(57)【要約】【課題】本発明は、ブリッジセルの一部の動作が停止しても全体のエネルギー容量の低下を抑制できる電力変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】電力変換装置１は、複数のブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３と、複数のブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３と、複数のブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３と、複数の単位電力変換器ＵＰＣのうちの少なくとも１つを短絡状態に設定するとともに、短絡状態に設定されていない単位電力変換器ＵＰＣを有するＵ相クラスタ３１ｕに設けられたブリッジセル、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられたブリッジセル及びＷ相クラスタ３１ｗに設けられたブリッジセルの間で有効電力が均等に負担されるようにデルタ結線部に循環させる零相電流を制御する制御装置５とを備えている。【選択図】図１
2020205681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体スイッチをブリッジ接続してなるブリッジ部及び前記ブリッジ部に並列接続された有効電力供給部を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器をそれぞれ含み、直列接続された複数の第一ブリッジセルと、
複数の半導体スイッチをブリッジ接続してなるブリッジ部及び前記ブリッジ部に並列接続された有効電力供給部を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器をそれぞれ含み、直列接続された複数の第二ブリッジセルと、
複数の半導体スイッチをブリッジ接続してなるブリッジ部及び前記ブリッジ部に並列接続された有効電力供給部を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器をそれぞれ含み、前記複数の第一ブリッジセル及び前記複数の第二ブリッジセルとともにデルタ結線部を構成し、直列接続された複数の第三ブリッジセルと、
複数の前記単位電力変換器のうちの少なくとも１つを短絡状態に設定するとともに、短絡状態に設定されていない前記単位電力変換器を有する前記第一ブリッジセル、前記第二ブリッジセル及び前記第三ブリッジセルの間で有効電力が均等に負担されるように前記デルタ結線部に循環させる零相電流を制御する制御部と
を備える電力変換装置。
【請求項２】
前記複数の第一ブリッジセル、前記複数の第二ブリッジセル及び前記複数の第三ブリッジセルのそれぞれは、前記単位電力変換器の前記交流出力端子の間に接続された短絡スイッチを有する
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御部は、故障が検出された前記単位電力変換器に接続された前記短絡スイッチをオン状態に制御して、該単位電力変換器を短絡状態に設定する
請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御部は、
前記複数の第一ブリッジセル、前記複数の第二ブリッジセル及び前記複数の第三ブリッジセルのそれぞれに流れる電流が追従される電流指令値を生成する生成部と、
前記零相電流が追従される零相電流指令値を演算する演算部と、
前記生成部で生成された前記電流指令値及び前記演算部で演算された前記零相電流指令値を加算する加算部と、
前記生成部で生成された前記電流指令値及び前記加算部から出力される加算指令値の一方を選択する選択部と
を有する
請求項１から３までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記有効電力供給部は、二次電池、太陽電池、燃料電池、電気二重層コンデンサ又はコンデンサである
請求項１から４までのいずれか一項に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチを備えた電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、高圧・大容量次世代電力変換器として、モジュラーマルチレベル変換器（Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｃａｓｃａｄｅ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ：ＭＭＣ）への注目度が高まっている。特にデルタ結線型のＭＭＣは、正相無効電流及び逆相電流の制御が要求されるフリッカ補償装置として注目されている。
【０００３】
特許文献１から３には、直列接続された３個のブリッジセルで構成された３つの相がデルタ接続された構成のデルタ結線ＭＭＣが開示されている。当該ブリッジセルは、二次電池と、当該二次電池に並列接続された２個の半導体スイッチ群とを有している。また、当該ブリッジセルは、当該ブリッジセルの交流出力端子の間に接続されて当該交流端子間を短絡可能に構成されたバイパススイッチを有している。
【０００４】
デルタ結線ＭＭＣにおいて、電力系統電圧が三相平衡でブリッジセルの損失が等しいと考えた場合は、各ブリッジセルの出力電圧と電流が同等となり、制御する有効電力はブリッジセル間で均等に負担される。デルタ結線ＭＭＣは、信頼性及び利用性の向上を目的に、ブリッジセルのいずれかが故障した場合に故障したブリッジセルの交流出力端子の間をバイパススイッチによって短絡するように構成されている。これにより、デルタ結線ＭＭＣは、運転を継続できるが、故障モードにおいてもエネルギー容量を最大限に使用するために、通常モードと同じ有効電力を健全なブリッジセルの間で均等に負担させる必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−２４５１６８号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｓ．Ｗｅｉ，Ｂ．Ｗｕ，Ｆ．Ｌｉ  ａｎｄ  Ｘ．Ｓｕｎ，“Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｃａｓｃａｄｅｄ  Ｈ−ｂｒｉｄｇｅ  ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ  ｗｉｔｈ  ｆａｕｌｔｙ  ｐｏｗｅｒ  ｃｅｌｌｓ，”ｉｎ  Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｆｅｂ．２００３，ｖｏｌ．１，ｐｐ．２６１−２６７．
【非特許文献２】Ｗ．Ｓｏｎｇ  ａｎｄ  Ａ．Ｑ．Ｈｕａｎｇ，“Ｃｏｎｔｒｏｌ  ｓｔｒａｔｅｇｙ  ｆｏｒ  ｆａｕｌｔ−ｔｏｌｅｒａｎｔ  ｃａｓｃａｄｅｄ  ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  ｂａｓｅｄ  ＳＴＡＴＣＯＭ，”ｉｎ  Ｐｒｏｃ．ＩＥＥＥ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｏｗｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｘｐｏｓｉｔｉｏｎ，Ｆｅｂ．／Ｍａｒ．２００７，ｐｐ．１０７３−１０７６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び非特許文献１には、ブリッジセルのいずれかが故障した場合に、故障したブリッジセルのみをバイパスしてデルタ結線ＭＭＣの運転を継続する方法（以下、「方法１」と称する）が開示されている。また、非特許文献２には、ブリッジセルのいずれかが故障した場合に、故障したブリッジセル及び健全相の故障していないブリッジセルをバイパススイッチでバイパスさせて各相で動作するブリッジセルの個数を同じにしてデルタ結線ＭＭＣの運転を継続する方法（以下、「方法２」と称する）が開示されている。
【０００８】
しかしながら、方法１及び２のいずれもデルタ結線ＭＭＣに適用した場合、ブリッジセルの故障時に、故障したブリッジセルの分を健全なブリッジセルで負担しながら運転継続できるように、ブリッジセルは電圧余裕をもって設計される必要がある。方法１を用いた場合は、故障したブリッジセルを有する相の健全なブリッジセルの二次電池の負担が増え、故障したブリッジセルを有さない他の相のブリッジセルの二次電池と比較して、充放電が早くなる。その結果、デルタ結線ＭＭＣは、各相のエネルギー容量が故障した相の容量に制限され、全体のエネルギー容量が低下する。また、方法２を用いた場合は、デルタ結線ＭＭＣが制御する有効電力がブリッジセル間で均等に負担されるが、故障したブリッジセルを有さない他の相の健全なブリッジセルが所定数（故障数と同数）バイパスされる。このため、方法２では、デルタ結線ＭＭＣのエネルギー容量は、故障したブリッジセルの個数の３倍低下する。このように、従来のデルタ結線ＭＭＣは、ブリッジセルに故障が発生した場合、全体のエネルギー容量が低下するという問題を有している。
【０００９】
本発明の目的は、ブリッジセルの一部の動作が停止しても全体のエネルギー容量の低下を抑制できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の一態様による電力変換装置は、複数の半導体スイッチをブリッジ接続してなるブリッジ部及び前記ブリッジ部に並列接続された有効電力供給部を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器をそれぞれ含み、直列接続された複数の第一ブリッジセルと、複数の半導体スイッチをブリッジ接続してなるブリッジ部及び前記ブリッジ部に並列接続された有効電力供給部を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器をそれぞれ含み、直列接続された複数の第二ブリッジセルと、複数の半導体スイッチをブリッジ接続してなるブリッジ部及び前記ブリッジ部に並列接続された有効電力供給部を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器をそれぞれ含み、前記複数の第一ブリッジセル及び前記複数の第二ブリッジセルとともにデルタ結線部を構成し、直列接続された複数の第三ブリッジセルと、複数の前記単位電力変換器のうちの少なくとも１つを短絡状態に設定するとともに、短絡状態に設定されていない前記単位電力変換器を有する前記第一ブリッジセル、前記第二ブリッジセル及び前記第三ブリッジセルの間で有効電力が均等に負担されるように前記デルタ結線部に循環させる零相電流を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の一態様によれば、ブリッジセルの一部の動作が停止しても全体のエネルギー容量の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態による電力変換装置が用いられる電力制御システムの概略構成を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたＵ相クラスタを構成するブリッジセルの故障前後における零相電流を説明するフェーザ図であって、図２（ａ）は、Ｕ相クラスタを構成するブリッジセルの故障前の状態を示すフェーザ図であり、図２（ｂ）は、Ｕ相クラスタを構成する３個のブリッジセルのうちの１個が故障した後の零相電流が重畳されていない状態を示すフェーザ図であり、図２（ｃ）は、Ｕ相クラスタを構成する３個のブリッジセルのうちの１個が故障した後の零相電流が重畳されている状態を示すフェーザ図である。
【図３】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられた制御の要部の概略構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態による電力変換装置に備えられたＵ相クラスタを構成する３個のブリッジセルのうちの１個及びＶ相クラスタを構成する３個のブリッジセルのうちの１個が故障した後の零相電流が重畳されている状態を示すフェーザ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態による電力変換装置について図１から図４を用いて説明する。本実施形態による電力変換装置について、電力系統に連系することができる三相モジュラーマルチレベル変換器（以下、「モジュラーマルチレベル変換器」を「ＭＭＣ」と略記する場合がある）を例にとって説明する。
【００１４】
（電力制御システム）
本実施形態による電力変換装置が用いられる電力制御システムについて図１を用いて説明する。図１は、本実施形態による電力変換装置１が用いられる電力制御システムＰＳの概略構成を示す回路ブロック図である。
【００１５】
図１に示すように、電力制御システムＰＳは、三相電力系統２と、三相電力系統２に三相の交流電力を供給する三相交流電源（不図示）と、三相交流電源から三相電力系統２を介して供給される交流電力を電源として動作する負荷装置（不図示）と、三相電力系統２に連系する電力変換装置１とを備えている。三相電力系統２は、三相交流電源で生成された交流電力が供給されるケーブル２１を有している。ケーブル２１は、三相交流電源で生成されたＵ相の交流電力が供給されるＵ相ケーブル２１１と、三相交流電源で生成されたＶ相の交流電力が供給されるＶ相ケーブル２１２と、三相交流電源で生成されたＷ相の交流電力が供給されるＷ相ケーブル２１３とを有している。
【００１６】
（電力変換装置）
次に、電力制御システムＰＳに設けられた電力変換装置の構成について図１を用い説明する。
図１に示すように、本実施形態による電力変換装置１は、三相電力系統２に連系されたクラスタ部３と、クラスタ部３を制御する制御装置（制御部の一例）５（詳細は後述する）とを備えている。クラスタ部３は、直列接続された複数（本実施形態では３個）のブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３（複数の第一ブリッジセルの一例）を有している。また、クラスタ部３は、直列接続された複数（本実施形態では３個）のブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３（複数の第二ブリッジセルの一例）を有している。さらに、クラスタ部３は、直列接続された複数（本実施形態では３個）のブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３（複数の第三ブリッジセルの一例）を有している。
【００１７】
ブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３は、三相電力系統２のＵ相ケーブル２１１に接続されたリアクトル３１ｕＬと直列に接続されている。ブリッジセル３１ｕ−１、ブリッジセル３１ｕ−２、ブリッジセル３１ｕ−３及びリアクトル３１ｕＬによってＵ相クラスタ３１ｕが構成されている。
【００１８】
ブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３は、三相電力系統２のＶ相ケーブル２１２に接続されたリアクトル３１ｖＬと直列に接続されている。ブリッジセル３１ｖ−１、ブリッジセル３１ｖ−２、ブリッジセル３１ｖ−３及びリアクトル３１ｖＬによってＶ相クラスタ３１ｖが構成されている。
【００１９】
ブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３は、三相電力系統２のＷ相ケーブル２１３に接続されたリアクトル３１ｗＬと直列に接続されている。ブリッジセル３１ｗ−１、ブリッジセル３１ｗ−２、ブリッジセル３１ｗ−３及びリアクトル３１ｗＬによってＷ相クラスタ３１ｗが構成されている。
このように、クラスタ部３は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗを有している。
【００２０】
Ｕ相クラスタ３１ｕの一端及びＷ相クラスタ３１ｗの他端は、結線部３２ｕにおいて互いに接続されている。また、Ｗ相クラスタ３１ｗの一端及びＶ相クラスタ３１ｖの他端は、結線部３２ｗにおいて互いに接続されている。また、Ｖ相クラスタ３１ｖの一端及びＵ相クラスタ３１ｕの他端は、結線部３２ｖにおいて互いに接続されている。さらに、結線部３２ｕにはＵ相ケーブル２１１が接続され、結線部３２ｖにはＶ相ケーブル２１２が接続され、結線部３２ｗにはＷ相ケーブル２１３が接続されている。このように、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、デルタ結線された状態で三相電力系統２に接続されている。つまり、電力変換装置１は、デルタ結線ＭＭＣの構成を有するクラスタ部３を備えている。
【００２１】
リアクトル３１ｕＬ、リアクトル３１ｖＬ及びリアクトル３１ｗＬは、例えばＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのそれぞれに流れるクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕ（詳細は後述）を平滑化するために設けられている。また、リアクトル３１ｕＬ、リアクトル３１ｖＬ及びリアクトル３１ｗＬは、例えばＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗに過電流が流れることを防止するために設けられている。
【００２２】
本実施形態では、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、それぞれ３個のブリッジセルを有しているが、直列に接続された２個又は４個以上のブリッジセルを有していてもよい。
【００２３】
Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、互いに同一の構成を有している。このため、以下、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗの具体的な構成について、Ｕ相クラスタ３１ｕを例にとって説明する。また、ブリッジセル３１ｕ−１、ブリッジセル３１ｕ−２、ブリッジセル３１ｕ−３、ブリッジセル３１ｖ−１、ブリッジセル３１ｖ−２、ブリッジセル３１ｖ−３、ブリッジセル３１ｗ−１、ブリッジセル３１ｗ−２及びブリッジセル３１ｗ−３は、互いに同一の構成を有している。このため、以下、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｗ−３の具体的な構成について、ブリッジセル３１ｕ−１を例にとって説明する。
【００２４】
図１に示すように、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたブリッジセル３１ｕ−１は、直列に接続された複数（本実施形態では２個）の半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２と、直列に接続された複数（本実施形態では２個）の半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４を有している。半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２と、半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４とは、並列に接続されている。さらに、ブリッジセル３１ｕ−１は、半導体モジュールＭ１，Ｍ２及び半導体モジュールＭ３，Ｍ４に並列に接続された二次電池（有効電力供給部の一例）３３を有している。
【００２５】
ブリッジセル３１ｕ−１は、半導体モジュールＭ１，Ｍ２及び半導体モジュールＭ３，Ｍ４と、半導体モジュールＭ１，Ｍ２及び半導体モジュールＭ３，Ｍ４に並列に接続された二次電池３３とを有する単位電力変換器ＵＰＣを含んでいる。
【００２６】
半導体モジュールＭ１は、半導体スイッチＱ１と、半導体スイッチＱ１に逆並列接続された還流用ダイオードＤ１とを有している。半導体モジュールＭ２は、半導体スイッチＱ２と、半導体スイッチＱ２に逆並列接続された還流用ダイオードＤ２とを有している。半導体モジュールＭ３は、半導体スイッチＱ３と、半導体スイッチＱ３に逆並列接続された還流用ダイオードＤ３とを有している。半導体モジュールＭ４は、半導体スイッチＱ４と、半導体スイッチＱ４に逆並列接続された還流用ダイオードＤ４とを有している。
【００２７】
本実施形態では、半導体スイッチＱ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４は、例えば絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：ＩＧＢＴ）で構成されている。半導体スイッチＱ１のコレクタ端子は、還流用ダイオードＤ１のカソード端子、半導体スイッチＱ３のコレクタ端子及び還流用ダイオードＤ３のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ１のエミッタ端子は、還流用ダイオードＤ１のアノード端子、半導体スイッチＱ２のコレクタ端子及び還流用ダイオードＤ２のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ１のゲート端子は、制御装置５に接続されている。
【００２８】
半導体スイッチＱ２のエミッタ端子は、半導体スイッチＱ４のエミッタ端子及び還流用ダイオードＤ４のアノード端子に接続されている。半導体スイッチＱ２のゲート端子は、制御装置５に接続されている。
【００２９】
半導体スイッチＱ３のエミッタ端子は、還流用ダイオードＤ３のアノード端子、半導体スイッチＱ４のコレクタ端子及び還流用ダイオードＤ４のカソード端子に接続されている。半導体スイッチＱ３のゲート端子は、制御装置５に接続されている。半導体スイッチＱ４のゲート端子は、制御装置５に接続されている。
【００３０】
二次電池３３の正極側端子は、半導体スイッチＱ１のコレクタ端子、還流用ダイオードＤ１のカソード端子、半導体スイッチＱ３のコレクタ端子及び還流用ダイオードＤ３のカソード端子に接続されている。二次電池３３の負極側端子は、半導体スイッチＱ２のエミッタ端子、還流用ダイオードＤ２のアノード端子、半導体スイッチＱ４のエミッタ端子及び還流用ダイオードＤ４のアノード端子に接続されている。
【００３１】
半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘは、単位電力変換器ＵＰＣの一方の交流出力端子となり、半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、単位電力変換器ＵＰＣの他方の交流出力端子となる。
【００３２】
ブリッジセル３１ｕ−１は、単位電力変換器ＵＰＣの交流出力端子の間に接続された短絡スイッチＳＳＷを有している。短絡スイッチＳＳＷの一方の端子は、単位電力変換器ＵＰＣの一方の交流出力端子である半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。短絡スイッチＳＳＷの他方の端子は、単位電力変換器ＵＰＣの他方の交流出力端子である半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙに接続されている。詳細は後述するが、ブリッジセル３１ｕ−１に設けられた短絡スイッチＳＳＷは、単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合など単位電力変換器ＵＰＣにクラスタ電流Ｉｕｖを流したくない場合に、クラスタ電流Ｉｕｖを単位電力変換器ＵＰＣに流さずにバイパスするために設けられている。
【００３３】
半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘは、リアクトル３１ｕＬを介して三相電力系統２のＵ相ケーブル２１１に接続されている。半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘは、半導体スイッチＱ１のエミッタ端子及び還流用ダイオードＤ１のアノード端子と、半導体スイッチＱ２のコレクタ端子及び還流用ダイオードＤ２のカソード端子とが接続された部分である。
【００３４】
半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、ブリッジセル３１ｕ−２に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、半導体スイッチＱ３のエミッタ端子及び還流用ダイオードＤ３のアノード端子と、半導体スイッチＱ４のコレクタ端子及び還流用ダイオードＤ４のカソード端子とが接続された部分である。
【００３５】
ブリッジセル３１ｕ−２に設けられた半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、ブリッジセル３１ｕ−３に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。ブリッジセル３１ｕ−３に設けられた半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、リアクトル３１ｖＬを介してブリッジセル３１ｖ−１に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。
【００３６】
ブリッジセル３１ｖ−１に設けられた半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、ブリッジセル３１ｖ−２に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。ブリッジセル３１ｖ−２に設けられた半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、ブリッジセル３１ｖ−３に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。
【００３７】
ブリッジセル３１ｖ−３に設けられた半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、リアクトル３１ｗＬを介してブリッジセル３１ｗ−１に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。
【００３８】
ブリッジセル３１ｗ−１に設けられた半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、ブリッジセル３１ｗ−２に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。ブリッジセル３１ｗ−２に設けられた半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、ブリッジセル３１ｗ−３に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。
【００３９】
ブリッジセル３１ｗ−３に設けられた半導体モジュールＭ３及び半導体モジュールＭ４の接続部Ｙは、リアクトル３１ｕＬを介してブリッジセル３１ｕ−１に設けられた半導体モジュールＭ１及び半導体モジュールＭ２の接続部Ｘに接続されている。
【００４０】
このように、電力変換装置１は、複数（本実施形態では４個）の半導体スイッチＱ１〜Ｑ４をブリッジ接続してなるブリッジ部及び当該ブリッジ部に並列接続された二次電池３３を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器ＵＰＣをそれぞれ含み、直列接続された複数（本実施形態では３個）のブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３を備えている。当該ブリッジ部は、直列接続された半導体スイッチＱ１及び半導体スイッチＱ２と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２に並列に接続されて直列接続された半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４とで構成されている。
【００４１】
また、電力変換装置１は、複数（本実施形態では４個）の半導体スイッチＱ１〜Ｑ４をブリッジ接続してなるブリッジ部及び当該ブリッジ部に並列接続された二次電池３３を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器ＵＰＣをそれぞれ含み、直列接続された複数（本実施形態では３個）のブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３を備えている。当該ブリッジ部は、直列接続された半導体スイッチＱ１及び半導体スイッチＱ２と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２に並列に接続されて直列接続された半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４とで構成されている。
【００４２】
さらに、電力変換装置１は、複数（本実施形態では４個）の半導体スイッチＱ１〜Ｑ４をブリッジ接続してなるブリッジ部及び当該ブリッジ部に並列接続された二次電池３３を有し交流出力端子が短絡可能な単位電力変換器ＵＰＣをそれぞれ含み、直列接続された複数（本実施形態では３個）のブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３を備えている。当該ブリッジ部は、直列接続された半導体スイッチＱ１及び半導体スイッチＱ２と、半導体スイッチＱ１，Ｑ２に並列に接続されて直列接続された半導体スイッチＱ３及び半導体スイッチＱ４とで構成されている。
【００４３】
また、上述のとおり、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗは、デルタ結線された状態で三相電力系統２に接続されている。このため、複数のブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３は、複数のブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３及び複数のブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３とともにデルタ結線部を構成している。さらに、複数のブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３、複数のブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３及び複数のブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３のそれぞれは、単位電力変換器ＵＰＣの交流出力端子の間に接続された短絡スイッチＳＳＷを有している。
【００４４】
図示は省略するが、電力変換装置１は、ブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３ごとに設けられて二次電池３３の直流電圧Ｖｃｕ１，Ｖｃｕ２，Ｖｃｕ３を検出する電圧検出部を備えている。同様に図示は省略するが、電力変換装置１は、ブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３ごとに設けられて二次電池３３の直流電圧Ｖｃｖ１，Ｖｃｖ２，Ｖｃｖ３を検出する電圧検出部を備えている。同様に図示は省略するが、電力変換装置１は、ブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３ごとに設けられて二次電池３３の直流電圧Ｖｃｗ１，Ｖｃｗ２，Ｖｃｗ３を検出する電圧検出部を備えている。これらの電圧検出部は、制御装置５に接続されている。これにより、ブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３にそれぞれ設けられた電圧検出部が検出する二次電池３３の直流電圧Ｖｃｕ１，Ｖｃｕ２，Ｖｃｕ３は、制御装置５に入力される。また、ブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３にそれぞれ設けられた電圧検出部が検出する二次電池３３の直流電圧Ｖｃｖ１，Ｖｃｖ２，Ｖｃｖ３は、制御装置５に入力される。さらに、ブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３にそれぞれ設けられた電圧検出部が検出する二次電池３３の直流電圧Ｖｃｗ１，Ｖｃｗ２，Ｖｃｗ３は、制御装置５に入力される。
【００４５】
また、図示は省略するが、電力変換装置１は、Ｕ相クラスタ３１ｕに流れるクラスタ電流Ｉｕｖを検出する電流検出部を備えている。同様に図示は省略するが、電力変換装置１は、Ｖ相クラスタ３１ｖに流れるクラスタ電流Ｉｖｗを検出する電流検出部を備えている。同様に図示は省略するが、電力変換装置１は、Ｗ相クラスタ３１ｗに流れるクラスタ電流Ｉｗｕを検出する電流検出部を備えている。これらの電流検出部は、制御装置５に接続されている。これにより、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられた電流検出部が検出するクラスタ電流Ｉｕｖ、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられた電流検出部が検出するクラスタ電流Ｉｖｗ及びＷ相クラスタ３１ｗに設けられた電流検出部が検出するクラスタ電流Ｉｗｕは、制御装置５に入力される。
【００４６】
詳細は後述するが、制御装置５は、複数の単位電力変換器ＵＰＣのうちの少なくとも１つを短絡状態に設定するとともに、短絡状態に設定されていない単位電力変換器ＵＰＣを有するＵ相クラスタ３１ｕに設けられたブリッジセル、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられたブリッジセル及びＷ相クラスタ３１ｗに設けられたブリッジセルの間で有効電力が均等に負担されるようにデルタ結線部に循環させる零相電流を制御するように構成されている。制御装置５は、故障が検出された単位電力変換器ＵＰＣに接続された短絡スイッチＳＳＷをオン状態に制御して、当該単位電力変換器ＵＰＣを短絡状態に設定するように構成されている。例えば、制御装置５は、ブリッジセル３１ｕ−１に設けられた電圧検出部で検出される直流電圧Ｖｃｕ１が異常値であると判定した場合、ブリッジセル３１ｕ−１に設けられた短絡スイッチＳＳＷをオン状態に制御し、ブリッジセル３１ｕ−１に設けられた単位電力変換器ＵＰＣを短絡状態に設定する。さらに、制御装置５は、短絡状態に設定されていない単位電力変換器ＵＰＣを有するブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３、ブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３及びブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３の間で有効電力が均等に負担されるようにデルタ結線部に循環させる零相電流を制御する。これにより、電力変換装置１は、クラスタ部３が制御する有効電力を健全なブリッジセル（すなわち故障した単位電力変換器を有していないブリッジセル）の間で負担し、エネルギー利用率を向上できる。
【００４７】
ここで、制御装置５が短絡状態に設定されていない単位電力変換器を有するブリッジセルの間で有効電力が均等に負担されるように、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗで構成されるデルタ結線部に循環させる零相電流を制御する原理について図１を参照しつつ図２を用いて説明する。以下、Ｕ相クラスタ３１ｕを構成するブリッジセル３１ｕ−１の単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合を例にとって説明するが、他のブリッジセルの単位電力変換器が故障した場合も、デルタ結線部に循環させる零相電流は同様に制御される。
【００４８】
図２は、電力変換装置１に備えられたＵ相クラスタ３１ｕを構成するブリッジセル３１ｕ−１の単位電力変換器ＵＰＣの故障前後におけるクラスタ部３に流れる零相電流を説明するフェーザ図である。図２（ａ）は、ブリッジセル３１ｕ−１の単位電力変換器ＵＰＣの故障前の状態を示すフェーザ図である。図２（ｂ）は、３個のブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３のうちの１個（図２（ｂ）ではブリッジセル３１ｕ−１）が故障した後の零相電流が重畳されていない状態を示すフェーザ図である。図２（ｃ）は、３個のブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３のうちの１個（図２（ｃ）ではブリッジセル３１ｕ−１）に設けられた単位電力変換器ＵＰＣが故障した後の零相電流がクラスタ電流に重畳されている状態を示すフェーザ図である。
【００４９】
図１に示す三相電力系統２の線間電圧Ｖｓｕｖ，Ｖｓｖｗ，Ｖｓｗｕは、三相平衡として、以下の式（１）、式（２）及び式（３）のように表わすことができる。
【００５０】
【数１】
2020205681.tif 000003
【００５１】
【数２】
2020205681.tif 000004
【００５２】
【数３】
2020205681.tif 000005
【００５３】
式（１）から式（３）において、「Ｖ」は２の線間電圧Ｖｓｕｖ，Ｖｓｖｗ，Ｖｓｗｕの実効値を示す。また、三相電力系統２において、線間電圧ＶｓｕｖはＶ相電圧Ｖｓｖに対するＵ相電圧Ｖｓｕの電圧であり、線間電圧ＶｓｖｗはＷ相電圧Ｖｓｗに対するＶ相電圧Ｖｓｖの電圧であり、線間電圧ＶｓｗｕはＵ相電圧Ｖｓｕに対するＷ相電圧Ｖｓｗの電圧である。
【００５４】
また、電力変換装置１では、クラスタ部３が有効電力を制御するために、Ｕ相クラスタ３１ｕに流れるクラスタ電流Ｉｕｖは線間電圧Ｖｓｕｖと同位相（又は逆位相）であり、Ｖ相クラスタ３１ｖに流れるクラスタ電流Ｉｖｕは線間電圧Ｖｓｖｗと同位相（又は逆位相）であり、Ｗ相クラスタ３１ｗに流れるクラスタ電流Ｉｗｕは線間電圧Ｖｓｗｕと同位相（又は逆位相）であり、以下の式（４）、式（５）及び式（６）のように表すことができる。
【００５５】
【数４】
2020205681.tif 000006
【００５６】
【数５】
2020205681.tif 000007
【００５７】
【数６】
2020205681.tif 000008
【００５８】
式（４）から式（６）において、「Ｉ」はクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕの実効値を示す。
【００５９】
ここで、理解を容易にするため、ブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３にそれぞれ設けられた二次電池３３の直流電圧Ｖｃｕｊ、ブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３にそれぞれ設けられた二次電池３３の直流電圧Ｖｃｖｊ及びブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３にそれぞれ設けられた二次電池３３の直流電圧Ｖｃｗｊが等しく、直流電圧Ｖｄとする。「ｊ」は自然数であり、「ｊ」の最大値は、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗにそれぞれ設けられたブリッジセルの個数である。本実施形態では、ｊ＝１，２，３である。さらに、理解を容易にするため、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗを構成するリアクトル３１ｕＬ、３１ｖＬ，３１ｗＬの電圧降下が零とする。そうすると、ブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３のそれぞれの出力電圧Ｖｊｕ、ブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３のそれぞれの出力電圧Ｖｊｖ、及びブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３のそれぞれの出力電圧Ｖｊｗは、以下の式（７）、式（８）及び式（９）のように表すことができる。
【００６０】
【数７】
2020205681.tif 000009
【００６１】
【数８】
2020205681.tif 000010
【００６２】
【数９】
2020205681.tif 000011
【００６３】
式（７）から式（９）において、「ｍ」は変調率を示す。変調率ｍは、キャリア波のピーク値に対する出力電圧Ｖｊｕ、Ｖｊｖ，Ｖｊｗを追従させる出力電圧指令値のピーク値の比率である。
【００６４】
Ｕ相クラスタ３１ｕの出力電圧Ｖｕｖは、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３の出力電圧Ｖ１ｕ，Ｖ２ｕ，Ｖ３ｕの総和である。Ｖ相クラスタ３１ｖの出力電圧Ｖｖｗは、ブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３の出力電圧Ｖ１ｖ，Ｖ２ｖ，Ｖ３ｖの総和である。Ｗ相クラスタ３１ｗの出力電圧Ｖｗｕは、ブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３の出力電圧Ｖ１ｗ，Ｖ２ｗ，Ｖ３ｗの総和である。また、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３，３１ｖ−１〜３１ｖ−３，３１ｗ−１〜３１ｗ−３のそれぞれに設けられた単位電力変換器ＵＰＣのいずれも故障していない（以下、「無故障状態」と称する場合がある）場合、出力電圧Ｖｊｕ、Ｖｊｖ，Ｖｊｗの大きさは互いに等しくなる。また、無故障状態の場合、線間電圧Ｖｓｖｗは線間電圧Ｖｓｕｖに対して位相が１２０°遅れ、線間電圧Ｖｓｗｕは線間電圧Ｖｓｕｖに対して位相が１２０°進む。さらに、無故障状態の場合、クラスタ電流Ｉｕｖは線間電圧Ｖｓｕｖと同位相（又は逆位相）であり、クラスタ電流Ｉｖｕは線間電圧Ｖｓｖｗと同位相（又は逆位相）であり、クラスタ電流Ｉｗｕは線間電圧Ｖｓｗｕと同位相（又は逆位相）である。
【００６５】
このため、無故障状態の場合、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３の出力電圧Ｖ１ｕ，Ｖ２ｕ，Ｖ３ｕ、ブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３の出力電圧Ｖ１ｖ，Ｖ２ｖ，Ｖ３ｖ、ブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３の出力電圧Ｖ１ｗ，Ｖ２ｗ，Ｖ３ｗ及びクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗの関係は、図２（ａ）に示すフェーザ図で表すことができる。
【００６６】
ここで、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３，３１ｖ−１〜３１ｖ−３，３１ｗ−１〜３１ｗ−３に設けられた単位電力変換器ＵＰＣのいずれか１つが故障したとする。制御装置５は、故障した単位電力変換器ＵＰＣに接続された短絡スイッチＳＳＷをオン状態に制御することによって当該単位電力変換器ＵＰＣの交流出力端子を短絡してクラスタ部３の運転を継続する。このため、故障した単位電力変換器ＵＰＣを有する相では、健全なブリッジセルが故障したブリッジセルの分の交流電圧も出力する必要がある。例えば、ブリッジセル３１ｕ−１に設けられた単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合、ブリッジセル３１ｕ−１に設けられた短絡スイッチＳＳＷがオン状態に制御されて当該単位電力変換器ＵＰＣの交流出力端子が短絡されるので、ブリッジセル３１ｕ−１の出力電圧Ｖ１ｕは以下の式（１０）によって表すことができる。
【００６７】
【数１０】
2020205681.tif 000012
【００６８】
一方、Ｕ相クラスタ３１ｕを構成し故障していないブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３の出力電圧Ｖ２ｕ，Ｖ３ｕは、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたブリッジセルの個数をＮとし、Ｕ相クラスタ３１ｕにおいて故障した単位電力変換器ＵＰＣの個数をｎとすると、以下の式（１１）によって表すことができる。なお、本例では、Ｎ＝３かつｎ＝１である。
【００６９】
【数１１】
2020205681.tif 000013
【００７０】
ここで例えば、式（４）から式（６）に表わす三相平衡のクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕをクラスタ部３に流して、有効電力を制御すると、故障した単位電力変換器ＵＰＣを有するＵ相クラスタ３１ｕの健全なブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３が負担する出力電圧Ｖ２ｕ，Ｖ３ｕは、Ｖ相クラスタ３１ｖのブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３が負担する出力電圧Ｖ１ｖ〜Ｖ３ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３が負担する出力電圧Ｖ１ｗ〜Ｖ３ｗと比較して大きくなる。
【００７１】
ブリッジセル３１ｕ−１の短絡スイッチＳＳＷがオン状態に設定されている状態で三相平衡のクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕがクラスタ部３に流されている場合は、無故障状態の場合と同様に、線間電圧Ｖｓｕｖ，Ｖｓｖｗ，Ｖｓｗｕの大きさは互いに等しく、かつ線間電圧Ｖｓｕｖの位相に対して、線間電圧Ｖｓｖｗの位相は１２０°遅れ、線間電圧Ｖｓｗｕの位相は１２０°進む。
【００７２】
ブリッジセル３１ｕ−１の短絡スイッチＳＳＷがオン状態、その他の短絡スイッチＳＳＷがオフ状態に制御され、かつ式（４）から式（６）で表される三相平衡のクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕがクラスタ部３に流されている場合、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３の出力電圧Ｖ１ｕ，Ｖ２ｕ，Ｖ３ｕ、ブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３の出力電圧Ｖ１ｖ，Ｖ２ｖ，Ｖ３ｖ、ブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３の出力電圧Ｖ１ｗ，Ｖ２ｗ，Ｖ３ｗ及びクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗの関係は、図２（ｂ）に示すフェーザ図で表すことができる。
【００７３】
クラスタ部３における出力電圧Ｖ１ｕ〜Ｖ３ｕ，Ｖ１ｖ〜Ｖ３ｖ，Ｖ１ｗ〜Ｖ３ｗ及びクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗが図２（ｂ）に示す状態の場合、健全なブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３の出力電圧Ｖ２ｕ，Ｖ３ｕは、線間電圧Ｖｓｕｖの１／２となる。一方、Ｖ相クラスタ３１ｖのブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３の出力電圧Ｖ１ｖ〜Ｖ３ｖは、線間電圧Ｖｓｖｗの１／３となる。また、Ｗ相クラスタ３１ｗのブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３の出力電圧Ｖ１ｗ〜Ｖ３ｗは、線間電圧Ｖｓｖｗの１／３となる。このため、クラスタ部３のエネルギー容量が故障した相（図２（ｂ）では、Ｕ相クラスタ３１ｕ）の容量に制限され、クラスタ部３の全体のエネルギー容量が低下するという問題が生じる。
【００７４】
本実施形態による電力変換装置１は、単位電力変換器が故障した場合にクラスタ部の全体のエネルギー容量の低下を抑制するために、単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合、制御装置５がクラスタ部３に構成されるデルタ結線部に適切な振幅・位相の零相電流を循環させるようにクラスタ部３を制御する。これにより、電力変換装置１は、クラスタ部３が制御する有効電力を健全なブリッジセル（すなわち故障した単位電力変換器を有するブリッジセル以外のブリッジセル）の間で均等に負担させることができる。
【００７５】
次に、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗで構成されるデルタ結線部に適切な振幅・位相の零相電流の算出方法について説明する。ブリッジセルに設けられた単位電力変換器の故障時にクラスタ部に形成されたデルタ結線部に循環すべき零相電流Ｉｚは、零相電流Ｉｚの振幅をＩ０とし、位相をφ０とすると、以下の式（１２）のように表すことができる。
【００７６】
【数１２】
2020205681.tif 000014
【００７７】
零相電流Ｉｚの位相φ０は、故障した単位電力変換器を有する相に流れるクラスタ電流の位相と逆位相となるように設定される。つまり、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３のいずれかの単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合の零相電流Ｉｚは、以下の式（１３）のように表すことができる。
【００７８】
【数１３】
2020205681.tif 000015
【００７９】
また、Ｖ相クラスタ３１ｖに設けられたブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３のいずれかの単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合の零相電流Ｉｚは、以下の式（１４）のように表すことができる。
【００８０】
【数１４】
2020205681.tif 000016
【００８１】
また、Ｗ相クラスタ３１ｗに設けられたブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３のいずれかの単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合の零相電流Ｉｚは、以下の式（１５）のように表すことができる。
【００８２】
【数１５】
2020205681.tif 000017
【００８３】
ここで、ブリッジセル３１ｕ−１に設けられた単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合を想定して零相電流Ｉｚの振幅を求める。ブリッジセル３１ｕ−１の単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合、デルタ結線部に流すべき零相電流Ｉｚは、上述の式（１３）に示すとおりとなり、ブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３の出力電圧Ｖ１ｕ，Ｖ２ｕ，Ｖ３ｕ、ブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３の出力電圧Ｖ１ｖ，Ｖ２ｖ，Ｖ３ｖ及びブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３の出力電圧Ｖ１ｗ，Ｖ２ｗ，Ｖ３ｗは、以下の式（１６）、式（１７）、式（１８）及び式（１９）のように表すことができる。
【００８４】
【数１６】
2020205681.tif 000018
【００８５】
【数１７】
2020205681.tif 000019
【００８６】
【数１８】
2020205681.tif 000020
【００８７】
【数１９】
2020205681.tif 000021
【００８８】
式（１７）から式（１９）において、「ｖｄ」は、ブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３，３１ｖ−１〜３１ｖ−３，３１ｗ−１〜３１ｗ−３にそれぞれ設けられた二次電池３３の直流電圧を示している。式（１７）から式（１９）において、「ｍ」は、変調率を示している。変調率ｍは、キャリア波のピーク値に対する出力電圧Ｖｊｕ、Ｖｊｖ，Ｖｊｗを追従させる出力電圧指令値のピーク値の比率である。式（１７）において、「Ｎ」は、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたブリッジセルの個数を示し、「ｎ」は、Ｕ相クラスタ３１ｕにおいて故障した単位電力変換器ＵＰＣの個数を示している。本例では、Ｎ＝３かつｎ＝１である。
【００８９】
上述のとおり、零相電流Ｉｚの位相φ０は、故障した単位電力変換器を有する相に流れるクラスタ電流の位相と逆位相となるように設定される。このため、クラスタ部３に形成されるデルタ結線部に式（１３）に示す零相電流Ｉｚが流れている場合にＵ相クラスタ３１ｕに流れるクラスタ電流である変更クラスタ電流Ｉｕｖ＿ｎｅｗは、式（４）及び式（１３）を用いて以下の式（２０）のように表すことができる。
【００９０】
【数２０】
2020205681.tif 000022
【００９１】
また、クラスタ部３に形成されるデルタ結線部に式（１３）に示す零相電流Ｉｚが流れている場合にＶ相クラスタ３１ｖに流れるクラスタ電流である変更クラスタ電流Ｉｖｗ＿ｎｅｗは、式（５）及び式（１３）を用いて以下の式（２１）のように表すことができる。
【００９２】
【数２１】
2020205681.tif 000023
【００９３】
また、クラスタ部３に形成されるデルタ結線部に式（１３）に示す零相電流Ｉｚが流れている場合にＷ相クラスタ３１ｗに流れるクラスタ電流である変更クラスタ電流Ｉｗｕ＿ｎｅｗは、式（６）及び式（１３）を用いて以下の式（２２）のように表すことができる。
【００９４】
【数２２】
2020205681.tif 000024
【００９５】
ブリッジセル３１ｕ−１は、式（１６）に示すように、出力電圧Ｖ１ｕが「０」であるため、有効電力Ｐ１ｕは以下の式（２３）のように表すことができる。
【００９６】
【数２３】
2020205681.tif 000025
【００９７】
また、ブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３の有効電力Ｐｊｕは、式（１７）及び式（２０）を用いて以下の式（２４）のように表すことができる。
【００９８】
【数２４】
2020205681.tif 000026
【００９９】
また、ブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３の有効電力Ｐｊｖは、式（１８）及び式（２１）を用いて以下の式（２５）のように表すことができる。
【０１００】
【数２５】
2020205681.tif 000027
【０１０１】
また、ブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３の有効電力Ｐｊｗは、式（１９）及び式（２２）を用いて以下の式（２６）のように表すことができる。
【０１０２】
【数２６】
2020205681.tif 000028
【０１０３】
ここで、制御装置５は、クラスタ部３において健全なブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３，３１ｖ−１〜３１ｖ−３，３１ｗ−１〜３１ｗ−３が有効電力を均等に負担するように制御する。このため、Ｕ相クラスタ３１ｕの有効電力Ｐｊｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖの有効電力Ｐｊｖ及びＷ相クラスタ３１ｗの有効電力Ｐｊｗの関係は、以下の式（２７）のように表すことができる。
【０１０４】
【数２７】
2020205681.tif 000029
【０１０５】
したがって、制御装置５は、ブリッジセル３１ｕ−１の単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合に、以下の式（２８）のように表すことができる振幅の零相電流Ｉｚを、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗによってクラスタ部３に形成されるデルタ結線部に流すように制御する。
【０１０６】
【数２８】
2020205681.tif 000030
【０１０７】
ブリッジセル３１ｕ−１の短絡スイッチＳＳＷがオン状態、その他の短絡スイッチＳＳＷがオフ状態に制御され、かつ式（２８）で表される振幅の零相電流ＩｚがＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗによってクラスタ部３に形成されるデルタ結線部に流れている場合、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３の出力電圧Ｖ１ｕ，Ｖ２ｕ，Ｖ３ｕ、ブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３の出力電圧Ｖ１ｖ，Ｖ２ｖ，Ｖ３ｖ、ブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３の出力電圧Ｖ１ｗ，Ｖ２ｗ，Ｖ３ｗ及びクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗの関係は、図２（ｃ）に示すフェーザ図で表すことができる。
【０１０８】
電力変換装置１に備えられた制御装置５は、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３，３１ｖ−１〜３１ｖ−３，３１ｗ−１〜３１ｗ−３に設けられた単位電力変換器ＵＰＣに故障が生じた場合、Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗによってクラスタ部３に形成されるデルタ結線部に流す零相電流を適切な振幅・位相に制御するように構成されている。ここで、適切な振幅の零相電流は、上述の式（２８）で表される振幅を最大振幅とする電流である。また、適切な位相の零相電流は、故障が生じた単位電力変換器を有するクラスタに流れるクラスタ電流の位相と逆位相の電流である。上述のとおり、例えばブリッジセル３１ｕ−１の単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合、図２（ｃ）に示すように、制御装置５は、Ｕ相クラスタ３１ｕに流れるクラスタ電流Ｉｕｖと逆位相であり、かつ式（２８）で表される最大振幅の零相電流Ｉｚがクラスタ部３のデルタ結線部に流れるように制御する。
【０１０９】
これにより、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、Ｕ相クラスタ３１ｕに流れる変更クラスタ電流Ｉｕｖ＿ｎｅｗは、零相電流Ｉｚが当該デルタ結線部に流れていない場合にＵ相クラスタ３１ｕに流れるクラスタ電流Ｉｕｖよりも小さくなる。
【０１１０】
一方、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、Ｖ相クラスタ３１ｖに流れる変更クラスタ電流Ｉｖｗ＿ｎｅｗは、零相電流Ｉｚが当該デルタ結線部に流れていない場合にＶ相クラスタ３１ｖに流れるクラスタ電流Ｉｖｗよりも大きくなる。同様に、Ｗ相クラスタ３１ｗに流れる変更クラスタ電流Ｉｗｕ＿ｎｅｗは、零相電流Ｉｚが当該デルタ結線部に流れていない場合にＷ相クラスタ３１ｗに流れるクラスタ電流Ｉｗｕよりも大きくなる。
【０１１１】
このように、制御装置５は、クラスタ部３に設けられたＵ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうち、動作を継続するブリッジセルの個数が相対的に少ないクラスタ（図２ではＵ相クラスタ３１ｕ）のクラスタ電流を低減し、動作を継続するブリッジセルの個数が相対的多いクラスタ（図２ではＶ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗ）のクラスタ電流を増加するように制御する。これにより、電力変換装置１は、動作を継続する全てのブリッジセル（図２ではブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３，３１ｖ−１〜３１ｖ−３，３１ｗ−１〜３１ｗ−３）における有効電力を均等に負担させることができる。その結果、電力変換装置１は、故障した単位電力変換器ＵＰＣを有するクラスタに律速されて動作を継続するブリッジセル全体のエネルギー容量の低下を抑制できる。
【０１１２】
（制御装置の構成）
次に、本実施形態による電力変換装置１に備えられた制御装置５の要部の概略構成について図１を参照しつつ図３を用いて説明する。図３は、電力変換装置１に備えられた制御装置５が発揮する複数の機能のうち、三相電力系統２と電力のやり取りを行うための出力電圧指令値Ｖｊｕ＊，Ｖｊｖ＊，Ｖｊｗ＊を生成するための機能に関連する構成を示す図（機能ブロック図）である。
【０１１３】
図３に示すように、本実施形態による電力変換装置１に備えられた制御装置５は、ブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３，３１ｖ−１〜３１ｖ−３，３１ｗ−１〜３１ｗ−３が接続される三相電力系統２と電力のやり取りを行うための充放電電流指令値を生成する電流指令生成部５１を有している。また、制御装置５は、Ｕ相クラスタ３１ｕのブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３の出力電圧Ｖｊｕを追従させる出力電圧指令値Ｖｊｕ＊、Ｖ相クラスタ３１ｖのブリッジセル３１ｖ−１〜３１ｖ−３の出力電圧Ｖｊｖを追従させる出力電圧指令値Ｖｊｖ＊及びＷ相クラスタ３１ｗのブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３の出力電圧Ｖｊｗを追従させる出力電圧指令値Ｖｊｗ＊を生成する電流制御部５２を有している。
【０１１４】
図３に示すように、制御装置５に設けられた電流指令生成部５１は、複数のブリッジセル３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３、複数のブリッジセル３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３及び複数のブリッジセル３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３のそれぞれに流れるクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕ（電流の一例）が追従されるクラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊（電流指令値の一例）を生成するクラスタ電流指令生成部（生成部の一例）５１１を有している。
【０１１５】
また、電流指令生成部５１は、零相電流Ｉｚが追従される零相電流指令値Ｉｚ＊を演算する零相電流指令演算部（演算部の一例）５１２を有している。また、電流指令生成部５１は、クラスタ電流指令生成部５１１で生成されたクラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊及び零相電流指令演算部５１２で演算された零相電流指令値Ｉｚ＊を加算する加算部５１３を有している。また、電流指令生成部５１は、クラスタ電流指令生成部５１１で生成されたクラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊及び加算部５１３から出力される加算指令値Ｉｕｖ＿ｎｅｗ＊，Ｉｖｗ＿ｎｅｗ＊，Ｉｗｕ＿ｎｅｗ＊の一方を選択する選択部５１４を有している。加算指令値Ｉｕｖ＿ｎｅｗ＊，Ｉｖｗ＿ｎｅｗ＊，Ｉｗｕ＿ｎｅｗ＊は、クラスタ部３に形成されるデルタ結線部に零相電流Ｉｚが流れている場合の変更クラスタ電流Ｉｕｖ＿ｎｅｗ，Ｉｖｗ＿ｎｅｗ，Ｉｗｕ＿ｎｅｗが追従される指令値である。
【０１１６】
さらに、電流指令生成部５１は、選択部５１４によって切り替えが制御されるスイッチ群５１５，５１６を有している。スイッチ群５１５は、切り替え動作が連動する３個のスイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗを有している。スイッチ群５１６は、切り替え動作が連動するスイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗを有している。
【０１１７】
クラスタ電流指令生成部５１１は、瞬時有効電力指令値ｐ＊および瞬時無効電力指令値ｑ＊に基づいて、クラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊を生成するように構成されている。電力系統と有効電力のみのやり取りを行う場合は、瞬時無効電力指令値ｑ＊は零となる。クラスタ電流指令生成部５１１は、クラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊を生成してスイッチ群５１５に出力する。
【０１１８】
図３に示すように、スイッチ群５１５は、クラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊が入力されるスイッチ５１５ｕと、クラスタ電流指令値Ｉｖｗ＊が入力されるスイッチ５１５ｖと、クラスタ電流指令値Ｉｗｕ＊が入力されるスイッチ５１５ｗとを有している。スイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗのそれぞれの一方の出力端子は、スイッチ群５１６に接続されている。スイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗのそれぞれの他方の出力端子は、加算部５１３に接続されている。スイッチ群５１５は、スイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗのそれぞれが入力端子と一方の出力端子とを接続している状態（以下、「第一状態」と称する場合がある）又はスイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗのそれぞれが入力端子と他方の出力端子とを接続している状態（以下、「第二状態」と称する場合がある）のいずれかの状態に設定される。
【０１１９】
スイッチ群５１５は、選択部５１４から入力される選択信号ＳＥＬの例えば信号レベルに応じて、スイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗを第一状態及び第二状態のいずれか一方の状態に設定する。このため、スイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗは、選択部５１４から入力される選択信号ＳＥＬの例えば信号レベルに応じて、第一状態又は第二状態に連動して設定される。スイッチ群５１５は、スイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗが第一状態に設定されている場合には、クラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊をスイッチ群５１６に出力するようになっている。一方、スイッチ群５１５は、スイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗが第二状態に設定されている場合には、クラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊を加算部５１３に出力するようになっている。
【０１２０】
図３に示すように、零相電流指令演算部５１２には、クラスタ部３に設けられた電圧検出部で検出された複数の二次電池３３のそれぞれの直流電圧Ｖｃｕ１〜Ｖｃｕ３，Ｖｃｖ１〜Ｖｃｖ３，Ｖｃｗ１〜Ｖｃｗ３が入力される。また、零相電流指令演算部５１２には、クラスタ部３に設けられた電流検出部で検出されたクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕが入力される。零相電流指令演算部５１２は、電圧検出部から入力される直流電圧Ｖｃｕ１〜Ｖｃｕ３，Ｖｃｖ１〜Ｖｃｖ３，Ｖｃｗ１〜Ｖｃｗ３及び電流検出部から入力されるクラスタ電流Ｉｕｖ，Ｉｖｗ，Ｉｗｕに基づいて零相電流指令値Ｉｚ＊を演算し、演算した零相電流指令値Ｉｚ＊を加算部５１３に出力するように構成されている。
【０１２１】
例えばブリッジセル３１ｕ−１（図１参照）に設けられた二次電池３３の直流電圧Ｖｃｕ１が異常値であり、ブリッジセル３１ｕ−１の単位電力変換器ＵＰＣが故障したと判定されたとする。この場合、零相電流指令演算部５１２は、Ｕ相クラスタ３１ｕに流れるクラスタ電流Ｉｕｖとは逆位相かつ振幅Ｉ０（式（２８）参照）の零相電流Ｉｚをクラスタ部３に形成されるデルタ結線部に流すための零相電流指令値Ｉｚ＊を、Ｕ相クラスタ３１ｕに設けられたブリッジセルの個数、故障が生じた単位電力変換器の個数及び電流検出部で検出されたクラスタ電流Ｉｕｖを用いて演算する。
【０１２２】
図３に示すように、加算部５１３は、３個の加算器５１３ｕ，５１３ｖ，５１３ｗを有している。加算器５１３ｕの一方の入力端子は、スイッチ群５１５のスイッチ５１５ｕの他方の出力端子に接続されている。加算器５１３ｕの他方の入力端子は、零相電流指令演算部５１２の出力端子に接続されている。加算器５１３ｕの出力端子は、スイッチ群５１６に接続されている。加算器５１３ｖの一方の入力端子は、スイッチ群５１５のスイッチ５１５ｖの他方の出力端子に接続されている。加算器５１３ｖの他方の入力端子は、零相電流指令演算部５１２の出力端子に接続されている。加算器５１３ｕの出力端子は、スイッチ群５１６に接続されている。加算器５１３ｗの一方の入力端子は、スイッチ群５１５のスイッチ５１５ｗの他方の出力端子に接続されている。加算器５１３ｗの他方の入力端子は、零相電流指令演算部５１２の出力端子に接続されている。加算器５１３ｕの出力端子は、スイッチ群５１６に接続されている。
【０１２３】
加算器５１３ｕは、以下の式（２９）に示すように、一方の入力端子に入力されるクラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊と、他方の入力端子に入力される零相電流指令値Ｉｚ＊とを加算して、変更クラスタ電流Ｉｕｖ＿ｎｅｗを追従させる加算指令値Ｉｕｖ＿ｎｅｗ＊を生成する。
【０１２４】
【数２９】
2020205681.tif 000031
【０１２５】
加算器５１３ｖは、以下の式（３０）に示すように、一方の入力端子に入力されるクラスタ電流指令値Ｉｖｗ＊と、他方の入力端子に入力される零相電流指令値Ｉｚ＊とを加算して、変更クラスタ電流Ｉｖｗ＿ｎｅｗを追従させる加算指令値Ｉｖｗ＿ｎｅｗ＊を生成する。
【０１２６】
【数３０】
2020205681.tif 000032
【０１２７】
加算器５１３ｗは、以下の式（３１）に示すように、一方の入力端子に入力されるクラスタ電流指令値Ｉｗｕ＊と、他方の入力端子に入力される零相電流指令値Ｉｚ＊とを加算して、変更クラスタ電流Ｉｗｕ＿ｎｅｗを追従させる加算指令値Ｉｖｗ＿ｎｅｗ＊を生成する。
【０１２８】
【数３１】
2020205681.tif 000033
【０１２９】
図３に示すように、スイッチ群５１６は、スイッチ５１５ｕ及び加算器５１３ｕに接続されたスイッチ５１ｕと、スイッチ５１５ｖ及び加算器５１３ｖに接続されたスイッチ５１ｖと、スイッチ５１５ｗ及び加算器５１３ｗに接続されたスイッチ５１ｗとを有している。スイッチ５１６ｕの一方の入力端子は、スイッチ５１５ｕの一方の入力端子に接続されている。スイッチ５１６ｕの他方の入力端子は、加算器５１３ｕの出力端子に接続されている。スイッチ５１６ｕの出力端子は、電流制御部５２に接続されている。スイッチ５１６ｖの一方の入力端子は、スイッチ５１５ｖの一方の入力端子に接続されている。スイッチ５１６ｖの他方の入力端子は、加算器５１３ｖの出力端子に接続されている。スイッチ５１６ｖの出力端子は、電流制御部５２に接続されている。スイッチ５１６ｗの一方の入力端子は、スイッチ５１５ｗの一方の入力端子に接続されている。スイッチ５１６ｗの他方の入力端子は、加算器５１３ｗの出力端子に接続されている。スイッチ５１６ｗの出力端子は、電流制御部５２に接続されている。
【０１３０】
スイッチ群５１６は、スイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗのそれぞれが一方の入力端子と出力端子とを接続している状態（以下、「第一状態」と称する場合がある）又はスイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗのそれぞれが他方の入力端子と出力端子とを接続している状態（以下、「第二状態」と称する場合がある）のいずれかの状態に設定される。
【０１３１】
スイッチ群５１６は、選択部５１４から入力される選択信号ＳＥＬの例えば信号レベルに応じて、スイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗを第一状態及び第二状態のいずれか一方の状態に設定する。このため、スイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗは、選択部５１４から入力される選択信号ＳＥＬの例えば信号レベルに応じて、第一状態又は第二状態に連動して設定される。スイッチ群５１６は、スイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗが第一状態に設定されている場合には、クラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊を充放電電流指令値として電流制御部５２に出力するようになっている。一方、スイッチ群５１６は、スイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗが第二状態に設定されている場合には、加算指令値Ｉｖｕ＿ｎｅｗ＊，Ｉｖｗ＿ｎｅｗ＊，Ｉｗｕ＿ｎｅｗ＊を充放電電流指令値として電流制御部５２に出力するようになっている。
【０１３２】
図３に示すように、選択部５１４には、クラスタ部３に設けられた電圧検出部で検出された複数の二次電池３３のそれぞれの直流電圧Ｖｃｕ１〜Ｖｃｕ３，Ｖｃｖ１〜Ｖｃｖ３，Ｖｃｗ１〜Ｖｃｗ３が入力されるようになっている。選択部５１４は、入力される直流電圧Ｖｃｕ１〜Ｖｃｕ３，Ｖｃｖ１〜Ｖｃｖ３，Ｖｃｗ１〜Ｖｃｗ３のいずれも正常値である場合には、スイッチ群５１５のスイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗを第一状態に設定し、スイッチ群５１６のスイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗを第一状態に設定するための選択信号ＳＥＬをスイッチ群５１５，５１６に出力する。一方、〜Ｖｃｕ３，Ｖｃｖ１〜Ｖｃｖ３，Ｖｃｗ１〜Ｖｃｗ３が入力されるようになっている。選択部５１４は、入力される直流電圧Ｖｃｕ１〜Ｖｃｕ３，Ｖｃｖ１〜Ｖｃｖ３，Ｖｃｗ１〜Ｖｃｗ３の少なくとも１つが異常値である場合には、スイッチ群５１５のスイッチ５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗを第二状態に設定し、スイッチ群５１６のスイッチ５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗを第二状態に設定するための選択信号ＳＥＬをスイッチ群５１５，５１６に出力する。
【０１３３】
これにより、電流指令生成部５１は、クラスタ部３に設けられた電圧検出部で検出された直流電圧Ｖｃｕ１〜Ｖｃｗ３のいずれも正常値である場合には、クラスタ部３に設けられた全ての単位電力変換器ＵＰＣが正常であると判定し、クラスタ電流指令生成部５１１で生成されたクラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊を充放電電流指令値として電流制御部５２に出力する。一方、電流指令生成部５１は、クラスタ部３に設けられた電圧検出部で検出された直流電圧Ｖｃｕ１〜Ｖｃｗ３の少なくとも１つが異常値である場合には、クラスタ部３に設けられた複数の単位電力変換器ＵＰＣの少なくとも１つが故障していると判定し、加算部５１３で加算された加算指令値Ｉｖｕ＿ｎｅｗ＊，Ｉｖｗ＿ｎｅｗ＊，Ｉｗｕ＿ｎｅｗ＊を充放電電流指令値として電流制御部５２に出力する。
【０１３４】
電流制御部５２は、電流指令生成部５１から入力される電流指令値に基づいて、出力電圧指令値Ｖｊｕ＊，Ｖｊｖ＊，Ｖｊｗ＊を生成するように構成されている。このため、電流制御部５２は、クラスタ部３に設けられた全ての単位電力変換器ＵＰＣが正常である場合には、クラスタ電流指令生成部５１１で生成されたクラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊に基づいて、出力電圧指令値Ｖｊｕ＊，Ｖｊｖ＊，Ｖｊｗ＊を生成する。一方、電流制御部５２は、クラスタ部３に設けられた複数の単位電力変換器ＵＰＣの少なくとも１つが故障している場合には、加算部５１３で加算された加算指令値Ｉｖｕ＿ｎｅｗ＊，Ｉｖｗ＿ｎｅｗ＊，Ｉｗｕ＿ｎｅｗ＊に基づいて、出力電圧指令値Ｖｊｕ＊，Ｖｊｖ＊，Ｖｊｗ＊を生成する。
【０１３５】
このため、制御装置５は、単位電力変換器ＵＰＣに故障が生じている場合、クラスタ電流指令値Ｉｕｖ＊，Ｉｖｗ＊，Ｉｗｕ＊に零相電流指令値Ｉｚ＊が重畳された加算指令値Ｉｕｖ＿ｎｅｗ＊，Ｉｖｗ＿ｎｅｗ＊，Ｉｗｕ＿ｎｅｗ＊にクラスタ電流Ｉｕｖ、Ｉｖｗ、Ｉｗｕそれぞれが追従させるようにブリッジセル３１ｕ−１〜３１ｕ−３，３１ｖ−１〜３１ｖ−３，３１ｗ−１〜３１ｗ−３の出力電圧Ｖ１ｕ〜Ｖ３ｕｖ，Ｖ１ｖ〜Ｖ３ｖ，Ｖ１ｗ〜Ｖ３ｗを制御できる。これにより、電力変換装置１は、ブリッジセルの一部の動作が停止しても全体のエネルギー容量の低下を抑制できる。
【０１３６】
（変形例１）
上記実施形態では、単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合の制御について、Ｕ相クラスタ３１ｕのブリッジセル３１ｕ−１に設けられた１個の単位電力変換器ＵＰＣのみが故障した場合を例にとって説明した。Ｕ相クラスタ３１ｕ、Ｖ相クラスタ３１ｖ及びＷ相クラスタ３１ｗのうちのいずれかのクラスタに設けられた単位電力変換器ＵＰＣが２個以上故障した場合には、零相電流Ｉｚの振幅Ｉ０を最適化（具体的には、上述の式（２８）中のＮ及びｎの値を調整）することによって、動作継続中のブリッジセルに有効電力を均等に負担させることができる。
【０１３７】
（変形例２）
複数のクラスタにおいて単位電力変換器が故障した場合には、故障した単位電力変換器を有するクラスタのそれぞれに対して、上述の式（２８）の最大振幅を有し且つ当該クラスタのクラスタ電流と逆位相の零相電流を演算し、これらの零相電流をベクトル合成して得られる電流を最終的な零相電流に設定する。図４は、Ｕ相クラスタ３１ｕのブリッジセル３１ｕ−１及びＶ相クラスタ３１ｖのブリッジセル３１ｖ−１のそれぞれに設けられた単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合のフェーザ図である。
【０１３８】
図４に示すように、Ｕ相クラスタ３１ｕにおける零相電流とＶ相クラスタ３１ｖにおける零相電流とをベクトル合成した零相電流Ｉｚは、Ｗ相クラスタ３１ｗのクラスタ電流Ｉｗｕと同位相となる。Ｕ相クラスタ３１ｕのクラスタ電流Ｉｕｖに零相電流Ｉｚが重畳された変更クラスタ電流Ｉｕｖ＿ｎｅｗは、クラスタ電流Ｉｕｖよりも小さくなる。Ｖ相クラスタ３１ｖのクラスタ電流Ｉｖｗに零相電流Ｉｚが重畳された変更クラスタ電流Ｉｖｗ＿ｎｅｗは、クラスタ電流Ｉｖｗよりも小さくなる。一方、Ｗ相クラスタ３１ｗのクラスタ電流Ｉｗｕに零相電流Ｉｚが重畳された変更クラスタ電流Ｉｗｕ＿ｎｅｗは、クラスタ電流Ｉｗｕよりも大きくなる。これにより、動作を継続するブリッジセル３１ｕ−２，３１ｕ−３、ブリッジセル３１ｖ−２，３１ｖ−３及びブリッジセル３１ｗ−１〜３１ｗ−３が負担する有効電力は等しくなる。その結果、本変形例による電力変換装置は、故障が生じた単位電力変換器ＵＰＣを有するクラスタに律速されて動作を継続するブリッジセル全体のエネルギー容量の低下を抑制できる。
【０１３９】
以上説明したように、本実施形態及び変形例１，２による電力変換装置は、ブリッジセルの一部の動作が停止しても全体のエネルギー容量の低下を抑制できる。
【０１４０】
本発明は、上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施形態による電力変換装置１は、有効電力供給部として二次電池３３を有しているが、本発明はこれに限られない。有効電力供給部は、二次電池の他に、太陽電池、燃料電池、電気二重層コンデンサ又はコンデンサであってもよい。
【０１４１】
上記実施形態では、ブリッジセルの一部の動作が停止する例として、単位電力変換器ＵＰＣが故障した場合について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、ブリッジセルの一部を意図的（例えばメンテナンスや交換作業など）に停止する場合にも、本発明は適用できる。
【０１４２】
上記実施形態による電力変換装置１は、ＩＧＢＴで構成された半導体スイッチＱ１〜Ｑ４を有しているが、本発明はこれに限られない。電力変換装置１は、例えば、ゲートターンオフサイリスタ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＧＴＯ）、集積化ゲート転流型サイリスタ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｃｏｍｍｕｔａｔｅｄ  Ｔｕｒｎ−ｏｆｆ  ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ：ＧＣＴ）、又はＭＯＳ型電界効果トランジスタ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などで構成された半導体スイッチを有していてもよい。
【０１４３】
本発明の技術的範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の技術的範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画されうる。
【符号の説明】
【０１４４】
１  電力変換装置
２  三相電力系統
３  クラスタ部
５  制御装置
２１  ケーブル
３１ｕ  Ｕ相クラスタ
３１ｕ−１，３１ｕ−２，３１ｕ−３，３１ｖ−１，３１ｖ−２，３１ｖ−３，３１ｗ−１，３１ｗ−２，３１ｗ−３  ブリッジセル
３１ｕＬ，３１ｖＬ，３１ｗＬ  リアクトル
３１ｖ  Ｖ相クラスタ
３１ｗ  Ｗ相クラスタ
３２ｕ，３２ｖ，３２ｗ  結線部
３３  二次電池
５１  電流指令生成部
５２  電流制御部
２１１  Ｕ相ケーブル
２１２  Ｖ相ケーブル
２１３  Ｗ相ケーブル
５１１  クラスタ電流指令生成部
５１２  零相電流指令演算部
５１３  加算部
５１３ｕ，５１３ｖ，５１３ｗ  加算器
５１４  選択部
５１５，５１６  スイッチ群
５１５ｕ，５１５ｖ，５１５ｗ，５１６ｕ，５１６ｖ，５１６ｗ  スイッチ
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４  還流用ダイオード
Ｍ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４  半導体モジュール
Ｑ１，Ｑ２，Ｑ３，Ｑ４  半導体スイッチ
ＳＳＲ  短絡スイッチ
【図１】
2020205681.tif 000034
【図２】
2020205681.tif 000035
【図３】
2020205681.tif 000036
【図４】
2020205681.tif 000037