CN1084078C

CN1084078C - 电力变换装置的控制装置

Info

Publication number: CN1084078C
Application number: CN98116217A
Authority: CN
Inventors: 水谷麻美; 味口泰彦
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-08-04
Filing date: 1998-08-04
Publication date: 2002-05-01
Anticipated expiration: 2018-08-04
Also published as: KR19990023289A; CN1207607A; CA2244563C; CA2244563A1; CN1412923A; KR100326104B1; CN1270435C; CN1412924A; CN1270434C; US6151227A

Abstract

本发明揭示一种电力变换装置的控制装置。其中，算出多级变换器电压指令向量存在的范围号码，使电压指令向量旋转规定角度，并变换成斜角坐标系向量，将配置输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，并且对在左下和右上的两方上持有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，选择对应于区域的输出向量，算出规定的旋转角度。

Description

电力变换装置的控制装置

本发明涉及由多级变换器组成的电力变换装置。特别涉及在能高速选择与电压指令向量最近的输出向量，高速执行基于空间向量比较的脉冲宽度调制(下面称为PWM)控制，并能输出4电平以上的电压的多电平输出电力变换装置中，包括进行将输出电压控制成正弦波形状的切换的开关部分的电力变换装置的控制装置。

图1表示由多级(在图中示出了4级)电压型变换器5、6、7、8组成的电力变换装置的主电路结构例的方框图，图2是表示各变换器5～8的结构的电路图。

在图1、图2中，电力变换装置的主电路由桥式连接自关断型开关元件9～32而成，并在各开关元件9～32上分别反向并联连接二极管D9～D32。在各变换器5～8的输入侧上连接共同的直流电源4。在各变换器5～8的输出侧上分别连接三相变压器133～136，各三相变压器133～136的次级侧连接在一起，并顺次通过电阻137、电感138连接交流电动机等交流负载139。

在下面的说明中，用控制极可关断闸流晶体管(GTO)作为自关断型开关元件9～32的场合为例进行说明。

组合各GTO和与各GTO反向并联的二极管D，并称为臂。例如，用GTO9和D9构成的臂称为臂9，用GTO10和D10构成的臂称为臂10。根据各变换器的交流电流的方向，即使GTO控制极导通(ON)，往往在二极管侧也有电流流动。无论GTO和二极管二者的哪一个上电流流动，都称为臂通电。

此外，如图1所示，在由多级电压型变换器组成的电力变换装置中，有以直流为电源4，并在交流侧具有负载的逆变器的结构，也有以交流侧为电源，并在直流侧连接负载的变换器的结构。因两者仅称呼不同，而动作和所含技术难题有很多共同的部分，所以在下面的说明中，对两者不加区别地作为多级电压型变换器进行处理。

另一方面，作为这种由多级电压型变换器5～8组成的电力变换装置的控制装置，过去建议的有根据电压指令控制自关断型开关元件的触发状态的控制装置。

图4表示这种电力变换装置的控制装置的功能及各部分排列顺序的方框图。在说明图4所示的电力变换装置的控制装置前，对图1所示的4级电压型电力变换器在交流侧发生的电压向量进行说明。

图3是表示4级电压型电力变换器发生的输出向量的图。在图3中，用U，V，W表示坐标轴。例如，变换器5的臂9、臂10、臂11通电时，或者臂12、臂13、臂14通电时，输出电压是零，这时的电压向量为V0。

另一方面，臂9、13、14通电时，电压向量为V1。臂9、10、14通电时，电压向量为V2。臂10、12、14通电时，电压向量为V3。臂10、11、12通电时，电压向量为V4。臂11、12、13通电时，电压向量为V5。臂9、11、13通电时，电压向量为V6。这样，1台变换器能发生V0、V1、V2、V3、V4、V5、V6的7组电压向量。

图3表示图2所示的4级电压型变换器发生的全部电压向量，根据4台单元变换器5～8的组合，能发生61组电压向量。例如向量V111是3台变换器发生电压向量V1、1台变换器发生向量V0的状态。在4级电压型变换器的场合，虽然也可以表示成V0111或者V1110，但为方便起见，采用前述的表示。因此，向量V6611是2台变换器发生向量V6、2台变换器发生向量V1的状态。下面相同。

过去，在供给电力变换装置交流输出电压的电压指令向量时，选择最接近电压指令向量的输出向量，使电力变换装置产生输出。并且，为了实现这一点，过去建议有图4所示的控制装置。

在图4中，45是发生交流电压指令值的交流电压指令值发生器，并将变换器输出电压的电压指令向量作为U、V、W坐标上的分量RVU1、RVV1、RVW1给出。这里，RV表示参考电压的意思。

46是由加法器和乘法器构成的3相→2相变换器，根据下列的运算，将U、V、W坐标上的分量RVU1、RVV1、RVW1变换成A、B坐标上的分量RVA1、RVB1：

RVA1＝RVU1-(RVV1+RVW1)/2

RVB1＝＝(RVV1-RVW1)*1.732/2

其中，A轴是与U轴平行的轴，B轴是对于A轴超前90度的轴。

此外，168是可输出向量发生器，用A轴B轴坐标值(VnA，VnB)的形式给出多重变换器发生的全部输出向量值。

另一方面，170是向量偏差检测电路，用下列公式计算电压指令向量和各输出向量的偏差。

Vdn = \sqrt{{(RVA 1 - VnA)}^{2} + {(RVB 1 - VnB)}^{2}}

171是比较选择电路，对用向量偏差检测电路170计算的各向量偏差进行比较，选择对应于最小偏差的输出向量Vn。

53是向量→3相变换器，发生对应于用比较选择电路171选择的输出向量的GTO开关模式。

54是选通信号发生电路，发生由图2的变换器5～8构成的多级变换器55的GTO触发脉冲。

但是，在前述那样的控制装置中，例如在4级变换器中，作为输出向量，仅以空间向量图的角度0～60度的范围的V0、V1、V2、V11、V12、V22、V111、V112、V122、V222、V1111、V1112、V1122、V1222、V2222为对象，对于剩下的60～360度的范围，即使以-60度的整数倍旋转，归结为0～60度情况，也运算15个输出向量和电压指令向量的偏差。

这种场合，在向量偏差的运算中，包含乘法运算和平方根的计算，假如用硬件实现15个乘法、平方根、比较电路，则电路的规模变得非常大。即使在用微处理机或者DSP(数字信号处理器)实现这种功能的场合，运算时间也变得很长。

此外，在空间向量比较PWM中，瞬时选择与电压指令向量最接近的输出向量，有达到低失真率、低开关损耗、高速应答的特征，但如果在输出向量的选择中时间长，则其性能就会降低。

此外，如果级数增加，则因输出向量与级数的平方成比例地增加，存在运算所费时间越来越长的问题。

如前所述，在以往的电力变换装置的控制装置中，有输出向量的选择需要时间长而性能降低的问题。

接着，对电流型的变换装置进行说明。

图5是多级电流型变换器的结构图。在图5中，通过电容器A2～A4，在交流负载A1上连接将直流电变换成交流电的变换器A5～A8，将各自的交流端共同连接到交流负载A1上，进行并联运转。电容器A2～A4用于吸收变换器A5～A8的开关电涌，变换器A5～A8由自关断型开关元件A9～A32构成。下面，对用控制极可关断闸流晶体管(GTO)作为自关断型开关元件的场合进行说明。通过对直流电流进行滤波的直流扼流圈A33～A40，在变换器A5～A8上连接直流电源A41～A44。这里，同等控制直流电源A41～A44的电流。

如已公开的日本特开平7-135776号公报所示，作为根据电流指令控制这种多级电流型变换器的元件的触发状态作的部分，建议有图6所示的控制电路。

首先，在说明图6前，用图7对图5的4级变换器在交流侧发生的电流向量进行说明。

在图7中，用U，V，W表示坐标轴。例如，变换器A5的GTOA9和GTOA12通电，电流从U相流动到X相时，输出电流是零，并将其记为I0。GTOA9和GTOA14通电，电流从U相流动到Z相时的电流向量为I1。GTOA10和GTOA14通电，电流从V相流动到Z相时的电流向量为I2。GTOA10和GTOA12通电，电流从V相流动到X相时的电流向量为I3。GTOA11和GTOA12通电，电流从W相流动到X相时的电流向量为I4。GTOA11和GTOA13通电，电流从W相流动到Y相时的电流向量为I5。GTOA9和GTOA13通电，电流从U相流动到Y相时的电流向量为I6。这样，1台变换器能发生I0、I1、I2、I3、I4、I5、I6的7组电流向量。图7表示图5所示的4级电流型变换器能发生的全部电流向量的图，利用4台单元变换器的组合，能发生61组的电流向量。例如，向量I111是3台变换器发生电流向量I1、1台变换器发生向量I0的状态。向量I6611是2台变换器发生向量I6、2台变换器发生向量I1的状态。下面相同。

以往的多级变换器，目的在于供给变换装置的交流输出电流指令向量时，选择最接近指令值向量的输出电流向量，使变换装置产生输出。如图7所示，可输出选择最接近指令值向量的向量，相当于将空间向量图分割成围住可输出向量的正六边形区域，并选择对应于指令值向量存在的区域的向量。以根据这种区域分割的向量选择算法为基础的是图6所示的控制电路。

在图6中，交流电流指令发生器A45将变换器的输出电流指令值向量作为U、V、W坐标上的分量RIU1、RIV1、RIW1给出。

由加法器和乘法器构成的3相→2相变换器A46，根据下列的运算，将U、V、W坐标上的分量RIU1、RIV1、RIW1变换成A、B坐标上的分量RIA1、RIB1：

RIA1＝RIU1-(RIV1+RIW1)/2

RIB1＝＝(RIV1-RIW1)*1.732/2

其中，A轴是与U轴平行的轴，B轴是对于A轴超前90度的轴。

可输出向量发生器A47，用A轴B轴坐标值(InA，InB)的形式给出多级变换器发生的全部可输出向量值。如图7所示，区域分割空间向量图发生器A48发生分割为区域的空间向量图。区域判定和向量选择电路A49，判定指令值向量(RIA1，RIB1)包含在区域分割空间向量图的哪一个区域中，并选择对应于该区域的输出向量In。向量→3相变换器A50，发生对应于用区域判定和向量选择电路A49选择的可输出向量In的GTO开关模式。

选通信号发生电路A51，发生由图5的变换器A5～A8构成的多级变换器A52的GTO触发脉冲。

此外，如图所示，在多级电流型变换器中，有以直流为电源，并在交流侧具有负载的逆变器的结构，也有以交流侧为电源，并在直流侧连接负载的变换器的结构。因两者仅称呼不同，而动作和所含技术难题有很多共同的部分，所以对两者不加区别地作为多级电流型变换器进行处理。

下面，考察取出图7的角度0～60度部分的图8。这种“扩大”是为了容易看清楚，无损于下面描述的PWM方法的一般性。

在图8中，考察指令向量Ir从围住I111的区域移动到围住I112的区域的情况。

变换器输出电流从I111一变化成I112，就通过电容器和电机漏电感使输出电流发生变化。在电流型变换器中，为了抑制电容器和电机漏的共振，进行共振抑制控制是常见的。共振抑制控制要抑制输出电流的变化，所以送回指令向量，其结果，指令向量进入到I111的区域。当变换器再次输出I111电流时，共振抑制控制往相反方向起作用，电流指令方向移到I112的方向上动作，经过多次重复后稳定在I112。图9示出了这种状况。

一发生这种“跳跃”，GTO的开关次数就增多，开关带来的功率损耗也增大。

虽然消除跳跃的一个方法是减小共振抑制控制系统的增益，但减小增益一过度，原来的共振抑制就变得不充分，过渡响应也变差。

下面，对多电平输出的电力变换装置进行说明。

图10表示一例成为本发明的应用对象的多电平输出电力变换装置的主电路结构的电路图。

这里，示出了能输出+2E、+E、0、-E、-2E电压的5电平输出3相电力变换装置的情况。

在图10中，U、V、W分别表示U相、V相、W相的各单相电力变换装置。

Su1～Su8、Sv1～Sv8、Sw1～Sw8是自关断元件，Du1～Du8、Dv1～Dv8、Dw1～Dw8是与自关断元件Su1～Su8、Sv1～Sv8、Sw1～Sw8反向并联连接的二极管，Dcu1～Dcu6、Dcv1～Dcv6、Dcw1～Dcw6是箝位二极管，E1是直流电压源E的第1端和第2端之间的分离电压源，E2是直流电压源E的第2端和第3端之间的分离电压源，E3是直流电压源E的第3端和第4端之间的分离电压源，E4是直流电压源E的第4端和第5端之间的分离电压源。

在这样组成的5电平输出3相电力变换装置中，从例如U的U相电力变换装置的自关断元件Su4和Su5间，分别在自关断元件Su1～Su4导通时输出+E1+E2的电压(如果E1＝E2＝E3＝E4＝E，则为+2E的电压电平)，在自关断元件Su2～Su5导通时输出+E2(同样，为E的电压电平)的电压，在自关断元件Su3～Su6导通时输出0电压，在自关断元件Su4～Su7导通时输出-E3(-E的电压电平)的电压，在自关断元件Su5～Su8导通时输出-E3-E4(-2E的电压电平)的电压，能输出+2E、+E、0、-E、-2E等5个电平的电压。

在5电平输出变换器中，假如自关断元件Su1～Su5同时导通，则因用自关断元件Su1～Su5和箝位二极管Dcu1将直流电压E1短路，所以过大的短路电流流过自关断元件会破坏自关断元件。

因此，为了防止这种情况发生，控制得分别使自关断元件Su1和Su5、Su2和Su6、Su3和Su7、Su4和Su8动作相反。

此外，在V和W的V相电力变换装置和W相电力变换装置中也进行相同的动作。

图11表示图10中所示的控制5电平输出3相电力变换装置的以往的控制装置的结构例的方框图。

在图11中，B11～B13是检测3相的各输出电流的电流检测器，B14是电机等3相负载，B15是电流控制电路，根据电流指令和在电流检测器B11～B13检测到的输出电流，对各相电力变换装置U～W的电压指令进行运算。

B16是三角波发生电路，而B17是比较电路，对三角波发生电路B16的输出和电流控制电路B15的输出(即电压指令)进行比较，输出使构成各相电力变换装置U～W的主电路的自关断元件导通、阻断的指令信号。

此外，B18是选通脉冲发生电路，用来自比较电路B17的指令信号，生成使各相电力变换装置U～W的主电路的自关断元件导通、阻断的选通脉冲信号。

图12表示由图11所示的控制装置对5电平输出3相电力变换装置进行控制时的波形图。

下面，对用以往的三角波比较PWM方式控制5电平输出3相电力变换装置的情况进行说明。

将对图11中3相负载B14的转矩电流指令作为q轴电流指令Iq*。利用对电流检测器B11～B13检测出的U、V、W相的输出电流Iu，Iv，Iw进行3相→2相变换，最后，对q轴电流Iq和d轴电流Id进行运算。并且，对这种q轴电流Iq、d轴电流Id进行电流控制，以便对指令值进行跟踪。

由此，运算q轴电压指令Vq*和d轴电压指令Vd*，因而利用进行3相→2相变换，对3相电压指令Vu*、Vv*、Vw*进行运算。并且，对这种3相电压指令Vu*、Vv*、Vw*和三角波发生电路16的三角波载波信号CAR1～CAR4进行比较，从而得到选通信号。

也就是说，在U相电压指令Vu*中，当Vu*＞CAR1时，输出使自关断元件Su1、Su2、Su3、Su4为导通，自关断元件Su5、Su6、Su7、Su8阻断的选通信号。

当CAR1＞Vu*＞CAR2时，输出使自关断元件Su2、Su3、Su4、Su5导通，自关断元件Su1、Su6、Su7、Su8为阻断的选通信号。

当CAR2＞Vu*＞CAR3时，输出使自关断元件Su3、Su4、Su5、Su6导通，自关断元件Su1、Su2、Su7、Su8为阻断的选通信号。

当CAR3＞Vu*＞CAR4时，输出使自关断元件Su4、Su5、Su6、Su7导通，自关断元件Su1、Su2、Su3、Su8为阻断的选通信号。

当CAR4＞Vu*时，输出使自关断元件Su5、Su6、Su7、Su8导通，自关断元件Su1、Su2、Su3、Su4阻断的选通信号。

此外，对于V相、W相也进行与前述U相的场合相同的开关控制。

进行如前所述的开关控制，能得到+2E、+E、0、-E、-2E等5个电平3相输出电压Vu、Vv、Vw。

图13表示成为本发明的应用对象的多电平输出3相电力变换装置的主电路结构的其它例的电路图。

这里，示出了组合逆变器单元而得的7电平输出3相电力变换装置的情况。

在P.W.Hammond“A New Approach to Enhance Power Quality for MidiumVoltage AC Drive”，IEEE trans.，1997中记载有图13所示结构的7电平输出3相电力变换装置的动作。

在图13中，B201是3相交流电源，B202是用于接入交流电源B201的连接器和断路器等电源开关，B203是具有9组次级线圈的变压器，B204是3相多级电力变换装置，通过对分别直流连接3个逆变器的单相多级变换装置4U、4V、4W进行Y型连接而构成。

B205是作为由3相多级电力变换装置B204供给电力的负载的交流电机。

此外，4U1、4U2、4U3、4V1、4V2、4V3、4W1、4W2、4W3是作为3相多级电力变换装置B204的基本结构要素的逆变器单元。

图14表示图13所示的逆变器单元的详细的结构例的电路图。

在图14中，B301R、B301S、B301T是3相电源的交流输入端，B302是用6个二极管D1～D6构成的众所周知的二极管变换器，B303是用于对直流电进行滤波的滤波电容器，B304是用4个能导通/阻断的晶体管S1～S4构成的单相变换器，B305P、B305N是逆变器B304的交流输出端。

也就是说，用二极管变换器B302将输入到交流输入端B301R、B301S、B301T中的3相交流电变换成直流电，借助于用滤波器进行滤波得到基本固定的直流电压E。并且，用与得到在前述的5电平输出逆变器得到3相电压指令Vu*、Vv*、Vw*的相同的部分取得电压指令，并进行三角波比较PWM控制，从而得到输出电压。

图15表示图13所示逆变器单元中一例晶体管开关和输出电压的时序图。

如图15所示，单相逆变器B304的晶体管比较作为三角波比较PWM信号的CAR1和电压指令V*，得到S1和S3的导通信号，比较CAR1和偏移180度相位的CAR2和电压指令V*，得到S2和S4的导通信号。

并且，利用导通晶体管的组合，在交流输出端B305P和B305N之间得到例如表1所示的电压。

表1

		S1	S3		S2	S4
		S1	S3		S2	S4	+E	V*＞CAR1	on	off	V*＞CAR2	off	on
0	on	off	CAR2＞V*	on	off		+E		on	off	V*＞CAR2	off	on
0	on	off	CAR2＞V*	on	off	0	CAR1＞V*		off	on	V*＞CAR2	off	on

-E

off

on

CAR2＞V*

on

off

用进行如前所述的开关控制，从图14所示的逆变器单元能得到+E、0、-E等3电平的输出电压。

在图13中，从变压器B203的绝缘的6组次级线圈将3相交流电力供给各逆变器单元4U1～4W3，并利用对各相串联连接3个逆变器单元4U1～4W3的输出端的单相多级变换装置4U、4V、4W进行Y型连接的结构，实现3相多级电力变换装置B204。

单相多级电力变换装置4U、4V、4W的各相输出电压，如果是U相，则为对4U1～4U3的3个逆变器单元的输出电压进行相加后的电压，因而能得到+3E、+2E、+E、0、-E、-2E、-3E等7个电平的输出电压。

关于V、W相也与前述U相的情况相同。

如前所述，在以往的多电平输出电力变换装置中，因根据三角波的载波频率决定自关断元件的开关次数，所以开关带来的耗损增大，电力变换装置的效率降低。

此外，在电力变换装置的输出电流中叠加三角波载波频率中固有的高次谐波。

本发明的目的是提供能高速选择最接近电压指令的输出向量，并高速执行基于空间向量比较的PWM控制的高性能的电力变换装置的控制装置。

为达到本发明的前述目的，本发明提供一种电力变换装置的控制装置。其中，

电力变换装置将由桥式连接自关断型开关元件而成，并对该自关断型开关元件分别反向并联连接反馈二极管，使直流电变换成交流电的n个变换器，以及与所述n个变换器串联并以前述n个变换器的各个输出作为输入的n个变压器，通过串联连接前述n个变压器的次级端与交流负载连接，

所述电力变换装置的控制装置包括：

供给前述电力变换装置的交流输出电压电压指令向量的部分；

供给前述电力变换装置可发生的交流输出电压的全部输出向量的部分；

根据前述电压指令向量，选择前述输出向量的输出向量选择部分；

根据利用前述输出向量选择部分选择的输出向量，控制前述自关断型开关元件的通电状态的控制部分；

其特征在于，在将空间向量图分割成-30度～30度，30度～90度，90度～150度，150度～210度，210度～270度，270度～330度6个范围，并在前述6个分割范围添加0～5的范围号码的情况下，前述输出向量选择部分的组成部分包括：

算出前述电压指令向量存在的范围号码的部分；

使前述电压指令向量旋转规定角度的部分；

将前述经旋转的电压指令向量坐标变换成以直角坐标系中-30度方向的向量和+30度方向的向量的2个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量的部分；

将用前述单位向量斜角对配置前述输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角坐标变换后中向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域的部分；

判定前述斜角坐标变换后的电压指令向量存在于前述区域分割后的斜角坐标系向量图的格子区域或者三角形区域的哪一个区域中的部分；

根据前述判定结果，选择对应于格子区域或者三角形区域的输出向量的部分；

算出使前述被选择的输出向量旋转规定角度的输出向量的部分。

因此，在本发明的电力变换装置的控制装置中，算出对多级电压型变换器的电压指令向量存在的范围号码VTH，使电压指令向量旋转规定的角度，将旋转后的电压指令向量坐标变换成以直角坐标系的-30度方向的向量和+30度方向的向量的2个向量为单位向量的斜角坐标系的向量，将用单位向量对配置输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角变换后的向量图中变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量是否存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的格子区域或者三角形区域的哪一个区域中，根据这种判定结果，选择对应于区域的输出向量Vnx，算出使输出向量Vnx旋转规定的角度的输出向量Vn。利用这种方法，不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量坐标值计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，所以能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

所述电力变换装置将由桥式连接自关断型开关元件而成，并对该自关断型开关元件分别反向并联连接反馈二极管，使直流电变换成交流电的n个变换器，以及与所述n个变换器串联并以前述n个变换器的各个输出作为输入的n个变压器，通过串联连接前述n个变压器的次级端与交流负载连接，

所述电力装置的控制装置包括：

供给前述电力变换装置能发生的交流输出电压的全部输出向量的部分；

其特征在于，在将空间向量图分割成-30度～30度，30度～90度，90度～150度，150度～210度，210度～270度，270度～330度6个范围，并在前述6个分割范围添加0～5的范围号码的情况下，前述输出向量选择的组成部分包括：

算出前述电压指令向量存在的范围号码的部分；

使前述电压指令向量旋转规定角度的部分；

将前述旋转的电压指令向量坐标变换成以直角坐标系中-30度方向的向量和+30度方向的向量的2个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量的部分；

将用前述单位向量对配置前述输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线将各格子分割成2个三角形区域的部分；

判定前述斜角坐标变换后的电压指令向量存在于前述区域分割后的斜角坐标系向量图的三角形区域的哪一个区域中的部分；

根据前述判定结果，选择对应于三角形区域的输出向量的部分；

因此，在本发明的电力变换装置的控制装置中，将斜角坐标变换后的向量图中变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的三角形区域的哪一个区域中，并根据这种判定结果，选择对应于区域的输出向量Vnx，算出使输出向量Vnx旋转规定的角度的输出向量Vn。利用这种方法，不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，因而能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

所述电力变换装置的控制装置包括：

算出前述电压指令向量存在的范围号码的部分；

将前述电压指令向量变换成以第1规定角度的方向的向量和第2规定角度的方向的向量的两个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量的部分；

将用前述单位向量对配置前述输出向量的空间向量图内的前述电压指令向量存在的60度范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域的部分；

根据前述判定结果，选择对应于格子区域或者三角形区域的输出向量的部分。

因此，在本发明的电力变换装置的控制装置中，算出对于多级电压型变换器的电压指令向量存在的范围号码VTH，将电压指令向量变换成以第1规定角度的方向的向量和第2规定角度的方向的向量的两个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量，将用前述单位向量对配置前述输出向量的空间向量图内的前述电压指令向量存在的60度范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对于在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的格子区域或者三角形区域的哪一个区域中，并根据这种判定结果选择对应于区域的输出向量Vn。利用这种方法，不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，因而能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

所述电力变换装置的控制装置包括：

算出前述电压指令向量存在的范围号码的部分；

将用前述单位向量对配置前述输出向量后的空间向量图内的前述电压指令向量存在的60度范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线将各格子分割成2个三角形区域的部分；

根据前述判定结果，选择对应于三角形区域的输出向量的部分。

因此，在本发明的电力变换装置的控制装置中，将斜角坐标变换后的向量图中变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方上配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的三角形区域的哪一个区域中，并根据这种判定结果选择对应的输出向量Vn。利用这种方法不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，因而能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得高性能化。

为达到本发明的前述目的，本发明提供的电力变换装置一种控制装置。其中，

所述电力变换装置具有将直流电源至少分割成n(n是大于3的整数)个的分割电压源，以及具有变换电压输出端的3组串联电路，所述串联电路由串联连接(2×n)个与所述直流电压源并联连接并分别反向并联连接二极管的自关断型开关元件而成，并从所述直流电源的正极侧开始，在第n个自关断型开关元件和第(n+1)个自关断型开关元件之间，输出将所述直流电压源的电压进行变换后的电压，而且将所述变换电压输出端连接到交流负载上，

所述电力变换装置的控制装置包括：

算出前述电压指令向量存在的范围号码的部分；

使前述电压指令向量旋转规定角度的部分；

将用前述单位向量对配置前述输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域的部分；

因此，在本发明的电力变换装置的控制装置中，算出对多级电压型变换器的电压指令向量存在的范围号码VTH，使电压指令向量旋转规定的角度，将旋转后的电压指令向量坐标变换成以直角坐标系的-30度方向的向量和+30度方向的向量的2个向量为单位向量的斜角坐标系的向量，将用单位向量对配置输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的格子区域或者三角形区域的哪一个区域中，并根据这种判定结果，选择对应于区域的输出向量Vnx，算出使输出向量Vnx旋转规定角度的输出向量Vn。利用这种方法，不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，因而能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

所述电力变换装置的控制装置包括：

算出前述电压指令向量存在的范围号码的部分；

使前述电压指令向量旋转规定角度的部分；

将用前述单位向量对配置前述输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方上配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线将各格子分割成2个三角形区域的部分；

因此，在本发明的电力变换装置的控制装置中，将斜角坐标变换后的空间向量图的多电平变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方上配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线将格子分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的三角形区域的哪一个区域中，并根据这种判定结果，选择对应于区域的输出向量Vnx，借助于算出使输出向量Vnx旋转规定角度的输出向量Vn。利用这种方法，不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，因而能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

所述电力变换装置的控制装置包括：

根据利用前述输出向量选择部分选择的输出向量，控制前述自关断型开关元件的通电状态的控制部分，

算出前述电压指令向量存在的范围号码的部分；

因此，在本发明的电力变换装置的控制装置中，算出对多电平变换器的电压指令向量存在的范围号码VTH，将电压指令向量变换成以第1规定角度的方向的向量和第2规定角度的方向的向量的两个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量，将用前述单位向量对配置前述输出向量的空间向量图内的前述电压指令向量存在的60度范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的格子区域或者三角形区域的哪一个区域中，并根据这种判定结果选择对应于区域的输出向量Vn。利用这种方法，不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，因而能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

所述电力变换装置的控制装置包括：

其特征在于，在将空间向量图分割成-30度～30度，30度～90度，90度～150度，150度～210度，210度～270度，270度～330度6个范围，并在前述6个分割范围添加0～5的范围号码的情况下，前述输出向量选择部分包括的组成部分：

算出前述电压指令向量存在的范围号码的部分；

将用前述单位向量对配置前述输出向量后的空间向量图内的前述电压指令向量存在的60度范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方上配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线将各格子分割成2个三角形区域的部分；

因此，在本发明的电力变换装置的控制装置中，将斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方上配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的三角形区域的哪一个区域中，并根据这种判定结果选择对应的输出向量Vn。利用这种方法，不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，因而能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

由前述可见，能高速地实行基于空间向量比较的PWM控制器。

本发明的其它目的在于提供能不减小共振抑制控制系统的增益，使“跳跃”减，从而使开关损耗减少的电力变换装置的控制装置。

所述电力变换装置包括由桥式连接自关断型开关元件而成的多个变换器和对多个变换器的直流电流进行滤波的多个直流扼流圈，并将多个变换器的交流端连接在一起后与交流负载连接，而且使多个直流扼流圈分别串联连接到多个变换器的正端和负端，在所述电力变换装置的控制装置，

利用选择向量存储部分存储电力变换装置瞬间输出的输出向量，

而且在用区域分割向量图发生部分生成区域分割向量图时，使包含存储在选择向量存储部分中的瞬间前输出向量的区域的面积比通常的面积增大，并生成区域分割向量图。然后，用这种区域分割向量图，选择对应于包含指令值向量的区域的可输出向量的向量作为下一个输出向量。由此，提高了再次选择当时电力变换装置输出的向量的可能性，其结果有减少开关的次数，从而减少开关损耗的作用。

所述电力变换装置包括由桥式连接自关断型开关元件而成的多个变换器和将各变换器的交流输出连接到初级上的多个变压器，并将多个变压器的次级端连接在一起后，与交流负载连接，

在所述电力装置的控制装置，利用选择向量存储部分存储电力变换装置瞬间前输出的输出向量，而且

在用区域分割向量图发生部分生成区域分割向量图时，使包含存储在选择向量存储部分中的瞬间前输出向量的区域的面积比通常的面积增大，并生成区域分割向量图。然后，用这种区域分割向量图，选择对应于包含指令值向量的区域的可输出向量的向量作为下一个输出向量。由此，提高了再次选择当时电力变换装置输出的向量的可能性，其结果有减少开关的次数，从而减少开关损耗的作用。

为达到本发明的前述目的，本发明提供一种电力变换装置的控制装置。在这种

控制输出多电平的电压的多电平输出电力变换装置的电力变换装置的控制装置中，

利用选择向量存储部分存储电力变换装置瞬间前输出的输出向量，而且

为达到本发明的前述目的，本发明提供一种电力变换装置的控制装置。这种装置

将围住区域分割向量图各可输出向量的区域取为正六边形的区域。

将围住区域分割向量图各可输出向量的区域取为菱形的区域。

为达到本发明的其他目的，本发明提供一种电力变换装置的控制装置对可输出4电平以上电压的多电平输出电力变换装置，可抑制自关断元件的开关次数，同时可使输出波形接近正弦波，确保其线性。

能输出4电平以上电压的多电平输出电力变换装置的控制装置中，包括

基于电力变换装置主体的输出电流，算出对应于该电力变换装置主体应输出的电压的电压指令值向量的部分；

供给电力变换装置主体能输出的电压的实际值向量的部分；

选择与算出的电压指令值向量最接近的电压实际值的部分；

根据被选择的电压实际值向量，对构成电力变换装置主体的主电路的自关断元件的导通、阻断指令进行运算的部分。

因此，在前述发明的电力变换装置的控制装置中，根据电力变换装置主体的输出电流，算出对应于电力变换装置主体应输出的电压的电压指令值向量，供给电力变换装置能输出的电压的电压实际值向量，选择与前述电压指令值向量最接近的电压实际值向量，并根据这种电压实际值向量使自关断元件导通、阻断，从而能控制使电力变换装置产生与电压指令值向量最接近的电压向量。

为达到本发明的前述目的，本发明提供的电力变换装置的控制装置，包括

基于电力变换装置主体的输出电流，算出对应于该电力变换装置主体应输出的电压的电压指令值向量的部分：

将以电力变换装置主体应输出的电压的电压实际值向量的起始点为原点，以电压实际值向量的终点表示各向量的平面分割成分别包含一个电压实际值向量的终点的区域，在分割所得的任何一个区域中包含电压指令值向量的终点的情况下，选择包含于该区域中的终点所表示的电压实际值向量作为电力变换装置主体的实际输出电压的电压实际值向量的部分；

对应于被选择的电压实际值向量，对构成电力变换装置主体的主电路的自关断元件的导通、阻断指令进行运算的部分。

因此，在前述发明的电力变换装置的控制装置中，根据电力变换装置主体的输出电流，算出对应于电力变换装置主体应输出的电压的电压指令值向量，判别这种电压指定值向量包含在分别包含一个电力变换装置主体的电压实际值向量终点的区域的哪一个区域中，选择这个区域的电压实际值向量作为电压实际值向量，并根据此电压实际值向量使自关断元件导通、阻断，从而能使电力变换装置主体的输出电压跟踪指令值，此外，因仅在电压指令值向量从包含电压实际值向量的区域移动到包含其它的电压实际值向量的区域中时，电压实际值向量变化，所以能减少开关元件的开关次数，并能控制使电力变换装置产生与电压指令值向量最接近的电压向量。

将以电力变换装置主体应输出的电压的电压实际值向量的起始点为原点，以电压实际值向量的终点表示各向量的平面分割成分别包含一个电压实际值向量的终点的正六边形区域，在分割所得的任何一个区域中包含电压指令值向量的终点的情况下，选择包含于该区域中的终点所表示的电压实际值向量作为电力变换装置主体的实际输出电压的电压实际值向量的部分；

因此，在前述发明的电力变换装置的控制装置中，根据电力变换装置主体的输出电流，算出对应于电力变换装置主体输出的电压的电压指令值向量，判别这种电压指定值向量包含在分别包含一个电力变换装置主体的电压实际值向量的终点的正六边形区域的哪一个区域中，选择这个区域的电压实际值向量作为电压实际值向量，并根据此电压实际值向量使自关断元件导通、阻断，能使电力变换装置主体的输出电压跟踪指令值，此外，因仅在电压指令值向量从包含电压实际值向量的区域移动到包含其它的电压实际值向量的区域中时，电压实际值向量变化，所以能减少开关元件的开关次数，并能控制使电力变换装置产生与电压指令值向量最接近的电压向量。

为达到本发明的前述目的，本发明提供的电力变换装置的控制装置包括

基于电力变换装置主体的输出电流，算出对应于电力变换装置主体应输出的电压的电压指令值向量的部分；

将以电力变换装置主体输出的电压的电压实际值向量的起始点为原点，以电压实际值向量的终点表示各向量的平面按电力变换装置主体能产生的6种电压向量的方向分割成6个区间，又将分割所得的6个区间，用平行于与该区间邻接的2种电压向量的直线分割成分别包含一个电压实际值向量的终点的菱形区域，在分割所得的任何一个区域中包含电压指令值向量的终点的情况下，选择包含于该区域中的终点所表示的电压实际值向量作为电力变换装置主体的实际输出电压的电压实际值向量的部分：

因此，在前述发明的电力变换装置的控制装置中，根据电力变换装置主体的输出电流、算出对应于电力变换装置主体应输出的电压的电压指令值向量，判别这种电压指定值向量包含在分别包含一个电力变换装置主体的电压实际值向量的终点的菱形区域的哪一个区域中，选择这个区域的电压实际值向量作为电压实际值向量，并根据此电压实际值向量使自关断元件导通、阻断，从而能使电力变换装置主体的输出电压跟踪指令值，此外，因仅在电压指令值向量从包含电压实际值向量的区域移动到包含其它的电压实际值向量的区域中时，电压实际值向量变化，所以能减少开关元件的开关次数，并能控制使电力变换装置产生与电压指令值向量最接近的电压向量。

为达到本发明的前述目的，在本发明提供的电力变换装置的控制装置中，作为前述多电平输出电力变换装置主体，采用多电平输出3相电力变换装置，其1相电桥的组成部分包括：

将直流电源至少分割成n(n是大于3的整数)个的分离电压源；

串联连接(2×n)个与直流电压源并联连接并分别反向并联连接二极管的自关断型开关元件而成，并在从直流电压源的正极侧开始数、从第n个自关断型开关元件和第(n+1)个自关断型开关元件之间输出变换直流电压源的电压后的电压的串联电路；

至少分别从到直流电压源的正极端后第(n-1)个分离电压源为止的各分离电压源的负极上连接阳极，到直流电压源的正极端后第(n-1)个自关断元件为止的各自关断元件的负端上连接阴极的(n-1)个的第1箝位二极管；

分别在到直流电压源的正极端后第(n-1)个分离电压源为止的各分离电压源的负极上连接阴极，直流电压源的正极端后第(n+1)个自关断元件和第(2n-1)个自关断元件之间的各自关断元件的负端上连接阳极的(n-1)个的第2箝位二极管。

因此，在前述发明的电力变换装置的控制装置中，与前述电力变换装置的控制装置的场合相同，能控制使电力变换装置产生与电压指令值向量最接近的电压向量。

为达到本发明的前述目的，在本发明提供的电力变换装置的控制装置中，作为前述多电平输出电力变换器主体，采用

以由对交流电进行整流并变换成直流电的变换器、将直流电变换成交流电的单元逆变器构成的单元变换装置作为逆变器单元，并连接多个逆变器单元所构成的多电平输出3相电力变换装置。

因此，在前述发明的电力变换装置的控制装置中，能控制使电力变换装置产生与电压指令值向量最接近的电压向量。

图1表示以往的多级电压型电力变换装置的概略结构的电路图。

图2表示图1中电力变换器的主电路结构的电路图。

图3表示图1中多级电压型电力变换装置产生的输出向量的一例的图。

图4表示图1中多级电压型电力变换装置的控制装置的功能及各部分排列顺序的方框图。

图5表示多级电流型变换装置的主电路结构图。

图6表示以往的控制电路的功能及各部分排列顺序的方框图。

图7表示图5所示的4级电流型变换器能在交流侧产生的电流向量的图。

图8是说明跳跃现象的图。

图9也是说明跳跃现象的图。

图10表示一例成为本发明的应用对象的以往多电平输出电力变换装置主电路结构的电路图。

图11表示图10中所示的控制5电平输出3相电力变换装置的以往控制装置的结构例的方框图。

图12表示基于图11所示的控制装置对5电平输出3相电力变换装置进行控制的场合的波形图。

图13表示成为本发明的应用对象的以往多电平输出3相电力变换装置主电路结构的其它例的电路图。

图14表示图13所示的逆变器单元的详细的结构例的电路图。

图15表示图13所示的逆变器单元的晶体管的开关和输出电压的一例的时间图。

图16表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例1的功能及各部分排列顺序的方框图。

图17表示将图3所示的空间向量图分割成诸如选择各输出向量那样的电压指令向量能存在的小区域的状态的图。

图18表示切出图17的空间向量图的角度-30～+30度范围后的状态的图。

图19表示在图18中添加辅助线后的状态的图。

图20表示图19的空间向量图作斜角坐标变换后的状态的图。

图21表示将图20分割成正方形的格子，并写入对应于各格子中的(p，q)的(vp，vq)后的状态。

图22表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例1的其它变形例的方框图。

图23表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例2的功能及各部分排列顺序的方框图。

图24表示用于说明实施例2的电力变换装置的控制装置的动作的图。

图25表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例3的功能及各部分排列顺序的方框图。

图26表示在实施例3的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图27表示在实施例3的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图28表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例3的其它变形例的方框图。

图29表示在实施例3的其它变形例的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图30表示在实施例3的其它变形例的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图31表示在实施例3的其它变形例的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图32表示在实施例3的其它变形例的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图33表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例4的功能及各部分排列顺序的方框图。

图34表示用于说明图33的斜角坐标变换器的动作的图。

图35表示用于说明图33的斜角坐标变换器的动作的图。

图36表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例4的变形例的方框图。

图37表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例5的功能及各部分排列顺序的方框图。

图38表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例6的功能及各部分排列顺序的方框图。

图39表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例6的变形例的方框图。

图40表示在实施例6的其它变形例的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图42表示图41中5电平变换器的开关元件IGBT和输出的关系的图。

图43表示图41中5电平变换器的空间向量图。

图44表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例7的功能及各部分排列顺序的方框图。

图45表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例7的变形例的方框图。

图46表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例8的功能及各部分排列顺序的方框图。

图47表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例8的变形例的方框图。

图48表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例8的其它不同的变形例的方框图。

图49表示在实施例8的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图50表示在实施例8的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图51表示在实施例8的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图52表示在实施例8的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图53表示在实施例8的变形例的电力变换装置的控制装置中使用的向量选择表的一例的图。

图54表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例9的功能及各部分排列顺序的方框图。

图55表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例9的变形例的方框图。

图56表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例的10功能及各部分排列顺序的方框图。

图57表示本发明的电力变换装置的控制装置的实施例的11功能及各部分排列顺序的方框图。

图58表示基于本发明的电力变换装置的控制装置的实施例11的变形例的方框图。

图59表示本发明的实施例12的控制电路的功能及各部分排列顺序的方框图。

图60表示前次选择向量为I111的场合的正六边形分割空间向量图。

图61表示前次选择向量为I112的场合的正六边形分割空间向量图。

图62表示用软件处理实施例1时的流程图。

图63表示本发明的实施例13的控制电路的功能及各部分排列顺序的方框图。

图64表示对4级电流型变换器的可输出向量进行菱形区域分割后的空间向量图。

图65表示前次选择向量为I12的场合的菱形分割空间向量图。

图66表示前次选择向量为I122的场合的菱形分割空间向量图。

图67表示菱形分割空间向量图的其它的分割例的图。

图68表示菱形分割空间向量图的其它的分割例的图。

图69表示菱形分割空间向量图的其它的分割例的图。

图70表示菱形分割空间向量图的其它的分割例的图。

图71表示凸形和非凸形的例的图。

图72表示应用本发明的多级电压型变换装置的主电路的结构图。

图73表示构成多级电压型变换装置的单一电压型变换器能在交流侧发生的电压向量的图。

图74表示4级电压型变换器能产生的电压向量的图。

图75表示对4级电压型变换器的可输出向量进行菱形区域分割后的空间向量图。

图76表示本发明的实施例14的控制电路的功能及各部分排列顺序的方框图。

图77表示前次选择向量为V122的场合的正六边形分割空间向量图。

图78表示前次选择向量为V222的场合的正六边形分割空间向量图。

图79表示前次选择向量为V12的场合的菱形分割空间向量图。

图80表示前次选择向量为V122的场合的菱形分割空间向量图。

图81表示应用本发明的多电平输出电力变换装置产生的电压向量的图。

图82表示U相元件和U相输出Su的关系图。

图83表示图81所示的多电平输出电力变换装置产生的电压向量的图。

图84表示一例成为本发明的应用对象的多电平输出电力变换装置主电路结构的电路图。

图85表示基于本发明实施例15的多电平输出3相电力变换装置的结构例的方框图。

图86表示用于说明实施例15的多电平输出3相电力变换装置的动作的电压向量的图。

图87表示5电平输出变换器产生的输出电压的图。

图88表示实施例15的多电平输出3相电力变换装置的电压实际值向量选择电路的功能及各部分排列顺序的方框图。

图89表示与从实施例15的多电平输出3相电力变换装置的电压实际值向量选择电路的相位角判别电路的输出ITH对应的区间的图。

图90表示基于本发明实施例16的多电平输出3相电力变换装置的结构例的电路图。

图91表示实施例16的7电平输出3相电力变换装置可输出的输出电压的图。

图92表示实施例17的多电平输出3相电力变换装置的电压实际值向量选择电路的功能及各部分排列顺序的方框图。

图93表示在实施例17的多电平输出3相电力变换装置中使用的电压实际值向量的划分区域的图。

图94表示在实施例19的多电平输出3相电力变换装置的电压实际值向量选择电路的功能及各部分排列顺序的方框图。

图95表示在实施例19的多电平输出3相电力变换装置中使用的电压实际值向量的划分区域的图。

图96表示用于说明实施例19的多电平输出3相电力变换装置的电压实际值向量的选择电路的区域运算电路的动作的图。

图97表示实施例21的多电平输出3相电力变换装置的电压实际值向量选择电路的功能及各部分排列顺序的方框图。

图98表示在实施例21的多电平输出3相电力变换装置中使用的电压实际值向量的划分区域的图。

下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。

实施例1

因应用本发明的多级电压型变换器的主电路结构与前述的图1、图2相同，所以这里省略其说明。

施加在变换器5～变换器8上的直流电压是分别相等的或者是被相同控制的直流电压。

图16表示基于本实施例的电力变换装置的控制装置的功能及各部分排列顺序的方框图，并在与前述的图4的相同的部分上附以相同的标号来表示。

在图16中，交流电压指令值发生器45发生对变换器5～8的交流电压指令值(RVU1、RVV1、RVW1)。这里，RV的意思是参考电压，U、V、W的意思是U相、V相、W相。

这里，为了考虑到标准化，交流电压指令值(RVU1、RVV1、RVW1)取各电桥的直流输入电压的大小为1.0时的变换器整体的U相、V相、W相输出电压指令值。在级数为MLT时，作为变换器整体，各相能输出的电压的最大值是MLT或者-MLT。

在实际的装置中，因产生有功/无功功率控制、电机控制等的控制运算的结果和对向变换器5～8的电压指令，所以作为控制运算结果虽然有时能取过渡性大的值，但适当的限制处理而与交流电压指令值(RVU1、RVV1、RVW1)对应的向量进入到前述图3空间向量图的可输出区域，即最外侧的正六边形内。当然，RVU1+RVV1+RVW1＝0。

此外，3相→2相变换器46用式(1)将交流电压指令值发生器45发生的交流电压指令值(RVU1、RVV1、RVW1)变换成直角坐标系中的电压指令向量(RVA1、RVB1)。

[\begin{matrix} RVA 1 \\ RVB 1 \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 & - \frac{1}{2} & - \frac{1}{2} \\ 0 & \frac{\sqrt{3}}{2} & - \frac{\sqrt{3}}{2} \end{matrix}] [\begin{matrix} RVU 1 \\ RVV 1 \\ RVW 1 \end{matrix}]

= \frac{3}{2} [\begin{matrix} 1 & 0 \\ - \frac{1}{\sqrt{3}} & - \frac{2}{\sqrt{3}} \end{matrix}] [\begin{matrix} RVU 1 \\ RVW 1 \end{matrix}] - - - (1)

范围号码检测器47在将空间向量图分割成-30度～30度，30度～90度，90度～150度，150度～210度，210度～270度，270度～330度6个范围，并在所述6个分割范围添加0～5的范围号码的情况下，检测电压指令向量存在的范围的范围号码VTH。

另一方面，旋转坐标变换器48用在范围号码检测器47检测到的范围号码VTH，并用式(2)将在3相→2相变换器46变换成2相的电压指令向量(RVA1、RVB1)旋转-60度×VTH，并将电压指令向量移动到直角坐标系的角度-30度～+30度的范围内。

[\begin{matrix} RVAX \\ RVBX \end{matrix}] = [\begin{matrix} \cos (- 60 \deg * VTH) & - \sin (- 60 \deg * VTH) \\ \sin (- 60 \deg * VTH) & \cos (- 60 \deg * VTH) \end{matrix}] [\begin{matrix} RVA 1 \\ RVB 1 \end{matrix}] - - - (2)

斜角坐标变换器49将包含在旋转坐标变换器48变换后的电压指令向量的空间向量图中-30度～+30度的部分变换成以直角坐标系的-30度方向的向量和+30度方向的向量的2个向量作为单位向量的斜角坐标系的向量图。

下面，参照图17到图21对前述的斜角坐标系49的动作详细地进行说明。

如图所示，各小区域为围住输出向量的正六边形。

图19表示在图18中添加角度-30度方向的辅助线和+30度方向的辅助线后的状态的图。

如图所示，将围住各输出向量的小正六边形分割成平行四边形和三角形。

例如，在用旋转坐标变换器48旋转后的电压指令向量为图19的向量VA的场合，因VA存在于图示的平行四边形的区域中，所以V112是与这种电压指令向量最接近的输出向量。

在用旋转坐标变换器48旋转后的电压指令向量为VB的场合，因VB存在于图示的三角形的区域中，所以V61是与这种电压指令向量最接近的输出向量。

此外，图14的-30度方向的向量(式3)和+30度方向的向量(式4)的大小也可以不同。

后文将述，可以将斜角坐标变换后的向量图，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配设输出向量，但这里如前述那样，取单位向量作为代表的变换的例。

若用前述的单位向量up和uq的线性组合表示直角坐标上的点(a、b)，则为式5，所以其逆为式6。

[\begin{matrix} a \\ b \end{matrix}] = p \frac{1}{\sqrt{3}} [\begin{matrix} \frac{\sqrt{3}}{2} \\ - \frac{1}{2} \end{matrix}] + q \frac{1}{\sqrt{3}} [\begin{matrix} \frac{\sqrt{3}}{2} \\ \frac{1}{2} \end{matrix}] = \frac{1}{\sqrt{3}} [\begin{matrix} \frac{\sqrt{3}}{2} & \frac{\sqrt{3}}{2} \\ - \frac{1}{2} & \frac{1}{2} \end{matrix}] [\begin{matrix} p \\ q \end{matrix}] - - - (5)

[\begin{matrix} p \\ q \end{matrix}] = \sqrt{3} {[\begin{matrix} \frac{\sqrt{3}}{2} & \frac{\sqrt{3}}{2} \\ - \frac{1}{2} & \frac{1}{2} \end{matrix}]}^{- 1} [\begin{matrix} a \\ b \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 & - \sqrt{3} \\ 1 & \sqrt{3} \end{matrix}] [\begin{matrix} a \\ b \end{matrix}] - - - (6)

图20表示用前述(6)式对图19进行坐标变换的结果。

用圆圈表示输出向量。分别将图19的平行四边形变换成正方形，将图19的三角形变换成直角三角形。

这里，分别取vp、vq为舍去实数p、q的小数点以后的整数值。

图21将图20切割成正方形的格子，并写入对应于各格子中的(p、q)的(vp、vq)。

比较图20、图21，在例如电压指令向量存在于(vp，vq)＝(1，0)的格子中时，可以选择(1，1)作为输出向量。

存在于(vp，vq)＝(2，0)的格子中时，选择(3，0)作为输出向量。

存在于(vp，vq)＝(0，0)的格子中时，对应于在右上的直线上或者在下面，选择(1，1)或者(0，0)。

由这些例子可见，考虑将从左下向右上并排的正方形串分开成3组。

组1包含：

串|(1，0)，(2，1)，(3，2)，…|

串|(0，2)，(1，3)，(2，4)，…|等。

这种组的各格子的vp和vq之间存在下列关系：

vp＝vq+1(mod3)

这里，“x＝y(mod3)”表示除去3的整数倍的差、x和y相等。

电压指令向量落入这种组的格子中时，可以选择格子的左上坐标作为输出向量。

也就是说，假如(vpx，vqx)为应该选择的向量，则

(vpx，vqx)＝(vp，vq+1) (7)

组2包含

串|(2，0)，(3，1)，(4，2)，…|

串|(0，1)，(1，2)，(2，3)，…|等。

这种组的各格子的vp和vq之间存在下列关系：

vp＝vq+2(mod3)

电压指令向量落入这种组的格子中时，可以选择格子的右下坐标作为输出向量。即

(vqx，vqx)＝(vq+1，vq) (8)

组3包含

串|(0，0)，(1，1)，(2，2)，…|

串|(3，0)，(4，1)，(5，2)，…|等。

这种组的各格子的vp和vq之间存在下列关系：

vp＝vq(mod3)

电压指令向量落入这种组的格子中时，分成在下式所示直线的左下或右上两种情况。

p+q＝vp+vq+1

左下的情况下可选择格子的左下的坐标、右上的情况下可选择格子的右上的坐标，分别作为输出向量。

也就是说，p+q＜vp+vq+1的场合，

(vqx，xqx)＝(vp，vq) (9)

p+q vp+vq+1的场合，

(vqx，vqx)＝(vp+1，vq+1) (10)

另一方面，在图1中，区域判定和斜角向量选择器50，判定用前述的逻辑在斜角坐标变换器49变换后的电压指令向量存在于格子区域或者三角形区域的哪一个区域中，并算出在斜角坐标系中的输出向量坐标(vpx，vqx)。

向量选择器51根据在区域判定和斜角向量选择器50算出的(vpx，vqx)选择输出向量Vnx。

这种场合，选择输出向量V0、V1、V61、V11、V12、V611、V111、V112、V6611、V6111、V1111、V1112、V1122、中的一个。

此外，向量旋转器52使在向量选择器51得到的输出向量Vnx旋转60度×VTH，从而算出与在3相→2相变换器46算出的电压指令向量最接近的输出向量Vn。

例如，在图17中，3相→2相变换器46算出的电压指令向量在VTH＝1的范围中，在用向量选择器51选择向量V1112的场合，利用由向量旋转器52旋转60度能得到向量V2223。

另一方面，向量→触发信号变换器68算出对应于用向量旋转器52算出的输出向量Vn的触发信号。例如，对应于向量V2223，对4个电桥中的3个电桥产生触发U、V、Z相的信号，对1个电桥产生触发X、V、Z相的信号。

选通信号发生电路54基于在向量→触发信号变换器68产生的触发信号，产生用图1、图2变换器5～8构成的多级电压型变换器55的自关断型开关元件的触发脉冲。

如前所述，在本实施例的电力变换装置的控制装置中，因用简单地计算能求出电压指令向量存在于斜角坐标系的哪一个区域中，并能从其计算值算出输出向量，所以不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，仅进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能高速地选择与电压指令向量最接近的输出向量。

因此，能高速地执行基于空间向量比较的PWM控制，并能改善电力变换装置的响应性能，谋得波形的改善。

实施例1的变形例

图22表示基于前述实施例1的电力变换装置的控制装置的的变形例的方框图，在与图16相同的部分上附以相同的标号。

在图22中，交流电压指令值发生器45发生交流电压指令值(RVU1、RVV1、RVW1)。

范围号码检测器56从交流电压指令值(RVU1、RVV1、RVW1)检测图17的空间向量图中各划分为60度的范围的范围号码VTH。

这种场合，为了检测范围号码VTH，例如可以用下述的逻辑：

if RVU1＞0 and RVV1＜0 and RVW1＜0 then VTH＝0

if RVU1＞0 and RVV1＞0 and RVW1＜0 then VTH＝1

if RVU1＜0 and RVV1＞0 and RVW1＜0 then VTH＝2

(11)

if RVU1＜0 and RVV1＞0 and RVW1＞0 then VTH＝3

if RVU1＜0 and RVV1＜0 and RVW1＞0 then VTH＝4

if RVU1＞0 and RVV1＜0 and RVW1＞0 then VTH＝5

另一方面，旋转坐标变换器57用下式算出根据范围号码检测器56检测出的范围号码VTH，使交流电压指令值发生器45发生的交流电压指令值(RVU1、RVV1、RVW1)旋转-60度×VTH后的电压指令向量(RVUX、RVVX、RVWX)。

if VTH＝0 then

RVUX＝RVU1

RVVX＝RVV1

RVWX＝RVW1

if VTH＝1 then

RVUX＝-RVW1

RVVX＝-RVU1

RVWX＝-RVV1

if VTH＝3 then

RVUX＝-RVU1

RVVX＝-RVV1

RVWX＝-RVW1

if VTH＝4 then

RVUX＝RVW1

RVVX＝RVU1

RVWX＝RVV1

if VTH＝5 then

RVUX＝-RVV1

RVVX＝-RVW1

RVWX＝-RVU1 (12)

压指令向量(RVUX、RVVX、RVWX)变换成在以空间向量图的-30度方向的向量和+30度方向的向量的2个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量(p，q)。

[\begin{matrix} p \\ q \end{matrix}] = [\begin{matrix} 1 & - \sqrt{3} \\ 1 & \sqrt{3} \end{matrix}] \cdot [\frac{3}{2}] [\begin{matrix} 1 & 0 \\ - \frac{1}{\sqrt{3}} & - \frac{2}{\sqrt{3}} \end{matrix}] [\begin{matrix} RVUX \\ RVWX \end{matrix}]

= 3 [\begin{matrix} 1 & 1 \\ 0 & - 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} RVUX \\ RVWX \end{matrix}] - - - (13)

下面，与在前述图16的实施例1中说明的场合相同，区域判定和斜角向量选择器50，判定斜角坐标变换器电压指令向量(p，q)存在的区域，并算出在斜角坐标系中的输出向量坐标(vpx，vqx)。

斜角坐标变换器59用式(14)和式(15)，从在区域判定和斜角向量选择器50算出的斜角坐标系的输出向量坐标(vpx，vqx)算出旋转-60度×VTH的坐标系U相元件/V相元件/W相元件触发电桥假设个数(vvux，vvvx，vvwx)。if vpx＞＝vqx then

[\begin{matrix} vvux \\ vvwx \end{matrix}] = \frac{1}{3} [\begin{matrix} 2 & 1 \\ 1 & - 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} vpx \\ vqx \end{matrix}] - - - (14)

vvvx＝0else

[\begin{matrix} vvux \\ vvvx \end{matrix}] = \frac{1}{3} [\begin{matrix} 1 & 2 \\ - 1 & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} vpx \\ vqx \end{matrix}] - - - (15)

vvwx＝0endif

例如，在4级且VTU＝0、vvux＝3的场合，用3个电桥对U相元件进行触发，并用4-3＝1个电桥对X相元件进行触发。vvvx＝0的场合用4个电桥对Y相元件进行触发。vvwx也相同。

另一方面，旋转坐标变换器60用式16算出根据检测器56检测出的范围号码，使前述的元件触发电桥假设个数(vvux、vvvx、vvwx)旋转-60度×VTH后的实际的元件触发电桥个数(vux、vvx、vwx)。

下面，与在前述图16的实施例1中说明的场合相同，选通信号发生电路54基于元件触发电桥个数(vux、vvx、vwx)，发生用图1、图2变换器5～8构成的多级电压型变换器55的自关断型开关元件的触发脉冲。

如前所述，在本实施例的电力变换装置的控制装置中，与前述图16的实施例1的场合相比，因坐标计算更加简单，所以能更加高速地选择与电压指令向量最接近的输出向量。

因此，能更加高速地执行基于空间向量比较的PWM控制，并能进一步改善电力变换装置的响应性能，谋得波形的改善。

实施例2

图23表示基于本实施例的电力变换装置的控制装置的功能及各部分排列顺序的方框图，在与图16相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

在图23中，区域判定和斜角向量选择器61虽然根据用前述斜角坐标变换器49算出的斜角坐标系的电压指令向量(p，q)，算出对应于与电压指令向量最接近的输出向量的斜角坐标系输出向量坐标(vpx，vqx)，但与前述图16的实施例1中说明的区域判定和斜角向量选择器50的动作有些不同。

下面，参照图24对区域判定和斜角向量选择器61的动作进行说明。

图24是将图20的各格子用连接左上和右下的顶点的直线分割成三角形，记入(vp，vq，vr)后的图。

这里，vr是舍去p+q-vp-vq的小数点以后的值，在格子的左下侧的三角形中是vr＝0，在格子的右上侧的三角形中是vr＝1。

在图24中，根据电压指令向量(p，q)是在哪一个三角形区域，自动地决定应该选择的输出向量。

例如，在(p，q)＝(5.5，1.2)的场合，(vp，vq，vr)＝(5，1，0)，应该选择的输出向量是(vpx，vqx)＝(5，2)。

图24的三角形能分割成vp+vq+vr为一定的值的组。

例如，(0，1，0)，(0，0，1)，(1，0，0)的排列是vp+vq+vr＝1，(0，2，0)，(0，1，1)，(1，1，0)，(1，0，1)，(2，0，0)的排列是vp+vq+vr＝2，(0，3，0)，(0，2，1)，…，(3，0，0)的排列是vp+vq+vr＝3。

在这种vp+vq+vr值相同的组中连续排最多达3个的三角形，其选择的输出向量(vpx，vqx)是相同的。

例如，在vp+vq+vr＝3的组内，在(3，0，0)和(2，0，1)的区域中是vp-vq≥2，选择(vpx，vqx)＝(3，0)，在(2，1，0)，(1，1，1)和(1，2，0)的区域，是-1≤vp-vq≤1，选择(vpx，vqx)＝(2，2)。

在(0，2，1)和(0，3，1)的区域中是vp-vq≤2，选择(vpx，vqx)＝(0，3)。

此外，对于其它的vp+vq+vr＝常数的排列也能同样地算出(vpx，vqx)。

如前所述，区域判定和斜角向量选择器61从斜角坐标系的电压指令向量(p，q)算出输出向量(vpx，vqx)。

此外，区域判定和斜角向量选择器61以外的本实施例的动作与前述的图16的在实施例1中说明了的场合相同。

如前所述，在本实施例的电力变换装置的控制装置中，也不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能同样高速选择与电压指令向量最接近的输出向量。

关于响应性的改善已由前述的说明可知，关于波形的改善，因事先进行捕获，即因能很快地选择与电压指令向量最接近的输出向量，使输出向量很快地跟踪指令向量，所以能改善所要的波形。下面，在提到“波形的改善”时，其意思就是基于前述理由的改善。

此外，与图22的场合相同，同样能得到更加简单地执行坐标变换的实施形态。

实施例3

图25表示基于本实施例的电力变换装置的控制装置的结构例的方框图，在与图16相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

在前述的图24中，将变换成斜角坐标系后的向量图分割成三角形，能用判定电压指令向量属于哪一个三角形选择输出向量，而在图26和图27中，将对应于(vp，vq，vr)的输出向量(vpx，vqx，vrx)汇集成向量选择表的形式。

在图25中，区域判定和斜角向量选择器62从前述的斜角坐标变换器49算出的斜角坐标系的电压指令向量(p，q)算出(vp，vq，vr)，用图26和图27的向量选择表算出斜角坐标系的输出向量(vpx，vqx)。

此外，区域判定和斜角向量选择器62以外的本实施例的动作与前述的图16的在实施例1中说明了的场合相同。

实施例3的变形例

图28表示基于前述实施例3的电力变换装置的控制装置的变形例的方框图，在与图16和图22相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

图29到图32的向量选择表是按照前述式(14)和(15)算出对应于(vpx，vqx)的(vvux，vvvx，vvwx)，并添写到图26和图27的向量选择表中的。

在图28中，区域判定和3相向量选择器63从前述的斜角坐标变换器58算出的斜角坐标系的电压指令向量(p，q)算出(vp，vq，vr)，用图29和图32的向量选择表直接求得(vvux，vvvx，vvwx)。

此外，区域判定和3相向量选择器63以外的本实施例的动作与前述的图22的实施例中说明了的场合相同。

实施例4

图33表示本实施例的电力变换装置的控制装置的功能及各部分排列顺序的方框图，在与图16和图22相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

在图33中，斜角坐标变换器64对在范围号码检测器56中算出的范围号码VTH，将包含交流电压指令值发生器45发生的交流电压指令(RVU1，RVV1，RVW1)的空间向量图中范围号码VTH的60度范围变换到以角度(VTH-0.5)×60度的方向的向量和角度(VTH+0.5)×60度的方向的向量作为单位向量的斜角坐标系。

下面，参照图34和图35对斜角坐标变换器64的动作进行说明。

现在考虑电压指令向量在范围号码VTH＝1的范围的场合。图34是切出前述的图17的空间向量图的范围号码VTH＝1的部分，添加辅助线后的图。

考虑以图34的30度方向的向量(式17)和90度方向的向量(式18)作为单位向量的斜角坐标系。

因

[\begin{matrix} a \\ b \end{matrix}] = p \frac{1}{\sqrt{3}} [\begin{matrix} \frac{\sqrt{3}}{2} \\ \frac{1}{2} \end{matrix}] + q \frac{1}{\sqrt{3}} [\begin{matrix} 0 \\ 1 \end{matrix}] = \frac{1}{\sqrt{3}} [\begin{matrix} \frac{\sqrt{3}}{2} & 0 \\ \frac{1}{2} & 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} p \\ q \end{matrix}] - - - (19)

所以其逆为

[\begin{matrix} p \\ q \end{matrix}] = \sqrt{3} {[\begin{matrix} \frac{\sqrt{3}}{2} & 0 \\ \frac{1}{2} & 1 \end{matrix}]}^{- 1} [\begin{matrix} a \\ b \end{matrix}] = [\begin{matrix} 2 & 0 \\ - 1 & \sqrt{3} \end{matrix}] [\begin{matrix} a \\ b \end{matrix}] - - - (20)

由前述的式(1)和式(20)，可得将交流电压指令值(RVU1，RVV1，RVW1)变换成斜角坐标系中的点(p，q)的式为：

[\begin{matrix} p \\ q \end{matrix}] = 3 [\begin{matrix} 1 & 0 \\ - 1 & - 1 \end{matrix}] [\begin{matrix} RVU 1 \\ RVW 1 \end{matrix}] - - - (21)

实际上，图34一作斜角坐标变换，就成为图35所示。如果图35除去向量号码V2，V12，V22，……，则与前述的图20完全相同。

此外，这里虽然用VTH＝1的例进行了说明，但对也包含其它的VTH场合的斜角坐标变换器64的动作，能用下述的逻辑表示。

if VTH＝0 then

p＝3*RVU1+3*RVW1

q＝-3*RVW1

elseif VTH＝1 then

p＝3*RVU1

q＝-3*RVU1-3*RVW1

elseif VTH＝2 then

p＝-3*RVW1

q＝-3*RVU1

elseif VTH＝3 then

p＝-3*RVU1-3*RVW1

q＝3*RVW1

elseif VTH＝4 then

p＝-3*RVU1

q＝3*RVU1+3*RVW1

elseif VTH＝5 then

p＝3*RVW1

q＝3*RVU1

endif (22)

在任何一种VTH的场合，斜角坐标变换空间向量图的范围号码VTH的一部分作斜角坐标变换后的图，除去向量号码外与前述的图20完全相同。

下面，利用与前述的图16的实施例1的区域判定和斜角向量选择器50说明了的场合完全相同的动作，能判定斜角坐标系的电压指令向量(p，q)存在的格子区域或者三角形区域，并能算出斜角坐标系的输出向量坐标(vpx，vqx)。

图33的区域判定和斜角向量选择器50执行前述的动作并算出(vpx，vqx)。

向量选择器65根据(vpx，vqx)和范围号码VTH选择向量号码Vn。

例如，在范围号码为VTH＝1的场合，向量选择器65从向量V2，V12，V22，V23，V122，V222，V223，V1122，V1222，V2222，V2223，V2233中选择对应于(vpx，vqx)的向量号码。

向量→3相变换器53与前述的图16的实施例1的向量→3相变换器53相同，由向量号码Vn算出3相元件触发电桥的个数(vvu，vvv，vvw)。

将从这种向量→3相变换器53输出的3相元件触发电桥的个数(vvu，vvv，vvw)供给选通信号发生电路54，产生对多级电压型变换器55的自关断型开关元件的触发信号。

实施例4的变形例

图36表示基于前述实施例4的电力变换装置的控制装置的变形例的方框图，在与图33相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

在图36中，斜角坐标变换器66根据范围号码VTH，将斜角坐标系的输出向量坐标(vpx，vqx)变换成3相元件触发电桥个数(vvu，vvv，vvw)。实际上该变换执行下列(式23)逻辑运算。

将从这种斜角坐标变换器66输出的3相元件触发电桥的个数(vvu，vvv，vvw)供给选通信号发生电路54，产生对多级电压型变换器55的自关断型开关元件的触发信号。

因此，能高速地实行基于空间向量比较的PWM控制，并能改善电力变换装置的响应性能，谋得波形的改善。

实施例5

图37表示本实施例的电力变换装置的控制装置的实施例5功能及其各部分排列顺序的方框图，在与图33相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

如图37所示，与在前述的图33的实施例4中说明了的场合相同，在本实施例中，采用以角度(VTH-0.5)×60度的方向的向量和角度(VTH+0.5)×60度的方向的向量作为单位向量，将空间向量图的范围号码VTH的一部分作斜角坐标变换后的图的全部格子分割成三角形的图。这里除去向量号码外与前述的图24的场合完全相同。

也就是说，利用与前述的图23的实施例2的区域判定和斜角向量选择器61的场合完全相同的动作，由斜角坐标系的电压指令向量(p，q)算出(vp，vq，vr)，判定电压指令向量存在于哪一个三角形区域中，并算出输出向量的斜角坐标系坐标(vpx，vqx)。

下面，与在图33的前述实施例4中说明了的场合相同，用向量选择器65选择对应于(vpx，vqx)和范围号码VTH的向量Vn，用向量→3相变换器53算出3相元件触发电桥个数(vvu，vvv，vvw)。

实施例6

图38表示基于本实施例的电力变换装置的控制装置的功能及各部分排列顺序的方框图，在与图33相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

在图38中，与在前述的图25的实施例3的区域判定和斜角向量判定器62的场合相同，在变换到斜角坐标系并分割成三角形区域后的向量图中，区域判定和斜角向量判定器62从在斜角坐标系中的电压指令向量坐标(p，q)算出(vp，vq，vr)后，用前述的图26和图27的向量选择表算出输出向量的斜角坐标(vpx，vqx)。

与图26的实施例的斜角坐标变换器66相同，斜角坐标变换器66从(vpx，vqx)和范围号码VTH算出3相元件触发电桥个数(vvu，vvv，vvw)。

实施例6的变形例

图39表示基于前述的实施例6的电力变换装置的控制装置的变形例的方框图，在与图33相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

在图39中，区域判定和3相向量选择器67从(vpx，vqx)和范围号码VTH算出3相元件触发电桥个数(vvu，vvv，vvw)。

下面，参照图26、图27和图40对区域判定和3相向量选择器67的动作进行说明。

图26、图27是写入对应于(vp，vq，vr)的(vpx，vqx)后的向量选择表，但也能进一步编成写入用式(23)根据范围号码VTH对(vpx，vqx)进行坐标变换得到的(vvu，vvv，vvw)的向量选择表。

图40表示该向量选择表的开始的部分。

借助于用这种向量选择表，能从(vp，vq，vr)和范围号码VTH直接求得与电压指令向量最接近的输出向量的3相元件触发电桥个数，从而能更加高速地选择输出向量。

如前所述，在本实施例的电力变换装置的控制装置中，因能从(vp，vq，vr)和范围号码VTH直接求得与电压指令向量最接近的输出向量的3相元件触发电桥个数，所以能更加高速地选择与电压指令向量最接近的输出向量。

实施例7

在前述的各实施例中，对有关4级电压型变换器的场合的向量选择算法用于本发明的场合进行了说明。对于后面所述的在多电平变换器中的选择算法，当然同样也能用于本发明。多电平变换器具有至少将直流电压源分割成n(n是大于3的整数)个的分割电源，以及3组由串联连接(2·n)个并联地连接到前述的直流电源上且分别反向并联连接二极管的自关断型开关元件而成，并带有从前述的直流电压源的正极端后第n个自关断型开关元件和第n+1个自关断型开关元件之间输出变换前述的直流电压源的电压后的电压的变换电压输出端的串联电路，而且将前述的变换电压输出端连接到交流负载上。

这指的是例如图41所示作为多电平变换器的一例的5电平逆变器。下面，对5电平逆变器的主电路进行说明。图中P、N是直流输入端，u、v、w是交流输出端，C1-C4是电容器，U1-U4、V1-V4、W1-W4、X1-X4、Y1-Y4、Z1-Z4是例如IGBT开关元件，D40-D47、D50-D57、D60-D67、D70-D75、D80-D85、D90-D95是二极管。

图42表示u相、v相或者w相臂的元件的开关状态(严格地说触发信号状态)和臂输出关系。假如直流侧的第2个和第3个电容器C2、C3间的点的电位为0，各电容器C1-C4的电压为E，则相输出电压为在Sx上乘以E。这种场合，逆变器整体的输出电压能用(Su，Sv，Sw)表示。

图43表示图41的5电平逆变器的空间向量，这种场合也成为4级的正六边形，这点与前述的实施例相同，但在向量的实现方法的多样性这一点上不同。例如，为了实现图17的向量V1122，在多级变换器的4个电桥中可以在2个电桥上分配V1的向量，在剩下的2个电桥上分配V2的向量，所以作为组合是6种。

另一方面，在图43的5电平逆变器中，为了实现对应于图17的V1122的向量，只有(Su，Sv，Sw)＝(2，0，-2)的1种。

图44表示多电平电力变换装置的控制装置的功能及各部分排列顺序，这是将图16中对多级电压型变换器的实施例用于多电平变换器的控制装置。在图44中，在与图16相同的部分上附以相同的标号并省略其说明。由交流电压指令值发生器45产生交流电压指令(RVU1，RVV1，RVW1)后，依次进行运算，直到向量旋转器52输出向量Vn为止与图16相同。

在图44中，向量→触发信号变换器68根据选择向量Vn，输出多电平变换器70应该取的触发状态信号(SSu，SSv，SSw)。例如，对向量V6111输出(2，-2，-1)。在选择向量V611的场合，输出(2，-1，0)。作为变换器虽然对应于向量V611的触发状态能有(2，-1，0)和(1，-2，-1)两种，但向量→触发信号变换器68仅输出1种典型的触发状态。

其它向量的场合也相同。考虑到抑制中性点电位变动和减少开关次数，从多个触发状态中选择实际的触发状态，该选择由后述的选通信号发生电路69执行。根据触发状态信号(SSu，SSv，SSw)，选通信号发生电路69产生选通信号，从而产生图41所示的多电平变换器70中自关断型开关元件的触发脉冲。

采用前述的实施例7，则算出对多级电压型变换器的电压指令向量存在的范围号码VTH，使电压指令向量旋转规定的角度，将旋转后的电压指令向量坐标变换成以直角坐标系的-30度方向的向量和+30度方向的向量的2个向量为单位向量的斜角坐标系的向量，将用单位向量斜角对配置输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的格子区域或者三角形区域的哪一个区域中，根据这种判定结果，选择对应于区域的输出向量Vnx，算出使输出向量Vnx旋转规定的角度的输出向量Vn。由此，因不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，所以能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

实施例7的变形例

图45表示基于前述的实施例7的电力变换装置的控制装置的变形例的方框图，在与图44相同的部分上附以相同的标号。它与对多级电压型变换器的实施例的图22相对应。

在本实施例中，对交流电压指令值(RVU1，RVV1，RVW1)，用式(11)检测范围号码VTH，用式(12)将交流电压指令值(RVU1，RVV1，RVW1)变换成旋转坐标系的(RVUX，RVVX，RVWX)，用式(13)将电压指令向量(RVUX，RVVX，RVWX)变换成斜角坐标系的(p，q)，并根据区域判定和斜角向量选择器50算出在斜角坐标系的输出向量坐标(vpx，vqx)。上述过程与图22所示的实施例相同。

在图45中，斜角坐标变换器71用式(24)从斜角坐标系中的输出向量坐标(vpx，vqx)算出仅旋转-60度×VTH后的坐标系的假设触发状态信号(SSux，SSvx，SSwx)。

SSux＝2

[\begin{matrix} SSvx \\ SSwx \end{matrix}] = \begin{matrix} [\begin{matrix} 2 \\ 2 \end{matrix}] \end{matrix} - \frac{1}{3} [\begin{matrix} 2 & 1 \\ 1 & 2 \end{matrix}] [\begin{matrix} vpx \\ vqx \end{matrix}] - - - (24)

另一方面，旋转坐标变换器72根据在范围号码检测器56检测出的范围号码VTH，用式(25)使前述的假设触发状态信号(SSux，SSvx，SSwx)仅旋转+60度×VTH，算出触发状态信号(SSu，SSv，SSw)。

if VTH＝0 then

SSu＝SSux

SSv＝SSvx

SSw＝SSwx

elseif VTH＝1 then

SSu＝-SSvx

SSv＝-SSwx

SSw＝-SSux

elseif VTH＝2 then

SSu＝SSwx

SSv＝SSux

SSw＝SSvx

elseif VTH＝3 then

SSu＝-SSux

SSv＝-SSvx

SSw＝-SSwx

elseif VTH＝4 then

SSu＝SSvx

SSv＝SSwx

SSw＝SSux

elseif VTH＝5 then

SSu＝-SSwx

SSv＝-SSux

SSw＝-SSvx

endif (25)

下面，与在图44的实施例说明了的场合相同，选通信号发生电路69基于触发状态信号(SSu，SSv，SSw)，产生图41所示的多电平变换器70的自关断型开关元件的触发脉冲。

如前所述，在本实施例的电力变换装置的控制装置中，因用简单的计算求得电压指令向量存在于斜角坐标系的哪一个区域中，并从其计算值算出输出向量，所以不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能同样高速选择与电压指令向量最接近的输出向量。

实施例8

图46和图47是将图23和图25中对多级电压型变换器。所示的实施例用于多电平变换器的。在图46和图47中，向量→3触发信号变换器68根据向量旋转器52输出的向量Vn输出触发状态信号(SSu，SSv，SSw)后，基于触发状态信号(SSu，SSv，SSw)，在选通信号发生电路69中产生多电平变换器70的自关断型开关元件的触发脉冲。

图48是将图28中对多级电压型变换器。所示的实施例用于多电平变换器的。图49-图52的向量选择表则按照前述的式(24)计算对应于(vpx，vqx)的假设触发状态信号(SSux，SSvx，SSwx)，并添写入图26和图27的向量选择表而得。

在图48中，区域判定和斜角向量选择器73从前述的斜角坐标变换器58算出的斜角坐标系的电压指令向量(p，q)算出(vp，vq，vr)，用图49和图52的向量选择表直接求得(SSux，SSvx，SSwx)。下面，由旋转坐标变换器72根据范围号码VTH从假设触发状态信号(SSux，SSvx，SSwx)算出触发状态信号(SSu，SSv，SSw)后，用选通信号发生电路69产生选通信号。这些过程与在图45的实施例中说明了的场合相同。

采用前述的实施例8，则将斜角坐标变换后的向量图的多电平变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的三角形区域的哪一个区域中，根据这种判定结果选择对应的输出向量Vn。由此，因不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，所以能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。因此，能高速地执行基于空间向量比较的PWM控制。

实施例9

图54是将图23中对多级电压型变换器。所示的实施例用于多电平变换器70的。在图54中，向量→触发信号变换器68根据在向量选择器65选择的向量Vn输出触发状态信号(SSu，SSv，SSw)后，基于触发状态信号(SSu，SSv，SSw)，在选通信号发生电路69中产生多电平变换器70的自关断型开关元件的触发脉冲。

采用前述的实施例9，则算出对多级电压型变换器的电压指令向量存在的范围号码VTH，将电压指令向量变换成以第1规定角度的方向的向量和第2规定角度的方向的向量的两个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量，将用前述单位向量对配置前述输出向量的空间向量图内的前述电压指令向量存在的60度范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的格子区域或者三角形区域的哪一个区域中，根据这种判定结果选择对应于区域的输出向量Vn。由此，因不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，所以能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

实施例9的变形例

图55表示基于前述实施例9的多电平变换器的控制装置的变形例的方框图，是将图36中对多级电压型变换器所示的实施例用于多电平变换器的。在图55中，斜角坐标变换器74根据范围号码VTH，将斜角坐标系的输出向量坐标(vpx，vqx)变换成触发状态信号(SSu，SSv，SSw)。实际上该变换执行下列式(26)所示的逻辑运算。

if VTH＝0 then

SSu＝2

SSv＝2-(2*vpx+vqx)/3

SSw＝2-(vpx+2*vqx)/3

elseif VTH＝1 then

SSu＝-2+(2*vpx+vqx)/3

SSv＝-2+(vpx+2*vqx)/3

SSw＝-2

elseif VTH＝2 then

SSu＝2-(vpx+2*vqx)/3

SSv＝2

SSw＝2-(2*vpx+vqx)/3

elseif VTH＝3 then

SSu＝-2

SSv＝-2+(2*vpx+vqx)/3

SSw＝-2+(vpx+2*vqx)/3

elseif VTH＝4 then

SSu＝2-(2*vpx+vqx)/3

SSv＝2-(vpx+2*vqx)/3

SSw＝2

elseif VTH＝ 5 then

SSu＝-2+(vpx+2*vqx)/3

SSv＝-2

SSw＝-2+(2*vpx+vqx)/3

endif (26)

将从这种斜角坐标变换器74输出的触发状态信号(SSu，SSv，SSw)，供给选通信号发生电路69，产生多电平变换器70的自关断型开关元件的触发脉冲。

在本实施例中，因只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，所以能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

实施例10

图56是将图37中对多级电压型变换器。所示的实施例用于多电平变换器的。在图56中，根据在向量选择器65选择的向量Vn，向量→触发信号变换器68算出触发状态信号(SSu，SSv，SSw)，并将该触发状态信号(SSu，SSv，SSw)供给选通信号发生电路69，产生多电平变换器70的自关断型开关元件的触发脉冲。

采用前述的实施例10，则将斜角坐标变换后的向量图的多电平变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域，判定斜角坐标变换后的电压指令向量存在于区域分割后的斜角坐标系向量图的三角形区域的哪一个区域中，根据这种判定结果选择对应的输出向量Vn。由此，因不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，所以能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。

实施例11

图57是将图38中对多级电压型变换器。所示的实施例用于多电平变换器的。在图57中，区域判定和斜角向量选择器62与前述的图25的区域判定和斜角向量选择器的场合相同，变换到斜角坐标系，在分割成三角形区域后的向量图中，从斜角坐标系的电压指令向量(p，q)算出(vp，vq，vr)，用前述的图26和图27的向量选择表算出斜角坐标系的输出向量(vpx，vqx)。

与图55的实施例的斜角坐标变换器74相同，斜角坐标变换器74由(vpx，vqx)和范围号码VTH算出触发状态信号(SSu，SSv，SSw)，并将这种触发状态信号(SSu，SSv，SSw)供给到选通信号发生电路69，产生多电平变换器70的自关断型开关元件的触发脉冲。

实施例11的变形例

图58是将图39中对多级电压型变换器。所示的实施例用于多电平变换器的。在图58中，区域判定和3相向量选择器75从斜角坐标系的电压指令向量(p，q)和范围号码VTH算出输出向量的触发状态信号(SSu，SSv，SSw)。

图26、图27是写入对应于(vp，vq，vr)的(vpx，vqx)后的向量选择表，但也能进一步编成写入用前述的式(23)根据范围号码VTH对(vpx，vqx)进行坐标变换得到的(SSu，SSv，SSw)的向量选择表。

图53表示该向量选择表的开始的部分。借助于用这种向量选择表，能从(vp，vq，vr)和范围号码VTH直接求得与电压指令向量最接近的输出向量的触发状态信号。

在本实施例中，因只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能选择与电压指令向量最接近的输出向量，所以能减少输出向量的选择中所要的运算时间并谋得性能提高。因此，能高速地执行基于空间向量比较的PWM控制。

采用前述的本发明，则能提供不必计算全部的输出向量和电压指令向量的向量偏差，只要进行斜角坐标系的电压指令向量的坐标值的计算和若干附加的计算，就能高速地选择与电压指令向量最接近的输出向量，从而能高速地执行基于空间向量比较的PWM控制的高性能的电力变换装置的控制装置。

接着，对多级电流型的电力变换装置的控制装置进行说明。

实施例12

因用于本发明实施例12的多级电流型变换器的主电路结构与前述的图5所示的以往的结构相同，所以这里省略其说明。

流到变换器A5～变换器A8中的直流电流是分别等同控制的直流电流。

图59表示基于本实施例12的电力变换装置的控制装置的功能及各部分排列顺序的方框图，其特征为根据瞬间前输出的向量，变更区域分割空间向量图。

在图59中，交流电流指令发生器A45产生对变换器5～8的交流电流指令(RIU1、RIV1、RIW1)。

3相→2相变换器A46将交流电流指令值发生器A45发生的交流电流指令(RIU1、RIV1、RIW1)变换成直角坐标系中的电流指令向量(RIA1、RIB1)。可输出向量发生器A47，用A轴B轴坐标值(InA，InB)的形式供给多级变换器发生的全部可输出向量值。选择向量存储电路A53存储在前次向量选择运算中选择的向量。这种向量是到眼前即将实际输出本次选择运算选择的向量为止，变换器实际输出的向量(后述的区域判定和向量选择电路A55的输出)。

区域分割成向量图发生器A54从可输出向量发生器A47发生的可输出向量和从选择向量存储器电路A53得到的前次选择向量，发生在本次向量选择中用的区域分割空间向量图。

区域判定和向量选择电路A55，判定指令值向量(RIA1，RIB1)包含在区域分割空间向量图的哪一个区域中，并选择对应于该区域的输出向量In。

向量→3相变换器A50产生对应于用区域判定和向量选择电路A55选择的可输出向量In的GTO的开关模式，选通信号发生电路A51则产生由图5的变换器A5～A8构成的多级变换器A52的GTO的触发脉冲。

这里，参照图60和图61对作为本实施例特征的区域分割向量图发生器A54和区域判定和向量选择电路A55的动作进行说明。

图60是表示前次选择向量为I111的场合的空间向量图的一部分。基于存储在选择向量存储电路A53中的变换器瞬间前输出的向量I111，区域分割向量图发生器A54产生扩大来自可输出向量发生器A47的可输出向量的向量I111的区域的区域分割空间向量图。也就是说，成为比通常的区域分割时(用虚线表示)包含向量I111的正六边形的面积大的形状。

区域判定和向量选择电路A55判定指令值向量包含在区域分割成向量图的哪一个区域中，选择对应于该区域的输出向量，因包含向量I111的区域大，指令向量Ir即使超过通常的区域分割的边界(虚线)也能继续选择向量I111一阵子。当超过图60的实线的边界选择向量I112时，如图61所示，通过接着的控制运算，采用将向量I112的区域取大的区域分割空间向量图。因此，即使抑制共振的控制起作用，也不会马上选择向量I111。

这样，在本实施例中，因用扩大包含当时所选向量的区域面积的区域分割，下一次也能容易地选择当时所选择的向量，所以能减少跳动，减少开关次数。

接着，参照图62对软件处理实施例1的场合的流程进行说明。这里，仅对与作为本实施例的特征部分的图59的区域分割成空间向量图发生器A54和区域判定和向量选择电路A55相当的部分进行说明。

首先，在步骤1，将本次指令值和前次的选择向量变换到直角坐标系，在步骤2，选择与以往相同的区域分割中包含指令值向量的区域所对应的向量作为候补向量。

在步骤3，比较前次的选择向量和候补向量，如果相同则进入步骤4，如果不同则进入步骤6。

在步骤4，将候补向量设定成本次的选择向量。

在步骤5，将选择向量变换成U、V、W的坐标分量。

在步骤6，判断候补向量是否在前次的选择向量的相邻的区域，如果在相邻的区域、则进入步骤7，如果不在相邻的区域、则进入步骤8。

在步骤7，用扩大包含前次的选择向量的区域的面积的区域分割，将对应于包含指令向量的区域的向量设定成本次的选择向量。

在步骤8，将候补向量设定成本次的选择向量。

也就是说，首先，与以往相同的区域分割决定本次选择向量的候补向量，并且仅对该候补向量为与前次选择向量相邻的区域的向量的场合，用扩大包含前次的选择向量的区域的分割区域决定本次的选择向量。

因此，在用软件进行处理的场合，不必不断运算扩大包含前次选择向量的区域面积的区域分割。

实施例13

图63表示本发明的实施例13的控制电路的功能及各部分排列顺序的方框图，在图63中，因除区域分割空间向量图发生器A56和区域判断和向量选择电路A57以外，其余与图59所示的实施例12的实施例相同，所以附以相同的标号并省略其说明。

在图63所示的实施例13中，以图64所示的空间向量图为基础。它将围住各可输出向量的区域做成菱形。其中，围住在角度30度、90度、150度、210度、270度、330度的直线上的可输出向量的区域为半个菱形贴在一起的形状。在选择原样地使用这样分割区域的空间向量图的向量时，与分割为六边形时相同，会发生伴随共振抑制控制和电流控制的跳跃。

下面，参照图65和图66对作为本实施例的特征的区域分割空间向量图发生器A56和区域判定和向量选择电路A57的动作进行说明。

图65表示前次选择向量为I12的场合的空间向量图的一部分。区域分割空间向量图发生器A56基于存储在选择向量存储电路A53中的变换器瞬间前输出的向量I12，产生扩大包含来自可输出向量发生器A47的可输出向量的向量I12的区域的区域分割空间向量图。也就是说，成为比通常的区域分割时(用虚线表示)包含向量I12的菱形的面积大的形状。

区域判定和向量选择电路A57判定指令值向量包含在区域分割成向量图的哪一个区域中，选择对应于该区域的输出向量，因包含向量I12的区域大，指令向量Ir即使超过通常的区域分割的边界(虚线)也能继续地选择向量I12一阵子。当超过图65的实线的边界选择向量I112时，如图66所示，通过接着的控制运算，采用将向量I112的区域取大的区域分割空间向量图。因此，即使抑制共振的控制起作用，也不会马上选择向量I12。

这样，在本实施例中，因用扩大包含当时选择的向量的区域的面积的区域分割，下一次也能容易地选择当时所选择的向量，所以能减少跳动，减少开关次数。

接着，在实施例13中示出了作为包含前次被选择的向量的区域的扩大方法的其它的例。

图67、图68不仅包含前次所选择的向量的区域，而且也同时扩大该区域的菱形2个边的方向的区域。

图69、图70切掉将包含前次所选择的向量的区域作为菱形扩大后的图形的4角，整体成为凸形。

这无论对包含指令向量的区域或者与该区域邻接的区域都做成凸形。

例如，图65中，包含向量I1122的区域不是凸形，所谓的凸形是对数学上属于某区域A的任意2点P1、P2，下式表示的点也属于区域A：

αP1+(1-α)P2(0≤α≤1)

图71示出了凸形和非凸形的例。在非凸形中，即使是属于区域A的任意2点的直线上的点，也有没有包含在区域A中的点。

如果是非凸形的区域，则有开关次数又增加，波形又失真的可能性。因此，借助于在扩大前次所选择的向量的区域的场合将变换后的区域做成凸形，能抑制不必要的开关次数增加和波形失真。

前面，虽然对将空间向量图分割成正六边形的场合和分割成菱形的场合进行了说明，但对于分割成任意的图形的场合，扩大包含前次所选择向量的区域的面积的方法当然也有减少不必要跳跃并减少开关次数的作用。

下面，对将本发明用于多级电压型变换装置的场合进行说明，首先说明多级电压型变换装置的基本结构。

图72是多级电压型变换装置的的主电路的结构图。在图72中，A71是交流负载，A72-A75是将直流电变换成交流电的电压型变换器，并且各交流端连接到变压器A76-A79的初级端上。变压器A76-A79的次级侧串联连接，并合成各变换器的输出电压。被合成的输出电压连接到交流负载A71上。将各变换器的直流输入共同连接到直流电压源A80上。这里虽然示出了共同连接的图，但也可以个别地对每个变换器准备电压源。

GU1-GU4是构成变换器A72-A75的自关断型开关元件。DU1-DU4是反向并联连接自关断型开关元件的续流二极管。下面，对用控制极可关断闸流晶体管(GTO)作为自关断型开关元件的场合进行说明。

图73说明单一的电压型变换器能在交流侧发生的电压向量。

其中，V1向量对应于触发U、Y、Z时的输出电压，

V2向量对应于触发U、V、Z时的输出电压，

V3向量对应于触发X、V、Z时的输出电压，

V4向量对应于触发X、V、W时的输出电压，

V5向量对应于触发X、Y、W时的输出电压，

V6向量对应于触发U、Y、W时的输出电压，

V0向量对应于触发U、X、W或者X、Y、Z时的输出电压(零电压)。

图74表示4级电压型变换器发生的电压向量的图。这里，V1122是例如用4个单元变换器中的2个输出V1向量，剩下的2个输出V2向量实现的向量。

关于多级电压型变换器的建案也有将空间向量图分割成正六边形，判定电压指令向量存在的区域，并选择对应于该区域的可输出向量的方法(日本特愿平9-43515号)。在图74中，画入正六边形区域分割。此外，还在同一专利中提出菱形分割或者任意区域分割的向量选择。图75是将空间向量图分割成菱形区域的例。

实施例14

图76表示本发明的实施例14的控制电路的功能及各部分排列顺序的图，其特征是根据瞬间前输出的向量，变更区域分割空间向量图。

在图76中，交流电压指令值发生器A81产生对变换器的交流电压指令(RVU1、RVV1、RVW1)，3相→2相变换器A82将交流电压指令值发生器A81发生的交流电压指令(RVU1、RVV1、RVW1)变换成直角坐标系的电流指令(RVA1、RVB1)，可输出向量发生器A83将多级变换器产生的全部可输出向量值变换成A轴B轴坐标值(VnA，VnB)的形式，选择向量存储电路A84存储在前次向量选择运算中选择的向量。这种向量是到眼前即将实际输出本次选择运算选择的向量为止变换器实际输出的向量(后述的区域判定和向量选择电路A86的输出)。

区域分割成向量图发生器A85从可输出向量发生器A83产生的可输出向量和从选择向量存储器电路A84得到的前次选择向量，产生在本次向量选择中用的区域分割空间向量图。

区域判定和向量选择电路A86，判定指令值向量(RVA1，RVB1)包含在区域分割空间向量图的哪一个区域中，并选择对应于该区域的输出向量Vn。

向量→3相变换器A87产生对应于用区域判定和向量选择电路A86选择的可输出向量Vn的GTO的开关模式，选通信号发生电路A88则产生由图72的变换器A72～A75构成的多级变换器A89的GTO的触发脉冲。

这里，参照图77和图78对作为本实施例特征的区域分割向量图发生器A85和区域判定和向量选择电路A86的动作进行说明。

图77是表示前次选择向量为V122的场合的空间向量图的一部分。基于存储在选择向量存储电路A84中的变换器瞬间前输出的向量V122，区域分割向量图发生器A85产生扩大来自可输出向量发生器A83的可输出向量的向量V122的区域的区域分割空间向量图。也就是说，成为比通常的区域分割时(用虚线表示)包含向量V122的正六边形的面积大的形状。

区域判定和向量选择电路A86判定指令值向量包含在区域分割成向量图的哪一个区域中，选择对应于该区域的输出向量，因包含向量V122的区域大，指令向量Vr即使超过通常的区域分割的边界(虚线)也能继续选择向量V122一阵子。当超过图77的实线的边界选择向量V222时，如图78所示，通过接着的控制运算，采用将向量V222的区域取大的区域分割空间向量图。因此，即使抑制共振的控制起作用，也不会马上选择向量V122。

如电流型中所示，分割成菱形的区域也能进行相同的操作。图79、图80示出了菱形分割的场合的区域分割的一例。

图79表示前次选择向量为V12的场合的空间向量图的一部分，不仅包含前次所选择的向量的区域，而且也同时扩大该区域的菱形2个边的方向的区域。

在图79中，因包含向量V12的区域扩大，所以指令向量Vr即使超过通常的区域分割的边界(虚线)也能继续选择向量V122一阵子。当超过图79的实线的边界选择向量V122时，如图80所示，通过接着的控制运算，采用将向量V122的区域取大的区域分割空间向量图。因此，即使抑制共振的控制起作用，也不会马上选择向量V12。

这里，虽然对将空间向量图分割成正六边形的场合和分割成菱形的场合进行了说明，但对于分割成任意的图形的场合，扩大包含前次所选择的向量的区域的面积的方法当然也有减少不必要跳跃并减少开关次数的作用。

下面，对将本发明用于多电平输出变换装置的场合进行说明，首先说明多电平输出变换装置的基本结构。

图81表示多电平输出电力变换装置的主电路结构的一例，是能输出+2E、+E、0、-E、-2E电压的5电平输出电力变换装置。在图中，U、V、W分别表示U相、V相、W相的各单相电力变换装置。Su1～Su8、Sv1～Sv8、Sw1～Sw8是自关断元件，Du1～Du8、Dv1～Dv8、Dw1～Dw8是与自关断元件Su1～Su8、Sv1～Sv8、Sw1～Sw8反向并联连接的二极管，Dcu1～Dcu6、Dcv1～Dcv6、Dcw1～Dcw6是箝位二极管，E1是直流电压源E的第1端和第2端之间的分离电压源，E2是直流电压源E的第2端和第3端之间的分离电压源，E3是直流电压源E的第3端和第4端之间的分离电压源，E4是直流电压源E的第4端和第5端之间的分离电压源。

在这种结构的5电平输出电力变换装置中，从例如U的U相电力变换装置的自关断元件Su4和Su5间，分别在自关断元件Su1～Su4导通时、输出+E1+E2的电压(如果E1＝E2＝E3＝E4＝E，则+2E的电压电平)，在自关断元件Su2～Su5导通时、输出+E2(同样地E的电压电平)的电压，在自关断元件Su3～Su6导通时、输出0电压，在自关断元件Su4～Su7导通时、输出-E3(-E的电压电平)的电压，在自关断元件Su5～Su8导通时、输出-E3-E4(-2E的电压电平)的电压，能输出+2E、+E、0、-E、-2E的5电平的电压。

图82表示U相元件Su1，……，Su8的开关状态和U相输出Su的关系。

在从元件Su4和Su5间取出的U相输出端上，输出在Su上乘以E后的电压。对V相和W相也相同，能写入表示该相输出Sv、Sw和各元件开关状态的关系的表，并且变换器整体的输出电压能用(Su，Sv，Sw)表示。

图83表示5电平输出电力变换装置产生的电压向量的图。在各向量中写入能输出该向量的(Su，Sv，Sw)。要看向量如何，也存在能用2个以上的触发状态实现的向量。

关于多电平输出变换器也提出了将空间向量图分割成包含各可输出向量的区域，判定电压指令向量存在的区域，并选择对应于该区域的可输出向量的方法。

并且，与前述的电流型变换器和电压型变换器相同，对多电平变换器也预先存储前次选择的向量，基于扩大包含前次选择的向量的区域后的区域分割空间向量图判定指令向量存在的区域，选择本次的向量，由此，能减少不需要的跳动，减少开关次数。

如前所述，采用本发明，则在多级电流型变换器、多级电压型变换器、多电平输出变换器中，能减少不需要的跳动，减少开关次数，因而能降低开关损耗，进而带来散热片等零件能小型化，装置整体也能小型化。

下面，对多电平输出的电力变换装置的控制装置进行说明。

实施例15

图84表示成为本发明的应用对象的多电平输出电力变换装置的主电路结构的一例的电路图。

在图84中，1-n表示直流电压源端。E1-E(n-1)表示作为直流电压源的输入电容器。

在U相中，Su1-Su(2(n-1))是自关断型元件，Du1-Du(2(n-1))是与自关断型元件Su1-Su(2(n-1))反向并联连接的续流二极管。

箝位二极管Dcu(2×j)(j＝2，3，……，(n-2))，将其阴极端连接在自关断型元件Su(j)的阴极端上，将其阳极端连接在直流电压源(j+1)上。

关于V、W相也与前述的U相的场合结构相同。

图85表示基于本实施例的多电平输出3相电力变换装置的结构例的电路图。

此外，示出了5电平输出3相电力变换装置的场合。

因对直流电源E1-E4、各单相电力变换装置U、V、W、电流检测器B11-B13、负载B14、电流控制电路B15和选通脉冲发生电路B18已经详细地进行了说明，所以这里省略其说明。

在图85中，电压指令向量运算电路B20输入来自将3相电力变换装置主体的输出电流控制成规定的值的电流控制电路B15的输出，算出对应于3相电力变换装置主体应该输出的电压的电压指令向量。

电压实际值向量选择电路B30从由电压指令值向量运算电路B20算出的电压指令值向量，选择对应于3相电力变换装置主体实际输出的电压的电压实际值向量。

导通/阻断(on/off)模式生成电路B40根据从电压实际值向量选择电路B30输出的电压实际值向量，产生使各单相电力变换装置U、V、W的自关断型元件Su1-Su(2(n-1))进行导通/阻断的指令信号。

下面，参照图85-图89对前述结构的本实施例的5电平输出3相电力变换装置的动作进行说明。

由来自电流控制电路B15的输出VCA、VCB，决定图86所示的电压向量。

图87表示5电平输出3相电力变换装置发生的输出电压。在图87中，连接原点和黑圆的向量表示电压实际值向量。也就是说，在5电平输出3相电力变换装置5中，虽然3相时有5³＝125种开关模式，但因相同的向量能用不同的模式表示，所以存在61种向量。

在图87中，(2，2，-2)分别表示(U相的输出电压电平，V相的输出电压电平，W相的输出电压电平)，“2”的意思是输出图85所示的直流电压(E1+E2)。

同样，“1”的意思是输出直流电压E1，“0”的意思是0V输出，“-1”的意思是输出直流电压-E3，“-2”的意思是输出直流电压-(E3+E4)。

例如，下面(表2)表示U相单相电力变换装置为用于输出从“2”到“-2”为止的电压向量的自关断型元件的开关状态。此外，对于V、W相的各单相电力变换装置也相同。自关断型元件的标号为记载在图10中的标号。此外，在可输出电压向量为5电平以外的场合，也能用与图87的场合相同的图表示向量。

表2

	Su1	Su2	Su3	Su4	Su5	Su6	Su7	Su8
	Su1	Su2	Su3	Su4	Su5	Su6	Su7	Su8	2	on	on	on	on	off	off	off	off
1	off	on	on	on	on	off	off	off	2	on	on	on	on	off	off	off	off
1	off	on	on	on	on	off	off	off	0	off	off	on	on	on	on	off	off
-1	off	off	off	on	on	on	on	off	0	off	off	on	on	on	on	off	off
-1	off	off	off	on	on	on	on	off	-2	off	off	off	off	on	on	on	on

图88表示用于说明前述电压实际值向量选择电路B30的动作的图。

在图88中，将从电压指令向量算出电路B20输出的电压指令值向量的A轴方向分量VCA和B轴方向分量VCB输入到相位角运算电路B31中，并由下式运算电压指令值向量的相位角TH。

也就是说，在B轴方向分量VCB是正，A轴方向分量VCA比VCB的绝对值大时，

TH＝tan^-1(VCB/VCA)

在B轴方向分量VCB比VCA的绝对值大时，

TH＝tan^-1(VCB/VCA)+90°

A轴方向分量VCA比-(VCB的绝对值)大时，

TH＝tan^-1(VCB/VCA)+180°

在B轴方向分量VCB比-(VCA的绝对值)大时，

TH＝tan^-1(VCB/VCA)+270°

在B轴方向分量VCB是负，A轴方向分量VCA比VCB的绝对值大时，

TH＝tan^-1(VCB/VCA)+360°

接着，相位角判别电路B32利用下面对电压指令值向量的相位角TH比较大小，算出表示电压指令值向量所属60°区间的ITH。

0°≤TH＜60°时ITH＝0

60°≤TH＜120°时ITH＝1

120°≤TH＜180°时ITH＝2

180°≤TH＜240°时ITH＝3

240°≤TH＜300°时ITH＝4

300°≤TH＜360°时ITH＝5

图89表示与来自相位角判别电路B32的输出ITH对应的60°区间的图。

将输出ITH与电压实际值向量选择电路B30的输出一起输入到乘法器B33中，并由下式运算NTH。

NTH＝60°×ITH

按照来自乘法器B33的输出NTH，旋转变换电路B34用下式对电压指令值向量(VCA，VCB)进行坐标变换。

VCA2＝VCA×cos(NTH)+VCB×sin(NTH)

VCB2＝VCA×sin(NTH)+VCB×cos(NTH)

电压实际值选择电路B35，选择与用来自旋转变换电路B34的输出VCA2、VCB2表示的电压指令值向量的终点最接近的电压实际值向量的终点的坐标(VA，VB)。

按照所示前述的电压向量和各单相电力变换装置U、V、W自关断型元件开关状态的对应关系，导通/阻断模式生成电路B40将由前述的电压实际值向量选择电路B30输出的电压向量组变换成自关断型元件的导通/阻断模式。

然后，将各自关断型元件的导通/阻断模式送到选通脉冲发生电路B18中，使各单相电力变换装置U、V、W的自关断型元件导通/阻断。

如前所述，在本实施例的5电平输出3相电力变换装置中，从电力变换装置主体的输出电流算出对应于电力变换装置主体应该输出的电压的电压指令向量，供给电力变换装置主体可输出电压的电压实际值向量，选择与前述电压指令值向量最接近的电压实际值向量，并根据这个电压实际值向量，使自关断型元件导通/阻断，因而对按正弦波状变化的电压向量进行控制，以输出该向量近旁的电压向量。

也就是说，能按照指令值将电力变换装置主体的输出电压控制成阶梯状的波形，因而能得到失真小的正弦波状的输出电压。

实施例16

图90表示基于本实施例的多电平输出3相电力变换装置的结构例的电路图。

这里，示出了在前述实施例15的主电路中组合逆变器单元得到的7电平输出3相电力变换装置(7电平逆变器)的场合。

在图90中，因对3相交流电压B201、电源开关B202。具有9组次级线圈的变压器B203、3相多级电力变换装置B204、负载B205、电流控制电路B15和选通脉冲发生电路B18已经详细地进行了说明，所以这里省略其说明。

在图90中，电压指令向量算出电路B20输入来自将3相电力变换装置主体的输出电流控制成规定的值的电流控制电路B15的输出，算出对应于3相电力变换装置主体应该输出的电压的电压指令向量。

导通/阻断模式生成电路B40根据从电压实际值向量选择电路B30输出的电压实际值向量，产生使各单相电力变换装置U、V、W的自关断型元件Su1-Su(2(n-1))导通/阻断的指令信号。

下面，参照图91对前述结构的本实施例的7电平输出3相电力变换装置的动作进行说明。

图91表示7电平输出3相电力变换装置可输出的输出电压，图中以黑圆点表示电压向量的实际值。

在7电平输出3相电力变换装置中，虽然3相时有73＝343种开关模式，但因相同的向量能用不同的模式表示，所以存在127种向量。

在图91中，(3，3，3)分别表示(U相的输出电压电平，V相的输出电压电平，W相的输出电压电平)，“3”的意思是U相的3个单元变换器全部输出+E时，U相的输出电压是它们的和+3E。

同样，“2”的意思是用3个单元逆变器中的1个是0、剩下的2个输出+E的状态实现，“1”的意思是用2个单元逆变器是0、剩下的1个输出+E的状态、或者2个单元逆变器输出+E、剩下的1个输出-E的状态实现。“0”表示全部的单元逆变器输出0的状态。此外，同样也存在从“-1”到“-3”的模式。

接着，图90的电压实际值向量选择电路B30的动作与前述实施例15的场合相同，将从电压指令向量运算电路B20输出的电压指令值向量的A轴方向分量VCA和B轴方向分量VCB输入到相位角运算电路B31中，并与前述的场合相同地运算电压指令值向量的相位角。

最后，由电压实际值选择电路B35，选择与用来自旋转变换电路B34的输出VCA2、VCB2表示的电压指令值向量的终点最接近的电压实际值向量的终点的坐标(VA，VB)。

按照所示前述的电压向量和各单相电力变换装置U、V、W自关断型元件开关状态的对应关系，导通/阻断模式生成电路B40将由前述的电压实际值向量选择电路B30输出的电压向量组变换成自关断型元件的导通/阻断。

如前所述，在本实施例的7电平输出3相电力变换装置中，对基于单相单元变换器的组合的场合，也能对按正弦波状变化的电压向量进行控制，以输出该向量近旁的电压向量。

也就是说，与前述的实施例15的场合相同，能按照指令值将电力变换装置主体的输出电压控制成阶梯状的波形，因而能得到失真小的正弦波状的输出电压。

实施例17

基于本实施例的多电平输出3相电力变换装置的结构与前述的图85所示的实施例15的场合相同，因仅前述的电压实际值向量选择电路B30的动作不同，所以在相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

图92是用于说明基于本实施例的电压实际值向量选择电路B30的动作的图。

在图92中，相位角运算电路B31、相位角判别电路B32、乘法器B33、旋转变换电路B34的动作，与前述的实施例15的场合相同。

区域判别电路B36设定包含电压实际值向量的终点的区域，并在包含终点的区域中含有从旋转变换电路B34输出的向量，从而选择实际值向量。

下面，对前述结构的本实施例的5电平输出3相电力变换装置的动作进行说明。

因从利用相位角运算电路B31运算电压指令值向量的相位角TH的动作到利用旋转变换电路B34运算电压指令值向量(VCA2，VCB2)为止的动作与前述的场合相同，所以省略其说明。

区域判别电路B36，判别来自旋转变换电路B34的输出(VCA2，VCB2)表示的电压指令向量的终点属于划分成分别包含一个电压实际值向量终点区域的哪个地方。

图93是表示划分电压实际值向量的的终点的区域的图。

如图93所示，从原点开始顺序地在各终点上分配坐标(0，0)，(0，1)，…，(i，j)，…，用下式表示划分各点所属的区域的直线。

ai×A+bi×B＝0

ai×A+1×bi+1×B＝0

aj×A+bj×B＝0

aj+1×bj+1+1×B＝0

对各区域利用后述的计算，算出划分边界的直线和(VCA2，VCB2)的位置关系。

对于ai×A+bi×B＝0，

如果ai×VCA2+bi×VCB2比0大，则(VCA2，VCB2)在边界线的上侧，

如果ai×VCA2+bi×VCB2比0小，则(VCA2，VCB2)在边界线的下侧。

对各边界线重复前述的处理，判明(VCA2，VCB2)位于各区域的哪一侧，最后决定(VCA2，VCB2)所属的区域。于是，将包含在该决定区域中的电压实际值向量终点的坐标(VA，VB)作为选择结果进行输出。

下面，与前述的实施例15的场合相同，利用VA，VB，ITH，经过导通/阻断模式生成电路B40和选通脉冲发生电路B18，使各单相电力变换装置U、V、W的自关断型元件导通/阻断。

此外，虽然上文中以直线为边界线，以用4条边界线划分各终点的场合进行了说明，但边界线也可以是曲线，并且划分各终点的边界线也不限于4条。

如前所述，在本实施例的5电平输出3相电力变换装置中，对按正弦波状变化的电压向量进行控制，以输出该向量近旁的电压向量。

仅在对应于电压指令的电压向量的终点从划分电压实际值向量的终点的区域移动到划分其它的电压实际值向量的终点的区域时，发生电力变换装置主体的开关动作。也就是说，在正常运转的状态，因电力变换装置主体的各自关断型元件仅一个周期一次地重复导通/阻断，所以能最低限度地抑制必要的开关动作的次数，并能实现减少开关损耗的高效率的电力变换装置。

实施例18

基于本实施例的多电平输出3相电力变换装置，是在前述的图90所示的7电平输出3相电力变换装置(7电平逆变器)的电压实际值向量选择电路B30中应用前述的图92所示的电压实际值向量选择电路的电力变换装置。

因相位角运算电路B31、相位角判别电路B32、乘法器B33、旋转变换电路B34的动作与前述的实施例15的场合相同，所以在相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里，仅对不同的部分进行说明。

下面，对基于前述结构的本实施例的多电平输出3相电力变换装置的动作进行说明。

与前述的实施例16的场合相同，区域判别电路B36，判别来自旋转变换电路B34的输出VCA2、VCB2表示的电压指令向量的终点属于划分成分别包含一个电压实际值向量终点的区域的哪个地方。

由此，判明(VCA2，VCB2)位于各区域的哪一侧，最后决定(VCA2，VCB2)所属的区域。于是，将包含在该决定区域中的电压实际值向量终点的坐标(VA，VB)作为选择结果进行输出。

如前所述，在本实施例的多电平输出3相电力变换装置中，对基于单相单元变换器的组合的场合，也能对按正弦波状变化的电压向量进行、控制以输出该向量近旁的电压向量。

实施例19

图94是用于说明基于本实施例的电压实际值向量选择电路B30的动作的图。

在图94中，相位角运算电路B31、相位角判别电路B32、乘法器B33、旋转变换电路B34的动作，与前述的实施例15的场合相同。

坐标变换电路B37变换来自旋转变换电路B34的输出VCA2，VCB2，并输出坐标值(P，Q)。

基于坐标值(P，Q)，区域运算电路B38算出电压指令向量的前端存在的区域IP，IQ，IR。

基于区域IP，IQ，IR和实际值向量坐标数据表B39A，实际值向量坐标运算电路B39算出电压实际值向量的坐标值VA，VB。

下面，对前述结构的本实施例的多电平输出3相电力变换装置的动作进行说明。

图95是表示分割成分别包含一个选择电压实际值向量中用的电压实际值向量的终点的正六边形区域的图。

如图95所示，在各区域中包含电压指令值向量的终点的场合，位于该区域的中心的电压实际值向量为最接近电压指令值向量的向量。

下面，说明基于这种区域分割，进行电压实际值向量选择用的处理。

按照下式，坐标变换电路B37对来自旋转变换电路B34的输出VCA2，VCB2进行坐标变换。

p＝2×VCA2

Q = VCA 2 + \sqrt{3} \times VCB 2

这个坐标值(P，Q)对应于构成包含电压指令值向量的60°区间的2个电压向量的方向的分量。

基于坐标值(P，Q)，区域运算电路B38算出电压指令向量的前端存在的区域。

IP＝INT(P)

IQ＝INT(Q)

IR＝INT(Q-IQ-P+IP)

上式中，INT(*)表示取整数运算。

IP，IQ，IR一一对应于将图95所示的正六边形区域连接位于该区域中心的电压实际值向量终点和各顶点所画定的正三角形区域(图96)。

因此，利用前述的运算，算出电压实际值向量的终点存在于哪一个正三角形的区域中。

基于IP，IQ，IR，参照实际值向量坐标数据表B39A，实际值向量坐标运算电路B39算出电压实际值向量的坐标值VA，VB。

下面，与前述的实施例15的场合相同，利用VA，VB，ITH，经过导通/阻断地模式生成电路B40和选通脉冲发生电路B18，使各单相电力变换装置U、V、W的自关断型元件导通/阻断。

如前所述，在本实施例的多电平输出3相电力变换装置中，能对按正弦波状变化的电压向量进行控制，以输出该向量近旁的电压向量。

研究出划分电压实际值向量的正六边形区域，因而不必进行烦琐的距离计算就能高速地算出与电压指令值向量最接近的向量。

此外，仅在对应于电压指令的电压向量的终点从划分电压实际值向量的终点的正六边形的区域移动到划分其它的正六边形的区域时，发生电力变换装置主体的开关动作。也就是说，在正常运转的状态，因电力变换装置主体的各自关断型元件仅一个周期一次地重复导通/阻断，所以能最低限度地抑制必要的开关动作的次数，并能实现减少开关损耗的高效率的电力变换装置。

实施例20

基于本实施例的多电平输出3相电力变换装置，是在前述的图90所示的7电平输出3相电力变换装置(7电平逆变器)的电压实际值向量选择电路B30中应用前述的图94所示的电压实际值向量选择电路的电力变换装置。

因相位角运算电路B31、相位角判别电路B32、乘法器B33、旋转变换电路B34的动作与前述的实施例15的场合相同，所以在相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里仅对不同的部分进行说明。

与前述的实施例17的场合相同，区域判别电路B36，判别来自旋转变换电路B34的输出VCA2、VCB2表示的电压指令向量的终点属于划分成分别包含一个电压实际值向量终点的区域的哪个地方。

与前述的实施例17的场合相同，坐标变换电路B37对来自旋转变换电路B34的输出VCA2，VCB2进行坐标变换。

与前述的实施例17的场合相同，基于坐标值(P，Q)，区域运算电路B38算出电压指令向量的前端存在的区域IP，IQ，IR。

与前述的实施例17的场合相同，参照实际值向量坐标数据表B39A，实际值向量坐标运算电路B39算出电压实际值向量的坐标值VA，VB。

如前所述，在本实施例的多电平输出3相电力变换装置中，对基于单相单元变换器的组合的场合，也能对按正弦波状变化的电压向量进行控制，以输出该向量近旁的电压向量。

也就是说，与前述的实施例15的场合相同，能按照指令值将电力变换装置主体的输出电压控制成阶梯状的波形，因而能得到失真更小的正弦波状的输出电压。

实施例21

基于本实施例的多电平输出3相电力变换装置的结构与前述的图85所示的实施例15的场合相同，因仅前述的电压实际值向量选择电路B30的动作不同，所以在相同的部分上附以相同的标号并省略其说明，这里仅对不同的部分进行说明。

图97是用于说明基于本实施例的电压实际值向量选择电路B30的动作的图。

在图97中，相位角运算电路B31、相位角判别电路B32、乘法器B33、旋转变换电路B34的动作，与前述的实施例15的场合相同。

坐标变换电路B39坐标变换来自旋转变换电路B34的输出VCA2，VCB2，并输出坐标值(VCA3，VCB3)。

基于坐标值(VCA3，VCB3)，区域运算和实际值向量坐标运算电路B93算出电压实际值向量坐标值VA，VB。

图98是表示分割成分别包含一个选择电压实际值向量中用的电压实际值向量的终点的菱形区域的图。

如图98所示，在各区域中包含电压指令值向量的终点的场合。位于该区域的中心的电压实际值向量为最接近电压指令值向量的向量。

按照下式，坐标变换电路B39对来自旋转变换电路B34的输出VCA2，VCB2进行坐标变换。

VCA 3 = VCA 2 - 1 / \sqrt{3} \times VCB 2

VCB 3 = 2 / \sqrt{3} \times VCB 2

这种坐标值(VCA3，VCB3)相当于对构成电压指令值向量的60°区间的2个电压向量的方向的直线，从电压指令值向量的终点画与该2个电压向量方向的直线平行的直线所决定的交点离开原点的距离。

按照下式，区域运算和实际值向量坐标运算电路B93算出电压实际值向量坐标值VA，VB。

VA＝INT(VCA3+0.5)

VB＝INT(VCB3+0.5)

上式中，INT(*)表示取整数运算。

研究出划分电压实际值向量的正菱形区域，因而不必进行烦琐的距离计算就能高速地算出与电压指令值向量最接近的向量。

此外，在用菱形区域的场合，即使电压指令值向量的振幅微小地变化，根据该变化而得到的开关模式也变化，因而能得到良好的电流控制特性。

此外，仅在对应于电压指令的电压向量的终点从划分电压实际值向量的终点的区域移动到划分其它的区域时，发生电力变换装置主体的开关动作。也就是说，在正常运转的状态，因电力变换装置主体的各自关断型元件仅一个周期一次地重复导通/阻断，所以能最低限度地抑制必要的开关动作的次数，并能实现减少开关损耗的高效率的电力变换装置。

实施例22

基于本实施例的多电平输出3相电力变换装置，是在前述的图90所示的7电平输出3相电力变换装置(7电平逆变器)的电压实际值向量选择电路B30中应用前述的图97所示的电压实际值向量选择电路的电力变换装置。

导通/阻断模式生成电路B40对应于从电压实际值向量选择电路B30输出的电压实际值向量，产生使各单相电力变换装置U、V、W的自关断型元件Su1-Su(2(n-1))导通/阻断的指令信号。

与前述的实施例18的场合相同，区域判别电路B36，判别来自旋转变换电路B34的输出VCA2、VCB2表示的电压指令向量的终点属于划分成分分别包含一个电压实际值向量终点的区域的哪个地方。

研究出划分电压实际值向量的菱形形区域，因而不必进行烦琐的距离计算就能高速地算出与电压指令值向量最接近的向量。

如前所述，采用本发明的电力变换装置，则在能输出4电平以上的电压的多电平输出电力变换装置中，从电力变换装置主体的输出电流算出对应于电力变换装置主体应该输出的电压的电压指令向量，供给电力变换装置主体输出电压的电压实际值向量，选择与前述电压指令值向量最接近的电压实际值向量，并根据该电压实际值向量使自关断型元件导通/阻断，所以能按照指令值将电力变换装置主体的输出电压控制成阶梯状的波形，因而能得到失真小的正弦波状的输出电压。

此外，采用本发明的电力变换装置，则在正常运转的状态，电力变换装置主体的各自关断型元件仅一个周期一次地重复导通/阻断，所以能最低限度地抑制必要的开关动作的次数，并能实现减少开关损耗谋得高效率化。

Claims

1一种电力变换装置的控制装置，所述电力变换装置将由桥式连接自关断型开关元件而成，并对该自关断型开关元件分别反向并联连接反馈二极管，使直流电变换成交流电的n个变换器，以及与所述n个变换器串联并以所述n个变换器的各个输出作为输入的n个变压器，通过串联连接所述n个变压器的次级端与交流负载连接，

所述电力变换装置的控制装置包括：

供给所述电力变换装置的交流输出电压电压指令向量的部分；

供给所述电力变换装置能产生的交流输出电压的全部输出向量的部分；

根据所述电压指令向量，选择所述输出向量的输出向量选择部分；

根据利用所述输出向量选择部分选择的输出向量，控制所述自关断型开关元件的通电状态的控制部分；

其特征在于，

在将空间向量图分割成-30度～30度，30度～90度，90度～150度，150度～210度，210度～270度，270度～330度6个范围，并在所述6个分割范围添加0～5的范围号码的情况下，所述输出向量选择部分的组成部分包括：

(a)算出所述电压指令向量存在的范围号码的部分；

(b)使所述电压指令向量旋转规定角度的部分；

(c)将所述旋转的电压指令向量坐标变换成以直角坐标系中-30度方向的向量和+30度方向的向量的2个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量的部分；

(d)将用所述单位向量对配置所述输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域的部分；

(e)判定所述斜角坐标变换后的电压指令向量存在于所述区域分割后的斜角坐标系向量图的格子区域或者三角形区域的哪一个区域中的部分；

(f)根据所述判定结果，选择对应于格子区域或者三角形区域的输出向量的部分；

(g)算出使所述被选择的输出向量旋转规定角度的输出向量的部分。

2一种电力变换装置的控制装置，所述电力变换装置将由桥式连接自关断型开关元件而成，并对该自关断型开关元件分别反向并联连接反馈二极管，使直流电变换成交流电的n个变换器，以及与所述n个变换器串联并以所述n个变换器的各个输出作为输入的n个变压器，通过串联连接所述n个变压器的次级端与交流负载连接，

所述电力变换装置的控制装置包括：

其特征在于，

(a)算出所述电压指令向量存在的范围号码的部分；

(b)使所述电压指令向量旋转规定角度的部分；

(d)将用所述单位向量对配置所述输出向量的空间向量图中-30度～+30度的范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线将各格子分割成2个三角形区域的部分；

(e’)判定所述斜角坐标变换后的电压指令向量存在于所述区域分割后的斜角坐标系向量图的三角形区域的哪一个区域中的部分；

(f’)根据所述判定结果，选择对应于三角形区域的输出向量的部分；

3一种电力变换装置的控制装置，所述电力变换装置将由桥式连接自关断型开关元件而成，并对该自关断型开关元件分别反向并联连接反馈二极管，使直流电变换成交流电的n个变换器，以及与所述n个变换器串联并以所述n个变换器的各个输出作为输入的n个变压器，通过串联连接所述n个变压器的次级端与交流负载连接，

所述电力变换装置的控制装置包括：

其特征在于，

(a)算出所述电压指令向量存在的范围号码的部分；

(b’)将所述电压指令向量变换成以第1规定角度的方向的向量和第2规定角度的方向的向量的两个向量作为单位向量的斜角坐标系中的向量的部分；

(h)将用所述单位向量对配置所述输出向量后的空间向量图内的所述电压指令向量存在的60度范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且对在左下和右上的两方具有输出向量的格子，用连接左上顶点和右下顶点的直线分割成2个三角形区域的部分；

(f)根据所述判定结果，选择对应于格子区域或者三角形区域的输出向量的部分。

4一种电力变换装置的控制装置，所述电力变换装置将由桥式连接自关断型开关元件而成，并对该自关断型开关元件分别反向并联连接反馈二极管，使直流电变换成交流电的n个变换器，以及与所述n个变换器串联并以所述n个变换器的各个输出作为输入的n个变压器，通过串联连接所述n个变压器的次级端与交流负载连接，

所述电力变换装置的控制装置包括：

其特征在于，

(a)算出所述电压指令向量存在的范围号码的部分；

(h’)将用所述单位向量对配置所述输出向量后的空间向量图内的所述电压指令向量存在的60度范围作斜角坐标变换后的向量图的变换器可输出部分，分割成格子，以便在各格子的左上、或者右下、或者左下和右上的两方配置输出向量，并且用连接左上顶点和右下顶点的直线将各格子分割成2个三角形区域的部分；

(f’)根据所述判定结果，选择对应于三角形区域的输出向量的部分。

5一种电力变换装置的控制装置，所述电力变换装置具有将直流电源至少分割成n(n是大于3的整数)个的分割电压源，以及具有变换电压输出端的3组串联电路，所述串联电路由串联连接(2×n)个与所述直流电压源并联连接并分别反向并联连接二极管的自关断型开关元件而成，并从所述直流电源的正极侧开始，在第n个自关断型开关元件和第(n+1)个自关断型开关元件之间，输出将所述直流电压源的电压进行变换后的电压，而且将所述变换电压输出端连接到交流负载上，

所述电力变换装置的控制装置包括：

其特征在于，

(a)算出所述电压指令向量存在的范围号码的部分；

(b)使所述电压指令向量旋转规定角度的部分；

6一种电力变换装置的控制装置，所述电力变换装置具有将直流电源至少分割成n(n是大于3的整数)个的分割电压源，以及具有变换电压输出端的3组串联电路，所述串联电路由串联连接(2×n)个与所述直流电压源并联连接并分别反向并联连接二极管的自关断型开关元件而成，并从所述直流电源的正极侧开始，在第n个自关断型开关元件和第(n+1)个自关断型开关元件之间，输出将所述直流电压源的电压进行变换后的电压，而且将所述变换电压输出端连接到交流负载上，

所述电力变换装置的控制装置包括：

其特征在于，

(a)算出所述电压指令向量存在的范围号码的部分；

(b)使所述电压指令向量旋转规定角度的部分；

7一种电力变换装置的控制装置，所述电力变换装置具有将直流电源至少分割成n(n是大于3的整数)个的分割电压源，以及具有变换电压输出端的3组串联电路，所述串联电路由串联连接(2×n)个与所述直流电压源并联连接并分别反向并联连接二极管的自关断型开关元件而成，并从所述直流电源的正极侧开始，在第n个自关断型开关元件和第(n+1)个自关断型开关元件之间，输出将所述直流电压源的电压进行变换后的电压，而且将所述变换电压输出端连接到交流负载上，

所述电力变换装置的控制装置包括：

其特征在于，

(a)算出所述电压指令向量存在的范围号码的部分；

8一种电力变换装置的控制装置，所述电力变换装置具有将直流电源至少分割成n(n是大于3的整数)个的分割电压源，以及具有变换电压输出端的3组串联电路，所述串联电路由串联连接(2×n)个与所述直流电压源并联连接并分别反向并联连接二极管的自关断型开关元件而成，并从所述直流电源的正极侧开始，在第n个自关断型开关元件和第(n+1)个自关断型开关元件之间，输出将所述直流电压源的电压进行变换后的电压，而且将所述变换电压输出端连接到交流负载上，

所述电力变换装置的控制装置包括：

其特征在于，

(a)算出所述电压指令向量存在的范围号码的部分；