JP2021078328A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、軽負荷状態や無負荷状態であっても安定して運転を継続することができる電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】電力変換装置１は、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ，及び交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎを有する下アーム３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎと、交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎに直列接続された交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐ及び交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐに直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉを有する上アーム３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐとをそれぞれ有する複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗと、複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの両端の間を接続して設けられた導電部材３２とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、有効電力及び無効電力の少なくとも一方を供給する電力変換装置に関する。

電力系統の品質維持のため、無効電力を補償する電力変換装置が運用されている。このような電力変換装置の大容量化が望まれている。自己消弧形の半導体スイッチ素子を用いることによって小型化を図りつつ、大容量化を実現することができる電力変換方式として、モジュラーマルチレベルカスケード変換器の実用化が進められている（例えば、特許文献１及び２並びに非特許文献１）。

特開２０１２−４４８３９号公報 特開２０１７−１４３６２６号公報

Ｈ．アカギ（Ｈ．Ａｋａｇｉ）著、「（Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒｓ： Ｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ）」，（米国），米国電気電子学会誌（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ），ｐｐ２０４８−２０６５，Ｖｏｌｕｍｅ：１０５，Ｉｓｓｕｅ：１１，Ｎｏｖ．２０１７

本発明の目的は、軽負荷状態や無負荷状態であっても安定して運転を継続することができる電力変換装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の一態様による電力変換装置は、直列接続された第一電力変換回路セル及び第一コイルを有する第一アームと、前記第一コイルに直列接続された第二コイル及び前記第二コイルに直列接続された第二電力変換回路セルを有する第二アームとをそれぞれ有する複数のレグと、前記複数のレグの両端の間を接続して設けられた導電部材とを備え、前記第一電力変換回路セル及び前記第二電力変換回路セルは、直列接続された２個の半導体スイッチと、前記２個の半導体スイッチに並列接続された蓄電素子とを有する。

本発明の一態様によれば、軽負荷状態や無負荷状態であっても安定して運転を継続することができる。

本発明の第１実施形態による電力変換装置の概略構成を示す回路ブロック図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置に備えられた複数のレグのそれぞれに設けられた電力変換回路セルの概略構成を示す回路図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置の概略構成を示す簡易ブロック図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置に備えられた制御装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置に備えられた制御装置に設けられた電流抑制部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態による電力変換装置に備えられた制御装置に設けられたアーム電圧指令値生成部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による電力変換装置に備えられた制御装置に設けられた電流抑制部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態による電力変換装置に備えられた制御装置に設けられた電流抑制部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態による電力変換装置に備えられた制御装置に設けられた電流抑制部の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第５実施形態による電力変換装置に備えられた複数のレグのそれぞれに設けられた電力変換回路セルの概略構成を示す回路図である。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態による電力変換装置について図１から図６を用いて説明する。本実施形態による電力変換装置について、電力系統向けの自励式静止形無効電力補償装置（（Ｓｔａｔｉｃ Ｖａｒ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ：ＳＴＡＴＣＯＭ）の用途を想定した場合の二重スターブリッジセル型（Ｄｏｕｂｌｅ Ｓｔａｒ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｅｌｌｓ：ＤＳＢＣ）の三相モジュラーマルチレベル変換器（以下、「モジュラーマルチレベル変換器」を「ＭＭＣＣ」と略記する場合がある）を例にとって説明する。

（電力制御システム）
本実施形態による電力変換装置が用いられる電力制御システムについて図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による電力変換装置１が用いられる電力制御システムＰＳの概略構成を示す回路ブロック図である。

図１に示すように、電力制御システムＰＳは、三相電力系統２と、三相電力系統２から供給される電力を電源として動作する負荷装置（不図示）と、三相電力系統２に連系する電力変換装置１とを備えている。三相電力系統２は、三相の交流電力を生成する三相交流電源２１と、三相交流電源２１で生成された電力が供給されるケーブル２２とを有している。三相交流電源２１は、Ｕ相の交流電力を供給するＵ相交流電源２１１と、Ｖ相交流電力を供給するＶ相交流電源２１２と、Ｗ相交流電力を供給するＷ相交流電源２１３とを有している。ケーブル２２は、Ｕ相交流電源で生成されたＵ相の交流電力が供給されるＵ相ケーブル２２１と、Ｖ相交流電源２１２で生成されたＶ相の交流電力が供給されるＶ相ケーブル２２２と、Ｗ相交流電源２１３で生成されたＷ相の交流電力が供給されるＷ相ケーブル２２３とを有している。

（電力変換装置）
次に、電力制御システムＰＳに設けられた電力変換装置の構成について図１を用い説明する。
図１に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、三相電力系統２に連系された主回路部３と、主回路部３を制御する制御装置５（詳細は後述する）とを備えている。主回路部３は、下アーム（第一アームの一例）３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎ及び上アーム（第二アームの一例）３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐを有するＵ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗ（複数のレグの一例）を備えている。このように、電力変換装置１は、Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗを用いた三相電圧形電力変換器である。

Ｕ相レグ３１Ｕは、下アーム３１Ｕｎ及び上アーム３１Ｕｐを有している。Ｖ相レグ３１Ｖは、下アーム３１Ｖｎ及び上アーム３１Ｖｐを有している。Ｗ相レグ３１Ｗは、下アーム３１Ｗｎ及び上アーム３１Ｗｐを有している。Ｕ相レグ３１Ｕは、下アーム３１Ｕｎと上アームＵｐとの接続部に設けられた端子３１Ｕｔを介して三相電力系統２のＵ相ケーブル２２１に接続されている。Ｖ相レグ３１Ｖは、下アーム３１Ｖｎと上アームＶｐとの接続部に設けられた端子３１Ｖｔを介して三相電力系統２のＶ相ケーブル２２２に接続されている。Ｗ相レグ３１Ｗは、下アーム３１Ｗｎと上アームＷｐとの接続部に設けられた端子３１Ｗｔを介して三相電力系統２のＷ相ケーブル２２３に接続されている。

図１に示すように、Ｕ相レグ３１Ｕに設けられた下アーム３１Ｕｎは、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｎ１，・・・，３１１Ｕｎｘ（第一電力変換回路セルの一例）及び交流リアクトル３１２Ｕｎ（第一コイルの一例）を有している。ここで、ｘは、下アーム３１Ｕｎに設けられた電力変換回路セルの個数を示している。Ｕ相レグ３１Ｕに設けられた上アーム３１Ｕｐは、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｐ１，・・・，３１１Ｕｐｘ（第二電力変換回路セルの一例）及び交流リアクトル３１２Ｕｐ（第二コイルの一例）を有している。ここで、ｘは、上アーム３１Ｕｐに設けられた電力変換回路セルの個数を示している。

Ｖ相レグ３１Ｖに設けられた下アーム３１Ｖｎは、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｖｎ１，・・・，３１１Ｖｎｘ（第一電力変換回路セルの一例）及び交流リアクトル３１２Ｖｎ（第一コイルの一例）を有している。ここで、ｘは、下アーム３１Ｖｎに設けられた電力変換回路セルの個数を示している。Ｖ相レグ３１Ｖに設けられた上アーム３１Ｖｐは、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｖｐ１，・・・，３１１Ｖｐｘ（第二電力変換回路セルの一例）及び交流リアクトル３１２Ｖｐ（第二コイルの一例）を有している。ここで、ｘは、上アーム３１Ｖｐに設けられた電力変換回路セルの個数を示している。

Ｗ相レグ３１Ｗに設けられた下アーム３１Ｗｎは、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｗｎ１，・・・，３１１Ｗｎｘ（第一電力変換回路セルの一例）及び交流リアクトル３１２Ｗｎ（第一コイルの一例）を有している。ここで、ｘは、下アーム３１Ｗｎに設けられた電力変換回路セルの個数を示している。Ｗ相レグ３１Ｗに設けられた上アーム３１Ｗｐは、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｗｐ１，・・・，３１１Ｗｐｘ（第二電力変換回路セルの一例）及び交流リアクトル３１２Ｗｐ（第二コイルの一例）を有している。ここで、ｘは、上アーム３１Ｗｐに設けられた電力変換回路セルの個数を示している。

図１に示すように、電力変換装置１に備えられた主回路部３は、Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗの両端の間を接続して設けられた導電部材３２を有している。導電部材３２は、例えばＵ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗが同一の回路基板上に設けられている場合は、例えば当該回路基板上に形成された配線パターンで構成される。また、導電部材３２は、例えばＵ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗが異なる回路基板上に設けられている場合は、例えば当該回路基板の間を接続する配線ケーブルで構成される。

図１に示すように、Ｕ相レグ３１Ｕに設けられた下アーム３１Ｕｎにおいて、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｎ１,・・・，３１１Ｕｎｘのうちの電力変換回路セル３１１Ｕｎ１が交流リアクトル３１２Ｕｎに接続されている。Ｕ相レグ３１Ｕに設けられた上アーム３１Ｕｐにおいて、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｐ１,・・・，３１１Ｕｐｘのうちの電力変換回路セル３１１Ｕｐ１が交流リアクトル３１２Ｕｐに接続されている。交流リアクトル３１２Ｕｎ及び交流リアクトル３１２Ｕｐの接続部が端子３１Ｕｔに接続されている。交流リアクトル３１２Ｕｎ及び交流リアクトル３１２Ｕｐの接続部が端子３１Ｕｔを介して三相電力系統２のＵ相ケーブル２２１に接続されている。

下アーム３１Ｕｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｕｎｘ及び上アーム３１Ｕｐに設けられた電力変換回路セル３１１ＵｐがＵ相レグ３１Ｕの両端に配置されている。電力変換回路セル３１１Ｕｎｘは、電力変換回路セル（不図示）と接続されていない側の端部で導電部材３２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｐ１は、電力変換回路セル（不図示）と接続されていない側の端部で導電部材３２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｎｘ及び電力変換回路セル３１１Ｕｐ１は、導電部材３２を介して接続されている。

図１に示すように、Ｖ相レグ３１Ｖに設けられた下アーム３１Ｖｎにおいて、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｖｎ１,・・・，３１１Ｖｎｘのうちの電力変換回路セル３１１Ｖｎ１が交流リアクトル３１２Ｖｎに接続されている。Ｖ相レグ３１Ｖに設けられた上アーム３１Ｖｐにおいて、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｖｐ１,・・・，３１１Ｖｐｘのうちの電力変換回路セル３１１Ｖｐ１が交流リアクトル３１２Ｖｐに接続されている。交流リアクトル３１２Ｖｎ及び交流リアクトル３１２Ｖｐの接続部が端子３１Ｖｔに接続されている。交流リアクトル３１２Ｖｎ及び交流リアクトル３１２Ｖｐの接続部が端子３１Ｖｔを介して三相電力系統２のＶ相ケーブル２２２に接続されている。

下アーム３１Ｖｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｖｎｘ及び上アーム３１Ｖｐに設けられた電力変換回路セル３１１ＶｐがＶ相レグ３１Ｖの両端に配置されている。電力変換回路セル３１１Ｖｎｘは、電力変換回路セル（不図示）と接続されていない側の端部で導電部材３２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｖｐ１は、電力変換回路セル（不図示）と接続されていない側の端部で導電部材３２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｖｎｘ及び電力変換回路セル３１１Ｖｐ１は、導電部材３２を介して接続されている。

図１に示すように、Ｗ相レグ３１Ｗに設けられた下アーム３１Ｗｎにおいて、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｗｎ１,・・・，３１１Ｗｎｘのうちの電力変換回路セル３１１Ｗｎ１が交流リアクトル３１２Ｗｎに接続されている。Ｗ相レグ３１Ｗに設けられた上アーム３１Ｗｐにおいて、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｗｐ１,・・・，３１１Ｗｐｘのうちの電力変換回路セル３１１Ｗｐ１が交流リアクトル３１２Ｗｐに接続されている。交流リアクトル３１２Ｗｎ及び交流リアクトル３１２Ｗｐの接続部が端子３１Ｗｔに接続されている。交流リアクトル３１２Ｗｎ及び交流リアクトル３１２Ｗｐの接続部が端子３１Ｗｔを介して三相電力系統２のＷ相ケーブル２２３に接続されている。

下アーム３１Ｗｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｗｎｘ及び上アーム３１Ｗｐに設けられた電力変換回路セル３１１ＷｐがＷ相レグ３１Ｗの両端に配置されている。電力変換回路セル３１１Ｗｎｘは、電力変換回路セル（不図示）と接続されていない側の端部で導電部材３２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｗｐ１は、電力変換回路セル（不図示）と接続されていない側の端部で導電部材３２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｗｎｘ及び電力変換回路セル３１１Ｗｐ１は、導電部材３２を介して接続されている。

下アーム３１Ｕｎ、下アーム３１Ｖｎ及び下アーム３１Ｗｎは、スター結線（Ｙ結線）され、上アーム３１Ｕｐ、上アーム３１Ｕｐ及び上アーム３１Ｗｐは、スター結線（Ｙ結線）されている。このため、主回路部３は、ダブルスター結線構造を有している。導電部材３２は、下アーム３１Ｕｎ、下アーム３１Ｖｎ及び下アーム３１Ｗｎの中性点と、上アーム３１Ｕｐ、上アーム３１Ｖｐ及び上アーム３１Ｗｐの中性点とを接続している。

（電力変換回路セル）
次に、Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗにそれぞれ設けられた電力変換回路セルの具体的な構成について図１を参照しつつ図２を用いて説明する。Ｕ相レグ３１Ｕの下アーム３１Ｕｎ及び上アーム３１Ｕｐ、Ｖ相レグ３１Ｖの下アーム３１Ｖｎ及び上アーム３１Ｖｐ並びにＷ相レグ３１Ｗの下アーム３１Ｗｎ及び上アーム３１Ｗｐのそれぞれに設けられた電力変換回路セルは、互いに同様の構成を有している。そこで、Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗのそれぞれに設けられた電力変換回路セルの具体的な構成について、下アーム３１Ｕｎ及び上アーム３１Ｕｐに設けられた電力変換回路セルを例にとって説明する。

図２は、Ｕ相レグ３１Ｕの下アーム３１Ｕｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｕｎ１，・・・，３１１Ｕｎｘのうちの電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ（ｉは１〜ｘまでの自然数）及びＵ相レグ３１Ｕの上アーム３１Ｕｐに設けられた電力変換回路セル３１１Ｕｐ１，・・・，３１１Ｕｐｘのうちの電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ（ｉは１〜ｘまでの自然数）の回路構成の一例を示す図である。

図２に示すように、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉは、直列に接続された複数（本実施形態では２個）の半導体モジュールＭａ及び半導体モジュールＭｂと、直列に接続された複数（本実施形態では２個）の半導体モジュールＭｃ及び半導体モジュールＭｄを有している。半導体モジュールＭａ及び半導体モジュールＭｂと、半導体モジュールＭｃ及び半導体モジュールＭｄとは、並列に接続されている。さらに、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉは、半導体モジュールＭａ，Ｍｂ及び半導体モジュールＭｃ，Ｍｄに並列に接続されたコンデンサＣ１を有している。本実施形態では、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉに設けられた蓄電素子は、コンデンサＣ１を有している。

半導体モジュールＭａは、半導体スイッチＱａと、半導体スイッチＱａに逆並列接続された還流用ダイオードＤａとを有している。半導体モジュールＭｂは、半導体スイッチＱｂと、半導体スイッチＱｂに逆並列接続された還流用ダイオードＤｂとを有している。半導体モジュールＭｃは、半導体スイッチＱｃと、半導体スイッチＱｃに逆並列接続された還流用ダイオードＤｃとを有している。半導体モジュールＭｄは、半導体スイッチＱｄと、半導体スイッチＱｄに逆並列接続された還流用ダイオードＤｄとを有している。

したがって、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉは、直列接続された２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂと、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂに並列接続されたコンデンサＣ１とを有している。さらに、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉは、直列接続された２個の半導体スイッチＱｃ，Ｑｃを有している。２個の半導体スイッチＱｃ，Ｑｃは、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂ及びコンデンサＣ１に並列に接続されている。

本実施形態では、半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄは、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）で構成されている。半導体スイッチＱａのコレクタ端子は、還流用ダイオードＤａのカソード端子、半導体スイッチＱｃのコレクタ端子及び還流用ダイオードＤｃのカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱａのエミッタ端子は、還流用ダイオードＤａのアノード端子、半導体スイッチＱｂのコレクタ端子及び還流用ダイオードＤｂのカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱａのゲート端子は、制御装置５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱａのゲート端子には制御装置５から出力されるゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ａ}が入力され、半導体スイッチＱａのオン／オフが制御される。

半導体スイッチＱｂのエミッタ端子は、半導体スイッチＱｄのエミッタ端子及び還流用ダイオードＤｄのアノード端子に接続されている。半導体スイッチＱｂのゲート端子は、制御装置５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｂのゲート端子には制御装置５から出力されるゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ｂ}が入力され、半導体スイッチＱｂのオン／オフが制御される。

半導体スイッチＱｃのエミッタ端子は、還流用ダイオードＤｃのアノード端子、半導体スイッチＱｄのコレクタ端子及び還流用ダイオードＤｄのカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱｃのゲート端子は、制御装置５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｂのゲート端子には制御装置５から出力されるゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ｃ}が入力され、半導体スイッチＱｃのオン／オフが制御される。

半導体スイッチＱｄのゲート端子は、制御装置５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｄのゲート端子には制御装置５から出力されるゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ｄ}が入力され、半導体スイッチＱｄのオン／オフが制御される。

コンデンサＣ１の一方の電極は、半導体スイッチＱａのコレクタ端子、還流用ダイオードＤａのカソード端子、半導体スイッチＱｃのコレクタ端子及び還流用ダイオードＤｃのカソード端子に接続されている。コンデンサＣ１の他方の電極は、半導体スイッチＱｂのエミッタ端子、還流用ダイオードＤｂのアノード端子、半導体スイッチＱｄのエミッタ端子及び還流用ダイオードＤｄのアノード端子に接続されている。

半導体モジュールＭａ及び半導体モジュールＭｂの接続部は、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉの端子Ｔ１に接続されている。半導体モジュールＭｃ及び半導体モジュールＭｄの接続部は、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉの端子Ｔ２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ（ｉ＝２，３，・・・，ｘ−１）の端子Ｔ１は、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ−１（ｉ＝２，３，・・・，ｘ−１）の端子Ｔ２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｘ−１）の端子Ｔ２は、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ＋１（ｉ＝１，２，・・・，ｘ−１）の端子Ｔ１に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｎ１の端子Ｔ１は、交流リアクトル３１２Ｕｎの一端子に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｎｘの端子Ｔ２は、導電部材３２、Ｖ相レグ３１Ｖの下アーム３１Ｖｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｖｎｘ（図１参照）の端子Ｔ２（不図示）及びＷ相レグ３１Ｗの下アーム３１Ｗｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｗｎｘ（図１参照）の端子Ｔ２（不図示）に接続されている。

端子Ｔ１及び端子Ｔ２の電位差である電圧ｖ_Ｕｎｉは、端子Ｔ１の電位の方が端子Ｔ２の電位よりも高い場合を正の電圧とし、端子Ｔ１の電位の方が端子Ｔ２の電位よりも低い場合を負の電圧とする。

電力変換回路セル３１１Ｕｎｉは、コンデンサＣ１の両電極間の電圧を検出する電圧検出部３１３を有している。電圧検出部３１３は、制御装置５に接続されている。電圧検出部３１３は、検出した電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｎｉ}を制御装置５に出力するように構成されている。電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｎｉ}は、半導体モジュールＭａ，Ｍｃに接続された一方の電極の電位の方が半導体モジュールＭｂ，Ｍｄに接続された他方の電極の電位よりも高い場合を正の電圧とし、当該一方の電極の電位の方が当該他方の電極の電位よりも低い場合を負の電圧とする。

図２に示すように、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉは、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉと同様の構成を有している。このため、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉに関し、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉと同様の作用・機能を有する構成要素には、同一の符号を付して説明を省略する。

したがって、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉは、直列接続された２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂと、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂに並列接続されたコンデンサＣ１とを有している。さらに、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉは、直列接続された２個の半導体スイッチＱｃ，Ｑｃを有している。２個の半導体スイッチＱｃ，Ｑｃは、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂ及びコンデンサＣ１に並列に接続されている。本実施形態では、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉに設けられた蓄電素子は、コンデンサＣ１を有している。

半導体スイッチＱａのゲート端子は、制御装置５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱａのゲート端子には制御装置５から出力されるゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｐｉ＿ａ}が入力され、半導体スイッチＱｄのオン／オフが制御される。半導体スイッチＱｂのゲート端子は、制御装置５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｂのゲート端子には制御装置５から出力されるゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｐｉ＿ｂ}が入力され、半導体スイッチＱｂのオン／オフが制御される。半導体スイッチＱｃのゲート端子は、制御装置５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｃのゲート端子には制御装置５から出力されるゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｐｉ＿ｃ}が入力され、半導体スイッチＱｄのオン／オフが制御される。半導体スイッチＱｄのゲート端子は、制御装置５に接続されている。これにより、半導体スイッチＱｄのゲート端子には制御装置５から出力されるゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｐｉ＿ｄ}が入力され、半導体スイッチＱｄのオン／オフが制御される。

電力変換回路セル３１１Ｕｐｉに設けられた半導体モジュールＭａ及び半導体モジュールＭｂの接続部は、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉの端子Ｔ１に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｐｉに設けられた半導体モジュールＭｃ及び半導体モジュールＭｄの接続部は、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉの端子Ｔ２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ（ｉ＝２，３，・・・，ｘ−１）の端子Ｔ１は、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ−１（ｉ＝２，３，・・・，ｘ−１）の端子Ｔ２に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ（ｉ＝１，２，・・・，ｘ−１）の端子Ｔ２は、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ＋１（ｉ＝１，２，・・・，ｘ−１）の端子Ｔ１に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｐｘの端子Ｔ２は、交流リアクトル３１２Ｕｐの他端子に接続されている。なお、交流リアクトル３１２Ｕｐの一端子は、交流リアクトル３１２Ｕｎの他端子に接続されている。電力変換回路セル３１１Ｕｐ１の端子Ｔ１は、導電部材３２、Ｖ相レグ３１Ｖの上アーム３１Ｖｐに設けられた電力変換回路セル３１１Ｖｐ１（図１参照）の端子Ｔ１（不図示）及びＷ相レグ３１Ｗの上アーム３１Ｗｐに設けられた電力変換回路セル３１１Ｗｐ１（図１参照）の端子Ｔ１（不図示）に接続されている。

電力変換回路セル３１１Ｕｐｉの端子Ｔ１及び端子Ｔ２の電位差である電圧ｖ_Ｕｐｉは、端子Ｔ１の電位の方が端子Ｔ２の電位よりも高い場合を正の電圧とし、端子Ｔ１の電位の方が端子Ｔ２の電位よりも低い場合を負の電圧とする。

電力変換回路セル３１１Ｕｐｉに設けられた電圧検出部３１３は、検出した電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｐｉ}を制御装置５に出力するように構成されている。電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｐｉ}は、半導体モジュールＭａ，Ｍｃに接続された一方の電極の電位の方が半導体モジュールＭｂ，Ｍｄに接続された他方の電極の電位よりも高い場合を正の電圧とし、当該一方の電極の電位の方が当該他方の電極の電位よりも低い場合を負の電圧とする。

本実施形態において、各アームに設けられる電力変換回路セルの直列数は、電力変換装置１の装置仕様の１つである最大出力電圧に応じて決定される。したがって、電力変換装置１は、アームごとに電力変換回路セルを１個又は複数個（２個以上）有していてもよい。また、本実施形態では、電力変換回路セルは、２レベル型のフルブリッジ変換器セルの回路構成を有しているが、両極性の電圧を出力可能であれば他の型（例えば中性点クランプ３レベル型のフルブリッジ変換器セル等）でもよい。

（制御装置）
次に、電力変換装置１に備えられて半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを制御する制御装置（制御部の一例）５について、図１及び図２を参照しつつ図３から図６を用いて説明する。制御装置５を説明するに当たって、電力変換装置１の各部の電圧及び電流を定義する。図３は、電力変換装置１に備えられた主回路部３が簡易等価回路で図示されるとともに、各部の電圧及び電流を示している。また、図３では、制御装置５の図示が省略されている。以下の説明では、簡単化のため、半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを制御するゲートパルス信号を生成するためのパルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ：ＰＷＭ）によって発生する高調波の影響は無視する。また、Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗのそれぞれに設けられた下アーム３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎ及び上アーム３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐは、指令値どおりの電圧成分及び電流成分のみを出力すると仮定する。

図３に示すように、三相電力系統２に関する系統電圧及び出力電流を以下のとおりとする。各相の出力電流の極性は、三相電力系統２から電力変換装置１に向かって流れる電流を正とし、電力変換装置１から三相電力系統２に向かって流れる電流を負とする。
ｖ_ｕ：Ｕ相交流電源２１１が出力する系統電圧
ｖ_ｖ：Ｖ相交流電源２１２が出力する系統電圧
ｖ_ｗ：Ｗ相交流電源２１３が出力する系統電圧
ｉ_ｕ：Ｕ相交流電源２１１から主回路部３に流入する出力電流
ｉ_ｖ：Ｖ相交流電源２１２から主回路部３に流入する出力電流
ｉ_ｗ：Ｗ相交流電源２１３から主回路部３に流入する出力電流

Ｕ相レグ３１Ｕに設けられた下アーム（以下、「Ｕ相の下アーム」と称する場合がある）３１Ｕｎ及び上アーム（以下、「Ｕ相の上アーム」と称する場合がある）３１Ｕｐのそれぞれの両端電圧（出力電圧）を以下のとおりとする。また、Ｖ相レグ３１Ｖに設けられた下アーム（以下、「Ｖ相の下アーム」と称する場合がある）３１Ｖｎ及び上アーム（以下、「Ｖ相の上アーム」と称する場合がある）３１Ｖｐのそれぞれの両端電圧（出力電圧）を以下のとおりとする。さらに、Ｗ相レグ３１Ｗに設けられた下アーム（以下、「Ｗ相の下アーム」と称する場合がある）３１Ｗｎ及び上アーム（以下、「Ｗ相の上アーム」と称する場合がある）３１Ｗｐのそれぞれの両端電圧（出力電圧）を以下のとおりとする。
ｖ_Ｕｎ：Ｕ相の下アーム３１Ｕｎの両端電圧
ｖ_Ｕｐ：Ｕ相の上アーム３１Ｕｐの両端電圧
ｖ_Ｖｎ：Ｖ相の下アーム３１Ｖｎの両端電圧
ｖ_Ｖｐ：Ｖ相の上アーム３１Ｖｐの両端電圧
ｖ_Ｗｎ：Ｗ相の下アーム３１Ｗｎの両端電圧
ｖ_Ｗｐ：Ｖ相の上アーム３１Ｖｐの両端電圧

Ｕ相の下アーム３１Ｕｎ、Ｕ相の上アーム３１Ｕｐ、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎ、Ｖ相の上アーム３１Ｖｐ、Ｗ相の下アーム３１Ｗｎ及びＷ相の上アーム３１Ｗｐのそれぞれの一端子から他端子に流れる出力電流を以下のとおりとする。各アームの出力電流の極性は、電力変換回路セルの端子Ｔ２から端子Ｔ１（図２参照）に向かって流れる電流を正とし、端子Ｔ１から端子Ｔ１に向かって流れる電流を負とする。
ｉ_Ｕｎ：Ｕ相の下アーム３１Ｕｎの出力電流
ｉ_Ｕｐ：Ｕ相の上アーム３１Ｕｐの出力電流
ｉ_Ｖｎ：Ｖ相の下アーム３１Ｖｎの出力電流
ｉ_Ｖｐ：Ｖ相の上アーム３１Ｖｐの出力電流
ｉ_Ｗｎ：Ｗ相の下アーム３１Ｗｎの出力電流
ｉ_Ｗｐ：Ｖ相の上アーム３１Ｖｐの出力電流

Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ、Ｗ相レグ３１Ｗのそれぞれを循環する循環電流を以下のとおりとする。各レグにおける循環電流の極性は、下アームから上アームに向かって流れる電流を正とし、上アームから下アームに向かって流れる電流を負とする。
ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}：Ｕ相レグ３１Ｕを循環する循環電流
ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}：Ｖ相レグ３１Ｖを循環する循環電流
ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}：Ｗ相レグ３１Ｗを循環する循環電流

導電部材３２を循環する循環電流と、導電部材３２の電位と接地電位との電位差である零相電圧を以下のとおりとする。導電部材３２における循環電流の極性は、上アームの中性点から下アームの中性点に向かって流れる電流を正とし、下アームの中性点から上アームの中性点に向かって流れる電流を負とする。
ｉ_ｃｉｒ：導電部材３２の循環電流
ｖ_ｚ ：導電部材３２の零相電圧

各アームの電力変換回路セルに設けられたコンデンサＣ１の電圧平均値は、以下のとおりとする。なお、各電圧平均値における「ｉ」は、１からｘまでの自然数である。
ｖ_Ｃ＿Ｕｎ：Ｕ相レグ３１Ｕの下アーム３１Ｕｎにおけるコンデンサの電圧平均値
ｖ_Ｃ＿Ｕｐ：Ｕ相レグ３１Ｕの上アーム３１Ｕｐにおけるコンデンサの電圧平均値
ｖ_Ｃ＿Ｖｎ：Ｖ相レグ３１Ｖの下アーム３１Ｖｎにおけるコンデンサの電圧平均値
ｖ_Ｃ＿Ｖｐ：Ｖ相レグ３１Ｖの上アーム３１Ｖｐにおけるコンデンサの電圧平均値
ｖ_Ｃ＿Ｗｎ：Ｗ相レグ３１Ｗの下アーム３１Ｗｎにおけるコンデンサの電圧平均値
ｖ_Ｃ＿Ｗｐ：Ｗ相レグ３１Ｗの上アーム３１Ｗｐにおけるコンデンサの電圧平均値

図１に示すように、これらの電圧及び電流のうち、系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗは電圧検出部（不図示）、出力電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗ及び出力電流ｉ_Ｕｎ，ｉ_Ｕｐ，ｉ_Ｖｎ，ｉ_Ｖｐ，ｉ_Ｗｎ，ｉ_Ｗｐは電流検出部（不図示）で検出されて制御装置５に入力されるようになっている。さらに、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｎｉ，３１１Ｗｐｉのそれぞれに設けられたコンデンサＣ１の電圧Ｖ_{Ｃ＿Ｕｎｉ}，Ｖ_{Ｃ＿Ｕｎｐ}，Ｖ_{Ｃ＿Ｖｎｉ}，Ｖ_{Ｃ＿Ｖｎｐ}，Ｖ_{Ｃ＿Ｗｎｉ}，Ｖ_{Ｃ＿Ｗｐｉ}は、電圧検出部３１３（図２参照）で検出されて制御装置５に入力されるようになっている。制御装置５は、主回路部３から入力されるこれらの電流及び電圧に基づいてアーム間の電力が平衡になるように半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを制御するように構成されている。

具体的には、図４に示すように、制御装置５は、導電部材３２（図４では不図示、図１参照）に流れる電流を調整して下アーム３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎの電力と上アーム３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐの電力との平衡（バランス）が維持されるように制御するアーム間電力平衡化制御部（電力平衡化制御部の一例）５ａを有している。また、制御装置５は、Ｕ相レグ３１Ｕの下アーム３１Ｕｎ及び上アーム３１Ｕｐの両端電圧の電圧指令値Ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}、Ｖ相レグ３１Ｖの下アーム３１Ｖｎ及び上アーム３１Ｖｐの両端電圧の電圧指令値Ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}、並びにＷ相レグ３１Ｗの下アーム３１Ｗｎ及び上アーム３１Ｗｐの両端電圧の電圧指令値Ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}、を生成する電流調整部５ｂを有している。また、制御装置５は、ゲートパルス信号を生成するゲートパルス信号生成部５ｃを有している。また、制御装置５は、キャリア波を生成するキャリア波生成部５ｄを有している。

アーム間電力平衡化制御部５ａは、Ｕ相レグ３１Ｕの下アームＵｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧及び上アーム３１Ｕｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧の平衡（バランス）、Ｖ相レグ３１Ｖの下アーム３１Ｖｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧及び上アーム３１Ｖｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧の平衡（バランス）、並びにＷ相レグ３１Ｗの下アーム３１Ｗｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧及び上アーム３１Ｗｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧の平衡（バランス）が維持されるように制御するコンデンサ電圧平衡化制御部（電圧平衡化制御部の一例）５１を有している。

アーム間電力平衡化制御部５ａは、Ｕ相レグ３１Ｕの下アームＵｎの両端電圧ｖ_Ｕｎ及び上アーム３１Ｕｐの両端電圧ｖ_Ｕｐ、Ｖ相レグ３１Ｖの下アームＶｎの両端電圧ｖ_Ｖｎ及び上アーム３１Ｖｐの両端電圧ｖ_Ｖｐ、並びにＷ相レグ３１Ｗの下アームＷｎの両端電圧ｖ_Ｗｎ及び上アーム３１Ｗｐの両端電圧ｖ_Ｗｐのそれぞれの指令値を生成するアーム電圧指令値生成部５２を有している。

コンデンサ電圧平衡化制御部５１は、Ｕ相レグ３１Ｕの下アームＵｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧及び上アーム３１Ｕｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧の差分、Ｖ相レグ３１Ｖの下アーム３１Ｖｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧及び上アーム３１Ｖｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧の差分、並びにＷ相レグ３１Ｗの下アーム３１Ｗｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧及び上アーム３１Ｗｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧の差分を検出するコンデンサ電圧差分検出部（差分検出部の一例）５１１を有している。また、コンデンサ電圧平衡化制御部５１は、導電部材３２に流れる電流を調整してコンデンサ電圧差分検出部５１１で検出された差分を抑制する電流抑制部（抑制部の一例）５１２を有している。

アーム間電力平衡化制御部５ａ、電流調整部５ｂ、ゲートパルス信号生成部５ｃ及びキャリア波生成部５ｄなどの詳細については後述する。

次に、制御装置５に設けられたアーム間電力平衡化制御部５ａの機能について、まず、数式によって説明し、次いで当該機能が発揮される構成をブロック図を用いて説明する。

ここで、一例としてＵ相の下アーム３１Ｕｎに着目する。Ｕ相の下アーム３１Ｕｎの両端電圧ｖ_Ｕｎは、交流リアクトル３１２Ｕｎの両端電圧をｖ_Ｌ＿Ｕｎとすると、以下の式（１）によって定義することができる。

また、Ｕ相の下アームのコンデンサＣ１の電圧平均値ｖ_ｃ＿Ｕｐは、以下の式（２）によって定義することができる。

式（１）及び式（２）中の「ｉ」は自然数である。また、Ｕ相の上アーム３１Ｕｐ、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎ及び上アーム３１Ｖｐ並びにＷ相の下アーム３１Ｗｎ及び上アーム３１Ｗｐの両端電圧ｖ_Ｕｐ，ｖ_Ｖｎ，ｖ_Ｖｐ，ｖ_Ｗｎ，ｖ_Ｗｐは、式（１）と同様に定義できる。また、Ｕ相の上アーム３１Ｕｐ、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎ及び上アーム３１Ｖｐ並びにＷ相の下アーム３１Ｗｎ及び上アーム３１ＷｐのコンデンサＣ１の電圧平均値ｖ_Ｃ＿Ｕｐ，ｖ_Ｃ＿Ｖｎ，ｖ_Ｃ＿Ｖｐ，ｖ_Ｃ＿Ｗｎ，ｖ_Ｃ＿Ｗｐは、式（１）と同様に定義できる。

導電部材３２に流れる循環電流ｉ_ｃｉｒは、以下の式（３）のよって定義することができる。
ｉ_ｃｉｒ＝ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}＋ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}＋ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ} ・・・（３）

Ｕ相の下アーム３１ＵｎにおけるコンデンサＣ１の電圧平均値ｖ_Ｃ＿Ｕｎと、Ｕ相の上アーム３１ＵｐにおけるコンデンサＣ１の電圧平均値ｖ_Ｃ＿Ｕｐとの上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹは、以下の式（４）のよって定義することができる。また、Ｖ相の下アームＶｎにおけるコンデンサＣ１の電圧平均値ｖ_Ｃ＿Ｖｎと、Ｖ相レグ３１Ｖの上アーム３１ＶｐにおけるコンデンサＣ１の電圧平均値ｖ_Ｃ＿Ｖｐとの上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＶＹは、以下の式（５）によって定義することができる。さらに、Ｗ相レグ３１Ｗの下アーム３１ＷｎにおけるコンデンサＣ１の電圧平均値ｖ_Ｃ＿Ｗｎと、Ｗ相レグ３１Ｗの上アーム３１ＷｐにおけるコンデンサＣ１の電圧平均値ｖ_Ｃ＿Ｗｐは、以下の式（６）によって定義することができる。

Δｖ_Ｃ＿ＵＹ＝−ｖ_Ｃ＿Ｕｐ＋ｖ_Ｃ＿Ｕｎ ・・・（４）
Δｖ_Ｃ＿ＶＹ＝−ｖ_Ｃ＿Ｖｐ＋ｖ_Ｃ＿Ｖｎ ・・・（５）
Δｖ_Ｃ＿ＷＹ＝−ｖ_Ｃ＿Ｗｐ＋ｖ_Ｃ＿Ｗｎ ・・・（６）

式（４）から式（５）に示す上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹは、３相２相座標変換をすることによって、便宜的に式（７）に示すように、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹ，Δｖ_Ｃ＿０Ｙと表記することができる。

電力変換装置１では、三相平衡電力を出力している条件において理想的には、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹ，Δｖ_Ｃ＿０Ｙはゼロとなる。しかしながら、電力変換装置１の実用上、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹ，Δｖ_Ｃ＿０Ｙは、電力変換装置１に用いられる部品の特性のばらつき等が影響してゼロにならずにアンバランスが生じてしまう。したがって、電力変換装置１は、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑える必要がある。なお、当該所定の範囲内は例えば、コンデンサＣ１の両電極間の電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｕｐｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｐｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｐｉ}，の絶対最大定格の１％から２％の範囲内である。

そこで、本実施形態による電力変換装置１は、Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗの両端を互いに接続して回路パスとして機能する導電部材３２に流れる循環電流ｉ_ｃｉｒを活用するように構成されている。これにより、電力変換装置１は、三相電力系統２との間でやり取りする電力が少ない軽負荷状態や当該電力がない無負荷状態であっても、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑えることができる。その結果、電力変換装置１は、負荷状態によらず安定して運転を継続することができる。

表１は、Ｕ相の下アーム３１Ｕｎ及び上アーム３１Ｕｐ、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎ及び上アーム３１Ｖｐ並びにＷ相の下アーム３１Ｗｎ及び上アーム３１Ｗｐが出力可能な両端電圧（出力電圧）、出力電流及び出力電力を示す一覧表である。

表１において、各アームが出力可能な出力電力は、以下のとおりとする。
ｐ_Ｕｎ：Ｕ相の下アーム３１Ｕｎの出力電力
ｐ_Ｕｐ：Ｕ相の上アーム３１Ｕｐの出力電力
ｐ_Ｖｎ：Ｖ相の下アーム３１Ｖｎの出力電力
ｐ_Ｖｐ：Ｖ相の上アーム３１Ｖｐの出力電力
ｐ_Ｗｎ：Ｗ相の下アーム３１Ｗｎの出力電力
ｐ_Ｗｐ：Ｖ相の上アーム３１Ｖｐの出力電力

Ｕ相の下アーム３１Ｕｎの出力電力ｐ_Ｕｎと、Ｕ相の上アーム３１Ｕｐの出力電力ｐ_Ｕｐとの出力電力差ｐ__ＵＹ、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎの出力電力ｐ_Ｖｎと、Ｖ相の上アーム３１Ｖｐの出力電力ｐ_Ｖｐとの出力電力差ｐ__ＶＹ及びＷＵ相の下アーム３１Ｗｎの出力電力ｐ_Ｗｎと、Ｗ相の上アーム３１Ｗｐの出力電力ｐ_Ｗｐとの出力電力差をｐ__ＷＹは、以下の式（８）によって定義できる。

上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹの値がゼロになるように、式（８）の右辺の第１項及び第２項の出力電力ｐ_Ｕｎ，ｐ_Ｕｐ，ｐ_Ｖｎ，ｐ_Ｖｐ，ｐ_Ｗｎ，ｐ_Ｗｐの電力値を調整することにより、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹ，Δｖ_Ｃ＿０Ｙをバランスさせることが可能である。式（８）の右辺の第１項は、Ｕ相の系統電圧ｖ_ｕ及びＵ相レグ３１Ｕの循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}、Ｖ相の系統電圧ｖ_ｖ及びＶ相レグ３１Ｖの循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}並びにＷ相の系統電圧ｖ_ｗ及びＷ相レグ３１Ｗの循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}のそれぞれによって発生する瞬時電力を示している。第２項は、零相電圧ｖ_ｚ及び循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}によって発生する瞬時電力を示している。

コンデンサ電圧平衡化制御部５１は、式（８）に基づいて、上下アーム間の電力バランスを制御するようになっている。すなわち、コンデンサ電圧平衡化制御部５１は、少なくとも循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を調整することによって、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹ，Δｖ_Ｃ＿０Ｙをバランスさせて上下アーム間の電力バランスを制御するようになっている。

ここで、Ｕ相の上下アームの出力電力差ｐ_{_ＵＹ}、Ｖ相の上下アームの出力電力差ｐ__ＶＹ及びＷ相の上下アームの出力電力差をｐ__ＷＹは、３相２相座標変換をすることによって、便宜的に式（９）に示すように、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿αＹ，ｐ_＿βＹ，ｐ_＿０Ｙと表記することができる。

本実施形態による電力変換装置１の制御装置５に設けられたコンデンサ電圧平衡化制御部５１は、式（８）の右辺の第１項に示す系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗ及び循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}によって発生する瞬時電力を調整することによって、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑える（すなわちバランスさせる）ように構成されている。電力変換装置１は、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑えることによって、上下アーム間の電力バランスを制御することができる。

本実施形態では一例として、三相電力系統２の系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗに対して逆相となる循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の循環電流成分を用いる。系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗの線間電圧の実効値をそれぞれＶ_Ｓ＿ｐとし、角周波数をω_Ｓとすると、系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗは、以下の式（１０）によって定義することができる。

電力変換装置１に注入する逆相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の実効値をそれぞれＩ_{ｃｉｒ＿ｎ}とし、系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗに対する当該逆相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の位相差をΦ_{ｃｉｒ＿ｎ}とすると、逆相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}は、式（１１）によって定義することができる。

式（１０）及び式（１１）を式（９）に代入すると、式（１２）に示すように、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿αＹ，ｐ_＿βＹが定まる。

式（１２）に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を制御して位相差Φ_{ｃｉｒ＿ｎ}を変更し、無効電力を制御して系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗの線間電圧の実効値Ｖ_Ｓ＿ｐを変更することによって、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿αＹ，ｐ_＿βＹ、すなわち上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑えることができる。

次に、本実施形態による電力変換装置１に備えられた制御装置５の制御ブロックについて、図４から図６を用いて説明する。

図４に示すように、アーム間電力平衡化制御部５ａのコンデンサ電圧平衡化制御部５１に設けられたコンデンサ電圧差分検出部５１１には、Ｕ相の下アーム３１Ｕｎの電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ（ｉは１〜ｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた電圧検出部３１３（図２参照）で検出された電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｎｉ}が入力される。また、コンデンサ電圧差分検出部５１１には、Ｕ相の上アーム３１Ｕｐの電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ（ｉは１〜ｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた電圧検出部３１３（図２参照）で検出された電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｐｉ}が入力される。また、コンデンサ電圧差分検出部５１１には、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎの電力変換回路セル３１１Ｖｎｉ及び上アーム３１Ｖｐに設けられた電力変換回路セル３１１Ｖｐｉ（ｉは１〜ｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた電圧検出部３１３で検出された電圧ｖ_{ｃ＿Ｖｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｐｉ}が入力される。さらに、コンデンサ電圧差分検出部５１１には、Ｗ相の下アーム３１Ｗｎの電力変換回路セル３１１Ｗｎｉ及び上アーム３１Ｗｐに設けられた電力変換回路セル３１１Ｗｐｉ（ｉは１〜ｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた電圧検出部３１３で検出された電圧ｖ_{ｃ＿Ｗｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｐｉ}が入力される。

これにより、コンデンサ電圧差分検出部５１１は、下アーム３１Ｕｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｎｉ}及び上アーム３１Ｕｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｐｉ}の差分を検出する。また、コンデンサ電圧差分検出部５１１は、下アーム３１Ｖｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧ｖ_{ｃ＿Ｖｎｉ}及び上アーム３１Ｖｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧ｖ_{ｃ＿Ｖｐｉ}の差分を検出する。さらに、コンデンサ電圧差分検出部５１１は、下アーム３１Ｗｎに設けられたコンデンサＣ１の電圧ｖ_{ｃ＿Ｗｎｉ}及び上アーム３１Ｕｐに設けられたコンデンサＣ１の電圧ｖ_{ｃ＿Ｗｐｉ}の差分を検出する。より具体的には、コンデンサ電圧差分検出部５１１は、電圧検出部３１３から入力される電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｕｐｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｐｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｐｉ}を用いて、式（２）から式（７）に基づく演算を実行し、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹを算出し、算出したコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹを電流抑制部５１２に出力するように構成されている。

図５に示すように、コンデンサ電圧平衡化制御部５１に設けられた電流抑制部５１２は、コンデンサ電圧差分検出部５１１（図４参照）から出力されたコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹが入力される低域通過フィルタ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＬＰＦ）５１２ａを有している。また、電流抑制部５１２は、コンデンサ電圧差分検出部５１１から出力されたコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹが入力される低域通過フィルタ５１２ｆを有している。電圧検出部３１３が検出する電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｕｐｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｐｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｐｉ}には、Ｕ相交流電源２１１、Ｖ相交流電源２１２及びＷ相交流電源２１３（図１参照）からそれぞれ出力される交流電源の周波数の２倍成分の脈動が重畳されている。このため、電力変換装置１は、当該脈動が上下アームのコンデンサ電圧の平衡化制御に影響を与えないように、当該脈動を減衰させる目的で低域通過フィルタ５１２ａ，５１２ｆが設けられている。

電流抑制部５１２は、低域通過フィルタ５１２ａを通過してコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹから高周波の脈動が除去されたコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿αＹの極性を反転させた信号が入力される加算部５１２ｂを有している。加算部５１２ｂには、０ボルトの電圧（例えばグランドと同電位の電圧）も入力されるように構成されている。加算部５１２ｂは、０ボルトの直流信号と極性反転されたコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿αＹの信号とを加算、すなわち０ボルトの直流信号からコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿αＹの信号を減算した信号を出力するように構成されている。

電流抑制部５１２は、加算部５１２ｂに接続されたＰＩ制御部５１２ｃを有している。ＰＩ制御部５１２ｃは、加算部５１２ｂから入力される信号に比例積分制御を施すように構成されている。ＰＩ制御部５１２ｃにおいて施される比例演算には、加算部５１２ｂでの加算結果の単位を電圧から電力に変換するパラメータが含まれている。これにより、ＰＩ制御部５１２ｃは、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿αＹの指令値である上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}を出力することができる。

電流抑制部５１２は、低域通過フィルタ５１２ｆを通過してコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿βＹから高周波の脈動が除去されたコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿βＹの極性を反転させた信号が入力される加算部５１２ｇを有している。加算部５１２ｇには、０ボルトの電圧（例えばグランドと同電位の電圧）も入力されるように構成されている。加算部５１２ｇは、０ボルトの直流信号と極性反転されたコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿βＹの信号とを加算、すなわち０ボルトの直流信号からコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿βＹの信号を減算した信号を出力するように構成されている。

電流抑制部５１２は、加算部５１２ｇに接続されたＰＩ制御部５１２ｈを有している。ＰＩ制御部５１２ｈは、加算部５１２ｇから入力される信号に比例積分制御を施すように構成されている。ＰＩ制御部５１２ｈにおいて施される比例演算には、加算部５１２ｇでの加算結果の単位を電圧から電力に変換するパラメータが含まれている。これにより、ＰＩ制御部５１２ｈは、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿βＹの指令値である上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}を出力することができる。

図５に示すように、電流抑制部５１２は、ＰＩ制御部５１２ｃから出力される上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}と、ＰＩ制御部５１２ｈから出力される上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}とが入力されて上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}の振幅を演算する振幅演算部５１２ｄを有している。振幅演算部５１２ｄは、上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}の自乗と上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}の自乗との和の平方根によって上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}の振幅を算出する。

電流抑制部５１２は、振幅演算部５１２ｄから出力された上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}の振幅の値を系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗの線間電圧の実効値であって３相２相変換座標変換後の実効値√２Ｖ_Ｓ＿ｐで除算する除算部５１２ｅを有している。除算部５１２ｅは、振幅演算部５１２ｄから出力された上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}を実効値√２Ｖ_Ｓ＿ｐで除算することによって、逆相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の実効値Ｉ_{ｃｉｒ＿ｎ}を算出することができる。実効値√２Ｖ_Ｓ＿ｐは、系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗの線間電圧の実効値である。このため、電流抑制部５１２は、Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗが接続される三相電力系統２の電圧を用いて導電部材３２に流れる循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を調整するように構成されている。

電流抑制部５１２は、低域通過フィルタ５１２ａから出力されるコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿αＹと、低域通過フィルタ５１２ｆから出力されるコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿βＹとが入力されて上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}の位相差φ_{ｃｉｒ＿ｎ}を演算する位相差演算部５１２ｉを有している。位相差演算部５１２ｉは、コンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿αＹに対するコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿βＹの比を演算する演算部５１２ｉ−１を有している。位相差演算部５１２ｉは、演算部５１２ｉ−１から入力される演算結果の正接（タンジェント）の逆関数（アークタンジェント）を演算して上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}の位相差φ_{ｃｉｒ＿ｎ}を算出する算出部５１２ｉ−２を有している。

電流抑制部５１２は、除算部５１２ｅから出力される実効値Ｉ_{ｃｉｒ＿ｎ}と、位相差演算部５１２ｉの算出部５１２ｉ−２から出力される位相差φ_{ｃｉｒ＿ｎ}とが入力される循環電流指令値演算部５１２ｊを有している。循環電流指令値演算部５１２ｊは、式（１１）で表される演算を実行するように構成されている。循環電流指令値演算部５１２ｊに入力される実効値Ｉ_{ｃｉｒ＿ｎ}は、上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}に基づいている。また、本実施形態では、三相電力系統２の系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗに対して逆相となる循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の循環電流成分を用いるようになっている。このため、循環電流指令値演算部５１２ｊは、逆相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の指令値である循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}を算出して出力することができる。循環電流指令値演算部５１２ｊから出力される循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}は、アーム電圧指令値生成部５２（図４参照）に入力される。

図６は、アーム間電力平衡化制御部５ａに設けられたアーム電圧指令値生成部５２の概略構成の一例を示すブロック図である。図６では、理解を容易にするため、アーム電圧指令値生成部５２に接続されたコンデンサ電圧平衡化制御部５１、電流調整部５ｂ及びゲートパルス信号生成部５ｃ並びにゲートパルス信号生成部５ｃに接続されたキャリア波生成部５ｄが併せて図示されている。

図６に示すように、アーム電圧指令値生成部５２は、コンデンサ電圧平衡化制御部５１から入力されるＵ相の下アーム３１Ｕｎの出力電流ｉ_Ｕｎ及びＵ相の上アーム３１Ｕｐの出力電流ｉ_Ｕｐのそれぞれの電流信号を加算する加算部５２１ｕを有している。また、アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２１ｕから出力される加算信号を２分の１に減算する減算部５２２ｕを有している。アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２１ｕ及び減算部５２２ｕによって、現時点でＵ相レグ３１Ｕを循環する循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}を算出することができる。

アーム電圧指令値生成部５２は、減算部５２２ｕから出力される循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}と、コンデンサ電圧平衡化制御部５１の電流抑制部５１２に設けられた循環電流指令値演算部５１２ｊ（図５参照）から入力される循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号とが入力される加算部５２３ｕを有している。加算部５２３ｕは、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}の電流信号と極性を反転させた循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}の信号を加算、すなわち循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}の電流信号から循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}の信号を減算する。

アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２３ｕに接続されたＰ制御部５２４ｕを有している。Ｐ制御部５２４ｕは、加算部５２３ｕから入力される信号に比例制御を施すように構成されている。Ｐ制御部５２４ｕにおいて施される比例演算には、加算部５２３ｕでの加算結果の単位を電流から電圧に変換するパラメータが含まれている。これにより、Ｐ制御部５２４ｕは、電流調整部５ｂで生成されるアーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}を補正するためのアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｕ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}を生成することができる。アーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}は、三相電力系統２のＵ相交流電源２１１とＵ相レグ３１Ｕとの間で入流出させる無効電圧の指令値である。

図６に示すように、アーム電圧指令値生成部５２に接続された電流調整部５ｂは、例えばＡＣＲ（Ａｕｔｏ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｒｅｇｕｌａｔｏｒ）で構成されている。電流調整部５ｂには、電力変換装置１に設けられた電圧検出部（不図示）で検出された系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗが入力される。また、電流調整部５ｂには、電力変換装置１に設けられた電流検出部（不図示）で検出された三相電力系統２から主回路部３に流入する出力電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗが入力される。さらに、電流調整部５ｂには、出力電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗの指令値である出力電流指令値ｉ_{ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｗ＿ｒｅｆ}が入力される。電流調整部５ｂは、入力される系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗ、出力電流ｉ_ｕ，ｉ_ｖ，ｉ_ｗ及び出力電流指令値ｉ_{ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｗ＿ｒｅｆ}に基づいて、アーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}，ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}を生成するように構成されている。アーム電圧指令値ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}は、三相電力系統２のＶ相交流電源２１２とＶ相レグ３１Ｖとの間で入流出させる無効電圧の指令値である。アーム電圧指令値ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}は、三相電力系統２のＷ相交流電源２１３とＷ相レグ３１Ｗとの間で入流出させる無効電圧の指令値である。

図６に示すように、アーム電圧指令値生成部５２は、Ｐ制御部５２４ｕから出力されるアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｕ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}が入力される第一加算部５２５ｕ及び第二加算部５２６ｕを有している。第一加算部５２５ｕには、電流調整部５ｂから出力されるＵ相レグ３１Ｕのアーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号も入力される。第二加算部５２６ｕには、電流調整部５ｂから出力されるＵ相レグ３１Ｕのアーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させない信号も入力される。

第一加算部５２５ｕは、Ｕ相レグ３１Ｕのアーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号にアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｕ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}の信号を加算する。これにより、第一加算部５２５ｕは、アーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号をアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｕ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}分だけ正側に電圧シフトした、Ｕ相の上アーム３１Ｕｐのアーム電圧指令値ｖ_{Ｕｐ＿ｒｅｆ}を生成する。第二加算部５２６ｕは、Ｕ相レグ３１Ｕのアーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の信号にアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｕ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}の信号を加算する。これにより、第二加算部５２６ｕは、アーム電圧指令値ｖ_{ｕ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の信号をアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｕ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}分だけ正側に電圧シフトした、Ｕ相の下アーム３１Ｕｎのアーム電圧指令値ｖ_{Ｕｎ＿ｒｅｆ}を生成する。第一加算部５２５ｕで生成されたアーム電圧指令値ｖ_{Ｕｐ＿ｒｅｆ}及び第二加算部５２６ｕで生成されたアーム電圧指令値ｖ_{Ｕｎ＿ｒｅｆ}は、ゲートパルス信号生成部５ｃに入力される。

図６に示すように、アーム電圧指令値生成部５２は、コンデンサ電圧平衡化制御部５１から入力されるＶ相の下アーム３１Ｖｎの出力電流ｉ_Ｖｎ及びＶ相の上アーム３１Ｖｐの出力電流ｉ_Ｖｐのそれぞれの電流信号を加算する加算部５２１ｖを有している。また、アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２１ｖから出力される加算信号を２分の１に減算する減算部５２２ｖを有している。アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２１ｖ及び減算部５２２ｖによって、現時点でＶ相レグ３１Ｖを循環する循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}を算出することができる。

アーム電圧指令値生成部５２は、減算部５２２ｖから出力される循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}と、コンデンサ電圧平衡化制御部５１の電流抑制部５１２に設けられた循環電流指令値演算部５１２ｊ（図５参照）から入力される循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号とが入力される加算部５２３ｖを有している。加算部５２３ｖは、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}の電流信号と極性を反転させた循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}の信号を加算、すなわち循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}の電流信号から循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}の信号を減算する。

アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２３ｖに接続されたＰ制御部５２４ｖを有している。Ｐ制御部５２４ｖは、加算部５２３ｖから入力される信号に比例制御を施すように構成されている。Ｐ制御部５２４ｖにおいて施される比例演算には、加算部５２３ｖでの加算結果の単位を電流から電圧に変換するパラメータが含まれている。これにより、Ｐ制御部５２４ｖは、電流調整部５ｂで生成されるアーム電圧指令値ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}を補正するためのアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｖ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}を生成することができる。

アーム電圧指令値生成部５２は、Ｐ制御部５２４ｖから出力されるアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｖ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}が入力される第一加算部５２５ｖ及び第二加算部５２６ｖを有している。第一加算部５２５ｖには、電流調整部５ｂから出力されるＶ相レグ３１Ｖのアーム電圧指令値ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号も入力される。第二加算部５２６ｖには、電流調整部５ｂから出力されるＶ相レグ３１Ｖのアーム電圧指令値ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させない信号も入力される。

第一加算部５２５ｖは、Ｖ相レグ３１Ｖのアーム電圧指令値ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号にアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｖ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}の信号を加算する。これにより、第一加算部５２５ｖは、アーム電圧指令値ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号をアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｖ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}分だけ正側に電圧シフトした、Ｖ相の上アーム３１Ｖｐのアーム電圧指令値ｖ_{Ｖｐ＿ｒｅｆ}を生成する。第二加算部５２６ｖは、Ｖ相レグ３１Ｖのアーム電圧指令値ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の信号にアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｖ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}の信号を加算する。これにより、第二加算部５２６ｖは、アーム電圧指令値ｖ_{ｖ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の信号をアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｖ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}分だけ正側に電圧シフトした、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎのアーム電圧指令値ｖ_{Ｖｎ＿ｒｅｆ}を生成する。第一加算部５２５ｖで生成されたアーム電圧指令値ｖ_{Ｖｐ＿ｒｅｆ}及び第二加算部５２６ｖで生成されたアーム電圧指令値ｖ_{Ｖｎ＿ｒｅｆ}は、ゲートパルス信号生成部５ｃに入力される。

図６に示すように、アーム電圧指令値生成部５２は、コンデンサ電圧平衡化制御部５１から入力されるＷ相の下アーム３１Ｗｎの出力電流ｉ_Ｗｎ及びＷ相の上アーム３１Ｗｐの出力電流ｉ_Ｗｐのそれぞれの電流信号を加算する加算部５２１ｗを有している。また、アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２１ｗから出力される加算信号を２分の１に減算する減算部５２２ｗを有している。アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２１ｗ及び減算部５２２ｗによって、現時点でＷ相レグ３１Ｗを循環する循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を算出することができる。

アーム電圧指令値生成部５２は、減算部５２２ｗから出力される循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}と、コンデンサ電圧平衡化制御部５１の電流抑制部５１２に設けられた循環電流指令値演算部５１２ｊ（図５参照）から入力される循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号とが入力される加算部５２３ｗを有している。加算部５２３ｗは、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の電流信号と極性を反転させた循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}の信号を加算、すなわち循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の電流信号から循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}の信号を減算する。

アーム電圧指令値生成部５２は、加算部５２３ｗに接続されたＰ制御部５２４ｗを有している。Ｐ制御部５２４ｗは、加算部５２３ｗから入力される信号に比例制御を施すように構成されている。Ｐ制御部５２４ｗにおいて施される比例演算には、加算部５２３ｗでの加算結果の単位を電流から電圧に変換するパラメータが含まれている。これにより、Ｐ制御部５２４ｗは、電流調整部５ｂで生成されるアーム電圧指令値ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}を補正するためのアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｗ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}を生成することができる。

アーム電圧指令値生成部５２は、Ｐ制御部５２４ｗから出力されるアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｗ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}が入力される第一加算部５２５ｗ及び第二加算部５２６ｗを有している。第一加算部５２５ｗには、電流調整部５ｂから出力されるＷ相レグ３１Ｗのアーム電圧指令値ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号も入力される。第二加算部５２６ｗには、電流調整部５ｂから出力されるＷ相レグ３１Ｗのアーム電圧指令値ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させない信号も入力される。

第一加算部５２５ｗは、Ｗ相レグ３１Ｗのアーム電圧指令値ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号にアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｗ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}の信号を加算する。これにより、第一加算部５２５ｗは、アーム電圧指令値ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の極性を反転させた信号をアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｗ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}分だけ正側に電圧シフトした、Ｗ相の上アーム３１Ｗｐのアーム電圧指令値ｖ_{Ｗｐ＿ｒｅｆ}を生成する。第二加算部５２６ｗは、Ｗ相レグ３１Ｗのアーム電圧指令値ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の信号にアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｗ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}の信号を加算する。これにより、第二加算部５２６ｗは、アーム電圧指令値ｖ_{ｗ＿ａｃｒ＿ｒｅｆ}の信号をアーム電圧指令補正値ｖ_{Ｗ＿ｃｉｒ＿ｒｅｆ}分だけ正側に電圧シフトした、Ｗ相の下アーム３１Ｗｎのアーム電圧指令値ｖ_{Ｗｎ＿ｒｅｆ}を生成する。第一加算部５２５ｗで生成されたアーム電圧指令値ｖ_{Ｗｐ＿ｒｅｆ}及び第二加算部５２６ｗで生成されたアーム電圧指令値ｖ_{Ｗｎ＿ｒｅｆ}は、ゲートパルス信号生成部５ｃに入力される。

図６に示すように、アーム電圧指令値生成部５２は、キャリア波生成部５ｄを有している。キャリア波生成部５ｄは、Ｕ相レグ３１Ｕのためのキャリア波ＳＣｕi、Ｖ相レグ３１Ｖのためのキャリア波ＳＣｖi及びＷ相レグ３１Ｗようのキャリア波ＳＣｗiを生成してゲートパルス信号生成部５ｃに出力する。キャリア波ＳＣｕi、キャリア波ＳＣｖi及びキャリア波ＳＣｗiは、相間においては同位相であり、相内では位相が１／（ｘ＋１）度ずつずらされている。

ゲートパルス信号生成部５ｃは、第一加算部５２５ｕから入力されるアーム電圧指令値ｖ_{ｕｐ＿ｒｅｆ}及びキャリア波生成部５ｄから入力されるキャリア波ＳＣｕiに基づいて、Ｕ相レグ３１Ｕの上アーム３１Ｕｐに設けられた電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ（ｉは１からｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた半導体スイッチＱａを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｐｉ＿ａ}、半導体スイッチＱｂを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｐｉ＿ｂ}、半導体スイッチＱｃを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｐｉ＿ｃ}及び半導体スイッチＱｄを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｐｉ＿ｄ}を生成する。

ゲートパルス信号生成部５ｃは、第二加算部５２６ｕから入力されるアーム電圧指令値ｖ_{ｕｎ＿ｒｅｆ}及びキャリア波生成部５ｄから入力されるキャリア波ＳＣｕiに基づいて、Ｕ相レグ３１Ｕの下アーム３１Ｕｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ（ｉは１からｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた半導体スイッチＱａを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ａ}、半導体スイッチＱｂを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ｂ}、半導体スイッチＱｃを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ｃ}及び半導体スイッチＱｄを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ｄ}を生成する。

ゲートパルス信号生成部５ｃは、第一加算部５２５ｖから入力されるアーム電圧指令値ｖ_{ｖｐ＿ｒｅｆ}及びキャリア波生成部５ｄから入力されるキャリア波ＳＣｖiに基づいて、Ｖ相レグ３１Ｖの上アーム３１Ｖｐに設けられた電力変換回路セル３１１Ｖｐｉ（ｉは１からｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた半導体スイッチＱａを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｖｐｉ＿ａ}、半導体スイッチＱｂを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｖｐｉ＿ｂ}、半導体スイッチＱｃを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｖｐｉ＿ｃ}及び半導体スイッチＱｄを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｖｐｉ＿ｄ}を生成する。

ゲートパルス信号生成部５ｃは、第二加算部５２６ｖから入力されるアーム電圧指令値ｖ_{ｖｎ＿ｒｅｆ}及びキャリア波生成部５ｄから入力されるキャリア波ＳＣｖiに基づいて、Ｖ相レグ３１Ｖの下アーム３１Ｖｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｖｎｉ（ｉは１からｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた半導体スイッチＱａを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｖｎｉ＿ａ}、半導体スイッチＱｂを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｖｎｉ＿ｂ}、半導体スイッチＱｃを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｖｎｉ＿ｃ}及び半導体スイッチＱｄを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｖｎｉ＿ｄ}を生成する。

ゲートパルス信号生成部５ｃは、第一加算部５２５ｗから入力されるアーム電圧指令値ｖ_{ｗｐ＿ｒｅｆ}及びキャリア波生成部５ｄから入力されるキャリア波ＳＣｗiに基づいて、Ｗ相レグ３１Ｗの上アーム３１Ｗｐに設けられた電力変換回路セル３１１Ｗｐｉ（ｉは１からｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた半導体スイッチＱａを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｗｐｉ＿ａ}、半導体スイッチＱｂを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｗｐｉ＿ｂ}、半導体スイッチＱｃを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｗｐｉ＿ｃ}及び半導体スイッチＱｄを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｗｐｉ＿ｄ}を生成する。

ゲートパルス信号生成部５ｃは、第二加算部５２６ｗから入力されるアーム電圧指令値ｖ_{Ｗｎ＿ｒｅｆ}及びキャリア波生成部５ｄから入力されるキャリア波ＳＣｗiに基づいて、Ｗ相レグ３１Ｗの下アーム３１Ｗｎに設けられた電力変換回路セル３１１Ｗｎｉ（ｉは１からｘまでの自然数）のそれぞれに設けられた半導体スイッチＱａを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｗｎｉ＿ａ}、半導体スイッチＱｂを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｗｎｉ＿ｂ}、半導体スイッチＱｃを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｗｎｉ＿ｃ}及び半導体スイッチＱｄを制御するためのゲートパルス信号Ｓ_{Ｗｎｉ＿ｄ}を生成する。

このように、ゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ａ}〜ＳＵ_ｎｉ＿ｄ，Ｓ_{Ｕｐｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｕｐｉ＿ｄ}，Ｓ_{Ｖｎｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｖｎｉ＿ｄ}，Ｓ_{Ｖｐｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｖｐｉ＿ｄ}，Ｓ_{Ｗｎｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｗｎｉ＿ｄ}，Ｓ_{Ｗｐｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｗｐｉ＿ｄ}は、上下アーム間の出力電力差（すなわち上下アーム間のコンデンサ電圧差分値）を抑制するためのアーム電圧指令値ｖ_{Ｕｎ＿ｒｅｆ}，ｖ_{Ｕｐ＿ｒｅｆ}，ｖ_{Ｖｎ＿ｒｅｆ}，ｖ_{Ｖｐ＿ｒｅｆ}，ｖ_{Ｗｎ＿ｒｅｆ}，ｖ_{Ｗｐ＿ｒｅｆ}に基づいて生成されている。このため、Ｕ相の下アーム３１Ｕｎ及び上アーム３１Ｕｐ、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎ及び上アームＶｐ並びにＷ相の下アーム３１Ｗｕ及び上アームＷｐのそれぞれに設けられた半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄがゲートパルス信号Ｓ_{Ｕｎｉ＿ａ}〜ＳＵ_ｎｉ＿ｄ，Ｓ_{Ｕｐｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｕｐｉ＿ｄ}，Ｓ_{Ｖｎｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｖｎｉ＿ｄ}，Ｓ_{Ｖｐｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｖｐｉ＿ｄ}，Ｓ_{Ｗｎｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｗｎｉ＿ｄ}，Ｓ_{Ｗｐｉ＿ａ}〜Ｓ_{Ｗｐｉ＿ｄ}によってオン／オフ動作することにより、上下アーム間の出力電力差（すなわち上下アーム間のコンデンサ電圧差分値）が抑制される。その結果、電力変換装置１は、軽負荷状態や無負荷状態であっても安定して運転を継続することができる。

以上説明したように、本実施形態による電力変換装置は、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ及び交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎを有する下アーム３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎと、交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎに直列接続された交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐ及び交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐに直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉを有する上アーム３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐとをそれぞれ有する複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗと、複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの両端の間を接続して設けられた導電部材３２とを備え、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ及び電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉは、直列接続された２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂと、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂに並列接続されたコンデンサＣ１とを有している。

このような構成を備える電力変換装置は、軽負荷状態や無負荷状態であっても安定して運転を継続することができる。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態による電力変換装置について図７を用いて説明する。本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態による電力変換装置と同様に、上述の式（８）の右辺の第２項に示す零相電圧ｖ_ｚ及び循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}によって発生する瞬時電力を調整することによって、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑える（すなわちバランスさせる）ように構成されている点に特徴を有している。また、本実施形態による電力変換装置は、電流抑制部の構成を除いて、上記第１実施形態による電力変換装置１と同様の構成を有している。以下、本実施形態による電力変換装置の説明において、図１から図３、図４及び図６を参照するとともに、上記第１実施形態による電力変換装置１と同様の作用・機能を奏する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

本実施形態では一例として、互いに同じ周波数成分（本例では直流）の、零相電圧ｖ_ｚ及び循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を用いる。本実施形態では、零相電圧ｖ_ｚは、定格系統電圧をＶ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}とおき、定数をαとおくと、以下の（１３）にて定義することができる。定数αは、Ｕ相の下アーム３１Ｕｎ及び上アーム３１Ｕｐ、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎ及び上アームＶｐ並びにＷ相の下アーム３１Ｗｕ及び上アームＷｐが出力可能な、系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗに対するマージンであり、例えば０．０５である。
ｖ_ｚ＝α×Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ} ・・・（１３）

Ｕ相レグ３１の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}、Ｖ相レグ３１Ｖの循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}及びＷ相レグＷの循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}は、振幅をＩ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}とおき、位相差をΦ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}とおくと、以下の式（１４）として定義することができる。

式（１３）及び式（１４）を式（９）に代入すると、式（１５）に示すように、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿αＹ，ｐ_＿βＹが定まる。

式（１５）に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、零相電圧ｖ_ｚを制御して定格系統電圧Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}を変更し、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を制御して位相差Φ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}を変更することによって、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿αＹ，ｐ_＿βＹ、すなわち上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑えることができる。

本実施形態による電力変換装置１は、制御装置５のアーム間電力平衡化制御部５ａのコンデンサ電圧平衡化制御部５１に設けられた電流抑制部５１２（図４参照）に代えて、図７に示す電流抑制部５１３を備えている。

本実施形態による電力変換装置１は、式（１５）に基づいて、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿αＹ，ｐ_＿βＹを抑制、すなわち平衡化を図るように構成されている。このため、図７に示すように、本実施形態における電流抑制部５１３は、振幅演算部５１２ｄから出力された上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}の振幅の値を、零相電圧ｖ_ｚ（すなわち定格系統電圧Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}及び定数αを乗算した値）を√２倍した値で除算する除算部５１３ｅを有している。除算部５１３ｅは、振幅演算部５１２ｄから出力された上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}を零相電圧ｖ_ｚで除算することによって、正相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の振幅Ｉ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}を算出することができる。このように、電流抑制部５１３は、導電部材３２の零相電圧ｖ_ｚを用いて導電部材２３に流れる循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を調整するように構成されている。

電流抑制部５１３は、除算部５１２ｅから出力される振幅Ｉ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}の値と、位相差演算部５１２ｉの算出部５１２ｉ−２から出力される位相差φ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}とが入力される循環電流指令値演算部５１３ｊを有している。位相差φ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}を算出する位相差演算部５１２ｉは、上記第１実施形態における位相差演算部５１２ｉと同様の構成を有しているため、説明は省略する。循環電流指令値演算部５１３ｊは、式（１４）で表される演算を実行するように構成されている。循環電流指令値演算部５１３ｊに入力される振幅Ｉ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}の値は、上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙα＿ｒｅｆ}，Ｐ_{Ｙβ＿ｒｅｆ}に基づいている。また、本実施形態では、三相電力系統２の系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗに対して正相となる循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の循環電流成分を用いるようになっている。このため、循環電流指令値演算部５１３ｊは、正相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の指令値である循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}を算出して出力することができる。循環電流指令値演算部５１２ｊから出力される循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}は、アーム電圧指令値生成部５２に入力される（図４参照）。

本実施形態における制御装置５は、除算部５１３ｅ及び循環電流指令値演算部５１３ｊ以外の構成は、上記第１実施形態における制御装置５と同様であるため、説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態による電力変換装置は、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ及び交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎを有する下アーム３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎと、交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎに直列接続された交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐ及び交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐに直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉを有する上アーム３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐとをそれぞれ有する複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗと、複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの両端の間を接続して設けられた導電部材３２とを備え、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ及び電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉは、直列接続された２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂと、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂに並列接続されたコンデンサＣ１とを有している。

このような構成を備える本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態による電力変換装置と同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態による電力変換装置は、導電部材３２に流れる循環電流Ｉ_ｃｉｒ（換言すると循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}）を調整して上下アーム間のコンデンサの電圧の差分（コンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹ）を抑制する電流抑制部５１３を備えている。電流抑制部５１３は、導電部材３２の電圧である零相電圧ｖ_ｚを用いて導電部材３２に流れる循環電流を調整するように構成されている。

このような構成を備える本実施形態による電力変換装置は、上下アーム間の出力電力差、すなわち上下アーム間のコンデンサ電圧差分値を所定の範囲内に抑えるために、三相電力系統２に出力する出力電流及び出力電圧に依存しない。このため、本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態による電力変換装置と比較して、三相電力系統２との間でやり取りする電力が少ない軽負荷状態や当該電力がない無負荷状態であってもより安定して運転を継続することができる。

〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態による電力変換装置について図８を用いて説明する。本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態による電力変換装置と同様に、上述の式（８）の右辺の第１項に示す系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗ及び循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}によって発生する瞬時電力を調整することによって、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑える（すなわちバランスさせる）ように構成されている点に特徴を有している。また、本実施形態による電力変換装置は、電流抑制部の構成を除いて、上記第１実施形態による電力変換装置１と同様の構成を有している。以下、本実施形態による電力変換装置の説明において、図１から図３、図４及び図６を参照するとともに、上記第１実施形態による電力変換装置１と同様の作用・機能を奏する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

本実施形態では一例として、三相電力系統２の系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗと同じ周波数の正相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}が電力変換装置１に注入される。系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗは、上述の式（１０）によって定義することができる。また、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の実効値をそれぞれＩ_{ｃｉｒ＿ｐ}とし、角周波数をω_Ｓとすると、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}は、以下の式（１６）によって定義することができる。

式（１０）及び式（１６）を式（９）に代入すると、式（１７）に示すように、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿０Ｙが定まる。
ｐ_＿０Ｙ＝√３×Ｖ_Ｓ＿ｐ×Ｉ_{ｃｉｒ＿ｐ} ・・・（１７）

式（１７）に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を制御して位相差Φ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}を変更することによって、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿０Ｙ、すなわち上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑えることができる。

本実施形態による電力変換装置１は、制御装置５のアーム間電力平衡化制御部５ａのコンデンサ電圧平衡化制御部５１に設けられた電流抑制部５１２（図４参照）に代えて、図８に示す電流抑制部５１３を備えている。また、本実施形態におけるコンデンサ電圧平衡化制御部５１に設けられたコンデンサ電圧差分検出部５１１は、コンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹに代えて、コンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿０Ｙを電流抑制部５１３に出力するように構成されている。

図７に示すように、コンデンサ電圧平衡化制御部５１に設けられた電流抑制部５１４は、コンデンサ電圧差分検出部５１１（図４参照）から出力されたコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿０Ｙが入力される低域通過フィルタ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ：ＬＰＦ）５１４ａを有している。低域通過フィルタ５１４ａは、電圧検出部３１３（図２参照）が検出する電圧ｖ_{ｃ＿Ｕｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｕｐｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｖｐｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｎｉ}，ｖ_{ｃ＿Ｗｐｉ}に重畳される、Ｕ相交流電源２１１、Ｖ相交流電源２１２及びＷ相交流電源２１３（図１参照）からそれぞれ出力される交流電源の周波数の２倍成分の脈動を減衰させるために設けられている。

電流抑制部５１４は、低域通過フィルタ５１４ａを通過してコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿０Ｙから高周波の脈動が除去されたコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿０Ｙの極性を反転させた信号が入力される加算部５１４ｂを有している。加算部５１４ｂには、０ボルトの電圧（例えばグランドと同電位の電圧）も入力されるように構成されている。加算部５１４ｂは、０ボルトの直流信号と極性反転されたコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿０Ｙの信号とを加算、すなわち０ボルトの直流信号からコンデンサ電圧差分値ΔＶ_Ｃ＿０Ｙの信号を減算した信号を出力するように構成されている。

電流抑制部５１４は、加算部５１４ｂに接続されたＰＩ制御部５１４ｃを有している。ＰＩ制御部５１４ｃは、加算部５１４ｂから入力される信号に比例積分制御を施すように構成されている。ＰＩ制御部５１４ｃにおいて施される比例演算には、加算部５１４ｂでの加算結果の単位を電圧から電力に変換するパラメータが含まれている。これにより、ＰＩ制御部５１４ｃは、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿０Ｙの指令値である上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙ０＿ｒｅｆ}を出力することができる。

電流抑制部５１４は、ＰＩ制御部５１４ｃから出力される上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙ０＿ｒｅｆ}を系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗの線間電圧の実効値であって３相２相変換座標変換後の実効値√３Ｖ_Ｓ＿ｐで除算する除算部５１４ｄを有している。除算部５１４ｄは、ＰＩ制御部５１４ｃから出力された上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙ０＿ｒｅｆ}を実効値√３Ｖ_Ｓ＿ｐで除算することによって、正相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の実効値Ｉ_{ｃｉｒ＿ｐ}を算出することができる。実効値√３Ｖ_Ｓ＿ｐは、系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗの線間電圧の実効値である。このため、電流抑制部５１４は、Ｕ相レグ３１Ｕ、Ｖ相レグ３１Ｖ及びＷ相レグ３１Ｗが接続される三相電力系統２の電圧を用いて導電部材３２に流れる循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を調整するように構成されている。

電流抑制部５１４は、除算部５１４ｄから出力される実効値Ｉ_{ｃｉｒ＿ｐ}が入力される循環電流指令値演算部５１４ｅを有している。循環電流指令値演算部５１４ｅは、式（１６）で表される演算を実行するように構成されている。循環電流指令値演算部５１４ｅに入力される実効値Ｉ_{ｃｉｒ＿ｐ}は、上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙ０＿ｒｅｆ}に基づいている。また、本実施形態では、三相電力系統２の系統電圧ｖ_ｕ，ｖ_ｖ，ｖ_ｗに対して正相となる循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の循環電流成分を用いるようになっている。このため、循環電流指令値演算部５１４ｅは、正相の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の指令値である循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}を算出して出力することができる。循環電流指令値演算部５１４ｅから出力される循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}は、アーム電圧指令値生成部５２（図４参照）に入力される。

本実施形態における制御装置５は、コンデンサ電圧差分検出部５１１及び電流抑制部５１４以外の構成は、上記第１実施形態における制御装置５と同様であるため、説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態による電力変換装置は、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ及び交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎを有する下アーム３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎと、交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎに直列接続された交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐ及び交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐに直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉを有する上アーム３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐとをそれぞれ有する複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗと、複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの両端の間を接続して設けられた導電部材３２とを備え、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ及び電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉは、直列接続された２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂと、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂに並列接続されたコンデンサＣ１とを有している。

このような構成を備える本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態による電力変換装置と同様の効果を奏することができる。

〔第４実施形態〕
本発明の第４実施形態による電力変換装置について図９を用いて説明する。本実施形態による電力変換装置は、上記第２実施形態による電力変換装置と同様に、上述の式（８）の右辺の第２項に示す零相電圧ｖ_ｚ及び循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}によって発生する瞬時電力を調整することによって、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑える（すなわちバランスさせる）ように構成されている点に特徴を有している。また、本実施形態による電力変換装置は、電流抑制部の構成を除いて、上記第１実施形態による電力変換装置と同様の構成を有している。以下、本実施形態による電力変換装置の説明において、図１から図３、図４及び図６を参照するとともに、上記第１実施形態から上記第３実施形態による電力変換装置１と同様の作用・機能を奏する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

本実施形態では一例として、互いに同じ周波数成分（本例では直流）の、零相電圧ｖ_ｚ及び循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を用いる。本実施形態では、上記第２実施形態と同様に、零相電圧ｖ_ｚは、上述の式（１３）にて定義される。

Ｕ相レグ３１の循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}、Ｖ相レグ３１Ｖの循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}及びＷ相レグＷの循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}は、振幅をＩ_{ｃｉｒ＿０＿ｄｃ}とおくと、以下の式（１８）として定義することができる。

式（１３）及び式（１８）を式（９）に代入すると、式（１９）に示すように、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿０Ｙが定まる。
ｐ_＿０Ｙ＝（２／√３）×α×Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ} ×Ｉ_{ｃｉｒ＿０＿ｄｃ} ・・・（１９）

式（１９）に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、零相電圧ｖ_ｚを制御して定格系統電圧Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}を変更し、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を制御して振幅Ｉ_{ｃｉｒ＿０＿ｄｃ}を変更することによって、上下アーム間の出力電力差ｐ_＿０Ｙ、すなわち上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑えることができる。

本実施形態による電力変換装置１は、制御装置５のアーム間電力平衡化制御部５ａのコンデンサ電圧平衡化制御部５１に設けられた電流抑制部５１２（図４参照）に代えて、図９に示す電流抑制部５１５を備えている。また、本実施形態におけるコンデンサ電圧平衡化制御部５１に設けられたコンデンサ電圧差分検出部５１１は、コンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿αＹ，Δｖ_Ｃ＿βＹに代えて、コンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿０Ｙを電流抑制部５１３に出力するように構成されている。

図９に示すように、本実施形態における電流抑制部５１５は、低域通過フィルタ５１４ａ、加算部５１４ｂ及びＰＩ制御部５１４ｃを有している。電流抑制部５１５に設けられた低域通過フィルタ５１４ａ、加算部５１４ｂ及びＰＩ制御部５１４ｃは、上記第３実施形態における電流抑制部５１４に設けられた低域通過フィルタ５１４ａ、加算部５１４ｂ及びＰＩ制御部５１４ｃと同様の構成を有し、同様の機能を発揮するため、説明は省略する。

電流抑制部５１４は、ＰＩ制御部５１４ｃから出力される上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙ０＿ｒｅｆ}を、「（２／√３）×α×Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}」で求められる値で除算する除算部５１５ｄを有している。除算部５１５ｄは、ＰＩ制御部５１４ｃから出力された上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙ０＿ｒｅｆ}を「（２／√３）×α×Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}」で求められる値で除算することによって、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の振幅を合計した振幅Ｉ_{ｃｉｒ＿ｄｃ}を算出することができる。このように、電流抑制部５１４は、導電部材３２の零相電圧ｖ_ｚ（より具体的には零相電圧ｖ_ｚに基づく「（２／√３）×α×Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}」で求められる値）を用いて導電部材２３に流れる循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}を調整するように構成されている。

電流抑制部５１４は、除算部５１５ｄから出力される振幅Ｉ_{ｃｉｒ＿０＿ｄｃ}の値が入力される循環電流指令値演算部５１５ｅを有している。循環電流指令値演算部５１５ｅは、式（１８）で表される演算を実行するように構成されている。循環電流指令値演算部５１５ｅに入力される振幅Ｉ_{ｃｉｒ＿０＿ｄｃ}の値は、上下アーム間の出力電力差指令値Ｐ_{Ｙ０＿ｒｅｆ}に基づいている。また、除算部５１５ｄにおいて、零相電圧ｖ_ｚの定格系統電圧Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}及び定数αに基づく「（２／√３）×α×Ｖ_{Ｓ＿ｒａｔｅｄ}」で求められる値が用いるようになっている。このため、循環電流指令値演算部５１５ｅは、循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}の指令値である循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}を算出して出力することができる。循環電流指令値演算部５１５ｅから出力される循環電流指令値ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ＿ｒｅｆ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ＿ｒｅｆ}は、アーム電圧指令値生成部５２（図４参照）に入力される。

本実施形態における制御装置５は、除算部５１４ｄ及び循環電流指令値演算部５１４ｅ以外の構成は、上記第３実施形態における制御装置５と同様であるため、説明は省略する。

以上説明したように、本実施形態による電力変換装置は、直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ及び交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎを有する下アーム３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎと、交流リアクトル３１２Ｕｎ，３１２Ｖｎ，３１２Ｗｎに直列接続された交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐ及び交流リアクトル３１２Ｕｐ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｐに直列接続された電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉを有する上アーム３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐとをそれぞれ有する複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗと、複数のレグ３１Ｕ，３１Ｖ，３１Ｗの両端の間を接続して設けられた導電部材３２とを備え、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｗｎｉ及び電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｐｉは、直列接続された２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂと、２個の半導体スイッチＱａ，Ｑｂに並列接続されたコンデンサＣ１とを有している。

このような構成を備える本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態による電力変換装置と同様の効果を奏することができる。

また、本実施形態による電力変換装置は、導電部材３２に流れる循環電流Ｉ_ｃｉｒ（換言すると循環電流ｉ_{ｃｉｒ＿ｕ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｖ}，ｉ_{ｃｉｒ＿ｗ}）を調整して上下アーム間のコンデンサの電圧の差分（コンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹ）を抑制する電流抑制部５１４を備えている。電流抑制部５１４は、導電部材３２の電圧である零相電圧ｖ_ｚを用いて導電部材３２に流れる循環電流を調整するように構成されている。

このような構成を備える本実施形態による電力変換装置は、上下アーム間の出力電力差、すなわち上下アーム間のコンデンサ電圧差分値を所定の範囲内に抑えるために、三相電力系統２に出力する出力電流及び出力電圧に依存しない。このため、本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態及び上記第３実施形態による電力変換装置と比較して、三相電力系統２との間でやり取りする電力が少ない軽負荷状態や当該電力がない無負荷状態であってもより安定して運転を継続することができる。

〔第５実施形態〕
本発明の第５実施形態による電力変換装置について図１０を用いて説明する。本実施形態による電力変換装置は、蓄電素子として設けられた二次電池の残容量を制御して上下アーム間の出力電力差を所定の範囲内に抑える点に特徴を有している。本実施形態による電力変換装置は、電力変換回路セルの構成が異なる点を除いて、上記第１実施形態による電力変換装置と同様の概略構成を有している。以下、本実施形態による電力変換装置の説明において、図１を参照するとともに、上記第１実施形態による電力変換装置１と同様の作用・機能を奏する構成要素には同一の符号を付してその説明は省略する。

図１０に示すように、Ｕ相レグ３１Ｕの下アーム３１Ｕｎの電力変換回路セル３１１Ｕｎｉ（ｉは１〜ｘまでの自然数）に設けられた蓄電素子は、コンデンサＣ２と、コンデンサＣ２に並列に接続された二次電池３１４とを有している。また、電力変換回路セル３１１Ｕｎｉは、二次電池３１４の残容量（Ｓｔａｔｅ−Ｏｆ−Ｃｈａｒｇｅ：ＳＯＣ）を検出する電池管理システム（Ｂａｔｔｅｒｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｙｓｔｅｍ：ＢＭＳ）３１５を有している。電池管理システム３１５は、制御装置５に接続されている。電池管理システム３１５が検出する二次電池３１４の残容量の情報は、制御装置５に送信される。

同様に、Ｕ相レグ３１Ｕの上アーム３１Ｕｐの電力変換回路セル３１１Ｕｐｉ（ｉは１〜ｘまでの自然数）に設けられた蓄電素子は、コンデンサＣ２と、コンデンサＣ２に並列に接続された二次電池３１４とを有している。また、電力変換回路セル３１１Ｕｐｉは、二次電池３１４の残容量を検出する電池管理システム３１５を有している。電池管理システム３１５は、制御装置５に接続されている。電池管理システム３１５が検出する二次電池３１４の残容量の情報は、制御装置５に送信される。

図示は省略するが、Ｖ相レグ３１Ｕの下アーム３１Ｖｎ及び上アーム３１Ｖｐ並びにＷ相レグ３１Ｗの下アーム３１Ｗｎ及び上アーム３１Ｗｐのそれぞれに設けられた電力変換回路セルも同様に、コンデンサＣ２、コンデンサＣ２に並列に接続された二次電池３１４及び二次電池３１４の残容量を検出する電池管理システム３１５を有している。

コンデンサＣ２の両電極間の電圧は、二次電池３１４の両端電圧により定まる。このため、本実施形態による電力変換装置は、コンデンサＣ２の両電極間の直流電圧を制御装置５に出力する必要はない。本実施形態による電力変換装置は、コンデンサＣ２の両電極間の直流電圧の代わりに、電池管理システム３１５が検出する二次電池３１４の残容量の情報を制御装置５に送信するように構成されている。制御装置５は、電池管理システム３１５から入力される電力変換回路セルの二次電池３１４の残容量の差分を抑制することができるように構成されている。

制御装置５に設けられたコンデンサ電圧差分検出部（差分検出部の一例）は、Ｕ相の下アーム３１Ｕｎｉに設けられた二次電池３１４の残容量及びＵ相の上アーム３１Ｕｐｉに設けられた二次電池３１４の残容量の差分を検出するように構成されている。また、当該コンデンサ電圧差分検出部は、Ｖ相の下アーム３１Ｖｎｉに設けられた二次電池３１４の残容量及びＶ相の上アーム３１Ｖｐｉに設けられた二次電池３１４の残容量の差分を検出するように構成されている。さらに、当該コンデンサ電圧差分検出部は、Ｗ相の下アーム３１Ｗｎｉに設けられた二次電池３１４の残容量及びＷ相の上アーム３１Ｗｐｉに設けられた二次電池３１４の残容量の差分を検出するように構成されている。

当該コンデンサ電圧差分検出部は、検出する二次電池３１４の残容量を電圧に変換することが可能に構成されている。当該コンデンサ電圧差分検出部は、変換した電圧を用いて、上記第１実施形態から第４実施形態による電力変換装置に設けられたコンデンサ電圧差分検出部５１１と同様の動作が可能になる。これにより、本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態から第４実施形態による電力変換装置のいずれかと同様の動作により、上下アーム間のコンデンサ電圧差分値Δｖ_Ｃ＿ＵＹ，Δｖ_Ｃ＿ＶＹ，Δｖ_Ｃ＿ＷＹを所定の範囲内に抑えることができる。

その結果、本実施形態による電力変換装置は、上記第１実施形態から第４実施形態による電力変換装置と同様の効果が得られる。さらに、本実施形態による電力変換装置は、コンデンサＣ２と並列に二次電池３１４を有することにより、サージ電圧をコンデンサＣ２で抑制するとともに、より長時間にわたって有効電力を補償することが可能である。

本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
上記第１実施形態から上記第５実施形態による電力変換装置１は、４個の半導体スイッチを有する複数の電力変換回路セルを備えているが、本発明はこれに限られない。例えば、電力変換装置は、直列接続された２個の半導体スイッチを有する複数の電力変換回路セルを有していても同様の効果が得られる。

上記第１実施形態から上記第５実施形態による電力変換装置１は、ＩＧＢＴで構成された半導体スイッチＱａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄを有しているが、本発明はこれに限られない。電力変換装置１は、例えば、ゲートターンオフサイリスタ（Ｇａｔｅ Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＧＴＯ）、集積化ゲート転流型サイリスタ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＧＣＴ）、又はＭＯＳ型電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などで構成された半導体スイッチを有していてもよい。

上記第１実施形態から上記第４実施形態による電力変換装置は、コンデンサＣ１の容量を、上下アーム間の電力を平衡化するために必要な容量よりも大きく設計してもよい。この場合、電力変換装置は、例えば、電力系統が瞬間的に停電した場合でも、電力系統の負荷に短時間、有効電力を供給することができる。

本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の技術的範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。

１ 電力変換装置
２ 三相電力系統
３ 主回路部
５ 制御装置
５ａ アーム間電力平衡化制御部
５ｂ 電流調整部
５ｃ ゲートパルス信号生成部
５ｄ キャリア波生成部
２１ 三相交流電源
２２ ケーブル
３１Ｕ Ｕ相レグ
３１Ｕｎ，３１Ｖｎ，３１Ｗｎ 下アーム
３１Ｕｐ，３１Ｖｐ，３１Ｗｐ 上アーム
３１Ｕｔ，３１Ｖｔ，３１Ｗｔ，Ｔ１，Ｔ２ 端子
３１Ｖ Ｖ相レグ
３１ｗ Ｗ相レグ
３１Ｗ Ｗ相レグ
３２ 導電部材
５１ コンデンサ電圧平衡化制御部
５２ アーム電圧指令値生成部
２１１ Ｕ相交流電源
２１２ Ｖ相交流電源
２１３ Ｗ相交流電源
２２１ Ｕ相ケーブル
２２２ Ｖ相ケーブル
２２３ Ｗ相ケーブル
３１１Ｕｎ１，３１１Ｕｎｉ，３１１Ｕｎｉ−１，３１１Ｕｎｘ，３１１Ｕｐ，３１１Ｕｐ１，３１１Ｕｐｉ，３１１Ｕｐｉ−１，３１１Ｕｐｘ，３１１Ｖｎ１，３１１Ｖｎｉ，３１１Ｖｎｘ，３１１Ｖｐ，３１１Ｖｐ１，３１１Ｖｐｉ，３１１Ｗｎ１，３１１Ｗｎｉ，３１１Ｗｎｘ，３１１Ｗｐ，３１１Ｗｐ１，３１１Ｗｐｉ 電力変換回路セル
３１２Ｕｎ，３１２Ｕｐ，３１２Ｖｎ，３１２Ｖｐ，３１２Ｗｎ，３１２Ｗｐ 交流リアクトル
３１３ 電圧検出部
３１４ 二次電池
３１５ 電池管理システム
５１１ コンデンサ電圧差分検出部
５１２ 電流抑制部
５１２，５１３，５１４，５１５ 電流抑制部
５１２ａ，５１２ｆ，５１４ａ 低域通過フィルタ
５１２ｂ、５１２ｇ 加算部
５１２ｃ、５１２ｈ，５１４ｃ，５２４ｕ，５２４ｖ，５２４ｗ Ｐ制御部
５１２ｄ 振幅演算部
５１２ｅ，５１３ｅ，５１４ｄ，５１５ｄ 除算部
５１２ｉ 位相差演算部
５１２ｉ−１ 演算部
５１２ｉ−２ 算出部
５１２ｊ，５１３ｊ，５１４ｅ，５１５ｅ 循環電流指令値演算部
５１４ｂ，５２１ｕ，５２１ｖ，５２１ｗ，５２３ｕ，５２３ｖ，５２３ｗ 加算部
５２２ｕ，５２２ｖ，５２２ｗ 減算部
５２５ｕ，５２５ｖ，５２５ｗ 第一加算部
５２６ｕ，５２６ｖ，５２６ｗ 第二加算部
Ｃ１，Ｃ２ コンデンサ
Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃ，Ｄｄ 還流用ダイオード
Ｍａ，Ｍｂ，Ｍｃ，Ｍｄ 半導体モジュール
ＰＳ 電力制御システム
Ｑａ，Ｑｂ，Ｑｃ，Ｑｄ 半導体スイッチ

Claims (9)

1. 直列接続された第一電力変換回路セル及び第一コイルを有する第一アームと、前記第一コイルに直列接続された第二コイル及び前記第二コイルに直列接続された第二電力変換回路セルを有する第二アームとをそれぞれ有する複数のレグと、
   前記複数のレグの両端の間を接続して設けられた導電部材と
   を備え、
   前記第一電力変換回路セル及び前記第二電力変換回路セルは、直列接続された２個の半導体スイッチと、前記２個の半導体スイッチに並列接続された蓄電素子とを有する
   電力変換装置。
2. 前記半導体スイッチを制御する制御部を備え、
   前記制御部は、前記導電部材に流れる電流を調整して前記第一アームの電力と前記第二アームの電力との平衡が維持されるように制御する電力平衡化制御部を有する
   請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記電力平衡化制御部は、前記第一アームに設けられた前記蓄電素子の電圧及び前記第二アームに設けられた前記蓄電素子の電圧の平衡が維持されるように制御する電圧平衡化制御部を有する
   請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記電圧平衡化制御部は、
   前記第一アームに設けられた前記蓄電素子の電圧及び前記第二アームに設けられた前記蓄電素子の電圧の差分を検出する差分検出部と、
   前記導電部材に流れる電流を調整して前記差分を抑制する抑制部と
   を有する
   請求項３に記載の電力変換装置。
5. 前記抑制部は、前記複数のレグが接続される電力系統の電圧を用いて前記導電部材に流れる電流を調整する
   請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記抑制部は、前記導電部材の電圧を用いて該導電部材に流れる電流を調整する
   請求項４に記載の電力変換装置。
7. 前記蓄電素子は、コンデンサを有する
   請求項４から６までのいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記差分検出部は、前記第一アームに設けられた前記コンデンサの電圧及び前記第二アームに設けられた前記コンデンサの電圧の差分を検出する
   請求項７に記載の電力変換装置。
9. 前記蓄電素子は、前記コンデンサに並列に接続された二次電池を有し、
   前記差分検出部は、前記第一アームに設けられた前記二次電池の残容量及び前記第二アームに設けられた前記二次電池の残容量の差分を検出する
   請求項７に記載の電力変換装置。

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