JP6962081B2 - マルチレベル電力変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、マルチレベル電力変換装置に係り、特に、直流電圧が指令値からずれてしまった場合でも出力電圧が歪まないようにする技術に関する。

電力変換装置の構成例として、特許文献１等に５レベルインバータが開示されている。図１２に５レベルインバータを簡略化した構成を示す。

直流部にはそれぞれ直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４に充電された４台の第１〜第４直流電源（コンデンサ）Ｃ１〜Ｃ４によりＶ１＋Ｖ２，Ｖ２，０，−Ｖ３，−Ｖ３−Ｖ４の５つの電位レベルが生成される。スイッチング素子により出力端子Ｏと直流部の１つの電位レベルを導通させ、電圧を出力する。なお、上記の各電位レベルは、第２直流電源Ｃ２と第３直流電源コンデンサＣ３の共通接続点ＮＰを基準とした電位である。

図１３は、特許文献４に記載された図１２と同様に直流電源を４つ直列接続した５レベル電力変換装置の構成例である。

特許文献１の構成では、電位レベルＶ２，−Ｖ３はフライングキャパシタによって生成される。図６に、フライングキャパシタを有する５レベル電力変換装置の構成（１相あたり）を示す。

特開２０１５−２２０７６５号公報 特開平１０−１６４８５６号公報 特開２０１３−２１１９７０号公報 特開２０１６−３２３４３号公報 特開２０１４−２０４５４８号公報

マルチレベル電力変換装置では、直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が常に規定の値になるようにすることが重要である。特許文献１ではフライングキャパシタを規定値に制御する方法が紹介されており、定常的には直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を規定値に制御できる。

しかし、負荷変動による出力電流の急変などにより、過渡的に直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が規定値からずれてしまう場合がある。このような状態では、以下に示すように出力電圧に歪みが生じてしまう。

電圧指令値Ｖ＊と出力電圧Ｖｏの関係を説明する。電圧指令値Ｖ＊とキャリア三角波との比較に基づいてスイッチング素子をオンオフさせるＰＷＭ変調においては、電圧指令値Ｖ＊＝０．５の場合、図１２の上から２段目の電位レベルと出力端子Ｏがスイッチング素子により接続され、出力電圧Ｖｏ＝Ｖ２となる。

電圧指令値Ｖ＊＝−０．８ならば、キャリア三角波１周期あたり最下段の電位−Ｖ３−Ｖ４が出力される期間が６０％，上から４番目の電位−Ｖ３が出力される期間が４０％となり、キャリア１周期平均の出力電圧はＶｏ＝０．６×（−Ｖ３−Ｖ４）＋０．４×−Ｖ３＝−Ｖ３−０．６×Ｖ４となる。任意の電圧指令値Ｖ＊に対する出力電圧Ｖｏは以下の（１）式で表される。

（１）式の関係を図１４に示す。ここでは、直流電圧Ｖ１，Ｖ３が規定値よりも過剰、直流電圧Ｖ２，Ｖ４が規定値よりも不足した状態であることを想定している。電圧指令値Ｖ＊と出力電圧Ｖｏの関係は直線ではない。この条件で、図１５（ａ）に示すように電圧指令値Ｖ＊として正弦波を与えると、出力電圧Ｖｏは図１５（ｂ）に示すように歪んでしまう。

出力電圧歪みは出力電流歪みの原因となり、系統連系用途であればフィルタリアクトルやトランス、コンデンサの発熱や焼損等、他の装置に悪影響を与える原因となる。モータ駆動用途においても鉄損増加やトルクリプルの原因となる。そのため、出力電圧Ｖｏの歪みは小さくしなければならない。

出力電圧Ｖｏの歪みを小さくするには、直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の変動を抑える必要がある。そのためには直流コンデンサ容量を増加する必要があり、装置の容積やコストが増加してしまう。

直流コンデンサ容量を増加せずに出力電圧の歪みを抑制する方法として、特許文献２，３が開示されている。特許文献２にはキャリア三角波の振幅を補正する手段、特許文献３には電圧指令値を補正する手段が開示されている。しかし、これらは３レベルインバータ向けの技術であり、そのままでは５レベルインバータに適用することができない。

特許文献４には、空間ベクトル変調適用時の５レベルインバータにおける出力電圧歪みの抑制方法が開示されている。しかし、ＰＷＭ変調には適用することができない。また、特許文献４の図１９には複数の直流電圧が変動すると演算が難しいとの記述がある。

以上示したようなことから、マルチレベル電力変換装置において、直流電圧が規定値からずれてしまった場合においても、直流コンデンサ容量を増加せずに出力電圧の歪みを抑制することが課題となる。

本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、第１〜第４直流電源を順次直列接続し、前記第１直流電源の正極端子の電位、または、前記第１，第２直流電源の共通接続点の電位、または、前記第２，第３直流電源の共通接続点の電位、または、前記第３，第４直流電源の共通接続点の電位、または、前記第４直流電源の負極端子の電位の中から選択して出力する２相以上のマルチレベル電力変換装置であって、前記各第１〜第４直流電源の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出し、前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（３）式により、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を算出し、前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいてマルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号を生成することを特徴とする。

また、その一態様として、前記（３）式の１／２Ｖｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、以下の（４）式を代入した以下の（５）式によって補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成することを特徴とする。

また、他の態様として、前記（３）式の１／２Ｖｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、以下の（６）式を代入して補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成することを特徴とする。

また、その他の態様として、第１〜第８直流電源を順次直列接続し、前記第１直流電源の正極端子の電位と、前記第１，第２直流電源の共通接続点の電位と、前記第２，第３直流電源の共通接続点の電位と、前記第３，第４直流電源の共通接続点の電位と、前記第４，第５直流電源の共通接続点の電位と、前記第５，第６直流電源の共通接続点の電位と、前記第６，第７直流電源の共通接続点の電位と、前記第７，第８直流電源の共通接続点の電位と、前記第８直流電源の負極端子の電位の中から選択して出力する２相以上のマルチレベル電力変換装置であって、前記各第１〜第８直流電源の直流電圧Ｖ１〜Ｖ８を検出し、前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ８、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（９）式によって、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成し、前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて、マルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号を生成することを特徴とする。

また、その一態様として、前記（９）式の１／４Ｖｎ（ｎ＝１，２，．．．，８）に、以下の（１０）式を代入して補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成することを特徴とする。

また、他の態様として、前記（９）式の１／４Ｖｎ（ｎ＝１，２，．．．，８）に、以下の（１１）式を代入して補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成することを特徴とする。

また、その他の態様として、各相共通の共通モジュールと、前記共通モジュールに接続された２相以上の相モジュールと、を備え、前記共通モジュールは、直列接続された第１，第２直流電源と、前記第１直流電源の正極端に一端が接続された第１共通スイッチと、前記第１直流電源の負極端に一端が接続された第４共通スイッチと、前記第１共通スイッチの他端と前記第４共通スイッチの他端との間に接続された第１フライングキャパシタと、前記第１共通スイッチと前記第１フライングキャパシタの共通接続点と、前記第４共通スイッチと前記第１フライングキャパシタの共通接続点と、の間に直列接続された第２，第３共通スイッチと、前記第２直流電源の正極端に一端が接続された第５共通スイッチと、前記第２直流電源の負極端に一端が接続された第８共通スイッチと、前記第５共通スイッチの他端と前記第８共通スイッチの他端との間に接続された第２フライングキャパシタと、前記第５共通スイッチと前記第２フライングキャパシタの共通接続点と、前記第８共通スイッチと前記第２フライングキャパシタの共通接続点と、の間に直列接続された第６，第７共通スイッチと、を有し、前記相モジュールは、前記第１共通スイッチの一端側、または、前記第２，第３共通スイッチの共通接続点、または、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点、または、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点、または、前記第８共通スイッチの一端側を入力端子とし、前記各入力端子と出力端子の間にスイッチングデバイスを有し、各入力端子の電位の中から選択して出力するマルチレベル電力変換装置であって、前記第１共通スイッチと前記第３共通スイッチ、あるいは、前記第５共通スイッチと前記第７共通スイッチをオンするＭＯＤＥ１と、前記第２共通スイッチと前記第４共通スイッチ、あるいは、前記第６共通スイッチと前記第８共通スイッチをオンするＭＯＤＥ２を備え、前記第１直流電源の電圧ＶＤＣＰ、前記第２直流電源の電圧ＶＤＣＮ、前記第１フライングキャパシタの電圧ＶＦＣＰ、前記第２フライングキャパシタの電圧ＶＦＣＮを検出し、各ＭＯＤＥ別に、以下の（１２）式〜（１５）式によって、前記第１共通スイッチの一端と前記第２，第３共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ１，前記第２，第３共通スイッチの共通接続点と前記第４，第５共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ２、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点と前記第６，第７共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ３、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記第８共通スイッチの一端間の直流電圧Ｖ４、を演算し、前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（３）式によって、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成し、前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて、マルチレベル電力変換装置内の相モジュールのスイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする。

また、その一態様として、前記（３）式の１／２Ｖｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、以下の（４）式を代入した以下の（５）式によって補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成することを特徴とする。

また、他の態様として、前記（３）式の１／２Ｖｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、以下の（６）式を代入して補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成することを特徴とする。

また、その一態様として、 前記各相の相モジュールは、前記第１共通スイッチの一端と前記第２，第３共通スイッチの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記第８共通スイッチの一端との間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第５，第６，第７，第８スイッチングデバイスと、前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点と前記第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２ダイオードと、を有し、前記第１，第２ダイオードの共通接続点を前記第１，第２直流電源の共通接続点と接続し、前記第６，第７スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする。

本発明によれば、マルチレベル電力変換装置において、直流電圧が規定値からずれてしまった場合においても、直流コンデンサ容量を増加せずに出力電圧の歪みを抑制することが可能となる。

実施形態１におけるマルチレベル電力変換装置の制御ブロックを示す図。 実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置の制御ブロックを示す図。 ９レベル電力変換装置の構成を示す簡略図。 ９レベル電力変換装置の主回路構成の一例を示す図。 実施形態３におけるマルチレベル電力変換装置の制御ブロックを示す図。 実施形態４における主回路構成を示す図。 実施形態４における直流電圧の演算ブロックを示す図。 第１フライングキャパシタ側のスイッチングパターンのＭＯＤＥ１を示す図。 第１フライングキャパシタ側のスイッチングパターンのＭＯＤＥ２を示す図。 第２フライングキャパシタ側のスイッチングパターンのＭＯＤＥ１を示す図。 第２フライングキャパシタ側のスイッチングパターンのＭＯＤＥ２を示す図。 ５レベル電力変換装置の構成を示す簡略図。 従来の５レベル電力変換装置の構成例を示す図。 電圧指令値と出力電圧の関係を示す図。 直流電圧のずれにより出力電圧が歪む様子を示す図。

以下、本願発明におけるマルチレベル電力変換装置の実施形態１〜４を図１〜図１１に基づいて詳述する。

［実施形態１］
本実施形態１では、図１２の概略図で示すようなマルチレベル電力変換装置の制御方法について説明する。図１２では、簡略して一相のみを示しているが、相数は２以上とする。

図１２に示すように、本実施形態１のマルチレベル電力変換装置は、第１〜第４直流電源（コンデンサ）Ｃ１〜Ｃ４が順次直列接続される。前記第１〜第４直流電源Ｃ１〜Ｃ４の電圧は、それぞれ、直流電圧Ｖ１〜Ｖ４である。

また、第１直流電源Ｃ１の正極端子、第１，第２直流電源Ｃ１，Ｃ２の共通接続点、第２，第３直流電源Ｃ２，Ｃ３の共通接続点ＮＰ、第３，第４直流電源Ｃ３，Ｃ４の共通接続点、第４直流電源の負極端子、と出力端子Ｏとの間にスイッチング素子を設ける。

そして、第１直流電源Ｃ１の正極端子の電位Ｖ１＋Ｖ２、または、第１，第２直流電源Ｃ１，Ｃ２の共通接続点の電位Ｖ２、または、第２，第３直流電源Ｃ２，Ｃ３の共通接続点ＮＰの電位０、または、第３，第４直流電源Ｃ３，Ｃ４の共通接続点の電位−Ｖ３、または、第４直流電源の負極端子の電位−Ｖ３−Ｖ４の中から選択して出力する。

図１に本実施形態１におけるマルチレベル電力変換装置の制御ブロックを示す。

電圧指令値Ｖ＊はフィードフォワードで与えられる他、インバータ出力電流指令値とインバータ出力電流検出値との偏差をアンプで増幅した電流制御の結果や、インバータ出力電圧指令値とインバータ出力電圧検出値との偏差をアンプで増幅した電圧制御の結果として与えられる。

直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は、正規化された値であり、規定値に等しければ正規化により０．５になるものとする。直流電圧Ｖ１〜Ｖ４は検出されて制御部に入力される。

減算器１ａは電圧指令値Ｖ＊から直流電圧Ｖ２を減算し、Ｖ＊−Ｖ２を求める。除算器２ａは、減算器１ａの出力Ｖ＊−Ｖ２を被除数、直流電圧Ｖ１を除数として（Ｖ＊−Ｖ２）／Ｖ１を求める。乗算器３ａは、除算器２ａの出力（Ｖ＊−Ｖ２）／Ｖ１に１／２を乗算する。加算器４ａは、乗算器３ａの出力（Ｖ＊−Ｖ２）／２Ｖ１に１／２を加算し、（Ｖ＊−Ｖ２）／２Ｖ１＋１／２を求める。

除算器２ｂは、電圧指令値Ｖ＊を被除数、直流電圧Ｖ２を除数としてＶ＊／Ｖ２を求める。乗算器３ｂは、除算器２ｂの出力Ｖ＊／Ｖ２に１／２を乗算し、Ｖ＊／２Ｖ２を求める。

除算器２ｃは電圧指令値Ｖ＊を被除数、直流電圧Ｖ３を除数としてＶ＊／Ｖ３を求める。乗算器３ｃは、除算器２ｃの出力Ｖ＊／Ｖ３に１／２を乗算し、Ｖ＊／２Ｖ３を求める。

加算器１ｂは、電圧指令値Ｖ＊に直流電圧Ｖ３を加算し、Ｖ＊＋Ｖ３を求める。除算器２ｄは、加算器１ｂの出力Ｖ＊＋Ｖ３を被除数、直流電圧Ｖ４を除数として（Ｖ＊＋Ｖ３）／Ｖ４を求める。乗算器３ｄは、除算器２ｄの出力（Ｖ＊＋Ｖ３）／Ｖ４に１／２を乗算し、（Ｖ＊＋Ｖ３）／２Ｖ４を求める。減算器４ｂは、乗算器３ｄの出力（Ｖ＊＋Ｖ３）／２Ｖ４から１／２を減算し、（Ｖ＊＋Ｖ３）／２Ｖ４−１／２を求める。

減算器５ａは、電圧指令値Ｖ＊から直流電圧Ｖ２を減算し、Ｖ＊−Ｖ２を求める。比較器６ａは、減算器５ａの出力Ｖ＊−Ｖ２がプラスなら１，マイナスなら０を出力する。

スイッチＳＷ１の上側端子には加算器４ａの出力（Ｖ＊−Ｖ２）／２Ｖ１＋１／２が入力され、スイッチＳＷ１の下側端子には乗算器３ｂの出力Ｖ＊／２Ｖ２が入力される。比較器６ａの出力が１，すなわちＶ＊＞Ｖ２ならばスイッチＳＷ１は上側端子入力を出力する。比較器６ａの出力が０，すなわちＶ＊＜Ｖ２ならばスイッチＳＷ１は下側端子入力を出力する。

加算器５ｂは電圧指令値Ｖ＊に直流電圧Ｖ３を加算し、Ｖ＊＋Ｖ３を求める。比較器６ｃは、加算器５ｂの出力Ｖ＊＋Ｖ３がプラスなら１，マイナスなら０を出力する。

スイッチＳＷ２の上側端子には乗算器３ｃの出力Ｖ＊／２Ｖ３が入力され、スイッチＳＷ２の下側端子には減算器４ｂの出力（Ｖ＊＋Ｖ３）／２Ｖ４−１／２が入力される。比較器６ｃの出力が１，すなわちＶ＊＞−Ｖ３ならばスイッチＳＷ２は上側端子入力を出力する。比較器６ｃの出力が０すなわち、Ｖ＊＜−Ｖ３ならばスイッチＳＷ２は下側端子入力を出力する。

比較器６ｂは、電圧指令値Ｖ＊＞０なら１，電圧指令値Ｖ＊＜０なら０を出力する。スイッチＳＷ３の上側端子には、スイッチＳＷ１の出力が入力され、スイッチＳＷ３の下側端子にはスイッチＳＷ２の出力が入力される。Ｖ＊＞０ならばスイッチＳＷ３は上側端子入力を出力し、Ｖ＊＜０ならばスイッチＳＷ３は下側端子入力を出力する。

スイッチＳＷ３の出力が補正後の電圧指令値Ｖ＊’となり、補正後の電圧指令値Ｖ＊’とキャリア三角波とを比較しマルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号（オンオフ信号）を生成する。

電圧歪みは、電圧指令値Ｖ＊をＰＷＭ変調する際に（１）式による変換が行われることが原因である。そこで、本実施形態１では電圧指令値Ｖ＊をあらかじめ（１）式の逆関数で補正する。（１）式の逆関数は、以下の（２）式で表すことができる。

（２）式の出力電圧Ｖｏに電圧指令値Ｖ＊を代入し、その結果得られた（２）式の電圧指令値Ｖ＊を補正後の電圧指令値Ｖ＊’とする。補正後の電圧指令値Ｖ＊’をＰＷＭ変調することにより、電圧指令値Ｖ＊と出力電圧Ｖｏを一致させることができる。補正後の電圧指令値Ｖ＊’の演算式は、以下の（３）式となる。

図１は、（３）式を演算する制御ブロック図である。

以上示したように、本実施形態１によれば、以下の効果が得られる。

５レベル電力変換装置において、各第１〜第４直流電源Ｃ１〜Ｃ４の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４が規定値からずれてしまった場合でも、交流側の出力電圧Ｖｏは指令値通りとすることができるようになり、出力電圧Ｖｏの歪みを抑制することができる。これにより、マルチレベル電力変換装置に接続する系統や負荷への悪影響を低減でき、マルチレベル電力変換装置の信頼性を向上させることができる。

また、出力電圧Ｖｏの歪みが抑制されることによって、各第１〜第４直流電源Ｃ１〜Ｃ４の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４の変動や脈動を許容できるようになるため、直流コンデンサ容量を低減することができ、装置の小型化や低コスト化につながる。

また、本実施形態１は、複数の第１〜第４直流電源Ｃ１〜Ｃ４の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４が一度にずれた場合、直流電圧Ｖ１〜Ｖ４の総和は規定値通りだが個別の第１〜第４直流電源Ｃ１〜Ｃ４の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４のバランスが崩れた場合、各第１〜第４直流電源Ｃ１〜Ｃ４の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４は等しくバランスしているが総和がずれた場合、の各々の場合について、対応することができる。

［実施形態２］
図２には本実施形態２におけるマルチレベル電力変換装置の制御ブロックを示す。本実施形態２は実施形態１にある４個の除算器２ａ〜２ｄと、その後段の乗算器３ａ〜３ｄを、以下の構成に置き換えたものである。その他の構成は実施形態１と同様であるため説明は省略する。

減算器７ａ〜７ｄは、１から実施形態１における除数である直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を減算する。乗算器８ａ〜８ｄは、減算器７ａ〜７ｄの出力と、実施形態１における被除数Ｖ＊−Ｖ２，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ＊＋Ｖ３との積を求める。乗算器９ａ〜９ｄは乗算器８ａ〜８ｄの出力を２倍する。

図１の最も上にある乗算器３ａを例に説明すると、実施形態１では（Ｖ＊−Ｖ２）／２Ｖ１を求めていたが、本実施形態２では乗算器９ａにおいて（Ｖ＊−Ｖ２）×２（１−Ｖ１）を求めている。

実施形態１は除算を４回行うが、除算は演算負荷が高いという問題がある。本実施形態２は、マクローリン展開を用いた以下の近似式（４）式により除算を乗算に置換し演算負荷を低減した。

特許文献１などの方式を適用し直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が規定値に制御されているならば、過渡的な変動が生じても直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は規定値０．５に近い値となるため、近似を行っても誤差は小さく実施形態１に比べて歪みはほとんど増加しない。（規定値とのずれ１０％で誤差１％）
図２での演算内容を以下の（５）式に示す。

直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４の変動が大きいならば、近似式を求める際にマクローリン展開を高い次数まで行うことで、演算負荷は増加するが誤差をより小さくすることができる。以下の（６）式は２次まで展開した近似式である。（規定値とのずれ２０％で誤差１％）

以上示したように、本実施形態２によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態２は、実施形態１に比べて、除算を使用しないため演算負荷を下げることができる。その結果、演算遅延の低減による制御の安定化や制御機能を搭載した装置（基板など）のコスト低減といった効果が得られる。

また、近似式の次数を上げれば直流電圧が規定値から大きくずれてしまった場合でも演算精度を維持でき、直流コンデンサ容量低減と演算負荷低減の両立を図ることができる。

［実施形態３］
図３に本実施形態３を適用する９レベル電力変換装置の簡略した構成図を示す。図３に示すように、本実施形態３のマルチレベル電力変換装置は、第１〜第８直流電源Ｃ１〜Ｃ８が順次直列接続される。前記第１〜第８直流電源Ｃ１〜Ｃ８は、それぞれ、直流電圧Ｖ１〜Ｖ８に制御される。

そして、第１直流電源Ｃ１の正極端子の電位Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４、または、第１，第２直流電源Ｃ１，Ｃ２の共通接続点の電位Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４、または、第２，第３直流電源Ｃ２，Ｃ３の共通接続点の電位Ｖ３＋Ｖ４、または、第３，第４直流電源Ｃ３，Ｃ４の共通接続点の電位Ｖ４、または、第４，第５直流電源Ｃ４，Ｃ５の共通接続点ＮＰの電位０、または、第５，第６直流電源Ｃ５，Ｃ６の共通接続点の電位−Ｖ５、または、第６，第７直流電源Ｃ６，Ｃ７の共通接続点の電位−Ｖ５−Ｖ６、または、第７，第８直流電源Ｃ７，Ｃ８の共通接続点の電位−Ｖ５−Ｖ６−Ｖ７、または、第８直流電源Ｃ８の負極端子の電位−Ｖ５−Ｖ６−Ｖ７−Ｖ８の中から選択して出力する。

図４は、特許文献５に開示されている図６と同様に第１〜第８直流電源Ｃ１〜Ｃ８を８つ直列接続した９レベル電力変換装置の構成例である。

第１直流電源Ｃ１の正極端子と第１，第２直流電源Ｃ１，Ｃ２の共通接続点との間には、第１スイッチング素子Ｓ１と第１ダイオードＤ１が直列接続される。第１，第２直流電源Ｃ１，Ｃ２の共通接続点と第２，第３直流電源Ｃ２，Ｃ３の共通接続点との間には、第２，第３ダイオードＤ２，Ｄ３が直列接続される。第２，第３直流電源Ｃ２，Ｃ３の共通接続点と第３，第４直流電源Ｃ３，Ｃ４の共通接続点との間には、第４，第５ダイオードＤ４，Ｄ５が直列接続される。第３，第４直流電源Ｃ３，Ｃ４の共通接続点と第４，第５直流電源Ｃ４，Ｃ５の共通接続点との間には、第６，第７ダイオードＤ６，Ｄ７が直列接続される。

第４，第５直流電源Ｃ４，Ｃ５の共通接続点と第５，第６直流電源Ｃ５，Ｃ６の共通接続点との間には、第８，第９ダイオードＤ８，Ｄ９が直列接続される。第５，第６直流電源Ｃ５，Ｃ６の共通接続点と第６，第７直流電源Ｃ６，Ｃ７の共通接続点との間には、第１０，第１１ダイオードＤ１０，Ｄ１１が直列接続される。第６，第７直流電源Ｃ６，Ｃ７の共通接続点と第７，第８直流電源Ｃ７，Ｃ８の共通接続点との間には、第１２，第１３ダイオードＤ１２，Ｄ１３が直列接続される。第７，第８直流電源Ｃ７，Ｃ８の共通接続点と第８直流電源Ｃ８の負極端子との間には、第１４ダイオードＤ１４と第２スイッチング素子Ｓ２が直列接続される。

第１スイッチング素子Ｓ１と第１ダイオードＤ１の共通接続点と第２，第３ダイオードＤ２，Ｄ３の共通接続点との間には、第３，第４スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４が直列接続される。第４，第５ダイオードＤ４，Ｄ５の共通接続点と第６，第７ダイオードＤ６，Ｄ７の共通接続点との間には第５，第６スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６が直列接続される。

第８，第９ダイオードＤ８，Ｄ９の共通接続点と第１０，第１１ダイオードＤ１０，１１の共通接続点との間には第７，第８スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８が直列接続される。第１２，第１３ダイオードＤ１２，Ｄ１３の共通接続点と、第１４ダイオードＤ１４と第２スイッチング素子Ｓ２の共通接続点との間には第９，第１０スイッチング素子Ｓ９，Ｓ１０が直列接続される。

第３，第４スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４の共通接続点と第５，第６スイッチング素子Ｓ５，Ｓ６の共通接続点との間には第１１，第１２スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２が直列接続される。第７，第８スイッチング素子Ｓ７，Ｓ８の共通接続点と第９，第１０スイッチング素子Ｓ９，Ｓ１０の共通接続点との間には第１３，第１４スイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４が直列接続される。

第１１，第１２スイッチング素子Ｓ１１，Ｓ１２の共通接続点と第１３，第１４スイッチング素子Ｓ１３，Ｓ１４の共通接続点との間には第１５，第１６スイッチング素子Ｓ１５，Ｓ１６が直列接続される。第１５，第１６スイッチング素子Ｓ１５，Ｓ１６の共通接続点が出力端子Ｏとなる。

図５に本実施形態３におけるマルチレベル電力変換装置の制御ブロックを示す。本実施形態３は、実施形態１を９レベル電力変換装置に適用できるよう拡張した構成である。

図５に示すように、電圧指令値補正部１０には、正規化した直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６，Ｖ７，Ｖ８および電圧指令値Ｖ＊が入力される。これら直流電圧Ｖ１〜Ｖ８は、規定値に等しければ正規化により０．２５になるとする。電圧指令値補正部１０は、直流電圧Ｖ１〜Ｖ８および電圧指令値Ｖ＊に基づいて、後述する（９）式により補正後の電圧指令値Ｖ＊’を演算する。

電圧指令値補正部１０の出力が補正後の電圧指令値Ｖ＊’となり、補正後の電圧指令値Ｖ＊’とキャリア三角波とを比較し、スイッチング素子のゲート信号（オンオフ信号）を生成する。

実施形態１の制御方法は、５レベルを超えるマルチレベル電力変換装置に適用することができる。本実施形態３では９レベルに適用した例を示す。９レベル電力変換装置においては、実施形態１と同様の考え方により、電圧指令値Ｖ＊と出力電圧Ｖｏの関係を以下の（７）で示すことができる。

９レベル電力変換装置では（７）式の逆関数で電圧指令値Ｖ＊を補正すればよい。逆関数を以下の（８）式に示す。

（８）式の出力電圧Ｖｏに電圧指令値Ｖ＊を代入し、得られた結果の電圧指令値Ｖ＊を補正後の電圧指令値Ｖ＊’としてＰＷＭ変調を行う。補正後の電圧指令値Ｖ＊’の演算式を、以下の（９）式に示す。

本実施形態３においても、実施形態２のように、除算を乗算に置換し演算負荷を低減することができる。以下の（１０）式に１次のマクローリン展開による除算の近似式を、以下の（１１）式に２次の近似式を示す。

以上示したように、本実施形態３によれば、９レベル電力変換装置においても実施形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、同様の拡張を行うことで、５レベルや９レベル以外のマルチレベル電力変換装置にも適用することができる。また、本実施形態３は実施形態２と組み合わせ、演算負荷を下げることができる。

［実施形態４］
本実施形態４は、図６に示すようなフライングキャパシタＦＣＰ，ＦＣＮを有するマルチレベル電力変換装置の主回路構成に実施形態１を適用できるようにしたものである。

ここで、図６に示すマルチレベル電力変換装置の構成を説明する。図６に示すマルチレベル電力変換装置は、各相共通の共通モジュール１１と、各相毎（２相以上）の相モジュール１２と、を備える。共通モジュール１１では、第１，第２直流電源ＤＣＰ，ＤＣＮが直列接続される。

共通モジュール１１は、第１直流電源ＤＣＰの正極端に第１共通スイッチＳｃ１の一端が接続される。第１直流電源ＤＣＰの負極端に第４共通スイッチＳｃ４の一端が接続される。第１共通スイッチＳｃ１の他端と第４共通スイッチＳｃ４の他端との間に第１フライングキャパシタＦＣＰが接続される。

第１共通スイッチＳｃ１と第１フライングキャパシタＦＣＰの共通接続点と、第４共通スイッチＳｃ４と第１フライングキャパシタＦＣＰの共通接続点と、の間に第２，第３共通スイッチＳｃ２，Ｓｃ３が直列接続される。

第２直流電源ＤＣＮの正極端に第５共通スイッチＳｃ５の一端が接続される。第２直流電源ＤＣＮの負極端に第８共通スイッチＳｃ８の一端が接続される。第５共通スイッチＳｃ５の他端と第８共通スイッチＳｃ８の他端との間に第２フライングキャパシタＦＣＮが接続される。

第５共通スイッチＳｃ５と第２フライングキャパシタＦＣＮの共通接続点と、第８共通スイッチＳｃ８と第２フライングキャパシタＦＣＮの共通接続点と、の間に第６，第７共通スイッチＳｃ６，Ｓｃ７が直列接続される。

ここで、第１共通スイッチＳｃ１の一端側と第２，第３共通スイッチＳｃ２，Ｓｃ３の共通接続点間の電圧を直流電圧Ｖ１とし、第２，第３共通スイッチＳｃ２，Ｓｃ３の共通接続点と第４，第５共通スイッチＳｃ４，Ｓｃ５の共通接続点との間の電圧を直流電圧Ｖ２とし、第４，第５共通スイッチＳｃ４，Ｓｃ５の共通接続点と第６，第７共通スイッチＳｃ６，Ｓｃ７の共通接続点との間の電圧を直流電圧Ｖ３とし、第６，第７共通スイッチＳｃ６，Ｓｃ７の共通接続点と第８共通スイッチＳｃ８の一端との間の電圧を直流電圧Ｖ４とする。

相モジュール１２は、第１共通スイッチＳｃ１の一端側の電位、または、第２，第３共通スイッチＳｃ２，Ｓｃ３の共通接続点の電位、または、第４，第５共通スイッチＳｃ４，Ｓｃ５の共通接続点の電位、または、第６，第７共通スイッチＳｃ６，Ｓｃ７の共通接続点の電位、または、第８共通スイッチＳｃ８の一端側の電位の中から選択して出力する。

具体的には、相モジュール１２は、第１共通スイッチＳｃ１の一端と第２，第３共通スイッチＳｃ２，Ｓｃ３の共通接続点との間に第１，第２スイッチングデバイスＳｄ１，Ｓｄ２が順次直列接続される。第６，第７共通スイッチＳｃ６，Ｓｃ７の共通接続点と第８共通スイッチＳｃ８の一端との間に第３，第４スイッチングデバイスＳｄ３，Ｓｄ４が順次直列接続される。

第１，第２スイッチングデバイスＳｄ１，Ｓｄ２の共通接続点と第３，第４スイッチングデバイスＳｄ３，Ｓｄ４の共通接続点との間に第５，第６，第７，第８スイッチングデバイスＳｄ５，Ｓｄ６ａ，Ｓｄ６ｂ，Ｓｄ７ａ，Ｓｄ７ｂ，Ｓｄ８が順次直列接続される。

第５，第６スイッチングデバイスＳｄ５，Ｓｄ６ａの共通接続点と第７，第８スイッチングデバイスＳｄ７ｂ，Ｓｄ８の共通接続点との間に第１，第２ダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，Ｄ２ａ，Ｄ２ｂが順次直列接続される。

第１，第２ダイオードＤ１ｂ，Ｄ２ａの共通接続点を第１，第２直流電源ＤＣＰ，ＤＣＮの共通接続点と接続する。第６，第７スイッチングデバイスＳｄ６ｂ，Ｓｄ７ａの共通接続点を出力端子Ｏとする。

なお、第６スイッチングデバイスＳ６ａ，Ｓ６ｂ，第７スイッチングデバイスＳ７ａ，Ｓ７ｂ，第１ダイオードＤ１ａ，Ｄ１ｂ，第２ダイオードＤ２ａ，Ｄ２ｂは、耐電圧の関係から２つ直列接続しているが、耐電圧の問題が解消できるのであれば、１つでもよい。

なお、図６の主回路構成は、５レベル電力変換装置の１相のみの構成を示している。３相の電力変換装置の場合は、共通モジュール１１は各相で共通化され、相モジュール１２は各相別に設けられる。

図７に本実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４の演算ブロックを示す。図７に基づいて、本実施形態４におけるマルチレベル電力変換装置の演算ブロックを説明する。

正規化した第１，第２直流電源ＤＣＰ，ＤＣＮの電圧ＶＤＣＰ，ＶＤＣＮは、規定値に等しければ正規化により１になるとする。正規化した第１フライングキャパシタＦＣＰの電圧ＶＦＣＰ、および、正規化した第２フライングキャパシタＦＣＮの電圧ＶＦＣＮは、規定値に等しければ正規化により０．５になるとする。

減算器１３ａは、第１直流電源ＤＣＰの電圧ＶＤＣＰ−第１フライングキャパシタＦＣＰの電圧ＶＦＣＰを演算する。スイッチＳＷ４の上側端子には第１フライングキャパシタＦＣＰの電圧ＶＦＣＰが入力され、下側端子には減算器１３ａの出力ＶＤＣＰ−ＶＦＣＰが入力される。

スイッチＳＷ４は、第１〜第４共通スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４のスイッチングパターンがＭＯＤＥ１ならば上側端子の信号を出力し、ＭＯＤＥ２ならば下側端子の信号を出力し、それ以外の指令が来たらスイッチの切り替えを行わず前回の状態を維持する。

第１〜第４共通スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４のスイッチングパターンＭＯＤＥ１におけるＯＮの素子は、図８の丸で囲った第１，第３共通スイッチＳｃ１，Ｓｃ３である。第１〜第４共通スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４のスイッチングパターンＭＯＤＥ２におけるＯＮの素子は、図９の丸で囲った第２，第４共通スイッチＳｃ２，Ｓｃ４である。なお、スイッチングパターンＭＯＤＥ１，ＭＯＤＥ２の両方で第２，第５，第６スイッチングデバイスＳｄ２，Ｓｄ５，Ｓｄ６ａ，Ｓｄ６ｂはＯＮとなる。スイッチングパターンＭＯＤＥ１，ＭＯＤＥ２の両方の場合において、スイッチＳＷ４出力は直流電圧Ｖ１となり、実施形態１，２における図１や図２の直流電圧Ｖ１に入力される。

減算器１４ａは、第１直流電源ＤＣＰの電圧ＶＤＣＰからスイッチＳＷ４の出力信号（つまり、直流電圧Ｖ１）を減算する。減算器１４ａの出力は直流電圧Ｖ２となり、実施形態１，２における図１や図２の直流電圧Ｖ２に入力される。

減算器１３ｂは、第２直流電源の電圧ＶＤＣＮ−第２フライングキャパシタＦＣＮの電圧ＶＦＣＮを演算する。スイッチＳＷ５の上側端子には第２フライングキャパシタＦＣＮの電圧ＶＦＣＮが入力され、下側端子には減算器１３ｂの出力ＶＤＣＮ−ＶＦＣＮが入力される。

スイッチＳＷ５は、第５〜第８共通スイッチＳｃ５〜Ｓｃ８のスイッチングパターンがＭＯＤＥ１ならば上側端子の信号を出力し、ＭＯＤＥ２ならば下側端子の信号を出力し、それ以外の指令が来たらスイッチの切り替えを行わず前回の状態を維持する。

第５〜第８共通スイッチＳｃ５〜Ｓｃ８のスイッチングパターンＭＯＤＥ１におけるＯＮの素子は、図１０の丸で囲った第５，第７共通スイッチＳｃ５，Ｓｃ７である。第５〜第８共通スイッチＳｃ５〜Ｓｃ８のスイッチングパターンＭＯＤＥ２におけるＯＮの素子は、図１１の丸で囲った第６，第８共通スイッチＳｃ６，Ｓｃ８である。なお、スイッチングパターンＭＯＤＥ１，ＭＯＤＥ２の両方で、第３，第７，第８スイッチングデバイスＳｄ３，Ｓｄ７ａ，Ｓｄ７ｂ，Ｓｄ８はＯＮとなる。スイッチングパターンＭＯＤＥ１，ＭＯＤＥ２の両方の場合において、スイッチＳＷ５出力は直流電圧Ｖ３となり、実施形態１，２の図１や図２の直流電圧Ｖ３に入力される。

減算器１４ｂは、第２直流電源ＤＣＮの電圧ＶＤＣＮからスイッチＳＷ５の出力信号を減算する。減算器１４ｂの出力は直流電圧Ｖ４となり、実施形態１，２における図１や図２の直流電圧Ｖ４に入力される
特許文献１に示すフライングキャパシタを有するマルチレベル電力変換装置の場合、通常は第１，第２直流電源ＤＣＰ，ＤＣＮ，第１，第２フライングキャパシタＦＣＰ，ＦＣＮの電圧を検出し、直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は検出しない。このような場合、実施形態１を適用するには直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を求める必要がある。本実施形態４は、図６の主回路構成で直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を求める方法を示す。

図６の構成では、直流電圧Ｖ１，Ｖ２は第１〜第４共通スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４のスイッチングパターンに依存する。スイッチングパターンＭＯＤＥ１，ＭＯＤＥ２はそれぞれ図８，図９の丸で囲ったスイッチング素子がＯＮ状態となる。スイッチングパターンＭＯＤＥ１では第１共通スイッチＳｃ１と第３共通スイッチＳｃ３がＯＮ状態で、スイッチングパターンＭＯＤＥ２では第２共通スイッチＳｃ２と第４共通スイッチＳｃ４がＯＮ状態であるため、直流電圧Ｖ１，Ｖ２は第１直流電源ＤＣＰの電圧ＶＤＣＰ，第１フライングキャパシタＦＣＰの電圧ＶＦＣＰを用いて以下の（１２）式，（１３）式で表される。ここでは、第１〜第４共通スイッチＳｃ１〜Ｓｃ４のオン電圧降下は無視する。

直流電圧Ｖ３，Ｖ４も同様に第５〜第８共通スイッチＳｃ５〜Ｓｃ８に依存する。スイッチングパターンＭＯＤＥ１，ＭＯＤＥ２はそれぞれ図１０，図１１の丸で囲ったスイッチング素子がＯＮ状態となる。スイッチングパターンＭＯＤＥ１では第５共通スイッチＳｃ５と第７共通スイッチＳｃ７がＯＮ状態で、スイッチングパターンＭＯＤＥ２では第６共通スイッチｃＳ６と第８共通スイッチＳｃ８がＯＮ状態であるため、直流電圧Ｖ３，Ｖ４は第２直流電源ＤＣＮの電圧ＶＤＣＮ，第２フライングキャパシタＦＣＰの電圧ＶＦＣＮを用いて以下の（１４）式，（１５）式で表される。ここでは、第５〜第８共通スイッチＳｃ５〜Ｓｃ８のオン電圧降下は無視する。

本実施形態４では、スイッチングパターンに応じて図７のスイッチＳＷ４，ＳＷ５を切り替え直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を求められるようにした。求めた直流電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４を実施形態１，２における図１や図２に入力し、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を演算し、補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて相モジュールのスイッチングデバイスのゲート信号を生成すれば、フライングキャパシタを有する構成でも実施形態１や実施形態２を適用することができる。

以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。

Ｖ１〜Ｖ４…直流電圧
Ｃ１〜Ｃ４…第１〜第４直流電源
Ｏ…出力端子
ＳＷ１〜ＳＷ５…スイッチ
１０…電圧指令値補正部
１１…共通モジュール
１２…相モジュール
ＤＣＰ…第１直流電源
ＤＣＮ…第２直流電源
ＦＣＰ…第１フライングキャパシタ
ＦＣＮ…第２フライングキャパシタ

Claims (10)

1. 第１〜第４直流電源を順次直列接続し、前記第１直流電源の正極端子の電位、または、前記第１，第２直流電源の共通接続点の電位、または、前記第２，第３直流電源の共通接続点の電位、または、前記第３，第４直流電源の共通接続点の電位、または、前記第４直流電源の負極端子の電位の中から選択して出力する２相以上のマルチレベル電力変換装置であって、
   前記各第１〜第４直流電源の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（３）式により、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を算出し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいてマルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   
2. 第１〜第４直流電源を順次直列接続し、前記第１直流電源の正極端子の電位、または、前記第１，第２直流電源の共通接続点の電位、または、前記第２，第３直流電源の共通接続点の電位、または、前記第３，第４直流電源の共通接続点の電位、または、前記第４直流電源の負極端子の電位の中から選択して出力する２相以上のマルチレベル電力変換装置であって、
   前記各第１〜第４直流電源の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（３）式の１／２Ｖｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、以下の（４）式を代入した以下の（５）式により、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を算出し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいてマルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   

   

   
3. 第１〜第４直流電源を順次直列接続し、前記第１直流電源の正極端子の電位、または、前記第１，第２直流電源の共通接続点の電位、または、前記第２，第３直流電源の共通接続点の電位、または、前記第３，第４直流電源の共通接続点の電位、または、前記第４直流電源の負極端子の電位の中から選択して出力する２相以上のマルチレベル電力変換装置であって、
   前記各第１〜第４直流電源の直流電圧Ｖ１〜Ｖ４を検出し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（３）式の１／２Ｖｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、以下の（６）式を代入した式により、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を算出し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいてマルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   

   
4. 第１〜第８直流電源を順次直列接続し、前記第１直流電源の正極端子の電位と、前記第１，第２直流電源の共通接続点の電位と、前記第２，第３直流電源の共通接続点の電位と、前記第３，第４直流電源の共通接続点の電位と、前記第４，第５直流電源の共通接続点の電位と、前記第５，第６直流電源の共通接続点の電位と、前記第６，第７直流電源の共通接続点の電位と、前記第７，第８直流電源の共通接続点の電位と、前記第８直流電源の負極端子の電位の中から選択して出力する２相以上のマルチレベル電力変換装置であって、
   前記各第１〜第８直流電源の直流電圧Ｖ１〜Ｖ８を検出し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ８、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（９）式によって、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて、マルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   
5. 第１〜第８直流電源を順次直列接続し、前記第１直流電源の正極端子の電位と、前記第１，第２直流電源の共通接続点の電位と、前記第２，第３直流電源の共通接続点の電位と、前記第３，第４直流電源の共通接続点の電位と、前記第４，第５直流電源の共通接続点の電位と、前記第５，第６直流電源の共通接続点の電位と、前記第６，第７直流電源の共通接続点の電位と、前記第７，第８直流電源の共通接続点の電位と、前記第８直流電源の負極端子の電位の中から選択して出力する２相以上のマルチレベル電力変換装置であって、
   前記各第１〜第８直流電源の直流電圧Ｖ１〜Ｖ８を検出し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ８、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（９）式の１／４Ｖｎ（ｎ＝１，２，…，８）に、以下の（１０）式を代入した式により、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて、マルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   

   
6. 第１〜第８直流電源を順次直列接続し、前記第１直流電源の正極端子の電位と、前記第１，第２直流電源の共通接続点の電位と、前記第２，第３直流電源の共通接続点の電位と、前記第３，第４直流電源の共通接続点の電位と、前記第４，第５直流電源の共通接続点の電位と、前記第５，第６直流電源の共通接続点の電位と、前記第６，第７直流電源の共通接続点の電位と、前記第７，第８直流電源の共通接続点の電位と、前記第８直流電源の負極端子の電位の中から選択して出力する２相以上のマルチレベル電力変換装置であって、
   前記各第１〜第８直流電源の直流電圧Ｖ１〜Ｖ８を検出し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ８、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（９）式の１／４Ｖｎ（ｎ＝１，２，…，８）に、以下の（１１）式を代入した式により、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて、マルチレベル電力変換装置内のスイッチング素子のゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   

   
7. 各相共通の共通モジュールと、前記共通モジュールに接続された２相以上の相モジュールと、を備え、
   前記共通モジュールは、
   直列接続された第１，第２直流電源と、
   前記第１直流電源の正極端に一端が接続された第１共通スイッチと、
   前記第１直流電源の負極端に一端が接続された第４共通スイッチと、
   前記第１共通スイッチの他端と前記第４共通スイッチの他端との間に接続された第１フライングキャパシタと、
   前記第１共通スイッチと前記第１フライングキャパシタの共通接続点と、前記第４共通スイッチと前記第１フライングキャパシタの共通接続点と、の間に直列接続された第２，第３共通スイッチと、
   前記第２直流電源の正極端に一端が接続された第５共通スイッチと、
   前記第２直流電源の負極端に一端が接続された第８共通スイッチと、
   前記第５共通スイッチの他端と前記第８共通スイッチの他端との間に接続された第２フライングキャパシタと、
   前記第５共通スイッチと前記第２フライングキャパシタの共通接続点と、前記第８共通スイッチと前記第２フライングキャパシタの共通接続点と、の間に直列接続された第６，第７共通スイッチと、を有し、
   前記相モジュールは、前記第１共通スイッチの一端側と出力端子の間、および、前記第２，第３共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第８共通スイッチの一端側と前記出力端子の間にスイッチングデバイスを有し、前記第１共通スイッチの一端側の電位、または、前記第２，第３共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第８共通スイッチの一端側の電位の中から選択して出力するマルチレベル電力変換装置であって、
   前記第１共通スイッチと前記第３共通スイッチ、あるいは、前記第５共通スイッチと前記第７共通スイッチをオンするＭＯＤＥ１と、前記第２共通スイッチと前記第４共通スイッチ、あるいは、前記第６共通スイッチと前記第８共通スイッチをオンするＭＯＤＥ２を備え、
   前記第１直流電源の電圧ＶＤＣＰ、前記第２直流電源の電圧ＶＤＣＮ、前記第１フライングキャパシタの電圧ＶＦＣＰ、前記第２フライングキャパシタの電圧ＶＦＣＮを検出し、
   各ＭＯＤＥ別に、以下の（１２）式〜（１５）式によって、前記第１共通スイッチの一端と前記第２，第３共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ１，前記第２，第３共通スイッチの共通接続点と前記第４，第５共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ２、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点と前記第６，第７共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ３、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記第８共通スイッチの一端間の直流電圧Ｖ４、を演算し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（３）式によって、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて、マルチレベル電力変換装置内の相モジュールのスイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   

   

   

   

   
8. 各相共通の共通モジュールと、前記共通モジュールに接続された２相以上の相モジュールと、を備え、
   前記共通モジュールは、
   直列接続された第１，第２直流電源と、
   前記第１直流電源の正極端に一端が接続された第１共通スイッチと、
   前記第１直流電源の負極端に一端が接続された第４共通スイッチと、
   前記第１共通スイッチの他端と前記第４共通スイッチの他端との間に接続された第１フライングキャパシタと、
   前記第１共通スイッチと前記第１フライングキャパシタの共通接続点と、前記第４共通スイッチと前記第１フライングキャパシタの共通接続点と、の間に直列接続された第２，第３共通スイッチと、
   前記第２直流電源の正極端に一端が接続された第５共通スイッチと、
   前記第２直流電源の負極端に一端が接続された第８共通スイッチと、
   前記第５共通スイッチの他端と前記第８共通スイッチの他端との間に接続された第２フライングキャパシタと、
   前記第５共通スイッチと前記第２フライングキャパシタの共通接続点と、前記第８共通スイッチと前記第２フライングキャパシタの共通接続点と、の間に直列接続された第６，第７共通スイッチと、を有し、
   前記相モジュールは、前記第１共通スイッチの一端側と出力端子の間、および、前記第２，第３共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第８共通スイッチの一端側と前記出力端子の間にスイッチングデバイスを有し、前記第１共通スイッチの一端側の電位、または、前記第２，第３共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第８共通スイッチの一端側の電位の中から選択して出力するマルチレベル電力変換装置であって、
   前記第１共通スイッチと前記第３共通スイッチ、あるいは、前記第５共通スイッチと前記第７共通スイッチをオンするＭＯＤＥ１と、前記第２共通スイッチと前記第４共通スイッチ、あるいは、前記第６共通スイッチと前記第８共通スイッチをオンするＭＯＤＥ２を備え、
   前記第１直流電源の電圧ＶＤＣＰ、前記第２直流電源の電圧ＶＤＣＮ、前記第１フライングキャパシタの電圧ＶＦＣＰ、前記第２フライングキャパシタの電圧ＶＦＣＮを検出し、
   各ＭＯＤＥ別に、以下の（１２）式〜（１５）式によって、前記第１共通スイッチの一端と前記第２，第３共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ１，前記第２，第３共通スイッチの共通接続点と前記第４，第５共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ２、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点と前記第６，第７共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ３、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記第８共通スイッチの一端間の直流電圧Ｖ４、を演算し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（３）式の１／２Ｖｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、以下の（４）式を代入した以下の（５）式により、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて、マルチレベル電力変換装置内の相モジュールのスイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   

   

   

   

   

   

   
9. 各相共通の共通モジュールと、前記共通モジュールに接続された２相以上の相モジュールと、を備え、
   前記共通モジュールは、
   直列接続された第１，第２直流電源と、
   前記第１直流電源の正極端に一端が接続された第１共通スイッチと、
   前記第１直流電源の負極端に一端が接続された第４共通スイッチと、
   前記第１共通スイッチの他端と前記第４共通スイッチの他端との間に接続された第１フライングキャパシタと、
   前記第１共通スイッチと前記第１フライングキャパシタの共通接続点と、前記第４共通スイッチと前記第１フライングキャパシタの共通接続点と、の間に直列接続された第２，第３共通スイッチと、
   前記第２直流電源の正極端に一端が接続された第５共通スイッチと、
   前記第２直流電源の負極端に一端が接続された第８共通スイッチと、
   前記第５共通スイッチの他端と前記第８共通スイッチの他端との間に接続された第２フライングキャパシタと、
   前記第５共通スイッチと前記第２フライングキャパシタの共通接続点と、前記第８共通スイッチと前記第２フライングキャパシタの共通接続点と、の間に直列接続された第６，第７共通スイッチと、を有し、
   前記相モジュールは、前記第１共通スイッチの一端側と出力端子の間、および、前記第２，第３共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記出力端子の間、および、前記第８共通スイッチの一端側と前記出力端子の間にスイッチングデバイスを有し、前記第１共通スイッチの一端側の電位、または、前記第２，第３共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点の電位、または、前記第８共通スイッチの一端側の電位の中から選択して出力するマルチレベル電力変換装置であって、
   前記第１共通スイッチと前記第３共通スイッチ、あるいは、前記第５共通スイッチと前記第７共通スイッチをオンするＭＯＤＥ１と、前記第２共通スイッチと前記第４共通スイッチ、あるいは、前記第６共通スイッチと前記第８共通スイッチをオンするＭＯＤＥ２を備え、
   前記第１直流電源の電圧ＶＤＣＰ、前記第２直流電源の電圧ＶＤＣＮ、前記第１フライングキャパシタの電圧ＶＦＣＰ、前記第２フライングキャパシタの電圧ＶＦＣＮを検出し、
   各ＭＯＤＥ別に、以下の（１２）式〜（１５）式によって、前記第１共通スイッチの一端と前記第２，第３共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ１，前記第２，第３共通スイッチの共通接続点と前記第４，第５共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ２、前記第４，第５共通スイッチの共通接続点と前記第６，第７共通スイッチの共通接続点間の直流電圧Ｖ３、前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記第８共通スイッチの一端間の直流電圧Ｖ４、を演算し、
   前記直流電圧Ｖ１〜Ｖ４、および、電圧指令値Ｖ＊に基づいて、以下の（３）式の１／２Ｖｎ（ｎ＝１，２，３，４）に、以下の（６）式を代入した式により、補正後の電圧指令値Ｖ＊’を生成し、
   前記補正後の電圧指令値Ｖ＊’に基づいて、マルチレベル電力変換装置内の相モジュールのスイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
   

   

   

   

   

   

   
10. 前記各相の相モジュールは、
    前記第１共通スイッチの一端と前記第２，第３共通スイッチの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２スイッチングデバイスと、
    前記第６，第７共通スイッチの共通接続点と前記第８共通スイッチの一端との間に順次直列接続された第３，第４スイッチングデバイスと、
    前記第１，第２スイッチングデバイスの共通接続点と前記第３，第４スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第５，第６，第７，第８スイッチングデバイスと、
    前記第５，第６スイッチングデバイスの共通接続点と前記第７，第８スイッチングデバイスの共通接続点との間に順次直列接続された第１，第２ダイオードと、を有し、前記第１，第２ダイオードの共通接続点を前記第１，第２直流電源の共通接続点と接続し、前記第６，第７スイッチングデバイスの共通接続点を出力端子としたことを特徴とする請求項７〜９のうち何れかに記載のマルチレベル電力変換装置。

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