(57)【要約】【課題】無変圧器無停電電源装置のための知的レベル移行システムおよび方法を提供すること。【解決手段】無停電電源装置（ＵＰＳ）を制御して、中性点クランプ（ＮＰＣ）インバータの動作を３−レベル以上の動作と２−レベル動作との間で移行させるためのシステムおよび方法が提供される。一例では、ＵＰＳシステムは、ＮＰＣインバータおよびコントローラを含む。ＮＰＣインバータは、負荷に電力を供給することができる。コントローラは、負荷が実質的に平衡している場合、３−レベルモード以上で動作し、また、負荷が実質的に不平衡である場合、２−レベルモードで動作するようにインバータを制御することができる。【選択図】図１
2014033609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する中性点クランプインバータと、
前記負荷が実質的に平衡している場合、３−レベルモードまたはそれより高いレベルモードで動作し、また、前記負荷が実質的に不平衡である場合、２−レベルモードで動作するように前記インバータを制御するコントローラと
を備える無停電電源装置（ＵＰＳ）システム。
【請求項２】
前記インバータが、三線構成を介して前記負荷に接続するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記インバータが、四線構成を介して前記負荷に接続するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記インバータが４つの脚を備え、そのうちの第１、第２および第３の脚が前記負荷に電力を提供し、前記負荷が実質的に不平衡である場合、第４の脚が前記負荷からの中性電流を調整する、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
前記コントローラが、前記インバータ内の中性点の反対側に配置されたコンデンサの電圧差の差を小さくするように前記第４の脚を制御するように構成される、請求項４記載のシステム。
【請求項６】
前記インバータが、逆阻止ＩＧＢＴまたは静止スイッチモジュール、あるいはそれらの両方を、前記第４の脚と、前記第１、第２および第３の脚に結合された中性点との間に備え、前記コントローラが、前記負荷が実質的に平衡している場合、前記逆阻止ＩＧＢＴまたは前記静止スイッチモジュール、あるいはそれらの両方を開くように制御し、また、前記負荷が実質的に不平衡である場合、それらを閉じるように制御するように構成される、請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記インバータが、それぞれ４つのスイッチを個々に備えた３つの脚を備え、前記コントローラが、前記インバータが前記３−レベルモードで動作している間、個々の脚の前記４つのスイッチを様々にスイッチオンまたはスイッチオフし、また、前記インバータが前記２−レベルモードで動作している間、個々の脚の前記４つのスイッチのうちの２つのみを様々にスイッチオンおよびスイッチオフし、かつ、個々の脚の前記４つのスイッチのうちの残りの２つをオン状態に維持するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
前記インバータが、中性点の反対側に配置された少なくとも２つのコンデンサを備え、前記コントローラが、少なくとも部分的に前記コンデンサの電圧差の差に基づいて、前記負荷が実質的に平衡していること、および実質的に不平衡であることを決定するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項９】
前記コントローラが、前記コンデンサの前記電圧差の前記差が第１の閾値より大きい場合、正規の３−レベルモードで動作し、また、前記コンデンサの前記電圧差の前記差が前記第１の閾値より大きく、かつ、第２の閾値以下である場合、修正３−レベルモードで動作するように前記インバータを制御するように構成され、前記コンデンサの電圧差の差が前記第２の閾値より大きい場合、前記負荷が実質的に不平衡である、請求項８記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記コンデンサの前記電圧差の前記差が何らかの閾値より大きく、かつ、その以外の点では前記負荷が実質的に平衡状態を維持している場合、修正３−レベルモードで動作するように前記インバータを制御するように構成され、前記インバータが、前記コンデンサの前記電圧差の前記差が小さくなるように前記コンデンサを充電し、あるいは放電させる冗長空間ベクトルパルス幅変調状態を選択することにより、前記修正３−レベルモードで動作するように前記インバータを制御するように構成される、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
前記コントローラが、前記インバータ内の中性点の反対側に配置されたコンデンサの電圧差の差を、前記コンデンサの前記電圧差の前記差が小さくなるように前記コンデンサを充電し、あるいは放電させる冗長空間ベクトルパルス幅変調状態を選択することによって小さくすることができない場合、前記負荷が実質的に不平衡であることを決定するように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
前記コントローラが、空間ベクトルパルス幅変調六角形の外側の角点として画定された状態のみを使用した空間ベクトルパルス幅変調に従って前記インバータを前記２−レベルモードで動作させるように構成される、請求項１記載のシステム。
【請求項１３】
少なくとも集合的に機械実行可能命令を備えた１つまたは複数の有形機械可読媒体
を備えた製造物品であって、前記命令が、
中性点クランプインバータ内の第１のコンデンサに関連する第１の電圧差の値を受け取る命令と、
前記中性点クランプインバータ内の第２のコンデンサに関連する第２の電圧差の値を受け取る命令と、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の差の値を決定する命令と、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の前記差が閾値以下である場合、３−レベルモードまたはそれより高いレベルモードに従って前記中性点クランプインバータを動作させることを決定する命令と、
前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の前記差が前記閾値より大きい場合、２−レベルモードに従って前記中性点クランプインバータを動作させることを決定する命令と
を含む製造物品。
【請求項１４】
前記命令が、
ＤＣオフセット値を得るために前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の前記差をＰＩコントローラを通過させる命令と、
前記ＤＣオフセット値を小さくするために前記３−レベルモードを修正する命令と
を含む、請求項１３記載の製造物品。
【請求項１５】
前記３−レベルモードを修正する前記命令が、前記ＤＣオフセット値を小さくするために、複数の冗長空間ベクトルパルス幅変調状態の中から選択する命令を含む、請求項１４記載の製造物品。
【請求項１６】
前記３−レベルモードを修正する前記命令が、前記ＤＣオフセット値を小さくするために、空間ベクトルパルス幅変調状態ＰＯＯとＯＮＮ、ＰＰＯとＯＯＮ、ＯＯＰとＮＮＯ、ＰＯＰとＯＮＯ、ＯＰＯとＮＯＮ、およびＯＰＰとＮＯＯの間を選択する命令を含む、請求項１４記載の製造物品。
【請求項１７】
前記命令が、前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の前記差が前記閾値より大きくなると、中性電流を調整し、かつ、前記中性点クランプインバータに電力を供給する直流（ＤＣ）バスの利用を多くするために、前記中性点クランプインバータの第４の脚を動作させることを決定する命令を含む、請求項１３記載の製造物品。
【請求項１８】
前記命令が、前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の前記差が前記閾値以下である場合、逆阻止ＩＧＢＴまたは静止スイッチモジュール、あるいはそれらの両方を開き、また、前記第１の電圧差と前記第２の電圧差の前記差が前記閾値より大きい場合、それらを閉じるように制御する命令を含み、前記逆阻止ＩＧＢＴまたは静止スイッチモジュール、あるいはそれらの両方が、前記中性点クランプインバータの第４の脚と、第１、第２および第３の脚に結合された中性点との間に配置される、請求項１３記載の製造物品。
【請求項１９】
コントローラ内で、３−レベルモードに従って四線式中性点クランプインバータを制御する変調信号を決定するステップと、
前記変調信号が０より大きい場合、出力値を得るために、前記コントローラ内で前記変調信号に第１の入力値を掛け合わせるステップと、
前記変調信号が０以下の場合、前記出力値を得るために、前記コントローラ内で前記変調信号に負の１および第２の入力値を掛け合わせるステップと、
前記中性点クランプインバータを制御して接地電流を小さくするための制御信号を決定するために、前記コントローラ内で前記出力値と三角波形を比較するステップと
を含む方法。
【請求項２０】
前記第１の入力値および前記第２の入力値が、入力１が前記第１の入力値を表し、入力２が前記第２の入力値を表し、Ｖｄｃが前記中性点クランプインバータに提供される直流バスの電圧差を表し、Ｖｄｃ１が前記中性点クランプインバータ内の第１のコンデンサの両端間の電圧差を表し、Ｖｄｃ２が前記中性点クランプインバータ内の第２のコンデンサの両端間の電圧差を表し、また、Ｋ１が定数を表す次の関係
入力１＝（Ｖｄｃ／２）／（Ｖｄｃ１＋Ｋ１）
および
入力２＝（Ｖｄｃ／２）／（Ｖｄｃ２＋Ｋ１）
に従って決定される、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、無変圧器無停電電源装置（ＵＰＳ）システムの制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置（ＵＰＳ）は、公益事業に基づく電力の品質および／または可用性が変化しても負荷に電力を供給することができる電気デバイスである。いくつかの無変圧器ＵＰＳシステムは、中性点クランプ（ＮＰＣ）インバータ、フライングキャパシタインバータおよび／またはカスケードＨ−ブリッジインバータを使用することができる。ＮＰＣインバータなどのこれらのコンバータのいくつかは、場合によっては極めて有効であるが、中性点電圧に定常不平衡が生じると不安定になることがある。中性点不平衡の結果、出力電圧がひずみ、出力電圧および／または電流がＤＣオフセットすることになる。このような出力ＤＣオフセットは、より高い応力のためにデバイスが故障し、フィルタインダクタが飽和し、および／または出力電力の品質が低下する原因になることがある。この問題を解決するために様々な戦略が導入されているが、これらの解決法は、場合によってはコストがかかり、および／または極めて複雑になることがある。既存の解決法の多くは、ゼロ−シーケンス電圧成分を出力電圧に加えること、および／またはベクトル制御を適用する際に冗長スイッチングベクトルを操作することに基づいている。また、これらの技法のいくつかは、いわゆるショートパルス問題に対処することも可能である。しかしながら、これらの方法の多くは、最大使用可能変調指数の点で欠点を有している。さらに、これらの方法は、場合によってはＮＰＣインバータのスイッチング損失の増加をもたらすことがあり、また、場合によっては極端に複雑な制御アルゴリズムが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第７６７９２１７号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
以下は、最初に特許請求される本発明の範囲内に相当する特定の実施形態を要約したものである。これらの実施形態には、特許請求される本発明の範囲を制限することは意図されておらず、むしろこれらの実施形態が意図していることは、単に本発明の可能な形態の簡単な要約を提供することにすぎない。実際、本発明は、以下で説明する実施形態に類似していても、あるいはそれらとは異なっていてもよい様々な形態を包含することができる。
【０００５】
第１の実施形態では、無停電電源装置（ＵＰＳ）システムは、中性点クランプ（ＮＰＣ）インバータおよびコントローラを含む。ＮＰＣインバータは、負荷に電力を供給することができる。コントローラは、負荷が実質的に平衡している場合、３−レベルモードまたはそれより高いレベルモードで動作し、また、負荷が実質的に不平衡である場合、２−レベルモードで動作するようにインバータを制御することができる。
【０００６】
第２の実施形態では、製造物品は、少なくとも集合的に機械実行可能命令を備えた１つまたは複数の有形機械可読媒体を含む。これらの命令は、中性点クランプインバータ内の第１のコンデンサに関連する第１の電圧差の値を受け取る命令、中性点クランプインバータ内の第２のコンデンサに関連する第２の電圧差の値を受け取る命令、および第１の電圧差と第２の電圧差の差の値を決定する命令を含むことができる。これらの命令は、第１の電圧差と第２の電圧差の差が閾値以下である場合、３−レベルモードまたはそれより高いレベルモードに従って中性点クランプインバータを動作させることを決定することができる。また、これらの命令は、第１の電圧差と第２の電圧差の差が閾値より大きくなると、２−レベルモードに従って中性点クランプインバータを動作させることを決定することができる。
【０００７】
第３の実施形態では、方法は、コントローラ内で、３−レベルモードに従って四線式中性点クランプインバータを制御する変調信号を決定するステップを含む。変調信号が０より大きい場合、変調信号に第１の入力値を掛け合わせて出力値を得ることができる。変調信号が０以下の場合、変調信号に負の１および第２の入力値を掛け合わせて出力値を得ることができる。また、この方法は、中性点クランプインバータを制御して接地電流を小さくするための制御信号を決定するために、コントローラ内で出力値と三角波形を比較するステップを含むことも可能である。
【０００８】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様ならびに利点は、同様の文字はすべての図面を通して同様の部品を表している添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より深く理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による、知的レベル移行制御トポロジーを使用した無変圧器無停電電源装置（ＵＰＳ）のブロック図である。
【図２】一実施形態による、２−レベルおよび３−レベルで動作させることができる中性点クランプ（ＮＰＣ）インバータの回路図である。
【図３】一実施形態による、ＮＰＣインバータの３−レベル動作のためのベクトルスイッチング状態を示す空間ベクトルパルス幅変調（ＳＶＰＷＭ）線図である。
【図４】実施形態による、ＮＰＣインバータのコンデンサを均等に放電させる２−レベルおよび３−レベル動作状態を示す図である。
【図５】実施形態による、ＮＰＣインバータのコンデンサを均等に放電させる２−レベルおよび３−レベル動作状態を示す図である。
【図６】実施形態による、ＮＰＣインバータのコンデンサを必ずしも均等に放電させない３−レベル動作状態を示す図である。
【図７】実施形態による、ＮＰＣインバータのコンデンサを必ずしも均等に放電させない３−レベル動作状態を示す図である。
【図８】実施形態による、ＮＰＣインバータのコンデンサを必ずしも均等に放電させない３−レベル動作状態を示す図である。
【図９】実施形態による、他のコンデンサの代わりに１つのコンデンサをそれぞれ充電し、あるいは放電させることができる相補冗長動作状態を示す図である。
【図１０】実施形態による、他のコンデンサの代わりに１つのコンデンサをそれぞれ充電し、あるいは放電させることができる相補冗長動作状態を示す図である。
【図１１】実施形態による、他のコンデンサの代わりに１つのコンデンサをそれぞれ充電し、あるいは放電させることができる相補冗長動作状態を示す図である。
【図１２】実施形態による、他のコンデンサの代わりに１つのコンデンサをそれぞれ充電し、あるいは放電させることができる相補冗長動作状態を示す図である。
【図１３】実施形態による、他のコンデンサの代わりに１つのコンデンサをそれぞれ充電し、あるいは放電させることができる相補冗長動作状態を示す図である。
【図１４】実施形態による、他のコンデンサの代わりに１つのコンデンサをそれぞれ充電し、あるいは放電させることができる相補冗長動作状態を示す図である。
【図１５】一実施形態による、不平衡装荷であってもＮＰＣインバータを制御するための制御システムを説明する制御線図である。
【図１６】一実施形態による、負荷の不平衡の程度に応じて様々な方法でＮＰＣインバータを制御する方法を示す流れ図である。
【図１７】一実施形態による、四線式中性点クランプ（ＮＰＣ）インバータの回路図である。
【図１８】一実施形態による、不平衡装荷であっても図１７のＮＰＣインバータを制御する方法を示す制御線図である。
【図１９】一実施形態による、負荷の不平衡の程度に基づいて図１７のＮＰＣインバータを動作させるための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の１つまたは複数の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態についての簡潔な説明を提供する努力の一環として、本明細書には場合によっては実際の実施態様のすべての特徴は説明されていない。すべてのこのような実際の実施態様の開発においては、すべてのエンジニアリングまたは設計プロジェクトの場合と同様、場合によっては実施態様毎に変化するシステム関連の制約およびビジネス関連の制約とのコンプライアンスなどの開発者の特定の目的を達成するためには多くの実施態様特化決定を実施しなければならないことを理解されたい。さらに、このような開発努力は場合によっては複雑で、かつ、時間がかかるが、それにもかかわらず本開示の利益を有する当業者にとっては、設計、製作および製造の決まりきった請負業務であることを理解されたい。
【００１１】
本発明の様々な実施形態の要素を引き合いに出す場合、「１つの」、「その（該）」および「前記」という表現には、複数の要素のうちの１つまたは複数が存在していることを意味することが意図されている。「備える」、「含む」および「有する」という用語には、包括的であり、挙げられている要素以外の追加要素が存在する可能性があることを意味することが意図されている。
【００１２】
本開示は、中性点クランプ（ＮＰＣ）インバータを使用している無停電電源装置（ＵＰＳ）の制御に関している。詳細には、本開示は、負荷不平衡の程度に応じて３−レベルモードまたはそれより高いレベルモード、あるいは２−レベルモードのいずれかで動作させることができるＮＰＣインバータに関している。３−レベルまたはそれより高いレベルの動作は、２−レベル動作に優る、例えば交流（ＡＣ）電流の高調波ひずみが小さい、スイッチング損失が比較的より小さい、およびＮＰＣインバータ内のスイッチングデバイスの阻止電圧がより低いなどの特定の利点を提供することができる。一方、３−レベル動作は、負荷が不平衡である場合、ＮＰＣインバータ内のＤＣ電圧レベルが不平衡になる原因になることがある。２−レベル動作の下では、ＮＰＣインバータは、高度に不平衡の負荷であっても適切に動作することができる。したがって本開示は、負荷が実質的に平衡している場合（すなわち完全に平衡しているか、あるいは不平衡がごく穏やかである場合、つまり３−レベルモードで取られる特定の修正処置によってこのような穏やかな不平衡負荷を緩和することができる程度を超えない不平衡である場合）、３−レベルモードで動作するようにＮＰＣインバータを制御する無停電電源装置（ＵＰＳ）を教示している。ＵＰＳは、負荷が実質的に不平衡である場合（すなわち穏やかであるとは言えない程度を超えて不平衡である、つまり３−レベルモードで取られる修正処置では不平衡装荷の影響を緩和することができない程度の不平衡である場合）、２−レベルモードで動作するようにＮＰＣインバータを制御することができる。
【００１３】
図１は、このような無停電電源装置（ＵＰＳ）システム１０の一例を示したものである。ＵＰＳシステム１０は、負荷１４に電力を供給する無停電電源装置（ＵＰＳ）１２を含む。電源１６は、ＵＰＳ１２に交流（ＡＣ）電力を供給する。電源１６は、例えば電力格子または局所発電機あるいは遠隔発電機からの公益事業電力を表すことができる。整流器１８は、ＡＣ電力を直流（ＤＣ）電力に変換することができる。このＤＣ電力の一部は、電池２０または他の適切なエネルギー蓄積デバイスに貯蔵することができる。中性点クランプ（ＮＰＣ）インバータ２２は、整流器１８および／または電池２０からのＤＣ電力を負荷１４に供給される三相ＡＣ電力に変換することができる。
【００１４】
ＮＰＣインバータ２２は、実質的に平衡している（すなわち完全に平衡しているか、あるいは不平衡がごく穏やかである、つまり３−レベルモードで取られる特定の修正処置によってこのような穏やかな不平衡負荷を緩和することができる程度を超えない不平衡である）状態の下では３−レベルモードで動作することができる。実質的に不平衡（すなわち穏やかであるとは言えない程度を超えて不平衡である、つまり３−レベルモードで取られる修正処置では不平衡装荷の影響を緩和することができない程度の不平衡）状態の下では、ＮＰＣインバータ２２は、２−レベルモードで動作して十分な平衡を提供することができる。負荷１４に供給されるＡＣ波形の品質は、２−レベルモードで供給されるＡＣ波形の品質より幾分か良好にすることができるため、一般的には３−レベルモードでの動作が好ましいことを理解されたい。ＮＰＣインバータ２２は、２−レベルモードまたは３−レベルモードのいずれかで動作するものとして説明されているが、他の実施形態では、ＮＰＣインバータ２２は、３−レベルより高いモードで動作することも可能であることを理解されたい。いずれの場合においても、ＮＰＣインバータ２２は、実質的に不平衡状態の下では２−レベルで動作することができる。
【００１５】
コントローラ２４は、ＵＰＳ１２内の様々な位置から様々な電気測値２６を受け取り、かつ、２−レベルモードまたは３−レベルモードでＮＰＣインバータ２２を制御するための制御信号２８を生成することができる。制御信号２８を決定するために、ＵＰＳコントローラ２４は、メモリおよび／または記憶装置に操作可能に結合されたプロセッサを使用することができる。プロセッサおよび／または他のデータ処理回路は、任意の適切な製造物品に記憶されている命令を実行することができ、製造物品は、少なくとも集合的にこのような命令を記憶する１つまたは複数の有形機械可読媒体を有している。メモリおよび／または記憶装置は、このような製造物品を表すことができる。メモリおよび／または記憶装置は、とりわけ、ランダムアクセスメモリ、リードオンリメモリ、書き換え型メモリ、ハードドライブまたは光ディスクを表すことができる。追加または別法として、ＵＰＳコントローラ２４は、本明細書において説明されている技法を実行し、あるいはプロセッサをサポートする（例えば通信を補助することによって）ようにフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）または専用集積回路（ＡＳＩＣ）を含むことも可能である。
【００１６】
制御信号２８は、ＮＰＣインバータ２２の様々なスイッチの動作を制御することができる。図２は、これらのスイッチを示した回路図である。図２に示されているＮＰＣインバータ２２の回路図は、三線構成を概略的に示したものであることを理解されたい。特定の四線構成については、以下で図１７を参照してさらに説明する。図２の例では、電圧差ＶＤＣは、ＮＰＣインバータ２２に供給されるＤＣ電圧を表している。コンデンサＣ１およびＣ２は、対応する個々のコンデンサ電圧Ｖｄｃ１およびＶｄｃ２を有することができる。コンデンサＣ１とＣ２の間は、ＮＰＣインバータ２２の３つの相の個々の相のダイオードによってクランプされる中性点である。ＮＰＣインバータ２２の３つの相は、Ｒ、ＹおよびＢで示されている。対応する名称Ｕ、ＶおよびＷが同じく使用されている場合もある。Ｒ、ＹおよびＢ、ならびにＵ、ＶおよびＷは、負荷１４に供給される電力の３つの相（例えば１、２および３）を単純に表していることを理解されたい。図２では、ＮＰＣインバータ２２は、これらの３つの相のための回路を含むものとして示されている。詳細には、第１の相（例えばＲ）はクランピングダイオードＤＲ１およびＤＲ２を含み、第２の相（例えばＹ）はクランピングダイオードＤＹ１およびＤＹ２を含み、また、第３の相（例えばＢ）はクランピングダイオードＤＢ１およびＤＢ２を含む。また、個々の相は、それぞれＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３およびＳＲ４、ＳＹ１、ＳＹ２、ＳＹ３およびＳＹ４、ならびにＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３およびＳＢ４で示されている４つのスイッチを含む。
【００１７】
特定の構成では、スイッチＳＲ１、ＳＲ２、ＳＲ３、ＳＲ４、ＳＹ１、ＳＹ２、ＳＹ３、ＳＹ４、ＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ３およびＳＢ４のオンおよびオフの切換えにより、特定のＡＣ波形を負荷１４にもたらすことができる。一例では、コントローラ２４は、空間ベクトルパルス幅変調（ＳＶＰＷＭ）スキームを使用して、ＮＰＣインバータ２２を介して負荷１４に供給される電力の相を生成することができる。図３は、空間ベクトルパルス幅変調を使用して達成することができる様々な状態を示す３−レベルＳＶＰＷＭ六角形３０の一例を示したものである。図３のＳＶＰＷＭ六角形３０で示されているように、縦座標は、電力の虚数成分（Ｉｍ）を表しており、また、横座標は、電力の実数成分（Ｒｅ）を表している。ここではＵ、ＶおよびＷで示されている電力の３つの相は、互いに１２０％だけ分離されている。ＳＶＰＷＭ六角形３０内の個々の点は、ＮＰＣインバータ２２のスイッチング状態を表している。一例を提供するために、ＳＶＰＷＭ六角形３０内の実軸に沿った最も遠くに位置しているスイッチング状態ＰＮＮは、ＮＰＣインバータ２２のスイッチを以下のように設定することによって達成することができる。
【００１８】
【表１】
2014033609.tif 000003
言い換えると、スイッチング状態ＰＮＮの場合、第１の相（例えばＲ）は、約
＋Ｖｄｃ／２
の電圧を受け取り、第２の相（例えばＹ）は、約
−Ｖｄｃ／２
の電圧を受け取り、また、第３の相（例えばＢ）は、同じく約
−Ｖｄｃ／２
の電圧を受け取る。他の例では、状態ＯＰＮは、ＮＰＣインバータ２２のスイッチを以下のように設定することによって達成することができる。
【００１９】
【表２】
2014033609.tif 000004
したがって状態ＯＰＮは、第１の相を中性点に接続する（例えばゼロベクトルを表す）ことによって達成することができ、第２の相（例えばＹ）は、
＋Ｖｄｃ／２
の電圧を受け取ることができ、また、第３の相（例えばＢ）は、
−Ｖｄｃ／２
の電圧を受け取ることができる。
【００２０】
コントローラ２４は、負荷１４が実質的に平衡している場合、任意の適切な３−レベル動作モードに従って、ＳＶＰＷＭ六角形３０に示されている状態を適用することができる。図３のＳＶＰＷＭ六角形３０から分かるように、４つのベクトルグループにわたって合計２７のＳＶＰＷＭ状態が存在している。第１のベクトルグループは、全ベクトル変調指数を提供する状態を表し、ＳＶＰＷＭ六角形３０の外側の隅に生じる。これらは、状態ＰＮＮ、ＰＰＮ、ＮＰＮ、ＮＰＰ、ＮＮＰおよびＰＮＰを含む。以下でより詳細に説明するように、これらの６つの全ベクトルは、２−レベルモードに使用されるベクトルと同じである。２−レベルモードで動作する場合、これらの６つの状態のみを使用することができる。さらに、同じく以下でより詳細に説明するように、ＮＰＣインバータ２２のコンデンサＣ１およびＣ２は、これらの６つの状態が適用されると、充電または放電しない。
【００２１】
第２のベクトルグループは、√３で割った全ベクトルであり、ＳＶＰＷＭ六角形３０の隅と隅の間に生じる。これらの状態は、ＰＯＮ、ＯＰＮ、ＮＰＯ、ＮＯＰ、ＯＮＰおよびＰＮＯを含む。この第２のベクトルグループ内の状態は、適用されると、コンデンサＣ１またはＣ２のうちの１つを充電し、あるいは放電させることができる。以下でさらに説明するように、負荷１４が完全に平衡している場合、ＮＰＣインバータ２２のコンデンサＣ１およびＣ２の充電および放電の影響は場合によっては重要ではない。負荷１４が完全に平衡している場合、これらの状態全体の充電および放電の正味の量も同じく平衡し、したがってＣ１およびＣ２のコンデンサ電圧Ｖｄｃ１およびＶｄｃ２は変化しない。
【００２２】
第３のベクトルグループは、ＳＶＰＷＭ六角形３０の内部頂点を表しており、全ベクトルの０．５以下の変調指数を提供する。ＳＶＰＷＭ六角形３０から分かるように、ＳＶＰＷＭ六角形３０の内部頂点は冗長であり、つまり個々のベクトルは、２つの異なる状態を介して達成することができる。この第３のベクトルグループ内の状態は、ＰＯＯ、ＯＮＮ、ＰＰＯ、ＯＯＮ、ＯＰＯ、ＮＯＮ、ＯＰＰ、ＮＯＯ、ＯＯＰ、ＮＮＯ、ＰＯＰおよびＯＮＯを含む。以下でより詳細に説明するように、これらのＳＶＰＷＭ状態が適用されると、ＮＰＣインバータ２２のコンデンサＣ１およびＣ２を充電し、あるいは放電させることができる。負荷が完全に平衡している正規の３−レベル動作の下では、これらの様々な冗長状態が実質的に等しく適用されると、コンデンサの充電および放電は、ほとんど重要ではない（例えば、通常、正規の適切な３−レベル動作モードを使用して実施されるため）。一方、穏やかな不平衡負荷の影響は、このベクトルグループの特定の冗長状態を戦略的に選択し、ＮＰＣインバータ２２のコンデンサＣ１およびＣ２を充電し、および／または放電させることによって緩和することができる。
【００２３】
第４の最後のベクトルグループは、ＳＶＰＷＭ六角形３０の中央部分のいわゆる死ベクトルを生成する３つの冗長ＳＶＰＷＭ状態を表している。これらの３つのＳＶＰＷＭ状態は、ＰＰＰ、ＯＯＯおよびＮＮＮを含む。これらの状態は、コンデンサＣ１およびＣ２を充電することはなく、あるいは放電させることもない。通常、これらの状態は、ＮＰＣインバータ２２を３−レベルモードで制御するためには使用されない。
【００２４】
上で言及したように、ＳＶＰＷＭ六角形３０の頂点と結合している全ベクトル状態（例えば第１のベクトルグループの）は、コンデンサＣ１またはＣ２を充電し、あるいは放電させることは全くない。図４および５は、例えば、このベクトルグループからのＰＰＮ状態およびＰＮＮ状態の簡易回路図をそれぞれ示したものである。最初に図４を参照すると、コントローラ２４がＮＰＣインバータ２２をＰＰＮ状態で動作するように制御する場合、第１の相（例えばＲ）および第２の相（例えばＹ）は、コンデンサＣ１に接続されているＤＣバスの正のレールを介して電力を受け取る。第３の相（例えばＢ）は、ＤＣバスの負のレールから電力を受け取る。コンデンサＣ１およびＣ２は、均等に充電され、あるいは放電する。
【００２５】
同様に、図５に示されているように、ＮＰＣインバータ２２のコンデンサＣ１およびＣ２は、コントローラ２４がＮＰＣインバータ２２に状態ＰＮＮを適用させると、均等に充電され、あるいは放電する。図５から分かるように、コントローラ２４がＮＰＣインバータ２２に状態ＰＮＮを適用させると、第１の相（例えばＲ）は、ＤＣバスの正のレールから電力を受け取ることができ、一方、第２の相（例えばＹ）および第３の相（例えばＢ）は、ＤＣバスの負のレールから電力を受け取る。図５に示されているように、コンデンサＣ１およびＣ２は均等に充電され、あるいは放電する。
【００２６】
一方、図６〜８に示されているように、特定の他のＳＶＰＷＭ状態がＮＰＣインバータ２２に適用されると、コンデンサＣ１およびＣ２を不均等に充電し、あるいは放電させることができる。例えばコントローラ２４がＳＶＰＷＭ状態ＰＯＮを適用すると、第１の相（例えばＲ）は、ＤＣバスの正のレールから電力を受け取り、第３の相（例えばＢ）は、ＤＣバスの負のレールから電力を受け取り、また、第２の相（例えばＹ）は中性点に接続され、それぞれ電流ｉＲ、ｉＢおよびｉＹを生成する。第２の相（例えばＹ）は中性点に接続されるため、Ｃ１およびＣ２によって共有されているノードに中性電流ｉＮが流入する。負荷１４が平衡している場合、コンデンサＣ１およびＣ２を均等に充電し、および／または放電させることができる。しかしながら、負荷１４が不平衡である程度によっては、コンデンサＣ１およびＣ２の充電が不均等になることがある。コンデンサＣ１またはＣ２のこの不均等充電は、ＤＣバス電圧に影響を及ぼすことがある。
【００２７】
図７の例では、コントローラ２４は状態ＰＯＯをＮＰＣインバータ２２に適用している。上で説明したように、ＳＶＰＷＭ状態ＰＯＯは、図３のＳＶＰＷＭ六角形３０の複数の内部頂点のベクトル１を達成する冗長状態のうちの１つを表している。図７の例では、ＳＶＰＷＭ状態ＰＯＯが適用されると、第１の相（例えばＲ）はＤＣバスの正のレールに接続され、また、第２の相（例えばＹ）および第３の相（例えばＢ）は中性点に接続される。ＳＶＰＷＭ状態ＰＯＯが適用されると、コンデンサＣ１およびＣ２は必然的に不均等に充電され、あるいは放電することになる。
【００２８】
この不均等充電または放電は、図８に示されているように、ＳＶＰＷＭ状態ＯＯＮがＮＰＣインバータ２２に適用された場合にも必然的に生じる。図から分かるように、ＯＯＮ状態では第１の相（例えばＲ）および第２の相（例えばＹ）は、コンデンサＣ１とＣ２の間の中性点に接続される。第３の相（例えばＢ）は、ＤＣバスの低い方のレールに接続される。図８から分かるように、コンデンサＣ１およびＣ２は、ＯＯＮ状態では必然的に異なる量だけ充電され、あるいは放電することになる。
【００２９】
負荷が完全に平衡している正規の３−レベルモード動作の下では、様々な状態におけるコンデンサＣ１およびＣ２の不均等放電は問題ではない。つまり、３−レベルモードの正規の動作は、コンデンサＣ１よりもコンデンサＣ２の方をより多く充電し、あるいは放電させるこれらの状態と同じ数の状態で、コンデンサＣ２よりもコンデンサＣ１の方をより多く充電し、あるいは放電させるＳＶＰＷＭ状態の適用を含むことができる。正規の３−レベルモード動作は、コントローラ２４がＳＶＰＷＭ六角形３０の内部六角形内のベクトルを適用すると、例えば冗長ＳＶＰＷＭ状態ＰＯＯとＯＮＮ、ＰＰＯとＯＯＮ、ＯＰＯとＮＯＮ、ＯＰＰとＮＯＯ、ＯＯＰとＮＮＯ、およびＰＯＰとＯＮＯの間の交番を含むことができる。
【００３０】
負荷の不平衡が穏やかである場合、コントローラ２４は、図９〜１４に示されているように、不均等装荷の影響を緩和するためにこれらの冗長ＳＶＰＷＭ状態が適用される方法を変更することができる。図９〜１４は、詳細には、冗長ＳＶＰＷＭ状態およびこれらの冗長状態を選択して穏やかな不平衡負荷を考慮することができる方法を示したものである。３−レベル動作モードを実行している間、所与のベクトルを達成するために他の冗長状態よりも優先して１つの冗長状態を戦略的に選択する場合、コントローラ２４は、負荷１４の比較的小さい不平衡を考慮することができる。本開示の目的のために、穏やかな不平衡負荷は、適切な冗長ＳＶＰＷＭ状態を選択することにより、３−レベルモード動作の間、不均等コンデンサ充電および放電によってＮＰＣインバータ２２が不安定になるのを防止することができるため、「実質的に平衡している」と見なすことができることを想起することができる。
【００３１】
図９を考察すると、２つの冗長状態ＰＯＯおよびＯＮＮが示されている。これらの２つの状態は、ＳＶＰＷＭ六角形３０内の同じベクトルを得るために、いずれも実質的に交換可能に使用することができる。これらの冗長状態のうちの一方をもう一方より多く適用することにより、異なる方法でコンデンサＣ１およびＣ２を充電し、かつ、放電させることができる。例えば、状態ＰＯＯではコンデンサＣ１の方をコンデンサＣ２より多く充電し、あるいは放電させることができる。状態ＯＮＮではコンデンサＣ２の方をコンデンサＣ１より多く充電し、あるいは放電させることができる。
【００３２】
他の冗長状態でも同様の効果が得られることが分かる。例えば、図１０に示されているように状態ＰＰＯが適用されると、コンデンサＣ１の方をコンデンサＣ２より多く充電し、あるいは放電させることができる。対応する冗長状態ＯＯＮでは、コンデンサＣ２の方をコンデンサＣ１より多く充電し、あるいは放電させることができる。図１１では、状態ＯＯＰが適用されると、コンデンサＣ１の方をコンデンサＣ２より多く充電し、あるいは放電させることができることが分かる。対応する冗長状態ＮＮＯでは、コンデンサＣ２の方をコンデンサＣ１より多く充電し、あるいは放電させることができる。状態ＰＯＰでは、図１２に示されているように、コンデンサＣ１の方をコンデンサＣ２より多く充電し、あるいは放電させることができる。対応する冗長状態ＯＮＯでは、コンデンサＣ２の方をコンデンサＣ１より多く充電し、あるいは放電させることができる。図１３に示されているように、状態ＯＰＯが適用されると、コンデンサＣ１の方をコンデンサＣ２より多く充電し、あるいは放電させることができる。対応する冗長状態ＮＯＮでは、コンデンサＣ２の方をコンデンサＣ１より多く充電し、あるいは放電させることができる。最後に、図１４を参照すると、状態ＯＰＰが適用されると、コンデンサＣ１の方をコンデンサＣ２より多く充電し、あるいは放電させることができる。対応する冗長状態ＮＯＯでは、コンデンサＣ２の方をコンデンサＣ１より多く充電し、あるいは放電させることができる。
【００３３】
コントローラ２４は、コンデンサＣ１およびＣ２の両端間の電圧が互いに異なっている程度に応じてこれらの冗長状態のその選択を変更することができる。例えばコントローラ２４は、図１５に示されている制御スキーム３２を適用することができる。図１５に示されている制御スキーム３２の例では、コントローラ２４は、値Ｖｄｃ１を入力３４として受け取り、また、値Ｖｄｃ２を入力３６として受け取ることができる。上で説明したように、値Ｖｄｃ１およびＶｄｃ２は、それぞれコンデンサＣ１およびＣ２の両端間の電圧を表している。これらの入力３４および３６は、加算ブロック３８で比較することができる。例えば値Ｖｄｃ２を値Ｖｄｃ１から引くことができる。
【００３４】
第１のコンデンサの電圧差（例えばＶｄｃ１）と第２のコンデンサの両端間の電圧差（例えばＶｄｃ２）の差は、移行決定ブロック４０に入力することができる。値Ｖｄｃ１およびＶｄｃ２が互いに異なっている程度に応じて（これは負荷１４の不平衡の程度を表している）、移行決定ブロック４０は、ＮＰＣインバータ２２を３−レベルモードまたは２−レベルモードで動作させることができる。詳細には、加算ブロック３８の出力の大きさが何らかの閾値（例えばＤＣバスの総電圧差ＶＤＣが８００ボルトである場合、約１０ボルト）未満である間、移行決定ブロック４０は、２−レベルモードではなく、３−レベルモードでＮＰＣインバータ２２を動作させることができる。これらの条件の下では、負荷１４は実質的に平衡していることは理解されよう。第１のコンデンサの電圧差（例えばＶｄｃ１）と第２のコンデンサの両端間の電圧差（例えばＶｄｃ２）の副閾値電圧差によるあらゆる穏やかな不平衡による影響は、一方のコンデンサの方がもう一方のコンデンサよりもより多く充電され、あるいは放電する冗長状態を選択的に適用することによって緩和することができる。
【００３５】
加算ブロック３８の出力の大きさが閾値より大きい場合、移行ブロック４０は、３−レベルモードではなく、２−レベルでＮＰＣインバータ２２を動作させることができる。詳細には、上で説明したように、２−レベルモードは、コンバータ当たり、幾分かより大きい高調波ひずみ、より低い効率およびより低い電力定格を提供することになるが、負荷１４が実質的に不平衡である場合、良好に動作することができる。上で言及したように、２−レベルモードは、コンデンサＣ１およびＣ２を均等に充電し、あるいは放電させるＳＶＰＷＭ六角形３０の頂点の６つのＳＶＰＷＭ状態のみを使用することができる。
【００３６】
加算ブロック３８によって出力される値Ｖｄｃ１と値Ｖｄｃ２の差は、ＰＩコントローラブロック４２を介して処理することも可能である。図１５に提供されている制御スキーム３２では、ＰＩコントローラブロック４２は、演算
ｎｕｍ（ｓ）／ｓ
を実行する。結果として得られる、ＰＩコントローラブロック４２によって出力される値は、一般的には常に瞬時測値であるＶｄｃ１およびＶｄｃ２のわずかな変化を考慮することができる。
【００３７】
ＰＩコントローラブロック４２の出力は、ＤＣオフセット出力４４として出力することができる。コントローラ２４は、このＤＣオフセット出力４４を使用して、実質的に平衡状態を維持している穏やかな不平衡負荷を補償することができ、つまり３−レベルモードを維持している間、値Ｖｄｃ１とＶｄｃ２の差を十分に小さい値（例えば閾値未満）に調整することができる。詳細には、コントローラ２４は、図９〜１４を参照して上で説明した冗長ＳＶＰＷＭ状態に基づいて３−レベルモードを修正することができる。つまり特定のコンデンサＣ１またはＣ２を充電し、あるいは放電させるように冗長状態を選択的に適用することにより、コントローラ２４は、このような穏やかな不平衡負荷１４を考慮することができる（事実上、負荷１４を実質的に平衡した状態に維持する）。
【００３８】
制御スキーム３２は、整流器１８およびＮＰＣインバータ２２を制御するための特定の予測制御を含むことも可能である。例えば基準値４６（例えば８００ボルト）と、入力４８として示されている値Ｖｄｃとを加算ブロック５０で比較することができる。ＤＣ基準４６は、ＮＰＣインバータ２２に対するＤＣバス上の電圧差の任意の目標基準を表すことができる。入力４８は、この電圧差の実際に測定された値を表している。ＤＣ基準４６と加算ブロック５０によって出力される値Ｖｄｃ入力４８の差は、ＰＩコントローラブロック５２を介して処理することができる。ＰＩコントローラブロック５２は、
（１０ｓ＋１０００）／ｓ
などの任意の適切な変換を適用することができる。ＰＩコントローラブロック５２の出力は、ＤＣ誤差出力５４として使用することができる。
【００３９】
基準波形５５にはＰＩコントローラ５２の出力を掛け合わせることができる。さらに、基準波形５５は、重み付けブロック６０で重み付けすることができるゼロ交差改善ブロック５８（例えば２倍に重み付けされる）を介して処理することができる。乗算ブロック５６で基準波形５５が掛け合わされたＤＣ誤差５４は、加算ブロック６２でＤＣオフセット４４に加えることができる。同じく加算ブロック６２で、重み付けブロック６０の出力を引くことができる。加算ブロック６２によって出力される値は、予測制御ブロック６４で使用することができる。予測制御ブロック６４は、ＮＰＣインバータ２２および／または整流器１８を制御するための適切なパルス幅変調（ＰＷＭ）基準波形を決定することができる。
【００４０】
上で説明した２−レベルモードで動作させるか、あるいは３−レベルモードで動作させるかどうかの決定は、図１６の流れ図６６によって概略的に示されているように実施することができる。流れ図６６は、コントローラ２４が値Ｖｄｃ１とＶｄｃ２の瞬時差を決定する（ブロック６８）と開始することができる。この差は、負荷１４が完全に平衡していない程度を表すことができる（負荷１４が「実質的に平衡した」状態を維持している場合であっても）。値Ｖｄｃ１とＶｄｃ２の差が第１のリミット未満（例えば修正３−レベル動作によっては緩和することができない程度に十分に小さい差）を維持している間（決定ブロック７０）、コントローラ２４は、ＮＰＣインバータ２２の正規の３−レベル動作を実行することができる（ブロック７２）。コントローラ２４は、任意の適切な方法でＮＰＣインバータ２２の正規の３−レベル動作を実行することができる。
【００４１】
値Ｖｄｃ１とＶｄｃ２の差が第１のリミットより大きく（決定ブロック７０）、かつ、第２のリミット未満である場合（決定ブロック７４）、コントローラ２４は、修正３−レベル動作を実行することができる（ブロック７６）。この状態の下では、負荷１４は穏やかな不平衡であってもよいが、修正３−レベル動作は、この不平衡の影響を十分に緩和することができるため、依然として「実質的に平衡している」と見なすことができる。詳細には、コントローラ２４は、図３のＳＶＰＷＭ六角形３０の内部六角形から特定の冗長状態を選択することができる。コントローラ２４は、このオフセット値（例えば図１５のＤＣオフセット出力４４を参照して言及したオフセット値）を考慮するために、コンデンサＣ１およびＣ２を充電し、および／または放電させる特定の冗長状態を選択することができる。
【００４２】
値Ｖｄｃ１とＶｄｃ２の差が第１のリミット（決定ブロック７０）および第２のリミット（決定ブロック７４）の両方より大きい場合、ブロック７６の修正３−レベルモードの動作では、負荷１４の不平衡の性質を十分に考慮することはできない。このような状態の下では、負荷１４は、実質的に不平衡であると見なすことができる。コントローラ２４は、任意の適切な技法を使用してＮＰＣインバータ２２を２−レベルモードで動作させることができる。２−レベルモードで動作している間、コントローラ２４が適用することができるのは、図３のＳＶＰＷＭ六角形３０の外部頂点のＳＶＰＷＭ状態のみである（例えばＰＮＮ、ＰＰＮ、ＮＰＮ、ＮＰＰ、ＮＮＰおよびＰＮＰ）。
【００４３】
上記の説明は、図１７に概略的に示されている四線式ＮＰＣインバータ２２の回路図などのＮＰＣインバータ２２の四線構成にも適用することができる。図１７の例では、ＮＰＣインバータ２２は、負荷１４に出力電力の３つの相（例えばＲ、ＹおよびＢ）を供給する。ＮＰＣインバータ２２の中性点からの中性線８０は、同じく負荷１４に接続されている。インダクタ８２および逆阻止ＩＧＢＴ８４（および／または静止スイッチモジュール（ＳＳＭ））は、スイッチＮ１およびＮ４を含んだＮＰＣインバータの第４の脚にＮＰＣインバータ２２の中性点を接続することができる。いくつかの実施形態では、スイッチＮ１とＮ４の間にスイッチＮ２およびＮ３を追加することができるが、閉じたままにすることができる。したがってスイッチＮ２およびＮ３は、図１７には示されていない。
【００４４】
図１７のＮＰＣインバータ２２の四線構成は、図２のＮＰＣインバータ２２の三線構成と同様の方法で動作させることができる。つまり負荷１４が実質的に平衡状態を維持している間、ＮＰＣインバータ２２は３−レベルモードで動作させることができ、また、逆阻止ＩＧＢＴ８４を開くことができる。また、これらの条件の下では、スイッチＮ１およびＮ４も同じく開いた状態に維持することができる。負荷１４が何らかの閾値量を超えて不平衡になると、逆阻止ＩＧＢＴ８４および／またはＳＳＭを閉じ、ＮＰＣインバータ２２の第４の脚を中性線８０の中性点に結合することができる。次に、コントローラ２４は、中性線８０の中性電流を調整するために、任意の適切な方法でスイッチＮ１およびＮ４を切り換えることができ、その一方でＤＣバス電圧の利用を改善することも可能である。
【００４５】
図１７に示されているＮＰＣインバータ２２の四線構成の場合、コントローラ２４は、図１８に示されている制御スキーム８６を使用することができる。図１８の制御スキーム８６では、コンバータ制御ブロック８８は、値Ｖｄｃ１（数表示９０）およびＶｄｃ２（数表示９２）、ならびにＮＰＣインバータ２２からの出力電圧および電流値（数表示９４）を受け取ることができる。コンバータ制御ブロック８８は、変調信号９６を得るために、上で説明した制御技法を始めとする任意の適切な制御技法を使用することができる。リミッタブロック９８は、ここでは入力０のラベルが振られている信号１００を生成するために、変調信号を値Ｖｄｃ１とＶｄｃ２の間に制限することができる。制御規則ブロック１０２は、入力０信号１００および２つの他の入力値１０４および１０６を受け取ることができる。入力１として示されている入力値１０４は、関係
入力１＝（Ｖｄｃ／２）／（Ｖｄｃ１＋Ｋ１）
に従って決定することができる。上式でＶｄｃは定数値（例えば８００Ｖ）である。同様に、入力２として示されている入力値１０６は、関係
入力２＝（Ｖｄｃ／２）／（Ｖｄｃ２＋Ｋ１）
に従って決定することができる。
【００４６】
制御規則ブロック１０２は、次に、図に示されている制御規則を適用することができる。つまり、入力０信号１００が０より大きい場合、出力４として示されている出力信号１０８は、出力４＝入力０・入力１の関係に従って決定することができる。同様に、入力０信号１００が０以下である場合、出力信号１０８出力４は、出力４＝−入力０・入力２の関係に等しくすることができる。出力信号１０８出力４は、図１７のＮＰＣインバータ２２の四線における接地電流を小さくするために三角波形と比較することができる変調信号を表している。制御規則ブロックは、中性点が接地された場合の接地電流を小さくするために、図１７のＮＰＣインバータ２２の４つのすべての脚、および整流器１８の３つのすべての脚に対して使用することができることを理解されたい。
【００４７】
上で言及したように、図１７に示されているＮＰＣインバータ２２の四線構成は、どちらかと言えば負荷１４が実質的に平衡しているか、あるいは実質的に不平衡であるかどうかに応じて異なる方法で動作させることができる。図１９の流れ図１１０は、図１７のＮＰＣインバータ２２を制御するためのこのような方法の１つを示したものである。流れ図１１０は、コントローラ２４が値Ｖｄｃ１とＶｄｃ２の瞬時差を決定する（ブロック１１２）と開始することができる。この差の値があるリミット内であれば（例えば理想値の約０．５％、０．６％、０．７％、０．８％、０．９％、１．０％または１．１％内であれば）（決定ブロック１１４）、コントローラ２４は、逆阻止ＩＧＢＴ８４および／またはＳＳＭを開くことができる。したがってコントローラ２４は、ＮＰＣインバータ２２の第４の脚を切り換えることはできない。一方、値Ｖｄｃ１とＶｄｃ２の差がリミットより大きい場合（決定ブロック１１４）、コントローラ２４は逆阻止ＩＧＢＴ８４および／またはＳＳＭを閉じることができる（ブロック１１８）。次に、コントローラ２４は、中性線８０を通って流れる中性電流を調整し、かつ、コンデンサＣ１およびＣ２のＤＣバス電圧を制御するために、スイッチＮ１およびＮ２を切り換えることができる。
【００４８】
本開示の技術的効果は、とりわけ、負荷の平衡に応じた中性点クランプ（ＮＰＣ）インバータの２−レベル動作と３−レベル動作の間の知的移行を含む。したがって負荷が実質的に平衡している場合、ＮＰＣインバータを使用している無停電電源装置（ＵＰＳ）は、３−レベル動作モードを適用することができる。３−レベル動作は、２−レベルモードと比較すると、より高い電力定格、より高い効率およびより小さい高調波ひずみを提供することができる。さらに、本開示によるＵＰＳは、負荷が実質的に平衡状態を維持している間、たとえ負荷に幾分かの不平衡が生じたとしても、ＮＰＣインバータに対してベクトル制御を適用する際に冗長スイッチングベクトルを操作することにより、３−レベルモードの動作を継続することができる。最後に、負荷が実質的に不平衡になると、２−レベルモードで動作することにより、ＵＰＳは、負荷の平衡が変化しても動作を継続することができる。
【００４９】
本成文説明には、最良のモードを含む、本発明を開示するための例が使用されており、また、任意のデバイスまたはシステムの構築および使用、ならびに組み込まれている任意の方法の実施を含む、すべての当業者による本発明の実践を可能にするための例が使用されている。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者に思い浮ぶ他の例を含むことができる。このような他の例には、それらが特許請求の範囲の文字言語と同じ構造エレメントを有している場合であっても、あるいはそれらが特許請求の範囲の文字言語とは非現実的に異なる等価構造エレメントを含んでいる場合であっても、特許請求の範囲に包含されることが意図されている。
【符号の説明】
【００５０】
１０  ＵＰＳシステム
１２  ＵＰＳ
１４  負荷
１６  電源
１８  整流器
２０  電池
２２  ＮＰＣインバータ
２４  コントローラ
２６  様々な電気測値
２８  制御信号生成
３０  ３−レベルＳＶＰＷＭ六角形
３２、８６  制御スキーム
３４、３６、４８  入力
３８、５０、６２  加算ブロック
４０  移行決定ブロック
４２、５２  ＰＩコントローラブロック
４４  ＤＣオフセット出力
４６  基準値
５４  ＤＣ誤差出力
５５  基準波形
５６  乗算ブロック
５８  ゼロ交差改善ブロック
６０  重み付けブロック
６４  予測制御ブロック
６６、１１０  流れ図
６８、７２、７６、１０２、１１２、１１８  ブロック
７０、７４、１１４  決定ブロック
８０  中性線
８２  インダクタ
８４  逆阻止ＩＧＢＴ
８８  コンバータ制御ブロック
９０、９２、９４  数表示
９６  変調信号
９８  リミッタブロック
１００  信号
１０４、１０６  入力値
１０８  出力信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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