電力変換装置１は、互いに直列接続された複数の変換器セル（図１中の「セル」に対応）を含むモジュラーマルチレベル変換器によって構成されている。電力変換装置１は、直流回路１４と交流回路１２との間で電力変換を行なう。電力変換装置１は、電力変換回路部２と、制御装置３とを含む。

電力変換回路部２は、正側直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負側直流端子（すなわち、低電位側直流端子）Ｎｎとの間に互いに並列に接続された複数のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗ（以下「レグ回路４」とも総称する。）を含む。

レグ回路４は、交流を構成する複数相の各々に設けられる。レグ回路４は、交流回路１２と直流回路１４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。図１には、交流回路１２が３相交流系統の場合が示され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが設けられている。

レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器１３を介して交流回路１２に接続される。交流回路１２は、例えば、交流電源などを含む交流電力系統である。図１では、図解を容易にするために、交流端子Ｎｖ，Ｎｗと変圧器１３との接続は図示していない。

各レグ回路４に共通に接続された正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎは、直流回路１４に接続される。直流回路１４は、例えば、直流送電網などを含む直流電力系統または他の電力変換装置の直流端子である。後者の場合、２台の電力変換装置を連結することによって定格周波数などが異なる交流電力系統間を接続するためのＢＴＢ（Back To Back）システムが構成される。

図１の変圧器１３を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流回路１２に接続する構成としてもよい。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが変圧器１３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル８Ａ，８Ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路４は、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗに設けられた接続部を介して電気的に（すなわち直流的または交流的に）交流回路１２と接続される。

レグ回路４ｕは、直列接続された２つのアームにより構成される。具体的には、レグ回路４ｕは、正側直流端子Ｎｐから交流端子Ｎｕまでの正側アーム５と、負側直流端子Ｎｎから交流端子Ｎｕまでの負側アーム６とを含む。正側アームは上アームとも称され、負側アームは下アームとも称される。正側アーム５と負側アーム６との接続点である交流端子Ｎｕが変圧器１３と接続される。正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎが直流回路１４に接続される。レグ回路４ｖ，４ｗについても同様の構成を有するので、以下、レグ回路４ｕを代表として説明する。

正側アーム５は、複数の変換器セル７ａがカスケード接続されたセル群５１と、複数の変換器セル７ｂがカスケード接続されたセル群５２と、リアクトル８Ａとを含む。セル群５１、セル群５２およびリアクトル８Ａは互いに直列接続されている。負側アーム６は、複数の変換器セル７ａがカスケード接続されたセル群６１と、複数の変換器セル７ｂがカスケード接続されたセル群６２と、リアクトル８Ｂとを含む。セル群６１、セル群６２およびリアクトル８Ｂは互いに直列接続されている。

以下の説明では、セル群５１およびセル群６１の各々に含まれる変換器セル７ａの数をＮ１とする。ただし、Ｎ１≧２とする。また、セル群５２およびセル群６２の各々に含まれる変換器セル７ｂの数をＮ２とする。ただし、Ｎ２≧１とする。以下の説明では、変換器セル７ａ，７ｂを総称して、変換器セル７と記載する場合もある。なお、図解を容易にするため、各アームにおいて、複数の変換器セル７ａが隣接して配置され、複数の変換器セル７ｂが隣接して配置される構成としているが、これに限られない。複数の変換器セル７ａが互いに分散して配置され、複数の変換器セル７ｂが互いに分散して配置される構成であってもよい。なお、各レグ回路４に含まれる複数の変換器セル７の各々は、変換器セル７ａまたは変換器セル７ｂである。

リアクトル８Ａが挿入される位置は、レグ回路４ｕの正側アーム５のいずれの位置であってもよく、リアクトル８Ｂが挿入される位置は、レグ回路４ｕの負側アーム６のいずれの位置であってもよい。リアクトル８Ａ，８Ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。正側アーム５のリアクトル８Ａのみ、もしくは、負側アーム６のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。

詳細は後述するが、セル群５１，６１とセル群５２，６２とは、それぞれ異なる役割を有する。具体的には、セル群５１，６１の変換器セル７ａは、循環電流の制御に用いられず、交流電気量および直流電気量の制御（すなわち、交直変換制御）を担当し、セル群５２，６２の変換器セル７ｂは循環電流の制御を担当する。

電力変換装置１は、制御に使用される電気量（例えば、電流、電圧など）を計測する各検出器として、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１６と、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂと、各レグ回路４に設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂとを含む。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置３に入力される。

図１では図解を容易にするために、各検出器から制御装置３に入力される信号の信号線と、制御装置３および各変換器セル７間で入出力される信号の信号線とは、一部まとめて記載されているが、実際には検出器ごとおよび変換器セル７ごとに設けられている。各変換器セル７と制御装置３との間の信号線は、送信用と受信用とが別個に設けられていてもよい。信号線は、たとえば光ファイバによって構成される。

交流電圧検出器１０は、交流回路１２のＵ相の交流電圧Ｖａｃｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖａｃｖ、およびＷ相の交流電圧Ｖａｃｗを検出する。交流電流検出器１６は、交流回路１２のＵ相の交流電流Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流Ｉａｃｖ、およびＷ相の交流電流Ｉａｃｗを検出する。直流電圧検出器１１Ａは、直流回路１４に接続された正側直流端子Ｎｐの直流電圧Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器１１Ｂは、直流回路１４に接続された負側直流端子Ｎｎの直流電圧Ｖｄｃｎを検出する。

Ｕ相用のレグ回路４ｕに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、正側アーム５に流れる正側アーム電流Ｉｐｕ、および負側アーム６に流れる負側アーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。Ｖ相用のレグ回路４ｖに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路４ｗに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。以下の説明では、正側アーム電流Ｉｐｕ、Ｉｐｖ、Ｉｐｗを総称して正側アーム電流Ｉａｒｍｐと記載し、負側アーム電流Ｉｎｕ、Ｉｎｖ、Ｉｎｗを総称して負側アーム電流Ｉａｒｍｎと記載し、正側アーム電流Ｉａｒｍｐと負側アーム電流Ｉａｒｍｎとを総称してアーム電流Ｉａｒｍと記載する。なお、アーム電流Ｉａｒｍは、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎの方向に流れる電流を正とする。

制御装置３は、専用回路によって構成してもよいし、その一部または全部をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、マイクロプロセッサ等によって構成してもよい。典型的には、制御装置３は、ハードウェア構成として、補助変成器、ＡＤ（Analog to Digital）変換部、演算部等を含む。演算部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。ＡＤ変換部は、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサ等を含む。制御装置３は、例えば、ディジタル保護制御装置で構成されていてもよい。

＜変換器セルの構成例＞
図２は、セル群を構成する変換器セルの一例を示す回路図である。図２（ａ）に示す変換器セル７は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。この変換器セル７は、２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎを直列接続して形成した直列体と、エネルギー蓄積器としてのコンデンサ３２と、バイパススイッチ３４と、電圧検出器３３とを含む。直列体とコンデンサ３２とは並列接続される。電圧検出器３３は、コンデンサ３２の両端の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する。

図２（ｂ）に示す変換器セル７は、フルブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。この変換器セル７は、２つのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を直列接続して形成された第１の直列体と、２つのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を直列接続して形成された第２の直列体と、コンデンサ３２と、バイパススイッチ３４と、電圧検出器３３とを含む。第１の直列体と、第２の直列体と、コンデンサ３２とが並列接続される。電圧検出器３３は、コンデンサ電圧Ｖｃを検出する。

図２（ａ）における２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎと、図２（ｂ）における４つのスイッチング素子３１ｐ１、３１ｎ１、３１ｐ２、３１ｎ２とは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off）サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）などの自己消弧型の半導体スイッチング素子に還流ダイオード（ＦＷＤ：Freewheeling Diode）が逆並列に接続されて構成される。また、図２（ａ）および図２（ｂ）において、コンデンサ３２には、フィルムコンデンサなどのキャパシタが主に用いられる。

以下の説明では、スイッチング素子３１ｐ，３１ｎ，３１ｐ１，３１ｎ１，３１ｐ２，３１ｎ２をスイッチング素子３１とも総称する。また、スイッチング素子３１内の半導体スイッチング素子のオンオフを、単に「スイッチング素子３１のオンオフ」と記載する。

図２（ａ）を参照して、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。スイッチング素子３１ｐ、３１ｎのスイッチング動作によりコンデンサ３２の両端電圧、および零電圧を出力する。例えば、スイッチング素子３１ｐがオン、かつスイッチング素子３１ｎがオフとなったときに、コンデンサ３２の両端電圧が出力される。スイッチング素子３１ｐがオフ、かつスイッチング素子３１ｎがオンとなったときに、零電圧が出力される。図２（ａ）では、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としたが、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としてもよく、その場合には、動作が反転する。

バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間に接続される。図２（ａ）では、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎと並列に接続される。ただし、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする場合には、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｐと並列に接続される。バイパススイッチ３４をオンにすることによって、変換器セル７が短絡される。

次に、図２（ｂ）を参照して、スイッチング素子３１ｐ１とスイッチング素子３１ｎ１との中点と、スイッチング素子３１ｐ２とスイッチング素子３１ｎ２との中点とを変換器セル７の入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。図２（ｂ）に示す変換器セル７は、スイッチング素子３１ｎ２を常時オンとし、スイッチング素子３１ｐ２を常時オフとし、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を交互にオン状態とすることによって、正電圧または零電圧を出力する。また、図２（ｂ）に示す変換器セル７は、スイッチング素子３１ｎ２を常時オフし、スイッチング素子３１ｐ２を常時オンし、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を交互にオン状態にすることによって、零電圧または負電圧を出力することもできる。

バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間に接続される。なお、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎ１，３１ｎ２の直列体と並列に接続される。バイパススイッチ３４をオンにすることによって、変換器セル７が短絡される。

以下の説明では、変換器セル７ａ，７ｂを図２（ａ）に示すハーフブリッジセルの構成とし、半導体スイッチング素子、およびエネルギー蓄積要素としてのコンデンサを用いた場合を例に説明する。しかし、変換器セル７ａ，７ｂを図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成としてもよい。また、上記で示した構成以外の変換器セル、例えば、クランプトダブルセルと呼ばれる回路構成などを適用した変換器セルを用いてもよく、スイッチング素子およびエネルギー蓄積要素も上記のものに限定するものではない。

＜制御装置３の構成＞
図３は、制御装置３の内部構成を表わす図である。図３を参照して、制御装置３は、スイッチング制御部５０１ａ，５０１ｂ（以下、「スイッチング制御部５０１」とも総称する。）を含む。スイッチング制御部５０１ａは、変換器セル７ａの各スイッチング素子３１のオン、オフを制御する。スイッチング制御部５０１ｂは、変換器セル７ｂの各スイッチング素子３１のオン、オフを制御する。

スイッチング制御部５０１ａは、基本制御部５０２ａと、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰａと、Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮａと、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰａと、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮａと、Ｗ相正側セル群制御部５０３ＷＰａと、Ｗ相負側セル群制御部５０３ＷＮａとを含む。スイッチング制御部５０１ｂは、基本制御部５０２ｂと、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰｂと、Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮｂと、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰｂと、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮｂと、Ｗ相正側セル群制御部５０３ＷＰｂと、Ｗ相負側セル群制御部５０３ＷＮｂとを含む。

以下の説明では、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰａ、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰａおよびＷ相正側セル群制御部５０３ＷＰａを総称して正側セル群制御部５０３Ｐａとも記載する。Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮａ、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮａ、およびＷ相負側セル群制御部５０３ＷＮａを総称して負側セル群制御部５０３Ｎａとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａを総称してセル群制御部５０３ａとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐａはセル群５１の動作を制御し、負側セル群制御部５０３Ｎａはセル群６１の動作を制御する。

また、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰｂ、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰｂおよびＷ相正側セル群制御部５０３ＷＰｂを総称して正側セル群制御部５０３Ｐｂとも記載する。Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮｂ、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮｂ、およびＷ相負側セル群制御部５０３ＷＮｂを総称して負側セル群制御部５０３Ｎｂとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂを総称してセル群制御部５０３ｂとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐｂはセル群５２の動作を制御し、負側セル群制御部５０３Ｎｂはセル群６２の動作を制御する。

さらに、基本制御部５０２ａおよび基本制御部５０２ｂを総称して基本制御部５０２とも記載し、セル群制御部５０３ａおよびセル群制御部５０３ｂを総称してセル群制御部５０３とも記載する。

図４は、実施の形態１に従う基本制御部５０２の構成を表わす図である。図４を参照して、制御装置３は、基本制御部５０２ａ，５０２ｂと、電流演算部５２１と、電圧演算部５２２と、正側セル群制御部５０３Ｐａ，５０３Ｐｂと、負側セル群制御部５０３Ｎａ，５０３Ｎｂとを含む。基本制御部５０２ａは、交流制御部５２３と、直流制御部５２４と、指令生成部５２５とを含む。基本制御部５０２ｂは、循環電流制御部５２６と、コンデンサ電圧制御部５２７と、停止制御部５３１と、加算器５ｉ，５ｊと、ゲイン回路５ｇ，５ｈとを含む。

基本制御部５０２ａは、正側セル群制御部５０３Ｐａ，負側セル群制御部５０３Ｎａに電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１をそれぞれ供給する。基本制御部５０２ｂは、正側セル群制御部５０３Ｐｂ，負側セル群制御部５０３Ｎｂに電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２をそれぞれ供給する。

交直変換制御用の正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａにそれぞれ供給される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１は、循環電流Ｉｃｃの検出値に基づかないものである。循環電流制御用の正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂにそれぞれ供給される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２は、循環電流Ｉｃｃの検出値に基づくものである。このことから、セル群５１，６１の変換器セル７ａは循環電流に基づかずに制御され、セル群５２，６２の変換器セル７ｂは循環電流に基づいて制御されるといえる。

電流演算部５２１は、アーム電流検出器９Ａで検出された正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗと、アーム電流検出器９Ｂで検出された負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗとを取り込む。電流演算部５２１は、取り込んだアーム電流から、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ（以下「交流電流Ｉａｃ」とも総称する。）と、直流電流Ｉｄｃと、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗ（以下「循環電流Ｉｃｃ」とも総称する。）とを演算する。電流演算部５２１は、各交流電流Ｉａｃを交流制御部５２３に出力し、直流電流Ｉｄｃを直流制御部５２４に出力し、循環電流Ｉｃｃを循環電流制御部５２６に出力する。

Ｕ相の交流電流Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流Ｉａｃｖ、およびＷ相の交流電流Ｉａｃｗは、各レグ回路４の交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗから変圧器１３の方向に流れる電流を正として定義される。直流電流Ｉｄｃは、直流回路１４から正側直流端子Ｎｐに向かう方向、および負側直流端子Ｎｎから直流回路１４に向かう方向を正として定義される。レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗをそれぞれ流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎに向かう方向を正として定義される。

交流制御部５２３には、さらに、交流電圧検出器１０で検出されたＵ相、Ｖ相、およびＷ相の交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ（以下「交流電圧Ｖａｃ」とも総称する。）が入力される。交流制御部５２３は、交流電流Ｉａｃと交流電圧Ｖａｃとに基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ，Ｖａｃｒｅｆｖ，Ｖａｃｒｅｆｗ（以下「交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ」とも総称する。）を生成する。

直流制御部５２４には、さらに、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂで検出された直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎが入力される。直流制御部５２４は、直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎから算出される直流回路１４の直流電圧（すなわち、直流端子間電圧）Ｖｄｃおよび直流電流Ｉｄｃに基づいて、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを生成する。

指令生成部５２５は、Ｕ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとに基づいて、Ｕ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｕを生成する。指令生成部５２５は、Ｖ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｖと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとに基づいて、Ｖ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｖを生成する。指令生成部５２５は、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｗと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとに基づいて、Ｗ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｗ，Ｖｎｒｅｆ１ｗを生成する。

電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｐｒｅｆ１ｗ（総称する場合「電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１」とも記載する。）は、正側セル群制御部５０３Ｐａに供給される。電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｗ（総称する場合「電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１」とも記載する。）は、負側セル群制御部５０３Ｎａに供給される。

電圧演算部５２２は、各レグ回路４のセル群５２，６２に設けられた各変換器セル７ｂからコンデンサ電圧Ｖｃの情報を受信する。電圧演算部５２２は、各コンデンサ電圧Ｖｃの情報に基づいて、相ごとに、セル群５２の複数のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐ２を算出するとともに、セル群６２の複数のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎ２を算出する。Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相の代表値Ｖｃｐ２をそれぞれＶｃｐｕ２、Ｖｃｐｖ２、Ｖｃｐｗ２と記載し、Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相の代表値Ｖｃｎ２をそれぞれＶｃｎｕ２、Ｖｃｎｖ２、Ｖｃｎｗ２と記載する。

代表値の演算は、各セル群のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値、中央値、最大値、または最小値等を適宜適用することができる。電圧演算部５２２は、各セル群５２のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２と、各セル群６２のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２とをコンデンサ電圧制御部５２７に出力する。

コンデンサ電圧制御部５２７は、各アーム電流Ｉａｒｍの情報を受けるとともに、電圧演算部５２２からコンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２の情報を受ける。

コンデンサ電圧制御部５２７は、各アーム電流Ｉａｒｍと、コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２とに基づいて、セル群５２用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２を補正するための補正値Ｖｐｃｏｒｒを生成し、生成した補正値Ｖｐｃｏｒｒを加算器５ｉに出力する。コンデンサ電圧制御部５２７は、各アーム電流Ｉａｒｍと、コンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２とに基づいて、セル群６２用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２を補正するための補正値Ｖｎｃｏｒｒを生成し、生成した補正値Ｖｎｃｏｒｒを加算器５ｊに出力する。

循環電流制御部５２６は、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗに基づいて各相の循環電流制御用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｖ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｗ（以下「循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２」とも総称する。）を生成する。

加算器５ｉは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、ゲイン回路５ｇにおいてセル群５１用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１をゲインｋ倍した値と、補正値Ｖｐｃｏｒｒとを相ごとに加算して、セル群５２用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２を生成する。電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は正側セル群制御部５０３Ｐｂに供給される。加算器５ｊは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、ゲイン回路５ｈにおいてセル群６１用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１をゲインｋ倍した値と、補正値Ｖｎｃｏｒｒとを相ごとに加算して、セル群６２用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２を生成する。電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２は負側セル群制御部５０３Ｎｂに供給される。

停止制御部５３１は、セル群５２，６２のコンデンサ電圧の低下の有無に応じて、スイッチング許可信号ＧＥｎを生成する。セル群５２，６２のコンデンサ電圧が低下した場合、停止制御部５３１は、セル群５２，６２のスイッチング動作を停止させるための停止指令として、値“０”のスイッチング許可信号ＧＥｎを正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂに送信する。これにより、セル群５２，６２の各変換器セル７ｂのスイッチング動作が停止される。

一方、セル群５２，６２のコンデンサ電圧が復帰した場合、停止制御部５３１は、セル群５２，６２のスイッチング動作を許可する許可指令として、値“１”のスイッチング許可信号ＧＥｎを正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂに送信する。これにより、セル群５２，６２の各変換器セル７ｂのスイッチング動作が再開される。このように、セル群５２，６２のコンデンサ電圧が低下していない通常時においては、スイッチング許可信号ＧＥｎの値は“１”に設定される。

スイッチング許可信号ＧＥｎが“１”の場合には、ゲート信号により変換器セル７の各スイッチング素子３１は、オンオフのスイッチング動作が可能となる。この場合、変換器セル７はデブロック状態となる。また、スイッチング許可信号ＧＥｎが“０”の場合には、ゲート信号により変換器セル７の各スイッチング素子３１はすべてオフとなる。この場合、変換器セル７はゲートブロック状態となる。

上記より、基本制御部５０２ａは、直流回路１４の直流電流Ｉｄｃおよび直流電圧Ｖｄｃと、交流回路１２の各相の交流電流Ｉａｃおよび交流電圧Ｖａｃとに基づいて、各レグ回路４ごとに、複数の変換器セル７ａの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１を生成する。

また、基本制御部５０２ｂは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１と、補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとを線形結合することによって、複数の変換器セル７ｂの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成する。さらに、基本制御部５０２ｂは、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下している場合、スイッチング動作を停止させる停止指令を生成する。

＜制御装置３の詳細な動作＞
（電流演算部の動作）
図１を参照して、Ｕ相のレグ回路４ｕの正側アーム５と負側アーム６との接続点が交流端子Ｎｕであり、交流端子Ｎｕは変圧器１３に接続されている。したがって、交流端子Ｎｕから変圧器１３に向かって流れる交流電流Ｉａｃｕは、以下の式（１）のように正側アーム電流Ｉｐｕから負側アーム電流Ｉｎｕを減算した電流値となる。

Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ−Ｉｎｕ …（１）
正側アーム電流Ｉｐｕと負側アーム電流Ｉｎｕの平均値を、正側アーム５および負側アーム６に流れる共通の電流とすると、この電流はレグ回路４ｕの直流端子を流れるレグ電流Ｉｃｏｍｕである。レグ電流Ｉｃｏｍｕは、式（２）のように表される。

Ｉｃｏｍｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２ …（２）
Ｖ相についても、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖを用いて、交流電流Ｉａｃｖおよびレグ電流Ｉｃｏｍｖが算出され、Ｗ相についても、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗを用いて、交流電流Ｉａｃｗおよびレグ電流Ｉｃｏｍｗが算出される。具体的には、以下の式（３）〜（６）で表される。

Ｉａｃｖ＝Ｉｐｖ−Ｉｎｖ …（３）
Ｉｃｏｍｖ＝（Ｉｐｖ＋Ｉｎｖ）／２ …（４）
Ｉａｃｗ＝Ｉｐｗ−Ｉｎｗ …（５）
Ｉｃｏｍｗ＝（Ｉｐｗ＋Ｉｎｗ）／２ …（６）
各相のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗの正側の直流端子は正側直流端子Ｎｐとして共通に接続され、負側の直流端子は負側直流端子Ｎｎとして共通に接続されている。この構成から、各相のレグ電流Ｉｃｏｍｕ，Ｉｃｏｍｖ，Ｉｃｏｍｗを加算した電流値は、直流回路１４の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流回路１４に帰還する直流電流Ｉｄｃとなる。したがって、直流電流Ｉｄｃは、式（７）のように表される。

Ｉｄｃ＝Ｉｃｏｍｕ＋Ｉｃｏｍｖ＋Ｉｃｏｍｗ …（７）
レグ電流に含まれる直流電流成分は、各相で均等に分担する場合には変換器セルの電流容量を均等にすることができる。このことを考慮すると、レグ電流と直流電流値の１／３との差分が、直流回路１４に流れないが各相のレグ間に流れる循環電流の電流値として演算できる。そのため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、それぞれ以下の式（８）、（９）、（１０）のように表される。

Ｉｃｃｕ＝Ｉｃｏｍｕ−Ｉｄｃ／３ …（８）
Ｉｃｃｖ＝Ｉｃｏｍｖ−Ｉｄｃ／３ …（９）
Ｉｃｃｗ＝Ｉｃｏｍｗ−Ｉｄｃ／３ …（１０）
図４の電流演算部５２１は、正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗから、上式に従って、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ、直流電流Ｉｄｃ、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを演算する。

（交流制御部５２３の動作）
交流制御部５２３は、交流電圧検出器１０で検出された交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗと、電流演算部５２１が出力した交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗとから、電力変換装置１を構成する各変換器セル７が出力すべき交流電圧を交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ，Ｖａｃｒｅｆｖ，Ｖａｃｒｅｆｗとして出力する。

交流制御部５２３は、電力変換装置１に要求される機能に応じて、例えば、交流電流値が交流電流指令値に一致するようにフィードバック制御する交流電流制御器、交流電圧値が交流電圧指令値に一致するようにフィードバック制御する交流電圧制御器等により構成される。あるいは、交流制御部５２３は、交流電流値と交流電圧値とから電力を求め、その電力値が所望の値になるようにフィードバック制御する電力制御器により構成されてもよい。実際には、これらの交流電流制御器、交流電圧制御器、および電力制御器のうちの１つまたは複数が組み合わされて交流制御部５２３が構成されて運用される。

上記の交流電流制御器は変圧器１３を介して交流回路１２に出力される電流を制御するので、この電流を制御するための電圧成分は、多相交流電圧の正相成分および逆相成分、またはノーマルモード成分として知られている成分である。上記の交流電圧制御器も同様に、正相成分および逆相成分を、変圧器１３を介して交流回路１２に出力する。

三相交流電圧を交流回路１２に出力する場合、これらの正相逆相成分に加えて、零相成分またはコモンモード成分として知られる三相で共通の電圧成分を交流回路１２に出力することも考えられる。例えば、零相成分に基本波周波数の３倍の周波数である第３次調波を重畳すると、変換器セル７が出力可能な基本波交流成分を約１５％増加できることが知られている。

さらに、一定の零相成分を出力することによって以下の効果が得られる。図１の構成の電力変換装置１では、セル群５１が出力する交流電圧成分とセル群６１が出力する交流電圧成分とは互いに逆極性であり、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分とは互いに同極性である。したがって、一定の零相成分が交流電圧成分に含まれている場合には、この零相成分は、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分とに、正負逆方向に重畳されることになる。この結果、セル群５１が出力する直流電力とセル群６１が出力する直流電力とに差が生じるために、各変換器セル７に含まれるコンデンサ３２に蓄積されたエネルギーを、セル群５１とセル群６１との間で相互にやり取りすることができる。これによって、セル群５１を構成する各変換器セル７のコンデンサ３２の電圧値と、セル群６１を構成する変換器セル７のコンデンサ３２の電圧値とのバランスをとることができ、このようなバランス制御に零相電圧を用いることができる。

（直流制御部５２４の動作）
直流制御部５２４は、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂで検出した直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎの差電圧から直流端子間電圧Ｖｄｃが演算され、式（１１）のように表される。

Ｖｄｃ＝Ｖｄｃｐ−Ｖｄｃｎ …（１１）
直流制御部５２４は、直流端子間電圧Ｖｄｃと、直流電流Ｉｄｃとから、変換器セル７が出力すべき直流電圧を直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとして生成して出力する。

直流制御部５２４は、例えば、直流電流を制御する直流電流制御器、直流電圧を制御する直流電圧制御器、および直流電力を制御する直流電力制御器のうちのいずれか１つまたは複数を組み合わせることによって構成される。直流電圧制御器、直流電流制御器、および直流電力制御器が出力する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分は、互いに同極性となる。セル群５１，６１は直列接続されているので、セル群５１，６１の各出力電圧が合成され、合成された電圧は、レグ回路４の正側直流端子と負側直流端子との間に発生する電圧成分となる。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、各相で共通の成分として正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａに与えられる。そのため、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、セル群５１，６１から出力される電圧成分は、直流回路１４に出力される直流電圧成分となる。

（指令生成部５２５の動作）
指令生成部５２５は、セル群５１が出力すべき電圧を電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１として演算し、セル群６１が出力すべき電圧を電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１として演算する。各電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１は、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆおよび交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを相ごとに合成することによって得られる。

具体的には、直流回路１４に接続されている正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎ間には、セル群５１とセル群６１とが直列接続されている。したがって、セル群５１の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１およびセル群６１の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１の各々を算出する際には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆの１／２が加算合成される。一方、各交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは正側アーム５と負側アーム６との接続点にあるため、セル群５１の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１を算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆが減算合成され、セル群６１の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１を算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆが加算合成される。具体的には、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｐｒｅｆ１ｗ，Ｖｎｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｗは以下の式（１２）〜（１７）のように表される。

Ｖｐｒｅｆ１ｕ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２−Ｖａｃｒｅｆｕ …（１２）
Ｖｐｒｅｆ１ｖ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２−Ｖａｃｒｅｆｖ …（１３）
Ｖｐｒｅｆ１ｗ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２−Ｖａｃｒｅｆｗ …（１４）
Ｖｎｒｅｆ１ｕ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｕ …（１５）
Ｖｎｒｅｆ１ｖ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｖ …（１６）
Ｖｎｒｅｆ１ｗ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｗ …（１７）
また、零相電位Ｖｎは以下の式（１８）のように表される。

Ｖｎ＝Ｖａｃｒｅｆｕ＋Ｖａｃｒｅｆｖ＋Ｖａｃｒｅｆｗ …（１８）
例えば、図１のレグ回路４ｕにおいて、セル群５１が比較的小さい値の交流電圧を出力し、セル群６１が比較的大きい値の交流電圧を出力すれば、交流端子Ｎｕの電位は正側直流端子Ｎｐの電位に近づき、交流端子Ｎｕには高い電圧が出力される。具体的には、セル群６１は交流端子Ｎｕから出力すべき交流電圧と同極性の交流電圧を出力し、セル群５１は交流端子Ｎｕから出力すべき交流電圧と逆極性の交流電圧を出力する。

（循環電流制御部５２６の動作）
電流演算部５２１で演算されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、循環電流制御部５２６に送られる。循環電流制御部５２６は、循環電流値が循環電流指令値に一致するようにフィードバック制御する。すなわち、循環電流制御部５２６には、循環電流指令値と循環電流値との偏差を増幅する補償器が設けられる。ここで、循環電流指令値として通常は零電流が与えられるが、電力系統で不平衡が発生しているときには零でない値を与える場合もある。循環電流制御部５２６は、セル群５２，６２が循環電流制御のために出力すべき電圧成分を、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２として出力する。

具体的には、循環電流制御部５２６は、循環電流Ｉｃｃｕと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｕとの偏差を補償する（すなわち、偏差をゼロにする）Ｕ相用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｕを生成する。同様に、循環電流制御部５２６は、循環電流Ｉｃｃｖと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｖとの偏差を補償するＶ相用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｖを生成し、循環電流Ｉｃｃｗと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｗとの偏差を補償するＷ相用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｗを生成する。循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｗは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２とも総称される。

循環電流は異なる相のレグ間を流れる電流である。循環電流の電流経路に存在するのはセル群５１，６１とリアクトル８Ａ，８Ｂであり、セル群５１，６１のスイッチングによって生じる電位差がリアクトル８Ａ，８Ｂに印加されることによって循環電流が生じる。したがって、同一経路内に設けられているセル群５２，６２により逆の極性の電圧をリアクトルに印加すれば循環電流が抑制される。

例えば、レグ回路４ｕの正側直流端子から負側直流端子の方向に循環電流Ｉｃｃｕが流れている場合、レグ回路４ｕのセル群５２，６２の各々で正の電圧を出力するとリアクトル８Ａ，８Ｂには循環電流を減少させる方向の電圧が印加される。上記と逆方向に電流が流れている場合は、セル群５２，６２の電圧も逆方向に印加すれば循環電流が減衰する。循環電流制御部５２６は、循環電流指令値と循環電流値とが一致するようにフィードバック制御を実行する。

（コンデンサ電圧制御部５２７の動作）
各セル群５２，６２を構成する各変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧が電圧検出器３３で検出される。電圧演算部５２２は、セル群５２の各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２と、セル群６２の各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２（単に「コンデンサ電圧」と称する。）を演算する。

コンデンサ電圧制御部５２７に設けられた補償器は、各相のセル群５２，６２のコンデンサ電圧がコンデンサ電圧指令値に追従するように制御演算する。コンデンサ電圧制御部５２７は、制御演算結果にアーム電流Ｉａｒｍの極性（例えば、１または−１）を乗算した結果を、循環電流制御用の補正値として加算器５ｉ，５ｊに出力する。

具体的には、コンデンサ電圧制御部５２７は、コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２がコンデンサ電圧指令値に追従するように制御演算し、当該制御演算結果に正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗの極性をそれぞれ乗算することによって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用の補正値Ｖｐｃｏｒｒｕ，Ｖｐｃｏｒｒｖ，Ｖｐｃｏｒｒｗ（以下「補正値Ｖｐｃｏｒｒ」とも総称する。）を生成する。また、コンデンサ電圧制御部５２７は、コンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２がコンデンサ電圧指令値に追従するように制御演算し、当該制御演算結果に負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗの極性をそれぞれ乗算することによって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用の補正値Ｖｎｃｏｒｒｕ，Ｖｎｃｏｒｒｖ，Ｖｎｃｏｒｒｗ（以下「補正値Ｖｎｃｏｒｒ」とも総称する。）を生成する。

（加算器５ｉ，５ｊの動作）
加算器５ｉは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、セル群５１用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１に比例した値と、補正値Ｖｐｃｏｒｒとを相ごとに加算する。加算器５ｉの加算結果は、セル群５２が出力すべき電圧成分を表す電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２（Ｕ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｕ、Ｖ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｖ、Ｗ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｗ）として、正側セル群制御部５０３Ｐｂに入力される。加算器５ｊは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、セル群６１用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１に比例した値と、補正値Ｖｎｃｏｒｒとを相ごとに加算する。加算器５ｊの加算結果は、セル群６２が出力すべき電圧成分を表す電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２（Ｕ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｕ、Ｖ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｖ、Ｗ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｗ）として、負側セル群制御部５０３Ｎｂに入力される。

加算器５ｉ，５ｊにおいて電圧指令値の比例値を加算する理由は、循環電流制御用のセル群５２，６２を構成する変換器セル７ｂに図２（ａ）に示すハーフブリッジ型を用いているためである。ハーフブリッジ型の変換器セルは、零電圧または正の電圧しか出力できないので、循環電流の増減に応じて変換器セル７の出力電圧を増減させるためには、ある電圧値を基準にして出力電圧を増減させる必要がある。しかし、この基準となる電圧を一定値に固定すると、直流回路１４とレグ回路４との間を流れる直流電流Ｉｄｃによってコンデンサ３２が充電し続けることになるので望ましくない。この問題を回避するために、セル群５１，６１用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１ｎのｋ倍が基準電圧として、セル群５２，６２用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２にそれぞれ加算されている。

これにより、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１に対応する電流条件において、セル群５２，６２を構成する変換器セル７ｂで生じる交流電力と直流電力との偏差を小さくすることができる（すなわち、変換器セル７ｂに流入または流出する有効電力が零に近づく）ために、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧変動を抑制することができる。ゲインｋは、循環電流制御用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２を与えたときに、変換器セル７ｂの出力電圧が飽和しないような任意の値に設定される。

図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成の変換器セル７によって、循環電流制御用のセル群５２，６２の変換器セル７ｂを構成する場合には、変換器セル７ｂが両極の電圧を出力できるので、ゲインｋを０に設定することも可能である。

さらに、加算器５ｉ，５ｊにおいて補正値を加算する理由について説明する。循環電流を制御するためのセル群５２，６２から出力される電圧はリアクトル８Ａ，８Ｂに流れる電流を制御する機能を持つことから、セル群５２，６２の出力電力はほぼ無効電力となる。しかし、リアクトル８Ａ，８Ｂに存在する損失に起因した有効電力が無視できない場合には、セル群５２，６２に有効電力を供給する必要がある。なぜなら、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１の比例値をセル群５２，６２に与えるだけでは、セル群５２，６２のコンデンサ３２の電圧が維持できないからである。

上記の構成によれば、（ｉ）アーム電流Ｉａｒｍが正（極性＝１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも小さい場合、補償器は正の信号を出力するので、補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性（＝１）が乗算されることによって、循環電流制御用の補正値は正の成分を持つ信号となる。この補正値の信号によって、スイッチング素子３１ｐが導通する期間が長くなることによって、アーム電流Ｉａｒｍがコンデンサ３２に流れ込む期間が増加する。この結果、コンデンサ３２が充電されるので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。

（ｉｉ）アーム電流Ｉａｒｍが正（極性＝１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも大きい場合、補償器は負の信号を出力するので、補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性（＝１）が乗算されることによって、循環電流制御用の補正値は負の成分を持つ信号となる。この補正値の信号によって、スイッチング素子３１ｐが導通する期間が短くなることによって、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。

（ｉｉｉ）アーム電流Ｉａｒｍが負（極性＝−１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも小さい場合、補償器は正の信号を出力するので、補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性（＝−１）が乗算されることによって、循環電流制御用の補正値は負の成分を持つ信号となる。この補正値の信号によって、スイッチング素子３１ｐが導通する期間が短くなることによって、アーム電流Ｉａｒｍがコンデンサ３２から流出する期間が減少する。この結果、コンデンサ３２の放電時間が減少するので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。

（ｉｖ）アーム電流Ｉａｒｍが負（極性＝−１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも大きい場合、補償器は負の信号を出力するので、補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性（＝−１）が乗算されることによって、循環電流制御用の補正値は正の成分を持つ信号となる。この補正値の信号によって、スイッチング素子３１ｐが導通する期間が長くなることによって、コンデンサ３２の放電時間が増加するので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。

（停止制御部５３１の動作）
上記において、コンデンサ電圧制御部５２７が出力する補正値によって、コンデンサ電圧を維持することを説明した。しかし、アーム電流Ｉａｒｍの大きさが小さく、電力変換装置１から出力される有効電力および無効電力が小さい場合には、交直変換制御を行なっていないセル群５２，６２の変換器セル７ｂは、コンデンサ電圧制御部５２７による補正値によってもコンデンサ３２を十分に充電できない。この場合、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧が維持できず低下してしまう。

そこで、制御装置３は、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧が一定値未満となった場合、変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止させる。これにより、変換器セル７ｂのコンデンサ３２からの放電が防止されるため、コンデンサ３２を充電することができる。

具体的には、変換器セル７ｂが図２（ａ）のようなハーフブリッジ構成の変換器セルである場合、入出力端子Ｐ１側から流入するアーム電流は、スイッチング素子３１ｐの還流ダイオードを介してコンデンサ３２に流れるため、コンデンサ３２が充電される。一方、変換器セル７ｂが図２（ｂ）のようなフルブリッジ構成の変換器セルである場合、入出力端子Ｐ１側から流入するアーム電流は、スイッチング素子３１ｐ１の還流ダイオードを介してコンデンサ３２に流れる。また、入出力端子Ｐ２側から流入するアーム電流は、スイッチング素子３１ｐ２の還流ダイオードを介してコンデンサ３２に流れる。そのため、アーム電流がいずれの方向から流入する場合であってもコンデンサ３２が充電される。

このように、変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止させて、コンデンサ３２の放電を防止することにより、電力変換回路部２内を流れるアーム電流によってコンデンサ３２を充電することができる。以下、停止制御部５３１の具体的な動作について説明する。

停止制御部５３１は、各相のセル群５２のコンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２と、各相のセル群６２のコンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２を受ける。続いて、停止制御部５３１は、各コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２のうちの１以上のコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満であるか否かを判断する。閾値Ｔｈ１は、例えば、コンデンサ電圧の定格値の９０％程度に設定される。

１以上のコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満である場合、停止制御部５３１は、コンデンサ電圧が低下していると判断して、セル群５２，６２のすべての変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止させるための停止指令として、値“０”のスイッチング許可信号ＧＥｎを正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂに出力する。

その後、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が復帰した場合、停止制御部５３１は、変換器セル７ｂのスイッチング動作を再開させる指令を出力する。具体的には、すべてのコンデンサ電圧（すなわち、各コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２）が閾値Ｔｈ２以上となった場合、停止制御部５３１は、セル群５２，６２のすべての変換器セル７ｂのスイッチング動作を再開させるための指令として、値“１”のスイッチング許可信号ＧＥｎを正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂに出力する。これにより、循環電流に基づいてセル群５２，６２の各変換器セル７ｂをスイッチング動作させる制御が再開される。なお、チャタリング等を防止するため、閾値Ｔｈ２は閾値Ｔｈ１よりも大きく、コンデンサ電圧の定格値付近（例えば、定格値の９９％）に設定される。

上記では、停止制御部５３１が、セル群５２，６２のすべての変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止させる構成について説明したが、個別に変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止する構成であってもよい。

この場合、停止制御部５３１は、各レグ回路４のセル群５２，６２に設けられた各変換器セル７ｂからコンデンサ電圧Ｖｃの情報を受信する。続いて、停止制御部５３１は、各変換器セル７ｂのうちの１以上の変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満となったと判断した場合、コンデンサ電圧が低下した当該１以上の変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止させる停止指令を出力する。複数の変換器セル７ｂが停止対象となる場合、停止制御部５３１は、当該複数の変換器セル７ｂのスイッチング動作を同時に停止させる停止指令を出力する。あるいは、当該複数の変換器セル７ｂのスイッチング動作を順番に停止させてもよい。例えば、停止制御部５３１は、当該複数の変換器セル７ｂのうちコンデンサ電圧が小さい変換器セル７ｂから順に、そのスイッチング動作を停止させる停止指令を出力する。

（セル群制御部５０３の構成および動作）
図５は、セル群制御部５０３の構成を表わす図である。図５を参照して、セル群制御部５０３は、Ｎ個の個別制御部２０２＿１〜２０２＿Ｎ（以下「個別制御部２０２」とも総称する。）を含む。例えば、セル群５１，６１に含まれる変換器セル７ａはＮ１個である。そのため、セル群５１，６１にそれぞれ対応する正側セル群制御部５０３Ｐａ，負側セル群制御部５０３Ｎａには、Ｎ１個の個別制御部２０２が含まれる。以下、説明のため、上述した電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１，Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を総称して電圧指令値Ｖｒｅｆと記載する。

個別制御部２０２＿ｉは、対応する変換器セル７を個別に制御する。個別制御部２０２＿ｉは、基本制御部５０２から電圧指令値Ｖｒｅｆ、アーム電流Ｉａｒｍ、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆ、スイッチング許可信号ＧＥｎを受ける。コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆは、基本制御部５０２により生成される。例えば、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆは、各セル群に含まれる複数の変換器セル７のコンデンサ３２の定格値である。個別制御部２０２＿ｉは、対応する変換器セル７＿ｉからコンデンサ電圧Ｖｃを受ける。個別制御部２０２＿ｉは、コンデンサ電圧Ｖｃを基本制御部５０２へ送信する。

セル群５２，６２用のスイッチング許可信号ＧＥｎは、上述したように基本制御部５０２ｂ（より具体的には、停止制御部５３１）により生成される。なお、セル群５１，６１用のスイッチング許可信号ＧＥｎは、基本制御部５０２ａにより生成される。ただし、基本制御部５０２ａにより生成されるスイッチング許可信号ＧＥｎは、基本的には、セル群５１，６１のスイッチング動作が可能なように値が“１”に設定される。例えば、電力系統に事故が発生した場合、過渡的に運転が困難な場合等に、基本制御部５０２ａは、値が“０”のスイッチング許可信号ＧＥｎを生成してセル群５１，６１のスイッチング動作を停止してもよい。

キャリア信号生成部２０３は、変換器セル７ごとのキャリア信号の基準位相を設定して、設定した基準位相を有するキャリア信号を生成する。具体的には、キャリア信号生成部２０３は、複数のキャリア信号ＣＲ（ｉ）の基準位相（以下、「キャリア基準位相」とも称する。）の間隔が、３６０度を複数の変換器セル７＿ｉの個数Ｎで分割した間隔となるように設定する。キャリア信号ＣＲ（ｉ）の基準位相とは、キャリア信号ＣＲ（ｉ）の位相と基準となる位相との差を表わす。基準となる位相として、キャリア信号ＣＲ（０）の位相を用いることができる。キャリア信号生成部２０３は、設定されたキャリア基準位相を有するキャリア信号ＣＲ（１）〜ＣＲ（Ｎ）を生成する。

個別制御部２０２＿ｉは、キャリア信号生成部２０３からキャリア信号ＣＲｉを受ける。個別制御部２０２＿ｉは、キャリア信号ＣＲｉを用いて、変換器セル７＿ｉをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御する。具体的には、スイッチング許可信号ＧＥｎが“１”（すなわち、変換器セル７＿ｉがデブロック状態である）の場合、個別制御部２０２＿ｉは、変換器セル７＿ｉの電圧指令値Ｖｒｅｆおよびキャリア信号ＣＲｉを位相シフトＰＷＭ方式で変調することによって、ゲート信号ｇａ（例えば、ＰＷＭ変調信号）を生成して変換器セル７＿ｉへ出力する。個別制御部２０２＿ｉは、変換器セル７＿ｉの構成に応じた変調をする。変換器セル７＿ｉの構成において、出力されるＰＷＭ変調信号の数ｎも増減する。例えば、ハーフブリッジ構成の変換器セルの場合はｎ＝２、フルブリッジ構成の変換器セルの場合はｎ＝４となる。

＜利点＞
実施の形態１によると、交直変換制御用のセル群と循環電流制御用のセル群とを含む電力変換装置１において、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧の低下時に、変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止する。これにより、変換器セル７ｂのコンデンサを充電することができ、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御することができる。

実施の形態２．
実施の形態１のように、変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止した後、コンデンサ電圧が復帰して当該スイッチング動作が再開されると、再開時に、変換器セル７ｂの出力電圧が急激に変化することで、交流回路１２の交流電圧が瞬時的な変動する可能性がある。そこで、実施の形態２では、変換器セル７ｂのスイッチング動作の再開する際に、セル群５２，６２の出力電圧をランプ状に変化させる構成について説明する。

図６は、実施の形態２に従う基本制御部５０２の構成を表わす図である。図６の基本制御部５０２ｂは、図４の基本制御部５０２ｂに、調整部５３３を追加した構成に相当する。それ以外の構成については同様である。ここで、加算器５ｉから出力されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の加算結果を、それぞれ電圧指令値Ｖｘｐｕ，Ｖｘｐｖ，Ｖｘｐｗ（以下「電圧指令値Ｖｘｐ」とも総称する。）と記載する。また、加算器５ｊから出力されるＵ相，Ｖ相，Ｗ相の加算結果を、それぞれ電圧指令値Ｖｘｎｕ，Ｖｘｎｖ，Ｖｘｎｗ（以下「電圧指令値Ｖｘｎ」とも総称する。）と記載する。

調整部５３３は、変換器セル７ｂのスイッチング動作を再開させる指令（すなわち、スイッチング許可信号ＧＥｎ“１”）の入力を受けると、現時点（すなわち、スイッチング動作の再開時点）におけるセル群５２，６２の出力電圧を、それぞれ、当該セル群５２，６２に対する電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２の初期値として設定する。続いて、調整部５３３は、当該初期値から電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２をランプ状に変化させる。具体的には、調整部５３３は、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２が、当該設定された初期値から、最終的に、加算器５ｉの加算結果である電圧指令値Ｖｘｐに収束するようにランプ状に変化させる。調整部５３３は、電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２が、当該設定された初期値から、最終的に、加算器５ｊの加算結果である電圧指令値Ｖｘｎに収束するようにランプ状に変化させる。

変換器セル７ｂのスイッチング動作の停止時において、変換器セル７ｂの出力電圧は、アーム電流の流れを妨げる対抗電圧となる。そのため、スイッチング動作の再開時点でのセル群５２，６２の出力電圧の振幅値は、通常のスイッチング動作を行なっているときの当該出力電圧の振幅値よりも大きい。したがって、典型的には、調整部５３３は、再開時点でのセル群５２，６２の出力電圧の振幅値をランプ状に減少させることによって、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を、それぞれ電圧指令値Ｖｘｐ，Ｖｘｎに収束させる。当該収束後（すなわち、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下していない通常時）においては、調整部５３３による電圧調整は行われないため、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２は、それぞれ電圧指令値Ｖｘｐ，Ｖｘｎと同一となる。

＜利点＞
実施の形態２によると、変換器セル７ｂのスイッチング動作の再開時における電力変換装置１の出力電圧変動を防止することができる。

実施の形態３．
実施の形態１で説明したように、セル群５２、６２を停止している間、電力変換回路部２に流れるアーム電流によって、変換器セル７ｂのコンデンサ３２が充電される。しかし、電力変換装置１から出力される有効電力、無効電力が小さい場合には、アーム電流の大きさ（例えば、実効値）も小さいため、充電に時間がかかる場合がある。そこで、実施の形態３では、電力変換回路部２に流れるアーム電流（より具体的には、変換器セル７ｂに流れる電流）の実効値を増大させて、コンデンサ３２の充電時間を短縮する方式について説明する。

＜交流電流の増大＞
変換器セル７ｂのスイッチング動作の停止中において、交流電流を増大させることによりアーム電流を増大させる構成について説明する。この場合、制御装置３は、変換器セル７ｂに流れる電流を増大させるために、電力変換回路部２から出力される交流電流の振幅値が増大するようにセル群５１，６１の各変換器セル７ａを制御する。以下、図７を用いて具体的に説明する。

図７は、実施の形態３に従う基本制御部５０２の構成を表わす図である。図７の基本制御部５０２ａは、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が停止しているか否かを示す情報を停止制御部５３１から受信する点で、図４の基本制御部５０２ａと異なる。

図７を参照して、基本制御部５０２ａは、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が停止されたことを示す情報を受信する。基本制御部５０２ａの交流制御部５２３は、当該情報を受信した場合、電力変換回路部２から出力される交流電流の振幅値を増大させる交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを生成する。この場合、指令生成部５２５が、当該交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆに基づいて電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１を生成し、当該電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１によりセル群５１，６１が制御される。したがって、出力される交流電流が増大（すなわち、各レグ回路４に流れるアーム電流が増大）し、当該アーム電流により変換器セル７ｂのコンデンサ３２を充電することができる。

ここで、交流電流が出力される場合には、電力変換装置１と交流回路１２との間で有効電力および無効電力の少なくとも一方が授受される。まず、有効電力に着目した場合について説明する。

交流回路１２が３相交流系統である場合、一般的に、制御装置３および他の装置（例えば、冷却装置）等を含む補機を駆動する電力は、交流回路１２から受電される。そのため、交流回路１２の交流電力は、電力変換装置１が交流回路１２へ出力する有効電力と、補機を駆動するための駆動電力との合計電力である。この合計電力を維持したまま、有効電力と駆動電力との配分を周期的に変化させれば、交流回路１２への影響を抑制しつつ、有効電力および駆動電力の時間平均値を維持することができる。さらに、交流回路１２へ出力される交流電流が増大するように、電力変換装置１が出力する有効電力を変化させることによって、各レグ回路４に流れるアーム電流を増大させることができる。

具体的には、交流制御部５２３は、合計電力を維持しつつ、電力変換回路部２から出力される交流電流の振幅値が増大するように有効電力を変化させる交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを生成する。この際、補機の駆動電力の時間平均値と有効電力の時間平均値が変化しないように、合計電力に対する有効電力の比率は周期的に変更される。なお、駆動電力と有効電力との配分の変化に伴って、各変換器セル７ａのコンデンサ電圧が変動するが、この変動は、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧の低下時の一時的なものであるため許容される。

その後、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が復帰すると、交流制御部５２３は、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が再開されたことを示す情報を停止制御部５３１から受信する。交流制御部５２３は、当該情報を受信すると、交流電流を増大させる処理を停止し、通常のフィードバック制御により交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを生成する。

このように、制御装置３は、各変換器セル７ａを制御することによって、補機を駆動するための駆動電力と電力変換回路部２から出力される有効電力との合計電力を維持しつつ、交流電流の振幅値が増大するように当該有効電力を変化させる。

次に、無効電力に着目した場合について説明する。交流回路１２が交流系統である場合、交流系統の電圧を安定化するために電力変換装置１から交流回路１２への無効電力の出力が想定される。この際、電力変換装置１の装置容量（例えば、供給可能な有効電力および無効電力の合成容量の最大値）を削減するため、進相コンデンサを含むＳＶＣ（Static Var Compensator）、あるいはＳＴＡＴＣＯＭ（Static Synchronous Compensator）等の無効電力補償装置が電力変換装置１と並列に設けられる場合がある。例えば、制御装置３は、無効電力補償装置と通信可能に構成され、各種情報を授受する。

そのため、交流回路１２に供給される無効電力は、電力変換装置１から交流回路１２へ出力される無効電力Ｑ１と、無効電力補償装置から交流回路１２へ出力される無効電力Ｑ２との合計無効電力である。この合計無効電力を維持することで交流回路１２への影響を抑制することができる。さらに、交流回路１２へ出力される交流電流が増大するように、電力変換装置１が出力する無効電力Ｑ１を変化させることによって、各レグ回路４に流れるアーム電流を増大させることができる。

具体的には、交流制御部５２３は、合計無効電力を維持しつつ、電力変換回路部２から出力される交流電流の振幅値が増大するように無効電力Ｑ１を変化させる交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを生成する。なお、合計無効電力は、系統運用者により予め定められている。また、制御装置３（例えば、交流制御部５２３）は、無効電力補償装置と協調することにより無効電力Ｑ１と無効電力Ｑ２との配分を決定する。

その後、交流制御部５２３は、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が再開されたことを示す情報を停止制御部５３１から受信する。交流制御部５２３は、当該情報を受信すると、交流電流を増大させる処理を停止し、通常のフィードバック制御により交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを生成する。

このように、制御装置３は、各変換器セル７ａを制御することによって、電力変換回路部２から出力される無効電力Ｑ１と無効電力補償装置から出力される無効電力Ｑ２との合計無効電力を維持しつつ、交流回路１２に出力される交流電流の振幅値が増大するように無効電力Ｑ１を変化させる。

＜直流電流の増大＞
ここでは、変換器セル７ｂのスイッチング動作の停止中において、直流電流を増大させることによりアーム電流を増大させる構成について説明する。この場合、制御装置３は、変換器セル７ｂに流れる電流を増大させるために、電力変換回路部２から出力される直流電流の絶対値が増大するようにセル群５１，６１の各変換器セル７ａを制御する。以下、図７を用いて具体的に説明する。

図７を参照して、基本制御部５０２ａは、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が停止されたことを示す情報を受信する。基本制御部５０２ａの直流制御部５２４は、当該情報を受信した場合、電力変換回路部２から出力される直流電流の絶対値を増大させる直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを生成する。この場合、指令生成部５２５は、当該直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに基づいて電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１を生成し、当該電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１によりセル群５１，６１が制御される。したがって、出力される直流電流が増大（すなわち、各レグ回路４に流れるアーム電流が増大）し、当該アーム電流により変換器セル７ｂのコンデンサ３２を充電することができる。

ただし、直流電流を増大する場合に、一方向（例えば、正方向）に流れる直流電流のみを増大し続けると、各変換器セル７ａのコンデンサ電圧が変動する。そのため、正方向（すなわち、直流回路１４から正側直流端子Ｎｐに向かう方向）に流れる直流電流の増大処理と、負方向（すなわち、直流回路１４から負側直流端子Ｎｎに向かう方向）に流れる直流電流の増大処理とは周期的に変更されることが望ましい。

ここで、正方向に直流電流が流れる場合に電力変換回路部２から直流回路１４へ出力される直流電力をＰｄｃ１とし、負方向に直流電流が流れる場合に電力変換回路部２から直流回路１４へ出力される直流電力をＰｄｃ２とする。この場合、直流電力Ｐｄｃ１の時間平均値と、直流電力Ｐｄｃ２の時間平均値との差が所望の直流電力になるように、直流電流の方向を変化させつつ直流電流の絶対値を増大させることによって、各変換器セル７のコンデンサ電圧の変動を規定範囲内に抑制し、各レグ回路４に流れるアーム電流を増大させることができる。なお、所望の直流電力は、系統運用者によって指定された電力値であってもよいし、電力変換回路部２から直流回路１４へ出力される直流電力を規定する指令値であってもよい。

具体的には、直流制御部５２４は、直流電力Ｐｄｃ１の時間平均値と、直流電力Ｐｄｃ２の時間平均値との差が所望の直流電力になるように、電力変換回路部２から出力される直流電流の方向を変化させ、かつ直流電流の絶対値を増大させる直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを生成する。なお、直流電流が流れる方向および絶対値の変化に伴って、各変換器セル７ａのコンデンサ電圧が変動するが、この変動は、変換器セル７ｂのスイッチング動作停止時の一時的なものであるため許容される。

その後、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が復帰すると、直流制御部５２４は、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が再開されたことを示す情報を停止制御部５３１から受信する。直流制御部５２４は、当該情報を受信すると、直流電流を増大させる処理を停止し、通常のフィードバック制御により直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを生成する。

このように、制御装置３は、各変換器セル７ａを制御することによって、直流電力Ｐｄｃ１の時間平均値と直流電力Ｐｄｃ２の時間平均値との差が所望の直流電力になるように、直流電流の方向を変化させつつ直流電流の絶対値を増大させる。

＜循環電圧の出力＞
ここでは、変換器セル７ｂのスイッチング動作の停止中において、循環電流を増大させることによりアーム電流を増大させる構成について説明する。この場合、制御装置３は、循環電流を増大するための循環電圧がセル群５１，６１から出力されるように当該セル群５１，６１を制御する。以下、図８を用いて具体的に説明する。

図８は、実施の形態３に従う基本制御部５０２の他の構成を表わす図である。図８の基本制御部５０２ａは、循環電圧指令値の入力を受ける点で、図７の基本制御部５０２ａと異なる。

図８を参照して、基本制御部５０２ａは、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が停止されたことを示す情報を受信する。基本制御部５０２ａの指令生成部５２５は、当該情報を受信した場合、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆと循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１とに基づいて、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１を生成する。具体的には、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｐｒｅｆ１ｗ，Ｖｎｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｗは以下の式（１９）〜（２４）のように表される。また、循環電圧指令値に関して以下の式（２５）が成立する。

Ｖｐｒｅｆ１ｕ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２−Ｖａｃｒｅｆｕ＋Ｖｃｃｒｅｆ１ｕ …（１９）
Ｖｐｒｅｆ１ｖ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２−Ｖａｃｒｅｆｖ＋Ｖｃｃｒｅｆ１ｖ …（２０）
Ｖｐｒｅｆ１ｗ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２−Ｖａｃｒｅｆｗ＋Ｖｃｃｒｅｆ１ｗ …（２１）
Ｖｎｒｅｆ１ｕ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｕ＋Ｖｃｃｒｅｆ１ｕ …（２２）
Ｖｎｒｅｆ１ｖ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｖ＋Ｖｃｃｒｅｆ１ｖ …（２３）
Ｖｎｒｅｆ１ｗ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｗ＋Ｖｃｃｒｅｆ１ｗ …（２４）
Ｖｃｃｒｅｆ１ｕ＋Ｖｃｃｒｅｆ１ｖ＋Ｖｃｃｒｅｆ１ｗ＝０ …（２５）
これらの式より、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１は、交流電圧Ｖａｃおよび直流電圧Ｖｄｃの変動には寄与しないことが理解される。

このように循環電圧指令値を加算合成する場合、外乱としての循環電圧を出力させる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１がセル群５１，６１に供給されるため、循環電流が発生し、結果として各レグ回路４に流れるアーム電流が増大する。

ここで、循環電流は、交流回路１２および直流回路１４を経路に含まない電流であるため、循環電流を流した場合でも、交流回路１２および直流回路１４への影響は抑制される。しかし、直流成分を含む循環電流が流れる場合、直流電流出力に関する成分を無視できないため、セル群５１、６１のコンデンサ電圧の各相の平均値にばらつきが生じる。また、交流回路１２の基本周波数成分を含む循環電流が流れる場合、交流電流出力に関する成分を無視できないため、セル群５１のコンデンサ電圧の平均値と、セル群６１のコンデンサ電圧の平均値とにばらつきが生じる。

そのため、発生させる循環電流は、交流回路１２の基本周波数成分、および直流成分以外の周波数成分を含む電流であることが望ましい。したがって、セル群５１，６１が出力する循環電圧は、基本周波数成分および直流成分の周波数成分を含まないように設定される。具体的には、セル群５１，６１に対する循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１は、基本周波数成分および直流成分の周波数成分を含まないように設定される。

上記のように、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１が加算された電圧指令値がセル群５１，６１に与えられることにより、アーム電流が増大するため、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の充電が促進される。

その後、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が復帰すると、指令生成部５２５は、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が再開されたことを示す情報を停止制御部５３１から受信する。指令生成部５２５は、当該情報を受信すると、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１を加算合成しない電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１を生成する。すなわち、指令生成部５２５は、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆおよび交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆに基づく電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１を生成する。

＜変圧比の変更＞
ここでは、変換器セル７ｂのスイッチング動作の停止中において、変圧器１３の変圧比を変更して交流電流を増大させることによりアーム電流を増大させる構成について説明する。以下の説明では、図１に示す変圧器１３は、変圧比可変の変圧器とする。変圧比可変の変圧器は、例えば、タップ切替機能付き変圧器などで実現される。また、制御装置３は、変圧器１３と通信可能に構成されており、変圧比の変更指示等の各種指令を変圧器１３へ送信する。

電力変換装置１は、変圧器１３を介して交流回路１２に連系されるので、変圧器１３の変圧比を変化させることによって、交流出力電力および直流出力電力に影響を与えずに、交流出力電流を変化させることができる。これによって、アーム電流Ｉａｒｍを増大させることができるため、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の充電を促進できる。

制御装置３は、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下したと判断した場合、アーム電流Ｉａｒｍを増大させるために、変圧器１３の変圧比を変更する。具体的には、変圧器１３の交流回路１２側の電圧Ｖ１と、電力変換装置１側の電圧Ｖ２との比（すなわち、Ｖ２／Ｖ１）を小さくすることによって、電力変換装置１から出力される交流電流の振幅値を増大させる。これによって、アーム電流Ｉａｒｍが増大するので、変換器セル７ｂに流れる電流も増大する。その結果、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の充電が促進される。

このように、制御装置３は、電力変換回路部２から出力される交流電流の振幅値が増大するように、交流回路１２と電力変換回路部２との間に設けられた変圧器１３の変圧比を変更する。その後、制御装置３は、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が復帰して、セル群５２，６２の変換器セル７ｂのスイッチング動作が再開されると、変圧器１３の変圧比を変更前の状態に戻す。

＜利点＞
実施の形態３によると、交流電流、直流電流または循環電流の増大により、アーム電流を増大させ、変換器セル７ｂのコンデンサの充電時間を短縮することができる。

その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態において、各レグ回路４において、リアクトル８Ａ，８Ｂのうち、正側のリアクトル８Ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル８Ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用のセル群５２が不要になり、それに関係する正側セル群制御部５０３Ｐｂ、加算器５ｉ、およびゲイン回路５ｇも不要となるので、制御装置３の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル８Ａのみを設けた場合には、循環電流制御用のセル群６２が不要になり、それに関係する負側セル群制御部５０３Ｎｂ、加算器５ｊ、およびゲイン回路５ｈも不要になるので、制御装置３の構成を簡素化できる利点がある。

（２）上述した実施の形態では、循環電流制御用でないセル群５１，６１を構成する各変換器セル７ａと、循環電流制御用のセル群５２，６２を構成する各変換器セル７ｂとが同一の構成である場合を示した。これと異なり、セル群５１，６１を構成する各変換器セル７ａとセル群５２，６２を構成する各変換器セル７ｂとが異なる構成を有するようにしてもよい。

（３）上述した実施の形態では、コンデンサ電圧制御部５２７において補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性を乗算する例を示したが、アーム電流Ｉａｒｍの極性に代えてアーム電流Ｉａｒｍの電流値を補償器の出力に乗算しても同様の効果を奏する。

（４）上述した実施の形態では、各コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２のうちの１以上のコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満である場合に、コンデンサ電圧が低下していると判断される構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、各レグ回路４に含まれるすべての変換器セル７ｂのうちの１以上の変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満である場合に、コンデンサ電圧が低下していると判断される構成であってもよい。この場合、各レグ回路４に含まれるすべての変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ２以上となった場合に、制御装置３はコンデンサ電圧が復帰したと判断してもよい。

（５）上述した実施の形態では、制御装置３は、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下した場合に、変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止させる構成について説明したが、当該構成に限られない。制御装置３は、実施の形態１で説明した変換器セル７ｂのスイッチング動作を停止させる制御方式（以下、「第１制御モード」とも記載する。）の代わりに、変換器セル７ｂの停止時における出力電圧と同一の電圧が出力されるように変換器セル７ｂをスイッチング動作させる制御方式（以下、「第２制御モード」とも記載する。）を採用してもよい。

第２制御モード時の変換器セル７ｂのスイッチング動作について説明する。まず、変換器セル７ｂがハーフブリッジ構成である場合について説明する。図２（ａ）を参照して、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２へアーム電流が流れている場合、制御装置３は、スイッチング素子３１ｐをオン、スイッチング素子３１ｎをオフに制御する。一方、入出力端子Ｐ２から入出力端子Ｐ１へアーム電流が流れている場合、制御装置３は、スイッチング素子３１ｐをオフ、スイッチング素子３１ｎをオンに制御する。

次に、変換器セル７ｂがフルブリッジ構成である場合について説明する。図２（ｂ）を参照して、入出力端子Ｐ１から入出力端子Ｐ２へアーム電流が流れている場合、制御装置３は、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ２をオン、スイッチング素子３１ｎ１，３１ｐ２をオフに制御する。一方、入出力端子Ｐ２から入出力端子Ｐ１へアーム電流が流れている場合、制御装置３は、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ２をオフ、スイッチング素子３１ｎ１，３１ｐ２をオンに制御する。

第２制御モード時の変換器セル７ｂのスイッチング動作を上記のように制御することによって、第２制御モード時における変換器セル７ｂの出力電圧の変化を、第１制御モード時における変換器セル７ｂの出力電圧の変化と同じにすることができる。したがって、制御装置３は、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下した場合に、第１制御モードの代わりに第２制御モードで１以上の変換器セル７ｂを制御してもよい。制御装置３は、変換器セル７ｂがコンデンサ電圧が復帰した場合、第２制御モードを終了し、循環電流に基づいてセル群５２，６２の各変換器セル７ｂをスイッチング動作させる制御を再開する。なお、実施の形態２、３において、制御装置３は第２制御モードを採用する構成であってもよい。

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

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

１ 電力変換装置、２ 電力変換回路部、３ 制御装置、４ｕ，４ｖ，４ｗ レグ回路、５ 正側アーム、５ｇ，５ｈ ゲイン回路、５ｉ，５ｊ 加算器、６ 負側アーム、７ａ，７ｂ 変換器セル、８Ａ，８Ｂ リアクトル、９Ａ，９Ｂ アーム電流検出器、１０ 交流電圧検出器、１１Ａ，１１Ｂ 直流電圧検出器、１２ 交流回路、１３ 変圧器、１４ 直流回路、１６ 交流電流検出器、３１ｎ１，３１ｎ２，３１ｎ，３１ｐ１，３１ｐ２，３１ｐ スイッチング素子、３２ コンデンサ、３３ 電圧検出器、３４ バイパススイッチ、５１，５２，６１，６２ セル群、２０２ 個別制御部、２０３ キャリア信号生成部、５０１，５０１ａ，５０１ｂ スイッチング制御部、５０２，５０２ａ，５０２ｂ 基本制御部、５０３，５０３ａ，５０３ｂ セル群制御部、５０３Ｎａ，５０３Ｎｂ 負側セル群制御部、５０３Ｐａ，５０３Ｐｂ 正側セル群制御部、５２１ 電流演算部、５２２ 電圧演算部、５２３ 交流制御部、５２４ 直流制御部、５２５ 指令生成部、５２６ 循環電流制御部、５２７ コンデンサ電圧制御部、５３１ 停止制御部、５３３ 調整部。

Claims (13)

1. 直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
   前記交流回路の複数の相にそれぞれ対応する複数のレグ回路を含む電力変換回路部を備え、
   各前記レグ回路は、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の第１変換器セルと、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の第２変換器セルとを含み、
   前記複数の第１変換器セルおよび前記複数の第２変換器セルの動作を制御する制御装置をさらに備え、
   前記複数の第１変換器セルは、前記複数のレグ回路間を循環する循環電流に基づかずに制御され、前記複数の第２変換器セルは、前記循環電流に基づいて制御され、
   前記第２変換器セルにおけるコンデンサの電圧が第１閾値未満となった場合、前記制御装置は、第１モードまたは第２モードで前記複数の第２変換器セルのうちの１以上の第２変換器セルを制御し、
   前記第１モードは、変換器セルのスイッチング動作を停止させるモードであり、
   前記第２モードは、前記第２モード時における前記変換器セルの出力電圧の変化が前記第１モード時における前記変換器セルの出力電圧の変化と同じになるように、前記変換器セルをスイッチング動作させるモードである、電力変換装置。
2. 前記制御装置は、前記第１モード時において、前記複数の第２変換器セルのスイッチング動作を停止させる、または、コンデンサの電圧が前記第１閾値未満となった場合に当該コンデンサを有する前記第２変換器セルのスイッチング動作を停止させる、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御装置は、前記第１モード時または前記第２モード時において、前記電力変換回路部から出力される交流電流の振幅値が増大するように前記複数の第１変換器セルを制御する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記制御装置は、前記複数の第１変換器セルを制御することによって、前記制御装置を含む補機を駆動するための駆動電力と前記電力変換回路部から出力される有効電力との合計電力を維持しつつ、前記交流電流の振幅値が増大するように前記有効電力を変化させる、請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記制御装置は、前記複数の第１変換器セルを制御することによって、前記電力変換回路部から出力される第１無効電力および前記電力変換装置と並列に設けられた無効電力補償装置から出力される第２無効電力の合計電力を維持しつつ、前記交流電流の振幅値が増大するように前記第２無効電力を変化させる、請求項３に記載の電力変換装置。
6. 前記制御装置は、前記第１モード時または前記第２モード時において、前記電力変換回路部から出力される直流電流の絶対値が増大するように前記複数の第１変換器セルを制御する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
7. 前記複数のレグ回路は、高電位側直流端子と低電位側直流端子との間に互いに並列に接続されており、
   前記制御装置は、前記複数の第１変換器セルを制御することによって、前記直流回路から前記高電位側直流端子へ直流電流が流れる場合に前記電力変換回路部から前記直流回路へ出力される第１直流電力の時間平均値と、前記直流回路から前記低電位側直流端子へ前記直流電流が流れる場合に前記電力変換回路部から前記直流回路へ出力される第２直流電力の時間平均値との差が所望の直流電力になるように、前記直流電流の方向を変化させつつ前記直流電流の絶対値を増大させる、請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記制御装置は、前記第１モード時または前記第２モード時において、前記循環電流を増大するための循環電圧が前記複数の第１変換器セルから出力されるように前記複数の第１変換器セルを制御する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
9. 前記循環電圧は、前記交流回路の基本周波数成分および直流成分を含まない、請求項８に記載の電力変換装置。
10. 前記制御装置は、前記第１モード時または前記第２モード時において、前記電力変換回路部から出力される交流電流の振幅値が増大するように、前記交流回路と前記電力変換回路部との間に設けられた変圧器の変圧比を変更する、請求項１または請求項２に記載の電力変換装置。
11. 前記第１モード時または前記第２モード時に、前記複数の第２変換器セルにおけるすべての前記コンデンサの電圧が第２閾値以上となった場合、前記制御装置は、前記循環電流に基づいて前記複数の第２変換器セルをスイッチング動作させる制御を再開する、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の電力変換装置。
12. 前記制御装置は、
    前記第２変換器セルのスイッチング動作を再開する場合に、当該スイッチング動作を再開する時点における、前記複数の第２変換器セルを含むセル群の出力電圧を、当該セル群に対する電圧指令値の初期値として設定し、
    前記電圧指令値を前記初期値からランプ状に変化させる、請求項１１に記載の電力変換装置。
13. 前記第２閾値は、前記第１閾値よりも大きい、請求項１１または請求項１２に記載の電力変換装置。

Images