JP2001231263A - 並列多重インバータ装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 並列多重インバータ装置を多レベルインバー
タ間を流れる横流電流を抑制しながら瞬時空間ベクトル
制御方式で制御する制御装置を提供すること。 【解決手段】第１多レベルインバータ３０Ａと第２多レ
ベルインバータ３０Ｂを並列接続した並列多重インバー
タ装置の制御装置において、インバータ装置の瞬時空間
ベクトル上の目標電圧ベクトルν_０に第１の回転する副
ベクトルν_Ｃ１を加えた第１合成電圧ベクトルν_１を第
１多レベルインバータ３０Ａの目標電圧ベクトルとし、
且つ前記目標電圧ベクトルν_０に第１の回転する副ベク
トルν_Ｃ１と振幅と周波数が同一で位相が１８０度異な
る第２の回転する副ベクトルν_Ｃ２を加えた第２合成電
圧ベクトルν_２を第２多レベルインバータ３０Ｂの目標
電圧ベクトルとして瞬時空間ベクトル制御方式で制御す
るようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多レベルインバー
タを並列接続した並列多重インバータ装置、特に超電導
磁気浮上式鉄道用リニア・シンクロナス・モータ（ＬＳ
Ｍ）の駆動用電源として用いられる多レベルインバータ
を並列接続した並列多重インバータ装置を瞬時空間ベク
トル制御方式で制御する制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】３レベルや５レベル等の多レベルインバ
ータは電気鉄道や一般産業の分野でモータの駆動電源に
従来から採用されている。そして、これら多レベルイン
バータは瞬時空間ベクトル理論に基づいて制御されるの
が一般的である。瞬時空間ベクトル制御方式を適用する
と、多レベルインバータのスイッチング損失と高調波成
分が共に低減できるからである。

【０００３】従来の瞬時空間ベクトル制御方式で制御さ
れる三相５レベルインバータ装置をブロック図で示した
図１０において、コンバータ４０の５個の直流電圧端子
Ｐ１、Ｐ２、０、Ｎ１、Ｎ２に夫々の入力端子が接続さ
れたＵ相スイッチング素子群３１、Ｖ相スイッチング素
子群３２、Ｗ相スイッチング素子群３３からなる三相５
レベルインバータ３０は、瞬時空間ベクトル制御方式を
採用した制御装置によって制御されて直流電圧を交流電
圧に変換し、負荷５０に三相交流電力を供給する。負荷
５０は、例えば、ＬＳＭのＵ相巻線Ｌ_Ｕ、Ｖ相巻線
Ｌ_Ｖ、Ｗ相巻線Ｌ_Ｗからなる三相巻線である。

【０００４】前記制御装置は制御部１０とゲート信号発
生部２０とから構成されている。制御部１０は、目標電
圧ベクトルν_０の座標計算を行ってＸ軸ベクトル成分ν
_０ｘとＹ軸ベクトル成分ν_０ｙを夫々出力する目標電圧
ベクトルの座標計算手段１１と、これら目標電圧ベクト
ルのＸ軸ベクトル成分ν_０ｘとＹ軸ベクトル成分ν_{０ ｙ}
に座標情報記憶部１６からの座標情報を適用して最短制
御ポイントの計算を行う最短制御ポイントの計算手段１
４と、最短制御ポイントの計算手段１４で得られた最短
制御ポイントにスイッチング情報記憶部１７からのスイ
ッチング情報を適用してスイッチングパターンを決定す
るスイッチングパターンの決定手段１５とから構成され
ている。ゲート信号発生部２０は、制御部１０が決定し
たスイッチングパターン情報に基づいて、三相５レベル
インバータ３０のＵ相スイッチング素子群３１、Ｖ相ス
イッチング素子群３２、Ｗ相スイッチング素子群３３に
与えるゲート信号Ｇ_Ｕ、Ｇ_V、Ｇ_Ｗを発生する。

【０００５】前記制御ポイント、即ち瞬時空間ベクトル
上でインバータを構成するスイッチング素子のオン・オ
フの選択の数は、理論的には５^３＝１２５通り存在する
が、図５に示す如く実際は６１通り存在する。これは、
三相出力によって同じベクトルになるものが６４通りあ
るからである。最短制御ポイントの選択条件としては、
例えば、空間ベクトル上を移動する目標ベクトルの軌跡
に最も近い制御ポイントが選択されるものとされてい
る。スイッチングパターンの決定条件としては、例え
ば、同一制御ポイントで複数のスイッチングパターンが
存在する場合には三相の素子のスイッチング回数が最小
になるようなスイッチングパターンが選択されるものと
されている。

【０００６】ところで、ＬＳＭの駆動電源は、システム
の大容量化、低高調波化を図るために、単独でなく多重
化されて用いられる。そこで、図１０の従来の瞬時空間
ベクトル制御方式で制御される三相５レベルインバータ
装置を多重化したシステム、即ち２台の三相５レベルイ
ンバータを並列接続し瞬時空間ベクトル制御方式で制御
されるインバータ装置が、この駆動電源として利用する
ことが考えられた。しかしながら、並列多重インバータ
に瞬時空間ベクトル制御を適用した場合、空間ベクトル
上の制御ポイントが理論的には多重化によって増加する
ため制御性を増すことが可能であるが、インバータ間を
流れる横流電流の制御が困難であるため、並列多重イン
バータに瞬時空間ベクトル制御方式を用いることはでき
なかった。

【０００７】また、３レベル以上の多レベルインバータ
において単純にキャリア信号を用いたＰＷＭ制御を適用
すると、電圧制御が連続的に行えないといった欠点があ
った。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明が解決しようと
する課題は、多レベルインバータを並列接続したインバ
ータ装置、特にＬＳＭの駆動用電源として用いられる多
レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装
置を、多レベルインバータ間を流れる横流電流を抑制し
ながら瞬時空間ベクトル制御方式で制御する制御装置を
提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する請求
項１のｎ台の多レベルインバータを並列接続した並列多
重インバータ装置の制御装置において、インバータ装置
の瞬時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルに互いに位相
が３６０／ｎ度異なる回転する副ベクトルを加えて目標
電圧ベクトルと副ベクトルを多重化数分だけ合成し、こ
れによって個々の多レベルインバータを瞬時空間ベクト
ル制御方式で制御するようにした。そして請求項３で
は、請求項１の並列多重インバータ装置の制御装置にお
いて前記多レベルインバータを５レベルインバータとし
た。

【００１０】上記課題を解決する請求項２の第１多レベ
ルインバータと第２多レベルインバータを並列接続した
並列多重インバータ装置の制御装置において、インバー
タ装置の瞬時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルν_０に
第１の回転する副ベクトルν _Ｃ１を加えた第１合成電圧
ベクトルν_１を第１多レベルインバータの目標電圧ベク
トルとし、且つ前記目標電圧ベクトルν_０に第１の回転
する副ベクトルν_Ｃ１と振幅と周波数が同一で位相が１
８０度異なる第２の回転する副ベクトルν_Ｃ２を加えた
第２合成電圧ベクトルν_２を第２多レベルインバータの
目標電圧ベクトルとして瞬時空間ベクトル制御方式で制
御するようにした。そして請求項３では、請求項２の並
列多重インバータ装置の制御装置において前記多レベル
インバータを５レベルインバータとした。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明に係る瞬時空間ベクトル制
御方式で制御される並列接続したインバータ装置をブロ
ック図で示した図１において、コンバータ４０の５レベ
ルの直流電圧端子Ｐ１、Ｐ２、０、Ｎ１、Ｎ２に夫々の
入力端子が接続されたＵ相スイッチング素子群３１Ａ、
Ｖ相スイッチング素子群３２Ａ、Ｗ相スイッチング素子
群３３Ａからなる三相５レベルの第１多レベルインバー
タ３０Ａと、コンバータ４０の５レベルの直流電圧端子
Ｐ１、Ｐ２、０、Ｎ１、Ｎ２に夫々の入力端子が接続さ
れたＵ相スイッチング素子群３１Ｂ、Ｖ相スイッチング
素子群３２Ｂ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ｂからなる
三相５レベルの第２多レベルインバータ３０Ｂとからな
るインバータ装置３０は、瞬時空間ベクトル制御方式を
採用した制御装置によって制御されて直流電圧を交流電
圧に変換し、負荷５０に三相交流電流を供給する。負荷
５０は、例えば、ＬＳＭのＵ相巻線Ｌ_Ｕ、Ｖ相巻線
Ｌ_Ｖ、Ｗ相巻線Ｌ_Ｗからなる三相巻線である。

【００１２】Ｕ相スイッチング素子群３１Ａ、Ｖ相スイ
ッチング素子群３２Ａ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ａ
からなる三相５レベルの第１多レベルインバータ３０Ａ
において、Ｕ相スイッチング素子群３１Ａは、図２に示
す如く、直流電圧端子Ｐ１と出力端子Ｚ_Ｕ１との間に接
続された４個のスイッチング素子Ｓ_Ｕ１、Ｓ_Ｕ２、Ｓ
_Ｕ３、Ｓ_Ｕ４の直列回路、出力端子Ｚ_Ｕ１と直流電圧端
子Ｎ１との間に接続された４個のスイッチング素子Ｓ
_Ｕ５、Ｓ_Ｕ６、Ｓ_Ｕ７、Ｓ_Ｕ８の直列回路、及び６個の
ダイオードＤ_Ｕ１１、Ｄ_Ｕ２１、Ｄ_Ｕ３１、Ｄ_Ｕ４１、
Ｄ_Ｕ５１、Ｄ_Ｕ６１が含まれている。

【００１３】ダイオードＤ_Ｕ１１は直流電圧端子Ｐ２と
スイッチング素子Ｓ_Ｕ１とＳ_Ｕ２の接続点との間に、ダ
イオードＤ_Ｕ２１は中性端子０とスイッチング素子Ｓ
_Ｕ２とＳ_Ｕ３の接続点との間に、ダイオードＤ_Ｕ３１は
直流電圧端子Ｎ２とスイッチング素子Ｓ_Ｕ３とＳ_Ｕ４の
接続点との間に、ダイオードＤ_Ｕ４１は直流電圧端子Ｐ
２とスイッチング素子Ｓ_Ｕ５とＳ_Ｕ６の接続点との間
に、ダイオードＤ_Ｕ５１は中性端子０とスイッチング素
子Ｓ_Ｕ６とＳ_Ｕ７の接続点との間に、ダイオードＤ
_Ｕ６１は直流電圧端子Ｎ２とスイッチング素子Ｓ_Ｕ７と
Ｓ_Ｕ８の接続点との間に、図示の極性で夫々接続されて
いる。Ｕ相スイッチング素子群３１Ａには更に８個の還
流ダイオードＤ_Ｕ１２、Ｄ_Ｕ２２、Ｄ_Ｕ３２、Ｄ
_Ｕ４２、Ｄ_Ｕ５２、Ｄ_{Ｕ ６２、}Ｄ_Ｕ７２、Ｄ_Ｕ８２が含
まれている。そして、これら還流ダイオードは、８個の
スイッチング素子Ｓ_Ｕ１、Ｓ_Ｕ２、Ｓ_Ｕ３、Ｓ_Ｕ４、Ｓ
_Ｕ５、Ｓ_Ｕ６、Ｓ _Ｕ７、Ｓ_Ｕ８に夫々並列に接続されて
いる。これらのスイッチング素子は同一特性のものが選
ばれており、またこれらのダイオードも特性を揃えてあ
る。なお、スイッチング素子は、ＧＴＯサイリスタ、Ｉ
ＧＢＴ、ＩＧＣＴ等の自己消孤機能を有する半導体スイ
ッチング素子である。

【００１４】また、三相５レベルの第１多レベルインバ
ータ３０ＡのＶ相スイッチング素子群３２Ａ及びＷ相ス
イッチング素子群３３Ａは、Ｕ相スイッチング素子群３
１Ａと同様に、８個の自己消孤機能を有する半導体スイ
ッチング素子と１４個のダイオードとから構成されてい
る。

【００１５】図示しないが、Ｕ相スイッチング素子群３
１Ｂ、Ｖ相スイッチング素子群３２Ｂ、Ｗ相スイッチン
グ素子群３３Ｂからなる三相５レベルの第２多レベルイ
ンバータ３０Ｂは、図２の三相５レベルの第１多レベル
インバータ３０Ａと同様に構成されている。

【００１６】本発明に係る制御装置は、制御部１０とゲ
ート信号発生部２０とから構成されている。制御部１０
は、目標電圧ベクトルν_０の座標計算を行ってＸ軸ベク
トル成分とＹ軸ベクトル成分を夫々出力する目標電圧ベ
クトルの座標計算手段１１と、回転する副ベクトルν
_Ｃ１とν_Ｃ２の座標計算を行って夫々のＸ軸ベクトル成
分とＹ軸ベクトル成分を夫々出力する副ベクトルの座標
計算手段１２と、目標電圧ベクトルν_０と第１の回転す
る副ベクトルν_Ｃ１の合成ベクトルν_１及び目標電圧ベ
クトルν_０と第２の回転する副ベクトルν_Ｃ２の合成ベ
クトルν_２とを夫々生成するベクトルの合成手段１３
と、合成ベクトルν_１とν_２に座標情報記憶部１６から
の座標情報を適用して夫々の最短制御ポイントの計算を
行う最短制御ポイントの計算手段１４と、最短制御ポイ
ントの計算手段１４で得られた夫々の最短制御ポイント
にスイッチング情報記憶部１７からのスイッチング情報
を適用してスイッチングパターンを決定するスイッチン
グパターンの決定手段１５とから構成されている。

【００１７】ゲート信号発生部２０は、制御部１０が決
定したスイッチングパターン情報に基づいて、三相５レ
ベルの第１多レベルインバータ３０ＡのＵ相スイッチン
グ素子群３１Ａ、Ｖ相スイッチング素子群３２Ａ、Ｗ相
スイッチング素子群３３Ａに与えるゲート信号Ｇ_Ｕ１、
Ｇ_V１、Ｇ_Ｗ１と、三相５レベルの第２多レベルインバ
ータ３０ＢのＵ相スイッチング素子群３１Ｂ、Ｖ相スイ
ッチング素子群３２Ｂ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ｂ
に与えるゲート信号Ｇ_Ｕ２、Ｇ_V２、Ｇ_Ｗ２を発生す
る。

【００１８】制御部１０を、図３及び図４を参照して更
に詳細に説明する。図３において、ベクトルの合成手段
１３と最短制御ポイントの計算手段１４とスイッチング
パターンの決定手段１５は、第１多レベルインバータ用
と第２多レベルインバータ用に夫々別個に設けられてい
る。目標電圧ベクトルの座標計算手段１１は目標電圧ベ
クトルν_０の座標計算を行ってそのＸ軸ベクトル成分ν
_０ｘとＹ軸ベクトル成分ν_０ｙを夫々出力する。

【００１９】副ベクトルの座標計算手段１２は、回転す
る副ベクトルの座標計算を行って第１多レベルインバー
タ用の回転する副ベクトルν_Ｃ１のＸ軸ベクトル成分ν
_{Ｃ１ ｘ}とＹ軸ベクトル成分ν_Ｃ１ｙを、且つ第２多レベ
ルインバータ用の回転する副ベクトルν_Ｃ２のＸ軸ベク
トル成分ν_Ｃ２ｘとＹ軸ベクトル成分ν_Ｃ２ｙを夫々出
力する。副ベクトルの座標計算手段は、図４に示す如
く、回転する副ベクトルの周波数ｆ_Ｃ、振幅ｒ、位相差
θを設定する設定手段１２１、第１多レベルインバータ
用の副ベクトルの座標計算手段１２２Ａ、第２多レベル
インバータ用の副ベクトルの座標計算手段１２２Ｂ、正
転逆転切替え手段１２４、第１多レベルインバータ用の
正転逆転切替え接点群１２５Ａ、第２多レベルインバー
タ用の正転逆転切替え接点群１２５Ｂとから構成されて
いる。２台の多レベルインバータからなる並列多重イン
バータ装置において、位相差θは１８０度である。なお
図４において、ω_Ｃは回転する副ベクトルν_０の角速
度、ｒ_１ｘとｒ_１ｙは第１多レベルインバータ用の回転
する副ベクトルν_Ｃ１のＸ軸ベクトル成分とＹ軸ベクト
ル成分の夫々の振幅、ｒ_２ｘとｒ_２ｙは第２多レベルイ
ンバータ用の回転する副ベクトルν_Ｃ２のＸ軸ベクトル
成分とＹ軸ベクトル成分の夫々の振幅である。

【００２０】第１多レベルインバータ用のベクトルの合
成手段１３Ａは、目標電圧ベクトルν_０のＸ軸ベクトル
成分ν_０ｘに第１多レベルインバータ用の回転する副ベ
クトルν_Ｃ１のＸ軸ベクトル成分ν_Ｃ１ｘを合成したＸ
軸合成ベクトル成分ν_１ｘと、目標電圧ベクトルν_０の
Ｙ軸ベクトル成分ν_０ｙに第１多レベルインバータ用の
回転する副ベクトルν_Ｃ１のＹ軸ベクトル成分ν_Ｃ１ｙ
を合成したＹ軸合成ベクトル成分ν_１ｙとを夫々生成す
る。また、第２多レベルインバータ用のベクトルの合成
手段１３Ｂは、目標電圧ベクトルν_０のＸ軸ベクトル成
分ν_０ｘに第２多レベルインバータ用の回転する副ベク
トルν_Ｃ２のＸ軸ベクトル成分ν_Ｃ２ｘを合成したＸ軸
合成ベクトル成分ν_２ｘと、目標電圧ベクトルν_０のＹ
軸ベクトル成分ν_０ｙに第２多レベルインバータ用の回
転する副ベクトルν_Ｃ２のＹ軸ベクトル成分ν_Ｃ２ｙを
合成したＹ軸合成ベクトル成分ν_２ｙとを夫々生成す
る。このようにして、本発明においては、数１式で表さ
れる第１多レベルインバータ用の目標電圧ベクトルν_１
と、数２式で表される第２多レベルインバータ用の目標
電圧ベクトルν_２が生成される。

【００２１】

【数１】

【数２】

【００２２】第１多レベルインバータ用の最短制御ポイ
ントの計算手段１４Ａは、Ｘ軸合成ベクトル成分ν_１ｘ
とＹ軸合成ベクトル成分ν_１ｙに座標情報記憶部１６か
らの座標情報を適用して計算し、第１多レベルインバー
タ用の最短制御ポイントを選択する。また、第２多レベ
ルインバータ用の最短制御ポイントの計算手段１４Ｂ
は、Ｘ軸合成ベクトル成分ν_２ｘとＹ軸合成ベクトル成
分ν_２ｙに座標情報記憶部１６からの座標情報を適用し
て計算し、第２多レベルインバータ用の最短制御ポイン
トを選択する。本発明の実施形態における最短制御ポイ
ントの選択条件としては、例えば、空間ベクトル上を移
動する目標ベクトルの軌跡に最も近い制御ポイントが選
択されるものとした。

【００２３】第１多レベルインバータ用のスイッチング
パターンの決定手段１５Ａは、第１多レベルインバータ
用の最短制御ポイントの計算手段１４Ａが選択した最短
制御ポイントにスイッチング情報記憶部１７からのスイ
ッチング情報を適用して第１多レベルインバータ用のス
イッチングパターンを決定する。また、第２多レベルイ
ンバータ用のスイッチングパターンの決定手段１５Ｂ
は、第２多レベルインバータ用の最短制御ポイントの計
算手段１４Ｂが選択した最短制御ポイントにスイッチン
グ情報記憶部１７からのスイッチング情報を適用して第
２多レベルインバータ用のスイッチングパターンを決定
する。

【００２４】

【表１】

【００２５】本発明の一実施形態において、スイッチン
グパターンは表１〜表５の５通りがあるが、スイッチン
グパターンの決定条件としては第１多レベルインバータ
３０Ａと第２多レベルインバータ３０Ｂ間の横流電流を
抑制し易い表１を適用するものとした。

【００２６】なお、これらの表において、左欄は制御ポ
イントを示す。また、右欄はレベルの組合せ、即ち５種
類の直流電圧レベルＰ１、Ｐ２、０、Ｎ２、Ｎ１に夫々
対応する５レベル、＋２、＋１、０、−１、−２のＵ
相、Ｖ相、Ｗ相の出力レベルの組合せを示す。

【００２７】

【表２】

【００２８】

【表３】

【００２９】

【表４】

【００３０】

【表５】

【００３１】以下、本発明において横流電流が抑制され
る理由を説明する。第１多レベルインバータ３０Ａの各
相電圧をν_Ｕ１、ν_Ｖ１、ν_Ｗ１とすると、第１多レベ
ルインバータ３０Ａに関する空間ベクトル上の三相の目
標電圧ベクトルν_１は数3式の如く表される。

【００３２】

【数３】 但し、αは数４式で表されるものである。

【数４】

【００３３】第２多レベルインバータ３０Ｂに関する空
間ベクトル上の三相の目標電圧ベクトルν_２についても
数３式と同様に表される。

【００３４】一方、負荷５０であるＬＳＭのインピーダ
ンスが三相間で平衡しているとすると、インバータ全体
の出力電圧ベクトルν_０は、数５式に示す如く第１多レ
ベルインバータ３０Ａの出力電圧ベクトルν_１と第２多
レベルインバータ３０Ｂの出力電圧ベクトルν_２の平均
となる。なお、ここで、出力電圧ベクトルは目標電圧ベ
クトルの通りに出力されているものとする。

【数５】

【００３５】本発明の一実施形態において、第１多レベ
ルインバータ３０Ａの目標電圧ベクトルν_１と第２多レ
ベルインバータ３０Ｂの目標電圧ベクトルν_２は、全体
の目標電圧ベクトルν_０とその先端を中心として半径ｒ
の円を角速度ω_Ｃで円運動する副ベクトルν_Ｃ１とν
_Ｃ２の合成ベクトルであるから、これらは上記の通り数
１式と数２式で夫々表される。また、副ベクトルν_Ｃ１
とν_Ｃ２は同じ角速度ω _Ｃで１８０度の位相差をもって
回転するものであるから、数１式と数２式と数５式から
第１多レベルインバータ３０Ａと第２多レベルインバー
タ３０Ｂの合成ベクトルは数６式の如く表される。

【数６】

【００３６】本発明の一実施形態において、並列数（ｎ
＝２）にあわせて均等に副ベクトルの位相差を３６０／
２度に設定してあるので、副ベクトルν_Ｃ１とν_Ｃ２の
関係は数７式の如く表される。

【数７】

【００３７】数６式と数７式から数８式が得られる。

【数８】

【００３８】このように、本発明においては副ベクトル
が制御ポイントの回りを一定して回転しているので、第
１多レベルインバータ３０Ａと第２多レベルインバータ
３０Ｂの合成電圧は、インバータ全体の出力電圧目標値
と等しくなる。実際には、図６に示すように、目標電圧
ベクトルは移動するため、数８式のような関係が常に成
立するものではないが、副ベクトルはある時間幅を持っ
て評価すれば、インバータ全体の出力電圧に影響しな
い。

【００３９】一方、インバータ間に発生する電圧ベクト
ルν_Ｃは数9式で表すことができる。

【数９】 従って、数９式から、電圧ベクトルν_Ｃをバランサリア
クトルや線路等のインダクタンスを考慮した交流電圧と
することで、横流電流を抑制することが可能となること
が分かる。本発明においては、回転する副ベクトルν
_Ｃ１とν_Ｃ２を採用しているので、インバータ間に発生
する電圧ベクトルν_Ｃは交流である。そして、副ベクト
ルν_Ｃ１とν_Ｃ２の回転周波数をバランサリアクトルや
線路等のインダクタンスを考慮したものとすることで、
インバータ間を流れる横流電流を抑制している。なお、
実際には図６に示す如く、各インバータの電圧ベクトル
は目標電圧ベクトルの移動に伴ってその軌跡はスパイラ
ル状に滑らかな円を描く。

【００４０】以上の制御方式を小容量のモデルに適用し
試験した結果、即ち各種出力電圧波形を図７に示す。こ
こでは、目標電圧ベクトルν_０は振幅値が一定で６０Ｈ
ｚで空間ベクトル上を回転するものとする。副ベクトル
の回転周波数については出力側のインダクタンスと許容
電流を考慮して決める必要があるが、ここでは１ｋＨｚ
とした。また図１又は図２において、コンバータ４０の
直流電圧端子間の直流電圧は２０Ｖに設定した。

【００４１】図７に示す波形は、上から順に、第１多レ
ベルインバータ３０ＡのＵ相出力電圧、第２多レベルイ
ンバータ３０ＢのＵ相出力電圧、第１多レベルインバー
タと第２多レベルインバータ間の電圧、インバータ装置
のＵ相出力電圧、インバータ装置のＵ相とＶ相の線間電
圧、インバータ装置のＶ相とＷ相の線間電圧、インバー
タ装置のＷ相とＵ相の線間電圧の出力波形である。図７
から明らかな通り、インバータ間に直流電圧成分はな
く、しかも線間電圧波形の歪みや高調波もほとんど見ら
れない。

【００４２】また、目標電圧ベクトルの振幅値をパラメ
ータにして線間電圧の基本波成分の振幅値がどのように
推移するかを図８に示す。線間電圧は目標電圧の大きさ
にほぼ比例した大きさになっている。換言すれば、図８
は本発明に係る制御装置による電圧制御性能が良好なこ
とを示しているのである。

【００４３】更に、線間電圧中の高調波特性を把握する
目的でスペクトル解析を行った。線間電圧中に含まれる
高調波成分は、副ベクトルの回転周波数の２ｍ倍（ｍは
整数）の周波数に現われる。線間電圧中に現われる高調
波成分のうちの最も支配的な成分であるｍ＝１につい
て、その振幅値を目標電圧ベクトルの大きさをパラメー
タとして表したものを図９に示す。目標電圧ベクトルの
大きさによらず、全体を通してほぼ一定して低く抑えら
れていることが分かる。なお、ｍ＝２についても殆ど同
じ結果が得られた。

【００４４】以上、第１多レベルインバータ３０Ａと第
２多レベルインバータ３０Ｂを並列接続した並列多重イ
ンバータ装置の制御装置において、インバータ装置の瞬
時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルν_０に第１の回転
する副ベクトルν_Ｃ１を加えた第１合成電圧ベクトルν
_１を第１多レベルインバータ３０Ａの目標電圧ベクトル
とし、且つ前記目標電圧ベクトルν_０に前記第１の回転
する副ベクトルν_Ｃ１と振幅と周波数が同一で位相が１
８０度異なる第２の回転する副ベクトルν_Ｃ２を加えた
第２合成電圧ベクトルν_２を第２多レベルインバータ３
０Ｂの目標電圧ベクトルとして瞬時空間ベクトル制御方
式で制御するようにした本発明の一実施形態について詳
述した。そして、この一実施形態における多レベルイン
バータは、５レベルインバータとした。しかしながら、
本発明は２台に限定されず２台以上のｎ台の多レベルイ
ンバータを並列接続した並列多重インバータ装置に適用
できることは勿論である。この場合、各インバータの目
標電圧ベクトルは、並列多重インバータ装置の目標電圧
ベクトルに夫々の回転する副ベクトルを合成したものと
なるが、各副ベクトルは振幅と回転周波数は同じで位相
差は３６０／ｎ度とされる。また、多レベルインバータ
は、５レベルでなく、３レベル又は他のレベルの多レベ
ルインバータでもかまわない。

【００４５】更に、本発明の一実施形態では、並列接続
された２台の多レベルインバータに１台の共通のコンバ
ータ４０で電力を供給しているが、夫々のコンバータで
供給するようにしてもよい。通常、並列多重インバータ
装置を構成する多レベルインバータが数キロメートル或
いはそれ以上の遠隔地に離れて設置されている場合は夫
々のコンバータから電力が供給されることになるが、各
コンバータの出力直流電圧は必ずしも同一ではない。こ
のような場合でも、回転する副ベクトルを採用した本発
明に係る瞬時空間ベクトル制御方式の制御装置では、横
流電流を抑制できる。

【００４６】

【発明の効果】本発明により、ｎ台の多レベルインバー
タを並列接続した並列多重インバータ装置を瞬時空間ベ
クトル制御方式で制御することができるようになった。
即ち、並列多重インバータ装置の目標電圧ベクトルに回
転する副ベクトルからなる合成ベクトルを各構成インバ
ータの目標電圧ベクトルとし、且つ各副ベクトルを振幅
と回転周波数を同じくし位相差を３６０／ｎ度とした本
発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式の制御装置によ
り、並列多重インバータ装置の目標電圧ベクトルを損な
うことなく横流電流の制御ができた。また、回転する副
ベクトルを採用したことにより並列多重インバータ装置
の出力電圧の高調波の振幅値を低減すると同時に、副ベ
クトルの回転周波数がインバータの等価スイッチング周
波数を決めるため副ベクトルの回転周波数を調整するこ
とで出力電圧の高調波を低減することが可能となった。
更にまた、副ベクトルの効果により並列多重インバータ
装置の制御性も向上した。

【００４７】従来、並列多重インバータ装置に電力を供
給する直流電源は共通であり、多重化されたインバータ
間の直流電圧に差がないことが前提であったが、本発明
においては、構成インバータが離れた場所にあるなど直
流電源が異なり、直流電圧に差がある場合でも横流電流
を制御することが可能となった。従って、本発明に係る
瞬時空間ベクトル制御方式で制御する並列多重インバー
タ装置で、ＬＳＭに並列に電力の供給が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式を用い
た制御装置が適用された並列接続インバータ装置の実施
の形態を示したブロック図である。

【図２】インバータの一実施形態の回路図である。

【図３】本発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式を用い
た制御装置の機能ブロック図である。

【図４】副ベクトル生成部の機能ブロック図である。

【図５】５レベルの空間ベクトル図である。

【図６】第１多レベルインバータと第２多レベルインバ
ータの夫々の電圧ベクトルの軌跡を示す図である。

【図７】出力電圧波形を示す図である。

【図８】電圧制御性の評価を示す図である。

【図９】出力電圧の高調波を示す図である。

【図１０】従来の瞬時空間ベクトル制御方式を用いた制
御装置が適用されたインバータ装置のブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０ 制御部 １１ 目標電圧ベクトルの座標計算手段 １２ 副ベクトルの座標計算手段 １２１ 設定手段 １２２Ａ 第１多レベルインバータ用の副ベクトルの座
標計算手段 １２２Ｂ 第２多レベルインバータ用の副ベクトルの座
標計算手段 １３、１３Ａ、１３Ｂ ベクトルの合成手段 １４、１４Ａ、１４Ｂ 最短制御ポイントの計算手段 １５、１５Ａ、１５Ｂ スイッチングパターンの決定手
段 １６ 座標情報記憶手段 １７ スイッチング情報記憶手段 ２０ ゲート信号発生部 ３０、３０Ａ、３０Ｂ 多レベルインバータ ３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ ス
イッチング素子群 ４０ コンバータ ５０ 負荷 Ｓ_Ｕ１〜Ｓ_Ｕ８ スイッチング素子 Ｄ_Ｕ１１〜Ｄ_Ｕ６１、Ｄ_Ｕ１２〜Ｄ_Ｕ８２ ダイオード

フロントページの続き (72)発明者 池田 春男 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 佐藤 仁 東京都練馬区上石神井１−12−４ (72)発明者 木下 清 東京都千代田区神田駿河台１−８−14 日 本大学内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ｎ台の多レベルインバータを並列接続し
   た並列多重インバータ装置の制御装置において、インバ
   ータ装置の瞬時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルに互
   いに位相が３６０／ｎ度異なる回転する副ベクトルを加
   えて目標電圧ベクトルと副ベクトルを多重化数分だけ合
   成し、これによって個々の多レベルインバータを瞬時空
   間ベクトル制御方式で制御するようにしたことを特徴と
   する並列多重インバータ装置の制御装置。
2. 【請求項２】 第１多レベルインバータと第２多レベル
   インバータを並列接続した並列多重インバータ装置の制
   御装置において、インバータ装置の瞬時空間ベクトル上
   の目標電圧ベクトルν_０に第１の回転する副ベクトルν
   _Ｃ１を加えた第１合成電圧ベクトルν_１を第１多レベル
   インバータの目標電圧ベクトルとし、且つ前記目標電圧
   ベクトルν_０に第１の回転する副ベクトルν_Ｃ１と振幅
   と周波数が同一で位相が１８０度異なる第２の回転する
   副ベクトルν_Ｃ２を加えた第２合成電圧ベクトルν_２を
   第２多レベルインバータの目標電圧ベクトルとして瞬時
   空間ベクトル制御方式で制御するようにしたことを特徴
   とする並列多重インバータ装置の制御装置。
3. 【請求項３】 前記多レベルインバータが５レベルイン
   バータであることを特徴とする請求項１又は２の並列多
   重インバータ装置の制御装置。