JP7038936B1 - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、電力損失を大きく増加させることなく、コンデンサにおける電圧脈動を低減できる電力変換装置を提供することを目的とする。
エネルギー蓄積要素と複数の半導体素子とを有する変換器セルを複数直列して備える一対のアームが互いに直列接続されたレグ回路を交流の各相にそれぞれ備え、該レグ回路が正負の直流端子間に並列接続されて、複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、該電力変換器を制御する制御部と、を備えた電力変換装置において、
前記制御部は、
前記電力変換器内において各相の前記レグ回路間を循環する循環電流に、前記交流の基本波の周波数に対して3の倍数を除いた偶数倍の周波数を有する交流成分が含まれるように、該循環電流を制御する第1制御モードを有し、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値に基づいて、前記第1制御モードの有効あるいは無効を判定し、
前記制御部は、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値が、設定される第1閾値範囲を超えると、前記第1制御モードを有効と判定して該第1制御モードを実行し、
前記第1閾値範囲は、前記エネルギー蓄積要素の定格電圧に基づく値以下に設定され、
前記第1閾値範囲の位相毎の下限値を、予め設定された一定の第1値と、前記アームに対する交流電圧指令値と、の大きい方の値となるように位相毎に調整する、
ものである。
また、本願に開示される電力変換装置は、
エネルギー蓄積要素と複数の半導体素子とを有する変換器セルを複数直列して備える一対のアームが互いに直列接続されたレグ回路を交流の各相にそれぞれ備え、該レグ回路が正負の直流端子間に並列接続されて、複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、該電力変換器を制御する制御部と、を備えた電力変換装置において、
前記制御部は、
前記電力変換器内において各相の前記レグ回路間を循環する循環電流に、前記交流の基本波の周波数に対して3の倍数を除いた偶数倍の周波数を有する交流成分が含まれるように、該循環電流を制御する第1制御モードを有し、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値に基づいて、前記第1制御モードの有効あるいは無効を判定し、
前記制御部は、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値が、設定される第1閾値範囲を超えると、前記第1制御モードを有効と判定して該第1制御モードを実行し、
前記第1閾値範囲は、前記エネルギー蓄積要素の定格電圧に基づく値以下に設定され、
前記第1閾値範囲よりも設定された調整値分小さい範囲を有する第2閾値範囲が設けられ、
前記制御部は、
複数相の前記交流の基本波のk周期目において前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第1閾値範囲を超える場合に、該k周期目の1周期後であるk+1周期目において、前記第1制御モードを実行すると共に前記第1閾値範囲を前記第2閾値範囲に設定し、
前記第1制御モード実行時の前記k+1周期目において前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第2閾値範囲を超えると、該k+1周期目における前記第1制御モード実行時の前記循環電流に含まれる交流成分の位相および振幅の値を、前記該k+1周期目より後の周期において維持するように前記循環電流を制御する、
ものである。
図1は、実施の形態1による電力変換装置100の概略構成を示すブロック図である。
電力変換装置100は、交流系統である複数相の交流回路と、直流系統としての直流回路との間に設けられて、これら両回路間で、交流から直流への変換、またはその逆変換を行う電力変換器1と、この電力変換器1を制御する制御部としての制御装置30と、を備える。
電力変換器1は、以下にその構成を説明するように、複数台の変換器セルを直列多重接続して構成するモジュラーマルチレベル変換器である。なお、「変換器セル」は、「サブモジュール」、「SM」、または「単位変換器」とも呼ばれる。
以降、各相のレグ回路25u、25v、25wのそれぞれを区別せず総称する場合、あるいは任意のものを示す場合は、レグ回路25と記載する。
上アーム20Pu、20Pv、20Pwと、下アーム20Nu、20Nv、20Nwとは、各相において互いに直列接続され、その接続点である交流入出力端子7u、7v、7wは、変圧器3を介して交流回路2にそれぞれ接続される。
交流電圧検出器9Aは、交流系統のU相の交流電圧Vacu、V相の交流電圧Vacv、およびW相の交流電圧Vacwを検出する。以下の説明では、交流電圧Vacu、Vacv、およびVacwを総称して交流電圧Vacと記載する。
交流電流検出器9Bは、交流系統のU相の交流電流Iacu、V相の交流電流Iacv、およびW相の交流電流Iacwを検出する。以下の説明では、交流電流Iacu、Iacv、およびIacwを総称して交流電流Iacと記載する。
V相用のレグ回路25vに設けられたアーム電流検出器8Pvおよび8Nvは、上アーム20Pvに流れる上アーム電流IPv、および下アーム20Nvに流れる下アーム電流INvをそれぞれ検出する。
W相用のレグ回路25wに設けられたアーム電流検出器8Pwおよび8Nwは、上アーム20Pwに流れる上アーム電流IPw、および下アーム20Nwに流れる下アーム電流INwをそれぞれ検出する。
図2は、実施の形態1による電力変換器1が備える変換器セル10の回路構成の一例を示す図である。
図3は、実施の形態1による電力変換器1が備える変換器セル10の、上記図2とは異なる回路構成の一例を示す図である。
この変換器セル10は、半導体素子としての2つのスイッチング素子11p、11nを直列接続して形成した直列体と、この直列体に並列接続されるエネルギー蓄電要素としてのコンデンサ12と、を備える。
スイッチング素子11nの両端子はそれぞれ、当該変換器セル10の入出力端子11a、11bとなる。
更に、変換器セル10は、コンデンサ12の両端間の電圧Vcを検出する電圧検出器15と、入出力端子11a、11b間に接続されるバイパススイッチ13と、を備える。
この変換器セル10は、半導体素子としての2つのスイッチング素子11p1、11n1を直列接続して形成された第1の直列体と、半導体素子としての2つのスイッチング素子11p2、11n2を直列接続して形成された第2の直列体と、これら第1の直列体および第2の直列体に並列接続されるエネルギー蓄積要素としてのコンデンサ12と、を備える。
更に、変換器セル10は、コンデンサ12の両端間の電圧Vcを検出する電圧検出器15と、入出力端子11a、11b間に接続されるバイパススイッチ13と、を備える。
また、バイパススイッチ13をオンにすることによって、当該変換器セル10の入出力端子11a、11b間が短絡される。変換器セル10を短絡することによって、変換器セル10に含まれる各素子が短絡時等に発生する過電流から保護される。
制御装置30は、各アーム20の変換器セル10の出力電圧を指令する基本制御部30Aと、この基本制御部30Aからの指令に基づいてアーム20に対するゲート信号を生成するU相上アーム制御部30BPuと、U相下アーム制御部30BNuと、V相上アーム制御部30BPvと、V相下アーム制御部30BNvと、W相上アーム制御部30BPwと、W相下側アーム制御部30BNwと、を備える。
図5は、実施の形態1による基本制御部30Aの内部構成を表わす図である。
図6は、実施の形態1によるアーム制御部30Bの内、U相の上側のアーム20を制御するU相上アーム制御部30BPuの内部構成を表わす図である。
基本制御部30Aは、直流制御部30A1と、交流制御部30A2と、電圧バランス部30A3と、補助循環電流指令部50と、循環電流制御部30A4と、アーム電圧指令生成部30A5と、アーム変調指令生成部30A6と、コンデンサ電圧指令生成部30A7と、を備える。以下、これら各部について説明する。
前述のように、直流電圧Vdcは、直流電圧検出器6P、6Nにおいてそれぞれ検出された直流電圧VdcPと直流電圧VdcNとの差により導出される。
また、直流電流Idcは、後述する(1)式で示すように、アーム電流検出器8P、8Nにより検出されたアーム電流Iarm(IPu、IPv、IPw、INu、INv、INw)から導出される。
直流制御部30A1は、これら入力された直流電圧Vdcと、直流電流Idcとに基づいて、直流電圧Vdcを制御するための直流電圧指令値Vdcrefを生成する。
交流制御部30A2は、これら入力された交流電圧Vacと、交流電流Iacとに基づいて、U相、V相、W相の交流電圧Vacを制御するための、交流電圧指令値Vacrefu、Vacrefv、Vacrefwを生成する。
なお、各相の交流電圧指令値Vacrefu、Vacrefv、Vacrefwを総称する場合は、交流電圧指令値Vacrefと記載する。
なお、循環電流Iccは、後述する(2)式で示すように、アーム電流検出器8P、8Nにより検出されたアーム電流Iarm(IPu、IPv、IPw、INu、INv、INw)から導出される。
そして、循環電流制御部30A4は、導出された循環電流Iccが、循環電流指令値Icc*とIccr*との和に追従するように、U相、V相、W相の循環電流を制御する循環電圧指令値Vccref(Vccrefu、Vccrefv、Vccrefw)を生成する。
コンデンサ電圧指令値Vc*は例えば、一つのアーム内におけるコンデンサ電圧Vc1-VcNcell(VcNcellはNcell番目のコンデンサ電圧、Ncellはアームに含まれる変換器セル数)の電圧平均値である。
前述のようにU相上アーム制御部30BPuは、U相の上側のアーム20を制御するものである。U相上アーム制御部30BPuは、対応するU相上側のアーム20に含まれる複数個(Ncell個)の変換器セル10のそれぞれに対応する個別セル制御部30BC(30BC-1、30BC-2、30BC-3、・・・30BC-Ncell)を有して構成される。
図7は、実施の形態1による補助循環電流指令部50の構成を示す図である。
補助循環電流指令部50は、電圧リプル推定部51と、比較部55と、を備える。
また、アーム20が出力する電圧Varmの直流分をVarmdcとし、交流分のピーク値をVarmacとし、交流分の角周波数をωとする。この場合、アーム20が出力する電圧Varmは、以下(3)式により表される。
Varmdc = Vdc/2
Varmac = Vacsp
Iarmdc = Idc/3
Iarmac = Iacp/2
であり、Iacpは交流電流Iacの線電流のピーク値である。
しかし、以上のような、コンデンサ電圧リプルを最も打ち消す効果の高い循環電流Izを常時流す制御とすると、電力変換器1内の各アーム20に流れる電流の実効値が大きくなり、電力損失の増加を招く。
図7に示すように、電圧リプル推定部51により推定されたコンデンサ12の電圧リプルのピークの最大値Vcmax、最小値Vcminは、比較部55に対して出力される。
この場合、比較部55は、電力変換器1の有効電力、および、無効電力に基づき導出される上記(8)式における位相θcc=φ(第1位相θcc1)とした交流成分を、循環電流Iccが含むように指令する補助循環電流指令値Iccr*を生成する。
これにより、コンデンサ12の電圧リプルが、電力変換器1を構成する半導体素子等の各要素における定格電圧、絶縁耐圧、あるいは、制御装置30の動作最小電圧を超過する場合にのみ、エネルギー変動分ΔWarm1fを効率良く打ち消すことができる位相θcc=φ(第1位相θcc1)の交流成分を有する循環電流Iccであるリプル抑制循環電流Iccrを流すことができる。こうして、コンデンサ12の電圧リプルが第1閾値範囲VCTH1以内となるように制御される
この場合、循環電流制御部30A4は、コンデンサ12の電圧和のアンバランスを解消するために各相に流す循環電流Iccに対して、上記交流成分を含ませないように制御する。
なお、第1閾値範囲VCTH1は、各アーム20におけるコンデンサ電圧Vcの合計値に応じた値でも良いし、あるいは、平均値に応じた値でもよい。
エネルギー蓄積要素と複数の半導体素子とを有する変換器セルを複数直列して備える一対のアームが互いに直列接続されたレグ回路を交流の各相にそれぞれ備え、該レグ回路が正負の直流端子間に並列接続されて、複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、該電力変換器を制御する制御部と、を備えた電力変換装置であって、
前記制御部は、
前記電力変換器内において各相の前記レグ回路間を循環する循環電流に、前記交流の基本波の周波数に対して3の倍数を除いた偶数倍の周波数を有する交流成分が含まれるように、該循環電流を制御する第1制御モードを有し、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値に基づいて、前記第1制御モードの有効あるいは無効を判定する、
ものである。
本実施の形態の制御部は、各相のレグ回路間を循環する循環電流に、交流の基本波の周波数に対して3の倍数を除いた偶数倍の周波数を有する交流成分が含まれるように、当該循環電流を制御する第1制御モードを有する。更に、制御部は、この第1制御モードの有効あるいは無効の判定を、エネルギー蓄積要素の電圧値に基づいて行う。
こうして、エネルギー蓄積要素の電圧値に基づいて、偶数次の交流成分を循環電流に含ませる第1制御を、有効、無効と切り替え可能である。
前記制御部は、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値が、設定される第1閾値範囲を超えると、前記第1制御モードを有効と判定して該第1制御モードを実行し、
前記第1閾値範囲は、
前記エネルギー蓄積要素の定格電圧以下に設定される、
ものである。
そしてこの第1閾値範囲は、少なくとも、エネルギー蓄積要素の定格電圧以下に設定されるものである。
このように、第1閾値は、電圧リプルを低減させる必要性と、その電圧リプルを低減させる制御を実行した際の電力損失と、に応じて設定される。こうして、電力変換器の損失を大きく増加させることを確実に抑制しつつ、コンデンサにおける電圧脈動を低減できる。
また、第1制御モードを実行した際に推定される損失に応じてその値が設定してもよい。
前記制御部は、
前記第1制御モードを実行した際における前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第1閾値範囲内となるように、前記第1制御モードにおいて前記循環電流が含む交流成分の位相を第1位相に調整する、
ものである。
前記制御部は、
前記第1制御モードを実行した際における前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第1閾値範囲内となるように、前記第1制御モードにおいて前記循環電流が含む交流成分の振幅を調整する、
ものである。
前記制御部により前記第1制御モード実行時において調整される交流成分の位相は、前記電力変換器の有効電力、および、無効電力に基づき導出される前記エネルギー蓄積要素のエネルギー変動分に基づき決定される、
ものである。
以下、本願の実施の形態2を、上記実施の形態1と異なる箇所を中心に図を用いて説明する。上記実施の形態1と同様の部分は同一符号を付して説明を省略する。
実施の形態1では、交流電圧Vacが三相平衡であることを仮定して、電力変換器1を融通する有効電力、無効電力に基づいてエネルギー変動分ΔWarm1fを導出し、コンデンサ電圧値Vcの電圧リプルを推定した。そして、脈動するコンデンサ電圧値Vcの推定値が第1閾値範囲VCTH1を超過するか否かで、第1制御の有効あるいは無効を判定した。
図9は、図8に示す補助循環電流指令部250の構成を示す図である。
図8に示すように、本実施の形態の基本制御部230Aが備える補助循環電流指令部250は、実施の形態1の基本制御部30Aと異なり、電力変換器1を融通する有効、無効電力からコンデンサ電圧値Vcを電圧を推定するための、直流電流Idc、直流電圧Vdc、交流電流Iac、交流電圧Vacは入力されず、電圧検出器15から検出された各コンデンサ12のコンデンサ電圧値Vc(Vc1、Vc2・・・VcNcell)が入力される。
合、Vcarmとして記載する)を用いた場合を説明する。
電圧合計部252は、アーム20内のコンデンサ電圧値Vcの総和をアームコンデンサ電圧和Vcarmとして出力する。出力されたアームコンデンサ電圧和Vcarmは、比較部255に入力される。
比較部255は、このアームコンデンサ電圧和Vcarmと、設定されている第1閾値範囲VCTH1とを比較する。
なお、比較部255は、アームコンデンサ電圧和Vcarmが第1閾値範囲VCTH1以下の場合には、信号CCsigを0として出力する。
なお、本実施例の位相情報θPLLは、U相の系統電圧の基本波が負から正になる時をθPLL=0としている。
なお、保持信号CCkeepが0にリセットされるのは瞬時的であるため、図の簡略化のため、図10では保持信号CCkeepがリセットされた際の波形の図示は省略した。
出力された信号modeは、電圧リプル抑制循環電流ピーク値Iccauxと掛け算されて、信号Iccpとして出力される。出力された信号Iccpは、補助循環電流指令値生成部259に入力される。
k+1周期目も基本的にはk周期目と同様である。ただし、k周期目に信号CCkeepが1になったことでk+1周期目における信号modeが1となって第1制御が有効となる。そして、リプル抑制循環電流Iccrがk+1周期目に流れ、アームコンデンサ電圧和Vcarmの電圧リプルは低減する。
こうして、k+1周期目において、k+1周期目でもVcarm>VCTHU2、Vcarm<VCTHL2となる期間が存在することで信号modeが1となり、その後のk+2周期目以降においても第1制御モードが有効となる。
また、循環電流位相計算部258は、推定された電圧リプルを最も打ち消す効果の高い循環電流Iccを、第1制御モードを有効としたk+1周期目以降において、その交流成分の位相および振幅を、周期毎に調整してもよい。
図11は、実施の形態2による補助循環電流指令部250の動作を説明するための図である。
位相判断部256には、信号保持部254から出力される信号CCsigと、比較部255で用いられている閾値VCTHLと、が入力される。そして、この信号CCsigと、閾値VCTHLとを用いて、補助循環電流指令値生成部259において生成される循環電流指令値Iccr*の位相を決定するための信号phを出力する。
しかしながらこれに限定するものではなく、電圧検出器15は、各アーム20に含まれる少なくとも1つの変換器セル10に備えられていてもよい。
そして制御装置30は、電圧検出器15により検出された、少なくとも1つのアーム20におけるコンデンサ電圧値Vcに基づいて、第1制御モードの有効あるいは無効を判定してもよい。
なお、制御装置30は、ハードウエアの一例を図12に示すように、プロセッサ31と記憶装置32から構成される。記憶装置は図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。
また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を備えてもよい。プロセッサ31は、記憶装置32から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ31にプログラムが入力される。また、プロセッサ31は、演算結果等のデータを記憶装置32の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。
前記制御部は、
前記第1閾値範囲の位相毎の下限値を、予め設定された一定の第1値と、前記アームに対する交流電圧指令値と、の大きい方の値となるように位相毎に調整する、
ものである。
こうして、第1閾値範囲の下限値は、常にアーム交流電圧指令値よりも上の値とする必要がないため、第1制御が有効となる期間を少なくして、不必要な循環電流を流さず、損失増加を抑えることができる。
本実施の形態では、上記のように、第1閾値範囲の下限値は、常にアーム交流電圧指令値よりも上の値としないように設定しているため、電圧リプルと第1閾値範囲の下限値との間のマージンを大きく確保できる。これにより、電圧リプルの大きさが時間の経過に応じて異なる場合でも、不必要に第1制御が有効になり、不必要な循環電流が流れることを抑制できる。
なお、このような第1閾値範囲の位相毎の下限値の設定は、実施の形態1の電力変換装置に対しても同様に適用可能である。
前記制御部は、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値の脈動のピーク値が、前記アームに対する交流電圧指令値と同じになると、前記第1制御モードにおいて、該エネルギー蓄積要素の電圧値の脈動のピーク値が、該アームに対する交流電圧指令値と同じになった位相における前記エネルギー蓄積要素のエネルギー変動分の大きさが正の値側に大きくなるように、前記循環電流が含む交流成分の位相を第2位相に調整する、
ものである。
前記第1閾値範囲よりも設定された調整値分小さい範囲を有する第2閾値範囲が設けられ、
前記制御部は、
複数相の前記交流の基本波のk周期目において前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第1閾値範囲を超える場合に、該k周期目の1周期後であるk+1周期目において、前記第1制御モードを実行すると共に前記第1閾値範囲を前記第2閾値範囲に設定し、
前記第1制御モード実行時の前記k+1周期目において前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第2閾値範囲を超えると、該k+1周期目における前記第1制御モード実行時の前記循環電流に含まれる交流成分の位相および振幅の値を、前記該k+1周期目より後の周期において維持するように前記循環電流を制御する、
ものである。
また、k+1周期目において決定された、コンデンサ電圧リプルを最も打ち消す効果の高い位相および振幅を有する循環電流Iccを、k+2周期目以降も同様に継続して流すことができるため、流す循環電流Iccが含む交流成分が、周期毎に切り替わるのを防止でき、電力変換装置を安定化できる。
前記制御部は、前記第1制御モードの実行時において、
複数相の前記交流の基本波の前記k+1周期目より後の少なくとも一周期において、前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第2閾値範囲を超えない場合に、前記第1制御モードを無効にする、
ものである。
各前記アームに含まれる少なくとも1つの前記変換器セルにおいて、前記エネルギー蓄積要素の電圧値を検出する電圧検出器が備えられ、
前記制御部は、前記電圧検出器により検出された、少なくとも1つの前記アームにおける前記エネルギー蓄積要素の電圧値に基づいて、前記第1制御モードの有効あるいは無効を判定する、
ものである。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
制御装置(制御部)、100 電力変換装置。
Claims (10)
- エネルギー蓄積要素と複数の半導体素子とを有する変換器セルを複数直列して備える一対のアームが互いに直列接続されたレグ回路を交流の各相にそれぞれ備え、該レグ回路が正負の直流端子間に並列接続されて、複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、該電力変換器を制御する制御部と、を備えた電力変換装置において、
前記制御部は、
前記電力変換器内において各相の前記レグ回路間を循環する循環電流に、前記交流の基本波の周波数に対して3の倍数を除いた偶数倍の周波数を有する交流成分が含まれるように、該循環電流を制御する第1制御モードを有し、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値に基づいて、前記第1制御モードの有効あるいは無効を判定し、
前記制御部は、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値が、設定される第1閾値範囲を超えると、前記第1制御モードを有効と判定して該第1制御モードを実行し、
前記第1閾値範囲は、前記エネルギー蓄積要素の定格電圧に基づく値以下に設定され、
前記第1閾値範囲の位相毎の下限値を、予め設定された一定の第1値と、前記アームに対する交流電圧指令値と、の大きい方の値となるように位相毎に調整する、
電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記第1制御モードを実行した際における前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第1閾値範囲内となるように、前記第1制御モードにおいて前記循環電流が含む交流成分の位相を第1位相に調整する、
請求項1に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記第1制御モードを実行した際における前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第1閾値範囲内となるように、前記第1制御モードにおいて前記循環電流が含む交流成分の振幅を調整する、
請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値の脈動のピーク値が、前記アームに対する交流電圧指令値と同じになると、前記第1制御モードにおいて、該エネルギー蓄積要素の電圧値の脈動のピーク値が、該アームに対する交流電圧指令値と同じになった位相における前記エネルギー蓄積要素のエネルギー変動分の大きさが正の値側に大きくなるように、前記循環電流が含む交流成分の位相を第2位相に調整する、
請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御部により前記第1制御モード実行時において調整される交流成分の位相は、前記電力変換器の有効電力、および、無効電力に基づき導出される前記エネルギー蓄積要素のエネルギー変動分に基づき決定される、
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - エネルギー蓄積要素と複数の半導体素子とを有する変換器セルを複数直列して備える一対のアームが互いに直列接続されたレグ回路を交流の各相にそれぞれ備え、該レグ回路が正負の直流端子間に並列接続されて、複数相の交流と直流との間で電力変換を行う電力変換器と、該電力変換器を制御する制御部と、を備えた電力変換装置において、
前記制御部は、
前記電力変換器内において各相の前記レグ回路間を循環する循環電流に、前記交流の基本波の周波数に対して3の倍数を除いた偶数倍の周波数を有する交流成分が含まれるように、該循環電流を制御する第1制御モードを有し、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値に基づいて、前記第1制御モードの有効あるいは無効を判定し、
前記制御部は、
前記エネルギー蓄積要素の電圧値が、設定される第1閾値範囲を超えると、前記第1制御モードを有効と判定して該第1制御モードを実行し、
前記第1閾値範囲は、前記エネルギー蓄積要素の定格電圧に基づく値以下に設定され、
前記第1閾値範囲よりも設定された調整値分小さい範囲を有する第2閾値範囲が設けられ、
前記制御部は、
複数相の前記交流の基本波のk周期目において前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第1閾値範囲を超える場合に、該k周期目の1周期後であるk+1周期目において、前記第1制御モードを実行すると共に前記第1閾値範囲を前記第2閾値範囲に設定し、
前記第1制御モード実行時の前記k+1周期目において前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第2閾値範囲を超えると、該k+1周期目における前記第1制御モード実行時の前記循環電流に含まれる交流成分の位相および振幅の値を、前記該k+1周期目より後の周期において維持するように前記循環電流を制御する、
電力変換装置。 - 前記調整値は、前記第1制御モードを実行した際における前記エネルギー蓄積要素の電圧値が、前記第2閾値範囲を超える値となるように、前記エネルギー蓄積要素のエネルギー変動分と、前記第1制御モード実行時の前記循環電流に含まれる交流成分の位相および振幅の値と、に基づいて設定される、
請求項6に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、前記第1制御モードの実行時において、
複数相の前記交流の基本波の前記k+1周期目より後の少なくとも一周期において、前記エネルギー蓄積要素の電圧値が前記第2閾値範囲を超えない場合に、前記第1制御モードを無効にする、
請求項6または請求項7に記載の電力変換装置。 - 前記第1閾値範囲の上限値は、前記エネルギー蓄積要素の定格電圧と各前記アームに含まれる前記変換器セルの数との積に基づく値に設定され、
前記制御部は、
各前記アーム内の前記エネルギー蓄積要素の電圧合計値が、前記第1閾値範囲を超えると、前記第1制御モードを有効と判定して該第1制御モードを実行する、
請求項1から請求項8のいずれか1項に記載の電力変換装置。 - 前記制御部は、
前記第1閾値範囲の位相毎の下限値を、予め設定された一定の第1値と、前記アームに対する交流電圧指令値としての、各前記アームが出力する電圧の指令値であるアーム電圧指令値と、の大きい方の値となるように位相毎に調整する、
請求項9に記載の電力変換装置。
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