JP2016163391A - 電力変換装置、およびダブルセル - Google Patents

Abstract

【課題】電力変換装置を構成する複数の単位変換器のいずれかに障害が発生した場合においても、制御できる信頼性の高い電力変換装置を提供する。
【解決手段】オン・オフ制御デバイス（２０１）とエネルギー貯蔵素子（２０３）を有する単位変換器（２０９）を少なくとも２つ以上直列接続したアーム（１０４）を有する電力変換装置であって、前記２つ以上の単位変換器がそれぞれの前記エネルギー貯蔵素子から制御用電力を得る電力供給手段（２０４）を備え、前記２つ以上の単位変換器の自給電源となる前記電力供給手段（２０４）のそれぞれの出力端子がそれぞれの逆流防止ダイオード（２０５）を介して並列に接続されている。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、電力変換装置に関する。例えば前記電力変換装置の制御電源に関する。

一つまたは複数の単位変換器を直列に接続して構成する電力変換器がある。
例えば、非特許文献１には、モジュラー・マルチレベル・カスケード変換器（ＭＭＣＣ：Modular Multilevel Cascade Converter）の４つの回路方式とその技術が開示されている（abstract、Fig２(a)、(b)、Fig３(a)、(b)参照）。
ＭＭＣＣは、１つまたは複数の単位変換器（非特許文献１では「cell」と称している）を直列に接続して構成したアームをＹ結線、Δ結線、またはブリッジ状（２つのＹ結線と見なすこともできる）に接続して構成された電力変換回路である。
ＭＭＣＣの特徴は、複数の単位変換器を直列接続しているために、個々の単位変換器に用いているＩＧＢＴ等の耐圧を超える高電圧、かつ、正弦波に近い電圧を直接出力できる点である。
また、特許文献１には、電力変換装置であるMODULAR MULTILEVEL VOLTAGE SOURSE CONVERTERの単位変換器（cell）のＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）のコレクタ・エミッタ間に自給電源装置を接続し、該自給電源装置が、前記ＩＧＢＴのゲート駆動回路に電源を供給する構成、技術が開示されている（ＦＩＧ．２参照）。

国際公開２０１３／０９１６７５号

H. Akagi, "Classification, terminology, and applica-tion of the modular multilevel cascade converter (MMCC)," IEEE Trans-actions on Power Electronics, vol. 26、 no. 11, Nov. 2011, pp. 3119-3129.

しかしながら、非特許文献１に開示された技術では、ＭＭＣＣに備えられた２つの双方向チョッパが同一回路構成である場合、オン・オフ制御デバイスの動作に伴って、１つの双方向チョッパのどの点を基準としても、いずれかのコンデンサの電位が変動してしまう。したがって、電力供給手段に印加されるコモンモードノイズが大きくなってしまうという課題があった。
また、特許文献１に開示された技術では、単位変換器を構成するＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧からエネルギーを得て、該ＩＧＢＴのゲート駆動回路に供給しているので、単位変換器が故障し、該単位変換器の出力端子を短絡した場合、前記のＩＧＢＴのコレクタ・エミッタ間電圧が低下して、ある時点でゲート駆動回路も動作を停止してしまうという課題があった。また、それにともない単位変換器のモニタリングや追加の制御ができなくなるという課題があった。

本発明は、前記した課題に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、信頼性の高い電力変換装置等を提供することである。

前記の課題を解決して、本発明の目的を達成するために、以下のように構成した。
すなわち、本発明の電力変換装置は、オン・オフ制御デバイスとエネルギー貯蔵素子を有する単位変換器を少なくとも２つ以上直列接続したアームを有する電力変換装置であって、前記２つ以上の単位変換器がそれぞれのコンデンサから制御用電力を得る電力供給手段を備え、前記２つ以上の単位変換器の自給電源となる電力供給手段のそれぞれの出力端子がそれぞれのダイオードを介して並列に接続されていることを特徴とする。
また、その他の手段は、発明を実施するための形態のなかで説明する。

本発明によれば、信頼性の高い電力変換装置等を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る電力変換装置の回路構成例を示すとともに、交流系統および直流装置との接続を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置のアームに用いられるダブルセルの回路構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る電力変換装置に備えられる電力供給手段の回路構成例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係る電力変換装置の回路構成例を示すとともに、交流系統および直流装置との接続を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る電力変換装置の回路構成例を示すとともに、交流系統および直流装置との接続を示す図である。 本発明の第４実施形態に係る電力変換装置の回路構成例を示すとともに、交流系統および直流装置との接続を示す図である。 本発明の第５実施形態に係る電力変換装置の回路構成例を示すとともに、交流系統および直流装置との接続を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る電力変換装置が備えるハーフブリッジ形ダブルセルの回路構成例を示す図である。 本発明の第６実施形態に係る電力変換装置の回路構成例を示すとともに、交流系統との接続を示す図である。 本発明の第７実施形態に係る電力変換装置が備える２つの単位変換器によるセル群の回路構成例とそれら単位変換器の関連を示す図である。 本発明の第７実施形態に係る電力変換装置が備える３つの単位変換器によるセル群の回路構成例とそれら単位変換器の関連を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下においては「実施形態」と称する）を、図面を参照して説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は、適宜、省略する。

≪第１実施形態≫
本発明の第１実施形態に係る電力変換装置について以下に説明する。
なお、主要な項目の構成としては、＜電力変換装置の構成＞、＜ダブルセルの回路構成＞、＜電力供給手段の詳細＞、＜双方向チョッパ回路の接続についての詳細＞、＜各オン・オフ制御デバイスのオン・オフ状態と、ダブルセルの出力電圧の関係＞、＜電力変換装置が交直変換回路として動作する原理＞、＜補足＞、＜第１実施形態の効果＞の内容と順番で説明する。なお、各項目で、適宜、内容を細分化して記載している。

＜電力変換装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０１の回路構成例を示すとともに、交流系統１００および直流装置１０３との接続を示す図である。
図１において、電力変換装置１０１は、ＭＭＣＣ（Modular Multilevel Cascade Converter）であって、交流系統１００から受電した三相交流（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の交流電力（電圧）を、直流電力（電圧）に変換する装置である。また、変換した直流電力を直流装置１０３に供給している。
三相交流電力（電圧）を直流電力（電圧）に変換するために、電力変換装置１０１は、Ｕ相正側アーム１０４ｕｐ、Ｕ相負側アーム１０４ｕｎと、Ｖ相正側アーム１０４ｖｐ、Ｖ相負側アーム１０４ｖｎと、Ｗ相正側アーム１０４ｗｐ、Ｗ相負側アーム１０４ｗｎと、各相のそれぞれの正側アームと負側アームの接続点側に直列接続した複数のバッファリアクトル（リアクトル）１０５と、前記の各アームを統一して制御する中央制御手段１０８とを備えて構成されている。

Ｕ相正側アーム１０４ｕｐとＵ相負側アーム１０４ｕｎとは、それぞれバッファリアクトル１０５を介してＵ点で接続されている。
Ｖ相正側アーム１０４ｖｐとＵ相負側アーム１０４ｖｎとは、それぞれバッファリアクトル１０５を介してＶ点で接続されている。
Ｗ相正側アーム１０４ｗｐとＷ相負側アーム１０４ｗｎとは、それぞれバッファリアクトル１０５を介してＷ点で接続されている。
Ｕ相正側アーム１０４ｕｐとＶ相正側アーム１０４ｖｐとＷ相正側アーム１０４ｗｐとは、それぞれの正側端子を正側直流端子１１０Ｐに接続されている。
Ｕ相負側アーム１０４ｕｎとＵ相負側アーム１０４ｖｎとＷ相負側アーム１０４ｗｎとは、それぞれの負側端子を負側直流端子１１０Ｎに接続されている。
なお、前記の各アームにバッファリアクトル１０５を直列に接続しているのは、主として、各レグ（＜アーム１０４ｕｐとアーム１０４ｕｎ＞、＜アーム１０４ｖｐとアーム１０４ｖｎ＞、＜アーム１０４ｗｐとアーム１０４ｗｎ＞）を循環するスイッチングリプル電流を抑制するためである。

電力変換装置１０１は、前記のＵ点、Ｖ点、Ｗ点において、交流系統１００のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電力線と、それぞれ接続されている。
また、電力変換装置１０１は、正側直流端子１１０Ｐと負側直流端子１１０Ｎとによって、直流装置１０３（正側端子Ｐ点、負側端子Ｎ点）と接続されている。ここで、直流装置１０３は、直流負荷、直流電源、他の電力変換装置等を代表して表記している。

６つのアーム、すなわちＵ相正側アーム１０４ｕｐ、Ｕ相負側アーム１０４ｕｎ、Ｖ相正側アーム１０４ｖｐ、Ｖ相負側アーム１０４ｖｎ、Ｗ相正側アーム１０４ｗｐ、Ｗ相負側アーム１０４ｗｎを特に区別する必要が無い場合、以下において、単に「アーム１０４」と、適宜、表記する。
各アーム１０４は、ダブルセル１０６の直列回路で構成されている。
なお、ダブルセル１０６の具体的回路構成は後記する。

各ダブルセル１０６は、制御通信線１２８を介して、中央制御手段１０８に接続されている。
中央制御手段１０８は、前記したように、各アーム１０４、および各アーム１０４に備えられた各ダブルセル１０６を統一して制御する。
この制御によって、電力変換装置１０１は、交流系統１００から供給される三相交流電力（電圧）を直流電力（電圧）に変換する。変換された直流電力は、直流装置１０３に供給される。
なお、図１の電力変換装置１０１は、６つのアームをブリッジ状に構成して三相交流を直流に変換する構成であるので、「三相ブリッジ」と称される構成でもある。

また、以降の説明のために、図１における各部の電圧・電流を以下のように定義する。
三相交流の交流系統１００の相電圧をＶＳｕ、ＶＳｖ、ＶＳｗ（図１ではＶＳｕ、ｖ、ｗと簡略化して表記）、電流をＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗと表記する。
Ｕ相正側アーム１０４ｕｐ、Ｕ相負側アーム１０４ｕｎの出力電圧をそれぞれＶｕｐ、Ｖｕｎと表記する。
Ｖ相正側アーム１０４ｖｐ、Ｖ相負側アーム１０４ｖｎの出力電圧をそれぞれＶｖｐ、Ｖｖｎと表記する。
Ｗ相正側アーム１０４ｗｐ、Ｗ相負側アーム１０４ｗｎの出力電圧をそれぞれＶｗｐ、Ｖｗｎと表記する。
また、直流装置１０３を接続しているＰ点（１１０Ｐ）とＮ点（１１０Ｎ）の間の電圧をＶｄｃ、直流装置１０３に流れている電流をＩｄｃと表記する。

＜ダブルセルの回路構成＞
次に、図２Ａと図２Ｂを参照して、ダブルセル１０６の内部の回路構成を説明する。
図２Ａは、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０１のアーム１０４に用いられるダブルセル１０６の回路構成例を示す図である。
図２Ａにおいて、ダブルセル１０６は、双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙと、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙと、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙと、逆流防止ダイオード（ダイオード）２０５ｘ、２０５ｙと、電圧検出手段２０６ｘ、２０６ｙと、ダブルセル制御手段２１８とを備えて構成されている。
ダブルセル１０６は、２つの単位変換器（セル）を備えている。すなわち、双方向チョッパ２０９ｘと、電力供給手段２０４ｘと、機械スイッチ２０７ｘと、逆流防止ダイオード２０５ｘと、電圧検出手段２０６ｘとで、一つの単位変換器（第１の単位変換器）を構成している。
また、双方向チョッパ２０９ｙと、電力供給手段２０４ｙと、機械スイッチ２０７ｙと、逆流防止ダイオード２０５ｙと、電圧検出手段２０６ｙとで、もう一つの単位変換器（第２の単位変換器）を構成している。

ただし、機能としての観点から、双方向チョッパ２０９ｘ、あるいは２０９ｙを一つの単位変換器とみなすこともある。また、そのように表記することもある。
また、双方向チョッパ２０９ｘ、あるいは２０９ｙを特別に区別する必要がない場合、以下において、単に「双方向チョッパ２０９」、あるいは「単位変換器２０９」と、適宜、表記する。
また、機械スイッチ２０７ｘ、あるいは２０７ｙを特別に区別する必要がない場合、以下において、単に「機械スイッチ２０７」と、適宜、表記する。

《双方向チョッパ》
図２Ａにおいて、双方向チョッパ２０９ｘ（第１の双方向チョッパ）は、それぞれエミッタとカソードで直列に接続されたＩＧＢＴ２０１ｘｐ（第１のオン・オフ制御デバイス）、ＩＧＢＴ２０１ｘｎ（第２のオン・オフ制御デバイス）と、この接続点と反対側のＩＧＢＴ２０１ｘｐのカソードとＩＧＢＴ２０１ｘｎのエミッタとの間に接続されたコンデンサ（エネルギー貯蔵素子）２０３ｘ（第１のコンデンサ）と、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎにそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード（ダイオード）２０２ｘｐ、２０２ｘｎと、を備えて構成されている。
双方向チョッパ２０９ｙ（第２の双方向チョッパ）は、それぞれエミッタとカソードで直列に接続されたＩＧＢＴ２０１ｙｐ（第３のオン・オフ制御デバイス）、ＩＧＢＴ２０１ｙｎ（第４のオン・オフ制御デバイス）と、この接続点と反対側のＩＧＢＴ２０１ｙｐのカソードとＩＧＢＴ２０１ｙｎのエミッタとの間に接続されたコンデンサ２０３ｙ（第２のコンデンサ）と、ＩＧＢＴ２０１ｙｐ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎにそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード２０２ｙｐ、２０２ｙｎと、を備えて構成されている。
なお、オン・オフ制御デバイス（ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎ）を特に区別する必要がない場合、適宜、単に「オン・オフ制御デバイス２０１」と表記する。
また、エネルギー貯蔵素子（コンデンサ２０３ｘ、２０３ｙ）を特に区別する必要がない場合、適宜、単に「エネルギー貯蔵素子２０３」または「コンデンサ２０３」と表記する。

双方向チョッパ２０９ｘのＩＧＢＴ２０１ｘｐのエミッタとＩＧＢＴ２０１ｘｎのカソードとの接続点がダブルセル１０６の一方の出力端子１０６ｐとなっている。
双方向チョッパ２０９ｙのＩＧＢＴ２０１ｙｐのエミッタとＩＧＢＴ２０１ｙｎのカソードとの接続点がダブルセル１０６の他方の出力端子１０６ｎとなっている。
また、ＩＧＢＴ２０１ｘｎのエミッタ端子とコンデンサ２０３ｘの一端との接続点と、ＩＧＢＴ２０１ｙｐのカソードとコンデンサ２０３ｙの一端との接続点とが、互いに接続されてｍ点として共有する構成となっている。
すなわち、ダブルセル１０６は、２つの双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙがｍ点を共有して接続した構成である。このｍ点で一つの共通電位を作り、この共通電位をダブルセル制御手段の筺体電位（グランド）としてダブルセル制御手段２１８の回路を構成している。

双方向チョッパ２０９ｘは、ＩＧＢＴ２０１ｘｐとＩＧＢＴ２０１ｘｎとをオン・オフして出力端子１０６ｐとコンデンサ２０３ｘとの間で電荷のやり取りをすることによって、等価的に種々の電気的特性を生成する。
同様に、双方向チョッパ２０９ｙは、ＩＧＢＴ２０１ｙｐとＩＧＢＴ２０１ｙｎとをオン・オフして出力端子１０６ｎとコンデンサ２０３ｙとの間で電荷のやり取りをすることによって、等価的に種々の電気的特性を生成する。
双方向チョッパ２０９ｘと双方向チョッパ２０９ｙは、ｍ点を共有化しているので、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎ、ＩＧＢＴ２０１ｙｐ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎを、オン・オフして出力端子１０６ｐ、出力端子１０６ｎと、コンデンサ２０３ｘ、コンデンサ２０３ｙとの間で電荷のやり取りをすることによって、等価的に種々の電気的特性を生成する。
図１の電力変換装置は、図２Ａに示した各ダブルセル１０６を統一的に所定の制御することにより、三相交流電力（電圧）を直流電力（電圧）に変換している。

なお、図２Ａにおいて、オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｘｎのコレクタ・エミッタ間電圧をＶｘｊｋと表記する。
また、ＩＧＢＴ２０１ｙｐのコレクタ・エミッタ間電圧をＶｙｊｋと表記する。
ちなみに、電圧Ｖｘｊｋ、Ｖｙｊｋにおける添え字ｊは、ダブルセル１０６が属するアームを表わしておりｊ＝ｕｐ、ｕｎ、ｖｐ、ｖｎ、ｗｐ、ｗｎである。また、添え字ｋは該アームにおける該ダブルセルの順番を示し、ｋ＝１、２、・・・、Ｎである。
また、ダブルセル１０６の出力電圧である出力端子１０６ｐと出力端子１０６ｎ間の電圧Ｖｊｋは、ＶｘｊｋとＶｙｊｋの和である。

《機械スイッチ》
図２Ａにおいて、機械スイッチ２０７ｘ（第１の機械スイッチ）、機械スイッチ２０７ｙ（第２の機械スイッチ）は、例えばコイルを備えた電磁接触器であり、ダブルセル制御手段２１８が前記コイルを励磁することでオンして、電圧Ｖｘｊｋ、または電圧Ｖｙｊｋを短絡する
機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙは、通常はオフの状態であるが、双方向チョッパ２０９ｘ、もしくは双方向チョッパ２０９ｙが故障した場合に、オンすることによって、双方向チョッパ２０９ｘ、もしくは双方向チョッパ２０９ｙを回路から等価的に排除することによって、残りの正常な双方向チョッパのみの動作とする。
例えば、双方向チョッパ２０９ｘが故障した場合には、機械スイッチ２０７ｘをオンさせて、出力端子１０６ｐとｍ点とを短絡（ショート）する。出力端子１０６ｐとｍ点が短絡すると双方向チョッパ２０９ｘの各素子には、電位差がなくなり電気的な動作ができなくなる。

また、出力端子１０６ｐとｍ点が短絡すると、ｍ点が出力端子１０６ｐと同電位となって、双方向チョッパ２０９ｙが出力端子１０６ｐと出力端子１０６ｎとの間で動作できるようになる。
また、双方向チョッパ２０９ｙが故障した場合には、機械スイッチ２０７ｙをオンさせて、出力端子１０６ｎとｍ点とを短絡（ショート）する。この場合には、双方向チョッパ２０９ｙが回路から排除され、双方向チョッパ２０９ｘが出力端子１０６ｐと出力端子１０６ｎとの間で動作できるようになる。

《電力供給手段》
図２Ａにおいて、電力供給手段２０４ｘ（第１の電力供給手段）は、双方向チョッパ２０９ｘのコンデンサ２０３ｘから電力を受けて、適正な電圧に変換してからダブルセル制御手段２１８に電力を供給する。
一方、電力供給手段２０４ｙ（第２の電力供給手段）は、双方向チョッパ２０９ｙのコンデンサ２０３ｙから電力を受けて、適正な電圧に変換してからダブルセル制御手段２１８に電力を供給する。
逆流防止ダイオード（ダイオード）２０５ｘ（第１の逆流防止ダイオード）は、電力供給手段２０４ｘの一方の出力端子に備えられている。
逆流防止ダイオード２０５ｙ（第２の逆流防止ダイオード）は、電力供給手段２０４ｙの一方の出力端子に備えられている。
電力供給手段２０４ｘの出力端子と電力供給手段２０４ｙの出力端子は、それぞれ逆流防止ダイオード２０５ｘ、２０５ｙを介して、並列に接続されている。

この逆流防止ダイオード２０５ｘと逆流防止ダイオード２０５ｙを備えるのは、電力供給手段２０４ｘと電力供給手段２０４ｙは、前記のように逆流防止ダイオード２０５ｘ、２０５ｙを介して、それぞれの出力端子が並列に接続され、同一の配線でダブルセル制御手段２１８に電力を供給しているからである。
すなわち、双方向チョッパ２０９ｘもしくは双方向チョッパ２０９ｙが故障した場合に、電力供給手段２０４ｘと電力供給手段２０４ｙの出力電圧に差がでて、電力供給手段２０４ｘと電力供給手段２０４ｙとの間に逆流電流が流れるのを防止するためである。
また、電力供給手段（電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙ）を特に区別する必要がない場合、適宜、単に「電力供給手段２０４」と表記する。
また、逆流防止ダイオード（ダイオード２０５ｘ、２０５ｙ）を特に区別する必要がない場合、適宜、単に「逆流防止ダイオード２０５」と表記する。
なお、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙについてのより詳細な説明については後記する。

《電圧検出手段》
図２Ａにおいて、電圧検出手段２０６ｘ（第１の電圧検出手段）は、双方向チョッパ２０９ｘのコンデンサ２０３ｘの電圧を検出して、ダブルセル制御手段２１８にその電圧検出値を入力している。
一方、電圧検出手段２０６ｙ（第２の電圧検出手段）は、双方向チョッパ２０９ｙのコンデンサ２０３ｙの電圧を検出して、ダブルセル制御手段２１８にその電圧検出値を入力している。

《ダブルセル制御手段》
図２Ａにおいて、ダブルセル制御手段２１８は、前記したように、電力供給手段２０４ｘと電力供給手段２０４ｙとから、電力（電力エネルギー）を受けて自身が動作するための電源（エネルギー源）としている。
また、ダブルセル制御手段２１８は、前記したように、双方向チョッパ２０９ｘのコンデンサ２０３ｘの電圧の電圧検出値と、双方向チョッパ２０９ｙのコンデンサ２０３ｙの電圧の電圧検出値と、を入力している。
また、ダブルセル制御手段２１８は、中央制御手段１０８（図１）からの制御指示情報を制御通信線１２８から得ている。

このダブルセル制御手段２１８は、各ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのゲート・エミッタ間電圧を制御することで、各ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのオン・オフを制御する。
また、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのオン・オフを、制御通信線１２８を介して、中央制御手段１０８（図１）からの制御指示情報に基づいて行う。
また、ダブルセル制御手段２１８は、電圧検出手段２０６ｐ、２０６ｎを用いて検出したコンデンサ２０３ｐ、２０３ｎの電圧ＶＣｘｊｐ、ＶＣｙｊｋを、制御通信線１２８を介して中央制御手段１０８に伝送する。
また、ダブルセル制御手段２１８は、電圧検出手段２０６ｘ、２０６ｙの電圧検出値による双方向チョッパ２０９ｘ、双方向チョッパ２０９ｙが正常か否かの判断情報に基づき、または、中央制御手段１０８の指令に基づき、必要に応じて、機械スイッチ２０７ｘ、もしくは機械スイッチ２０７ｙをオン（短絡）する。

《その他》
なお、図２Ａにおいて、双方向チョッパ２０９ｘと双方向チョッパ２０９ｙが共有するｍ点は、ダブルセル制御手段２１８の筺体電位ＦＧｊｋ（ＦＧ：Frame Ground、ｊはアーム位置、ｋはダブルセルの順番）となっている。
図２Ａに示したダブルセル１０６は、図１における各ダブルセル１０６のすべてに用いられる。図１において、アームの配列の位置をｊ番目、同一のアームにおけるダブルセルの順番をｋ番目とする。
このとき、各ダブルセル１０６のｍ点の電位、すなわち筺体電位ＦＧｊｋは、ダブルセル１０６が電力変換装置１０１のどの位置（ｊ，ｋ）に配置されるかによって異なる。
そのため、ｊ，ｋを添え字として筺体電位ＦＧｊｋとして、表記している。

また、双方向チョッパ２０９ｘ、機械スイッチ２０７ｘ、電力供給手段２０４ｘ、電圧検出手段２０６ｘ、およびダブルセル制御手段２１８によって、一つの単位変換器が構成される。
また、同様に、双方向チョッパ２０９ｙ、機械スイッチ２０７ｙ、電力供給手段２０４ｙ、電圧検出手段２０６ｙ、およびダブルセル制御手段２１８によって、一つの単位変換器が構成される。
この二つの単位変換器をひとつにまとめて、ダブルセル１０６が構成されている。なお、ダブルセル１０６においては、前記のダブルセル制御手段２１８は共用されている。

＜電力供給手段の詳細＞
電力供給手段について、より詳しく説明する。

《電力供給手段の回路構成例》
図２Ｂは、本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０１に備えられる電力供給手段２０４（２０４ｘ、２０４ｙ）の回路構成の一例を示す図である。
図２Ｂにおいて、抵抗１００１、ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）１００２、コンデンサ１００３、変圧器１００６、ＩＧＢＴ１００５、３個のダイオード１００４、平滑コンデンサ１００７によって、絶縁型フォワードコンバータの電力供給手段２０４が構成されている。
まず、コンデンサ２０３ｘ（図２Ａ）の電圧ＶＣｘｊｋ、またはコンデンサ２０３ｙ（図２Ａ）の電圧ＶＣｙｊｋのいずれかを電圧ＶＣｐｊｋと表記するものとする。
この電圧ＶＣｐｊｋを、抵抗１００１とツェナーダイオード１００２を用いて分圧し、コンデンサ１００３の両端に電圧Ｖｚｄを得る。

オン・オフ制御デバイス（スイッチング素子）であるＩＧＢＴ１００５は、スイッチングによって、電圧Ｖｚｄから交流電圧を作り、変圧器１００６の１次コイル１００６ａに印加する。
変圧器１００６の２次コイル１００６ｂ側では、二次側に伝達された前記の交流電圧（電力）を２個のダイオード１００４ｂによって整流し、コンデンサ（平滑コンデンサ）１００７の両端に電圧Ｖｐｓｐを得る。

以下、より具体的な動作を説明する。
ＩＧＢＴ１００５がオンである場合、電圧Ｖｚｄが１次コイル１００６ａに印加される。
また、変圧器１００６の２次コイル側では、２次コイル１００６ｂに巻数比に応じた電圧が誘起される。
誘起された電圧は、ダイオード１００４ｂを介してコンデンサ１００７を充電する。

ＩＧＢＴ１００５がオフになると、１次コイル１００６ａに流れていた電流は零となり、変圧器１００６の鉄心に蓄積されていた磁束の変化によってリセットコイル１００６ｃに電圧が誘起され、ダイオード１００４ａに電流が流れる。
この場合，２次コイル１００６ｂには、ＩＧＢＴ１００５がオンである場合とは逆極性の電圧が誘起されるが、ダイオード１００４ｂが逆バイアスされるため、２次コイル１００６ｂには電流が流れない。
変圧器１００６の鉄心に蓄積された磁気エネルギーは、コンデンサ１００３に流入し、リセットコイル１００６ｃの電流は零に減衰する。

ＩＧＢＴ１００５が再びオンすると、前記のようにコンデンサ１００７が充電される。
以上のように、オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ１００５がオン、オフを繰り返すことにより、変圧器１００６によって電気的絶縁を確保しつつ、コンデンサ２０３ｘまたはコンデンサ２０３ｙ（図２Ａ）の電圧ＶＣｐｊｋから電圧（直流電圧）Ｖｐｓｐを得られる。
また、変圧器１００６の巻数比やＩＧＢＴ１００５のオン時間比率によって、電圧Ｖｐｓｐの電圧値を制御できる。

なお、図２Ｂに示した電力供給手段２０４（２０４ｘ、２０４ｙ）の回路構成は一例であって、前記したフォワードコンバータ以外にも、フライバックコンバータ、あるいはシャントレギュレータとフォワードコンバータの組み合わせ、シャントレギュレータとフォワードコンバータの組み合わせ等が考えられる。
また、図２Ｂにおける出力電圧の直流電圧Ｖｐｓｐは、図２Ａにおいて、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙのそれぞれ出力電圧Ｖｐｓｘ、Ｖｐｓｙとなる。この出力電圧Ｖｐｓｘ、Ｖｐｓｙは、コンデンサ２０３ｘ、２０３ｙと電気的に絶縁されていることが望ましいので、図２Ｂのようにトランス（変圧器）１００６を用いる回路方式が望ましい。

《２つの電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙの接続について》
以下、本発明に特徴的な、２つの電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙの接続について説明する。

図２Ａにおいて、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙのそれぞれの出力電圧ＶｐｓｘとＶｐｓｙは、逆流防止ダイオード２０５ｘ、２０５ｙを介して突き合わされ（並列接続）、電圧Ｖｐｓを得る。
すなわち、電圧Ｖｐｓは、ＶｐｓｘとＶｐｓｙのうち高い方の電圧となる。電圧Ｖｐｓは、ダブルセル制御手段２１８に、ダブルセル１０６が自給する電源電圧（電力）として供給される。

例えば、電力供給手段２０４ｘが故障、あるいは、コンデンサ２０３ｘが放電し、電圧が零となると、電力供給手段２０４ｘは動作を停止し、Ｖｐｓｘは零となる。
しかし、ダブルセル制御手段２１８の電源電圧Ｖｐｓは、Ｖｐｓ＝Ｖｐｓｙに維持できるため、ダブルセル制御手段２１８は動作を継続できる。

また、電力供給手段２０４ｙが故障、あるいはコンデンサ２０３ｙが放電し、電圧が零となった場合も同様に、Ｖｐｓ＝Ｖｐｓｘに維持できる。
したがって、本発明の第１実施形態では、一つの電力供給手段２０４が動作を停止しても、ダブルセル制御手段２１８は、動作を継続できるという効果を得られる。

前記したように、電力変換装置１０１は、例えば１つのオン・オフ制御デバイス（ＩＧＢＴ）が故障した場合には、該オン・オフ制御デバイスを含む双方向チョッパ２０９（２０９ｘ、２０９ｙのいずれか）を、機械スイッチ２０７（２０７ｘ、２０７ｙのいずれか）で短絡して、全体としては運転を継続できる。
本発明の第１実施形態に係る電力変換装置１０１のように、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙのいずれかが停止しても、ダブルセル制御手段２１８に電源を供給できる場合、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙを確実にオンできる（コイルを励磁できる）という効果が得られる。
すなわち、電力変換装置１０１として、信頼性が向上する効果がある。

＜双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙの接続についての詳細＞
次に、本発明のもう一つの特徴である、ダブルセル１０６内における双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙの接続について説明する。

図２Ａにおいて、２つの双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙは、前記したように、ｍ点を共有して接続されている。したがって、ｍ点は２つの双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙの共通電位である。

例えばｍ点をダブルセル１０６の筺体電位ＦＧｊｋ（ＦＧ：Frame Ground、ｊはアーム位置、ｋはダブルセルの順番）に接続し、ダブルセル制御手段２１８も筺体電位ＦＧｊｋに接続すれば、ダブルセル制御手段２１８から各オン・オフ制御デバイスまでの電位は、コンデンサ２０３ｘ、２０３ｙの１つ分の電位（ＶＣｘｊｋあるいは−ＶＣｙｊｋ）にできる。

また、コンデンサ２０３ｘ、２０３ｙのそれぞれの１端子は、ｍ点に接続されているため、このｍ点を基準としたコンデンサ２０３ｘ、２０３ｙの電位は変動しない。
このため、コンデンサ２０３ｘ、２０３ｙにそれぞれ接続している電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙの電位も変動しない。
したがって、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙに印加されるコモンモードノイズが低減されるという効果が得られる。
なお、前記した背景技術（非特許文献１）のように、２つの双方向チョッパが共通電位を持たない場合、オン・オフ制御デバイスの動作に伴って、１つの双方向チョッパのどの点を基準としても、いずれかのコンデンサの電位が変動してしまい、電力供給手段に印加されるコモンモードノイズが大きくなっていた。
それに対し、第１実施形態の電力変換装置１０１は、前記のように、コンデンサ２０３ｘ、２０３ｙに接続している電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙの電位も変動せず、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙに印加されるコモンモードノイズを低減できるという効果が得られる。

さらに、オン・オフ制御デバイス２０１を圧接型のＩＧＢＴやＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）等で構成した場合、４つのオン・オフ制御デバイス２０１を１つのスタックとして構成できるという効果を得られる。すなわち、デバイスとしてのコンパクト化や低コスト化に効果がある。

＜各オン・オフ制御デバイスのオン・オフ状態と、ダブルセルの出力電圧Ｖｊｋの関係＞
以下、図２Ａを参照して、各オン・オフ制御デバイス（ＩＧＢＴ）２０１のオン・オフ状態と、ダブルセル１０６の出力電圧Ｖｊｋの関係を説明する。

《双方向チョッパ２０９ｘの出力電圧Ｖｘｊｋについて》
まず、双方向チョッパ２０９ｘの出力電圧Ｖｘｊｋについて説明する。
オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｘｐがオン、ＩＧＢＴ２０１ｘｎがオフの場合、出力電圧Ｖｘｊｋはコンデンサ２０３ｘの電圧ＶＣｘｊｋと概ね等しくなる。すなわち、概ねＶｘｊｋ＝ＶＣｘｊｋである。

ＩＧＢＴ２０１ｘｐがオフ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎがオンの場合、出力電圧Ｖｘｊｋは概ね零となる。すなわち、概ねＶｘｊｋ＝０である。

したがって、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎを制御することで、双方向チョッパ２０９ｘの出力電圧Ｖｘｊｋを制御できる。

《双方向チョッパ２０９ｙの出力電圧Ｖｙｊｋについて》
次に、双方向チョッパ２０９ｙの出力電圧Ｖｙｊｋについて説明する。
オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｙｐがオン、ＩＧＢＴ２０１ｙｎがオフの場合、出力電圧Ｖｙｊｋは概ね零となる。すなわち、概ねＶｙｊｋ＝０である。

ＩＧＢＴ２０１ｙｐがオフ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎがオンの場合、Ｖｙｊｋはコンデンサ２０３ｙの電圧ＶＣｙｊｋと概ね等しくなる。すなわち、概ねＶｙｊｋ＝ＶＣｙｊｋである。

したがって、ＩＧＢＴ２０１ｙｐ、２０１ｙｎを制御することで、双方向チョッパ２０９ｙの出力電圧Ｖｙｊｋを制御できる。

ダブルセル１０６の出力電圧Ｖｊｋは、ＶｘｊｋとＶｙｊｋの和であるから、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのそれぞれのオン・オフ状態を制御することにより、Ｖｊｋ＝０、ＶＣｘｊｋ、ＶＣｙｊｋ、（ＶＣｘｊｋ＋ＶＣｙｊｋ）の４通りに制御できる。

なお、ＶＣｘｊｋ＝ＶＣｙｊｋ＝ＶＣである場合は、０、ＶＣ、２ＶＣの３通りに制御できる。

＜電力変換装置１０１が交直変換回路として動作する原理＞
次に、図１を参照して、電力変換装置１０１が交直変換回路として動作する原理を説明する。

前記のように、ダブルセル１０６の出力電圧は、オン・オフ制御デバイス（ＩＧＢＴ）２０１のオン・オフ状態を制御することで制御できる。

各アーム１０４は、ダブルセル１０６の直列回路であるから、ダブルセル１０６の出力電圧を制御することで、アーム１０４の出力電圧Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎを制御できる。
このように、アーム１０４の出力電圧Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎを制御できるので、これらを適切に制御することによって、電力変換装置１０１として三相交流電力（電圧）を受けながら、所定の電圧を出力して直流電力（電圧）を出力することができる。

前記したように、図１において、電力変換装置１０１は、交流系統から三相交流電力（電圧：ＶＳｕ、ＶＳｖ、ＶＳｗ、図１ではＶＳｕ，ｖ，ｗと表記）を受けて、直流電力（電圧：Ｖｄｃ）に変換し、直流装置１０３に直流電力（電圧）を供給している。
これらの過程をより具体的に、「交流系統１００と電力変換装置１０１の間の電力授受」と「直流装置１０３と電力変換装置１０１の間の電力授受」として、次に、より詳しく説明する。

《交流系統１００と電力変換装置１０１の間の電力授受について》
まず、以下において、交流系統１００と電力変換装置１０１の間の電力授受について説明する。

三相交流のＵ相に着目すると、交流系統１００のＵ相に流れる電流Ｉｕは、次に示す（１）式に従う。
ＶＳｕ＝Ｌｂ／２×（ｄ／ｄｔ）Ｉｕ＋（Ｖｕｎ−Ｖｕｐ）／２ ・・・（１）
ここで、ＶＳｕは交流系統１００のＵ相の電圧、Ｖｕｎ、ＶｕｐはそれぞれＵ相の上アームと下アームの出力電圧、Ｌｂはバッファリアクトル１０５のインダクタンス（値）である。

したがって、Ｕ相正側アーム１０４ｕｐとＵ相負側アーム１０４ｕｎの出力電圧Ｖｕｐと出力電圧Ｖｕｎを制御することによって、（１）式の右辺第３項を制御すれば、Ｕ相に流れる電流Ｉｕを任意の振幅、位相に制御できる。
Ｉｕの振幅と位相を制御できれば、交流系統１００と電力変換装置１０１のＵ相が授受する電力を制御できる。

Ｖ相、Ｗ相についても同様に、各アーム（１０４ｖｐ、１０４ｖｎ、１０４ｗｐ、１０４ｗｎ）の各出力電圧（Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎ）を制御することで、Ｖ相、Ｗ相がそれぞれ授受する電力を制御できる。

《直流装置１０３と電力変換装置１０１の間の電力授受について》
次に、直流装置１０３と電力変換装置１０１の間の電力授受について説明する。ただし、直流装置１０３を電圧源であるとし、その電圧をＶｄｃとして説明する。

直流装置１０３に流れる電流Ｉｄｃは、次に示す（２）式に従う。
（２／３）×Ｌｂ×（ｄ／ｄｔ）Ｉｄｃ＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ＋Ｖｖｐ
＋Ｖｖｎ＋Ｖｗｐ＋Ｖｗｎ）／６−Ｖｄｃ ・・・（２）

したがって、各アーム１０４の電圧を制御することで、（２）式の右辺第１項を制御すれば、Ｉｄｃを制御できる。
Ｉｄｃを制御すれば、電力変換装置１０１と直流装置１０３が授受する電力を制御できる。

なお、図１の中央制御手段１０８は、制御通信線１２８を介して得られた各ダブルセル１０６（ｊ，ｋ）のコンデンサ２０３ｘ、２０３ｙのそれぞれの電圧ＶＣｘｊｋ、ＶＣｙｊｋに基づき、制御通信線１２８を介して各ダブルセル１０６（ｊ，ｋ）のＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのオン・オフを統一的に制御する指示を各ダブルセル１０６（ｊ，ｋ）に対して送信する。
また、制御通信線１２８を介して得られた前記の電圧ＶＣｘｊｋ、ＶＣｙｊｋによって、いずれかのダブルセル１０６の故障、不具合を検出した場合には、制御通信線１２８を介して該当するダブルセル１０６の機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙのいずれか、または両方にオン（短絡）する指示を該当するダブルセル１０６に対して送信する。
なお、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙのいずれか、または両方がオン（短絡）されている場合には、その状態を前提に、中央制御手段１０８は、各ダブルセル１０６のＩＧＢＴのオン・オフを統一的に制御する。

＜補足＞
図１に示した第１実施形態の電力変換装置１０１において、交流電力側を、交流系統１００として説明したが、これに限定されない。
交流系統１００に代えて、電動機などの交流負荷を接続しても、電力変換装置１０１は、同様の効果が得られる。
また、前記したように、図１における直流装置１０３は、直流負荷、直流電源、他の電力変換装置等を代表しているので、直流装置１０３が何であるかに関わらず、電力変換装置１０１は、同様の効果が得られる。
また、図１の電力変換装置１０１は、三相交流電力（電圧）を直流電力（電圧）変換する装置として説明したが、中央制御手段１０８の制御方法を変えることによって、電力変換装置１０１は、直流電力（電圧）を、三相交流電力（電圧）に変換することもできる。

＜第１実施形態の効果＞
以上、第１実施形態の電力変換装置１０１によれば、ある単位変換器が故障した場合においても、他の健全な単位変換器が、該故障した単位変換器の出力電圧を分担して肩代わりすることによって、ＭＭＣ全体としての運転を継続できる。
また、一つの電力供給手段２０４が動作を停止しても、ダブルセル制御手段２１８は動作を継続できるという効果がある。
また、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙのいずれかが停止しても、ダブルセル制御手段２１８に電源を供給できるので、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙを確実にオン（短絡）できるという効果がある。
このｍ点を基準としたコンデンサ２０３ｘ、２０３ｙの電位は変動しないので、コンデンサ２０３ｘ、２０３ｙにそれぞれ接続している電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙの電位も変動しない。すなわち安定した電位が得られる。したがって、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙに印加されるコモンモードノイズが低減されるという効果が得られる。
さらに、オン・オフ制御デバイス２０１を圧接型のＩＧＢＴやＧＣＴ等で構成した場合、４つのオン・オフ制御デバイス２０１を１つのスタックとして構成できるという効果を得られる。すなわち、デバイスとしてのコンパクト化や低コスト化に効果がある。

≪第２実施形態≫
本発明の第２実施形態に係る電力変換装置３０１について、以下に説明する。

《電力変換装の構成》
図３は、本発明の第２実施形態に係る電力変換装置３０１の回路構成例を示すとともに、交流系統１００および直流装置１０３との接続を示す図である。
以下、図３を参照して、本発明の第２実施形態の電力変換装置３０１の全体構成を説明する。ただし、第１実施形態の電力変換装置を示した図１との相違点について、主として説明し、図１と重複する箇所については、適宜、説明を省略する。

図３において、電力変換装置３０１は、変圧器３０２を介して交流系統１００に接続している。交流系統１００はＡ相、Ｂ相、Ｃ相からなる三相交流である。
変圧器３０２の交流系統１００側が例えばΔ結線であり、アーム１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗ側が千鳥結線である。
以下、便宜上、変圧器３０２の交流系統１００側を１次側あるいは１次巻線、変圧器３０３のアーム１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗ側を２次側あるいは２次巻線と称する。

各アーム１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗの一端は、それぞれ変圧器３０２の２次側のＵ、Ｖ、Ｗ点の各点に接続されており、他端はそれぞれ正側直流端子３１０ｐを介してＰ点に接続している。
また、変圧器３０２の２次巻線の中性点を引き出し、中性側直流端子３１０ｎを介してＮ点に接続している。
Ｐ点とＮ点の間には、図１と同様に直流装置１０３が接続している。
各アーム１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗは、それぞれダブルセル１０６の直列回路である。
なお、図３の電力変換装置３０１は、図１の電力変換装置１０１が６つのアームをブリッジ状に構成して三相交流を直流に変換する構成であるのに対し、３つのアームを片側だけに用いた構成であるので、「ハーフブリッジ」または「三相ハーフブリッジ」と称される構成でもある。

以下、図３各部の電圧・電流を定義する。
交流系統１００の相電圧をＶＳａ、ＶＳｂ、ＶＳｃ、交流系統１００の各相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の電流をＩａ、Ｉｂ、Ｉｃ、各アーム１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗの出力電圧をＶｕ、Ｖｖ、Ｖｗと表記する。
図１に示した第１実施形態と同様に、各アーム１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗの出力電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗは、ダブルセル１０６のオン・オフ制御デバイス２０１のオン・オフ状態を制御することによって、制御可能である。

《交流系統１００と電力変換装置３０１の電力授受について》
図３に示した第２実施形態における、交流系統１００と電力変換装置３０１の電力授受について説明する。
交流系統１００のＡ相に着目すると、電流Ｉａは、次に示す（３）式に従う。ただし、ｍは変圧器３０２の変圧比、Ｌは変圧器３０２の漏れインダクタンスである。
ＶＳａ＝Ｌ×（ｄ／ｄｔ）Ｉａ＋ｍ（Ｖｕ−Ｖｄｃ） ・・・（３）

したがって、アーム１０４ｕの電圧Ｖｕを制御することで電流Ｉａを制御できる。
同様に、交流系統１００のＢ相、Ｃ相についても電流Ｉｂ、電流Ｉｃを制御できる。
電流Ｉａ、電流Ｉｂ、電流Ｉｃのそれぞれの振幅と位相を制御することで、交流系統１００と電力変換装置３０１が授受する電力を制御できる。

《直流装置１０３と電力変換装置３０１の間の電力授受について》
次に、直流装置１０３と電力変換装置３０１の間の電力授受について説明する。ただし、直流装置１０３を電圧源であるとし、その電圧をＶｄｃとして説明する。

直流装置１０３に流れる電流Ｉｄｃは、次に示す（４）式に従う。ただし、Ｌ０は変圧器３０２の２次巻線の零相電流に対するインダクタンスである。
Ｌ０／３×（ｄ／ｄｔ）Ｉｄｃ＝（Ｖｕ＋Ｖｖ＋Ｖｗ）／３−Ｖｄｃ ・・・（４）

したがって、各アーム１０４の電圧（Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗ）を制御することで、（４）式の右辺第１項を制御すれば、直流装置１０３に流れる電流Ｉｄｃを制御できる。
電流Ｉｄｃを制御すれば、電力変換装置３０１と直流装置１０３が授受する電力を制御できる。

＜第２実施形態の効果＞
本発明の第２実施形態では、各アームにダブルセル１０６を用いることにより、第１実施形態と同様の効果を得られる。
また、第２実施形態においては、変圧器３０２の２次側は、千鳥結線となっているので、３次高調波を打ち消し、リップルが少なくなるという特徴がある。

≪第３実施形態≫
本発明の第３実施形態に係る電力変換装置ついて以下に説明する。
図４は、本発明の第３実施形態に係る電力変換装置４０１の回路構成例を示すとともに、交流系統１００および直流装置１０３との接続を示す図である。
図４において、図３と異なるのは、アームの構成と変圧器４０２の２次側の巻線の構成である。
図３の電力変換装置３０１は、３つのアームを片側だけに用いたハーフブリッジと称される構成であるのに対し、図４の電力変換装置５０１は、６つのアームを正側と負側の両側に用いてブリッジ状（フルブリッジ）に構成していることである。
また、変圧器４０２の２次側の巻線を正側の３本で千鳥結線を構成し、また負側の３本で千鳥結線を構成している。
そして、２次側の巻線の正側の３本を、それぞれ正側の３つのアームに接続するとともに、２次側の巻線の負側の３本を、それぞれ負側の３つのアームに接続している。
ただし、それ以外は同一であるので、図４に示した第３実施形態の電力変換装置４０１は、図３に示した第２実施形態の電力変換装置３０１と同じ動作をして、同じ効果がある。重複する説明は省略する。

なお、前記したように、図４において、６つのアームを正側と負側の両側に用いてブリッジ状（フルブリッジ）に構成であり、図３においては、３つのアームを片側だけに用いたハーフブリッジと称される構成である。そのため、第３実施形態の電力変換装置４０１は、より高い値の直流電圧と、脈流の少ない直流電力（電圧）を直流装置１０３に供給できるという特徴がある。

≪第４実施形態≫
本発明の第４実施形態に係る電力変換装置ついて以下に説明する。
図５は、本発明の第４実施形態に係る電力変換装置５０１の回路構成例を示すとともに、交流系統１００および直流装置１０３との接続を示す図である。
図５において、図４と異なるのは、変圧器５０２の一次側の結線である。
図４における、変圧器４０２の一次側は、Δ結線であるのに対し、図５の変圧器５０２の一次側は、Ｙ結線である。ただし、それ以外は同一であるので、図５に示した第４実施形態の電力変換装置５０１は、図４に示した第３実施形態の電力変換装置４０１と同じ動作をして、同じ効果がある。重複する説明は省略する。
なお、前記したように、図５において、変圧器５０２の一次側の結線はＹ結線であり、図４における変圧器４０２の一次側の結線はΔ結線である。そのため、変圧器５０２の一次側にＹ結線を用いた第４実施形態の電力変換装置５０１は、より高圧の交流系統１００に対応できるという特徴がある。

≪第５実施形態≫
本発明の第５実施形態に係る電力変換装置ついて以下に説明する。
図６は、本発明の第５実施形態に係る電力変換装置６０１の回路構成例を示すとともに、交流系統１００および直流装置１０３との接続を示す図である。

以下、図６を参照して、本発明の第５実施形態の電力変換装置の全体構成を説明する。ただし、第１実施形態の電力変換装置を示した図１との相違点について、主として説明し、図１と重複する箇所については、適宜、説明を省略する。

図６において、電力変換装置６０１は、変圧器６０２を介して交流系統１００に接続している。
変圧器６０２の交流系統１００側がΔ結線であり、アーム１０４ｕｐ、１０４ｖｐ、１０４ｗｐ側がスター結線（Ｙ結線）、アーム１０４ｕｎ、１０４ｖｎ、１０４ｗｎ側がスター結線（Ｙ結線）である。以下、便宜上、変圧器６０２の交流系統１００側を１次側あるいは１次巻線、変圧器６０２のアーム１０４ｕｐ、１０４ｖｐ、１０４ｗｐ側を２次側あるいは２次巻線、変圧器６０２のアーム１０４ｕｎ、１０４ｖｎ、１０４ｗｎ側を３次側あるいは３次巻線と称する。

変圧器６０２の２次巻線と３次巻線の中性点（ｎ２点とｎ３点）は接続されている。
アーム１０４ｕｐ、ｖｐ、ｗｐ側の一端は、それぞれ変圧器６０２の２次側のＵ２、Ｖ２、Ｗ２点の各点に接続されており、他端はそれぞれＰ点（６１０ｐ）に接続している。
アーム１０４ｕｎ、ｖｎ、ｗｎ側の一端は、それぞれ変圧器６０２の３次側のＵ３、Ｖ３、Ｗ３点の各点に接続されており、他端はそれぞれＮ点（６１０ｎ）に接続している。
Ｐ点とＮ点の間には、図１と同様に直流装置１０３が接続している。
各アーム１０４ｕｐ、１０４ｕｎ、１０４ｖｐ、１０４ｖｎ、１０４ｗｐ、１０４ｗｎは、それぞれダブルセル１０６の直列回路である。

《各部の電圧・電流を定義》
以下、図６の各部における電圧・電流を定義する。
交流系統１００の相電圧をＶＳａ、ＶＳｂ、ＶＳｃ、交流系統１００の各相の電流をＩａ、Ｉｂ、Ｉｃ、各アーム１０４ｕｐ、１０４ｕｎ、１０４ｖｐ、１０４ｖｎ、１０４ｗｐ、１０４ｗｎの出力電圧をＶｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎと表記する。
第１実施形態と同様に、各アーム１０４ｕｐ、１０４ｕｎ、１０４ｖｐ、１０４ｖｎ、１０４ｗｐ、１０４ｗｎの出力電圧Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎは、ダブルセル１０６のオン・オフ制御デバイス２０１のオン・オフ状態を制御することによって、制御可能である。

《交流系統１００と電力変換装置６０１の電力授受について》
以下、交流系統１００と電力変換装置６０１の電力授受について説明する。
交流系統１００を三相交流Ａ相、Ｂ相、Ｃ相として、このＡ相（ａ相）に着目すると、電流Ｉａは（５）式に従う。ただし、ｍは変圧器６０２の変圧比、Ｌは変圧器６０２の漏れインダクタンスである。
ＶＳａ＝Ｌ×（ｄ／ｄｔ）Ｉａ＋ｍ（Ｖｕｎ−Ｖｕｐ）／２ ・・・（５）

したがって、アーム１０４ｕの電圧Ｖｕ（Ｖｕｎ，Ｖｕｐ）を制御することで、電流Ｉａを制御できる。
電流Ｉａの振幅と位相を制御することで、交流系統１００と電力変換装置６０１が授受する電力を制御できる。

《直流装置１０３と電力変換装置６０１の間の電力授受について》
次に、直流装置１０３と電力変換装置６０１の間の電力授受について説明する。ただし、直流装置１０３を電圧源であるとし、その直流電圧を電圧Ｖｄｃとして説明する。

直流装置１０３に流れる電流Ｉｄｃは、次に示す（６）式に従う。ただし、Ｌ０は変圧器４０２の２次巻線と３次巻線の零相電流に対するインダクタンスである。
Ｌ０／３×（ｄ／ｄｔ）Ｉｄｃ＝（Ｖｕｐ＋Ｖｕｎ＋Ｖｖｐ
＋Ｖｖｎ＋Ｖｗｐ＋Ｖｗｎ）／６−Ｖｄｃ ・・・（６）

したがって、各アーム１０４の電圧（Ｖｕｐ、Ｖｕｎ、Ｖｖｐ、Ｖｖｎ、Ｖｗｐ、Ｖｗｎ）を制御することで、（６）式の右辺第１項を制御すれば、Ｉｄｃを制御できる、Ｉｄｃを制御すれば、電力変換装置６０１と直流装置１０３が授受する電力を制御できる。

＜第５実施形態の効果＞
以上の第５実施形態では、各アームにダブルセル１０６を用いることにより、第１実施形態と同様の効果を得られる。例えば、１つの単位変換器の故障時にも、ダブルセル制御手段の動作を継続できるという効果を得られる。その他の重複する説明は省略する。
なお、図６においては、変圧器６０２の１次側に対して、２次側と３次側とに二つ（ｎ２、ｎ３）に分かれている。したがって、上アーム（１０４ｕｐ、１０４ｖｐ、１０４ｗｐ）から下アーム（１０４ｕｎ、１０４ｕｖ、１０４ｗｎ）に直接、流れる経路が存在しない。
すなわち、上アームから下アームを循環するスイッチングリブル電流がなく、ノイズの少ない直流電力（電圧）を直流装置１０３に供給できるという効果がある。

≪第６実施形態≫
本発明の第６実施形態に係る電力変換装置ついて以下に説明する。
図７は、本発明の第６実施形態に係る電力変換装置が備えるハーフブリッジ形ダブルセル７０６の回路構成例を示す図である。
また、図８は、本発明の第６実施形態に係る電力変換装置８０１の回路構成例を示すとともに、交流系統１００との接続を示す図である。
なお、第６実施形態の電力変換装置８０１は、例えばＳＴＡＴＣＯＭ（Static Synchronous Compensator：静止形無効電力補償装置）として機能する回路である。すなわち、電力変換装置８０１は、交流系統１００に等価的に無効電力を供給し、交流系統１００の力率の改善と、電圧の調整を行う機能を有するものである。

まず、図７を参照して、ハーフブリッジ形ダブルセル（ダブルセル）７０６の構成を説明する。その後、図８を参照して、第６実施形態の電力変換装置の全体構成を説明する。

＜ハーフブリッジ形ダブルセル＞
図７において、ハーフブリッジ形ダブルセル（ダブルセル）７０６は、２つのハーフブリッジ７０９ｘ、７０９ｙのそれぞれの直列接続したコンデンサ（＜２０３ｘ１，２０３ｘ２＞、＜２０３ｙ１、２０３ｙ２＞）の中点を互いに接続した構成である。

ハーフブリッジ形ダブルセル７０６は、ハーフブリッジ７０９ｘ（第１のハーフブリッジ）、ハーフブリッジ７０９ｙ（第２のハーフブリッジ）と、電力供給手段２０４ｘ（第１の電力供給手段）、電力供給手段２０４ｙ（第２の電力供給手段）と、逆流防止ダイオード２０５ｘ（第１の逆流防止ダイオード）、逆流防止ダイオード２０５ｙ（第２の逆流防止ダイオード）と、電圧検出手段２０６ｘ１（第１の電圧検出手段）、電圧検出手段２０６ｘ２（第２の電圧検出手段）、電圧検出手段２０６ｙ１（第３の電圧検出手段）、電圧検出手段２０６ｙ２（第４の電圧検出手段）と、ダブルセル制御手段７１８とを備えて構成されている。
また、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６は、２つの単位変換器（セル）を備えている。すなわち、ハーフブリッジ７０９ｘと、電力供給手段２０４ｘと、逆流防止ダイオード２０５ｘと、電圧検出手段２０６ｘ１、２０６ｘ２とで、一つの単位変換器（第１の単位変換器）を構成している。
また、ハーフブリッジ７０９ｙと、電力供給手段２０４ｙと、逆流防止ダイオード２０５ｙと、電圧検出手段２０６ｙ１、２０６ｙ２とで、もう一つの単位変換器（第２の単位変換器）を構成している。

《ハーフブリッジ》
ハーフブリッジ７０９ｘは、それぞれエミッタとカソードで直列に接続されたＩＧＢＴ２０１ｘｐ（第１のオン・オフ制御デバイス）、ＩＧＢＴ２０１ｘｎ（第２のオン・オフ制御デバイス）と、それぞれの一端で直列に接続されたコンデンサ２０３ｘ１（第１のコンデンサ）、コンデンサ２０３ｘ２（第２のコンデンサ）と、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎにそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード２０２ｘｐ、２０２ｘｎと、機械スイッチ２０７ｘと、を備えて構成されている。
なお、ＩＧＢＴ２０１ｘｐのカソードとコンデンサ２０３ｘ１の他端は接続され、ＩＧＢＴ２０１ｘｎのエミッタとコンデンサ２０３ｘ２の他端は接続されている。
また、機械スイッチ２０７ｘ（第１の機械スイッチ）は、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎの接続点と、コンデンサ２０３ｘ１、コンデンサ２０３ｘ２の接続点との間に設けられている。

ハーフブリッジ７０９ｙは、それぞれエミッタとカソードで直列に接続されたＩＧＢＴ２０１ｙｐ（第３のオン・オフ制御デバイス）、ＩＧＢＴ２０１ｙｎ（第４のオン・オフ制御デバイス）と、それぞれの一端で直列に接続されたコンデンサ２０３ｙ１（第３のコンデンサ）、コンデンサ２０３ｙ２（第４のコンデンサ）と、ＩＧＢＴ２０１ｙｐ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎにそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード２０２ｙｐ、２０２ｙｎと、機械スイッチ２０７ｙと、を備えて構成されている。
なお、ＩＧＢＴ２０１ｙｐのカソードとコンデンサ２０３ｙ１の他端は接続され、ＩＧＢＴ２０１ｙｎのエミッタとコンデンサ２０３ｙ２の他端は接続されている。
また、機械スイッチ２０７ｙ（第２の機械スイッチ）は、ＩＧＢＴ２０１ｙｐ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎの接続点と、コンデンサ２０３ｙ１、コンデンサ２０３ｙ２の接続点との間に設けられている。

ハーフブリッジ７０９ｘのＩＧＢＴ２０１ｘｐのエミッタとＩＧＢＴ２０１ｘｎのカソードとの接続点がハーフブリッジ形ダブルセル７０６の一方の出力端子７０６ｐとなっている。
ハーフブリッジ５０９ｙのＩＧＢＴ２０１ｙｐのエミッタとＩＧＢＴ２０１ｙｎのカソードとの接続点がハーフブリッジ形ダブルセル７０６の他方の出力端子７０６ｎとなっている。
また、コンデンサ２０３ｘ１、コンデンサ２０３ｘ２との接続点と、コンデンサ２０３ｙ１、コンデンサ２０３ｙ２との接続点とが、接続されてｍ点となっている。

ハーフブリッジ７０９ｘは、ＩＧＢＴ２０１ｘｐとＩＧＢＴ２０１ｘｎとをオン・オフして出力端子７０６ｐとコンデンサ２０３ｘとの間で電荷のやり取りをすることによって、等価的に種々の電気的特性を生成する。
同様に、ハーフブリッジ７０９ｙは、ＩＧＢＴ２０１ｙｐとＩＧＢＴ２０１ｙｎとをオン・オフして出力端子７０６ｎとコンデンサ２０３ｙとの間で電荷のやり取りをすることによって、等価的に種々の電気的特性を生成する。
ハーフブリッジ７０９ｘとハーフブリッジ７０９ｙは、ｍ点を共有化しているので、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎ、ＩＧＢＴ２０１ｙｐ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎを、オン・オフして出力端子７０６ｐ、出力端子７０６ｎと、コンデンサ２０３ｘ１、２０３ｘ２、コンデンサ２０３ｙ１、２０３ｙ２との間で電荷のやり取りをすることによって、等価的に種々の電気的特性を生成する。
なお、ハーフブリッジ７０９ｘ、７０９ｙを特に区別する必要がない場合、適宜、単に「ハーフブリッジ７０９」と表記する。

また、オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｘｎのコレクタ・エミッタ間電圧をＶｘｊｋと表記する。
また、ＩＧＢＴ２０１ｙｐのコレクタ・エミッタ間電圧をＶｙｊｋと表記する。これは、ｙ点を基準としたｍ点の電圧をＶｙｊｋと表記することでもある。
ただし、添え字ｊは、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６が属するアームを表わしておりｊ＝ｕｐ、ｕｎ、ｖｐ、ｖｎ、ｗｐ、ｗｎである。また、添え字ｋは、前記アームにおけるハーフブリッジ形ダブルセル７０６の順番を示し、ｋ＝１、２、・・・、Ｎである。
また、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６の出力電圧である出力端子７０６ｐと出力端子７０６ｎ間の電圧Ｖｊｋは、ＶｘｊｋとＶｙｊｋの和である。

なお、ハーフブリッジ７０９ｘとハーフブリッジ７０９ｙとで共有するｍ点は、ダブルセル制御手段７１８の筺体電位ＦＧｊｋ（ＦＧ：Frame Ground、ｊはアーム位置、ｋはハーフブリッジ形ダブルセルの順番）となっている。
図７に示したハーフブリッジ形ダブルセル７０６は、図８に示した電力変換装置８０１おける各ハーフブリッジ形ダブルセル７０６のすべてに用いられる。
このとき、各ハーフブリッジ形ダブルセル７０６のｍ点の電位、すなわち筺体電位ＦＧｊｋは、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６が電力変換装置８０１のどの位置（ｊ，ｋ）に配置されるかによって、異なる。そのため、ｊ，ｋを添え字として筺体電位ＦＧｊｋとして、表記している。

《機械スイッチ》
図７において、機械スイッチ２０７ｘは、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６の一方の出力端子７０６ｐとｍ点との間をオン・オフする。
機械スイッチ２０７ｙは、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６の他方の出力端子７０６ｎとｍ点との間をオン・オフする。
機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙは、例えばコイルを備えた電磁接触器であり、ダブルセル制御手段７１８が、前記のコイルを励磁することでオンして、Ｖｘｊｋ、またはＶｙｊｋを短絡する。
なお、図７では、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙは、それぞれハーフブリッジ７０９ｘ、７０９ｙの構成要素として含まれている。

《電力供給手段》
電力供給手段２０４ｘは、ハーフブリッジ７０９ｘのコンデンサ２０３ｘ１の他端とコンデンサ２０３ｘ２の他端とから電力を受けて、適正な電圧に変換してからダブルセル制御手段７１８に電力を供給する。
電力供給手段２０４ｙは、ハーフブリッジ５０９ｙのコンデンサ２０３ｙ１の他端とコンデンサ２０３ｙ２の他端とから電力を受けて、適正な電圧に変換してからダブルセル制御手段７１８に電力を供給する。
逆流防止ダイオード２０５ｘは、電力供給手段２０４ｘの出力端子に備えられている。
逆流防止ダイオード２０５ｙは、電力供給手段２０４ｙの出力端子に備えられている。
逆流防止ダイオード２０５ｘ、２０５ｙを備える理由は、第１実施形態と同様であって、電力供給手段２０４ｘと電力供給手段２０４ｙの高い方の電圧を出力することと、電圧が低い方への逆流を防止するためである。

《電圧検出手段》
電圧検出手段２０６ｘ１は、ハーフブリッジ７０９ｘのコンデンサ２０３ｘ１の電圧を検出して、ダブルセル制御手段２１８にその電圧検出値を入力している。
電圧検出手段２０６ｘ２は、ハーフブリッジ７０９ｘのコンデンサ２０３ｘ２の電圧を検出して、ダブルセル制御手段２１８にその電圧検出値を入力している。
電圧検出手段２０６ｙ１は、ハーフブリッジ７０９ｙのコンデンサ２０３ｙ１の電圧を検出して、ダブルセル制御手段２１８にその電圧検出値を入力している。
電圧検出手段２０６ｙ２は、ハーフブリッジ７０９ｙのコンデンサ２０３ｙ２の電圧を検出して、ダブルセル制御手段７１８にその電圧検出値を入力している。

《ダブルセル制御手段》
ダブルセル制御手段７１８は、前記したように、電力供給手段２０４ｘと電力供給手段２０４ｙとから、電力（電力エネルギー）を受けて動作するための電源（エネルギー源）としている。

また、ダブルセル制御手段７１８は、前記したように、ハーフブリッジ７０９ｘのコンデンサ２０３ｘ１、２０３ｘ２の電圧検出値と、ハーフブリッジ７０９ｙのコンデンサ２０３ｙ１、２０３ｙ２の電圧検出値と、を入力している。
また、ダブルセル制御手段７１８は、中央制御手段８０８（図８）からの制御指示情報を制御通信線１２８から得ている。
また、ダブルセル制御手段７１８は、各ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのゲート・エミッタ間電圧を制御することで、各ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのオン・オフを制御する。
また、各ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのオン・オフを、制御通信線１２８を介して、中央制御手段８０８（図８）からの制御指示情報に基づいて行う。

また、ダブルセル制御手段７１８は、電圧検出手段２０６ｘ１、２０６ｘ２、２０６ｙ１、２０６ｙ２を用いて検出したコンデンサ２０３ｘ１、２０３ｘ２、２０３ｙ１、２０３ｙ２の電圧ＶＣｘ１、ＶＣｘ２、ＶＣｙ１、ＶＣｙ２を、制御通信線１２８を介して中央制御手段８０８（図８）に伝送する。
また、ダブルセル制御手段７１８は、電圧検出手段２０６ｘ１、２０６ｘ２、２０６ｙ１、２０６ｙ２の電圧検出値によるハーフブリッジ７０９ｘ、ハーフブリッジ７０９ｙが正常か否かの判断情報に基づき、または、中央制御手段８０８の指令に基づき、必要に応じて、機械スイッチ２０７ｘ、もしくは機械スイッチ２０７ｙをオンする。

《電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙの接続について》
図７のハーフブリッジ形ダブルセル７０６における２つの電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙについては、エネルギー源となる入力電力をコンデンサ２０３ｘ１、２０３ｘ２の両端から得ていること以外は、図２Ａのダブルセル１０６における電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙと同じであるので、重複する説明は省略する。
ただし、重要なポイントは、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙのいずれか一つが動作を停止しても、ダブルセル制御手段７１８は動作を継続できるという効果があることである。
そのため、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙを確実にオンできて、オン・オフ制御デバイス２０１のひとつが故障した場合にも、機械スイッチ２０７で短絡して、電力変換装置８０１（図８）全体としては運転を継続できるという利点を有する。

《ハーフブリッジ７０９ｘ、７０９ｙの接続について》
次に、本発明のもう一つの特徴である、ハーフブリッジ７０９ｘ、７０９ｙの接続について説明する。

２つのハーフブリッジ７０９ｘ、７０９ｙはｍ点を共有して接続されている。したがって、ｍ点は２つのハーフブリッジ７０９ｘ、７０９ｙの共通電位である。

例えばｍ点をハーフブリッジ形ダブルセル７０６の筺体電位ＦＧｊｋ（ＦＧ：Frame Ground、ｊはアーム位置、ｋはハーフブリッジ形ダブルセルの順番）に接続し、ダブルセル制御手段７１８もＦＧｊｋに接続すれば、ダブルセル制御手段７１８から各オン・オフ制御デバイス２０１までの電位は、コンデンサ２０３ｘ１、２０３ｘ２、２０３ｙ１、２０３ｙ２の１つ分の電位（ＶＣｘ１、−ＶＣｘ２、ＶＣｙ１、あるいは−ＶＣｙ２）にできる。

また、コンデンサ２０３ｘ１、２０３ｘ２、２０３ｙ１、２０３ｙ２のｍ点に対する電位は変動しないため、コンデンサ２０３ｘ１、２０３ｘ２、２０３ｙ１、２０３ｙ２に接続している電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙの電位も変動しない。
このため、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙに印加されるコモンモードノイズを低減できるという効果が得られる。

＜各オン・オフ制御デバイスのオン・オフ状態と、ハーフブリッジ形ダブルセルの出力電圧Ｖｊｋの関係＞
次に、各オン・オフ制御デバイス２０１のオン・オフ状態と、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６の出力電圧Ｖｊｋの関係について説明する。

まず、ハーフブリッジ７０９ｘの出力電圧Ｖｘｊｋについて説明する。
ＩＧＢＴ２０１ｘｐがオン、ＩＧＢＴ２０１ｘｎがオフの場合、出力電圧Ｖｘｊｋは、コンデンサ２０３ｘ１の電圧ＶＣｘ１と概ね等しくなる。すなわち、概ね、Ｖｘｊｋ＝ＶＣｘ１である。

ＩＧＢＴ２０１ｘｐがオフ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎがオンの場合、出力電圧Ｖｘｊｋは、コンデンサ２０３ｘ２の電圧ＶＣｘ２の逆極性の電圧と概ね等しくなる。すなわち、概ねＶｘｊｋ＝−ＶＣｘ２である。

したがって、オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎを制御することで、出力電圧Ｖｘｊｋを制御できる。

次に、ハーフブリッジ７０９ｙの出力電圧Ｖｙｊｋについて説明する。
ＩＧＢＴ２０１ｙｐがオン、ＩＧＢＴ２０１ｙｎがオフの場合、出力電圧Ｖｙｊｋは、コンデンサ２０３ｙ１の電圧ＶＣｙ１の逆極性の電圧と概ね等しくなる。すなわち、概ねＶｙｊｋ＝−ＶＣｙ１である。

ＩＧＢＴ２０１ｙｐがオフ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎがオンの場合、出力電圧Ｖｙｊｋは、コンデンサ２０３ｙ２の電圧ＶＣｙ２と概ね等しくなる。すなわち、概ねＶｙｊｋ＝ＶＣｙ２である。

したがって、オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｙｐ、２０１ｙｎを制御することで、出力電圧Ｖｙｊｋを制御できる。

ハーフブリッジ形ダブルセル７０６の出力電圧Ｖｊｋは、ＶｘｊｋとＶｙｊｋの和である。
したがって、オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのオン・オフ状態を制御することにより、Ｖｊｋ＝ＶＣｘ１＋ＶＣｙ２、−ＶＣｘ１＋ＶＣｙ２、−ＶＣｘ２−ＶＣｙ１、−ＶＣｘ２＋ＶＣｙ２の４通りに制御できる。

ただし、ＶＣｘ１＝ＶＣｘ２＝ＶＣｙ１＝ＶＣｙ２＝ＶＣである場合は、ＶＣ、０、−ＶＣの３通りに制御できる。

＜第６実施形態の全体の回路構成＞
次に、図８を参照して、第６実施形態の全体構成を説明する。

なお、第１〜第５実施形態とは異なり、第６実施形態の電力変換装置８０１は交直電力変換回路ではない。
前記したように、第６実施形態の電力変換装置８０１は、例えばＳＴＡＴＣＯＭ（Static Synchronous Compensator：静止形無効電力補償装置）として機能する回路である。すなわち、電力変換装置８０１は、交流系統１００に等価的に無効電力を供給し、交流系統１００の力率の改善と、電圧の調整を行う機能を有するものである。
図７のハーフブリッジ７０９ｘ（７０９ｙ）は、ＩＧＢＴ２０１ｘｐとＩＧＢＴ２０１ｘｎ（ＩＧＢＴ２０１ｙｐとＩＧＢＴ２０１ｙｎ）とをオン・オフして出力端子７０６ｐ（出力端子７０６ｎ）とコンデンサ２０３ｘ１、２０３ｘ２（コンデンサ２０３ｙ１、２０３ｙ２）との間で電荷のやり取りをすることによって、等価的に種々の電気的特性を生成する。
図８の電力変換装置は、図７に示した各ハーフブリッジ形ダブルセル７０６を統一的に所定の制御することにより、交流系統１００に無効電力を生成している。

前記したように、図８は、本発明の第６実施形態に係る電力変換装置８０１の回路構成例を示すとともに、交流系統１００との接続を示す図である。
図８に示した電力変換装置８０１の回路構成は、ＭＭＣＣ−ＳＤＢＣ（modular multilevel cascade converter based on single-delta bridge-cells）と呼称されるものである。図８における単位変換器（７０６）に、図７で説明したハーフブリッジ形ダブルセル７０６を用いるのが本発明の第６実施形態に係る電力変換装置８０１の特徴である。
なお、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６は、前記したように２つの単位変換器を有していると説明したが、繰り返せば図７のハーフブリッジ形ダブルセル７０６を図８における単位変換器（７０６）に用いる。

図８において、電力変換装置８０１は、変圧器８０２と、アーム８０４ｕｖ、アーム８０４ｖｗ、アーム８０４ｗｕと、３個のリアクトル８０５と、中央制御手段８０８とを備えている。
電力変換装置８０１は、内部に備えられた変圧器８０２を介して交流系統１００に接続している。
変圧器８０２の交流系統１００側は、例えばΔ結線であり、電力変換装置６０１に備えられたアーム１０４ｕｖ、１０４ｖｗ、１０４ｗｕ側は、例えばΔ結線である。
以下において、便宜上、変圧器８０２の交流系統１００側を１次側あるいは１次巻線、変圧器８０２のアーム８０４ｕｖ、８０４ｖｗ、８０４ｗｕ側を２次側あるいは２次巻線と表記する。

アーム８０４ｕｖと第１のリアクトル８０５は直列に接続され、この直列回路のアーム８０４ｕｖ側の一端は、変圧器８０２の２次側のＶ点に接続され、リアクトル８０５側の他端は、変圧器８０２の２次側のＵ点に接続されている。
アーム８０４ｖｗと第２のリアクトル８０５は直列に接続され、この直列回路のアーム８０４ｖｗ側の一端は、変圧器８０２の２次側のＷ点に接続され、リアクトル８０５側の他端は、変圧器８０２の２次側のＶ点に接続されている。
アーム８０４ｗｕと第３のリアクトル８０３は直列に接続され、この直列回路のアーム８０４ｗｕ側の一端は、変圧器８０２の２次側のＵ点に接続され、リアクトル８０５側の他端は、変圧器８０２の２次側のＷ点に接続されている。

換言すれば、電力変換装置８０１は。アーム８０４ｕｖ、８０４ｖｗ、８０４ｗｕの各々とリアクトル８０５との直列回路でΔ結線を構成した回路を、変圧器８０２を介して交流系統１００に接続した回路である。

アーム８０４ｕｖ、８０４ｖｗ、８０４ｗｕは、それぞれ図７に示したハーフブリッジ形ダブルセル７０６の直列回路である。

また、中央制御手段８０８は、制御通信線１２８を介して、アーム８０４ｕｖ、８０４ｖｗ、８０４ｗｕの各ハーフブリッジ形ダブルセル７０６に備えられたダブルセル制御手段７１８を制御する。
前記したようにダブルセル制御手段７１８は、ダブルセル制御手段７１８に備えられたＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎを中央制御手段８０８の制御指示情報に基づいて行う。
すなわち、中央制御手段８０８は、ダブルセル制御手段７１８を介して、すべてのＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎを統一的に制御する。
また、各ダブルセル制御手段７１８が取得した電圧検出手段２０６ｘ１、２０６ｘ２、２０６ｙ１、２０６ｙ２の電圧検出値は、制御通信線１２８を介して、中央制御手段８０８に集約される。

＜数値解析による説明＞
図８に示した第６実施形態を数値解析によって、より詳しい動作、機能の説明をする。
以下、図８の各部の電圧・電流を定義する。
各アーム８０４ｕｖ、８０４ｖｗ、８０４ｗｕの出力電圧をそれぞれＶｕｖ、Ｖｖｗ、Ｖｗｕと表記することにする。
また、交流系統１００の各相に流れる電流をＩａ、Ｉｂ、Ｉｃ、各アーム８０４ｕｖ、８０４ｖｗ、８０４ｗｕに流れる電流をＩｕｖ、Ｉｖｗ、Ｉｗｕ、変圧器８０２のＵ、Ｖ、Ｗ点に流れる電流をそれぞれＩｕ、Ｉｖ、Ｉｗと表記することにする。

以下、交流系統１００と電力変換装置８０１の電力授受について説明する。
変圧器８０２の２次側のＵ、Ｖ相に着目すると、電流Ｉｕｖは、次に示す（７）式に従う。ただし、ｍは変圧器８０２の変圧比、Ｌはリアクトル８０５のインダクタンスである。
ＶＳａ−ＶＳｂ＝ｍ｛Ｌ×（ｄ／ｄｔ）Ｉｕｖ＋Ｖｕｖ｝ ・・・（７）

同様に、変圧器８０２の２次側のＷ、Ｕ相に着目すると、電流Ｉｗｕは、次に示す（８）式に従う。
ＶＳｃ−ＶＳａ＝ｍ｛Ｌ×（ｄ／ｄｔ）Ｉｗｕ＋Ｖｗｕ｝ ・・・（８）

（７）、（８）式より、出力電圧Ｖｕｖを制御することで電流Ｉｕｖを制御でき、また出力電圧Ｖｗｕを制御することで電流Ｉｗｕを制御できることが分かる。

ここで、変圧器８０２の２次側のＵ点に流れる電流Ｉｕは、
Ｉｕ＝Ｉｕｖ−Ｉｗｕ
である。したがって、電流Ｉｕｖ、Ｉｗｕを制御することで、電流Ｉｕを制御できる。

また、変圧器８０２の１次側のＡ相の電流Ｉａは、変圧器８０２の変圧比をｍとすれば、
Ｉａ＝Ｉｕ／ｍ
である。したがって、電流Ｉｕを制御できれば、電流Ｉａを制御できる。

以上より、アーム８０４ｕｖとアーム８０４ｗｕの出力電圧Ｖｕｖ、Ｖｗｕを制御することで、電流Ｉａを制御できる。
電流Ｉａの振幅と位相を制御すれば、交流系統１００と電力変換装置８０１が授受する電力を制御できる。

以上では、変圧器８０２の１次側のＡ相に着目して説明したが、Ｂ、Ｃ相についても同様に制御可能である。

＜第６実施形態の効果＞
図８に示した第６実施形態は、前記したように、無効電力補償装置（ＳＴＡＴＣＯＭ）として機能する回路であるが、図７に示すハーフブリッジ形ダブルセル７０６を用いることによって、電力変換装置の第１実施形態と同様に、１つの単位変換器の故障時にも、ダブルセル制御手段７１８（図７）の動作を継続できるという効果を得られる。
したがって、無効電力補償装置として動作の信頼性が向上する効果がある。

≪第７実施形態≫
本発明の第７実施形態に係る電力変換装置ついて以下に説明する。
図９は、本発明の第７実施形態に係る電力変換装置が備える２つの単位変換器（９１１、９１２）によるセル群の回路構成例とそれら単位変換器の関連を示す図である。
なお、図９に示す２つの単位変換器によるセル群を備える電力変換装置の回路構成は、図１の回路を準用するものとする。すなわち、電力変換装置としては図１の回路構成であって、図１のダブルセル１０６の箇所に図９に示した回路を用いるものである。
図９のセル群の回路構成は、単位変換器９１１と単位変換器９１２とセル制御手段９２８とを備えて構成されている。

単位変換器９１１は、双方向チョッパ９０９ｘと、電力供給手段２０４ｘと、逆流防止ダイオード２０５ｘと、電圧検出手段２０６ｘとを備えて構成されている。
また、単位変換器９１２は、双方向チョッパ９０９ｙと、電力供給手段２０４ｙと、逆流防止ダイオード２０５ｙと、電圧検出手段２０６ｙとを備えて構成されている。
単位変換器９１１と単位変換器９１２とは、同一の構成である。

双方向チョッパ９０９ｘは、それぞれエミッタとカソードで直列に接続されたＩＧＢＴ（オン・オフ制御デバイス）２０１ｘｐ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎと、この接続点と反対側のＩＧＢＴ２０１ｘｐのカソードとＩＧＢＴ２０１ｘｎのエミッタとの間に接続されたコンデンサ（エネルギー貯蔵素子）２０３ｘと、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎにそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード２０２ｘｐ、２０２ｘｎと、ＩＧＢＴ２０１ｘｎのエミッタとカソード間に接続された機械スイッチ２０７ｘと、を備えて構成されている。
なお、ＩＧＢＴ２０１ｘｎのカソードとエミッタに、それぞれ出力端子９１１ｐ、９１１ｎを有している。

双方向チョッパ９０９ｙは、それぞれエミッタとカソードで直列に接続されたＩＧＢＴ２０１ｙｐ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎと、この接続点と反対側のＩＧＢＴ２０１ｙｐのカソードとＩＧＢＴ２０１ｙｎのエミッタとの間に接続されたコンデンサ２０３ｙと、ＩＧＢＴ２０１ｙｐ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎにそれぞれ逆並列に接続された還流ダイオード２０２ｙｐ、２０２ｙｎと、ＩＧＢＴ２０１ｙｎのエミッタとカソード間に接続された機械スイッチ２０７ｙと、を備えて構成されている。
なお、ＩＧＢＴ２０１ｙｎのカソードとエミッタに、それぞれ出力端子９１２ｐ、９１２ｎを有している。
また、双方向チョッパ９０９ｘの出力端子９１１ｎと双方向チョッパ９０９ｙの出力端子９１２ｐとは接続されている。この接続により、２個の単位変換器９１１、９１２の出力端子は直列に接続される。
また、双方向チョッパ９０９ｘの出力端子９１１ｐと双方向チョッパ９０９ｙの出力端子９１２ｎが、図１におけるダブルセル１０６の２本の出力端子に相当する。

第７実施形態の図９における電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙと電圧検出手段２０６ｘ、２０６ｙは、第１実施形態の図１における電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙ、電圧検出手段２０６ｘ、２０６ｙと、それぞれ同じ構成、機能であるので重複する説明は省略する。

セル制御手段９２８は、双方向チョッパ９０９ｘにおけるＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎと、機械スイッチ２０７ｘ、および双方向チョッパ９０９ｙにおけるＩＧＢＴ２０１ｙｐ、２０１ｙｎと、機械スイッチ２０７ｙのそれぞれのオン・オフを制御している。
また、セル制御手段９２８には、電力供給手段２０４ｘの出力電圧Ｖｐｓｘと、電力供給手段２０４ｙの出力電圧Ｖｐｓｙが、それぞれ逆流防止ダイオード２０５ｘと逆流防止ダイオード２０５ｙを介して、並列接続され出力電圧Ｖｐｓとして、入力している。
また、セル制御手段９２８には、電圧検出手段２０６ｘ、２０６ｙが、それぞれ検出した双方向チョッパ９０９ｘのコンデンサ２０３ｘの電圧検出値と、双方向チョッパ９０９ｙのコンデンサ２０３ｙの電圧検出値とを入力している。
また、セル制御手段９２８は、中央制御手段１０８（図１）に制御通信線１２８を介して、前記の電圧検出値を送る。また、セル制御手段９２８は、中央制御手段１０８（図１）から双方向チョッパ９０９ｘ、９０９ｙにおけるＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎのオン・オフの制御指示情報を、制御通信線１２８を介して、得ている。

以上の第７実施形態である図９の単位変換器９１１と単位変換器９１２によるセル群の回路構成は、第１実施形態の図２Ａに示したダブルセル１０６の構成とは、主に次の点に相違がある。すなわち、共通電位をとっていないこと、および単位変換器９１１と単位変換器９１２が同一の回路構成であることである。
このように、第１実施形態の図２Ａと異なる第７実施形態の図９の回路構成でも、セル制御手段９２８の電源確保に有効であること、およびオン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎの制御によって、単位変換器９１１の出力電圧Ｖｘｊｋと、単位変換器９１２の出力電圧Ｖｙｊ（ｋ＋１）の制御が可能であることを次に説明する。
なお、図９の回路構成においては、２個の単位変換器９１１と単位変換器９１２があるという意味で単位変換器９１１にはアームにおける単位変換器の位置をｋ番目とし、単位変換器９１２にはアームにおける単位変換器の位置を（ｋ＋１）番目としている。
そのため、前記のように、単位変換器９１１の出力電圧Ｖｘｊｋに対して、単位変換器９１２の出力を出力電圧Ｖｙｊ（ｋ＋１）として、異なるアームにおける単位変換器の位置の番号を割り当てた表記となっている。

《電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙの接続》

図９において、前記したように、電力供給手段２０４ｘの出力の電圧Ｖｐｓｘと電力供給手段２０４ｙの出力の電圧Ｖｐｓｙは、それぞれ逆流防止ダイオード２０５ｘと、逆流防止ダイオード２０５ｙとを介して突き合わされ（並列に接続され）、電圧Ｖｐｓを得る。
すなわち、電圧Ｖｐｓは電圧Ｖｐｓｘと電圧Ｖｐｓｙのうち高い方の電圧となる。電圧Ｖｐｓは、セル制御手段９２８に自給の電源電圧として供給される。

例えば、電力供給手段２０４ｘが故障、あるいは、コンデンサ２０３ｘが放電し、電圧が零となると、電力供給手段２０４ｘは、動作を停止し、Ｖｐｓｘは零となる。
しかし、電力供給手段２０４ｙが正常であれば、セル制御手段９２８の電源電圧Ｖｐｓは，Ｖｐｓ＝Ｖｐｓｙに維持できるため、セル制御手段９２８は動作を継続できる。

また、逆に電力供給手段２０４ｙが故障、あるいはコンデンサ２０３ｙが放電し、電圧が零となった場合も同様に、電力供給手段２０４ｘが正常であれば、Ｖｐｓ＝Ｖｐｓｘに維持できる。
したがって、本発明の第７実施形態では、１つの電力供給手段２０４（２０４ｘ、２０４ｙ）が動作を停止しても、セル制御手段９２８は動作を継続できるという効果を得られる。
すなわち、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙのいずれかが停止しても、セル制御手段９２８に電源を供給できるので、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙを確実にオンできる（コイルを励磁できる）という効果が得られる。

そのため、図９に示した２個の単位変換器をアームに用いた電力変換装置１０１（図１）は、例えば、図９における１つのオン・オフ制御デバイスが故障した場合には、該オン・オフ制御デバイスを含む双方向チョッパ９０９ｘ、９０９ｙのいずれかを、機械スイッチ２０７ｘ、機械スイッチ２０７ｙのいずれかで短絡して、電力変換装置１０１（図１）の全体としては運転を継続できるという利点を有する。

《双方向チョッパの出力電圧》
以下、各オン・オフ制御デバイスであるＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎのオン・オフ状態と、双方向チョッパ９０９ｘの出力電圧Ｖｘｊｋの関係を説明する。
なお、ＩＧＢＴ２０１ｘｎのコレクタ・エミッタ間電圧をＶｘｊｋと表記する。
また、ＩＧＢＴ２０１ｙｎのコレクタ・エミッタ間電圧をＶｘｊ（ｋ＋１）と表記する。
また、コンデンサ２０３ｘの両端の電圧をＶＣｊｋと表記する。
また、コンデンサ２０３ｙの両端の電圧をＶＣｊ（ｋ＋１）と表記する。
以上において、添え字ｊは、単位変換器（９１１、９１２）が属するアームを表わしておりｊ＝ｕｐ、ｕｎ、ｖｐ、ｖｎ、ｗｐ、ｗｎである。また、添え字ｋは、該アームにおける該単位変換器の順番を示し、ｋ＝１、２、・・・、Ｎである。

図９において、ＩＧＢＴ２０１ｘｐがオン、ＩＧＢＴ２０１ｘｎがオフの場合、Ｖｘｊｋはコンデンサ２０３ｘの電圧ＶＣｊｋと概ね等しくなる。すなわち、概ねＶｘｊｋ＝ＶＣｊｋである。
また、ＩＧＢＴ２０１ｘｐがオフ、ＩＧＢＴ２０１ｘｎがオンの場合、Ｖｘｊｋは概ね零となる。すなわち、概ねＶｘｊｋ＝０である。
したがって、ＩＧＢＴ２０１ｘｐ、２０１ｘｎを制御することで、Ｖｘｊｋを制御できる。

同様に、図９において、ＩＧＢＴ２０１ｙｐがオン、ＩＧＢＴ２０１ｙｎがオフの場合、Ｖｙｊ（ｋ＋１）はコンデンサ２０３ｙの電圧ＶＣｊ（ｋ＋１）と概ね等しくなる。すなわち、概ねＶｙｊ（ｋ＋１）＝ＶＣｊ（ｋ＋１）である。
また、ＩＧＢＴ２０１ｙｐがオフ、ＩＧＢＴ２０１ｙｎがオンの場合、Ｖｙｊ（ｋ＋１）は概ね零となる。すなわち、概ねＶｙｊ（ｋ＋１）＝０である。
したがって、ＩＧＢＴ２０１ｙｐ、２０１ｙｎを制御することで、Ｖｙｊ（ｋ＋１）を制御できる。

すなわち、図１において、ダブルセル１０６の箇所に、図９に示した２個の単位変換器９１１と単位変換器９１２とセル制御手段９２８とによる回路を用いて、図１の中央制御手段１０８で、図９のセル制御手段９２８をそれぞれ制御すれば、ある単位変換器が故障した場合においても、他の健全な単位変換器が、該故障した単位変換器の出力電圧を分担して肩代わりすることによって、電力変換装置（ＭＭＣ）全体としての運転を継続できるという効果がある。
また、一つの電力供給手段２０４（２０４ｘ、２０４ｙ）が動作を停止しても、セル制御手段９２８は動作を継続できるので、信頼性が高いという効果がある。
なお、電力変換装置（１０１）としては、図１の回路構成で説明をしたが、図３、図４、図５、図６の回路構成に、図９に示した２個の単位変換器９１１と単位変換器９１２とセル制御手段９２８とによる回路を適用してもよい。

≪第８実施形態≫
本発明の第８実施形態に係る電力変換装置ついて以下に説明する。
図１０は、本発明の第７実施形態に係る電力変換装置が備える３つの単位変換器（９１１、９１２、９１３）によるセル群の回路構成例とそれら単位変換器の関連を示す図である。
なお、図１０に示す３つの単位変換器によるセル群を備える電力変換装置の回路構成は、図１の回路を準用するものとする。
図１０において、図９に示した２個の単位変換器９１１、９１２に対して、さらに単位変換器９１３を備えたものである。
単位変換器９１３は、双方向チョッパ９０９ｚと、電力供給手段２０４ｚと、逆流防止ダイオード２０５ｚと、電圧検出手段２０６ｚとを備えて構成されている。
単位変換器９１３の回路構成は、単位変換器９１１、あるいは、単位変換器９１２と同じ構成である。

また、双方向チョッパ９０９ｘの出力端子９１１ｎと双方向チョッパ９０９ｙの出力端子９１２ｐとは接続されている。双方向チョッパ９０９ｙの出力端子９１２ｎと双方向チョッパ９０９ｚの出力端子９１３ｐとは接続されている。この接続により、３個の単位変換器９１１、９１２、９１３の出力端子は直列に接続される。
また、双方向チョッパ９０９ｘの出力端子９１１ｐと双方向チョッパ９０９ｚの出力端子９１３ｎが、図１におけるダブルセル１０６の２本の出力端子に相当する。

第８実施形態の図１０における電力供給手段２０４ｚと電圧検出手段２０６ｚは、第７実施形態の図１０における電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙ、電圧検出手段２０６ｘ、２０６ｙと、それぞれ同じ構成、機能であるので重複する説明は省略する。

セル制御手段９３８は、双方向チョッパ９０９ｘ、９０９ｙと同様に、双方向チョッパ９０９ｚにおけるＩＧＢＴ２０１ｚｐ、２０１ｚｎと、機械スイッチ２０７ｚのオン・オフを制御している。
また、セル制御手段９３８には、電力供給手段２０４ｚの出力電圧Ｖｐｓｚが、電力供給手段２０４ｘの出力電圧Ｖｐｓｘと、電力供給手段２０４ｙの出力電圧Ｖｐｓｙとともに、それぞれ逆流防止ダイオード２０５ｚとダイオード２０５ｘとダイオード２０５ｙを介して、並列接続され出力電圧Ｖｐｓとして、入力している。
また、セル制御手段９３８には、電圧検出手段２０６ｚが、検出した双方向チョッパ９０９ｚのコンデンサ２０３ｚの電圧検出値を入力している。

以上の構成により、本発明の第８実施形態では、１つの電力供給手段２０４（２０４ｘ、２０４ｙ、２０４ｚ）が動作を停止しても、セル制御手段９３８は動作を継続できるという効果を得られる。
すなわち、電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙ、２０４ｚのいずれかが停止しても、セル制御手段９３８に電源を供給できるので、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙ、２０７ｚを確実にオンできる（コイルを励磁できる）という効果が得られる。

そのため、図１０に示した３個の単位変換器をアームに用いた電力変換装置１０１（図１）は、例えば、図１０における１つのオン・オフ制御デバイスが故障した場合には、該オン・オフ制御デバイスを含む双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙ、２０９ｚのいずれかを、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙ、２０７ｚのいずれかで短絡して、電力変換装置１０１（図１）の全体としては運転を継続できるという利点を有する。

前記の第７実施形態においては２個の単位変換器が２個の電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙがセル制御手段９２８に電源電力を供給しているのに対し、この第８実施形態においては、３個の単位変換器が３個の電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙ、２０４ｚがセル制御手段９３８に電源電力を供給している。
したがって、３個の電力供給手段２０４ｘ、２０４ｙ、２０４ｚからセル制御手段９３８に電源電力を供給される第８実施形態の方が、第７実施形態よりも、電力供給手段に関連する異常に対しては、より信頼性が高い。

≪その他の実施形態≫
以上、本発明は、前記した実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以下に、その他の実施形態や変形例について、さらに説明する。

《交流系統１００への接続》

第１実施形態では、図１に示したように、交流系統１００と電力変換装置１０１が直接接続しているが、交流系統１００と電力変換装置１０１の間に変圧器を設けても、第１実施形態で説明した同様の効果を得られる。
また、逆に第６実施形態では、図８に示したように、変圧器８０２を介して交流系統１００に接続しているが、変圧器８０２を用いることなく、各アーム８０４ｕｖ、８０４ｖｗ、８０４ｗｖとリアクトル８０５の直列回路が、直接に交流系統１００に接続する場合にも、第６実施形態で説明した同様の効果が得られる。

《ハーフブリッジの組数について》
図８に示した第６実施形態において、ハーフブリッジ形ダブルセル７０６（図７）の構成を２つのハーフブリッジ７０９ｘ、７０９ｙの組としたが、これに限定されない。
３つ以上のハーフブリッジ７０９を１組とする場合にも、本発明の効果を得ることができる。

《双方向チョッパの組数について》
図１に示した第１実施形態、図３に示した第２実施形態、および図６に示した第５実施形態において、ダブルセル１０６の構成を２つの双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙの組としたが、これに限定されない。
３つ以上の双方向チョッパ２０９を１組とする場合にも、本発明の効果を得ることができる。

《セル群を構成する単位変換器の個数》
第７実施形態の図９においては、単位変換器が２個、第８実施形態の図１０においては、単位変換器が３個でセル群を構成する回路例を示したが、これらの単位変換器の個数に限定されない。単位変換器が４個以上で構成してもよい。構成する単位変換器の数が大きい程、一つの電力供給手段の故障に対する信頼性は向上する。
また、図９、図１０のセル群を構成する単位変換器の個数は、必ずしも同一の個数に限定されない。単位変換器が２個で構成されたセル群と、単位変換器が３個で構成されたセル群が混在してもよい。この場合には、アームにおいて単位変換器の数が奇数や素数を含めて任意の個数の場合においても、適用できて、前記した本発明の実施形態の効果と同様の効果が得られる。

《機械スイッチの配置》
第１実施形態におけるダブルセルの構成を示した図２Ａでは、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙは、双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙには含まれていない。
一方、第７実施形態における２個の単位変換器の構成を示した図９では、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙは、双方向チョッパ９０９ｘ、９０９ｙに含まれて配置されている。
すなわち、機械スイッチが双方向チョッパに含まれているか、独立しているかは本質的な問題ではない。
そのため、図２Ａでは、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙを、双方向チョッパ２０９ｘ、２０９ｙにそれぞれ含まれている回路構成も可能である。
また、図９において、機械スイッチ２０７ｘ、２０７ｙを、双方向チョッパ９０９ｘ、９０９ｙから除いて、独立させた回路構成も可能である。

《オン・オフ制御デバイス、エネルギー貯蔵素子》
第１実施形態において、オン・オフ制御デバイス（スイッチング素子）としてＩＧＢＴで説明したが、ＩＧＢＴに限定されない。例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）、スーパージャンクションＭＯＳＦＥＴ、バイポーラトランジスタ、ＢｉＣＭＯＳ（バイポーラCMOS）、サイリスタ、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）、ＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）等のスイッチング素子でもよい。
また、エネルギー貯蔵素子として単にコンデンサとして説明したが、各種のコンデンサ、および等価の機能を有する素子であればよい。

第２実施形態を示した図３において、変圧器３０２の２次側の巻線を千鳥結線の場合について説明したが、変圧器３０２の２次側の巻線をＹ結線とした場合についても、ダルセル１０６（図２Ａ）を用いる効果のある電力変換装置となる。
すなわち、図３において、変圧器３０２の２次側の巻線をＹ結線とした回路図の構成の電力変換装置も有効である。
同様に、第３実施形態として示した図４の変圧器４０２の２次側をＹ結線とした場合についても、ダルセル１０６（図２Ａ）を用いる効果のある電力変換装置となる。
また、同様に、第４実施形態として示した図５の変圧器５０２の２次側をＹ結線とした場合についても、ダルセル１０６（図２Ａ）を用いる効果のある電力変換装置となる。

《ハーフブリッジ形ダブルセルの他の装置への応用》
第６実施形態では、図８に示したＭＭＣＣ−ＳＤＢＣ（modular multilevel cascade converter based on single-delta bridge-cells）の装置の単位変換器をハーフブリッジ形ダブルセル７０６とした場合を説明した。
しかし、単位変換器をハーフブリッジ形ダブルセル７０６とするのは、前記のＭＭＣＣ−ＳＤＢＣ（３つのアームをΔ結線）に限定されない。
３つのアームをＹ結線しているＭＭＣＣ−ＳＳＢＣ（modular multilevel cascade converter based on single-star bridge-cells）の単位変換器をハーフブリッジ形ダブルセル７０６とした場合にも、本発明の効果を得られる。

《交流の相数》
図１、図３、図４の電力変換装置は、三相交流を直流に電力変換している回路構成であるが、三相に限定されない。すなわち、単相（一相）でも二相でもよい。また、四相以上でもよい。

１００ 交流系統
１０１、３０１、４０１、５０１、６０１、８０１ 電力変換装置
１０３ 直流装置
１０４、１０４ｕ、１０４ｖ、１０４ｗ、１０４ｕｐ、１０４ｕｎ、１０４ｖｐ、１０４ｖｎ、１０４ｗｐ、１０４ｗｎ、８０４ｕｖ、８０４ｖｗ、８０４ｗｕ アーム
１０５、８０５ リアクトル、バッファリアクトル
１０６ ダブルセル
１０８、３０８、４０８、５０８、６０８、８０８ 中央制御手段
１２８ 制御通信線
２０１、２０１ｘｐ、２０１ｘｎ、２０１ｙｐ、２０１ｙｎ、２０１ｚｐ、２０１ｚｎ、１００５ ＩＧＢＴ、オン・オフ制御デバイス
２０２ｘｐ、２０２ｘｎ、２０２ｙｐ、２０２ｙｎ、２０２ｚｐ、２０２ｚｎ 環流ダイオード
２０３、２０３ｘ、２０３ｙ、２０３ｘ１、２０３ｘ２、２０３ｙ１、２０３ｙ２、２０３ｚ、１００３、１００７ コンデンサ（エネルギー貯蔵素子）
２０４、２０４ｘ、２０４ｙ、２０４ｚ 電力供給手段
２０５、２０５ｘ、２０５ｙ、２０５ｚ 逆流防止ダイオード
２０６ｘ、２０６ｙ、２０６ｘ１、２０６ｘ２、２０６ｙ１、２０６ｙ２、２０６ｚ 電圧検出手段
２０７ｘ、２０７ｙ、２０７ｚ 機械スイッチ
２１８、７１８ ダブルセル制御手段
２０９、２０９ｘ、２０９ｙ、９０９ｘ、９０９ｙ、９０９ｚ 双方向チョッパ（単位変換器）
３０２、４０２、５０２、６０２、８０２、１００６ 変圧器
７０６ ハーフブリッジ形ダブルセル、ダブルセル
７０９ｘ、７０９ｙ ハーフブリッジ
９１１、９１２、９１３ 単位変換器
９２８、９３８ セル制御手段
１００１ 抵抗
１００２ ツェナーダイオード
１００４ａ、１００４ｂ ダイオード

Claims (15)

1. オン・オフ制御デバイスとエネルギー貯蔵素子を有する単位変換器を少なくとも２つ以上直列接続したアームと、
   前記２つ以上の単位変換器がそれぞれの前記エネルギー貯蔵素子から制御用電力を得る２つ以上の電力供給手段と、
   を備え、
   前記２つ以上の電力供給手段のそれぞれの出力端子がそれぞれのダイオードを介して並列に接続されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
2. 請求項１において、
   前記２つ以上の単位変換器がそれぞれ生成する所定の共通電位を共有して接続され、
   前記オン・オフ制御デバイスのオン・オフに関わらず、前記エネルギー貯蔵素子の少なくとも１端子の電位が前記共通電位を基準として安定している
   ことを特徴とする電力変換装置。
3. 請求項１または請求項２において、
   前記エネルギー貯蔵素子がコンデンサである
   ことを特徴とする電力変換装置。
4. 請求項３において、
   前記２つ以上の単位変換器が双方向チョッパを備えて構成され、
   前記２つ以上の双方向チョッパに具備される前記コンデンサの少なくとも１端子が互いに電気的に接続されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
5. 請求項３において、
   前記２つ以上の単位変換器がハーフブリッジを備えて構成され、
   前記２つ以上のハーフブリッジに具備される前記コンデンサの少なくとも１端子が互いに電気的に接続されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
6. 請求項４において、
   前記アームを６つ備えて構成され、
   当該の各アームに少なくとも１つのリアクトルを直列接続された回路が三相ブリッジ状に接続されている
   ことを特徴とする電力変換装置。
7. 請求項４において、
   第１、第２の巻線を有する変圧器と、
   ３つの前記アームと、
   を備え、
   前記変圧器の第１の巻線に交流系統あるいは交流負荷が接続され、
   前記変圧器の第２の巻線は千鳥結線で構成され、
   前記３つのアームの一端を前記変圧器の第２の巻線の千鳥結線の各端子にそれぞれ接続され、前記３つのアームの他端を第１の直流端子に接続され、
   前記千鳥結線の中性点が第２の直流端子に接続される
   ことを特徴とする電力変換装置。
8. 請求項４において、
   第１、第２の巻線を有する変圧器と、
   ３つの正側の前記アームと、３つの負側の前記アームと、
   を備え、
   前記変圧器の第１の巻線に交流系統あるいは交流負荷が接続され、
   前記変圧器の第２の巻線は千鳥結線で構成され、
   前記３つの正側のアームの一端を前記変圧器の第２の巻線の正側の千鳥結線の各端子にそれぞれ接続され、前記３つの正側のアームの他端を第１の直流端子に接続され、
   前記３つの負側のアームの一端を前記変圧器の第２の巻線の負側の千鳥結線の各端子にそれぞれ接続され、前記３つの負側のアームの他端を第２の直流端子に接続される
   ことを特徴とする電力変換装置。
9. 請求項４に記載の電力変換装置であって、
   第１、第２、第３の巻線を有する変圧器と、
   ６つの前記アームと、
   を備え、
   前記変圧器の第１の巻線に交流系統あるいは交流負荷が接続され、
   前記変圧器の第２、第３の巻線はそれぞれＹ結線で構成され、該Ｙ結線の中性点が互いに接続され、
   前記６つのアームの内の３つのアームの一端を前記変圧器の第２の巻線のＹ結線の各端子にそれぞれ接続され、前記３つのアームの他端を第１の直流端子に接続され、
   前記６つのアームの内の他の３つのアームの一端を前記変圧器の第３の巻線のＹ結線の各端子にそれぞれ接続され、前記他の３つのアームの他端を第２の直流端子に接続される
   ことを特徴とする電力変換装置。
10. 請求項５に記載の電力変換装置であって、
    ３つの前記アームを備え、
    該３つのアームをΔ結線またはＹ結線の構成にして、
    前記Δ結線またはＹ結線の各端子が交流系統に接続される
    ことを特徴とする電力変換装置。
11. 請求項５に記載の電力変換装置であって、
    第１、第２の巻線を有する変圧器と、
    ３つの前記アームにリアクトルをそれぞれ直列に接続された３つの直列回路と、
    を備え、
    前記３つの直列回路をΔ結線の構成にして、該Δ結線の各端子が前記変圧器の第２の巻線に接続され、
    前記変圧器の第１の巻線の各端子が交流系統に接続される
    ことを特徴とする電力変換装置。
12. 請求項５に記載の電力変換装置であって、
    第１、第２の巻線を有する変圧器と、
    ３つの前記アームと、
    を備え、
    前記３つのアームをＹ結線の構成にして、該Ｙ結線の各端子が前記変圧器の第２の巻線に接続され、
    前記変圧器の第１の巻線の各端子が交流系統に接続される
    ことを特徴とする電力変換装置。
13. 直列に接続された第１、第２のオン・オフ制御デバイスと該第１、第２のオン・オフ制御デバイスの直列回路の両端に接続された第１のコンデンサとを有する第１の双方向チョッパと、
    前記第１のコンデンサから電力を受けて所定の電圧に変換して出力する第１の電力供給手段と、
    前記第２のオン・オフ制御デバイスの両端を短絡する第１の機械スイッチと、
    前記第１の電力供給手段の出力端子に接続された第１の逆流防止ダイオードと、
    前記第１のコンデンサの両端の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
    を具備する第１の単位変換器と、
    直列に接続された第３、第４のオン・オフ制御デバイスと該第３、第４のオン・オフ制御デバイスの直列回路の両端に接続された第２のコンデンサとを有する第２の双方向チョッパと、
    前記第２のコンデンサから電力を受けて所定の電圧に変換して出力する第２の電力供給手段と、
    前記第３のオン・オフ制御デバイスの両端を短絡する第２の機械スイッチと、
    前記第２の電力供給手段の出力端子に接続された第２の逆流防止ダイオードと、
    前記第２のコンデンサの両端の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
    を具備する第２の単位変換器と、
    前記第１、第２、第３、第４のオン・オフ制御デバイス、および前記第１、第２の機械スイッチのオン・オフを制御するダブルセル制御手段と、
    を備え、
    前記第１のコンデンサの一端と前記第２のコンデンサの一端とが共有点として接続され、
    前記第１の電力供給手段の出力端子と前記第２の電力供給手段の出力端子とが前記第１の逆流防止ダイオードと前記第２の逆流防止ダイオードとを介して並列に接続されて、前記ダブルセル制御手段の電源端子に接続され、
    前記第１、第２の電圧検出手段のそれぞれの電圧検出値が前記ダブルセル制御手段に入力され、
    前記第１、第２のオン・オフ制御デバイスの接続点と、前記第２、第３のオン・オフ制御デバイスの接続点とが出力端子となる
    ことを特徴とするダブルセル。
14. 直列に接続された第１、第２のオン・オフ制御デバイスと該第１、第２のオン・オフ制御デバイスの直列回路の両端に接続された第１、第２のコンデンサの直列回路と前記第１、第２のオン・オフ制御デバイスの接続点と前記第１、第２のコンデンサの接続点との間に接続された第１の機械スイッチとを有する第１のハーフブリッジと、
    前記第１、第２のコンデンサの直列回路の両端から電力を受けて所定の電圧に変換して出力する第１の電力供給手段と、
    該第１の電力供給手段の出力端子に接続された第１の逆流防止ダイオードと、
    前記第１のコンデンサの両端の電圧を検出する第１の電圧検出手段と、
    前記第２のコンデンサの両端の電圧を検出する第２の電圧検出手段と、
    を具備する第１の単位変換器と、
    直列に接続された第３、第４のオン・オフ制御デバイスと該第３、第４のオン・オフ制御デバイスの直列回路の両端に接続された第３、第４のコンデンサの直列回路と前記第３、第４のオン・オフ制御デバイスの接続点と前記第３、第４のコンデンサの接続点との間に接続された第２の機械スイッチとを有する第２のハーフブリッジと、
    前記第３、第４のコンデンサの直列回路の両端から電力を受けて所定の電圧に変換して出力する第２の電力供給手段と、
    該第２の電力供給手段の出力端子に接続された第２の逆流防止ダイオードと、
    前記第３のコンデンサの両端の電圧を検出する第３の電圧検出手段と、
    前記第４のコンデンサの両端の電圧を検出する第４の電圧検出手段と、
    を具備する第２の単位変換器と、
    前記第１、第２、第３、第４のオン・オフ制御デバイス、および前記第１、第２の機械スイッチのオン・オフを制御するダブルセル制御手段と、
    を備え、
    前記第１、第２のコンデンサの接続点と前記第３、第４のコンデンサの接続点とが共有点として接続され、
    前記第１の電力供給手段の出力端子と前記第２の電力供給手段の出力端子とが前記第１の逆流防止ダイオードと前記第２の逆流防止ダイオードとを介して並列に接続されて、前記ダブルセル制御手段の電源端子に接続され、
    前記第１、第２、第３、第４の電圧検出手段のそれぞれの電圧検出値が前記ダブルセル制御手段に入力し、
    前記第１、第２のオン・オフ制御デバイスの接続点と、前記第２、第３のオン・オフ制御デバイスの接続点とが出力端子となる
    ことを特徴とするダブルセル。
15. 請求項１３または請求項１４のダブルセルを備えた電力変換装置。

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