JP7843952B1 - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

電力変換装置（１００）は、交流系統（２）の相ごとに複数のアーム（１３ｐｕ，１３ｎｕ）を含む電力変換器（６）と、制御装置（５）とを備える。複数のアーム（１３ｐｕ，１３ｎｕ）の各々は、互いにカスケード接続された複数の変換器セル（１）を有する。複数の変換器セル（１）の各々は、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に接続されるエネルギー蓄積要素とを有する。制御装置（５）は、交流系統（２）の電気量に基づいて、交流系統（２）の不平衡事故を検出し、不平衡事故を検出した場合、エネルギー蓄積要素の電圧に関する制御の応答性を高める処理を実行する。

Description

本開示は、電力変換装置に関する。

近年、電力系統などの高圧系統に適用される高電圧、大容量の電力変換装置として、モジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）が知られている。ＭＭＣは、セルと呼ばれる複数の単位変換器がカスケード接続されたアームで構成されている。セルは、複数の半導体スイッチとコンデンサとを備えており、半導体スイッチをオンオフさせることにより、コンデンサの両端電圧またはゼロ電圧を出力する。

国際公開第２０２２／０８５１０１号（特許文献１）には、ＭＭＣとしての電力変換器を含む無効電力補償装置が開示されている。この装置は、電力系統の不平衡事故の発生時に無効電力を出力することにより系統電圧の健全相の電圧振幅が上昇した場合に、出力する無効電力を制限する。

国際公開第２０２２／０８５１０１号

特許文献１に係る無効電力補償装置は、上記構成により、制御余裕を確保し、過電圧、過電流による無効電力補償装置の保護停止を防止することを検討している。

ＭＭＣで構成される電力変換装置では、単位変換器内のコンデンサが占める体積が大きいことから、単位変換器の小型化、軽量化等を実現するためにはコンデンサの小型化が必要となる。コンデンサを小型化する手段として、静電容量を小さくすることが挙げられるが、静電容量を小さくした場合にはコンデンサの電圧が変動することにより上限値または下限値を逸脱しやすい。特に、電力系統の不平衡事故が発生すると、アーム間でのコンデンサの電圧のアンバランス、コンデンサの電圧脈動の影響等により電力変換装置が保護停止してしまう可能性がある。特許文献１に係る技術は、このような課題に対する解決手段を提供するものではない。

本開示のある局面における目的は、電力系統の不平衡事故の発生時において、単位変換器内のコンデンサの電圧を適切に制御することにより、運転を継続することが可能な電力変換装置を提供することである。

ある実施の形態に従うと、交流系統に接続された電力変換装置が提供される。電力変換装置は、交流系統の相ごとに複数のアームを含む電力変換器と、電力変換器を制御する制御装置とを備える。複数のアームの各々は、互いにカスケード接続された複数の変換器セルを有する。複数の変換器セルの各々は、複数のスイッチング素子と、複数のスイッチング素子に接続されるエネルギー蓄積要素とを有する。制御装置は、交流系統の電気量に基づいて、交流系統の不平衡事故を検出し、不平衡事故を検出した場合、エネルギー蓄積要素の電圧に関する制御の応答性を高める処理を実行する。

本開示の電力変換装置によると、電力系統の不平衡事故の発生時において、単位変換器内のコンデンサの電圧を適切に制御することにより、運転を継続することができる。

電力変換装置の構成例を示す図である。 変換器セルの一例を示す回路図である。 制御装置のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 制御装置の内部構成を表わす図である。 基本制御部の機能構成の一部を示す図である。 基本制御部の機能構成の他の部分を示す図である。 基本制御部における不平衡事故検出時の動作に関連する機能構成を示す図である。 第１循環電流指令生成部の構成例を示す図である。 第２循環電流指令生成部の機能構成の一例を示す図である。 振幅制御部の具体的な構成例を示す図である。 循環電流制御部の構成例を示す図である。 正負バランス電圧指令生成部の構成例を示すブロック図である。 正負バランス電圧指令生成部に設けられる制御器の構成例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜全体構成＞
図１は、電力変換装置１００の構成例を示す図である。図１を参照して、電力変換装置１００は、交流系統２と直流回路４との間に接続されている。直流回路４は、電力変換器６の直流端子に接続された蓄電要素を含んでもよい。蓄電要素は、例えば、電気二重層コンデンサ、あるいはリチウムイオン電池等の蓄電池を含む蓄電装置である。あるいは、直流回路４は、電力変換器６の直流端子に接続された他の電力変換器の直流端子を含んでもよい。この場合、２台の電力変換器を連結することによって定格周波数などが異なる交流電力系統間を接続するためのＢＴＢ（Back To Back）システムが構成される。または、直流回路４は、直流送電網等を含む直流電力系統であってもよい。この場合、電力変換器６は、直流送電路を介して他の電力変換器と接続され、ＨＶＤＣ（High Voltage Direct Current）システムが構成される。

電力変換装置１００は、自励式の電力変換器６と、電力変換器６を制御するための制御装置５とを含む。典型的には、電力変換器６は、互いに直列接続された複数の変換器セル（図１中の「セル」に対応）１を含むモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ）によって構成される。「変換器セル」は、「サブモジュール（sub module）」あるいは「単位変換器」とも称される。

電力変換器６は、直流回路４に接続されており、直流回路４と交流系統２との間で電力変換を行なう電力変換器である。具体的には、電力変換器６は、直流回路４から出力される直流電力を交流電力に変換して、当該交流電力を変圧器３を介して交流系統２に出力する。また、電力変換器６は、交流系統２からの交流電力を直流電力に変換して、当該直流電力を直流回路４に出力する。

図１の例では、電力変換器６は、交流系統２の相ごとに複数のアームを含む。具体的には、電力変換器６は、正極直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負極直流端子（すなわち、低電位側直流端子）Ｎｎとの間に互いに並列に接続された複数のレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗ（以下、「レグ回路８」とも総称する。）を含む。

レグ回路８は、交流を構成する複数相の各々に設けられる。レグ回路８は、交流系統２と直流回路４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。交流系統２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗが設けられる。

レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器３を介して交流系統２に接続される。交流系統２は、例えば、交流電源などを含む三相交流電力系統である。図１では、図解を容易にするために、交流端子Ｎｖ，Ｎｗと変圧器３との接続は図示していない。各レグ回路８に共通に設けられた直流端子（すなわち、正極直流端子Ｎｐ，負極直流端子Ｎｎ）は、直流回路４に接続される。

図１の変圧器３を用いる代わりに、レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗは、連系リアクトルを介して交流系統２に接続した構成としてもよい。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗが変圧器３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル７ａ，７ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路８は、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗに設けられた接続部を介して電気的（すなわち、直流的または交流的）に交流系統２に接続される。

レグ回路８ｕは、正極直流端子Ｎｐから交流端子Ｎｕまでの正側アーム１３ｐｕと、負極直流端子Ｎｎから交流端子Ｎｕまでの負側アーム１３ｎｕとを含む。正側アーム１３ｐｕと負側アーム１３ｎｕとの接続点が、交流端子Ｎｕとして変圧器３と接続される。正極直流端子Ｎｐおよび負極直流端子Ｎｎが直流回路４に接続される。レグ回路８ｖは正側アーム１３ｐｖと負側アーム１３ｎｖとを含み、レグ回路８ｗは正側アーム１３ｐｗと負側アーム１３ｎｗとを含む。

以下では、正側アーム１３ｐｕ，１３ｐｖ，１３ｐｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、「正側アーム１３ｐ」と記載する。負側アーム１３ｎｕ，１３ｎｖ，１３ｎｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、「負側アーム１３ｎ」と記載する。正側アーム１３ｐｕ，１３ｐｖ，１３ｐｗおよび負側アーム１３ｎｕ，１３ｎｖ，１３ｎｗについて、総称する場合または任意のものを示す場合、「アーム１３」と記載する。

レグ回路８ｖ，８ｗはレグ回路８ｕと同様の構成を有しているので、以下、レグ回路８ｕを代表として説明する。レグ回路８ｕにおいて、正側アーム１３ｐｕは、互いにカスケード接続された複数の変換器セル１＿１～１＿Ｍと、リアクトル７ａとを含む。複数の変換器セル１とリアクトル７ａとは互いに直列接続されている。負側アーム１３ｎｕは、互いにカスケード接続された複数の変換器セル１＿１～１＿Ｍと、リアクトル７ｂとを含む。複数の変換器セル１とリアクトル７ｂとは互いに直列接続されている。

本実施の形態では、例えば、各アーム１３に含まれる変換器セルの数をＭとする。ただし、Ｍ≧２とする。また、変換器セル１＿１～１＿Ｍを総称して、変換器セル１と記載する場合もある。変換器セル１＿１～１＿Ｍにおけるアンダーバーの後の値および変数は変換器セル１のインデックスを示す。インデックスｉを用いると任意の変換器セル１は「変換器セル１＿ｉ」とも称される。ただし、インデックスｉは、変換器セル１の物理的な配置とは関係しない。

リアクトル７ａが挿入される位置は、正側アーム１３ｐｕのいずれの位置であってもよく、リアクトル７ｂが挿入される位置は、負側アーム１３ｎｕのいずれの位置であってもよい。リアクトル７ａ，７ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。さらに、正側アーム１３ｐｕのリアクトル７ａのみ、もしくは、負側アーム１３ｎｕのリアクトル７ｂのみを設けてもよい。

電力変換装置１００は、さらに、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１５と、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂと、各レグ回路８に設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂとを含む。これらの検出器は、電力変換装置１００の制御に使用される電気量（すなわち、電流、電圧）を計測する。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置５に入力される。

交流電圧検出器１０は、交流系統２のＵ相の交流電圧Ｖａｃｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖａｃｖ、Ｗ相の交流電圧Ｖａｃｗ（以下、「交流電圧Ｖａｃ」とも総称する。）を検出する。交流電流検出器１５は、交流系統２のＵ相の交流電流実測値Ｉｓｙｓｕ、Ｖ相の交流電流実測値Ｉｓｙｓｖ、Ｗ相の交流電流実測値Ｉｓｙｓｗを検出する。直流電圧検出器１１ａは、直流回路４に接続された正極直流端子Ｎｐの直流電圧Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器１１ｂは、直流回路４に接続された負極直流端子Ｎｎの直流電圧Ｖｄｃｎを検出する。

Ｕ相用のレグ回路８ｕに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム１３ｐｕに流れる正側アーム電流Ｉｐｕおよび負側アーム１３ｎｕに流れる負側アーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。Ｖ相用のレグ回路８ｖに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路８ｗに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。

図１に示すように、レグ回路８ｕの正側アーム１３ｐｕと負側アーム１３ｎｕとの接続点である交流端子Ｎｕは、変圧器３に接続されている。したがって、交流端子Ｎｕから変圧器３に向かって流れる交流電流Ｉａｃｕは、正側アーム電流Ｉｐｕから負側アーム電流Ｉｎｕを減算した電流値となる。交流電流Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗについても同様である。すなわち、“Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ－Ｉｎｕ”、“Ｉａｃｖ＝Ｉｐｖ－Ｉｎｖ”、および“Ｉａｃｗ＝Ｉｐｗ－Ｉｎｗ”が成立する。

正側アーム電流Ｉｐｕと負側アーム電流Ｉｎｕとの平均電流を、正側アーム１３ｐｕおよび負側アーム１３ｎｕに流れる共通の電流とすると、この電流はレグ回路８ｕの直流端子を流れるレグ電流Ｉｃｏｍｕ（＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２）である。これは、レグ回路８ｖ，８ｗのレグ電流Ｉｃｏｍｖ，Ｉｃｏｍｗについても同様である。

各相のレグ回路８ｕ，８ｖ，８ｗの正極の直流端子は正極直流端子Ｎｐとして共通に接続され、負極の直流端子は負極直流端子Ｎｎとして共通に接続されている。この構成から、各相のレグ電流Ｉｃｏｍｕ，Ｉｃｏｍｖ，Ｉｃｏｍｗを加算した電流は、直流回路４の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流回路４に帰還する直流電流Ｉｄｃとなる。したがって、“Ｉｄｃ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｐｖ＋Ｉｐｗ＋Ｉｎｕ＋Ｉｎｖ＋Ｉｎｗ）／２”が成立する。

レグ電流に含まれる直流電流成分は、各相で均等に分担すると変換器セルの電流容量を均等にすることができる。このことを考慮すると、レグ電流と直流電流値の１／３との差分が、直流回路４に流れないが各相のレグ間に流れる循環電流の電流値として演算できる。そのため、Ｕ相の循環電流Ｉｚｕについて、“Ｉｚｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２－Ｉｄｃ／３”が成立する。Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｚｕ，Ｉｚｖについても同様である。すなわち、“Ｉｚｖ＝（Ｉｐｖ＋Ｉｎｖ）／２－Ｉｄｃ／３”および“Ｉｚｗ＝（Ｉｐｗ＋Ｉｎｗ）／２－Ｉｄｃ／３”が成立する。

＜変換器セルの構成例＞
図２は、変換器セル１の一例を示す回路図である。図２（ａ）に示す変換器セル１は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。変換器セル１は、２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎを直列接続して形成した直列体と、エネルギー蓄積要素としてのコンデンサ３２と、電圧検出器３３とを含む。直列体とコンデンサ３２とは並列接続される。電圧検出器３３は、コンデンサ３２の両端の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する。

図２（ｂ）に示す変換器セル１は、フルブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。この変換器セル１は、２つのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を直列接続して形成された第１の直列体と、２つのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を直列接続して形成された第２の直列体と、コンデンサ３２と、電圧検出器３３とを含む。第１の直列体と、第２の直列体と、コンデンサ３２とが並列接続される。電圧検出器３３は、コンデンサ電圧Ｖｃを検出する。コンデンサ電圧Ｖｃは、制御装置５へ入力される。

図２（ａ）における２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎと、図２（ｂ）における４つのスイッチング素子３１ｐ１、３１ｎ１、３１ｐ２、３１ｎ２とは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）、ＧＣＴ(Gate Commutated Turn-off)サイリスタなどの半導体スイッチング素子に還流ダイオードが逆並列に接続されて構成される。図２（ａ）および図２（ｂ）において、コンデンサ３２には、フィルムコンデンサ等が主に用いられる。

以下の説明では、スイッチング素子３１ｐ，３１ｎ，３１ｐ１，３１ｎ１，３１ｐ２，３１ｎ２をスイッチング素子３１とも総称する。また、スイッチング素子３１内の半導体スイッチング素子のオンオフを、単に「スイッチング素子３１のオンオフ」と記載する。

図２（ａ）を参照して、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｇ１，Ｇ２とする。スイッチング素子３１ｐ、３１ｎのスイッチング動作によりコンデンサ３２の両端電圧、および零電圧が出力される。例えば、スイッチング素子３１ｐがオン、かつスイッチング素子３１ｎがオフとなったときに、コンデンサ３２の両端電圧が出力される。スイッチング素子３１ｐがオフ、かつスイッチング素子３１ｎがオンとなったときに、零電圧が出力される。

図２（ｂ）を参照して、スイッチング素子３１ｐ１とスイッチング素子３１ｎ１との中点と、スイッチング素子３１ｐ２とスイッチング素子３１ｎ２との中点とをそれぞれ変換器セル１の入出力端子Ｇ１，Ｇ２とする。図２（ｂ）に示す変換器セル１は、スイッチング素子３１ｎ２をオンとし、スイッチング素子３１ｐ２をオフとし、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を交互にオン状態とすることによって、正電圧または零電圧を出力する。また、図２（ｂ）に示す変換器セル１は、スイッチング素子３１ｎ２をオフし、スイッチング素子３１ｐ２をオンし、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を交互にオン状態にすることによって、零電圧または負電圧を出力できる。

本実施の形態では、変換器セル１を図２（ａ）に示すハーフブリッジセルの構成としてもよいし、図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成としてもよい。また、上記で示した構成以外の変換器セル、例えば、クランプトダブルセルと呼ばれる回路構成などを適用した変換器セルを用いてもよく、スイッチング素子およびエネルギー蓄積要素も上記のものに限定されない。

＜制御装置のハードウェア構成例＞
図３は、制御装置５のハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図３の場合の制御装置５は、コンピュータに基づいて構成される。図３を参照して、制御装置５は、１つ以上の入力変換器７０と、１つ以上のサンプルホールド（Ｓ／Ｈ）回路７１と、マルチプレクサ（ＭＵＸ：multiplexer）７２と、Ａ／Ｄ変換器７３とを含む。さらに、制御装置５は、１つ以上のＣＰＵ（Central Processing Unit）７４と、ＲＡＭ（Random Access Memory）７５と、ＲＯＭ（Read Only Memory）７６とを含む。さらに、制御装置５は、１つ以上の入出力インターフェイス７７と、補助記憶装置７８と、上記の構成要素間を相互に接続するバス７９とを含む。

入力変換器７０は、入力チャンネルごとに補助変成器を備える。各補助変成器は、図１の各電気量検出器による検出信号を、後続する信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。サンプルホールド回路７１は、入力変換器７０ごとに設けられる。サンプルホールド回路７１は、対応する入力変換器７０から受けた電気量を表す信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。

マルチプレクサ７２は、複数のサンプルホールド回路７１に保持された信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器７３は、マルチプレクサ７２によって選択された信号をデジタル値に変換する。なお、複数のＡ／Ｄ変換器７３を設けることによって、複数の入力チャンネルの検出信号に対して並列的にＡ／Ｄ変換を実行するようにしてもよい。

ＣＰＵ７４は、制御装置５の全体を制御し、プログラムに従って演算処理を実行する。揮発性メモリとしてのＲＡＭ７５および不揮発性メモリとしてのＲＯＭ７６は、ＣＰＵ７４の主記憶として用いられる。ＲＯＭ７６は、プログラムおよび信号処理用の設定値などを収納する。補助記憶装置７８は、ＲＯＭ７６に比べて大容量の不揮発性メモリであり、プログラムおよび電気量検出値のデータなどを格納する。入出力インターフェイス７７は、ＣＰＵ７４と外部装置との間で通信する際のインターフェイス回路である。

なお、制御装置５の少なくとも一部をＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）およびＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）などの回路を用いて構成してもよい。もしくは、制御装置５の少なくとも一部は、アナログ回路によって構成することもできる。

＜制御装置の機能構成＞
図４は、制御装置５の内部構成を表わす図である。図４を参照して、制御装置５は、基本制御部５０２と、アーム制御部５０３とを含む。基本制御部５０２は、Ｕ相基本制御部５０２ｕと、Ｖ相基本制御部５０２ｖと、Ｗ相基本制御部５０２ｗとを含む。アーム制御部５０３は、Ｕ相の正側アーム制御部５０３ｐｕおよび負側アーム制御部５０３ｎｕと、Ｖ相の正側アーム制御部５０３ｐｖおよび負側アーム制御部５０３ｎｖと、Ｗ相の正側アーム制御部５０３ｐｗおよび負側アーム制御部５０３ｎｗとを含む。

基本制御部５０２およびアーム制御部５０３の構成は、例えば、処理回路により実現される。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、制御装置５の内部メモリ（例えば、ＲＡＭ７５、ＲＯＭ７６、補助記憶装置７８等）に格納されるプログラムを実行するＣＰＵ７４であってもよい。処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路は、例えば、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、またはこれらを組み合わせたもの等で構成される。

基本制御部５０２は、上記の各検出器により計測された電気量を用いて、各相の正側アーム１３ｐおよび負側アーム１３ｎ用の２つのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐ＊，Ｖａｒｍｎ＊と、各相の正側アーム１３ｐのコンデンサ電圧指令値Ｖｃｐ＊と、各相の負側アーム１３ｎのコンデンサ電圧指令値Ｖｃｎ＊とを生成する。以下の説明において、各相の各アームのうちのいずれのアームであるかを特定しない場合には、単にアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊、コンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊と記載する。さらに、基本制御部５０２は、各アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に対して、各アーム１３における複数の変換器セル１の各々が電圧を出力するための変調信号Ｋａｒｍ＊を生成する。

アーム制御部５０３は、各変調信号Ｋａｒｍ＊およびコンデンサ電圧指令値Ｖｃ＊に基づいて、アームを構成する各変換器セル１に設けられたスイッチング素子３１ｐ，３１ｎのオンおよびオフを制御するためのゲート制御信号ＧＰを生成し、当該ゲート制御信号ＧＰを各変換器セル１に出力する。

図５は、基本制御部５０２の機能構成の一部を示す図である。図５を参照して、基本制御部５０２は、電気量算出部４０１と、平均値算出部４０２と、最大値検出部４０３と、最小値検出部４０４と、規格化部４０５と、コンデンサ電圧指令生成部４０６とを含む。

電気量算出部４０１は、直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎと、正側アーム電流Ｉｐｕ、Ｉｐｖ、Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｕ、Ｉｎｖ、Ｉｎｗの入力を受け付ける。電気量算出部４０１は、直流電圧Ｖｄｃｐと直流電圧Ｖｄｃｎとの差（すなわち、Ｖｄｃｐ－Ｖｄｃｎ）を直流電圧Ｖｄｃとして算出する。電気量算出部４０１は、上述した各式を用いて、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ、直流電流Ｉｄｃ、および循環電流Ｉｚｕ，Ｉｚｖ，Ｉｚｗを算出する。

平均値算出部４０２は、電力変換器６に含まれる全ての変換器セル１（例えば、「６×Ｍ」個の変換器セル１）のコンデンサ電圧Ｖｃに基づいて、各アームのコンデンサ電圧Ｖｃの平均値を算出する。具体的には、平均値算出部４０２は、Ｕ相について、正側アーム１３ｐｕに含まれる各変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃの合計電圧値ＶｃｐｕＳ（例えば、“Ｖｃｐｕ＿１＋・・・＋Ｖｃｐｕ＿Ｍ”）を算出し、正側アーム１３ｐｕにおけるコンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｕａ（例えば、ＶｃｐｕＳ／Ｍ）を算出する。また、平均値算出部４０２は、負側アーム１３ｎｕに含まれる各変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃの合計電圧値ＶｃｎｕＳ（例えば、“Ｖｃｎｕ＿１＋・・・＋Ｖｃｎｕ＿Ｍ”）を算出し、負側アーム１３ｎｕにおけるコンデンサ電圧平均値Ｖｃｎｕａ（例えば、ＶｃｎｕＳ／Ｍ）を算出する。

同様に、平均値算出部４０２は、Ｖ相について、正側アーム１３ｐｖにおけるコンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｖａと、負側アーム１３ｎｖにおけるコンデンサ電圧平均値Ｖｃｎｖａとを算出する。平均値算出部４０２は、Ｗ相について、正側アーム１３ｐｗにおけるコンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｗａと、負側アーム１３ｎｗにおけるコンデンサ電圧平均値Ｖｃｎｗａとを算出する。なお、平均値算出部４０２は、実際に検出された各コンデンサ電圧Ｖｃではなく、電力変換器６から出力される有効電力あるいは無効電力等から各コンデンサ電圧平均値を算出してもよい。

最大値検出部４０３は、電力変換器６に含まれる全ての変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃに基づいて、各アームのコンデンサ電圧Ｖｃの最大値を検出する。具体的には、最大値検出部４０３は、Ｕ相について、正側アーム１３ｐｕに含まれる各変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃのうちの最大値（以下、「コンデンサ電圧最大値Ｖｃｐｕｍａｘ」と称する。）を検出する。また、最大値検出部４０３は、負側アーム１３ｎｕに含まれる各変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃのうちの最大値（（以下、「コンデンサ電圧最大値Ｖｃｎｕｍａｘ」と称する。）を検出する。同様に、最大値検出部４０３は、Ｖ相について、正側アーム１３ｐｖのコンデンサ電圧最大値Ｖｃｐｖｍａｘ、および負側アーム１３ｎｖのコンデンサ電圧最大値Ｖｃｎｖｍａｘを検出する。最大値検出部４０３は、Ｗ相について、正側アーム１３ｐｗのコンデンサ電圧最大値Ｖｃｐｗｍａｘ、および負側アーム１３ｎｗのコンデンサ電圧最大値Ｖｃｎｗｍａｘを検出する。

最小値検出部４０４は、電力変換器６に含まれる全ての変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃに基づいて、各アームのコンデンサ電圧Ｖｃの最小値を検出する。具体的には、最小値検出部４０４は、Ｕ相について、正側アーム１３ｐｕに含まれる各変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃのうちの最小値（以下、「コンデンサ電圧最小値Ｖｃｐｕｍｉｎ」と称する。）を検出する。また、最大値検出部４０３は、負側アーム１３ｎｕに含まれる各変換器セル１のコンデンサ電圧Ｖｃのうちの最小値（（以下、「コンデンサ電圧最小値Ｖｃｎｕｍｉｎ」と称する。）を検出する。同様に、最小値検出部４０４は、Ｖ相について、正側アーム１３ｐｖのコンデンサ電圧最小値Ｖｃｐｖｍｉｎ、および負側アーム１３ｎｖのコンデンサ電圧最小値Ｖｃｎｖｍｉｎを検出する。最小値検出部４０４は、Ｗ相について、正側アーム１３ｐｗのコンデンサ電圧最小値Ｖｃｐｗｍｉｎ、および負側アーム１３ｎｗのコンデンサ電圧最小値Ｖｃｎｗｍｉｎを検出する。

規格化部４０５は、入力された各算出値および各検出値を、対応する基準値（例えば、定格値）を用いて規格化した値を出力する。具体的には、規格化部４０５は、交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗを定格値で除算した値を規格化された交流電圧Ｖａｃｕ＿ｐｕ，Ｖａｃｖ＿ｐｕ，Ｖａｃｗ＿ｐｕ（以下、「交流電圧Ｖａｃ＿ｐｕ」とも総称する。）として出力する。

規格化部４０５は、直流電圧Ｖｄｃを定格値で除算した値を、規格化された直流電圧Ｖｄｃ＿ｐｕとして出力する。規格化部４０５は、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗを定格値で除算した値を、それぞれ、規格化された交流電流Ｉａｃｕ＿ｐｕ，Ｉａｃｖ＿ｐｕ，Ｉａｃｗ＿ｐｕ（以下、「交流電流Ｉａｃ＿ｐｕ」とも総称する。）として出力する。規格化部４０５は、循環電流Ｉｚｕ，Ｉｚｖ，Ｉｚｗを定格値で除算した値を、それぞれ、規格化された循環電流Ｉｚｕ＿ｐｕ，Ｉｚｖ＿ｐｕ，Ｉｚｗ＿ｐｕ（以下、「循環電流Ｉｚ＿ｐｕ」とも総称する。）として出力する。

規格化部４０５は、コンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｕａ，Ｖｃｐｖａ，Ｖｃｐｗａ，Ｖｃｎｕａ，Ｖｃｎｖａ，Ｖｃｎｗａを定格値で除算した値を、それぞれ、規格化されたコンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｕａ＿ｐｕ，Ｖｃｐｖａ＿ｐｕ，Ｖｃｐｗａ＿ｐｕ，Ｖｃｎｕａ＿ｐｕ，Ｖｃｎｖａ＿ｐｕ，Ｖｃｎｗａ＿ｐｕ（以下、「コンデンサ電圧平均値Ｖｃａ＿ｐｕ」とも総称する。）として出力する。規格化部４０５は、コンデンサ電圧最大値Ｖｃｐｕｍａｘ～Ｖｃｎｗｍａｘを定格値で除算した値を、それぞれ、規格化されたコンデンサ電圧最大値Ｖｃｐｕｍａｘ＿ｐｕ～Ｖｃｎｗｍａｘ＿ｐｕ（以下、「コンデンサ電圧最大値Ｖｃｍａｘ＿ｐｕ」とも総称する。）として出力する。規格化部４０５は、コンデンサ電圧最小値Ｖｃｐｕｍｉｎ～Ｖｃｎｗｍｉｎを定格値で除算した値を、それぞれ、規格化されたコンデンサ電圧最小値Ｖｃｐｕｍｉｎ＿ｐｕ～Ｖｃｎｗｍｉｎ＿ｐｕ（以下、「コンデンサ電圧平均値Ｖｃｍｉｎ＿ｐｕ」とも総称する。）として出力する。

コンデンサ電圧指令生成部４０６は、各相の正側アーム１３ｐに含まれる各変換器セル１のコンデンサ３２のコンデンサ電圧指令値Ｖｃｐ＊を算出する。コンデンサ電圧指令生成部４０６は、各相の負側アーム１３ｎに含まれる各変換器セル１のコンデンサ３２のコンデンサ電圧指令値Ｖｃｎ＊を算出する。例えば、各相のコンデンサ電圧指令値Ｖｃｐ＊は、各相の正側アーム１３ｐ内の各変換器セル１のコンデンサ３２の平均電圧値である。各相のコンデンサ電圧指令値Ｖｃｎ＊は、各相の負側アーム１３ｎ内の各変換器セル１のコンデンサ３２の平均電圧値である。

図６は、基本制御部５０２の機能構成の他の部分を示す図である。図６を参照して、基本制御部５０２は、逆相電圧補償部４１２と、全コンデンサ電圧制御部４１３と、直流制御部４１４と、交流電流制御部４１５と、第１循環電流指令生成部４１７と、第２循環電流指令生成部４１９と、循環電流制御部４２１と、零相電圧指令生成部４２３と、正負バランス電圧指令生成部４２４と、電圧指令生成部４２５と、変調指令生成部４２７とをさらに含む。

逆相電圧補償部４１２は、交流電圧Ｖａｃｕ＿ｐｕ，Ｖａｃｖ＿ｐｕ，Ｖａｃｗ＿ｐｕから交流系統２の系統電圧に同期する基準位相θを抽出する。逆相電圧補償部４１２は、逆相電圧補償の実行時に、各交流電圧Ｖａｃ＿ｐｕの入力に基づいて系統電圧の逆相成分（すなわち、逆相電圧）を抽出して、交流系統２の交流電圧に含まれる逆相電圧を補償するための逆相電流指令値Ｉｎａｖｒ＊を出力する。

具体的には、逆相電圧補償部４１２は、基準位相θの負の位相“－θ”を用いて、交流電圧Ｖｓｙｓｕ，Ｖｓｙｓｖ，Ｖｓｙｓｗを三相／二相変換して、逆相のｄ軸電圧Ｖｄｎおよびｑ軸電圧Ｖｑｎを算出する。逆相電圧補償部４１２は、ｄ軸電圧Ｖｄｎを逆相のｄ軸電圧指令値Ｖｄｎ＊（＝０）に追従させるための制御演算を実行することにより、逆相電圧補償電流Ｉｄｎ１を生成する。逆相電圧補償部４１２は、ｑ軸電圧Ｖｑｎを逆相のｑ軸電圧指令値Ｖｑｎ＊（＝０）に追従させるための制御演算を実行することにより、逆相電圧補償電流Ｉｑｎ１を生成する。

逆相電圧補償部４１２は、基準位相θの２倍（すなわち、２θ）を用いた回転座標変換により、逆相電圧補償電流Ｉｄｎ１、Ｉｑｎ１を逆相のｄｑ軸上から正相のｄｑ軸上に座標変換する。逆相電圧補償部４１２は、この座標変換により、逆相電流指令値Ｉｎａｖｒ＊のｄ軸成分Ｉｄｎａｖｒ＊およびｑ軸成分Ｉｑｎａｖｒ＊を生成する。

全コンデンサ電圧制御部４１３は、６つのコンデンサ電圧平均値Ｖｃａ＿ｐｕ（すなわち、Ｖｃｐｕａ＿ｐｕ～Ｖｃｎｗａ＿ｐｕ）の平均値を算出し、当該平均値が全コンデンサ電圧指令値Ｖｃａｌｌ＊に追従するように（例えば、当該平均値と全コンデンサ電圧指令値Ｖｃａｌｌ＊との偏差が０になるように）交流電流補正指令値ΔＩａｃ＊を生成する。全コンデンサ電圧指令値Ｖｃａｌｌ＊は、電力変換器６に含まれる全コンデンサの電圧平均値について与えられた指令値である。なお、全コンデンサ電圧制御部４１３は、交流電流補正指令値ΔＩａｃ＊ではなく直流電流指令値Ｉｄｃ＊を補正するための補正指令値を生成してもよいし、当該補正指令値と交流電流補正指令値ΔＩａｃ＊の両方を生成してもよい。

直流制御部４１４は、直流電流Ｉｄｃ＿ｐｕを直流電流指令値Ｉｄｃ＊に追従させる直流電流制御を行なう。典型的には、直流制御部４１４は、直流電流Ｉｄｃ＿ｐｕが直流電流指令値Ｉｄｃ＊に追従するように（例えば、直流電流Ｉｄｃ＿ｐｕと直流電流指令値Ｉｄｃ＊との偏差が０になるように）直流制御指令値Ｖａｒｍｄｃ＊を生成する。

あるいは、直流制御部４１４は、直流電圧Ｖｄｃを直流電圧指令値Ｖｄｃ＊に追従させる直流電圧制御を基本とし、直流電流が予め定められた上限値を超えた場合に、直流電流制御をするように構成されてもよい。典型的には、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊と直流電圧Ｖｄｃとの偏差を０にするように直流制御指令値Ｖａｒｍｄｃ＊を生成するとともに、直流電流が上限値を超えた場合には上記の直流電流制御を実行する。直流電流指令値Ｉｄｃ＊および直流電圧指令値Ｖｄｃ＊は、例えば、系統運用者等により予め設定される。なお、直流電圧指令値Ｖｄｃ＊は、直流電圧Ｖｄｃ＿ｐｕに基づいて演算されてもよい。

交流電流制御部４１５は、各相の交流電流指令値Ｉａｃ＊を、各相の交流電流補正指令値ΔＩａｃ＊および逆相電流指令値Ｉｎａｖｒ＊で補正した指令値（例えば、Ｉａｃ＊＋ΔＩａｃ＊＋Ｉｎａｖｒ＊）を算出する。交流電流制御部４１５は、当該指令値と交流電流Ｉａｃ＿ｐｕとの偏差を０にするためのフィードバック制御と、交流電圧Ｖａｃ＿ｐｕのフィードフォワード制御とにより、各相の交流制御指令値Ｖａｒｍａｃ＊を生成する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流制御指令値Ｖａｒｍａｃｕ＊，Ｖａｒｍａｃｖ＊，Ｖａｒｍａｃｗ＊が生成される。なお、各相の交流電圧Ｖａｃ＿ｐｕのフィードフォワード制御を実行しない構成であってもよい。

第１循環電流指令生成部４１７は、各アーム１３間でのコンデンサ３２の電圧のバランスを制御するための第１循環電流指令値Ｉｚ１＊を生成する。具体的には、第１循環電流指令生成部４１７は、相間でのコンデンサの電圧バランスを制御するための相間バランス制御と、正側アーム１３ｐおよび負側アーム１３ｎ間（以下、「正負アーム間」とも称する。）でのコンデンサの電圧バランスを制御するための正負バランス制御とを実行することにより、第１循環電流指令値Ｉｚ１＊を生成する。

ある局面では、第１循環電流指令生成部４１７は、Ｕ相について、レグ回路８ｕに含まれる各コンデンサ３２の電圧代表値を相間バランス制御指令値に追従させるためのフィードバック制御を実行する。例えば、レグ回路８ｕに含まれる各コンデンサ３２の電圧代表値は、Ｕ相に含まれる全てのコンデンサの電圧平均値である。この場合、電圧代表値は、コンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｕａ＿ｐｕおよびコンデンサ電圧平均値Ｖｃｎｕａ＿ｐｕの平均値である。なお、当該電圧代表値は、Ｕ相に含まれる全てのコンデンサの電圧値のうちの最大値、最小値、または「（最大値＋最小値）／２」であってもよい。Ｖ相およびＷ相についても同様のフィードバック制御が行なわれる。このようなフィードバック制御は、相（例えば、Ｕ相）に含まれる全てのコンデンサの電圧代表値を指令値に追従させる相間バランス制御に相当する。

他の局面では、第１循環電流指令生成部４１７は、Ｕ相について、負側アーム１３ｎのコンデンサ電圧代表値を正側アーム１３ｐのコンデンサ電圧代表値に追従させるためのフィードバック制御を実行する。例えば、Ｕ相について、負側アーム１３ｎのコンデンサ電圧代表値はコンデンサ電圧平均値Ｖｃｎｕａ＿ｐｕであり、正側アーム１３ｐのコンデンサ電圧代表値はコンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｕａ＿ｐｕである。なお、負側アーム１３ｎのコンデンサ電圧代表値は、負側アーム１３ｎに含まれる全てのコンデンサの電圧値のうちの最大値（例えば、コンデンサ電圧最大値Ｖｃｎｕｍａｘ）、最小値（例えば、コンデンサ電圧最小値Ｖｃｎｕｍｉｎ）、または「（最大値＋最小値）／２」であってもよいし、正側アーム１３ｐのコンデンサ電圧代表値は、正側アーム１３ｐに含まれる全てのコンデンサの電圧値のうちの最大値（例えば、コンデンサ電圧最大値Ｖｃｐｕｍａｘ）、最小値（例えば、コンデンサ電圧最小値Ｖｃｐｕｍｉｎ）、または「（最大値＋最小値）／２」であってもよい。

また、第１循環電流指令生成部４１７は、正側アーム１３ｐのコンデンサ電圧代表値を負側アーム１３ｎのコンデンサ電圧代表値に追従させるためのフィードバック制御を実行してもよい。Ｖ相およびＷ相についても同様の制御が行なわれる。このようなフィードバック制御は、相（例えば、Ｕ相）の一方のアーム（例えば、負側アーム）に含まれる全てのコンデンサの電圧代表値を指令値（例えば、正側アームのコンデンサ電圧代表値）に追従させる正負バランス制御に相当する。また、正負バランス制御は、正側アーム１３ｐのコンデンサ電圧代表値と負側アーム１３ｎのコンデンサ電圧代表値との差分値をゼロにする制御ともいえる。

第１循環電流指令生成部４１７は、各相について、相間バランス制御によるフィードバック演算結果と正負バランス制御によるフィードバック演算結果とを加算することによって、第１循環電流指令値Ｉｚ１＊を生成する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流指令値Ｉｚ１ｕ＊，Ｉｚ１ｖ＊，Ｉｚ１ｗ＊が生成される。

第２循環電流指令生成部４１９は、直流電流Ｉｄｃ＿ｐｕと、交流電流Ｉａｃ＿ｐｕと、各コンデンサ電圧平均値Ｖｃａ＿ｐｕと、コンデンサ電圧最大値Ｖｃｍａｘ＿ｐｕと、コンデンサ電圧最小値Ｖｃｍｉｎ＿ｐｕと、直流制御指令値Ｖａｒｍｄｃ＊と、交流制御指令値Ｖａｒｍａｃ＊と、各アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊との入力を受け付ける。第２循環電流指令生成部４１９は、これらの各値に基づいて、コンデンサ３２の電圧脈動を抑制するように、交流系統２の基本波周波数の偶数倍の周波数成分を有する第２循環電流指令値Ｉｚ２＊を生成する。換言すると、第２循環電流指令生成部４１９は、コンデンサ３２の電圧脈動の抑制制御により、各相の第２循環電流指令値Ｉｚ２＊を生成する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の第２循環電流指令値Ｉｚ２ｕ＊，Ｉｚ２ｖ＊，Ｉｚ２ｗ＊が生成される。

第２循環電流指令値Ｉｚ２＊は、コンデンサ３２の電圧脈動を抑制する（すなわち、小さくする）ための指令値である。ＭＭＣにおいて交流側の電圧の周波数を基本波周波数とした場合、コンデンサ３２の電圧脈動には基本波周波数の１倍および２倍の周波数成分が含まれる。この周波数成分は、アーム１３内においては共通の成分であり、アーム１３に流入する電力に基づいている。

したがって、アーム１３に流入する電力の基本波周波数の１倍、または２倍の周波数成分の脈動を小さくすることによって、コンデンサ３２の電圧脈動を小さくすることができる。本実施の形態では、アーム１３に流入する電力の基本波周波数の１倍成分を低減するための第２循環電流指令値Ｉｚ２＊が算出される。第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の算出方式については後述する。

循環電流制御部４２１は、電力変換器６内を循環する循環電流Ｉｚ＿ｐｕを、第１循環電流指令値Ｉｚ１＊と第２循環電流指令値Ｉｚ２＊とに基づく循環電流指令値Ｉｚ＊に追従させる（例えば、循環電流指令値Ｉｚ＊と循環電流Ｉｚ＿ｐｕとの偏差が０になるようにする）循環電流制御を実行する。循環電流制御部４２１は、当該循環電流制御を実行することにより循環電圧指令値Ｖｚ＊を生成する。具体的には、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電圧指令値Ｖｚｕ＊，Ｖｚｖ＊，Ｖｚｗ＊が生成される。典型的には、循環電流指令値Ｉｚ＊は、第１循環電流指令値Ｉｚ１＊と第２循環電流指令値Ｉｚ２＊との加算値である。

零相電圧指令生成部４２３は、各相の交流制御指令値Ｖａｒｍａｃ＊のゼロクロスを合わせた後、交流制御指令値Ｖａｒｍａｃ＊の３倍の周波数を有する零相電圧指令値Ｖ０＊を生成する。

正負バランス電圧指令生成部４２４は、第１循環電流指令生成部４１７とは異なる方式で、正負バランス制御を実行する。これにより、正負バランス電圧指令生成部４２４は、正負アーム間でのコンデンサの電圧バランスを制御するためのＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｐｎｕ＊，Ｖａｐｎｖ＊，Ｖａｐｎｗ＊（以下、「交流電圧指令値Ｖａｐｎ＊」とも総称する。）を生成する。交流電圧指令値Ｖａｐｎ＊の算出方式については後述する。

電圧指令生成部４２５は、直流制御指令値Ｖａｒｍｄｃ＊と、交流制御指令値Ｖａｒｍａｃ＊と、零相電圧指令値Ｖ０＊と、循環電圧指令値Ｖｚ＊と、交流電圧指令値Ｖａｐｎ＊とに基づいて、各アームの出力電圧の指令値であるアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊を生成する。例えば、Ｕ相の正側アーム１３ｐｕのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ＊は、“Ｖａｒｍｄｃ＊－Ｖａｒｍａｃｕ＊＋Ｖｚｕ＊＋Ｖ０＊－Ｖａｐｎｕ＊”で表わされる。Ｕ相の負側アーム１３ｎｕのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｎｕ＊は、“Ｖａｒｍｄｃ＊＋Ｖａｒｍａｃｕ＊＋Ｖｚｕ＊＋Ｖ０＊＋Ｖａｐｎｕ＊”で表わされる。Ｖ相の正側アーム１３ｐｖのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｖ＊、負側アーム１３ｎｖのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｎｖ＊、Ｗ相の正側アーム１３ｐｗのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｗ＊、負側アーム１３ｎｗのアーム電圧指令値Ｖａｒｍｎｗ＊についても同様である。

変調指令生成部４２７は、各アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊に対して、各アーム１３における複数の変換器セル１の各々が電圧を出力するための変調信号Ｋａｒｍ＊（例えば、Ｋａｒｍｐｕ＊、Ｋａｒｍｎｕ＊、Ｋａｒｍｐｖ＊、Ｋａｒｍｎｖ＊、Ｋａｒｍｐｗ＊、Ｋａｒｍｎｗ＊）を生成する。変調信号Ｋａｒｍ＊は、例えば、あるアーム１３のアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊を、当該アーム１３に対応するコンデンサ３２の電圧合計値と変換器セル１の数とで除算することにより算出される。実際に各アーム１３から出力される電圧は、各アーム１３の出力電圧指令値に基準値（例えば、定格値）を掛けて電圧次元に戻した値と近い値となる。

＜不平衡事故検出時の動作＞
制御装置５は、交流系統２の不平衡事故が発生した場合、各変換器セル１におけるコンデンサ電圧が異常値となって（例えば、過電圧、あるいは不足電圧）電力変換器６が保護停止するのを防ぐために、コンデンサ電圧を安定化させるための各種制御を実行する。ここでは、制御装置５（具体的には、基本制御部５０２）における不平衡事故検出時の動作について説明する。

図７は、基本制御部５０２における不平衡事故検出時の動作に関連する機能構成を示す図である。図７を参照して、基本制御部５０２は、交流系統２の不平衡事故検出に関連する機能構成として、不平衡事故検出部４６１と、図６で説明した逆相電圧補償部４１２、交流電流制御部４１５、第１循環電流指令生成部４１７、第２循環電流指令生成部４１９、および循環電流制御部４２１とを含む。

（不平衡事故の検出方式）
不平衡事故検出部４６１は、交流系統２の電気量（すなわち、電圧および電流）に基づいて、交流系統２の不平衡事故を検出する。具体的には、不平衡事故検出部４６１は、交流系統２の正相電圧に対する逆相電圧の比率を示す不平衡率Ｒｍを用いて不平衡事故を検出する。

不平衡事故検出部４６１は、基準位相θを用いて、交流電圧Ｖｓｙｓｕ，Ｖｓｙｓｖ，Ｖｓｙｓｗを三相／二相変換して、正相のｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑを算出する。不平衡事故検出部４６１は、基準位相θの負の位相“－θ”を用いて、交流電圧Ｖｓｙｓｕ，Ｖｓｙｓｖ，Ｖｓｙｓｗを三相／二相変換して、逆相のｄ軸電圧Ｖｄｎおよびｑ軸電圧Ｖｑｎを算出する。

例えば、不平衡事故検出部４６１は、移動平均フィルタ等によってｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑの高周波成分を除去し、除去されたｄ軸電圧Ｖｄおよびｑ軸電圧Ｖｑの平方二乗和（すなわち、（Ｖｄ^２＋Ｖｑ^２）^１／２）を演算し、当該平方二乗和を正相電圧振幅Ｖｍａｇ＿ｐとして演算する。同様に、不平衡事故検出部４６１は、移動平均フィルタ等によってｄ軸電圧Ｖｄｎおよびｑ軸電圧Ｖｑｎの高周波成分を除去し、除去されたｄ軸電圧Ｖｄｎおよびｑ軸電圧Ｖｑｎの平方二乗和（すなわち、（Ｖｄｎ^２＋Ｖｑｎ^２）^１／２）を演算し、当該平方二乗和を逆相電圧振幅Ｖｍａｇ＿ｎとして演算する。不平衡事故検出部４６１は、正相電圧振幅Ｖｍａｇ＿ｐに対する逆相電圧振幅Ｖｍａｇ＿ｎの比率（すなわち、Ｖｍａｇ＿ｎ／Ｖｍａｇ＿ｐ）を不平衡率Ｒｍとして算出する。

ある局面では、不平衡事故検出部４６１は、不平衡率Ｒｍが閾値Ｔｈ１以上となった場合に交流系統２の不平衡事故を検出する（すなわち、不平衡事故が発生したと判断する）。

他の局面では、不平衡事故検出部４６１は、不平衡率Ｒｍと、電力変換器６内に蓄積される余剰電力とを用いて不平衡事故を検出してもよい。余剰電力は、電力変換器６に流入する瞬時電力Ｐｉｎと、電力変換器６から流出する瞬時電力Ｐｏｕｔとの差分電力ΔＰ（＝Ｐｉｎ－Ｐｏｕｔ）に相当する。

瞬時電力Ｐｉｎは、各相の交流電圧Ｖａｃｕ～Ｖａｃｗと、各相の交流電流実測値Ｉｓｙｓｕ～Ｉｓｙｓｗを用いて、“Ｐｉｎ＝Ｖａｃｕ×Ｉｓｙｓｕ＋Ｖａｃｖ×Ｉｓｙｓｖ＋Ｖａｃｗ×Ｉｓｙｓｗ”と表される。瞬時電力Ｐｉｎは、変圧器３の二次側電圧を用いて計算されてもよい。瞬時電力Ｐｏｕｔは、直流電圧Ｖｄｃ（＝Ｖｄｃｐ－Ｖｄｃｎ）および直流電流Ｉｄｃとを用いて、“Ｐｏｕｔ＝Ｖｄｃ×（－Ｉｄｃ）”と表される。直流電流Ｉｄｃについては、直流回路４から電力変換器６に流入する方向を正とし、電力変換器６から直流回路４に流出する方向を負とする。また、電力変換器６および変圧器３の損失電力Ｐｌｏｓｓを交流電流実測値により推定してもよい。この場合、差分電力ΔＰは、“ΔＰ＝Ｐｉｎ－Ｐｏｕｔ－Ｐｌｏｓｓ）と表される。

不平衡事故検出部４６１は、不平衡率Ｒｍが閾値Ｔｈ１以上であって、かつ差分電力ΔＰの大きさが閾値Ｔｈ２以上である場合に、交流系統２の不平衡事故を検出する。なお、電力変換器６の起動時には、各変換器セル１におけるコンデンサが初期充電されるため、ある程度の差分電力ΔＰが発生する。そのため、不平衡事故検出部４６１は、電力変換器６の起動時においては、差分電力ΔＰを用いた不平衡事故検出を実行しない構成であってもよい。

さらに他の局面では、不平衡事故検出部４６１は、不平衡率Ｒｍと、交流系統２の電圧低下量を示すパラメータとを用いて不平衡事故を検出してもよい。例えば、電圧低下量を示すパラメータとして、交流系統２の正相電圧の低下量が挙げられる。この場合、不平衡事故検出部４６１は、不平衡率Ｒｍが閾値Ｔｈ１以上であって、かつ正相電圧振幅Ｖｍａｇ＿ｐが閾値Ｔｈ３未満である場合に、交流系統２の不平衡事故を検出してもよい。なお、正相電圧の代わりに、各相電圧の実効値の最小値を用いる構成であってもよい。

不平衡事故検出部４６１は、交流系統２の不平衡事故の検出信号Ｓａを出力する。例えば、値“１”の検出信号Ｓａは不平衡事故が検出されたことを示し、値“０”の検出信号Ｓａは不平衡事故が検出されていないことを示す。

（電圧バランスの制御方式）
上記において、第１循環電流指令生成部４１７は、コンデンサの電圧バランス制御として、相間バランス制御および正負バランス制御を実行することにより第１循環電流指令値Ｉｚ１＊を生成する構成について説明した。

不平衡事故が検出された場合（すなわち、値“１”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合）第１循環電流指令生成部４１７は、相間バランス制御および正負バランス制御の応答性を高める処理を実行する。

図８は、第１循環電流指令生成部４１７の構成例を示す図である。図８を参照して、第１循環電流指令生成部４１７は、各相（例えば、Ｕ相～Ｗ相）について、相間バランス制御部６００と、正負バランス制御部６１０と、加算器６２０とを含む。図８の例では、相間バランス制御部６００および正負バランス制御部６１０は、ＰＩ制御器により構成されているが、これらは比例制御器、ＰＩＤ制御器、またはフィードバック制御に用いられる他の制御器として構成されてもよい。

相間バランス制御部６００は、減算器６０１と、比例器６０３と、積分器６０５と、加算器６０７とを含む。減算器６０１は、相間バランス制御指令値Ｖｐｈａ＊と、フィードバック値Ｖｐｈａｆとの偏差ΔＶｐｈａ（すなわち、ΔＶｐｈａ＝Ｖｐｈａ＊－Ｖｐｈａｆ）を出力する。典型的には、フィードバック値Ｖｐｈａｆは、各相（例えば、Ｕ相）のレグ回路８に含まれる各コンデンサ３２のコンデンサ電圧平均値（例えば、Ｖｃｐｕａ＿ｐｕおよびＶｃｎｕａ＿ｐｕの平均値）に設定される。この場合、相間バランス制御指令値Ｖｐｈａ＊は、６つのコンデンサ電圧平均値Ｖｃａ＿ｐｕ（すなわち、Ｖｃｐｕａ＿ｐｕ～Ｖｃｎｗａ＿ｐｕ）の平均値に設定される。

比例器６０３は、偏差ΔＶｐｈａに比例ゲインＫｐ１を乗じた乗算値“Ｋｐ１×ΔＶｐｈａ”を出力する。積分器６０５は、偏差ΔＶｐｈａを時間積分した値を出力する。なお、積分器６０５の積分ゲインＫｉ１は、比例ゲインＫｐ１および積分時間Ｔｉ１を用いて、“Ｋｉ１＝Ｋｐ１／Ｔｉ１”と表される。加算器６０７は、比例器６０３の出力値および積分器６０５の出力値を加算した加算値を出力する。

相間バランス制御部６００は、値“１”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出された場合）、相間バランス制御の応答性を高める処理として、通常時（すなわち、不平衡事故が検出されていない場合）よりも、相間バランス制御の制御ゲイン（例えば、比例ゲインＫｐ１および積分ゲインＫｉ１）を大きくする処理を実行する。なお、相間バランス制御部６００は、値“０”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出されていない場合）、比例ゲインＫｐ１および積分ゲインＫｉ１を通常値に設定する。

また、相間バランス制御部６００は、相間バランス制御の応答性を高める処理として、積分器６０５の出力値の制限を緩和する処理を実行してもよい。具体的には、相間バランス制御部６００は、積分器６０５の上限リミット値を大きくし（例えば、＋∞に設定し）、下限リミット値を小さくする（例えば、－∞に設定する）処理を実行してもよい。なお、加算器６０７の出力値に上下限を制限するリミッタが設けられている場合、相間バランス制御の応答性を高める処理として、上限リミット値を大きくし、下限リミット値を小さくする処理が実行されてもよい。

正負バランス制御部６１０は、減算器６１１と、比例器６１３と、積分器６１５と、加算器６１７とを含む。減算器６１１は、正負バランス制御指令値Ｖｐｎ＊と、フィードバック値Ｖｐｎｆとの偏差ΔＶｐｎ（すなわち、ΔＶｐｎ＝Ｖｐｎ＊－Ｖｐｎｆ）を出力する。典型的には、フィードバック値Ｖｐｎｆは、各相（例えば、Ｕ相）の負側アーム１３ｎのコンデンサ電圧平均値（例えば、Ｖｃｎｕａ＿ｐｕ）に設定される。この場合、正負バランス制御指令値Ｖｐｎ＊は、各相（例えば、Ｕ相）の正側アーム１３ｐのコンデンサ電圧平均値（例えば、Ｖｃｐｕａ＿ｐｕ）に設定される。

比例器６１３は、偏差ΔＶｐｎに比例ゲインＫｐ２を乗じた乗算値“Ｋｐ２×ΔＶｐｈ”を出力する。積分器６１５は、偏差ΔＶｐｎを時間積分した値を出力する。積分器６１５の積分ゲインＫｉ２は、比例ゲインＫｐ２および積分時間Ｔｉ２を用いて、“Ｋｉ２＝Ｋｐ２／Ｔｉ２”と表される。加算器６１７は、比例器６１３の出力値および積分器６１５の出力値を加算した加算値を出力する。

正負バランス制御部６１０は、値“１”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合、正負バランス制御の応答性を高める処理として、通常時よりも、正負バランス制御の制御ゲイン（例えば、比例ゲインＫｐ２および積分ゲインＫｉ２）を大きくする処理を実行する。正負バランス制御部６１０は、値“０”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合、比例ゲインＫｐ２および積分ゲインＫｉ２を通常値に設定する。正負バランス制御部６１０は、正負バランス制御の応答性を高める処理として、積分器６１５の上限リミット値を大きくし、下限リミット値を小さくする処理を実行してもよい。なお、加算器６１７の出力値に上下限を制限するリミッタが設けられている場合、正負バランス制御の応答性を高める処理として、上限リミット値を大きくし、下限リミット値を小さくする処理が実行されてもよい。

上記のように、不平衡事故が検出された際には、通常時よりも、比例ゲインＫｐ２および積分ゲインＫｉ２が増大し、積分器６１５の出力制限が緩和されるため、正負バランス制御の応答性が高まる。これにより、正負アーム間でのコンデンサ電圧をより高速にバランスさせることができる。

加算器６２０は、相間バランス制御部６００の加算器６０７の出力値と、正負バランス制御部６１０の加算器６１７の出力値とを加算した第１循環電流指令値Ｉｚ１＊を出力する。上記より、不平衡事故が検出された際には、相アーム間および正負アーム間でのコンデンサ電圧をより高速にバランスさせる第１循環電流指令値Ｉｚ１＊が生成される。なお、加算器６２０の出力値に上下限を制限するリミッタが設けられている場合、相間バランス制御および正負バランス制御の応答性を高める処理として、上限リミット値を大きくし、下限リミット値を小さくする処理が実行されてもよい。

（電圧脈動の制御方式）
次に、電圧脈動の制御方式について説明する。具体的には、コンデンサ３２の電圧脈動を小さくするための第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の算出方式について説明する。

図９は、第２循環電流指令生成部４１９の機能構成の一例を示す図である。第２循環電流指令生成部４１９は、振幅制御部４５２と、位相調整部４５４と、生成部４５６とを含む。

振幅制御部４５２は、６つのアーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊と、６つのコンデンサ電圧平均値Ｖｃａ＿ｐｕと、コンデンサ電圧最大値Ｖｃｍａｘ＿ｐｕと、コンデンサ電圧最小値Ｖｃｍｉｎ＿ｐｕと、検出信号Ｓａとの入力を受け付ける。振幅制御部４５２は、入力された各値に基づいて、第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の振幅Ｉｚ２ａｍｐを生成する。不平衡事故が検出された場合（すなわち、値“１”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合）、振幅制御部４５２は、振幅Ｉｚ２ａｍｐの制御応答性を高める処理を実行する。振幅制御部４５２の詳細については後述する。

位相調整部４５４は、コンデンサ３２の電圧の基本周波数成分が小さくなるように第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の位相θ２を調整する。具体的には、位相調整部４５４は、アーム電圧指令値の交流成分である交流制御指令値Ｖａｒｍａｃ＊と、その直流成分である直流制御指令値Ｖａｒｍｄｃ＊と、交流電流Ｉａｃ＿ｐｕと、直流電流Ｉｄｃ＿ｐｕとの入力を受け付ける。

位相調整部４５４は、受け付けた各パラメータと、リアクトルのインダクタンス値Ｌａｒｍと、交流系統２の交流電圧の角周波数ωと、予め定められた公知の演算式とを用いて、第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の位相θ２を算出する。交流電流Ｉａｃ＿ｐｕおよび直流電流Ｉｄｃ＿ｐｕは、予め設定された指令値であってもよく、角周波数ωは、位相同期回路（ＰＬＬ：Phase Locked Loop）等から得られた角周波数であってもよいし、定格値であってもよい。

生成部４５６は、振幅制御部４５２から出力された振幅Ｉｚ２ａｍｐと、位相調整部４５４から出力された位相θ２とに基づいて、各相の第２循環電流指令値Ｉｚ２＊を生成する。具体的には、第２循環電流指令値Ｉｚ２＊は、“Ｉｚ２＊＝Ｉｚ２ａｍｐ×ｓｉｎ（２ωｔ＋θ２）”で表される。

図１０は、振幅制御部４５２の具体的な構成例を示す図である。図１０を参照して、振幅制御部４５２は、演算器４７１と、最小値検出部４７２と、減算器４７３，４７４，４７５と、最小値検出部４７６と、フィルタ部４７７と、極性反転部４７８と、振幅調整部４８０とを含む。振幅調整部４８０は、積分器４８２と、リミッタ４８４とを含む。

演算器４７１は、各アーム１３について、当該アームに含まれる各コンデンサ３２の電圧の平均値（すなわち、コンデンサ電圧平均値Ｖｃａ＿ｐｕ）と、アーム電圧指令値Ｖａｒｍ＊を個数Ｍ（すなわち、アーム１３に含まれる変換器セル１の数）で除算した値との偏差を算出する。アーム電圧指令値を個数Ｍで除算した値は、アーム１３に含まれる複数の変換器セル１の各々の出力電圧の指令値に相当する。

例えば、演算器４７１は、正側アーム１３ｐｕについて、コンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｕａ＿ｐｕと、アーム電圧指令値Ｖａｒｍｐｕ＊の１／Ｍ倍（すなわち、Ｖａｒｍｐｕ＊／Ｍ）との偏差σｐｕ（＝Ｖｃｐｕａ＿ｐｕ－Ｖａｒｍｐｕ＊／Ｍ）を算出する。同様の算出方式により、正側アーム１３ｐｖ，１３ｐｗおよび負側アーム１３ｎｕ，１３ｎｖ，１３ｎｗについて、それぞれ偏差σｐｖ，σｐｗ，σｎｕ，σｎｖ，σｎｗが算出される。

これらの偏差σｐｕ～σｎｗを偏差σｓとも総称する。この場合、偏差σｓは、アーム１３のアーム電圧指令値を個数Ｍで除算した値（すなわち、各変換器セル１の出力電圧指令値）に対して、当該アーム１３に含まれる複数のコンデンサ３２の出力電圧の平均値にどれだけ余裕があるかを示す上側の制御余裕を示す。

最小値検出部４７２は、各偏差σｓのうちの最小値σｍｉｎ１を検出する。減算器４７３は、コンデンサ３２の上限電圧値ＶｃＨｌｉｍとコンデンサ電圧最大値Ｖｃｍａｘ＿ｐｕとの偏差σｖＨ（＝ＶｃＨｌｉｍ－Ｖｃｍａｘ＿ｐｕ）を算出する。偏差σｖＨは、コンデンサ電圧の最大側の制御余裕を示す。減算器４７４は、コンデンサ３２の下限電圧値ＶｃＬｌｉｍとコンデンサ電圧最小値Ｖｃｍｉｎ＿ｐｕとの偏差σｖＬ（＝Ｖｃｍｉｎ＿ｐｕ－ＶｃＬｌｉｍ）を算出する。偏差σｖＬは、コンデンサ電圧の最小側の制御余裕を示す。上限電圧値ＶｃＨｌｉｍは、例えば、コンデンサに印加可能な電圧、半導体素子の定格電圧等から定められる。下限電圧値ＶｃＬｌｉｍは、電力変換器６が定常的に動作可能なコンデンサ電圧の下限値から定められる。

減算器４７５は、最小値σｍｉｎ１と、制御余裕下限値σＬｌｉｍとの偏差σｃＬ（＝σｍｉｎ１－σＬｌｉｍ）を算出する。偏差σｃＬは、上側の制御余裕の最小値である。なお、制御余裕下限値σＬｌｉｍは０、または非常に小さい正の値に設定する。

コンデンサ電圧の脈動が小さくなると、各偏差σｃＬ，σｖＨ，σｖＬは大きくなる。振幅Ｉｚ２ａｍｐを大きくすることにより、各偏差σｃＬ，σｖＨ，σｖＬを大きくできる。各偏差σｃＬ，σｖＨ，σｖＬが負の値になる場合には振幅Ｉｚ２ａｍｐを増大させ、これらが正の値の場合には振幅Ｉｚ２ａｍｐを減少させることにより、できるだけ小さい第２循環電流指令値Ｉｚ２＊で制御余裕を０以上にできる。

最小値検出部４７６は、各偏差σｃＬ，σｖＨ，σｖＬのうちの最小値σｍｉｎ２を検出する。最小値σｍｉｎ２は、フィルタ部４７７への入力値として入力される。最小値σｍｉｎ２は、各偏差σｃＬ，σｖＨ，σｖＬのすべてを考慮した場合の最小の制御余裕である。

フィルタ部４７７は、最小値σｍｉｎ２を入力値として受け付け、当該入力値をフィルタ処理して出力値を出力する。当該入力値は、各アーム１３の出力電圧の制御余裕度の最小値であるため、瞬時的には脈動を有する。ある時間幅（例えば、交流系統２の電圧の１周期）における当該最小値に基づいて、第２循環電流指令値Ｉｚ２＊を算出する必要がある。そのため、フィルタ部４７７は、当該最小値を検出する機能を有している。

ある局面では、フィルタ部４７７は、当該検出機能を有しており、今回の制御周期においてフィルタ部４７７に入力された入力値（以下、「今回の入力値」とも称する。）が、前回の制御周期においてフィルタ部４７７から出力された出力値（以下、「前回の出力値」とも称する。）未満である場合、今回の入力値と同一の値を今回の出力値（すなわち、今回の制御周期においてフィルタ部４７７から出力される出力値）として出力する。フィルタ部４７７は、今回の入力値が前回の出力値以上である場合、今回の入力値以下かつ前回の出力値以上である値を今回の出力値として出力する。この場合、例えば、フィルタ部４７７は、徐々に出力値を増大させる。

極性反転部４７８は、フィルタ部４７７の出力値の極性を反転した値（すなわち、出力値に“－１”を掛けた値）を出力する。振幅調整部４８０は、フィルタ部４７７の出力値に基づいて、第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の振幅Ｉｚ２ａｍｐを調整する。具体的には、振幅調整部４８０は、積分器４８２と、リミッタ４８４とを含む。

積分器４８２は、極性反転部４７８からフィルタ部４７７の出力値の極性を反転した値の入力を受け付け、当該値を時間積分した値を出力する。積分器４８２の積分ゲインＫｉ３は、比例ゲインＫｐ３および積分時間Ｔｉ３を用いて、“Ｋｉ３＝Ｋｐ３／Ｔｉ３”と表される。

リミッタ４８４は、規定のリミット値（例えば、上限リミット値および下限リミット値）を用いて積分器４８２の出力値を制限した値を第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の振幅Ｉｚ２ａｍｐとして出力する。具体的には、積分器４８２の出力値を下限リミット値以上かつ上限リミット値以下に制限した値を振幅Ｉｚ２ａｍｐとして出力する。例えば、下限リミット値は０に設定され、上限リミット値はＩｚ２ｍａｘに設定される。すなわち、振幅Ｉｚ２ａｍｐは０以上かつＩｚ２ｍａｘ以下に制限される。

振幅Ｉｚ２ａｍｐの下限値を０に制限しない場合、各偏差σｃＬ，σｖＨ，σｖＬが大きい場合に、これらのいずれかの最小値が０になるように負の振幅Ｉｚ２ａｍｐを有する第２循環電流指令値Ｉｚ２＊に従う循環電流が流れることによりコンデンサ３２の電圧脈動が大きくなる。この場合、電力損失が増大し、不必要にコンデンサ３２の電圧脈動が大きくなる。そのため、リミッタ４８４によって、振幅Ｉｚ２ａｍｐを負にしないようにする必要がある。

振幅調整部４８０は、不平衡事故が検出された場合、第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の振幅制御の応答性を高める処理として、通常時よりも、積分ゲインＫｉ３を大きくする処理を実行する。なお、振幅調整部４８０は、値“０”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出されていない場合）、積分ゲインＫｉ３を通常値に設定する。また、振幅調整部４８０は、当該振幅制御の応答性を高める処理として、積分器４８２の出力値の制限を緩和する処理を実行してもよい。具体的には、振幅調整部４８０は、上限リミット値であるＩｚ２ｍａｘを大きくする処理を実行してもよい。

これにより、不平衡事故が検出された際には、通常時よりも、積分ゲインＫｉ３が増大し、積分器４８２の出力制限が緩和されるため、第２循環電流指令値Ｉｚ２＊の振幅制御の応答性が高まる。したがって、コンデンサ電圧の電圧脈動の抑制制御をより高速に実行することができる。

なお、振幅制御部４５２は、各偏差σｃＬ，σｖＨ，σｖＬのうちのいずれか１つ、または２つを用いて振幅Ｉｚ２ａｍｐを算出する構成であってもよい。具体的には、振幅制御部４５２は、各コンデンサ３２の電圧の１以上の代表値と、１以上の代表値にそれぞれ対応する１以上の代表指令値とに基づく制御余裕を算出し、少なくとも１つの制御余裕に基づいて、振幅Ｉｚ２ａｍｐを制御してもよい。一例では、代表値は、偏差σｐｕ～σｎｗのうちの最小値σｍｉｎ１である。当該代表値に対応する代表指令値は、制御余裕下限値σＬｌｉｍである。

（循環電流の制御方式）
図１１は、循環電流制御部４２１の構成例を示す図である。図１１を参照して、循環電流制御部４２１は、各相（例えば、Ｕ相～Ｗ相）について、加算器６４１と、減算器６５１と、比例器６５３と、積分器６５５と、加算器６５７とを含む。図１１の例では、循環電流制御部４２１は、ＰＩ制御器により構成されているが、比例制御器、ＰＩＤ制御器、またはフィードバック制御に用いられる他の制御器として構成されてもよい。

加算器６４１は、第１循環電流指令値Ｉｚ１＊と第２循環電流指令値Ｉｚ２＊との加算値を示す循環電流指令値Ｉｚ＊を出力する。減算器６５１は、循環電流指令値Ｉｚ＊と、フィードバック値としての循環電流Ｉｚ＿ｐｕとの偏差ΔＩｚ（すなわち、ΔＩｚ＝Ｉｚ＊－Ｉｚ＿ｐｕ）を出力する。

比例器６５３は、偏差ΔＩｚに比例ゲインＫｐ４を乗じた乗算値“Ｋｐ４×ΔＩｚ”を出力する。積分器６５５は、偏差ΔＩｚを時間積分した値を出力する。なお、積分器６５５の積分ゲインＫｉ４は、比例ゲインＫｐ４および積分時間Ｔｉ４を用いて、“Ｋｉ４＝Ｋｐ４／Ｔｉ４”と表される。加算器６５７は、比例器６５３の出力値および積分器６５５の出力値の加算値である循環電圧指令値Ｖｚ＊を出力する。

循環電流制御部４２１は、値“１”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出された場合）、循環電流制御の応答性を高める処理として、通常時よりも、循環電流制御の制御ゲイン（例えば、比例ゲインＫｐ４および積分ゲインＫｉ４）を大きくする処理を実行する。一方、循環電流制御部４２１は、値“０”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合、比例ゲインＫｐ４および積分ゲインＫｉ４を通常値に設定する。

また、循環電流制御部４２１は、循環電流制御の応答性を高める処理として、積分器６５５の上限リミット値を大きくし（例えば、＋∞に設定し）、下限リミット値を小さくする（例えば、－∞に設定する）処理を実行してもよい。また、加算器６５７の出力値に上下限を制限するリミッタが設けられている場合、循環電流制御の応答性を高める処理として、上限リミット値を大きくし、下限リミット値を小さくする処理が実行されてもよい。

上記のように、不平衡事故が検出された際には、通常時よりも、比例ゲインＫｐ４および積分ゲインＫｉ４が増大し、積分器６５５の出力制限が緩和されるため、循環電流制御の応答性が高まる。これにより、相アーム間および正負アーム間でのコンデンサ電圧をより高速にバランスさせることができる。

（正負アーム間の電圧バランス制御方式）
次に、正負バランス電圧指令生成部４２４により実行される正負バランス制御方式について説明する。具体的には、正負アーム間のコンデンサの電圧バランスを制御するための交流電圧指令値Ｖａｐｎ＊の算出方式について説明する。

図１２は、正負バランス電圧指令生成部の構成例を示すブロック図である。図１２を参照して、正負バランス電圧指令生成部４２４は、減算器７１１～７１３と、定数乗算器７１４～７１６と、フィルタ７２１～７２３と、加算器７６５と、定数乗算器７７０と、減算器７７１～７７３と、制御器７８１～７８３とを含む。

減算器７１１は、正側アーム１３ｐｕのコンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｕａ＿ｐｕから、負側アーム１３ｎｕのコンデンサ電圧平均値Ｖｃｎｕａ＿ｐｕを減算する。定数乗算器７１４は、この減算値に１／２を乗算する。各アーム１３のキャパシタ電圧の平均値相当の値には、系統周波数と同一の周波数振動および系統周波数の２倍の周波数振動（以下、「周波数振動成分」とも総称する。）が存在する。フィルタ７２１は、定数乗算器７１４の乗算結果からこの周波数振動成分を除去する。

同様に、減算器７１２は、正側アーム１３ｐｖのコンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｖａ＿ｐｕから、負側アーム１３ｎｖのコンデンサ電圧平均値Ｖｃｎｖａ＿ｐｕを減算する。定数乗算器７１５は、この減算値に１／２を乗算する。フィルタ７２２は、定数乗算器７１５の乗算結果から周波数振動成分を除去する。減算器７１３は、正側アーム１３ｐｗのコンデンサ電圧平均値Ｖｃｐｗａ＿ｐｕから、負側アーム１３ｎｗのコンデンサ電圧平均値Ｖｃｎｗａ＿ｐｕを減算する。定数乗算器７１６は、この減算値に１／２を乗算する。フィルタ７２３は、定数乗算器７１６の乗算結果から周波数振動成分を除去する。

上記のフィルタ７２１～７２３として、例えば、系統周波数と同一の周波数の移動平均フィルタを用いてもよいし、系統周波数と同一の周波数のノッチフィルタおよび２倍の周波数のノッチフィルタを用いてもよい。

加算器７６５は、フィルタ７２１～７２３を通過した値を加算する。定数乗算器７７０は、加算器７６５の加算結果に１／３を乗算する。これにより、中性点電圧Ｖ０ｘが求まる。減算器７７１は、フィルタ７２１を通過した値から中性点電圧Ｖ０ｘを減算した減算値Ｖｘｕを出力する。制御器７８１は、減算値Ｖｘｕをゼロにするためのフィードバック演算を実行することにより、Ｕ相の正負バランス用の交流電圧指令値Ｖａｐｎｕ＊を生成する。

同様に、減算器７７２は、フィルタ７２２を通過した値から中性点電圧Ｖ０ｘを減算した減算値Ｖｘｖを出力する。制御器７８２は、減算値Ｖｘｖをゼロにするためのフィードバック演算を実行することにより、Ｖ相の正負バランス用の交流電圧指令値Ｖａｐｎｖ＊を生成する。減算器７７３は、フィルタ７２３を通過した値から中性点電圧Ｖ０ｘを減算した減算値Ｖｘｗを出力する。制御器７８３は、減算値Ｖｘｗをゼロにするためのフィードバック演算を実行することにより、Ｗ相の正負バランス用の交流電圧指令値Ｖａｐｎｗ＊を生成する。生成された各相の交流電圧指令値Ｖａｐｎ＊は、電圧指令生成部４２５に出力される。

次に、制御器７８１～７８３（以下、「制御器７８０」とも総称する。）の具体的な構成について説明する。各相の減算値Ｖｘｕ～Ｖｘｗを“減算値Ｖｘ”とも総称する。

図１３は、正負バランス電圧指令生成部に設けられる制御器７８０の構成例を示す図である。図１３を参照して、各相の制御器７８０は、比例器７５３と、積分器７５５と、加算器７５７とを含む。図１３の例では、制御器７８０は、ＰＩ制御器により構成されているが、比例制御器、ＰＩＤ制御器、またはフィードバック制御に用いられる他の制御器として構成されてもよい。

比例器７５３は、減算値Ｖｘに比例ゲインＫｐ５を乗じた乗算値“Ｋｐ５×Ｖｘ”を出力する。積分器７５５は、減算値Ｖｘを時間積分した値を出力する。なお、積分器７５５の積分ゲインＫｉ５は、比例ゲインＫｐ５および積分時間Ｔｉ５を用いて、“Ｋｉ５＝Ｋｐ５／Ｔｉ５”と表される。加算器７５７は、比例器７５３の出力値および積分器７５５の出力値の加算値である交流電圧指令値Ｖａｐｎ＊を出力する。

制御器７８０は、値“１”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出された場合）、正負バランス制御の応答性を高める処理として、通常時よりも、正負バランス制御の制御ゲイン（例えば、比例ゲインＫｐ５および積分ゲインＫｉ５）を大きくする処理を実行する。一方、制御器７８０は、値“０”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合、比例ゲインＫｐ５および積分ゲインＫｉ５を通常値に設定する。

また、制御器７８０は、正負バランス制御の応答性を高める処理として、積分器７５５の上限リミット値を大きくし（例えば、＋∞に設定し）、下限リミット値を小さくする（例えば、－∞に設定する）処理を実行してもよい。なお、加算器７５７の出力値に上下限を制限するリミッタが設けられている場合、正負バランス制御の応答性を高める処理として、上限リミット値を大きくし、下限リミット値を小さくする処理が実行されてもよい。

上記のように、不平衡事故が検出された際には、通常時よりも、比例ゲインＫｐ５および積分ゲインＫｉ５が増大し、積分器７５５の出力制限が緩和されるため、正負バランス制御の応答性が高まる。これにより、正負アーム間でのコンデンサ電圧をより高速にバランスさせることができる。

（交流電流の出力抑制）
再び、図７を参照して、交流電流制御部４１５は、値“１”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出された場合）、交流系統２と電力変換器６との間に流れる交流電流Ｉａｃの大きさを小さくする処理（以下、「出力抑制処理」とも称する。）を実行する。

具体的には、交流電流制御部４１５に入力される交流電流指令値Ｉａｃ＊は、交流電流リミット値Ｉｍａｘに基づく適正範囲（すなわち、下限値：－Ｉｍａｘ、上限値：＋Ｉｍａｘ）に制限される。すなわち、交流電流指令値Ｉａｃ＊が交流電流リミット値Ｉｍａｘに基づく適正範囲を逸脱している場合には、交流電流指令値Ｉａｃ＊は下限値（－Ｉｍａｘ）または上限値（＋Ｉｍａｘ）に制限される。

交流電流制御部４１５は、不平衡事故が検出された場合、交流電流リミット値Ｉｍａｘを小さくする。この場合、交流電流リミット値Ｉｍａｘに基づく適正範囲は小さくなるため、交流電流指令値Ｉａｃ＊も小さくなる。交流電流制御部４１５は、このような交流電流指令値Ｉａｃ＊を補正した指令値に追従する交流電流Ｉａｃが出力されるように制御する。したがって、電力変換器６から出力される交流電流Ｉａｃが小さくなる。

他の例として、交流電流制御部４１５は、不平衡事故が検出された場合、交流電流指令値Ｉａｃ＊のｄ軸成分およびｑ軸成分の少なくとも一方のリミット値を小さくすることにより、電力変換器６から出力される交流電流Ｉａｃを小さくしてもよい。

なお、交流電流制御部４１５は、値“０”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出されない場合）、交流電流リミット値Ｉｍａｘを通常値に設定する。

上記の出力抑制処理によると、不平衡事故時において電力変換器６の出力を抑制できるため、電力変換器６の保護停止（例えば、過電流保護のための停止）を防ぐことができる。

（逆相電圧補償の制御方式）
図７を参照して、逆相電圧補償部４１２は、逆相電圧補償の実行時に、逆相電流指令値Ｉｎａｖｒ＊を出力する。ここで、逆相電圧補償の実行時とは、不平衡事故が検出されていない場合である。逆相電圧補償は、定常時の電力系統の品質向上（例えば、定常時の電圧不平衡率改善）のために実行されるものであり、系統事故時には電力変換器６自体の安定運転および運転継続性を優先させるのが望ましい。

具体的には、逆相電圧補償部４１２は、値“１”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出された場合）、逆相電圧補償を停止する。例えば、逆相電圧補償部４１２は、逆相電流指令値Ｉｎａｖｒ＊を出力しない、あるいは、逆相電流指令値Ｉｎａｖｒ＊としてゼロを出力する。一方、逆相電圧補償部４１２は、値“０”の検出信号Ｓａの入力を受けた場合（すなわち、不平衡事故が検出されていない場合）、逆相電圧補償を実行する（すなわち、逆相電流指令値Ｉｎａｖｒ＊を出力する）。

上記構成によると、定常時は逆相電圧補償を有効とし、不平衡事故時は逆相電圧補償を無効とすることができるので、コンデンサ電圧が相間でアンバランスすることを防止しながら、系統電圧を安定化できる。また、逆相電圧補償を停止することにより、制御余裕を上述した相間バランス制御、正負バランス制御、および電圧脈動の抑制制御に振り分けることができる。

（まとめ）
上記のように、制御装置５（具体的には、基本制御部５０２）は、不平衡事故を検出した場合、コンデンサ電圧に関する制御の応答性を高める処理を実行する。コンデンサ電圧に関する制御は、コンデンサの電圧バランス制御（具体的には、相間バランス制御、正負バランス制御）、およびコンデンサの電圧脈動の抑制制御の少なくとも一方を含む。また、制御装置５は、不平衡事故を検出した場合、循環電流制御の応答性の高速化処理、出力抑制処理、および逆相電圧補償の停止処理を実行する。

制御装置５は、不平衡事故の検出時において、上記の複数の処理（例えば、相間バランス制御、正負バランス制御、電圧脈動の抑制制御、および循環電流制御の応答性の高速化処理、出力抑制処理、逆相電圧補償の停止処理）の少なくとも１つを実行してもよいし、予め定められた優先順位に従って、当該複数の処理を実行する構成であってもよい。

また、制御装置５は、当該複数の処理を実行した後、規定時間が経過しても不平衡事故の検出が継続している場合には、電力変換器６に含まれるすべての変換器セル１のスイッチング素子３１をゲートブロックするためのゲートブロック指令を各変換器セル１に出力する。なお、不平衡事故が検出されなくなった場合、制御装置５は、電力変換器６のすべての変換器セル１のスイッチング素子３１をゲートブロック状態からデブロック状態に移行させるために、各変換器セル１にデブロック指令を出力する。

＜利点＞
本実施の形態によると、交流系統２の不平衡事故の発生時において、変換器セル１内のコンデンサ３２の電圧を適切に制御することにより、電力変換装置１００の運転を継続することが可能となる。

その他の実施の形態．
上述の実施の形態として例示した構成は、本開示の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した説明ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 変換器セル、２ 交流系統、３ 変圧器、４ 直流回路、５ 制御装置、６ 電力変換器、７ａ，７ｂ リアクトル、８ｕ～８ｗ レグ回路、９ａ，９ｂ アーム電流検出器、１０ 交流電圧検出器、１１ａ，１１ｂ 直流電圧検出器、１３ｎｕ～１３ｎｗ 負側アーム、１３ｐｕ～１３ｐｗ 正側アーム、１５ 交流電流検出器、３１ｎ，３１ｐ スイッチング素子、３２ コンデンサ、３３ 電圧検出器、７０ 入力変換器、７１ サンプルホールド回路、７２ マルチプレクサ、７３ Ａ／Ｄ変換器、７５ ＲＡＭ、７６ ＲＯＭ、７７ 入出力インターフェイス、７８ 補助記憶装置、７９ バス、１００ 電力変換装置、４０１ 電気量算出部、４０２ 平均値算出部、４０３ 最大値検出部、４０４，４７２，４７６ 最小値検出部、４０５ 規格化部、４０６ コンデンサ電圧指令生成部、４１２ 逆相電圧補償部、４１３ 全コンデンサ電圧制御部、４１４ 直流制御部、４１５ 交流電流制御部、４１７ 第１循環電流指令生成部、４１９ 第２循環電流指令生成部、４２１ 循環電流制御部、４２３ 零相電圧指令生成部、４２５ 電圧指令生成部、４２７ 変調指令生成部、４５２ 振幅制御部、４５４ 位相調整部、４５６ 生成部、４６１ 不平衡事故検出部、４７７ フィルタ部、４７８ 極性反転部、４８０ 振幅調整部、４８２，６０５，６１５，６５５ 積分器、４８４ リミッタ、５０２ 基本制御部、５０３ アーム制御部、６００ 相間バランス制御部、６１０ 正負バランス制御部。

Claims (9)

1. 交流系統に接続された電力変換装置であって、
   前記交流系統の相ごとに複数のアームを含む電力変換器と、
   前記電力変換器を制御する制御装置とを備え、
   前記複数のアームの各々は、互いにカスケード接続された複数の変換器セルを有し、
   前記複数の変換器セルの各々は、複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子に接続されるエネルギー蓄積要素とを有し、
   前記制御装置は、
   前記交流系統の電気量に基づいて、前記交流系統の不平衡事故を検出し、
   前記不平衡事故を検出した場合、前記エネルギー蓄積要素の電圧に関する制御の応答性を高める処理を実行し、
   前記エネルギー蓄積要素の電圧に関する制御は、前記エネルギー蓄積要素の電圧バランス制御および前記エネルギー蓄積要素の電圧脈動の抑制制御を含み、
   前記制御装置は、
   前記エネルギー蓄積要素の電圧バランス制御により第１循環電流指令値を生成し、
   前記エネルギー蓄積要素の電圧脈動の抑制制御により第２循環電流指令値を生成し、
   前記電力変換器内を循環する循環電流を、前記第１循環電流指令値および前記第２循環電流指令値に基づく循環電流指令値に追従させる循環電流制御を実行し、
   前記不平衡事故を検出した場合、前記循環電流制御の応答性を高める処理を実行する、電力変換装置。
2. 前記制御装置は、
   前記エネルギー蓄積要素の電圧バランス制御として、相に含まれる各前記エネルギー蓄積要素の電圧代表値を第１指令値に追従させることにより、相間での前記エネルギー蓄積要素の電圧バランスを制御するための相間バランス制御を実行し、
   前記不平衡事故を検出した場合、前記相間バランス制御の応答性を高める第１処理を実行する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記第１処理は、前記相間バランス制御の制御ゲインを大きくする処理を含む、請求項２に記載の電力変換装置。
4. 前記複数のアームは、正側アームおよび負側アームで構成され、
   前記制御装置は、
   前記エネルギー蓄積要素の電圧バランス制御として、前記正側アームおよび前記負側アーム間での前記エネルギー蓄積要素の電圧バランスを制御するための正負バランス制御を実行し、
   前記不平衡事故を検出した場合、前記正負バランス制御の応答性を高める第２処理を実行する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
5. 前記第２処理は、前記正負バランス制御の制御ゲインを大きくする処理を含む、請求項４に記載の電力変換装置。
6. 前記制御装置は、
   前記エネルギー蓄積要素の電圧脈動を抑制するように、前記交流系統の基本波周波数の偶数倍の周波数成分を有する前記第２循環電流指令値を生成し、
   前記不平衡事故を検出した場合、前記第２循環電流指令値の振幅制御の応答性を高める第３処理を実行する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
7. 前記制御装置は、前記不平衡事故を検出した場合、前記交流系統と前記電力変換器との間に流れる交流電流の大きさを小さくする、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
8. 前記制御装置は、
   逆相電圧補償の実行時に、前記交流系統の交流電圧に含まれる逆相成分を補償するための逆相電流指令値を生成し、
   前記不平衡事故を検出した場合、前記逆相電圧補償を停止する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
9. 前記制御装置は、前記交流系統の正相電圧に対する逆相電圧の比率を示す不平衡率が閾値以上となった場合に、前記不平衡事故を検出する、請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。