(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ台の多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置の制御装置において、インバータ装置の瞬時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルに互いに位相が３６０／ｎ度異なる回転する副ベクトルを加えて目標電圧ベクトルと副ベクトルを多重化数分だけ合成し、これによって個々の多レベルインバータを瞬時空間ベクトル制御方式で制御するようにしたことを特徴とする並列多重インバータ装置の制御装置。
【請求項２】
第１多レベルインバータと第２多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置の制御装置において、インバータ装置の瞬時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルν０に第１の回転する副ベクトルνＣ１を加えた第１合成電圧ベクトルν１を第１多レベルインバータの目標電圧ベクトルとし、且つ前記目標電圧ベクトルν０に第１の回転する副ベクトルνＣ１と振幅と周波数が同一で位相が１８０度異なる第２の回転する副ベクトルνＣ２を加えた第２合成電圧ベクトルν２を第２多レベルインバータの目標電圧ベクトルとして瞬時空間ベクトル制御方式で制御するようにしたことを特徴とする並列多重インバータ装置の制御装置。
【請求項３】
前記多レベルインバータが５レベルインバータであることを特徴とする請求項１又は２の並列多重インバータ装置の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置、特に超電導磁気浮上式鉄道用リニア・シンクロナス・モータ（ＬＳＭ）の駆動用電源として用いられる多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置を瞬時空間ベクトル制御方式で制御する制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
３レベルや５レベル等の多レベルインバータは電気鉄道や一般産業の分野でモータの駆動電源に従来から採用されている。そして、これら多レベルインバータは瞬時空間ベクトル理論に基づいて制御されるのが一般的である。瞬時空間ベクトル制御方式を適用すると、多レベルインバータのスイッチング損失と高調波成分が共に低減できるからである。
【０００３】
従来の瞬時空間ベクトル制御方式で制御される三相５レベルインバータ装置をブロック図で示した図１０において、コンバータ４０の５個の直流電圧端子Ｐ１、Ｐ２、０、Ｎ１、Ｎ２に夫々の入力端子が接続されたＵ相スイッチング素子群３１、Ｖ相スイッチング素子群３２、Ｗ相スイッチング素子群３３からなる三相５レベルインバータ３０は、瞬時空間ベクトル制御方式を採用した制御装置によって制御されて直流電圧を交流電圧に変換し、負荷５０に三相交流電力を供給する。負荷５０は、例えば、ＬＳＭのＵ相巻線ＬＵ、Ｖ相巻線ＬＶ、Ｗ相巻線ＬＷからなる三相巻線である。
【０００４】
前記制御装置は制御部１０とゲート信号発生部２０とから構成されている。制御部１０は、目標電圧ベクトルν０の座標計算を行ってＸ軸ベクトル成分ν０ｘとＹ軸ベクトル成分ν０ｙを夫々出力する目標電圧ベクトルの座標計算手段１１と、これら目標電圧ベクトルのＸ軸ベクトル成分ν０ｘとＹ軸ベクトル成分ν０ｙに座標情報記憶部１６からの座標情報を適用して最短制御ポイントの計算を行う最短制御ポイントの計算手段１４と、最短制御ポイントの計算手段１４で得られた最短制御ポイントにスイッチング情報記憶部１７からのスイッチング情報を適用してスイッチングパターンを決定するスイッチングパターンの決定手段１５とから構成されている。ゲート信号発生部２０は、制御部１０が決定したスイッチングパターン情報に基づいて、三相５レベルインバータ３０のＵ相スイッチング素子群３１、Ｖ相スイッチング素子群３２、Ｗ相スイッチング素子群３３に与えるゲート信号ＧＵ、ＧV、ＧＷを発生する。
【０００５】
前記制御ポイント、即ち瞬時空間ベクトル上でインバータを構成するスイッチング素子のオン・オフの選択の数は、理論的には５３＝１２５通り存在するが、図５に示す如く実際は６１通り存在する。これは、三相出力によって同じベクトルになるものが６４通りあるからである。最短制御ポイントの選択条件としては、例えば、空間ベクトル上を移動する目標ベクトルの軌跡に最も近い制御ポイントが選択されるものとされている。スイッチングパターンの決定条件としては、例えば、同一制御ポイントで複数のスイッチングパターンが存在する場合には三相の素子のスイッチング回数が最小になるようなスイッチングパターンが選択されるものとされている。
【０００６】
ところで、ＬＳＭの駆動電源は、システムの大容量化、低高調波化を図るために、単独でなく多重化されて用いられる。そこで、図１０の従来の瞬時空間ベクトル制御方式で制御される三相５レベルインバータ装置を多重化したシステム、即ち２台の三相５レベルインバータを並列接続し瞬時空間ベクトル制御方式で制御されるインバータ装置が、この駆動電源として利用することが考えられた。しかしながら、並列多重インバータに瞬時空間ベクトル制御を適用した場合、空間ベクトル上の制御ポイントが理論的には多重化によって増加するため制御性を増すことが可能であるが、インバータ間を流れる横流電流の制御が困難であるため、並列多重インバータに瞬時空間ベクトル制御方式を用いることはできなかった。
【０００７】
また、３レベル以上の多レベルインバータにおいて単純にキャリア信号を用いたＰＷＭ制御を適用すると、電圧制御が連続的に行えないといった欠点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、多レベルインバータを並列接続したインバータ装置、特にＬＳＭの駆動用電源として用いられる多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置を、多レベルインバータ間を流れる横流電流を抑制しながら瞬時空間ベクトル制御方式で制御する制御装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する請求項１のｎ台の多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置の制御装置において、インバータ装置の瞬時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルに互いに位相が３６０／ｎ度異なる回転する副ベクトルを加えて目標電圧ベクトルと副ベクトルを多重化数分だけ合成し、これによって個々の多レベルインバータを瞬時空間ベクトル制御方式で制御するようにした。そして請求項３では、請求項１の並列多重インバータ装置の制御装置において前記多レベルインバータを５レベルインバータとした。
【００１０】
上記課題を解決する請求項２の第１多レベルインバータと第２多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置の制御装置において、インバータ装置の瞬時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルν０に第１の回転する副ベクトルνＣ１を加えた第１合成電圧ベクトルν１を第１多レベルインバータの目標電圧ベクトルとし、且つ前記目標電圧ベクトルν０に第１の回転する副ベクトルνＣ１と振幅と周波数が同一で位相が１８０度異なる第２の回転する副ベクトルνＣ２を加えた第２合成電圧ベクトルν２を第２多レベルインバータの目標電圧ベクトルとして瞬時空間ベクトル制御方式で制御するようにした。そして請求項３では、請求項２の並列多重インバータ装置の制御装置において前記多レベルインバータを５レベルインバータとした。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式で制御される並列接続したインバータ装置をブロック図で示した図１において、コンバータ４０の５レベルの直流電圧端子Ｐ１、Ｐ２、０、Ｎ１、Ｎ２に夫々の入力端子が接続されたＵ相スイッチング素子群３１Ａ、Ｖ相スイッチング素子群３２Ａ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ａからなる三相５レベルの第１多レベルインバータ３０Ａと、コンバータ４０の５レベルの直流電圧端子Ｐ１、Ｐ２、０、Ｎ１、Ｎ２に夫々の入力端子が接続されたＵ相スイッチング素子群３１Ｂ、Ｖ相スイッチング素子群３２Ｂ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ｂからなる三相５レベルの第２多レベルインバータ３０Ｂとからなるインバータ装置３０は、瞬時空間ベクトル制御方式を採用した制御装置によって制御されて直流電圧を交流電圧に変換し、負荷５０に三相交流電流を供給する。負荷５０は、例えば、ＬＳＭのＵ相巻線ＬＵ、Ｖ相巻線ＬＶ、Ｗ相巻線ＬＷからなる三相巻線である。
【００１２】
Ｕ相スイッチング素子群３１Ａ、Ｖ相スイッチング素子群３２Ａ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ａからなる三相５レベルの第１多レベルインバータ３０Ａにおいて、Ｕ相スイッチング素子群３１Ａは、図２に示す如く、直流電圧端子Ｐ１と出力端子ＺＵ１との間に接続された４個のスイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４の直列回路、出力端子ＺＵ１と直流電圧端子Ｎ１との間に接続された４個のスイッチング素子ＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８の直列回路、及び６個のダイオードＤＵ１１、ＤＵ２１、ＤＵ３１、ＤＵ４１、ＤＵ５１、ＤＵ６１が含まれている。
【００１３】
ダイオードＤＵ１１は直流電圧端子Ｐ２とスイッチング素子ＳＵ１とＳＵ２の接続点との間に、ダイオードＤＵ２１は中性端子０とスイッチング素子ＳＵ２とＳＵ３の接続点との間に、ダイオードＤＵ３１は直流電圧端子Ｎ２とスイッチング素子ＳＵ３とＳＵ４の接続点との間に、ダイオードＤＵ４１は直流電圧端子Ｐ２とスイッチング素子ＳＵ５とＳＵ６の接続点との間に、ダイオードＤＵ５１は中性端子０とスイッチング素子ＳＵ６とＳＵ７の接続点との間に、ダイオードＤＵ６１は直流電圧端子Ｎ２とスイッチング素子ＳＵ７とＳＵ８の接続点との間に、図示の極性で夫々接続されている。Ｕ相スイッチング素子群３１Ａには更に８個の還流ダイオードＤＵ１２、ＤＵ２２、ＤＵ３２、ＤＵ４２、ＤＵ５２、ＤＵ６２、ＤＵ７２、ＤＵ８２が含まれている。そして、これら還流ダイオードは、８個のスイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４、ＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８に夫々並列に接続されている。これらのスイッチング素子は同一特性のものが選ばれており、またこれらのダイオードも特性を揃えてある。なお、スイッチング素子は、ＧＴＯサイリスタ、ＩＧＢＴ、ＩＧＣＴ等の自己消孤機能を有する半導体スイッチング素子である。
【００１４】
また、三相５レベルの第１多レベルインバータ３０ＡのＶ相スイッチング素子群３２Ａ及びＷ相スイッチング素子群３３Ａは、Ｕ相スイッチング素子群３１Ａと同様に、８個の自己消孤機能を有する半導体スイッチング素子と１４個のダイオードとから構成されている。
【００１５】
図示しないが、Ｕ相スイッチング素子群３１Ｂ、Ｖ相スイッチング素子群３２Ｂ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ｂからなる三相５レベルの第２多レベルインバータ３０Ｂは、図２の三相５レベルの第１多レベルインバータ３０Ａと同様に構成されている。
【００１６】
本発明に係る制御装置は、制御部１０とゲート信号発生部２０とから構成されている。制御部１０は、目標電圧ベクトルν０の座標計算を行ってＸ軸ベクトル成分とＹ軸ベクトル成分を夫々出力する目標電圧ベクトルの座標計算手段１１と、回転する副ベクトルνＣ１とνＣ２の座標計算を行って夫々のＸ軸ベクトル成分とＹ軸ベクトル成分を夫々出力する副ベクトルの座標計算手段１２と、目標電圧ベクトルν０と第１の回転する副ベクトルνＣ１の合成ベクトルν１及び目標電圧ベクトルν０と第２の回転する副ベクトルνＣ２の合成ベクトルν２とを夫々生成するベクトルの合成手段１３と、合成ベクトルν１とν２に座標情報記憶部１６からの座標情報を適用して夫々の最短制御ポイントの計算を行う最短制御ポイントの計算手段１４と、最短制御ポイントの計算手段１４で得られた夫々の最短制御ポイントにスイッチング情報記憶部１７からのスイッチング情報を適用してスイッチングパターンを決定するスイッチングパターンの決定手段１５とから構成されている。
【００１７】
ゲート信号発生部２０は、制御部１０が決定したスイッチングパターン情報に基づいて、三相５レベルの第１多レベルインバータ３０ＡのＵ相スイッチング素子群３１Ａ、Ｖ相スイッチング素子群３２Ａ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ａに与えるゲート信号ＧＵ１、ＧV１、ＧＷ１と、三相５レベルの第２多レベルインバータ３０ＢのＵ相スイッチング素子群３１Ｂ、Ｖ相スイッチング素子群３２Ｂ、Ｗ相スイッチング素子群３３Ｂに与えるゲート信号ＧＵ２、ＧV２、ＧＷ２を発生する。
【００１８】
制御部１０を、図３及び図４を参照して更に詳細に説明する。図３において、ベクトルの合成手段１３と最短制御ポイントの計算手段１４とスイッチングパターンの決定手段１５は、第１多レベルインバータ用と第２多レベルインバータ用に夫々別個に設けられている。目標電圧ベクトルの座標計算手段１１は目標電圧ベクトルν０の座標計算を行ってそのＸ軸ベクトル成分ν０ｘとＹ軸ベクトル成分ν０ｙを夫々出力する。
【００１９】
副ベクトルの座標計算手段１２は、回転する副ベクトルの座標計算を行って第１多レベルインバータ用の回転する副ベクトルνＣ１のＸ軸ベクトル成分νＣ１ｘとＹ軸ベクトル成分νＣ１ｙを、且つ第２多レベルインバータ用の回転する副ベクトルνＣ２のＸ軸ベクトル成分νＣ２ｘとＹ軸ベクトル成分νＣ２ｙを夫々出力する。副ベクトルの座標計算手段は、図４に示す如く、回転する副ベクトルの周波数ｆＣ、振幅ｒ、位相差θを設定する設定手段１２１、第１多レベルインバータ用の副ベクトルの座標計算手段１２２Ａ、第２多レベルインバータ用の副ベクトルの座標計算手段１２２Ｂ、正転逆転切替え手段１２４、第１多レベルインバータ用の正転逆転切替え接点群１２５Ａ、第２多レベルインバータ用の正転逆転切替え接点群１２５Ｂとから構成されている。２台の多レベルインバータからなる並列多重インバータ装置において、位相差θは１８０度である。なお図４において、ωＣは回転する副ベクトルν０の角速度、ｒ１ｘとｒ１ｙは第１多レベルインバータ用の回転する副ベクトルνＣ１のＸ軸ベクトル成分とＹ軸ベクトル成分の夫々の振幅、ｒ２ｘとｒ２ｙは第２多レベルインバータ用の回転する副ベクトルνＣ２のＸ軸ベクトル成分とＹ軸ベクトル成分の夫々の振幅である。
【００２０】
第１多レベルインバータ用のベクトルの合成手段１３Ａは、目標電圧ベクトルν０のＸ軸ベクトル成分ν０ｘに第１多レベルインバータ用の回転する副ベクトルνＣ１のＸ軸ベクトル成分νＣ１ｘを合成したＸ軸合成ベクトル成分ν１ｘと、目標電圧ベクトルν０のＹ軸ベクトル成分ν０ｙに第１多レベルインバータ用の回転する副ベクトルνＣ１のＹ軸ベクトル成分νＣ１ｙを合成したＹ軸合成ベクトル成分ν１ｙとを夫々生成する。また、第２多レベルインバータ用のベクトルの合成手段１３Ｂは、目標電圧ベクトルν０のＸ軸ベクトル成分ν０ｘに第２多レベルインバータ用の回転する副ベクトルνＣ２のＸ軸ベクトル成分νＣ２ｘを合成したＸ軸合成ベクトル成分ν２ｘと、目標電圧ベクトルν０のＹ軸ベクトル成分ν０ｙに第２多レベルインバータ用の回転する副ベクトルνＣ２のＹ軸ベクトル成分νＣ２ｙを合成したＹ軸合成ベクトル成分ν２ｙとを夫々生成する。このようにして、本発明においては、数１式で表される第１多レベルインバータ用の目標電圧ベクトルν１と、数２式で表される第２多レベルインバータ用の目標電圧ベクトルν２が生成される。
【００２１】
【数１】
0003649638.tif 000002
【数２】
0003649638.tif 000003
【００２２】
第１多レベルインバータ用の最短制御ポイントの計算手段１４Ａは、Ｘ軸合成ベクトル成分ν１ｘとＹ軸合成ベクトル成分ν１ｙに座標情報記憶部１６からの座標情報を適用して計算し、第１多レベルインバータ用の最短制御ポイントを選択する。また、第２多レベルインバータ用の最短制御ポイントの計算手段１４Ｂは、Ｘ軸合成ベクトル成分ν２ｘとＹ軸合成ベクトル成分ν２ｙに座標情報記憶部１６からの座標情報を適用して計算し、第２多レベルインバータ用の最短制御ポイントを選択する。本発明の実施形態における最短制御ポイントの選択条件としては、例えば、空間ベクトル上を移動する目標ベクトルの軌跡に最も近い制御ポイントが選択されるものとした。
【００２３】
第１多レベルインバータ用のスイッチングパターンの決定手段１５Ａは、第１多レベルインバータ用の最短制御ポイントの計算手段１４Ａが選択した最短制御ポイントにスイッチング情報記憶部１７からのスイッチング情報を適用して第１多レベルインバータ用のスイッチングパターンを決定する。また、第２多レベルインバータ用のスイッチングパターンの決定手段１５Ｂは、第２多レベルインバータ用の最短制御ポイントの計算手段１４Ｂが選択した最短制御ポイントにスイッチング情報記憶部１７からのスイッチング情報を適用して第２多レベルインバータ用のスイッチングパターンを決定する。
【００２４】
【表１】
0003649638.tif 000004
【００２５】
本発明の一実施形態において、スイッチングパターンは表１〜表５の５通りがあるが、スイッチングパターンの決定条件としては第１多レベルインバータ３０Ａと第２多レベルインバータ３０Ｂ間の横流電流を抑制し易い表１を適用するものとした。
【００２６】
なお、これらの表において、左欄は制御ポイントを示す。また、右欄はレベルの組合せ、即ち５種類の直流電圧レベルＰ１、Ｐ２、０、Ｎ２、Ｎ１に夫々対応する５レベル、＋２、＋１、０、−１、−２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力レベルの組合せを示す。
【００２７】
【表２】
0003649638.tif 000005
【００２８】
【表３】
0003649638.tif 000006
【００２９】
【表４】
0003649638.tif 000007
【００３０】
【表５】
0003649638.tif 000008
【００３１】
以下、本発明において横流電流が抑制される理由を説明する。第１多レベルインバータ３０Ａの各相電圧をνＵ１、νＶ１、νＷ１とすると、第１多レベルインバータ３０Ａに関する空間ベクトル上の三相の目標電圧ベクトルν１は数3式の如く表される。
【００３２】
【数３】
0003649638.tif 000009
但し、αは数４式で表されるものである。
【数４】
0003649638.tif 000010
【００３３】
第２多レベルインバータ３０Ｂに関する空間ベクトル上の三相の目標電圧ベクトルν２についても数３式と同様に表される。
【００３４】
一方、負荷５０であるＬＳＭのインピーダンスが三相間で平衡しているとすると、インバータ全体の出力電圧ベクトルν０は、数５式に示す如く第１多レベルインバータ３０Ａの出力電圧ベクトルν１と第２多レベルインバータ３０Ｂの出力電圧ベクトルν２の平均となる。なお、ここで、出力電圧ベクトルは目標電圧ベクトルの通りに出力されているものとする。
【数５】
0003649638.tif 000011
【００３５】
本発明の一実施形態において、第１多レベルインバータ３０Ａの目標電圧ベクトルν１と第２多レベルインバータ３０Ｂの目標電圧ベクトルν２は、全体の目標電圧ベクトルν０とその先端を中心として半径ｒの円を角速度ωＣで円運動する副ベクトルνＣ１とνＣ２の合成ベクトルであるから、これらは上記の通り数１式と数２式で夫々表される。また、副ベクトルνＣ１とνＣ２は同じ角速度ωＣで１８０度の位相差をもって回転するものであるから、数１式と数２式と数５式から第１多レベルインバータ３０Ａと第２多レベルインバータ３０Ｂの合成ベクトルは数６式の如く表される。
【数６】
0003649638.tif 000012
【００３６】
本発明の一実施形態において、並列数（ｎ＝２）にあわせて均等に副ベクトルの位相差を３６０／２度に設定してあるので、副ベクトルνＣ１とνＣ２の関係は数７式の如く表される。
【数７】
0003649638.tif 000013
【００３７】
数６式と数７式から数８式が得られる。
【数８】
0003649638.tif 000014
【００３８】
このように、本発明においては副ベクトルが制御ポイントの回りを一定して回転しているので、第１多レベルインバータ３０Ａと第２多レベルインバータ３０Ｂの合成電圧は、インバータ全体の出力電圧目標値と等しくなる。実際には、図６に示すように、目標電圧ベクトルは移動するため、数８式のような関係が常に成立するものではないが、副ベクトルはある時間幅を持って評価すれば、インバータ全体の出力電圧に影響しない。
【００３９】
一方、インバータ間に発生する電圧ベクトルνＣは数9式で表すことができる。
【数９】
0003649638.tif 000015
従って、数９式から、電圧ベクトルνＣをバランサリアクトルや線路等のインダクタンスを考慮した交流電圧とすることで、横流電流を抑制することが可能となることが分かる。本発明においては、回転する副ベクトルνＣ１とνＣ２を採用しているので、インバータ間に発生する電圧ベクトルνＣは交流である。そして、副ベクトルνＣ１とνＣ２の回転周波数をバランサリアクトルや線路等のインダクタンスを考慮したものとすることで、インバータ間を流れる横流電流を抑制している。なお、実際には図６に示す如く、各インバータの電圧ベクトルは目標電圧ベクトルの移動に伴ってその軌跡はスパイラル状に滑らかな円を描く。
【００４０】
以上の制御方式を小容量のモデルに適用し試験した結果、即ち各種出力電圧波形を図７に示す。ここでは、目標電圧ベクトルν０は振幅値が一定で６０Ｈｚで空間ベクトル上を回転するものとする。副ベクトルの回転周波数については出力側のインダクタンスと許容電流を考慮して決める必要があるが、ここでは１ｋＨｚとした。また図１又は図２において、コンバータ４０の直流電圧端子間の直流電圧は２０Ｖに設定した。
【００４１】
図７に示す波形は、上から順に、第１多レベルインバータ３０ＡのＵ相出力電圧、第２多レベルインバータ３０ＢのＵ相出力電圧、第１多レベルインバータと第２多レベルインバータ間の電圧、インバータ装置のＵ相出力電圧、インバータ装置のＵ相とＶ相の線間電圧、インバータ装置のＶ相とＷ相の線間電圧、インバータ装置のＷ相とＵ相の線間電圧の出力波形である。図７から明らかな通り、インバータ間に直流電圧成分はなく、しかも線間電圧波形の歪みや高調波もほとんど見られない。
【００４２】
また、目標電圧ベクトルの振幅値をパラメータにして線間電圧の基本波成分の振幅値がどのように推移するかを図８に示す。線間電圧は目標電圧の大きさにほぼ比例した大きさになっている。換言すれば、図８は本発明に係る制御装置による電圧制御性能が良好なことを示しているのである。
【００４３】
更に、線間電圧中の高調波特性を把握する目的でスペクトル解析を行った。線間電圧中に含まれる高調波成分は、副ベクトルの回転周波数の２ｍ倍（ｍは整数）の周波数に現われる。線間電圧中に現われる高調波成分のうちの最も支配的な成分であるｍ＝１について、その振幅値を目標電圧ベクトルの大きさをパラメータとして表したものを図９に示す。目標電圧ベクトルの大きさによらず、全体を通してほぼ一定して低く抑えられていることが分かる。なお、ｍ＝２についても殆ど同じ結果が得られた。
【００４４】
以上、第１多レベルインバータ３０Ａと第２多レベルインバータ３０Ｂを並列接続した並列多重インバータ装置の制御装置において、インバータ装置の瞬時空間ベクトル上の目標電圧ベクトルν０に第１の回転する副ベクトルνＣ１を加えた第１合成電圧ベクトルν１を第１多レベルインバータ３０Ａの目標電圧ベクトルとし、且つ前記目標電圧ベクトルν０に前記第１の回転する副ベクトルνＣ１と振幅と周波数が同一で位相が１８０度異なる第２の回転する副ベクトルνＣ２を加えた第２合成電圧ベクトルν２を第２多レベルインバータ３０Ｂの目標電圧ベクトルとして瞬時空間ベクトル制御方式で制御するようにした本発明の一実施形態について詳述した。そして、この一実施形態における多レベルインバータは、５レベルインバータとした。しかしながら、本発明は２台に限定されず２台以上のｎ台の多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置に適用できることは勿論である。この場合、各インバータの目標電圧ベクトルは、並列多重インバータ装置の目標電圧ベクトルに夫々の回転する副ベクトルを合成したものとなるが、各副ベクトルは振幅と回転周波数は同じで位相差は３６０／ｎ度とされる。また、多レベルインバータは、５レベルでなく、３レベル又は他のレベルの多レベルインバータでもかまわない。
【００４５】
更に、本発明の一実施形態では、並列接続された２台の多レベルインバータに１台の共通のコンバータ４０で電力を供給しているが、夫々のコンバータで供給するようにしてもよい。通常、並列多重インバータ装置を構成する多レベルインバータが数キロメートル或いはそれ以上の遠隔地に離れて設置されている場合は夫々のコンバータから電力が供給されることになるが、各コンバータの出力直流電圧は必ずしも同一ではない。このような場合でも、回転する副ベクトルを採用した本発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式の制御装置では、横流電流を抑制できる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明により、ｎ台の多レベルインバータを並列接続した並列多重インバータ装置を瞬時空間ベクトル制御方式で制御することができるようになった。即ち、並列多重インバータ装置の目標電圧ベクトルに回転する副ベクトルからなる合成ベクトルを各構成インバータの目標電圧ベクトルとし、且つ各副ベクトルを振幅と回転周波数を同じくし位相差を３６０／ｎ度とした本発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式の制御装置により、並列多重インバータ装置の目標電圧ベクトルを損なうことなく横流電流の制御ができた。また、回転する副ベクトルを採用したことにより並列多重インバータ装置の出力電圧の高調波の振幅値を低減すると同時に、副ベクトルの回転周波数がインバータの等価スイッチング周波数を決めるため副ベクトルの回転周波数を調整することで出力電圧の高調波を低減することが可能となった。更にまた、副ベクトルの効果により並列多重インバータ装置の制御性も向上した。
【００４７】
従来、並列多重インバータ装置に電力を供給する直流電源は共通であり、多重化されたインバータ間の直流電圧に差がないことが前提であったが、本発明においては、構成インバータが離れた場所にあるなど直流電源が異なり、直流電圧に差がある場合でも横流電流を制御することが可能となった。従って、本発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式で制御する並列多重インバータ装置で、ＬＳＭに並列に電力の供給が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式を用いた制御装置が適用された並列接続インバータ装置の実施の形態を示したブロック図である。
【図２】インバータの一実施形態の回路図である。
【図３】本発明に係る瞬時空間ベクトル制御方式を用いた制御装置の機能ブロック図である。
【図４】副ベクトル生成部の機能ブロック図である。
【図５】５レベルの空間ベクトル図である。
【図６】第１多レベルインバータと第２多レベルインバータの夫々の電圧ベクトルの軌跡を示す図である。
【図７】出力電圧波形を示す図である。
【図８】電圧制御性の評価を示す図である。
【図９】出力電圧の高調波を示す図である。
【図１０】従来の瞬時空間ベクトル制御方式を用いた制御装置が適用されたインバータ装置のブロック図である。
【符号の説明】
１０  制御部
１１  目標電圧ベクトルの座標計算手段
１２  副ベクトルの座標計算手段
１２１  設定手段
１２２Ａ  第１多レベルインバータ用の副ベクトルの座標計算手段
１２２Ｂ  第２多レベルインバータ用の副ベクトルの座標計算手段
１３、１３Ａ、１３Ｂ  ベクトルの合成手段
１４、１４Ａ、１４Ｂ  最短制御ポイントの計算手段
１５、１５Ａ、１５Ｂ  スイッチングパターンの決定手段
１６  座標情報記憶手段
１７  スイッチング情報記憶手段
２０  ゲート信号発生部
３０、３０Ａ、３０Ｂ  多レベルインバータ
３１Ａ、３１Ｂ、３２Ａ、３２Ｂ、３３Ａ、３３Ｂ  スイッチング素子群
４０  コンバータ
５０  負荷
ＳＵ１〜ＳＵ８  スイッチング素子
ＤＵ１１〜ＤＵ６１、ＤＵ１２〜ＤＵ８２  ダイオード
【図１】
0003649638.tif 000016
【図２】
0003649638.tif 000017
【図３】
0003649638.tif 000018
【図４】
0003649638.tif 000019
【図５】
0003649638.tif 000020
【図６】
0003649638.tif 000021
【図７】
0003649638.tif 000022
【図８】
0003649638.tif 000023
【図９】
0003649638.tif 000024
【図１０】
0003649638.tif 000025