JP2023099680A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】損失の増大を抑制しつつ、出力電圧の高い制御性能を得ることができる電力変換装置を提供する。【解決手段】複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のスイッチングにより、交流電力の出力を行う主回路部と、主回路部の動作を制御する制御装置と、を備え、主回路部は、複数のスイッチング素子によって構成される複数のアーム部又は複数のレグを有し、制御装置は、主回路部の交流の出力電圧の基準となる信号波と、搬送波と、を比較することにより、複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するための被変調信号を生成するとともに、複数のアーム部毎又は複数のレグ毎に複数の搬送波を設定し、複数のアーム部毎又は複数のレグ毎に搬送波の周波数を演算することにより、複数のアーム部毎又は複数のレグ毎に複数の搬送波の周波数をそれぞれ独立して設定する電力変換装置が提供される。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。

交流電力の出力を行う主回路部と、主回路部の動作を制御する制御装置と、を備えた電力変換装置が知られている。主回路部は、複数のスイッチング素子を有し、複数のスイッチング素子のスイッチングにより、交流電力の出力を行う。制御装置は、複数のスイッチング素子のスイッチングを制御することにより、主回路部による交流電力の出力を制御する。

こうした電力変換装置において、出力電圧の信号波と搬送波とを比較して複数のスイッチング素子のスイッチングのタイミングを決定することが行われている。このような電力変換装置では、搬送波の周波数を上げることで、信号波に対する出力電圧の追従性を高めることができる。しかしながら、搬送波の周波数を上げてしまうと、スイッチングの回数が増加し、スイッチングによる損失が定常的に増大してしまう可能性がある。

このため、電力変換装置では、損失の増大を抑制しつつ、出力電圧の高い制御性能を得られるようにすることが望まれる。

特開２０１８－００７２９４号公報

本発明の実施形態は、損失の増大を抑制しつつ、出力電圧の高い制御性能を得ることができる電力変換装置を提供する。

本発明の実施形態によれば、複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、交流電力の出力を行う主回路部と、前記主回路部の動作を制御する制御装置と、を備え、前記主回路部は、前記複数のスイッチング素子によって構成される複数のアーム部又は複数のレグを有し、前記制御装置は、前記主回路部の交流の出力電圧の基準となる信号波と、搬送波と、を比較することにより、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するための被変調信号を生成するとともに、前記複数のアーム部毎又は前記複数のレグ毎に複数の前記搬送波を設定し、前記複数のアーム部毎又は前記複数のレグ毎に前記搬送波の周波数を演算することにより、前記複数のアーム部毎又は前記複数のレグ毎に複数の前記搬送波の周波数をそれぞれ独立して設定する電力変換装置が提供される。

損失の増大を抑制しつつ、出力電圧の高い制御性能を得ることができる電力変換装置が提供される。

第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。 変換器を模式的に表すブロック図である。 制御装置の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。 制御装置を模式的に表すブロック図である。 図５（ａ）及び図５（ｂ）は、不正パルス防止器の動作の一例を模式的に表すグラフである。 図６（ａ）～図６（ｆ）は、第１の実施形態に係る電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。 図７（ａ）～図７（ｅ）は、電力変換装置の参考の動作の一例を模式的に表すグラフである。 第１の実施形態に係る電力変換装置の制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 第２の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。 第３の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。 第３の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。 第３の実施形態に係る電力変換装置の制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 第３の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。 第４の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。 第４の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。 第５の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。 第５の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。 第５の実施形態に係る電力変換装置の制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。 第５の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。 第６の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。 第６の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。

以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
図１に表したように、電力変換装置１０は、主回路部１２と、制御装置１４と、を備える。電力変換装置１０は、例えば、直流送電システムに用いられる。電力変換装置１０は、直流送電システムにおいて、交流電力系統２及び一対の直流送電線３、４に接続される。

直流送電システムは、例えば、変圧器６を有する。電力変換装置１０の主回路部１２は、変圧器６を介して交流電力系統２に接続される。交流電力系統２の交流電力は、三相交流電力である。より詳しくは、対称三相交流電力である。変圧器６は、交流電力系統２の三相交流電力を主回路部１２に対応した交流電力に変換する。変圧器６は、主回路部１２に合わせて三相交流電力の各相の実効値を変化させる。変圧器６は、三相変圧器である。変圧器６は、必要に応じて設けられ、省略可能である。主回路部１２には、交流電力系統２の三相交流電力を直接供給してもよい。

電力変換装置１０は、交流電力系統２から供給された三相交流電力を直流電力に変換し、変換後の直流電力を直流送電線３、４に供給する。また、電力変換装置１０は、直流送電線３、４から供給された直流電力を三相交流電力に変換し、変換後の三相交流電力を交流電力系統２に供給する。このように、電力変換装置１０は、交流から直流への交直変換、及び、直流から交流への交直変換を行う。

例えば、直流送電線３は、直流電力の高圧側の送電線であり、直流送電線４は、直流電力の低圧側の送電線である。電力変換装置１０は、直流送電線３側が高圧、直流送電線４側が低圧となるように、変換後の直流電力を直流送電線３、４に出力する。

主回路部１２は、交流電力系統２と各直流送電線３、４との間に設けられる。主回路部１２は、三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を行う。主回路部１２は、例えば、直列に接続された複数の変換器を有するマルチレベル電力変換器である。主回路部１２は、例えば、ＭＭＣ（Modular Multilevel Converter）型の電力変換器である。ＭＭＣ型の主回路部１２は、直列に接続された複数の変換器を有する。各変換器は、ハーフブリッジ接続又はフルブリッジ接続された複数のスイッチング素子と、各スイッチング素子に並列に接続された電荷蓄積素子と、を有する。主回路部１２は、各スイッチング素子のスイッチングにより、交直変換を行う。

制御装置１４は、主回路部１２に接続されている。制御装置１４は、各スイッチング素子のオン・オフを制御することにより、主回路部１２による三相交流電力から直流電力への変換、及び、直流電力から三相交流電力への変換を制御する。

主回路部１２は、第１及び第２の一対の直流端子２０ａ、２０ｂと、第１～第３の３つの交流端子２１ａ～２１ｃと、第１～第６の６つのアーム部２２ａ～２２ｆと、を有する。

第１直流端子２０ａは、高圧側の直流送電線３に接続される。第２直流端子２０ｂは、低圧側の直流送電線４に接続される。これにより、主回路部１２によって変換された直流電力が直流送電線３、４に供給されるとともに、直流送電線３、４から供給された直流電力が主回路部１２に入力される。

第１アーム部２２ａは、第１直流端子２０ａに接続される。第２アーム部２２ｂは、第１アーム部２２ａと第２直流端子２０ｂとの間に接続される。第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂは、各直流端子２０ａ、２０ｂの間に直列に接続される。

第３アーム部２２ｃは、第１直流端子２０ａに接続される。第４アーム部２２ｄは、第３アーム部２２ｃと第２直流端子２０ｂとの間に接続される。第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄは、第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂに対して並列に接続される。

第５アーム部２２ｅは、第１直流端子２０ａに接続される。第６アーム部２２ｆは、第５アーム部２２ｅと第２直流端子２０ｂとの間に接続される。すなわち、第５アーム部２２ｅ及び第６アーム部２２ｆは、第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂに対して並列に接続されるとともに、第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄに対して並列に接続される。

主回路部１２では、第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂによって第１レグＬＧ１が構成され、第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄによって第２レグＬＧ２が構成され、第５アーム部２２ｅ及び第６アーム部２２ｆによって第３レグＬＧ３が構成される。すなわち、この例において、主回路部１２は、３レグ、６アームの三相インバータである。第１アーム部２２ａ、第３アーム部２２ｃ及び第５アーム部２２ｅは、上側アームである。第２アーム部２２ｂ、第４アーム部２２ｄ及び第６アーム部２２ｆは、下側アームである。このように、主回路部１２は、複数のスイッチング素子によって構成される複数のアーム部及び複数のレグを有する。主回路部１２は、例えば、２レグ、４アームの単相インバータなどでもよい。アーム部及びレグの数は、上記に限ることなく、任意の数でよい。

第１アーム部２２ａは、直列に接続された複数の変換器ＵＰ１、ＵＰ２…ＵＰＭ_１を有する。第２アーム部２２ｂは、直列に接続された複数の変換器ＵＮ１、ＵＮ２…ＵＮＭ_２を有する。第３アーム部２２ｃは、直列に接続された複数の変換器ＶＰ１、ＶＰ２…ＶＰＭ_３を有する。第４アーム部２２ｄは、直列に接続された複数の変換器ＶＮ１、ＶＮ２…ＶＮＭ_４を有する。第５アーム部２２ｅは、直列に接続された複数の変換器ＷＰ１、ＷＰ２…ＷＰＭ_５を有する。第６アーム部２２ｆは、直列に接続された複数の変換器ＷＮ１、ＷＮ２…ＷＮＭ_６を有する。

但し、以下では、各変換器ＵＰ１、ＵＰ２…ＵＰＭ_１、ＵＮ１、ＵＮ２…ＵＮＭ_２、ＶＰ１、ＶＰ２…ＶＰＭ_３、ＶＮ１、ＶＮ２…ＶＮＭ_４、ＷＰ１、ＷＰ２…ＷＰＭ_５、ＷＮ１、ＷＮ２…ＷＮＭ_６をまとめて呼称する場合に、「変換器ＣＥＬ」と称す。

各アーム部２２ａ～２２ｆにおいて、Ｍ_１、Ｍ_２、Ｍ_３、Ｍ_４、Ｍ_５、Ｍ_６は、直列接続された変換器ＣＥＬの台数を表す。各アーム部２２ａ～２２ｆにおいて、直列接続される変換器ＣＥＬの台数は、例えば、１００台～１２０台程度である。但し、直列接続される変換器ＣＥＬの台数は、これに限ることなく、任意の台数でよい。

各アーム部２２ａ～２２ｆに設けられる変換器ＣＥＬの台数は、実質的に同じである。例えば、多数の各変換器ＣＥＬが接続される場合には、主回路部１２の動作に影響のない範囲において、各アーム部２２ａ～２２ｆに設けられる変換器ＣＥＬの台数が異なってもよい。例えば、１つのアーム部に１００台の変換器ＣＥＬを直列に接続する場合、別のアーム部に設ける変換器ＣＥＬの台数は、１～２台異なってもよい。

各アーム部２２ａ～２２ｆのそれぞれは、バッファリアクトル２３ａ～２３ｆと、複数の電流検出器２４ａ～２４ｆと、をさらに有する。また、電力変換装置１０は、電圧検出部２５をさらに有する。

各バッファリアクトル２３ａ～２３ｆは、各アーム部２２ａ～２２ｆのそれぞれにおいて、各変換器ＣＥＬに直列に接続される。第１アーム部２２ａのバッファリアクトル２３ａは、交流端子２１ａと第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂとの接続点と変換器ＵＰ１との間に設けられる。第２アーム部２２ｂのバッファリアクトル２３ｂは、交流端子２１ａと第１アーム部２２ａ及び第２アーム部２２ｂとの接続点と変換器ＵＮ１との間に設けられる。第３アーム部２２ｃのバッファリアクトル２３ｃは、交流端子２１ｂと第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄとの接続点と変換器ＶＰ１との間に設けられる。第４アーム部２２ｄのバッファリアクトル２３ｄは、交流端子２１ｂと第３アーム部２２ｃ及び第４アーム部２２ｄとの接続点と変換器ＶＮ１との間に設けられる。第５アーム部２２ｅのバッファリアクトル２３ｅは、交流端子２１ｃと第５アーム部２２ｅ及び第６アーム部２２ｆとの接続点と変換器ＷＰ１との間に設けられる。第６アーム部２２ｆのバッファリアクトル２３ｆは、交流端子２１ｃと第５アーム部２２ｅ及び第６アーム部２２ｆとの接続点と変換器ＷＮ１との間に設けられる。

電流検出器２４ａは、第１アーム部２２ａに設けられ、第１アーム部２２ａに流れる電流を検出する。すなわち、電流検出器２４ａは、第１アーム部２２ａのアーム電流を検出する。電流検出器２４ａは、図示を省略した配線などを介して制御装置１４に接続されている。電流検出器２４ａは、検出した第１アーム部２２ａの電流値を制御装置１４に入力する。これにより、制御装置１４には、第１アーム部２２ａの電流値が入力される。

以下同様に、電流検出器２４ｂは、第２アーム部２２ｂに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。電流検出器２４ｃは、第３アーム部２２ｃに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。電流検出器２４ｄは、第４アーム部２２ｄに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。電流検出器２４ｅは、第５アーム部２２ｅに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。電流検出器２４ｆは、第６アーム部２２ｆに流れる電流を検出し、検出した電流値を制御装置１４に入力する。

電圧検出部２５は、交流電力系統２の各相の交流電圧（相電圧）を検出し、検出値を制御装置１４に入力する。電圧検出部２５は、変圧器６の一次側に接続してもよいし、二次側に接続してもよい。

主回路部１２では、第１アーム部２２ａと第２アーム部２２ｂとの接続点、第３アーム部２２ｃと第４アーム部２２ｄとの接続点、及び、第５アーム部２２ｅと第６アーム部２２ｆとの接続点のそれぞれが、交流出力点となる。

第１交流端子２１ａは、第１アーム部２２ａと第２アーム部２２ｂとの接続点に接続される。第２交流端子２１ｂは、第３アーム部２２ｃと第４アーム部２２ｄとの接続点に接続される。第３交流端子２１ｃは、第５アーム部２２ｅと第６アーム部２２ｆとの接続点に接続される。各交流端子２１ａ～２１ｃは、例えば、変圧器６に接続される。

各変換器ＣＥＬは、信号線２６を介して制御装置１４と接続される。制御装置１４は、信号線２６を介して変換器ＣＥＬに制御信号を入力することにより、変換器ＣＥＬの動作を制御する。また、変換器ＣＥＬは、例えば、変換器ＣＥＬの制御及び動作保護に関する制御信号や保護信号を図示されていない別の信号線を介して制御装置１４に入力する。

図２は、変換器を模式的に表すブロック図である。
図２に表したように、変換器ＣＥＬは、チョッパ回路４０と、制御部４２と、給電回路４４と、電圧検出器４６と、を有する。

チョッパ回路４０は、第１接続端子５０ａと、第２接続端子５０ｂと、第１スイッチング素子５１と、第２スイッチング素子５２と、電荷蓄積素子５５と、を有する。各スイッチング素子５１、５２のそれぞれは、一対の主端子と、制御端子と、を含む。制御端子は、一対の主端子間に流れる電流を制御する。各スイッチング素子５１、５２には、例えば、ＩＧＢＴなどの自己消弧素子が用いられる。一対の主端子は、例えば、エミッタ及びコレクタであり、制御端子は、例えば、ゲートである。また、各スイッチング素子５１、５２には、例えば、ノーマリオフ型の半導体素子が用いられる。

第２スイッチング素子５２の一対の主端子は、第１スイッチング素子５１の一対の主端子に対して直列に接続される。電荷蓄積素子５５は、第１スイッチング素子５１及び第２スイッチング素子５２に対して並列に接続される。電荷蓄積素子５５は、例えば、コンデンサである。第１接続端子５０ａは、第１スイッチング素子５１と第２スイッチング素子５２との間に接続される。第２接続端子５０ｂは、第１スイッチング素子５１の第２スイッチング素子５２に接続された主端子と反対側の主端子に接続される。

また、第１スイッチング素子５１には、一対の主端子に対して逆並列に整流素子５１ｄが接続されている。整流素子５１ｄの順方向は、第１スイッチング素子５１の一対の主端子間に流れる電流の向きに対して逆向きである。同様に、第２スイッチング素子５２には、一対の主端子に対して逆並列に整流素子５２ｄが接続されている。整流素子５１ｄ、５２ｄは、いわゆる還流ダイオードである。

チョッパ回路４０に対する電力の供給は、各接続端子５０ａ、５０ｂを介して行われる。チョッパ回路４０において、各スイッチング素子５１、５２は、ハーフブリッジ接続されている。第１スイッチング素子５１は、いわゆるローサイドスイッチであり、第２スイッチング素子５２は、いわゆるハイサイドスイッチである。

制御部４２は、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフを制御する。制御部４２は、ゲート制御回路６０と、ゲート駆動回路６１、６２と、を有する。ゲート制御回路６０は、信号線２６を介して制御装置１４に接続されている。制御装置１４は、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフを制御するための制御信号を信号線２６を介してゲート制御回路６０に送信する。ゲート制御回路６０は、入力された制御信号に基づいて、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフを切り替えるための駆動信号をゲート駆動回路６１、６２に入力する。

ゲート駆動回路６１は、第１スイッチング素子５１の制御端子に接続されている。ゲート駆動回路６２は、第２スイッチング素子５２の制御端子に接続されている。ゲート駆動回路６１、６２は、ゲート制御回路６０から入力された駆動信号に基づいて、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフを切り替える。これにより、制御装置１４からの制御信号に応じて、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフが制御される。制御装置１４は、各変換器ＣＥＬ毎に制御信号を生成し、各変換器ＣＥＬのそれぞれの各スイッチング素子５１、５２のオン・オフを制御する。これにより、制御装置１４は、主回路部１２による電力の変換を制御する。なお、制御部４２の構成は、上記に限ることなく、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフを制御可能な任意の構成でよい。

給電回路４４は、チョッパ回路４０の電荷蓄積素子５５に対して並列に接続されている。給電回路４４は、電荷蓄積素子５５に蓄積された電荷を基に、制御部４２の制御電源を生成し、生成した制御電源を制御部４２に供給する。給電回路４４は、例えば、ゲート制御回路６０及びゲート駆動回路６１、６２のそれぞれに対応する制御電源を生成し、ゲート制御回路６０及びゲート駆動回路６１、６２のそれぞれに対応する制御電源を供給する。制御部４２は、給電回路４４からの制御電源の供給に応じて動作する。

電圧検出器４６は、電荷蓄積素子５５と電気的に接続されている。また、電圧検出器４６は、例えば、信号線２６を介して制御装置１４と接続されている。電圧検出器４６は、電荷蓄積素子５５の電圧Ｖｃを検出し、検出結果を制御装置１４に入力する。

図３は、制御装置の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。
図３に表したように、制御装置１４は、主回路部１２の交流の出力電圧の基準となる信号波ＶＲ（電圧基準）と、搬送波ＣＷ（キャリア信号）と、を基に、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフを制御する。制御装置１４は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に信号波ＶＲを設定するとともに、各変換器ＣＥＬ毎に搬送波ＣＷを設定する。１つのアーム部にＮ台の変換器ＣＥＬが直列に接続されている場合、制御装置１４は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の６個の信号波ＶＲを設定するとともに、各変換器ＣＥＬ毎のＮ個の搬送波ＣＷを設定する。換言すれば、制御装置１４は、複数のアーム部２２ａ～２２ｆ毎にＮ個の搬送波ＣＷを設定する。信号波ＶＲ及び搬送波ＣＷは、複数のアーム部２２ａ～２２ｆ毎に限ることなく、複数のレグＬＧ１～ＬＧ３毎に設定してもよい。

信号波ＶＲは、例えば、正弦波状である。制御装置１４は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に信号波ＶＲの振幅、位相、及び直流成分などを調整する。信号波ＶＲの周波数は、交流電力系統２の交流電力の周波数に応じて設定される。すなわち、実際の使用状況に応じた周波数に設定される。信号波ＶＲの周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。また、信号波ＶＲは、装置全体の電流などを制御するために、基本波以外の周波数成分を含む場合もある。搬送波ＣＷは、例えば、三角波状である。搬送波ＣＷは、鋸波などでもよい。搬送波ＣＷの周波数は、信号波ＶＲの周波数よりも高い。

制御装置１４は、各変換器ＣＥＬの搬送波ＣＷの位相をずらす。制御装置１４は、例えば、１つのアーム部において、３６０／Ｎ（度）ずつ位相をずらした搬送波ＣＷを変換器ＣＥＬ毎に設定する。

制御装置１４は、信号波ＶＲと搬送波ＣＷとを比較する。制御装置１４は、信号波ＶＲが搬送波ＣＷ未満の時に、第１スイッチング素子５１をオンにし、第２スイッチング素子５２をオフにする。この場合、各接続端子５０ａ、５０ｂ間が、第１スイッチング素子５１で短絡され、各接続端子５０ａ、５０ｂ間の電圧は、実質的に０Ｖになる。そして、制御装置１４は、信号波ＶＲが搬送波ＣＷ以上の時に、第１スイッチング素子５１をオフにし、第２スイッチング素子５２をオンにする。この場合、各接続端子５０ａ、５０ｂ間には、電荷蓄積素子５５の電圧Ｖｃが現れる。

このように、変換器ＣＥＬは、各スイッチング素子５１、５２のオン・オフによって、＋Ｖｃ、０の２レベルの電力を出力する。変換器ＣＥＬは、例えば、パワーセルと呼ばれる場合もある。

主回路部１２では、直列に接続された各変換器ＣＥＬの出力電圧の合計が、各アーム部２２ａ～２２ｆの電圧となる。これにより、主回路部１２では、各変換器ＣＥＬの直列接続の数に応じたマルチレベルの電力変換が可能となる。

図４は、制御装置を模式的に表すブロック図である。
図４に表したように、制御装置１４は、信号波生成器１００と、搬送波生成器１０２と、被変調信号生成部１０４と、レベル算出器１０６、１０８と、減算器１１０と、絶対値演算器１１２と、係数演算器１１４と、加算器１１６と、リミッタ１１８と、を有する。

信号波生成器１００は、各アーム部２２ａ～２２ｆのそれぞれに対応した複数の信号波ＶＲを生成する。信号波生成器１００は、例えば、各電流検出器２４ａ～２４ｆ及び電圧検出部２５の各検出結果、及び上位のコントローラなどから入力される指令値などに基づいて、各アーム部２２ａ～２２ｆの複数の信号波ＶＲを生成する。信号波生成器１００は、生成した複数の信号波ＶＲを被変調信号生成部１０４に入力する。

搬送波生成器１０２には、搬送波ＣＷの周波数の指令値が入力される。搬送波生成器１０２は、入力された指令値に応じた周波数の搬送波ＣＷを生成する。搬送波生成器１０２は、指令値に応じた周波数の搬送波ＣＷを生成するとともに、搬送波ＣＷの位相を変化させることにより、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれに対応した複数の搬送波ＣＷを生成する。搬送波生成器１０２は、生成した複数の搬送波ＣＷを被変調信号生成部１０４に入力する。

被変調信号生成部１０４は、複数の信号波ＶＲ及び複数の搬送波ＣＷを基に、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれに対応した複数の被変調信号を生成する。被変調信号は、換言すれば、信号線２６を介して変換器ＣＥＬのゲート制御回路６０に入力される制御信号である。

被変調信号生成部１０４は、比較器１２０と、不正パルス防止器１２２と、を有する。比較器１２０は、信号波ＶＲと搬送波ＣＷとを比較し、比較結果を第１被変調信号として生成する。比較器１２０は、例えば、信号波ＶＲが搬送波ＣＷ未満の状態（変換器ＣＥＬの出力が０の状態）を０（Ｌｏｗ）とし、信号波ＶＲが搬送波ＣＷ以上の状態（変換器ＣＥＬの出力が＋Ｖｃの状態）を１（Ｈｉｇｈ）とした二値の信号を第１被変調信号として生成する。比較器１２０は、生成した第１被変調信号を不正パルス防止器１２２に入力する。

図５（ａ）及び図５（ｂ）は、不正パルス防止器の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図５（ａ）は、比較器１２０によって生成された第１被変調信号ＭＳ１の一例を表す。換言すれば、図５（ａ）は、不正パルス防止器１２２による演算が行われる前の第１被変調信号ＭＳ１の一例を表す。図５（ｂ）は、不正パルス防止器１２２による演算が行われた後の第２被変調信号ＭＳ２の一例を表す。

図５（ａ）及び図５（ｂ）では、信号波ＶＲに高周波成分が重畳した場合を例示している。図５（ａ）に表したように、信号波ＶＲに高周波成分が重畳した場合などには、第１被変調信号ＭＳ１が、搬送波ＣＷの周波数よりも高い周波数で変化してしまう可能性がある。第１被変調信号ＭＳ１の変化は、変換器ＣＥＬのスイッチング素子５１、５２のスイッチングに影響する。すなわち、スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が、搬送波ＣＷの周波数以上となり、損失の増大やスイッチング素子５１、５２の負荷の増大などを招いてしまう。

不正パルス防止器１２２は、図５（ｂ）に表したように、スイッチング素子５１、５２のスイッチングの回数が、搬送波ＣＷの最小値から最大値までの間に１回以下となるように制限する演算を第１被変調信号ＭＳ１に対して行うことにより、第１被変調信号ＭＳ１から演算後の第２被変調信号ＭＳ２を生成する。

図４では、便宜的に図示を簡略化しているが、被変調信号生成部１０４は、複数の信号波ＶＲ及び複数の搬送波ＣＷのそれぞれに対応した複数の比較器１２０及び複数の不正パルス防止器１２２を有する。複数の比較器１２０は、複数の信号波ＶＲ及び複数の搬送波ＣＷを各アーム部２２ａ～２２ｆの複数の変換器ＣＥＬ毎に比較することにより、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれに対応した複数の第１被変調信号ＭＳ１を生成する。

複数の不正パルス防止器１２２は、複数の第１被変調信号ＭＳ１のそれぞれに対して上記の演算を行うことにより、複数の第１被変調信号ＭＳ１から複数の第２被変調信号ＭＳ２を生成する。

制御装置１４は、複数の不正パルス防止器１２２で生成された複数の第２被変調信号ＭＳ２を基に、複数の変換器ＣＥＬの動作を制御する。これにより、スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が、搬送波ＣＷの周波数以上となることによる損失の増大やスイッチング素子５１、５２の負荷の増大などを抑制することができる。

複数の比較器１２０は、複数の第１被変調信号ＭＳ１を複数の不正パルス防止器１２２に入力するとともに、レベル算出器１０６に入力する。レベル算出器１０６は、複数の比較器１２０から入力された複数の第１被変調信号ＭＳ１から主回路部１２の出力電圧（各アーム部２２ａ～２２ｆの電圧）に相当する第１出力電圧信号を生成する。この例では、レベル算出器１０６が、第１信号生成部として機能する。

前述のように、主回路部１２では、直列に接続された各変換器ＣＥＬの出力電圧の合計が、各アーム部２２ａ～２２ｆの電圧となる。従って、レベル算出器１０６は、複数の第１被変調信号ＭＳ１の合計から第１出力電圧信号を生成する。例えば、変換器ＣＥＬの出力が＋Ｖｃの状態を１（Ｈｉｇｈ）とした二値の信号を第１被変調信号ＭＳ１とした場合、複数の第１被変調信号ＭＳ１の「１」の状態の合計を算出することにより、主回路部１２の出力電圧に相当する第１出力電圧信号を生成することができる。レベル算出器１０６は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の第１出力電圧信号を生成する。レベル算出器１０６は、生成した複数の第１出力電圧信号を減算器１１０に入力する。

複数の不正パルス防止器１２２は、複数の第２被変調信号ＭＳ２を制御信号として複数の変換器ＣＥＬに出力するとともに、レベル算出器１０８に入力する。レベル算出器１０８は、複数の不正パルス防止器１２２から入力された複数の第２被変調信号ＭＳ２から主回路部１２の出力電圧に相当する第２出力電圧信号を生成する。この例では、レベル算出器１０８が、第２信号生成部（信号生成部）として機能する。レベル算出器１０８は、レベル算出器１０６と同様に、複数の第２被変調信号ＭＳ２の合計から第２出力電圧信号を生成する。レベル算出器１０８は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の第２出力電圧信号を生成する。レベル算出器１０８は、生成した複数の第２出力電圧信号を減算器１１０に入力する。

減算器１１０は、第１出力電圧信号と第２出力電圧信号との差を表す差信号を演算する。減算器１１０は、例えば、第１出力電圧信号から第２出力電圧信号を減算することにより、差信号を演算する。減算器１１０は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に減算の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の差信号を生成する。減算器１１０は、演算した複数の差信号を絶対値演算器１１２に入力する。

絶対値演算器１１２は、入力された複数の差信号のそれぞれの絶対値を演算し、絶対値を演算した後の複数の差信号を係数演算器１１４に入力する。

係数演算器１１４は、入力された差信号に対して所定の係数を乗算することにより、差信号から搬送波ＣＷの周波数の補正値を演算する。係数演算器１１４は、差信号の絶対値が大きくなるほど、搬送波ＣＷの周波数が高くなるように、搬送波ＣＷの周波数の補正値を演算する。係数演算器１１４は、入力された複数の差信号のそれぞれに対して所定の係数を乗算する演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の補正値を演算する。係数演算器１１４は、演算した複数の補正値を加算器１１６に入力する。

なお、係数演算器１１４の乗算する係数は、線形の係数でもよいし、非線形の係数でもよい。また、絶対値演算器１１２は、係数演算器１１４の前に限ることなく、係数演算器１１４の後に設けてもよい。絶対値演算器１１２及び係数演算器１１４の構成は、差信号の絶対値が大きくなるほど、搬送波ＣＷの周波数が高くなるように、搬送波ＣＷの周波数の補正値を演算可能な任意の構成でよい。

加算器１１６には、係数演算器１１４から搬送波ＣＷの周波数の複数の補正値が入力されるとともに、搬送波ＣＷの下限周波数の指令値が入力される。加算器１１６は、搬送波ＣＷの下限周波数の指令値に補正値を加算することにより、搬送波ＣＷの周波数の指令値を生成する。加算器１１６は、複数の補正値のそれぞれに対して下限周波数の指令値を加算することにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の指令値を生成する。

これにより、第１出力電圧信号と第２出力電圧信号との差が無い時（差信号がゼロの時）には、搬送波ＣＷの周波数の指令値が、下限周波数の指令値に設定される。そして、第１出力電圧信号と第２出力電圧信号との差の絶対値が大きくなるに従って、搬送波ＣＷの周波数が高くなるように、搬送波ＣＷの周波数が演算される。加算器１１６は、生成した複数の搬送波ＣＷの周波数の指令値をリミッタ１１８に入力する。

リミッタ１１８には、搬送波ＣＷの上限周波数の指令値が設定されている。リミッタ１１８は、加算器１１６から入力された複数の搬送波ＣＷの周波数の指令値が、上限周波数よりも高い場合に、搬送波ＣＷの周波数の指令値を上限周波数に制限する演算を行う。

リミッタ１１８は、演算を行った後の複数の搬送波ＣＷの周波数の指令値を搬送波生成器１０２に入力する。搬送波生成器１０２は、リミッタ１１８から入力された複数の搬送波ＣＷの周波数の指令値を基に、前述のように、入力された指令値に応じた周波数の搬送波ＣＷを生成する。すなわち、制御装置１４は、第１出力電圧信号と第２出力電圧信号との差の絶対値に応じて搬送波ＣＷの周波数が高くなるように、搬送波ＣＷの周波数の指令値をフィードバック制御する。制御装置１４は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の指令値を生成し、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に搬送波ＣＷの周波数を演算することにより、複数のアーム部２２ａ～２２ｆ毎に複数の搬送波ＣＷの周波数をそれぞれ独立して設定する。但し、制御装置１４は、複数のレグＬＧ１～ＬＧ３毎に複数の搬送波ＣＷの周波数を独立して設定してもよい。

図６（ａ）～図６（ｆ）は、第１の実施形態に係る電力変換装置の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図６（ａ）～図６（ｆ）では、変換器ＣＥＬの直列接続数を１０とした場合の１つのアーム電圧の一例を表している。

図６（ａ）は、１つのアーム部の出力電圧に対応する信号波ＶＲと、１つのアーム部の各変換器ＣＥＬに対応する複数の搬送波ＣＷと、の一例を表している。但し、図６（ａ）では、３相変換器の線間電圧の最大値を上げるために、基本波の３倍の周波数成分を重畳させたものを信号波ＶＲとして用いている。また、図６（ａ）では、図示を用意にするため、便宜的に、１０個の搬送波ＣＷのうちの５個のみを代表的に図示している。

図６（ｂ）は、複数の比較器１２０によって生成された複数の第１被変調信号ＭＳ１の一例を表している。但し、図６（ｂ）では、便宜的に、１０個の第１被変調信号ＭＳ１のうちの各搬送波ＣＷに対応する５個のみを代表的に図示している。

図６（ｃ）は、レベル算出器１０６によって生成された第１出力電圧信号ＶＳ１の一例を表している。また、図６（ｃ）では、信号波ＶＲを第１出力電圧信号ＶＳ１に重ねて図示している。

図６（ｄ）は、複数の不正パルス防止器１２２によって生成された複数の第２被変調信号ＭＳ２の一例を表している。但し、図６（ｄ）では、便宜的に、１０個の第２被変調信号ＭＳ２のうちの各搬送波ＣＷに対応する５個のみを代表的に図示している。

図６（ｅ）は、レベル算出器１０８によって生成された第２出力電圧信号ＶＳ２の一例を表している。また、図６（ｅ）では、信号波ＶＲを第２出力電圧信号ＶＳ２に重ねて図示している。

図６（ｆ）は、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差を表す差信号ＤＳの一例を表している。

図７（ａ）～図７（ｅ）は、電力変換装置の参考の動作の一例を模式的に表すグラフである。
図７（ａ）～図７（ｅ）では、減算器１１０、絶対値演算器１１２、係数演算器１１４、及び加算器１１６などによる搬送波ＣＷの周波数の指令値のフィードバックのループを用いることなく、搬送波ＣＷの周波数の指令値を一定の値とした場合の電力変換装置の参考の動作の一例を表している。なお、図７（ａ）～図７（ｅ）の各項目は、図６（ａ）～図６（ｅ）の各項目と同様である。

図７（ｂ）に表したように、不正パルス防止器１２２による演算が行われる前の第１被変調信号ＭＳ１では、不正なパルス変化（搬送波ＣＷの最小値と最大値との間での２回目以降のパルスの変化）が発生している。この場合、不正なパルス変化は発生しているものの、図７（ｃ）に表したように、複数の第１被変調信号ＭＳ１を基に生成した第１出力電圧信号ＶＳ１は、信号波ＶＲに良く追従することが分かる。

図７（ｄ）に表したように、不正パルス防止器１２２による演算が行われた後の第２被変調信号ＭＳ２では、不正なパルス変化の発生を抑制することができる。一方で、図７（ｅ）に表したように、複数の第２被変調信号ＭＳ２を基に生成した第２出力電圧信号ＶＳ２では、特に信号波ＶＲの変化率の高い部分において、信号波ＶＲとの乖離が発生している。

この現象は、特に搬送波ＣＷの周波数が低い場合に顕著となり、スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数を下げることが困難な一因となっている。搬送波ＣＷの周波数を上げることで、この現象を軽減できるが、スイッチングによる損失が定常的に増大してしまう。このように、搬送波ＣＷの周波数を一定にしつつ、不正なパルス変化の発生を抑制する構成では、スイッチング数の増加にともなう損失の増大や、スイッチングの間隔が短くなることによるスイッチング素子の負荷の増大などを抑制できる反面、信号波ＶＲに対する第２出力電圧信号ＶＳ２の応答性や再現性が低下してしまう場合がある。

これに対し、本実施形態に係る電力変換装置１０では、制御装置１４が、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差の絶対値が大きくなるに従って、搬送波ＣＷの周波数が高くなるように、搬送波ＣＷの周波数を演算する。例えば、図６（ａ）では、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差に応じて、搬送波ＣＷの傾きが変化していることが分かる。

これにより、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差が生じると、搬送波ＣＷの変化率が大きくなり、搬送波ＣＷの位相が進むことになる。搬送波ＣＷの位相が進めば、第１被変調信号ＭＳ１の変化可能なタイミングが早くなり、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差が小さくなるように、第１被変調信号ＭＳ１及び第２被変調信号ＭＳ２が変化する。

従って、第２被変調信号ＭＳ２が信号波ＶＲに応答することとなり、第２被変調信号ＭＳ２を使って制御した主回路部１２の出力電圧の信号波ＶＲに対する応答性や再現性を高くすることができる。

図６（ｅ）に表した本実施形態に係る電力変換装置１０の第２出力電圧信号ＶＳ２では、図７（ｅ）に表した参考の電力変換装置の第２出力電圧信号ＶＳ２と比べて、信号波ＶＲに対する追従性が改善していることが分かる。

また、搬送波ＣＷの変化率の増大は、不正パルス防止器１２２の演算により、第１被変調信号ＭＳ１のパルス変化のタイミングが制限された時に起こる。つまりは、パルス変化が制限されないような信号波ＶＲの部分では、搬送波ＣＷの変化率は増大しない。これによって、信号波ＶＲを再現するのに必要な搬送波ＣＷの波形が自動的に生成され、不必要に搬送波ＣＷの周波数を上げることなく、信号波ＶＲに対する第２出力電圧信号ＶＳ２の応答性を向上させることができる。つまり、これによって得られた第２被変調信号ＭＳ２をスイッチング素子５１、５２の制御信号としても用いることで、良好な出力電圧の応答性や信号波ＶＲに対する再現性を持った電力変換装置１０をより低損失にすることができる。従って、本実施形態に係る電力変換装置１０では、損失の増大を抑制しつつ、出力電圧の高い制御性能を得ることができる。

また、本実施形態に係る電力変換装置１０では、制御装置１４が、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の指令値を生成し、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に搬送波ＣＷの周波数を演算することにより、複数のアーム部２２ａ～２２ｆ毎に複数の搬送波ＣＷの周波数をそれぞれ独立して設定する。これにより、平均的なスイッチング周波数が低くても、信号波ＶＲに対する出力電圧の波形の追従性をより向上させることができる。例えば、各アーム部２２ａ～２２ｆのいずれかで第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差の絶対値が大きくなった際に、差が大きくなったアーム部の搬送波ＣＷの周波数のみを上げることができ、各アーム部２２ａ～２２ｆの全体の搬送波ＣＷの周波数を上げる場合と比べて、より低損失にすることもできる。

また、搬送波ＣＷの周波数の指令値には、リミッタ１１８を設けているため、スイッチング周波数の最大値を、このリミッタ１１８の値によって決定することができる。このように、主回路部１２のスイッチング周波数の最大値を決定できるようにすることで、例えば、主回路部１２の最大損失などを制限することなどが可能となる。

さらに、搬送波ＣＷの下限周波数を設定可能としているため、主回路部１２のスイッチング周波数の最小値を決定することもできる。これにより、スイッチング周波数が低くなり過ぎ、主回路部１２の出力波形の歪率の増加や、主回路部１２の出力につながる機器に不要な電流を流してしまうことなどを抑制することができる。

このように、制御装置１４は、搬送波ＣＷの周波数に上限と下限とを設ける。この例において、制御装置１４は、加算器１１６に入力された搬送波ＣＷの下限周波数の指令値と、リミッタ１１８に設定された搬送波ＣＷの上限周波数の指令値と、によって、搬送波ＣＷの周波数に上限と下限とを設けている。搬送波ＣＷの周波数に上限と下限とを設ける構成は、上記に限定されるものではない。例えば、上限周波数と下限周波数とを設定可能なリミッタによって、搬送波ＣＷの周波数に上限と下限とを設けてもよい。搬送波ＣＷの周波数に上限と下限とを設ける構成は、上限と下限とを適切に設定することが可能な任意の構成でよい。なお、搬送波ＣＷの下限周波数は、０でもよい。換言すれば、搬送波ＣＷの下限周波数は、必ずしも設定しなくてもよい。この場合にも、本願の構成では、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差に応じて搬送波ＣＷの周波数が増加するため、結果的に信号波ＶＲの周波数と同じにすることができる。

図８は、第１の実施形態に係る電力変換装置の制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図８に表したように、制御装置１４ａは、フィルタ１３０をさらに有する。なお、上記実施形態と機能・構成上実質的に同じものには、同符号を付し、詳細な説明は省略する。

フィルタ１３０は、減算器１１０と絶対値演算器１１２との間に設けられている。フィルタ１３０は、減算器１１０によって演算された第１出力電圧信号と第２出力電圧信号との差信号に含まれる高周波成分を減衰させる。フィルタ１３０は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の差信号のそれぞれの高周波成分を減衰させる。フィルタ１３０は、例えば、ローパスフィルタである。

フィルタ１３０は、高周波成分を減衰させた後の差信号を絶対値演算器１１２に入力する。これにより、係数演算器１１４において差信号から演算される搬送波ＣＷの周波数の補正値に含まれる高周波成分を減衰させることができる。制御装置１４ａは、高周波成分を減衰させた補正値を基に、高周波成分を減衰させた後の差信号の絶対値が大きくなるに従って、搬送波ＣＷの周波数が高くなるように、搬送波ＣＷの周波数を演算する。

例えば、信号波ＶＲに高い周波数成分が含まれる場合においては、これに追従して搬送波ＣＷの変化率が増加し、結果的に搬送波ＣＷの周波数が恒常的に高くなってしまうことが懸念される。信号波ＶＲに含まれる周波数成分が高い程、搬送波ＣＷの周波数が高くなる傾向にあり、結果、主回路部１２のスイッチング周波数が増加して損失の増加を引き起こしてしまう可能性がある。

これに対し、制御装置１４ａは、差信号に含まれる高周波成分をフィルタ１３０によって減衰させる。これにより、フィルタ１３０の特性に応じて該当する周波数成分の振幅が小さくなるため、搬送波ＣＷの変化率の増加率が抑制され、主回路部１２のスイッチング周波数の不要な増加を抑制することができる。

なお、この例では、減算器１１０と絶対値演算器１１２との間にフィルタ１３０を設けている。フィルタ１３０は、これに限ることなく、絶対値演算器１１２と係数演算器１１４との間に設けてもよいし、係数演算器１１４と加算器１１６との間に設けてもよい。フィルタ１３０の構成は、係数演算器１１４において差信号から演算される搬送波ＣＷの周波数の各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の補正値に含まれる高周波成分を減衰させることが可能な任意の構成でよい。

（第２の実施形態）
図９は、第２の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。
図９に表したように、制御装置１４ｂでは、第１出力電圧信号に代えて、信号波ＶＲが減算器１１０に入力されている。減算器１１０には、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の信号波ＶＲが入力される。制御装置１４ｂにおいて、減算器１１０は、信号波ＶＲと第２出力電圧信号との差を表す差信号を演算し、演算した差信号を絶対値演算器１１２に入力する。上記と同様に、減算器１１０は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に減算の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の差信号を生成する。

制御装置１４ｂは、第２被変調信号ＭＳ２を基に、各変換器ＣＥＬのスイッチング素子５１、５２のスイッチングを制御するとともに、補正値を基に、信号波ＶＲと第２出力電圧信号との差の絶対値が大きくなるに従って、搬送波ＣＷの周波数が高くなるように、搬送波ＣＷの周波数を演算する。

このように、制御装置１４ｂでは、信号波ＶＲによって搬送波ＣＷの変化率が変化し、信号波ＶＲと第２出力電圧信号との乖離が大きいほど、搬送波ＣＷの変化率が高くなる。搬送波ＣＷの変化率が高くなると、第１被変調信号ＭＳ１の変化のタイミングが早くなるため、第２出力電圧信号ＶＳ２が信号波ＶＲを良く再現できるようになる。このように、本実施形態に係る制御装置１４ｂの構成においても、上記第１の実施形態の構成と同様の効果を得ることができる。

また、制御装置１４ｂの構成では、連続的な信号波ＶＲに対して、第２出力電圧信号ＶＳ２は、方形波状あるいは階段状となるため、多くの場合において差信号がゼロとならず、搬送波ＣＷの周波数が下限に対して常に高くなってしまうことが懸念される。

そこで、制御装置１４ｂにおいては、例えば、信号波ＶＲと第２出力電圧信号ＶＳ２との差が小さい部分では係数演算器１１４で乗算する係数をゼロにするなど、係数演算器１１４で乗算する係数を非線形とすることが好ましい。これにより、搬送波ＣＷの周波数の平均的な増加を抑えることができる。

なお、制御装置１４ｂの構成において、図８に関して説明したフィルタ１３０を設けてもよい。これにより、上記のように、信号波ＶＲに高い周波数成分が含まれる場合などにおいても、主回路部１２のスイッチング周波数の不要な増加を抑制することができる。

（第３の実施形態）
図１０は、第３の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。
図１０に表したように、制御装置１４ｃは、パルス数カウンタ１４０と、減算器１４２と、抑制値演算器１４４と、をさらに有する。なお、この例では、信号波ＶＲと第２出力電圧信号ＶＳ２との差信号を演算する構成を例示しているが、制御装置１４ｃの構成は、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差信号を演算する構成でもよい。

パルス数カウンタ１４０には、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれに入力される複数の制御信号が入力される。制御信号は、換言すれば、スイッチング素子５１、５２のゲートパルス信号である。パルス数カウンタ１４０は、各制御信号のそれぞれの単位時間当たりの変化の回数をカウントする。

パルス数カウンタ１４０は、例えば、複数の制御信号のそれぞれについて単位時間当たりの変化の回数をカウントし、複数の制御信号のカウント値のうちの最大値を減算器１４２に入力する。パルス数カウンタ１４０は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に最大値の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の最大値を減算器１４２に入力する。パルス数カウンタ１４０は、例えば、複数の制御信号のカウント値のうちの中央値を減算器１４２に入力してもよいし、複数の制御信号のカウント値の平均値を減算器１４２に入力してもよい。あるいは、パルス数カウンタ１４０は、複数の制御信号のカウント値の合計値を減算器１４２に入力してもよい。

減算器１４２には、パルス数カウンタ１４０からカウント値が入力されるとともに、各制御信号の単位時間当たりの変化の回数の上限値が入力される。減算器１４２は、パルス数カウンタ１４０から入力されたカウント値から上限値を減算し、減算した結果を抑制値演算器１４４に入力する。減算器１４２は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に減算の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の減算結果を抑制値演算器１４４に入力する。

抑制値演算器１４４は、減算器１４２の減算結果を基に、リミッタ１１８に設定された搬送波ＣＷの上限周波数の指令値の抑制値を演算する。抑制値演算器１４４は、パルス数カウンタ１４０のカウント値が上限値を超えた際に、超えた値が大きくなるほど搬送波ＣＷの上限周波数の指令値が小さくなるように、抑制値を演算する。抑制値演算器１４４は、演算した抑制値をリミッタ１１８に入力する。抑制値演算器１４４は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に抑制値の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の抑制値を生成する。

リミッタ１１８は、抑制値演算器１４４から入力された抑制値に応じて、搬送波ＣＷの上限周波数の指令値を低下させる。これにより、パルス数カウンタ１４０のカウント値が上限値を超えた際に、搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。リミッタ１１８は、入力された複数の抑制値を基に、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に搬送波ＣＷの上限周波数の指令値を低下させる。これにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に独立して搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。

このように、制御装置１４ｃでは、各制御信号の単位時間当たりの変化の回数をカウントし、カウント値が上限を超えた際に、超えた値に応じて搬送波ＣＷの周波数を低下させる。各制御信号の単位時間当たりの変化の回数は、換言すれば、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数である。パルス数カウンタ１４０は、換言すれば、スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数を検出する。制御装置１４ｃは、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数を検出し、検出したスイッチング周波数が、上限値を超えた場合に、搬送波ＣＷの周波数を低下させる処理を実行する。

これにより、スイッチング数の増加にともなう損失の増大や、スイッチングの間隔が短くなることによるスイッチング素子の負荷の増大などをより抑制することができる。例えば、電力変換装置１０の運転継続性をより向上させることができる。

なお、この例では、パルス数カウンタ１４０において、制御信号の単位時間当たりの変化の回数をカウントしている。これに限ることなく、パルス数カウンタ１４０において、第２被変調信号ＭＳ２の単位時間当たりの変化の回数をカウントしてもよい。この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。なお、スイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数の検出方法は、上記に限ることなく、スイッチング周波数を適切に検出することができる任意の方法でよい。

また、制御装置１４ｃは、例えば、搬送波生成器１０２に入力される搬送波ＣＷの周波数の指令値などを基に、搬送波ＣＷの平均周波数を検出又は演算し、搬送波ＣＷの平均周波数が、上限値を超えた場合に、搬送波ＣＷの周波数を低下させる処理を実行してもよい。この構成は、例えば、パルス数カウンタ１４０を周波数カウンタに置き換え、減算器１４２に入力される各制御信号の単位時間当たりの変化の回数の上限値を搬送波ＣＷの平均周波数の上限値に置き換えることによって実現することができる。

図１１は、第３の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１１に表したように、この例では、パルス数カウンタ１４０、減算器１４２、及び抑制値演算器１４４が、各変換器ＣＥＬに設けられている。変換器ＣＥＬは、入力された制御信号の単位時間当たりの変化の回数をカウントし、上記と同様に、カウント値に応じた抑制値を演算し、演算した抑制値を制御装置１４ｃに入力する。

換言すれば、複数の変換器ＣＥＬは、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が、上限値を超えたか否かを判定し、判定の結果に基づく信号を制御装置１４ｃに送信する。制御装置１４ｃは、複数の変換器ＣＥＬからの信号を基に、搬送波ＣＷの周波数を低下させる処理を実行する。

制御装置１４ｃは、例えば、各変換器ＣＥＬから入力された複数の抑制値のうちの最大値をリミッタ１１８に入力する。制御装置１４ｃは、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に抑制値の最大値を演算し、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の最大値をリミッタ１１８に入力する。制御装置１４ｃは、例えば、複数の抑制値のうちの中央値をリミッタ１１８に入力してもよいし、複数の抑制値の平均値をリミッタ１１８に入力してもよい。

このように、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が、上限値を超えたか否かの判定は、各変換器ＣＥＬ側で行ってもよい。この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。さらに、上記の判定を各変換器ＣＥＬ側で行った場合には、制御装置１４ｃでの演算の負荷を軽減させることができる。各変換器ＣＥＬの数が数百に及ぶ場合などに、判定の演算を制御装置１４ｃ側で行うと、制御装置１４ｃの規模が大きくなってしまうことが懸念される。判定の演算を各変換器ＣＥＬ側で行うことにより、演算を分散して処理することが可能となり、制御装置１４ｃの規模が大きくなることを抑制することができる。また、個々の変換器ＣＥＬの演算は、自身に搭載されているスイッチング素子の分のみ演算すればよいため、演算規模や演算に用いる信号の送受信の負荷も小さくすることができる。

この例では、判定の結果に基づく信号の一例として、リミッタ１１８に設定された搬送波ＣＷの上限周波数の指令値の抑制値を表している。判定の結果に基づく信号は、これに限ることなく、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が、上限値を超えたか否かの判定結果を適切に制御装置１４ｃに伝達することができる任意の信号でよい。例えば、減算器１４２の出力を制御装置１４ｃに送信し、抑制値の演算は、制御装置１４ｃ側で行ってもよい。また、パルス数カウンタ１４０のみを各変換器ＣＥＬ側に設け、パルス数カウンタ１４０のカウント値（スイッチング周波数の検出値）を各変換器ＣＥＬから制御装置１４ｃに送信してもよい。制御装置１４ｃは、各変換器ＣＥＬから入力されたカウント値の最大値、中央値、あるいは平均値を基に、抑制値を演算してもよい。このように、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数の検出のみを各変換器ＣＥＬ側で行ってもよい。各変換器ＣＥＬから制御装置１４ｃに送信する信号は、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数の検出の結果を適切に制御装置１４ｃに伝達することができる任意の信号でよい。

図１２は、第３の実施形態に係る電力変換装置の制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１２に表したように、制御装置１４ｄでは、制御装置１４ｃに表した抑制値演算器１４４が、抑制値演算器１４６に置き換えられている。なお、制御装置１４ｄにおいて、パルス数カウンタ１４０及び減算器１４２の構成は、制御装置１４ｃにおいて説明したものと実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。

抑制値演算器１４６は、減算器１４２の減算結果を基に、係数演算器１１４の係数の抑制値を演算する。抑制値演算器１４６は、パルス数カウンタ１４０のカウント値が上限値を超えた際に、超えた値が大きくなるほど係数演算器１１４の係数が小さくなるように、抑制値を演算する。抑制値演算器１４６は、演算した抑制値を係数演算器１１４に入力する。抑制値演算器１４６は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に抑制値の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の抑制値を生成し、複数の抑制値を係数演算器１１４に入力する。

係数演算器１１４は、抑制値演算器１４６から入力された抑制値に応じて、差信号に乗算する係数を小さくする。これにより、制御装置１４ｃの場合と同様に、パルス数カウンタ１４０のカウント値が上限値を超えた際に、搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。係数演算器１１４は、例えば、抑制値演算器１４６から入力された抑制値に応じて、差信号に乗算する係数をゼロに近付ける。これにより、パルス数カウンタ１４０のカウント値が上限値を超えた際に、搬送波ＣＷの周波数を加算器１１６に入力された下限周波数に近付けることができる。係数演算器１１４は、入力された複数の抑制値を基に、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に係数を小さくする。これにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に独立して搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。

このように、制御装置１４ｄにおいても、制御装置１４ｃと同様に、各制御信号の単位時間当たりの変化の回数をカウントし、カウント値が上限を超えた際に、超えた値に応じて搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。従って、制御装置１４ｄにおいても、制御装置１４ｃと同様の効果を得ることができる。なお、制御装置１４ｄにおいても、パルス数カウンタ１４０において、制御信号に代えて、第２被変調信号ＭＳ２の単位時間当たりの変化の回数をカウントしてもよい。

図１３は、第３の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１３に表したように、この例では、パルス数カウンタ１４０、減算器１４２、及び抑制値演算器１４６が、各変換器ＣＥＬに設けられている。変換器ＣＥＬは、入力された制御信号の単位時間当たりの変化の回数をカウントし、カウント値に応じた係数の抑制値を演算し、演算した抑制値を制御装置１４ｄに入力する。

制御装置１４ｄは、例えば、各変換器ＣＥＬから入力された複数の抑制値のうちの最大値を係数演算器１１４に入力する。制御装置１４ｄは、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に抑制値の最大値を演算し、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の最大値を係数演算器１１４に入力する。制御装置１４ｄは、例えば、複数の抑制値のうちの中央値を係数演算器１１４に入力してもよいし、複数の抑制値の平均値を係数演算器１１４に入力してもよい。

このように、係数演算器１１４の係数の抑制値を演算する構成において、パルス数カウンタ１４０、減算器１４２、及び抑制値演算器１４６を各変換器ＣＥＬ側に設け、各変換器ＣＥＬ側で抑制値の演算を行ってもよい。この場合にも、図１１に関して説明した構成と同様の効果を得ることができる。また、この例においても、パルス数カウンタ１４０のみを各変換器ＣＥＬ側に設けてもよい。複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数の検出のみを各変換器ＣＥＬ側で行ってもよい。

（第４の実施形態）
図１４は、第４の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。
図１４に表したように、制御装置１４ｅは、停止信号生成部１５０をさらに有する。なお、この例では、信号波ＶＲと第２出力電圧信号ＶＳ２との差信号を演算する構成を例示しているが、制御装置１４ｅの構成は、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差信号を演算する構成でもよい。

停止信号生成部１５０は、パルス数カウンタ１５２と、比較器１５４と、出力判定回路１５６と、を有する。パルス数カウンタ１５２の構成は、上記の実施形態で説明したパルス数カウンタ１４０の構成と同様である。パルス数カウンタ１５２は、各制御信号のそれぞれの単位時間当たりの変化の回数をカウントし、カウント値を比較器１５４に入力する。

比較器１５４には、パルス数カウンタ１５２からカウント値が入力されるとともに、各制御信号の単位時間当たりの変化の回数の上限値が入力される。比較器１５４は、パルス数カウンタ１５２から入力されたカウント値と上限値とを比較し、カウント値が上限値を超えている場合に、変換器停止信号を出力判定回路１５６に入力する。

出力判定回路１５６は、比較器１５４から変換器停止信号が入力された際に、変換器停止信号の入力が所定時間以上継続されているか否かを判定する。出力判定回路１５６は、比較器１５４からの変換器停止信号の入力が所定時間以上継続されていると判定した場合に、変換器停止信号を出力する。一方、出力判定回路１５６は、比較器１５４からの変換器停止信号の入力が所定時間以上継続されていないと判定した場合には、変換器停止信号を出力しない。これにより、カウント値の瞬時的な変化で変換器停止信号が出力されてしまうことを抑制することができる。

制御装置１４ｅは、停止信号生成部１５０（出力判定回路１５６）から変換器停止信号が出力された場合、各変換器ＣＥＬへの制御信号の出力を停止することにより、主回路部１２の動作を停止させる。

このように、制御装置１４ｅでは、各制御信号の単位時間当たりの変化の回数をカウントし、所定時間以上の間、カウント値が上限値を超えている場合に、主回路部１２の動作を停止させる。換言すれば、制御装置１４ｅは、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が、上限値を超えた場合に、主回路部１２の動作を停止させる処理を実行する。これにより、スイッチング数の増加にともなう損失の増大や、スイッチングの間隔が短くなることによるスイッチング素子の負荷の増大などをより抑制することができる。なお、制御装置１４ｅにおいても、パルス数カウンタ１５２において、制御信号に代えて、第２被変調信号ＭＳ２の単位時間当たりの変化の回数をカウントしてもよい。

また、制御装置１４ｅは、例えば、搬送波生成器１０２に入力される搬送波ＣＷの周波数の指令値などを基に、搬送波ＣＷの単位時間当たりの平均周波数を検出又は演算し、搬送波ＣＷの平均周波数が、上限値を超えた場合に、主回路部１２の動作を停止させる処理を実行してもよい。この構成は、例えば、パルス数カウンタ１５２を周波数カウンタに置き換え、比較器１５４に入力される各制御信号の単位時間当たりの変化の回数の上限値を搬送波ＣＷの平均周波数の上限値に置き換えることによって実現することができる。この際、周波数カウンタに入力される搬送波ＣＷの周波数の指令値などは、ローパスフィルタなどによって高い周波数成分を減衰させてもよい。

図１５は、第４の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１５に表したように、この例では、停止信号生成部１５０が、各変換器ＣＥＬに設けられている。変換器ＣＥＬは、入力された制御信号の単位時間当たりの変化の回数をカウントし、所定時間以上の間、カウント値が上限値を超えている場合に、変換器停止信号を制御装置１４ｅに入力する。制御装置１４ｅは、各変換器ＣＥＬのいずれかから変換器停止信号が入力されたことに応じて、主回路部１２の動作を停止させる。

換言すれば、複数の変換器ＣＥＬは、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が、上限値を超えたか否かを判定し、判定の結果に基づく信号を制御装置１４ｅに送信する。制御装置１４ｅは、複数の変換器ＣＥＬからの信号を基に、主回路部１２の動作を停止させる処理を実行する。

このように、停止信号生成部１５０を各変換器ＣＥＬ側に設け、変換器停止信号の出力に関する演算を各変換器ＣＥＬ側で行ってもよい。この場合にも、図１１などに関して説明した構成と同様に、制御装置１４ｅの演算負荷を軽減し、制御装置１４ｅの規模が大きくなってしまうことを抑制することができる。

この例では、判定の結果に基づく信号の一例として、変換器停止信号を表している。判定の結果に基づく信号は、これに限ることなく、複数のスイッチング素子５１、５２のスイッチング周波数が、上限値を超えたか否かの判定結果を適切に制御装置１４ｅに伝達することができる任意の信号でよい。例えば、比較器１５４の出力を制御装置１４ｅに送信し、所定時間以上継続されているか否かの判定は、制御装置１４ｅ側で行ってもよい。また、パルス数カウンタ１５２のみを各変換器ＣＥＬ側に設け、パルス数カウンタ１５２のカウント値を各変換器ＣＥＬから制御装置１４ｅに送信してもよい。制御装置１４ｅは、各変換器ＣＥＬから入力されたカウント値の最大値、中央値、あるいは平均値を基に、主回路部１２の動作を停止させる処理を実行してもよい。

（第５の実施形態）
図１６は、第５の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。
図１６に表したように、制御装置１４ｆは、温度演算器１６０と、減算器１６２と、抑制値演算器１６４と、をさらに有する。なお、この例では、信号波ＶＲと第２出力電圧信号ＶＳ２との差信号を演算する構成を例示しているが、制御装置１４ｆの構成は、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差信号を演算する構成でもよい。

温度演算器１６０には、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度を演算するために必要な情報が入力される。スイッチング素子５１、５２の温度を演算するために必要な情報とは、例えば、スイッチング素子５１、５２の制御信号、スイッチング素子５１、５２に流れる通電電流、電荷蓄積素子５５の電圧、及びスイッチング素子５１、５２を冷却する冷媒の温度などである。但し、温度演算器１６０に入力される情報は、上記に限ることなく、スイッチング素子５１、５２の温度を演算するために必要な任意の情報でよい。

温度演算器１６０は、入力された情報を基に、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度を演算する。温度演算器１６０は、例えば、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度のうちの最大値を減算器１６２に入力する。温度演算器１６０は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に温度の最大値の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の最大値を減算器１６２に入力する。

減算器１６２には、温度演算器１６０からスイッチング素子５１、５２の温度の演算値が入力されるとともに、スイッチング素子５１、５２の温度の上限値が入力される。減算器１６２は、温度演算器１６０から入力されたスイッチング素子５１、５２の温度の演算値から上限値を減算し、減算した結果を抑制値演算器１６４に入力する。減算器１６２は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に減算の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の減算の結果を抑制値演算器１６４に入力する。

抑制値演算器１６４は、減算器１６２の減算結果を基に、リミッタ１１８に設定された搬送波ＣＷの上限周波数の指令値の抑制値を演算する。抑制値演算器１６４は、温度演算器１６０のスイッチング素子５１、５２の温度の演算値が上限値を超えた際に、超えた値が大きくなるほど搬送波ＣＷの上限周波数の指令値が小さくなるように、抑制値を演算する。抑制値演算器１６４は、演算した抑制値をリミッタ１１８に入力する。抑制値演算器１６０は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に抑制値の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の抑制値を生成し、複数の抑制値をリミッタ１１８に入力する。

リミッタ１１８は、抑制値演算器１６４から入力された抑制値に応じて、搬送波ＣＷの上限周波数の指令値を低下させる。これにより、温度演算器１６０のスイッチング素子５１、５２の温度の演算値が上限値を超えた際に、搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。リミッタ１１８は、入力された複数の抑制値を基に、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に搬送波ＣＷの上限周波数の指令値を低下させる。これにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に独立して搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。

このように、制御装置１４ｆでは、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度を演算し、演算値が上限を超えた際に、超えた値に応じて搬送波ＣＷの周波数を低下させる。これにより、スイッチング数の増加にともなう損失の増大や、スイッチングの間隔が短くなることによるスイッチング素子の負荷の増大などをより抑制することができる。例えば、電力変換装置１０の運転継続性をより向上させることができる。

なお、この例では、温度演算器１６０において、入力された情報を基に、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度を演算している。これに限ることなく、例えば、温度センサなどを用いることにより、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度を検出してもよい。減算器１６２には、スイッチング素子５１、５２の温度の検出値を入力してもよい。減算器１６２に入力する温度の検出値は、例えば、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度の最大値である。この場合にも、上記と同様の効果を得ることができる。

図１７は、第５の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１７に表したように、この例では、温度演算器１６０、減算器１６２、及び抑制値演算器１６４が、各変換器ＣＥＬに設けられている。変換器ＣＥＬは、自身のスイッチング素子５１、５２の温度を演算し、上記と同様に、演算値に応じた抑制値を演算し、演算した抑制値を制御装置１４ｆに入力する。

換言すれば、複数の変換器ＣＥＬは、複数のスイッチング素子５１、５２の温度が、上限値を超えたか否かを判定し、判定の結果に基づく信号を制御装置１４ｆに送信する。制御装置１４ｆは、複数の変換器ＣＥＬからの信号を基に、搬送波ＣＷの周波数を低下させる処理を実行する。

制御装置１４ｆは、例えば、各変換器ＣＥＬから入力された複数の抑制値のうちの最大値をリミッタ１１８に入力する。制御装置１４ｆは、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に抑制値の最大値を演算し、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の最大値をリミッタ１１８に入力する。

このように、スイッチング素子５１、５２の温度を演算は、各変換器ＣＥＬ側で行ってもよい。この場合にも、図１１などに関して説明した構成と同様に、制御装置１４ｆの演算負荷を軽減し、制御装置１４ｆの規模が大きくなってしまうことを抑制することができる。また、スイッチング素子５１、５２の温度の検出を各変換器ＣＥＬ側で行い、スイッチング素子５１、５２の温度の検出値に応じた抑制値を変換器ＣＥＬから制御装置１４ｆに入力してもよい。

この例では、判定の結果に基づく信号の一例として、リミッタ１１８に設定された搬送波ＣＷの上限周波数の指令値の抑制値を表している。判定の結果に基づく信号は、これに限ることなく、複数のスイッチング素子５１、５２の温度が、上限値を超えたか否かの判定結果を適切に制御装置１４ｆに伝達することができる任意の信号でよい。例えば、減算器１６２の出力を制御装置１４ｆに送信し、抑制値の演算は、制御装置１４ｆ側で行ってもよい。また、温度演算器１６０又は温度センサのみを各変換器ＣＥＬ側に設け、スイッチング素子５１、５２の温度の演算値又は検出値を各変換器ＣＥＬから制御装置１４ｆに送信してもよい。制御装置１４ｆは、各変換器ＣＥＬから入力された温度の最大値を基に、抑制値を演算してもよい。このように、複数のスイッチング素子５１、５２の温度の演算又は検出のみを各変換器ＣＥＬ側で行ってもよい。各変換器ＣＥＬから制御装置１４ｆに送信する信号は、複数のスイッチング素子５１、５２の温度の演算又は検出の結果を適切に制御装置１４ｆに伝達することができる任意の信号でよい。

図１８は、第５の実施形態に係る電力変換装置の制御装置の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１８に表したように、制御装置１４ｇでは、制御装置１４ｆに表した抑制値演算器１６４が、抑制値演算器１６６に置き換えられている。なお、制御装置１４ｇにおいて、温度演算器１６０及び減算器１６２の構成は、制御装置１４ｆにおいて説明したものと実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。

抑制値演算器１６６は、減算器１６２の減算結果を基に、係数演算器１１４の係数の抑制値を演算する。抑制値演算器１６６は、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度の演算値が上限を超えた際に、超えた値が大きくなるほど係数演算器１１４の係数が小さくなるように、抑制値を演算する。抑制値演算器１６６は、演算した抑制値を係数演算器１１４に入力する。抑制値演算器１６６は、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に抑制値の演算を行うことにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の抑制値を生成し、複数の抑制値を係数演算器１１４に入力する。

係数演算器１１４は、抑制値演算器１６６から入力された抑制値に応じて、差信号に乗算する係数を小さくする。これにより、制御装置１４ｆの場合と同様に、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度の演算値が上限値を超えた際に、搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。係数演算器１１４は、例えば、抑制値演算器１６６から入力された抑制値に応じて、差信号に乗算する係数をゼロに近付ける。これにより、温度の演算値が上限値を超えた際に、搬送波ＣＷの周波数を加算器１１６に入力された下限周波数に近付けることができる。係数演算器１１４は、入力された複数の抑制値を基に、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に係数を小さくする。これにより、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に独立して搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。

このように、制御装置１４ｇにおいても、制御装置１４ｆと同様に、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度を演算し、演算値が上限を超えた際に、超えた値に応じて搬送波ＣＷの周波数を低下させることができる。従って、制御装置１４ｇにおいても、制御装置１４ｆと同様の効果を得ることができる。なお、制御装置１４ｇにおいても、スイッチング素子５１、５２の温度の演算値に代えて、スイッチング素子５１、５２の温度の検出値を用いてもよい。

図１９は、第５の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図１９に表したように、この例では、温度演算器１６０、減算器１６２、及び抑制値演算器１６６が、各変換器ＣＥＬに設けられている。変換器ＣＥＬは、自身のスイッチング素子５１、５２の温度を演算し、演算値に応じた係数の抑制値を演算し、演算した抑制値を制御装置１４ｇに入力する。

制御装置１４ｇは、例えば、各変換器ＣＥＬから入力された複数の抑制値のうちの最大値を係数演算器１１４に入力する。制御装置１４ｇは、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎に抑制値の最大値を演算し、各アーム部２２ａ～２２ｆ毎の複数の最大値を係数演算器１１４に入力する。

このように、係数演算器１１４の係数の抑制値を演算する構成において、温度演算器１６０、減算器１６２、及び抑制値演算器１６６を各変換器ＣＥＬ側に設け、各変換器ＣＥＬ側で抑制値の演算を行ってもよい。この場合にも、図１１などに関して説明した構成と同様に、制御装置１４ｇの演算負荷を軽減し、制御装置１４ｇの規模が大きくなってしまうことを抑制することができる。また、スイッチング素子５１、５２の温度の検出を各変換器ＣＥＬ側で行い、スイッチング素子５１、５２の温度の検出値に応じた抑制値を変換器ＣＥＬから制御装置１４ｇに入力してもよい。また、この例においても、温度演算器１６０又は温度センサのみを各変換器ＣＥＬ側に設けてもよい。

（第６の実施形態）
図２０は、第６の実施形態に係る電力変換装置の制御装置を模式的に表すブロック図である。
図２０に表したように、制御装置１４ｈは、停止信号生成部１７０をさらに有する。なお、この例では、信号波ＶＲと第２出力電圧信号ＶＳ２との差信号を演算する構成を例示しているが、制御装置１４ｈの構成は、第１出力電圧信号ＶＳ１と第２出力電圧信号ＶＳ２との差信号を演算する構成でもよい。

停止信号生成部１７０は、温度演算器１７２と、比較器１７４と、出力判定回路１７６と、を有する。温度演算器１７２の構成は、上記の実施形態で説明した温度演算器１６０の構成と同様である。温度演算器１７２は、入力された情報を基に、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度を演算し、演算値を比較器１７４に入力する。

比較器１７４には、温度演算器１７２からスイッチング素子５１、５２の温度の演算値が入力されるとともに、スイッチング素子５１、５２の温度の上限値が入力される。比較器１７４は、温度演算器１７２から入力された演算値と上限値とを比較し、演算値が上限値を超えている場合に、変換器停止信号を出力判定回路１７６に入力する。

出力判定回路１７６は、比較器１７４から変換器停止信号が入力された際に、変換器停止信号の入力が所定時間以上継続されているか否かを判定する。出力判定回路１７６は、比較器１７４からの変換器停止信号の入力が所定時間以上継続されていると判定した場合に、変換器停止信号を出力する。一方、出力判定回路１７６は、比較器１７４からの変換器停止信号の入力が所定時間以上継続されていないと判定した場合には、変換器停止信号を出力しない。これにより、スイッチング素子５１、５２の温度の瞬時的な変化で変換器停止信号が出力されてしまうことを抑制することができる。

制御装置１４ｈは、停止信号生成部１７０（出力判定回路１７６）から変換器停止信号が出力された場合、各変換器ＣＥＬへの制御信号の出力を停止することにより、主回路部１２の動作を停止させる。

このように、制御装置１４ｈでは、複数の変換器ＣＥＬのそれぞれのスイッチング素子５１、５２の温度を演算し、所定時間以上の間、演算値が上限値を超えている場合に、主回路部１２の動作を停止させる。これにより、スイッチング数の増加にともなう損失の増大や、スイッチングの間隔が短くなることによるスイッチング素子の負荷の増大などをより抑制することができる。なお、制御装置１４ｈにおいても、スイッチング素子５１、５２の温度の演算値に代えて、スイッチング素子５１、５２の温度の検出値を用いてもよい。

図２１は、第６の実施形態に係る電力変換装置の制御装置及び変換器の変形例を模式的に表すブロック図である。
図２１に表したように、この例では、停止信号生成部１７０が、各変換器ＣＥＬに設けられている。変換器ＣＥＬは、自身のスイッチング素子５１、５２の温度を演算し、所定時間以上の間、演算値が上限値を超えている場合に、変換器停止信号を制御装置１４ｈに入力する。制御装置１４ｈは、各変換器ＣＥＬのいずれかから変換器停止信号が入力されたことに応じて、主回路部１２の動作を停止させる。

換言すれば、複数の変換器ＣＥＬは、複数のスイッチング素子５１、５２の温度が、上限値を超えたか否かを判定し、判定の結果に基づく信号を制御装置１４ｈに送信する。制御装置１４ｈは、複数の変換器ＣＥＬからの信号を基に、主回路部１２の動作を停止させる処理を実行する。

このように、停止信号生成部１７０を各変換器ＣＥＬ側に設け、変換器停止信号の出力に関する演算を各変換器ＣＥＬ側で行ってもよい。この場合にも、図１１などに関して説明した構成と同様に、制御装置１４ｈの演算負荷を軽減し、制御装置１４ｈの規模が大きくなってしまうことを抑制することができる。

この例では、判定の結果に基づく信号の一例として、変換器停止信号を表している。判定の結果に基づく信号は、これに限ることなく、複数のスイッチング素子５１、５２の温度が、上限値を超えたか否かの判定結果を適切に制御装置１４ｈに伝達することができる任意の信号でよい。例えば、比較器１７４の出力を制御装置１４ｈに送信し、所定時間以上継続されているか否かの判定は、制御装置１４ｈ側で行ってもよい。また、温度演算器１７２又は温度センサのみを各変換器ＣＥＬ側に設け、スイッチング素子５１、５２の温度の演算値又は検出値を各変換器ＣＥＬから制御装置１４ｈに送信してもよい。制御装置１４ｈは、各変換器ＣＥＬから入力された温度の最大値を基に、主回路部１２の動作を停止させる処理を実行してもよい。このように、複数のスイッチング素子５１、５２の温度の演算又は検出のみを各変換器ＣＥＬ側で行ってもよい。各変換器ＣＥＬから制御装置１４ｈに送信する信号は、複数のスイッチング素子５１、５２の温度の演算又は検出の結果を適切に制御装置１４ｈに伝達することができる任意の信号でよい。

上記各実施形態では、変換器ＣＥＬの一例として、チョッパ回路を用いた変換器ＣＥＬを示している。変換器ＣＥＬの構成は、これに限ることなく、フルブリッジ回路を用いた構成でもよい。

上記各実施形態では、主回路部１２にＭＭＣ型の電力変換器を用いている。主回路部１２は、ＭＭＣ型に限ることなく、例えば、ＭＶ（Medium Voltage）型の電力変換器など、複数の変換器ＣＥＬを直列に接続する他の方式の電力変換器でもよい。また、主回路部１２は、複数の変換器ＣＥＬを直列に接続した多段方式の電力変換器に限ることなく、例えば、２レベルインバータや３レベルインバータなどでもよい。主回路部１２の構成は、信号波ＶＲと搬送波ＣＷとの比較によって複数のスイッチング素子の動作を制御する任意の構成でよい。

電力変換装置１０は、直流送電システムに限ることなく、交流から直流への変換及び直流から交流への変換が必要な他の任意のシステムなどに適用してもよい。主回路部１２による交直変換は、交流から直流及び直流から交流の双方に限ることなく、交流から直流又は直流から交流の一方のみでもよい。また、主回路部１２は、例えば、交流交流直接変換回路などでもよい。主回路部１２の構成は、例えば、複数のアーム部をスター結線、デルタ結線、あるいはマトリックス結線した構成などでもよい。主回路部１２は、例えば、モジュラーマトリックスコンバータなどでもよい。主回路部１２は、必ずしも複数のレグを有しなくてもよい。主回路部１２は、少なくとも複数のアーム部を有していればよい。主回路部１２の構成は、交流電力の出力が可能な任意の構成でよい。電力変換装置１０は、例えば、周波数変換装置、直流送電装置、無効電力補償装置、あるいは電力潮流制御装置などでもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

２…交流電力系統、 ３、４…直流送電線、 ６…変圧器、 １０…電力変換装置、 １２…主回路部、 １４、１４ａ～１４ｈ…制御装置、 ２０ａ…第１直流端子、 ２０ｂ…第２直流端子、 ２１ａ…第１交流端子、 ２１ｂ…第２交流端子、 ２１ｃ…第３交流端子、 ２２ａ…第１アーム部、 ２２ｂ…第２アーム部、 ２２ｃ…第３アーム部、 ２２ｄ…第４アーム部、 ２２ｅ…第５アーム部、 ２２ｆ…第６アーム部、 ２３ａ～２３ｆ…バッファリアクトル、 ２４ａ～２４ｆ…電流検出器、 ２５…電圧検出部、 ２６…信号線、 ４０…チョッパ回路、 ４２…制御部、 ４４…給電回路、 ４６…電圧検出器、 ５０ａ…第１接続端子、 ５０ｂ…第２接続端子、 ５１…第１スイッチング素子、 ５１ｄ…整流素子、 ５２…第２スイッチング素子、 ５２ｄ…整流素子、 ５５…電荷蓄積素子、 ６０…ゲート制御回路、 ６１…ゲート駆動回路、 ６２…ゲート駆動回路、 １００…信号波生成器、 １０２…搬送波生成器、 １０４…被変調信号生成部、 １０６…レベル算出器、 １０８…レベル算出器、 １１０…減算器、 １１２…絶対値演算器、 １１４…係数演算器、 １１６…加算器、 １１８…リミッタ、 １２０…比較器、 １２２…不正パルス防止器、 １３０…フィルタ、 １４０…パルス数カウンタ、 １４２…減算器、 １４４…抑制値演算器、 １４６…抑制値演算器、 １５０…停止信号生成部、 １５２…パルス数カウンタ、 １５４…比較器、 １５６…出力判定回路、 １６０…温度演算器、 １６２…減算器、 １６４…抑制値演算器、 １６６…抑制値演算器、 １７０…停止信号生成部、 １７２…温度演算器、 １７４…比較器、 １７６…出力判定回路、 ＣＥＬ…変換器、 ＣＷ…搬送波、 ＬＧ１…第１レグ、 ＬＧ２…第２レグ、 ＬＧ３…第３レグ、 ＶＲ…信号波

Claims (3)

1. 複数のスイッチング素子を有し、前記複数のスイッチング素子のスイッチングにより、交流電力の出力を行う主回路部と、
   前記主回路部の動作を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記主回路部は、前記複数のスイッチング素子によって構成される複数のアーム部又は複数のレグを有し、
   前記制御装置は、前記主回路部の交流の出力電圧の基準となる信号波と、搬送波と、を比較することにより、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するための被変調信号を生成するとともに、前記複数のアーム部毎又は前記複数のレグ毎に複数の前記搬送波を設定し、前記複数のアーム部毎又は前記複数のレグ毎に前記搬送波の周波数を演算することにより、前記複数のアーム部毎又は前記複数のレグ毎に複数の前記搬送波の周波数をそれぞれ独立して設定する電力変換装置。
2. 前記制御装置は、
   前記信号波と前記搬送波とを比較することにより、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するための第１被変調信号を生成するとともに、前記複数のスイッチング素子のスイッチングの回数が、前記搬送波の最小値から最大値までの間に１回以下となるように制限する演算を前記第１被変調信号に対して行うことにより、前記第１被変調信号から第２被変調信号を生成する被変調信号生成部と、
   前記第１被変調信号から前記主回路部の交流の出力電圧に相当する第１出力電圧信号を生成する第１信号生成部と、
   前記第２被変調信号から前記主回路部の交流の出力電圧に相当する第２出力電圧信号を生成する第２信号生成部と、
   前記第１出力電圧信号と前記第２出力電圧信号との差を表す差信号を演算する減算器と、
   前記差信号に対して所定の係数を乗算することにより、前記差信号から前記搬送波の周波数の補正値を演算する係数演算器と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記第２被変調信号を基に、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するとともに、前記補正値を基に、前記第１出力電圧信号と前記第２出力電圧信号との差の絶対値が大きくなるに従って、前記搬送波の周波数が高くなるように、前記搬送波の周波数を演算することにより、前記複数のアーム部毎又は前記複数のレグ毎に複数の前記搬送波の周波数をそれぞれ独立して設定する請求項１記載の電力変換装置。
3. 前記制御装置は、
   前記信号波と前記搬送波とを比較することにより、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するための第１被変調信号を生成するとともに、前記複数のスイッチング素子のスイッチングの回数が、前記搬送波の最小値から最大値までの間に１回以下となるように制限する演算を前記第１被変調信号に対して行うことにより、前記第１被変調信号から第２被変調信号を生成する被変調信号生成部と、
   前記第２被変調信号から前記主回路部の交流の出力電圧に相当する出力電圧信号を生成する信号生成部と、
   前記信号波と前記出力電圧信号との差を表す差信号を演算する減算器と、
   前記差信号に対して所定の係数を乗算することにより、前記差信号から前記搬送波の周波数の補正値を演算する係数演算器と、
   を有し、
   前記制御装置は、前記第２被変調信号を基に、前記複数のスイッチング素子のスイッチングを制御するとともに、前記補正値を基に、前記信号波と前記出力電圧信号との差の絶対値が大きくなるに従って、前記搬送波の周波数が高くなるように、前記搬送波の周波数を演算することにより、前記複数のアーム部毎又は前記複数のレグ毎に複数の前記搬送波の周波数をそれぞれ独立して設定する請求項１記載の電力変換装置。
   

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