JP7146115B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

本願は、電力変換装置に関するものである。

複数のインバータを組み合わせて、階調制御により所望の出力波形を得ることが可能な電力変換装置が実用化されている。

任意の出力電圧を得ると同時に、各インバータの充放電電流を調整することで各インバータのコンデンサの電圧を一定に制御する制御法が提案されている（例えば、特許文献１）。

特許第４４９０３０９公報（段落［０００６］－［０００８］および図１）

特許文献１の制御法では、インバータ数が増加すると、選択できる各インバータの出力の組合せおよび電圧を一定に保つ必要があるコンデンサ数が増加するため、コンデンサの電圧を一定に保つことが困難になる。その結果、コンデンサ電圧にばらつきが発生し、所望の出力電圧を実現できなくなる課題があった。

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、電力変換装置を構成するインバータ数が増加しても、コンデンサ電圧を一定に保ち、任意の電圧を出力できる電力変換装置を提供することを目的とする。

本願に開示される電力変換装置は、直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を複数直列接続し、複数の単相インバータの中から選択された１以上の単相インバータの発生電圧の総和により全体出力電圧を制御して負荷に電力供給する電力変換装置において、複数の単相インバータの各々は直流電源電圧を発生する蓄電素子を含み、複数の単相インバータの少なくとも１つは外部電源と接続され、各単相インバータの直流電源電圧の目標値の比率は一定であり、複数の単相インバータの直流電源電圧を検出する電圧検出手段と、電圧検出手段により検出された複数の単相インバータの直流電源電圧を各直流電源電圧の目標値の比率で除算して比較標準値を算出し、算出した複数の比較標準値の比較処理を行う比較部と、比較部による比較結果および予め定められた選択条件に基づいて、複数の単相インバータのうち、電圧を出力すべき１以上の単相インバータの組合せである出力パターンを決定する出力パターン決定部を備え、比較部は、比較処理として複数の比較標準値のうち少なくとも一部の平均値と各比較標準値とを比較する平均値比較部、および比較処理として各比較標準値と他の比較標準値とを比較する標準値比較部の少なくとも一方を含むものである。

本願に開示される電力変換装置によれば、インバータ数が増加しても、コンデンサ電圧を一定に保ち、任意の電圧を出力することが可能となる。

実施の形態１による電力変換装置に係る主回路部の構成図である。 実施の形態１による電力変換装置に係る制御部の構成図である。 実施の形態１による電力変換装置に係る制御部の比較部の構成図である。 実施の形態１による電力変換装置に係る制御部の比較部の変形例の構成図である。 実施の形態１による電力変換装置に係る主回路部の１例の構成図である。 実施の形態１による電力変換装置に係る制御部の比較部の１例の構成図である。 実施の形態１による電力変換装置に係る階調数と出力パターンの関係の１例の説明図である。 実施の形態１による電力変換装置に係る主回路部の変形例の構成図である。 実施の形態１による電力変換装置に係る主回路部の別例の構成図である。 実施の形態２による電力変換装置に係る制御部の構成図である。 実施の形態２による電力変換装置に係る制御部の比較部の構成図である。 実施の形態２による電力変換装置に係る制御部の比較部の１例の構成図である。 実施の形態３による電力変換装置に係る制御部の構成図である。 実施の形態３による電力変換装置に係る制御部の比較部の構成図である。 実施の形態３による電力変換装置に係る制御部の比較部の変形例の構成図である。 実施の形態３による電力変換装置に係る制御部の比較部の１例の構成図である。

実施の形態１．
実施の形態１は、複数の単相インバータは直流電源が外部から供給される１あるいは複数の単相インバータから成る主インバータ群と、その他の複数の単相インバータから成る副インバータ群と、で構成され、主、副インバータ群の各直流電源の電圧比は略一定で、主インバータ群の直流電源電圧の総和は、副インバータ群の直流電源電圧の総和より所定の比率で大きく設定され、電圧検出手段により検出された複数の単相インバータの直流電源電圧を各直流電源電圧の目標値の比率で除算して比較標準値を算出し、算出した複数の比較標準値の比較処理を行う比較部と、各単相インバータの出力の組合せを決定する出力パターン決定部を備え、比較部は複数の比較標準値のうち少なくとも一部の平均値と各比較標準値とを比較する平均値比較部を備え、出力パターン決定部は比較部の出力結果を用いて副インバータ群の各直流電圧を、各単相インバータを介した充放電により略一定になるように各単相インバータの出力の組合せを選択する電力変換装置に関するものである。

以下、実施の形態１に係る電力変換装置の構成および動作について、電力変換装置の主回路部の構成図である図１、制御部の構成図である図２、制御部の比較部の構成図である図３、制御部の比較部の変形例の構成図である図４、主回路部の１例の構成図である図５、制御部の比較部の１例の構成図である図６、階調数と出力パターンの関係の１例の説明図である図７、主回路部の変形例の構成図である図８、および主回路部の別例の構成図である図９に基づいて説明する。

実施の形態１の電力変換装置の全体の構成および動作を図１、図２に基づいて説明する。
電力変換装置は、図１の主回路部１と図２の制御部２０を備える。

まず、図１に基づいて、電力変換装置の主回路部１の構成および動作を説明する。
主回路部１は、第２のインバータ群である副インバータ群２、第１のインバータ群である主インバータ群３、切換スイッチ４、充電用抵抗５、出力フィルタ６、インバータ電圧検出回路７Ｄ、および出力電圧検出回路８を備える。
主回路部１の出力には、負荷１１が接続されている。
なお、副インバータ群２および主インバータ群３の全体をインバータユニットと記載する。

副インバータ群２は、単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、・・・、２Ｉｍ（ｍは２以上の整数）から構成される。副インバータ群２の単相インバータを代表して記載する場合は、単相インバータ２Ｉと記載する。
また、主インバータ群３は、単相インバータ３Ｉｍ＋１、・・・、３Ｉｍ＋ｎ（ｎは１以上の整数）から構成される。主インバータ群３の単相インバータを代表して記載する場合は、単相インバータ３Ｉと記載する。
また、各単相インバータ２Ｉ、３Ｉの出力電圧を検出する電圧検出手段であるインバータ電圧検出回路７Ｄ１、７Ｄ２、・・・、７Ｄｍ、７Ｄｍ＋１について、特にそれぞれ区別する必要がない場合は、インバータ電圧検出回路７Ｄと記載する。

各単相インバータ２Ｉ、３Ｉは複数個のダイオードを逆並列に接続した複数個のＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔоｒ）等の自己消弧型半導体スイッチング素子（ｇ１１、ｇ１２、ｇ２１、ｇ２２）と蓄電素子であるコンデンサによるフルブリッジ回路で構成される。
なお、図１において、簡素化のために、ダイオードおよびコンデンサの符番号を省略している。

各単相インバータ２Ｉ、３Ｉのコンデンサは、各単相インバータ２Ｉ、３Ｉの直流電源である。
副インバータ群２の単相インバータ２Ｉ１～２Ｉｍの直流電源の電圧であるコンデンサ電圧Ｖ１、Ｖ２、・・・、Ｖｍ、および主インバータ群３の単相インバータ３Ｉｍ＋１～３Ｉｍ＋ｎの直流電源の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｍ＋１～Ｖｍ＋ｎは電圧比（Ｖ１：Ｖ２：・・・：Ｖｍ＋ｎ）が略一定で制御される。
なお、主インバータ群３の単相インバータ３Ｉｍ＋１～３Ｉｍ＋ｎの直流電源であるコンデンサの電圧は、単相インバータ３Ｉｍ＋１のコンデンサの電圧のみを検出している。
以降、直流電源であるコンデンサの電圧を適宜、直流電源電圧またはコンデンサ電圧と記載する。

主インバータ群３の直流電源電圧の総和（Ｖｍ＋１＋Ｖｍ＋２＋・・・＋Ｖｍ＋ｎ）は副インバータ群２の直流電源電圧の総和（Ｖ１＋Ｖ２＋・・・＋Ｖｍ）よりも所定の比率で大きく制御される。
実施の形態１の場合はＶ１：Ｖ２：・・・：Ｖｍ＋ｎは１：２：・・・：２＾（ｍ＋ｎ－１）に制御される。制御の詳細については、後述する。
主インバータ群３の各単相インバータ３Ｉｍ＋１・・・、３Ｉｍ＋ｎは外部電源１０Ｓ１、・・・、１０Ｓｎにより電力が供給される。
なお、各外部電源１０Ｓ１、・・・、１０Ｓｎを特に区別する必要がない場合は、外部電源１０Ｓと記載する。

各単相インバータ２Ｉ、３Ｉは、出力として正負およびゼロの電圧を発生することができる。
例えば単相インバータ２Ｉ１において、出力が正の時には、半導体スイッチング素子ｇ１１およびｇ２２がオンし、出力が負の時には半導体スイッチング素子ｇ１２およびｇ２１がオンする。また出力が０の時には半導体スイッチング素子ｇ１１およびｇ２１（あるいはｇ１２およびｇ２２）がオンする。

インバータユニットは、副インバータ群２および主インバータ群３を備え、各単相インバータ２Ｉ１～２Ｉｍ、３Ｉｍ＋１～３Ｉｍ＋ｎの交流側を直列に接続されている。各単相インバータ２Ｉ１～２Ｉｍ、３Ｉｍ＋１～３Ｉｍ＋ｎの発生電圧を組み合わせることで、その総和として所定の電圧を階調制御により出力する。
インバータユニットは、階調制御された所定の電圧を出力フィルタ６を介して負荷１１に電力供給する。
各単相インバータ２Ｉ１～２Ｉｍ、３Ｉｍ＋１～３Ｉｍ＋ｎの出力電圧比Ｖ１：Ｖ２：・・・：Ｖｍ＋ｎが１：２：・・・：２＾（ｍ＋ｎ－１）と制御されている場合は、インバータユニットの出力電圧は０（階調数０）からＶ１×｛２＾（ｍ＋ｎ－１）｝（階調数２＾（ｍ＋ｎ－１）までＶ１（階調数１）の細かさで出力することができる。

インバータユニットの出力端には、充電用抵抗５と切換スイッチ４とが設置されている。
切換スイッチ４は、副インバータ群２の交流出力端を、電力変換装置の起動時に充電用抵抗５に接続して副インバータ群２の各直流電源を初期充電する。切換スイッチ４は、通常出力時には出力フィルタ５側に接続される。
この初期充電は後述する制御により行う。図１では、切換スイッチ４は副インバータ群２の交流出力に接続しているが、主インバータ群３の出力側に接続しても良い。また、切換スイッチ４および充電用抵抗５は出力フィルタ６の出力側に設置しても良い。

また、負荷１１に充電電流を流すことで、副インバータ群２の各直流電源の初期充電を行ってもよい。この場合は、負荷１１に充電電流を流すため、充電用抵抗５と切換スイッチ４は不要となる。
また、初期充電の時だけ副インバータ群２に外部電源を接続することで副インバータ群２の各直流電源の初期充電を行ってもよい。この場合は、副インバータ群２の各単相インバータ２Ｉ１の直流電源を直接充電するため、充電用抵抗５と切換スイッチ４は不要となる。

副インバータ群２の各単相インバータ２Ｉの直流電源電圧であるコンデンサ電圧と主インバータ群３の１つ以上の単相インバータ３Ｉの直流電源電圧であるコンデンサ電圧はインバータ電圧検出回路７Ｄにより検出される。
図１では主インバータ群３の中で最も電圧が小さい単相インバータ３Ｉｍ＋１の直流電源電圧であるコンデンサ電圧だけを検出する例を示している。
以降は主インバータ群３の中で最も電圧が小さい単相インバータ３Ｉｍ＋１の直流電源電圧であるコンデンサ電圧だけを検出する場合について説明する。
主インバータ群３の中で最も電圧が小さい単相インバータ以外の直流電源電圧であるコンデンサ電圧を検出したとしても同様の手法が適用できる。

負荷１１に出力される電圧は出力電圧検出回路８によって検出される。なお、出力電圧検出回路８の設置位置はインバータユニットの出力電圧を検出できる位置であればよく、例えば出力フィルタ６の前段または切換スイッチ４の前段でもよい。

次に制御部２０の構成および動作を図２に基づいて説明する。
制御部２０は階調数決定部２１、比較部２２、出力パターン決定部２３、およびゲート信号生成部２４を備える。

階調数決定部２１は出力電圧検出回路８で検出した出力電圧Ｖｏと出力電圧指令値とに基づいて、出力電圧Ｖｏを出力電圧指令値に制御すべく階調数を決定する。
具体的には、出力電圧検出値Ｖｏと出力電圧指令値の差分を、ＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御器に入力し、ＰＩ制御器の出力結果を階調数として用いる。
ＰＩ制御はＰ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ）制御、ＰＩＤ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ－Ｉｎｔｅｇｒａｌ－Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ）制御など出力電圧検出値Ｖｏを出力電圧指令値に近づけるように動作する制御であればよい。
また、ＰＩ演算結果の階調数に採用される位より小さな値（小数点以下部分）対する丸めこみ処理、あるいはリミッタ処理などを追加してもよい。

次に比較部２２の構成と動作を図３に基づいて説明する。
比較部２２は、除算器２２Ｄ、平均演算器２２Ｈ、平均値比較部である平均値比較器２２ＡＣを備える。図において、ＯＰＤは出力パターン決定部である。
例えば、除算器はそれぞれ入出力が異なるが、機能は同じであるため除算器２２Ｄとしている。また、平均値比較器はそれぞれ入出力が異なるが、機能は同じであるため平均値比較器２２ＡＣとしている。以降の比較部の構成図においても同様に各演算器の符番号は区別していない。

比較部２２にはインバータ電圧検出回路７Ｄで検出した各単相インバータ２Ｉ、３Ｉのコンデンサ電圧Ｖ１～Ｖｍ＋１が入力される。入力されたコンデンサ電圧Ｖ１～Ｖｍ＋１は除算器２２Ｄによって電圧レベルが揃えられた信号Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊に変換、すなわち規格化される。この規格化された信号を比較標準値と記載する。
すなわち、電圧検出手段により検出された複数の単相インバータの直流電源電圧を各直流電源電圧の目標値の比率で除算して比較標準値を算出する。

具体的には、例えばインバータ電圧検出回路７Ｄｍで検出された単相インバータ２Ｉｍのコンデンサ電圧Ｖｍは、除算器２２Ｄにおいてコンデンサ電圧の目標値の比率であるＫｍで除算される。
ここで、Ｋ１～Ｋｍ＋１は、単相インバータ２Ｉ１～２Ｉｍ、３Ｉｍ＋１のコンデンサ電圧の目標値の比率が（Ｖ１：Ｖ２：・・・：Ｖｍ＋１）＝（１：２：・・・：２＾ｍ）であれば、例えばＫ１＝１、Ｋ２＝２、・・・、Ｋｍ＋１＝２＾ｍとすればよい。

規格化後の信号、すなわち比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊から平均演算器２２Ｈで平均値Ｖａｖｅを算出する。平均値Ｖａｖｅは比較標準値（Ｖ２＊～Ｖｍ＋１＊）と平均値比較器２２ＡＣで比較され、ｍ個の平均値比較信号が出力される。

なお、実施の形態１における比較部２２は算出した平均値を用いて比較結果を出力すればよく、例えば図４に示すように平均値の演算法を変更してもよい。
図４は比較部の変形例の構成図であり、図３の比較部２２と区別するために比較部２２Ａとしている。
比較部２２Ａは、除算器２２ＡＤ、平均演算器２２ＡＨ、平均値比較器２２ＡＡＣを備える。図において、ＯＰＤは出力パターン決定部である。

図４において、比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊から平均演算器２２ＡＨで平均値Ｖａｖｅ－１を算出し、比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＊から平均演算器２２ＡＨで平均値Ｖａｖｅ－２を算出する。また、比較標準値Ｖ１＊、Ｖ２＊から平均演算器２２ＡＨで平均値Ｖａｖｅ－ｍを算出する。
平均値Ｖａｖｅ－１は比較標準値Ｖｍ＋１＊と平均値比較器２２ＡＡＣで比較され、平均値Ｖａｖｅ－２は比較標準値Ｖｍ＊と平均値比較器２２ＡＡＣで比較され、平均値Ｖａｖｅ－ｍは比較標準値Ｖ２＊と平均値比較器２２ＡＡＣで比較され、それぞれの平均値比較信号が出力される。
すなわち、Ｌを（１＜Ｌ≦ｍ＋１）の範囲の整数とすると、比較標準値ＶＬ＊と比較する平均値の演算には１～ＶＬまでの比較標準値を用いる。

実施の形態１の比較部の構成を一般化すると、副インバータ群がＹ個の単相インバータで構成されている場合、比較部はＹ個以上の平均値比較部を含む。

出力パターン決定部２３の動作について説明する。
出力パターン決定部２３では階調数決定部２１で決定した階調数と比較部２２から出力される比較結果に基づいて後述する動作で各単相インバータの出力の組合せ（出力パターン）を決定する。
制御部２０は、出力パターン決定部２３が決定した出力パターンおよび階調数に基づいて、各単相インバータ２Ｉ、３Ｉのコンデンサ電圧を略一定に制御する。

ゲート信号生成部２４は出力パターン決定部２３の出力結果に基づいて各単相インバータ２Ｉ、３Ｉを動作させるゲート信号を生成する。
具体的には、出力パターンから各単相インバータ２Ｉ、３Ｉの半導体スイッチング素子ｇ１１～ｇ２２を駆動するゲート駆動信号を生成する。

次に、出力パターン決定部２３の動作の具体例を、図５～図７に基づいて説明する。
出力パターン決定部２３は、階調数決定部２１から得られる階調数を実現する複数の出力パターンから比較部２２の出力結果を用いて出力パターンを決定するが、その際、下記のルールに従い出力パターンを決定する。
（Ａ）コンデンサ電圧が大きい単相インバータから出力を決める。
（Ｂ）ある単相インバータでは、コンデンサ電圧が平均値より大きい場合は＋、０、－の順の優先度で出力を選択する。コンデンサ電圧が平均値より小さい場合は－、０、＋の順の優先度で出力を選択する。

出力パターン決定部２３の動作を主回路部１の１例の構成図である図５に基づいて説明する。
図５は副インバータ群２が３つの単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、２Ｉ３、主インバータ群３が１つの単相インバータ３Ｉ４で構成された例である。
図１の主回路部１と区別するために、主回路部１Ａとしている。また、副インバータ群２Ａ、主インバータ群３Ａとしている。
単相インバータ２Ｉ１の出力電圧をインバータ電圧検出回路７Ｄ１で検出し、単相インバータ２Ｉ２の出力電圧をインバータ電圧検出回路７Ｄ２で検出し、単相インバータ２Ｉ３の出力電圧をインバータ電圧検出回路７Ｄ３で検出している。また、単相インバータ３Ｉ４の出力電圧をインバータ電圧検出回路７Ｄ４で検出している。
簡略化のため切換スイッチ４、充電用抵抗５は省略している。

各単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、２Ｉ３、３Ｉ４のコンデンサ電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は１：２：４：８で略一定になるように制御する。また、コンデンサ電圧が小さい単相インバータから順に第１単相インバータ、第２単相インバータ、第３単相インバータ、第４単相インバータと記載する。
本例では、単相インバータ２Ｉ１が第１単相インバータに相当し、単相インバータ２Ｉ２が第２単相インバータに相当し、単相インバータ２Ｉ３が第３単相インバータに相当し、単相インバータ３Ｉ４が第４単相インバータに相当する。

図５の主回路部１Ａに対応する比較部の１例を図６に示す。
ここで、図６では、図３の比較部２２、図４の比較部２２Ａと区別するために比較部２２Ｂとしている。
比較部２２Ｂは、除算器２２ＢＤ、平均演算器２２ＢＨ、平均値比較器２２ＢＡＣを備える。図において、ＯＰＤは出力パターン決定部である。

各単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、２Ｉ３、３Ｉ４のコンデンサ電圧がＶ１＝０．９Ｖ、Ｖ２＝１．９Ｖ、Ｖ３＝４．１Ｖ、Ｖ４＝８．１Ｖ、階調数決定部２１の出力が３であった場合を想定する。
比較部２２Ｂにおいて、除算器２２ＢＤで、Ｖ１＊＝０．９Ｖ、Ｖ２＊＝０．９５Ｖ、Ｖ３＊＝１．０２５Ｖ、Ｖ４＊＝１．０１２５Ｖが算出される。
平均演算器２２ＢＨで、平均値Ｖａｖｅ≒０．９７２が算出される。
平均値比較器２２ＢＡＣから比較結果Ｖ４＊＞Ｖａｖｅ、Ｖ３＊＞Ｖａｖｅ、Ｖ２＊＜Ｖａｖｅが出力される。

階調数３の時の出力パターンは図７に示す通り、パターンＡ～Ｅの５通り存在する。
パターンＡは第１単相インバータと第２単相インバータで＋を出力（３＝１＋２）している。
パターンＢは第３単相インバータで＋、第１単相インバータで－を出力（３＝４－１）している。パターンＣは第１、第３単相インバータで＋、第２単相インバータで－を出力（３＝４－２＋１）している。
パターンＤは第４単相インバータで＋、第１、第３単相インバータで－を出力（３＝８－４－１）している。
パターンＥは第１、第４単相インバータで＋、第２、第３単相インバータでーを出力（３＝８－４－２＋１）している。

出力パターン決定部２３の動作の具体例を説明する。この例では、以下のルールに従い出力パターンを決定する。
（Ａ）コンデンサ電圧Ｖ１～Ｖ４が大きい単相インバータから出力を決める。
（Ｂ）各単相インバータでは、比較標準値が平均値より大きい場合は、＋、０、－の順の優先度で出力を選択する。比較標準値が平均値より小さい場合は、－、０、＋の順の優先度で出力を選択する。

具体的には、コンデンサ電圧の大きい第４単相インバータの出力から順に決定していく。
第４単相インバータの比較標準値は平均値より大きい（Ｖ４＊＞Ｖａｖｅ）ため、第４単相インバータの出力は＋、０、－の順の優先度で選択される。階調数３の５つのパターンの内、第４単相インバータが＋出力であるパターンＤ、Ｅが選択される。
次にコンデンサ電圧が大きい第３単相インバータを検討する。第３単相インバータの比較標準値は平均値より大きい（Ｖ３＊＞Ｖａｖｅ）ため、第３単相インバータの出力は＋、０、－の順の優先度で選択される。パターンＤ、Ｅの第３単相インバータの出力はともに－であるため、パターンＤ、Ｅの一方のみを選択することはできないため、パターンＤ、Ｅの両方が選択される。
次にコンデンサ電圧が大きい第２単相インバータを検討する。第２単相インバータの比較標準値は平均値より小さい（Ｖ２＊＜Ｖａｖｅ）ため、第２単相インバータの出力は－、０、＋の順の優先度で選択される。
パターンＤは０出力、パターンＥは－出力であるため、第２単相インバータが－出力であるパターンＥが選択される。以上の動作により上記条件ではパターンＥが選択され、ゲート信号生成部２４に出力される。

以上の実施の形態１の説明では、出力パターン決定部２３にてコンデンサ電圧が大きい単相インバータから出力を決定していく方法を示したが、出力を決める単相インバータの順は自由に変更しても問題ない。
例えば、コンデンサ電圧が小さい単相インバータから出力を決定してもよい。ただし、コンデンサ電圧の大きな単相インバータのコンデンサ電圧が変動した方が、出力電圧の変動として大きく表れるため、コンデンサ電圧の大きな単相インバータの出力から決めていくことが望ましい。

以上の実施の形態１の説明では、主回路部１の出力電圧Ｖｏを検出し、出力電圧Ｖｏを電圧指令値に近づける構成について説明した。
主回路部１の出力電流Ｉｏを検出し、出力電流Ｉｏを電流指令値に近づける構成としてもよい。この出力電流Ｉｏを電流指令値に近づけるように制御する場合の主回路部の構成図を図８に示す。図８では、図１の主回路部１と区別するために、主回路部１Ｂとしている。
図１の出力電圧検出回路８を出力電流検出回路１２に変更し、また制御部２０において、階調数決定部２１に入力する信号を出力電流検出値と出力電流指令値に変更すればよい。

次に、主インバータ群３の複数の単相インバータのコンデンサ電圧を検出するインバータ電圧検出回路を設ける例を図９に基づいて説明する。
図５の主回路部１Ａと区別するために、主回路部１Ｃとしている。また、副インバータ群２Ｃ、主インバータ群３Ｃとしている。
図９は副インバータ群２が２つの単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、主インバータ群３が２つの単相インバータ３Ｉ３、３Ｉ４で構成された例である。
単相インバータ３Ｉ３に外部電源１０Ｓ１が接続され、単相インバータ３Ｉ４に外部電源１０Ｓ２が接続されている。
簡単化のため切換スイッチ４、充電用抵抗５は省略している。

各単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、３Ｉ３、３Ｉ４のコンデンサ電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は１：２：４：８で略一定になるように制御する。また、コンデンサ電圧が小さい単相インバータから順に第１単相インバータ、第２単相インバータ、第３単相インバータ、第４単相インバータと記載する。
本例では、単相インバータ２Ｉ１が第１単相インバータに相当し、単相インバータ２Ｉ２が第２単相インバータに相当し、単相インバータ３Ｉ３が第３単相インバータに相当し、単相インバータ３Ｉ４が第４単相インバータに相当する。

図９の構成の主回路部１Ｃに対して、先に図５から図７で説明した制御方法（選択手順）を適用できる。
具体的には、副インバータ群２は単相インバータ３台、主インバータ群３は単相インバータが１台のときと同様に、第３単相インバータは外部電源が接続していないとみなして、出力パターンの選択手順を用いて各単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、３Ｉ３、３Ｉ４を制御することができる。この場合は、外部電源１０Ｓの電源容量を低減できる。

また、第４単相インバータ３Ｉ４はコンデンサ電圧一定制御に用いず、階調数が８以上の場合は＋出力、７以下の場合は０出力と動作させ、第１から第３単相インバータの合計３台で、先に説明した制御方法（選択手順）でコンデンサ電圧一定制御を行ってもよい。
この場合は第４単相インバータ３Ｉ４のインバータ電圧検出回路７Ｄ４と制御部２０の単相インバータ１段分が省略できる。

以上の実施の形態１の説明では、副インバータ群２には外部電源１０Ｓを接続しない構成について説明した。しかし、副インバータ群２のコンデンサ電圧の安定化を図るため副インバータ群２にも外部電源１０Ｓを接続する構成としてもよい。
この場合においても、本実施の形態を適用することで、従来の階調制御を適用した電力変換装置に比較して、外部電源１０Ｓに必要な電源容量を低減し、装置を小型で安価とすることができる。

実施の形態１の電力変換装置では、各単相インバータのコンデンサ電圧と各単相インバータのコンデンサ電圧の目標値との比率（比較標準値）を算出し、算出した比較標準値の平均値と比較標準値との比較結果を用いて出力パターンを選択する。これにより、副インバータ群２の各単相インバータの充放電電流は調整され、各単相インバータ（２Ｉ１～２Ｉｍ、３Ｉｍ＋１～３Ｉｍ＋ｎ）の電圧比を略一定に保ちつつ、所望の出力電圧を出力することが可能となる。このため、副インバータ群２への電力供給のための電源を不要にできるため、装置が小型で安価となる。

また、実施の形態１の出力パターン決定部ではコンデンサ電圧の大きなインバータから順に出力符号を選択することで、コンデンサ電圧の大きな単相インバータのコンデンサ電圧変動を抑制し、出力電圧に大きな変動が発生することを抑制できる。

また、出力パターン決定部２３では、（Ａ）コンデンサ電圧が大きい単相インバータから出力を決める、（Ｂ）ある単相インバータでは、比較標準値が平均値より大きい場合は、＋、０、－の順の優先度で出力を選択し、比較標準値が平均値より小さい場合は、－、０、＋の順の優先度で出力を選択する、という単純なルールで出力パターンを決定できる。このルールは単相インバータ数が増加した時でも適用できるため、単相インバータ数が増加した時でも任意の出力電圧を出力しつつ、各コンデンサ電圧を略一定に制御することができる。

実施の形態１では、電力変換装置の全体の構成、動作の説明を分かり易くするために、副インバータ群２、主インバータ群３と分けて説明した。しかし、全体を１つの単相インバータ群として扱い、単相インバータの少なくとも１つは外部電源と接続され、各単相インバータの直流電源電圧の電圧比は一定となるように制御すればよい。

以上説明したように、実施の形態１の電力変換装置は、複数の単相インバータは直流電源が外部から供給される１あるいは複数の単相インバータから成る主インバータ群と、その他の複数の単相インバータから成る副インバータ群と、で構成され、主、副インバータ群の各直流電源の電圧比は略一定で、主インバータ群の直流電源電圧の総和は、副インバータ群の直流電源電圧の総和より所定の比率で大きく設定され、電圧検出手段により検出された複数の単相インバータの直流電源電圧を各直流電源電圧の目標値の比率で除算して比較標準値を算出し、算出した複数の比較標準値の比較処理を行う比較部と、各単相インバータの出力の組合せを決定する出力パターン決定部を備え、比較部は複数の比較標準値のうち少なくとも一部の平均値と各比較標準値とを比較する平均値比較部を備え、出力パターン決定部は比較部の出力結果を用いて副インバータ群の各直流電圧を、各単相インバータを介した充放電により略一定になるように各単相インバータの出力の組合せを選択するものである。
したがって、実施の形態１の電力変換装置は、インバータ数が増加しても、コンデンサ電圧を一定に保ち、任意の電圧を出力することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２の電力変換装置は、比較部として比較標準値と他の比較標準値とを比較する標準値比較部を備えるものである。

実施の形態２の電力変換装置について、制御部の構成図である図１０、制御部の比較部の構成図である図１１、および、制御部の比較部の１例の構成図である図１２に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。なお、適宜実施の形態１の図面を参照する。
実施の形態２の構成図において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。

制御部３０の構成を図１０に基づいて説明する。
制御部３０は階調数決定部２１、比較部３２、出力パターン決定部３３、およびゲート信号生成部２４を備える。実施の形態１の制御部２０との違いは、比較部３２および出力パターン決定部３３である。

比較部３２の構成と動作を図１１に基づいて説明する。
比較部３２は、除算器３２Ｄ、標準値比較部である標準値比較器３２ＳＣを備える。図において、ＯＰＤは出力パターン決定部である。

比較部３２ではインバータ電圧検出回路７Ｄで検出した各単相インバータ２Ｉ、３Ｉのコンデンサ電圧Ｖ１～Ｖｍ＋１が入力される。入力されたコンデンサ電圧Ｖ１～Ｖｍ＋１は除算器３２Ｄによって電圧レベルが揃えられた比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊に規格化される。

比較部３２では規格化後の比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊を標準値比較器３２ＳＣでそれぞれ比較することで、比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊の大小関係を明らかにし、その結果を出力パターン決定部３３に出力する。
実施の形態２における比較部３２は、和演算をしない、すなわち平均演算をしない点で実施の形態１と異なる。インバータ電圧検出回路７Ｄでｍ＋１個の電圧を検出した場合、全比較標準値の大小関係は（ｍ＋１）×ｍ／２個以上の標準値比較器があれば算出できる。

実施の形態２の比較部の構成を一般化すると、副インバータ群がＹ個の単相インバータで構成されている場合、比較部は（Ｙ＋１）×Ｙ／２個以上の標準値比較部で構成される。

出力パターン決定部３３の動作について説明する。
出力パターン決定部３３では階調数決定部２１で決定した階調数と比較部３２から出力される比較結果に基づいて、各単相インバータの出力の組合せ（出力パターン）を決定する。
制御部３０は、出力パターン決定部３３が決定した出力パターンおよび階調数に基づいて、各単相インバータ２Ｉ、３Ｉのコンデンサ電圧を略一定に制御する。

ゲート信号生成部２４は出力パターン決定部３３の出力結果に基づいて各単相インバータ２Ｉ、３Ｉを動作させるゲート信号を生成する。

出力パターン決定部３３は、階調数決定部２１から得られる階調数を実現する複数の出力パターンから比較部３２の出力結果を用いて出力パターンを決定するが、その際、下記のルールに従い出力パターンを決定する。
（Ａ）比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊の大きい単相インバータから出力を決める。
（Ｂ）各単相インバータの出力は、＋、０、－の順の優先度で選択する。

出力パターン決定部３３の動作を、実施の形態１の図５に示した例を用いて説明する。
図５は副インバータ群２が３つの単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、２Ｉ３、主インバータ群３が１つの単相インバータ３Ｉ４で構成された例である。
各単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、２Ｉ３、３Ｉ４のコンデンサ電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は１：２：４：８で略一定になるように制御する。

図５の主回路部１Ａに対応する実施の形態２の比較部３２の１例を図１２に示す。
ここで、図１２では、図１１の比較部３２と区別するために比較部３２Ａとしている。
比較部３２Ａは、除算器３２ＡＤ、標準値比較器３２ＡＳＣを備える。図において、ＯＰＤは出力パターン決定部である。

各単相インバータのコンデンサ電圧がＶ１＝０．９Ｖ、Ｖ２＝１．９Ｖ、Ｖ３＝４．１Ｖ、Ｖ４＝８．１Ｖ、階調数決定部２１の出力が３であった場合を想定する。
比較部３２Ａにおいて、除算器３２ＡＤで、Ｖ１＊＝０．９Ｖ、Ｖ２＊＝０．９５Ｖ、Ｖ３＊＝１．０２５Ｖ、Ｖ４＊＝１．０１２５Ｖが算出される。
標準値比較器３２ＡＳＣから比較結果Ｖ３＊＞Ｖ４＊＞Ｖ２＊＞Ｖ１＊が出力される。

出力パターン決定部３３の具体的な動作を説明する。
階調数３の時の出力パターンは図７に示した通り、パターンＡ～Ｅの５パターン存在する。
出力パターン決定部３３では比較標準値が最も大きい第３単相インバータの出力から順に決定していく。出力は＋、０、－の順の優先度で選択されるため、第３単相インバータが＋出力であるパターンＢ、Ｃが選択される。
次に比較標準値の大きい第４単相インバータの出力が選択される。出力は＋、０、－の順の優先度で選択されるが、パターンＢ、Ｃの第４単相インバータの出力はともに０であるため、第４単相インバータでは選択することができない。
次に比較標準値が大きい第２単相インバータを検討する。パターンＢ、Ｃの第２単相インバータの出力はパターンＢが０、パターンＣが－であるため、０出力のパターンＢが選択される。
以上の動作により上記条件ではパターンＥが選択され、ゲート信号生成部２４に出力される。

なお、ここでは出力パターン決定部３３において比較標準値の大きい単相インバータから出力を選択していく例を示したが、比較標準値の大小関係を使って出力パターンを決定すれば、出力の決定順序を変更しても問題ない。
例えば、比較標準値の小さい単相インバータから出力を選択してもよい。この場合、単相インバータの出力は－、０、＋の順の優先度で選択する。

この実施の形態２によれば、各単相インバータのコンデンサ電圧と各単相インバータのコンデンサ電圧の目標値の比率から比較標準値を算出し、算出した比較標準値の比較結果を用いて出力パターンを選択する。これにより、副インバータ群２の各単相インバータの充放電電流は調整され、各単相インバータ２Ｉ、３Ｉの電圧比を略一定に保ちつつ、所望の出力電圧を出力することができる。このため、副インバータ群２への電力供給のための電源を不要にできるため、装置が小型で安価となる。

また、実施の形態２の出力パターン決定部では上記比較標準値の大きな単相インバータから順に出力符号を選択していくため、単相インバータのコンデンサ電圧が大きく上昇することを防ぐことができ、電圧上昇によるコンデンサへの悪影響を防ぐことができる。

また、出力パターン決定部３３では（Ａ）比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊の大きい単相インバータから出力を決める、（Ｂ）各単相インバータの出力は、＋、０、－の順の優先度で選択する、という単純なル－ルで出力パターンを決定できる。このルールは、単相インバータ数が増加した時でも適用できるため、単相インバータ数が増加した時でも任意の出力電圧を出力しつつ、各コンデンサ電圧を略一定に制御することができる。

以上説明したように、実施の形態２の電力変換装置は、比較部として比較標準値と他の比較標準値とを比較する標準値比較部を備えるものである。
したがって、実施の形態２の電力変換装置は、インバータ数が増加しても、コンデンサ電圧を一定に保ち、任意の電圧を出力することが可能となる。

実施の形態３．
実施の形態３の電力変換装置は、比較部として複数の比較標準値のうち少なくとも一部の平均値と各比較標準値とを比較する平均値比較部、および各比較標準値と他の比較標準値とを比較する標準値比較部の両方を備えたものである。

実施の形態３の電力変換装置について、制御部の構成図である図１３、制御部の比較部の構成図である図１４、制御部の比較部の変形例の構成図である図１５、および制御部の比較部の１例の構成図である図１６に基づいて、実施の形態１との差異を中心に説明する。なお、適宜実施の形態１の図面を参照する。
実施の形態３の構成図において、実施の形態１と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。

制御部４０の構成を図１３に基づいて説明する。
制御部４０は階調数決定部２１、比較部４２、出力パターン決定部４３、およびゲート信号生成部２４を備える。実施の形態１の制御部２０との違いは、比較部４２および出力パターン決定部４３である。

比較部４２の構成と動作を図１４に基づいて説明する。
比較部４２は、除算器４２Ｄ、平均演算器４２Ｈ、平均値比較部である平均値比較器４２ＡＣ、標準値比較部である標準値比較器４２ＳＣを備える。図において、ＯＰＤは出力パターン決定部である。

比較部４２ではインバータ電圧検出回路７Ｄで検出した各単相インバータ２Ｉ、３Ｉのコンデンサ電圧Ｖ１～Ｖｍ＋１が入力される。入力されたコンデンサ電圧Ｖ１～Ｖｍ＋１は除算器４２Ｄによって電圧レベルが揃えられた比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊に規格化される。

比較部４２では規格化後の比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊から平均演算器４２Ｈで平均値Ｖａｖｅを算出する。平均値Ｖａｖｅと比較標準値Ｖ４＊～Ｖｍ＋１＊とを平均値比較器４２ＡＣで比較する。また、比較標準値Ｖ３＊～Ｖ１＊は、それぞれ標準値比較器４２ＳＣで比較され大小関係が明らかにされる。そして、平均値Ｖａｖｅと比較標準値Ｖ４＊～Ｖｍ＋１＊との差異、および比較標準値Ｖ１＊～Ｖ＊３の大小関係が比較部４２の出力となる。
実施の形態３における比較部４２は、平均値を用いた比較と平均値を使用しない比較の両方を用いる点で実施の形態１、２と異なる。

なお、比較部４２は平均値を用いた比較と平均値を使用しない比較の両方を用いればよく、例えば図４で示したように平均値の演算方法を変更してもよい。また、平均値を用いた比較と平均値を使用しない比較の割合を変更してもよい。

例えば、比較標準値Ｖ３＊～Ｖｍ＋１＊までを平均値と比較し、比較標準値Ｖ２＊とＶ１＊だけを大小比較した場合の例を図１５で説明する。
比較部４２Ａは、除算器４２ＡＤ、平均演算器４２ＡＨ、平均値比較器４２ＡＡＣ、標準値比較器４２ＡＳＣを備える。図において、ＯＰＤは出力パターン決定部である。

平均演算器４２ＡＨで算出された平均値Ｖａｖｅと比較標準値Ｖ３＊～Ｖｍ＋１＊とを平均値比較器４２ＡＡＣで比較する。また、比較標準値Ｖ１＊～Ｖ２＊が標準値比較器４２ＡＳＣで比較され、その大小関係が明らかにされる。そして、平均値Ｖａｖｅと比較標準値Ｖ３＊～Ｖｍ＋１＊との差異、および比較標準値Ｖ１＊～Ｖ＊２の大小関係が比較部４２Ａの出力となる。

実施の形態３の比較部の構成を一般化すると、副インバータ群がＹ個の単相インバータで構成されている場合、Ｘは（０＜Ｘ＜Ｙ）の条件で、比較部は（Ｘ＋１）×Ｘ／２個以上の平均値比較部とＹ－Ｘ個以上の標準値比較部を含む。

出力パターン決定部４３の動作について説明する。
実施の形態３における出力パターン決定部４３は階調数決定部２１から得られる階調数を実現する出力パターンの中から比較部４２の出力結果を用いて使用する出力パターンを決定する。実施の形態３における出力パターン決定部４３は下記のルールに従い出力パターンを決定する。
（Ａ）平均値を用いた比較結果、平均値を使用しない比較結果の順で出力を選択する。
（Ｂ）平均値を用いた比較結果を使用時は以下のルールに従う（実施の形態１と同じ）。
（ｂ１）コンデンサ電圧が大きい単相インバータから出力を決める。
（ｂ２）ある単相インバータでは、比較標準値が平均値より大きい場合は、＋、０、－の順の優先度で出力を選択し、比較標準値が平均値より小さい場合は、－、０、＋の順の優先度で出力を選択する。

（Ｃ）平均値を使用しない比較結果は以下のルールに従う（実施の形態２と同じ）。
（ｃ１）比較標準値Ｖ１＊～Ｖｍ＋１＊の大きい単相インバータから出力を決める。
（ｃ２）各単相インバータの出力は、＋、０、－の順の優先度で選択する。

出力パターン決定部４３の動作を実施の形態１の図５に示した例を用いて説明する。
図５は副インバータ群２が３つの単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、２Ｉ３、主インバータ群３が１つの単相インバータ３Ｉ４で構成された例である。
各単相インバータ２Ｉ１、２Ｉ２、２Ｉ３、３Ｉ４のコンデンサ電圧Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４は１：２：４：８で略一定になるように制御する。

図５の主回路部１Ａに対応する実施の形態３の比較部４２の１例を図１６に示す。
ここで、図１６では、図１４の比較部４２と区別するために比較部４２Ｂとしている。
比較部４２Ｂは、除算器４２ＢＤ、平均演算器４２ＢＨ、平均値比較器４２ＢＡＣ、標準値比較器４２ＢＳＣを備える。図において、ＯＰＤは出力パターン決定部である。

各単相インバータのコンデンサ電圧がＶ１＝０．９Ｖ、Ｖ２＝１．９Ｖ、Ｖ３＝４．１Ｖ、Ｖ４＝８．１Ｖ、階調数決定部２１の出力が３であった場合を想定する。
比較部４２Ｂにおいて、除算器４２ＢＤでＶ１＊＝０．９Ｖ、Ｖ２＊＝０．９５Ｖ、Ｖ３＊＝１．０２５Ｖ、Ｖ４＊＝１．０１２５Ｖが算出される。平均演算器４２ＢＨでＶａｖｅ≒０．９７２が算出される。また、平均値比較器４２ＢＡＣからＶ４＊＞Ｖａｖｅが、標準値比較器４２ＢＳＣからＶ３＊＞Ｖ２＊＞Ｖ１＊が出力される。

出力パターン決定部４３の具体的動作を説明する。
階調数３の時の出力パターンは図７に示した通り、パターンＡ～Ｅの５パターン存在する。
出力パターン決定部４３では、始めに平均値を用いた比較結果に基づいて出力パターンを選択していく。
今回の例では平均値を用いた比較を行っているのは第４単相インバータだけであり、また、第４単相インバータの比較標準値は平均値より大きい（Ｖ４＊＞Ｖａｖｅ）ため、＋、０、－の順の優先度で出力を選択する。
この結果、パターンＡ～Ｅの５パターンの内、第４単相インバータの出力が＋であるパターンＤ、Ｅが選択される。

平均値を用いた比較を行っている単相インバータは第４単相インバータのみであるため、次に平均値を使用しない比較結果を基に出力パターンを決定していく。
Ｖ３＊＞Ｖ２＊＞Ｖ１＊であるため、最も比較標準値が大きい第３単相インバータの出力から順に決定していく。
出力は＋、０、－の順の優先度で選択されるが、パターンＤ、Ｅは第３単相インバータが共に－出力であるため選択することができない。
次に比較標準値が大きい第２単相インバータを検討する。
パターンＤ、Ｅの第２単相インバータの出力はパターンＤが０、パターンＥが－であるため、０出力のパターンＤが選択される。
以上の動作により上記条件ではパターンＤが選択され、ゲート信号生成部２４に出力される。

なお、ここでは平均値を用いた比較結果、平均値を使用しない比較結果の順で出力を決定する例を示したが、平均値を使用しない比較結果、平均値を用いた比較結果の順で出力を選択してもよい。
また、コンデンサ電圧の大きな単相インバータに平均値を使用しない比較を用いて、コンデンサ電圧の小さな単相インバータに平均値を用いた比較を用いてもよい。
ただし、コンデンサ電圧が小さい単相インバータの方が充電電流により電圧上昇が発生し易いため、コンデンサ電圧が小さい単相インバータには電圧上昇抑制が可能な平均値を使用しない比較結果を用いる方が望ましい。

この実施の形態３によれば、各単相インバータのコンデンサ電圧と各単相インバータのコンデンサ電圧の目標値の比率から比較標準値を算出し、算出した比較標準値の平均値を用いた比較と算出した比較標準値間の比較結果を用いて出力パターンを選択する。
これにより、副インバータ群２の各単相インバータの充放電電流は調整され、各単相インバータ２Ｉ、３Ｉの電圧比を略一定に保ちつつ、所望の出力電圧を出力することができる。これにより、副インバータ群２への電力供給のための電源を不要にできるため、装置が小型で安価となる。

また、実施の形態３の出力パターン決定部では平均値を用いた比較を行う単相インバータの出力が目標値から変動しないようにしつつ、単相インバータのコンデンサ電圧が大きく上昇することを防ぐことができる。このため、単相インバータのコンデンサ電圧の大きな変動を防止しつつ、電圧上昇によるコンデンサへの悪影響を防止することができる。

また、出力パターン決定部４３は単純なルールで出力パターンを決定できる。このルールは、単相インバータ数が増加した時でも適用できるため、単相インバータ数が増加した時でも任意の出力電圧を出力しつつ、各コンデンサ電圧を略一定に制御することができる。

以上説明したように、実施の形態３の電力変換装置は、比較部として複数の比較標準値のうち少なくとも一部の平均値と各比較標準値とを比較する平均値比較部、および各比較標準値と他の比較標準値とを比較する標準値比較部の両方を備えたものである。
したがって、実施の形態３の電力変換装置は、インバータ数が増加しても、コンデンサ電圧を一定に保ち、任意の電圧を出力することが可能となる。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるものではなく、単独で、または様々な組合せで実施の形態に適用可能である。
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合せる場合が含まれるものとする。

本願は、インバータ数が増加しても、コンデンサ電圧を一定に保ち、任意の電圧を出力することが可能となるため、電力変換装置に広く適用できる。

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 主回路部、２，２Ａ，２Ｃ 副インバータ群、２Ｉ１，２Ｉ２，２Ｉ３，２Ｉｍ，３Ｉ３，３Ｉ４，３Ｉｍ＋１，３Ｉｍ＋ｎ 単相インバータ、３，３Ａ，３Ｃ 主インバータ群、４ 切換スイッチ、５ 充電用抵抗、６ 出力フィルタ、７Ｄ１，７Ｄ２，７Ｄ３，７Ｄ４，７Ｄｍ，７Ｄｍ＋１ インバータ電圧検出回路、８ 出力電圧検出回路、１０Ｓ１，１０Ｓ２，１０Ｓｎ 外部電源、１１ 負荷、１２ 出力電流検出回路、２０ 制御部、２１ 階調数決定部、２２，２２Ａ，２２Ｂ，３２，３２Ａ，４２，４２Ａ，４２Ｂ 比較部、２３，３３，４３ 出力パターン決定部、２４ ゲート信号生成部、２２Ｄ，２２ＡＤ，２２ＢＤ，３２Ｄ，３２ＡＤ，４２Ｄ，４２ＡＤ，４２ＢＤ 除算器、２２Ｈ，２２ＡＨ，２２ＢＨ，４２Ｈ，４２ＡＨ，４２ＢＨ 平均演算器、２２ＡＣ，２２ＡＡＣ，２２ＢＡＣ，４２ＡＣ，４２ＡＡＣ，４２ＢＡＣ 平均値比較器、３２ＳＣ，３２ＡＳＣ，４２ＳＣ，４２ＡＳＣ，４２ＢＳＣ 標準値比較器、ｇ１１，ｇ１２，ｇ２１，ｇ２２ 半導体スイッチング素子。

Claims (8)

1. 直流電源の直流電力を交流電力に変換する単相インバータの交流側を複数直列接続し、複数の前記単相インバータの中から選択された１以上の前記単相インバータの発生電圧の総和により全体出力電圧を制御して負荷に電力供給する電力変換装置において、
   前記複数の単相インバータの各々は直流電源電圧を発生する蓄電素子を含み、前記複数の単相インバータの少なくとも１つは外部電源と接続され、各前記単相インバータの前記直流電源電圧の目標値の比率は一定であり、
   前記複数の単相インバータの前記直流電源電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出された前記複数の単相インバータの前記直流電源電圧を各前記直流電源電圧の前記目標値の比率で除算して比較標準値を算出し、算出した複数の前記比較標準値の比較処理を行う比較部と、
   前記比較部による比較結果および予め定められた選択条件に基づいて、前記複数の単相インバータのうち、電圧を出力すべき１以上の前記単相インバータの組合せである出力パターンを決定する出力パターン決定部を備え、
   前記比較部は、前記比較処理として複数の前記比較標準値のうち少なくとも一部の平均値と各前記比較標準値とを比較する平均値比較部、および前記比較処理として各前記比較標準値と他の前記比較標準値とを比較する標準値比較部の少なくとも一方を含む電力変換装置。
2. 前記複数の単相インバータは、前記直流電源が外部から供給される１あるいは複数の前記単相インバータから成る第１のインバータ群と、前記第１のインバータ群以外の複数の前記単相インバータから成る第２のインバータ群とで構成され、
   前記第２のインバータ群がＹ個の前記単相インバータで構成されている場合、前記比較部はＹ個以上の前記平均値比較部を含む請求項１に記載の電力変換装置。
3. 各前記単相インバータは、前記直流電源電圧により＋、０、－の電圧を出力可能に構成され、
   前記選択条件は、「前記直流電源電圧が大きい前記単相インバータから出力を決める」、「前記比較標準値が平均値より大きい場合は＋、０、－の順の優先度で出力を選択し、前記比較標準値が平均値より小さい場合は－、０、＋の順の優先度で出力を選択する」を含む、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記複数の単相インバータは、前記直流電源が外部から供給される１あるいは複数の前記単相インバータから成る第１のインバータ群と、前記第１のインバータ群以外の複数の前記単相インバータから成る第２のインバータ群とで構成され、
   前記第２のインバータ群がＹ個の前記単相インバータで構成されている場合、前記比較部は（Ｙ＋１）×Ｙ／２個以上の前記標準値比較部で構成される請求項１に記載の電力変換装置。
5. 各前記単相インバータは、前記直流電源電圧により＋、０、－の電圧を出力可能に構成され、
   前記選択条件は、「前記比較標準値が大きい前記単相インバータから出力を決める」、「各前記単相インバータの出力は、＋、０、－の順の優先度で選択する」を含む、請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記複数の単相インバータは、前記直流電源が外部から供給される１あるいは複数の前記単相インバータから成る第１のインバータ群と、前記第１のインバータ群以外の複数の前記単相インバータから成る第２のインバータ群とで構成され、
   前記第２のインバータ群はＹ個の前記単相インバータで構成されている場合、Ｘは（０＜Ｘ＜Ｙ）の条件で、前記比較部は（Ｘ＋１）×Ｘ／２個以上の前記標準値比較部とＹ－Ｘ個以上の前記平均値比較部を含む請求項１に記載の電力変換装置。
7. 各前記単相インバータは、前記直流電源電圧により＋、０、－の電圧を出力可能に構成され、
   前記選択条件は、前記平均値比較部を用いる場合、「前記直流電源電圧が大きい前記単相インバータから出力を決める」、「前記比較標準値が前記平均値より大きい場合は＋、０、－の順の優先度で出力を選択し、前記比較標準値が平均値より小さい場合は－、０、＋の順の優先度で出力を選択する」を含み、
   前記標準値比較部を用いる場合、「前記比較標準値が大きい前記単相インバータから出力を決める」、「各前記単相インバータの出力は、＋、０、－の順の優先度で選択する」を含む、請求項６に記載の電力変換装置。
8. 前記第２のインバータ群の少なくとも１つの前記直流電源が外部から供給される、請求項２から請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。

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