(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得ることである。【解決手段】多重変圧器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、出力電圧の指令値ベクトルに対し所定の進み位相の電圧選択基準ベクトルを電圧選択基準ベクトル生成手段１６で生成し、空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトルと電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲にある空間ベクトル電圧を選択し、空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧のうち指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択する。そして、出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。【選択図】図１
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【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、前記出力電圧の指令値ベクトルに対し所定の進み位相の電圧選択基準ベクトルを生成する電圧選択基準ベクトル生成手段と、前記指令値ベクトルと前記電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲にある前記空間ベクトル電圧を選択する空間ベクトル電圧一次選択手段と、前記空間ベクトル電圧一次選択手段で選択した前記空間ベクトル電圧のうち前記指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択する空間ベクトル電圧二次選択手段と、前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧を出力電圧目標値として前記多重変圧器の出力電圧を制御する出力制御手段とを備えた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、前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が前記指令値の所定範囲内にあるかどうかを判定する適合判定手段を有し、前記適合判定手段が所定範囲内にあると判定したときは、前記出力制御手段はその空間ベクトル電圧を出力電圧目標値とし、前記適合判定手段が所定範囲内にないと判定したときは、前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が前記指令値の所定範囲内になるまで前記指令値の所定範囲を少しずつ大きく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】
前記所定範囲は、前記指令値に対し前記瞬時空間ベクトル上で上下限値を設定した円環状のバンド幅を前記指令値ベクトルと前記電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域であり、前記適合判定手段は前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が円弧領域内にないと判定したときは、前記上下限値を可変にして円弧領域を少しずつを大きくして前記所定範囲を少しずつ大きくすることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記適合判定手段は、前記円弧領域を予め定めた閾値の範囲内で前記上下限値を可変にして少しずつ大きくし、前記円弧領域を閾値まで大きくしても前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が前記円弧領域内にないと判定したときは、前記電圧選択基準ベクトル生成手段は前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルを発生し、前記所定範囲は、前記指令値に対し前記瞬時空間ベクトル上で上下限値を設定した円環状のバンド幅を前記指令値ベクトルと前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域として前記所定範囲を少しずつ大きくすることを特徴とする請求項３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記所定範囲は、前記指令値に対し前記瞬時空間ベクトル上で上下限値を設定した円環状のバンド幅を前記指令値ベクトルと前記電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域であり、前記適合判定手段が前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が円弧領域内にないと判定したときは、前記電圧選択基準ベクトル生成手段は前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルを発生し、前記所定範囲を、前記指令値に対し前記瞬時空間ベクトル上で上下限値を設定した円環状のバンド幅を前記指令値ベクトルと前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域として前記所定範囲を少しずつ大きくすることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記所定範囲は、前記指令値を中心とし半径が電圧選択基準ベクトルに接するまでの距離である円の進み位相方向の半円内であり、前記適合判定手段が前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が前記半円内にないと判定したときは、前記電圧選択基準ベクトル生成手段は前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルを発生し、前記適合判定手段は、前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルに対応して前記円の半径を大きくし前記所定範囲を少しずつ大きくすることを特徴とする請求項２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２】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ない。
【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、前記出力電圧の指令値ベクトルに対し所定の進み位相の電圧選択基準ベクトルを生成する電圧選択基準ベクトル生成手段と、前記指令値ベクトルと前記電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲にある前記空間ベクトル電圧を選択する空間ベクトル電圧一次選択手段と、前記空間ベクトル電圧一次選択手段で選択した前記空間ベクトル電圧のうち前記指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択する空間ベクトル電圧二次選択手段と、前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧を出力電圧目標値として前記多重変圧器の出力電圧を制御する出力制御手段とを備えたことを特徴とする。
【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、前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が前記指令値の所定範囲内にあるかどうかを判定する適合判定手段を有し、前記適合判定手段が所定範囲内にあると判定したときは、前記出力制御手段はその空間ベクトル電圧を出力電圧目標値とし、前記適合判定手段が所定範囲内にないと判定したときは、前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が前記指令値の所定範囲内になるまで前記指令値の所定範囲を少しずつ大きく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、請求項２の発明において、前記所定範囲は、前記指令値に対し前記瞬時空間ベクトル上で上下限値を設定した円環状のバンド幅を前記指令値ベクトルと前記電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域であり、前記適合判定手段は前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が円弧領域内にないと判定したときは、前記上下限値を可変にして円弧領域を少しずつを大きくして前記所定範囲を少しずつ大きくすることを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【００１４】
請求項４の発明に係わる電力変換装置は、請求項３の発明において、前記適合判定手段は、前記円弧領域を予め定めた閾値の範囲内で前記上下限値を可変にして少しずつ大きくし、前記円弧領域を閾値まで大きくしても前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が前記円弧領域内にないと判定したときは、前記電圧選択基準ベクトル生成手段は前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルを発生し、前記所定範囲は、前記指令値に対し前記瞬時空間ベクトル上で上下限値を設定した円環状のバンド幅を前記指令値ベクトルと前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域として前記所定範囲を少しずつ大きくすることを特徴とする。
【００１５】
請求項５の発明に係わる電力変換装置は、請求項２の発明において、前記所定範囲は、前記指令値に対し前記瞬時空間ベクトル上で上下限値を設定した円環状のバンド幅を前記指令値ベクトルと前記電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域であり、前記適合判定手段が前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が円弧領域内にないと判定したときは、前記電圧選択基準ベクトル生成手段は前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルを発生し、前記所定範囲を、前記指令値に対し前記瞬時空間ベクトル上で上下限値を設定した円環状のバンド幅を前記指令値ベクトルと前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域として前記所定範囲を少しずつ大きくすることを特徴とする。
【００１６】
請求項６の発明に係わる電力変換装置は、請求項２の発明において、前記所定範囲は、前記指令値を中心とし半径が電圧選択基準ベクトルに接するまでの距離である円の進み位相方向の半円内であり、前記適合判定手段が前記空間ベクトル電圧二次選択手段で選択された空間ベクトル電圧が前記半円内にないと判定したときは、前記電圧選択基準ベクトル生成手段は前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルを発生し、前記適合判定手段は、前記進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルに対応して前記円の半径を大きくし前記所定範囲を少しずつ大きくすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、出力電圧の指令値ベクトルに対し所定の進み位相の電圧選択基準ベクトルを生成し、指令値ベクトルと電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲にある瞬時空間ベクトルのうち、指令値に最も近い瞬時空間ベクトルを出力電圧目標値として多重変圧器の出力電圧を制御するので、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、指令値の近傍でしかも時間変化に伴って変化する指令値の変化方向の空間ベクトル電圧を迅速に選択できる。
【００１８】
また、瞬時空間ベクトルが指令値の所定範囲内にあるかどうかを判定し、所定範囲内にあるときは、その空間ベクトル電圧を出力電圧目標値として選択し、所定範囲内にないときは、所定範囲を少しずつ大きくし、指令値に最も近い空間ベクトル電圧が所定範囲内に入ったときは、その空間ベクトル電圧を出力電圧目標値とするので、所定の進み位相を小さく設定した場合であっても、必ず、空間ベクトル電圧を選択して出力電圧目標値を選択できる。
【００１９】
また、所定範囲を所定の進み位相方向に少しずつ大きくした場合には、指令値ベクトルの軌跡に沿った空間ベクトル電圧を選択できるので、指令値の近傍でしかも時間変化に伴って変化する指令値ベクトルの変化方向の空間ベクトル電圧を迅速に選択でき、時間が経過した場合には指令値に近い出力電圧とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係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１に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の説明図。
【図９】本発明の実施の形態に係る電力変換装置の他の一例の構成図。
【図１０】図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例１の説明図。
【図１１】図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例２の説明図。
【図１２】図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例３の説明図。
【図１３】図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例４の説明図。
【図１４】図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例５の説明図。
【図１５】図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例６の説明図。
【図１６】図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例７の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１は本発明の実施の形態に係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。
【００２２】
制御装置１４は、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。
【００２３】
すなわち、制御装置１４は、出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に対し所定の進み位相の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］を生成する電圧選択基準ベクトル生成手段１５を有し、空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧を選択し、出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧を出力電圧目標値として、３台の三相変換器１１ａ、１１ｂ、１１ｃの出力電圧がその出力電圧目標値になるように多重変圧器１２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二次選択手段１７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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
このように、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。
【００３４】
ここで、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。
【００３５】
一方、図５に示すように、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の円に近い標準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。
【００３６】
図８は、電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の説明図である。いま、出力電圧の指令値Ｖｒが位相θの指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］で与えられたとする。出力電圧の指令値Ｖｒは、平衡三相電圧を表す円形の軌跡１９を時間変化とともに矢印Ｆ方向に辿った特性で示される。
【００３７】
制御装置１４の電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に対し所定の進み位相θ１の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］を生成する。空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ８を選択する。指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］は時間変化に伴って矢印Ｆ方向に軌跡１９に沿って変化するので、選択される空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ８は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］が時間の変化に伴って変化する方向の空間ベクトル電圧である。
【００３８】
空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ８のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ１を選択する。そして、出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ１を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。従って、指令値Ｖｒの近傍でしかも時間変化に伴って変化する指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の変化方向の空間ベクトル電圧を迅速に選択できるので、指令値Ｖｒに近い空間ベクトル電圧Ａ１を出力電圧目標値にすることができる。
【００３９】
図９は本発明の実施の形態に係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、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧が指令値Ｖｒの所定範囲内にあるかどうかを判定する適合判定手段２０を設け、適合判定手段２０が所定範囲内にあると判定したときに、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力するようにしたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００４０】
この適合判定手段２０を設けたのは、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲が狭い場合、その範囲内に位置する空間ベクトル電圧であっても、指令値Ｖｒから離れた場合があるからである。空間ベクトル電圧が所定範囲内にない場合には所定範囲を少しずつ大きくし、指令値Ｖｒから離れた電圧ベクトルを選択する場合には、なるべく指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の軌跡１９に沿った空間ベクトル電圧を選択できるようにしたものである。
【００４１】
図９において、空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧のうち指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に最も近い空間ベクトル電圧を選択する。そして、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧が所定範囲内にあるかどうかを判定し、所定範囲内にあると判定したときは、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。
【００４２】
一方、適合判定手段２０は所定範囲内にないと判定したときは、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲で所定範囲を閾値の範囲内で少しずつ大きくする。所定範囲を少し大きくしても空間ベクトル電圧が所定範囲内にない場合には、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、適合判定手段２０から所定範囲内にないとの通知を受けると、所定の進み位相θ１を少し大きくした進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］を生成して空間ベクトル電圧一次選択手段１６に出力する。
【００４３】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と所定の進み位相θ１を少し大きくした進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲にある空間ベクトル電圧を選択して空間ベクトル電圧二次選択手段１７に出力する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧のうち指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択する。
【００４４】
そして、適合判定手段２０は、電圧選択基準ベクトル生成手段１５で所定の進み位相θ１を少し大きく（進み位相θ２に）したことに伴い、所定範囲も少し大きくし、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧が、その大きくした所定範囲にあるかどうかを判定し、所定範囲内にあると判定したときは、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。
【００４５】
一方、適合判定手段２０は所定範囲内にないと判定したときは、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知するとともに、さらに、所定範囲を少し大きくする。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、適合判定手段２０から所定範囲内にないとの通知を受けると、さらに、所定の進み位相θ１をさらに少しだけ大きくした進み位相θ３の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ３、θ３］を生成して空間ベクトル電圧一次選択手段１６に出力する。そして、以下同様に、空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と所定の進み位相θ１をさらに少し大きくした進み位相θ３の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ３、θ３］との位相差Δθ３の範囲にある空間ベクトル電圧を選択し、空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧のうち指令値に最も近い空間ベクトル電圧を選択する。
【００４６】
そして、適合判定手段２０は、電圧選択基準ベクトル生成手段１５で所定の進み位相θ１をさらに少し大きく（進み位相θ３に）したことに伴い、所定範囲も少し大きくし、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧が、その大きくした所定範囲にあるかどうかを判定する。
【００４７】
このように、適合判定手段２０が所定範囲内にあると判定するまで、適合判定手段２０の判定の度に、所定範囲を少しずつ大きくし、また、所定の進み位相θ１を少しずつ大きくした進み位相θｉの電圧選択基準ベクトル［Ｖｒｉ、θｉ］を生成する。従って、最終的には、必ず、空間ベクトル電圧を選択して出力電圧目標値を選択できる。
【００４８】
以上の説明では、適合判定手段２０は所定範囲内にないと判定したときは、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲で所定範囲を閾値の範囲内で少しずつ大きくし、所定範囲を少し大きくしても空間ベクトル電圧が所定範囲内にない場合に、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知するようにしたが、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲で所定範囲を少しずつ大きくすることを省略して、電圧選択基準ベクトル生成手段１５により、所定の進み位相θ１を少し大きくした進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］を生成するようにしてもよい。
【００４９】
図１０は、図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例１の説明図である。この実施例１は、適合判定手段２０が空間ベクトル電圧が所定範囲内にないと判定したときは、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲で所定範囲を予め定めた閾値の範囲内で少し大きくする場合を示している。図１０では所定範囲の閾値の範囲として１回だけ所定範囲を少し大きくする場合を示している。
【００５０】
所定範囲Ｅ１は、指令値Ｖｒに対し瞬時空間ベクトル上で上限値ＨＬ１及び下限値ＬＬ１を設定した円環状のバンド幅を指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθの範囲で区切った円弧領域であり、適合判定手段２０は空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧が円弧領域内にないと判定したときは、上下限値ＨＬ１、ＬＬ１を可変にして円弧領域を少しずつを大きくして所定範囲を少し大きくする。すなわち、上下限値ＨＬ１、ＬＬ１を上下限値ＨＬ２、ＬＬ２とし、所定範囲Ｅ１から所定範囲Ｅ２に大きくする。
【００５１】
いま、出力電圧の指令値Ｖｒが位相θの指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］で与えられたとする。出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］は、時間変化とともに矢印Ｆ方向の軌跡１９を辿って変化する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に対し所定の進み位相θ１の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］を生成する。空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ８を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ８のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ３を選択する。
【００５２】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ３が所定範囲Ｅ１内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ３は所定範囲Ｅ１内にないので、適合判定手段２０は、所定範囲Ｅ１を少し大きくした所定範囲Ｅ２とする。そして、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ３が所定範囲Ｅ２内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ３は所定範囲Ｅ２内にあるので、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ３を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ３を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。
【００５３】
従って、所定範囲内に空間ベクトル電圧がない場合であっても、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲で所定範囲を閾値の範囲内で大きくするので、大きくした所定範囲内で空間ベクトル電圧を選択することができる。また、所定範囲は１回だけ大きくした所定範囲であるので、選択された空間ベクトル電圧は指令値Ｖｒから大幅にずれたものではない。
【００５４】
図１１は、図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例２の説明図である。この実施例２は、図１０に示した実施例１に対し、所定範囲Ｅ１を所定範囲Ｅ２、Ｅ３と２回にわたって少しずつ大きくした場合を示している。図１０と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００５５】
所定範囲Ｅ１は、指令値Ｖｒに対し瞬時空間ベクトル上で上限値ＨＬ１及び下限値ＬＬ１を設定した円環状のバンド幅を指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθの範囲で区切った円弧領域であり、適合判定手段２０は空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧が円弧領域内にないと判定したときは、判定の度に、上下限値ＨＬ、ＬＬを可変にして円弧領域を少しずつを大きくして所定範囲を少しずつ大きくする。すなわち、上下限値ＨＬ１、ＬＬ１を上下限値ＨＬ２、ＬＬ２とし、所定範囲Ｅ１から所定範囲Ｅ２に大きくし、さらに、上下限値ＨＬ２、ＬＬ２を上下限値ＨＬ３、ＬＬ３とし、所定範囲Ｅ２から所定範囲Ｅ３に大きくする。
【００５６】
いま、出力電圧の指令値Ｖｒが位相θの指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］で与えられたとする。出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］は、時間変化とともに矢印Ｆ方向の軌跡１９を辿って変化する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に対し所定の進み位相θ１の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］を生成する。空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ７を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ７のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ５を選択する。
【００５７】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ５が所定範囲Ｅ１内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ５は所定範囲Ｅ１内にないので、適合判定手段２０は、所定範囲Ｅ１を少し大きくした所定範囲Ｅ２とする。そして、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ５が所定範囲Ｅ２内にあるかどうかを判定する。
【００５８】
空間ベクトル電圧Ａ５は所定範囲Ｅ２内にないので、適合判定手段２０は、所定範囲Ｅ２をさらに少し大きくした所定範囲Ｅ３とする。そして、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ５が所定範囲Ｅ３内にあるかどうかを判定する。
【００５９】
空間ベクトル電圧Ａ５は所定範囲Ｅ３内にあるので、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ５を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ５を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。
【００６０】
従って、所定範囲内に空間ベクトル電圧がない場合であっても、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲で所定範囲を閾値の範囲内で大きくするので、大きくした所定範囲内で空間ベクトル電圧を選択することができる。また、所定範囲は２回だけ大きくした所定範囲であるので、選択された空間ベクトル電圧は指令値Ｖｒから大幅にずれたものではない。
【００６１】
図１２は、図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例３の説明図である。この実施例３は、図１１に示した実施例２に対し、適合判定手段２０は、円弧領域Ｅを閾値まで大きくしても空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧が円弧領域Ｅ１〜Ｅ３内にないと判定したときは、電圧選択基準ベクトル生成手段１５は進み位相を少し大きくした電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］を発生し、円弧領域を指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相を少し大きくした電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲で区切った円弧領域として所定範囲を少し大きくしたものである。図１１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
【００６２】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ５が所定範囲Ｅ１〜Ｅ３内にあるかどうかを順次判定し、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ５が所定範囲Ｅ１〜Ｅ３内のいずれにもない場合には、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は進み位相を少し大きくした電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］を発生し、円弧領域を指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相を少し大きくした電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲で区切った円弧領域として所定範囲を大きくする。
【００６３】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ１３を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ１３のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ１１を選択する。
【００６４】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ１１が所定範囲Ｅ４内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ１１は所定範囲Ｅ４内にあるので、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ１１を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ１１を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。
【００６５】
ここで、空間ベクトル電圧Ａ１１が所定範囲Ｅ４内にない場合には、適合判定手段２０は、電圧選択基準ベクトル生成手段１５にその旨を通知し、電圧選択基準ベクトル生成手段１５はさらに進み位相を少し大きくした電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ３、θ３］を発生し、円弧領域を指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相を少し大きくした電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ３、θ３］との位相差Δθ２の範囲で区切った円弧領域として所定範囲を大きくすることになる。
【００６６】
実施例３によれば、空間ベクトル電圧が所定範囲内にない場合には所定範囲を少しずつ大きくし、指令値Ｖｒから離れた電圧ベクトルを選択する場合には、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の軌跡１９に沿った空間ベクトル電圧を選択するので、指令値Ｖｒの近傍でしかも時間変化に伴って変化する指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の変化方向の空間ベクトル電圧を迅速に選択できる。従って、時間が経過した場合には指令値Ｖｒに近い出力電圧とすることができる。
【００６７】
図１３は、図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例４の説明図である。この実施例４は、図１０に示した実施例１に対し、適合判定手段２０が空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧が円弧領域内にないと判定したときは、指令値に対する上下限値を可変にして円弧領域を少しずつを大きくして所定範囲を少しずつ大きくすることに代えて、電圧選択基準ベクトル生成手段により進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルを発生し、指令値ベクトルと進み位相を少しずつ大きくした電圧選択基準ベクトルとの位相差の範囲で区切った円弧領域を少しずつ大きくし所定範囲を少しずつ大きくするようにしたものである。
【００６８】
いま、出力電圧の指令値Ｖｒが位相θの指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］で与えられたとする。出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］は、時間変化とともに矢印Ｆ方向の軌跡１９を辿って変化する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に対し所定の進み位相θ１の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］を生成する。空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ７を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ７のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ４を選択する。
【００６９】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ４が所定範囲Ｅ１内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ４は所定範囲Ｅ１内にないので、適合判定手段２０は、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は進み位相を少し大きくした電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］を発生し、円弧領域を指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相を少し大きくした電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲で区切った円弧領域を少し大きくした所定範囲Ｅ２とする。
【００７０】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ１１を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ１１のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ８を選択する。
【００７１】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ８が所定範囲Ｅ２内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ８は所定範囲Ｅ２内にあるので、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ８を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ８を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。
【００７２】
実施例４によれば、空間ベクトル電圧が所定範囲内にない場合には、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の軌跡１９に沿った空間ベクトル電圧を選択するので、指令値Ｖｒの近傍でしかも時間変化に伴って変化する指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の変化方向の空間ベクトル電圧を迅速に選択できる。従って、時間が経過した場合には指令値Ｖｒに近い出力電圧とすることができる。
【００７３】
図１４は、図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例５の説明図である。この実施例５は、図１３に示した実施例４に対し、所定範囲Ｅ１を所定範囲Ｅ２、Ｅ３と２回にわたって少しずつ大きくした場合を示している。
【００７４】
いま、出力電圧の指令値Ｖｒが位相θの指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］で与えられたとする。出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］は、時間変化とともに矢印Ｆ方向の軌跡１９を辿って変化する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に対し所定の進み位相θ１の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］を生成し、空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ６を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ６のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ３を選択する。
【００７５】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ３が所定範囲Ｅ１内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ３は所定範囲Ｅ１内にないので、適合判定手段２０は、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知する。
【００７６】
電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、適合判定手段２０から空間ベクトル電圧Ｃ１が所定範囲Ｅ１内にないとの通知を受けると、所定の進み位相θ１を少し大きくした進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］を生成して空間ベクトル電圧一次選択手段１６に出力する。また、適合判定手段２０は、所定範囲Ｅ１を少し大きくした所定範囲Ｅ２とする。所定範囲Ｅ２は、指令値に対し瞬時空間ベクトル上で上下限値ＨＬ１、ＬＬ１を設定した円環状のバンド幅を指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲で区切った円弧領域であり、所定範囲Ｅ１よりも位相差Δθ１分だけ領域が大きくなっている。
【００７７】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ１２を選択し、空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ１２のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ７を選択する。
【００７８】
次に、適合判定手段２０は、電圧選択基準ベクトル生成手段１５で所定範囲Ｅ２内に、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ７があるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ７は所定範囲Ｅ２内にないので、適合判定手段２０は、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知するとともに、所定範囲Ｅ２をさらに少し大きくした所定範囲Ｅ３とする。
【００７９】
電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、適合判定手段２０から空間ベクトル電圧Ａ７が所定範囲Ｅ２内にないとの通知を受けると、所定の進み位相θ２をさらに少し大きくした進み位相θ３の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ３、θ３］を生成して空間ベクトル電圧一次選択手段１６に出力する。
【００８０】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相θ３の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ３、θ３］との位相差Δθ３の範囲にある空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ１７を選択し、空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧Ａ１〜Ａ１７のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ａ１５を選択する。
【００８１】
次に、適合判定手段２０は、電圧選択基準ベクトル生成手段１５で所定範囲Ｅ３内に、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ１５があるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ａ１５は所定範囲Ｅ３内にあるので、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ１５を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ａ１５を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。
【００８２】
実施例５によれば、空間ベクトル電圧が所定範囲内にない場合には、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の軌跡１９に沿った空間ベクトル電圧を選択するので、指令値Ｖｒの近傍でしかも時間変化に伴って変化する指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の変化方向の空間ベクトル電圧を迅速に選択できる。従って、時間が経過した場合には指令値Ｖｒに近い出力電圧とすることができる。
【００８３】
このように、適合判定手段２０が所定範囲Ｅｉ内にあると判定するまで、適合判定手段２０の判定の度に、所定範囲Ｅｉを少しずつ大きくし、また、所定の進み位相θ１を少しずつ大きくした進み位相θｉの電圧選択基準ベクトル［Ｖｒｉ、θｉ］を生成する。これにより、最終的には、必ず、空間ベクトル電圧を選択して出力電圧目標値を選択できる。
【００８４】
図１５は、図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例６の説明図である。この実施例６は、図１３に示した実施例４に対し、所定範囲として、指令値Ｖｒに対し瞬時空間ベクトル上で上下限値ＨＬ１、ＬＬ１を設定した円環状のバンド幅を指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］、［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ１、Δθ２の範囲で区切った円弧領域に代えて、指令値Ｖｒを中心とし半径が電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］、［Ｖｒ２、θ２］に接するまでの距離である円の進み位相方向の半円内としたものである。
【００８５】
いま、出力電圧の指令値Ｖｒが位相θの指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］で与えられたとする。出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］は、時間変化とともに矢印Ｆ方向の軌跡１９を辿って変化する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に対し所定の進み位相θ１の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］を生成する。所定範囲Ｅ１は、指令値Ｖｒを中心とし半径が電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］に接するまでの距離である円の進み位相方向の半円内である。
【００８６】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧Ｂ１〜Ｂ４を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ｂ１〜Ｂ４のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ｂ１を選択する。
【００８７】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｂ１が所定範囲Ｅ１内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ｂ１は所定範囲Ｅ１内にないので、適合判定手段２０は、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知する。
【００８８】
電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、適合判定手段２０から空間ベクトル電圧Ｂ１が所定範囲Ｅ１内にないとの通知を受けると、所定の進み位相θ１を少し大きくした進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］を生成して空間ベクトル電圧一次選択手段１６に出力する。また、適合判定手段２０は、所定範囲Ｅ１を少し大きくした所定範囲Ｅ２とする。所定範囲Ｅ２は指令値Ｖｒを中心とし半径が電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］に接するまでの距離である円の進み位相方向の半円内である。
【００８９】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲にある空間ベクトル電圧Ｂ１〜Ｂ８を選択して空間ベクトル電圧二次選択手段１７に出力する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧Ｂ１〜Ｂ８のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ｂ５を選択する。
【００９０】
次に、適合判定手段２０は、電圧選択基準ベクトル生成手段１５で所定範囲Ｅ１も少し大きくした所定範囲Ｅ２内に、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｂ５があるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ｂ５は所定範囲Ｅ２内にあるので、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｂ５を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。
【００９１】
出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｂ５を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。従って、実施例３の場合と同様に、指令値Ｖｒの近傍でしかも時間変化に伴って変化する指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の変化方向の空間ベクトル電圧を迅速に選択できるので、指令値Ｖｒに近い空間ベクトル電圧Ｂ５を出力電圧目標値にすることができる。
【００９２】
図１６は、図９に示した電力変換装置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空間ベクトル電圧を選択する場合の実施例７の説明図である。この実施例７は、図１５に示した実施例６に対し、所定範囲Ｅ１を所定範囲Ｅ２、Ｅ３と２回にわたって少しずつ大きくした場合を示している。
【００９３】
いま、出力電圧の指令値Ｖｒが位相θの指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］で与えられたとする。出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］は、時間変化とともに矢印Ｆ方向の軌跡１９を辿って変化する。電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、出力電圧の指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］に対し所定の進み位相θ１の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］を生成し、空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ１、θ１］との位相差Δθ１の範囲にある空間ベクトル電圧Ｃ１〜Ｃ４を選択する。空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択した空間ベクトル電圧Ｃ１〜Ｃ４のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ｃ１を選択する。
【００９４】
適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｃ１が所定範囲Ｅ１内にあるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ｃ１は所定範囲Ｅ１内にないので、適合判定手段２０は、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知するとともに、所定範囲Ｅ１を少し大きくした所定範囲Ｅ２とする。
【００９５】
電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、適合判定手段２０から空間ベクトル電圧Ｃ１が所定範囲Ｅ１内にないとの通知を受けると、所定の進み位相θ１を少し大きくした進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］を生成して空間ベクトル電圧一次選択手段１６に出力する。
【００９６】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相θ２の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ２、θ２］との位相差Δθ２の範囲にある空間ベクトル電圧Ｃ１〜Ｃ７を選択し、空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧Ｃ１〜Ｃ７のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ｃ１を選択する。
【００９７】
次に、適合判定手段２０は、電圧選択基準ベクトル生成手段１５で所定範囲Ｅ２内に、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｃ１があるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ｃ１は所定範囲Ｅ２内にないので、適合判定手段２０は、その旨を電圧選択基準ベクトル生成手段１５に通知するとともに、所定範囲Ｅ２をさらに少し大きくした所定範囲Ｅ３とする。
【００９８】
電圧選択基準ベクトル生成手段１５は、適合判定手段２０から空間ベクトル電圧Ｃ１が所定範囲Ｅ２内にないとの通知を受けると、所定の進み位相θ２をさらに少し大きくした進み位相θ３の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ３、θ３］を生成して空間ベクトル電圧一次選択手段１６に出力する。
【００９９】
空間ベクトル電圧一次選択手段１６は、指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］と進み位相θ３の電圧選択基準ベクトル［Ｖｒ３、θ３］との位相差Δθ３の範囲にある空間ベクトル電圧Ｃ１〜Ｃ１１を選択し、空間ベクトル電圧二次選択手段１７は、空間ベクトル電圧一次選択手段１６で選択された空間ベクトル電圧Ｃ１〜Ｃ１１のうち指令値Ｖｒに最も近い空間ベクトル電圧Ｃ８を選択する。
【０１００】
次に、適合判定手段２０は、電圧選択基準ベクトル生成手段１５で所定範囲Ｅ３内に、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｃ８があるかどうかを判定する。空間ベクトル電圧Ｃ８は所定範囲Ｅ３内にあるので、適合判定手段２０は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｃ８を出力電圧目標値として出力制御手段１８に出力する。
【０１０１】
出力制御手段１８は、空間ベクトル電圧二次選択手段１７で選択された空間ベクトル電圧Ｃ８を出力電圧目標値として多重変圧器１２の出力電圧を制御する。従って、指令値Ｖｒの近傍でしかも時間変化に伴って変化する指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の変化方向の空間ベクトル電圧を迅速に選択できるので、指令値Ｖｒに近い空間ベクトル電圧を出力電圧目標値Ｃ８にすることができる。
【０１０２】
このように、適合判定手段２０が所定範囲Ｅｉ内にあると判定するまで、適合判定手段２０の判定の度に、所定範囲Ｅｉを少しずつ大きくし、また、所定の進み位相θ１を少しずつ大きくした進み位相θｉの電圧選択基準ベクトル［Ｖｒｉ、θｉ］を生成する。従って、最終的には、必ず、空間ベクトル電圧を選択して出力電圧目標値を選択できる。
【０１０３】
本発明の実施の形態によれば、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、指令値Ｖｒの近傍で、しかも指令値ベクトル［Ｖｒ、θ］の軌跡１９に沿った空間ベクトル電圧を選択できる。従って、電力変換装置の出力電圧を指令値Ｖｒにより精度良く制御できる。
【符号の説明】
【０１０４】
１１…三相変換器、１２…多重変圧器、１３…電力系統、１４…制御装置、１５…電圧選択基準ベクトル生成手段、１６…空間ベクトル電圧一次選択手段、１７…空間ベクトル電圧二次選択手段、１８…出力制御手段、１９…軌跡、２０…適合判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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