CN110365239A - 电力变换装置及电力变换装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

实施方式的电力变换装置具备：控制装置(10)，使用规定的计算式计算电力变换器(100)的零相电压，将该零相电压向各相的电压指令值叠加，从而进行抑制上述电力变换器(100)的中性点电位的变动的控制。在有通过上述零相电压的叠加而符号变化的电压指令值的情况下，上述控制装置(10)使该电压指令值的符号反转而进行上述零相电压的再计算，将再计算后的零相电压向各相的电压指令值叠加。

Description

电力变换装置及电力变换装置的控制方法

本申请以日本专利申请第2018－076321(申请日：2018年4月11日)为基础主张优先权。本申请通过参照该申请而包含该申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及电力变换装置及电力变换装置的控制方法。

背景技术

对直流和交流进行变换的电力变换器也被称作逆变器或变换器，在社会中被在广泛的领域中使用。最基本的逆变器是由2个半导体开关元件形成的2电平(level)逆变器，用1个管脚输出2个电压水平。

另一方面，存在以下这样的中性点钳位型(NPC(Neutral－Point－Clamped))逆变器：如图12所示，按照每一相，在1个管脚具备4个半导体开关元件和2个二极管(也可以是半导体开关元件)，具有各相所共用的直流分压电容器。在图12中表示了由三相的NPC逆变器100构成的电力变换装置1的例子。NPC逆变器100能够用1个管脚输出3个电压水平，有利于高耐压化、损失降低、高频降低，所以被用在各种各样的逆变器中。

在图12的例子中，NPC逆变器100按照每一相在1个管脚具备6个半导体开关元件S₁～S₆，具有将直流电压v_PN分压的直流分压电容器C₁、C₂。这里，设直流分压电容器C₁、C₂的中性点NP的电位为v_n。NPC逆变器的中性点电位v_n拥有随着逆变器的动作而以基波的3倍变动的性质。如果该中性点电位v_n的变动较大，则作用在半导体开关元件上的电压变动，在电压较高时有可能因超过耐压而元件损坏，在电压较低时有可能得不出希望的电压而成为过调制。

中性点电位v_n的变动的大小与调制率和功率因数、电容器电容、负载电流有关。在设电容器电容和负载电流为一定值而计算由调制率和功率因数带来的中性点电位v_n的变动的大小时，如图13的曲线图那样表示。在图13中，功率因数表示为电压与电流的相位差。可知调制率越高、此外功率因数越低(越接近于相位差＝π/2)，中性点电位v_n的变动越大。

抑制中性点电位v_n的变动的最简单的方法是使电容器电容增加。但是，电容器电容的增加导致逆变器的体积、成本的增加，事故时的能量也变大。

另一方面，中性点电位v_n的变动可以通过控制而某种程度上得到抑制。具体而言，通过将下述的式(1)所示的零相电压v₀叠加于各相的指令值v_u，v_v、v_w，能够抑制中性点电位v_n的变动。

这里，v_u、v_v、v_w表示被用1进行了标准化的各相的管脚的电压指令值，i_u、i_v、i_w表示从各相的管脚输出的电流。sign表示符号函数。

但是，对于这些方法，存在不能完全抑制变动的动作区域。如果同样地计算应用了现有技术的控制的情况下的中性点电位v_n的变动，则成为图14那样。即，在调制率较低、功率因数较低的动作区域(接近于相位差＝π/2的动作区域)中能够大幅地抑制变动，但在其以外的区域中依然存在变动。

因为这样，所以希望提示出一种技术，能够在更大的动作区域中抑制中性点电位的变动、能够防止电容器电容的增加。

发明内容

技术方案的电力变换装置具备：中性点钳位型的电力变换器；以及控制装置，该控制装置使用规定的计算式计算上述电力变换器的零相电压，将该零相电压向各相的电压指令值叠加，从而进行抑制上述电力变换器的中性点电位的变动的控制；在有通过上述零相电压的叠加而符号变化的电压指令值的情况下，上述控制装置使该电压指令值的符号反转而进行上述零相电压的再计算，将再计算后的零相电压向各相的电压指令值叠加。

附图说明

图1是表示第1实施方式的NPC逆变器的一例的图。

图2是表示该实施方式的中性点电位变动抑制控制的功能结构的一例的图。

图3是表示该实施方式的中性点电位变动抑制控制的动作的一例的图。

图4是表示该实施方式的过调制限制控制的功能结构的一例的图。

图5是表示该实施方式的中性点电位的变动的一例的图。

图6是表示第2实施方式的中性点电位变动抑制控制的功能结构的一例的图。

图7是表示该实施方式的中性点电位变动抑制控制的动作的一例的图。

图8是表示该实施方式的中性点电位的变动的一例的图。

图9是表示第3实施方式的逆变器/变换器结构的NPC电路的一例的图。

图10是表示该实施方式的中性点电位变动抑制控制的功能结构的一例的图。

图11是表示该实施方式的中性点电位的变动的一例的图。

图12是表示现有技术的NPC逆变器的电路的一例的图。

图13是表示现有技术的中性点电位的变动的一例的图。

图14是表示应用了现有技术的中性点电位变动抑制控制的情况下的中性点电位的变动的一例的图。

具体实施方式

以下，参照附图来说明实施方式。

[第1实施方式]

首先，对第1实施方式进行说明。以下，省略与上述的以往的结构共同的部分的说明，以不同的部分为中心进行说明。

图1是表示有关第1实施方式的电力变换装置的结构的一例的图。另外，在该图1中，对于与上述的图12共同的要素赋予相同的标号。

构成电力变换装置1的NPC逆变器100是与图12所示者同样的通常的三相的NPC逆变器。但是，并不限定于该例。例如，在本实施方式中作为中性点钳位型的电力变换器而例示NPC逆变器，但也可以将其替换为NPC变换器而实施。此外，中性点钳位既可以是T型中点钳位，也可以是其以外的类型。

在该电力变换装置1中，还具备进行NPC逆变器100的通常动作的控制和抑制中性点电位v_n的变动的控制(以下，称作“中性点电位变动抑制控制”)的控制装置10。

控制装置10是使用规定的计算式计算NPC逆变器100的零相电压、并将该零相电压叠加于各相的电压指令值、从而进行抑制NPC逆变器100的中性点电位v_n的变动的控制的装置。特别是，该控制装置10具有以下的功能：在有因零相电压的叠加而符号变化的电压指令值的情况下，使该电压指令值的符号反转而进行零相电压的再计算，将再计算后的零相电压向各相的电压指令值叠加。

在通常的中性点电位变动抑制控制中，用式(1)求出零相电压v₀，并叠加于各相的电压指令值v_u、v_v、v_w。由此，某种程度抑制了中性点电位v_n的变动。但是，式(1)中的各电压指令值有符号，有通过叠加零相电压而符号变化的情况。在此情况下，由于零相电压的计算源的条件变化了，所以不通过该零相电压发挥中性点电位v_n的变动抑制效果。所以，在本实施方式中，在通过叠加零相电压而符号变化的情况下，使符号反转而进行零相电压的再计算，得到零相电压v_0re。通过将该零相电压v_0re叠加于各相的电压指令值v_u、v_v、v_w，从而适当地发挥变动抑制效果。

图2是表示由本实施方式的电力变换装置1所具备的控制装置10进行的NPC逆变器100的中性点电位变动抑制控制的功能结构的一例的图。

控制装置10如图2所示，作为各种功能而具有运算部11～17、判定部18、运算部19～21、切换部SW11。

运算部11以对于NPC逆变器100的基准的电压指令值v_u、v_v、v_w和从NPC逆变器100得到的输出电流i_u、i_v、i_w为输入，使用式(1)进行零相电压的计算，将其运算结果作为零相电压v₀输出。

运算部12对电压指令值v_u、v_v、v_w分别加上从运算部11输出的零相电压v₀，将其运算结果作为电压指令值v_u0、v_v0、v_w0输出。

运算部13求出从运算部12输出的加上零相电压v₀后的电压指令值v_u0、v_v0、v_w0中的中间值并输出。这里所述的中间值，例如在将加上零相电压v₀后的电压指令值v_u0、v_v0、v_w0按照值从高到低的顺序(或按照从低到高的顺序)排列的情况下，是指值第2高(或值第2低)的电压指令值。

运算部14进行从运算部13输出的中间值的符号的判定，其符号例如在正的情况下输出“1”的值，另一方面，其符号例如在负的情况下输出“0”的值。

运算部15求出电压指令值v_u、v_v、v_w中的中间值并输出。这里所述的中间值，例如在将电压指令值v_u、v_v、v_w以值从高到低的顺序(或从低到高的顺序)排列的情况下，是指值第2高(或值第2低)的电压指令值。

运算部16进行从运算部15输出的中间值的符号的判定，其符号例如在正的情况下输出“1”的值，另一方面，其符号例如在负的情况下输出“0”的值。

运算部17由从运算部14输出的值减去从运算部16输出的值，输出其运算结果。

判定部18判别从运算部17输出的值是否是“0”，在其值是“0”的情况下，视为中间值的符号没有变化，输出对切换部SW11进行操作的信号，以使由切换部SW11选择从运算部12输出的电压指令值并作为电压指令值v_u0、v_v0、v_w0被输出，另一方面，在其值是“1”的情况下，视为中间值的符号变化了，输出对切换部SW11进行操作的信号，以使由切换部SW11选择从后述的运算部21输出的加上零相电压v_0re后的电压指令值并作为电压指令值v_u0、v_v0、v_w0输出。

运算部19使从运算部16输出的值的正负反转并输出。

运算部20以电压指令值v_u、v_v、v_w和使从运算部19输出的符号反转了的中间值为输入，再次使用式(1)进行零相电压的再计算，将其运算结果作为零相电压v_0re输出。

运算部21对电压指令值v_u、v_v、v_w分别加上从运算部20输出的零相电压v_0re，输出其运算结果。

这里，参照图3，说明基于图2所示的中性点电位变动抑制控制的动作的一例。

控制装置10由运算部1基于电压指令值v_u、v_v、v_w和从NPC逆变器100得到的输出电流i_u、i_v、i_w，使用式(1)进行零相电压的计算，求出零相电压v₀(S11)。另外，由于电压指令值v_u、v_v、v_w有在此之后除了中间值的计算以外也用于零相电压v_0re的再计算等的情况，所以暂时保存到规定的存储区域中(S12)。

此外，控制装置10由运算部15求出电压指令值v_u、v_v、v_w的中间值(S13)。

另一方面，控制装置10由运算部12将由运算部11求出的零相电压v₀分别与电压指令值v_u、v_v、v_w进行相加，求出电压指令值v_u0、v_v0、v_w0(S14)。关于这些电压指令值v_u0、v_v0、v_w0，也由运算部13求出电压指令值v_u0、v_v0、v_w0的中间值。

接着，控制装置10判定在加上零相电压v₀之前与之后中间值是否变化了(S15)。即，经由运算部14、16、17及判定部18，判定由运算部15求出的中间值的符号与由运算部13求出的中间值的符号是否一致。在判定部18中的判定结果是“0”的情况下，能够视为双方之间符号一致、在加上零相电压v₀之前与之后中间值的符号没有变化(S15的“否(No)”)。另一方面，在判定部18中的判定结果不是“0”的情况下，能够视为双方之间符号不一致、在加上零相电压v₀之前与之后中间值的符号变化了(S15的“是(Yes)”)。

如果中间值没有变化(S15的“否(No)”)，则控制装置10将由运算部12求出的电压指令值v_u0、v_v0、v_w0经由切换部SW11输出。

另一方面，如果中间值变化了(S15的“是(Yes)”)，则控制装置10在经由运算部16、19使由运算部15求出的电压指令值v_u、v_v、v_w的中间值的符号反转后，由运算部20进行零相电压的再计算，求出零相电压v_0re(S16)，由运算部21将所求出的零相电压v_0re分别与电压指令值v_u、v_v、v_w相加，求出电压指令值v_u0、v_v0、v_w0(S17)。并且，将由该运算部21求出的电压指令值v_u0、v_v0、v_w0经由切换部SW11输出。

这样，在通过叠加零相电压而中间值的符号变化的情况下，使符号反转而进行零相电压的再计算，得到零相电压v_0re，将该零相电压v_0re叠加于各相的电压指令值v_u、v_v、v_w。由此，适当地发挥变动抑制效果。

接着，对电压指令值v_u、v_v、v_w的某个的调制率超过1而成为过调制的情况下具备的、抑制该电压指令值的过调制的过调制限制控制的一例进行说明。但是，该过调制限制控制并非一定是必须的，也可以省略其实施。

图4是表示对于在图2的控制中生成的电压指令值v_u0、v_v0、v_w0实施的过调制限制控制的功能结构的一例的图。另外，这里列举将电压指令值的调制限制为调制率1的情况的例子，以使电压指令值v_u、v_v、v_w的某个的调制率不会超过1而成为过调制。

在图4的例子中，以电压指令值v_u0、v_v0、v_w0为输入，得到修正零相电压v_0mod。修正零相电压v_0mod是零相电压v₀的修正值，为了防止过调制而使用。通过将该修正零相电压v_0mod叠加于电压指令值v_u0、v_v0、v_w0，在防止过调制的同时，能够最大限度发挥变动抑制效果。

控制装置10如图4所示，具有运算部31～39、切换部SW21、SW22。

运算部31求出电压指令值v_u0、v_v0、v_w0的最大值并输出。

运算部32求出电压指令值v_u0、v_v0、v_w0的最小值并输出。

运算部33将从调制率的上限阈值“1”减去电压指令值的最大值而得到的差值输出。

运算部34将从调制率的下限阈值“－1”减去电压指令值的最小值而得到的差值输出。

运算部35求出从运算部32输出的电压指令值的最小值的绝对值并输出。

运算部36将从运算部31输出的电压指令值的最大值(以下设为“A”)与从运算部35输出的电压指令值的最小值的绝对值(以下设为“B”)进行比较，在A是B以上的情况下，输出对切换部SW21进行操作以使其选择从运算部33输出的差值的信号，另一方面，在A不到B的情况下，输出对切换部SW21进行操作以使其选择从运算部34输出的差值的信号。

运算部37求出电压指令值v_u0、v_v0、v_w0各自的绝对值并输出。

运算部38判别从运算部37输出的各个值是否超过了阈值“1”，输出各个判别结果。

运算部39判别是否呈现出从运算部38输出的判别结果中的某个超过了阈值“1”，在呈现出超过了阈值“1”的情况下，输出对切换部SW22进行操作以使得由切换部SW22选择从SW21输出的值并作为修正零相电压v_0mod输出的信号，另一方面，在没有呈现出超过了阈值“1”的情况下，输出对切换部SW22进行操作以使得由切换部SW22选择固定值“0”并作为修正零相电压v_0mod输出的信号。

在这样的结构中，当电压指令值v_u0、v_v0、v_w0的哪个都收敛于调制率的上限阈值“1”与调制率的下限阈值“－1”之间时，从运算部37输出的绝对值都不超过阈值“1”，从运算部38输出的判别结果都不呈现出超过阈值“1”。

此时，运算部39对切换部SW22进行操作以使其选择固定值“0”。由此，固定值“0”经过切换部SW22被作为修正零相电压v_0mod输出。通过由该修正零相电压v_0mod(＝0)将修正量设为0，防止过调制的发生。

另一方面，当电压指令值v_u0、v_v0、v_w0的某个高于调制率的上限阈值“1”或低于下限阈值“－1”时，从运算部37输出的绝对值的某个超过了阈值“1”，从运算部38输出的判别结果的某个呈现出超过了阈值“1”。

此时，运算部39对切换部SW22进行操作以使其选择从SW21输出的值。此外，由运算部31～36在电压指令值的最大值“A”和最小值(绝对值)“B”中选择值较大者(即，距调制率的上限阈值“1”或下限阈值“－1”更近者)，所选择的值“A”或“B”与对应的阈值之间的差值经过切换部SW21、再经过切换部SW22，被作为修正零相电压v_0mod输出。该修正零相电压v_0mod被叠加于电压指令值v_u0、v_v0、v_w0。由此，能够在抑制过调制的同时，最大限度地发挥中性点电位v_n的变动抑制效果。

控制装置10根据在图4的控制下得到的修正零相电压v_0mod，使用下述的式(2)，得到最终的电压指令值v_u ^*、v_v ^*、v_w ^*。

为了得到电压指令值v_u ^*、v_v ^*、v_w ^*而对电压指令值v_u、v_v、v_w叠加的零相电压如下述的式(3)所示，是将零相电压v₀与修正零相电压v_0mod相加得到的零相电压v_o’。

v′₀＝v₀+v_0mod …(3)

控制装置10通过将上述电压指令值v_u ^*、v_v ^*、v_w ^*向NPC逆变器100赋予，来控制NPC逆变器100。

如果按照调制率、功率因数(电压与电流的相位差)来计算应用了本实施方式的情况下的中性点电位v_n的变动并进行图形化，则为图5那样。

与图14所示的现有技术的变动相比可知，在图5中调制率较低且功率因数较低的动作区域(接近于相位差＝π/2的区域)中的变动被进一步抑制。

根据第1实施方式，能够提供能够在更大的动作区域中抑制中性点电位v_n的变动、防止电容器电容的增加的小型、低成本且安全的电力变换装置。

另外，在本实施方式中，由于在叠加零相电压时电压指令值v_u、v_v、v_w中的中间值的符号变化，所以例示了以该中间值为对象来判定符号的变化的情况，但并不限定于该例。例如，也可以不进行对电压指令值v_u、v_v、v_w的中间值进行判定的处理，而对于各相的电压指令值v_u、v_v、v_w分别判定符号的变化。此外，也可以通过上述以外的方法进行符号变化的电压指令值的判定。

此外，叠加零相电压的前后的电压指令值的符号的变化的有无也可以基于叠加零相电压的前后的2个电压指令值的相减结果来判定，但并不限于此，也可以使用其他方法(例如其他种类的逻辑电路等)来判定。

[第2实施方式]

接着，对第2实施方式进行说明。以下，省略与第1实施方式共同的部分的说明，以不同的部分为中心进行说明。

第2实施方式的电力变换装置的结构与图1所示的结构是同样的。但是，第2实施方式的控制装置10还具备即使在没有符号因零相电压的叠加而变化的电压指令值的情况下、也在上述的式(1)的分母跨越0而变化的情况下使中间值的电压指令值的符号反转而进行零相电压的再计算的功能。由此，防止通过式(1)的分母跨越0而发生过大的零相电压，使变动抑制控制正常地作用。

图6是表示由本实施方式的电力变换装置1中具备的控制装置10带来的NPC逆变器100的中性点电位变动抑制控制的功能结构的一例的图。另外，在该图6中，对于与上述图2共同的要素赋予相同的标号。

如图6所示，基本的结构与在第1实施方式中说明的图2的结构相同，但代替判定部18而设置有判定部18’这一点不同。

在上述的式(1)中有分母，如果分母为0附近，则零相电压v₀取过大的值。于是，电压指令值也成为过调制而不再能够进行正确的控制。所以，在本实施方式中，防止式(1)分母跨越0而成为过大的零相电压，使变动抑制控制正常地作用。由于分母为正值还是负值根据功率因数而不同，所以在判定部18’中通过判定功率因数的正负来判定过零的有无。

判定部18’与上述的判定部18同样地判别从运算部17输出的值是否是“0”，在其值是“0”的情况下，视为中间值的符号没有变化，但之后的处理与判定部18不同。

在从运算部17输出的值是“0”的情况下，判定部18’并不一定输出对切换部SW11进行操作以使其选择从运算部12输出的电压指令值v_u0、v_v0、v_w0的信号。假如在式(1)的分母跨越0而变化的情况下，将加上了如下的零相电压v_0re后的电压指令值作为电压指令值v_u0、v_v0、v_w0输出，该零相电压v_0re是进行基于使符号反转后的中间值的、零相电压的再计算而得到的。即，判定部18’在式(1)的分母跨越0而变化的情况下，输出对切换部SW11进行操作的信号，以使由切换部SW11选择从运算部21输出的加上零相电压v_0re后的电压指令值并作为电压指令值v_u0、v_v0、v_w0输出。

在式(1)的分母没有跨越0而变化的情况下，输出对切换部SW11进行操作以使由切换部SW11选择从运算部12输出的电压指令值并作为电压指令值v_u0、v_v0、v_w0输出的信号。

这里，参照图7，说明基于图6所示的中性点电位变动抑制控制的动作的一例。另外，在该图7中，对于与上述图3共同的要素赋予相同的标号。

图7中的框A表示判定部18’的判定处理。

步骤S11～S14、S16～S17的处理是在图3中说明那样的。

在步骤S15中，控制装置10判定在加上零相电压v₀之前和之后中间值的符号是否变化了(S15)。即，经由运算部14、16、17及判定部18’来判定由运算部15求出的中间值的符号与由运算部13求出的中间值的符号是否一致。在判定部18’的判定结果是“0”的情况下，能够视为双方之间符号一致、在加上零相电压v₀之前和之后中间值的符号没有变化(S15的“否(No)”)。

在步骤S15中，如果中间值的符号没有变化(S15的否“No”)，则控制装置10实施式(1)的分母是否跨越0而变化的判定(S21～S23)。

这里，如果功率因数比0大且分母不是0以下(S21的“是(Yes)”，S22的“否(No)”)，则控制装置10视为分母没有跨越0而变化，将由运算部12求出的电压指令值v_u0、v_v0、v_w0经由切换部SW11输出。另一方面，如果功率因数比0大且分母是0以下(S21的“是(Yes)”，S22的“是(Yes)”)，则控制装置10视为分母跨越0而变化了，向步骤S16的处理前进。

此外，如果功率因数不比0大并且分母不是0以上(S21的“否(No)”，S23的“否(No)”)，则控制装置10视为分母没有跨越0而变化，将由运算部12求出的电压指令值v_u0、v_v0、v_w0经由切换部SW11输出。另一方面，如果功率因数比0大并且分母是0以上(S21的“否(No)”，S23的“是(Yes)”)，则控制装置10视为分母跨越0而变化了，向步骤S16的处理前进。

另一方面，在步骤S15中，如果中间值的符号变化，则与图3的情况同样向步骤S16的处理前进。

如果按照调制率、功率因数(电压与电流的相位差)来计算应用了本实施方式的情况下的中性点电位v_n的变动并进行图形化，则为图8那样。

与图5所示的第1实施方式的变动相比可知，在图8中调制率较低且功率因数较低的动作区域(接近于相位差＝π/2的区域)中的变动完全被抑制。

根据第2实施方式，除了在第1实施方式中得到的效果以外，还能够防止通过式(1)的分母跨越0而发生过大的零相电压，使变动抑制控制正常地作用，能够在更大的动作区域中抑制中性点电位v_n的变动。

[第3实施方式]

接着，对第3实施方式进行说明。在该第3实施方式中，使用在上述的各实施方式中说明过的技术的一部分。

图9是表示第3实施方式的电力变换装置的结构的一例的图。

本实施方式的电力变换装置1具有直流电压部对各相共用的逆变器/变换器结构的NPC变换器。

在图9的例子中，构成该NPC变换器的各相的变换器101和逆变器102分别在1个管脚具备6个半导体开关元件S₁～S₆，并且共用将直流电压v_PN分压的直流分压电容器C₁、C₂。这里，设直流分压电容器C₁、C₂的中性点NP的电位为v_n。

在该电力变换装置1中，还具备进行该NPC变换器的通常动作的控制和抑制中性点电位v_n的变动的控制的控制装置10’。

控制装置10’具有进行如下的控制的功能，即：使用上述的式(1)求出逆变器102的零相电压v₀ ⁱ、并使用通过测量得到或通过计算得到的中性点NP的电流和式(1)(或使用与式(1)类似的数学式)求出变换器101的零相电压v₀ ^c，将所求出的变换器101的零相电压向变换器101的各相的电压指令值叠加，并将所求出的逆变器102的零相电压向逆变器102的各相的电压指令值叠加。

从逆变器102流入的中性点电流i_n ⁱ和从变换器101流入的中性点电流i_n ^c影响于中性点电位v_n。I_n ⁱ、i_n ^c分别用下述的式(4)、(5)表示。

这里，上尾标i表示逆变器102，上尾标c表示变换器101。

这2个中性点电流的总和为向电容器C₁、C₂流入的电流i_n，所以由下述的式(6)表示。

如果式(6)是零，则中性点电位v_n不变动，所以只要下述的式(7)成立就可以。

这里，如果将式(5)代入到式(7)中，则得到下述的式(8)。

如果将该式(8)变形，则得到下述的式(9)。

由此，求出变换器101的零相电压v₀ ^c。

另外，在求出逆变器102的零相电压v₀ ⁱ后及求出变换器101的零相电压v₀ ^c后，也可以对v₀ ⁱ及v₀ ^c分别进行在上述的第1实施方式的图4中说明过的过调制限制控制的处理。但是，过调制限制控制的处理并非一定是必须的。

通过对变换器101的各相的电压指令值叠加零相电压v₀ ^c，变换器101也能够协调并抑制逆变器102产生的中性点电位v_n的变动。

另外，式(9)包含逆变器102的中性点电流i_n ⁱ。该i_n ⁱ通过式(4)的计算而求出。在该式(4)的计算中使用的逆变器102的零相电压v₀ ⁱ是向逆变器102的各相的电压指令值实际叠加的零相电压。它相当于在上述的第1实施方式或第2实施方式中的由NPC逆变器的零相电压计算得到的值v₀。即，在通过逆变器102的零相电压计算而得到零相电压v₀ ⁱ后，计算变换器101的零相电压v₀ ^c。

在变换器101的频率比逆变器102的频率快时等，逆变器102支配性地引起中性点电位v_n的变动。如果变换器101的频率充分高，则对中性点电位变动的影响较小，所以通过将式(9)所示的零相电压v₀ ^c叠加于变换器101的各相的电压指令值，能够有效地抑制中性点电位v_n的变动。

图10是表示由本实施方式的电力变换装置1中具备的控制装置10’带来的NPC变换器的中性点电位变动抑制控制的功能结构的一例的图。

控制装置10’如图10所示，作为各种功能而具有运算部41～45。

运算部41是以对于逆变器102的基准的电压指令值v_u ⁱ、v_v ⁱ、v_w ⁱ(这里简称作“v_x ⁱ”)和从逆变器102得到的输出电流i_u ⁱ、i_v ⁱ、i_w ⁱ(这里简称作“i_x ⁱ”)为输入、进行与在上述第1及第2实施方式中说明过的零相电压计算同样的处理、即进行使用了式(1)的逆变器102的零相电压计算及使电压指令值的符号反转了的再计算、并输出逆变器102的零相电压v₀ ⁱ的功能。

运算部42是以由运算部41计算出的逆变器102的零相电压v₀ ⁱ为输入、进行与在上述的第1实施方式中说明过的过调制限制控制同样的处理、并输出逆变器102的修正零相电压v₀ ^i’的功能。但是，这些不是必须的要素。

运算部43是以逆变器102的零相电压v₀ ⁱ或修正零相电压v₀ ^i’为输入、使用式(4)来计算逆变器102的中性点电流i_n ⁱ的功能。

运算部44是如下的功能，即：以由运算部43计算出的逆变器102的中性点电流i_n ⁱ为输入，并且以对于变换器101的基准的电压指令值v_u ^c、v_v ^c、v_w ^c(这里简称作“v_x ^c”)和从变换器101得到的输出电流i_u ^c、i_v ^c、i_w ^c(这里简称作“i_x ^c”)为输入，进行使用了式(1)的变换器101的零相电压计算及使电压指令值的符号反转了的再计算、更具体地讲进行使用了包含变量i_n ⁱ的式(9)的零相电压计算及使电压指令值的符号反转了的再计算，并输出逆变器102的零相电压v₀ ⁱ。

运算部45是以由运算部44计算出的变换器101的零相电压v₀ ^c为输入、进行与在上述第1实施方式中说明过的过调制限制控制同样的处理、并输出变换器101的修正零相电压v₀ ^c’的功能。但是，这不是必须的要素。

在这样的功能结构中，控制装置10’通过运算部41～43，根据逆变器102的电压指令值v_x ⁱ和逆变器102的输出电流i_x ⁱ，进行使用了式(1)等的逆变器102的零相电压计算及使电压指令值的符号反转了的再计算，求出逆变器102的零相电压v₀ ⁱ及修正零相电压v₀ ^i’，并且求出逆变器102的中性点电流i_n ⁱ。

接着，控制装置10’通过运算部44、45，根据逆变器102的中性点电流i_n ⁱ、变换器101的电压指令值v_x ^c和变换器101的输出电流i_x ^c，进行使用了式(1)等的变换器101的零相电压计算及使电压指令值的符号反转了的再计算，求出变换器101的零相电压v₀ ^c及修正零相电压v₀ ^c’。

并且，控制装置10’将所求出的逆变器102的零相电压v₀ ⁱ及修正零相电压v₀ ^i’叠加于逆变器102的电压指令值v_x ⁱ而向逆变器102赋予，并且将所求出的变换器101的零相电压v₀ ^c及修正零相电压v₀ ^c’叠加于变换器101的电压指令值v_x ^c而向变换器101赋予。

如果按照调制率、功率因数来计算应用了本实施方式的情况下的中性点电位v_n的变动并做成曲线图，则成为图11那样。将图11与图8相比可知，调制率较高且功率因数较低的动作区域(接近于相位差＝π/2的区域)中的变动整体上下降。变动下降的程度取决于逆变器102和变换器101的运转条件，但是变动下降的趋势没有变化。

根据本实施方式，能够在更大的动作区域中抑制中性点电位v_n的变动，能够提供防止电容器电容的增加的小型、低成本且安全的电力变换装置。

另外，在本实施方式中，逆变器102的中性点电流i_n ⁱ通过计算而求出，但也可以利用使用电流传感器等对实际的逆变器102的中性点电流进行测量而得到的值来进行式(9)的计算。

如以上详述那样，根据各实施方式，能够在更大的动作区域中抑制中性点电位的变动，防止电容器电容的增加。

说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子提示的，不是要限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种各样的形态实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

Claims (7)

1.一种电力变换装置，其中，具备：

中性点钳位型的电力变换器(100)；以及

控制装置(10)，使用规定的计算式计算上述电力变换器(100)的零相电压，将该零相电压向各相的电压指令值叠加，从而进行抑制上述电力变换器(100)的中性点电位的变动的控制，

在有通过上述零相电压的叠加而符号变化的电压指令值的情况下，上述控制装置(10)使该电压指令值的符号反转而进行上述零相电压的再计算，将再计算后的零相电压向各相的电压指令值叠加。

2.如权利要求1所述的电力变换装置，其中，

上述控制装置(10)求出各相的电压指令值中的中间值，在通过上述零相电压的叠加而该中间值的符号变化的情况下，使该中间值的符号反转而进行上述零相电压的再计算。

3.如权利要求1所述的电力变换装置，其中，

即使是没有通过上述零相电压的叠加而符号变化的电压指令值的情况，上述控制装置(10)也在上述计算式的分母跨越0而符号变化的情况下使电压指令值的符号反转而进行上述零相电压的再计算。

4.一种电力变换装置，其中，

具备：

第1电力变换器(101)及第2电力变换器(102)，共用中性点；以及

控制装置(10’)，进行如下控制，即：使用规定的计算式求出上述第2电力变换器(102)的零相电压，并使用通过测量得到或通过计算得到的上述中性点的电流和规定的计算式而求出上述第1电力变换器(101)的零相电压，将所求出的上述第1电力变换器(101)的零相电压向上述第1电力变换器(101)的各相的电压指令值叠加，并将所求出的上述第2电力变换器(102)的零相电压向上述第2电力变换器(102)的各相的电压指令值叠加。

5.如权利要求1～4中任一项所述的电力变换装置，其中，

上述控制装置(10或10’)对零相电压加以限制，以使对于各相的电压指令值的调制率不超过规定值。

6.一种电力变换装置的控制方法，是具有中性点钳位型的电力变换器(100)的电力变换装置的控制方法，其中，

包括如下步骤：由控制装置(10)使用规定的计算式计算上述电力变换器(100)的零相电压，将该零相电压向各相的电压指令值叠加，从而进行抑制上述电力变换器(100)的中性点电位的变动的控制，

上述控制包括：在有通过上述零相电压的叠加而符号变化的电压指令值的情况下，使该电压指令值的符号反转而进行上述零相电压的再计算，将再计算后的零相电压向各相的电压指令值叠加。

7.一种电力变换装置的控制方法，是具有共用中性点的第1电力变换器(101)及第2电力变换器(102)的电力变换装置的控制方法，其中，

包括由控制装置(10’)进行如下控制的步骤：

使用规定的计算式求出上述第2电力变换器(102)的零相电压，并使用通过测量得到或通过计算得到的上述中性点的电流和规定的计算式而求出上述第1电力变换器(101)的零相电压，将所求出的上述第1电力变换器(101)的零相电压向上述第1电力变换器(101)的各相的电压指令值叠加，并将所求出的上述第2电力变换器(102)的零相电压向上述第2电力变换器(102)的各相的电压指令值叠加。