(57)【要約】【課題】瞬時空間ベクトルの空間ベクトル電圧が多い場合であっても、三相平衡電圧を出力するのに必要な空間ベクトル電圧を迅速に選択できる電力変換装置を提供することである。【解決手段】出力変換器１２は、複数の空間ベクトル電圧を出力する複数台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを直列多重化して三相電圧を電力系統１３に出力する。制御装置１４は、複数の空間ベクトル電圧で形成される瞬時空間ベクトルから平衡三相電圧を表す円形の軌跡を辿った出力電圧の指令値Ｖｒを満たすように空間ベクトル電圧を選択して多重変圧器１２の出力電圧を制御するに際し、出力電圧の指令値Ｖｒを内部に含みその指令値Ｖｒに近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成し、三角形の頂点のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧を選択して、選択した空間ベクトル電圧を多重変圧器１２の出力電圧として出力する。【選択図】  図１
2010193576.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の空間ベクトル電圧を出力する複数台の三相変換器と、
複数台の前記三相変換器を直列多重化して三相電圧を出力する多重変圧器と、
複数の空間ベクトル電圧で形成される瞬時空間ベクトルから平衡三相電圧を表す円形の軌跡を辿った出力電圧の指令値を満たすように空間ベクトル電圧を選択して前記多重変圧器の出力電圧を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、出力電圧の指令値を内部に含みその指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成し、前記三角形の頂点のうち前記指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択して、選択した空間ベクトル電圧を前記多重変圧器の出力電圧として出力することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記制御装置は、新たな出力電圧の指令値に対して、その新たな出力電圧の指令値を内部に含みその新たな指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成したとき、その三角形が前回の三角形と同じであるときは、前回と同じ空間ベクトル電圧を選択して、選択した空間ベクトル電圧を前記多重変圧器の出力電圧として出力することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
複数の空間ベクトル電圧を出力する複数台の三相変換器と、
複数台の前記三相変換器を直列多重化して三相電圧を出力する多重変圧器と、
複数の空間ベクトル電圧で形成される瞬時空間ベクトルから平衡三相電圧を表す円形の軌跡を辿った出力電圧の指令値を満たすように空間ベクトル電圧を選択して前記多重変圧器の出力電圧を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、出力電圧の指令値を内部に含みその指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成し、前記三角形の頂点のうち前記指令値に最も近い空間ベクトル電圧を一次選択し、一次選択した空間ベクトル電圧が前回の前記多重変圧器の出力電圧と同じであるときは、前回の前記多重変圧器の出力電圧を今回の前記多重変圧器の出力電圧として出力し、
一方、一次選択した空間ベクトル電圧が前回の前記多重変圧器の出力電圧と異なるときは、一次選択した空間ベクトル電圧が前記指令値を挟んで前回の前記多重変圧器の出力電圧の逆側にあるかどうかを判定し、逆側にあるときは一次選択した空間ベクトル電圧を選択し、前記多重変圧器の出力電圧として出力し、
一次選択した空間ベクトル電圧が前記指令値を挟んで前回の前記多重変圧器の出力電圧の逆側にないときは、一次選択した空間ベクトル電圧に代えて、前記指令値を挟んで前回の前記多重変圧器の出力電圧の逆側にある前記三角形の頂点のベクトル電圧を二次選択し、二次選択した空間ベクトル電圧を前記多重変圧器の出力電圧として出力することを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は直流を三相交流に変換する三相変換器を多重接続した電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流を交流に変換するには、インバータを構成するパワー半導体スイッチング素子（例えば、ＩＧＢＴ）をオンオフ制御して直流を切り刻み擬似的な正弦波交流を発生させる。これにより、発生した交流は高調波電圧歪みを多量に含んでいるため、この高調波電圧歪みをいかにして低減させるかについて、パワーエレクトロニクス技術分野においては様々な対策が提案されている。
【０００３】
高調波を低減する対策の一つとしてＰＷＭ制御を行うことがあるが、ＰＷＭ制御の場合には、スイッチング周波数が増加するにつれて変換器の損失が増大する。そこで、複数のインバータの出力を組み合わせて、より正弦波に近づける多重化方式が大容量インバータの高調波の低減に用いられている。さらには、また、多重インバータとＰＷＭ制御とを併用し、インバータおよび多重変圧器を同一容量、同一仕様にすることができるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、最近、単相インバータを直列に組み合わせることによって、デジタル的に電圧パルスを発生し高調波を低減する方式が開発されている（例えば、特許文献２参照）。これは、単相インバータを複数直列接続し、発生電圧が逆極性のものを含むことを可能にして複数の単相インバータの中から選択された所定の組み合わせによる各発生電圧の総和により出力電圧を階調制御し、各単相インバータにおける電圧出力時の発生電圧値（絶対値）の比は、１：２：４または１：３：Ｋ（Ｋ；４〜９の整数）とし、インバータ装置の出力側に大容量の出力フィルタを必要とせずに滑らかな交流出力波形を得ることを可能にして、装置構成の簡略化、小型化、低コスト化を図るものである。
【０００５】
また、本出願人は、３台のハーフブリッジインバータのそれぞれの電圧が完全には一致しない直流電圧の中性点同士を接続線で接続し、３台のハーフブリッジインバータのそれぞれの上下アームの接続点から３相の出力端子を引き出して、出力電圧のレベル数を増加させた三相変換器を形成し、その三相変換器を直列多重化して平衡三相電圧を出力するようにした直列多重変換器を開発し、特願２００８−６１１３４号として出願している。すなわち、これは、出力電圧のレベル数を増加させることにより、多重化の三相変換器の数を増やすことなく高調波の低減を図ることができ、しかも電力損失が少なく平衡三相電圧を出力できるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−２４５５３２号公報
【特許文献１】特開２００４−７９４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、出力電圧のレベル数を増加させて数多くの空間ベクトル電圧を有した瞬時空間ベクトルを得たとしても、その瞬時空間ベクトルから円形の軌跡を辿る空間ベクトル電圧の組み合わせを迅速に選択しなければリアルタイムで三相平衡電圧を出力することができない。すなわち、正弦波に近似した出力電圧にするには、瞬時空間ベクトル図で円形の軌跡を辿った空間ベクトル電圧の組み合わせとする必要があり、その空間ベクトル電圧の組み合わせをリアルタイムで選択しなければならない。
【０００８】
例えば、特許文献１のものでは、三相変換器を多重化して出力電圧のレベル数を増加させ、六角形の頂点だけでなく六角形の各辺に位置する空間ベクトル電圧も選択できるようにしているので、六角形の頂点及び各辺の空間ベクトル電圧を選択すれば迅速に空間ベクトル電圧を選択できる。なお、その場合は、六角形を円形の軌跡に近似した特性となるので、高調波や電力損失を低減することが容易ではなかった。
【０００９】
一方、特願２００８−６１１３４号のものでは、六角形の頂点及び各辺の空間ベクトル電圧といった規則性を有した空間ベクトル電圧ではなく、不規則な数多くの空間ベクトル電圧を有した瞬時空間ベクトルであるので、出力レベル数が多いことから、円形の軌跡を辿った空間ベクトル電圧の組み合わせを得ることができる。この場合、迅速に空間ベクトル電圧を選択することが必要となる。
【００１０】
本発明の目的は、瞬時空間ベクトルの空間ベクトル電圧が多い場合であっても、三相平衡電圧を出力するのに必要な空間ベクトル電圧を迅速に選択できる電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１の発明に係わる電力変換装置は、複数の空間ベクトル電圧を出力する複数台の三相変換器と、複数台の前記三相変換器を直列多重化して三相電圧を出力する多重変圧器と、複数の空間ベクトル電圧で形成される瞬時空間ベクトルから平衡三相電圧を表す円形の軌跡を辿った出力電圧の指令値を満たすように空間ベクトル電圧を選択して前記多重変圧器の出力電圧を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、出力電圧の指令値を内部に含みその指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成し、前記三角形の頂点のうち前記指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択して、選択した空間ベクトル電圧を前記多重変圧器の出力電圧として出力することを特徴とする。
【００１２】
請求項２の発明に係わる電力変換装置は、請求項１の発明において、前記制御装置は、新たな出力電圧の指令値に対して、その新たな出力電圧の指令値を内部に含みその新たな指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成したとき、その三角形が前回の三角形と同じであるときは、前回と同じ空間ベクトル電圧を選択して、選択した空間ベクトル電圧を前記多重変圧器の出力電圧として出力することを特徴とする。
【００１３】
請求項３の発明に係わる電力変換装置は、複数の空間ベクトル電圧を出力する複数台の三相変換器と、複数台の前記三相変換器を直列多重化して三相電圧を出力する多重変圧器と、複数の空間ベクトル電圧で形成される瞬時空間ベクトルから平衡三相電圧を表す円形の軌跡を辿った出力電圧の指令値を満たすように空間ベクトル電圧を選択して前記多重変圧器の出力電圧を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、出力電圧の指令値を内部に含みその指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成し、前記三角形の頂点のうち前記指令値に最も近い空間ベクトル電圧を一次選択し、一次選択した空間ベクトル電圧が前回の前記多重変圧器の出力電圧と同じであるときは、前回の前記多重変圧器の出力電圧を今回の前記多重変圧器の出力電圧として出力し、一方、一次選択した空間ベクトル電圧が前回の前記多重変圧器の出力電圧と異なるときは、一次選択した空間ベクトル電圧が前記指令値を挟んで前回の前記多重変圧器の出力電圧の逆側にあるかどうかを判定し、逆側にあるときは一次選択した空間ベクトル電圧を選択し、前記多重変圧器の出力電圧として出力し、一次選択した空間ベクトル電圧が前記指令値を挟んで前回の前記多重変圧器の出力電圧の逆側にないときは、一次選択した空間ベクトル電圧に代えて、前記指令値を挟んで前回の前記多重変圧器の出力電圧の逆側にある前記三角形の頂点のベクトル電圧を二次選択し、二次選択した空間ベクトル電圧を前記多重変圧器の出力電圧として出力することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、出力電圧の指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成し、三角形の頂点のうち指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択するので、出力電圧の指令値の三相平衡電圧を出力するのに必要な空間ベクトル電圧を迅速に選択できる。また、空間ベクトル電圧を出力電圧の指令値を挟んで交互に選択した場合には、出力電圧の指令値を中心とした出力電圧が得られるので、平均的には出力電圧の指令値により近似した三相平衡電圧を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係わる電力変換装置の一例の構成図。
【図２】本発明の実施の形態における多重化接続された３台の三相変換器の一例を示す構成図
【図３】本発明の実施の形態における多重化接続された３台の三相変換器のうち直流電圧が最も高い三相変換器の瞬時空間ベクトルを表した瞬時空間ベクトル図。
【図４】図３に示した空間ベクトル電圧に対し直流電圧が２番目に高い三相変換器による出力電圧をベクトル加算した瞬時空間ベクトル図。
【図５】図４に示した空間ベクトル電圧に対し直流電圧が３番目に高い三相変換器による出力電圧をベクトル加算した瞬時空間ベクトル図。
【図６】本発明の実施の形態における多重化接続された３台の三相変換器のうち直流電圧が２番目に高い三相変換器と直流電圧が３番目に高い三相変換器との２台を運転した場合の瞬時空間ベクトル図。
【図７】本発明の実施の形態における多重化接続された３台の三相変換器が取り得る瞬時空間ベクトル図。
【図８】図７に示す瞬時空間ベクトルに対し電力変換装置の出力電圧の指令値を描いた瞬時空間ベクトル図。
【図９】図１に示した本発明の実施の形態に係わる電力変換装置で空間ベクトル電圧を選択する場合の説明図
【図１０】図１に示した本発明の実施の形態に係わる電力変換装置の空間ベクトル電圧選択手段で選択された空間ベクトル電圧の分布の一例を示す瞬時空間ベクトル図。
【図１１】本発明の実施の形態に係わる電力変換装置の他の一例の構成図。
【図１２】図１１に示した本発明の実施の形態に係わる電力変換装置で空間ベクトル電圧を選択する場合の説明図
【図１３】図１１に示した本発明の実施の形態に係わる電力変換装置の空間ベクトル電圧選択手段で選択された空間ベクトル電圧の分布の一例を示す瞬時空間ベクトル図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明の実施の形態に係わる電力変換装置の一例の構成図である。本発明の実施の形態に係わる電力変換装置は、３個の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを多重変圧器１２で直列接続して３重化されて構成され、３個の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、多重変圧器１２を介して電力系統１３に接続されている。多重変圧器１２は３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを直列多重化して三相電圧を電力系統１３に出力する。直列多重化された３個の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、出力電圧のレベル数が多くなるように構成されている。すなわち、三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの出力電圧は、多重変圧器１２でベクトル加算されるので、多重変圧器１２で得られた空間ベクトル電圧の数が多くなるように、各々の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの直流電圧がそれぞれ異なるように構成されている。
【００１７】
制御装置１４は、多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを制御して多重変圧器１２の出力電圧を制御するものであり、複数の空間ベクトル電圧で形成される瞬時空間ベクトルから、出力電圧の指令値Ｖｒを満たすように、空間ベクトル電圧を選択して多重変圧器１２から出力される出力電圧を制御する。
【００１８】
すなわち、制御装置１４は、選択すべき空間ベクトル電圧の候補を取得する選択候補取得手段１５を有し、選択候補取得手段１５は出力電圧の指令値を内部に含みその指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成する。この三角形の頂点の空間ベクトル電圧を選択すべき空間ベクトル電圧の候補として取得する。そして、制御装置１４の空間ベクトル電圧選択手段１６は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点のうち出力電圧の指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧を選択して出力制御手段１７に出力する。出力制御手段１７は、多重変圧器１２の出力電圧が空間ベクトル電圧選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧となるように多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを制御する。これにより、多重変圧器１２からの出力電圧は空間ベクトル電圧選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧となり、出力電圧の指令値Ｖｒに従った出力となる。
【００１９】
図２は、多重化接続された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの一例を示す構成図である。この一例では多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃは同一構成で、直流電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３はそれぞれ異なっている。すなわち、三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの直流電圧Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、複数台の各々の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの出力電圧を順次ベクトル加算して得られる空間ベクトル電圧が重ならないように定められている。本発明の実施の形態では、三相変換器１１ａの直流電圧Ｅ１はＥ、三相変換器１１ｂの直流電圧Ｅ２は、（Ｅ／３）、三相変換器１１ｃの直流電圧Ｅ３は（２Ｅ／９）に定められている。これにより、多数の空間ベクトル電圧が得られるようにしている。
【００２０】
３個の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の三相に対して、それぞれ各相の上下アーム（各相のレグ）にスイッチング素子Ｓを有しており、三相変換器１１ａは、Ｕ相に対して一対のスイッチング素子Ｓｕ１１、Ｓｕ１２、Ｖ相に対して一対のスイッチング素子Ｓｖ１１、Ｓｖ１２、Ｗ相に対して一対のスイッチング素子Ｓｗ１１、Ｓｗ１２をそれぞれ有する。三相変換器１１ｂは、Ｕ相に対して一対のスイッチング素子Ｓｕ２１、Ｓｕ２２、Ｖ相に対して一対のスイッチング素子Ｓｖ２１、Ｓｖ２２、Ｗ相に対して一対のスイッチング素子スイッチング素子Ｓｗ２１、Ｓｗ２２をそれぞれ有する。同様に、三相変換器１１ｃは、Ｕ相に対して一対のスイッチング素子Ｓｕ３１、Ｓｕ３２、Ｖ相に対して一対のスイッチング素子Ｓｖ３１、Ｓｖ３２、Ｗ相に対して一対のスイッチング素子Ｓｗ３１、Ｓｗ３２をそれぞれ有する。
【００２１】
図３は、直流電圧が最も高い三相変換器１１ａの瞬時空間ベクトルを表した瞬時空間ベクトル図である。出力電圧のうち０Ｖを除くと、正六角形Ｘ１の頂点に位置する電圧の出力が可能である。すなわち、直流電圧が最も高い三相変換器１１ａが出力し得る出力電圧は正六角形Ｘ１の頂点に位置する６個の電圧であり、０点からの距離及び正六角形Ｘ１の各辺の長さは、三相変換器１１ａの直流電圧Ｅ１（＝Ｅ）に相当する値である。
【００２２】
図４は、図３に示した空間ベクトル電圧に対し、直流電圧が２番目に高い三相変換器１１ｂによる出力電圧をベクトル加算した瞬時空間ベクトル図である。図３に示すように、正六角形Ｘ１の頂点を中心とする６個の正六角形Ｘ２の頂点の電圧が追加されている。
【００２３】
すなわち、直流電圧が最も高い三相変換器１１ａの出力電圧に、直流電圧が２番目に高い三相変換器１１ｂの出力電圧がベクトル加算され、図３に示すように、正六角形Ｘ１の頂点を中心とする６個の正六角形Ｘ２の頂点の３６個（６×６個）の電圧が追加されている。
【００２４】
正六角形Ｘ１の頂点を中心とする６個の正六角形Ｘ２の頂点の電圧は、三相変換器１１ｃによる出力電圧に、三相変換器１１ｂによる出力電圧をベクトル加算した電圧であり３６個の電圧である。正六角形Ｘ２の中心点からの距離及び正六角形Ｘ２の各辺の長さは、三相変換器１１ｂの直流電圧Ｅ２（＝Ｅ／３）に相当する値である。
【００２５】
このように、２台の三相変換器１１ａ、１１ｂを運転すると、三相変換器１１ａによる正六角形Ｘ１の頂点に位置する６個の電圧と、正六角形Ｘ１の頂点を中心とする三相変換器１１ｂによる６個の正六角形Ｘ２の頂点に位置する３６個の電圧とが得られる。この場合、正六角形Ｘ１の頂点を中心とする６個の正六角形Ｘ２の頂点の電圧は、重複する部分がないので、６個の電圧及び３６個の電圧がそのまま得られる。従って、全体として、図４に示すように、合計４２個の出力電圧が得られる。
【００２６】
図５は、図４に示した空間ベクトル電圧に対し、直流電圧が３番目に高い三相変換器１１ｃによる出力電圧をベクトル加算した瞬時空間ベクトル図である。図５に示すように、図４に示した空間ベクトル電圧に対し、正六角形Ｘ２の頂点を中心とする３６個の正六角形Ｘ３の頂点の２１６個（３６×６個）の出力電圧が追加されている。
【００２７】
６個の正六角形Ｘ２の頂点を中心とする３６個の正六角形Ｘ３の頂点の電圧は、三相変換器１１ｂによる出力電圧に、三相変換器１１ｃによる出力電圧をベクトル加算した電圧であり２１６個（３６×６個）の電圧である。正六角形Ｘ３の中心点からの距離及び正六角形Ｘ３の各辺の長さは、三相変換器１１ｃの直流電圧Ｅ３（＝２Ｅ／９）に相当する値である。
【００２８】
このように、多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを運転すると、三相変換器１１ａによる正六角形Ｘ１の頂点に位置する６個の電圧と、正六角形Ｘ１の頂点を中心とする三相変換器１１ｂによる６個の正六角形Ｘ２の頂点に位置する３６個の電圧と、正六角形Ｘ２の頂点を中心とする三相変換器１１ｃによる３６個の正六角形Ｘ３の頂点に位置する２１６個の電圧とが得られる。この場合、正六角形Ｘ１の頂点を中心とする６個の正六角形Ｘ２の頂点の３６個の電圧、及び正六角形Ｘ２の頂点を中心とする６個の正六角形Ｘ３の頂点の２１６個の電圧は、重複する部分がないので、６個の電圧、３６個の電圧及び２１６個の電圧がそのまま得られる。従って、全体として、図５に示すように、合計２５８個の出力電圧が得られる。
【００２９】
ここで、多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃのうち直流電圧が最も高い三相変換器１１ａを停止し、直流電圧が２番目に高い三相変換器１１ｂと直流電圧が３番目に高い三相変換器１１ｃとの２台を運転した場合には、図６に示すように、正六角形Ｘ２の頂点の６個の電圧、正六角形Ｘ２の頂点を中心とする６個の正六角形Ｘ３の頂点の３６個の電圧が得られる。つまり、０点を除くと、合計４２個の電圧が得られる。なお、図６では０点を大きい黒丸で示している。
【００３０】
一方、図５に示すように、多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを運転した場合には、０Ｖ付近の中心部には空間ベクトル電圧が存在しない瞬時空間ベクトルとなるが、三相変換器１１ａを停止し、２台の三相変換器１１ｂ、１１ｃを運転すると、０Ｖ付近の中心部にも空間ベクトル電圧が存在する瞬時空間ベクトルを得ることができる。従って、図５の瞬時空間ベクトルと図６の瞬時空間ベクトルとを合体すると、図７に示すように、半径がＥの円に近い基本波電圧領域だけでなく、０Ｖ付近の中心部にも空間ベクトル電圧が存在する瞬時空間ベクトルを得ることができる。図７では合計で３００個という出力電圧のレベル数が多い空間ベクトル電圧が得られている。
【００３１】
図８は図７に示す瞬時空間ベクトルに対し電力変換装置の出力電圧の指令値Ｖｒを描いた瞬時空間ベクトル図である。出力電圧の指令値Ｖｒは、平衡三相電圧を表す円形の軌跡を辿った特性で示される。制御装置１４の選択候補取得手段１５は、多重化接続された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの出力電圧がその指令値Ｖｒに従った出力電圧となるように、瞬時空間ベクトルから選択すべき空間ベクトル電圧の候補を取得し、空間ベクトル電圧選択手段１６は、選択候補取得手段１５で取得した空間ベクトル電圧の候補のうちからいずれかの空間ベクトル電圧を選択する。
【００３２】
図９は、選択候補取得手段１５及び空間ベクトル電圧選択手段１６で空間ベクトル電圧を選択する場合の説明図である。図９に示すように、出力電圧の指令値Ｖｒはデジタル値としてｘｉとして与えられる。いま、時点ｔ１での出力電圧の指令値Ｖｒがｘ１であるとすると、選択候補取得手段１５は時点ｔ１での指令値ｘ１を内部に含みその指令値ｘ１に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を頂点とする三角形を形成する。この三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を選択すべき空間ベクトル電圧の候補として取得する。そして、空間ベクトル電圧選択手段１６は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち出力電圧の指令値ｘ１に最も近い空間ベクトル電圧Ａ１を選択する。
【００３３】
次に、時点ｔ２で出力電圧の指令値Ｖｒがｘ２となると、選択候補取得手段１５は、時点ｔ１の場合と同様に、時点ｔ２での指令値ｘ２を内部に含みその指令値ｘ２に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を頂点とする三角形を形成し、空間ベクトル電圧選択手段１６は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち出力電圧の指令値ｘ２に最も近い空間ベクトル電圧Ａ２を選択する。以下同様に、指令値ｘ１〜ｘ２１に対して、表１に示すように空間ベクトル電圧が選択される。
【表１】
2010193576.tif 000003
【００３４】
これにより、空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ５、Ａ６、Ａ９、Ａ１０、Ａ１２が選択される。出力制御手段１７は、多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの出力電圧のベクトル和が空間ベクトル電圧選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧となるように、多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを制御する。これにより、多重変圧器１２からの出力電圧は空間ベクトル電圧選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧となり、出力電圧の指令値Ｖｒに従った出力となる。
【００３５】
図１０は空間ベクトル電圧選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧の分布の一例を示す瞬時空間ベクトル図である。図１０では選択された空間ベクトル電圧を二重丸で示している。図１０に示すように、出力電圧の指令値Ｖｒの近傍の空間ベクトル電圧が選択され、多重変圧器１２の出力電圧は指令値Ｖｒに従った電圧に制御されることが分かる。
【００３６】
以上の説明では、制御装置１４は、出力電圧の指令値を内部に含みその指令値に近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成し、その三角形の頂点のうち指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択するようにしたが、新たな出力電圧の指令値に対する三角形が、前回の指令値に対する三角形と同じであるときは、三角形の頂点のうち指令値に最も近い空間ベクトル電圧に代えて、前回と同じ空間ベクトル電圧を選択するようにしてもよい。
【００３７】
図９において、時点ｔ１での出力電圧の指令値Ｖｒがｘ１であるとすると、選択候補取得手段１５は時点ｔ１での指令値ｘ１を内部に含みその指令値ｘ１に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を頂点とする三角形を形成する。この三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を選択すべき空間ベクトル電圧の候補として取得する。そして、空間ベクトル電圧選択手段１６は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち出力電圧の指令値ｘ１に最も近い空間ベクトル電圧Ａ１を選択する。
【００３８】
次に、時点ｔ２で出力電圧の指令値Ｖｒがｘ２となると、選択候補取得手段１５は、時点ｔ１の場合と同様に、時点ｔ２での指令値ｘ２を内部に含みその指令値ｘ２に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を頂点とする三角形を形成する。この場合に形成される三角形は、時点ｔ１での出力電圧の指令値Ｖｒ（ｘ１）の場合と同じ三角形であるので、空間ベクトル電圧選択手段１６は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち、前回と同じ空間ベクトル電圧Ａ１を選択する。
【００３９】
次に、時点ｔ３で出力電圧の指令値Ｖｒがｘ３となると、選択候補取得手段１５は、時点ｔ１、ｔ２の場合と同様に、時点ｔ３での指令値ｘ３を内部に含みその指令値ｘ３に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ２、Ａ３、Ａ４を頂点とする三角形を形成する。この場合に形成される三角形は、前回の時点ｔ２での出力電圧の指令値Ｖｒ（ｘ２）の場合と異なる三角形となるので、空間ベクトル電圧選択手段１６は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ２、Ａ３、Ａ４のうち出力電圧の指令値ｘ３に最も近い空間ベクトル電圧Ａ３を選択する。
【００４０】
以下同様に、指令値ｘ１〜ｘ２１に対して、新たな出力電圧の指令値に対する三角形が、前回の指令値に対する三角形と異なるときは、三角形の頂点のうち指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択し、一方、前回の指令値に対する三角形と同じであるときは、前回と同じ空間ベクトル電圧を選択する。これにより、表２に示すように空間ベクトル電圧が選択される。
【表２】
2010193576.tif 000004
【００４１】
これにより、空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ５、Ａ６、Ａ９、Ａ１０、Ａ１２が表２にように選択される。この場合、前回の指令値に対する三角形と同じであるときは、前回と同じ空間ベクトル電圧を選択するので、空間ベクトル電圧選択手段１６の処理が軽減される。
【００４２】
図１１は本発明の実施の形態に係わる電力変換装置の他の一例の構成図である。この一例は、図１に示した一例に対し、空間ベクトル電圧一次選択手段１８及び適合判定手段１９を追加して設け、出力電圧の指令値Ｖｒに従った空間ベクトル電圧を選択するにあたり、出力電圧の指令値Ｖｒを挟んで交互に空間ベクトル電圧を選択するようにしたものである。
【００４３】
制御装置１４の選択候補取得手段１５は、多重化接続された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの出力電圧がその指令値Ｖｒに従った出力電圧となるように、瞬時空間ベクトルから選択すべき空間ベクトル電圧の候補を取得する。空間ベクトル電圧一次選択手段１８は、選択候補取得手段１５で取得した空間ベクトル電圧の候補のうちからいずれかの空間ベクトル電圧を一次的に選択する。そして、適合判定手段１９は、空間ベクトル電圧一次選択手段１８で一次選択した空間ベクトル電圧が前回選択した空間ベクトル電圧に対し出力電圧の指令値Ｖｒを挟んで反対側に位置する空間ベクトル電圧であるかどうかを判定する。
【００４４】
空間ベクトル電圧選択手段１６は、一次選択した空間ベクトル電圧が前回選択した空間ベクトル電圧に対し出力電圧の指令値Ｖｒを挟んで反対側に位置する空間ベクトル電圧であるときは、一次選択した空間ベクトル電圧を選択すべき空間ベクトル電圧であるとして出力制御手段１７に出力する。一方、一次選択した空間ベクトル電圧が前回選択した空間ベクトル電圧に対し出力電圧の指令値Ｖｒを挟んで反対側に位置する空間ベクトル電圧でないときは、空間ベクトル電圧選択手段１６は、出力電圧の指令値Ｖｒを挟んで反対側に位置する空間ベクトル電圧を選択し出力制御手段１７に出力する。
【００４５】
出力制御手段１７は、多重変圧器１２の出力電圧が空間ベクトル電圧選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧となるように多重化された３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを制御する。これにより、多重変圧器１２からの出力電圧は空間ベクトル電圧選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧となり、出力電圧の指令値Ｖｒに従った出力となる。
【００４６】
図１２は、選択候補取得手段１５、空間ベクトル電圧選択手段１８、適合判定手段１９及び空間ベクトル電圧選択手段１６で空間ベクトル電圧を選択する場合の説明図である。図１２に示すように、出力電圧の指令値Ｖｒはデジタル値としてｘｉとして与えられる。いま、時点ｔ１での出力電圧の指令値Ｖｒがｘ１であり前回の多重変圧器の出力電圧の空間ベクトル電圧がＶ０であるとする。選択候補取得手段１５は時点ｔ１での指令値ｘ１を内部に含みその指令値ｘ１に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を頂点とする三角形を形成する。この三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を選択すべき空間ベクトル電圧の候補として取得する。
【００４７】
次に、空間ベクトル電圧一次選択手段１８は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち出力電圧の指令値ｘ１に最も近い空間ベクトル電圧Ａ１を一次選択する。適合判定手段１９は、空間ベクトル電圧一次選択手段１８で一次選択された空間ベクトル電圧Ａ１が前回の多重変圧器の出力電圧の空間ベクトル電圧Ａ０と同じであるかどうかを判定する。今回の空間ベクトル電圧Ａ１と前回の空間ベクトル電圧Ａ０とは異なるので、さらに、一次選択した空間ベクトル電圧Ａ１が指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ０の逆側にあるかどうかを判定し、その判定結果を空間ベクトル電圧選択手段１６に出力する。この場合、今回の空間ベクトル電圧Ａ１は指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ０の逆側にあることが空間ベクトル電圧選択手段１６に通知される。空間ベクトル電圧選択手段１６は、今回の空間ベクトル電圧Ａ１が指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ０の逆側にあるので、一次選択した空間ベクトル電圧Ａ１を出力制御装置１７に出力する空間ベクトル電圧として選択する。
【００４８】
次に、時点ｔ２で出力電圧の指令値Ｖｒがｘ２となると、選択候補取得手段１５は、時点ｔ１の場合と同様に、指令値ｘ２を内部に含みその指令値ｘ２に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３を頂点とする三角形を形成し、空間ベクトル電圧一次選択手段１８は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ１、Ａ２、Ａ３のうち出力電圧の指令値ｘ２に最も近い空間ベクトル電圧Ａ２を一次選択する。以下同様に、適合判定手段１９は、空間ベクトル電圧一次選択手段１８で一次選択された空間ベクトル電圧Ａ２が前回の多重変圧器の出力電圧の空間ベクトル電圧Ａ１とは異なるので、さらに、一次選択した空間ベクトル電圧Ａ２が指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ１の逆側にあるかどうかを判定する。この場合、今回の空間ベクトル電圧Ａ２は指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ１の逆側にあるので、空間ベクトル電圧選択手段１６は、一次選択した空間ベクトル電圧Ａ２を出力制御装置１７に出力する空間ベクトル電圧として選択する。
【００４９】
以下同様に、時点ｔ３で出力電圧の指令値Ｖｒがｘ３となると、選択候補取得手段１５は、指令値ｘ３を内部に含みその指令値ｘ３に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ２、Ａ３、Ａ４を頂点とする三角形を形成し、空間ベクトル電圧一次選択手段１８は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ２、Ａ３、Ａ４のうち出力電圧の指令値ｘ３に最も近い空間ベクトル電圧Ａ３を一次選択する。適合判定手段１９は、空間ベクトル電圧一次選択手段１８で一次選択された空間ベクトル電圧Ａ３が前回の多重変圧器の出力電圧の空間ベクトル電圧Ａ２とは異なるので、さらに、一次選択した空間ベクトル電圧Ａ３が指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ２の逆側にあるかどうかを判定する。この場合、今回の空間ベクトル電圧Ａ３は指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ２の逆側にあるので、空間ベクトル電圧選択手段１６は、一次選択した空間ベクトル電圧Ａ３を出力制御装置１７に出力する空間ベクトル電圧として選択する。
【００５０】
時点ｔ４で出力電圧の指令値Ｖｒがｘ４となると、選択候補取得手段１５は、指令値ｘ４を内部に含みその指令値ｘ４に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ２、Ａ３、Ａ４を頂点とする三角形を形成し、空間ベクトル電圧一次選択手段１８は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ２、Ａ３、Ａ４のうち出力電圧の指令値ｘ４に最も近い空間ベクトル電圧Ａ３を一次選択する。適合判定手段１９は、空間ベクトル電圧一次選択手段１８で一次選択された空間ベクトル電圧Ａ３が前回の多重変圧器の出力電圧の空間ベクトル電圧Ａ３とが同じであるので、適合判定手段１９は、その旨を空間ベクトル電圧選択手段１６に通知する。空間ベクトル電圧選択手段１６は出力制御手段１７に対して選択した空間ベクトル電圧に変更がないことを通知する。これにより出力制御装置１７は、前回の多重変圧器１２の出力電圧を維持する。
【００５１】
時点ｔ５は、時点ｔ６と同じように、今回の空間ベクトル電圧が前回の空間ベクトル電圧とが同じである場合であるので説明は省略する。
【００５２】
このように、空間ベクトル電圧一次選択手段１８は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧のうち出力電圧の指令値に最も近い空間ベクトル電圧を一次選択し、適合判定手段１９は、空間ベクトル電圧一次選択手段１８で一次選択された今回の空間ベクトル電圧が前回の空間ベクトル電圧と同じであるときは、出力制御手段１７は前回の多重変圧器１２の出力電圧を維持する。また、空間ベクトル電圧一次選択手段１８で一次選択された空間ベクトル電圧が前回の空間ベクトル電圧と異なるときは、今回の空間ベクトル電圧は指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧の逆側にあるかどうか判定し、逆側にあるときは、空間ベクトル電圧選択手段１６は、一次選択した空間ベクトル電圧を選択する。
【００５３】
次に、時点ｔ６で出力電圧の指令値Ｖｒがｘ６となると、選択候補取得手段１５は、指令値ｘ６を内部に含みその指令値ｘ６に近接する３個の空間ベクトル電圧Ａ３、Ａ４、Ａ５を頂点とする三角形を形成し、空間ベクトル電圧一次選択手段１８は、選択候補取得手段１５で取得した三角形の頂点の空間ベクトル電圧Ａ３、Ａ４、Ａ５のうち出力電圧の指令値ｘ６に最も近い空間ベクトル電圧Ａ５を一次選択する。適合判定手段１９は、空間ベクトル電圧一次選択手段１８で一次選択された空間ベクトル電圧Ａ５が前回の多重変圧器の出力電圧の空間ベクトル電圧Ａ３と異なるので、適合判定手段１９は、さらに、一次選択した空間ベクトル電圧Ａ５が指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ３の逆側にあるかどうかを判定する。この場合、今回の空間ベクトル電圧Ａ３は指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ２の逆側にはないので、空間ベクトル電圧選択手段１６は、一次選択した空間ベクトル電圧Ａ５に代えて、指令値Ｖｒを挟んで前回の空間ベクトル電圧Ａ３の逆側にある三角形の頂点Ａ４のベクトル電圧を二次選択し、出力制御装置１７に出力する。
【００５４】
以下同様にして、指令値ｘ１〜ｘ２１に対して、表３に示すような空間ベクトル電圧が選択される。
【表３】
2010193576.tif 000005
【００５５】
表３に示すように、指令値ｘ６、ｘ１３、ｘ２０の場合に、今回の空間ベクトル電圧と前回の空間ベクトル電圧とが指令値Ｖｒを挟んで逆側にない場合に相当する。その場合には、一次選択された空間ベクトル電圧に代えて、今回の空間ベクトル電圧と前回の空間ベクトル電圧とが指令値Ｖｒを挟んで逆側になる空間ベクトル電圧を選択する。
【００５６】
図１３は空間ベクトル電圧選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧の分布の一例を示す瞬時空間ベクトル図である。図１３では選択された空間ベクトル電圧を二重丸で示している。図１３に示すように、選択された空間ベクトル電圧は、出力電圧の指令値Ｖｒを挟んで交互に内側と外側から選択される。この場合には、選択した空間ベクトル電圧が指令値ｘに対して最短のものでないが、出力電圧の指令値Ｖｒを挟んで交互に空間ベクトル電圧を選択するので、平均的には出力電圧の電圧指令値Ｖｒに従った出力電圧を出力できる。
【００５７】
本発明の実施の形態によれば、出力電圧の指令値Ｖｒに近接する３個の空間ベクトル電圧を頂点とする三角形を形成し、その三角形の頂点のうち指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択するので、出力電圧の指令値の三相平衡電圧を出力するのに必要な空間ベクトル電圧を迅速に選択できる。また、空間ベクトル電圧を出力電圧の指令値Ｖｒを挟んで交互に選択した場合には、出力電圧の指令値を中心とした出力電圧が得られるので、平均的には出力電圧の指令値により近似した三相平衡電圧を得ることができる。
【符号の説明】
【００５８】
１１…三相変換器、１２…多重変圧器、１３…電力系統、１４…制御装置、１５…選択候補取得手段、１６…空間ベクトル電圧選択手段、１７…出力制御手段、１８…空間ベクトル電圧一次選択手段、１９…適合判定手段
【図１】
2010193576.tif 000006
【図２】
2010193576.tif 000007
【図３】
2010193576.tif 000008
【図４】
2010193576.tif 000009
【図５】
2010193576.tif 000010
【図６】
2010193576.tif 000011
【図７】
2010193576.tif 000012
【図８】
2010193576.tif 000013
【図９】
2010193576.tif 000014
【図１０】
2010193576.tif 000015
【図１１】
2010193576.tif 000016
【図１２】
2010193576.tif 000017
【図１３】
2010193576.tif 000018