(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構成する複数の片方向スイッチング素子のそれぞれを、個別に１２０°通電制御によってオン／オフ制御する前後で、ＰＷＭ制御によってオン／オフ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、を備え、
前記制御部は、
前記交流電源の各相へ流す電流の目標値となる電流指令に応じた相毎の波形から前記ＰＷＭ制御の期間に対応する部分の波形を抜粋して合成した合成信号と、キャリア信号とを比較することによって、前記ＰＷＭ制御を行う期間におい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駆動信号生成器を備える
ことを特徴とするマトリクスコンバータ。
【請求項２】
前記駆動信号生成器は、
前記１２０°通電制御の期間におい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、および、前記ＰＷＭ制御を行う期間におい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のパルスパターンを生成して出力する複数のパターン生成部と、
前記複数のパターン生成部から出力させる前記パルスパターンを選択する選択制御部とを備える
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】
前記合成信号を生成して前記複数のパターン生成部へ出力する合成信号生成部と、
前記キャリア信号を生成して前記複数のパターン生成部へ出力するキャリア信号生成部とを備える
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】
前記複数のパターン生成部は、
同様の構成を備え、前記交流電源の相毎に設けられる
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項５】
前記選択制御部は、
前記交流電源の電圧位相の範囲と、前記複数のパターン生成部から出力させる前記パルスパターンの種類とを対応付けたテーブルを備える
ことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のマトリクスコンバータ。
【請求項６】
前記制御部は、
前記双方向スイッチを構成する複数の片方向スイッチング素子を共に制御して前記電力変換制御を行う第１の制御モードと、前記双方向スイッチを構成する複数の片方向スイッチング素子を個別に制御して前記電力変換制御を行う第２の制御モードと、を切り替えて実行する
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載のマトリクスコンバータ。
【請求項７】
前記交流電源の電圧を検出する電圧検出部を備え、
前記制御部は、
前記交流電源の電圧が所定値を超える場合に、前記第１の制御モード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の制御モードによって前記電力変換制御を行う
ことを特徴とする請求項６に記載のマトリクスコンバータ。
【請求項８】
前記電力変換制御によって電力変換を行う電力変換部は、
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】
この種の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構成する複数の片方向スイッチング素子のそれぞれを、個別に１２０°通電制御によってオン／オフ制御する前後で、ＰＷＭ制御によってオン／オフ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、前記交流電源の各相へ流す電流の目標値となる電流指令に応じた相毎の波形から前記ＰＷＭ制御の期間に対応する部分の波形を抜粋して合成した合成信号と、キャリア信号とを比較することによって、前記ＰＷＭ制御を行う期間におい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駆動信号生成器を備える。
【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、第１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、系統パルスパターン生成器の構成の一例を示す図である。
【図８】図８は、系統パルスパターン生成器の合成信号生成部が出力する合成信号の生成手順の一例を示す図である。
【図９】図９は、系統パルスパターン生成器におけるＳｒｐパターン生成部の構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、スイッチ駆動信号の生成手順の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、系統パルスパターン生成器の選択制御部が保持するテーブルの一例を示す図である。
【図１２】図１２は、変形例に係る系統パルスパターン生成器の構成の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、変形例に係る系統パルスパターン生成器におけるＳｒｐパターン生成部の構成の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、発電機位相とイ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１５】図１５は、図１に示す電力変換部の構成例を示す図である。
【図１６】図１６は、第２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１７】図１７は、図１６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１８】図１８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。また、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。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、第１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１に示すように、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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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１４に示す構成であってもよい。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。なお、電流検出部１２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。
【００２１】
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。
【００２２】
停電検出部１４は、系統電圧の電圧値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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
第２の駆動制御部２１は、系統相電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔおよび系統相電流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
かかる制御において、第２の駆動制御部２１は、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する複数の片方向スイッチング素子３１、３２のそれぞれを個別に１２０°通電制御およびＰＷＭ制御を併用してオン／オフ制御することで共振現象の発生を抑制する。なお、かかる点の詳細については、図６〜図１０を参照して後述する。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
以下、第２の駆動制御部２１の具体的構成の一例について説明する。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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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】
0005534052.tif 000002
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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減少する系統無効電流指令ＩＱｒｅｆを生成する。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
電力系統２側のいずれか２つの相の間に電圧波形から位相が９０°進んだ電流を流すように、コンバータ８１に対して１２０°通電制御を行った場合、流れる電流にＬＣフィルタ１１の共振周波数と一致する周波数成分が含まれることがあり、これによって共振現象が発生する。かかる共振現象が発生した場合、電力系統２側のいずれか２つの相の間に流れる電流や電圧の波形に歪が生じる。
【００６０】
パルスパターン生成部４３は、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎによって駆動される各スイッチング素子に対して、１２０°通電制御およびＰＷＭ制御を併用してオン／オフ制御を行うことによって共振現象の発生を抑制する。
【００６１】
例えば、図６に示すように、パルスパターン生成部４３の系統パルスパターン生成器７６は、３０°≦θｒｓｔ＜１５０°の範囲でスイッチ駆動信号ＳｒｎがＨｉｇｈレベルとなる１２０°通電制御用のパルスパターンを生成する。
【００６２】
かかる場合、系統パルスパターン生成器７６は、例えば、０°≦θｒｓｔ＜３０°の範囲で、θｒｓｔが３０°に近くなるほど、スイッチ駆動信号ＳｒｎがＨｉｇｈレベルとなるパルス幅が段階的に大きくなるＰＷＭ制御用のパルスパターンを生成する。また、系統パルスパターン生成器７６は、１５０°≦θｒｓｔ＜１８０°の範囲で、θｒｓｔが１８０°に近くなるほど、スイッチ駆動信号ＳｒｎがＨｉｇｈレベルとなるパルスの幅が段階的に小さくなるＰＷＭ制御用のパルスパターンを生成する。
【００６３】
そして、系統パルスパターン生成器７６は、他のスイッチ駆動信号Ｓｓｎ、Ｓｔｎ、Ｓｒｐ、Ｓｓｐ、Ｓｔｐについても、図６に示すように、１２０°通電用のパルスパターンとＰＷＭ制御用のパルスパターンとを同様に生成する。
【００６４】
そして、パルスパターン生成部４３は、これらのスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎ、および後に詳述す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に基づいてスイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。これにより、電力系統２側のいずれか２つの相の間に流す電流の波形を正弦波形に近付けることができるので、共振現象の発生を抑制することができる。
【００６５】
ここで、図７を参照し、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎを生成する系統パルスパターン生成器７６の構成および動作の一例について説明する。図７は、系統パルスパターン生成器７６の構成の一例を示す図である。
【００６６】
図７に示すように、系統パルスパターン生成器７６は、加算器７３から入力される系統補正位相θｒｓｔ’に基づいて、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎを生成する処理部である。系統パルスパターン生成器７６は、選択制御部９１、合成信号生成部９２、キャリア信号生成部９３、およびタイマ９４を備える。
【００６７】
また、系統パルスパターン生成器７６は、Ｓｒｐパターン生成部９５ａ、Ｓｒｎパターン生成部９５ｂ、Ｓｓｐパターン生成部９５ｃ、Ｓｓｎパターン生成部９５ｄ、Ｓｔｐパターン生成部９５ｅ、およびＳｔｎパターン生成部９５ｆを備える。なお、以下では、Ｓｒｐパターン生成部９５ａ〜Ｓｔｎパターン生成部９５ｆの６つの処理部のうち、任意の一つを指す場合には、パターン生成部９５と称する。
【００６８】
選択制御部９１は、パターン生成部９５のそれぞれがスイッチ駆動信号として出力可能なＨｉｇｈレベル信号ＳＨ、Ｌｏｗレベル信号ＳＬ、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍからいずれか一つを選択して出力させる選択信号Ｓｓｅｌをパターン生成部９５へ出力する。
【００６９】
かかる選択制御部９１は、Ｒ相を基準とし、０°〜３６０°までの系統位相θｒｓｔを３０°ずつ１２等分した位相範囲毎に、パターン生成部９５へ選択信号Ｓｓｅｌを出力する。なお、選択制御部９１が各位相範囲でパターン生成部９５へ出力する選択信号Ｓｓｅｌの一例については、図１１を参照して後述する。
【００７０】
合成信号生成部９２は、パターン生成部９５が、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎに含まれるＰＷＭ制御用のパルスパターンの部分を生成する場合に用いる合成信号Ｓｒｅｆを生成してパターン生成部９５へ出力する。
【００７１】
ここで、図８を参照し、合成信号生成部９２による合成信号Ｓｒｅｆの生成手順の一例について説明する。図８は、合成信号生成部９２が出力する合成信号Ｓｒｅｆの生成手順の一例を示す図である。ここでは、パターン生成部９５が図６に示すスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎを生成する場合に、合成信号生成部９２がパターン生成部９５へ出力する合成信号Ｓｒｅｆの生成手順について説明する。
【００７２】
図６に示すスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎは、Ｒ相の電圧値Ｖｒに対して位相が９０°進んだ電流をＲ相へ、Ｓ相の電圧値Ｖｓに対して位相が９０°進んだ電流をＳ相へ、Ｔ相の電圧値Ｖｔに対して位相が９０°進んだ電流をＴ相へ流すためのものである。
【００７３】
このため、合成信号生成部９２は、図８の上から１段目に示すように、Ｒ相の電圧値Ｖｒに対して位相が９０°進んだ電流指令の波形ＩＲｒｅｆを系統補正位相θｒｓｔ’に基づいて生成する。なお、ここでの波形ＩＲｒｅｆは、Ｒ相へ流す電流の目標値となる電流指令の波形である。
【００７４】
また、合成信号生成部９２は、Ｓ相およびＴ相についても同様に、電流指令の波形ＩＳｒｅｆ、ＩＴｒｅｆを生成する。具体的には、合成信号生成部９２は、図８の上から２段目に示すように、Ｓ相の電圧値Ｖｓに対して位相が９０°進んだ電流指令の波形ＩＳｒｅｆを系統補正位相θｒｓｔ’に基づいて生成する。なお、ここでの波形ＩＳｒｅｆは、Ｓ相へ流す電流の目標値となる電流指令の波形である。
【００７５】
同様に、合成信号生成部９２は、図８の上から３段目に示すように、Ｔ相の電圧値Ｖｔに対して位相が９０°進んだ電流指令の波形ＩＴｒｅｆを系統補正位相θｒｓｔ’に基づいて生成する。なお、ここでの波形ＩＴｒｅｆは、Ｔ相へ流す電流の目標値となる電流指令の波形である。
【００７６】
ここで、例えば、図６に示すスイッチ駆動信号Ｓｒｎのパルスパターンを生成する場合、３０°≦θｒｓｔ＜１５０°の範囲では、電流指令の波形ＩＲｒｅｆとは無関係にＨｉｇｈレベルのパルスパターンを生成すればよい。また、１８０°≦θｒｓｔ＜３６０°の範囲では、電流指令の波形ＩＲｒｅｆとは無関係にＬｏｗレベルのパルスパターンを生成すればよい。ただし、０°≦θｒｓｔ＜３０°および１５０°≦θｒｓｔ＜１８０°の範囲では、電流指令の波形ＩＲｒｅｆの増減に応じたＰＷＭ制御用のパルスパターンを生成する必要がある。
【００７７】
同様に、図６に示すスイッチ駆動信号Ｓｒｐのパルスパターンを生成する場合、２１０°≦θｒｓｔ＜３３０°の範囲では、電流指令の波形ＩＲｒｅｆとは無関係にＨｉｇｈレベルのパルスパターンを生成すればよい。また、０°≦θｒｓｔ＜１８０°の範囲では、電流指令の波形ＩＲｒｅｆとは無関係にＬｏｗレベルのパルスパターンを生成すればよい。ただし、１８０°≦θｒｓｔ＜２１０°および３３０°≦θｒｓｔ＜３６０°の範囲では、電流指令の波形ＩＲｒｅｆの増減に応じたＰＷＭ制御をＰＷＭ制御用のパルスパターンを生成する必要がある。
【００７８】
つまり、電流指令の波形ＩＲｒｅｆで、Ｒ相へ電流を流すスイッチ駆動信号Ｓｒｎ、Ｓｒｐの生成に必要な電流指令を含む範囲は、０°≦θｒｓｔ＜３０°、１５０°≦θｒｓｔ＜１８０°、１８０°≦θｒｓｔ＜２１０°、３３０°≦θｒｓｔ＜３６０°である。そこで、合成信号生成部９２は、電流指令の波形ＩＲｒｅｆのなかで、０°≦θｒｓｔ＜３０°、１５０°≦θｒｓｔ＜１８０°、１８０°≦θｒｓｔ＜２１０°、３３０°≦θｒｓｔ＜３６０°の範囲の波形を抜粋する。
【００７９】
また、合成信号生成部９２は、Ｓ相の電流指令の波形ＩＳｒｅｆについても同様に、Ｓ相へ電流を流すスイッチ駆動信号Ｓｓｎ、Ｓｓｐの生成に必要な電流指令を含む範囲を抜粋する。具体的には、合成信号生成部９２は、電流指令の波形ＩＳｒｅｆのなかで、９０°≦θｒｓｔ＜１２０°、１２０°≦θｒｓｔ＜１５０°、２７０°≦θｒｓｔ＜３００°、３００°≦θｒｓｔ＜３３０°の範囲の波形を抜粋する。
【００８０】
また、合成信号生成部９２は、Ｔ相の電流指令の波形ＩＴｒｅｆについても同様に、Ｔ相へ電流を流すスイッチ駆動信号Ｓｔｎ、Ｓｔｐの生成に必要な電流指令を含む範囲を抜粋する。具体的には、合成信号生成部９２は、電流指令の波形ＩＴｒｅｆのなかで、３０°≦θｒｓｔ＜６０°、６０°≦θｒｓｔ＜９０°、２１０°≦θｒｓｔ＜２４０°、２４０°≦θｒｓｔ＜２７０°の範囲の波形を抜粋する。
【００８１】
そして、合成信号生成部９２は、３つの各電流指令の波形ＩＲｒｅｆ、ＩＳｒｅｆ、ＩＴｒｅｆから抜粋した波形を、抜粋した系統位相θｒｓｔの範囲に応じて繋ぎ合わせることによって合成し、図８の上から４段目に示す合成信号Ｓｒｅｆを生成する。かかる場合、合成信号生成部９２は、抜粋した波形のうち、電流指令が正の波形についてはそのまま合成し、電流指令が負の波形については正負を反転させて合成することによって合成信号Ｓｒｅｆを生成する。
【００８２】
そして、合成信号生成部９２は、生成した合成信号Ｓｒｅｆをパターン生成部９５へ出力する。これにより、パターン生成部９５は、合成信号Ｓｒｅｆと１種類のキャリア信号Ｓｔｒｉとを比較することで、ＰＷＭ制御用のパルスパターンを生成することができる。
【００８３】
なお、合成信号生成部９２は、図８の上から４段目に示す予め生成された合成信号Ｓｒｅｆを記憶しておき、系統補正位相θｒｓｔ’に応じたタイミングでパターン生成部９５へ出力する構成であってもよい。かかる場合、例えば、Ｒ相を基準とし、Ｒ相の電圧値Ｖｒが最大値となったタイミングで合成信号Ｓｒｅｆの出力を開始する。かかる構成とすることにより、合成信号生成部９２の処理負荷を軽減することができる。
【００８４】
図７へ戻り、タイマ９４は、停電検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになった時点からの時間を計測する。かかるタイマ９４は、図示しないプロセッサの動作クロックに基づいて時間の計測を行い、計測した時間をキャリア信号生成部９３へ出力する。
【００８５】
キャリア信号生成部９３は、タイマ９４から入力される時間と所定のキャリア周波数とに基づいて、例えば、振幅が「０」と、電流指令の波形ＩＲｒｅｆの最大値を１/２倍した値との間で変動する三角波をキャリア信号Ｓｔｒｉとして生成する。そして、キャリア信号生成部９３は、生成したキャリア信号Ｓｔｒｉをパターン生成部９５へ出力する。
【００８６】
パターン生成部９５は、０°〜３６０°までの系統位相θｒｓｔを１２等分した各位相範囲で、Ｈｉｇｈレベル、Ｌｏｗレベル、または、ＰＷＭ制御用のパルスパターンのうち、いずれか一つのパルスパターンをスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎとして出力する。かかるパターン生成部９５は、生成したスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎ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。
【００８７】
次に、図９を参照し、パターン生成部９５の構成例について説明する。なお、Ｓｒｐパターン生成部９５ａ〜Ｓｔｎパターン生成部９５ｆは、選択制御部９１から入力される選択信号Ｓｓｅｌに従って位相範囲毎に選択するパルスパターンが異なるが、構成は全て同様である。このため、ここでは、Ｓｒｐパターン生成部９５ａの構成例について説明する。
【００８８】
図９は、Ｓｒｐパターン生成部９５ａの構成の一例を示す図である。図９に示すように、Ｓｒｐパターン生成部９５ａは、Ｈｉｇｈレベル信号生成部９６、Ｌｏｗレベル信号生成部９７、比較部９８、および選択部９９を備える。
【００８９】
Ｈｉｇｈレベル信号生成部９６は、Ｈｉｇｈレベル信号ＳＨを生成して選択部９９へ出力する。Ｌｏｗレベル信号生成部９７は、Ｌｏｗレベル信号ＳＬを生成して選択部９９へ出力する。比較部９８は、合成信号生成部９２から入力される合成信号Ｓｒｅｆと、キャリア信号生成部９３から入力されるキャリア信号Ｓｔｒｉとを比較し、比較結果を示すＰＷＭ制御用のパルスパターン（以下、「ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍ」と記載する）を生成して選択部９９へ出力する。
【００９０】
選択部９９は、マルチプレクサであり、選択制御部９１から入力される選択信号Ｓｓｅｌに従って、Ｈｉｇｈレベル信号ＳＨ、Ｌｏｗレベル信号ＳＬ、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍのうちいずれか一つのパルスパターンをスイッチ駆動信号Ｓｒｐとして出力する。同様に、Ｓｒｎパターン生成部９５ｂ〜Ｓｔｎパターン生成部９５ｆは、それぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｎ〜Ｓｔｎを出力する。
【００９１】
次に、図１０を参照し、パターン生成部９５の動作例について説明する。ここでは、Ｓｒｐパターン生成部９５ａおよびＳｒｎパターン生成部９５ｂの動作例について説明する。図１０は、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ、Ｓｒｐの生成手順の一例を示す図である。
【００９２】
図１０に一点鎖線で示すＲ相の電圧値Ｖｒに対して位相が９０°進んだ電流をＲ相に流す場合、Ｓｒｎパターン生成部９５ｂは、０°≦θｒｓｔ＜３０°、１５０°≦θｒｓｔ＜１８０°の範囲で、ＰＷＭ制御用のスイッチ駆動信号Ｓｒｎを出力する。具体的には、Ｓｒｎパターン生成部９５ｂは、合成信号Ｓｒｅｆがキャリア信号Ｓｔｒｉ以上の場合にＨｉｇｈレベル、キャリア信号Ｓｔｒｉ未満の場合にＬｏｗレベルとなるパルスパターンのＰＷＭ信号Ｓｐｗｍをスイッチ駆動信号Ｓｒｎとして選択して出力する。
【００９３】
また、Ｓｒｎパターン生成部９５ｂは、３０°≦θｒｓｔ＜１５０°の範囲で、１２０°通電制御用のスイッチ駆動信号Ｓｒｎを出力する。つまり、Ｓｒｎパターン生成部９５ｂは、Ｈｉｇｈレベル信号ＳＨをスイッチ駆動信号Ｓｒｎとして選択して出力する。また、Ｓｒｎパターン生成部９５ｂは、１８０°≦θｒｓｔ＜３６０°の範囲で、Ｌｏｗレベル信号ＳＬをスイッチ駆動信号Ｓｒｎとして選択して出力する。
【００９４】
一方、Ｓｒｐパターン生成部９５ａは、１８０°≦θｒｓｔ＜２１０°、３３０°≦θｒｓｔ＜３６０°の範囲で、ＰＷＭ制御用のスイッチ駆動信号Ｓｒｐを出力する。具体的には、Ｓｒｐパターン生成部９５ａは、合成信号Ｓｒｅｆがキャリア信号Ｓｔｒｉ以上の場合にＨｉｇｈレベル、キャリア信号Ｓｔｒｉ未満の場合にＬｏｗレベルとなるパルスパターンのＰＷＭ信号Ｓｐｗｍをスイッチ駆動信号Ｓｒｐとして選択して出力する。
【００９５】
また、Ｓｒｐパターン生成部９５ａは、２１０°≦θｒｓｔ＜３３０°の範囲で、１２０°通電制御用のスイッチ駆動信号Ｓｒｐを出力する。つまり、Ｓｒｐパターン生成部９５ａは、Ｈｉｇｈレベル信号ＳＨをスイッチ駆動信号Ｓｒｐとして選択して出力する。また、Ｓｒｐパターン生成部９５ａは、０°≦θｒｓｔ＜１８０°の範囲で、Ｌｏｗレベル信号ＳＬをスイッチ駆動信号Ｓｒｐとして選択して出力する。
【００９６】
Ｓｓｐパターン生成部９５ｃ〜Ｓｔｎパターン生成部９５ｆも同様に、選択信号Ｓｓｅｌに基づき、各位相範囲でＨｉｇｈレベル信号ＳＨ、Ｌｏｗレベル信号ＳＬ、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍのいずれかをスイッチ駆動信号Ｓｓｐ〜Ｓｔｎとして出力する。
【００９７】
次に、図１１を参照し、選択制御部９１が各位相範囲でパターン生成部９５へ出力する選択信号Ｓｓｅｌの一例について説明する。図１１は、選択制御部９１が保持するテーブルの一例を示す図である。
【００９８】
図１１に示すように、選択制御部９１は、０°〜３６０°までの系統位相θｒｓｔを３０°ずつ１２等分した（０）〜（１１）の各位相範囲と、パターン生成部９５に出力する選択信号Ｓｓｅｌとを対応付けたテーブルを保持している。テーブルにおけるＳｒｎ、Ｓｓｎ、Ｓｔｎ、Ｓｒｐ、Ｓｓｐ、Ｓｔｐは、選択信号Ｓｓｅｌの出力先となるパターン生成部９５のそれぞれを示している。
【００９９】
また、テーブルにおける（０）は、０°≦θｒｓｔ＜３０°の位相範囲を示しており、（１）は、３０°≦θｒｓｔ＜６０°の位相範囲を示している。つまり、テーブルでは、系統位相θｒｓｔの位相が小さい順に、３０°毎に各位相範囲へ（０）〜（１１）までの番号が割り当てられている。
【０１００】
また、テーブルにおけるＳｐｗｍは、パターン生成部９５が出力可能な３種類のパルスパターンのうち、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍを選択させる選択信号Ｓｓｅｌを示している。テーブルにおける（）が付されていない数字「１」は、パターン生成部９５が出力可能な３種類のパルスパターンのうち、Ｈｉｇｈレベル信号ＳＨを選択させる選択信号Ｓｓｅｌを示している。テーブルにおける（）が付されていない数字「０」は、パターン生成部９５が出力可能な３種類のパルスパターンのうち、Ｌｏｗレベル信号ＳＬを選択させる選択信号Ｓｓｅｌを示している。
【０１０１】
そして、選択制御部９１は、かかるテーブルに基づいて、（０）〜（１１）の各位相範囲でパターン生成部９５に選択信号Ｓｓｅｌを出力することにより、パターン生成部９５からスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎを出力させる。
【０１０２】
これにより、選択制御部９１は、図６に示すパルスパターンのスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎをパターン生成部９５から出力させることができる。また、かかるテーブルから分かるように、（０）〜（１１）の各位相範囲において、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ、Ｓｓｎ、Ｓｔｎのうち、常に１つはＯＮ（Ｈｉｇｈレベル）となり、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ、Ｓｓｐ、Ｓｔｐのうち、常に１つはＯＮとなる。これにより、スイッチの全開放を防止することができる。
【０１０３】
このように、系統パルスパターン生成器７６では、Ｓｒｐパターン生成部９５ａ〜Ｓｔｎパターン生成部９５ｆは、１種類の合成信号Ｓｒｅｆと、１種類のキャリア信号Ｓｔｒｉとに基づいてＰＷＭ信号Ｓｐｗｍを生成することができる。
【０１０４】
これにより、系統パルスパターン生成器７６では、Ｓｒｐパターン生成部９５ａ〜Ｓｔｎパターン生成部９５ｆのそれぞれに、ＰＷＭ信号Ｓｐｗｍを生成するための電流指令の波形やキャリア信号を生成する処理部を設ける必要がない。したがって、系統パルスパターン生成器７６の構成を簡略化することができる。
【０１０５】
なお、図７〜図１１を参照して説明した系統パルスパターン生成器７６の構成および動作は、一例であり、これに限定されるものではない。ここで、変形例に係る系統パルスパターン生成器７６Ａについて説明する。
【０１０６】
図１２は、変形例に係る系統パルスパターン生成器７６Ａの構成の一例を示す図であり、図１３は、変形例に係る系統パルスパターン生成器７６ＡにおけるＳｒｐパターン生成部９５Ａの構成の一例を示す図である。
【０１０７】
なお、ここでは、図１２、図１３に示す構成要素のうち、図７、図９に示す構成要素と同様の機能を有する構成要素について、図７、図９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。また、ここでもＳｒｐパターン生成部９５Ａ、Ｓｒｎパターン生成部９５Ｂ、Ｓｓｐパターン生成部９５Ｃ、Ｓｓｎパターン生成部９５Ｄ、Ｓｔｐパターン生成部９５Ｅ、Ｓｔｎパターン生成部９５Ｆの６つの処理部のうち、任意の一つを指す場合には、パターン生成部９５と称する。
【０１０８】
図１２に示すように、変形例に係る系統パルスパターン生成器７６Ａは、比較部９８を６つのパターン生成部９５で共用する点が、図７に示すパルスパターン生成器７６とは異なる。
【０１０９】
具体的には、系統パルスパターン生成器７６Ａは、パターン生成部９５の外部に、１つの比較部９８を備える。かかる比較部９８は、合成信号Ｓｒｅｆとキャリア信号ＳＴｒｉとを比較して生成するＰＷＭ信号Ｓｐｗｍを各パターン生成部９５へ入力する。
【０１１０】
また、図１３に示すように、変形例に係るＳｒｐパターン生成部９５Ａは、内部に比較部９８を備えておらず、外部に設けられる比較部９８からＰＷＭ信号Ｓｐｗｍが選択部９９へ入力される点が、図９に示すＳｒｐパターン生成部９５ａとは異なる。なお６つのパターン生成部９５は、いずれも同一の構成である。
【０１１１】
そして、系統パルスパターン生成器７６の選択制御部９１は、図７に示す選択制御部９１と同様に、図１１に示すテーブルに基づいて、（０）〜（１１）の各位相範囲でパターン生成部９５に選択信号Ｓｓｅｌを出力する。これにより、各パターン生成部９５からスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎが出力される。
【０１１２】
このように系統パルスパターン生成器７６Ａを構成することによっても、図７〜図１１を参照して説明した系統パルスパターン生成器７６と同様のスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎ（図６参照）を生成することができる。しかも、かかる系統パルスパターン生成器７６Ａによれば、比較部９８の個数を低減することができると共に、各パターン生成部９５の構成を簡略化することができる。
【０１１３】
上述したように、系統パルスパターン生成器７６は、電力系統２の各相へ流す電流を制御するスイッチング素子に対して、１２０°通電制御とＰＷＭ制御を併用してオン／オフ制御を行うスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎのパルスパターンを生成する。これにより、電力系統２の各相へ流す電流の波形を正弦波の波形へ近付けることができるので、共振現象の発生を抑制することができ、電流および電圧の波形に生じる共振現象に起因した歪みを低減することができる。
【０１１４】
また、系統パルスパターン生成器７６は、電力系統２の各相へ流す電流を制御するスイッチング素子を１２０°制御によってオンにする前後でＰＷＭ制御を行うスイッチ駆動信号Ｓｒｐ〜Ｓｔｎのパルスパターンを生成する。これにより、電力系統２の各相へ流す電流の波形を正弦波の波形へより近付けることができる。
【０１１５】
なお、ここでは、１２０°通電制御を行う前後でＰＷＭ制御を行う場合について説明したが、１２０°通電制御を行う前または後のいずれか一方でＰＷＭ制御を行ってもよい。かかる制御を行うことによっても、ＰＷＭ制御を行わない場合に比べて、共振現象の発生を抑制し、電流および電圧の波形に生じる共振現象に起因した歪みを低減することができる。
【０１１６】
図３へ戻り、発電機パルスパターン生成器７７は、発電機補正位相θｕｖｗ’に応じたスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを生成する。ここで、図１４を参照し、発電機位相θｕｖｗとスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎとの関係について説明する。図１４は、発電機位相θｕｖｗとスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎとの関係を示す図である。
【０１１７】
発電機パルスパターン生成器７７は、発電機位相θｕｖｗに対して１２０°通電の電流を流すインバータ８２のスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎのパターンを有し、発電機補正位相θｕｖｗ’に応じてスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを出力する。
【０１１８】
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、発電機パルスパターン生成器７７は、発電機補正位相θｕｖｗ’を基準とすることで、図１４に示すように、発電機位相θｕｖｗに対して、９０°−ｄθｕｖｗ遅れた電流が流れるように、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎ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。
【０１１９】
発電機パルスパターン生成器７７は、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ようにスイッチ駆動信号Ｓｕｐ〜Ｓｗｎを出力する。例えば、０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜３０°、３３０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜３６０°の範囲にある場合、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。これにより、Ｗ相とＶ相との間に電流が流れる。
【０１２０】
同様に、３０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜９０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、ＳｖｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｕ相とＶ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、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｕ相とＷ相と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Ｓｖｐ、ＳｗｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｖ相とＷ相との間に電流が流れる。
【０１２１】
２１０°≦θｕｖｗ−ｄθｕｖｗ＜２７０°の範囲にある場合、スイッチ駆動信号Ｓｖｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｖ相とＵ相と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Ｓｗｐ、ＳｕｎがＨｉｇｈレベルであり、Ｗ相とＵ相との間に電流が流れる。このように、発電機パルスパターン生成器７７は、発電機位相θｕｖｗに対して、９０°−ｄθｕｖｗ遅れた電流が流れるようにパルスパターンを生成する。
【０１２２】
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】
0005534052.tif 000003
【０１２３】
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１５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１５は、電力変換部１０の構成例を示す図である。なお、図１５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１５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１５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。
【０１２４】
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】
0005534052.tif 000004
【０１２５】
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１５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。
【０１２６】
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１５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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
また、スイッチ駆動信号Ｓ１〜Ｓ１８によって、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のそれぞれに対して、個別に１２０°通電制御およびＰＷＭ制御が併用されてオン／オフ制御が行われる。これにより、電力系統２側に流れる電流の波形が正弦波形に近付けられるので、共振現象の発生が抑制され、電力系統２側の電流波形および電圧波形に歪みが生じることを抑制することができる。
【０１２９】
なお、スイッチ駆動信号Ｓｒｎ、Ｓｓｎ、Ｓｔｎのいずれか一つが常にＨｉｇｈレベルとなり、スイッチ駆動信号Ｓｕｐ、Ｓｖｐ、Ｓｗｐのいずれか一つが常に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つが常にオンになる。
【０１３０】
また、スイッチ駆動信号Ｓｕｎ、Ｓｖｎ、Ｓｗｎのいずれか一つが常にＨｉｇｈレベルとなり、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ、Ｓｓｐ、Ｓｔｐのいずれか一つが常に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、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つが常にオンになる。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
また、第２の駆動制御部２１は、双方向スイッチＳｗ１〜Ｓｗ９を構成する複数の片方向スイッチング素子３１、３２のそれぞれを個別に１２０°通電制御およびＰＷＭ制御を併用してオン／オフ制御する。これにより、マトリクスコンバータ１は、電力系統２側へ流す電流の電流波形を正弦波形に近付けることで、電力系統２側へ流す電流に起因したＬＣフィルタ１１との共振現象によって電圧波形および電流波形に歪みが生じることを防止することができる。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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を用いて電力変換部１０を駆動するようにしたが、制御方法は１２０°通電のスイッチングパターンに限られるものではない。すなわち、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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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、ｄθｒｓｔ＝−ｔａｎ−１（ＩＱ／ＩＰ）の演算により系統位相補償値ｄθｒｓｔを求めて出力してもよい。
【０１４５】
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。
【０１４６】
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７６は、系統位相θｒｓｔ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Ｓｒｐ〜Ｓｔｎ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７６への設定によって選択することができる。
【０１４７】
また、上述してきた第１実施形態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。以下、図１６〜図１８を参照し、第１実施形態で説明したスイッチング制御を適用した第２実施形態に係る直列多重マトリクスコンバータ１００について説明する。
【０１４８】
（第２実施形態）
図１６は、第２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。また、図１７は、図１６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１８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。
【０１４９】
なお、ここでは、図１６〜図１８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。
【０１５０】
図１６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１７参照）内に設けられる。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。さらに、多重変圧器１０Ａでは、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間に電圧位相差をもたせている。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の一例が示されている。
【表１】
0005534052.tif 000005
【０１５３】
具体的には、Ｕ相では、位置Ｕ１に対応する二次巻線１８ａは、一次巻線１７とは電圧位相差がゼロであり、位置Ｕ２に対応する二次巻線１８ｄは、二次巻線１８ａに対し２０度進みの電圧位相差を有し、位置Ｕ３に対応する二次巻線１８ｇは、二次巻線１８ｄに対し２０度進み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は、一次巻線１７とは電圧位相差がゼロであり、位置Ｖ２に対応する二次巻線１８ｅは、二次巻線１８ｂに対し２０度進みの電圧位相差を有し、位置Ｖ３に対応する二次巻線１８ｈは、二次巻線１８ｅに対し２０度進みの電圧位相差を有する。
【０１５４】
また、Ｗ相では、位置Ｗ１に対応する二次巻線１８ｃは、一次巻線１７とは電圧位相差がゼロであり、位置Ｗ２に対応する二次巻線１８ｆは、二次巻線１８ｃに対し２０度進みの電圧位相差を有し、位置Ｗ３に対応する二次巻線１８ｉは、二次巻線１８ｆに対し２０度進みの電圧位相差を有する。
【０１５５】
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°進んでいる。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°進んでいる。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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。
【０１６３】
ここで、図１７を参照し、電力変換セル１９の構成について説明する。図１７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１７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。
【０１６４】
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１５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、リアクトルを設けず、代わりに電力変換セル１９が接続される多重変圧器１０Ａの二次巻線１８の漏れインダクタンスを利用する構成でもよい。
【０１６５】
図１６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。
【０１６６】
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。
【０１６７】
第２の駆動制御部２１Ａは、系統相電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ、および系統相電流値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ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。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
なお、直列多重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１４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。
【０１７４】
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１４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。
【０１７５】
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に示す系統パルスパターン生成器７６が設けられる。
【０１７６】
ただし、図３に示す第２の駆動制御部２１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。
【０１７７】
ここで、図１８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。
【０１７８】
図１８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。
【０１７９】
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〜１８ｉ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。
【０１８０】
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に対して第１実施形態と同様に、１２０°通電制御およびＰＷＭ制御を併用して、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。
【０１８１】
これらのパターン生成器７６４〜７６６は、それぞれ図７に示す系統パルスパターン生成器７６と同様の構成である。なお、パターン生成器７６４〜７６６として、それぞれ図７に示す系統パルスパターン生成器７６を用いる場合、タイマ９４およびキャリア信号生成部９３をパターン生成器７６４〜７６６のいずれか一つ設け、他の２つへもキャリア信号を供給する構成としてもよい。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
これらパターン生成器７６４〜７６６は、いずれも図７に示す系統パルスパターン生成器７６と同様の動作を行うことによって、それぞれスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１、Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２、Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３を生成する。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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１７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】
0005534052.tif 000006
【０１９０】
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】
0005534052.tif 000007
【０１９１】
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】
0005534052.tif 000008
【０１９２】
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】
0005534052.tif 000009
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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１７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。
【０１９６】
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】
0005534052.tif 000010
【０１９７】
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】
0005534052.tif 000011
【０１９８】
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】
0005534052.tif 000012
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
具体的には、図１６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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
かかる直列多重マトリクスコンバータ１００では、図１８に示す３つのパターン生成器７６４〜７６６は、図７に示す系統パルスパターン生成器７６または図１２に示す系統パルスパターン生成器７６Ａと同様の動作を行う。具体的には、パターン生成器７６４〜７６６は、電力系統２の各相へ流す電流を制御するスイッチング素子を１２０°制御によってオンにする前後でＰＷＭ制御を行うスイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１、Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２、Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３を生成する。
【０２０５】
そして、直列多重マトリクスコンバータ１００では、スイッチ駆動信号Ｓｒｐ１〜Ｓｔｎ１、Ｓｒｐ２〜Ｓｔｎ２、Ｓｒｐ３〜Ｓｔｎ３によって駆動される各スイッチング素子に対して、１２０°通電制御およびＰＷＭ制御を併用してオン／オフ制御を行う。
【０２０６】
かかる直列多重マトリクスコンバータ１００によれば、第１実施形態のマトリクスコンバータ１と同様に、電力系統２の各相へ流す電流の波形を正弦波の波形へより近付けることが可能となるので、共振現象の発生を抑制することができる。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【０２０９】
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。
【０２１０】
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。
【０２１１】
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。
【０２１２】
かかる場合、直列多重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。
【０２１３】
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。
【０２１４】
そして、第２の駆動制御部２１Ａは、補償位相θｒｓｔ１’を図１８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。
【０２１５】
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】
【０２１６】
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
２０  第１の駆動制御部
２１  第２の駆動制御部
７６  系統パルスパターン生成器
９１  選択制御部
９２  合成信号生成部
９３  キャリア信号生成部
９５  パターン生成部
９６  Ｈｉｇｈレベル信号生成部
９７  Ｌｏｗレベル信号生成部
９８  比較部
９９  選択部
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
【要約】
【課題】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。
【解決手段】実施形態に係るマトリクスコンバータは、複数の双方向スイッチおよび制御部を備える。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、双方向スイッチを構成する複数の片方向スイッチング素子を、個別に１２０°通電制御によってオン／オフ制御する前後で、ＰＷＭ制御によってオン／オフ制御して交流電源と回転電機との間の電力変換制御を行う。また、制御部は、交流電源の各相へ流す電流の目標値となる電流指令の波形からＰＷＭ制御の期間に対応する部分を抜粋して合成した合成信号と、キャリア信号とを比較することによって、ＰＷＭ制御を行う期間に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駆動信号生成器を備える。
【選択図】図１【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】
0005534052.tif 000022
【図１１】
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【図１２】
0005534052.tif 000024
【図１３】
0005534052.tif 000025
【図１４】
0005534052.tif 000026
【図１５】
0005534052.tif 000027
【図１６】
0005534052.tif 000028
【図１７】
0005534052.tif 000029
【図１８】
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