(57)【要約】  電力変換装置（２０）の制御装置（５）において、交流制御部（５ｃ）は、各レグ回路（８）の複数のチョッパセルが出力すべき交流電圧成分を表す第１の電圧指令値（Ｖａｃｒｅｆ）を生成する。直流制御部（５ｄ）は、各レグ回路（８）の複数のチョッパセルが出力すべき直流電圧成分を表す第２の電圧指令値（Ｖｄｃｒｅｆ）を生成する。循環電流制御部（５ｂ）は、循環電流（Ｉｃｃ）を抑制するために各レグ回路（８）の複数のチョッパセル（１）が出力すべき第３の電圧指令値（Ｖｃｃｒｅｆ）を生成する。循環電流制御部（５ｂ）は、第１、第２、および第３の電圧指令値を用いた非線形演算を行う。各レグ回路（８）の複数のチョッパセル（１）は、非線形演算の結果に従って動作する。
2017046909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流回路と交流回路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
前記交流回路の各相にそれぞれ対応し、共通の第１および第２の直流端子間に互いに並列に接続された複数のレグ回路を備え、
各前記レグ回路は、
互いにカスケード接続され、各々がエネルギー蓄積器を含む複数のチョッパセルと、
前記複数のチョッパセルと直列に接続された少なくとも１つのインダクタとを含み、
前記電力変換装置は、前記複数のチョッパセルの動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記交流回路の交流電流および交流電圧に基づいて、前記レグ回路ごとに、前記複数のチョッパセルが出力すべき交流電圧成分を表す第１の電圧指令値を生成する交流制御部と、
前記直流回路の直流電流および直流電圧に基づいて、前記レグ回路ごとに、前記複数のチョッパセルが出力すべき直流電圧成分を表す第２の電圧指令値を生成する直流制御部と、
各前記レグ回路間を循環する循環電流に基づいて、前記レグ回路ごとに、前記循環電流を抑制するために前記複数のチョッパセルが出力すべき電圧を表す第３の電圧指令値を生成する循環電流制御部とを含み、
前記循環電流制御部は、前記第１、第２、および第３の電圧指令値を用いた非線形演算を行い、
各前記レグ回路の前記複数のチョッパセルは、前記非線形演算の結果に従って動作する、電力変換装置。
【請求項２】
各前記レグ回路は、前記交流回路の対応する相と電気的に接続される接続部を挟んで、高電位側の第１のアームと低電位側の第２のアームとに区分され、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値から前記第１の電圧指令値を減算することによって得られた第１の値に、前記第３の電圧指令値に固定値を加算した値を乗算することによって第２の値を生成し、
前記第１のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第２の値に従って動作し、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値に前記第１の電圧指令値を加算することによって得られた第３の値に、前記第３の電圧指令値に固定値を加算した値を乗算することによって第４の値を生成し、
前記第２のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第４の値に従って動作する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
各前記レグ回路は、前記交流回路の対応する相と電気的に接続される接続部を挟んで、高電位側の第１のアームと低電位側の第２のアームとに区分され、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値から前記第１の電圧指令値を減算することによって得られた第１の値に、前記第３の電圧指令値に非線形伝達関数を作用させた値を加算することによって第２の値を生成し、
前記第１のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第２の値に従って動作し、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値に前記第１の電圧指令値を加算することによって得られた第３の値に、前記第３の電圧指令値に非線形伝達関数を作用させた値を加算することによって第４の値を生成し、
前記第２のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第４の値に従って動作し、
前記非線形伝達関数は、入力が閾値を超えると入力に対する出力の比が増大するように構成される、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項４】
各前記レグ回路は、前記交流回路の対応する相と電気的に接続される接続部を挟んで、高電位側の第１のアームと低電位側の第２のアームとに区分され、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値から前記第１の電圧指令値を減算することによって得られた第１の値に、前記第３の電圧指令値に非線形数学関数を作用させた値を加算することによって第２の値を生成し、
前記第１のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第２の値に従って動作し、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値に前記第１の電圧指令値を加算することによって得られた第３の値に、前記第３の電圧指令値に非線形数学関数を作用させた値を加算することによって第４の値を生成し、
前記第２のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第４の値に従って動作し、
前記非線形数学関数は、入力の大きさが増加するほど入力に対する出力の比が増大するように構成される、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
各前記レグ回路は、前記交流回路の対応する相と電気的に接続される接続部を挟んで、高電位側の第１のアームと低電位側の第２のアームとに区分され、
前記循環電流制御部は、前記第３の電圧指令値と、前記第２の電圧指令値から前記第１の電圧指令値を減算することによって得られた第１の値とに、第１の非線形数学関数を作用させることよって第２の値を生成し、
前記第１のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第２の値に従って動作し、
前記循環電流制御部は、前記第３の電圧指令値と、前記第２の電圧指令値に前記第１の電圧指令値を加算することによって得られた第３の値とに、第２の非線形数学関数を作用させることによって第４の値を生成し、
前記第２のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第４の値に従って動作し、
前記第１および第２の非線形数学関数の各々は、各入力の大きさが増加するほど各入力に対する出力の値が増加するとともに、出力の値が定められた範囲内に制限されるように構成される、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項６】
各前記レグ回路は、前記交流回路の対応する相と電気的に接続される接続部を挟んで、高電位側の第１のアームと低電位側の第２のアームとに区分され、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値から前記第１の電圧指令値を減算することによって得られた第１の値に第１の固定値を加算した第１の上限値と、前記第１の値から前記第１の固定値を減算した第１の下限値とによって前記第３の電圧指令値を制限することによって第２の値を生成し、
前記第１のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第２の値に従って動作し、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値に前記第１の電圧指令値を加算することによって得られた第３の値に第２の固定値を加算した第２の上限値と、前記第３の値から前記第２の固定値を減算した第２の下限値とによって前記第３の電圧指令値を制限することによって第４の値を生成し、
前記第２のアームを構成する複数のチョッパセルは、前記第４の値に従って動作する、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記エネルギー蓄積器はコンデンサであり、
前記制御装置は、前記第１のアームを構成する複数のチョッパセルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差に基づいて、前記偏差が小さくなるようなフィードバック制御によって第１の電圧補正値を生成する第１のコンデンサ電圧制御部をさらに含み、
前記循環電流制御部は、前記第１の電圧補正値との線形結合によって補正された前記第１の値を用いて前記第２の値を生成し、
前記制御装置は、前記第２のアームを構成する複数のチョッパセルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差に基づいて、前記偏差が小さくなるようなフィードバック制御によって第２の電圧補正値を生成する第２のコンデンサ電圧制御部をさらに含み、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧補正値との線形結合よって補正された前記第３の値を用いて前記第４の値を生成する、請求項２〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第１のコンデンサ電圧制御部は、前記第１のアームを構成する複数のチョッパセルのコンデンサ電圧の代表値と前記コンデンサ電圧の指令値との偏差に、前記直流回路の直流電流値またはその極性を乗算することによって前記第１の電圧補正値を生成し、
前記第２のコンデンサ電圧制御部は、前記第２のアームを構成する複数のチョッパセルのコンデンサ電圧の代表値と前記コンデンサ電圧の指令値との偏差に、前記直流回路の直流電流値またはその極性を乗算することによって前記第２の電圧補正値を生成する、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１のコンデンサ電圧制御部は、前記第１のアームを構成する複数のチョッパセルのコンデンサ電圧の代表値と前記コンデンサ電圧の指令値との偏差に、前記交流回路の交流電流値またはその極性を乗算することによって前記第１の電圧補正値を生成し、
前記第２のコンデンサ電圧制御部は、前記第２のアームを構成する複数のチョッパセルのコンデンサ電圧の代表値と前記コンデンサ電圧の指令値との偏差に、前記交流回路の交流電流値の極性を反転させたものまたは前記交流電流値の極性とは逆の極性を乗算することによって前記第２の電圧補正値を生成する、請求項７に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
直流回路と交流回路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
前記交流回路の各相にそれぞれ対応し、共通の第１および第２の直流端子間に互いに並列に接続された複数のレグ回路を備え、
各前記レグ回路は、
互いにカスケード接続され、各々がエネルギー蓄積器を含む複数のチョッパセルと、
前記複数のチョッパセルと直列に接続された少なくとも１つのインダクタとを含み、
前記複数のチョッパセルは、
複数の第１のチョッパセルと、
複数の第２のチョッパセルとを含み、
前記電力変換装置は、前記複数のチョッパセルの動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記交流回路の交流電流および交流電圧に基づいて、前記レグ回路ごとに、前記複数の第１のチョッパセルが出力すべき交流電圧成分を表す第１の電圧指令値を生成する交流制御部と、
前記直流回路の直流電流および直流電圧に基づいて、前記レグ回路ごとに、前記複数の第１のチョッパセルが出力すべき直流電圧成分を表す第２の電圧指令値を生成する直流制御部と、
各前記レグ回路間を循環する循環電流に基づいて、前記レグ回路ごとに、前記循環電流を抑制するために前記複数の第２のチョッパセルが出力すべき電圧を表す第３の電圧指令値を生成する循環電流制御部とを含み、
前記循環電流制御部は、少なくとも前記第２および第３の電圧指令値を用いた非線形演算を行い、
各前記レグ回路の前記複数の第２のチョッパセルは、前記非線形演算の結果に従って動作する、電力変換装置。
【請求項１１】
前記制御装置は、前記複数の第２のチョッパセルのコンデンサ電圧の代表値とコンデンサ電圧の指令値との偏差と、前記交流回路の交流電流値とを乗算した値に基づいて、前記偏差が小さくなるようなフィードバック制御によって電圧補正値を生成するコンデンサ電圧制御部をさらに含み、
前記循環電流制御部は、前記第２の電圧指令値と前記電圧補正値とを線形結合した値と、前記第３の電圧指令値との非線形演算を行う、請求項１０に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
直流回路と交流回路との間で電力変換を行う電力変換装置であって、
前記交流回路の各相にそれぞれ対応し、共通の第１および第２の直流端子間に互いに並列に接続された複数のレグ回路を備え、
各前記レグ回路は、
互いにカスケード接続され、各々がエネルギー蓄積器を含む複数のチョッパセルと、
前記複数のチョッパセルと直列に接続された少なくとも１つのインダクタとを含み、
前記電力変換装置は、前記複数のチョッパセルの動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記レグ回路間を循環する循環電流を抑制するための電圧指令値と、前記レグ回路を流れるその他の電流を制御するための少なくとも一つの電圧指令値とを非線形演算し、
前記レグ回路の前記複数のチョッパセルは、前記非線形演算の結果に従って動作する、電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、交流と直流との間で電力変換を行う電力変換装置に関し、たとえば、電力系統に設置される大容量の電力変換装置に好適に用いられるものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統に設置される大容量の電力変換装置では、変換器出力が高電圧または大電流となるため、複数の変換器を直列または並列に多重化して構成されることが多い。変換器を多重化することによって、変換器容量を大きくするという効果が得られるだけでなく、変換器の出力電圧を合成することにより、出力電圧波形に含まれる高調波を低減し、その結果、電力系統に流出する高調波電流を低減するという効果を奏することができる。【０００３】
多重化された変換器を有する電力変換装置の例として、複数の変換器の出力端子をカスケード接続したマルチレベル変換器が挙げられる。マルチレベル変換器の中の一つにモジュラーマルチレベル変換器（ＭＭＣ：Modular  Multilevel  Converter）がある。モジュラーマルチレベル変換器は、交流の各相ごとに、正極側直流端子と接続された第１アーム（arm）と負極側直流端子と接続された第２アームとを有し、各アームは、複数の変換器セル（チョッパセルとも称する）がカスケード接続されることによって構成されている。各相の第１アームと第２アームとによってレグ（leg）が構成される。各レグには少なくとも１つのリアクトルが設けられる。【０００４】
モジュラーマルチレベル変換器では、外部に流出せずに複数のレグ間を循環する循環電流が流れることがあり、この循環電流を０または所定の値になるように制御する必要がある。循環電流を制御するための従来技術として、たとえば、特許第５１８９１０５号公報（特許文献１）および特表２０１２−５３１８７８号公報（特許文献２）などに記載された技術が知られている。【０００５】
特許第５１８９１０５号公報（特許文献１）には、各アーム（相モジュール分岐）ごとに、循環電流を制御して減らすための１つの制御ユニットを有するマルチレベル変換器が開示されている。各制御ユニットには、電流制御ユニットから分岐電圧目標値が与えられる。特にこの文献では、電流制御ユニットは、分岐電圧目標値を生成するために、循環電圧目標値を相モジュール分岐の他の目標値にアドオン、すなわち線形にて（和形式または差形式にて）組み合わせることが開示されている。【０００６】
特表２０１２−５３１８７８号公報（特許文献２）では、循環電流を制御するために、各相のレグに設けられたリアクトル（インダクタ）に能動制御型の高調波補償器を接続することが開示されている。この高調波補償器は、循環電流に含まれる基本波成分よりも周波数が高い高調波成分を抑制するように構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第５１８９１０５号公報
【特許文献２】特表２０１２−５３１８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
より詳細には、特許第５１８９１０５号公報（特許文献１）に記載された電力変換装置では、交流端子の電気量（電圧および電流）を制御する電圧指令値と、直流端子の電気量（電圧および電流）を制御する電圧指令値と、電力変換装置内部を還流する循環電流を制御する電圧指令値とが合成される。そして、合成された電圧指令値は全ての変換器セル（チョッパセル）に与えられる。【０００９】
しかしながら、各変換器セルが出力可能な電圧値の上限値および下限値は、各変換器セルが有するコンデンサの電圧値および各変換器セルの回路構成などに応じて決まるので、各変換器セルは、定められた上限値および下限値を超えた電圧を出力することができない。このため、例えば、交流端子および直流端子の電気量をそれぞれ制御するための電圧指令値が増加または減少することによって、これらの電圧指令値と合成された循環電流を制御するための電圧指令値が制限される場合がある。この場合には、循環電流を抑制するための電圧指令値が変換器セルの出力電圧に反映されなくなるという問題がある。逆に、循環電流を制御するための電圧指令値の影響で、交流端子および直流端子の電気量をそれぞれ制御するための電圧指令値が制限を受ける結果、交流−直流変換が理想的に行われないという問題がある。【００１０】
特表２０１２−５３１８７８号公報（特許文献２）に記載された電力変換装置では、各リアクトル（インダクタ）に接続された能動制御型の高調波補償器は、循環電流に含まれる基本波成分よりも周波数が高い高調波成分を抑制するように構成される。しかしながら、リアクトルは、周波数が低いほど電流が流れやすい（周波数が低いほどアドミタンスが増加する）という特性を有するので、循環電流に含まれる直流電流成分および基本波成分を抑制することができない問題がある。【００１１】
この発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであって、その目的は、交流電気量（交流電圧、交流電流）、直流電気量（直流電圧、直流電流）、および循環電流を確実に制御することが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
直流回路と交流回路との間に接続され、両回路間の電力変換を行う電力変換装置であって、複数のレグ回路と、制御装置とを備える。複数のレグ回路は、交流回路の各相にそれぞれ対応し、共通の第１および第２の直流端子間に互いに並列に接続される。各レグ回路は、互いにカスケード接続され、各々がエネルギー蓄積器を含む複数のチョッパセルと、複数のチョッパセルと直列に接続された少なくとも１つのインダクタとを含む。制御装置は、複数のチョッパセルの動作を制御する。制御装置は、交流制御部と、直流制御部と、循環電流制御部とを含む。交流制御部は、交流回路の交流電流および交流電圧に基づいて、レグ回路ごとに、複数のチョッパセルが出力すべき交流電圧成分を表す第１の電圧指令値を生成する。直流制御部は、直流回路の直流電流および直流電圧に基づいて、レグ回路ごとに、複数のチョッパセルが出力すべき直流電圧成分を表す第２の電圧指令値を生成する。循環電流制御部は、各レグ回路間を循環する循環電流に基づいて、レグ回路ごとに、循環電流を抑制するために複数のチョッパセルが出力すべき電圧を表す第３の電圧指令値を生成する。循環電流制御部は、第１、第２、および第３の電圧指令値を用いた非線形演算を行う。各レグ回路の複数のチョッパセルは、非線形演算の結果に従って動作する。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、複数のチョッパセルが出力すべき交流電圧成分を表す第１の電圧指令値と、複数のチョッパセルが出力すべき直流電圧成分を表す第２の電圧指令値と、循環電流を抑制するために複数のチョッパセルが出力すべき電圧を表す第３の電圧指令値との非線形演算結果に従って、各レグ回路の複数のチョッパセルが動作する。この結果、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とを互いに干渉させることなく両立させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。
【図２】セル群６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを構成する変換器セルの一例を示す回路図である。
【図３】図１の制御装置５の構成図である。
【図４】図３の循環電流制御部５ｂの詳細な構成図である。
【図５】図４の各信号の時間変化を模式的に示す波形図である。
【図６】実施の形態２による電力変換装置において循環電流制御部５ｂの構成を示す図である。
【図７】図６の非線形伝達関数作用部５ｂ２２の入力と出力との関係の一例を示す図である。
【図８】実施の形態３による電力変換装置において循環電流制御部５ｂの構成を示す図である。
【図９】実施の形態４による電力変換装置において循環電流制御部５ｂの構成を示す図である。
【図１０】図９の非線形数学関数作用部の入力ｘ，ｙと出力ｚとの関係の一例を示す図である。
【図１１】実施の形態５による電力変換装置において循環電流制御部５ｂの構成を示す図である。
【図１２】循環電流制御部５ｂから出力される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２の時間変化を示す波形を模式的に示した図である。
【図１３】実施の形態６による電力変換装置の概略構成図である。
【図１４】循環電流制御用のセル群６ｃ，６ｄに設けられた各セル２０の詳細な構成を示す回路図である。
【図１５】図１３の制御装置５の構成図である。
【図１６】実施の形態７による電力変換装置で用いられる制御装置５の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１６】
＜実施の形態１＞
［電力変換装置の概略構成］
図１は、実施の形態１による電力変換装置の概略構成図である。図１を参照して、電力変換装置は、主回路であるレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃ（総称する場合または不特定のものを示す場合、レグ回路８と記載する）と、これらのレグ回路８を制御する制御装置５とを備える。
【００１７】
レグ回路８は、交流を構成する複数相の各相ごとに設けられ、交流と直流との間で電力変換を行う。図１には三相交流の場合が示され、ｕ相、ｖ相、ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃが設けられる。
【００１８】
レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、連系変圧器３を介して交流回路２に接続される。交流回路２は、たとえば、交流電源を含む交流電力系統である。図１では、図解を容易にするために、交流端子Ｎｖ，Ｎｗと連系変圧器３との接続は図示していない。各レグ回路８に共通に設けられた直流端子Ｎｐ，Ｎｎ（正側直流端子Ｎｐ，負側直流端子Ｎｎ）は、直流回路４に接続される。直流回路４は、たとえば、直流電力系統であり、直流送電網および直流出力を行う他の電力変換装置などを含む。
【００１９】
図１の連系変圧器３を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流回路２に接続した構成としても良い。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃが連系変圧器３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル７ａ，７ｂとしてもよい。すなわち、各レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃは、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃに設けられた接続部を介して電気的（直流的または交流的）に交流回路２と接続される。
【００２０】
レグ回路８ａは、正側直流端子Ｎｐから交流入力端子Ｎｕまでの正側アーム（上アームまたは１次アームとも称する）１３と、負側直流端子Ｎｎから交流入力端子Ｎｕまでの負側アーム（下アームまたは２次アームとも称する）１４とに区分される。正側アーム１３と負側アーム１４との接続点Ｎｕが変圧器３と接続される。正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎが直流回路４に接続される。レグ回路８ｂ，８ｃについても同様の構成を有しているので、以下、レグ回路８ａを代表として説明する。
【００２１】
正側アーム１３は、複数の変換器セル（チョッパセル）１がカスケード接続されたセル群６ａと、複数の変換器セル１がカスケード接続されたセル群６ｃと、リアクトル７ａとを含む。セル群６ａ，６ｃおよびリアクトル７ａは互いに直列接続されている。以下、簡単のために変換器セル（チョッパセル）をセルと称する場合がある。図１では、図解を容易にするために、セル群６ｃにセル１が１個のみ記載されているが、実際には複数個のセル１がカスケード接続されている。
【００２２】
同様に、負側アーム１４は、複数のセル１がカスケード接続されたセル群６ｂと、複数のセル１がカスケード接続されたセル群６ｄと、リアクトル７ｂとを含む。セル群６ｂ，６ｄおよびリアクトル７ｂは互いに直列接続されている。図１では、図解を容易にするために、セル群６ｄにセル１が１個のみ記載されているが、実際には複数個のセル１がカスケード接続されている。
【００２３】
リアクトル７ａが挿入される位置は、レグ回路８ａの正側アーム１３のいずれの位置であってもよく、リアクトル７ｂが挿入される位置は、レグ回路８ａの負側アーム１４のいずれの位置であってもよい。リアクトル７ａ，７ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。さらに、正側アーム１３のリアクトル７ａのみ、もしくは、負側アーム１４のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。
【００２４】
以下、正側アーム１３に設けられたセル群６ａ，６ｂを正側セル群と称し、負側アーム１４に設けられたセル群６ｃ，６ｄを負側セル群と称する。以下で詳しく説明するように、正側セル群６ａおよび負側セル群６ｂは、循環電流の制御に用いられず、交流電気量および直流電気量の制御にのみ用いられる。正側セル群６ｃおよび負側セル群６ｄは循環電流の制御に用いられる。すなわち、循環電流の制御には、各レグ回路８を構成する一部のセルのみが用いられる点に特徴がある。
【００２５】
図１の電力変換装置は、さらに、制御に使用される電気量（電流、電圧）を計測する検出器として、交流電圧検出器１０と、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂと、各レグ回路８に設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂとを含む。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置５に入力される。
【００２６】
具体的に、交流電圧検出器１０は、交流回路２のＵ相の電圧値Ｖａｃｕ、Ｖ相の電圧値Ｖａｃｖ、およびＷ相の電圧値Ｖａｃｗを検出する。直流電圧検出器１１ａは、直流回路４に接続された正側直流端子Ｎｐの電圧を検出する。直流電圧検出器１１ｂは、直流回路４に接続された負側直流端子Ｎｎの電圧を検出する。Ｕ相用のレグ回路８ａに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム１３に流れるアーム電流Ｉｐｕおよび負側アーム１４に流れるアーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。同様に、Ｖ相用のレグ回路８ｂに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路８ｃに設けられたアーム電流検出器９ａ，９ｂは、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。ここで、アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗは、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎの方向に流れる電流を正とする。
【００２７】
［変換器セルの構成例］
図２は、セル群６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを構成する変換器セルの一例を示す回路図である。図２（ａ）に示す変換器セル１は、ハーフブリッジ構成を採用した例を示し、互いに直列接続された半導体スイッチング素子１ａ，１ｂ（以下、単にスイッチング素子と称する場合がある）と、ダイオード１ｃ，１ｄと、直流コンデンサ１ｅとを含む。ダイオード１ｃ，１ｄは、スイッチング素子１ａ，１ｂとそれぞれ逆並列（並列かつ逆バイアス方向）に接続される。直流コンデンサ１ｅは、スイッチング素子１ａ，１ｂの直列接続回路と並列に接続され、直流電圧を平滑化する。スイッチング素子１ａ，１ｂの接続ノードは正側の入出力端子１ｐと接続され、スイッチング素子１ｂと直流コンデンサ１ｅの接続ノードは負側の入出力端子１ｎと接続される。
【００２８】
図２（ａ）の構成において、スイッチング素子１ａ，１ｂは、一方がオン状態となり他方がオフ状態となるように制御される。スイッチング素子１ａがオン状態であり、スイッチング素子１ｂがオフ状態のとき、入出力端子１ｐ，１ｎ間には直流コンデンサ１ｅの両端間の電圧（入出力端子１ｐが正側電圧、入出力端子１ｎが負側電圧）が印加される。逆に、スイッチング素子１ａがオフ状態であり、スイッチング素子１ｂがオン状態のとき、入出力端子１ｐ，１ｎ間は０Ｖとなる。すなわち、図２（ａ）に示す変換器セル１は、スイッチング素子１ａ，１ｂを交互にオン状態とすることによって、零電圧または正電圧（直流コンデンサ１ｅの電圧に依存する）を出力することができる。ダイオード１ｃ，１ｄは、スイッチング素子１ａ，１ｂに逆方向電圧が印加されたときの保護のために設けられている。
【００２９】
図２（ｂ）に示す変換器セル１は、フルブリッジ構成を採用した例を示し、直列接続されたスイッチング素子１ｆ，１ｇと、スイッチング素子１ｆ，１ｇに逆並列にそれぞれ接続されたダイオード１ｈ，１ｉとをさらに含む点で、図２（ａ）の変換器セル１と異なる。スイッチング素子１ｆ，１ｇの全体は、スイッチング素子１ａ，１ｂの直列接続回路と並列に接続されるとともに、直流コンデンサ１ｅと並列に接続される。入出力端子１ｐは、スイッチング素子１ａ，１ｂの接続ノードと接続され、入出力端子１ｎは、スイッチング素子１ｆ，１ｇの接続ノードと接続される。
【００３０】
図２（ｂ）に示す変換器セル１は、通常動作時（すなわち、入出力端子１ｐ，１ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子１ｇを常時オンとし、スイッチング素子１ｆを常時オフとし、スイッチング素子１ａ，１ｂを交互にオン状態とするように制御される。ただし、図２（ｂ）に示す変換器セル１は、スイッチング素子１ｇをオフし、スイッチング素子１ｆをオンし、スイッチング素子１ａ，１ｂを交互にオン状態にすることによって、零電圧または負電圧を出力することもできる。
【００３１】
図２（ｃ）に示す変換器セル１は、図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成の変換器セル１から、スイッチング素子１ｆを除去した構成であり、その他の点は図２（ｂ）の場合と同じである。図２（ｃ）の変換器セル１は、通常動作時（すなわち、入出力端子１ｐ，１ｎ間に零電圧または正電圧を出力する場合）には、スイッチング素子１ｇを常時オンとし、スイッチング素子１ａ，１ｂを交互にオン状態とするように制御される。図２（ｃ）に示す変換器セル１は、スイッチング素子１ａ，１ｇをオフし、スイッチング素子１ｂをオンし、かつ電流が入出力端子１ｎから入出力端子１ｐの方向に流れる場合には、負電圧を出力することができる。
【００３２】
各スイッチング素子１ａ，１ｂ，１ｆ，１ｇには、オン動作とオフ動作の両方を制御可能な自己消弧型のスイッチング素子が用いられている。たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）またはＧＣＴ（Gate  Commutated  Turn-off  thyristor）などがスイッチング素子１ａ，１ｂ，１ｆ，１ｇとして用いられる。
【００３３】
［制御装置の構成と概略動作］
図３は、図１の制御装置５の構成図である。図３に示す制御装置５は、専用回路によって構成してもよいし、その一部または全部をＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）および／またはマイクロプロセッサによって構成してもよい。以下、図１および図３を参照して、制御装置５の構成と各要素の概略動作について説明する。
【００３４】
制御装置５は、電圧指令値生成部５ｚと、ゲート制御部５ｋ，５ｍ，５ｎ，５ｏとを含む。ゲート制御部５ｋは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの正側セル群６ａを構成する各スイッチング素子にゲート信号Ｇｐｕ，Ｇｐｖ，Ｇｐｗをそれぞれ供給する。ゲート制御部５ｍは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの負側セル群６ｂを構成する各スイッチング素子にゲート信号Ｇｎｕ，Ｇｎｖ，Ｇｎｗをそれぞれ供給する。ゲート制御部５ｎは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの循環電流制御用の正側セル群６ｃを構成する各スイッチング素子にゲート信号Ｇｐ２ｕ，Ｇｐ２ｖ，Ｇｐ２ｗをそれぞれ供給する。ゲート制御部５ｏは、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの循環電流制御用の負側セル群６ｄを構成する各スイッチング素子にゲート信号Ｇｎ２ｕ，Ｇｎ２ｖ，Ｇｎ２ｗをそれぞれ供給する。
【００３５】
電圧指令値生成部５ｚは、ゲート制御部５ｋ，５ｍ，５ｎ，５ｏに電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆ，Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２をそれぞれ供給する。循環電流制御用のゲート制御部５ｎ，５ｏに供給される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２は、循環電流Ｉｃｃの検出値に基づくものである。その他のゲート制御部５ｋ，５ｍに供給される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆは、循環電流Ｉｃｃの検出値に基づかないものである。
【００３６】
より詳細には、電圧指令値生成部５ｚは、電流演算部５ａと、循環電流制御部５ｂと、交流制御部５ｃと、直流制御部５ｄと、指令値合成部５ｅ，５ｆと、ゲイン回路５ｇ，５ｈとを含む。
【００３７】
電流演算部５ａは、各相のレグ回路８の正側アーム１３に設けられた電流検出器９ａで検出された正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗと、各相のレグ回路８の負側アーム１４に設けられた電流検出器９ｂで検出された負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗとを取り込む。電流演算部５ａは、取り込んだアーム電流から、交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗと、直流電流値Ｉｄｃと、循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗとを演算する。電流演算部５ａは、算出した交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗを交流制御部５ｃに出力し、算出した直流電流値Ｉｄｃを直流制御部５ｄに出力し、算出した循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを循環電流制御部５ｂに出力する。
【００３８】
ここで、Ｕ相の交流電流Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流Ｉａｃｖ、およびＷ相の交流電流Ｉａｃｗ（総称する場合、交流電流Ｉａｃと記載する）は、各レグ回路８の交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗから変圧器３の方向に流れる電流を正として定義される。直流電流Ｉｄｃは、直流回路４から正側直流端子Ｎｐに向かう方向、および負側直流端子Ｎｎから直流回路４に向かう方向を正として定義される。レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃをそれぞれ流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗ（総称する場合、循環電流Ｉｃｃと記載する）は、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎに向かう方向を正として定義される。
【００３９】
交流制御部５ｃには、さらに、交流電圧検出器１０で検出されたＵ相、Ｖ相、およびＷ相の交流電圧値Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ（総称する場合、交流電圧値Ｖａｃと記載）が入力される。交流制御部５ｃは、入力された交流電流値Ｉａｃと交流電圧値Ｖａｃとに基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ，Ｖａｃｒｅｆｖ，Ｖａｃｒｅｆｗ（総称する場合、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆと記載する）を生成する。交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆは、セル群６ａ，６ｂが出力すべき交流電圧成分を表している。
【００４０】
直流制御部５ｄには、さらに、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂで検出された直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎが入力される。直流制御部５ｄは、入力された直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎおよび直流電流値Ｉｄｃに基づいて、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを生成する。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、セル群６ａ，６ｂが出力すべき直流電圧成分を表している。
【００４１】
指令値合成部５ｅは、Ｕ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによってＵ相の正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕを生成する。同様に、指令値合成部５ｅは、Ｖ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｖと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによって、Ｖ相の正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆｖを生成する。さらに、指令値合成部５ｅは、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｗと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによって、Ｗ相の正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆｗを生成する。生成された電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ（総称する場合または不特定のものを示す場合、電圧指令値Ｖｐｒｅｆと記載する）は、ゲート制御部５ｋに入力される。
【００４２】
指令値合成部５ｆは、Ｕ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによってＵ相の負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆｕを生成する。同様に、指令値合成部５ｆは、Ｖ相交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｖと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによって、Ｖ相の負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆｖを生成する。さらに、指令値合成部５ｆは、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｗと直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成することによって、Ｗ相の負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆｗを生成する。生成された電圧指令値Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｗ（総称する場合または不特定のものを示す場合、電圧指令値Ｖｎｒｅｆと記載する）は、ゲート制御部５ｍに入力される。
【００４３】
ゲイン回路５ｇは、各相の正側セル群６ａ用の電圧指令値ＶｐｒｅｆをゲインＫ倍した値を、循環電流制御用の正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ（Ｕ相用：Ｖｐｃｏｒｒｕ、Ｖ相用：Ｖｐｃｏｒｒｖ、Ｗ相用：Ｖｐｃｏｒｒｗ）として、循環電流制御部５ｂに出力する。ゲイン回路５ｈは、各相の負荷セル群ｂ用の電圧指令値ＶｎｒｅｆをゲインＫ倍した値を、循環電流制御用の負側電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒ（Ｕ相用：Ｖｎｃｏｒｒｕ、Ｖ相用：Ｖｎｃｏｒｒｖ、Ｗ相用：Ｖｎｃｏｒｒｗ）として、循環電流制御部５ｂに出力する。
【００４４】
循環電流制御部５ｂは、各相ごとに、電流演算部５ａからの循環電流値Ｉｃｃと、正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒとに基づいて、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２（Ｕ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｕ、Ｖ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｖ、Ｗ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｗ）を生成する。さらに、循環電流制御部５ｂは、各相ごとに、電流演算部５ａからの循環電流値Ｉｃｃと、負側電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒとに基づいて、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２（Ｕ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｕ、Ｖ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｖ、Ｗ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｗ）を生成する。生成された電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２はゲート制御部５ｎに供給され、生成された電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２はゲート制御部５ｏに供給される。
【００４５】
［循環電流制御部５ｂの構成と動作の概略］
図４は、図３の循環電流制御部５ｂの詳細な構成図である。図４を参照して、循環電流制御部５ｂは、減算器５ｂ９と、補償器５ｂ１８と、加算器５ｂ１９と、乗算器５ｂ２０，５ｂ２１とを含む。
【００４６】
減算器５ｂ９は、各相ごとに、循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆ（Ｕ相用：Ｉｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｉｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｉｃｃｒｅｆｗ）から循環電流値Ｉｃｃ（Ｕ相：Ｉｃｃｕ、Ｖ相：Ｉｃｃｖ、Ｗ相：Ｉｃｃｗ）を減算することによって、それらの偏差を算出する。補償器５ｂ１８は、算出された偏差を増幅することによって、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ（Ｕ相用：Ｖｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｖｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｖｃｃｒｅｆｗ）を生成する。ここで、循環電流指令値として通常は零電流が与えられるが、電力系統で不平衡が発生している場合は零でない値を与える場合もある。
【００４７】
加算器５ｂ１９は、増幅された偏差（すなわち、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）に固定値を加算する。図４では、この固定値を１．０としているが、この固定値は１．０に限定されるものではない。乗算器５ｂ２０は、各相ごとに、加算器５ｂ１９の出力値（すなわち、Ｖｃｃｒｅｆ＋１）に正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒを乗算することによって、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２を生成する。乗算器５ｂ２１は、各相ごとに、加算器５ｂ１９の出力値（Ｖｃｃｒｅｆ＋１）に負側電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒを乗算することによって、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２を生成する。
【００４８】
このように、循環電流制御部５ｂは、循環電流Ｉｃｃに基づく電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、交流電流Ｉａｃおよび直流電流Ｉｄｃには基づくが循環電流Ｉｃｃに基づかない電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆ（または、元になる交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆおよび直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ）との非線形演算のみによって（すなわち、線形結合によらずに）、循環電流制御用のセル群６ｃ，６ｄを制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成する。
【００４９】
［制御装置５の詳細な動作］
次に、制御装置５の詳細な動作について説明する。
【００５０】
（電流演算部５ａの動作）
図１を参照して、Ｕ相のレグ回路８ａの正側アーム１３と負側アーム１４との接続点が交流端子Ｎｕであり、交流端子Ｎｕは変圧器３に接続されている。したがって、交流端子Ｎｕから変圧器３に向かって流れる交流電流Ｉａｃｕは、電流検出器９ａで計測された正側アーム１３を流れる電流値Ｉｐｕから電流検出器９ｂで計測された負側アーム１４を流れる電流値Ｉｐｎを減算した電流値、すなわち、
Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ−Ｉｎｕ      …(1)
に等しくなる。
【００５１】
正側アーム１３に流れる電流Ｉｐｕと負側アーム１４に流れる電流Ｉｎｕの平均値を、両方のアーム１３，１４に流れる共通の電流Ｉｃｏｍｕとする。共通の電流Ｉｃｏｍｕはレグ回路８ａの直流端子を流れるレグ電流である。すなわち、レグ電流Ｉｃｏｍｕは、
Ｉｃｏｍｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２      …(2)
として演算できる。
【００５２】
Ｖ相およびＷ相についても同様に、Ｖ相正側アーム電流ＩｐｖおよびＶ相負側アーム電流Ｉｎｖを用いて、Ｖ相交流電流ＩａｃｖおよびＶ相レグ電流Ｉｃｏｍｖを算出することができ、Ｗ相正側アーム電流ＩｐｗおよびＷ相負側アーム電流Ｉｎｗを用いて、Ｗ相交流電流ＩａｃｗおよびＷ相レグ電流Ｉｃｏｍｗを算出することができる。具体的には、以下の式で表される。
Ｉａｃｖ＝Ｉｐｖ−Ｉｎｖ      …(3)
Ｉｃｏｍｖ＝（Ｉｐｖ＋Ｉｎｖ）／２      …(4)
Ｉａｃｗ＝Ｉｐｗ−Ｉｎｗ      …(5)
Ｉｃｏｍｗ＝（Ｉｐｗ＋Ｉｎｗ）／２      …(6)
【００５３】
各相のレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃの正側の直流端子は正側直流端子Ｎｐとして共通に接続され、負側の直流端子は負側直流端子Ｎｎとして共通に接続されている。この構成から、各相のレグ電流Ｉｃｏｍｕ，Ｉｃｏｍｖ，Ｉｃｏｍｗを加算した電流値は、直流回路４の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流回路４に帰還する直流電流Ｉｄｃとなる。したがって、直流電流Ｉｄｃは、
Ｉｄｃ＝Ｉｃｏｍｕ＋Ｉｃｏｍｖ＋Ｉｃｏｍｗ      …(7)
として演算できる。
【００５４】
レグ電流に含まれる直流電流成分は、各相で均等に分担するとセルの電流容量を均等にすることができ適当である。このことを考慮すると、レグ電流と直流電流値の１／３との差分が、直流回路４に流れないが各相のレグ間に流れる循環電流の電流値として演算できる。具体的に、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、
Ｉｃｃｕ＝Ｉｃｏｍｕ−Ｉｄｃ／３      …(8)
Ｉｃｃｖ＝Ｉｃｏｍｖ−Ｉｄｃ／３      …(9)
Ｉｃｃｗ＝Ｉｃｏｍｗ−Ｉｄｃ／３      …(10)
として演算できる。
【００５５】
図３の電流演算部５ａは、電流検出器９ａ，９ｂで検出されたアーム電流値Ｉｐｕ，Ｉｎｕ，Ｉｐｖ，Ｉｎｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｗから、上式（１），（３），（５），（７）〜（１０）に従って、交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ、直流電流値Ｉｄｃ、循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを演算する。電流演算部５ａは、算出した交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ、直流電流値Ｉｄｃ、循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを、それぞれ交流制御部５ｃ、直流制御部５ｄ、循環電流制御部５ｂに出力する。
【００５６】
交流制御部５ｃは交流電圧検出器１０で検出した交流電圧値Ｖａｃｕ、Ｖａｃｖ、Ｖａｃｗと電流演算部５ａが出力した交流電流値Ｉａｃｕ、Ｉａｃｖ、Ｉａｃｗとから、電力変換装置のセル１が出力すべき交流電圧を交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ、Ｖａｃｒｅｆｖ、Ｖａｃｒｅｆｗとして出力する。交流制御部５ｃでは、電力変換装置に要求される機能に応じて、例えば交流電流値が交流電流指令値に一致するようにフィードバック制御する交流電流制御や、交流電圧値が交流電圧指令値に一致するようにフィードバックする交流電圧制御が構成される。または、交流電流値と交流電圧値とから電力を求め、その電力値が所望の値になるように電力制御が構成される。それら制御は１つまたは複数が組み合わされて構成し運用される。交流電流制御は変圧器３を介して交流回路２に出力される電流を制御することから、この電流を制御する電圧成分は多相交流電圧の正相成分と逆相成分、またはノーマルモード成分として知られる成分である。交流電圧制御も同様に、正相成分及び逆相成分を出力する。この正逆相成分に加えて、交流多相電圧を出力する場合、零相成分またはコモンモード成分として知られる三相共通の電圧成分を出力することも要求される。例えば、零相成分に基本波の第３次調波を重畳すると、変換器セルが出力可能な基本波交流成分を約１５％増加できることが知られている。また、図１の構成の電力変換装置では、一定の零相成分を出力すると後で示すように、セル群６ａ、６ｂで出力する交流電圧成分が逆極性であることから、正極に構成された各相のセル群６ａの電圧の直流成分と、負極に構成された各相のセル群６ｂの出力する電圧の直流成分が正負逆方向に重畳されることで、正側のセル群の直流電力と負側セル群の直流電力に差が生じて、変換器セル１に構成される直流コンデンサ１ｅのエネルギーを正側と負側で相互にやり取りすることができることで、セル群６ａとセル群６ｂの直流コンデンサ電圧値のバランスをとる制御にも供される。
【００５７】
（直流制御部５ｄの動作）
直流制御部５ｄは、直流電圧検出器１１ａ，１１ｂで検出した直流電圧値Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎの差電圧から直流端子間電圧値Ｖｄｃを演算する。すなわち、直流端子間電圧値Ｖｄｃは、
Ｖｄｃ＝Ｖｄｃｐ−Ｖｄｃｎ      …(11)
で与えられる。直流制御部５ｄは、算出した直流端子間電圧値Ｖｄｃと、電流演算部５ａから出力された直流電流値Ｉｄｃとから、セル１が出力すべき直流電圧を直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとして生成して出力する。
【００５８】
直流制御部５ｄは、交流制御部５ｃの場合と同様に、例えば、直流電流値を制御する直流電流制御器、直流電圧を制御する直流電圧制御器、および直流電力を制御する直流電力制御器のうちのいずれか１つまたは複数を組み合わせることによって構成され運用される。直流電圧制御器、直流電流制御器、および直流電力制御器が出力する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、正側セル群６ａが出力する直流電圧成分と負側セル群６ｂが出力する直流電圧成分は、後述するように互いに同極性となる。セル群６ａ，６ｂは直列接続されているので、セル群６ａ，６ｂの各出力電圧が合成され、合成された電圧は、レグ回路８の正側直流端子と負側直流端子との間に発生する電圧成分となる。図３に示す制御装置５の構成では、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、各相で共通の成分としてゲート制御部５ｋ，５ｍに与えられるので、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、セル群６ａ，６ｂから出力される電圧成分は、直流回路４に出力される直流電圧成分となる。
【００５９】
上記とは異なり、各相でそれぞれ異なる大きさの直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを与えるように直流制御部５ｄを構成することもできる。その場合にはリアクトル７ａ，７ｂに発生した電位差によって相間を循環する循環電流が流れるように、直流電圧指令値が与えられる。直流的に循環電流が流れると、各レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃが発生する直流電力に差が生じる結果、セル群６ａ，６ｂを構成する直流コンデンサ１ｅの蓄積エネルギーに関しても各相間で差が生じる。この動作は、直流コンデンサ１ｅの直流電圧に関して相間のバランスをとるバランス制御に適用される。
【００６０】
（指令値合成部５ｅ，５ｆの動作）
指令値合成部５ｅは、正側セル群６ａが出力すべき電圧を、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ（Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗ）として演算する。指令値合成部５ｆは、負側セル群６ｂが出力すべき電圧を、電圧指令値Ｖｎｒｅｆ（Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｗ）として演算する。各電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆは、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆおよび交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを相ごとに合成することによって得られる。
【００６１】
具体的に、直流回路４に接続されている直流端子Ｎｐ，Ｎｎ間には、正側セル群６ａと負側セル群６ｂとが直列接続されている。したがって、正側セル群６ａの電圧指令値Ｖｐｒｅｆおよび負側セル群６ｂの電圧指令値Ｖｎｒｅｆの各々を算出する際には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆの１／２が加算合成される。
【００６２】
一方、各交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは正側アーム１３と負側アーム１４との接続点にあるため、正側セル群６ａの電圧指令値Ｖｐｒｅｆを算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆが減算合成され、負側セル群６ｂの電圧指令値Ｖｎｒｅｆを算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆが加算合成される。たとえば、図１のレグ回路８ａにおいて、正側セル群６ａが比較的小さい値の交流電圧を出力し、負側セル群６ｂが比較的大きい値の交流電圧を出力すれば、交流端子Ｎｕ電位は正側直流端子Ｎｐの電位に近づき、交流端子Ｎｕには高い電圧が出力される。すなわち、負側セル群６ｂは交流端子Ｎｕから出力すべき交流電圧と同極性の交流電圧を出力し、正側セル群６ａは交流端子Ｎｕから出力すべき交流電圧と逆極性の交流電圧を出力する。
【００６３】
実施の形態１の電力変換装置において、指令値合成部５ｅ，５ｆは、上記の動作によって、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆに含まれる正逆相成分及び零相成分と直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを合成するが、循環電流を流して相間のエネルギーバランスをとる電圧成分は合成しないし、循環電流を制御する電圧成分も合成しない。
【００６４】
（ゲート制御部５ｋ，５ｍの動作）
ゲート制御部５ｋは、指令値合成部５ｅで合成されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖｐｒｅｆｕ，Ｖｐｒｅｆｖ，Ｖｐｒｅｆｗに基づいて、各相の正側セル群６ａを構成するセル１のスイッチング素子に、対応するゲート信号Ｇｐｕ，Ｇｐｖ，Ｇｐｗを与える。ゲート制御部５ｍは、指令値合成部５ｆで合成されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖｎｒｅｆｕ，Ｖｎｒｅｆｖ，Ｖｎｒｅｆｗに基づいて、各相の負側セル群６ｂを構成するセル１のスイッチング素子に、対応するゲート信号Ｇｎｕ，Ｇｎｖ，Ｇｎｗを与える。
【００６５】
既に説明したように、図２（ａ）に示すハーフブリッジセル１では、直流コンデンサ１ｅの電圧を出力する場合にはスイッチング素子１ａをオンし、スイッチング素子１ｂをオフする。零電圧を出力する場合には、逆に、スイッチング素子１ａをオフし、スイッチング素子１ｂをオンする。このように、２値の電圧レベルを出力可能な変換器の制御方式としてパルス幅変調（ＰＷＭ：Pulse  Width  Modulation）方式が知られている。
【００６６】
パルス幅変調方式では、スイッチング素子に供給するゲート信号のパルス幅を制御することによって、時間平均的に、所望の電圧の直流成分または基本波交流成分を出力することができる。そして、複数の変換器のパルスのタイミングをずらすことで、合成された電圧は高調波成分の少ない電圧を供給することが可能になる。例えば、固定周波数の三角波またはのこぎり波と電圧指令値とを比較して、それら信号の交差点でスイッチングタイミングを決定する方法が知られている。
【００６７】
（循環電流制御部５ｂの動作）
電流演算部５ａで演算されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、循環電流制御部５ｂに送られる。循環電流制御部５ｂは、循環電流値が循環電流指令値に一致するようにフィードバック制御する。このため、循環電流制御部５ｂには、循環電流指令値と循環電流値との偏差を増幅する補償器５ｂ１８が設けられる。ここで、循環電流指令値として通常は零電流が与えられるが、電力系統で不平衡が発生している場合は零でない値を与える場合もある。循環電流制御部５ｂは、セル群６ｃ，６ｄが循環電流制御のために出力すべき電圧成分を、電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ（Ｕ相用：Ｖｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｖｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｖｃｃｒｅｆｗ）として出力する。
【００６８】
循環電流は異なる相のレグ間を流れる電流である。循環電流の電流経路に存在するのはセル群６ａ，６ｂとリアクトル７ａ，７ｂであり、セル群６ａ，６ｂのスイッチングによって生じる電位差がリアクトル７ａ，７ｂに印加されることによって循環電流が生じる。したがって、同一経路内に設けられているセル群６ｃ，６ｄにより逆の極性の電圧をリアクトルに印加すれば循環電流が抑制される。
【００６９】
たとえば、レグ回路８ａの正側直流端子から負側直流端子の方向に循環電流Ｉｃｃｕが流れている場合、レグ回路８ａのセル群６ｃ，６ｄの各々で正の電圧を出力するとリアクトル７ａ，７ｂには循環電流を減少させる方向の電圧が印加される。上記と逆方向に電流が流れている場合は、セル群６ｃ，６ｄの電圧も逆方向に印加すれば循環電流を減衰させることができる。このため、図４に示すように、循環電流制御部５ｂにおいて、循環電流指令値と循環電流値との偏差を増幅する補償器５ｂ１８を用いてフィードバック制御が実行される。
【００７０】
ここで、各レグ回路８を流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは正負の極性を持つので、補償器５ｂ１８から出力された電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆも正負の極性を持つ。これに対して、循環電流制御用のセル群６ｃ，６ｄにおいて図２（ａ）に示すハーフブリッジ構成の変換器セル１を用いた場合には、変換器セル１は零電圧か正電圧（コンデンサの電圧値）しか出力できないので、この不都合を回避する必要がある。この場合、単純に電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに直流バイアス信号を加算すると、図１の構成の電力変換装置では、レグ回路８ａ，８ｂ，８ｃと直流回路４との間に直流電流Ｉｄが流れているので、変換器セル１の直流コンデンサ１ｅが充電し続けるという問題が生じる。そこで、実施の形態１の電力変換装置では、図４に示すような構成の循環電流制御部５ｂを採用している。以下、循環電流制御部５ｂの動作をさらに詳しく説明する。
【００７１】
一般に、図１および図２に示す電力変換装置の回路方式においては、直流コンデンサ１ｅに流入および流出するエネルギーがほぼ零になるように、各変換器セル１が制御されることが知られている。そのためには、各変換器セル１に対して、流入する交流電力と流出する直流電力とが一致するように、または流出する交流電力と流入する直流電力が一致するように、交流制御の指令値と直流制御の指令値が与えられる。このことは、電圧指令値Ｖｐｒｅｆによって正側セル群６ａを構成する各変換器セル１を制御すると、そのときの電流条件（交流電流の大きさと位相、直流電流及び循環電流）において各変換器セル１に流入または流出する有効電力がほぼ零になることを意味している。
【００７２】
したがって、正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆに比例した信号を、循環電流制御用の正側セル群６ｃに与えたとしても、正側セル群６ａと正側セル群６ｃとでは電流条件が等しいことから、正側セル群６ｃを構成する各変換器セル１に流入または流出する有効電力をほぼ０にすることができる。一方、正側セル群６ｃに与える循環電流制御用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は、リアクトル７ａ，７ｂで印加するための電圧を制御するためであるので、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２に基づいて正側セル群６ｃを構成する各セル１に流入または流出する電力は無効電力が主成分となる。循環電流制御用の負側セル群６ｄについても同様である。すなわち、循環電流制御用のセル群６ｃ，６ｄは本来、有効電力をほとんど出力する必要がない。
【００７３】
上記の観点から、図４の乗算器５ｂ２０は、正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆに比例した値である正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒと、加算器５ｂ１９の出力値（補償器５ｂ１８から出力された電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに１を加算したもの）とを乗算する。そして、乗算器５ｂ２０の出力値は、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２として用いられる。この場合、正側セル群６ｃを構成する各変換器セル１の出力値は、補償器５ｂ１８の出力値（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）に応じて有効電力が零の条件から増減することになる。補償器５ｂ１８の出力値が正のときは加算器５ｂ１９の出力値は１．０よりも大きく、補償器５ｂ１８の出力値が負のときは加算器５ｂ１９の出力値は１．０よりも小さい値となるので、補償器５ｂ１８の出力値に応じて正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒを修正することができる。そして、修正された正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒを正側セル群６ｃが出力すべき電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２とすることによって、循環電流を制御することできる。以上は、負側セル群６ｄの各セル１の電圧制御についても同様である。
【００７４】
図５は、図４の各信号の時間変化を模式的に示す波形図である。図５の波形図は、三相交流のうちのある１つの相の波形を代表的に示している。
【００７５】
図５を参照して、正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ（一点鎖線）および負側電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒ（破線）は、図３の指令値合成部５ｅ，５ｆで生成されるセル群６ａ，６ｂ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆにそれぞれ比例している。ここで、指令値合成部５ｆは、交流制御部５ｃから出力された交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆをそのまま直流制御部５ｄから出力された直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに合成するのに対して、指令値合成部５ｅは、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆを逆極性にして直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと合成する。したがって、セル群６ａ，６ｂ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆの交流成分は互いに逆極性となり、循環電流制御用の電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒの交流成分も互いに逆極性となる。
【００７６】
セル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２は、それぞれ、加算器５ｂ１９の出力値（すなわち、Ｖｃｃｒｅｆ＋１）に電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒを乗算することによって得られる。したがって、補償器５ｂ１８の出力値（すなわち、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２に対する感度は、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒの大きさに依存する。この結果、図５に示すように、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２に対する電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆの感度と、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２に対する電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆの感度とは、交流周期の半サイクルごとに増加と減少を繰返すことになる。具体的に、図５の交流の最初の半サイクル（時刻ｔ１から時刻ｔ２まで）では、主として負側セル群６ｄにおいて循環電流がその指令値に一致するように制御され、正側セル群６ｃにおいて直流コンデンサ１ｅの電圧が一定値になるように制御される。図５の残りの半サイクル（時刻ｔ２から時刻ｔ３まで）では、主として正側セル群６ｃにおいて循環電流がその指令値に一致するように制御され、負側セル群６ｄにおいて直流コンデンサ１ｅの電圧が一定値になるように制御される。このように、循環電流の制御動作が交流の半サイクルごとに正側セル群６ｃと負側セル群６ｄとで交互に行われることによって、循環電流の制御と直流コンデンサの電圧維持とを両立させることができる。
【００７７】
上記の比例ゲインＫは、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆを与えたときに、変換器セル１の出力電圧が飽和しないような任意の値に設定される。図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成の変換器セル１によって、循環電流制御用のセル群６ｃ，６ｄの各セル１を構成する場合には、各セル１が両極の電圧を出力できるので、比例ゲインＫを０に設定することも可能である。
【００７８】
（ゲート制御部５ｎ，５ｏの動作）
ゲート制御部５ｎは、加算器５ｉから出力されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２ｕ，Ｖｐｒｅｆ２ｖ，Ｖｐｒｅｆ２ｗに基づいて、対応する相の正側セル群６ｃを構成するセル１のスイッチング素子に、対応するゲート信号Ｇｐ２ｕ，Ｇｐ２ｖ，Ｇｐ２ｗを与える。ゲート制御部５ｏは、加算器５ｊから出力されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２ｕ，Ｖｎｒｅｆ２ｖ，Ｖｎｒｅｆ２ｗに基づいて、各相の負側セル群６ｄを構成するセル１のスイッチング素子に、対応するゲート信号Ｇｎ２ｕ，Ｇｎ２ｖ，Ｇｎ２ｗを与える。ゲート制御部５ｎ，５ｏは、ゲート制御部５ｋ，５ｍと同様にパルス幅変調方式によって動作させることができる。
【００７９】
［実施の形態１の効果］
以上のように実施の形態１の電力変換装置は、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。
【００８０】
さらに、実施の形態１の電力変換装置は、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は、正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆに比例する値と循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを乗算することによって生成される。同様に、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は、負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆに比例する値と循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを乗算することによって生成される。これによって、セル群６ｃ，６ｄの一方が主として循環電流の制御を行い、他方が主として直流コンデンサ１ｅの電圧を一定にする制御を行い、この制御の役割分担が交流の半サイクルごとに切替わるようになる。この結果、循環電流の制御と直流コンデンサの電圧維持とを確実に両立させることができる。
【００８１】
［変形例］
上記の実施の形態では、循環電流制御用でないセル群６ａ，６ｂを構成する各セル１と、循環電流制御のセル群６ｃ，６ｄを構成する各セル１とが同一の構成である場合を示した。これと異なり、セル群６ａ，６ｂを構成する各セルとセル群６ｃ，６ｄを構成する各セルとが異なる構成を有するようにしてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏する。
【００８２】
図１の各レグ回路８において、セル群６ａ，６ｂを設けずにセル群６ｃ，６ｄのみを設けることも可能である。この場合、図３のゲート制御部５ｋ，５ｍも不要になる。このような構成においても、循環電流制御部５ｂにおいて、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗの電気量および直流端子Ｎｐ、Ｎｎの電気量を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと、循環電流を制御するための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算（具体的には乗算）によって、セル群６ｃ，６ｄの出力電圧の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２が生成される。電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとの線形結合によってセル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成した場合には、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とが相互に干渉し合う可能性がある。これに対して、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算のみによって（すなわち、線形結合が用いられずに）セル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成することによって、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とを両立させることができる。
【００８３】
上記のセル群６ａ，６ｂを設けない場合には（もしくは、セル群６ｃ，６ｄにのみ着目すれば）、制御装置５は、レグ回路８間を循環する循環電流を抑制するための電圧指令値と、レグ回路８を流れるその他の電流（直流電流および交流電流）を制御するための少なくとも１つの電圧指令値とを非線形演算する。そして、各レグ回路８を構成する複数のチョッパセル２０は、上記の非線形演算の結果に従って動作すると考えることができる。
【００８４】
＜実施の形態２＞
図６は、実施の形態２による電力変換装置において循環電流制御部５ｂの構成を示す図である。電力変換装置の全体構成は図１で説明したものと同様であり、各セル１の構成は図２で説明したものと同様であるので、説明を繰返さない。さらに、制御装置５の構成は、循環電流制御部５ｂの構成を除いて図３で説明したものと同様であるので説明を繰返さない。
【００８５】
［循環電流制御部５ｂの構成と動作の概略］
図６を参照して、実施の形態２の場合、循環電流制御部５ｂは、減算器５ｂ９と、補償器５ｂ１８と、非線形伝達関数作用部５ｂ２２と、加算器５ｂ２３，５ｂ２４とを含む。
【００８６】
減算器５ｂ９は、各相ごとに、循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆ（Ｕ相用：Ｉｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｉｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｉｃｃｒｅｆｗ）から循環電流値Ｉｃｃ（Ｕ相：Ｉｃｃｕ、Ｖ相：Ｉｃｃｖ、Ｗ相：Ｉｃｃｗ）を減算することによって、それらの偏差を算出する。補償器５ｂ１８は、算出された偏差を増幅することによって、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ（Ｕ相用：Ｖｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｖｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｖｃｃｒｅｆｗ）を生成する。
【００８７】
補償器５ｂ１８の出力値（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）に対して、非線形伝達関数作用部５ｂ２２による非線形演算が施される。加算器５ｂ２３は、非線形伝達関数作用部５ｂ２２による演算結果と正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒとを加算することによって正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２を生成する。加算器５ｂ２４は、非線形伝達関数作用部５ｂ２２による演算結果と負側電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒとを加算することによって負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２を生成する。実施の形態１で説明したように、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒは、セル群６ａ，６ｂ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆにそれぞれ比例している。
【００８８】
このように、循環電流制御部５ｂは、循環電流Ｉｃｃに基づく電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、交流電流Ｉａｃおよび直流電流Ｉｄｃには基づくが循環電流Ｉｃｃに基づかない電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆとの非線形演算のみによって（すなわち、線形結合によらずに）、循環電流制御用のセル群６ｃ，６ｄを制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成する。
【００８９】
［循環電流制御部５ｂの動作の詳細］
次に、循環電流制御部５ｂの詳細な動作について説明する。電流演算部５ａで演算されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流値Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、循環電流制御部５ｂに送られる。循環電流制御部５ｂは、循環電流値が循環電流指令値に一致するようにフィードバック制御する。このため、循環電流制御部５ｂには、循環電流指令値と循環電流値との偏差を増幅する補償器５ｂ１８が設けられる。非線形伝達関数作用部５ｂ２２は、補償器５ｂ１８の出力値（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）に対して作用する（非線形演算を施す）。
【００９０】
非線形伝達関数作用部５ｂ２２は、入力の大きさ（絶対値）が閾値以上で感度を上げ（入力に対する出力の比が大きくなり）、入力の絶対値が閾値より小さい場合は感度を下げる（入力に対する出力の比が小さくなる）ように動作する。非線形伝達関数作用部５ｂ２２は例えば、入出力特性を決定するテーブルや条件判定で実現することができる。
【００９１】
図７は、図６の非線形伝達関数作用部５ｂ２２の入力と出力との関係の一例を示す図である。図７を参照して、非線形伝達関数作用部５ｂ２２の入力をｘ、出力をｙとする。入力ｘの絶対値をＡＢＳ（ｘ）とし、入力ｘの符号をＳＩＧＮ（ｘ）とし、Ｋ１、Ｋ２、Ａを定数とする。そうすると、出力ｙは、次式で与えられる。
【００９２】
ABS(ｘ)＜Ａのとき、ｙ＝Ｋ１・ｘ      …(12A)
ABS(ｘ)≧Ａのとき、ｙ＝Ｋ２・ｘ−SIGN(ｘ)・（Ｋ２−Ｋ１）・Ａ      …(12B)
上式において、Ｋ１＜Ｋ２となるように定数Ｋ１，Ｋ２を設定すれば、補償器５ｂ１８の出力の大きさが定数Ａ以上になると、補償器５ｂ１８の出力（入力ｘ）に乗算されるゲインがＫ１からＫ２に増加する。この結果、非線形伝達関数作用部５ｂ２２は、循環電流を制御するための電圧指令値（出力ｙ）をより大きく出力する。
【００９３】
非線形伝達関数作用部５ｂ２２がこのように動作することによって、循環電流Ｉｃｃとその指令値との偏差が大きいほど、より大きな電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆが出力されるようになるので、循環電流制御（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）のほうが直流コンデンサ電圧の維持機能（電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒ）よりも重点がおかれる。逆に、循環電流Ｉｃｃとその指令値との偏差が小さいほど、より小さな電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆが出力されるようになるので、直流コンデンサ電圧の維持機能（電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒ）のほうが循環電流制御（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）よりも重点がおかれる。この結果、循環電流の制御と直流コンデンサの電圧維持とを両立させることができる。
【００９４】
［実施の形態２の効果］
実施の形態２の電力変換装置は、実施の形態１の場合と同様に、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。
【００９５】
さらに、実施の形態２の電力変換装置は、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに非線形伝達関数作用部５ｂ２２によって非線形演算を施した後に、正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆに比例する値と加算することによって生成される。同様に、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに非線形伝達関数作用部５ｂ２２によって非線形演算を施した後に、負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆに比例する値と加算することによって生成される。これによって、循環電流Ｉｃｃとその指令値との偏差が大きくなるほど、直流コンデンサ電圧の維持機能よりも循環電流制御機能が強まるようにしたので、循環電流の制御と直流コンデンサの電圧維持とを確実に両立させることができる。
【００９６】
［変形例］
上記の実施の形態では、循環電流制御用でないセル群６ａ，６ｂを構成する各セル１と、循環電流制御のセル群６ｃ，６ｄを構成する各セル１とが同一の構成である場合を示した。これと異なり、セル群６ａ，６ｂを構成する各セルとセル群６ｃ，６ｄを構成する各セルとが異なる構成を有するようにしてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏する。
【００９７】
各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ、加算器５ｂ２３、およびゲイン回路５ｇも不要となるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ、加算器５ｂ２４、およびゲイン回路５ｈも不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。
【００９８】
上記では、非線形伝達関数（５ｂ２２）は３つの定数を持つ例を示したが、より多くの定数を持つ高次の伝達関数としても良い。
【００９９】
図１の各レグ回路８において、セル群６ａ，６ｂを設けずにセル群６ｃ，６ｄのみを設けることも可能である。この場合、図３のゲート制御部５ｋ，５ｍも不要になる。このような構成では、循環電流制御部５ｂにおいて、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗの電気量および直流端子Ｎｐ、Ｎｎの電気量を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと、循環電流を制御するための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算（具体的には非線形伝達関数作用部５ｂ２２が用いられる）によって、セル群６ｃ，６ｄの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２が生成される。電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとの線形結合によってセル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成した場合には、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とが相互に干渉し合う可能性がある。これに対して、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算のみによって（すなわち、線形結合が用いられずに）セル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成することによって、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とを両立させることができる。
【０１００】
＜実施の形態３＞
図８は、実施の形態３による電力変換装置において循環電流制御部５ｂの構成を示す図である。電力変換装置の全体構成は図１で説明したものと同様であり、各セル１の構成は図２で説明したものと同様であるので、説明を繰返さない。さらに、制御装置５の構成は、循環電流制御部５ｂの構成を除いて図３で説明したものと同様であるので説明を繰返さない。
【０１０１】
［循環電流制御部５ｂの構成と動作］
図８の循環電流制御部５ｂは、非線形伝達関数作用部５ｂ２２に代えて非線形数学関数作用部５ｂ２５が用いられる点で図６の循環電流制御部５ｂと異なる。図８のその他の点は図６と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【０１０２】
この実施の形態では、非線形数学関数作用部５ｂ２５によって、補償器５ｂ１８の出力（循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）に滑らかな非線形数学関数を作用させている。非線形数学関数作用部５ｂ２５の入力をｘ、出力をｙとし、入力ｘの双曲線正弦関数をｓｉｎｈ（ｘ）とし、Ａ，Ｂを定数とすると、出力ｙは次式で与えられる。
【０１０３】
ｙ＝Ｂ・ｓｉｎｈ（Ａ・ｘ）      …(13)
上式（１３）で表される関数は、補償器５ｂ１８の出力（入力ｘ）の大きさが小さくなるほどその微係数が小さなり（入力に対する出力の比が小さくなり）、補償器５ｂ１８の出力の大きさが大きくなるほどその微係数が大きくなる（入力に対する出力の比が大きくなる）。定数Ａ，Ｂは、非線形数学関数作用部５ｂ２５の入出力特性の調整に用いられる。
【０１０４】
非線形数学関数作用部５ｂ２５がこのように動作することによって、循環電流Ｉｃｃとその指令値との偏差が大きいほど、より大きな電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆが出力されるようになるので、循環電流制御（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）のほうが直流コンデンサ電圧の維持機能（電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒ）よりも重点がおかれる。逆に、循環電流Ｉｃｃとその指令値との偏差が小さいほど、より小さな電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆが出力されるようになるので、直流コンデンサ電圧の維持機能（電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒ）のほうが循環電流制御（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）よりも重点がおかれる。この結果、循環電流の制御と直流コンデンサの電圧維持とを両立させることができる。
【０１０５】
さらに、入力ｘに変化に対して出力ｙが滑らかに変化する非線形数学関数（５ｂ２５）を用いることよって、循環電流制御部５ｂの不連続な動作を抑制することができるので、循環電流のフィードバック制御を安定化させる効果がある。
【０１０６】
［実施の形態３の効果］
実施の形態３の電力変換装置は、実施の形態１の場合と同様に、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。
【０１０７】
さらに、実施の形態３の電力変換装置は、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに対して非線形数学関数作用部５ｂ２５によって非線形演算を施した後に、正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆに比例する値と加算することによって生成される。同様に、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２は、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆに対して非線形関数作用部５ｂ２５によって非線形演算を施した後に、負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆに比例する値と加算することによって生成される。これによって、循環電流Ｉｃｃとその指令値との偏差が大きくなるほど、直流コンデンサ電圧の維持機能よりも循環電流制御機能が強まるようにしたので、循環電流の制御と直流コンデンサの電圧維持とを確実に両立させることができる。
【０１０８】
［変形例］
上記の実施の形態では、循環電流制御用でないセル群６ａ，６ｂを構成する各セル１と、循環電流制御のセル群６ｃ，６ｄを構成する各セル１とが同一の構成である場合を示した。これと異なり、セル群６ａ，６ｂを構成する各セルとセル群６ｃ，６ｄを構成する各セルとが異なる構成を有するようにしてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏する。
【０１０９】
各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ、加算器５ｂ２３、およびゲイン回路５ｇも不要となるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ、加算器５ｂ２４、およびゲイン回路５ｈも不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。
【０１１０】
非線形数学関数（５ｂ２５）は上記の例に限らず、入力ｘが大きくなるほど微係数が大きくなるような特性を持つものであれば、上記と同様の効果を奏する。
【０１１１】
図１の各レグ回路８において、セル群６ａ，６ｂを設けずにセル群６ｃ，６ｄのみを設けることも可能である。この場合、図３のゲート制御部５ｋ，５ｍも不要になる。このような構成では、循環電流制御部５ｂにおいて、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗの電気量および直流端子Ｎｐ、Ｎｎの電気量を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと、循環電流を制御するための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算（具体的には非線形数学関数作用部５ｂ２５が用いられる）によって、セル群６ｃ，６ｄの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２が生成される。電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとの線形結合によってセル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成した場合には、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とが相互に干渉し合う可能性がある。これに対して、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算のみによって（すなわち、線形結合が用いられずに）セル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成することによって、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とを両立させることができる。
【０１１２】
＜実施の形態４＞
図９は、実施の形態４による電力変換装置において循環電流制御部５ｂの構成を示す図である。電力変換装置の全体構成は図１で説明したものと同様であり、各セル１の構成は図２で説明したものと同様であるので、説明を繰返さない。さらに、制御装置５の構成は、循環電流制御部５ｂの構成を除いて図３で説明したものと同様であるので説明を繰返さない。
【０１１３】
［循環電流制御部５ｂの構成と動作］
図９を参照して、循環電流制御部５ｂは、減算器５ｂ９と、補償器５ｂ１８と、非線形数学関数作用部５ｂ２６と、非線形数学関数作用部５ｂ２７とを含む。減算器５ｂ９および補償器５ｂ１８は、図６および図８で説明したものと同様であるので説明を繰返さない。
【０１１４】
非線形数学関数作用部５ｂ２６は、正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒおよび補償器５ｂ１８の出力値（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）をそれぞれ入力ｘ，ｙとして受け、入力ｘ，ｙに対して滑らかな非線形関数を作用させることによって得られた値ｚを正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２として出力する。同様に、非線形数学関数作用部５ｂ２７は、負側電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒおよび補償器５ｂ１８の出力値（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）をそれぞれ入力ｘ，ｙとして受け、入力ｘ，ｙに対して滑らかな非線形関数を作用させることによって得られた値ｚを負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２として出力する。
【０１１５】
既に説明したように、上記の正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒは、正側セル群６ｃの各セルのコンデンサ電圧を一定に維持するための指令値である。負側電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒは、負側セル群６ｄの各セルのコンデンサ電圧を一定に維持するための指令値である。補償器５ｂ１８から出力された電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆは、循環電流を制御するための指令値である。
【０１１６】
非線形数学関数作用部５ｂ２６および５ｂ２７は、本実施の形態の場合、同一の非線形関数を、入力ｘ（正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒまたは負側電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒ）および入力ｙ（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）に対して作用させる。具体的に、非線形数学関数作用部５ｂ２６および５ｂ２７の各々の出力ｚは、ＡおよびＢを定数として次式（１４）で与えられる。
【０１１７】
ｚ＝Ｂ・ｘ／［１＋ｅｘｐ（−Ａ・（１−ｘ）・ｙ）］      …(14)
上式（１４）で表される関数は、補償器５ｂ１８の出力（入力ｙ）の大きさが小さくなるほどその関数値（出力ｚ）が小さくなり、補償器５ｂ１８の出力（入力ｙ）の大きさが大きくなるほどその関数値（出力ｚ）が大きくなる。さらに、電圧補正値ＶｐｃｏｒｒまたはＶｎｃｏｒｒ（入力ｘ）が大きくなるほどその関数値（出力ｚ）が大きくなり、それら（入力ｘ）が小さくなるほどその関数値（出力ｚ）が小さくなる。定数Ａ，Ｂ（いずれも正数）は、非線形数学関数作用部５ｂ２６、５ｂ２７の入出力特性の調整に用いられる。
【０１１８】
上式（１４）で表される関数の一例を図１０に示す。図１０のグラフは、定数Ａが８．４７、定数Ｂが２のときに、ｘが０〜１の範囲、ｙが−０．２〜０．２の範囲に対する出力ｚの値を示したものである。上式（１４）で表される関数は、入力ｘが０付近ではｙを変化させても出力ｚは０以下にならず、入力ｘが１付近ではｙを変化させても出力ｚは１以上にならない特性を持つ。
【０１１９】
非線形数学関数作用部５ｂ２６、５ｂ２７がこのように動作することによって、循環電流Ｉｃｃとその指令値との偏差に応じて電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆが生成され、さらに、この電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとに応じて電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２が出力される。したがって、循環電流制御（電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ）と直流コンデンサ電圧の維持機能（電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒ）とが同時に動作すると共に、チョッパセルの動作可能なデューティの範囲に電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２およびＶｎｒｅｆ２を滑らかに制限することができる。この結果、チョッパセルの出力を飽和させることなく循環電流の制御と直流コンデンサの電圧維持とを両立させることができる。
【０１２０】
さらに、入力ｘ、ｙの変化に対して出力ｚが滑らかに変化する非線形数学関数（５ｂ２６，５ｂ２７）を用いることよって、循環電流制御部５ｂの不連続な動作を抑制することができるので、循環電流のフィードバック制御を安定化させる効果がある。
【０１２１】
［実施の形態４の効果］
実施の形態４の電力変換装置は、実施の形態１の場合と同様に、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。
【０１２２】
さらに、実施の形態４の電力変換装置は、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２は、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒに非線形数学関数作用部５ｂ２６による非線形演算を施すことによって生成される。同様に、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２は、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒに非線形伝達関数作用部５ｂ２７による非線形演算を施すことによって生成される。これによって、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２とＶｎｒｅｆ２はチョッパセルのデューティ範囲を超過することなく動作するので、循環電流の制御と直流コンデンサの電圧維持とを確実に両立させることができる。
【０１２３】
［変形例］
上記の実施の形態では、循環電流制御用でないセル群６ａ，６ｂを構成する各セル１と、循環電流制御のセル群６ｃ，６ｄを構成する各セル１とが同一の構成である場合を示した。これと異なり、セル群６ａ，６ｂを構成する各セルとセル群６ｃ，６ｄを構成する各セルとが異なる構成を有するようにしてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏する。
【０１２４】
各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ、非線形数学関数作用部５ｂ２６、およびゲイン回路５ｇも不要となるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ、非線形数学関数作用部５ｂ２７、およびゲイン回路５ｈも不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。
【０１２５】
非線形数学関数（５ｂ２６、５ｂ２７）は上記の例に限らず、入力ｘ、ｙが大きくなるほどその関数値（出力ｚ）大きくなるような特性を持ち、その関数値（出力ｚ）が、定められた範囲内（上記の場合、０から１の範囲内）のものであれば、上記と同様の効果を奏する。
【０１２６】
図１の各レグ回路８において、セル群６ａ，６ｂを設けずにセル群６ｃ，６ｄのみを設けることも可能である。この場合、図３のゲート制御部５ｋ，５ｍも不要になる。このような構成では、循環電流制御部５ｂにおいて、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗの電気量および直流端子Ｎｐ、Ｎｎの電気量を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと、循環電流を制御するための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算（具体的には非線形数学関数作用部５ｂ２６、５ｂ２７が用いられる）によって、セル群６ｃ，６ｄの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２が生成される。電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとの線形結合によってセル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成した場合には、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とが相互に干渉し合う可能性がある。これに対して、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算のみによって（すなわち、線形結合が用いられずに）セル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成することによって、循環電流制御と交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗおよび直流端子Ｎｐ、Ｎｎの電気量の制御とを両立させることができる。
【０１２７】
＜実施の形態５＞
図１１は、実施の形態５による電力変換装置において循環電流制御部５ｂの構成を示す図である。電力変換装置の全体構成は図１で説明したものと同様であり、各セル１の構成は図２で説明したものと同様であるので、説明を繰返さない。さらに、制御装置５の構成は、循環電流制御部５ｂの構成を除いて図３で説明したものと同様であるので説明を繰返さない。
【０１２８】
［循環電流制御部５ｂの構成と動作の概略］
図１１を参照して、実施の形態５の場合、循環電流制御部５ｂは、加算器５ｂ１，５ｂ３，５ｂ５，５ｂ７と、減算器５ｂ２，５ｂ４，５ｂ６，５ｂ８，５ｂ９と、補償器５ｂ１８ｐ，５ｂ１８ｎと、制限器５ｂ１３，５ｂ１７とを含む。補償器５ｂ１８ｐは、比例積分補償器であり、ゲイン回路５ｂ１０と、制限器付きの積分器５ｂ１１と、加算器５ｂ１２とを含む。同様に、補償器５ｂ１８ｎは、比例積分補償器であり、ゲイン回路５ｂ１４と、制限器付きの積分器５ｂ１５と、加算器５ｂ１６とを含む。
【０１２９】
減算器５ｂ９は、各相ごとに、循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆ（Ｕ相用：Ｉｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｉｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｉｃｃｒｅｆｗ）から循環電流値Ｉｃｃ（Ｕ相：Ｉｃｃｕ、Ｖ相：Ｉｃｃｖ、Ｗ相：Ｉｃｃｗ）を減算することによって、それらの偏差を算出する。
【０１３０】
補償器５ｂ１８ｐは、減算器５ｂ９で算出された偏差を増幅することによって、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｐｃｃｒｅｆ（Ｕ相用：Ｖｐｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｖｐｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｖｐｃｃｒｅｆｗ）を生成する。補償器５ｂ１８ｐにおいて、ゲイン回路５ｂ１０は、減算器５ｂ９から出力された偏差を増幅する。積分器５ｂ１１は、ゲイン回路５ｂ１０の出力を積分する。加算器５ｂ１２は、ゲイン回路５ｂ１０の出力と積分器５ｂ１１の出力を加算する。加算器５ｂ１２の出力は、制限器５ｂ１３を介した後、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２として用いられる。
【０１３１】
同様に、補償器５ｂ１８ｎは、減算器５ｂ９で算出された偏差を増幅することによって、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｎｃｃｒｅｆ（Ｕ相用：Ｖｎｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相用：Ｖｎｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相用：Ｖｎｃｃｒｅｆｗ）を生成する。補償器５ｂ１８ｎにおいて、ゲイン回路５ｂ１４は、減算器５ｂ９から出力された偏差を増幅する。積分器５ｂ１５は、ゲイン回路５ｂ１４の出力を積分する。加算器５ｂ１６は、ゲイン回路５ｂ１４の出力と積分器５ｂ１５の出力を加算する。加算器５ｂ１６の出力は、制限器５ｂ１７を介した後、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２として用いられる。
【０１３２】
循環電流制御部５ｂには、循環電流Ｉｃｃ以外に電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒが入力されている。実施の形態１で説明したように、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒは、セル群６ａ，６ｂ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆにそれぞれ比例している。
【０１３３】
加算器５ｂ１は、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒに固定値Δを加算することによって、制限器５ｂ１３の上限値を生成する。減算器５ｂ２は、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒから固定値Δを減算することによって制限値５ｂ１３の下限値を生成する。加算器５ｂ３は、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒに固定値Δｉを加算することによって、積分器５ｂ１１の出力上限値を生成する。減算器５ｂ４は、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒから固定値Δｉを減算することによって積分器５ｂ１１の出力下限値を生成する。ここで、ワインドアップ現象を防止するため、固定値Δｉは固定値Δよりも小さくする必要がある。
【０１３４】
同様に、加算器５ｂ５は、電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒに固定値Δを加算することによって、制限器５ｂ１７の上限値を生成する。減算器５ｂ６は、電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒから固定値Δを減算することによって制限値５ｂ１７の下限値を生成する。加算器５ｂ４は、電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒに固定値Δｉを加算することによって、積分器５ｂ１５の出力上限値を生成する。減算器５ｂ８は、電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒから固定値Δｉを減算することによって積分器５ｂ１５の出力下限値を生成する。ここで、ワインドアップ現象を防止するため、固定値Δｉは固定値Δよりも小さくする必要がある。
【０１３５】
［循環電流制御部５ｂの動作の詳細］
次に、循環電流制御部５ｂの詳細な動作について説明する。以下では、主として正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２の生成について説明するが、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２の生成についても同様の説明が成り立つ。
【０１３６】
電流演算部５ａで演算された循環電流値Ｉｃｃ（Ｕ相：Ｉｃｃｕ、Ｖ相：Ｉｃｃｖ、Ｗ相：Ｉｃｃｗ）は、循環電流制御部５ｂに送られる。循環電流制御部５ｂは、循環電流値が循環電流指令値に一致するようにフィードバック制御する。
【０１３７】
具体的には、まず、減算器５ｂ９において、循環電流値Ｉｃｃと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆとの偏差が算出される。循環電流Ｉｃｃとその指令値Ｉｃｃｒｅｆとの偏差は、ゲイン回路５ｂ１０で増幅（比例定数倍）され、積分器５ｂ１１で時間積分される。積分器５ｂ１１の出力は正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒに基づいて上下限値が制限され、Ｖｐｃｏｒｒ±Δｉの範囲の値を出力する。
【０１３８】
図１２は、循環電流制御部５ｂから出力される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２の時間変化を示す波形を模式的に示した図である。図１２に示すように、循環電流制御部５ｂは、Ｖｐｃｏｒｒ±Δｉの範囲（図１２でハッチングを付した領域）の値を電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２として出力する。
【０１３９】
循環電流Ｉｃｃとその指令値Ｉｃｃｒｅｆとの偏差が零の場合は、ゲイン回路５ｂ１０の出力も零になるので、加算器５ｂ１２は、正側電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ付近の値を出力する。この動作により、セル群６ｃから出力またはセル群６ｃに入力される有効電力が０になるので、セル群６ｃを構成する各セル１の直流コンデンサ１ｅの電圧は一定値に維持される。
【０１４０】
一方、循環電流Ｉｃｃとその指令値Ｉｃｃｒｅｆとの偏差が増加すると、ゲイン回路５ｂ１０がその偏差を増幅した値を出力することによって、循環電流制御部５ｂは偏差を抑制するように動作する。この動作において、補償器５ｂ１８ｐの出力は、Ｖｐｃｏｒｒ±Δによって制限される。Δ＞Δｉに設定することによりワインドアップ現象を防止することによって、ゲイン回路５ｂ１０の出力が確実に正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２に反映されるようにする。これによって、循環電流の偏差を抑制することができる。さらに、補償器５ｂ１８ｐに積分器５ｂ１１を含めることによって、リアクトル７ａ，７ｂの抵抗損失で生じる電圧変動を補償することができる。
【０１４１】
［実施の形態５の効果］
実施の形態５の電力変換装置は、実施の形態１の場合と同様に、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。
【０１４２】
さらに、実施の形態５の電力変換装置は、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、循環電流制御部５ｂでは、循環電流Ｉｃｃとその指令値Ｉｃｃｒｅｆとの偏差に対して比例積分補償器５ｂ１８ｐ，５ｂ１８ｎによる演算が施され、補償器５ｂ１８ｐ，５ｂ１８ｎの出力が制限器５ｂ１３，５ｂ１７によって電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒ付近になるように制限される。このようにして生成された電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２によってセル群６ｃ，６ｄを制御することによって、各セルの直流コンデンサの電圧を一定値に維持しつつ循環電流を制御することが可能になる。さらに、補償器５ｂ１８ｐ，５ｂ１８ｎを構成する積分器５ｂ１１，５ｂ１５によって、リアクトル７ａ，７ｂの抵抗損失に起因する電圧変動を抑制することが可能になる。
【０１４３】
［変形例］
上記の実施の形態では、循環電流制御用でないセル群６ａ，６ｂを構成する各セル１と、循環電流制御のセル群６ｃ，６ｄを構成する各セル１とが同一の構成である場合を示した。これと異なり、セル群６ａ，６ｂを構成する各セルとセル群６ｃ，６ｄを構成する各セルとが異なる構成を有するようにしてもよい。この場合も、上記と同様の効果を奏する。
【０１４４】
各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ、加算器５ｂ１，５ｂ３、減算器５ｂ２，５ｂ４、補償器５ｂ１８ｐ、および制限器５ｂ１３も不要となるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ、加算器５ｂ５，５ｂ７、減算器５ｂ６，５ｂ８、補償器５ｂ１８ｎ、および制限器５ｂ１７も不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。
【０１４５】
図１の各レグ回路８において、セル群６ａ，６ｂを設けずにセル群６ｃ，６ｄのみを設けることも可能である。この場合、図３のゲート制御部５ｋ，５ｍも不要になる。このような構成では、循環電流制御部５ｂにおいて、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗの電気量および直流端子Ｎｐ、Ｎｎの電気量を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと、循環電流を制御するための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算（具体的には、制限器付の積分器５ｂ１１と制限器５ｂ１３が用いられる）によって、セル群６ｃ，６ｄの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２が生成される。電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとの線形結合によってセル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成した場合には、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とが相互に干渉し合う可能性がある。これに対して、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算のみによって（すなわち、線形結合が用いられずに）セル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成することによって、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とを両立させることができる。
【０１４６】
＜実施の形態６＞
［電力変換装置の構成］
図１３は、実施の形態６による電力変換装置の概略構成図である。図１３の電力変換装置は、循環電流制御用のセル群６ｄ，６ｄに設けられる各セル２０の構成が、図１の電力変換装置の場合と異なる。具体的には、図１３のセル群６ｃ，６ｄに設けられた各変換器セル２０は、自セルに設けられた直流コンデンサ１ｅの電圧（以下、セルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌと称する）を検出し、検出値を制御装置５に送信するように構成される。図１３のその他の構成は、図１の場合と同様であるので、説明を繰返さない。
【０１４７】
図１４は、循環電流制御用のセル群６ｃ，６ｄに設けられた各セル２０の詳細な構成を示す回路図である。図１４のセル２０はハーフブリッジの例を示す。
【０１４８】
図１４を参照して、変換器セル２０は、直流コンデンサ１ｅと並列に設けられた直流電圧検出器１ｊをさらに含む点で、図２（ａ）の変換器セル１と異なる。直流電圧検出器１ｊは、直流コンデンサ１ｅの電圧Ｖｃｃｅｌｌを検出し、検出したセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌを制御装置５に出力する。
【０１４９】
変換器セル２０を、図２（ｂ）のフルブリッジ構成または図２（ｃ）の構成を利用したものとしてもよい。これらの場合も、直流コンデンサ１ｅと並列に直流電圧検出器１ｊが設けられる。
【０１５０】
［制御装置５の構成］
図１５は、図１３の制御装置５の構成図である。図１５に示す制御装置５は、電圧演算部５ｐと、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒとをさらに含む点で図３の制御装置５と異なる。図１５のその他の構成は図１３の場合と同様であるので、以下では、図１３の場合と同一または相当する要素には同一の参照符号を付して説明を繰返さない場合がある。
【０１５１】
電圧演算部５ｐは、図１３に示す各相のレグ回路８ａ，８ｂ，８ｃのセル群６ｃ，６ｄに設けられた各セル２０からセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌの情報を受信する。電圧演算部５ｐは、受信したセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌの情報に基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各相ごとに、正側セル群６ｃの複数のセルコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐ（Ｕ相：Ｖｃｐｕ、Ｖ相：Ｖｃｐｖ、Ｗ相：Ｖｃｐｗ）を算出するとともに、負側セル群６ｄの複数のセルコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎ（Ｕ相：Ｖｃｎｕ、Ｖ相：Ｖｃｎｖ、Ｗ相：Ｖｃｎｗ）を算出する。ここで、代表値の演算は、各セル群のセルコンデンサ電圧Ｖｃｃｅｌｌの平均値、中央値、最大値、または最小値等を適宜適用することができる。電圧演算部５ｐは、各正側セル群６ｃのセルコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐｕ，Ｖｃｐｖ，Ｖｃｐｗをコンデンサ電圧制御部５ｑに出力し、各負側セル群６ｄのセルコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎｕ，Ｖｃｎｖ，Ｖｃｎｗをコンデンサ電圧制御部５ｒに出力する。
【０１５２】
コンデンサ電圧制御部５ｑは、電流演算部５ａから直流電流値Ｉｄｃの情報を受けるとともに、電圧演算部５ｐから正側セル群６ｃのセルコンデンサ電圧値Ｖｃｐｕ，Ｖｃｐｖ，Ｖｃｐｗの情報を受ける。コンデンサ電圧制御部５ｑは、受信したこれらの情報に基づいて、正側セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２の基になる電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２を生成し、生成した電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２を加算器５ｉに出力する。
【０１５３】
コンデンサ電圧制御部５ｒは、電流演算部５ａから直流電流値Ｉｄｃの情報を受けるとともに、電圧演算部５ｐから負側セル群６ｄのセルコンデンサ電圧値Ｖｃｎｕ，Ｖｃｎｖ，Ｖｃｎｗの情報を受ける。コンデンサ電圧制御部５ｒは、受信したこれらの情報に基づいて、負側セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２の基になる電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒ２を生成し、生成した電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒ２を加算器５ｊに出力する。
【０１５４】
加算器５ｉは、正側セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆに比例した値（ゲイン回路５ｇでゲインＫ倍した値）と、コンデンサ電圧制御部５ｑから出力された電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２とを加算し、加算結果を最終的な電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒとして循環電流制御部５ｂに出力する。同様に、加算器５ｊは、負側セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆに比例した値（ゲイン回路５ｈでゲインＫ倍した値）と、コンデンサ電圧制御部５ｒから出力された電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒ２とを加算し、加算結果を最終的な電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒとして循環電流制御部５ｂに出力する。
【０１５５】
実施の形態６の循環電流制御部５ｂには図４、図６、図８、図９、および図１１のいずれの構成を適用してもよい。
【０１５６】
［制御装置５の詳細な動作］
次に、制御装置５の詳細な動作について説明する。実施の形態１の図３の場合と共通する動作については説明を繰返さない。
【０１５７】
循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄから出力される電圧はリアクトル７ａ，７ｂに流れる電流を制御する機能を持つことから、セル群６ｃ，６ｄの出力電力はほぼ無効電力となる。しかし、リアクトル７ａ，７ｂに存在する損失に起因した有効電力が無視できない場合には、セル群６ｃ，６ｄに有効電力を供給する必要がある。なぜなら、実施の形態１で説明した方法、すなわち、セル群６ａ，６ｂに与えている電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆに比例した値だけを電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒとして循環電流制御部５ｂに与えるという方法だけでは、セル群６ｃ，６ｄの直流コンデンサ１ｅの電圧が一定値に維持できないからである。
【０１５８】
上記の観点から、図１３および図１５の電力変換装置では、各セル群６ｃ，６ｄを構成する各セル２０の直流コンデンサ１ｅの電圧が電圧検出器１ｊで検出される。電圧演算部５ｐは、各セル群６ｃ，６ｄのセルコンデンサ電圧Ｖｃｅｌｌの代表値Ｖｃｐｕ，Ｖｃｐｖ，Ｖｃｐｗ，Ｖｃｎｕ，Ｖｃｎｖ，Ｖｃｎｗ（簡単のために単にコンデンサ電圧値と称する）を演算する。コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒに設けられた補償器は、各相のセル群６ｃ，６ｄごとに、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧値との偏差（すなわち、指令値−電圧値）を増幅する。電圧制御部５ｑ，５ｒは、増幅した偏差に直流電流値Ｉｄｃの極性（１または−１）を乗算した結果を、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２として加算器５ｉ，５ｊに出力する。
【０１５９】
加算器５ｉでは、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、セル群６ａ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆに比例した値と、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒとが加算される。加算結果は、セル群６ｃ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２として、ゲート制御部５ｎに供給される。加算器５ｊでは、循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、セル群６ｂ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆに比例した値と、電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒとが加算される。加算結果は、セル群６ｄ用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２として、ゲート制御部５ｏに供給される。
【０１６０】
上記の構成によれば、（ｉ）直流電流値Ｉｄｃが正（極性＝１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも小さい場合、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒに設けられた補償器は正の信号を出力する。したがって、補償器の出力に直流電流Ｉｄｃの極性（＝１）が乗算されることによって得られる、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２は、正の直流成分を持つ信号となる。この電圧補正値の信号によって、図５のスイッチング素子１ａが導通する期間が長くなることによって、直流電流Ｉｄｃが直流コンデンサ１ｅに流れ込む期間が増加する。この結果、直流コンデンサ１ｅが充電されるので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。
【０１６１】
（ｉｉ）直流電流値Ｉｄｃが正（極性＝１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも大きい場合、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒに設けられた補償器は負の信号を出力する。したがって、補償器の出力に直流電流Ｉｄｃの極性（＝１）が乗算されることによって得られる、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２は、負の直流成分を持つ信号となる。この電圧補正値の信号によって、図５のスイッチング素子１ａが導通する期間が短くなることによって、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。
【０１６２】
（ｉｉｉ）直流電圧値Ｉｄｃが負（極性＝−１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも小さい場合、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒに設けられた補償器は正の信号を出力する。したがって、補償器の出力に直流電流Ｉｄｃの極性（＝−１）が乗算されることによって得られる、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２は、は負の直流成分を持つ信号となる。この電圧補正値の信号によって、図５のスイッチング素子１ａが導通する期間が短くなることによって、直流電流Ｉｄｃが直流コンデンサ１ｅから流出する期間が減少する。この結果、直流コンデンサ１ｅの放電時間が減少する（充電される）ので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。
【０１６３】
（ｉｖ）直流電圧値Ｉｄｃが負（極性＝−１）であり、かつ、コンデンサ電圧がその指令値よりも大きい場合、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒに設けられた補償器は負の信号を出力する。したがって、補償器の出力に直流電流Ｉｄｃの極性（＝−１）が乗算されることによって得られる、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２は、正の直流成分を持つ信号となる。この電圧補正値の信号によって、図５のスイッチング素子１ａが導通する期間が長くなることによって、直流コンデンサ１ｅの放電時間が増加するので、コンデンサ電圧指令値とコンデンサ電圧の検出値との偏差が解消される。
【０１６４】
［実施の形態６の効果］
実施の形態６の電力変換装置は、実施の形態１の場合と同様に、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。
【０１６５】
さらに、実施の形態６の電力変換装置は、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、セル群６ａ，６ｂを制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと、循環電流制御のための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、セルコンデンサ電圧に基づく電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２とを用いた非線形演算によって生成される。この結果、セル群６ｃ，６ｄの各セル２０に入力または出力される有効電力を零にしつつ、循環電流を抑制することが可能になる。特にセルコンデンサ電圧に基づいた制御を行っているので、リアクトルの損失および／または電気量の変動が生じたとしても直流コンデンサの電圧を一定に保つことができる。
【０１６６】
［変形例］
実施の形態１の場合と同様に、各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ、加算器５ｉ、ゲイン回路５ｇ、およびコンデンサ電圧制御部５ｑも不要となるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ、加算器５ｊ、ゲイン回路５ｈ、およびコンデンサ電圧制御部５ｒも不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。
【０１６７】
上記の実施の形態では、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒにおいて補償器の出力に直流電流値Ｉｄｃの極性を乗算する例を示したが、直流電流値Ｉｄｃの極性に代えて直流電流値Ｉｄｃそのものを補償器の出力に乗算しても同様の効果を奏する。さらに、直流制御部５ｄにおいて、直流電流指令値と直流電流値Ｉｄｃとの偏差に基づくフィードバック制御を行う場合には、直流電流値Ｉｄｃの極性に代えて直流電流指令値を補償器の出力に乗算しても同様の効果を奏する。さらに、コンデンサ電圧制御部５ｑでは、直流電流値Ｉｄｃの極性に代えて、各相の補償器の出力に各相の交流電流値（Ｕ相：Ｉａｃｕ、Ｖ相：Ｉａｃｖ、Ｗ相：Ｉａｃｗ）またはその極性をそれぞれ乗算しても同様の効果が得られる。コンデンサ電圧制御部５ｒでは、各相の補償器の出力に各相の逆極性の交流電流値（Ｕ相：−Ｉａｃｕ、Ｖ相：−Ｉａｃｖ、Ｗ相：−Ｉａｃｗ）またはその極性を乗算しても同様の効果が得られる。
【０１６８】
図１３の各レグ回路８において、セル群６ａ，６ｂを設けずにセル群６ｃ，６ｄのみを設けることも可能である。この場合、図１５のゲート制御部５ｋ，５ｍも不要になる。このような構成では、循環電流制御部５ｂにおいて、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗの電気量および直流端子Ｎｐ、Ｎｎの電気量を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと、循環電流を制御するための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、セルコンデンサ電圧に基づく電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２を用いた非線形演算によって、セル群６ｃ，６ｄの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２が生成される。電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとの線形結合によってセル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成した場合には、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とが相互に干渉し合う可能性がある。これに対して、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆと電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆとを用いた非線形演算のみによって（すなわち、線形結合が用いられずに）セル群６ｃ，６ｄ用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成することによって、循環電流制御と交流端子および直流端子の電気量の制御とを両立させることができる。
【０１６９】
＜実施の形態７＞
実施の形態７の電力変換装置の全体構成は図１３で示した実施の形態６の場合と同様であるが、制御装置５の一部の構成および動作が実施の形態６の図１５の場合と異なる。以下、図１３、図１６を参照して具体的に説明する。
【０１７０】
［制御装置５の構成］
図１６は、実施の形態７による電力変換装置で用いられる制御装置５の構成図である。図１６の制御装置５は、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ，Ｖｎｒｅｆに比例した値に代えて、直流制御部５ｄが出力する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆが加算器５ｉ，５ｊにそれぞれ入力される点で、図１５の制御装置５と異なる。さらに、図１６の制御装置５は、直流電流値Ｉｄｃに代えて、交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗがコンデンサ電圧制御部５ｑに入力される点で、図１５の制御装置５と異なる。さらに、図１６の制御装置５は、直流電流値Ｉｄｃに代えて、ゲイン回路５ｓによって−１を乗算することによって得られる逆極性の交流電流値−Ｉａｃｕ，−Ｉａｃｖ，−Ｉａｃｗがコンデンサ電圧制御部５ｒに入力される点で、図１５の制御装置５と異なる。図１６のその他の構成は図１５と同じであるので、以下では、図１５の場合と同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない場合がある。
【０１７１】
［制御装置５の動作］
次に、図１６の制御装置５の動作について説明する。実施の形態１の図３および実施の形態６の図１５の場合と共通する動作については説明を繰返さない。
【０１７２】
循環電流制御部５ｂから出力される循環電流制御用の電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ（Ｕ相：Ｖｃｃｒｅｆｕ、Ｖ相：Ｖｃｃｒｅｆｖ、Ｗ相：Ｖｃｃｒｅｆｗ）は正負両極性を持つ信号である。したがって、セル群６ｄ，６ｄを構成する変換器セル２０が、図２（ａ）または図１４に示すようなハーフブリッジ構成の場合には、電圧指令値にバイアスが必要となる。実施の形態７では、そのバイアスを、直流制御部５ｄが出力する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに設定する。
【０１７３】
コンデンサ電圧制御部５ｑは、各相ごとに、コンデンサ電圧値Ｖｃｐｕ，Ｖｃｐｖ，Ｖｃｐｗとコンデンサ電圧指令値との偏差を増幅し、増幅された偏差に交流電流値Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗをそれぞれ乗算することによって、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２ｕ，Ｖｐｃｏｒｒ２ｖ，Ｖｐｃｏｒｒ２ｗを生成する。同様に、コンデンサ電圧制御部５ｒは、各相ごとに、コンデンサ電圧値Ｖｃｎｕ，Ｖｃｎｖ，Ｖｃｎｗとコンデンサ電圧指令値との偏差を増幅し、増幅された偏差に逆極性の交流電流値−Ｉａｃｕ，−Ｉａｃｖ，−Ｉａｃｗをそれぞれ乗算することによって、循環電流制御用の電圧補正値Ｖｎｃｏｒｒ２ｕ，Ｖｎｃｏｒｒ２ｖ，Ｖｎｃｏｒｒ２ｗを生成する。
【０１７４】
セル群６ｃ，６ｄに直流電流が流れると、直流値である直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに応じて、セル群６ｃ，６ｄを構成する各セル２０には有効電力が発生し、その結果、各セル２０の直流コンデンサ１ｅが充放電する。これにより、直流コンデンサ１ｅの電圧とコンデンサ電圧指令値との間に偏差が生じると、コンデンサ電圧制御部５ｑ，５ｒは、その偏差を増幅して交流電流値（または逆極性の交流電流値）を乗算することによって、電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２を生成する。この電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２は、交流電流と同位相（または逆位相）の交流電圧を出力するように、セル群６ｃ，６ｄの各セル２０を制御するものである。この電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ，Ｖｎｃｏｒｒに応じて各セル２０が交流電圧を発生することによって、発生した交流電圧が実際に流れている交流電流と作用するために有効電力が生じる。そして、この交流有効電力と直流電力とがバランスすることによって、各セル２０の直流コンデンサ１ｅの電圧値とコンデンサ電圧指令値との偏差が減少し、直流コンデンサ電圧はコンデンサ電圧指令値に一致するようにフィードバック制御される。
【０１７５】
［実施の形態７の効果］
実施の形態７の電力変換装置は、実施の形態６の場合と同様に、電力変換装置の主たる目的である交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量（電流および電圧）を専用に制御する（すなわち、循環電流制御には用いられない）セル群６ａ，６ｂを備える。セル群６ａ，６ｂによって、循環電流制御の干渉を受けずに交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｖおよび直流端子Ｎｐ，Ｎｎのそれぞれの電気量を確実に制御することができる。
【０１７６】
さらに、実施の形態７の電力変換装置は、循環電流を制御するためのセル群６ｃ，６ｄを備えることによって、循環電流指令値に応じて循環電流値を制御することができる。ここで、直流端子Ｎｐ，Ｎｎの電気量を制御するための直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと、循環電流制御のための電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆと、セルコンデンサ電圧に基づく電圧補正値Ｖｐｃｏｒｒ２，Ｖｎｃｏｒｒ２とを用いた非線形演算によって生成される。この結果、セル群６ｃ，６ｄの各セル２０に入力または出力される有効電力を零にしつつ、循環電流を抑制することが可能になる。特にセルコンデンサ電圧に基づいた制御を行っているので、リアクトルの損失および／または電気量の変動が生じたとしても直流コンデンサの電圧を一定に保つことができる。
【０１７７】
［変形例］
実施の形態１の場合と同様に、各レグ回路８において、リアクトル７ａ，７ｂのうち、正側のリアクトル７ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル７ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル７ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用の正側セル群６ｃが不要になり、さらに、それに関係するゲート制御部５ｎ、加算器５ｉ、ゲイン回路５ｇ、およびコンデンサ電圧制御部５ｑも不要となるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル７ａのみを設けた場合には、循環電流制御用の負側セル群６ｄが不要になり、さらにそれに関係するゲート制御部５ｏ、加算器５ｊ、ゲイン回路５ｈ、およびコンデンサ電圧制御部５ｒも不要になるので、制御装置５の構成を簡素化できる利点がある。
【０１７８】
上記の実施の形態では、加算器５ｉ，５ｊに入力する信号を直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに代えて、一定のバイアス値としても同様の効果を奏する。
【０１７９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１８０】
１，２０  変換器セル、１ａ，１ｂ，１ｆ，１ｇ  スイッチング素子、１ｃ，１ｄ，１ｈ，１ｉ  ダイオード、１ｅ  直流コンデンサ、１ｊ，１１ａ，１１ｂ  直流電圧検出器、１ｎ，１ｐ  入出力端子、２  交流回路、３  連系変圧器、４  直流回路、５  制御装置、５ａ  電流演算部、５ｂ  循環電流制御部、５ｂ１８，５ｂ１８ｐ，５ｂ１８ｎ  補償器、５ｂ２０，５ｂ２１  乗算器、５ｂ２２  非線形伝達関数作用部、５ｂ２５  非線形数学関数作用部、５ｂ１３，５ｂ１７  制限器、５ｂ１１，５ｂ１５  積分器、５ｃ  交流制御部、５ｄ  直流制御部、５ｅ，５ｆ  指令値合成部、５ｋ，５ｍ，５ｎ，５ｏ  ゲート制御部、５ｐ  電圧演算部、５ｑ，５ｒ  コンデンサ電圧制御部、５ｚ  電圧指令値生成部、６ａ，６ｃ  正側セル群、６ｂ，６ｄ  負側セル群、７ａ，７ｂ  リアクトル、８，８ａ，８ｂ，８ｃ  レグ回路、９ａ，９ｂ  アーム電流検出器、１０  交流電圧検出器、１３  正側アーム、１４  負側アーム、Ｉｃｃ  循環電流、Ｉｄｃ  直流電流、Ｉａｃ  交流電流Ｉｄｃ  直流電圧値、Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗ，Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗ  アーム電流、Ｋ  比例ゲイン、Ｎｎ  負側直流端子、Ｎｐ  正側直流端子、Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗ  交流端子（交流接続部）、Ｖｄｃ  直流端子間電圧値。
【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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【国際調査報告】
2017046909.tif 000019
2017046909.tif 000020
2017046909.tif 000021
2017046909.tif 000022