(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の各相と回転電機の各相とを接続する複数の双方向スイッチと、
前記複数の双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記回転電機との間の電力変換制御を行う制御部と、
前記交流電源の電圧を検出する電圧検出部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数の双方向スイッチをそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子を共にオンにして前記電力変換制御を行う第１の駆動制御部と、前記複数の双方向スイッチを構成する片方向スイッチング素子のうち、前記交流電源側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにし、かつ、前記回転電機側のいずれか１組の２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにするか、いずれか２組の２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子をオンにするかを切り替えて前記電力変換制御を行う第２の駆動制御部とを有し、
前記交流電源の電圧が所定値を超える場合に、前記第１の駆動制御部によって前記電力変換制御を行い、前記交流電源の電圧が所定値以下である場合に、前記第２の駆動制御部によって前記電力変換制御を行う
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
【請求項２】
前記第２の駆動制御部は、
前記複数の双方向スイッチを構成する片方向スイッチング素子のうち、前記交流電源側から前記回転電機側へ電流を流す片方向スイッチング素子のいずれか１つまたは２つと、前記回転電機側から前記交流電源側に電流を流す片方向スイッチング素子のいずれか１つまたは２つとをオンにし、合計２個または３個の前記片方向スイッチング素子をオンにする
ことを特徴とする請求項１に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項３】
前記第２の駆動制御部は、
コンバータとインバータを備えた電流形インバータモデルにおける前記コンバータに対するスイッチ駆動信号と前記インバータに関するスイッチ駆動信号を合成して、前記片方向スイッチング素子を制御するスイッチ駆動信号を生成する
ことを特徴とする請求項２に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項４】
前記コンバータに対するスイッチ駆動信号によって１２０度通電を行い、前記インバータに対するスイッチ駆動信号によって１２０度通電の場合よりも通電の立ち上がりを早め、かつ１２０度通電の場合よりも通電の立下りを遅らせる
ことを特徴とする請求項３に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項５】
前記回転電機の各相における電流値を検出する電流検出部
を備え、
前記制御部は、
前記通電の立ち上がりの後、前記電流検出部によって検出される前記電流の絶対値が所定の閾値以下になるまで、前記通電の立下りを遅延させる
ことを特徴とする請求項４に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項６】
前記制御部は、
前記通電の立ち上がりを１２０°通電制御の場合よりも早める期間と同じ期間だけ、前記通電の立下りを前記１２０°通電制御の場合よりも遅らせる
ことを特徴とする請求項４に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項７】
前記通電の立ち上がりを１２０°通電制御の場合よりも早める期間と、前記通電の立下りを前記１２０°通電制御の場合よりも遅らせる期間とを対応付けたテーブルを備え、
前記制御部は、
前記テーブルに基づいて前記片方向スイッチング素子を制御する
ことを特徴とする請求項４に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項８】
前記電力変換部は、
複数の双方向スイッチを有する電力変換セルを直列に複数段接続して構成された電力変換セル部を前記回転電機の相毎に有する
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のマトリクスコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、マトリクスコンバータに関する。
【背景技術】
【０００２】
マトリクスコンバータは、高調波電流の抑制や回生電力の有効利用が可能であることから、新しい電力変換装置として注目されている。かかるマトリクスコンバータには、交流電源の各相と回転電機の各相とを接続する複数の双方向スイッチを備え、これらの双方向スイッチを制御して電力変換を行うものがある。
【０００３】
かかるマトリクスコンバータにおいて、交流電源が何らかの理由により低電圧となった場合に、電力変換動作を停止する技術が知られている。例えば、双方向スイッチによって交流電源の各相電圧を制御して発動機を駆動している状態で、交流電源が低電圧となった場合に、発動機への電力供給を停止させる技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２８７２００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、回転電機を負荷とするマトリクスコンバータにおいては、交流電源が低電圧になった場合でも、電力変換動作を停止させずに継続させることが望ましい。
【０００６】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、交流電源が低電圧になった場合でも、電力変換動作を継続することができるマトリクスコンバータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の一態様に係るマトリクスコンバータは、複数の双方向スイッチと、制御部とを備える。複数の双方向スイッチは、交流電源の各相と回転電機の各相とを接続する。制御部は、前記複数の双方向スイッチを制御して前記交流電源と前記回転電機との間の電力変換制御を行う。また、前記制御部は、前記複数の双方向スイッチをそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子を共にオンにして前記電力変換制御を行う第１の駆動制御部と、前記複数の双方向スイッチを構成する片方向スイッチング素子のうち、前記交流電源側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにし、かつ、前記回転電機側のいずれか１組の２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにするか、いずれか２組の２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子をオンにするかを切り替えて前記電力変換制御を行う第２の駆動制御部とを有する。
【発明の効果】
【０００８】
実施形態の一態様によれば、交流電源が低電圧になった場合でも、電力変換動作を継続することができるマトリクスコンバータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す双方向スイッチの構成例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す第２の駆動制御部の具体的構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、系統無効電流指令と系統電圧値との関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、電流形インバータモデルを示す図である。
【図６】図６は、系統位相とコンバータのスイッチ駆動信号との関係を示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る発電機パルスパターン生成器の具体的構成の一例を示す図である。
【図８】図８は、実施形態に係る中間信号と発電機位相との関係を示す図である。
【図９】図９は、実施形態に係る発電機パルスパターン生成器の動作の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、実施形態に係る発電機パルスパターン生成器によって生成されるスイッチ駆動信号のパルスパターンを示す図である。
【図１１】図１１は、図１に示す電力変換部の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、変形例１に係る第２の駆動制御部の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、変形例１に係る発電機パルスパターン生成器の構成を示す図である。
【図１４】図１４は、変形例１に係る発電機パルスパターン生成器の動作の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、変形例１に係る発電機パルスパターン生成器によって生成されるスイッチ駆動信号のパルスパターンを示す図である。
【図１６】図１６は、変形例２に係る発電機パルスパターン生成器の構成を示す図である。
【図１７】図１７は、変形例２に係るパルスパターンテーブルを示す図である。
【図１８】図１８は、変形例２に係る発電機パルスパターン生成器によって生成されるスイッチ駆動信号のパルスパターンを示す図である。
【図１９】図１９は、実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータの構成例を示す図である。
【図２０】図２０は、図１９に示す電力変換セルの具体的構成の一例を示す図である。
【図２１】図２１は、直列多重マトリクスコンバータにおける系統パルスパターン生成器、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、添付図面を参照して、本願の開示するマトリクスコンバータの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１１】
図１は、実施形態に係るマトリクスコンバータの構成例を示す図である。以下の実施形態では、交流発電機（ＡＣＧ）である回転電機の発電電力を変換して交流電源へ供給するマトリクスコンバータを例に挙げて説明するが、回転電機は交流発電機に限らず、例えば、交流電動機としてもよい。また、交流電源として電力系統（Ｇｒｉｄ）を例に挙げて説明するが、交流電源はこれに限られない。
【００１２】
図１に示すように、実施形態に係るマトリクスコンバータ１は、３相交流の電力系統２と回転電機３との間に設けられ、電力系統２と回転電機３との間の電力変換を行う。なお、以下においては、回転電機３の一例として、同期発電機を用いた場合の例を説明する。
【００１３】
回転電機３の回転軸には、回転電機３の回転位置を検出する位置検出器４が設けられており、かかる位置検出器４によって検出された回転電機３の回転位置θＧはマトリクスコンバータ１へ入力される。
【００１４】
マトリクスコンバータ１は、電力変換部１０と、ＬＣフィルタ１１と、電流検出部１２、１６と、電圧検出部１３と、停電検出部１４と、制御部１５とを備える。また、マトリクスコンバータ１は、系統側端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔおよび発電機側端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗを備え、系統側端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔに電力系統２が接続され、発電機側端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗに回転電機３が接続される。
【００１５】
電力変換部１０は、電力系統２のＲ相、Ｓ相およびＴ相の各相と回転電機３のＵ相、Ｖ相およびＷ相の各相とを接続する複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を備える。双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ３は、電力系統２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と回転電機３のＵ相とをそれぞれ接続する双方向スイッチである。双方向スイッチＳｗ４〜Ｓｗ６は、電力系統２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と回転電機３のＶ相とをそれぞれ接続する双方向スイッチである。双方向スイッチＳｗ７〜Ｓｗ９は、電力系統２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と回転電機３のＷ相とをそれぞれ接続する双方向スイッチである。
【００１６】
双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９は、例えば、図２に示すような構成を有する。図２は、各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９の構成例を示す図である。図２に示すように、各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９は、片方向スイッチング素子３１とダイオード３３とによる直列接続体と、片方向スイッチング素子３２とダイオード３４とによる直列接続体とが、逆方向に並列に接続されて構成される。
【００１７】
片方向スイッチング素子３１、３２は、例えば、ＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体素子が用いられる。双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２を個別にオン／オフすることで、通電方向を制御することができる。
【００１８】
なお、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９は、図２に示す構成に限られない。例えば、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９は、片方向スイッチング素子３１、３２をそれぞれ逆阻止型のスイッチング素子とし、これらのスイッチング素子を互いに逆方向に並列接続した構成でもよく、また、後述する図１１に示す構成であってもよい。
【００１９】
ＬＣフィルタ１１は、電力系統２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と電力変換部１０との間に設けられ、電力変換部１０から電力系統２へのノイズの影響を抑制する。具体的には、ＬＣフィルタ１１は、３つのリアクトルと３つのコンデンサによって構成され、電力変換部１０を構成する双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９のスイッチングに起因する高周波成分（ＰＷＭ成分）を除去する。これにより、電力変換部１０によって発生する高周波成分の電力系統２への出力を抑制することができる。なお、ＬＣフィルタ１１は、図１に示す構成に限定するものではなく、例えば、リアクトルを設けない構成でもよい。
【００２０】
なお、３つのリアクトルの一端は、電力系統２のＲ相、Ｓ相およびＴ相に接続され、３つのリアクトルの他端は、電力変換部１０に接続される。また、３つコンデンサは、異なる２つのリアクトルの他端間に接続される。
【００２１】
電流検出部１２は、電力系統２とＬＣフィルタ１１との間に設けられ、電力系統２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相とＬＣフィルタ１１との間に流れる電流の電流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ（以下、「系統相電流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ」と記載する）を検出する。
【００２２】
一方、電流検出部１６は、回転電機３と電力変換部１０との間に設けられ、回転電機３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各相と電力変換部１０との間に流れる電流の電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（以下、「発電機電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ」と記載する）を検出する。なお、電流検出部１２、１６は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する電流センサである。
【００２３】
電圧検出部１３は、電力系統２とＬＣフィルタ１１との間に設けられ、電力系統２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の瞬時電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ（以下、「系統相電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ」と記載する）を検出する。
【００２４】
停電検出部１４は、系統電圧の実効電圧値Ｖａ（以下、系統電圧値Ｖａと記載する）が電圧値Ｖ１以下であるか否かを検出する。停電検出部１４は、系統電圧値Ｖａが電圧値Ｖ１以下である場合には、電力系統２が停電したと判定してＨｉｇｈレベルの停電検出信号Ｓｄを出力する。一方、停電検出部１４は、系統電圧値Ｖａが電圧値Ｖ１を超える場合には、電力系統２が停電していないと判定してＬｏｗレベルの停電検出信号Ｓｄを出力する。
【００２５】
停電検出部１４は、系統相電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、α軸方向の系統電圧値Ｖαとβ軸方向の系統電圧値Ｖβとを求める。そして、停電検出部１４は、系統電圧値Ｖα、Ｖβの自乗和平方根（＝√（Ｖα２＋Ｖβ２））を演算し、演算結果を系統電圧値Ｖａとする。
【００２６】
制御部１５は、第１の駆動制御部２０と、第２の駆動制御部２１と、切替部２２とを備える。第１の駆動制御部２０は、回転電機３の発生するトルク量を指示するトルク指令に基づいて電圧指令を生成し、公知のマトリクスコンバータのＰＷＭ制御方法によって電圧指令に応じた電圧を回転電機３に出力するためのスイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成して電力変換部１０へ出力する。
【００２７】
なお、電圧指令は、トルク指令に基づいて公知の同期発電機のベクトル制御則によって生成される。また、スイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８によって、電力変換部１０は、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子３１、３２を共にオンにしつつ、電圧指令に応じた電圧をＰＷＭ制御により出力し、流れる電流の大きさや通電方向が出力電圧と発電電圧の関係で決まる電力変換を行う。
【００２８】
第２の駆動制御部２１は、系統相電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ、系統相電流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ、および発電機電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子３１、３２の一部をオンにして電力変換制御を行う。
【００２９】
複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子３１、３２の一部をオンにすることで、通電方向を制御することができる。これにより、電力系統２の電圧が回転電機３の電圧よりも極端に低い停電のような場合であっても、回転電機３と電力系統２の間に大電流が流れ続けることを避け、電流制御を行いつつ電力変換動作を行うことができる。
【００３０】
例えば、第２の駆動制御部２１は、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２のうち、電力系統２側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにする。また、第２の駆動制御部２１は、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２のうち、回転電機３側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにする。かかる制御によって、電力系統２のどれか２つの相の間および回転電機３のどれか２つの相の間に電流を流し続けることができる。
【００３１】
切替部２２は、停電検出部１４から出力される停電検出信号Ｓｄに基づいて、電力変換部１０へ出力するスイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８を選択して出力する。具体的には、切替部２２は、停電検出部１４から出力される停電検出信号ＳｄがＬｏｗレベルである場合、第１の駆動制御部２０によって生成されるスイッチ駆動信号Ｓａ１〜Ｓａ１８をスイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８として出力する。
【００３２】
一方、切替部２２は、停電検出部１４から出力される停電検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルである場合、第２の駆動制御部２１によって生成されるスイッチ駆動信号Ｓｂ１〜Ｓｂ１８をスイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８として出力する。
【００３３】
したがって、電力系統２が低電圧になった場合に、第２の駆動制御部２１によって生成されるスイッチ駆動信号Ｓｂ１〜Ｓｂ１８によって、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子３１、３２の一部をオンにする電力変換制御を行う。これにより、電力系統２が低電圧になった場合でも、電力変換動作を継続することができる。
【００３４】
以下、第２の駆動制御部２１の具体的構成の一例について具体的に説明する。図３は、第２の駆動制御部２１の具体的構成の一例を示す図である。図３に示すように、第２の駆動制御部２１は、有効電流補償部４１と、無効電流補償部４２と、パルスパターン生成部４３とを備える。
【００３５】
まず、有効電流補償部４１について説明する。有効電流補償部４１は、ＰＱ変換器５１と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５２と、系統有効電流指令器５３と、減算器５４と、系統有効電流制御器５５とを備える。かかる有効電流補償部４１は、系統有効電流値が系統有効電流指令ＩＰｒｅｆと一致するように、系統位相補償値ｄθｒｓｔを生成し、生成した系統位相補償値ｄθｒｓｔをパルスパターン生成部４３へ出力する。
【００３６】
ＰＱ変換器５１は、系統相電流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、α軸方向の系統電流値Ｉαとβ軸方向の系統電流値Ｉβとを求める。さらに、ＰＱ変換器５１は、αβ軸座標系の成分を、電力系統２の電圧位相θｒｓｔ（以下、「系統位相θｒｓｔ」と記載する）に応じて回転する回転座標系の成分へ変換することによって、系統有効電流ＩＰと系統無効電流ＩＱとを求める。
【００３７】
ＰＱ変換器５１は、例えば、下記式（１）の演算を行うことで、系統有効電流ＩＰと系統無効電流ＩＱとを求める。
【数１】
0005569583.tif 000002
【００３８】
ＬＰＦ５２は、系統有効電流ＩＰから高周波成分を除去して減算器５４へ出力する。
【００３９】
減算器５４は、系統有効電流指令器５３から出力される系統有効電流指令ＩＰｒｅｆからＬＰＦ５２の出力を減算することによって、系統有効電流指令ＩＰｒｅｆと系統有効電流ＩＰとの偏差である系統有効電流偏差を演算し、系統有効電流制御器５５へ出力する。
【００４０】
系統有効電流制御器５５は、例えば、ＰＩ（比例積分）制御器から構成され、系統有効電流偏差がゼロとなるように比例積分演算を行うことによって、系統位相補償値ｄθｒｓｔを生成する。ここでは、系統有効電流指令ＩＰｒｅｆは、ゼロに設定されており、系統有効電流制御器５５は、系統有効電流ＩＰがゼロとなるように系統位相補償値ｄθｒｓｔを生成する。
【００４１】
次に、無効電流補償部４２について説明する。無効電流補償部４２は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）６１と、系統無効電流指令器６２と、減算器６３と、系統無効電流制御器６４とを備える。かかる無効電流補償部４２は、系統無効電流値が系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと一致するように、発電機位相補正値ｄθｕｖｗを生成し、生成した発電機位相補正値ｄθｕｖｗをパルスパターン生成部４３へ出力する。
【００４２】
減算器６３は、系統無効電流指令器６２から出力される系統無効電流指令ＩＱｒｅｆからＬＰＦ６１の出力を減算することによって、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと系統無効電流ＩＱとの偏差である系統無効電流偏差を演算し、系統無効電流制御器６４へ出力する。
【００４３】
系統無効電流制御器６４は、例えば、ＰＩ制御器から構成され、系統無効電流偏差がゼロとなるように比例積分演算を行うことによって、発電機位相補正値ｄθｕｖｗを生成する。系統無効電流指令ＩＱｒｅｆは、例えば、系統電圧値Ｖａに応じた値とすることができる。
【００４４】
図４は、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと系統電圧値Ｖａとの関係の一例を示す図である。図４に示すように、系統無効電流指令器６２は、系統電圧値Ｖａが第２閾値である電圧値Ｖ２を超え、かつ第１閾値である電圧値Ｖ１以下の領域では、系統電圧値Ｖａの増加に伴い直線的に値が減少する系統無効電流指令ＩＱｒｅｆを生成する。
【００４５】
また、系統無効電流指令器６２は、系統電圧値Ｖａが第２閾値である電圧値Ｖ２以下の場合に、最大値となり、第１閾値である電圧値Ｖ１を超える領域では、ゼロ値となる系統無効電流指令ＩＱｒｅｆを生成する。なお、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと系統電圧値Ｖａとの関係は、図４に示す例に限定するものではなく、異なる関係であってもよい。
【００４６】
次に、図３に示すパルスパターン生成部４３について説明する。パルスパターン生成部４３は、系統相電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ、回転位置θＧ、系統位相補償値ｄθｒｓｔ、発電機位相補正値ｄθｕｖｗ、停電検出信号Ｓｄ、発電機電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づき、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を駆動するスイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。
【００４７】
パルスパターン生成部４３は、系統周波数検出器７０と、保持器７１と、積分器７２と、加算器７３と、発電機位相生成器７４と、加算器７５と、制限器７５ａとを備える。また、パルスパターン生成部４３は、系統パルスパターン生成器７６と、発電機パルスパターン生成器７７と、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８と、ＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９とを備える。
【００４８】
系統周波数検出器７０は、例えば、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ  Ｌｏｃｋｅｄ  Ｌｏｏｐ）であり、系統相電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔに基づき、電力系統２の電圧周波数と同期した系統周波数ｆｒｓｔを出力する。
【００４９】
保持器７１は、停電検出信号ＳｄがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化したタイミングで、系統周波数検出器７０から出力される系統周波数ｆｒｓｔを保持し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化したタイミングで、系統周波数ｆｒｓｔの保持を解除する。
【００５０】
積分器７２は、保持器７１から出力される系統周波数ｆｒｓｔを積分し、系統位相θｒｓｔを生成し、有効電流補償部４１および加算器７３へ出力する。加算器７３は、系統位相θｒｓｔに系統位相補償値ｄθｒｓｔを加算して系統補正位相θｒｓｔ’を生成し、生成した系統補正位相θｒｓｔ’を系統パルスパターン生成器７６へ出力する。
【００５１】
発電機位相生成器７４は、回転位置θＧに回転電機３の極対数を掛け算することにより、発電機位相θｕｖｗを生成し、加算器７５へ出力する。制限器７５ａは、無効電流補償部４２から入力される発電機位相補正値ｄθｕｖｗを３０°未満の値に制限して加算器７５へ出力する。加算器７５は、発電機位相θｕｖｗに発電機位相補正値ｄθｕｖｗを加算して発電機補正位相θｕｖｗ’を生成し、生成した発電機補正位相θｕｖｗ’を発電機パルスパターン生成器７７へ出力する。
【００５２】
パルスパターン生成部４３は、図５に示す電流形インバータモデルを用いてスイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。図５は、電流形インバータモデルを示す図である。
【００５３】
図５に示す電流形インバータモデル８０は、コンバータ８１とインバータ８２を備えるモデルである。コンバータ８１は、電力系統２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相にフルブリッジ接続された複数のスイッチング素子から構成される。かかるコンバータ８１の各スイッチング素子は、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ、Ｓｓｐ、Ｓｔｐ、Ｓｒｎ、Ｓｓｎ、Ｓｔｎ（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎ」と記載する）によって駆動される。
【００５４】
インバータ８２は、回転電機３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相にフルブリッジ接続された複数のスイッチング素子から構成される。かかるインバータ８２の各スイッチング素子は、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎ（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎ」と記載する）によって駆動される。
【００５５】
系統パルスパターン生成器７６は、系統位相θｒｓｔに対して１２０°通電の電流を流すコンバータ８１のスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎのパターンを有しており、系統補正位相θｒｓｔ’に応じてスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎを生成する。図６は、系統位相θｒｓｔとスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎとの関係を示す図であり、系統位相θｒｓｔに対して９０°進んだ１２０°通電の電流を流すための両者の関係を表すものである。
【００５６】
系統補正位相θｒｓｔ’は、系統有効電流ＩＰがゼロとなるように求められた系統位相補償値ｄθｒｓｔが系統位相θｒｓｔに加算されて生成される。そのため、系統パルスパターン生成器７６は、系統補正位相θｒｓｔ’に基づき、図６に示すようにスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎを生成することにより、電力系統２側に９０°進みでかつ系統有効電流ＩＰがゼロである無効電流を流すことができる。
【００５７】
系統パルスパターン生成器７６は、電力系統２側のいずれか２つの相の間に電流を流すスイッチング素子を常にオンにするようにスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎを生成する。例えば、０°≦θｒｓｔ＜３０°、３３０°≦θｒｓｔ＜３６０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｔｎ、ＳｓｐがＨｉｇｈレベルであり、その他はＬｏｗレベルである。これにより、Ｔ相とＳ相との間に電流が流れる。
【００５８】
同様に、３０°≦θｒｓｔ＜９０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ、ＳｓｐがＨｉｇｈレベルであり、Ｒ相とＳ相との間に電流が流れる。９０°≦θｒｓｔ＜１５０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ、ＳｔｐがＨｉｇｈレベルであり、Ｒ相とＴ相との間に電流が流れる。１５０°≦θｒｓｔ＜２１０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｓｎ、ＳｔｐがＨｉｇｈレベルであり、Ｓ相とＴ相との間に電流が流れる。
【００５９】
２１０°≦θｒｓｔ＜２７０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｓｎ、ＳｒｐがＨｉｇｈレベルであり、Ｓ相とＲ相との間に電流が流れる。２７０°≦θｒｓｔ＜３３０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｔｎ、ＳｒｐがＨｉｇｈレベルであり、Ｔ相とＲ相との間に電流が流れる。このように、系統パルスパターン生成器７６は、系統位相θｒｓｔに対して９０°進んだ位相の電流が流れるようにパルスパターンを生成する。
【００６０】
発電機パルスパターン生成器７７は、発電機補正位相θｕｖｗ’および発電機電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに応じたスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを生成する。ここで、図７〜図１０を参照し、発電機パルスパターン生成器７７の構成および動作の一例について説明する。
【００６１】
図７は、実施形態に係る発電機パルスパターン生成器７７の具体的構成の一例を示す図であり、図８は、実施形態に係る中間信号Ｓｕｐ’〜Ｓｗｎ’と発電機位相θｕｖｗとの関係を示す図である。また、図９は、実施形態に係る発電機パルスパターン生成器７７の動作の一例を示す図であり、図１０は、実施形態に係る発電機パルスパターン生成器７７によって生成されるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎのパルスパターンを示す図である。
【００６２】
図７に示すように、発電機パルスパターン生成器７７は、位相シフト器７７１、７７２と、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａと、Ｖ相用パルスパターン生成器９０ｂと、Ｗ相用パルスパターン生成器９０ｃとを備える。
【００６３】
位相シフト器７７１は、加算器７５（図３参照）から入力される発電機補正位相θｕｖｗ’から１２０°の位相を減算してＶ相用パルスパターン生成器９０ｂへ出力する。また、位相シフト器７７２は、加算器７５から入力される発電機補正位相θｕｖｗ’ から２４０°の位相を減算してＷ相用パルスパターン生成器９０ｃへ出力する。なお、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａには、加算器７５から発電機補正位相θｕｖｗ’が入力される。
【００６４】
また、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａには、発電機電流値Ｉｕが入力され、Ｖ相用パルスパターン生成器９０ｂには、発電機電流値Ｉｖが入力され、Ｗ相用パルスパターン生成器９０ｃには、発電機電流値Ｉｗが入力される。
【００６５】
Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａは、回転電機３のＵ相へ流す電流を制御するためのスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎを生成してＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９（図３参照）へ出力する。
【００６６】
Ｖ相用パルスパターン生成器９０ｂは、回転電機３のＶ相へ流す電流を制御するためのスイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎを生成してＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９（図３参照）へ出力する。スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎは、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎよりも１２０°位相が遅れた信号である。
【００６７】
Ｗ相用パルスパターン生成器９０ｃは、回転電機３のＷ相へ流す電流を制御するためのスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎを生成してＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９（図３参照）へ出力する。スイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎは、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎよりも２４０°位相が遅れた信号である。
【００６８】
なお、Ｖ相用パルスパターン生成器９０ｂおよびＷ相用パルスパターン生成器９０ｃの構成は、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａと同一である。このため、ここでは、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａの構成および動作について詳細に説明する。そして、Ｖ相用パルスパターン生成器９０ｂおよびＷ相用パルスパターン生成器９０ｃについては、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａの構成要素と同一の符号を付して簡単に説明する。なお、以下では、回転電機３から電力変換部１０へ向けて流れる電流の向きを「正」とし、電力変換部１０から回転電機３へ向けて流れる電流の向きを「負」として説明する。
【００６９】
Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａは、回転電機３のＵ相に電流が流れている状態で、Ｕ相における電流の流れを遮断するスイッチング制御が行われることによるサージ電圧の発生を抑制するようなスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎのパルスパターンを生成する。
【００７０】
かかるＵ相用パルスパターン生成器９０ａは、正方向電流パルスパターン生成器９１ｐと、負方向電流パルスパターン生成器９１ｎと、比較器９２ｐ、９２ｎと、サージ抑制パルスパターン生成器９３ｐ、９３ｎとを備える。
【００７１】
正方向電流パルスパターン生成器９１ｐは、回転電機３のＵ相に正方向へ電流を流す位相の範囲で、発電機補正位相θｕｖｗ’に応じた中間信号Ｓｕｐ’を生成してサージ抑制パルスパターン生成器９３ｐへ出力する。また、負方向電流パルスパターン生成器９１ｎは、回転電機３のＵ相に「負」の方向へ電流を流す位相の範囲で、発電機補正位相θｕｖｗ’に応じた中間信号Ｓｕｎ’を生成してサージ抑制パルスパターン生成器９３ｎへ出力する。
【００７２】
正方向電流パルスパターン生成器９１ｐは、回転電機３のＵ相に対して位相が９０°遅れた１２０°通電の電流のうち正方向の電流を流す位相範囲のパルスパターンとなる中間信号Ｓｕｐ’のパターンを有し、発電機補正位相θｕｖｗ’に応じて位相がシフトされた中間信号Ｓｕｐ’を出力する。負方向電流パルスパターン生成器９１ｎは、回転電機３のＵ相に対して位相が９０°遅れた１２０°通電の電流のうち負方向の電流を流す位相範囲のパルスパターンとなる中間信号Ｓｕｎ’のパターンを有し、発電機補正位相θｕｖｗ’に応じて位相がシフトされた中間信号Ｓｕｎ’を出力する。
【００７３】
発電機補正位相θｕｖｗ’は、偏差である系統無効電流偏差がゼロとなるように求められた発電機位相補正値ｄθｕｖｗが発電機位相θｕｖｗに加算されて求められる。そのため、正方向電流パルスパターン生成器９１ｐは、発電機補正位相θｕｖｗ’を基準とすることで、図８に示すように、回転電機３のＵ相、Ｖ相およびＷ相の電圧Ｖｕ、Ｖｖ、Ｖｗに対して、９０°−ｄθｕｖｗ遅れた電流が流れるように、中間信号Ｓｕｐ’を出力する。また、負方向電流パルスパターン生成器９１ｎは、正方向電流パルスパターン生成器９１ｐから出力される中間信号Ｓｕｐ’に対して１８０°位相が遅れた中間信号Ｓｕｎ’を出力する。これにより、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと等しい大きさの無効電流を電力系統２側に流すことができる。
【００７４】
比較器９２ｐは、電流検出部１６（図１参照）から入力されるＵ相の発電機電流値Ｉｕと所定の閾値ｔｈｐとを比較する。なお、ここでは、閾値ｔｈｐの値を「０」とする。かかる比較器９２ｐは、発電機電流値Ｉｕが閾値ｔｈｐ以上の場合に、Ｈｉｇｈレベルとなり、発電機電流値Ｉｕが閾値ｔｈｐ未満の場合に、Ｌｏｗレベルの参照信号Ｉｕｐ＿ｄｉｒをサージ抑制パルスパターン生成器９３ｐへ出力する。
【００７５】
一方、比較器９２ｎは、電流検出部１６（図１参照）から入力されるＵ相の発電機電流値Ｉｕと所定の閾値ｔｈｎとを比較する。なお、ここでは、閾値ｔｈｎの値を「０」とする。かかる比較器９２ｎは、発電機電流値Ｉｕが閾値ｔｈｎを下回る場合に、Ｈｉｇｈレベルとなり、発電機電流値Ｉｕが閾値ｔｈｎ以上の場合に、Ｌｏｗレベルの参照信号Ｉｕｎ＿ｄｉｒをサージ抑制パルスパターン生成器９３ｎへ出力する。
【００７６】
サージ抑制パルスパターン生成器９３ｐは、図９に示すように、中間信号Ｓｕｐ’がＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替わったタイミングで、ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルへ切り替わるスイッチ駆動信号Ｓｕｐのパルスパターンを生成する。その後、サージ抑制パルスパターン生成器９３ｐは、中間信号Ｓｕｐ’がＬｏｗレベルへ切り替わった場合に、参照信号Ｉｕｐ＿ｄｉｒを参照する。
【００７７】
そして、サージ抑制パルスパターン生成器９３ｐは、参照信号Ｉｕｐ＿ｄｉｒがＨｉｇｈレベルであった場合、つまり、中間信号Ｓｕｐ’がＬｏｗレベルになったタイミングでＵ相に正方向の電流が流れていた場合、スイッチ駆動信号ＳｕｐをＨｉｇｈレベルに保持する。
【００７８】
その後、サージ抑制パルスパターン生成器９３ｐは、参照信号Ｉｕｐ＿ｄｉｒがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに切り替わったタイミングで、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り替わるスイッチ駆動信号Ｓｕｐのパルスパターンを生成する。
【００７９】
なお、サージ抑制パルスパターン生成器９３ｐは、中間信号Ｓｕｐ’がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへ切り替わったタイミングで、参照信号Ｉｕｐ＿ｄｉｒがＬｏｗレベルであれば、無条件でＬｏｗレベルとなるスイッチ駆動信号Ｓｕｐのパルスパターンを生成する。
【００８０】
一方、中間信号Ｓｕｎ’および参照信号Ｉｕｎ＿ｄｉｒが入力されるサージ抑制パルスパターン生成器９３ｎは、サージ抑制パルスパターン生成器９３ｐと同様の動作を行うことによってスイッチ駆動信号Ｓｕｎのパルスパターンを生成する。
【００８１】
つまり、サージ抑制パルスパターン生成器９３ｎは、中間信号Ｓｕｎ’がＨｉｇｈレベルへ切り替わるタイミングでＨｉｇｈレベルへ切り替わり、Ｕ相に負方向の電流が流れなくなったタイミングでＬｏｗレベルへ切り替わるスイッチ駆動信号Ｓｕｎを生成する。
【００８２】
こうして、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａは、図１０に示すように、スイッチ駆動信号Ｓｕｐと、スイッチ駆動信号Ｓｕｐよりも位相が１８０°遅れたスイッチ駆動信号Ｓｕｎを生成する。
【００８３】
かかるＵ相用パルスパターン生成器９０ａによれば、回転電機３のＵ相に正方向または負方向の電流が流れている状態で、Ｕ相の電流を遮断するスイッチング制御が行われることを防止することで、電流の遮断に起因したサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００８４】
なお、ここでは、所定の閾値ｔｈｐ、ｔｈｎを「０」としたが、閾値ｔｈｐは、電力変換部１０に対して影響を与えない範囲のサージ電圧を抑制可能な正の値であってもよい。また、閾値ｔｈｎは、サージ電圧の発生を抑制可能な負の値であってもよい。
【００８５】
Ｖ相用パルスパターン生成器９０ｂは、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａと同様の動作を行うことで、図１０に示すスイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎを生成する。Ｗ相用パルスパターン生成器９０ｃは、Ｕ相用パルスパターン生成器９０ａと同様の動作を行うことで、図１０に示すスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎを生成する。
【００８６】
このように、発電機パルスパターン生成器７７は、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜ＳｗｎをＨｉｇｈレベルにするタイミングを、発電機電圧位相θｕｖｗに対し９０°遅れた１２０°通電制御のパルスパターンよりも早める。
【００８７】
しかも、発電機パルスパターン生成器７７は、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜ＳｗｎをＨｉｇｈレベルにした後、発電機電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗの絶対値が所定の閾値ｔｈｐ、ｔｈｎ以下になるまで、Ｌｏｗレベルにするタイミングを遅延させる。これにより、電流遮断に起因したサージ電圧の発生を抑制することができる。
【００８８】
また、パルスパターン生成部４３では、前述したように、制限器７５ａ（図３参照）によって加算器７５へ出力する発電機位相補正値ｄθｕｖｗが３０°未満の値に制限される。これにより、図１０に示すスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎが同時にＨｉｇｈレベルになることがなく、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎが同時にＨｉｇｈレベルになることがなく、スイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎが同時にＨｉｇｈレベルになることがない。
【００８９】
また、発電機パルスパターン生成器７７は、図１０に示すスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを出力することで、回転電機３側のいずれか２つの相の間に電流を流すスイッチング素子を常にオンにする。例えば、図１０に示すように、０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜３０°、３３０°≦θＲＳＴ＜３６０°の範囲にある場合、３つのスイッチ駆動信号の状態が存在する。１つの状態はスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであり、その他はＬｏｗレベルである。もう１つ状態はスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであり、その他はＬｏｗレベルである。さらに１つスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｗｐ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであり、その他はＬｏｗレベルである。これらの状態では、Ｗ相とＵ相の間およびＷ相とＶ相の間に電流が流れるか、Ｗ相とＶ相との間に電流が流れるか、Ｕ相とＶ相の間およびＷ相とＶ相の間に電流が流れるかのいずれかである。
【００９０】
同様に、３０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜９０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｗｐ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｎ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであるかのいずれかであり、それぞれＵ相とＶ相との間およびＷ相とＶ相との間、Ｕ相とＶ相との間、Ｕ相とＶ相との間およびＵ相とＷ相との間に電流が流れる。９０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜１５０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｎ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであるかのいずれかであり、それぞれＵ相とＶ相の間およびＵ相とＷ相の間、Ｕ相とＷ相との間、Ｕ相とＷ相の間およびＶ相とＷ相の間に電流が流れる。１５０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜２１０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｕｎ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであるかのいずれかであり、それぞれＵ相とＷ相の間およびＶ相とＷ相の間、Ｖ相とＷ相との間、Ｖ相とＵ相の間およびＶ相とＷ相の間に電流が流れる。
【００９１】
２１０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜２７０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｕｎ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルであるかのいずれかであり、それぞれＶ相とＵ相の間およびＶ相とＷ相の間、Ｖ相とＵ相との間、Ｖ相とＵ相の間およびＷ相とＵ相の間に電流が流れる。２７０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜３３０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｗｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルであるか、スイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであるかのいずれかであり、それぞれＶ相とＵ相の間およびＷ相とＵ相の間、Ｗ相とＵ相との間、Ｗ相とＵ相の間およびＷ相とＶ相の間に電流が流れる。
【００９２】
ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８は、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ、Ｓｓｎ、Ｓｔｎ、Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐに基づき、下記式（２）を用いて、スイッチ駆動信号Ｓｕｒ、Ｓｕｓ、Ｓｕｔ、Ｓｖｒ、Ｓｖｓ、Ｓｖｔ、Ｓｗｒ、Ｓｗｓ、Ｓｗｔを生成する。
【数２】
0005569583.tif 000003
【００９３】
上記式（２）において、スイッチ駆動信号Ｓｕｒ、Ｓｕｓ、Ｓｕｔ、Ｓｖｒ、Ｓｖｓ、Ｓｖｔ、Ｓｗｒ、Ｓｗｓ、Ｓｗｔは、図１１に示すように、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９のうち、回転電機３側から電力系統２へ電流を流す片方向スイッチング素子３１、３２を駆動する信号である。図１１は、電力変換部１０の構成例を示す図である。なお、図１１に示す電力変換部１０の構成例では、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９の構成が図２に示す例とは異なる。すなわち、図１１に示す双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９は、図２に示す双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９における片方向スイッチング素子３１、３２のコレクタ、ダイオード３３、３４を共通に接続した構成である。かかる接続構成であっても、図１１に示す双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９の動作は図２に示す双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９の動作と変わらない。
【００９４】
ＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９は、スイッチ駆動信号Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎ、Ｓｒｐ、Ｓｓｐ、Ｓｔｐに基づき、下記式（３）を用いて、スイッチ駆動信号Ｓｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗを生成する。
【数３】
0005569583.tif 000004
【００９５】
上記式（３）において、スイッチ駆動信号Ｓｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗは、図１１に示すように、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９のうち電力系統２側から回転電機３側へ電流を流す片方向スイッチング素子３１、３２を駆動する信号である。
【００９６】
このように生成されたスイッチ駆動信号Ｓｕｒ、Ｓｒｕ、Ｓｕｓ、Ｓｓｕ、Ｓｕｔ、Ｓｔｕ、Ｓｖｒ、Ｓｒｖ、Ｓｖｓ、Ｓｓｖ、Ｓｖｔ、Ｓｔｖ、Ｓｗｒ、Ｓｒｗ、Ｓｗｓ、Ｓｓｗ、Ｓｗｔ、Ｓｔｗは、スイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８として、図１１に示す対応関係にて、パルスパターン生成部４３から電力変換部１０へ出力される。
【００９７】
これにより、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２のうち、電力系統２側のいずれか２つの相の間に電流を流し、かつ、回転電機３側のいずれか１組の２つの相の間、またはいずれか２組の２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子が常にオンにされる。
【００９８】
なお、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ、Ｓｓｎ、Ｓｔｎのいずれか１つまたは２つがＨｉｇｈレベルとなり、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐのいずれか１つが常にＨｉｇｈレベルとなる。そのため、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２のうち、電力系統２側から回転電機３側へ電流を流す片方向スイッチング素子のいずれか１つまたは２つがオンになる。
【００９９】
また、スイッチ駆動信号Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎのいずれか１つまたは２つがＨｉｇｈレベルとなり、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ、Ｓｓｐ、Ｓｔｐのいずれか１つがＨｉｇｈレベルとなる。そのため、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２のうち、回転電機３側から電力系統２側に電流を流す片方向スイッチング素子のいずれか１つまたは２つがオンになる。
【０１００】
さらに、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎはいずれか２つがＨｉｇｈレベルとなるか、いずれか３つがＨｉｇｈレベルになるかのいずれかである。そのため、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２についても、いずれか２つがオンするか、いずれか３つがオンするかのどちらかである。
【０１０１】
以上のように、本実施形態に係るマトリクスコンバータ１の制御部１５は、第１の駆動制御部２０と、第２の駆動制御部２１とを備える。第１の駆動制御部２０は、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子３１、３２を共にオンにして行う電圧制御により電力変換を行う。一方、第２の駆動制御部２１は、複数の双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子３１、３２の一部をオンにして行う電流制御によって電力変換を行う。
【０１０２】
そして、マトリクスコンバータ１は、電力系統２の電圧が所定値を超える場合に、第１の駆動制御部２０によって電力変換制御を行い、電力系統２の電圧が所定値以下である場合に、第２の駆動制御部２１によって電力変換制御を行う。これにより、マトリクスコンバータ１は、電力系統２が低電圧になった場合でも、電力系統２側に無効電流を流しながら電力変換動作を継続することができる。
【０１０３】
さらに、マトリクスコンバータ１は、片方向スイッチング素子３１、３２をオンにするタイミングを発電位相θｕｖｗから９０°遅れた１２０°通電制御のパルスパターンよりも早め、かつ、片方向スイッチング素子３１、３２をオンにする期間を１２０°通電制御の場合より長くする。これにより、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと等しい大きさの無効電流を電力系統２に流し、かつ電力変換部１０に対するサージ電圧の影響を抑制することができる。
【０１０４】
また、マトリクスコンバータ１は、回転電機３の各相における電流値を検出する電流検出部１６を備え、片方向スイッチング素子３１、３２をオンにした後、電流検出部１６によって検出される電流の絶対値が所定の閾値以下になるまで、片方向スイッチング素子３１、３２をオフにするタイミングを遅延させる。これにより、回転電機３の各相に電流が流れている状態で、片方向スイッチング素子３１、３２がオフされることを防止して、サージ電圧の発生をより確実に抑制することができる。
【０１０５】
発電システムでは、電力系統２が停電などにより低電圧になった場合に、電力系統２へ無効電力を供給することが要求される場合があり、本実施形態に係るマトリクスコンバータ１は、かかる要求に適切に対応することが可能となる。
【０１０６】
なお、電力系統２の管理者側から無効電力の大きさを規定する系統無効電流指令ＩＱｒｅｆが送信される場合、かかる系統無効電流指令ＩＱｒｅｆを系統無効電流指令器６２から減算器へ出力するようにしてもよい。このようにすることで、外部から電力系統２側の無効電流の大きさを設定することができる。
【０１０７】
また、第２の駆動制御部２１は、電流形インバータモデル８０をスイッチングモデルとして採用している。コンバータ８１には電圧波形から９０°進んだ電流を流す１２０°通電のスイッチングパターンが与えられ、インバータ８２には系統無効電流指令ＩＱｒｅｆに応じた大きさの無効電流を流すための位相をもった１２０°通電のスイッチングパターンが与えられる。コンバータ８１に与えられるスイッチングパターンとインバータ８２に与えられるスイッチングパターンは合成されて双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２に対するスイッチ駆動信号として出力される。
【０１０８】
かかる処理により、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する片方向スイッチング素子３１、３２に対するスイッチ駆動信号として出力されることから、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆに応じた大きさの無効電流を電力系統２に容易且つ精度よく流すことができる。
【０１０９】
また、上述した実施形態では、１２０°通電のスイッチングパターンに基づきスイッチングパターンを生成し、電力変換部１０を駆動するようにしたが、制御方法はこれに限られるものではない。すなわち、スイッチングパターンは片方向スイッチング素子３１、３２を個別に制御する電流制御を行うことによって電力系統２側に無効電流を流しながら電力変換動作を継続するものであればよく、種々の変更が可能である。
【０１１０】
また、上述した実施形態では、回転電機３を同期発電機として説明したが、回転電機３を誘導発電機としてもよい。回転電機３を誘導発電機とする場合、マトリクスコンバータ１は、例えば、以下のように構成される。
【０１１１】
停電発生後において誘導発電機は残留磁束による発電電圧が発生しており、位置検出器４は、誘導発電機の回転速度を検出する。制御部１５は、公知の誘導機のベクトル制御則に従って、誘導発電機に対するトルク指令を略ゼロとした上で、かかるトルク指令に基づきすべり周波数指令を生成し、位置検出器４の検出した回転速度に加算して、出力周波数指令を生成する。
【０１１２】
そして、制御部１５は、出力周波数指令を積分することにより発電機位相θｕｖｗを生成し、生成した発電機位相θｕｖｗを発電機位相補正値ｄθｕｖｗに加算することで、発電機補正位相θｕｖｗ’を生成する。このようにすることで、電力系統２が低電圧になった場合でも、電力系統２側に無効電流を流しながら電力変換動作を継続することができる。
【０１１３】
また、上述した実施形態では、回転電機３として発電機を適用した例を説明したが回転電機３として電動機を適用することもでき、電力系統２の電圧が低電圧になった場合であっても、電動機の速度起電力によって運転を継続することができる。
【０１１４】
すなわち、電力系統２の電圧が低電圧になった場合、電力系統２から電動機への電力供給が困難になるが、電動機の回転子は減速しつつも回転状態にある。そのため、かかる回転によって発生する起電力を、例えば、無効電力として電力系統２へ供給することで運転を継続することができる。
【０１１５】
また、上述した実施形態では、有効電流補償部４１の一例として、図３に示す構成を説明したが、有効電流補償部４１は、テーブルを用いた構成であってもよい。すなわち、有効電流補償部４１において、系統有効電流ＩＰおよび系統無効電流ＩＱと系統位相補償値ｄθｒｓｔとの関係を示す二次元テーブルを記憶する記憶部を設け、かかるテーブルから系統相電流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔに基づいて、系統位相補償値ｄθｒｓｔを出力してもよい。また、−ｔａｎ−１（ＩＱ／ＩＰ）の演算値を使用して系統位相補償値ｄθｒｓｔを求めて出力してもよい。
【０１１６】
また、上述した実施形態では、無効電流補償部４２の一例として、図３に示す構成を説明したが、無効電流補償部４２は、テーブルを用いた構成であってもよい。すなわち、無効電流補償部４２において、系統無効電流指令ＩＱｒｅｆと発電機位相補正値ｄθｕｖｗとの関係を示すテーブルを記憶する記憶部を設け、かかるテーブルから系統無効電流指令ＩＱｒｅｆに基づいて、発電機位相補正値ｄθｕｖｗを出力してもよい。
【０１１７】
また、図３に示す第２の駆動制御部２１や、図７に示す発電機パルスパターン生成器７７の構成は一例であり、他の構成によってサージ電圧を抑制することも可能である。以下では、図１２〜図１５を参照して、サージ電圧を抑制可能な変形例１に係る第２の駆動制御部２１ａについて説明し、図１６〜図１８を参照してサージ電圧を抑制可能な変形例２に係る発電機パルスパターン生成器７７ｂについて説明する。
【０１１８】
まず、変形例１に係る第２の駆動制御部２１ａについて説明する。図１２は、変形例１に係る第２の駆動制御部２１ａの構成を示す図であり、図１３は、変形例１に係る発電機パルスパターン生成器７７ａの構成を示す図である。
【０１１９】
また、図１４は、変形例１に係る発電機パルスパターン生成器７７ａの動作の一例を示す図であり、図１５は、変形例１に係る発電機パルスパターン生成器７７ａによって生成されるスイッチ駆動信号のパルスパターンを示す図である。なお、ここでは、図１２に示す構成要素のうち、図３に示す構成要素と同一の構成要素について、図３に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
【０１２０】
図１２に示すように、第２の駆動制御部２１ａは、パルスパターン生成部４３ａが減算器７５ｂを備える点と、発電機パルスパターン生成器７７ａの構成が図３に示す第２の駆動制御部２１とは異なる。
【０１２１】
減算器７５ｂは、発電機位相生成器７４より入力される発電機位相θｕｖｗから、制限器７５ａより入力される発電機位相補正値ｄθｕｖｗを減算して発電機補正位相θｕｖｗＢを生成し、発電機パルスパターン生成器７７ａへ出力する。なお、加算器７５は、発電機位相θｕｖｗに発電機位相補正値ｄθｕｖｗを加算して発電機補正位相θｕｖｗＡを生成し、発電機パルスパターン生成器７７ａへ出力する。ここでの発電機補正位相θｕｖｗＡは、図３に示す発電機補正位相θｕｖｗ’と同じものである。
【０１２２】
発電機パルスパターン生成器７７ａは、これら２つの発電機補正位相θｕｖｗＡ、θｕｖｗＢに基づいて、図５に示すインバータ８２の各スイッチング素子を駆動するスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎのパルスパターンを生成する。
【０１２３】
具体的には、発電機パルスパターン生成器７７ａは、図１３に示すように、位相シフト器７７３〜７７６と、Ｕ相用パルスパターン生成器９４ａと、Ｖ相用パルスパターン生成器９４ｂと、Ｗ相用パルスパターン生成器９０ｃとを備える。
【０１２４】
位相シフト器７７３は、発電機補正位相θｕｗｖＡから１２０°の位相を減算してＶ相用パルスパターン生成器９４ｂへ出力する。位相シフト器７７４は、発電機補正位相θｕｖｗＢから１２０°の位相を減算してＶ相用パルスパターン生成器９４ｂへ出力する。位相シフト器７７５は、発電機補正位相θｕｖｗＡから２４０°の位相を減算してＷ相用パルスパターン生成器９４ｃへ出力する。位相シフト器７７６は、発電機補正位相θｕｖｗＢから２４０°の位相を減してＷ相用パルスパターン生成器９４ｃへ出力する。
【０１２５】
Ｕ相用パルスパターン生成器９４ａは、４つのパルスパターン生成器９４Ａｐ、９４Ｂｐ、９４Ａｎ、９４Ｂｎと、２つのＯＲ論理回路９５ｐ、９５ｎとを備える。
【０１２６】
パルスパターン生成器９４Ａｐは、回転電機３のＵ相に正方向の電流を流す位相の範囲で、発電機補正位相θｕｖｗＡに応じた中間信号ＳｕｐＡを生成してＯＲ論理回路９５ｐへ出力する。この中間信号ＳｕｐＡは、図８中の中間信号Ｓｕｐ’と同じ信号であり、図１４に示すように、発電機位相θｕｖｗに発電機位相補正値ｄθｕｖｗが加算されない場合に生成される中間信号Ｓｕｐ０から発電機位相補正値ｄθｕｖｗだけ位相が進んだ信号となる。
【０１２７】
また、パルスパターン生成器９４Ｂｐは、回転電機３のＵ相に正方向の電流を流す位相の範囲で、発電機補正位相θｕｖｗＢに応じた中間信号ＳｕｐＢを生成してＯＲ論理回路９５ｐへ出力する。ここで、発電機補正位相θｕｖｗＢは、前述したように、発電機位相θｕｖｗから発電機位相補正値ｄθｕｖｗを減算した位相である。このため、中間信号ＳｕｐＢは、図１４に示すように、発電機位相θｕｖｗに発電機位相補正値ｄθｕｖｗが加算されない場合に生成される中間信号Ｓｕｐ０から発電機位相補正値ｄθｕｖｗだけ遅れた信号となる。
【０１２８】
ＯＲ論理回路９５ｐは、２つの中間信号ＳｕｐＡ、ＳｕｐＢの少なくともいずれか一方がＨｉｇｈとなっている位相の区間にＨｉｇｈレベルとなるスイッチ駆動信号Ｓｕｐを生成する。このため、図１４に示すように、スイッチ駆動信号Ｓｕｐは、中間信号Ｓｕｐ０よりも発電機位相補正値ｄθｕｖｗだけ早くＨｉｇｈレベルとなり、発電機位相補正値ｄθｕｖｗだけ遅くＬｏｗレベルとなる。
【０１２９】
このように、変形例１では、スイッチ駆動信号ＳｕｐをＨｉｇｈレベルにするタイミングを発電機位相補正値ｄθｕｖｗだけ早くしてＵ相の発電機電流値Ｉｕを増大させる場合に、Ｌｏｗレベルにするタイミングを発電機位相補正値ｄθｕｖｗだけ遅くする。これにより、大きな電流がＵ相の正方向へ流れている状態で、電流を遮断するスイッチング制御が行われることを防止することができるので、電流の遮断に起因したサージ電圧を抑制することができる。
【０１３０】
また、パルスパターン生成器９４Ａｎは、回転電機３のＵ相の負方向へ電流を流す位相の範囲で、発電機補正位相θｕｖｗＡに応じた中間信号ＳｕｎＡを生成してＯＲ論理回路９５ｎへ出力する。また、パルスパターン生成器９４Ｂｎは、回転電機３のＵ相に負方向の電流を流す位相の範囲で、発電機補正位相θｕｖｗＢに応じた中間信号ＳｕｎＢを生成してＯＲ論理回路９５ｎへ出力する。
【０１３１】
そして、ＯＲ論理回路９５ｎは、２つの中間信号ＳｕｎＡ、ＳｕｎＢの少なくともいずれか一方がＨｉｇｈとなっている位相の区間にＨｉｇｈレベルとなるスイッチ駆動信号Ｓｕｎを生成する。これにより、このスイッチ駆動信号Ｓｕｎは、図１５に示すように、スイッチ駆動信号Ｓｕｐよりも１８０°位相が遅れた信号となる。これにより、大きな電流がＵ相の負方向へ流れている状態で、電流を遮断するスイッチング制御が行われることを防止することができるので、電流の遮断に起因したサージ電圧を抑制することができる。
【０１３２】
また、Ｖ相用パルスパターン生成器９４ｂは、Ｕ相用パルスパターン生成器９４ａと同一の構成を備え、同様の動作を行うことでスイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎを生成する。ただし、Ｖ相用パルスパターン生成器９４ｂには、発電機補正位相θｕｖｗＡ、θｕｖｗＢからそれぞれ１２０°の位相が減算された位相が入力される。
【０１３３】
このため、図１５に示すように、スイッチ駆動信号Ｓｖｐおよびスイッチ駆動信号Ｓｖｎは、それぞれスイッチ駆動信号Ｓｕｐおよびスイッチ駆動信号Ｓｕｎよりも１２０°位相が遅れた信号となる。これにより、Ｕ相と同様Ｖ相についても大きな値の発電機電流値Ｉｖが流れている状態で、電流を遮断するスイッチング制御が行われることを防止することができるので、電流の遮断に起因したサージ電圧の発生を抑制することができる。
【０１３４】
また、Ｗ相用パルスパターン生成器９４ｃは、Ｕ相用パルスパターン生成器９４ａと同一の構成を備え、同様の動作を行うことでスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎを生成する。ただし、Ｗ相用パルスパターン生成器９４ｃには、発電機補正位相θｕｖｗＡ、θｕｖｗＢからそれぞれ２４０°の位相が減算された位相が入力される。
【０１３５】
このため、図１５に示すように、スイッチ駆動信号Ｓｗｐおよびスイッチ駆動信号Ｓｗｎは、それぞれスイッチ駆動信号Ｓｕｐおよびスイッチ駆動信号Ｓｕｎよりも２４０°位相が遅れた信号となる。これにより、Ｕ相と同様Ｗ相についても大きな値の発電機電流値Ｉｗが流れている状態で、電流を遮断するスイッチング制御が行われることを防止することができるので、電流の遮断に起因したサージ電圧の発生を抑制することができる。
【０１３６】
このように、発電機パルスパターン生成器７７ａは、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜ＳｗｎをＨｉｇｈレベルにするタイミングを１２０°通電制御の場合よりも早める期間と同じ期間だけ、Ｌｏｗレベルにするタイミングを１２０°通電制御の場合よりも遅らせる。これにより、Ｌｏｗレベルにするタイミングでの電流を小さくし、サージ電圧の発生を抑制することができる。
【０１３７】
次に、変形例２に係る発電機パルスパターン生成器７７ｂについて説明する。図１６は、変形例２に係る発電機パルスパターン生成器７７ｂの構成を示す図であり、図１７は、変形例２に係るパルスパターンテーブル９７を示す図である。また、図１８は、変形例２に係る発電機パルスパターン生成器７７ｂによって生成されるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎのパルスパターンを示す図である。
【０１３８】
発電機パルスパターン生成器７７ｂは、図３に示す加算器７５から入力される発電機補正位相θｕｖｗ’に基づいて、図５に示すインバータ８２の各スイッチング素子を駆動するスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎのパルスパターンを生成する。
【０１３９】
具体的には、発電機パルスパターン生成器７７ｂは、図１６に示すように、位相シフト器７７７、７７８と、Ｕ相用パルスパターン生成器９６ａと、Ｖ相用パルスパターン生成器９６ｂと、Ｗ相用パルスパターン生成器９６ｃとを備える。
【０１４０】
位相シフト器７７７は、発電機補正位相θｕｖｗ’から１２０°の位相を減算してＶ相用パルスパターン生成器９６ｂへ出力する。位相シフト器７７８は、発電機補正位相θｕｖｗ’から２４０°の位相を減算してＷ相用パルスパターン生成器９６ｃへ出力する。なお、Ｕ相用パルスパターン生成器９６ａには、加算器（図３参照）から出力される発電機補正位相θｕｖｗ’がそのまま入力される。
【０１４１】
Ｕ相用パルスパターン生成器９６ａは、パルスパターンテーブル９７を備える。また、Ｖ相用パルスパターン生成器９６ｂおよびＷ相用パルスパターン生成器９６ｃは、Ｕ相用パルスパターン生成器９６ａと同じパルスパターンテーブル９７をそれぞれ備える。
【０１４２】
パルスパターンテーブル９７は、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜ＳｗｎをＨｇｈｉレベルにするタイミングを１２０°通電制御の場合よりも早める期間と、Ｌｏｗレベルにするタイミングを１２０°通電制御の場合よりも遅らせる期間とを対応付けたテーブルである。
【０１４３】
具体的には、パルスパターンテーブル９７は、図１７に示すように、発電機位相補正値ｄθｕｖｗと、サージ抑制補正値ｄθ２ｕｖｗとの対応関係を示す関数である。ここで、サージ抑制補正値ｄθ２ｕｖｗは、例えば、スイッチ駆動信号ＳｕｐがＨｉｇｈレベルになる位相を発電機位相補正値ｄθｕｖｗだけ早めた場合に、スイッチ駆動信号ＳｕｐがＬｏｗレベルになってからＵ相に電流が流れなくなるまでの位相の範囲である。
【０１４４】
かかるサージ抑制補正値ｄθ２ｕｖｗは、予め試験を行うことによって得られる。例えば、発電機位相補正値ｄθｕｖｗの値を「０°」から「３０°」までの間で順次設定変更してマトリクスコンバータ１を動作させ、その都度、発電機電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが「０」になる発電機位相θｕｖｗを取得する試験を行う。
【０１４５】
なお、かかる試験では、発電機位相補正値ｄθｕｖｗの値に加え、マトリクスコンバータ１や回転電機３の配線長や周辺の気温や湿度など、他の条件を設定変更して、発電機電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗが「０°」になる発電機位相θｕｖｗを取得してもよい。
【０１４６】
そして、試験の結果得られた発電機位相θｕｖｗに基づいてサージ抑制補正値ｄθ２ｕｖｗを算出し、算出したサージ抑制補正値ｄθ２ｕｖｗと発電機位相補正値ｄθｕｖｗとの関係を示す関数（図１７参照）を算出する。こうして算出された関数をパルスパターンテーブル９７として、Ｕ相用パルスパターン生成器９６ａ、Ｖ相用パルスパターン生成器９６ｂ、Ｗ相用パルスパターン生成器９６ｃのそれぞれに設ける。
【０１４７】
そして、Ｕ相用パルスパターン生成器９６ａは、発電機補正位相θｕｖｗ’が入力されると、図１８に示すように、発電機補正位相θｕｖｗ’とパルスパターンテーブル９７とに基づいて生成したパルスパターンのスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎを出力する。かかるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎは、発電機位相補正値ｄθｕｖｗが「０°」の場合よりも、発電機位相補正値ｄθｕｗｖの分だけ早くＨｉｇｈレベルとなり、サージ抑制補正値ｄθ２ｕｖｗの分だけ遅くＬｏｗレベルとなる。
【０１４８】
かかるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｕｎをＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９へ出力することで、Ｕ相に電流が流れている状態で、電流を遮断するスイッチング制御が行われることを防止することができる。
【０１４９】
また、Ｖ相用パルスパターン生成器９６ｂおよびＷ相用パルスパターン生成器９６ｃは、Ｕ相用パルスパターン生成器９６ａと同様の動作を行う。ただし、Ｖ相用パルスパターン生成器９６ｂへ入力される発電機位相補正値θｕｖｗ’には、位相シフト器７７７によって１２０°の位相が加算されている。また、Ｗ相用パルスパターン生成器９６ｃに入力される発電機位相補正値θｕｖｗ’には、位相シフト器７７８によって２４０°の位相が加算されている。
【０１５０】
このため、Ｖ相用パルスパターン生成器９６ｂは、スイッチ駆動信号Ｓｕｐから１２０°位相が遅れたスイッチ駆動信号Ｓｖｐと、スイッチ駆動信号Ｓｕｎから１２０°位相が遅れたスイッチ駆動信号Ｓｖｎを出力する。また、Ｗ相用パルスパターン生成器９６ｃは、スイッチ駆動信号Ｓｕｐから２４０°位相が遅れたスイッチ駆動信号Ｓｗｐと、スイッチ駆動信号Ｓｕｎから２４０°位相が遅れたスイッチ駆動信号Ｓｗｎを出力する。
【０１５１】
これにより、Ｖ相に電流が流れている状態で電流を遮断するスイッチング制御が行われることを防止することができ、Ｗ相に電流が流れている状態で電流を遮断するスイッチング制御が行われることを防止することができる。
【０１５２】
また、上述してきた実施形態、変形例１、または変形例２で説明したスイッチング制御は、複数の電力変換セルを直列に複数段接続して構成した電力変換セルを相毎に設けた直列多重マトリクスコンバータに対して適用することも可能である。
【０１５３】
以下、図１９〜図２１を参照し、上述してきた実施形態、変形例１、または変形例２で説明したスイッチング制御を適用した直列多重マトリクスコンバータ１００について説明する。図１９は、実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータ１００の構成例を示す図である。
【０１５４】
また、図２０は、図１９に示す電力変換セル１９ａ〜１９ｉ（以下、電力変換セル１９と総称する場合がある）の具体的構成の一例を示す図である。また、図２１は、直列多重マトリクスコンバータ１００における系統パルスパターン生成器７６ａ、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８ａおよびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９ａの構成を示す図である。なお、ここでは、図１９〜図２１に示す構成要件のうち、図１または図３に示す構成要件と同一の構成要件については、図１または図３に示す符号と同一の符号を付することにより、その説明を省略する。
【０１５５】
図１９に示す、直列多重マトリクスコンバータ１００は、図１に示すマトリクスコンバータ１の電力変換部１０に代えて、多重変圧器１０Ａと、電力変換部１０Ｂとを備える点、および、制御部１５Ａによるスイッチング制御の内容が図１に示すものとは異なる。なお、直列多重マトリクスコンバータ１００では、図１に示すＬＣフィルタ１１は、後述の各電力変換セル１９（図２０参照）内に設けられる。
【０１５６】
多重変圧器１０Ａは、一次巻線１７と、９つの二次巻線１８ａ〜１８ｉ（以下、二次巻線１８と総称する場合がある）とを備え、電力系統２から一次巻線１７に入力される交流電力を９つの二次巻線１８ａ〜１８ｉに変圧して出力し、これら９つの二次巻線１８ａ〜１８ｉは後述する電力変換セル１９ａ〜１９ｉにそれぞれ接続される。
【０１５７】
かかる多重変圧器１０Ａは、一次巻線１７と少なくとも一部の二次巻線１８との間に電圧位相差を発生させる移相変圧器である。多重変圧器１０Ａでは、下記表１に示すように、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相に対応して設けられた電力変換セル部に接続される３つの二次巻線１８の電圧位相が２０度ずつずれている。下記表１には、一次巻線１７と二次巻線１８との間の電圧位相差が示されている。
【表１】
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【０１５８】
具体的には、Ｕ相では、位置Ｕ１に対応する二次巻線１８ａに対して、位置Ｕ２に対応する二次巻線１８ｄは、２０度の電圧位相差を有し、二次巻線１８ｄに対して、位置Ｕ３に対応する二次巻線１８ｇは、２０度の電圧位相差を有する。同様に、Ｖ相では、位置Ｖ１に対応する二次巻線１８ｂに対して、位置Ｖ２に対応する二次巻線１８ｅは、２０度の電圧位相差を有し、二次巻線１８ｅに対して、位置Ｖ３に対応する二次巻線１８ｈは、２０度の電圧位相差を有する。
【０１５９】
また、Ｗ相では、位置Ｗ１に対応する二次巻線１８ｃに対して、位置Ｗ２に対応する二次巻線１８ｆは、２０度の電圧位相差を有し、二次巻線１８ｆに対して、位置Ｗ３に対応する二次巻線１８ｉは、２０度の電圧位相差を有する。
【０１６０】
ここでは、一次巻線１７と二次巻線１８ａ〜１８ｃとは電圧位相差がゼロであるとする。したがって、二次巻線１８ａ〜１８ｃのｒ１相、ｓ１相およびｔ１相の電圧位相（以下「電圧位相θｒｓｔ１」と記載する）は、系統位相θｒｓｔと同一である。また、二次巻線１８ｄ〜１８ｆのｒ２相、ｓ２相およびｔ２相の電圧位相（以下、「電圧位相θｒｓｔ２」と記載する）は、系統位相θｒｓｔに対して２０°ずれている。また、二次巻線１８ｇ〜１８ｉのｒ３相、ｓ３相およびｔ３相の電圧位相（以下、「電圧位相θｒｓｔ３」と記載する）は、系統位相θｒｓｔに対して４０°ずれている。
【０１６１】
このように、電圧位相差を設けることによって、一次巻線１７側に流れる高調波電流を低減することができる。なお、上記表１に示す電圧位相差は一例であり、他の値の電圧位相差であっても良い。さらに位相差を設けなくても良い。なお、多重変圧器１０Ａを用いずに、電力変換セル１９ａ〜１９ｉに別々の交流電源を接続することもできる。
【０１６２】
電力変換部１０Ｂは、９つの二次巻線１８ａ〜１８ｉにそれぞれ接続される９つの電力変換セル１９を備える。各電力変換セル１９は、二次巻線１８に接続される端子Ｔ３（後述する端子Ｔ３ｒ、Ｔ３ｓ、Ｔ３ｔ）と端子Ｔ１、Ｔ２との間の電力変換を行う。
【０１６３】
二次巻線１８ａ〜１８ｃは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの１段目の電力変換セル１９ａ〜１９ｃに接続され、二次巻線１８ｄ〜１８ｆは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの２段目の電力変換セル１９ｄ〜１９ｆに接続される。また、二次巻線１８ｇ〜１８ｉは、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれの３段目の電力変換セル１９ｇ〜１９ｉに接続される。
【０１６４】
かかる電力変換部１０Ｂでは、３つの電力変換セル１９の出力が直列接続されて各出力相が構成される。すなわち、電力変換セル１９ａ、１９ｄ、１９ｇによってＵ相の電力変換セル部が構成され、電力変換セル１９ｂ、１９ｅ、１９ｈによってＶ相の電力変換セル部が構成され、電力変換セル１９ｃ、１９ｆ、１９ｉによってＷ相の電力変換セル部が構成される。
【０１６５】
具体的には、電力変換セル１９ａの端子Ｔ２が中性点Ｎに接続され、さらに、電力変換セル１９ａの端子Ｔ１と電力変換セル１９ｄの端子Ｔ２とが接続され、電力変換セル１９ｄの端子Ｔ１と電力変換セル１９ｇの端子Ｔ２とが接続される。これにより、電力変換セル１９ｇの端子Ｔ１を出力端子としたＵ相の電力変換セル部が構成される。
【０１６６】
同様に、電力変換セル１９ｂの端子Ｔ２が中性点Ｎに接続され、さらに、電力変換セル１９ｂの端子Ｔ１と電力変換セル１９ｅの端子Ｔ２とが接続され、電力変換セル１９ｅの端子Ｔ１と電力変換セル１９ｈの端子Ｔ２とが接続される。これにより、電力変換セル１９ｈの端子Ｔ１を出力端子としたＶ相の電力変換セル部が構成される。
【０１６７】
また、電力変換セル１９ｃの端子Ｔ２が中性点Ｎに接続され、さらに、電力変換セル１９ｃの端子Ｔ１と電力変換セル１９ｆの端子Ｔ２とが接続され、電力変換セル１９ｆの端子Ｔ１と電力変換セル１９ｉの端子Ｔ２とが接続される。これにより、電力変換セル１９ｉの端子Ｔ１を出力端子としたＷ相の電力変換セル部が構成される。
【０１６８】
ここで、電力変換セル１９の構成について説明する。図２０は、電力変換セル１９の具体的構成の一例を示す図である。図２０に示すように、電力変換セル１９は、スイッチ部１９０と、ＬＣフィルタ１１とを備える。かかる電力変換セル１９は、単相マトリクスコンバータとも呼ばれる。なお、電力変換セル１９には、例えば、不図示のスナバ回路が設けられる。
【０１６９】
スイッチ部１９０は、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を備える。かかる双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６は、各端子Ｔ３ｒ、Ｔ３ｓ、Ｔ３ｔと各端子Ｔ１、Ｔ２との間にそれぞれ接続される。これらの双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６は、図１１に示す双方向スイッチＳＷ１〜ＳＷ９と同様の構成である。また、ＬＣフィルタ１１は、図１に示すＬＣフィルタ１１と同様の構成である。なお、ＬＣフィルタ１１は、図１に示す構成に限定するものではなく、例えば、リアクトルを設けない構成でもよい。
【０１７０】
図１９に戻って制御部１５Ａは、第１の駆動制御部２０Ａと、第２の駆動制御部２１Ａと、切替部２２とを備える。第１の駆動制御部２０Ａは、回転電機３の発生するトルク量を指示するトルク指令に基づいて電圧指令を生成し、公知の直列多重マトリクスコンバータのＰＷＭ制御方法によって電圧指令に応じた電圧を回転電機３に出力するためのスイッチ駆動信号を生成して電力変換部１０Ｂへ出力する。
【０１７１】
なお、電圧指令は、トルク指令に基づいて公知の同期発電機のベクトル制御則によって生成される。また、スイッチ駆動信号によって、電力変換部１０Ｂは、各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する複数の片方向スイッチング素子を共にオンにしつつ、電圧指令に応じた電圧をＰＷＭ制御により出力し、流れる電流の大きさや通電方向が出力電圧と発電電圧の関係で決まる電力変換を行う。
【０１７２】
第２の駆動制御部２１Ａは、系統相電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ、系統相電流値Ｉｒ，Ｉｓ、Ｉｔ、および発電機電流値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗに基づいて、電力変換部１０Ｂの各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する複数の片方向スイッチング素子の一部をオンにして電力変換制御を行う。
【０１７３】
各双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する複数の片方向スイッチング素子の一部をオンにすることで、通電方向を制御することができる。これにより、電力系統２の電圧が回転電機３の電圧よりも極端に低い停電のような場合であっても、回転電機３と電力系統２の間に大電流が流れ続けることを避け、電流制御を行いつつ電力変換動作を行うことができる。
【０１７４】
例えば、第２の駆動制御部２１Ａは、電力変換部１０Ｂの双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子のうち、二次巻線１８側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにする。また、第２の駆動制御部２１Ａは、電力変換部１０Ｂの双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子のうち、回転電機３側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子を常にオンにする。かかる制御によって、二次巻線１８側のいずれか２つの相の間および回転電機３のいずれか２つの相の間に電流を流し続けることができる。
【０１７５】
切替部２２は、図１に示す切替部２２と同様の構成である。かかる切替部２２は、停電検出部１４から出力される停電検出信号ＳｄがＬｏｗレベルである場合、第１の駆動制御部２０Ａによって生成されるスイッチ駆動信号を電力変換部１０Ｂへ出力する。
【０１７６】
一方、切替部２２は、停電検出部１４から出力される停電検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルである場合、第２の駆動制御部２１Ａによって生成されるスイッチ駆動信号を電力変換部１０Ｂへ出力する。
【０１７７】
したがって、電力系統２が低電圧になった場合に、第２の駆動制御部２１Ａによって生成されるスイッチ駆動信号によって、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６をそれぞれ構成する複数の片方向スイッチング素子の一部をオンにする電力変換制御が行われる。これにより、電力系統２が低電圧になった場合でも、電力変換動作を継続することができる。
【０１７８】
なお、マトリクスコンバータ１００に設けられる停電検出部１４は、二次巻線１８ａ〜１８ｉのいずれかの電圧に基づいて、停電検出信号Ｓｄを出力することもできる。例えば、停電検出部１４は、二次側電圧値Ｖａ１が所定の電圧値Ｖ１１以下である場合に、電力系統２が停電したと判定してＨｉｇｈレベルの停電検出信号Ｓｄを出力する。一方、停電検出部２６は、二次側電圧値Ｖａ１が電圧値Ｖ１１を超える場合には、電力系統２が停電していないと判定してＬｏｗレベルの停電検出信号Ｓｄを出力する。
【０１７９】
この場合、停電検出部１４は、例えば、二次巻線１８ａのｒ１相、ｓ１相およびｔ１相の電圧Ｖｒ１、Ｖｓ１、Ｖｔ１を固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換して、α軸方向の系統電圧値Ｖα１とβ軸方向の系統電圧値Ｖβ１とを求める。そして、停電検出部２６は、系統電圧値Ｖα１、Ｖβ１の自乗和平方根（＝√（Ｖα１２＋Ｖβ１２））を演算し、演算結果を二次側電圧値Ｖａ１とする。
【０１８０】
かかる第２の駆動制御部２１Ａとしては、図３に示す第２の駆動制御部２１、または、図１２に示す第２の駆動制御部２１ａを用いることができる。なお、第２の駆動制御部２１Ａとして図３に示す第２の駆動制御部２１を用いる場合、パルスパターン生成部４３には、図７に示す発電機パルスパターン生成器７７、または、図１６に示す発電機パルスパターン生成器７７ｂが設けられる。
【０１８１】
一方、第２の駆動制御部２１Ａとして図１２に示す第２の駆動制御部２１ａを用いる場合、パルスパターン生成部４３には、図１３に示す発電機パルスパターン生成器７７ａが設けられる。なお、パルスパターン生成部４３に、図１３に示す発電機パルスパターン生成器７７ａや図１６に示す発電機パルスパターン生成器７７ｂが設けられる場合には、図１９に示す電流検出部１６を省略することができる。
【０１８２】
ただし、図３に示す第２の駆動制御部２１、または、図１２に示す第２の駆動制御部２１ａを用いる場合、系統パルスパターン生成器７６、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８およびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９の構成を変更する必要がある。
【０１８３】
ここで、図２１を参照し、図３に示す第２の駆動制御部２１を用いる場合に、第２の駆動制御部２１Ａに設けられる系統パルスパターン生成器７６ａ、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８ａおよびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９ａの構成について説明する。
【０１８４】
なお、図１２に示す第２の駆動制御部２１ａを用いる場合には、図２１に示す発電機パルスパターン生成器７７に代えて、図１３に示す発電機パルスパターン生成器７７ａが設けられる。かかる場合、第２の駆動制御部２１ａにも、図２１に示す系統パルスパターン生成器７６ａ、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８ａおよびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９ａが設けられる。
【０１８５】
図２１に示すように、系統パルスパターン生成器７６ａは、加算器７６１〜７６３と、パターン生成器７６４〜７６６とを備える。加算器７６１〜７６３は、多重変圧器１０Ａの一次巻線１７と二次巻線１８の間の電圧位相差（例えば、表１参照）に応じた位相を加算し、加算結果をそれぞれパターン生成器７６４〜７６６へ出力する。具体的には、加算器７６１は、系統補正位相θｒｓｔ’に対して０°の位相を加算し、加算器７６２は、系統補正位相θｒｓｔ’に対して２０°の位相を加算し、加算器７６３は、系統補正位相θｒｓｔ’に対して４０°の位相を加算する。
【０１８６】
なお、上述のように、一次巻線１７と二次巻線１８の間の電圧位相差は、表１に示す例に限定されない。例えば、一次巻線１７と二次巻線１８ａ〜１８ｃとの位相差を１０°、一次巻線１７と二次巻線１８ｄ〜１８ｆとの位相差を３０°、一次巻線１７と二次巻線１８ｇ〜１８ｈとの位相差を５０°としてもよい。この場合、加算器７６１は、系統補正位相θｒｓｔ’に対して１０°の位相を加算し、加算器７６２は、系統補正位相θｒｓｔ’に対して３０°の位相を加算し、加算器７６３は、系統補正位相θｒｓｔ’に対して５０°の位相を加算する。
【０１８７】
パターン生成器７６４〜７６６は、加算器７６１〜７６３の加算結果に基づき、各二次巻線１８の電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に対して１２０°通電の電流を流すコンバータ８１のスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎのパターンを生成する。パターン生成器７６４〜７６６は互いに同一の構成である。
【０１８８】
具体的には、パターン生成器７６４は、加算器７６１の加算結果に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１、Ｓｓｐ１、Ｓｔｐ１、Ｓｒｎ１、Ｓｓｎ１、Ｓｔｎ１（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１」と記載する）を生成する。
【０１８９】
また、パターン生成器７６５は、加算器７６２の加算結果に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ２、Ｓｓｐ２、Ｓｔｐ２、Ｓｒｎ２、Ｓｓｎ２、Ｓｔｎ２（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２」と記載する）を生成する。また、パターン生成器７６６は、加算器７６３の加算結果に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ３、Ｓｓｐ３、Ｓｔｐ３、Ｓｒｎ３、Ｓｓｎ３、Ｓｔｎ３（以下、「スイッチ駆動信号Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３」と記載する）を生成する。
【０１９０】
ここで、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１は、電圧位相θｒｓｔ１に対して９０°進んだ位相の電流を二次巻線１８ａ〜１８ｃにそれぞれ流すパルスパターンである。なお、二次巻線１８ａ〜１８ｃのｒ１相、ｓ１相、ｔ１相の電圧位相θｒｓｔ１とスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１との関係は、図６に示すＶｒ、Ｖｓ、ＶｔをＶｒ１、Ｖｓ１、Ｖｔ１に、Ｓｒｐ〜ＳｔｎをＳｒｐ１〜Ｓｔｎ１にそれぞれ置換えた関係となる。
【０１９１】
スイッチ駆動信号Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２は、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１に対して位相が２０°進んだ信号であり、電圧位相θｒｓｔ２に対して９０°進んだ位相の電流を二次巻線１８ｄ〜１８ｆにそれぞれ流すパルスパターンである。
【０１９２】
スイッチ駆動信号Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３は、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１に対して位相が４０°進んだ信号であり、電圧位相θｒｓｔ３に対して９０°進んだ位相の電流を二次巻線１８ｇ〜１８ｉにそれぞれ流すパルスパターンである。
【０１９３】
このように、二次巻線１８ａ〜１８ｉにそれぞれ９０°進みでかつ有効電流がゼロである無効電流を流すことができ、これにより、電力系統２側にも系統有効電流ＩＰがゼロである無効電流を流すことができる。
【０１９４】
ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８ａは、信号生成器７８１〜７８３を備える。信号生成器７８１〜７８３は、パターン生成器７６４〜７６６から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎｉ、Ｓｓｎｉ、Ｓｔｎｉ（１≦ｉ≦３）と発電機パルスパターン生成器７７から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、下記式（４）を用いて、スイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔを生成する。スイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔは、図２０に示すように、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６のうち、回転電機３側から二次巻線１８側へ電流を流す片方向スイッチング素子を駆動する信号である。下記式（４）において「＊」は、「ｕ」、「ｖ」または「ｗ」である。
【数４】
0005569583.tif 000006
【０１９５】
具体的には、信号生成器７８１は、パターン生成器７６４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｓｎ１、Ｓｔｎ１とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎに基づき、下記式（５）を用いて、Ｕ相のスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、ＳＡｕ１と記載する）を生成する。
【数５】
0005569583.tif 000007
【０１９６】
また、信号生成器７８１は、パターン生成器７６４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｓｎ１、Ｓｔｎ１とスイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎに基づき、下記式（６）を用いて、Ｖ相のスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、ＳＡｖ１と記載する）を生成する。
【数６】
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【０１９７】
また、信号生成器７８１は、パターン生成器７６４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ１、Ｓｓｎ１、Ｓｔｎ１とスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎに基づき、下記式（７）を用いて、Ｗ相のスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、ＳＡｗ１と記載する）を生成する。
【数７】
0005569583.tif 000009
【０１９８】
信号生成器７８２は、信号生成器７８１と同様の構成を有する。信号生成器７８２は、信号生成器７８１と同様に、パターン生成器７６５から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ２、Ｓｓｎ２、Ｓｔｎ２とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記（５）〜（７）を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、それぞれＳＡｕ２、ＳＡｖ２、ＳＡｗ２と記載する）を生成する。なお、上記（５）〜（７）における「Ｓｒｎ１」、「Ｓｓｎ１」、「Ｓｔｎ１」にそれぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｎ２、Ｓｓｎ２、Ｓｔｎ２の各値を設定する。
【０１９９】
信号生成器７８３は、信号生成器７８１と同様の構成を有する。信号生成器７８３は、信号生成器７８１と同様に、パターン生成器７６６から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｎ３、Ｓｓｎ３、Ｓｔｎ３とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記（５）〜（７）を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのスイッチ駆動信号Ｓ１ｒ、Ｓ１ｓ、Ｓ１ｔ、Ｓ２ｒ、Ｓ２ｓ、Ｓ２ｔ（以下、それぞれＳＡｕ３、ＳＡｖ３、ＳＡｗ３と記載する）を生成する。なお、上記（５）〜（７）における「Ｓｒｎ１」、「Ｓｓｎ１」、「Ｓｔｎ１」にそれぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｎ３、Ｓｓｎ３、Ｓｔｎ３の各値を設定する。
【０２００】
ＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９ａは、信号生成器７９１〜７９３を備える。信号生成器７９１〜７９３は、パターン生成器７６４〜７６６から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐｉ、Ｓｓｐｉ、Ｓｔｐｉ（１≦ｉ≦３）と発電機パルスパターン生成器７７から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記式（４）を用いて、スイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２を生成する。スイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２は、図２０に示すように、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６のうち二次巻線１８側から回転電機３側へ電流を流す片方向スイッチング素子を駆動する信号である。
【０２０１】
具体的には、信号生成器７９１は、パターン生成器７６４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１、Ｓｓｐ１、Ｓｔｐ１とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｕｎに基づき、下記式（８）を用いて、Ｕ相のスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、ＳＢｕ１と記載する）を生成する。
【数８】
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【０２０２】
また、信号生成器７９１は、パターン生成器７６４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１、Ｓｓｐ１、Ｓｔｐ１とスイッチ駆動信号Ｓｖｐ、Ｓｖｎに基づき、下記式（９）を用いて、Ｖ相のスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、ＳＢｖ１と記載する）を生成する。
【数９】
0005569583.tif 000011
【０２０３】
また、信号生成器７９１は、パターン生成器７６４から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１、Ｓｓ１ｐ、Ｓｔｐ１とスイッチ駆動信号Ｓｗｐ、Ｓｗｎに基づき、下記式（１０）を用いて、Ｗ相のスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、ＳＢｗ１と記載する）を生成する。
【数１０】
0005569583.tif 000012
【０２０４】
信号生成器７９２は、信号生成器７９１と同様の構成を有する。信号生成器７９２は、信号生成器７９１と同様に、パターン生成器７６５から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ２、Ｓｓｐ２、Ｓｔｐ２とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記（８）〜（１０）を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、それぞれＳＢｕ２、ＳＢｖ２、ＳＢｗ２と記載する）を生成する。なお、上記（８）〜（１０）における「Ｓｒｐ１」、「Ｓｓｐ１」、「Ｓｔｐ１」にそれぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｐ２、Ｓｓｐ２、Ｓｔｐ２の各値を設定する。
【０２０５】
信号生成器７９３は、信号生成器７９１と同様の構成を有する。信号生成器７９３は、信号生成器７９１と同様に、パターン生成器７６６から出力されるスイッチ駆動信号Ｓｒｐ３、Ｓｓｐ３、Ｓｔｐ３とスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、上記（８）〜（１０）を用いて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれのスイッチ駆動信号Ｓｒ１、Ｓｓ１、Ｓｔ１、Ｓｒ２、Ｓｓ２、Ｓｔ２（以下、それぞれＳＢｕ３、ＳＢｖ３、ＳＢｗ３と記載する）を生成する。なお、上記（８）〜（１０）における「Ｓｒｐ１」、「Ｓｓｐ１」、「Ｓｔｐ１」にそれぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｐ３、Ｓｓｐ３、Ｓｔｐ３の各値を設定する。
【０２０６】
このようにＵ相、Ｖ相およびＷ相のそれぞれについて生成されたスイッチ駆動信号ＳＡｕ１〜３、ＳＡｖ１〜３、ＳＡｗ１〜３、ＳＢｕ１〜３、ＳＢｖ１〜３、ＳＢｗ１〜３は、パルスパターン生成部４３から電力変換部１０Ｂへ出力される。
【０２０７】
具体的には、図１９に示すように、Ｕ相のスイッチ駆動信号ＳＡｕ１〜３、ＳＢｕ１〜３は、Ｕ相の電力変換セル部を構成する電力変換セル１９ａ、１９ｄ、１９ｇへ出力される。また、Ｖ相のスイッチ駆動信号ＳＡｖ１〜３、ＳＢｖ１〜３は、Ｖ相の電力変換セル部を構成する電力変換セル１９ｂ、１９ｅ、１９ｈへ出力される。また、Ｗ相のスイッチ駆動信号ＳＡｗ１〜３、ＳＢｗ１〜３は、Ｗ相の電力変換セル部を構成する電力変換セル１９ｃ、１９ｆ、１９ｉへ出力される。
【０２０８】
これにより、電力変換部１０Ｂの双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ６を構成する片方向スイッチング素子のうち、二次巻線１８側のいずれか２つの相の間に電流を流し、かつ、回転電機３側のいずれか２つの相の間に電流を流す片方向スイッチング素子が常にオンにされる。
【０２０９】
かかる直列多重マトリクスコンバータ１００では、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に電流が流れている状態で電流の流れを遮断するスイッチング制御を防止するスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎに基づき、ＧｅＧｒスイッチ駆動信号生成器７８ａおよびＧｒＧｅスイッチ駆動信号生成器７９ａがスイッチ駆動信号を生成して電力変換部１０Ｂへ出力する。
【０２１０】
したがって、直列多重マトリクスコンバータ１００によれば、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に電流が流れている状態で電流の流れを遮断するスイッチング制御に起因したサージ電圧の発生を抑制することができる。
【０２１１】
なお、上述した実施形態では、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の電力変換セル部の構成をそれぞれ電力変換セル１９を直列に３段接続した構成としたが、電力変換セル１９を直列に２段接続した構成や電力変換セル１９を直列に４段以上接続した構成であってもよい。
【０２１２】
また、上述した実施形態において、制御部１５Ａの一部の機能を電力変換セル１９に設けるようにしてもよい。例えば、各電力変換セル１９毎に、第２の駆動制御部２１Ａおよび切替部２２の機能の一部または全部を備えるようにしてもよい。
【０２１３】
また、上述した実施形態において、系統パルスパターン生成器７６ａは、各二次巻線１８の電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に対して９０°遅れた１２０°通電の電流を流すスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜３〜Ｓｔｎ１〜３を生成することもできる。これにより、電力系統２側に９０°遅れでかつ系統有効電流ＩＰがゼロである無効電流を流すことができる。なお、電力系統２側に９０°遅れによる無効電流を流すのか９０°進みによる無効電流を流すのかは、例えば、外部から系統パルスパターン生成器７６ａへの設定によって選択することができる。
【０２１４】
なお、上述した直列多重マトリクスコンバータ１００は、系統位相θｒｓｔに系統位相補償値ｄθｒｓｔを加算して生成された系統補正位相θｒｓｔ’に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１等を生成するが、これは一例である。つまり、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１を生成する方法は、上述した方法に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【０２１５】
例えば、直列多重マトリクスコンバータ１００は、二次巻線１８の各電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に系統位相補償値ｄθｒｓｔを加算して生成した補償位相θｒｓｔ１’〜θｒｓｔ３’に基づき、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１等を生成してもよい。
【０２１６】
かかる場合、マトリクスコンバータ１００には、二次巻線１８ａ、１８ｄ、１８ｇの電圧を検出して制御部１５Ａの第２の駆動制御部２１Ａへ出力する電圧検出部が設けられ、第２の駆動制御部２１Ａは、以下の処理を行うように構成される。
【０２１７】
例えば、第２の駆動制御部２１Ａは、電圧検出部によって検出される二次巻線１８ａ、１８ｄ、１８ｇの電圧に基づき、前述の各電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３を生成する。続いて、第２の駆動制御部２１Ａは、各電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に系統位相補償値ｄθｒｓｔをそれぞれ加算して生成した補償位相θｒｓｔ１’〜θｒｓｔ３’を生成する。
【０２１８】
そして、第２の駆動制御部２１Ａは、補償位相θｒｓｔ１’を図２１に示すパターン生成器７６４へ、補償位相θｒｓｔ２’をパターン生成器７６５へ、補償位相θｒｓｔ３’をパターン生成器７６６へ入力する。かかる処理を行う第２の駆動制御部２１Ａによっても、各二次巻線１８の電圧位相θｒｓｔ１〜θｒｓｔ３に対して１２０°通電の電流を流すスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１、Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２、Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３のパターンを生成することができる。これにより、例えば、多重変圧器１０Ａの特性に基づいた設定を行うことなく、制御が可能となる。
【０２１９】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細及び代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲及びその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０２２０】
１  マトリクスコンバータ
２  電力系統（交流電源）
３  回転電機
１０  電力変換部
１１  ＬＣフィルタ
１２  電流検出部
１３  電圧検出部
１４  停電検出部
１５  制御部
１６  電流検出部
２０  第１の駆動制御部
２１  第２の駆動制御部
２２  切替部
１００  直列多重マトリクスコンバータ
１０Ａ  多重変圧器
１０Ｂ  電力変換部
１５Ａ  制御部
２０Ａ  第１の駆動制御部
２１Ａ  第２の駆動制御部
２２  切替部
１９  電力変換セル
１９０  スイッチ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0005569583.tif 000016
【図５】
0005569583.tif 000017
【図６】
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【図７】
0005569583.tif 000019
【図８】
0005569583.tif 000020
【図９】
0005569583.tif 000021
【図１０】
0005569583.tif 000022
【図１１】
0005569583.tif 000023
【図１２】
0005569583.tif 000024
【図１３】
0005569583.tif 000025
【図１４】
0005569583.tif 000026
【図１５】
0005569583.tif 000027
【図１６】
0005569583.tif 000028
【図１７】
0005569583.tif 000029
【図１８】
0005569583.tif 000030
【図１９】
0005569583.tif 000031
【図２０】
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【図２１】
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