WO2021181581A1 - 電力変換装置 - Google Patents

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WO2021181581A1
WO2021181581A1 PCT/JP2020/010631 JP2020010631W WO2021181581A1 WO 2021181581 A1 WO2021181581 A1 WO 2021181581A1 JP 2020010631 W JP2020010631 W JP 2020010631W WO 2021181581 A1 WO2021181581 A1 WO 2021181581A1
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WO
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voltage
current
phase
value
converter
Prior art date
Application number
PCT/JP2020/010631
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English (en)
French (fr)
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拓也 梶山
藤井　俊行
修平 藤原
涼介 宇田
河野　良之
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三菱電機株式会社
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Publication date
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Priority to US17/759,875 priority patent/US20230124367A1/en
Priority to PCT/JP2020/010631 priority patent/WO2021181581A1/ja
Priority to JP2020534634A priority patent/JP6797333B1/ja
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    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4833—Capacitor voltage balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/4835—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels comprising two or more cells, each including a switchable capacitor, the capacitors having a nominal charge voltage which corresponds to a given fraction of the input voltage, and the capacitors being selectively connected in series to determine the instantaneous output voltage

Definitions

  • the present disclosure relates to a power conversion device that converts power between alternating current and direct current.
  • a modular multi-level converter (hereinafter, also referred to as an MMC converter) in which a plurality of unit converters are connected in a cascade can easily cope with an increase in voltage by increasing the number of unit converters. ..
  • the "unit converter” is also referred to as a "converter cell” or a "sub module”.
  • MMC converters are widely applied to power transmission and distribution systems as large-capacity static varsator power compensators or AC / DC power converters for high-voltage DC transmission.
  • the converter cell includes a plurality of switching elements and a power storage element, and is composed of a chopper circuit, a bridge circuit, or the like.
  • Patent Document 1 Japanese Patent No. 6509352
  • an AC / DC conversion operation is performed in one cell group, and a circulating current is controlled in the other cell group.
  • An object of the present disclosure is an electric power conversion capable of appropriately controlling the voltage of a capacitor included in each cell group even when one cell group and the other cell group perform different operations. To provide a device.
  • a power conversion device that performs power conversion between a DC circuit and an AC circuit.
  • the power conversion device includes a power conversion circuit unit including a plurality of leg circuits corresponding to a plurality of phases of the AC circuit.
  • Each leg circuit is composed of two arms connected in series.
  • Each arm contains a plurality of transducer cells, each having a capacitor and connected in series with each other.
  • the power converter further includes a control device that controls the operation of a plurality of converter cells.
  • Each of the plurality of converter cells is a first converter cell that is controlled not based on the circulating current circulating between the plurality of leg circuits, or a second converter cell that is controlled based on the circulating current.
  • the control device is based on the first voltage command value generated by the DC current and DC voltage of the DC circuit and the AC current and AC voltage of each phase of the AC circuit, and is used for a plurality of first converter cells in each arm. Control the output voltage.
  • the control device has a first value based on the deviation between the circulating current and the circulating current command value, and a second value based on the deviation between the capacitor voltage in the second converter cell and the command value of the capacitor voltage. Is used to control the output voltages of the plurality of second converter cells in each arm.
  • the control device sets the auxiliary voltage command value including at least one of the DC component and the fundamental wave AC component of the AC circuit as the first value. And linearly connect to the second value.
  • the voltage of the capacitor included in each cell group can be appropriately controlled.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a power conversion device.
  • the power converter 1 is configured by a modular multi-level converter including a plurality of converter cells (corresponding to "cells" in FIG. 1) connected in series with each other.
  • the power conversion device 1 performs power conversion between the DC circuit 14 and the AC circuit 12.
  • the power conversion device 1 includes a power conversion circuit unit 2 and a control device 3.
  • the power conversion circuit unit 2 has a plurality of legs connected in parallel between the positive DC terminal (that is, the high potential side DC terminal) Np and the negative side DC terminal (that is, the low potential side DC terminal) Nn.
  • the circuits 4u, 4v, 4w (hereinafter, also collectively referred to as “leg circuit 4”) are included.
  • the leg circuit 4 is provided in each of the plurality of phases constituting the alternating current.
  • the leg circuit 4 is connected between the AC circuit 12 and the DC circuit 14, and performs power conversion between the two circuits.
  • FIG. 1 shows a case where the AC circuit 12 is a three-phase AC system, and three leg circuits 4u, 4v, and 4w are provided corresponding to the U phase, the V phase, and the W phase, respectively.
  • the AC terminals Nu, Nv, Nw provided in the leg circuits 4u, 4v, 4w, respectively, are connected to the AC circuit 12 via the transformer 13.
  • the AC circuit 12 is an AC power system including, for example, an AC power supply.
  • FIG. 1 the connection between the AC terminals Nv, Nw and the transformer 13 is not shown for ease of illustration.
  • the positive DC terminal Np and the negative DC terminal Nn commonly connected to each leg circuit 4 are connected to the DC circuit 14.
  • the DC circuit 14 is, for example, a DC terminal of a DC power system or other power conversion device including a DC power transmission network or the like. In the latter case, a BTB (Back To Back) system for connecting AC power systems having different rated frequencies is configured by connecting two power conversion devices.
  • the transformer 13 of FIG. 1 may be configured to be connected to the AC circuit 12 via an interconnection reactor.
  • the leg circuits 4u, 4v, 4w are provided with primary windings, respectively, and the leg circuits 4u, 4v, 4w are provided via the secondary windings magnetically coupled to the primary windings. It may be connected to the transformer 13 or the interconnection reactor in an alternating current manner.
  • the primary winding may be the following reactors 8A and 8B.
  • leg circuit 4 is electrically (that is, DC or AC) via the connection portion provided in each leg circuit 4u, 4v, 4w such as the AC terminals Nu, Nv, Nw or the above-mentioned primary winding. ) Connected to the AC circuit 12.
  • the leg circuit 4u is composed of two arms connected in series. Specifically, the leg circuit 4u includes a positive arm 5 from the positive DC terminal Np to the AC terminal Nu and a negative arm 6 from the negative DC terminal Nn to the AC terminal Nu.
  • the positive arm is also called the upper arm, and the negative arm is also called the lower arm.
  • the AC terminal Nu which is the connection point between the positive arm 5 and the negative arm 6, is connected to the transformer 13.
  • the positive DC terminal Np and the negative DC terminal Nn are connected to the DC circuit 14. Since the leg circuits 4v and 4w have the same configuration, the leg circuits 4u will be described below as a representative.
  • the positive arm 5 includes a cell group 51 in which a plurality of converter cells 7a are cascaded, a cell group 52 in which a plurality of transducer cells 7b are cascaded, and a reactor 8A.
  • the cell group 51, the cell group 52 and the reactor 8A are connected in series with each other.
  • the negative arm 6 includes a cell group 61 in which a plurality of converter cells 7a are cascaded, a cell group 62 in which a plurality of transducer cells 7b are cascaded, and a reactor 8B.
  • the cell group 61, the cell group 62 and the reactor 8B are connected in series with each other.
  • the number of converter cells 7a included in each of the cell group 51 and the cell group 61 is N1. However, N1 ⁇ 2. Further, the number of converter cells 7b included in each of the cell group 52 and the cell group 62 is N2. However, N2 ⁇ 1.
  • the converter cells 7a and 7b may be collectively referred to as the converter cell 7. In order to facilitate the illustration, a plurality of converter cells 7a are arranged adjacent to each other in each arm, and a plurality of converter cells 7b are arranged adjacent to each other, but the present invention is not limited to this.
  • a plurality of converter cells 7a may be arranged in a dispersed manner with each other, and a plurality of converter cells 7b may be arranged in a dispersed manner with respect to each other.
  • Each of the plurality of converter cells 7 included in each leg circuit 4 is a converter cell 7a or a converter cell 7b.
  • the position where the reactor 8A is inserted may be any position of the positive arm 5 of the leg circuit 4u, and the position where the reactor 8B is inserted is any position of the negative arm 6 of the leg circuit 4u. You may. There may be a plurality of reactors 8A and 8B, respectively. The inductance values of each reactor may be different from each other. Only the reactor 8A of the positive arm 5 or only the reactor 8B of the negative arm 6 may be provided.
  • the cell groups 51 and 61 and the cell groups 52 and 62 have different roles. Specifically, the converter cells 7a of the cell groups 51 and 61 are not used for controlling the circulating current, but are in charge of controlling the amount of AC electricity and the amount of DC electricity (that is, AC / DC conversion control), and the cell groups 52, The converter cell 7b of 62 is in charge of controlling the circulating current.
  • the power conversion device 1 includes an AC voltage detector 10, an AC current detector 16, and DC voltage detectors 11A and 11B as each detector for measuring the amount of electricity (for example, current, voltage, etc.) used for control. And the arm current detectors 9A and 9B provided in each leg circuit 4. The signals detected by these detectors are input to the control device 3.
  • the signal line of the signal input from each detector to the control device 3 and the signal line of the signal input / output between the control device 3 and each converter cell 7 are shown. Although some of them are described together, they are actually provided for each detector and each converter cell 7.
  • the signal lines between each converter cell 7 and the control device 3 may be provided separately for transmission and reception.
  • the signal line is composed of, for example, an optical fiber.
  • the AC voltage detector 10 detects the U-phase AC voltage Vacu, the V-phase AC voltage Vacv, and the W-phase AC voltage Vacw of the AC circuit 12.
  • the AC current detector 16 detects the U-phase AC current Iacu, the V-phase AC current Iacv, and the W-phase AC current Iacw of the AC circuit 12.
  • the DC voltage detector 11A detects the DC voltage Vdcp of the positive DC terminal Np connected to the DC circuit 14.
  • the DC voltage detector 11B detects the DC voltage Vdcn of the negative DC terminal Nn connected to the DC circuit 14.
  • the arm current detectors 9A and 9B provided in the U-phase leg circuit 4u detect the positive arm current Ipu flowing through the positive arm 5 and the negative arm current Inu flowing through the negative arm 6, respectively.
  • the arm current detectors 9A and 9B provided in the V-phase leg circuit 4v detect the positive arm current Ipv and the negative arm current Inv, respectively.
  • the arm current detectors 9A and 9B provided in the leg circuit 4w for the W phase detect the positive arm current Ipw and the negative arm current Inw, respectively.
  • the positive arm currents Ipu, Ipv, and Ipw are collectively referred to as the positive arm currentquaintmp
  • the negative arm currents Inu, Inv, and Inw are collectively referred to as the negative arm current Iarmn.
  • the side arm currentThatmp and the negative arm current Iarmn are collectively referred to as an arm current Iarm.
  • the arm current Iarm is defined as a positive current flowing in the direction from the positive DC terminal Np to the negative DC terminal Nn.
  • the control device 3 may be configured by a dedicated circuit, or a part or all of the control device 3 may be configured by an FPGA (Field Programmable Gate Array), a microprocessor or the like.
  • the control device 3 includes an auxiliary transformer, an AD (Analog to Digital) converter, an arithmetic unit, and the like as a hardware configuration.
  • the arithmetic unit includes a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory).
  • the AD conversion unit includes an analog filter, a sample hold circuit, a multiplexer, and the like.
  • the control device 3 may be composed of, for example, a digital protection control device.
  • FIG. 2 is a circuit diagram showing an example of converter cells constituting the cell group.
  • the converter cell 7 shown in FIG. 2A has a circuit configuration called a half-bridge configuration.
  • the converter cell 7 includes a series body formed by connecting two switching elements 31p and 31n in series, a capacitor 32 as an energy storage device, a bypass switch 34, and a voltage detector 33.
  • the series body and the capacitor 32 are connected in parallel.
  • the voltage detector 33 detects the capacitor voltage Vc, which is the voltage across the capacitor 32.
  • the converter cell 7 shown in FIG. 2B has a circuit configuration called a full bridge configuration.
  • the converter cell 7 includes a first series body formed by connecting two switching elements 31p1 and 31n1 in series, and a second series body formed by connecting two switching elements 31p2 and 31n2 in series. ,
  • the capacitor 32, the bypass switch 34, and the voltage detector 33 are connected in parallel.
  • the voltage detector 33 detects the capacitor voltage Vc.
  • the two switching elements 31p and 31n in FIG. 2A and the four switching elements 31p1, 31n1, 31p2 and 31n2 in FIG. 2B are, for example, IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and GCT (Gate Commutated Turn). -off)
  • a freewheeling diode (FWD) is connected in anti-parallel to a self-extinguishing semiconductor switching element such as a thyristor or MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor).
  • a capacitor such as a film capacitor is mainly used as the capacitor 32.
  • the switching elements 31p, 31n, 31p1, 31n1, 31p2, 31n2 are also collectively referred to as the switching element 31. Further, the on / off of the semiconductor switching element in the switching element 31 is simply described as “on / off of the switching element 31”.
  • both terminals of the switching element 31n are input / output terminals P1 and P2.
  • the voltage across the capacitor 32 and the zero voltage are output by the switching operation of the switching elements 31p and 31n. For example, when the switching element 31p is turned on and the switching element 31n is turned off, the voltage across the capacitor 32 is output. A zero voltage is output when the switching element 31p is off and the switching element 31n is on.
  • both terminals of the switching element 31n are input / output terminals P1 and P2, but both terminals of the switching element 31p may be input / output terminals P1 and P2, in which case the operation is reversed. ..
  • the bypass switch 34 is connected between the input / output terminals P1 and P2.
  • the bypass switch 34 is connected in parallel with the switching element 31n.
  • the bypass switch 34 is connected in parallel with the switching element 31p.
  • the midpoint between the switching element 31p1 and the switching element 31n1 and the midpoint between the switching element 31p2 and the switching element 31n2 are set to the input / output terminals P1 and P2 of the converter cell 7. And.
  • the switching element 31n2 is always on, the switching element 31p2 is always off, and the switching elements 31p1 and 31n1 are alternately turned on to generate a positive voltage or a zero voltage. Output.
  • the converter cell 7 shown in FIG. 2B has a zero voltage or a negative voltage by constantly turning off the switching element 31n2, constantly turning on the switching element 31p2, and alternately turning on the switching elements 31p1 and 31n1. It can also output voltage.
  • the bypass switch 34 is connected between the input / output terminals P1 and P2.
  • the bypass switch 34 is connected in parallel with a series of switching elements 31n1 and 31n2. By turning on the bypass switch 34, the converter cell 7 is short-circuited.
  • the converter cells 7a and 7b are configured as the half-bridge cell shown in FIG. 2A and a semiconductor switching element and a capacitor as an energy storage element are used will be described as an example.
  • the converter cells 7a and 7b may have a full bridge configuration as shown in FIG. 2 (b).
  • a converter cell other than the configuration shown above for example, a converter cell to which a circuit configuration called a clamped double cell or the like is applied may be used, and the switching element and the energy storage element are also limited to the above. is not it.
  • FIG. 3 is a diagram showing an internal configuration of the control device 3.
  • the control device 3 includes switching control units 501a and 501b (hereinafter, also collectively referred to as “switching control unit 501”).
  • the switching control unit 501a controls the on / off of each switching element 31 of the converter cell 7a.
  • the switching control unit 501b controls the on / off of each switching element 31 of the converter cell 7b.
  • the switching control unit 501a includes a basic control unit 502a, a U-phase positive side cell group control unit 503UPa, a U-phase negative side cell group control unit 503UNa, a V-phase positive side cell group control unit 503VPa, and a V-phase negative side cell.
  • the group control unit 503VNa, the W phase positive side cell group control unit 503 WPa, and the W phase negative side cell group control unit 503 WNa are included.
  • the switching control unit 501b includes a basic control unit 502b, a U-phase positive side cell group control unit 503UPb, a U-phase negative side cell group control unit 503UNb, a V-phase positive side cell group control unit 503VPb, and a V-phase negative side cell.
  • the group control unit 503VNb, the W phase positive side cell group control unit 503WPb, and the W phase negative side cell group control unit 503WNb are included.
  • the U-phase positive cell group control unit 503UPa, the V-phase positive cell group control unit 503VPa, and the W-phase positive cell group control unit 503WPa are collectively referred to as the positive cell group control unit 503Pa.
  • the U-phase negative side cell group control unit 503UNa, the V-phase negative side cell group control unit 503VNa, and the W-phase negative side cell group control unit 503WNa are collectively referred to as the negative side cell group control unit 503Na.
  • the positive cell group control unit 503Pa and the negative cell group control unit 503Na are also collectively referred to as the cell group control unit 503a.
  • the positive cell group control unit 503Pa controls the operation of the cell group 51, and the negative cell group control unit 503Na controls the operation of the cell group 61.
  • the U-phase positive cell group control unit 503UPb, the V-phase positive cell group control unit 503VPb, and the W-phase positive cell group control unit 503WPb are also collectively referred to as the positive cell group control unit 503Pb.
  • the U-phase negative side cell group control unit 503UNb, the V-phase negative side cell group control unit 503VNb, and the W-phase negative side cell group control unit 503WNb are collectively referred to as the negative side cell group control unit 503Nb.
  • the positive cell group control unit 503Pb and the negative cell group control unit 503Nb are also collectively referred to as the cell group control unit 503b.
  • the positive cell group control unit 503Pb controls the operation of the cell group 52, and the negative cell group control unit 503Nb controls the operation of the cell group 62.
  • the basic control unit 502a and the basic control unit 502b are collectively referred to as the basic control unit 502, and the cell group control unit 503a and the cell group control unit 503b are collectively referred to as the cell group control unit 503.
  • FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the basic control unit 502.
  • the control device 3 includes basic control units 502a and 502b, current calculation unit 521, voltage calculation unit 522, positive cell group control units 503Pa and 503Pb, and negative cell group control unit 503Na. , 503Nb and.
  • the basic control unit 502a includes an AC control unit 523, a DC control unit 524, and a command generation unit 525.
  • the basic control unit 502b includes a circulating current control unit 526, a capacitor voltage control unit 527, an auxiliary voltage generation unit 528, adders 5i, 5j, 5k, 5m, and gain circuits 5g, 5h.
  • the basic control unit 502a supplies the voltage command values Vpref1 and Vnref1 to the positive cell group control unit 503Pa and the negative cell group control unit 503Na, respectively.
  • the basic control unit 502b supplies the voltage command values Vpref2 and Vnref2 to the positive cell group control unit 503Pb and the negative cell group control unit 503Nb, respectively.
  • the voltage command values Vpref1 and Vnref1 supplied to the positive cell group control unit 503Pa and the negative cell group control unit 503Na for AC / DC conversion control, respectively, are not based on the detected values of the circulating current Icc.
  • the voltage command values Vpref2 and Vnref2 supplied to the positive cell group control unit 503Pb and the negative cell group control unit 503Nb for circulating current control, respectively, are based on the detected values of the circulating current Icc. From this, it can be said that the converter cells 7a of the cell groups 51 and 61 are controlled not based on the circulating current, and the converter cells 7b of the cell groups 52 and 62 are controlled based on the circulating current.
  • the current calculation unit 521 captures the positive arm currents Ipu, Ipv, Ipw detected by the arm current detector 9A and the negative arm currents Inu, Inv, Inw detected by the arm current detector 9B. From the taken-in arm current, the current calculation unit 521 includes alternating current Iacu, Iacv, Iacw (hereinafter collectively referred to as "AC current Iac”), DC current Idc, and circulating current Iccu, Iccv, Iccw (hereinafter “circulating current”). (Also collectively referred to as "Icc”)).
  • the current calculation unit 521 outputs each AC current Iac to the AC control unit 523 and the auxiliary voltage generation unit 528, outputs the DC current Idc to the DC control unit 524 and the auxiliary voltage generation unit 528, and controls the circulating current Icc to the circulating current. Output to unit 526.
  • the U-phase alternating current Iacu, the V-phase alternating current Iacv, and the W-phase alternating current Iacw are defined as positive currents flowing from the AC terminals Nu, Nv, Nw of each leg circuit 4 in the direction of the transformer 13. ..
  • the DC current Idc is defined as a direction from the DC circuit 14 toward the positive DC terminal Np and a direction from the negative DC terminal Nn toward the DC circuit 14 as positive.
  • the circulating currents Iccu, Iccv, and Iccw flowing through the leg circuits 4u, 4v, and 4w are defined as positive in the direction from the positive DC terminal Np to the negative DC terminal Nn, respectively.
  • AC voltage Vac U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages Vac, Vacv, and Vacw
  • AC voltage Vac U-phase, V-phase, and W-phase AC voltages Vac, Vacv, and Vacw
  • the AC control unit 523 uses the AC current Iac and the AC voltage Vac as the basis for the U-phase, V-phase, and W-phase AC voltage command values Vacrefu, Vacrefv, and Vacrefw (hereinafter, also collectively referred to as "AC voltage command value Vacref"). To generate.
  • the DC control unit 524 generates a DC voltage command value Vdcref based on the DC voltage (that is, the voltage between DC terminals) Vdc and the DC current Idc of the DC circuit 14 calculated from the DC voltages Vdcp and Vdcn.
  • the command generation unit 525 generates voltage command values Vpref1u and Vnref1u used for the U-phase cell groups 51 and 61, respectively, based on the U-phase AC voltage command value Vacrefu and the DC voltage command value Vdcref.
  • the command generation unit 525 generates voltage command values Vpref1v and Vnref1v used for the V-phase cell groups 51 and 61, respectively, based on the V-phase AC voltage command value Vacrefv and the DC voltage command value Vdcref.
  • the command generation unit 525 generates voltage command values Vpref1w and Vnref1w used for the W phase cell groups 51 and 61, respectively, based on the W phase AC voltage command value Vacrefw and the DC voltage command value Vdcref.
  • the voltage command values Vpref1u, Vpref1v, and Vpref1w are supplied to the positive cell group control unit 503Pa.
  • the voltage command values Vnref1u, Vnref1v, and Vnref1w are supplied to the negative cell group control unit 503Na.
  • the voltage calculation unit 522 receives information on the capacitor voltage Vc from each converter cell 7b provided in the cell groups 52 and 62 of each leg circuit 4.
  • the voltage calculation unit 522 calculates the representative value Vcp2 of the plurality of capacitor voltages of the cell group 52 for each phase based on the information of each capacitor voltage Vc, and calculates the representative value Vcn2 of the plurality of capacitor voltages of the cell group 62. calculate.
  • the representative values Vcp2 of the U phase, V phase, and W phase are described as Vcpu2, Vcpv2, and Vcpw2, respectively, and the representative values Vcn2 of the U phase, V phase, and W phase are described as Vcnu2, Vcnv2, and Vcnw2, respectively.
  • the voltage calculation unit 522 outputs the representative values Vcpu2, Vcpv2, Vcpw2 of the capacitor voltage of each cell group 52 and the representative values Vcnu2, Vcnv2, Vcnw2 of the capacitor voltage of each cell group 62 to the capacitor voltage control unit 527.
  • the capacitor voltage control unit 527 receives information on each arm current Iarm, and also receives information on the capacitor voltages Vcpu2, Vcpv2, Vcpw2, Vcnu2, Vcnv2, Vcnw2 from the voltage calculation unit 522.
  • the capacitor voltage control unit 527 generates a correction value Vpcorr for correcting the voltage command value Vpref2 for the cell group 52 based on each arm current Iarm and the capacitor voltages Vcpu2, Vcpv2, and Vcpw2, and the generated correction value. Output Vpcorr to the adder 5i.
  • the capacitor voltage control unit 527 generates a correction value Vncorr for correcting the voltage command value Vnref2 for the cell group 62 based on each arm current Iarm and the capacitor voltages Vcnu2, Vcnv2, Vcnw2, and the generated correction value. Output Vncorr to the adder 5j.
  • the circulating current control unit 526 generates voltage command values Vccrefu, Vccrefv, and Vccrefw (hereinafter, also collectively referred to as “voltage command value Vccref”) for controlling the circulating current of each phase based on the circulating currents Iccu, Iccv, and Iccw.
  • the adder 5i adds the voltage command value Vccref, the value obtained by multiplying the voltage command value Vpref1 for the cell group 51 by the gain k in the gain circuit 5g, and the correction value Vpcorr for each phase to generate the voltage value Vxp.
  • the adder 5j adds the voltage command value Vccref, the value obtained by multiplying the voltage command value Vnref1 for the cell group 61 by the gain k in the gain circuit 5h, and the correction value Vncorr for each phase to generate the voltage value Vxn.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 assists the charging of the capacitors of the cell groups 52 and 62 based on the direct current Idc and the alternating current Iac when the capacitor voltage of the cell groups 52 and 62 drops. Generate values Vssp and Vssn.
  • the voltage value Vxp is added to the auxiliary voltage command value Vssp for each phase in the adder 5k.
  • the voltage command value Vpref2 for the cell group 52 for circulating current control is generated.
  • the voltage command value Vpref2 is supplied to the positive cell group control unit 503Pb.
  • the voltage value Vxn is added to the auxiliary voltage command value Vssn for each phase in the adder 5 m.
  • the voltage command value Vnref2 for the cell group 62 for circulating current control is generated.
  • the voltage command value Vnref2 is supplied to the negative cell group control unit 503Nb.
  • the basic control unit 502a is based on the voltage command values Vpref1 and Vnref1 generated by the DC current Idc and the DC voltage Vdc of the DC circuit 14 and the AC current Iac and the AC voltage Vac of each phase of the AC circuit 12. , Controls the output voltage of a plurality of converter cells 7a in each arm.
  • the basic control unit 502b linearly combines the auxiliary voltage command values Vssp and Vssn, the voltage command values Vccref, the voltage command values Vpref1 and Vnref1, and the correction values Vpcorr and Vncorr. By doing so, voltage command values Vpref2 and Vnref2 for controlling the output voltages of the plurality of converter cells 7b are generated. If the capacitor voltage of the converter cell 7b has not dropped, the auxiliary voltage command values Vssp and Vssn are not generated.
  • the basic control unit 502b linearly combines the voltage command values Vccref, the voltage command values Vpref1 and Vnref1, and the correction values Vpcorr and Vncorr to generate the output voltages of the plurality of converter cells 7b.
  • the voltage command values Vpref2 and Vnref2 for control are generated.
  • control device 3 ⁇ Detailed operation of control device 3> (Operation of current calculation unit)
  • the connection point between the positive arm 5 and the negative arm 6 of the U-phase leg circuit 4u is the AC terminal Nu, and the AC terminal Nu is connected to the transformer 13. Therefore, the AC current Iacu flowing from the AC terminal Nu toward the transformer 13 is a current value obtained by subtracting the negative arm current Inu from the positive arm current Ipu as shown in the following equation (1).
  • Iacv Ipv-Inv ... (3)
  • Icomv (Ipv + Inv) / 2 ... (4)
  • Iacw Ipw-Inw ... (5)
  • Icomw (Ipw + Inw) / 2 ... (6)
  • the positive DC terminals of the leg circuits 4u, 4v, 4w of each phase are commonly connected as positive DC terminals Np, and the negative DC terminals are commonly connected as negative DC terminals Nn. From this configuration, the current value obtained by adding the leg currents Icomu, Icomv, and Icomw of each phase becomes the DC current Idc that flows from the positive terminal of the DC circuit 14 and returns to the DC circuit 14 via the negative terminal. Therefore, the direct current Idc is expressed by the equation (7).
  • Idc Icomu + Icomv + Icomw ... (7)
  • the current capacity of the converter cell can be made uniform.
  • the difference between the leg current and 1/3 of the DC current value can be calculated as the current value of the circulating current that does not flow in the DC circuit 14 but flows between the legs of each phase. Therefore, the circulating currents Iccu, Iccv, and Iccw of the U phase, V phase, and W phase are expressed by the following equations (8), (9), and (10), respectively.
  • the current calculation unit 521 of FIG. 4 is based on the positive arm currents Ipu, Ipv, Ipw and the negative arm currents Inu, Inv, Inw. Calculate Iccv and Iccw.
  • the AC control unit 523 converts the AC voltages Vacu, Vacv, and Vacw detected by the AC voltage detector 10 and the AC currents Iacu, Iacv, and Iacw output by the current calculation unit 521 into each conversion constituting the power conversion device 1.
  • the AC voltage to be output by the instrument cell 7 is output as AC voltage command values Vacrefu, Vacrefv, and Vacrefw.
  • the AC control unit 523 is, for example, an AC current controller that feedback-controls the AC current value so as to match the AC current command value according to the function required for the power conversion device 1, and the AC voltage value is the AC voltage command value. It is composed of an AC voltage controller or the like that controls feedback so as to match. Alternatively, the AC control unit 523 may be configured by a power controller that obtains electric power from the AC current value and the AC voltage value and performs feedback control so that the electric power value becomes a desired value. In practice, one or more of these AC current controllers, AC voltage controllers, and power controllers are combined to form and operate the AC control unit 523.
  • the voltage components for controlling this current are the positive phase component and the negative phase component of the polyphase AC voltage. Alternatively, it is a component known as a normal mode component. Similarly, the AC voltage controller described above outputs the positive phase component and the negative phase component to the AC circuit 12 via the transformer 13.
  • a voltage component common to the three phases known as a zero-phase component or a common mode component may be output to the AC circuit 12.
  • a third harmonic which is a frequency three times the fundamental wave frequency, on a zero-phase component can increase the fundamental wave AC component that can be output by the converter cell 7 by about 15%.
  • the following effects can be obtained by outputting a constant zero-phase component.
  • the AC voltage component output by the cell group 51 and the AC voltage component output by the cell group 61 have opposite polarities, and the DC voltage component output by the cell group 51 and the cell group It has the same polarity as the DC voltage component output by 61. Therefore, when a certain zero-phase component is included in the AC voltage component, the zero-phase component is positive or negative with respect to the DC voltage component output by the cell group 51 and the DC voltage component output by the cell group 61. It will be superimposed in the direction.
  • the DC control unit 524 calculates the DC terminal voltage Vdc from the difference voltage between the DC voltages Vdcp and Vdcn detected by the DC voltage detectors 11A and 11B, and is expressed as in the equation (11).
  • Vdc Vdcp-Vdcn ... (11)
  • the DC control unit 524 generates and outputs a DC voltage to be output by the converter cell 7 as a DC voltage command value Vdcref from the DC terminal voltage Vdc and the DC current Idc.
  • the DC control unit 524 combines, for example, one or a plurality of a DC current controller that controls a DC current, a DC voltage controller that controls a DC voltage, and a DC power controller that controls DC power. Consists of. According to the DC voltage command value Vdcref output by the DC voltage controller, the DC current controller, and the DC power controller, the DC voltage component output by the cell group 51 and the DC voltage component output by the cell group 61 have the same polarity. Become. Since the cell groups 51 and 61 are connected in series, the output voltages of the cell groups 51 and 61 are combined, and the combined voltage is generated between the positive DC terminal and the negative DC terminal of the leg circuit 4. It becomes the voltage component to be used.
  • the DC voltage command value Vdcref is given to the positive cell group control unit 503Pa and the negative cell group control unit 503Na as a component common to each phase. Therefore, the voltage component output from the cell groups 51 and 61 becomes the DC voltage component output to the DC circuit 14 according to the DC voltage command value Vdcref.
  • the command generation unit 525 calculates the voltage to be output by the cell group 51 as the voltage command value Vpref1, and calculates the voltage to be output by the cell group 61 as the voltage command value Vnref1.
  • the voltage command values Vpref1 and Vnref1 are obtained by synthesizing the DC voltage command value Vdcref and the AC voltage command value Vacref for each phase.
  • the cell group 51 and the cell group 61 are connected in series between the positive DC terminal Np and the negative DC terminal Nn connected to the DC circuit 14. Therefore, when calculating each of the voltage command value Vpref1 of the cell group 51 and the voltage command value Vnref1 of the cell group 61, 1/2 of the DC voltage command value Vdcref is added and combined. On the other hand, since each AC terminal Nu, Nv, Nw is at the connection point between the positive arm 5 and the negative arm 6, the AC voltage command value Vacref is subtracted and combined when calculating the voltage command value Vpref1 of the cell group 51. Then, when calculating the voltage command value Vnref1 of the cell group 61, the AC voltage command value Vacref is added and combined. Specifically, the voltage command values Vpref1u, Vpref1v, Vpref1w, Vnref1u, Vnref1v, and Vnref1w are expressed by the following equations (12) to (17).
  • Vpref1u Vdcref / 2-Vacrefu ... (12)
  • Vpref1v Vdcref / 2-Vacrefv ... (13)
  • Vpref1w Vdcref / 2-Vacrefw ... (14)
  • Vnref1u Vdcref / 2 + Vacrefu ...
  • Vnref1v Vdcref / 2 + Vacrefv ...
  • Vnref1w Vdcref / 2 + Vacrefw ... (17)
  • the zero-phase potential Vn is expressed by the following equation (18).
  • Vn Vacrefu + Vacrefv + Vacrefw ... (18)
  • the cell group 51 outputs an AC voltage having a relatively small value and the cell group 61 outputs an AC voltage having a relatively large value
  • the potential of the AC terminal Nu is DC on the positive side.
  • a high voltage is output to the AC terminal Nu.
  • the cell group 61 outputs an AC voltage having the same polarity as the AC voltage to be output from the AC terminal Nu
  • the cell group 51 outputs an AC voltage having the opposite polarity to the AC voltage to be output from the AC terminal Nu. ..
  • the command generation unit 525 synthesizes the forward / reverse phase component and the zero phase component included in the AC voltage command value Vacref and the DC voltage command value Vdcref by the above operation, but causes a circulating current to flow.
  • the voltage component that balances the energy between the phases is not synthesized, and the voltage component that controls the circulating current is not synthesized.
  • the U-phase, V-phase, and W-phase circulating currents Iccu, Iccv, and Iccw calculated by the current calculation unit 521 are sent to the circulation current control unit 526.
  • the circulating current control unit 526 performs feedback control so that the circulating current value matches the circulating current command value. That is, the circulating current control unit 526 is provided with a compensator that amplifies the deviation between the circulating current command value and the circulating current value.
  • a zero current is usually given as the circulating current command value, but a non-zero value may be given when an imbalance occurs in the power system.
  • the circulating current control unit 526 outputs a voltage component to be output by the cell groups 52 and 62 for circulating current control as a voltage command value Vccref.
  • the circulating current is the current that flows between the legs of different phases.
  • the cell groups 51 and 61 and the reactors 8A and 8B exist in the current path of the circulating current, and the circulating current is generated by applying the potential difference generated by the switching of the cell groups 51 and 61 to the reactors 8A and 8B. Therefore, if a voltage having the opposite polarity is applied to the reactor by the cell groups 52 and 62 provided in the same path, the circulating current is suppressed.
  • the reactors 8A and 8B are displayed. Is applied with a voltage in the direction of reducing the circulating current.
  • the circulating current is attenuated if the voltages of the cell groups 52 and 62 are also applied in the opposite direction.
  • the circulating current control unit 526 executes feedback control so that the circulating current command value and the circulating current value match.
  • the voltage of the capacitor 32 of each converter cell 7b constituting each cell group 52, 62 is detected by the voltage detector 33.
  • the voltage calculation unit 522 has a capacitor voltage Vcpu2, Vcpv2, Vcpw2 of each converter cell 7b of the cell group 52 and a capacitor voltage Vcnu2, Vcnv2, Vcnw2 of each converter cell 7b of the cell group 62 (simply referred to as "capacitor voltage"). .) Is calculated.
  • the compensator provided in the capacitor voltage control unit 527 performs a control calculation so that the capacitor voltage of the cell groups 52 and 62 of each phase follows the capacitor voltage command value.
  • the capacitor voltage control unit 527 outputs the result of multiplying the control calculation result by the polarity of the arm current Iarm (for example, 1 or -1) to the adders 5i and 5j as a correction value for circulating current control.
  • the capacitor voltage control unit 527 performs a control calculation so that the capacitor voltages Vcpu2, Vcpv2, and Vcpw2 follow the capacitor voltage command value, and adds the polarities of the positive arm currents Ipu, Ipv, and Ipw to the control calculation result.
  • correction values Vpcorru, Vpcorrv, and Vpcorrw for U-phase, V-phase, and W-phase (hereinafter, also collectively referred to as "correction value Vpcorr") are generated.
  • the capacitor voltage control unit 527 performs a control calculation so that the capacitor voltages Vcnu2, Vcnv2, and Vcnw2 follow the capacitor voltage command value, and multiplies the control calculation result by the polarities of the negative arm currents Inu, Inv, and Inw, respectively.
  • correction values Vncorru, Vncorrv, and Vncorrw for U-phase, V-phase, and W-phase (hereinafter, also collectively referred to as "correction value Vncorr") are generated.
  • the adder 5i adds the voltage command value Vccref for circulating current control, the value proportional to the voltage command value Vpref1 for the cell group 51, and the correction value Vpcorr for each phase.
  • the addition result of the adder 5i is output to the adder 5k as voltage values Vxpu, Vxpv, Vxpw (hereinafter, also collectively referred to as "voltage value Vxp") in the U, V, and W phases.
  • the adder 5j adds the voltage command value Vccref2 for controlling the circulating current, the value proportional to the voltage command value Vnref1 for the cell group 61, and the correction value Vncorr for each phase.
  • the addition result of the adder 5j is output to the adder 5m as voltage values Vxnu, Vxnv, Vxnw (hereinafter, also collectively referred to as “voltage value Vxn”) in the U, V, and W phases.
  • the reason for adding the proportional value of the voltage command value in the adders 5i and 5j is that the half-bridge type shown in FIG. 2A is used for the converter cells 7b constituting the cell groups 52 and 62 for controlling the circulating current. Because. Since the half-bridge type converter cell can output only zero voltage or positive voltage, in order to increase or decrease the output voltage of the converter cell 7 according to the increase or decrease of the circulating current, the output voltage is based on a certain voltage value. Need to be increased or decreased. However, if this reference voltage is fixed at a constant value, the capacitor 32 will continue to be charged by the DC current Idc flowing between the DC circuit 14 and the leg circuit 4, which is not desirable.
  • k times of the voltage command values Vpref1 and Vnref1n for the cell groups 51 and 61 are added to the voltage command values Vpref2 and Vnref2 for the cell groups 52 and 62 as reference voltages, respectively.
  • the deviation between the AC power and the DC power generated in the converter cells 7b constituting the cell groups 52 and 62 can be reduced (that is, the converter cells). Since the active power flowing into or out of 7b approaches zero), the voltage fluctuation of the capacitor 32 of the converter cell 7b can be suppressed.
  • the gain k is set to an arbitrary value so that the output voltage of the converter cell 7b is not saturated when the voltage command value Vccref for circulating current control is given.
  • the converter cell 7b When the converter cell 7 having a full bridge configuration shown in FIG. 2B constitutes the converter cell 7b of the cell groups 52 and 62 for controlling the circulating current, the converter cell 7b can output the voltages of both poles. Therefore, it is also possible to set the gain k to 0.
  • the basic control unit 502b is based on the voltage command values Vccref and the voltage command values Vpref2 and Vnref2 generated by the correction values Vpcorr and Vncorr, respectively. It controls the output voltage of a plurality of converter cells 7b in the arm.
  • the basic control unit 502b linearly combines the auxiliary voltage command values Vssp and Vssn, the voltage command values Vccref, and the correction values Vpcorr and Vncorr to command the voltage. Generate the values Vpref2 and Vnref2.
  • the reason for adding the correction value in the adders 5i and 5j will be described. Since the voltage output from the cell groups 52 and 62 for controlling the circulating current has a function of controlling the current flowing through the reactors 8A and 8B, the output power of the cell groups 52 and 62 is almost ineffective power. However, if the active power due to the loss existing in the reactors 8A and 8B cannot be ignored, it is necessary to supply the active power to the cell groups 52 and 62. This is because the voltage of the capacitor 32 of the cell groups 52 and 62 cannot be maintained only by giving the proportional values of the voltage command values Vpref1 and Vnref1 to the cell groups 52 and 62.
  • the correction value for circulating current control becomes a signal having a positive component.
  • the signal of this correction value prolongs the period during which the switching element 31p conducts, so that the period during which the arm current Iarm flows into the capacitor 32 increases. As a result, since the capacitor 32 is charged, the deviation between the capacitor voltage command value and the detected value of the capacitor voltage is eliminated.
  • auxiliary voltage generation unit 528 sets an auxiliary voltage command value that maintains the voltage of the capacitor 32 (that is, charges the capacitor 32) when the voltage of the capacitor 32 of the converter cell 7b becomes less than a certain value. Generate.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 receives the capacitor voltages Vcpu2, Vcpv2, Vcpw2 of the cell group 52 of each phase and the capacitor voltages Vcnu2, Vcnv2, Vcnw2 of the cell group 62 of each phase.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 determines whether or not one or more of the capacitor voltages Vcpu2, Vcpv2, Vcpw2, Vcnu2, Vcnv2, and Vcnw2 is less than the threshold value Th1.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 determines that the capacitor voltage is low, and based on the DC current Idc and the AC current Iac, the DC voltage component (hereinafter referred to as “DC”).
  • Auxiliary voltage command value including at least one of the component ") and the basic frequency component of the AC voltage of the AC circuit 12 (hereinafter,” fundamental wave AC component ”) is generated.
  • the auxiliary voltage command values Vssp, Vsspv, Vsspw (hereinafter also collectively referred to as “Vssp”) for the U-phase, V-phase, and W-phase cell group 52, and the U-phase, V-phase, and W-phase cell groups.
  • Vssnu, Vssnv, and Vssnw for 62 are generated.
  • the threshold value Th1 is set to, for example, about 90% of the rated value of the capacitor voltage.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 sets the code of the DC component based on the direction of the DC current Idc flowing into the power conversion circuit unit 2. Specifically, when the DC current Idc flows from the DC circuit 14 to the positive DC terminal Np, the auxiliary voltage generation unit 528 sets the sign of the DC component to positive (that is, the direction in which the converter cell 7b outputs a positive voltage). ). On the other hand, when the DC current Idc flows from the DC circuit 14 to the negative DC terminal Nn, the auxiliary voltage generation unit 528 sets the sign of the DC component to negative (that is, the direction in which the converter cell 7b outputs a negative voltage). Set.
  • the cell groups 52 and 62 can transfer and receive DC power. Therefore, charging of the capacitor 32 of the converter cell 7b is promoted, and the voltage of the capacitor 32 can be maintained or increased.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 sets the phase of the fundamental wave AC component based on the phase of the AC current Iac flowing into the power conversion circuit unit 2. do. Specifically, the auxiliary voltage generation unit 528 sets the phase of the fundamental wave AC component so that the phase difference between the AC current Iac flowing into the power conversion circuit unit 2 and the fundamental wave AC component is less than ⁇ 90 °. .. More preferably, the auxiliary voltage generation unit 528 sets the phase of the fundamental wave AC component so as to be in phase with the phase of the AC current Iac (that is, the phase difference is 0).
  • the cell groups 52 and 62 can transfer and receive AC power. Therefore, charging of the capacitor 32 of the converter cell 7b is promoted, and the voltage of the capacitor 32 can be maintained or increased.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 calculates the auxiliary DC power from the DC current Idc flowing into the power conversion circuit unit 2 and the maximum value of the DC component, and of the AC current Iac and the fundamental wave AC component flowing into the power conversion circuit unit 2.
  • the auxiliary AC power (more specifically, the auxiliary active power) is calculated from the maximum amplitude value.
  • the maximum value of the DC component and the maximum amplitude value of the fundamental wave AC component are known and are stored in advance in the internal memory of the control device 3.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 determines whether or not the auxiliary DC power is larger than the auxiliary AC power.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 generates an auxiliary voltage command value Vss including a DC component when the auxiliary DC power is larger than the auxiliary AC power, and when the auxiliary DC power is smaller than the auxiliary AC power, the fundamental wave AC component. Generates an auxiliary voltage command value Vss including.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 generates an auxiliary voltage command value Vss including either a DC component or a fundamental AC component.
  • the cell groups 52 and 62 can efficiently transfer and receive power, and the capacitor of the converter cell 7b.
  • the charging of 32 is promoted.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 generates the auxiliary voltage command value Vss. After that, when the capacitor voltage is restored by the generation of the auxiliary voltage command value Vss, the auxiliary voltage generation unit 528 stops the generation and output of the auxiliary voltage command value Vss. Specifically, when all the capacitor voltages (that is, each capacitor voltage Vcpu2, Vcpv2, Vcpw2, Vcnu2, Vcnv2, Vcnw2) become the threshold value Th2 or more, the auxiliary voltage generation unit 528 causes the auxiliary voltage command value Vss. Stops the generation and output of.
  • the threshold value Th2 is larger than the threshold value Th1 and is set near the rated value of the capacitor voltage (for example, 99% of the rated value).
  • the auxiliary voltage generation unit 528 may be configured to generate the auxiliary voltage command value Vss including both the DC component and the fundamental wave AC component as described above.
  • the adder 5k adds the voltage value Vxp and the auxiliary voltage command value Vssp for each phase.
  • the addition result of the adder 5k is positive as the voltage command value Vpref2 (U phase: Vpref2u, V phase: Vpref2v, W phase: Vpref2w) indicating the voltage component to be output by the cell group 52 for circulating current control. It is input to the side cell group control unit 503Pb.
  • the adder 5m adds the voltage value Vxn and the auxiliary voltage command value Vssn for each phase.
  • the addition result of the adder 5 m is negative as the voltage command value Vnref2 (U phase: Vnref2u, V phase: Vnref2v, W phase: Vnref2w) indicating the voltage component to be output by the cell group 62 for circulating current control. It is input to the side cell group control unit 503Nb.
  • the charging of the capacitor 32 of each converter cell 7b can be promoted by giving the voltage command value to which the auxiliary voltage command value is added to the cell groups 52 and 62.
  • the DC terminal voltage Vdc is controlled by the cell groups 51 and 61, even if the auxiliary voltage command value Vss including the DC component is added to the voltage command values for the cell groups 52 and 62, the DC terminal voltage Vdc does not fluctuate significantly.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 determines that the capacitor voltage has dropped and starts outputting the auxiliary voltage command value Vss, the auxiliary voltage generation unit 528 changes the effective value of the auxiliary voltage command value Vss including the DC component into a lamp shape. By doing so, it is possible to suppress instantaneous fluctuations.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 determines that the capacitor voltage has been restored and stops the output of the auxiliary voltage command value Vss, even if the effective value of the auxiliary voltage command value Vss is changed like a lamp. good.
  • the AC voltage Vac is controlled by the cell groups 51 and 61, even if the auxiliary voltage command value Vss including the fundamental wave AC component is added to the voltage command values for the cell groups 52 and 62, the AC voltage and the AC voltage and AC are added. The current does not fluctuate.
  • the auxiliary voltage generation unit 528 starts and stops the output of the auxiliary voltage command value Vss, the auxiliary voltage command value Vss including the fundamental wave AC component is changed in a lamp shape, so that the auxiliary voltage generation unit 528 also changes instantaneously. Can be suppressed.
  • FIG. 5 is a diagram showing the configuration of the cell group control unit 503.
  • the cell group control unit 503 includes N individual control units 202_1 to 202_N (hereinafter, also collectively referred to as “individual control unit 202”).
  • the number of converter cells 7a included in the cell groups 51 and 61 is N1. Therefore, the positive cell group control unit 503Pa and the negative cell group control unit 503Na corresponding to the cell groups 51 and 61 include N1 individual control units 202.
  • the above-mentioned voltage command values Vpref1, Vnref1, Vpref2, and Vnref2 are collectively referred to as voltage command values Vref.
  • the individual control unit 202_i individually controls the corresponding converter cell 7.
  • the individual control unit 202_i receives the voltage command value Vref, the arm current Iarm, the capacitor voltage command value Vcref, and the switching permission signal GEN from the basic control unit 502.
  • the capacitor voltage command value Vcref and the switching permission signal GEn are generated by the basic control unit 502.
  • the capacitor voltage command value Vcref is the rated value of the capacitors 32 of the plurality of converter cells 7 included in each cell group.
  • the individual control unit 202_i receives the capacitor voltage Vc from the corresponding converter cell 7_i.
  • the individual control unit 202_i transmits the capacitor voltage Vc to the basic control unit 502.
  • the gate signal ga enables each switching element 31 of the converter cell 7 to perform on / off switching operation.
  • the switching permission signal GEn “1” means that the converter cell 7 is in the deblocked state.
  • the switching permission signal GEn When the switching permission signal GEn is "0", all the switching elements 31 of the converter cell 7 are turned off by the gate signal ga.
  • the switching permission signal GEn “0” means that the converter cell 7 is in the gate block state.
  • the basic control unit 502 generates a switching permission signal GEN having a value of "0" and outputs it to the individual control unit 202 when an accident occurs in the power system or when operation is transiently difficult.
  • the carrier signal generation unit 203 sets a reference phase of the carrier signal for each converter cell 7 and generates a carrier signal having the set reference phase.
  • the distance between the reference phases of the plurality of carrier signals CR (i) (hereinafter, also referred to as “carrier reference phase”) is 360 degrees, which is the number of the plurality of converter cells 7_i. Set so that the interval is divided by N.
  • the reference phase of the carrier signal CR (i) represents the difference between the phase of the carrier signal CR (i) and the reference phase.
  • the phase of the carrier signal CR (0) can be used.
  • the carrier signal generation unit 203 generates carrier signals CR (1) to CR (N) having a set carrier reference phase.
  • the individual control unit 202_i receives the carrier signal CRi from the carrier signal generation unit 203.
  • the individual control unit 202_i controls the converter cell 7_i by PWM (Pulse Width Modulation) using the carrier signal CRi.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the individual control unit 202_i sets the voltage command value Vref and the carrier signal CRi of the converter cell 7_i.
  • a gate signal ga for example, PWM modulation signal
  • the individual control unit 202_i modulates according to the configuration of the converter cell 7_i.
  • n of the output PWM modulation signals also increases or decreases.
  • n 2 in the case of a converter cell having a half-bridge configuration
  • n 4 in the case of a converter cell having a full-bridge configuration.
  • the voltage of the capacitor included in each cell group even when the arm current is small. can be controlled appropriately.
  • each leg circuit 4 only the positive reactor 8A or only the negative reactor 8B may be provided among the reactors 8A and 8B.
  • the cell group 52 for circulating current control becomes unnecessary, and the related positive cell group control unit 503Pb, adders 5i, 5k, and gain circuit 5g are also unnecessary. Therefore, there is an advantage that the configuration of the control device 3 can be simplified.
  • the cell group 62 for controlling the circulating current becomes unnecessary, and the negative cell group control unit 503Nb, the adder 5j, 5m, and the gain circuit 5h related thereto become unnecessary.
  • the configuration of the control device 3 can be simplified because it becomes unnecessary.
  • the converter cells 7a constituting the cell groups 51 and 61 not for circulating current control and the converter cells 7b constituting the cell groups 52 and 62 for circulating current control are formed.
  • the case where the configuration is the same is shown.
  • each converter cell 7a constituting the cell groups 51 and 61 and each converter cell 7b constituting the cell groups 52 and 62 may have different configurations.
  • the configuration is not limited to the configuration. For example, when the capacitor voltage of one or more converter cells 7b among all the converter cells 7b included in each leg circuit 4 is less than the threshold value Th1, it is determined that the capacitor voltage has dropped. There may be. In this case, when the capacitor voltages of all the converter cells 7b included in each leg circuit 4 are equal to or higher than the threshold value Th2, it may be determined that the capacitor voltage has been restored.
  • the gain k is set to 0, and the voltage command values Vpref2 and Vnref2 are set to the voltage command values Vccref.
  • the generation using the correction values Vpcorr and Vncorr has been described.
  • the basic control unit 502b does not generate the voltage command values Vpref2 and Vnref2, but uses the voltage command values Vccref and the correction values Vpcorr and Vncorr.
  • the output voltage of a plurality of converter cells 7b in each arm may be controlled.
  • the switching elements 31p1, 31n1 of the converter cell 7b are controlled based on the voltage command value Vccref, and the switching elements 31p2, 31n2 of the converter cell 7b are controlled based on the correction values Vpcorr and Vncorr.
  • the basic control unit 502b outputs the voltage command value Vccref to the positive cell group control unit 503Pb and the negative cell group control unit 503Nb to correct the voltage.
  • the value Vpcorr is output to the positive cell group control unit 503Pb
  • the correction value Vncorr is output to the negative cell group control unit 503Nb.
  • the positive cell group control unit 503Pb controls the switching elements 31p1, 31n1 of each converter cell 7b of the cell group 52 based on the voltage command value Vccref, and based on the correction value Vpcorr, of each converter cell 7b.
  • the switching elements 31p2 and 31n2 are controlled.
  • the negative cell group control unit 503Nb controls the switching elements 31p1, 31n1 of each converter cell 7b of the cell group 62 based on the voltage command value Vccref, and each converter cell based on the correction value Vncorr.
  • the switching elements 31p2 and 31n2 of 7b are controlled.
  • the basic control unit 502b linearly combines the auxiliary voltage command value Vssp with the voltage command value Vccref and the correction value Vpcorr to linearly combine the positive cell group control unit 503Pb. Output to.
  • the basic control unit 502b linearly combines the auxiliary voltage command value Vssn with the voltage command value Vccref and the correction value Vncorr, and outputs the auxiliary voltage command value Vssn to the negative cell group control unit 503Nb.
  • the positive cell group control unit 503Pb controls the switching elements 31p1, 31n1 of each converter cell 7b of the cell group 52 based on the linearly combined voltage command value Vccref, and is based on the linearly combined correction value Vpcorr. , Controls the switching elements 31p2 and 31n2 of each of the converter cells 7b.
  • the negative cell group control unit 503Nb controls the switching elements 31p1, 31n1 of each converter cell 7b of the cell group 62 based on the linearly combined voltage command value Vccref, and is based on the linearly combined correction value Vncorr. , Controls the switching elements 31p2 and 31n2 of each of the converter cells 7b.

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Abstract

電力変換装置（１）は、複数のレグ回路（４）と制御装置（３）とを含む。制御装置（３）は、直流回路（１４）の直流電流および直流電圧と、交流回路（１２）の各相の交流電流および交流電圧とにより生成される第１電圧指令値に基づいて、循環電流に基づかずに制御される第１変換器セル（７ａ）の出力電圧を制御する。制御装置（３）は、循環電流と循環電流指令値との偏差に基づいた第１の値と、第２変換器セル（７ｂ）におけるコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令値との偏差に基づいた第２の値とを用いて、第２変換器セル（７ｂ）の出力電圧を制御する。制御装置（３）は、第２変換器セル（７ｂ）におけるコンデンサ電圧が第１閾値未満となった場合には、直流成分および交流回路（１２）の基本波交流成分の少なくとも一方を含む補助電圧指令値を、第１の値および第２の値に線形結合する。

Description

電力変換装置
　本開示は、交流と直流との間で電力変換を行なう電力変換装置に関する。
　複数の単位変換器がカスケードに接続されるモジュラーマルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ変換器とも称する。）は、単位変換器の数を増加させることによって、高電圧化に容易に対応することができる。「単位変換器」は、「変換器セル」あるいは「サブモジュール（sub　module）」とも称される。ＭＭＣ変換器は、大容量の静止型無効電力補償装置、または高圧直流送電用の交直電力変換装置として、送配電系統へ広く適用されている。変換器セルは、複数のスイッチング素子と蓄電要素とを含み、チョッパ回路またはブリッジ回路等で構成される。
　ＭＭＣ変換器において、アーム内の複数の変換器セルを２つのセル群に分割する方式が知られている。例えば、特許第６５０９３５２号公報（特許文献１）では、一方のセル群で交直変換動作を行ない、他方のセル群で循環電流を制御している。
特許第６５０９３５２号公報
　しかしながら、特許文献１のように、他方のセル群が循環電流のみを制御する方式では、電力変換装置から出力される有効電力および無効電力の両方が小さいと、他方のセル群に含まれるコンデンサの電圧を維持できず、変換器制御が破綻する可能性がある。そのため、一方のセル群に含まれるコンデンサの電圧と他方のセル群に含まれるコンデンサの電圧とを適切に制御する必要がある。
　本開示のある局面における目的は、一方のセル群と他方のセル群とが異なる動作を行なう場合であっても、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御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、直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置が提供される。電力変換装置は、交流回路の複数の相にそれぞれ対応する複数のレグ回路を含む電力変換回路部を備える。各レグ回路は、直列接続された２つのアームにより構成される。各アームは、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の変換器セルを含む。電力変換装置は、複数の変換器セルの動作を制御する制御装置をさらに備える。複数の変換器セルの各々は、複数のレグ回路間を循環する循環電流に基づかずに制御される第１変換器セル、または、循環電流に基づいて制御される第２変換器セルである。制御装置は、直流回路の直流電流および直流電圧と、交流回路の各相の交流電流および交流電圧とより生成される第１電圧指令値に基づいて、各アームにおける複数の第１変換器セルの出力電圧を制御する。制御装置は、循環電流と循環電流指令値との偏差に基づいた第１の値と、第２変換器セルにおけるコンデンサの電圧とコンデンサの電圧の指令値との偏差に基づいた第２の値とを用いて、各アームにおける複数の第２変換器セルの出力電圧を制御する。制御装置は、第２変換器セルにおけるコンデンサの電圧が第１閾値未満となった場合には、直流成分および交流回路の基本波交流成分の少なくとも一方を含む補助電圧指令値を、第１の値および第２の値に線形結合する。
　本開示によれば、一方のセル群と他方のセル群とが異なる動作を行なう場合であっても、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御することができる。
電力変換装置の概略構成図である。 セル群を構成する変換器セルの一例を示す回路図である。 制御装置の内部構成を表わす図である。 基本制御部の構成を表わす図である。 セル群制御部の構成を表わす図である。
　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。
　＜電力変換装置の概略構成＞
　図１は、電力変換装置の概略構成図である。図１を参照して、電力変換装置１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）を含むモジュラーマルチレベル変換器によって構成されている。電力変換装置１は、直流回路１４と交流回路１２との間で電力変換を行なう。電力変換装置１は、電力変換回路部２と、制御装置３とを含む。
　電力変換回路部２は、正側直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負側直流端子（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４ｕ，４ｖ，４ｗ（以下「レグ回路４」とも総称する。）を含む。
　レグ回路４は、交流を構成する複数相の各々に設けられる。レグ回路４は、交流回路１２と直流回路１４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。図１には、交流回路１２が３相交流系統の場合が示され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが設けられている。
　レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器１３を介して交流回路１２に接続される。交流回路１２は、例えば、交流電源などを含む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１３との接続は図示していない。
　各レグ回路４に共通に接続された正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎは、直流回路１４に接続される。直流回路１４は、例えば、直流送電網などを含む直流電力系統または他の電力変換装置の直流端子である。後者の場合、２台の電力変換装置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。
　図１の変圧器１３を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流回路１２に接続する構成としてもよい。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗ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４ｕ，４ｖ，４ｗが変圧器１３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８Ａ，８Ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路４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４ｕ，４ｖ，４ｗに設けられた接続部を介して電気的に（すなわち直流的または交流的に）交流回路１２と接続される。
　レグ回路４ｕは、直列接続された２つのアームにより構成される。具体的には、レグ回路４ｕは、正側直流端子Ｎｐから交流端子Ｎｕまでの正側アーム５と、負側直流端子Ｎｎから交流端子Ｎｕまでの負側アーム６とを含む。正側アームは上アームとも称され、負側アームは下アームとも称される。正側アーム５と負側アーム６との接続点である交流端子Ｎｕが変圧器１３と接続される。正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎが直流回路１４に接続される。レグ回路４ｖ，４ｗについても同様の構成を有するので、以下、レグ回路４ｕを代表として説明する。
　正側アーム５は、複数の変換器セル７ａがカスケード接続されたセル群５１と、複数の変換器セル７ｂがカスケード接続されたセル群５２と、リアクトル８Ａとを含む。セル群５１、セル群５２およびリアクトル８Ａは互いに直列接続されている。負側アーム６は、複数の変換器セル７ａがカスケード接続されたセル群６１と、複数の変換器セル７ｂがカスケード接続されたセル群６２と、リアクトル８Ｂとを含む。セル群６１、セル群６２およびリアクトル８Ｂは互いに直列接続されている。
　以下の説明では、セル群５１およびセル群６１の各々に含まれる変換器セル７ａの数をＮ１とする。ただし、Ｎ１≧２とする。また、セル群５２およびセル群６２の各々に含まれる変換器セル７ｂの数をＮ２とする。ただし、Ｎ２≧１とする。以下の説明では、変換器セル７ａ，７ｂを総称して、変換器セル７と記載する場合もある。なお、図解を容易にするため、各アームにおいて、複数の変換器セル７ａが隣接して配置され、複数の変換器セル７ｂが隣接して配置される構成としているが、これに限られない。複数の変換器セル７ａが互いに分散して配置され、複数の変換器セル７ｂが互いに分散して配置される構成であってもよい。なお、各レグ回路４に含まれる複数の変換器セル７の各々は、変換器セル７ａまたは変換器セル７ｂである。
　リアクトル８Ａが挿入される位置は、レグ回路４ｕの正側アーム５のいずれの位置であってもよく、リアクトル８Ｂが挿入される位置は、レグ回路４ｕの負側アーム６のいずれの位置であってもよい。リアクトル８Ａ，８Ｂ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。正側アーム５のリアクトル８Ａのみ、もしくは、負側アーム６のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。
　詳細は後述するが、セル群５１，６１とセル群５２，６２とは、それぞれ異なる役割を有する。具体的には、セル群５１，６１の変換器セル７ａは、循環電流の制御に用いられず、交流電気量および直流電気量の制御（すなわち、交直変換制御）を担当し、セル群５２，６２の変換器セル７ｂは循環電流の制御を担当する。
　電力変換装置１は、制御に使用される電気量（例えば、電流、電圧など）を計測する各検出器として、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１６と、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂと、各レグ回路４に設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂとを含む。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置３に入力される。
　図１では図解を容易にするために、各検出器から制御装置３に入力される信号の信号線と、制御装置３および各変換器セル７間で入出力される信号の信号線とは、一部まとめて記載されているが、実際には検出器ごとおよび変換器セル７ごとに設けられている。各変換器セル７と制御装置３との間の信号線は、送信用と受信用とが別個に設けられていてもよい。信号線は、たとえば光ファイバによって構成される。
　交流電圧検出器１０は、交流回路１２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。交流電流検出器１６は、交流回路１２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。直流電圧検出器１１Ａは、直流回路１４に接続された正側直流端子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１４に接続された負側直流端子Ｎｎの直流電圧Ｖｄｃｎを検出する。
　Ｕ相用のレグ回路４ｕに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、正側アーム５に流れる正側アーム電流Ｉｐｕ、および負側アーム６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４ｖに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび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４ｗに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび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。以下の説明では、正側アーム電流Ｉｐｕ、Ｉｐｖ、Ｉｐｗを総称して正側アーム電流Ｉａｒｍｐと記載し、負側アーム電流Ｉｎｕ、Ｉｎｖ、Ｉｎｗを総称して負側アーム電流Ｉａｒｍｎと記載し、正側アーム電流Ｉａｒｍｐと負側アーム電流Ｉａｒｍｎとを総称してアーム電流Ｉａｒｍと記載する。なお、アーム電流Ｉａｒｍは、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎの方向に流れる電流を正とする。
　制御装置３は、専用回路によって構成してもよいし、その一部または全部をＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、マイクロプロセッサ等によって構成してもよい。典型的には、制御装置３は、ハードウェア構成として、補助変成器、ＡＤ（Analog　to　Digital）変換部、演算部等を含む。演算部は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）およびＲＯＭ（Read　Only　Memory）を含む。ＡＤ変換部は、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサ等を含む。制御装置３は、例えば、ディジタル保護制御装置で構成されていてもよい。
　＜変換器セルの構成例＞
　図２は、セル群を構成する変換器セルの一例を示す回路図である。図２（ａ）に示す変換器セル７は、ハーフ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７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、エネルギー蓄積器としてのコンデンサ３２と、バイパススイッチ３４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７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７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、バイパススイッチ３４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。
　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）、ＧＣＴ（Gate　Commutated　Turn-off）サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal　Oxide　Semiconductor　Field-Effect　Transistor）などの自己消弧型の半導体スイッチング素子に還流ダイオード（ＦＷＤ：Freewheeling　Diode）が逆並列に接続されて構成される。また、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などのキャパシタが主に用いられる。
　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Ｐ１，Ｐ２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、および零電圧を出力する。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（ａ）では、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としたが、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としてもよく、その場合には、動作が反転する。
　バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間に接続される。図２（ａ）では、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎと並列に接続される。ただし、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする場合には、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｐと並列に接続される。バイパススイッチ３４をオンにすることによって、変換器セル７が短絡される。
　次に、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との中点とを変換器セル７の入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。図２（ｂ）に示す変換器セル７は、スイッチング素子３１ｎ２を常時オンとし、スイッチング素子３１ｐ２を常時オフとし、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７は、スイッチング素子３１ｎ２を常時オフし、スイッチング素子３１ｐ２を常時オンし、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することもできる。
　バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間に接続される。なお、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎ１，３１ｎ２の直列体と並列に接続される。バイパススイッチ３４をオンにすることによって、変換器セル７が短絡される。
　以下の説明では、変換器セル７ａ，７ｂを図２（ａ）に示すハーフブリッジセルの構成とし、半導体スイッチング素子、およびエネルギー蓄積要素としてのコンデンサを用いた場合を例に説明する。しかし、変換器セル７ａ，７ｂを図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するものではない。
　＜制御装置３の構成＞
　図３は、制御装置３の内部構成を表わす図である。図３を参照して、制御装置３は、スイッチング制御部５０１ａ，５０１ｂ（以下、「スイッチング制御部５０１」とも総称する。）を含む。スイッチング制御部５０１ａは、変換器セル７ａの各スイッチング素子３１のオン、オフを制御する。スイッチング制御部５０１ｂは、変換器セル７ｂの各スイッチング素子３１のオン、オフを制御する。
　スイッチング制御部５０１ａは、基本制御部５０２ａと、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰａと、Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮａと、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰａと、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮａと、Ｗ相正側セル群制御部５０３ＷＰａと、Ｗ相負側セル群制御部５０３ＷＮａとを含む。スイッチング制御部５０１ｂは、基本制御部５０２ｂと、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰｂと、Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮｂと、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰｂと、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮｂと、Ｗ相正側セル群制御部５０３ＷＰｂと、Ｗ相負側セル群制御部５０３ＷＮｂとを含む。
　以下の説明では、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰａ、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰａおよびＷ相正側セル群制御部５０３ＷＰａを総称して正側セル群制御部５０３Ｐａとも記載する。Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮａ、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮａ、およびＷ相負側セル群制御部５０３ＷＮａを総称して負側セル群制御部５０３Ｎａとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａを総称してセル群制御部５０３ａとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐａはセル群５１の動作を制御し、負側セル群制御部５０３Ｎａはセル群６１の動作を制御する。
　また、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰｂ、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰｂおよびＷ相正側セル群制御部５０３ＷＰｂを総称して正側セル群制御部５０３Ｐｂとも記載する。Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮｂ、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮｂ、およびＷ相負側セル群制御部５０３ＷＮｂを総称して負側セル群制御部５０３Ｎｂとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂを総称してセル群制御部５０３ｂとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐｂはセル群５２の動作を制御し、負側セル群制御部５０３Ｎｂはセル群６２の動作を制御する。
　さらに、基本制御部５０２ａおよび基本制御部５０２ｂを総称して基本制御部５０２とも記載し、セル群制御部５０３ａおよびセル群制御部５０３ｂを総称してセル群制御部５０３とも記載する。
　図４は、基本制御部５０２の構成を表わす図である。図４を参照して、制御装置３は、基本制御部５０２ａ，５０２ｂと、電流演算部５２１と、電圧演算部５２２と、正側セル群制御部５０３Ｐａ，５０３Ｐｂと、負側セル群制御部５０３Ｎａ，５０３Ｎｂとを含む。基本制御部５０２ａは、交流制御部５２３と、直流制御部５２４と、指令生成部５２５とを含む。基本制御部５０２ｂは、循環電流制御部５２６と、コンデンサ電圧制御部５２７と、補助電圧生成部５２８と、加算器５ｉ，５ｊ，５ｋ，５ｍと、ゲイン回路５ｇ，５ｈとを含む。
　基本制御部５０２ａは、正側セル群制御部５０３Ｐａ，負側セル群制御部５０３Ｎａに電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１をそれぞれ供給する。基本制御部５０２ｂは、正側セル群制御部５０３Ｐｂ，負側セル群制御部５０３Ｎｂに電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２をそれぞれ供給する。
　交直変換制御用の正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａにそれぞれ供給される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１は、循環電流Ｉｃｃの検出値に基づかないものである。循環電流制御用の正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂにそれぞれ供給される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２は、循環電流Ｉｃｃの検出値に基づくものである。このことから、セル群５１，６１の変換器セル７ａは循環電流に基づかずに制御され、セル群５２，６２の変換器セル７ｂは循環電流に基づいて制御されるといえる。
　電流演算部５２１は、アーム電流検出器９Ａで検出された正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗと、アーム電流検出器９Ｂで検出された負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗとを取り込む。電流演算部５２１は、取り込んだアーム電流から、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ（以下「交流電流Ｉａｃ」とも総称する。）と、直流電流Ｉｄｃと、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗ（以下「循環電流Ｉｃｃ」とも総称する。）とを演算する。電流演算部５２１は、各交流電流Ｉａｃを交流制御部５２３および補助電圧生成部５２８に出力し、直流電流Ｉｄｃを直流制御部５２４および補助電圧生成部５２８に出力し、循環電流Ｉｃｃを循環電流制御部５２６に出力する。
　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は、各レグ回路４の交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗから変圧器１３の方向に流れる電流を正として定義される。直流電流Ｉｄｃは、直流回路１４から正側直流端子Ｎｐに向かう方向、および負側直流端子Ｎｎから直流回路１４に向かう方向を正として定義される。レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗをそれぞれ流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎに向かう方向を正として定義される。
　交流制御部５２３には、さらに、交流電圧検出器１０で検出されたＵ相、Ｖ相、およびＷ相の交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ（以下「交流電圧Ｖａｃ」とも総称する。）が入力される。交流制御部５２３は、交流電流Ｉａｃと交流電圧Ｖａｃとに基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ，Ｖａｃｒｅｆｖ，Ｖａｃｒｅｆｗ（以下「交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ」とも総称する。）を生成する。
　直流制御部５２４には、さらに、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂで検出された直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎが入力される。直流制御部５２４は、直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎから算出される直流回路１４の直流電圧（すなわち、直流端子間電圧）Ｖｄｃおよび直流電流Ｉｄｃに基づいて、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを生成する。
　指令生成部５２５は、Ｕ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとに基づいて、Ｕ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｕを生成する。指令生成部５２５は、Ｖ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｖと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとに基づいて、Ｖ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｖを生成する。指令生成部５２５は、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｗと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとに基づいて、Ｗ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｗ，Ｖｎｒｅｆ１ｗを生成する。
　電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｐｒｅｆ１ｗ（総称する場合「電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１」とも記載する。）は、正側セル群制御部５０３Ｐａに供給される。電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｗ（総称する場合「電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１」とも記載する。）は、負側セル群制御部５０３Ｎａに供給される。
　電圧演算部５２２は、各レグ回路４のセル群５２，６２に設けられた各変換器セル７ｂからコンデンサ電圧Ｖｃの情報を受信する。電圧演算部５２２は、各コンデンサ電圧Ｖｃの情報に基づいて、相ごとに、セル群５２の複数のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐ２を算出するとともに、セル群６２の複数のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎ２を算出する。Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相の代表値Ｖｃｐ２をそれぞれＶｃｐｕ２、Ｖｃｐｖ２、Ｖｃｐｗ２と記載し、Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相の代表値Ｖｃｎ２をそれぞれＶｃｎｕ２、Ｖｃｎｖ２、Ｖｃｎｗ２と記載する。
　代表値の演算は、各セル群のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値、中央値、最大値、または最小値等を適宜適用することができる。電圧演算部５２２は、各セル群５２のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２と、各セル群６２のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２とをコンデンサ電圧制御部５２７に出力する。
　コンデンサ電圧制御部５２７は、各アーム電流Ｉａｒｍの情報を受けるとともに、電圧演算部５２２からコンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２の情報を受ける。
　コンデンサ電圧制御部５２７は、各アーム電流Ｉａｒｍと、コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２とに基づいて、セル群５２用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２を補正するための補正値Ｖｐｃｏｒｒを生成し、生成した補正値Ｖｐｃｏｒｒを加算器５ｉに出力する。コンデンサ電圧制御部５２７は、各アーム電流Ｉａｒｍと、コンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２とに基づいて、セル群６２用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２を補正するための補正値Ｖｎｃｏｒｒを生成し、生成した補正値Ｖｎｃｏｒｒを加算器５ｊに出力する。
　循環電流制御部５２６は、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗに基づいて各相の循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆｕ，Ｖｃｃｒｅｆｖ，Ｖｃｃｒｅｆｗ（以下「電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ」とも総称する。）を生成する。加算器５ｉは、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、ゲイン回路５ｇにおいてセル群５１用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１をゲインｋ倍した値と、補正値Ｖｐｃｏｒｒとを相ごとに加算して電圧値Ｖｘｐを生成する。加算器５ｊは、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、ゲイン回路５ｈにおいてセル群６１用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１をゲインｋ倍した値と、補正値Ｖｎｃｏｒｒとを相ごとに加算して電圧値Ｖｘｎを生成する。
　補助電圧生成部５２８は、セル群５２，６２のコンデンサ電圧が低下した場合に、直流電流Ｉｄｃと交流電流Ｉａｃとに基づいて、セル群５２，６２のコンデンサの充電を補助するための補助電圧指令値Ｖｓｓｐ，Ｖｓｓｎを生成する。
　電圧値Ｖｘｐは、加算器５ｋにおいて、補助電圧指令値Ｖｓｓｐと相ごとに加算される。この結果、循環電流制御のためのセル群５２用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２が生成される。電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は正側セル群制御部５０３Ｐｂに供給される。電圧値Ｖｘｎは、加算器５ｍにおいて、補助電圧指令値Ｖｓｓｎと相ごとに加算される。この結果、循環電流制御のためのセル群６２用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２が生成される。電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２は負側セル群制御部５０３Ｎｂに供給される。
　上記より、基本制御部５０２ａは、直流回路１４の直流電流Ｉｄｃおよび直流電圧Ｖｄｃと、交流回路１２の各相の交流電流Ｉａｃおよび交流電圧Ｖａｃとにより生成される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１に基づいて、各アームにおける複数の変換器セル７ａの出力電圧を制御する。
　基本制御部５０２ｂは、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下した場合、補助電圧指令値Ｖｓｓｐ，Ｖｓｓｎと、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１と、補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとを線形結合することによって、複数の変換器セル７ｂの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成する。なお、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下していない場合には、補助電圧指令値Ｖｓｓｐ，Ｖｓｓｎは生成されない。そのため、この場合には、基本制御部５０２ｂは、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１と、補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとを線形結合することによって、複数の変換器セル７ｂの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成する。
　＜制御装置３の詳細な動作＞
　（電流演算部の動作）
　図１を参照して、Ｕ相のレグ回路４ｕの正側アーム５と負側アーム６との接続点が交流端子Ｎｕであり、交流端子Ｎｕは変圧器１３に接続されている。したがって、交流端子Ｎｕから変圧器１３に向かって流れる交流電流Ｉａｃｕは、以下の式（１）のように正側アーム電流Ｉｐｕから負側アーム電流Ｉｎｕを減算した電流値となる。
　Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ－Ｉｎｕ　　・・・（１）
　正側アーム電流Ｉｐｕと負側アーム電流Ｉｎｕの平均値を、正側アーム５および負側アーム６に流れる共通の電流とすると、この電流はレグ回路４ｕの直流端子を流れるレグ電流Ｉｃｏｍｕである。レグ電流Ｉｃｏｍｕは、式（２）のように表される。
　Ｉｃｏｍｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２　　・・・（２）
　Ｖ相についても、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖを用いて、交流電流Ｉａｃｖおよびレグ電流Ｉｃｏｍｖが算出され、Ｗ相についても、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗを用いて、交流電流Ｉａｃｗおよびレグ電流Ｉｃｏｍｗが算出される。具体的には、以下の式（３）～（６）で表される。
　Ｉａｃｖ＝Ｉｐｖ－Ｉｎｖ　　・・・（３）
　Ｉｃｏｍｖ＝（Ｉｐｖ＋Ｉｎｖ）／２　　・・・（４）
　Ｉａｃｗ＝Ｉｐｗ－Ｉｎｗ　　・・・（５）
　Ｉｃｏｍｗ＝（Ｉｐｗ＋Ｉｎｗ）／２　　・・・（６）
　各相のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗの正側の直流端子は正側直流端子Ｎｐとして共通に接続され、負側の直流端子は負側直流端子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を加算した電流値は、直流回路１４の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流回路１４に帰還する直流電流Ｉｄｃとなる。したがって、直流電流Ｉｄｃは、式（７）のように表される。
　Ｉｄｃ＝Ｉｃｏｍｕ＋Ｉｃｏｍｖ＋Ｉｃｏｍｗ　　・・・（７）
　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場合には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１４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、Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、それぞれ以下の式（８）、（９）、（１０）のように表される。
　Ｉｃｃｕ＝Ｉｃｏｍｕ－Ｉｄｃ／３　　・・・（８）
　Ｉｃｃｖ＝Ｉｃｏｍｖ－Ｉｄｃ／３　　・・・（９）
　Ｉｃｃｗ＝Ｉｃｏｍｗ－Ｉｄｃ／３　　・・・（１０）
　図４の電流演算部５２１は、正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗから、上式に従って、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ、直流電流Ｉｄｃ、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを演算する。
　（交流制御部５２３の動作）
　交流制御部５２３は、交流電圧検出器１０で検出された交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗと、電流演算部５２１が出力した交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗとから、電力変換装置１を構成する各変換器セル７が出力すべき交流電圧を交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ，Ｖａｃｒｅｆｖ，Ｖａｃｒｅｆｗとして出力する。
　交流制御部５２３は、電力変換装置１に要求される機能に応じて、例えば、交流電流値が交流電流指令値に一致するようにフィードバック制御する交流電流制御器、交流電圧値が交流電圧指令値に一致するようにフィードバック制御する交流電圧制御器等により構成される。あるいは、交流制御部５２３は、交流電流値と交流電圧値とから電力を求め、その電力値が所望の値になるようにフィードバック制御する電力制御器により構成されてもよい。実際には、これらの交流電流制御器、交流電圧制御器、および電力制御器のうちの１つまたは複数が組み合わされて交流制御部５２３が構成されて運用される。
　上記の交流電流制御器は変圧器１３を介して交流回路１２に出力される電流を制御するので、この電流を制御するための電圧成分は、多相交流電圧の正相成分および逆相成分、またはノーマルモード成分として知られている成分である。上記の交流電圧制御器も同様に、正相成分および逆相成分を、変圧器１３を介して交流回路１２に出力する。
　三相交流電圧を交流回路１２に出力する場合、これらの正相逆相成分に加えて、零相成分またはコモンモード成分として知られる三相で共通の電圧成分を交流回路１２に出力することも考えられる。例えば、零相成分に基本波周波数の３倍の周波数である第３次調波を重畳すると、変換器セル７が出力可能な基本波交流成分を約１５％増加できることが知られている。
　さらに、一定の零相成分を出力することによって以下の効果が得られる。図１の構成の電力変換装置１では、セル群５１が出力する交流電圧成分とセル群６１が出力する交流電圧成分とは互いに逆極性であり、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分とは互いに同極性である。したがって、一定の零相成分が交流電圧成分に含まれている場合には、この零相成分は、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分とに、正負逆方向に重畳されることになる。この結果、セル群５１が出力する直流電力とセル群６１が出力する直流電力とに差が生じるために、各変換器セル７に含まれるコンデンサ３２に蓄積されたエネルギーを、セル群５１とセル群６１との間で相互にやり取りすることができる。これによって、セル群５１を構成する各変換器セル７のコンデンサ３２の電圧値と、セル群６１を構成する変換器セル７のコンデンサ３２の電圧値とのバランスをとることができ、このようなバランス制御に零相電圧を用いることができる。
　（直流制御部５２４の動作）
　直流制御部５２４は、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂで検出した直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎの差電圧から直流端子間電圧Ｖｄｃが演算され、式（１１）のように表される。
　Ｖｄｃ＝Ｖｄｃｐ－Ｖｄｃｎ　　・・・（１１）
　直流制御部５２４は、直流端子間電圧Ｖｄｃと、直流電流Ｉｄｃとから、変換器セル７が出力すべき直流電圧を直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとして生成して出力する。
　直流制御部５２４は、例えば、直流電流を制御する直流電流制御器、直流電圧を制御する直流電圧制御器、および直流電力を制御する直流電力制御器のうちのいずれか１つまたは複数を組み合わせることによって構成される。直流電圧制御器、直流電流制御器、および直流電力制御器が出力する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分は、互いに同極性となる。セル群５１，６１は直列接続されているので、セル群５１，６１の各出力電圧が合成され、合成された電圧は、レグ回路４の正側直流端子と負側直流端子との間に発生する電圧成分となる。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、各相で共通の成分として正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａに与えられる。そのため、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、セル群５１，６１から出力される電圧成分は、直流回路１４に出力される直流電圧成分となる。
　（指令生成部５２５の動作）
　指令生成部５２５は、セル群５１が出力すべき電圧を電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１として演算し、セル群６１が出力すべき電圧を電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１として演算する。各電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１は、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆおよび交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを相ごとに合成することによって得られる。
　具体的には、直流回路１４に接続されている正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎ間には、セル群５１とセル群６１とが直列接続されている。したがって、セル群５１の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１およびセル群６１の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１の各々を算出する際には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆの１／２が加算合成される。一方、各交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは正側アーム５と負側アーム６との接続点にあるため、セル群５１の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１を算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆが減算合成され、セル群６１の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１を算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆが加算合成される。具体的には、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｐｒｅｆ１ｗ，Ｖｎｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｗは以下の式（１２）～（１７）のように表される。
　Ｖｐｒｅｆ１ｕ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２－Ｖａｃｒｅｆｕ　　・・・（１２）
　Ｖｐｒｅｆ１ｖ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２－Ｖａｃｒｅｆｖ　　・・・（１３）
　Ｖｐｒｅｆ１ｗ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２－Ｖａｃｒｅｆｗ　　・・・（１４）
　Ｖｎｒｅｆ１ｕ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｕ　　・・・（１５）
　Ｖｎｒｅｆ１ｖ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｖ　　・・・（１６）
　Ｖｎｒｅｆ１ｗ＝Ｖｄｃｒｅｆ／２＋Ｖａｃｒｅｆｗ　　・・・（１７）
　また、零相電位Ｖｎは以下の式（１８）のように表される。
　Ｖｎ＝Ｖａｃｒｅｆｕ＋Ｖａｃｒｅｆｖ＋Ｖａｃｒｅｆｗ　　・・・（１８）
　例えば、図１のレグ回路４ｕにおいて、セル群５１が比較的小さい値の交流電圧を出力し、セル群６１が比較的大きい値の交流電圧を出力すれば、交流端子Ｎｕの電位は正側直流端子Ｎｐの電位に近づき、交流端子Ｎｕには高い電圧が出力される。具体的には、セル群６１は交流端子Ｎｕから出力すべき交流電圧と同極性の交流電圧を出力し、セル群５１は交流端子Ｎｕから出力すべき交流電圧と逆極性の交流電圧を出力する。
　電力変換装置１において、指令生成部５２５は、上記の動作によって、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆに含まれる正逆相成分および零相成分と直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成するが、循環電流を流して相間のエネルギーバランスをとる電圧成分は合成しないし、循環電流を制御する電圧成分も合成しない。
　（循環電流制御部５２６の動作）
　電流演算部５２１で演算されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、循環電流制御部５２６に送られる。循環電流制御部５２６は、循環電流値が循環電流指令値に一致するようにフィードバック制御する。すなわち、循環電流制御部５２６には、循環電流指令値と循環電流値との偏差を増幅する補償器が設けられる。ここで、循環電流指令値として通常は零電流が与えられるが、電力系統で不平衡が発生しているときには零でない値を与える場合もある。循環電流制御部５２６は、セル群５２，６２が循環電流制御のために出力すべき電圧成分を、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとして出力する。
　循環電流は異なる相のレグ間を流れる電流である。循環電流の電流経路に存在するのはセル群５１，６１とリアクトル８Ａ，８Ｂであり、セル群５１，６１のスイッチングによって生じる電位差がリアクトル８Ａ，８Ｂに印加されることによって循環電流が生じる。したがって、同一経路内に設けられているセル群５２，６２により逆の極性の電圧をリアクトルに印加すれば循環電流が抑制される。
　例えば、レグ回路４ｕの正側直流端子から負側直流端子の方向に循環電流Ｉｃｃｕが流れている場合、レグ回路４ｕのセル群５２，６２の各々で正の電圧を出力するとリアクトル８Ａ，８Ｂには循環電流を減少させる方向の電圧が印加される。上記と逆方向に電流が流れている場合は、セル群５２，６２の電圧も逆方向に印加すれば循環電流が減衰する。循環電流制御部５２６は、循環電流指令値と循環電流値とが一致するようにフィードバック制御を実行する。
　（コンデンサ電圧制御部５２７の動作）
　各セル群５２，６２を構成する各変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧が電圧検出器３３で検出される。電圧演算部５２２は、セル群５２の各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２と、セル群６２の各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２（単に「コンデンサ電圧」と称する。）を演算する。
　コンデンサ電圧制御部５２７に設けられた補償器は、各相のセル群５２，６２のコンデンサ電圧がコンデンサ電圧指令値に追従するように制御演算をする。コンデンサ電圧制御部５２７は、制御演算結果にアーム電流Ｉａｒｍの極性（例えば、１または－１）を乗算した結果を、循環電流制御用の補正値として加算器５ｉ，５ｊに出力する。
　具体的には、コンデンサ電圧制御部５２７は、コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２がコンデンサ電圧指令値に追従するように制御演算し、当該制御演算結果に正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗの極性をそれぞれ乗算することによって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用の補正値Ｖｐｃｏｒｒｕ，Ｖｐｃｏｒｒｖ，Ｖｐｃｏｒｒｗ（以下「補正値Ｖｐｃｏｒｒ」とも総称する。）を生成する。また、コンデンサ電圧制御部５２７は、コンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２がコンデンサ電圧指令値に追従するように制御演算し、当該制御演算結果に負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗの極性をそれぞれ乗算することによって、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相用の補正値Ｖｎｃｏｒｒｕ，Ｖｎｃｏｒｒｖ，Ｖｎｃｏｒｒｗ（以下「補正値Ｖｎｃｏｒｒ」とも総称する。）を生成する。
　（加算器５ｉ，５ｊの動作）
　加算器５ｉは、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、セル群５１用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１に比例した値と、補正値Ｖｐｃｏｒｒとを相ごとに加算する。加算器５ｉの加算結果は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相における電圧値Ｖｘｐｕ，Ｖｘｐｖ，Ｖｘｐｗ（以下「電圧値Ｖｘｐ」とも総称する。）として、加算器５ｋに出力される。加算器５ｊは、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、セル群６１用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１に比例した値と、補正値Ｖｎｃｏｒｒとを相ごとに加算する。加算器５ｊの加算結果は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相における電圧値Ｖｘｎｕ，Ｖｘｎｖ，Ｖｘｎｗ（以下「電圧値Ｖｘｎ」とも総称する。）として、加算器５ｍに出力される。
　加算器５ｉ，５ｊにおいて電圧指令値の比例値を加算する理由は、循環電流制御用のセル群５２，６２を構成する変換器セル７ｂに図２（ａ）に示すハーフブリッジ型を用いているためである。ハーフブリッジ型の変換器セルは、零電圧または正の電圧しか出力できないので、循環電流の増減に応じて変換器セル７の出力電圧を増減させるためには、ある電圧値を基準にして出力電圧を増減させる必要がある。しかし、この基準となる電圧を一定値に固定すると、直流回路１４とレグ回路４との間を流れる直流電流Ｉｄｃによってコンデンサ３２が充電し続けることになるので望ましくない。この問題を回避するために、セル群５１，６１用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１ｎのｋ倍が基準電圧として、セル群５２，６２用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２にそれぞれ加算されている。
　これにより、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１に対応する電流条件において、セル群５２，６２を構成する変換器セル７ｂで生じる交流電力と直流電力との偏差を小さくすることができる（すなわち、変換器セル７ｂに流入または流出する有効電力が零に近づく）ために、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧変動を抑制することができる。ゲインｋは、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆを与えたときに、変換器セル７ｂの出力電圧が飽和しないような任意の値に設定される。
　図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成の変換器セル７によって、循環電流制御用のセル群５２，６２の変換器セル７ｂを構成する場合には、変換器セル７ｂが両極の電圧を出力できるので、ゲインｋを０に設定することも可能である。この場合、基本制御部５０２ｂは、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下していないときには、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとにより生成される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２に基づいて、各アームにおける複数の変換器セル７ｂの出力電圧を制御する。変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下しているときには、基本制御部５０２ｂは、補助電圧指令値Ｖｓｓｐ，Ｖｓｓｎと、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとを線形結合することによって、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成する。
　さらに、加算器５ｉ，５ｊにおいて補正値を加算する理由について説明する。循環電流を制御するためのセル群５２，６２から出力される電圧はリアクトル８Ａ，８Ｂに流れる電流を制御する機能を持つことから、セル群５２，６２の出力電力はほぼ無効電力となる。しかし、リアクトル８Ａ，８Ｂに存在する損失に起因した有効電力が無視できない場合には、セル群５２，６２に有効電力を供給する必要がある。なぜなら、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１の比例値をセル群５２，６２に与えるだけでは、セル群５２，６２のコンデンサ３２の電圧が維持できないからである。
　上記の構成によれば、（ｉ）アーム電流Ｉａｒｍが正（極性＝１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも小さい場合、補償器は正の信号を出力するので、補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性（＝１）が乗算されることによって、循環電流制御用の補正値は正の成分を持つ信号となる。この補正値の信号によって、スイッチング素子３１ｐが導通する期間が長くなることによって、アーム電流Ｉａｒｍがコンデンサ３２に流れ込む期間が増加する。この結果、コンデンサ３２が充電されるので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。
　（ｉｉ）アーム電流Ｉａｒｍが正（極性＝１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも大きい場合、補償器は負の信号を出力するので、補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性（＝１）が乗算されることによって、循環電流制御用の補正値は負の成分を持つ信号となる。この補正値の信号によって、スイッチング素子３１ｐが導通する期間が短くなることによって、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。
　（ｉｉｉ）アーム電流Ｉａｒｍが負（極性＝－１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも小さい場合、補償器は正の信号を出力するので、補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性（＝－１）が乗算されることによって、循環電流制御用の補正値は負の成分を持つ信号となる。この補正値の信号によって、スイッチング素子３１ｐが導通する期間が短くなることによって、アーム電流Ｉａｒｍがコンデンサ３２から流出する期間が減少する。この結果、コンデンサ３２の放電時間が減少するので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。
　（ｉｖ）アーム電流Ｉａｒｍが負（極性＝－１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも大きい場合、補償器は負の信号を出力するので、補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性（＝－１）が乗算されることによって、循環電流制御用の補正値は正の成分を持つ信号となる。この補正値の信号によって、スイッチング素子３１ｐが導通する期間が長くなることによって、コンデンサ３２の放電時間が増加するので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。
　（補助電圧生成部５２８の動作）
　上記において、コンデンサ電圧制御部５２７が出力する補正値によって、コンデンサ電圧を維持することを説明した。しかし、アーム電流Ｉａｒｍの大きさが小さく、電力変換装置１から出力される有効電力および無効電力が小さい場合には、交直変換制御を行なっていないセル群５２，６２の変換器セル７ｂは、コンデンサ電圧制御部５２７による補正値によってもコンデンサ３２を十分に充電できない。この場合、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧が維持できず低下してしまう。そこで、補助電圧生成部５２８は、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧が一定値未満となった場合、コンデンサ３２の電圧を維持する（すなわち、コンデンサ３２を充電させる）ような補助電圧指令値を生成する。
　具体的には、補助電圧生成部５２８は、各相のセル群５２のコンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２と、各相のセル群６２のコンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２を受ける。補助電圧生成部５２８は、各コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２のうちの１以上のコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満であるか否かを判断する。
　１以上のコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満である場合、補助電圧生成部５２８は、コンデンサ電圧が低下していると判断して、直流電流Ｉｄｃおよび交流電流Ｉａｃに基づいて、直流電圧成分（以下「直流成分」）および交流回路１２の交流電圧の基本周波数成分（以下「基本波交流成分」）の少なくとも一方を含む補助電圧指令値を生成する。具体的には、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のセル群５２に対する補助電圧指令値Ｖｓｓｐｕ，Ｖｓｓｐｖ，Ｖｓｓｐｗ（以下「Ｖｓｓｐ」とも総称する。）と、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相のセル群６２に対する補助電圧指令値Ｖｓｓｎｕ，Ｖｓｓｎｖ，Ｖｓｓｎｗ（以下「Ｖｓｓｎ」とも総称する。）とが生成される。閾値Ｔｈ１は、例えば、コンデンサ電圧の定格値の９０％程度に設定される。
　（ｉ）補助電圧指令値Ｖｓｓに直流成分を含める場合、補助電圧生成部５２８は、電力変換回路部２に流入する直流電流Ｉｄｃの方向に基づいて、当該直流成分の符号を設定する。詳細には、補助電圧生成部５２８は、直流回路１４から正側直流端子Ｎｐへ直流電流Ｉｄｃが流入する場合、当該直流成分の符号を正（すなわち、変換器セル７ｂが正電圧を出力する方向）に設定する。一方、補助電圧生成部５２８は、直流回路１４から負側直流端子Ｎｎへ直流電流Ｉｄｃが流入する場合、当該直流成分の符号を負（すなわち、変換器セル７ｂが負電圧を出力する方向）に設定する。
　このような補助電圧指令値Ｖｓｓが加算された電圧指令値がセル群５２，６２に与えられることにより、セル群５２，６２が直流電力を授受することができる。そのため、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の充電が促進され、コンデンサ３２の電圧を維持または上昇させることができる。
　（ｉｉ）補助電圧指令値Ｖｓｓに基本波交流成分を含める場合、補助電圧生成部５２８は、電力変換回路部２に流入する交流電流Ｉａｃの位相に基づいて、当該基本波交流成分の位相を設定する。具体的には、補助電圧生成部５２８は、電力変換回路部２に流入する交流電流Ｉａｃおよび基本波交流成分の位相差が±９０°未満になるように、基本波交流成分の位相を設定する。より好ましくは、補助電圧生成部５２８は、交流電流Ｉａｃの位相と同位相（すなわち、位相差が０）となるように基本波交流成分の位相を設定する。
　このような補助電圧指令値Ｖｓｓが加算された電圧指令値がセル群５２，６２に与えられることにより、セル群５２，６２は交流電力を授受することができる。そのため、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の充電が促進され、コンデンサ３２の電圧を維持または上昇させることができる。
　（ｉｉｉ）直流成分および基本波交流成分のうち、コンデンサ３２の充電に効果的な方の成分を補助電圧指令値Ｖｓｓに含めることもできる。補助電圧生成部５２８は、電力変換回路部２に流入する直流電流Ｉｄｃと直流成分の最大値とから補助直流電力を算出し、電力変換回路部２に流入する交流電流Ｉａｃと基本波交流成分の最大振幅値とから補助交流電力（より具体的は、補助有効電力）を算出する。直流成分の最大値および基本波交流成分の最大振幅値は、既知であり、制御装置３の内部メモリに予め記憶されている。
　補助電圧生成部５２８は、補助直流電力が補助交流電力よりも大きいか否かを判断する。補助電圧生成部５２８は、補助直流電力が補助交流電力よりも大きい場合には直流成分を含む補助電圧指令値Ｖｓｓを生成し、補助直流電力が補助交流電力よりも小さい場合には基本波交流成分を含む補助電圧指令値Ｖｓｓを生成する。補助直流電力と補助交流電力とが同じである場合には、補助電圧生成部５２８は、直流成分または基本波交流成分のいずれかを含む補助電圧指令値Ｖｓｓを生成する。
　このような補助電圧指令値Ｖｓｓが加算された電圧指令値がセル群５２，６２に与えられることにより、セル群５２，６２は効率的に電力を授受することができ、変換器セル７ｂのコンデンサ３２の充電が促進される。
　（ｉｖ）上記のように、補助電圧生成部５２８は補助電圧指令値Ｖｓｓを生成する。その後、当該補助電圧指令値Ｖｓｓの生成により、コンデンサ電圧が復帰した場合には、補助電圧生成部５２８は、補助電圧指令値Ｖｓｓの生成および出力を停止する。具体的には、すべてのコンデンサ電圧（すなわち、各コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２）が閾値Ｔｈ２以上となった場合には、補助電圧生成部５２８は、補助電圧指令値Ｖｓｓの生成および出力を停止する。チャタリング等を防止するため、閾値Ｔｈ２は閾値Ｔｈ１よりも大きく、コンデンサ電圧の定格値付近（例えば、定格値の９９％）に設定される。なお、補助電圧生成部５２８は、上記のような直流成分および基本波交流成分の両方を含む補助電圧指令値Ｖｓｓを生成する構成であってもよい。
　（加算器５ｋ，５ｍの動作）
　加算器５ｋは、電圧値Ｖｘｐと補助電圧指令値Ｖｓｓｐとを相ごとに加算する。加算器５ｋの加算結果は、循環電流制御用のセル群５２が出力すべき電圧成分を表す電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２（Ｕ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｕ、Ｖ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｖ、Ｗ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｗ）として、正側セル群制御部５０３Ｐｂに入力される。加算器５ｍは、電圧値Ｖｘｎと補助電圧指令値Ｖｓｓｎとを相ごとに加算する。加算器５ｍの加算結果は、循環電流制御用のセル群６２が出力すべき電圧成分を表す電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２（Ｕ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｕ、Ｖ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｖ、Ｗ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｗ）として、負側セル群制御部５０３Ｎｂに入力される。加算器５ｋ，５ｍにおいて、補助電圧指令値が加算された電圧指令値がセル群５２，６２に与えられることにより、各変換器セル７ｂのコンデンサ３２の充電を促進できる。
　ここで、直流端子間電圧Ｖｄｃはセル群５１，６１により制御されるため、セル群５２，６２用の電圧指令値に直流成分を含む補助電圧指令値Ｖｓｓを加算しても、直流端子間電圧Ｖｄｃが大きく変動することはない。なお、補助電圧生成部５２８は、コンデンサ電圧が低下していると判断して補助電圧指令値Ｖｓｓの出力を開始する際に、直流成分を含む補助電圧指令値Ｖｓｓの実効値をランプ状に変化させることで、瞬時的な変動も抑制できる。同様に、補助電圧生成部５２８は、コンデンサ電圧が復帰していると判断して補助電圧指令値Ｖｓｓの出力を停止する際に、補助電圧指令値Ｖｓｓの実効値をランプ状に変化させてもよい。
　また、交流電圧Ｖａｃはセル群５１，６１で制御しているため、セル群５２，６２用の電圧指令値に基本波交流成分を含む補助電圧指令値Ｖｓｓを加算しても、交流電圧および交流電流が変動することはない。補助電圧生成部５２８は、補助電圧指令値Ｖｓｓの出力を開始および停止する際に、基本波交流成分を含む補助電圧指令値Ｖｓｓの実効値をランプ状に変化させることで、瞬時的な変動も抑制できる。
　（セル群制御部５０３の構成および動作）
　図５は、セル群制御部５０３の構成を表わす図である。図５を参照して、セル群制御部５０３は、Ｎ個の個別制御部２０２＿１～２０２＿Ｎ（以下「個別制御部２０２」とも総称する。）を含む。例えば、セル群５１，６１に含まれる変換器セル７ａはＮ１個である。そのため、セル群５１，６１にそれぞれ対応する正側セル群制御部５０３Ｐａ，負側セル群制御部５０３Ｎａには、Ｎ１個の個別制御部２０２が含まれる。以下、説明のため、上述した電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１，Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を総称して電圧指令値Ｖｒｅｆと記載する。
　個別制御部２０２＿ｉは、対応する変換器セル７を個別に制御する。個別制御部２０２＿ｉは、基本制御部５０２から電圧指令値Ｖｒｅｆ、アーム電流Ｉａｒｍ、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆ、スイッチング許可信号ＧＥｎを受ける。コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆおよびスイッチング許可信号ＧＥｎは、基本制御部５０２により生成される。例えば、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆは、各セル群に含まれる複数の変換器セル７のコンデンサ３２の定格値である。個別制御部２０２＿ｉは、対応する変換器セル７＿ｉからコンデンサ電圧Ｖｃを受ける。個別制御部２０２＿ｉは、コンデンサ電圧Ｖｃを基本制御部５０２へ送信する。
　スイッチング許可信号ＧＥｎが“１”の場合には、ゲート信号ｇａにより変換器セル７の各スイッチング素子３１は、オンオフのスイッチング動作が可能となる。スイッチング許可信号ＧＥｎ“１”は、変換器セル７がデブロック状態であることを意味する。
　スイッチング許可信号ＧＥｎが“０”の場合には、ゲート信号ｇａにより変換器セル７の各スイッチング素子３１はすべてオフとなる。スイッチング許可信号ＧＥｎ“０”は、変換器セル７がゲートブロック状態であることを意味する。例えば、基本制御部５０２は、電力系統に事故が発生した場合、過渡的に運転が困難な場合等に、値が“０”のスイッチング許可信号ＧＥｎを生成して個別制御部２０２に出力する。
　キャリア信号生成部２０３は、変換器セル７ごとのキャリア信号の基準位相を設定して、設定した基準位相を有するキャリア信号を生成する。具体的には、キャリア信号生成部２０３は、複数のキャリア信号ＣＲ（ｉ）の基準位相（以下、「キャリア基準位相」とも称する。）の間隔が、３６０度を複数の変換器セル７＿ｉの個数Ｎで分割した間隔となるように設定する。キャリア信号ＣＲ（ｉ）の基準位相とは、キャリア信号ＣＲ（ｉ）の位相と基準となる位相との差を表わす。基準となる位相として、キャリア信号ＣＲ（０）の位相を用いることができる。キャリア信号生成部２０３は、設定されたキャリア基準位相を有するキャリア信号ＣＲ（１）～ＣＲ（Ｎ）を生成する。
　個別制御部２０２＿ｉは、キャリア信号生成部２０３からキャリア信号ＣＲｉを受ける。個別制御部２０２＿ｉは、キャリア信号ＣＲｉを用いて、変換器セル７＿ｉをＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）制御する。具体的には、スイッチング許可信号ＧＥｎが“１”（すなわち、変換器セル７＿ｉがデブロック状態である）の場合、個別制御部２０２＿ｉは、変換器セル７＿ｉの電圧指令値Ｖｒｅｆおよびキャリア信号ＣＲｉを位相シフトＰＷＭ方式で変調することによって、ゲート信号ｇａ（例えば、ＰＷＭ変調信号）を生成して変換器セル７＿ｉへ出力する。個別制御部２０２＿ｉは、変換器セル７＿ｉの構成に応じた変調をする。変換器セル７＿ｉの構成において、出力されるＰＷＭ変調信号の数ｎも増減する。例えば、ハーフブリッジ構成の変換器セルの場合はｎ＝２、フルブリッジ構成の変換器セルの場合はｎ＝４となる。
　＜利点＞
　本実施の形態によると、交直変換制御用のセル群と循環電流制御用のセル群とを含む電力変換装置１において、アーム電流が小さい場合であっても、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御することができる。
　その他の実施の形態．
　（１）上述した実施の形態において、各レグ回路４において、リアクトル８Ａ，８Ｂのうち、正側のリアクトル８Ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル８Ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用のセル群５２が不要になり、それに関係する正側セル群制御部５０３Ｐｂ、加算器５ｉ，５ｋ、およびゲイン回路５ｇも不要となるので、制御装置３の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル８Ａのみを設けた場合には、循環電流制御用のセル群６２が不要になり、それに関係する負側セル群制御部５０３Ｎｂ、加算器５ｊ，５ｍ、およびゲイン回路５ｈも不要になるので、制御装置３の構成を簡素化できる利点がある。
　（２）上述した実施の形態では、循環電流制御用でないセル群５１，６１を構成する各変換器セル７ａと、循環電流制御用のセル群５２，６２を構成する各変換器セル７ｂとが同一の構成である場合を示した。これと異なり、セル群５１，６１を構成する各変換器セル７ａとセル群５２，６２を構成する各変換器セル７ｂとが異なる構成を有するようにしてもよい。
　（３）上述した実施の形態では、コンデンサ電圧制御部５２７において補償器の出力にアーム電流Ｉａｒｍの極性を乗算する例を示したが、アーム電流Ｉａｒｍの極性に代えてアーム電流Ｉａｒｍの電流値を補償器の出力に乗算しても同様の効果を奏する。
　（４）上述した実施の形態では、各コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２のうちの１以上のコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満である場合に、コンデンサ電圧が低下していると判断される構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、各レグ回路４に含まれるすべての変換器セル７ｂのうちの１以上の変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ１未満である場合に、コンデンサ電圧が低下していると判断される構成であってもよい。この場合、各レグ回路４に含まれるすべての変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が閾値Ｔｈ２以上となった場合に、コンデンサ電圧が復帰したと判断される構成であってもよい。
　（５）上述した実施の形態において、セル群５２，６２の変換器セル７ｂをフルブリッジ構成とする場合、ゲインｋを０に設定し、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとを用いて生成することについて説明した。しかしながら、変換器セル７ｂがフルブリッジ構成である場合には、基本制御部５０２ｂは、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成せずに、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとを用いて、各アームにおける複数の変換器セル７ｂの出力電圧を制御してもよい。この場合、変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１は、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに基づいて制御され、変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２は、補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒに基づいて制御される。
　具体的には、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下していない場合、基本制御部５０２ｂは、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆを正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂに出力し、補正値Ｖｐｃｏｒｒを正側セル群制御部５０３Ｐｂに出力し、補正値Ｖｎｃｏｒｒを負側セル群制御部５０３Ｎｂに出力する。正側セル群制御部５０３Ｐｂは、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに基づいて、セル群５２の各変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を制御し、補正値Ｖｐｃｏｒｒに基づいて、当該各変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を制御する。また、負側セル群制御部５０３Ｎｂは、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに基づいて、セル群６２の各変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を制御し、補正値Ｖｎｃｏｒｒに基づいて、当該各変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を制御する。
　一方、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が低下している場合、基本制御部５０２ｂは、補助電圧指令値Ｖｓｓｐを、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆおよび補正値Ｖｐｃｏｒｒに線形結合して、正側セル群制御部５０３Ｐｂに出力する。基本制御部５０２ｂは、補助電圧指令値Ｖｓｓｎを、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆおよび補正値Ｖｎｃｏｒｒに線形結合して、負側セル群制御部５０３Ｎｂに出力する。正側セル群制御部５０３Ｐｂは、線形結合された電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに基づいて、セル群５２の各変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を制御し、線形結合された補正値Ｖｐｃｏｒｒに基づいて、当該各変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を制御する。負側セル群制御部５０３Ｎｂは、線形結合された電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに基づいて、セル群６２の各変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を制御し、線形結合された補正値Ｖｎｃｏｒｒに基づいて、当該各変換器セル７ｂのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を制御する。
　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て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　電力変換装置、２　電力変換回路部、３　制御装置、４ｕ，４ｖ，４ｗ　レグ回路、５　正側アーム、５ｇ，５ｈ　ゲイン回路、５ｉ，５ｊ，５ｋ，５ｍ　加算器、６　負側アーム、７ａ，７ｂ　変換器セル、８Ａ，８Ｂ　リアクトル、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、１２　交流回路、１３　変圧器、１４　直流回路、１６　交流電流検出器、３１ｎ，３１ｎ２，３１ｎ１，３１ｐ２，３１ｐ，３１ｐ１　スイッチング素子、３２　コンデンサ、３３　電圧検出器、３４　バイパススイッチ、５１，５２，６１，６２　セル群、２０２　個別制御部、２０３　キャリア信号生成部、５０１ａ，５０１ｂ　スイッチング制御部、５０２ａ，５０２ｂ　基本制御部、５０３Ｎａ，５０３Ｎｂ　負側セル群制御部、５０３Ｐａ，５０３Ｐｂ　正側セル群制御部、５２１　電流演算部、５２２　電圧演算部、５２３　交流制御部、５２４　直流制御部、５２５　指令生成部、５２６　循環電流制御部、５２７　コンデンサ電圧制御部、５２８　補助電圧生成部。

Claims (10)

  1. 　直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
    　前記交流回路の複数の相にそれぞれ対応する複数のレグ回路を含む電力変換回路部を備え、
    　各前記レグ回路は、直列接続された２つのアームにより構成され、
    　各前記アームは、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の変換器セルを含み、
    　前記複数の変換器セルの動作を制御する制御装置をさらに備え、
    　前記複数の変換器セルの各々は、前記複数のレグ回路間を循環する循環電流に基づかずに制御される第１変換器セル、または、前記循環電流に基づいて制御される第２変換器セルであり、
    　前記制御装置は、
    　　前記直流回路の直流電流および直流電圧と、前記交流回路の各相の交流電流および交流電圧とにより生成される第１電圧指令値に基づいて、各前記アームにおける複数の前記第１変換器セルの出力電圧を制御し、
    　　前記循環電流と循環電流指令値との偏差に基づいた第１の値と、前記第２変換器セルにおける前記コンデンサの電圧と前記コンデンサの電圧の指令値との偏差に基づいた第２の値とを用いて、各前記アームにおける複数の前記第２変換器セルの出力電圧を制御し、
    　　前記第２変換器セルにおける前記コンデンサの電圧が第１閾値未満となった場合には、直流成分および前記交流回路の基本波交流成分の少なくとも一方を含む補助電圧指令値を、前記第１の値および前記第２の値に線形結合する、電力変換装置。
  2. 　前記制御装置は、前記電力変換回路部に流入する直流電流の方向に基づいて、前記直流成分の符号を設定する、請求項１に記載の電力変換装置。
  3. 　前記複数のレグ回路は、高電位側直流端子と低電位側直流端子との間に互いに並列に接続されており、
    　前記制御装置は、
    　　前記直流回路から前記高電位側直流端子へ直流電流が流入する場合、前記直流成分の符号を正に設定し、
    　　前記直流回路から前記低電位側直流端子へ直流電流が流入する場合、前記直流成分の符号を負に設定する、請求項２に記載の電力変換装置。
  4. 　前記制御装置は、前記電力変換回路部に流入する交流電流の位相に基づいて、前記基本波交流成分の位相を設定する、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. 　前記制御装置は、前記電力変換回路部に流入する交流電流の位相と同位相となるように前記基本波交流成分の位相を設定する、請求項４に記載の電力変換装置。
  6. 　前記制御装置は、
    　前記電力変換回路部に流入する直流電流と前記直流成分の最大値とから算出される補助直流電力が、前記電力変換回路部に流入する交流電流と前記基本波交流成分の最大振幅値とから算出される補助交流電力よりも大きいか否かを判断し、
    　前記補助直流電力が前記補助交流電力よりも大きい場合には、前記直流成分を含む前記補助電圧指令値を生成し、
    　前記補助直流電力が前記補助交流電力よりも小さい場合には、前記基本波交流成分を含む前記補助電圧指令値を生成する、請求項１～請求項５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、前記補助電圧指令値の実効値をランプ状に変化させる、請求項１～請求項６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  8. 　前記第２変換器セルは、フルブリッジ型である、請求項１～請求項７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  9. 　前記２つのアームのうちの第１アームは、複数の前記第１変換器セルと、複数の前記第２変換器セルと、第１リアクトルとを含み、
    　前記２つのアームのうちの第２アームは、複数の前記第１変換器セルを含む、請求項１～請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
  10. 　前記第２アームは、複数の前記第２変換器セルと、第２リアクトルとをさらに含む、請求項９に記載の電力変換装置。
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