JP5573935B2 - 直列多重マトリクスコンバータ - Google Patents

Description

開示の実施形態は、直列多重マトリクスコンバータに関する。

マトリクスコンバータは、高調波電流の抑制や回生電力の有効利用が可能であることから、新しい電力変換装置として注目されている。マトリクスコンバータには、例えば、複数の双方向スイッチによって電力変換を行う電力変換セルを直列に複数段接続して構成した電力変換セルを相毎に設けた直列多重マトリクスコンバータがある。

かかるマトリクスコンバータにおいて、交流電源が何らかの理由により低電圧となった場合に、電力変換動作を停止させる技術がある。例えば、双方向スイッチによって交流電源の各相電圧を制御して発動機を駆動している状態で、交流電源が低電圧となった場合に、発動機への電力供給を停止させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−２８７２００号公報

しかしながら、回転電機を負荷とするマトリクスコンバータにおいては、交流電源が低電圧になった場合でも、電力変換動作を停止させずに継続させることが望ましく、直列多重マトリクスコンバータの場合も同様である。

実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、交流電源が低電圧になった場合でも、電力変換動作を継続することができる直列多重マトリクスコンバータを提供することを目的とする。

実施形態の一態様に係る直列多重マトリクスコンバータは、個別に交流電源に接続される電力変換部と、前記電力変換部を制御して前記交流電源と回転電機との間の電力変換制御を行う制御部とを備える。前記電力変換部は、複数の双方向スイッチを有する電力変換セルを直列に複数段接続して構成された電力変換セル部を前記回転電機の相毎に有する。前記制御部は、前記複数の双方向スイッチをそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子を共にオンにして前記電力変換制御を行う第１の駆動制御部と、前記複数の双方向スイッチをそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子の一部をオンにして前記電力変換制御を行う第２の駆動制御部と、前記交流電源が低電圧になった場合に、前記第１の駆動制御部による前記電力変換制御から前記第２の駆動制御部による前記電力変換制御へ切り替える切替部と、を有する。

実施形態の一態様によれば、交流電源が低電圧になった場合でも、電力変換動作を継続することができる直列多重マトリクスコンバータを提供することができるという効果を奏する。

図１は、第１の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータの構成例を示す図である。 図２は、図１に示す電力変換セルの具体的構成の一例を示す図である。 図３は、図２に示す双方向スイッチの他の構成例を示す図である。 図４は、図１に示す第２の駆動制御部の具体的構成の一例を示す図である。 図５は、系統無効電流指令と系統電圧値との関係の一例を示す図である。 図６は、電流形インバータモデルを示す図である。 図７は、図４に示す系統パルスパターン生成器、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器の構成を示す図である。 図８は、二次巻線の電圧位相とコンバータのスイッチ駆動信号との関係を示す図である。 図９は、発電機位相とインバータのスイッチ駆動信号との関係を示す図である。 図１０は、双方向スイッチの制御状態を示す図（その１）である。 図１１は、双方向スイッチの制御状態を示す図（その２）である。 図１２は、双方向スイッチの制御状態を示す図（その３）である。 図１３は、双方向スイッチの制御状態を示す図（その４）である。 図１４は、第２の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータの構成例を示す図である。 図１５は、図１４に示す第２の駆動制御部の具体的構成の一例を示す図である。 図１６は、図１５に示す系統パルスパターン生成器、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本願の開示する直列多重マトリクスコンバータの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータの構成例を示す図である。以下の実施形態では、交流発電機（ＡＣＧ）である回転電機の発電電力を変換して交流電源へ供給する直列多重マトリクスコンバータを例に挙げて説明するが、回転電機は交流発電機に限らず、例えば、交流電動機としてもよい。また、単一交流電源として電力系統（Ｇｒｉｄ）を例に挙げて説明するが、単一交流電源はこれに限られない。

図１に示すように、第１の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータ１は、３相交流の電力系統２と回転電機３との間に設けられ、電力系統２と回転電機３との間の電力変換を行う。なお、以下においては、回転電機３の一例として、同期発電機を用いた場合の例を説明する。

回転電機３の回転軸には、回転電機３の回転位置を検出する位置検出器４が設けられており、かかる位置検出器４によって検出された回転電機３の回転位置θ_Ｇは直列多重マトリクスコンバータ１へ入力される。

直列多重マトリクスコンバータ１は、多重変圧器１０と、電力変換部２０と、電流検出部２４と、電圧検出部２５と、停電検出部２６と、制御部３０とを備える。また、直列多重マトリクスコンバータ１は、系統側端子Ｔ_Ｒ、Ｔ_Ｓ、Ｔ_Ｔおよび発電機側端子Ｔ_Ｕ、Ｔ_Ｖ、Ｔ_Ｗを備え、系統側端子Ｔ_Ｒ、Ｔ_Ｓ、Ｔ_Ｔに電力系統２が接続され、発電機側端子Ｔ_Ｕ、Ｔ_Ｖ、Ｔ_Ｗに回転電機３が接続される。

多重変圧器１０は、一次巻線１１と、９つの二次巻線１２ａ〜１２ｉ（以下、二次巻線１２と総称する場合がある）とを備え、電力系統２から一次巻線１１に入力される交流電力を９つの二次巻線１２ａ〜１２ｉに変圧して出力する。また、これら９つの二次巻線１２ａ〜１２ｉがそれぞれ個別の交流電源であり、後述する電力変換セル２１ａ〜２１ｉにそれぞれ接続される。

かかる多重変圧器１０は、一次巻線１１と少なくとも一部の二次巻線１２との間に電圧位相差を発生させる移相変圧器である。多重変圧器１０では、下記表１に示すように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の各相に対応して設けられた電力変換セル部に接続される３つの二次巻線１２の電圧位相が２０度ずつずれている。下記表１には、一次巻線１１と二次巻線１２の間の電圧位相差が示されている。

具体的には、Ｕ相では、位置Ｕ１に対応する二次巻線１２ａに対して、位置Ｕ２に対応する二次巻線１２ｄは、２０度の電圧位相差を有し、二次巻線１２ｄに対して、位置Ｕ３に対応する二次巻線１２ｇは、２０度の電圧位相差を有する。同様に、Ｖ相では、位置Ｖ１に対応する二次巻線１２ｂに対して、位置Ｖ２に対応する二次巻線１２ｅは、２０度の電圧位相差を有し、二次巻線１２ｅに対して、位置Ｖ３に対応する二次巻線１２ｈは、２０度の電圧位相差を有する。

また、Ｗ相では、位置Ｗ１に対応する二次巻線１２ｃに対して、位置Ｗ２に対応する二次巻線１２ｆは、２０度の電圧位相差を有し、二次巻線１２ｆに対して、位置Ｗ３に対応する二次巻線１２ｉは、２０度の電圧位相差を有する。なお、一次巻線１１に対して、二次巻線１２ａ〜１２ｃは、電圧位相差がゼロである。

ここでは、一次巻線１１と二次巻線１２ａ〜１２ｃとは電圧位相差がゼロであるとする。したがって、二次巻線１２ａ〜１２ｃのｒ１相、ｓ１相およびｔ１相の電圧位相（以下、電圧位相θｒｓｔ１と記載する）は、電力系統２の電圧位相θ_ＲＳＴ（以下、「系統位相θ_ＲＳＴ」と記載する）と同一である。また、二次巻線１２ｄ〜１２ｆのｒ２相、ｓ２相およびｔ２相の電圧位相（以下、電圧位相θｒｓｔ２と記載する）は、系統位相θ_ＲＳＴに対して２０°ずれている。また、二次巻線１２ｇ〜１２ｉのｒ３相、ｓ３相およびｔ３相の電圧位相（以下、電圧位相θｒｓｔ３と記載する）は、系統位相θ_ＲＳＴに対して４０°ずれている。

このように、電圧位相差を設けることによって、一次巻線１１側に流れる高調波電流を低減することができる。なお、上記表１に示す電圧位相差は一例であり、他の値の電圧位相差であってもよい。さらに位相差を設けなくてもよい。なお、多重変圧器１０を用いずに、電力変換セル２１ａ〜２１ｉに別々の交流電源を接続することもできる。

電力変換部２０は、９つの二次巻線１２ａ〜１２ｉにそれぞれ接続される９つの電力変換セル２１ａ〜２１ｉ（以下、電力変換セル２１と総称する場合がある）を備える。各電力変換セル２１は、二次巻線１２に接続される端子Ｔ３（後述する端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔ）と端子Ｔ１、Ｔ２との間の電力変換を行う。

二次巻線１２ａ〜１２ｃは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの１段目の電力変換セル２１ａ〜２１ｃに接続され、二次巻線１２ｄ〜１２ｆは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの２段目の電力変換セル２１ｄ〜２１ｆに接続される。また、二次巻線１２ｇ〜１２ｉは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの３段目の電力変換セル２１ｇ〜２１ｉに接続される。

かかる電力変換部２０では、３つの電力変換セル２１の出力が直列接続されて各出力相が構成される。すなわち、電力変換セル２１ａ、２１ｄ、２１ｇによってＵ相の電力変換セル部が構成され、電力変換セル２１ｂ、２１ｅ、２１ｈによってＶ相の電力変換セル部が構成され、電力変換セル２１ｃ、２１ｆ、２１ｉによってＷ相の電力変換セル部が構成される。

具体的には、電力変換セル２１ａの端子Ｔ２が中性点Ｎに接続され、さらに、電力変換セル２１ａの端子Ｔ１と電力変換セル２１ｄの端子Ｔ２とが接続され、電力変換セル２１ｄの端子Ｔ１と電力変換セル２１ｇの端子Ｔ２とが接続される。これにより、電力変換セル２１ｇの端子Ｔ１を出力端子としたＵ相の電力変換セル部が構成される。

同様に、電力変換セル２１ｂの端子Ｔ２が中性点Ｎに接続され、さらに、電力変換セル２１ｂの端子Ｔ１と電力変換セル２１ｅの端子Ｔ２とが接続され、電力変換セル２１ｅの端子Ｔ１と電力変換セル２１ｈの端子Ｔ２とが接続される。これにより、電力変換セル２１ｈの端子Ｔ１を出力端子としたＶ相の電力変換セル部が構成される。

また、電力変換セル２１ｃの端子Ｔ２が中性点Ｎに接続され、さらに、電力変換セル２１ｃの端子Ｔ１と電力変換セル２１ｆの端子Ｔ２とが接続され、電力変換セル２１ｆの端子Ｔ１と電力変換セル２１ｉの端子Ｔ２とが接続される。これにより、電力変換セル２１ｉの端子Ｔ１を出力端子としたＷ相の電力変換セル部が構成される。

ここで、電力変換セル２１の構成について説明する。図２は、電力変換セル２１の具体的構成の一例を示す図である。図２に示すように、電力変換セル２１は、スイッチ部２２と、フィルタ２３とを備える。かかる電力変換セル２１は、単相マトリクスコンバータとも呼ばれる。なお、電力変換セル２１には、例えば、不図示のスナバ回路が設けられる。

スイッチ部２２は、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を備える。かかる双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６は、各端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔと各端子Ｔ１、Ｔ２との間にそれぞれ接続される。

双方向スイッチＳｗ１は、片方向スイッチング素子１３とダイオード１５とを逆並列接続した回路と片方向スイッチング素子１４とダイオード１６とを逆並列接続した回路とを逆方向に直列に接続されて構成される。また、双方向スイッチＳｗ２〜Ｓｗ６も、双方向スイッチＳｗ１と同様の構成である。

片方向スイッチング素子１３、１４は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子が用いられる。双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子１３、１４を個別にオン／オフすることで、通電方向を制御することができる。

なお、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６は、図２に示す構成に限られない。例えば、図３に示すように、各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６は、片方向スイッチング素子１３とダイオード１６とによる直列接続体と、片方向スイッチング素子１４とダイオード１５とによる直列接続体とが、逆方向に並列に接続された構成であってもよい。また、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６は、片方向スイッチング素子１３、１４をそれぞれ逆阻止型のスイッチング素子とし、これらのスイッチング素子を互いに逆方向に並列接続した構成でもよい。

フィルタ２３は、スイッチ部２２と端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔとの間に設けられ、スイッチ部２２によって発生する高周波成分（ＰＷＭ成分）の電力系統２への影響を抑制する。かかるフィルタ２３は、３つのリアクトルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔと、３つのコンデンサＣ１ｒｓ、Ｃ１ｓｔ、Ｃ１ｒｔによって構成される。

リアクトルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔは、端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔに一端がそれぞれ接続され、スイッチ部２２側に他端が接続される。また、コンデンサＣ１ｒｓ、Ｃ１ｔｓ、Ｃ１ｒｔは、リアクトルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔのうち異なるリアクトルの他端間に接続される。なお、フィルタ２３は、図２に示す構成に限られず、例えば、リアクトルＬ１ｒ、Ｌ１ｓ、Ｌ１ｔを設けない構成でもよい。

図１に戻って直列多重マトリクスコンバータ１の構成の説明を続ける。電流検出部２４は、電力系統２と多重変圧器１０との間に設けられ、電力系統２と多重変圧器１０との間に流れる電流の瞬時電流値Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔ（以下、「系統相電流値Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔ」と記載する）を検出する。なお、電流検出部２４は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する電流センサである。

電圧検出部２５は、電力系統２と多重変圧器１０との間に設けられ、電力系統２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の瞬時電圧値Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｓ、Ｖ_Ｔ（以下、「系統相電圧値Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｓ、Ｖ_Ｔ」と記載する）を検出する。

停電検出部２６は、系統電圧の実効電圧値Ｖａ（以下、系統電圧値Ｖａと記載する）が電圧値Ｖ１以下であるか否かを検出する。停電検出部２６は、系統電圧値Ｖａが電圧値Ｖ１以下である場合には、電力系統２が停電したと判定してＨｉｇｈレベルの停電検出信号Ｓｄを出力する。一方、停電検出部２６は、系統電圧値Ｖａが電圧値Ｖ１を超える場合には、電力系統２が停電していないと判定してＬｏｗレベルの停電検出信号Ｓｄを出力する。

停電検出部２６は、系統相電圧値Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｓ、Ｖ_Ｔを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、α軸方向の系統電圧値Ｖ_αとβ軸方向の系統電圧値Ｖ_βとを求める。そして、停電検出部２６は、系統電圧値Ｖ_α、Ｖ_βの自乗和平方根（＝√（Ｖ_α ^２＋Ｖ_β ^２））を演算し、演算結果を系統電圧値Ｖａとする。

なお、停電検出部２６は、二次巻線１２ａ〜１２ｉのいずれかの電圧に基づいて、停電検出信号Ｓｄを出力することもできる。例えば、停電検出部２６は、二次側電圧値Ｖａ１が所定の電圧値Ｖ１１以下である場合に、電力系統２が停電したと判定してＨｉｇｈレベルの停電検出信号Ｓｄを出力する。一方、停電検出部２６は、二次側電圧値Ｖａ１が電圧値Ｖ１１を超える場合には、電力系統２が停電していないと判定してＬｏｗレベルの停電検出信号Ｓｄを出力する。

この場合、停電検出部２６は、例えば、二次巻線１２ａのｒ１相、ｓ１相およびｔ１相の電圧Ｖｒ１、Ｖｓ１、Ｖｔ１を固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、α軸方向の系統電圧値Ｖ_α１とβ軸方向の系統電圧値Ｖ_β１とを求める。そして、停電検出部２６は、系統電圧値Ｖ_α１、Ｖ_β１の自乗和平方根（＝√（Ｖ_α１^２＋Ｖ_β１^２））を演算し、演算結果を二次側電圧値Ｖａ１とする。

制御部３０は、第１の駆動制御部３１と、第２の駆動制御部３２と、切替部３３とを備える。第１の駆動制御部３１は、回転電機３の発生するトルク量を指示するトルク指令に基づいて電圧指令を生成し、公知のマトリクスコンバータのＰＷＭ制御方法によって電圧指令に応じた電圧を回転電機３に出力するためのスイッチ駆動信号を生成して電力変換部２０へ出力する。

なお、電圧指令は、トルク指令に基づいて公知の同期発電機のベクトル制御則によって生成される。また、スイッチ駆動信号によって、電力変換部２０は、各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する複数の片方向スイッチング素子１３、１４を共にオンにしつつ、電圧指令に応じた電圧をＰＷＭ制御により出力し、流れる電流の大きさや通電方向が出力電圧と発電電圧の関係で決まる電力変換を行う。

第２の駆動制御部３２は、系統相電圧値Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｓ、Ｖ_Ｔおよび系統相電流値Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔに基づいて、電力変換部２０の各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する複数の片方向スイッチング素子１３、１４の一部をオンにして電力変換制御を行う。

各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する複数の片方向スイッチング素子１３、１４の一部をオンにすることで、通電方向を制御することができる。これにより、電力系統２の電圧が回転電機３の電圧よりも極端に低い停電のような場合であっても、回転電機３と電力系統２の間に大電流が流れ続けることを避け、電流制御を行いつつ電力変換動作を行うことができる。

例えば、第２の駆動制御部３２は、電力変換部２０の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子１３、１４のうち、二次巻線１２側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにする。また、第２の駆動制御部３２は、電力変換部２０の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子１３、１４のうち、回転電機３側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにする。かかる制御によって、二次巻線１２側のどれか２つの相の間および回転電機３のどれか２つの相の間に電流を流し続けることができる。

切替部３３は、停電検出部２６から出力される停電検出信号Ｓｄに基づいて、電力変換部２０へ出力するスイッチ駆動信号を選択して出力する。具体的には、切替部３３は、停電検出部２６から出力される停電検出信号ＳｄがＬｏｗレベルである場合、第１の駆動制御部３１によって生成されるスイッチ駆動信号を電力変換部２０へ出力する。

一方、切替部３３は、停電検出部２６から出力される停電検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルである場合、第２の駆動制御部３２によって生成されるスイッチ駆動信号を電力変換部２０へ出力する。

したがって、電力系統２が低電圧になった場合に、第２の駆動制御部３２によって生成されるスイッチ駆動信号によって、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子１３、１４の一部をオンにする電力変換制御が行われる。これにより、電力系統２が低電圧になった場合でも、電力変換動作を継続することができる。

以下、第２の駆動制御部３２の具体的構成の一例について具体的に説明する。図４は、第２の駆動制御部３２の具体的構成の一例を示す図である。図４に示すように、第２の駆動制御部３２は、有効電流補償部４１と、無効電流補償部４２と、パルスパターン生成部４３とを備える。

まず、有効電流補償部４１について説明する。有効電流補償部４１は、ＰＱ変換器５１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２と、系統有効電流指令器５３と、減算器５４と、系統有効電流制御器５５とを備える。かかる有効電流補償部４１は、系統有効電流値が系統有効電流指令ＩＰｒｅｆと一致するように、系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴを生成し、生成した系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴをパルスパターン生成部４３へ出力する。

ＰＱ変換器５１は、系統相電流値Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、α軸方向の系統電流値Ｉ_αとβ軸方向の系統電流値Ｉ_βとを求める。さらに、ＰＱ変換器５１は、αβ軸座標系の成分を、系統位相θ_ＲＳＴに応じて回転する回転座標系の成分へ変換することによって、系統有効電流ＩＰと系統無効電流ＩＱとを求める。

ＰＱ変換器５１は、例えば、下記式（１）の演算を行うことで、系統有効電流ＩＰと系統無効電流ＩＱとを求める。

ＬＰＦ５２は、系統有効電流ＩＰから高周波成分を除去して減算器５４へ出力する。減算器５４は、系統有効電流指令器５３から出力される系統有効電流指令ＩＰｒｅｆからＬＰＦ５２の出力を減算することによって、系統有効電流指令ＩＰｒｅｆと系統有効電流ＩＰとの偏差である系統有効電流偏差を演算し、系統有効電流制御器５５へ出力する。

系統有効電流制御器５５は、例えば、ＰＩ（比例積分）制御器から構成され、系統有効電流偏差がゼロとなるように比例積分演算を行うことによって、系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴを生成する。ここでは、系統有効電流指令ＩＰｒｅｆは、ゼロに設定されており、系統有効電流制御器５５は、系統有効電流ＩＰがゼロとなるように系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴを生成する。

次に、無効電流補償部４２について説明する。無効電流補償部４２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１と、系統無効電流指令器６２と、減算器６３と、系統無効電流制御器６４とを備える。かかる無効電流補償部４２は、系統無効電流値が系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと一致するように、発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷを生成し、生成した発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷをパルスパターン生成部４３へ出力する。

減算器６３は、系統無効電流指令器６２から出力される系統無効電流指令ＩＱｒｅｆからＬＰＦ６１の出力を減算することによって、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと系統無効電流ＩＱとの偏差である系統無効電流偏差を演算し、系統無効電流制御器６４へ出力する。

系統無効電流制御器６４は、例えば、ＰＩ制御器から構成され、系統無効電流偏差がゼロとなるように比例積分演算を行うことによって、発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷを生成する。系統無効電流指令ＩＱｒｅｆは、例えば、系統電圧値Ｖａに応じた値とすることができる。

図５は、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと系統電圧値Ｖａとの関係の一例を示す図である。図５に示すように、系統無効電流指令器６２は、系統電圧値Ｖａが第２閾値である電圧値Ｖ２を超え、かつ第１閾値である電圧値Ｖ１以下の領域では、系統電圧値Ｖａの増加に伴い直線的に減少する系統無効電流指令ＩＱｒｅｆを生成する。

また、系統無効電流指令器６２は、系統電圧値Ｖａが第２閾値である電圧値Ｖ２以下の場合に、最大値となり、第１閾値である電圧値Ｖ１を超える領域では、ゼロ値となる系統無効電流指令ＩＱｒｅｆを生成する。なお、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと系統電圧値Ｖａとの関係は、図５に示す例に限定するものではなく、異なる関係であってもよい。

次に、図４に示すパルスパターン生成部４３について説明する。パルスパターン生成部４３は、系統相電圧値Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｓ、Ｖ_Ｔ、回転位置θ_Ｇ、系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴ、発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷ、停電検出信号Ｓｄに基づき、電力変換部２０の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を駆動するスイッチ駆動信号を生成する。

パルスパターン生成部４３は、系統周波数検出器７０と、保持器７１と、積分器７２と、加算器７３と、発電機位相生成器７４と、加算器７５とを備える。また、パルスパターン生成部４３は、系統パルスパターン生成器７６と、発電機パルスパターン生成器７７と、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８と、ＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９とを備える。

系統周波数検出器７０は、例えば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）であり、系統相電圧値Ｖ_Ｒ、Ｖ_Ｓ、Ｖ_Ｔに基づき、電力系統２の電圧周波数と同期した系統周波数ｆ_ＲＳＴを出力する。

保持器７１は、停電検出信号ＳｄがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化したタイミングで、系統周波数検出器７０から出力される系統周波数ｆ_ＲＳＴを保持し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化したタイミングで、系統周波数ｆ_ＲＳＴの保持を解除する。

積分器７２は、保持器７１から出力される系統周波数ｆ_ＲＳＴを積分し、系統位相θ_ＲＳＴを生成し、有効電流補償部４１および加算器７３へ出力する。加算器７３は、系統位相θ_ＲＳＴに系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴを加算して系統補正位相θ_ＲＳＴ’を生成し、生成した系統補正位相θ_ＲＳＴ’を系統パルスパターン生成器７６へ出力する。

発電機位相生成器７４は、回転位置θ_Ｇに回転電機３の極対数を掛け算することにより、発電機位相θ_ＵＶＷを生成し、加算器７５へ出力する。加算器７５は、発電機位相θ_ＵＶＷに発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷを加算して発電機補正位相θ_ＵＶＷ’を生成し、生成した発電機補正位相θ_ＵＶＷ’を発電機パルスパターン生成器７７へ出力する。

パルスパターン生成部４３は、図６に示す電流形インバータモデルを用いてスイッチ駆動信号を生成する。図６は、電流形インバータモデルを示す図である。

図６に示す電流形インバータモデル８０は、コンバータ８１とインバータ８２を備えるモデルである。コンバータ８１は、電力系統２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相にフルブリッジ接続された複数のスイッチング素子から構成される。かかるコンバータ８１の各スイッチング素子は、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ、Ｓｓｐ、Ｓｔｐ、Ｓｒｎ、Ｓｓｎ、Ｓｔｎ（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎ」と記載する）によって駆動される。

インバータ８２は、回転電機３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にフルブリッジ接続された複数のスイッチング素子から構成される。かかるインバータ８２の各スイッチング素子は、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎ（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎ」と記載する）によって駆動される。

図７は、系統パルスパターン生成器７６、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９の構成を示す図である。図７に示すように、系統パルスパターン生成器７６は、加算器９０ａ〜９０ｃと、パターン生成器９１ａ〜９１ｃとを備える。

加算器９０ａ〜９０ｃは、多重変圧器１０の一次巻線１１と二次巻線１２の間の電圧位相差（例えば、表１参照）に応じた位相を加算し、加算結果をそれぞれパターン生成器９１ａ〜９１ｃへ出力する。具体的には、加算器９０ａは、系統補正位相θ_ＲＳＴ’に対して０°の位相を加算し、加算器９０ｂは、系統補正位相θ_ＲＳＴ’に対して２０°の位相を加算し、加算器９０ｃは、系統補正位相θ_ＲＳＴ’に対して４０°の位相を加算する。

なお、上述のように、一次巻線１１と二次巻線１２の間の電圧位相差は、表１に示す例に限定されない。例えば、一次巻線１１と二次巻線１２ａ〜１２ｃとの位相差を１０°、一次巻線１１と二次巻線１２ｄ〜１２ｆとの位相差を３０°、一次巻線１１と二次巻線１２ｇ〜１２ｈとの位相差を５０°としてもよい。この場合、加算器９０ａは、系統補正位相θ_ＲＳＴ’に対して１０°の位相を加算し、加算器９０ｂは、系統補正位相θ_ＲＳＴ’に対して３０°の位相を加算し、加算器９０ｃは、系統補正位相θ_ＲＳＴ’に対して５０°の位相を加算する。

パターン生成器９１ａ〜９１ｃは、加算器９０ａ〜９０ｃの加算結果に基づき、各二次巻線１２の電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に対して１２０°通電の電流を流すコンバータ８１のスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎのパターンを生成する。パターン生成器９１ａ〜９１ｃは互いに同一の構成である。具体的には、パターン生成器９１ａは、加算器９０ａの加算結果に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１、Ｓｓｐ１、Ｓｔｐ１、Ｓｒｎ１、Ｓｓｎ１、Ｓｔｎ１（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１」と記載する）を生成する。

また、パターン生成器９１ｂは、加算器９０ｂの加算結果に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ２、Ｓｓｐ２、Ｓｔｐ２、Ｓｒｎ２、Ｓｓｎ２、Ｓｔｎ２（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２」と記載する）を生成する。また、パターン生成器９１ｃは、加算器９０ｃの加算結果に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ３、Ｓｓｐ３、Ｓｔｐ３、Ｓｒｎ３、Ｓｓｎ３、Ｓｔｎ３（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３」と記載する）を生成する。

図８は、二次巻線１２ａ〜１２ｃのｒ１相、ｓ１相およびｔ１相の電圧位相θｒｓｔ１とスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１との関係を示す図であり、電圧位相θｒｓｔ１に対して９０°進んだ１２０°通電の電流を流すための両者の関係を表すものである。

系統補正位相θ_ＲＳＴ’は、系統有効電流ＩＰがゼロとなるように求められた系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴが系統位相θ_ＲＳＴに加算されて生成される。そのため、系統パルスパターン生成器７６は、系統補正位相θ_ＲＳＴ’に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１等を生成することにより、二次巻線１２側に９０°進みでかつ有効電流がゼロである無効電流を流すことができる。

系統パルスパターン生成器７６は、ｒ１相、ｓ１相およびｔ１相のうちいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにするようにスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１を生成する。例えば、０°≦θｒｓｔ１＜３０°、３３０°≦θｒｓｔ１＜３６０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｔｎ１、Ｓｓｐ１がＨｉｇｈレベルであり、その他はＬｏｗレベルである。これにより、ｔ１相とｓ１相との間に電流が流れる。

同様に、３０°≦θｒｓｔ１＜９０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｓｐ１がＨｉｇｈレベルであり、ｒ１相とｓ１相との間に電流が流れる。９０°≦θｒｓｔ１＜１５０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｔｐ１がＨｉｇｈレベルであり、ｒ１相とｔ１相との間に電流が流れる。１５０°≦θｒｓｔ１＜２１０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｓｎ１、Ｓｔｐ１がＨｉｇｈレベルであり、ｓ１相とｔ１相との間に電流が流れる。

２１０°≦θｒｓｔ１＜２７０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｓｎ１、Ｓｒｐ１がＨｉｇｈレベルであり、ｓ１相とｒ１相との間に電流が流れる。２７０°≦θｒｓｔ１＜３３０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｔｎ１、Ｓｒｐ１がＨｉｇｈレベルであり、ｔ１相とｒ１相との間に電流が流れる。このように、系統パルスパターン生成器７６は、電圧位相θｒｓｔ１に対して９０°進んだ位相の電流が二次巻線１２ａ〜１２ｃにそれぞれ流れるようにパルスパターンを生成する。

スイッチ駆動信号Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２は、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１に対して位相が２０°進んだ信号であり、電圧位相θｒｓｔ２に対して９０°進んだ位相の電流を二次巻線１２ｄ〜１２ｆにそれぞれ流すパルスパターンである。

また、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３は、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１に対して位相が４０°進んだ信号であり、電圧位相θｒｓｔ３に対して９０°進んだ位相の電流を二次巻線１２ｇ〜１２ｉにそれぞれ流すパルスパターンである。

このように、二次巻線１２ａ〜１２ｉにそれぞれ９０°進みでかつ有効電流がゼロである無効電流を流すことができ、これにより、電力系統２側にも系統有効電流ＩＰがゼロである無効電流を流すことができる。

発電機パルスパターン生成器７７は、発電機補正位相θ_ＵＶＷ’に応じたスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを生成する。図９は、発電機位相θ_ＵＶＷとスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎとの関係を示す図である。

発電機パルスパターン生成器７７は、発電機位相θ_ＵＶＷに対して１２０°通電の電流を流すインバータ８２のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎのパターンを有し、発電機補正位相θ_ＵＶＷ’に応じてスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを出力する。

発電機補正位相θ_ＵＶＷ’は、偏差である系統無効電流偏差がゼロとなるように求められた発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷが発電機位相θ_ＵＶＷに加算されて求められる。そのため、発電機パルスパターン生成器７７は、発電機補正位相θ_ＵＶＷ’を基準とすることで、図９に示すように、発電機位相θ_ＵＶＷに対して、９０°−ｄθ_ＵＶＷ遅れた電流が流れるように、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを出力する。これにより、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと等しい大きさの無効電流を電力系統２側に流すことができる。

発電機パルスパターン生成器７７は、回転電機３側のいずれか２つの相の間に電流を流すスイッチング素子を常にオンにするようにスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを出力する。例えば、０°≦θ_ＵＶＷ−ｄθ_ＵＶＷ＜３０°、３３０°≦θ_ＵＶＷ−ｄθ_ＵＶＷ＜３６０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｗｐ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであり、その他はＬｏｗレベルである。これにより、Ｗ相とＶ相との間に電流が流れる。

同様に、３０°≦θ_ＵＶＷ−ｄθ_ＵＶＷ＜９０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｕ相とＶ相との間に電流が流れる。９０°≦θ_ＵＶＷ−ｄθ_ＵＶＷ＜１５０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｕ相とＷ相との間に電流が流れる。１５０°≦θ_ＵＶＷ−ｄθ_ＵＶＷ＜２１０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｖ相とＷ相との間に電流が流れる。

２１０°≦θ_ＵＶＷ−ｄθ_ＵＶＷ＜２７０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｖ相とＵ相との間に電流が流れる。２７０°≦θ_ＵＶＷ−ｄθ_ＵＶＷ＜３３０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｗｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｗ相とＵ相との間に電流が流れる。このように、発電機パルスパターン生成器７７は、発電機位相θ_ＵＶＷに対して、９０°−ｄθ_ＵＶＷ遅れた電流が流れるようにパルスパターンを生成する。

ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８は、図７に示すように、信号生成器９２ａ〜９２ｃを備える。信号生成器９２ａ〜９２ｃは、パターン生成器９１ａ〜９１ｃから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎｉ、Ｓｓｎｉ、Ｓｔｎｉ（１≦ｉ≦３）と発電機パルスパターン生成器７７から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、下記式（２）を用いて、スイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔを生成する。スイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔは、図２に示すように、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６のうち、回転電機３側から二次巻線１２側へ電流を流す片方向スイッチング素子１３を駆動する信号である。下記式（２）において「＊」は、「ｕ」、「ｖ」または「ｗ」である。

具体的には、信号生成器９２ａは、パターン生成器９１ａから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｓｎ１、Ｓｔｎ１とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎに基づき、下記式（３）を用いて、Ｕ相のスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、ＳＡｕ１と記載する）を生成する。

また、信号生成器９２ａは、パターン生成器９１ａから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｓｎ１、Ｓｔｎ１とスイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎに基づき、下記式（４）を用いて、Ｖ相のスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、ＳＡｖ１と記載する）を生成する。

また、信号生成器９２ａは、パターン生成器９１ａから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｓｎ１、Ｓｔｎ１とスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎに基づき、下記式（５）を用いて、Ｗ相のスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、ＳＡｗ１と記載する）を生成する。

信号生成器９２ｂは、信号生成器９２ａと同様の構成を有する。信号生成器９２ｂは、信号生成器９２ａと同様に、パターン生成器９１ｂから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ２、Ｓｓｎ２、Ｓｔｎ２とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記（３）〜（５）を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、それぞれＳＡｕ２、ＳＡｖ２、ＳＡｗ２と記載する）を生成する。なお、上記（３）〜（５）における「Ｓｒｎ１」、「Ｓｓｎ１」、「Ｓｔｎ１」にそれぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｎ２、Ｓｓｎ２、Ｓｔｎ２の各値を設定する。

信号生成器９２ｃは、信号生成器９２ａと同様の構成を有する。信号生成器９２ｃは、信号生成器９２ａと同様に、パターン生成器９１ｃから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ３、Ｓｓｎ３、Ｓｔｎ３とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記（３）〜（５）を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、それぞれＳＡｕ３、ＳＡｖ３、ＳＡｗ３と記載する）を生成する。なお、上記（３）〜（５）における「Ｓｒｎ１」、「Ｓｓｎ１」、「Ｓｔｎ１」にそれぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｎ３、Ｓｓｎ３、Ｓｔｎ３の各値を設定する。

ＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９は、図７に示すように、信号生成器９３ａ〜９３ｃを備える。信号生成器９３ａ〜９３ｃは、パターン生成器９１ａ〜９１ｃから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐｉ、Ｓｓｐｉ、Ｓｔｐｉ（１≦ｉ≦３）と発電機パルスパターン生成器７７から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記式（２）を用いて、スイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２を生成する。スイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２は、図２に示すように、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６のうち二次巻線１２側から回転電機３側へ電流を流す片方向スイッチング素子１４を駆動する信号である。

具体的には、信号生成器９３ａは、パターン生成器９１ａから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１、Ｓｓｐ１、Ｓｔｐ１とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎに基づき、下記式（６）を用いて、Ｕ相のスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、ＳＢｕ１と記載する）を生成する。

また、信号生成器９３ａは、パターン生成器９１ａから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１、Ｓｓｐ１、Ｓｔｐ１とスイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎに基づき、下記式（７）を用いて、Ｖ相のスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、ＳＢｖ１と記載する）を生成する。

また、信号生成器９３ａは、パターン生成器９１ａから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１、Ｓｓｐ１、Ｓｔｐ１とスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎに基づき、下記式（８）を用いて、Ｗ相のスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、ＳＢｗ１と記載する）を生成する。

信号生成器９３ｂは、信号生成器９３ａと同様の構成を有する。信号生成器９３ｂは、信号生成器９３ａと同様に、パターン生成器９１ｂから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ２、Ｓｓｐ２、Ｓｔｐ２とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記（６）〜（８）を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、それぞれＳＢｕ２、ＳＢｖ２、ＳＢｗ２と記載する）を生成する。なお、上記（６）〜（８）における「Ｓｒｐ１」、「Ｓｓｐ１」、「Ｓｔｐ１」にそれぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｐ２、Ｓｓｐ２、Ｓｔｐ２の各値を設定する。

信号生成器９３ｃは、信号生成器９３ａと同様の構成を有する。信号生成器９３ｃは、信号生成器９３ａと同様に、パターン生成器９１ｃから出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ３、Ｓｓｐ３、Ｓｔｐ３とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記（６）〜（８）を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、それぞれＳＢｕ３、ＳＢｖ３、ＳＢｗ３と記載する）を生成する。なお、上記（６）〜（８）における「Ｓｒｐ１」、「Ｓｓｐ１」、「Ｓｔｐ１」にそれぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｐ３、Ｓｓｐ３、Ｓｔｐ３の各値を設定する。

このようにＵ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれについて生成されたスイッチ駆動信号ＳＡｕ１〜３、ＳＡｖ１〜３、ＳＡｗ１〜３、ＳＢｕ１〜３、ＳＢｖ１〜３、ＳＢｗ１〜３は、パルスパターン生成部４３から電力変換部２０へ出力される。

具体的には、図１に示すように、Ｕ相のスイッチ駆動信号ＳＡｕ１〜３、ＳＢｕ１〜３は、Ｕ相の電力変換セル部を構成する電力変換セル２１ａ、２１ｄ、２１ｇへ出力される。また、Ｖ相のスイッチ駆動信号ＳＡｖ１〜３、ＳＢｖ１〜３は、Ｖ相の電力変換セル部を構成する電力変換セル２１ｂ、２１ｅ、２１ｈへ出力される。また、Ｗ相のスイッチ駆動信号ＳＡｗ１〜３、ＳＢｗ１〜３は、Ｗ相の電力変換セル部を構成する電力変換セル２１ｃ、２１ｆ、２１ｉへ出力される。

これにより、電力変換部２０の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子１３、１４のうち、二次巻線１２側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子が常にオンにされ、回転電機３側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子が常にオンにされる。

ここで、図１０〜図１３を参照して、制御部３０による双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６の制御例について説明する。なお、図１０〜図１３においては、理解を容易にするために、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６をそれぞれ一つの記号で図示している。また、一例として、電力変換セル２１ａ〜２１ｃに対する制御を説明する。

図１０は、二次巻線１２側の電圧が図８におけるタイミングｔａ１にあり、回転電機３側の電圧が図９におけるタイミングｔｂ１にある場合の、制御部３０による双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６の制御状態を示す図である。

二次巻線１２側の電圧が図８におけるタイミングｔａ１にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｓｐ１がＨｉｇｈレベルであり、回転電機３側の電圧が図９におけるタイミングｔｂ１にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルである。

上記式（２）から、Ｕ相の電力変換セル２１ａに対するスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓｓ２がＨｉｇｈレベルとなり、Ｖ相の電力変換セル２１ｂに対するスイッチ駆動信号Ｓｓ１、Ｓ２ｒがＨｉｇｈレベルとなる。したがって、電力変換部２０に流れる電流は図１０に示すように表すことができる。

なお、Ｈｉｇｈレベルのスイッチ駆動信号Ｓ１ｒは、双方向スイッチＳｗ１を構成する片方向スイッチング素子１３をオンにする信号であり、Ｈｉｇｈレベルのスイッチ駆動信号Ｓｓ２は、双方向スイッチＳｗ５を構成する片方向スイッチング素子１４をオンにする信号である。また、Ｈｉｇｈレベルのスイッチ駆動信号Ｓｓ１は、双方向スイッチＳｗ２を構成する片方向スイッチング素子１４をオンにする信号であり、Ｈｉｇｈレベルのスイッチ駆動信号Ｓ２ｒは、双方向スイッチＳｗ４を構成する片方向スイッチング素子１３をオンにする信号である。

図１１は、二次巻線１２側の電圧が図８におけるタイミングｔａ１の状態であり、回転電機３側の電圧が図９に示すタイミングｔｂ２の状態である場合の、制御部３０による双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６の制御状態を示す図である。図１０に示す例では、回転電機３側の電圧がタイミングｔｂ１の状態であるが、図１１に示す例では、回転電機３側の電圧がタイミングｔｂ２の状態である点で異なる。

回転電機３側の電圧が図９に示すタイミングｔｂ２の状態である場合、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルである。したがって、図９に示すタイミングｔｂ１ではスイッチ駆動信号ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであったが、図９に示すタイミングｔｂ２ではスイッチ駆動信号ＳｗｎがＨｉｇｈレベルである。

この場合、上記式（２）から、Ｗ相の電力変換セル２１ｃに対するスイッチ駆動信号Ｓｓ１、Ｓ２ｒがＨｉｇｈレベルとなり、電力変換部２０に流れる電流は図１１に示すように表すことができる。

図１２は、二次巻線１２側の電圧が図８におけるタイミングｔａ１の状態であり、回転電機３側の電圧が図９に示すタイミングｔｂ３の状態である場合の、制御部３０による双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６の制御状態を示す図である。図１１に示す例では、回転電機３側の電圧がタイミングｔｂ２の状態であるが、図１２に示す例では、回転電機３側の電圧がタイミングｔｂ３の状態である点で異なる。

回転電機３側の電圧が図９に示すタイミングｔｂ３の状態である場合、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルである。したがって、図９に示すタイミングｔｂ２ではスイッチ駆動信号ＳｕｐがＨｉｇｈレベルであったが、図９に示すタイミングｔｂ３ではスイッチ駆動信号ＳｖｐがＨｉｇｈレベルである。

この場合、上記式（２）から、Ｖ相の電力変換セル２１ｂに対するスイッチ駆動信号Ｓｓ１、Ｓ２ｒがＨｉｇｈレベルとなり、電力変換部２０に流れる電流は図１２に示すように表すことができる。

図１３は、二次巻線１２の電圧が図８におけるタイミングｔａ２の状態であり、回転電機３側の電圧が図９に示すタイミングｔｂ３の状態である場合の、制御部３０による双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６の制御状態を示す図である。図１２に示す例では、二次巻線１２の電圧がタイミングｔａ１の状態であるが、図１３に示す例では、二次巻線１２側の電圧がタイミングｔａ２の状態である点で異なる。

この場合、上記式（２）から、Ｖ相の電力変換セル２１ｂに対するスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓｔ２がＨｉｇｈレベルとなり、Ｗ相の電力変換セル２１ｃに対するスイッチ駆動信号Ｓｔ１、Ｓ２ｒがＨｉｇｈレベルとなる。したがって、電力変換部２０に流れる電流は図１３に示すように表すことができる。

なお、Ｈｉｇｈレベルのスイッチ駆動信号Ｓｔ２は、双方向スイッチＳｗ６を構成する片方向スイッチング素子１４をオンにする信号であり、Ｈｉｇｈレベルのスイッチ駆動信号Ｓｔ１は、双方向スイッチＳｗ３を構成する片方向スイッチング素子１４をオンにする信号である。

このように、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電力変換セル２１ａ〜２１ｃのうち２つの電力変換セルにおいて、スイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔのいずれか一つが常にＨｉｇｈレベルとなり、また、スイッチ駆動信号Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔのいずれか一つが常にＨｉｇｈレベルとなる。

したがって、電力変換部２０において、回転電機３側か二次巻線１２側に電流を流すための片方向スイッチング素子１３のいずれか２つが常にオンになり、二次巻線１２側から回転電機３側に電流を流すための片方向スイッチング素子１４のいずれか２つが常にオンになる。電力変換セル２１ｄ〜２１ｆ、および、電力変換セル２１ｇ〜２１ｉも、それぞれ電力変換セル２１ａ〜２１ｃと同様に制御される。

なお、電力変換セル２１ｄ〜２１ｆに入力される電圧は、二次巻線１２ｄ〜１２ｆのｒ２相、ｓ２相およびｔ２相の電圧であり、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１よりも位相が２０°進んだスイッチ駆動信号Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２により電力変換セル２１ｄ〜２１ｆが制御される。また、電力変換セル２１ｄ〜２１ｆに入力される電圧は、二次巻線１２ｇ〜１２ｉのｒ３相、ｓ３相およびｔ３相の電圧であり、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１よりも位相が４０°進んだスイッチ駆動信号Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３により電力変換セル２１ｇ〜２１ｉが制御される。

以上のように、第１の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータ１の制御部３０は、第１の駆動制御部３１と、第２の駆動制御部３２とを備える。第１の駆動制御部３１は、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子１３、１４を共にオンにして行う電圧制御により電力変換を行う。一方、第２の駆動制御部３２は、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する複数の片方向スイッチング素子１３、１４の一部をオンにして行う電流制御によって電力変換を行う。

そして、直列多重マトリクスコンバータ１は、電力系統２の電圧が所定値を超える場合に、第１の駆動制御部３１によって電力変換制御を行い、電力系統２の電圧が所定値以下である場合に、第２の駆動制御部３２によって電力変換制御を行う。これにより、直列多重マトリクスコンバータ１は、電力系統２が低電圧になった場合でも、電力系統２側に無効電流を流しながら電力変換動作を継続することができる。

発電システムでは、電力系統２が停電などにより低電圧になった場合に、電力系統２へ無効電力を供給することが要求される場合があり、本実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータ１は、かかる要求に適切に対応することが可能となる。

なお、電力系統２の管理者側から無効電力の大きさを規定する系統無効電流指令ＩＱｒｅｆが送信される場合、かかる系統無効電流指令ＩＱｒｅｆを系統無効電流指令器６２から減算器６３へ出力するようにしてもよい。このようにすることで、外部から電力系統２側の無効電流の大きさを設定することができる。

また、第２の駆動制御部３２は、電流形インバータモデル８０をスイッチングモデルとして採用している。コンバータ８１には電圧波形から９０°進んだ電流を流す１２０°通電のスイッチングパターンが与えられ、インバータ８２には系統無効電流指令ＩＱｒｅｆに応じた大きさの無効電流を流すための位相をもった１２０°通電のスイッチングパターンが与えられる。コンバータ８１に与えられるスイッチングパターンとインバータ８２に与えられるスイッチングパターンは合成されて双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子１３、１４に対するスイッチ駆動信号ＳＡとして出力される。

かかる処理により、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子１３、１４に対するスイッチ駆動信号ＳＡとして出力されることから、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆに応じた大きさの無効電流を電力系統２に容易且つ精度よく流すことができる。

また、上述した実施形態では、１２０°通電のスイッチングパターンを用いて電力変換部２０を駆動するようにしたが、制御方法は１２０°通電のスイッチングパターンに限られるものではない。すなわち、片方向スイッチング素子１３、１４を個別に制御する電流制御を行うことによって電力系統２側に無効電流を流しながら電力変換動作を継続するものであればよく、種々の変更が可能である。

また、上述した実施形態では、回転電機３を同期発電機として説明したが、回転電機３を誘導発電機としてもよい。回転電機３を誘導発電機とする場合、直列多重マトリクスコンバータ１は、例えば、以下のように構成される。

停電発生後において誘導発電機は残留磁束による発電電圧が発生しており、位置検出器４は、誘導発電機の回転速度を検出する。制御部３０は、公知の誘導機のベクトル制御則に従って、誘導発電機に対するトルク指令を略ゼロとした上で、かかるトルク指令に基づきすべり周波数指令を生成し、位置検出器４の検出した回転速度に加算して、出力周波数指令を生成する。

そして、制御部３０は、出力周波数指令を積分することにより発電機位相θ_ＵＶＷを生成し、生成した発電機位相θ_ＵＶＷを発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷに加算することで、発電機補正位相θ_ＵＶＷ’を生成する。このようにすることで、電力系統２が低電圧になった場合でも、電力系統２側に無効電流を流しながら電力変換動作を継続することができる。

また、上述した実施形態では、回転電機３として発電機を適用した例を説明したが回転電機３として電動機を適用することもでき、電力系統２の電圧が低電圧になった場合であっても、電動機の速度起電力によって運転を継続することができる。

すなわち、電力系統２の電圧が低電圧になった場合、電力系統２から電動機への電力供給が困難になるが、電動機の回転子は減速しつつも回転状態にある。そのため、かかる回転によって発生する起電力を、例えば、無効電力として電力系統２へ供給することで運転を継続することができる。

また、上述した実施形態では、有効電流補償部４１の一例として、図４に示す構成を説明したが、有効電流補償部４１は、テーブルを用いた構成であってもよい。すなわち、有効電流補償部４１において、系統有効電流ＩＰおよび系統無効電流ＩＱと系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴとの関係を示す二次元テーブルを記憶する記憶部を設け、かかるテーブルから系統相電流値Ｉ_Ｒ、Ｉ_Ｓ、Ｉ_Ｔに基づいて、系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴを出力してもよい。また、ｄθ_ＲＳＴ＝−ｔａｎ^−１（ＩＱ／ＩＰ）の演算により系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴを求めて出力してもよい。

また、上述した実施形態では、無効電流補償部４２の一例として、図４に示す構成を説明したが、無効電流補償部４２は、テーブルを用いた構成であってもよい。すなわち、無効電流補償部４２において、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷとの関係を示すテーブルを記憶する記憶部を設け、かかるテーブルから系統無効電流指令ＩＱｒｅｆに基づいて、発電機位相補正値ｄθ_ＵＶＷを出力してもよい。

また、上述した実施形態では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電力変換セル部の構成をそれぞれ電力変換セル２１を直列に３段接続した構成としたが、電力変換セル２１を直列に２段接続した構成や電力変換セル２１を直列に４段以上接続した構成であってもよい。

また、上述した実施形態において、制御部３０の一部の機能を電力変換セル２１に設けるようにしてもよい。例えば、各電力変換セル２１毎に、第２の駆動制御部３２および切替部３３の機能の一部または全部を備えるようにしてもよい。

また、上述した実施形態において、系統パルスパターン生成器７６は、各二次巻線１２の電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に対して９０°遅れた１２０°通電の電流を流すスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜３〜Ｓｔｎ１〜３を生成することもできる。これにより、電力系統２側に９０°遅れでかつ系統有効電流ＩＰがゼロである無効電流を流すことができる。なお、二次巻線１２側に９０°遅れによる無効電流を流すのか９０°進みによる無効電流を流すのかは、例えば、外部から系統パルスパターン生成器７６への設定によって選択することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータについて説明する。第１の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータ１は、系統位相θ_ＲＳＴに系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴを加算して生成された系統補正位相θ_ＲＳＴ’に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１等を生成する。一方、第２の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータは、二次巻線１２の電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴをそれぞれ加算して生成された補償位相θｒｓｔ１’〜θｒｓｔ３’に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１等を生成する。

以下、図１４〜図１６を参照して第２の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータについて具体的に説明する。図１４は、第２の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータ１Ａの構成例を示す図である。なお、上述した第１の実施形態の構成要素に対応する構成要素には同一の符号を付し、第１の実施形態と重複する説明については適宜、省略する。

図１４に示すように、第２の実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータ１Ａは、二次巻線１２ａ、１２ｄ、１２ｇの電圧を検出する電圧検出部９４ａ〜９４ｃを備える。具体的には、電圧検出部９４ａは、二次巻線１２ａと多重変圧器１０との間に設けられ、二次巻線１２ａのｒ１相、ｓ１相およびｔ１相の瞬時電圧Ｖｒ１、Ｖｓ１、Ｖｔ１（以下、「二次側電圧値Ｖｒ１、Ｖｓ１、Ｖｔ１」と記載する）を検出する。

また、電圧検出部９４ｂは、二次巻線１２ｄと多重変圧器１０との間に設けられ、二次巻線１２ｄのｒ２相、ｓ２相およびｔ２相の瞬時電圧Ｖｒ２、Ｖｓ２、Ｖｔ２（以下、「二次側電圧値Ｖｒ２、Ｖｓ２、Ｖｔ２」と記載する）を検出する。電圧検出部９４ｃは、二次巻線１２ｇと多重変圧器１０との間に設けられ、二次巻線１２ｇのｒ３相、ｓ３相およびｔ３相の瞬時電圧Ｖｒ３、Ｖｓ３、Ｖｔ３（以下、「二次側電圧値Ｖｒ３、Ｖｓ３、Ｖｔ３」と記載する）を検出する。

電圧検出部９４ａ〜９４ｃによって検出された二次側電圧値Ｖｒ１、Ｖｓ１、Ｖｔ１、Ｖｒ２、Ｖｓ２、Ｖｔ２、Ｖｒ３、Ｖｓ３、Ｖｔ３は、制御部３０Ａの第２の駆動制御部３２Ａへ出力される。

図１５は、第２の駆動制御部３２Ａの具体的構成の一例を示す図である。図１５に示すように、第２の駆動制御部３２Ａのパルスパターン生成部４３Ａは、二次側位相検出器９５ａ〜９５ｃを備える。二次側位相検出器９５ａ〜９５ｃは、例えば、ＰＬＬと積分器によって構成される。

二次側位相検出器９５ａは、ＰＬＬにより二次側電圧値Ｖｒ１、Ｖｓ１、Ｖｔ１からｒ１相、ｓ１相およびｔ１相の電圧周波数と同期した二次側周波数を検出し、かかる二次側周波数を積分器で積分して電圧位相θｒｓｔ１を生成し、出力する。また、二次側位相検出器９５ｂは、ＰＬＬにより二次側電圧値Ｖｒ２、Ｖｓ２、Ｖｔ２からｒ２相、ｓ２相およびｔ２相の電圧周波数と同期した二次側周波数を検出し、かかる二次側周波数を積分器で積分して電圧位相θｒｓｔ２を生成し、出力する。

また、二次側位相検出器９５ｃは、ＰＬＬにより二次側電圧値Ｖｒ３、Ｖｓ３、Ｖｔ３からｒ３相、ｓ３相およびｔ３相の電圧周波数と同期した二次側周波数を検出し、かかる二次側周波数を積分器で積分して電圧位相θｒｓｔ３を生成し、出力する。

二次側位相検出器９５ａ〜９５ｃから出力される電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３は、系統パルスパターン生成器７６Ａへ入力される。系統パルスパターン生成器７６Ａは、電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３と系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴとに基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１等を生成する。なお、第２の駆動制御部３２Ａは、第１の実施形態に係る第２の駆動制御部３２とは異なり、系統補正位相θ_ＲＳＴ’を生成する加算器７３を有していない。

図１６は、図１５に示す系統パルスパターン生成器７６Ａ、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９の構成を示す図である。図１６に示すように、系統パルスパターン生成器７６Ａは、加算器９６ａ〜９６ｃと、パターン生成器９１ａ〜９１ｃとを備える。

加算器９６ａは、電圧位相θｒｓｔ１を系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴに加算して補償位相θｒｓｔ１’を求め、パターン生成器９１ａへ出力する。加算器９６ｂは、電圧位相θｒｓｔ２を系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴに加算して補償位相θｒｓｔ２’を求め、パターン生成器９１ｂへ出力する。加算器９６ｃは、電圧位相θｒｓｔ３を系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴに加算して補償位相θｒｓｔ３’を求め、パターン生成器９１ｃへ出力する。

パターン生成器９１ａ〜９１ｃは、第１の実施形態のパターン生成器９１ａ〜９１ｃと同一の構成である。したがって、かかるパターン生成器９１ａ〜９１ｃは、加算器９６ａ〜９６ｃから出力される補償位相θｒｓｔ１’〜θｒｓｔ３’に基づき、各二次巻線１２の電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に対して１２０°通電の電流を流すスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１、Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２、Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３のパターンを生成する。

このように、第２の実施形態では、二次巻線１２の電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に系統位相補償値ｄθ_ＲＳＴを加算して求めた補償位相θｒｓｔ１’〜θｒｓｔ３’に基づいてスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１等のパターンが生成される。そのため、例えば、多重変圧器１０の特性に基づいた設定を行うことなく、制御が可能となる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ 直列多重マトリクスコンバータ
２ 電力系統（交流電源）
３ 回転電機
１０ 多重変圧器
２０ 電力変換部
２１ 電力変換セル
２２ スイッチ部
２３ フィルタ
２４ 電流検出部
２５ 電圧検出部
２６ 停電検出部
３０ 制御部
３１ 第１の駆動制御部
３２ 第２の駆動制御部
３３ 切替部
Ｓｗ１〜Ｓｗ６ 双方向スイッチ
１３、１４ 片方向スイッチング素子

Claims (10)

1. 個別に交流電源に接続され、複数の双方向スイッチを有する電力変換セルを直列に複数段接続して構成された電力変換セル部を回転電機の相毎に有する電力変換部と、
   前記電力変換部を制御して前記交流電源と前記回転電機との間の電力変換制御を行う制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記複数の双方向スイッチをそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子を共にオンにして前記電力変換制御を行う第１の駆動制御部と、
   前記複数の双方向スイッチをそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子の一部をオンにして前記電力変換制御を行う第２の駆動制御部と、
   前記交流電源が低電圧になった場合に、前記第１の駆動制御部による前記電力変換制御から前記第２の駆動制御部による前記電力変換制御へ切り替える切替部と、を有する
   ことを特徴とする直列多重マトリクスコンバータ。
2. 単一交流電源に接続される一次巻線と、前記電力変換部に接続される複数の二次巻線とを有する多重変圧器を備え、
   前記電力変換セル部を構成する複数の電力変換セルにそれぞれ個別に接続される前記交流電源は、位相が異なる前記複数の二次巻線である
   ことを特徴とする請求項１に記載の直列多重マトリクスコンバータ。
3. 前記切替部は、
   前記交流電源の電圧が所定値を超える場合に、前記第１の駆動制御部によって前記電力変換制御を行い、前記交流電源の電圧が所定値以下である場合に、前記第２の駆動制御部によって前記電力変換制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の直列多重マトリクスコンバータ。
4. 前記切替部は、
   前記単一交流電源の電圧が所定値を超える場合に、前記第１の駆動制御部によって前記電力変換制御を行い、前記単一交流電源の電圧が所定値以下である場合に、前記第２の駆動制御部によって前記電力変換制御を行うことを特徴とする請求項２に記載の直列多重マトリクスコンバータ。
5. 前記第２の駆動制御部は、
   前記双方向スイッチを構成する片方向スイッチング素子のうち、前記交流電源側のいずれか２つの相の間に電流を流し、かつ、前記回転電機側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにして前記電力変換制御を行う
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の直列多重マトリクスコンバータ。
6. 前記第２の駆動制御部は、
   前記電力変換セルのそれぞれにおいて、前記双方向スイッチを構成する片方向スイッチング素子のうち、前記交流電源側から前記回転電機側へ電流を流す片方向スイッチング素子のいずれか１つと、前記回転電機側から前記交流電源側に電流を流す片方向スイッチング素子のいずれか１つとを常にオンする
   ことを特徴とする請求項５に記載の直列多重マトリクスコンバータ。
7. 前記第２の駆動制御部は、
   コンバータとインバータを備えた電流形インバータモデルにおける前記コンバータに対するスイッチ駆動信号と前記インバータに関するスイッチ駆動信号を合成して、前記片方向スイッチング素子を制御するスイッチ駆動信号を生成することを特徴とする請求項６に記載の直列多重マトリクスコンバータ。
8. 前記コンバータに対するスイッチ駆動信号によって１２０度通電を行い、前記インバータに対するスイッチ駆動信号によって１２０度通電を行う
   ことを特徴とする請求項７に記載の直列多重マトリクスコンバータ。
9. 前記第２の駆動制御部は、
   前記インバータに関するスイッチ駆動信号を無効電流指令に応じた位相分進ませて前記片方向スイッチング素子を制御する
   ことを特徴とする請求項７または８に記載の直列多重マトリクスコンバータ。
10. 前記第２の駆動制御部は、
    前記交流電源の電圧に応じた大きさの無効電流指令を生成する無効電流指令器を備える
    ことを特徴とする請求項９に記載の直列多重マトリクスコンバータ。

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