JP6522141B2 - 電力変換装置 - Google Patents

Description

この発明は、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換装置に関し、たとえば、電力系統に設置される大容量の電力変換装置に好適に用いられるものである。

電力系統に設置される大容量の電力変換装置では、変換器出力が高電圧または大電流となるため、複数の変換器を直列または並列に多重化して構成されることが多い。変換器を多重化することによって、変換器容量を大きくするという効果が得られるだけでなく、変換器の出力電圧を合成することにより、出力電圧波形に含まれる高調波を低減し、その結果、電力系統に流出する高調波電流を低減するという効果を奏することができる。

多重化された変換器を有する電力変換装置の例として、複数の変換器の出力端子をカスケード接続したマルチレベル変換器が挙げられる。マルチレベル変換器の中の一つにモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular Multilevel Converter）がある。モジュラーマルチレベル変換器は、交流の各相ごとに、正極側直流端子と接続された第１アーム（arm）と負極側直流端子と接続された第２アームとを有し、各アームは、複数の変換器セル（チョッパセルとも称する）がカスケード接続されることによって構成されている。各相の第１アームと第２アームとによってレグ（leg）が構成される。各レグには少なくとも１つのリアクトルが設けられる。

モジュラーマルチレベル変換器では、外部に流出せずに複数のレグ間を循環する循環電流が流れることがあり、この循環電流を０または所定の値になるように制御する必要がある。循環電流を制御するための従来技術として、たとえば、特許第５１８９１０５号公報（特許文献１）および特表２０１２−５３１８７８号公報（特許文献２）などに記載された技術が知られている。

特許第５１８９１０５号公報（特許文献１）には、各アーム（相モジュール分岐）ごとに、循環電流を制御して減らすための１つの制御ユニットを有するマルチレベル変換器が開示されている。各制御ユニットには、電流制御ユニットから分岐電圧目標値が与えられる。特にこの文献では、電流制御ユニットは、分岐電圧目標値を生成するために、循環電圧目標値を相モジュール分岐の他の目標値にアドオン、すなわち線形にて（和形式または差形式にて）組み合わせることが開示されている。

特表２０１２−５３１８７８号公報（特許文献２）では、循環電流を制御するために、各相のレグに設けられたリアクトル（インダクタ）に能動制御型の高調波補償器を接続することが開示されている。この高調波補償器は、循環電流に含まれる基本波成分よりも周波数が高い高調波成分を抑制するように構成される。

特許第５１８９１０５号公報 特表２０１２−５３１８７８号公報

より詳細には、特許第５１８９１０５号公報（特許文献１）に記載された電力変換装置では、交流端子の電気量（電圧および電流）を制御する電圧指令値と、直流端子の電気量（電圧および電流）を制御する電圧指令値と、電力変換装置内部を還流する循環電流を制御する電圧指令値とが合成される。そして、合成された電圧指令値は全ての変換器セル（チョッパセル）に与えられる。

しかしながら、各変換器セルが出力可能な電圧値の上限値および下限値は、各変換器セルが有するコンデンサの電圧値および各変換器セルの回路構成などに応じて決まるので、各変換器セルは、定められた上限値および下限値を超えた電圧を出力することができない。このため、例えば、交流端子および直流端子の電気量をそれぞれ制御するための電圧指令値が増加または減少することによって、これらの電圧指令値と合成された循環電流を制御するための電圧指令値が制限される場合がある。この場合には、循環電流を抑制するための電圧指令値が変換器セルの出力電圧に反映されなくなるという問題がある。逆に、循環電流を制御するための電圧指令値の影響で、交流端子および直流端子の電気量をそれぞれ制御するための電圧指令値が制限を受ける結果、交流−直流変換が理想的に行われないという問題がある。

特表２０１２−５３１８７８号公報（特許文献２）に記載された電力変換装置では、各リアクトル（インダクタ）に接続された能動制御型の高調波補償器は、循環電流に含まれる基本波成分よりも周波数が高い高調波成分を抑制するように構成される。しかしながら、リアクトルは、周波数が低いほど電流が流れやすい（周波数が低いほどアドミタンスが増加する）という特性を有するので、循環電流に含まれる直流電流成分および基本波成分を抑制することができない問題がある。

この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであって、その目的は、交流電気量（交流電圧、交流電流）、直流電気量（直流電圧、直流電流）、および循環電流を確実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。

この発明は、直流回路と交流回路との間に接続され、両回路間の電力変換を行う電力変換装置に関し、複数のレグ回路と、制御装置とを備える。複数のレグ回路は、交流回路の各相にそれぞれ対応し、共通の第１および第２の直流端子間に互いに並列に接続される。各レグ回路は、複数のチョッパセルと、複数のチョッパセルと直列に接続された少なくとも１つのインダクタとを含む。複数のチョッパセルは、互いにカスケード接続され、各々がエネルギー蓄積器を含む。各レグ回路に含まれる複数のチョッパセルの一部である複数の特定のチョッパセルの各々は、エネルギー蓄積器としてのコンデンサと、このコンデンサと並列に且つ互いに直列に接続された第１および第２のスイッチング素子と、このコンデンサと並列に且つ互いに直列に接続された第３および第４のスイッチング素子とを含む。第１および第２のスイッチング素子の接続ノードおよび第３および第４のスイッチング素子の接続ノードを介して、コンデンサの充放電が可能である。制御装置は、各レグ回路に含まれる複数のチョッパセルの動作を制御する。制御装置は、各特定のチョッパセルの第１および第２のスイッチング素子の動作を、各レグ回路間を循環する循環電流に基づいて制御する。制御装置は、各特定のチョッパセルの第３および第４のスイッチング素子の動作を、コンデンサの電圧に基づいて制御する。

この発明によれば、各レグ回路を構成する一部の特定のチョッパセルによって循環電流を制御するようにしたので、交流回路の交流電気量および直流回路の直流電気量の制御と干渉することなく循環電流の制御を行うことができる。さらに、特定のチョッパセルを構成する第１および第２のスイッチング素子の動作を循環電流に基づいて制御し、特定のチョッパセルを構成する第３および第４のスイッチング素子の動作をコンデンサの電圧に基づいて制御するようにしたので、コンデンサの電圧を一定に維持しながら、確実に循環電流を制御することができる。

実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。 図１の上アームの一方のセル群６ａおよび下アームの一方のセル群６ｂをそれぞれ構成する変換器セル１の一例を示す回路図である。 図１の上アームの他方のセル群６ｃおよび下アームの他方のセル群６ｄをそれぞれ構成する変換器セル２０の構成を示す回路図である。 図１の制御装置５の構成図である。 実施の形態２による電力変換装置で用いられる制御装置５の構成図である。 実施の形態３による電力変換装置で用いられる制御装置５の構成図である。

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。図１を参照して、電力変換装置は、主回路であるレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃ（総称する場合または不特定のものを示す場合、レグ回路８と記載する）と、これらのレグ回路８を制御する制御装置５とを備える。

レグ回路８は、交流を構成する複数相の各相ごとに設けられ、交流回路２と直流回路４との間に接続され、両回路間で電力変換を行う。図１には交流回路２が三相交流の場合が示され、ｕ相、ｖ相、ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃが設けられる。

レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、連系変圧器３を介して交流回路２に接続される。交流回路２は、たとえば、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と連系変圧器３との接続は図示していない。各レグ回路８に共通に設けられた直流端子Ｎｐ，Ｎｎ（正側直流端子Ｎｐ，負側直流端子Ｎｎ）は、直流回路４に接続される。直流回路４は、たとえば、直流送電網および直流出力を行う他の電力変換装置などを含む直流電力系統である。

図１の連系変圧器３を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流回路２に接続した構成としても良い。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃ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８ａ，８ｂ，８ｃが連系変圧器３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル７ａ，７ｂとしてもよい。すなわち、各レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃ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８ａ，８ｂ，８ｃに設けられた接続部を介して電気的（直流的または交流的）に交流回路２と接続される。

レグ回路８ａは、正側直流端子Ｎｐから交流入力端子Ｎｕまでの正側アーム（上アームまたは１次アームとも称する）１３と、負側直流端子Ｎｎから交流入力端子Ｎｕまでの負側アーム（下アームまたは２次アームとも称する）１４とに区分される。正側アーム１３と負側アーム１４との接続点Ｎｕが変圧器３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４に接続される。レグ回路８ｂ，８ｃについても同様の構成を有しているので、以下、レグ回路８ａを代表として説明する。

正側アーム１３は、複数の変換器セル（チョッパセル）１がカスケード接続されたセル群６ａと、複数の変換器セル２０がカスケード接続されたセル群６ｃと、リアクトル７ａとを含む。セル群６ａ，６ｃおよびリアクトル７ａは互いに直列接続されている。以下、簡単のために変換器セル（チョッパセル）をセルと称する場合がある。図２および図３で詳しく説明するように、セル群６ｃに用いられているセル２０の構成は、セル群６ａに設けられているセル１の構成とは異なる点がある。図１では、図解を容易にするために、セル群６ｃにセル２０が１個のみ記載されているが、実際には複数個のセル２０がカスケード接続されている。

同様に、負側アーム１４は、複数のセル１がカスケード接続されたセル群６ｂと、複数のセル２０がカスケード接続されたセル群６ｄと、リアクトル７ｂとを含む。セル群６ｂ，６ｄおよびリアクトル７ｂは互いに直列接続されている。図２および図３で詳しく説明するように、セル群６ｄに用いられているセル２０の構成は、セル群６ｂに設けられているセル１の構成とは異なる点がある。図１では、図解を容易にするために、セル群６ｄにセル２０が１個のみ記載されているが、実際には複数個のセル２０がカスケード接続されている。

リアクトル７ａが挿入される位置は、レグ回路８ａの正側アーム１３のいずれの位置であってもよく、リアクトル７ｂが挿入される位置は、レグ回路８ａの負側アーム１４のいずれの位置であってもよい。リアクトル７ａ，７ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。さらに、正側アーム１３のリアクトル７ａのみ、もしくは、負側アーム１４のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。

以下、正側アーム１３に設けられたセル群６ａ，６ｃを正側セル群と称し、負側アーム１４に設けられたセル群６ｂ，６ｄを負側セル群と称する。以下で詳しく説明するように、正側セル群６ａおよび負側セル群６ｂ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にのみ用いられる。正側セル群６ｃおよび負側セル群６ｄは循環電流の制御に用いられる。すなわち、循環電流の制御には、各レグ回路８を構成する一部のセルのみが用いられる点に特徴がある。

図１の電力変換装置は、さらに、制御に使用される電気量（電流、電圧）を計測する検出器として、交流電圧検出器１０と、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂと、各レグ回路８に設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂとを含む。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置５に入力される。

具体的に、交流電圧検出器１０は、交流回路２のＵ相の電圧値Ｖａｃｕ、Ｖ相の電圧値Ｖａｃｖ、およびＷ相の電圧値Ｖａｃｗを検出する。直流電圧検出器１１ａは、直流回路４に接続された正側直流端子Ｎｐの電圧を検出する。直流電圧検出器１１ｂは、直流回路４に接続された負側直流端子Ｎｎの電圧を検出する。Ｕ相用のレグ回路８ａに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム１３に流れるアーム電流Ｉｐｕおよび負側アーム１４に流れるアーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。同様に、Ｖ相用のレグ回路８ｂに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路８ｃに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。ここで、アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗ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。

［変換器セルの構成例］
（セル群６ａ，６ｂを構成するセル１の構成）
図２は、図１の上アーム１３の一方のセル群６ａおよび下アーム１４の一方のセル群６ｂをそれぞれ構成する変換器セル１の一例を示す回路図である。図２（ａ）に示す変換器セル１は、ハーフブリッジ構成を採用した例を示し、互いに直列接続された半導体スイッチング素子１ａ，１ｂ（以下、単にスイッチング素子と称する場合がある）と、ダイオード１ｃ，１ｄと、エネルギー蓄積器としての直流コンデンサ１ｅとを含む。ダイオード１ｃ，１ｄは、スイッチング素子１ａ，１ｂとそれぞれ逆並列（並列かつ逆バイアス方向）に接続される。直流コンデンサ１ｅは、スイッチング素子１ａ，１ｂの直列接続回路と並列に接続され、直流電圧を平滑化する。スイッチング素子１ａ，１ｂの接続ノードは正側の入出力端子１ｐと接続され、スイッチング素子１ｂと直流コンデンサ１ｅの接続ノードは負側の入出力端子１ｎと接続される。

図２（ａ）の構成において、スイッチング素子１ａ，１ｂは、一方がオン状態となり他方がオフ状態となるように制御される。スイッチング素子１ａがオン状態であり、スイッチング素子１ｂがオフ状態のとき、入出力端子１ｐ，１ｎ間には直流コンデンサ１ｅの両端間の電圧（入出力端子１ｐが正側電圧、入出力端子１ｎが負側電圧）が印加される。逆に、スイッチング素子１ａがオフ状態であり、スイッチング素子１ｂがオン状態のとき、入出力端子１ｐ，１ｎ間は０Ｖとなる。すなわち、図２（ａ）に示す変換器セル１は、スイッチング素子１ａ，１ｂを交互にオン状態とすることによって、零電圧または正電圧（直流コンデンサ１ｅの電圧に依存する）を出力することができる。ダイオード１ｃ，１ｄは、スイッチング素子１ａ，１ｂに逆方向電圧が印加されたときの保護のために設けられている。

図２（ｂ）に示す変換器セル１は、フルブリッジ構成を採用した例を示し、直列接続されたスイッチング素子１ｇ，１ｆと、スイッチング素子１ｇ，１ｆに逆並列にそれぞれ接続されたダイオード１ｈ，１ｉとをさらに含む点で、図２（ａ）の変換器セル１と異なる。スイッチング素子１ｇ，１ｆの全体は、スイッチング素子１ａ，１ｂの直列接続回路と並列に接続されるとともに、直流コンデンサ１ｅと並列に接続される。入出力端子１ｐは、スイッチング素子１ａ，１ｂの接続ノードと接続され、入出力端子１ｎは、スイッチング素子１ｇ，１ｆの接続ノードと接続される。

図２（ｂ）に示す変換器セル１は、通常動作時（すなわち、入出力端子１ｐ，１ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子１ｇを常時オンとし、スイッチング素子１ｆを常時オフとし、スイッチング素子１ａ，１ｂを交互にオン状態とするように制御される。ただし、図２（ｂ）に示す変換器セル１は、スイッチング素子１ｇをオフし、スイッチング素子１ｆをオンし、スイッチング素子１ａ，１ｂ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。

図２（ｃ）に示す変換器セル１は、図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成の変換器セル１から、スイッチング素子１ｆを除去した構成であり、その他の点は図２（ｂ）の場合と同じである。図２（ｃ）の変換器セル１は、通常動作時（すなわち、入出力端子１ｐ，１ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子１ｇを常時オンとし、スイッチング素子１ａ，１ｂを交互にオン状態とするように制御される。図２（ｃ）に示す変換器セル１は、スイッチング素子１ａ，１ｇをオフし、スイッチング素子１ｂをオンし、かつ電流が入出力端子１ｎから入出力端子１ｐの方向に流れる場合には、負電圧を出力することができる。

各スイッチング素子１ａ，１ｂ，１ｆ，１ｇには、オン動作とオフ動作の両方を制御可能な自己消弧型のスイッチング素子が用いられている。たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）またはＧＣＴ（Gate Commutated Turn-off thyristor）などがスイッチング素子１ａ，１ｂ，１ｆ，１ｇとして用いられる。

（セル群６ｃ，６ｄを構成するセル２０の構成）
図３は、図１の上アーム１３の他方のセル群６ｃおよび下アーム１４の他方のセル群６ｄをそれぞれ構成する変換器セル２０の構成を示す回路図である。変換器セル２０は、自セルに設けられた直流コンデンサ１ｅの電圧（セルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌ）を検出し、検出値を制御装置５に送信するように構成される。

具体的に、図３の変換器セル２０は、図２（ｂ）のフルブリッジ構成の変換器セル１に基づくものであり、直流コンデンサ１ｅと並列に直流電圧検出器１ｊをさらに含む点で、図２（ｂ）の変換器セル１と異なる。直流電圧検出器１ｊは、直流コンデンサ１ｅの電圧Ｖｃｃｅｌｌを検出し、検出したセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌを制御装置５に出力する。図４で説明するように、図３のセル２０において、スイッチング素子１ａ，１ｂは、循環電流の制御に用いられ、直流コンデンサ１ｅの電圧の維持制御には用いられない。逆に、スイッチング素子１ｇ，１ｆは、直流コンデンサ１ｅの電圧の制御に用いられ、循環電流の制御には用いられない。

［制御装置の構成と概略動作］
図４は、図１の制御装置５の構成図である。図４に示す制御装置５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）および／またはマイクロプロセッサによって構成してもよい。以下、図１および図４を参照して、制御装置５の構成と各要素の概略動作について説明する。

制御装置５は、電圧指令値生成部５ｚと、ゲート制御部５ｋ，５ｍ，５ｎ，５ｏ，５ｖ，５ｗとを含む。ゲート制御部５ｋ，５ｍは、各相のレグ回路８の正側セル群６ａおよび負側セル群６ｂにそれぞれ対応している。ゲート制御部５ｋは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの正側セル群６ａを構成する各スイッチング素子を制御するためのゲート信号Ｇｐｕ，Ｇｐｖ，Ｇｐｗをそれぞれ生成する。ゲート制御部５ｍは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの負側セル群６ｂを構成する各スイッチング素子を制御するためのゲート信号Ｇｎｕ，Ｇｎｖ，Ｇｎｗをそれぞれ生成する。

一方、各相のレグ回路８の循環電流制御用の正側セル群６ｃは、２つのゲート制御部５ｎ，５ｖに対応し、各相のレグ回路８の循環電流制御用の負側セル群６ｄは、２つのゲート制御部５ｏ，５ｗに対応している。具体的に、ゲート制御部５ｎは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの正側セル群６ｃの各セル２０に設けられたスイッチング素子１ａ，１ｂを制御するためのゲート信号Ｇｐ２ｕ，Ｇｐ２ｖ，Ｇｐ２ｗをそれぞれ生成する。ゲート制御部５ｏは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの負側セル群６ｄの各セル２０に設けられたスイッチング素子１ａ，１ｂを制御するためのゲート信号Ｇｎ２ｕ，Ｇｎ２ｖ，Ｇｎ２ｗをそれぞれ生成する。ゲート制御部５ｖは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの正側セル群６ｃの各セル２０に設けられたスイッチング素子１ｇ，１ｆを制御するためのゲート信号Ｇｐ３ｕ，Ｇｐ３ｖ，Ｇｐ３ｗをそれぞれ生成する。ゲート制御部５ｗは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの負側セル群６ｄの各セル２０に設けられたスイッチング素子１ｇ，１ｆを制御するためのゲート信号Ｇｎ３ｕ，Ｇｎ３ｖ，Ｇｎ３ｗをそれぞれ生成する。

電圧指令値生成部５ｚは、ゲート制御部５ｋ，５ｍ，５ｎ，５ｏ，５ｖ，５ｗに電圧指令値をそれぞれ供給する。具体的に、電圧指令値生成部５ｚは、電流演算部５ａと、循環電流制御部５ｂと、交流制御部５ｃと、直流制御部５ｄと、指令値合成部５ｅ，５ｆと、電圧演算部５ｐと、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒと、加算器５ｉ，５ｔ，５ｕと、ゲイン回路５ｓとを含む。

電流演算部５ａは、各相のレグ回路８の正側アーム１３に設けられた電流検出器９ａで検出された正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗと、各相のレグ回路８の負側アーム１４に設けられた電流検出器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５ａは、取り込んだアーム電流から、交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗと、直流電流値Ｉｄｃと、循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗとを演算する。電流演算部５ａは、算出した交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗを交流制御部５ｃに出力し、算出した直流電流値Ｉｄｃを直流制御部５ｄに出力し、算出した循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを循環電流制御部５ｂに出力する。電流演算部５ａは、さらに、算出した交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗをゲイン回路５ｓによって−１倍したものをコンデンサ電圧制御部５ｑに出力するとともに、算出した交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗをコンデンサ電圧制御部５ｒに出力する。

ここで、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（総称する場合、交流電流Ｉａｃと記載する）は、各レグ回路８の交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗから変圧器３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４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４に向かう方向を正として定義される。レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃをそれぞれ流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗ（総称する場合、循環電流Ｉｃｃと記載する）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５ｃ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相の交流電圧値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ（総称する場合、交流電圧値Ｖａｃと記載）が入力される。交流制御部５ｃは、入力された交流電流値Ｉａｃと交流電圧値Ｖａｃとに基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ，Ｖａｃｒｅｆｖ，Ｖａｃｒｅｆｗ（総称する場合、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆと記載する）を生成する。

直流制御部５ｄには、さらに、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂで検出された直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎが入力される。直流制御部５ｄは、入力された直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎおよび直流電流値Ｉｄｃに基づいて、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを生成する。

指令値合成部５ｅは、Ｕ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによってＵ相の正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕを生成する。同様に、指令値合成部５ｅは、Ｖ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｖと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによって、Ｖ相の正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆｖを生成する。さらに、指令値合成部５ｅは、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｗと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによって、Ｗ相の正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆｗを生成する。生成された電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ（総称する場合または不特定のものを示す場合、電圧指令値Ｖｐｒｅｆと記載する）は、ゲート制御部５ｋに入力される。

指令値合成部５ｆは、Ｕ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによってＵ相の負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆｕを生成する。同様に、指令値合成部５ｆは、Ｖ相交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｖと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによって、Ｖ相の負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆｖを生成する。さらに、指令値合成部５ｆは、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｗと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによって、Ｗ相の負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆｗを生成する。生成された電圧指令値Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｗ（総称する場合または不特定のものを示す場合、電圧指令値Ｖｎｒｅｆと記載する）は、ゲート制御部５ｍに入力される。

循環電流制御部５ｂは、循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗにそれぞれ基づいて各相の循環電流を制御するための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆｕ，Ｖｃｃｒｅｆｖ，Ｖｃｃｒｅｆｗ（総称する場合または不特定のものを示す場合、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと記載する）を生成する。生成された各相の循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆは、加算器５ｉにおいてバイアス値Ｖｂｉａｓ１が加算された後に、ゲート制御部５ｎ，５ｏに入力される。

電圧演算部５ｐは、図１に示す各相のレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃのセル群６ｃ，６ｄに設けられた各セル２０からセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌの情報を受信する。電圧演算部５ｐは、受信したセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌの情報に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相ごとに、正側セル群６ｃの複数のセルコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐ（Ｕ相：Ｖｃｐｕ、Ｖ相：Ｖｃｐｖ、Ｗ相：Ｖｃｐｗ）を算出するとともに、負側セル群６ｄの複数のセルコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎ（Ｕ相：Ｖｃｎｕ、Ｖ相：Ｖｃｎｖ、Ｗ相：Ｖｃｎｗ）を算出する。ここで、代表値の演算は、各セル群のセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌ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５ｐは、各正側セル群６ｃのセルコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐｕ，Ｖｃｐｖ，Ｖｃｐｗをコンデンサ電圧制御部５ｑに出力し、各負側セル群６ｄのセルコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎｕ，Ｖｃｎｖ，Ｖｃｎｗをコンデンサ電圧制御部５ｒに出力する。

コンデンサ電圧制御部５ｑは、電圧演算部５ｐから正側セル群６ｃのセルコンデンサ電圧値Ｖｃｐｕ，Ｖｃｐｖ，Ｖｃｐｗの情報を受けるとともに、電流演算部５ａから逆位相の（すなわち、−１倍した）交流電流値（−Ｉａｃｕ，−Ｉａｃｖ，−Ｉａｃｗ）の情報を受ける。コンデンサ電圧制御部５ｑは、受信したこれらの情報に基づいて、正側セル群６ｃの各セル２０のコンデンサ電圧を制御するための電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆ（Ｕ相用：Ｖｃｐｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｖｃｐｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｖｃｐｒｅｆｗ）を生成する。生成された電圧Ｖｃｐｒｅｆは、加算器５ｔにおいてバイアス値Ｖｂｉａｓ２が加算された後にゲート制御部５ｖに入力される。

コンデンサ電圧制御部５ｒは、電圧演算部５ｐから負側セル群６ｄのセルコンデンサ電圧値Ｖｃｎｕ，Ｖｃｎｖ，Ｖｃｎｗの情報を受けるとともに、電流演算部５ａから交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗの情報を受ける。コンデンサ電圧制御部５ｒは、受信したこれらの情報に基づいて、負側セル群６ｄの各セル２０のコンデンサ電圧を制御するための電圧指令値Ｖｃｎｒｅｆ（Ｕ相用：Ｖｃｎｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｖｃｎｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｖｃｎｒｅｆｗ）を生成する。生成された電圧Ｖｃｎｒｅｆは、加算器５ｕにおいてバイアス値Ｖｂｉａｓ２が加算された後にゲート制御部５ｗに入力される。

［制御装置５の詳細な動作］
次に、制御装置５の詳細な動作について説明する。

（電流演算部５ａの動作）
図１を参照して、Ｕ相のレグ回路８ａの正側アーム１３と負側アーム１４との接続点が交流端子Ｎｕであり、交流端子Ｎｕは変圧器３に接続されている。したがって、交流端子Ｎｕから変圧器３に向かって流れる交流電流Ｉａｃｕは、電流検出器９ａで計測された正側アーム１３を流れる電流値Ｉｐｕから電流検出器９ｂで計測された負側アーム１４を流れる電流値Ｉｎｕを減算した電流値、すなわち、
Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ−Ｉｎｕ …(1)
に等しくなる。

正側アーム１３に流れる電流Ｉｐｕと負側アーム１４に流れる電流Ｉｎｕの平均値を、両方のアーム１３，１４に流れる共通の電流Ｉｃｏｍｕとする。共通の電流Ｉｃｏｍｕはレグ回路８ａの直流端子を流れるレグ電流である。すなわち、レグ電流Ｉｃｏｍｕは、
Ｉｃｏｍｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２ …(2)
として演算できる。

Ｖ相およびＷ相についても同様に、Ｖ相正側アーム電流ＩｐｖおよびＶ相負側アーム電流Ｉｎｖを用いて、Ｖ相交流電流ＩａｃｖおよびＶ相レグ電流Ｉｃｏｍｖを算出することができ、Ｗ相正側アーム電流ＩｐｗおよびＷ相負側アーム電流Ｉｎｗを用いて、Ｗ相交流電流ＩａｃｗおよびＷ相レグ電流Ｉｃｏｍｗを算出することができる。具体的には、以下の式で表される。
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８ａ，８ｂ，８ｃ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４の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流回路４に帰還する直流電流Ｉｄｃとなる。したがって、直流電流Ｉｄｃは、
Ｉｄｃ＝Ｉｃｏｍｕ＋Ｉｃｏｍｖ＋Ｉｃｏｍｗ …(7)
として演算できる。

レグ電流に含まれる直流電流成分は、各相で均等に分担するとセルの電流容量を均等にすることができ適当である。このことを考慮すると、レグ電流と直流電流値の１／３との差分が、直流回路４に流れないが各相のレグ間に流れる循環電流の電流値として演算できる。具体的に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、
Ｉｃｃｕ＝Ｉｃｏｍｕ−Ｉｄｃ／３ …(8)
Ｉｃｃｖ＝Ｉｃｏｍｖ−Ｉｄｃ／３ …(9)
Ｉｃｃｗ＝Ｉｃｏｍｗ−Ｉｄｃ／３ …(10)
として演算できる。

図４の電流演算部５ａは、電流検出器９ａ，９ｂで検出されたアーム電流値Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗから、上式（１）〜（１０）に従って、交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ、直流電流値Ｉｄｃ、循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを演算する。電流演算部５ａは、算出した交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗを交流制御部５ｃ、ゲイン回路５ｓ、およびコンデンサ電圧制御部５ｒに出力する。ゲイン回路５ｓによって−１倍することによって得られた逆極性の交流電流値（−Ｉａｃｕ，−Ｉａｃｖ，−Ｉａｃｗ）は、コンデンサ電圧制御部５ｑに入力される。さらに、電流演算部５ａは、直流電流値Ｉｄｃおよび循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを、それぞれ直流制御部５ｄおよび循環電流制御部５ｂに出力する。

（交流制御部５ｃの動作）
交流制御部５ｃは、交流電圧検出器１０で検出された交流電圧値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗと、電流演算部５ａが出力した交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗとから、電力変換装置を構成する各変換器セル１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５ｃでは、電力変換装置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補償器、および／または、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補償器が構成される。もしくは、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補償器が構成される。実際には、これらの交流電流補償器、交流電圧補償器、および電力補償器のうちの１つまたは複数が組み合わされて交流制御部５ｃが構成されて運用される。

上記の交流電流補償器は変圧器３を介して交流回路２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。上記の交流電圧補償器も同様に、正相成分および逆相成分を、変圧器３を介して交流回路２に出力する。

交流多相電圧を交流回路２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２に出力することも要求される。例えば、零相成分に基本波の第３次調波を重畳すると、変換器セル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。具体的に、図１の構成の電力変換装置では、後述するように、正側セル群６ａが出力する交流電圧成分と負側セル群６ｂが出力する交流電圧成分とは互いに逆極性であり、正側セル群６ａが出力する直流電圧成分と負側セル群６ｂ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、正側セル群６ａが出力する直流電圧成分と負側セル群６ｂ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、正側セル群６ａが出力する直流電力と負側セル群６ｂ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１に含まれる直流コンデンサ１ｅに蓄積されたエネルギーを、正側セル群６ａと負側セル群６ｂ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、正側セル群６ａを構成する各セルの直流コンデンサ１ｅの電圧値と、負側セル群６ｂを構成する各セルの直流コンデンサ１ｅ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５ｄの動作）
直流制御部５ｄは、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂで検出した直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎの差電圧から直流端子間電圧値Ｖｄｃを演算する。すなわち、直流端子間電圧値Ｖｄｃは、
Ｖｄｃ＝Ｖｄｃｐ−Ｖｄｃｎ …(11)
で与えられる。直流制御部５ｄは、算出した直流端子間電圧値Ｖｄｃと、電流演算部５ａから出力された直流電流値Ｉｄｃとから、セル１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５ｄは、交流制御部５ｃの場合と同様に、例えば、直流電流値を制御する直流電流補償器、直流電圧を制御する直流電圧補償器、および直流電力を制御する直流電力補償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運用される。直流電圧補償器、直流電流補償器、および直流電力補償器が出力する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、正側セル群６ａが出力する直流電圧成分と負側セル群６ｂが出力する直流電圧成分は、後述するように互いに同極性となる。セル群６ａ，６ｂは直列接続されているので、セル群６ａ，６ｂの各出力電圧が合成され、合成された電圧は、レグ回路８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。図４に示す制御装置５の構成では、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、各相で共通の成分としてゲート制御部５ｋ，５ｍに与えられるので、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、セル群６ａ，６ｂから出力される電圧成分は、直流回路４に出力される直流電圧成分となる。

上記とは異なり、各相でそれぞれ異なる大きさの直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを与えるように直流制御部５ｄを構成することもできる。その場合にはリアクトル７ａ，７ｂに発生した電位差によって相間を循環する循環電流が流れるように、直流電圧指令値が与えられる。直流的に循環電流が流れると、各レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃが発生する直流電力に差が生じる結果、セル群６ａ，６ｂを構成する直流コンデンサ１ｅの蓄積エネルギーに関しても各相間で差が生じる。この動作は、直流コンデンサ１ｅの直流電圧に関して相間のバランスをとるバランス制御に適用される。

（指令値合成部５ｅ，５ｆの動作）
指令値合成部５ｅは、正側セル群６ａが出力すべき電圧を、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ（Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ）として演算する。指令値合成部５ｆは、負側セル群６ｂが出力すべき電圧を、電圧指令値Ｖｎｒｅｆ（Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｗ）として演算する。各電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆ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、直流回路４に接続されている直流端子Ｎｐ，Ｎｎ間には、正側セル群６ａと負側セル群６ｂとが直列接続されている。したがって、正側セル群６ａの電圧指令値Ｖｐｒｅｆおよび負側セル群６ｂの電圧指令値Ｖｎｒｅｆ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１３と負側アーム１４との接続点にあるため、正側セル群６ａの電圧指令値Ｖｐｒｅｆを算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆが減算合成され、負側セル群６ｂの電圧指令値Ｖｎｒｅｆを算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆが加算合成される。たとえば、図１のレグ回路８ａにおいて、正側セル群６ａが比較的小さい値の交流電圧を出力し、負側セル群６ｂが比較的大きい値の交流電圧を出力すれば、交流端子Ｎｕ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。すなわち、負側セル群６ｂ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、正側セル群６ａ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。

実施の形態１の電力変換装置において、指令値合成部５ｅ，５ｆ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及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。

（ゲート制御部５ｋ，５ｍの動作）
ゲート制御部５ｋは、指令値合成部５ｅで合成されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗに基づいて、各相の正側セル群６ａを構成するセル１のスイッチング素子に、対応するゲート信号Ｇｐｕ，Ｇｐｖ，Ｇｐｗを与える。ゲート制御部５ｍは、指令値合成部５ｆで合成されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｗに基づいて、各相の負側セル群６ｂを構成するセル１のスイッチング素子に、対応するゲート信号Ｇｎｕ，Ｇｎｖ，Ｇｎｗを与える。

既に説明したように、図２（ａ）に示すハーフブリッジセル１では、直流コンデンサ１ｅの電圧を出力する場合にはスイッチング素子１ａをオンし、スイッチング素子１ｂをオフする。零電圧を出力する場合には、逆に、スイッチング素子１ａをオフし、スイッチング素子１ｂをオンする。このように、２値の電圧レベルを出力可能な変換器の制御方式としてパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse Width Modulation）方式が知られている。

パルス幅変調方式では、スイッチング素子に供給するゲート信号のパルス幅を制御することによって、時間平均的に、所望の電圧の直流成分または基本波交流成分を出力することができる。そして、複数の変換器のパルスのタイミングをずらすことで、合成された電圧は高調波成分の少ない電圧を供給することが可能になる。例えば、固定周波数の三角波またはのこぎり波と電圧指令値とを比較して、それら信号の交差点でスイッチングタイミングを決定する方法が知られている。

（循環電流制御部５ｂの動作）
電流演算部５ａで演算されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、循環電流制御部５ｂに送られる。循環電流制御部５ｂ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５ｂ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場合は零でない値を与える場合もある。循環電流制御部５ｂは、セル群６ｃ，６ｄ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（Ｕ相用：Ｖｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｖｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｖｃｃｒｅｆｗ）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はセル群６ａ，６ｂとリアクトル７ａ，７ｂとが存在し、セル群６ａ，６ｂのスイッチングによって生じる電位差がリアクトル７ａ，７ｂ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６ｃ，６ｄ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。

たとえば、レグ回路８ａ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８ａのセル群６ｃ，６ｄの各々で正の電圧を出力するとリアクトル７ａ，７ｂ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６ｃ，６ｄの電圧も逆方向に印加すれば循環電流を減衰させることができる。このため、循環電流制御部５ｂにおいて、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を用いてフィードバック制御を実行される。

（加算器５ｉおよびゲート制御部５ｎ，５ｏの動作）
加算器５ｉは、循環電流制御部５ｂから出力された電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ１を加算し、加算結果をゲート制御部５ｎ，５ｏに出力する。ゲート制御部５ｎ，５ｏは、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとバイアス値Ｖｂｉａｓ１との加算結果に従って、セル群６ｃ，６ｄの各セル２０に設けられたスイッチング素子１ａ、１ｂのスイッチングを制御するためのゲート信号を出力する。ゲート制御部５ｎ，５ｏは、ゲート制御部５ｋ，５ｍと同様にパルス幅変調方式によって動作させることができる。

循環電流Ｉｃｃは、正および負の値を有する両極性の信号である。したがって、循環電流制御部５ｂが出力する電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆも両極性の信号である。この場合、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆが０のときに、スイッチング素子１ａ，１ｂの通流率（デューティ）が５０％となるようにするのが望ましい。この動作を実現するために、加算器５ｉによってバイアス値Ｖｂｉａｓ１が電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに加算される。

循環電流Ｉｃｃは、正側セル群６ｃと負側セル群６ｄとで同じ電流値となる。したがって、共通の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆがゲート制御部５ｎ，５ｏに与えられる。

（電圧演算部５ｐ）
既に説明したように、電圧演算部５ｐは、各レグ回路８の正側セル群６ｃから受信したセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌの代表値として、コンデンサ電圧Ｖｃｐ（Ｕ相：Ｖｃｐｕ、Ｖ相：Ｖｃｐｖ、Ｗ相：Ｖｃｐｗ）をコンデンサ電圧制御部５ｑに出力する。電圧演算部５ｐは、各レグ回路８の負側セル群６ｄから受信したセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌの代表値として、コンデンサ電圧Ｖｃｎ（Ｕ相：Ｖｃｎｕ、Ｖ相：Ｖｃｎｖ、Ｗ相：Ｖｃｎｗ）をコンデンサ電圧制御部５ｒに出力する。

（コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒの動作）
上述した電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに従ってセル群６ｃ，６ｄから出力される電圧は、リアクトル７ａ，７ｂに流れる電流を制御する機能を持つことから、セル群６ｃ，６ｄの出力電力はほぼ無効電力となる。しかしながら、リアクトル７ａ，７ｂが有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６ｃ，６ｄにおいて発生する無効電力を調整する必要が生じる。なぜなら、セル群６ｃ，６ｄに設けられた直流コンデンサ１ｅの充放電によってコンデンサ電圧が変動してしまうからである（図１の構成の電力変換装置では、通常、コンデンサ電圧が一定となるように制御される）。

上記の観点から、図４のコンデンサ電圧制御部５ｑは、コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧Ｖｃｐに一致するようにフィードバック制御を行う。具体的には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、各相ごとに、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧値Ｖｃｐとの偏差（コンデンサ電圧指令値からコンデンサ電圧値Ｖｃｐを減じた値）を増幅する補償器と、補償器によって増幅された偏差とゲイン回路５ｓから入力された逆極性の交流電流（−Ｉａｃ）とを乗算する乗算器とが設けられる。乗算結果は、電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆとして出力される。

直流コンデンサ１ｅの電圧が変動して、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧値Ｖｃｐとの間に偏差が生じたとする。まず、(i)偏差が正の場合（コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧値Ｖｃｐより大きい場合）には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、交流電流値Ｉａｃと逆位相の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆを出力する。この電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆに従って、セル群６ｃのセル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇが制御されるので、放電電力が減少し、充電電力が増加する。たとえば、図３の入出力端子１ｐから入出力端子１ｎの方向に電流が流れる場合には、スイッチング素子１ｇの通流率が増加し、入出力端子１ｎから入出力端子１ｐの方向に電流が流れる場合には、スイッチング素子１ｆの通流率が増加する。この結果、直流コンデンサ１ｅの電圧が上昇する（すなわち、直流コンデンサの電圧値Ｖｃｐが増加する）。最終的に、コンデンサ電圧値Ｖｃｐがコンデンサ電圧指令値に一致するようになる。

(ii)上記の偏差が負の場合（コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧値Ｖｃｐより小さい場合）には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、交流電流値Ｉａｃと同位相の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆを出力する。この電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆに従って、セル群６ｃのセル２０のスイッチング素子１ｆ，１ｇが制御されるので、放電電力が増加し、充電電力が減少する。たとえば、図３の入出力端子１ｐから入出力端子１ｎの方向に電流が流れる場合には、スイッチング素子１ｆの通流率が増加し、入出力端子１ｎから入出力端子１ｐの方向に電流が流れる場合には、スイッチング素子１ｇの通流率が増加する。この結果、直流コンデンサ１ｅの電圧が減少する（すなわち、直流コンデンサの電圧値Ｖｃｐが減少する）。最終的に、コンデンサ電圧値Ｖｃｐがコンデンサ電圧指令値に一致するようになる。

同様に、図４のコンデンサ電圧制御部５ｒは、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧値Ｖｃｎとの偏差（コンデンサ電圧指令値からコンデンサ電圧値Ｖｃｎを減じた値）を増幅する補償器と、増幅された偏差と交流電流Ｉａｃとを乗算する乗算器とが設けられる。乗算結果は、電圧指令値Ｖｃｎｒｅｆとして出力される。負側セル群６ｄには正側セル群６ｃと逆位相の交流電流（−Ｉａｃ）が流れているので、負側セル群６ｄの場合には交流電流Ｉａｃの極性を逆にするためにゲイン回路５ｓによって−１を乗算する必要はない。セル群６ｄのコンデンサ電圧Ｖｃｎの制御動作は、セル群６ｃの場合と同様であるので説明を繰返さない。

（加算器５ｔ，５ｕおよびゲート制御部５ｖ，５ｗの動作）
加算器５ｔは、コンデンサ電圧制御部５ｑから出力された電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ２を加算し、加算結果をゲート制御部５ｖに出力する。ゲート制御部５ｖは、電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆとバイアス値Ｖｂｉａｓ２との加算結果に従って、セル群６ｃの各セル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇのスイッチングを制御するためのゲート信号を出力する。ゲート制御部５ｖは、ゲート制御部５ｋ，５ｍと同様にパルス幅変調方式によって動作させることができる。

同様に、加算器５ｕは、コンデンサ電圧制御部５ｒから出力された電圧指令値Ｖｃｎｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ２を加算し、加算結果をゲート制御部５ｗに出力する。ゲート制御部５ｗは、電圧指令値Ｖｃｎｒｅｆとバイアス値Ｖｂｉａｓ２との加算結果に従って、セル群６ｄの各セル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇのスイッチングを制御するためのゲート信号を出力する。ゲート制御部５ｗは、ゲート制御部５ｋ，５ｍと同様にパルス幅変調方式によって動作させることができる。

バイアス値Ｖｂｉａｓ２は、バイアス値Ｖｂｉａｓ１と同じ値に設定すると、図３に示すセル２０のようなフルブリッジ構成では、循環電流が０の場合にスイッチング素子１ａ，１ｂ，１ｆ，１ｇの通流率が同じになる。この結果、入出力端子１ｐ，１ｎ間の出力電圧の時間平均値は零となり、電流が通流しても直流コンデンサ１ｅは充放電しない。循環電流制御部５ｂが出力する電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに従ってセル２０が出力する電圧はリアクトル７ａ、７ｂに印加されるため、無効電力成分が主成分となる。したがって、バイアス値Ｖｂｉａｓ２に対応する平衡状態から充電または放電電力を、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒから出力される電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆ，Ｖｃｎｒｅｆに従って調整することによって、直流コンデンサ１ｅの電圧を効率よく制御できる。

［実施の形態１の効果］
以上のように実施の形態１の電力変換装置は、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。

さらに、実施の形態１の電力変換装置は、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、セル群６ｃ，６ｄを構成する各セル２０は、循環電流を制御するための専用のスイッチング素子１ａ，１ｂと、直流コンデンサ１ｅの電圧値とその指令値との偏差が零になるように制御する専用のスイッチング素子１ｆ，１ｇとを含む。逆に言えば、スイッチング素子１ａ，１ｂは、直流コンデンサ１ｅの電圧値の制御には用いられず、スイッチング素子１ｆ，１ｇは、循環電流の制御には用いられない。これによって、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄの各セル２０のコンデンサ電圧を一定値に維持することができるので、循環電流の制御を安定かつコンデンサ電圧の維持とは独立に制御できる。

［変形例］
各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ，５ｖ、加算器５ｔ、ゲイン回路５ｓ、およびコンデンサ電圧制御部５ｑも不要となるので、制御装置５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７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ，５ｗ、加算器５ｕ、およびコンデンサ電圧制御部５ｒも不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。

上記の実施の形態１では、循環電流制御用でないセル群６ａとセル群６ｂとは同一のセル１で構成されるとして説明したが、セル群６ａの各セルとセル群６ｂの各セルとは異なる構成を有するようにしてもよい。この場合も、上述の実施の形態１と同様の効果を奏する。

上記の実施の形態では、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒにおいて補償器の出力に交流電流値Ｉａｃまたは逆極性の交流電流値（−Ｉａｃ）を乗算する例を示した。これに対して、交流制御部５ｃにおいて、交流電流指令値と交流電流値Ｉａｃとの偏差に基づくフィードバック制御を行う場合には、交流電流値Ｉａｃに代えて交流電流指令値を用いても同様の効果を奏する。さらに、交流電流値Ｉａｃに代えてその極性を用いてもよいし、交流電流指令値に代えてその極性を用いてもよく、いずれの場合も同様の効果を奏する。

＜実施の形態２＞
実施の形態２の電力変換装置の全体構成は図１で示した実施の形態１の場合と同様であるが、制御装置５の一部の構成および動作が実施の形態１の図４の場合と異なる。以下、図１および図５を参照して具体的に説明する。

［制御装置５の構成］
図５は、実施の形態２による電力変換装置で用いられる制御装置５の構成図である。図５の制御装置５は、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒへの入力信号が、図４の制御装置５と異なる。具体的に、図５のコンデンサ電圧制御部５ｑは、電圧演算部５ｐから出力されたコンデンサ電圧Ｖｃｐ（Ｕ相：Ｖｃｐｕ、Ｖ相：Ｖｃｐｖ、Ｗ相：Ｖｃｐｗ）と、ゲイン回路５ｓによって−１倍された直流電流値Ｉｄｃ、すなわち、逆極性の直流電流値（−Ｉｄｃ）とを受ける。図５のコンデンサ電圧制御部５ｒは、電圧演算部５ｐから出力されたコンデンサ電圧Ｖｃｎ（Ｕ相：Ｖｃｎｕ、Ｖ相：Ｖｃｎｖ、Ｗ相：Ｖｃｎｗ）と、ゲイン回路５ｓによって−１倍された直流電流値Ｉｄｃ、すなわち、逆極性の直流電流値（−Ｉｄｃ）とを受ける。図５のその他の構成は図４と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。

［制御装置５の動作］
次に、図５の制御装置５の動作について説明する。実施の形態１の図４の場合と共通する動作については説明を繰返さない。

図５のコンデンサ電圧制御部５ｑは、コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧Ｖｃｐに一致するようにフィードバック制御を行う。具体的には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、各相ごとに、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧値Ｖｃｐとの偏差（コンデンサ電圧指令値からコンデンサ電圧値Ｖｃｐを減じた値）を増幅する補償器と、補償器によって増幅された偏差とゲイン回路５ｓから与えられた逆極性の直流電流（−Ｉｄｃ）とを乗算する乗算器とが設けられる。乗算結果は、電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆとして出力される。

(i)上記の偏差が正の場合（すなわち、コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧値Ｖｃｐより大きい場合）であり、かつ、直流電流Ｉｄｃが正の場合には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、負の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆを出力する。この負の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ２が加算された値に従って、正側セル群６ｃのセル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇが制御される。スイッチング素子１ａ，１ｂとスイッチング素子１ｆ，１ｇとが同じ通流率となるように制御されると、セル２０の出力電圧は零となる平衡状態になるが、コンデンサ電圧制御部５ｑが出力する負の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆの成分によって、スイッチング素子１ｇの通流率が増加する。この結果、直流電流Ｉｄｃとの作用によって、放電電力が減少する（充電電力が増加する）ので、直流コンデンサ１ｅの電圧が上昇する（すなわち、直流コンデンサの電圧値Ｖｃｐが増加する）。最終的に、コンデンサ電圧値Ｖｃｐがコンデンサ電圧指令値に一致するようになる。

(ii)上記の偏差が負の場合（コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧値Ｖｃｐより小さい場合）であり、かつ、直流電流Ｉｄｃが正の場合には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、正の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆを出力する。この正の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ２が加算された値に従って、正側セル群６ｃのセル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇが制御される。コンデンサ電圧制御部５ｑが出力する正の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆの成分によって、スイッチング素子１ｆの通流率が増加する。この結果、直流電流Ｉｄｃとの作用によって、放電電力が増加する（充電電力が減少する）ので、直流コンデンサ１ｅの電圧が減少する（すなわち、直流コンデンサの電圧値Ｖｃｐが減少する）。最終的に、コンデンサ電圧値Ｖｃｐがコンデンサ電圧指令値に一致するようになる。

同様に、コンデンサ電圧制御部５ｒは、コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧Ｖｃｎに一致するようにフィードバック制御を行う。具体的には、コンデンサ電圧制御部５ｒは、各相ごとに、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧値Ｖｃｎとの偏差（コンデンサ電圧指令値からコンデンサ電圧値Ｖｃｎを減じた値）を増幅する補償器と、補償器によって増幅された偏差とゲイン回路５ｓから与えられた逆極性の直流電流（−Ｉｄｃ）とを乗算する乗算器とが設けられる。乗算結果は、電圧指令値Ｖｃｎｒｅｆとして出力される。この電圧指令値Ｖｃｎｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ２が加算された値に従って、負側セル群６ｄのセル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇが制御される。セル群６ｄのコンデンサ電圧Ｖｃｎの制御動作は、セル群６ｃの場合と同様であるので説明を繰返さない。

［実施の形態２の効果］
以上のように実施の形態２の電力変換装置は、実施の形態１の場合と同様に、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。

さらに、実施の形態２の電力変換装置は、実施の形態１の場合と同様に、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、セル群６ｃ，６ｄを構成する各セル２０は、循環電流を制御するための専用のスイッチング素子１ａ，１ｂと、直流コンデンサ１ｅの電圧値とその指令値との偏差が零になるように制御する専用のスイッチング素子１ｆ，１ｇとを含む。これによって、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄの各セル２０のコンデンサ電圧を一定値に維持することができるので、循環電流の制御を安定かつコンデンサ電圧の維持とは独立に制御できる。

［変形例］
各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ，５ｖ、加算器５ｔ、およびコンデンサ電圧制御部５ｑも不要となるので、制御装置５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７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ，５ｗ、加算器５ｕ、およびコンデンサ電圧制御部５ｒも不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。

上記の実施の形態２では、循環電流制御用でないセル群６ａとセル群６ｂとは同一のセル１で構成されるとして説明したが、セル群６ａの各セルとセル群６ｂの各セルとは異なる構成を有するようにしてもよい。この場合も、上述の実施の形態２と同様の効果を奏する。

上記の実施の形態では、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒにおいて補償器の出力に逆極性の直流電流値（−Ｉｄｃ）を乗算する例を示した。これに対して、直流制御部５ｄにおいて、直流電流指令値と直流電流値Ｉｄｃとの偏差に基づくフィードバック制御を行う場合には、直流電流値Ｉｄｃに代えて直流電流指令値を用いても同様の効果を奏する。さらに、直流電流値Ｉｄｃに代えてその極性を用いてもよいし、直流電流指令値に代えてその極性を用いてもよく、いずれの場合も同様の効果を奏する。

＜実施の形態３＞
実施の形態３の電力変換装置の全体構成は図１で示した実施の形態１の場合と同様であるが、制御装置５の一部の構成および動作が実施の形態１の図４の場合と異なる。以下、図１および図６を参照して具体的に説明する。

［制御装置５の構成］
図６は、実施の形態３による電力変換装置で用いられる制御装置５の構成図である。図６の制御装置５は、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒへの入力信号が、図４の制御装置５と異なる。具体的に、図６のコンデンサ電圧制御部５ｑは、電圧演算部５ｐから出力されたコンデンサ電圧Ｖｃｐ（Ｕ相：Ｖｃｐｕ、Ｖ相：Ｖｃｐｖ、Ｗ相：Ｖｃｐｗ）と、ゲイン回路５ｓによって−１倍された正側アーム電流値Ｉｐ（Ｕ相：Ｉｐｕ、Ｖ相：Ｉｐｖ、Ｗ相：Ｉｐｗ、すなわち、逆極性の正側アーム電流値（−Ｉｐｕ，−Ｉｐｖ，−Ｉｐｗ）とを受ける。図６のコンデンサ電圧制御部５ｒは、電圧演算部５ｐから出力されたコンデンサ電圧Ｖｃｎ（Ｕ相：Ｖｃｎｕ、Ｖ相：Ｖｃｎｖ、Ｗ相：Ｖｃｎｗ）と、ゲイン回路５ｓによって−１倍された負側アーム電流値Ｉｎ（Ｕ相：Ｉｎｕ、Ｖ相：Ｉｎｖ、Ｗ相：Ｉｎｗ、すなわち、逆極性の負側アーム電流値（−Ｉｎｕ，−Ｉｎｖ，−Ｉｎｗ）とを受ける。図６のその他の構成は図４と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。

［制御装置５の動作］
次に、図６の制御装置５の動作について説明する。実施の形態１の図４の場合と共通する動作については説明を繰返さない。

図６のコンデンサ電圧制御部５ｑは、コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧Ｖｃｐに一致するようにフィードバック制御を行う。具体的には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、各相ごとに、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧値Ｖｃｐとの偏差（コンデンサ電圧指令値からコンデンサ電圧値Ｖｃｐを減じた値）を増幅する補償器と、補償器によって増幅された偏差とゲイン回路５ｓから与えられた逆極性の正側アーム電流（−Ｉｐ）とを乗算する乗算器とが設けられる。乗算結果は、電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆとして出力される。

(i)上記の偏差が正の場合（すなわち、コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧値Ｖｃｐより大きい場合）であり、かつ、正側アーム電流Ｉｐが正の場合には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、負の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆを出力する。この負の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ２が加算された値に従って、正側セル群６ｃのセル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇの通流率が制御される。アーム電流に含まれる交流成分および直流成分の両方との作用によってコンデンサ電圧Ｖｃｐの充放電が制御され、これによって、コンデンサ電圧Ｖｃｐがコンデンサ電圧指令値に一致するようになる。

(ii)上記の偏差が負の場合（すなわち、コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧値Ｖｃｐより小さい場合）であり、かつ、正側アーム電流Ｉｐが正の場合には、コンデンサ電圧制御部５ｑは、正の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆを出力する。この正の電圧指令値Ｖｃｐｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ２が加算された値に従って、正側セル群６ｃのセル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇの通流率が制御される。アーム電流に含まれる交流成分および直流成分の両方との作用によってコンデンサ電圧Ｖｃｐの充放電が制御され、これによって、コンデンサ電圧Ｖｃｐがコンデンサ電圧指令値に一致するようになる。

同様に、コンデンサ電圧制御部５ｒは、コンデンサ電圧指令値がコンデンサ電圧Ｖｃｎに一致するようにフィードバック制御を行う。具体的には、コンデンサ電圧制御部５ｒは、各相ごとに、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧値Ｖｃｎとの偏差（コンデンサ電圧指令値からコンデンサ電圧値Ｖｃｎを減じた値）を増幅する補償器と、補償器によって増幅された偏差とゲイン回路５ｓから与えられた逆極性の負側アーム電流（−Ｉｎ）とを乗算する乗算器とが設けられる。乗算結果は、電圧指令値Ｖｃｎｒｅｆとして出力される。この電圧指令値Ｖｃｎｒｅｆにバイアス値Ｖｂｉａｓ２が加算された値に従って、負側セル群６ｄのセル２０に設けられたスイッチング素子１ｆ，１ｇの通流率が制御される。セル群６ｄのコンデンサ電圧Ｖｃｎの制御動作は、セル群６ｃの場合と同様であるので説明を繰返さない。

［実施の形態３の効果］
以上のように実施の形態３の電力変換装置は、実施の形態１，２の場合と同様に、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。

さらに、実施の形態３の電力変換装置は、実施の形態１，２の場合と同様に、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、セル群６ｃ，６ｄを構成する各セル２０は、循環電流を制御するための専用のスイッチング素子１ａ，１ｂと、直流コンデンサ１ｅの電圧値とその指令値との偏差が零になるように制御する専用のスイッチング素子１ｆ，１ｇとを含む。これによって、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄの各セル２０のコンデンサ電圧を一定値に維持することができるので、循環電流の制御を安定かつコンデンサ電圧の維持とは独立に制御できる。

［変形例］
各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ，５ｖ、加算器５ｔ、およびコンデンサ電圧制御部５ｑも不要となるので、制御装置５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７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ，５ｗ、加算器５ｕ、およびコンデンサ電圧制御部５ｒも不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。

上記の実施の形態３では、循環電流制御用でないセル群６ａとセル群６ｂとは同一のセル１で構成されるとして説明したが、セル群６ａの各セルとセル群６ｂの各セルとは異なる構成を有するようにしてもよい。この場合も、上述の実施の形態３と同様の効果を奏する。

上記の実施の形態では、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒにおいて補償器の出力に逆極性の正側アーム電流値（−Ｉｐ）および逆極性の負側アーム電流値（−Ｉｎ）をそれぞれ乗算する例を示した。これに対して、交流制御部５ｃにおいて、交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆと交流電流値Ｉａｃとの偏差に基づくフィードバック制御を行い、直流制御部５ｄにおいて、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆと直流電流値Ｉｄｃとの偏差に基づくフィードバック制御を行う場合には、次のような変形が可能である。具体的に、正側アーム電流値Ｉｐに代えて、Ｉａｃｒｅｆ＋Ｉｄｃｒｅｆ／３を用いるともに、負側アーム電流値Ｉｎに代えて、−Ｉａｃｒｅｆ＋Ｉｄｃｒｅｆ／３を用いてもよい。さらに、直流電流値Ｉｄｃに代えてその極性を用いてもよいし、直流電流指令値Ｉｄｃｒｅｆおよび交流電流指令値Ｉａｃｒｅｆに代えてそれぞれの極性を用いてもよい。上記のいずれの変形例の場合も、上述した実施の形態３の場合と同様の効果を奏する。

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。この発明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。

１，２０ セル、１ａ，１ｂ，１ｆ，１ｇ スイッチング素子、１ｃ，１ｄ，１ｈ，１ｉ ダイオード、１ｅ 直流コンデンサ、１ｊ，１１ａ，１１ｂ 直流電圧検出器、１ｎ，１ｐ 入出力端子、２ 交流回路、３ 連系変圧器、４ 直流回路、５ 制御装置、５ａ 電流演算部、５ｂ 循環電流制御部、５ｃ 交流制御部、５ｄ 直流制御部、５ｅ，５ｆ 指令値合成部、５ｉ，５ｔ，５ｕ 加算器、５ｋ，５ｍ，５ｎ，５ｏ，５ｖ，５ｗ ゲート制御部、５ｐ 電圧演算部、５ｑ，５ｒ コンデンサ電圧制御部、５ｓ ゲイン回路、５ｚ 電圧指令値生成部、６ａ，６ｃ 正側セル群、６ｂ，６ｄ 負側セル群、７ａ，７ｂ リアクトル、８ａ，８ｂ，８ｃ レグ回路、９ａ，９ｂ アーム電流検出器、１０ 交流電圧検出器、Ｉａｃ 交流電流、Ｉｃｃ 循環電流、Ｉｃｏｍ レグ電流、Ｉｄｃ 直流電流、Ｉｐ 正側アーム電流、Ｉｎ 負側アーム電流、Ｎｎ 負側直流端子、Ｎｐ 正側直流端子、Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗ 交流端子、Ｖｃｎ，Ｖｃｐ コンデンサ電圧値、Ｖｄｃ 直流端子間電圧値。

Claims (12)

1. 直流回路と交流回路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
   前記交流回路の各相にそれぞれ対応し、共通の第１および第２の直流端子間に互いに並列に接続された複数のレグ回路を備え、
   各前記レグ回路は、
   互いにカスケード接続され、各々がエネルギー蓄積器を含む複数の変換器セルと、
   前記複数の変換器セルと直列に接続された少なくとも１つのインダクタとを含み、
   各前記レグ回路に含まれる複数の変換器セルの一部である複数の特定の変換器セルの各々は、
   前記エネルギー蓄積器としてのコンデンサと、
   前記コンデンサと並列に且つ互いに直列に接続された第１および第２のスイッチング素子と、
   前記コンデンサと並列に且つ互いに直列に接続された第３および第４のスイッチング素子とを含み、
   前記第１および第２のスイッチング素子の接続ノードおよび前記第３および第４のスイッチング素子の接続ノードを介して、前記コンデンサの充放電が可能であり、
   前記電力変換装置は、各前記レグ回路に含まれる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、
   前記制御装置は、各前記特定の変換器セルの前記第１および第２のスイッチング素子の動作を、各前記レグ回路間を循環する循環電流に基づいて制御し、
   前記制御装置は、各前記特定の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を、各前記特定の変換器セルの前記コンデンサの電圧に基づいて制御する、電力変換装置。
2. 前記制御装置は、前記レグ回路ごとに、前記複数の特定の変換器セルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差を算出し、算出した前記偏差を増幅した値に前記交流回路の交流電流値またはその極性を乗算した結果に基づいて、各前記特定の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
3. 前記制御装置は、各前記レグ回路の前記複数の特定の変換器セルを除く残余の変換器セルの動作を、交流電圧指令値および直流電圧指令値に基づいて制御し、前記制御装置は、前記交流電圧指令値を、前記交流回路の交流電流値と交流電流指令値との偏差に少なくとも基づいて生成し、
   前記制御装置は、前記レグ回路ごとに、前記複数の特定の変換器セルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差を算出し、算出した前記偏差を増幅した値に前記交流電流指令値またはその極性を乗算した結果に基づいて、各前記特定の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
4. 前記制御装置は、前記レグ回路ごとに、前記複数の特定の変換器セルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差を算出し、算出した前記偏差を増幅した値に前記直流回路の直流電流値またはその極性を乗算した結果に基づいて、各前記特定の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
5. 前記制御装置は、各前記レグ回路の前記複数の特定の変換器セルを除く残余の変換器セルの動作を、交流電圧指令値および直流電圧指令値に基づいて制御し、前記制御装置は、前記直流電圧指令値を、前記直流回路の直流電流値と直流電流指令値との偏差に少なくとも基づいて生成し、
   前記制御装置は、前記レグ回路ごとに、前記複数の特定の変換器セルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差を算出し、算出した前記偏差を増幅した値に前記直流電流指令値またはその極性を乗算した結果に基づいて、各前記特定の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を制御する、請求項１に記載の電力変換装置。
6. 各前記レグ回路は、前記交流回路の対応する相と電気的に接続される接続部を挟んで、高電位側の第１のアームと低電位側の第２のアームとに区分され、
   各前記レグ回路の前記第１のアームは、
   前記循環電流に基づかずに制御される複数の第１の変換器セルと、
   前記循環電流に基づいて制御される複数の第２の変換器セルと、
   第１のインダクタンスとを含み、
   各前記レグ回路の前記第２のアームは、
   前記循環電流に基づかずに制御される複数の第３の変換器セルと、
   前記循環電流に基づいて制御される複数の第４の変換器セルと、
   第２のインダクタンスとを含み、
   前記複数の特定の変換器セルは、前記複数の第２および第４の変換器セルに対応する、請求項１に記載の電力変換装置。
7. 各前記レグ回路は、前記交流回路の対応する相と電気的に接続される接続部を挟んで、高電位側の第１のアームと低電位側の第２のアームとに区分され、
   各前記レグ回路の前記第１のアームは、
   前記循環電流に基づかずに制御される複数の第１の変換器セルと、
   前記循環電流に基づいて制御され、前記複数の特定の変換器セルに対応する複数の第２の変換器セルと、
   インダクタンスとを含み、
   各前記レグ回路の前記第２のアームは、
   前記循環電流に基づかずに制御される複数の第３の変換器セルを含む、請求項１に記載の電力変換装置。
8. 各前記レグ回路は、前記交流回路の対応する相と電気的に接続される接続部を挟んで、高電位側の第１のアームと低電位側の第２のアームとに区分され、
   各前記レグ回路の前記第１のアームは、
   前記循環電流に基づかずに制御される複数の第１の変換器セルを含み、
   各前記レグ回路の前記第２のアームは、
   前記循環電流に基づかずに制御される複数の第３の変換器セルと、
   前記循環電流に基づいて制御され、前記特定の変換器セルに対応する複数の第４の変換器セルと、
   インダクタンスとを含む、請求項１に記載の電力変換装置。
9. 前記制御装置は、前記レグ回路ごとに、前記複数の第２の変換器セルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差を算出し、算出した前記偏差を増幅した値に前記第１のアームの電流値またはその極性を乗算した結果に基づいて、各前記第２の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を制御する、請求項６または７に記載の電力変換装置。
10. 前記制御装置は、各前記レグ回路の前記複数の第１の変換器セルの動作を、前記交流回路の交流電流値と交流電流指令値との偏差ならびに前記直流回路の直流電流値と直流電流指令値との偏差に少なくとも基づいて制御し、
    前記制御装置は、前記複数の第２の変換器セルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差を算出し、前記直流電流指令値の３分の１に前記交流電流指令値を加算した加算値またはその極性と、前記算出した偏差を増幅した値との乗算結果に基づいて、各前記第２の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を制御する、請求項６または７に記載の電力変換装置。
11. 前記制御装置は、前記レグ回路ごとに、前記複数の第４の変換器セルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差を算出し、算出した前記偏差を増幅した値に前記第２のアームの電流値またはその極性を乗算した結果に基づいて、各前記第４の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を制御する、請求項６または８に記載の電力変換装置。
12. 前記制御装置は、各前記レグ回路の前記複数の第３の変換器セルの動作を、前記交流回路の交流電流値と交流電流指令値との偏差ならびに前記直流回路の直流電流値と直流電流指令値との偏差に少なくとも基づいて制御し、
    前記制御装置は、前記複数の第４の変換器セルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差を算出し、前記直流電流指令値の３分の１から前記交流電流指令値を減算した減算値またはその極性と、前記算出した偏差を増幅した値との乗算結果に基づいて、各前記第４の変換器セルの前記第３および第４のスイッチング素子の動作を制御する、請求項６または８に記載の電力変換装置。

Images