(57)【要約】【課題】５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換器において、負荷の電圧や電流の状態に応じて高調波抑制の運転と損失低減の運転を行う。【解決手段】少なくとも一つ以上のステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ＊と、ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ＊に対応するＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ＊を生成する。ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ＊とＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ＊を混合した混合電圧指令値Ｖａ＊に基づいて、スイッチングデバイスのゲート信号を生成する。【選択図】図３
2019057970.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、
以下の（１）式〜（７）式に基づいて、１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のステップ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値に対応するＰＷＭ電圧指令値を生成し、
前記ステップ電圧指令値と前記ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
【数１】
2019057970.tif 000096
【数２】
2019057970.tif 000097
【数３】
2019057970.tif 000098
【数４】
2019057970.tif 000099
【数５】
2019057970.tif 000100
【数６】
2019057970.tif 000101
【数７】
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ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
【請求項２】
前記混合電圧指令値は、それぞれ電圧ステップ数の異なる２つ以上の前記ステップ電圧指令値と、前記各ステップ電圧指令値に対応する前記各ＰＷＭ電圧指令値を混合した値であることを特徴とする請求項１記載のマルチレベル電力変換装置。
【請求項３】
スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、
以下の（１）〜（７）に基づいて、それぞれ電圧ステップ数の異なる２つ以上のステップ電圧指令値と、前記各ステップ電圧指令値に対応する各ＰＷＭ電圧指令値を生成し、
前記各ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
【数１】
2019057970.tif 000103
【数２】
2019057970.tif 000104
【数３】
2019057970.tif 000105
【数４】
2019057970.tif 000106
【数５】
2019057970.tif 000107
【数６】
2019057970.tif 000108
【数７】
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ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
【請求項４】
スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、
以下の（８）式〜（２３）式に基づいて、以下の（１８）式のｖ１＊を以下の（２３）式のｖ＊に代入した１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上の第３ステップ電圧指令値と、以下の（２２）式のｖ２＊を以下の（２３）式のｖ＊に代入した１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上の第４ステップ電圧指令値、を算出し、
以下の（３）式のｖ＊に以下の（１８）式のｖ１＊を代入し、以下の（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に以下の（２３）式の１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のｖｓｔｅｐ＊を代入して、以下の（３）式〜（７）式に基づいて、前記第３ステップ電圧指令値に対応する第１ＰＷＭ電圧指令値を生成し、
以下の（３）式のｖ＊に以下の（２２）式のｖ２＊を代入し、以下の（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に以下の（２３）式の１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のｖｓｔｅｐ＊を代入して、以下の（３）式〜（７）式に基づいて、前記第４ステップ電圧指令値に対応する第２ＰＷＭ電圧指令値を生成し、
前記第３，第４ステップ電圧指令値と前記第１，第２ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
【数３】
2019057970.tif 000110
【数４】
2019057970.tif 000111
【数５】
2019057970.tif 000112
【数６】
2019057970.tif 000113
【数７】
2019057970.tif 000114
【数８】
2019057970.tif 000115
【数９】
2019057970.tif 000116
【数１０】
2019057970.tif 000117
【数１１】
2019057970.tif 000118
【数１２】
2019057970.tif 000119
【数１３】
2019057970.tif 000120
【数１４】
2019057970.tif 000121
【数１５】
2019057970.tif 000122
【数１６】
2019057970.tif 000123
【数１７】
2019057970.tif 000124
【数１８】
2019057970.tif 000125
【数１９】
2019057970.tif 000126
【数２０】
2019057970.tif 000127
【数２１】
2019057970.tif 000128
【数２２】
2019057970.tif 000129
【数２３】
2019057970.tif 000130
ｖｓｔｅｐ＊：第３ステップ電圧指令値または第４ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：第１ＰＷＭ電圧指令値または第２ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
【請求項５】
以下の（１）式〜（７）式に基づいて、１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のステップ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値に対応するＰＷＭ電圧指令値を生成し、
前記第３，第４ステップ電圧指令値と，前記第１，第２ＰＷＭ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値と、前記ＰＷＭ電圧指令値と、を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする請求項４記載のマルチレベル電力変換装置。
【数１】
2019057970.tif 000131
【数２】
2019057970.tif 000132
【数３】
2019057970.tif 000133
【数４】
2019057970.tif 000134
【数５】
2019057970.tif 000135
【数６】
2019057970.tif 000136
【数７】
2019057970.tif 000137
ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
【請求項６】
スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、
以下の（８）式〜（２３）式に基づいて、以下の（１８）式のｖ１＊を以下の（２３）式のｖ＊に代入した１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上の第３ステップ電圧指令値と、以下の（２２）式のｖ２＊を以下の（２３）式のｖ＊に代入した１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上の第４ステップ電圧指令値、を算出し、
以下の（３）式のｖ＊に以下の（１８）式のｖ１＊を代入し、以下の（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に以下の（２３）式のｖｓｔｅｐ＊を代入して、以下の（３）式〜（７）式に基づいて、前記第３ステップ電圧指令値に対応する第１ＰＷＭ電圧指令値を生成し、
以下の（３）式のｖ＊に以下の（２２）式のｖ２＊を代入し、以下の（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に（２３）式のｖｓｔｅｐ＊を代入して、以下の（３）式〜（７）式に基づいて、前記第４ステップ電圧指令値に対応する第２ＰＷＭ電圧指令値を生成し、
前記第１，第２ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置。
【数３】
2019057970.tif 000138
【数４】
2019057970.tif 000139
【数５】
2019057970.tif 000140
【数６】
2019057970.tif 000141
【数７】
2019057970.tif 000142
【数８】
2019057970.tif 000143
【数９】
2019057970.tif 000144
【数１０】
2019057970.tif 000145
【数１１】
2019057970.tif 000146
【数１２】
2019057970.tif 000147
【数１３】
2019057970.tif 000148
【数１４】
2019057970.tif 000149
【数１５】
2019057970.tif 000150
【数１６】
2019057970.tif 000151
【数１７】
2019057970.tif 000152
【数１８】
2019057970.tif 000153
【数１９】
2019057970.tif 000154
【数２０】
2019057970.tif 000155
【数２１】
2019057970.tif 000156
【数２２】
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【数２３】
2019057970.tif 000158
ｖｓｔｅｐ＊：第３ステップ電圧指令値または第４ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：第１ＰＷＭ電圧指令値または第２ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
【請求項７】
以下の（１）式〜（７）式に基づいて、１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上ステップ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値に対応するＰＷＭ電圧指令値を生成し、
前記第１，第２ＰＷＭ電圧指令値と前記ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする請求項６記載のマルチレベル電力変換装置。
【数１】
2019057970.tif 000159
【数２】
2019057970.tif 000160
【数３】
2019057970.tif 000161
【数４】
2019057970.tif 000162
【数５】
2019057970.tif 000163
【数６】
2019057970.tif 000164
【数７】
2019057970.tif 000165
ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
【請求項８】
スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置の制御方法であって、
以下の（１）式〜（７）式に基づいて、１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のステップ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値に対応するＰＷＭ電圧指令値を生成し、
前記ステップ電圧指令値と前記ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とするマルチレベル電力変換装置の制御方法。
【数１】
2019057970.tif 000166
【数２】
2019057970.tif 000167
【数３】
2019057970.tif 000168
【数４】
2019057970.tif 000169
【数５】
2019057970.tif 000170
【数６】
2019057970.tif 000171
【数７】
2019057970.tif 000172
ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置に係り、特に、パルス電圧生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
出力電圧が５ステップ（５レベル）以上となるマルチレベル電力変換装置（インバータ）が特許文献１〜９に開示されている。図６に特許文献１におけるマルチレベル電力変換装置の回路構成、図７に特許文献２におけるマルチレベル電力変換装置の回路構成を示す。
【０００３】
特許文献１，２は、図６，図７に示すように、４個の第１〜第４分圧キャパシタＣ１〜Ｃ４を直列接続し、第１〜第４分圧キャパシタＣ１〜Ｃ４のキャパシタ電圧をそれぞれＥとする。第１分圧キャパシタＣ１の正極端、第１，第２分圧キャパシタＣ１，Ｃ２の共通接続点、第２，第３分圧キャパシタＣ２，Ｃ３の共通接続点、第３，第４分圧キャパシタＣ３，Ｃ４の共通接続点、第４分圧キャパシタＣ４の負極端と出力端子との間にそれぞれスイッチングデバイスを設け、２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅの５ステップ（５レベル）の交流電圧を選択して出力する。
【０００４】
図８，図９に特許文献３，４におけるマルチレベル電力変換装置の回路構成を示す。特許文献３，４は、図８，図９に示すように、キャパシタ電圧または直流電圧源をそれぞれＥとしたＨ−Ｂｒｉｄｇｅ回路をｉ個直列接続したＣａｓｃａｄｅｄ  Ｈ−Ｂｒｉｄｇｅ（２−ｌｅｖｅｌ）回路により構成されている。このような構成により、２ｉ＋１ステップの交流電圧をＹ結線の中点を基準として出力する。直流電源数は、直流／三相交流変換において３ｉ個である。
【０００５】
図１０に特許文献５におけるマルチレベル電力変換装置の回路構成を示す。特許文献５は、図１０に示すように、第１直流電圧源１１を有する３相の第１インバータ１２と、第２直流電圧源１３を有する各相の第２インバータ１４と、第３直流電圧源１５を有する各相の第３インバータ１６と、で構成されている。第１，第２，第３直流電圧源１１，１３，１５の直流電圧の比を同じにする場合と、異なる電圧比にする方法がある。
【０００６】
直流電圧の仮想の中性点を基準として、第１直流電圧源１１の直流電圧を２Ｅ，第２，第３直流電圧源１３，１５の電圧をＥとすると、４Ｅ，３Ｅ，２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅ，−３Ｅ，−４Ｅの９ステップの交流電圧を出力することができる。第１，第２，第３直流電圧源１１，１３，１５の直流電圧比を９：３：１とすると、２７ステップの電圧を出力することができる。また、図１０では、第１インバータ１２に、相毎に２つの第２，第３インバータ１４，１６を接続しているが、２つでなくてもよい。第１インバータ１２に接続する各相のインバータをｉ個とすると、３相の直流電源数は３ｉ＋１個である。
【０００７】
図１１に特許文献６におけるマルチレベル電力変換装置の回路構成を示す。特許文献６は、図１１に示すように、直列接続された２つの第１，第２分圧キャパシタＣ１，Ｃ２と、２つの３−ｌｅｖｅｌインバータ回路１０，２０と、を備える。３−ｌｅｖｅｌインバータ回路１０，２０は、第１，第２フライングキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２と、を有する。第１，第２分圧キャパシタＣ１，Ｃ２のキャパシタ電圧を２Ｅ，第１，第２フライングキャパシタＣｆ１，Ｃｆ２のキャパシタ電圧をＥとする。
【０００８】
３−ｌｅｖｅｌインバータ回路１０の端子ＶＰには２Ｅ，Ｅ，０を、３−ｌｅｖｅｌインバータ回路２０の端子ＶＮには０，−Ｅ，−２Ｅの電位を発生させ、これらの電位の一つをスイッチングデバイスで構成したＨ−Ｂｒｉｄｇｅ回路３０により選択する。これにより、各相の出力端子に２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅの５ステップ電圧を出力し、相間で４Ｅ，３Ｅ，２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅ，−３Ｅ，−４Ｅの９ステップ電圧を出力する。なお、上記の各電位の基準点は、図１１の０点とする。
【０００９】
図１２，図１３に特許文献８，９におけるマルチレベル電力変換装置の回路構成を示す。特許文献８は、図１２に示すように、第１〜第４分圧キャパシタＣ１〜Ｃ４を直列接続し、それぞれのキャパシタ電圧をＥとし、スイッチングデバイスの導通数を２個か４個に低減したものである。
【００１０】
特許文献９は、図１３に示すように、４つ直列接続された第１〜第４分圧キャパシタＣ１〜Ｃ４と、Ｉｎｎｅｒ  Ｈ−Ｂｒｉｄｇｅ（２−ｌｅｖｅｌ）回路４０と、を有するものである。第１〜第４分圧キャパシタＣ１〜Ｃ４のキャパシタ電圧を２Ｅとし、Ｉｎｎｅｒ  Ｈ−Ｂｒｉｄｇｅ回路４０内のキャパシタ電圧Ｅとすると、第２分圧キャパシタＣ２と第３分圧キャパシタＣ３との共通接続点を基準点として、４Ｅ，３Ｅ，２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅ，−３Ｅ，−４Ｅの９ステップの交流電圧を出力できる。さらに、スイッチングデバイスの導通数を３個または４個に低減する。
【００１１】
一方、特許文献７には、電力変換装置内のスイッチングデバイスをオンオフさせるゲート信号を生成するための変調方式について開示されている。特許文献７には、電圧ステップ数増加に伴う変調処理の演算量を低減させるために、ｒｏｕｎｄ関数を用いてＮ−ｌｅｖｅｌのステップ電圧指令値を生成する簡易的な方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００７−３１２４５１号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０４５４８号公報
【特許文献３】特開２０１６−２１４００９号公報
【特許文献４】特開２０１７−０１７９４２号公報
【特許文献５】特開２０１７−０２２８８２号公報
【特許文献６】特許第５８６１８０２号
【特許文献７】特開２０１６−０５９２７３号公報
【特許文献８】特開２０１５−１８１３２５号公報
【特許文献９】特開２０１７−０１１８０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
これらの従来技術では、５レベル以上の電圧を出力し、さらに電力変換装置内のスイッチングデバイスをＰＷＭ変調によってオンオフさせることで、出力電圧として、低次の高調波成分を抑制させたＰＷＭ電圧を生成する。
【００１４】
図１４に、ＰＷＭ変調を行った９レベル電圧波形の一例を示す。このようなＰＷＭ電圧を出力する電力変換装置では、スイッチングデバイスをオンオフさせるスイッチング周波数を高くするほど、出力電圧の低次の高調波（５次、７次、１１次など）を抑制できる。
【００１５】
一方、スイッチング周波数を高くするとき、スイッチングデバイスに生じるスイッチング損失が増加する。スイッチング損失が高くなると電力変換装置の効率を低下させることになるため、不必要にスイッチング周波数を高くすることは好ましくない。
【００１６】
同様に、出力電圧のレベル数を増加させると出力電圧の低次の高調波を抑制しやすいが、スイッチングデバイスのスイッチング回数が増加することになるため、スイッチング損失が増大する。そのため、効率の面では出力電圧のレベル数が低い方が好ましい。つまり、電力変換装置では、高調波低減と効率向上はトレードオフの関係にあるといえる。
【００１７】
一方、電力変換装置は運転時の負荷状態などによって出力電流が変化してスイッチングデバイスの損失も変動する。よって、高調波抑制を優先させる運転と効率向上を優先させる運転との切り替えがあることが望ましい。例えば、負荷が大きい場合は、負荷が小さい場合と比較してスイッチングデバイスの損失が大きくなるため、効率向上を優先させる運転を行うことが好ましい。
【００１８】
以上示したようなことから、５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置において、運転状態に応じて高調波抑制の運転と損失低減の運転を行い、高調波と損失の両方をそれぞれ所望の値以下に抑制することが課題となる。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、案出されたもので、その一態様は、スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、以下の（１）式〜（７）式に基づいて、１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のステップ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値に対応するＰＷＭ電圧指令値を生成し、前記ステップ電圧指令値と前記ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする。
【００２０】
【数１】
2019057970.tif 000003
【００２１】
【数２】
2019057970.tif 000004
【００２２】
【数３】
2019057970.tif 000005
【００２３】
【数４】
2019057970.tif 000006
【００２４】
【数５】
2019057970.tif 000007
【００２５】
【数６】
2019057970.tif 000008
【００２６】
【数７】
2019057970.tif 000009
【００２７】
ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
また、その一態様として、前記混合電圧指令値は、それぞれ電圧ステップ数の異なる２つ以上の前記ステップ電圧指令値と、前記各ステップ電圧指令値に対応する前記各ＰＷＭ電圧指令値を混合した値であることを特徴とする。
【００２８】
また、他の態様として、スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、以下の（１）〜（７）に基づいて、それぞれ電圧ステップ数の異なる２つ以上のステップ電圧指令値と、前記各ステップ電圧指令値に対応する各ＰＷＭ電圧指令値を生成し、前記各ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする。
【００２９】
【数１】
2019057970.tif 000010
【００３０】
【数２】
2019057970.tif 000011
【００３１】
【数３】
2019057970.tif 000012
【００３２】
【数４】
2019057970.tif 000013
【００３３】
【数５】
2019057970.tif 000014
【００３４】
【数６】
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【００３５】
【数７】
2019057970.tif 000016
【００３６】
ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
また、他の態様として、スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、以下の（８）式〜（２３）式に基づいて、以下の（１８）式のｖ１＊を以下の（２３）式のｖ＊に代入した１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上の第３ステップ電圧指令値と、以下の（２２）式のｖ２＊を以下の（２３）式のｖ＊に代入した１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上の第４ステップ電圧指令値、を算出し、以下の（３）式のｖ＊に以下の（１８）式のｖ１＊を代入し、以下の（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に以下の（２３）式の１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のｖｓｔｅｐ＊を代入して、以下の（３）式〜（７）式に基づいて、前記第３ステップ電圧指令値に対応する第１ＰＷＭ電圧指令値を生成し、以下の（３）式のｖ＊に以下の（２２）式のｖ２＊を代入し、以下の（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に以下の（２３）式の１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のｖｓｔｅｐ＊を代入して、以下の（３）式〜（７）式に基づいて、前記第４ステップ電圧指令値に対応する第２ＰＷＭ電圧指令値を生成し、前記第３，第４ステップ電圧指令値と前記第１，第２ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする。
【００３７】
【数３】
2019057970.tif 000017
【００３８】
【数４】
2019057970.tif 000018
【００３９】
【数５】
2019057970.tif 000019
【００４０】
【数６】
2019057970.tif 000020
【００４１】
【数７】
2019057970.tif 000021
【００４２】
【数８】
2019057970.tif 000022
【００４３】
【数９】
2019057970.tif 000023
【００４４】
【数１０】
2019057970.tif 000024
【００４５】
【数１１】
2019057970.tif 000025
【００４６】
【数１２】
2019057970.tif 000026
【００４７】
【数１３】
2019057970.tif 000027
【００４８】
【数１４】
2019057970.tif 000028
【００４９】
【数１５】
2019057970.tif 000029
【００５０】
【数１６】
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【００５１】
【数１７】
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【００５２】
【数１８】
2019057970.tif 000032
【００５３】
【数１９】
2019057970.tif 000033
【００５４】
【数２０】
2019057970.tif 000034
【００５５】
【数２１】
2019057970.tif 000035
【００５６】
【数２２】
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【００５７】
【数２３】
2019057970.tif 000037
【００５８】
ｖｓｔｅｐ＊：第３ステップ電圧指令値または第４ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：第１ＰＷＭ電圧指令値または第２ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
また、その一態様として、以下の（１）式〜（７）式に基づいて、１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のステップ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値に対応するＰＷＭ電圧指令値を生成し、前記第３，第４ステップ電圧指令値と，前記第１，第２ＰＷＭ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値と、前記ＰＷＭ電圧指令値と、を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする。
【００５９】
【数１】
2019057970.tif 000038
【００６０】
【数２】
2019057970.tif 000039
【００６１】
【数３】
2019057970.tif 000040
【００６２】
【数４】
2019057970.tif 000041
【００６３】
【数５】
2019057970.tif 000042
【００６４】
【数６】
2019057970.tif 000043
【００６５】
【数７】
2019057970.tif 000044
【００６６】
ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
また、他の態様として、スイッチングデバイスをオンオフ制御することにより５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であって、以下の（８）式〜（２３）式に基づいて、以下の（１８）式のｖ１＊を以下の（２３）式のｖ＊に代入した１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上の第３ステップ電圧指令値と、以下の（２２）式のｖ２＊を以下の（２３）式のｖ＊に代入した１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上の第４ステップ電圧指令値、を算出し、以下の（３）式のｖ＊に以下の（１８）式のｖ１＊を代入し、以下の（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に以下の（２３）式のｖｓｔｅｐ＊を代入して、以下の（３）式〜（７）式に基づいて、前記第３ステップ電圧指令値に対応する第１ＰＷＭ電圧指令値を生成し、以下の（３）式のｖ＊に以下の（２２）式のｖ２＊を代入し、以下の（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に（２３）式のｖｓｔｅｐ＊を代入して、以下の（３）式〜（７）式に基づいて、前記第４ステップ電圧指令値に対応する第２ＰＷＭ電圧指令値を生成し、前記第１，第２ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする。
【００６７】
【数３】
2019057970.tif 000045
【００６８】
【数４】
2019057970.tif 000046
【００６９】
【数５】
2019057970.tif 000047
【００７０】
【数６】
2019057970.tif 000048
【００７１】
【数７】
2019057970.tif 000049
【００７２】
【数８】
2019057970.tif 000050
【００７３】
【数９】
2019057970.tif 000051
【００７４】
【数１０】
2019057970.tif 000052
【００７５】
【数１１】
2019057970.tif 000053
【００７６】
【数１２】
2019057970.tif 000054
【００７７】
【数１３】
2019057970.tif 000055
【００７８】
【数１４】
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【００７９】
【数１５】
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【００８０】
【数１６】
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【００８１】
【数１７】
2019057970.tif 000059
【００８２】
【数１８】
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【００８３】
【数１９】
2019057970.tif 000061
【００８４】
【数２０】
2019057970.tif 000062
【００８５】
【数２１】
2019057970.tif 000063
【００８６】
【数２２】
2019057970.tif 000064
【００８７】
【数２３】
2019057970.tif 000065
【００８８】
ｖｓｔｅｐ＊：第３ステップ電圧指令値または第４ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：第１ＰＷＭ電圧指令値または第２ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
また、その一態様として、以下の（１）式〜（７）式に基づいて、１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上ステップ電圧指令値と、前記ステップ電圧指令値に対応するＰＷＭ電圧指令値を生成し、前記第１，第２ＰＷＭ電圧指令値と前記ＰＷＭ電圧指令値を混合した混合電圧指令値に基づいて、前記スイッチングデバイスのゲート信号を生成することを特徴とする。
【００８９】
【数１】
2019057970.tif 000066
【００９０】
【数２】
2019057970.tif 000067
【００９１】
【数３】
2019057970.tif 000068
【００９２】
【数４】
2019057970.tif 000069
【００９３】
【数５】
2019057970.tif 000070
【００９４】
【数６】
2019057970.tif 000071
【００９５】
【数７】
2019057970.tif 000072
【００９６】
ｖｓｔｅｐ＊：ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊：ＰＷＭ電圧指令値
ｔｒｉ(θ)：三角波を生成する関数
Ｎ：電圧ステップ数（５以上の整数）
【発明の効果】
【００９７】
本発明によれば、５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置において、運転状態に応じて高調波抑制の運転と損失低減の運転を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】電圧ステップ数Ｎ＝５の時の各信号の関係を示すタイムチャート。
【図２】電圧ステップ数Ｎ＝２１の時の各信号の関係を示すタイムチャート。
【図３】実施形態１における正弦波の電圧指令値と、ステップ電圧指令値とＰＷＭ電圧指令値と混合電圧指令値を示すタイムチャート。
【図４】実施形態１の混合電圧指令値の他例を示すタイムチャート。
【図５】実施形態２における電圧指令値と、ステップ電圧指令値と、ＰＷＭ電圧指令値を示すタイムチャート。
【図６】特許文献１におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路構成図。
【図７】特許文献２におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路構成図。
【図８】特許文献３におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路構成図。
【図９】特許文献４におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路構成図。
【図１０】特許文献５におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路構成図。
【図１１】特許文献６におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路構成図。
【図１２】特許文献８におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路構成図。
【図１３】特許文献９におけるマルチレベル電力変換装置を示す回路構成図。
【図１４】９レベル電圧波形を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００９９】
以下、本願発明におけるマルチレベル電力変換装置およびマルチレベル電力変換装置の制御方法の実施形態１，２を図１〜図５に基づいて詳述する。
【０１００】
［実施形態１］
本実施形態１は、９レベル電力変換装置において、電圧指令値を５レベルのステップ電圧指令値，５レベルのＰＷＭ電圧指令値，９レベルのステップ電圧指令値，９レベルのＰＷＭ電圧指令値を用いた４種類の変調方式のうちいずれかを選択ものである。
【０１０１】
まず、ＰＷＭ変調方式は、電圧ステップ数をＮ＝２ｋ＋１としたとき、以下の（１）式から（７）式の処理を行う。ｖ＊は正弦波の電圧指令値とする。説明は簡単化のために単相で行うが、三相の電圧指令値にも同様の処理を適用可能である。
【０１０２】
図１は、電圧ステップ数Ｎ＝５のときの正弦波の電圧指令値ｖ＊，第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ＊，正弦波の電圧指令値ｖ＊と第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ＊との偏差ｖｅｒｒ，第１，第２搬送波ｃａｒｒｉｅｒ１，ｃａｒｒｉｅｒ２，第２ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ２＊，ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ＊の関係である。ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ＊は、以下の（１）式〜（７）式の処理を行って生成される。
【０１０３】
図２は、電圧ステップ数Ｎ＝２１のときの電圧指令値ｖ＊（図２の正弦波形）に対して、以下の（２）式〜（７）式の処理を行った時の各信号を示す。図１、２では、（１）式の正弦波の電圧指令値ｖ＊の１／４周期分の波形を示している。
【０１０４】
【数１】
2019057970.tif 000073
【０１０５】
【数２】
2019057970.tif 000074
【０１０６】
【数３】
2019057970.tif 000075
【０１０７】
【数４】
2019057970.tif 000076
【０１０８】
【数５】
2019057970.tif 000077
【０１０９】
【数６】
2019057970.tif 000078
【０１１０】
【数７】
2019057970.tif 000079
【０１１１】
（６）式の１行目は、ｖｅｒｒ＞ｃａｒｒｉｅｒ１のときにｖｓｔｅｐ２＊＝２／（Ｎ−１）であることを意味する。２行目、３行目も同様である。
【０１１２】
この方法は、正弦波の電圧指令値ｖ＊と第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ＊との偏差ｖｅｒｒに対して２個の第１，第２搬送波ｃａｒｒｉｅｒ１、ｃａｒｒｉｅｒ２を用いてＰＷＭ変調を行うことによって、搬送波の数を低減する方式である。
【０１１３】
なお、（２）式のｒｏｕｎｄ関数は丸め込み（四捨五入による整数化）の処理を行うものである。例えば、９レベルの電力変換装置においては、（２）式にてＮ＝９が代入されて、（１）式のＡ＝１の場合（すなわち、−１≦ｖ＊≦１の場合）、１，０．７５，０．５，０．２５，０，−０．２５，−０．５，−０．７５，−１の９種類の第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ＊が演算される。
【０１１４】
（４）式，（５）式のｔｒｉ（θ）関数は、最大値＝＋１、最小値＝−１の三角波を生成する関数である。（θは、図１の横軸ｔ（時間）に対応する。）よって、（４）式，（５）式の第１，第２搬送波ｃａｒｒｉｅｒ１、ｃａｒｒｉｅｒ２は、電圧ステップ数＝５においては、図１のような最大値＝＋０．５、最小値＝−０．５の三角波形となる。
【０１１５】
次に、異なるステップ数（ステップ数＝５，９）を用いて、以下の４種類のステップ電圧指令値またはＰＷＭ電圧指令値の中から選択して、混合電圧指令値ｖａ＊を生成する。
・５レベルの第１ステップ電圧指令値：ｖｓｔｅｐ（５）＊
・５レベルのＰＷＭ電圧指令値：ｖｐｗｍ（５）＊
・９レベルの第１ステップ電圧指令値：ｖｓｔｅｐ（９）＊
・９レベルのＰＷＭ電圧指令値：ｖｐｗｍ（９）＊
これら４種類の５レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（５）＊，５レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（５）＊，９レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（９）＊，９レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（９）＊から、スイッチングデバイスのスイッチングの回数や導通数とスイッチングデバイスのデータシートに記載されているスイッチデバイス固有の、例えばオン電圧、オン抵抗、スイッチング損失などのパラメータを利用し、電力変換装置の負荷の電圧や電流などの状態に応じて、各スイッチングデバイスに発生する損失が所望の値以下となるように、各電圧指令値の切り換えを行う。
【０１１６】
これにより、発生する損失が異なるスイッチングデバイスの損失分散や合計の損失を変更する機能を持たせ得る。
【０１１７】
そして、選択した電圧指令値（混合電圧指令値Ｖａ＊）のパルス信号に基づいて、電力変換装置内の所定のスイッチングデバイスをオンオフさせることで、混合電圧指令値Ｖａ＊のパルス波形に応じた出力電圧を電力変換装置から出力する。
【０１１８】
図３に、正弦波の電圧指令値Ｖ＊，５レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（５）＊，５レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（５）＊，９レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（９）＊，９レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（９）＊，混合電圧指令値ｖａ＊の波形を示す。混合電圧指令値ｖａ＊は、期間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６，Ｔ７において、以下の４種類の電圧指令値を混合している。
・９レベルのＰＷＭ電圧指令値：ｖｐｗｍ（９）＊  （Ｔ１，Ｔ７の期間）
・９レベルの第１ステップ電圧指令値：ｖｓｔｅｐ（９）＊  （Ｔ２，Ｔ６の期間）
・５レベルのＰＷＭ電圧指令値：ｖｐｗｍ（５）＊  （Ｔ３，Ｔ５の期間）
・５レベルの第１ステップ電圧指令値：ｖｓｔｅｐ（５）＊  （Ｔ４の期間）
変調方式の切り換えに関しては、正弦波の電圧指令値ｖ＊の振幅，負荷率，負荷電流のひずみ，電圧や電流の位相などを基準とする。これらの値に応じて、各電圧指令値（ｖｓｔｅｐ（５）＊、ｖｐｗｍ（５）＊、ｖｓｔｅｐ（９）＊、ｖｐｗｍ（９）＊）の切り換えを行う。
【０１１９】
図３は、正弦波の電圧指令値ｖ＊の振幅に応じて変調方式を切り換えた例である。図４は、期間Ｔ１〜Ｔ７で選択する電圧指令値（ｖｓｔｅｐ（５）＊，ｖｐｗｍ（５）＊，ｖｓｔｅｐ（９）＊，ｖｐｗｍ（９）＊）を図３から変えた例である。
【０１２０】
図４（ａ）は期間Ｔ１においてｖｓｔｅｐ（５）＊→期間Ｔ２においてｖｐｗｍ（５）＊→期間Ｔ３においてｖｐｗｍ（９）＊→期間Ｔ４においてｖｓｔｅｐ（９）＊→期間Ｔ５においてｖｐｗｍ（９）＊→期間Ｔ６においてｖｐｗｍ（５）＊→期間Ｔ７においてｖｓｔｅｐ（５）＊とした場合である。
【０１２１】
図４（ｂ）は１／４周期までは期間Ｔ１においてｖｓｔｅｐ（５）＊→期間Ｔ２においてｖｐｗｍ（５）＊→期間Ｔ３においてｖｐｗｍ（９）＊→期間Ｔ４ａにおいてｖｓｔｅｐ（９）＊とし、１／４周期から１／２周期までを期間Ｔ４ｂにおいてｖｓｔｅｐ（５）＊→期間Ｔ５においてｖｐｗｍ（５）＊→期間Ｔ６においてｖｓｔｅｐ（９）＊→期間Ｔ７においてｖｐｗｍ（９）＊とした場合である。
【０１２２】
図４（ａ）では、負荷力率≒１の場合、電流瞬時値が高い期間ｔ８でのスイッチングが行われないため、スイッチングデバイスのスイッチング損失低減の効果がある。また、波形に対称性があるため、出力電圧の高調波低減の効果も備えている。
【０１２３】
本実施形態１において、電力変換装置の損失の低減を優先させたい場合は、５レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（５）＊、または、９レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（９）＊の期間を長くすればよい。一方、出力電圧の高調波の低減を優先させたい場合は、５レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（５）＊、または、９レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（９）＊の期間を長くすればよい。
【０１２４】
以上示したように、本実施形態１によれば、負荷状態などに応じて複数の電圧指令値を切換選択することによって、電力変換装置内の各スイッチングデバイスの損失を所望の値以下に抑制しつつ、出力電圧の高調波を所望の値以下に抑制する運転が実現できる。
【０１２５】
また、負荷状態などに応じて、損失低減優先の運転、または、出力電圧の高調波低減優先の運転を切り換えることができる。
【０１２６】
さらに、本実施形態１では、電力変換装置の出力電流の振幅や位相などに応じて、５レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（５）＊，５レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（５）＊，９レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（９）＊，９レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（９）＊の切換選択を行うことで、電力変換装置内のスイッチングデバイス毎の損失差を低減させることができる。これにより、電力変換装置の熱設計が容易になる。さらに各スイッチングデバイスの損失が均一化される方向となるため、スイッチングデバイスの冷却体（ヒートシンクなど）を小形化しやすくなる。
【０１２７】
さらに、本実施形態１は、電圧ステップ数（電圧レベル数）Ｎに関わらず、搬送波は、第１，第２搬送波ｃａｒｒｉｅｒ１、ｃａｒｒｉｅｒ２の２種類のみでよい。搬送波を多数設ける必要がないため、制御回路を簡素化できる。
【０１２８】
なお、本実施形態１では、５レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（５）＊，５レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（５）＊，９レベルの第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ（９）＊，９レベルのＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ（９）＊を混合しているが、１つもしくは電圧ステップ数の異なる２つ以上のステップ電圧指令値とこれらのステップ電圧指令値に対応するＰＷＭ電圧指令値を混合して混合電圧指令値Ｖａ＊を生成すればよい。また、ステップ電圧指令値を省略し、少なくとも２つ以上のＰＷＭ電圧指令値を混合して混合電圧指令値Ｖａ＊を生成しても良い。
【０１２９】
以上の方法によって生成した混合電圧指令値Ｖａ＊に基づいて、マルチレベル電力変換器のスイッチングデバイスのゲート信号を生成する。
【０１３０】
［実施形態２］
本実施形態２は、電圧ステップ数をＮとするとき、以下の（８）式から（２２）式によって得られる第１電圧指令値ｖ１＊と第２電圧指令値ｖ２＊をそれぞれ以下の（２３）式のｖ＊に代入し、第３，第４ステップ電圧指令値を生成するものである。この第３，第４ステップ電圧指令値は、二相変調において、変調率が１のときの正弦波形から、電圧ステップ数で正規化されたステップの電圧値にスケールダウンして飽和位置を変更したものである。この第３，第４ステップ電圧指令値を利用して混合電圧指令値Ｖａ＊を生成する。
【０１３１】
【数８】
2019057970.tif 000080
【０１３２】
【数９】
2019057970.tif 000081
【０１３３】
【数１０】
2019057970.tif 000082
【０１３４】
【数１１】
2019057970.tif 000083
【０１３５】
【数１２】
2019057970.tif 000084
【０１３６】
【数１３】
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【０１３７】
【数１４】
2019057970.tif 000086
【０１３８】
【数１５】
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【０１３９】
【数１６】
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【０１４０】
【数１７】
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【０１４１】
【数１８】
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【０１４２】
【数１９】
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【０１４３】
【数２０】
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【０１４４】
【数２１】
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【０１４５】
【数２２】
2019057970.tif 000094
【０１４６】
【数２３】
2019057970.tif 000095
【０１４７】
（８）式は、２／（ｋ−１）（Ｎ−１）＜Ａ≦２／（ｋ−１）（Ｎ−１）のときにｈk＝２／ｋ（Ｎ−１）で、それ以外のときにｈk＝０であることを意味する。（１６）式は、｜ｃ｜＜｜ｄ｜のときにｆ＝ｃ、｜ｃ｜≧｜ｄ｜のときにｆ＝ｄであることを意味する。（１７）式、（２０）式、（２１）式も同様である。
【０１４８】
ここで、（８）式、（１０）式のＡは、変調率である。（１５）式、（１９）式のｊは、第１電圧指令値ｖ１＊、第２電圧指令値ｖ２＊の波形を変調するための係数である。一般的に係数ｊ＝０．５を適用する。
【０１４９】
図５に、飽和位置を正弦波形の頂点付近とした場合の第１電圧指令値Ｖ１＊，９レベルの第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３（９）＊，９レベルの第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１（９）＊，飽和位置を正弦波形の頂点の両側付近とした場合の第２電圧指令値Ｖ２＊，９レベルの第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４（９）＊，９レベルの第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２（９）＊を示す。
【０１５０】
各電圧指令値の生成方法について説明する。（１８）式によって得られる第１電圧指令値ｖ１＊を（２３）式のｖ＊へ代入することによって、飽和位置を正弦波の頂点付近とした場合の９レベルの第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３（９）＊が得られる。（２２）式によって得られる第２電圧指令値ｖ２＊を（２３）式のｖ＊へ代入することによって、飽和位置を正弦波の頂点の両側付近とした場合の９レベルの第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４（９）＊が得られる。
【０１５１】
９レベルの第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１（９）＊、９レベルの第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２（９）＊の生成は、実施形態１と同様、（３）式〜（７）式を用いる。９レベルの第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１（９）＊は、（３）式のｖ＊に（１８）式の第１電圧指令値ｖ１＊を、（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に（２３）式の９レベルの第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３（９）＊を代入して、さらに（４）式〜（７）式を用いることによって得られる。
【０１５２】
９レベルの第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２（９）＊は、（３）式のｖ＊に（２２）式の第２電圧指令値ｖ２＊を、（３）式と（７）式のｖｓｔｅｐ＊に（２３）式の９レベルの第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４（９）＊を代入して、さらに（４）式〜（７）式を用いることによって得られる。
【０１５３】
図５では、（１０）式の電圧指令値ｖ＊の変調率Ａが０．５，０．７５，１，１．１５５のときに電圧指令値の補正を行い、２種類の飽和位置を変更した第１，第２電圧指令値ｖ１＊，ｖ２＊を生成し、それらに対して９レベルの第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３（９）＊，９レベルの第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４（９）＊，９レベルの第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１（９）＊、９レベルの第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２（９）＊を生成している。これらの４種類の電圧指令値を利用して混合電圧指令値Ｖａ＊を生成する。
【０１５４】
本実施形態２では、実施形態１の図３と同様に、９レベルの第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３（９）＊，９レベルの第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４（９）＊，９レベルの第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１（９）＊、９レベルの第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２（９）＊を混合して混合電圧指令値Ｖａ＊を生成している。
【０１５５】
ただし、他のレベルの第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３＊，第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４＊，第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１＊，第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２＊を混合して、混合電圧指令値Ｖａ＊を生成してもよい。
【０１５６】
また、混合電圧指令値Ｖａ＊は、第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３＊と、第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４＊と、第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１＊と、第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２＊を各種１種類以上含んでいればよい。（つまり、第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３＊は１種類もしくは電圧ステップ数Ｎの異なる２種以上となる。第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４＊は１種類もしくは電圧ステップ数Ｎの異なる２種以上となる。第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１＊は、第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３＊と同数となる。第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２＊は、第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４＊と同数となる。）また、第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３＊と、第４ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ４＊と、第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１＊と、第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２＊に追加して、実施形態１の第１ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ＊，ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ＊を混合して、混合電圧指令値Ｖａ＊を生成してもよい。
【０１５７】
さらに、混合電圧指令値Ｖａ＊に、第３ステップ電圧指令値ｖｓｔｅｐ３＊と第４ステップ電圧指令値Ｖｓｔｅｐ４＊は含まれていなくてもよく、第１ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ１＊と第２ＰＷＭ電圧指令値ｖｐｗｍ２＊を混合した値でもよい。
【０１５８】
以上の方法によって生成した混合電圧指令値Ｖａ＊に基づいて、マルチレベル電力変換器のスイッチングデバイスのゲート信号を生成する。
【０１５９】
力率や電流の大きさによる切り換えとは別に、このように電圧指令値の飽和位置を変更することでも、スイッチングデバイスに発生する損失の傾向を変えることができ、実施形態１と同様の作用効果を奏する。
【０１６０】
よって、本実施形態２は、電力変換装置の損失を所望の値以下にする場合や、各スイッチングデバイスの損失の差を低減させる場合において、有効な方法である。
【０１６１】
以上、本発明において、記載された具体例に対してのみ詳細に説明したが、本発明の技術思想の範囲で多彩な変形および修正が可能であることは、当業者にとって明白なことであり、このような変形および修正が特許請求の範囲に属することは当然のことである。
【０１６２】
なお、本願発明は、５レベル以上の電圧を出力するマルチレベル電力変換装置であれば、回路構成を問わず適用可能である。
【符号の説明】
【０１６３】
Ｖ＊…正弦波の電圧指令値
ｃａｒｒｉｅｒ１，ｃａｒｒｉｅｒ２…第１，第２搬送波
ｖｓｔｅｐ＊…第１ステップ電圧指令値
ｖｓｔｅｐ２＊…第２ステップ電圧指令値
ｖｓｔｅｐ（５）＊…５レベルの第１ステップ電圧指令値
ｖｓｔｅｐ（９）＊…９レベルの第１ステップ電圧指令値
ｖｐｗｍ＊…ＰＷＭ電圧指令値
ｖｐｗｍ（５）＊…５レベルのＰＷＭ電圧指令値
ｖｐｗｍ（９）＊…９レベルのＰＷＭ電圧指令値
ｖｓｔｅｐ３（９）＊…９レベルの第３ステップ電圧指令値
ｖｓｔｅｐ４（９）＊…９レベルの第４ステップ電圧指令値
ｖ１＊…第１電圧指令値
ｖ２＊…第２電圧指令値
ｖｐｗｍ１（９）＊…９レベルの第１ＰＷＭ電圧指令値
ｖｐｗｍ２（９）＊…９レベルの第２ＰＷＭ電圧指令値
【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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