(57)【要約】【課題】共振抑制を行うことができる電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法を提供すること。【解決手段】実施形態に係る電力変換装置は、振動成分検出部および出力電圧制御部を備える。振動成分検出部は、交流電源の各相と負荷の各相との間に設けられた電力変換部の入力電圧に含まれる振動成分または交流電源と電力変換部との間に設けられたフィルタに流れる電流に含まれる振動成分を検出する。出力電圧制御部は、振動成分検出部によって検出された振動成分に基づき、フィルタの共振を抑制するように電力変換部の出力電圧を制御する。【選択図】図１
2015201996.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の各相と負荷の各相との間に設けられた電力変換部と、
前記電力変換部を制御して前記交流電源と前記負荷との間の電力変換制御を行う制御部と、
前記交流電源と前記電力変換部との間に設けられたフィルタと、を備え、
前記制御部は、
前記電力変換部の入力電圧に含まれる振動成分または前記フィルタに流れる電流に含まれる振動成分を検出する振動成分検出部と、
前記振動成分検出部によって検出された前記振動成分に基づき、前記フィルタの共振を抑制するように前記電力変換部の出力電圧を制御する出力電圧制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
出力電圧指令を生成する指令生成部と、
前記出力電圧指令に基づいて前記電力変換部の出力電圧を制御するスイッチ駆動部と、を備え、
前記出力電圧制御部は、
前記振動成分検出部によって検出された前記振動成分に基づいて前記出力電圧指令を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記出力電圧制御部は、
前記振動成分検出部によって検出された前記振動成分と前記入力電圧との比率に基づいた電圧調整値を演算する調整値演算部と、
前記電圧調整値を前記出力電圧指令に乗じることにより、前記出力電圧指令を調整する指令調整部と、を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
出力電圧指令を生成する指令生成部と、
前記出力電圧指令に基づいて前記電力変換部をＰＷＭ制御するスイッチ駆動部を備え、
前記出力電圧制御部は、
前記振動成分検出部によって検出された前記振動成分に基づいて前記ＰＷＭ制御のデューティ比を制御することにより、前記出力電圧を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記スイッチ駆動部は、
前記入力電圧の振幅値と前記出力電圧指令とに応じたデューティ比により前記ＰＷＭ制御を行い、
前記出力電圧制御部は、
前記振動成分検出部によって検出された前記振動成分に基づいて前記ＰＷＭ制御で用いられる前記振幅値を調整することによって前記ＰＷＭ制御のデューティ比を調整する
ことを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記振動成分検出部は、
前記入力電圧の振幅または前記フィルタに流れる電流の振幅を検出する振幅検出部と、
前記振幅検出部によって検出された前記振幅の変動成分を前記振動成分として抽出する振動成分抽出部と、を備える
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記振動成分検出部によって検出された前記振動成分に基づき、前記フィルタの共振を抑制するように前記電力変換部の入力電流の位相を制御する入力電流制御部を備える
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項８】
交流電源の各相と負荷の各相との間に設けられた電力変換部の入力電圧に含まれる振動成分または前記交流電源と前記電力変換部との間に設けられたフィルタに流れる電流に含まれる振動成分を検出する振動成分検出部と、
前記振動成分検出部によって検出された前記振動成分に基づき、前記フィルタの共振を抑制するように前記電力変換部の出力電圧を制御する出力電圧制御部と、
を備えることを特徴とする電力変換装置の制御装置。
【請求項９】
交流電源の各相と負荷の各相との間に設けられた電力変換部の入力電圧に含まれる振動成分または前記交流電源と前記電力変換部との間に設けられたフィルタに流れる電流に含まれる振動成分を検出する工程と、
前記検出された前記振動成分に基づき、前記フィルタの共振を抑制するように前記電力変換部の出力電圧を制御する工程と、
を有することを特徴とする電力変換装置の制御方法。
【請求項１０】
前記出力電圧の指令である出力電圧指令を生成する工程と、
前記出力電圧指令に基づいて前記電力変換部を制御する工程と、を有し、
前記出力電圧を制御する工程は、
前記検出された前記振動成分に基づいて前記出力電圧指令を調整する工程を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置の制御方法。
【請求項１１】
前記出力電圧の指令である出力電圧指令を生成する工程と、
前記出力電圧指令に基づいて前記電力変換部をＰＷＭ制御する工程と、を有し、
前記出力電圧を制御する工程は、
前記検出された前記振動成分に基づいて前記ＰＷＭ制御のデューティ比を制御することにより、前記出力電圧を制御する工程を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示の実施形態は、電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力変換装置として、交流電源の電力を任意の周波数・電圧の交流電力へ直接変換するマトリクスコンバータや交流電源への電力回生を行う回生コンバータなどが知られている。
【０００３】
かかる電力変換装置は、半導体スイッチなどのスイッチング素子を有しており、かかるスイッチング素子をスイッチングすることによって電力変換を行うことから、スイッチングに起因する高調波ノイズが発生することがある。そのため、電力変換装置においては、入力側にフィルタが配置されることがある。
【０００４】
このように入力側にフィルタを配置した場合、フィルタを構成するリアクトルとコンデンサによる共振によって入力電流または入力電圧にひずみが発生する場合がある。例えば、エネルギバッファを持たないマトリクスコンバータにおいては入力側のひずみによって出力側にもひずみが現れる。かかるひずみの抑制方法として、例えば、出力電流に含まれる振動成分を抽出し、かかる振動成分に基づいて出力電流指令を調整する技術がある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１３／０８０７４４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
出力電流に含まれる振動成分に基づいて出力電流指令を調整する技術は、共振抑制制御と電流制御との干渉により電力変換制御の応答性が低下するおそれがある。
【０００７】
実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、新たな共振抑制技術により共振抑制を行うことができる電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
実施形態の一態様に係る電力変換装置は、電力変換部と、制御部と、フィルタとを備える。前記電力変換部は、交流電源の各相と負荷の各相との間に設けられる。前記制御部は、前記電力変換部を制御して前記交流電源と前記負荷との間の電力変換制御を行う。前記フィルタは、前記交流電源と前記電力変換部との間に設けられる。前記制御部は、振動成分検出部と、出力電圧制御部とを備える。前記振動成分検出部は、前記電力変換部の入力電圧に含まれる振動成分または前記フィルタに流れる電流に含まれる振動成分を検出する。前記出力電圧制御部は、前記振動成分検出部によって検出された前記振動成分に基づき、前記フィルタの共振を抑制するように前記電力変換部の出力電圧を制御する。
【発明の効果】
【０００９】
実施形態の一態様によれば、共振抑制を行うことができる電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す双方向スイッチの構成例を示す図である。
【図３】図３は、フィルタの回路図である。
【図４Ａ】図４Ａは、電源相電圧を入力とし、入力相電圧を出力とするブロック図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、入力相電圧を入力相電流にフィードバックする構成を追加したブロック図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、図４Ｂのブロック図を置き換えたブロック図である。
【図５】図５は、出力相電圧の制御による入力有効電流の変動のイメージを示す図である。
【図６】図６は、図１に示す入力電圧推定部、振動成分検出部および出力電圧制御部の構成例を示す図である。
【図７】図７は、電力変換装置において共振抑制制御を行う前と後での電力変換装置の三相交流出力電圧のシミュレーション結果を示す図である。
【図８】図８は、出力電圧制御部の他の構成を示す図である。
【図９】図９は、図１に示す制御部による制御例を示すフローチャートである。
【図１０】図１０は、第２の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図１１】図１１は、図１０に示す入力電圧推定部、振動成分検出部および出力電圧制御部の構成例を示す図である。
【図１２】図１２は、図１０に示す制御部による制御例を示すフローチャートである。
【図１３】図１３は、第３の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図１４】図１４は、図１３に示す振動成分検出部および入力電流制御部の構成例を示す図である。
【図１５】図１５は、電力変換装置において共振抑制制御を行う前と後での電力変換装置の三相交流出力電圧のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】図１６は、図１３に示す制御部による制御例を示すフローチャートである。
【図１７】図１７は、第４の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【図１８】図１８は、第５の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本願の開示する電力変換装置、電力変換装置の制御装置および電力変換装置の制御方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、電力変換装置の一例としてマトリクスコンバータを例に挙げて説明するが、電力変換装置はマトリクスコンバータに限定されるものではなく、例えば、回生コンバータやインバータであってもよい。また、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
［１．第１の実施形態］
［１．１．電力変換装置の構成例］
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成例を示す図である。図１に示すように、第１の実施形態に係る電力変換装置１は、３相交流電源２（以下、単に交流電源２と記載する）と３相交流負荷３（以下、単に負荷３と記載する）との間に設けられるマトリクスコンバータである。
【００１３】
交流電源２は、例えば、電力系統である。負荷３は、例えば、交流電動機や交流発電機である。以下においては、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相を入力相と記載し、負荷３のＵ相、Ｖ相およびＷ相を出力相と記載する。
【００１４】
電力変換装置１は、入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔと、出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗと、電力変換部１０と、フィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、制御部２０とを備える。
【００１５】
電力変換部１０は、交流電源２の各相と負荷３の各相とを接続する複数の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗ（以下、双方向スイッチＳｗと総称する場合がある）を備える。
【００１６】
双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＵ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＶ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗは、交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相と負荷３のＷ相とをそれぞれ接続する。
【００１７】
図２は、双方向スイッチＳｗの構成例を示す図である。図２に示すように、双方向スイッチＳｗは、スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１の直列接続回路と、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２との直列接続回路とを有し、これらの直列接続回路は逆並列接続される。
【００１８】
なお、双方向スイッチＳｗは、複数のスイッチング素子を有して導通方向を制御可能な構成であればよく、図２に示す構成に限定されない。例えば、図２に示す例では、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード同士が接続されているが、双方向スイッチＳｗは、ダイオードＤ１、Ｄ２のカソード同士が接続されない構成でもよい。
【００１９】
また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor  Field-Effect  Transistor)やＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）などの半導体スイッチング素子である。また、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、例えば、窒化ガリウム(ＧａＮ)または炭化珪素(ＳｉＣ)を含むワイドバンドギャップ半導体であってもよい。なお、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２が例えば逆阻止型ＩＧＢＴの場合、ダイオードＤ１、Ｄ２を設けなくてもよい。
【００２０】
なお、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ９は、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗのスイッチング素子Ｑ１のゲートに入力される。また、ゲート信号Ｓ１０〜Ｓ１８は、双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗのスイッチング素子Ｑ２のゲートに入力される。
【００２１】
図１に戻って、電力変換装置１の説明を続ける。フィルタ１１は、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と電力変換部１０との間に設けられ、電力変換部１０を構成する双方向スイッチＳｗのスイッチングに起因するスイッチングノイズを除去する。
【００２２】
フィルタ１１は、３つのリアクトルＬｒ、Ｌｓ、Ｌｔと、３つのコンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒとを含むＬＣフィルタである。リアクトルＬｒ、Ｌｓ、Ｌｔは、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相と電力変換部１０との間にそれぞれ接続される。
【００２３】
コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒは、異なる２つの入力相の間にそれぞれ接続される。具体的には、コンデンサＣｒｓは、Ｒ相とＳ相との間に接続され、コンデンサＣｓｔは、Ｓ相とＴ相との間に接続され、コンデンサＣｔｒは、Ｔ相とＲ相との間に接続される。なお、フィルタ１１は、図１に示す構成に限定されず、他の構成であってもよい。
【００２４】
入力電圧検出部１２は、交流電源２から電力変換部１０へ入力される交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の瞬時電圧値Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔ（以下、入力相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔと記載する）を検出する。なお、以下においては、入力相電圧Ｖｒ、Ｖｓ、Ｖｔを入力相電圧Ｖｒｓｔと記載する場合がある。また、電力変換部１０へ入力される交流電源２のＲ相、Ｓ相、Ｔ相の各相の電流Ｉｍｒ、Ｉｍｓ、Ｉｍｔを入力相電流Ｉｍｒｓｔと記載する場合がある。
【００２５】
出力電流検出部１３は、電力変換部１０と負荷３のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれとの間に流れる電流の瞬時値Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗ（以下、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗと記載する）を検出する。なお、出力電流検出部１３は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する。また、以下においては、出力相電流Ｉｕ、Ｉｖ、Ｉｗを出力相電流Ｉｕｖｗと記載する場合がある。
【００２６】
制御部２０は、電力変換部１０を制御して交流電源２と負荷３との間の電力変換制御を行う。かかる制御部２０は、実行する運転モードとして、力行運転モードと回生運転モードを有する。
【００２７】
力行運転モードにおいて、制御部２０は、交流電源２から入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔを介して供給される３相交流電力を任意の電圧および周波数の３相交流電力に変換して出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗから負荷３へ出力するように電力変換部１０を制御する。
【００２８】
回生運転モードにおいて、制御部２０は、負荷３から出力端子Ｔｕ、Ｔｖ、Ｔｗを介して供給される回生電力を、交流電源２の周波数および電圧の３相交流電力に変換して入力端子Ｔｒ、Ｔｓ、Ｔｔから交流電源２へ供給するように電力変換部１０を制御する。
【００２９】
制御部２０は、入力電圧推定部２１と、指令生成部２２と、振動成分検出部２３と、出力電圧制御部２４と、スイッチ駆動部２５とを備える。
【００３０】
入力電圧推定部２１は、入力相電圧Ｖｒｓｔに基づいて電源相電圧Ｅｒｓｔの推定値Ｅｒｓｔ^（以下、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^と記載する）を演算する。電源相電圧Ｅｒｓｔは、交流電源２のＲ相、Ｓ相およびＴ相の電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔ（以下、電源相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔと記載する）を含む。また、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^は、電源相電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの推定値（以下、電源相推定電圧Ｅｒ^、Ｅｓ^、Ｅｔ^と記載する）を含む。
【００３１】
指令生成部２２は、例えば、ＰＩ（比例積分）制御器を有する。かかる指令生成部２２は、出力相電流指令Ｉｕｖｗ*と出力相電流Ｉｕｖｗとの偏差がゼロになるように出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*（出力電圧指令の一例）を生成する。なお、出力相電流指令Ｉｕｖｗ*は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力相電流指令Ｉｕ*、Ｉｖ*、Ｉｗ*を含み、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力相電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を含む。
【００３２】
振動成分検出部２３は、入力相電圧Ｖｒｓｔに含まれる振動成分ΔＶｃを検出する。具体的には、振動成分検出部２３は、入力相電圧Ｖｒｓｔに含まれるフィルタ１１の共振周波数成分を振動成分ΔＶｃとして検出する。
【００３３】
入力相電圧Ｖｒｓｔに含まれる振動成分ΔＶｃは、フィルタ１１の共振によって生じることから、フィルタ１１を構成するコンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒの両端電圧からも振動成分ΔＶｃを抽出することができる。
【００３４】
出力電圧制御部２４は、振動成分検出部２３によって検出された振動成分ΔＶｃに基づき、フィルタ１１の共振を抑制するように電力変換部１０の出力電圧を制御する。具体的には、出力電圧制御部２４は、振動成分ΔＶｃに応じた電圧調整値を演算する。出力電圧制御部２４は、電圧調整値に基づいて出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を調整することによって出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を生成する。出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相の出力相電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を含む。
【００３５】
スイッチ駆動部２５は、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^および出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*に基づいてゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。スイッチ駆動部２５は、生成したゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を電力変換部１０の双方向スイッチＳｒｕ、Ｓｓｕ、Ｓｔｕ、Ｓｒｖ、Ｓｓｖ、Ｓｔｖ、Ｓｒｗ、Ｓｓｗ、Ｓｔｗへ出力する。
【００３６】
スイッチ駆動部２５は、例えば、電源相推定電圧Ｅｒ^、Ｅｓ^、Ｅｔ^の大きさの大小関係が変化しない期間において、電源相推定電圧Ｅｒ^、Ｅｓ^、Ｅｔ^の大きさが大きい順に入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎとする。スイッチ駆動部２５は、出力相電圧指令Ｖｕ１*、Ｖｖ１*、Ｖｗ１*を、入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの各電圧値に対応したＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）信号に変換する。スイッチ駆動部２５は、ＰＷＭ信号に転流制御処理を施し、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。
【００３７】
制御部２０は、このように、振動成分ΔＶｃに応じた電圧調整値により調整した出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*に基づいて電力変換部１０の制御を行うことで、フィルタ１１の共振を抑制しつつ交流電源２と負荷３との間の電力変換を行うことができる。
【００３８】
制御部２０は、例えば、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、入出力ポートなどを有するマイクロコンピュータやＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）やＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）等の集積回路により実現される。
【００３９】
ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されたプログラムを読み出して実行することで、入力電圧推定部２１、指令生成部２２、振動成分検出部２３、出力電圧制御部２４およびスイッチ駆動部２５の一部または全部の機能を実行することができる。また、ＡＳＩＣやＦＰＧＡなどの回路によって、入力電圧推定部２１、指令生成部２２、振動成分検出部２３、出力電圧制御部２４およびスイッチ駆動部２５の一部または全部の機能を実行することもできる。
【００４０】
［１．２．共振抑制制御］
上述のように、電力変換装置１は、振動成分検出部２３によって検出された振動成分ΔＶｃに基づき、フィルタ１１の共振を抑制するように電力変換部１０の出力電圧を制御する。かかる共振抑制制御について、具体的に説明する。
【００４１】
図３は、フィルタ１１の回路図である。図３に示すように、フィルタ１１のリアクトルＬｒ、Ｌｓ、ＬｔのインダクタンスをＬｆとし、フィルタ１１のコンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、ＣｔｒのキャパシタンスをＣｆとすると、フィルタ１１の状態方程式は、式（１）に示すようになる。
【００４２】
【数１】
2015201996.tif 000003
【００４３】
上記式（１）から、例えば、Ｒ相における電源相電圧Ｅｒと入力相電圧Ｖｒとの関係は、図４Ａに示すように表すことができる。図４Ａは、電源相電圧Ｅｒを入力とし、入力相電圧Ｖｒを出力とするブロック図である。図４Ａから分かるように、フィルタ１１は、共振周波数が√（３ＬｆＣｆ）であり、共振を抑制する要素であるダンピング要素が存在しない。
【００４４】
図４Ａに示すブロック図に対し、図４Ｂに示すように、入力相電圧Ｖｒを入力相電流Ｉｍｒへフィードバックする構成を追加する。図４Ｂは、入力相電圧Ｖｒを入力相電流Ｉｍｒにフィードバックする構成を追加したブロック図である。
【００４５】
図４Ｂに示すブロック図は、図４Ｃに示すブロック図に置き換えることができる。図４Ｃは、図４Ｂのブロック図を置き換えたブロック図である。図４Ｃに示すブロック図においては、「ＫｄＬｆｓ」がダンピング要素として現れる。したがって、入力相電圧Ｖｒｓｔの振動成分ΔＶｃにより入力電流制御を行うことで、フィルタ１１の共振を抑制することが可能である。
【００４６】
ここで、入力有効電流は、入力有効電力と出力有効電力との釣り合いにより、以下の式（２）、（３）に示すように表すことができる。なお、「ＩｉｎＰ」は、入力有効電流であり、「ＩｏＰ」は、出力有効電力である。また、「Ｖｉｎ」は、入力相電圧Ｖｒｓｔの二乗平均平方根であり、「Ｖｏ」は、出力相電圧Ｖｕｖｗの二乗平均平方根である。
【数２】
2015201996.tif 000004
【００４７】
電力変換装置１の入力側は電圧源であり、電力変換装置１の出力側は電流源であることから、入力相電流Ｉｒｓｔおよび出力相電圧Ｖｕｖｗの変化に対して入力相電圧Ｖｒｓｔおよび出力相電流Ｉｕｖｗの変化は十分遅い。そのため、下記式（４）に示す関係が成り立つ。
【数３】
2015201996.tif 000005
【００４８】
したがって、瞬時的に出力電圧Ｖｏを制御することにより、図５に示すように、入力有効電流ＩｉｎＰを瞬時的に制御できる。図５は、出力電圧Ｖｏの制御による入力有効電流ＩｉｎＰの変動のイメージを示す図である。制御部２０は、振動成分ΔＶｃに基づき、振動成分ΔＶｃを抑制するように電力変換部１０の出力相電圧Ｖｕｖｗを制御する。
【００４９】
図６は、入力電圧推定部２１、振動成分検出部２３および出力電圧制御部２４の構成例を示す図である。以下、図６を参照し、入力電圧推定部２１、振動成分検出部２３および出力電圧制御部２４の順に具体的に説明する。
【００５０】
［１．２．１．入力電圧推定部２１］
入力電圧推定部２１は、電圧位相検出器３０と、座標変換器３１とを備える。電圧位相検出器３０は、入力相電圧Ｖｒｓｔの位相θ（以下、入力電圧位相θと記載する）を求める。
【００５１】
電圧位相検出器３０は、例えば、入力相電圧Ｖｒｓｔを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換することにより、α軸方向の電圧値Ｖαとβ軸方向の電圧値Ｖβとを求める。電圧位相検出器３０は、例えば、電圧値Ｖα、Ｖβをｄｑ軸直交座標系のｄｑ成分へ変換した場合にｄ軸成分が零となるようにｄｑ軸直交座標系の位相を演算する。電圧位相検出器３０は、このように演算したｄｑ軸直交座標系の位相を入力電圧位相θとして出力する。
【００５２】
座標変換器３１は、後述する入力電圧振幅値ｋと入力電圧位相θとに基づいて、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^を演算する。例えば、座標変換器３１は、以下の式（５）〜（７）から、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^を演算する。
Ｅｒ^＝ｋ×ｓｉｎ（θ）                    ・・・（５）
Ｅｓ^＝ｋ×ｓｉｎ（θ−（２π／３））      ・・・（６）
Ｅｔ^＝ｋ×ｓｉｎ（θ＋（２π／３））      ・・・（７）
【００５３】
［１．２．２．振動成分検出部２３］
振動成分検出部２３は、振幅検出器３２と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３３と、減算器３４とを備える。ローパスフィルタ３３および減算器３４は振動成分抽出部の一例である。
【００５４】
振幅検出器３２は、入力相電圧Ｖｒｓｔの振幅Ｖａ（以下、入力電圧振幅Ｖａと記載する）を検出する。振幅検出器３２は、例えば、入力相電圧Ｖｒｓｔの二乗平均平方根（実効値）を演算し、かかる実効値を入力電圧振幅Ｖａとして検出する。
【００５５】
ローパスフィルタ３３は、フィルタ１１の共振周波数よりも低いカットオフ周波数を有しており、入力電圧振幅Ｖａからフィルタ１１の共振周波数成分を除去する。これにより、ローパスフィルタ３３は、入力相電圧Ｖｒｓｔの基本波成分の振幅値ｋ（以下、入力電圧振幅値ｋと記載する）を抽出する。
【００５６】
減算器３４は、入力電圧振幅Ｖａからフィルタ１１の出力を減算することにより、入力電圧振幅Ｖａに含まれる振動成分ΔＶｃを抽出する。かかる振動成分ΔＶｃには、フィルタ１１の共振周波数成分が含まれる。
【００５７】
［１．２．３．出力電圧制御部２４］
出力電圧制御部２４は、除算器３５と、増幅器３６と、減算器３７と、乗算器３８とを備える。なお、除算器３５、増幅器３６および減算器３７は調整値演算部の一例であり、乗算器３８は指令調整部の一例である。
【００５８】
除算器３５は、振動成分ΔＶｃを入力電圧振幅値ｋで除算し、入力電圧振幅値ｋに対する振動成分ΔＶｃの比率Ｐ（＝ΔＶｃ／ｋ）を求める。増幅器３６は、調整ゲインＫｄを有しており、除算器３５の除算結果をＫｄ倍する。調整ゲインＫｄは、力行運転モードの場合には０以上の値に設定され、回生運転モードの場合には０以下に設定される。
【００５９】
減算器３７は、１から増幅器３６の出力を減算して電圧調整値Ｖｃｍｐ（＝１−ΔＶｃ×Ｋｄ／ｋ）を求める。乗算器３８は、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に電圧調整値Ｖｃｍｐを乗算することによって出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を生成する。
【００６０】
このように、電力変換装置１は、振動成分検出部２３によって検出された振動成分ΔＶｃに基づき、フィルタ１１の共振を抑制するように電力変換部１０の出力電圧を制御する。図７は、電力変換装置１において共振抑制制御を行う前と後での電力変換装置１の三相交流出力電圧のシミュレーション結果を示す図である。図７に示すように、共振抑制制御によって共振が抑制されることが分かる。
【００６１】
なお、図６に示す出力電圧制御部２４は、例えば、図８に示す構成であってもよい。図８は、出力電圧制御部２４の他の構成例を示す図である。図８に示す出力電圧制御部２４は、増幅器５１と加算器５２とを備える。増幅器５１は、調整ゲインＫｄ’を有しており、振動成分ΔＶｃをＫｄ’倍して電圧調整値Ｖｃｍｐ２を求める。加算器５２は、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に電圧調整値Ｖｃｍｐ２を加算することにより、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を生成する。
【００６２】
［１．３．制御部２０による処理フロー］
図９は、制御部２０の制御処理の流れを示すフローチャートの一例である。制御部２０は、図９に示す制御処理を所定周期で繰り返し実行する。
【００６３】
図９に示すように、制御部２０は、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を生成し（Ｓｔｅｐ１０）、入力相電圧Ｖｒｓｔの振動成分ΔＶｃを検出する（Ｓｔｅｐ１１）。
【００６４】
次に、制御部２０は、入力相電圧Ｖｒｓｔの振動成分ΔＶｃに基づき、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を調整して、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を生成する（Ｓｔｅｐ１２）。かかる出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*に基づいて、制御部２０は、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する（Ｓｔｅｐ１３）。
【００６５】
制御部２０は、かかるゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８により電力変換部１０を制御することにより、フィルタ１１の共振を抑制した出力相電圧Ｖｕｖｗを電力変換部１０から出力することができる。また、制御部２０は、指令生成部２２へ入力される出力相電流Ｉｕｖｗを制御しないことから、共振抑制制御と電流制御との干渉による電力変換制御の応答性低下を回避することができる。
【００６６】
［２．第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る電力変換装置について説明する。なお、第２の実施形態に係る電力変換装置は、振動成分ΔＶｃに基づいてＰＷＭ制御のデューティ比を制御することにより、出力電圧を制御する点で第１の実施形態に係る電力変換装置１と異なる。なお、以下においては、電力変換装置１と同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６７】
図１０に示すように、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａは、電力変換部１０と、フィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、制御部２０Ａとを備える。制御部２０Ａは、入力電圧推定部２１Ａと、指令生成部２２と、振動成分検出部２３と、出力電圧制御部２４Ａと、スイッチ駆動部２５Ａとを備える。
【００６８】
出力電圧制御部２４Ａは、振動成分ΔＶｃに基づいて電力変換部１０のＰＷＭ制御で用いられる入力電圧振幅値ｋを調整し、調整後の入力電圧振幅値ｋ１を出力する。入力電圧推定部２１Ａは、入力相電圧Ｖｒｓｔと入力電圧振幅値ｋ１とに基づいて電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^を演算する。電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の電源相推定電圧Ｅｒ、Ｅｓ、Ｅｔの推定値（以下、電源相推定電圧Ｅｒ１^、Ｅｓ１^、Ｅｔ１^と記載する）を含む。
【００６９】
スイッチ駆動部２５Ａは、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^および出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に基づいてゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。例えば、スイッチ駆動部２５Ａは、電源相推定電圧Ｅｒ１^、Ｅｓ１^、Ｅｔ１^の大きさの大小関係が変化しない期間において、電源相推定電圧Ｅｒ１^、Ｅｓ１^、Ｅｔ１^を大きさが大きい順に入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎ（Ｅｐ＞Ｅｍ＞Ｅｎ）とする。
【００７０】
スイッチ駆動部２５Ａは、出力相電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*を、入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎの各電圧値に対応したデューティ比のＰＷＭ信号に変換する。スイッチ駆動部２５Ａは、ＰＷＭ信号に転流制御処理を施し、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。
【００７１】
ここで、ＰＷＭ制御のデューティ比行列を「Ｄ」、入力相電流Ｉｍｒｓｔのベクトル成分を入力電圧ベクトルＶｉ、出力相電圧Ｖｕｖｗのベクトル成分を出力電圧ベクトルＶｏとすると、以下の式（８）が成り立つ。
【数４】
2015201996.tif 000006
【００７２】
入力電圧ベクトルＶｉが１／ｋ倍だけ小さくなった値でデューティ比行列Ｄを導出すると、下記式（９）のように、デューティ比行列Ｄはｋ倍される。
【数５】
2015201996.tif 000007
【００７３】
しかし、入力電圧ベクトルＶｉは、実際には変化しないことから、上記式（９）は、下記式（１０）のように表わすことができ、出力電圧ベクトルＶｏはｋ倍される。
【数６】
2015201996.tif 000008
【００７４】
したがって、デューティ比演算に用いる電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^の振幅を変化させれば、間接的に出力相電圧Ｖｕｖｗの振幅を変化させることができる。そこで、出力電圧制御部２４Ａは、振動成分ΔＶｃに基づいて入力電圧振幅値ｋを調整する。
【００７５】
そして、スイッチ駆動部２５Ａは、調整後の入力電圧振幅値ｋ１により生成された電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^および出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成する。これにより、制御部２０Ａは、振動成分ΔＶｃに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比が調整され、振動成分ΔＶｃを抑制するように電力変換部１０の出力相電圧Ｖｕｖｗを制御することができる。
【００７６】
以下、スイッチ駆動部２５ＡによるＰＷＭ信号の生成方法の一例について説明する。スイッチ駆動部２５Ａは、例えば、電源相推定電圧Ｅｒ１^、Ｅｓ１^、Ｅｔ１^の大きさの大小関係が変化しない期間において、電源相推定電圧Ｅｒ１^、Ｅｓ１^、Ｅｔ１^の大きさが大きい順に入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎとする。
【００７７】
スイッチ駆動部２５Ａは、例えば、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^の位相から入力電流分配率αを求めるテーブルを有する。入力電流分配率αは、例えば、入力相電圧Ｅｐへの接続期間Ｔ１と入力相電圧Ｅｍへの接続期間Ｔ２とを規定する。入力電流分配率αは、例えば、α＝Ｔ２／Ｔ１で表される。
【００７８】
スイッチ駆動部２５Ａは、入力電流分配率αおよび入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎに基づき、搬送波信号の振幅を調整する。例えば、Δｅｍａｘ＝Ｅｐ−Ｅｎ、Δｅｍｉｄ＝Ｅｍ−Ｅｎとすると、スイッチ駆動部２５Ａは、Δｅｍａｘ＋α×Δｅｍｉｄを搬送波信号の振幅とする。
【００７９】
また、スイッチ駆動部２５Ａは、入力電流分配率αおよび出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に基づいて変調波信号を生成する。例えば、（１＋α）×Ｖｕｖｗ*と、Ｖｕｖｗ*とを変調波信号とする。スイッチ駆動部２５Ａは、例えば、入力相電圧Ｅｍが正であり、かつ、出力相電圧指令Ｖｕ*、Ｖｖ*、Ｖｗ*のうち出力相電圧指令Ｖｗ*が最も低い場合、Ｕ相に関しては（１＋α）×Ｖｕ*とＶｕ*とを変調波信号とし、Ｖ相に関しては（１＋α）×Ｖｖ*とＶｖ*とを変調波信号とする。
【００８０】
スイッチ駆動部２５Ａは、搬送波信号と変調波信号とを比較することにより、ＰＷＭ信号を生成する。スイッチ駆動部２５Ａは、例えば、ＰＷＭ信号に転流処理を施してゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。
【００８１】
図１１は、入力電圧推定部２１Ａ、振動成分検出部２３および出力電圧制御部２４Ａの構成例を示す図である。以下、図１１を参照し、出力電圧制御部２４Ａおよび入力電圧推定部２１Ａの順に具体的に説明する。
【００８２】
出力電圧制御部２４Ａは、増幅器３６Ａと、加算器３９とを備える。増幅器３６Ａは、調整ゲインＫｄを有しており、振動成分ΔＶｃをＫｄ倍して電圧調整値Ｖｃｍｐ１（＝ΔＶｃ×Ｋｄ）を生成する。加算器３９は、入力電圧振幅値ｋに電圧調整値Ｖｃｍｐ１を加算することにより、入力電圧振幅値ｋを調整する。加算器３９は、調整後の入力電圧振幅値ｋ１（＝ｋ＋Ｖｃｍｐ１）を出力する。
【００８３】
入力電圧推定部２１Ａは、電圧位相検出器３０と、座標変換器３１Ａとを備える。座標変換器３１Ａは、入力電圧振幅値ｋ１と入力電圧位相θとに基づいて、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^を演算する。例えば、入力電圧推定部２１Ａは、上記式（５）〜（７）において、Ｅｒｓｔ^をＥｒｓｔ１^へ置き換え、かつ、ｋをｋ１へ置き換えた式により、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^を演算する。
【００８４】
図１２は、制御部２０Ａの制御処理の流れを示すフローチャートの一例である。制御部２０Ａは、図１２に示す制御処理を所定周期で繰り返し実行する。
【００８５】
図１２に示すように、制御部２０Ａは、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を生成し（Ｓｔｅｐ２０）、入力相電圧Ｖｒｓｔの振動成分ΔＶｃを検出する（Ｓｔｅｐ２１）。また、制御部２０Ａは、入力電圧振幅値ｋを検出する（Ｓｔｅｐ２２）。
【００８６】
次に、制御部２０Ａは、入力相電圧Ｖｒｓｔの振動成分ΔＶｃに基づき、入力電圧振幅値ｋを調整して、入力電圧振幅値ｋ１を生成する（Ｓｔｅｐ２３）。かかる入力電圧振幅値ｋ１および入力電圧位相θに基づいて、制御部２０Ａは、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^を演算する（Ｓｔｅｐ２４）。
【００８７】
そして、制御部２０Ａは、振動成分ΔＶｃに応じて振幅が調整された電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^と出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*とに基づいて、デューティ比のＰＷＭ信号を生成する。制御部２０Ａは、かかるＰＷＭ信号に転流制御処理を施し、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する（Ｓｔｅｐ２５）。
【００８８】
制御部２０Ａは、かかるゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８により電力変換部１０を制御することにより、振動成分ΔＶｃに応じて振幅が調整された出力相電圧Ｖｕｖｗを電力変換部１０から出力することができる。
【００８９】
そのため、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａは、フィルタ１１の共振を抑制することができる。また、制御部２０Ａは、指令生成部２２へ入力される出力相電流Ｉｕｖｗを制御しないことから、共振抑制制御と電流制御との干渉による電力変換制御の応答性低下を回避することができる。
【００９０】
［３．第３の実施形態］
次に、第３の実施形態に係る電力変換装置について説明する。なお、第３の実施形態に係る電力変換装置は、出力電圧振幅を制御する共振抑制制御に加え、入力電流位相を制御する共振抑制制御を実行する点で第１の実施形態に係る電力変換装置１と異なる。なお、以下においては、電力変換装置１と同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００９１】
図１３は、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｂの構成例を示す図である。図１３に示すように電力変換装置１Ｂは、電力変換部１０と、フィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、電源電流検出部１４と、制御部２０Ｂとを備える。
【００９２】
電源電流検出部１４は、交流電源２から電力変換装置１Ｂへ供給されるＲ相、Ｓ相およびＴ相の電流の瞬時値Ｉｒ、Ｉｓ、Ｉｔ（以下、入力相電流Ｉｒｓｔと記載する場合がある）を検出する。なお、電源電流検出部１４は、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する。
【００９３】
制御部２０Ｂは、出力電圧振幅を制御する共振抑制制御に加え、入力電流位相を制御する共振抑制制御を実行する。かかる制御部２０Ｂは、入力電圧推定部２１と、指令生成部２２と、振動成分検出部２３と、出力電圧制御部２４と、スイッチ駆動部２５Ｂと、振動成分検出部２７と、入力電流制御部２８とを備える。
【００９４】
振動成分検出部２７は、入力相電流Ｉｒｓｔに含まれる振動成分ΔＩｃを抽出する。具体的には、振動成分検出部２７は、入力相電流Ｉｒｓｔに含まれるフィルタ１１の共振周波数成分を振動成分ΔＩｃとして検出する。
【００９５】
入力相電流Ｉｒｓｔに含まれる振動成分ΔＩｃは、フィルタ１１との共振によって生じることから、フィルタ１１を構成するコンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒに流れる電流（以下、コンデンサ電流Ｉｃと記載する）からも抽出することができる。電源電流検出部１４は、電力変換装置１Ｂへ入力される入力相電流Ｉｒｓｔを検出するが、電源電流検出部１４は、コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒに流れる電流を検出するようにしてもよい。この場合、振動成分検出部２７は、コンデンサ電流Ｉｃの振動成分を振動成分ΔＩｃとして抽出する。
【００９６】
なお、振動成分検出部２７は、例えば、図６に示す振動成分検出部２３と同様の構成である。また、振動成分検出部２７は、フィルタ１１の共振周波数成分を通過させるフィルタ（例えば、バンドパスフィルタやハイパスフィルタ）であってもよい。
【００９７】
入力電流制御部２８は、振動成分検出部２７によって検出された振動成分ΔＩｃに基づき、フィルタ１１の共振を抑制するように電力変換部１０の入力電流位相を制御する。具体的には、入力電流制御部２８は、振動成分ΔＩｃに応じた位相調整値を演算する。入力電流制御部２８は、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^を位相調整値分だけ位相をシフトして入力相電流指令Ｉｒｓｔ*を生成し、スイッチ駆動部２５Ｂへ出力する。入力相電流指令Ｉｒｓｔ*は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相の入力相電流指令Ｉｒ*、Ｉｓ*、Ｉｔ*を含む。
【００９８】
スイッチ駆動部２５Ｂは、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^、入力相電流指令Ｉｒｓｔ*および出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*に基づいて、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。これにより、制御部２０Ｂは、振動成分ΔＩｃに基づいてＰＷＭ信号のデューティ比が調整され、振動成分ΔＩｃを抑制するように電力変換部１０の出力相電圧Ｖｕｖｗを制御することができる。
【００９９】
以下、スイッチ駆動部２５ＢによるＰＷＭ信号の生成方法の一例について説明する。スイッチ駆動部２５Ｂは、例えば、電源相推定電圧Ｅｒ^、Ｅｓ^、Ｅｔ^の大きさの大小関係が変化しない期間において、電源相推定電圧Ｅｒ^、Ｅｓ^、Ｅｔ^の大きさが大きい順に入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎとする。
【０１００】
スイッチ駆動部２５Ｂは、例えば、入力相電流指令Ｉｒｓｔ*の位相から入力電流分配率αを求めるテーブルを有する。入力電流分配率αは、例えば、入力相電圧Ｅｐへの接続期間Ｔ１と入力相電圧Ｅｍへの接続期間Ｔ２とを規定する。入力電流分配率αは、例えば、α＝Ｔ２／Ｔ１で表される。
【０１０１】
スイッチ駆動部２５Ｂは、スイッチ駆動部２５Ａと同様に、入力電流分配率αおよび入力相電圧Ｅｐ、Ｅｍ、Ｅｎに基づき、搬送波信号の振幅を調整する。また、スイッチ駆動部２５Ｂは、スイッチ駆動部２５Ａと同様に、入力電流分配率αおよび出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に基づいて変調波信号を生成する。
【０１０２】
スイッチ駆動部２５Ｂは、搬送波信号と変調波信号とを比較することにより、ＰＷＭ信号を生成する。スイッチ駆動部２５Ｂは、例えば、ＰＷＭ信号に転流処理を施してゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。
【０１０３】
図１４は、図１３に示す振動成分検出部２７および入力電流制御部２８の構成例を示す図である。図１４に示す例では、３相をｄｑ座標変換して演算処理する例を示す。ｄｑ座標は入力電圧位相θに応じて回転する直交２軸の座標である。
【０１０４】
振動成分検出部２７は、電圧位相検出器４０と、座標変換器４１、４６と、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４２とを備える。入力電流制御部２８は、電圧位相検出器４０と、座標変換器４１と、ｓｉｇｎ関数演算器４３と、乗算器４４と、増幅器４５とを備える。図１４に示す例では、振動成分検出部２７と入力電流制御部２８とは、電圧位相検出器４０および座標変換器４１を共用しているが、これらを別々に有する構成であってもよい。
【０１０５】
電圧位相検出器４０は、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^に基づいて入力電圧位相θを検出する。電圧位相検出器４０は、電圧位相検出器３０と同様に、例えば、電源相推定電圧Ｅｒｓｔ^を固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換し、さらに、ｄｑ軸直交座標系のｄｑ成分へ変換した場合にｄ軸成分が零となるようにｄｑ軸直交座標系の位相を演算する。
【０１０６】
電圧位相検出器４０は、このように演算したｄｑ軸直交座標系の位相を入力電圧位相θとして出力する。なお、電圧位相検出器３０によって検出される入力電圧位相θを用いる場合、電圧位相検出器４０は不要である。
【０１０７】
座標変換器４１は、入力相電流Ｉｒｓｔを固定座標上の直交した２軸のαβ成分へ変換した後、入力電圧位相θに基づき、入力電圧位相θに応じて回転する直交２軸のｄｑ成分へ変換する。これにより、入力相電流Ｉｒｓｔがｄ軸電源電流Ｉｄとｑ軸電源電流Ｉｑへ変換される。
【０１０８】
ハイパスフィルタ４２は、カットオフ周波数がフィルタ１１の共振周波数よりも低く設定され、入力相電流Ｉｒｓｔに含まれる基本波成分を除去する。これにより、フィルタ１１の共振周波数分を含む振動成分ΔＩｄ（ΔＩｃの一例）が抽出される。
【０１０９】
ｓｉｇｎ関数演算器４３は、ｑ軸電源電流Ｉｑの極性が正極性である場合、Ｈｉｇｈレベルの極性信号Ａｉを乗算器４４へ出力する。また、ｓｉｇｎ関数演算器４３は、ｑ軸電源電流Ｉｑの極性が負極性である場合、Ｌｏｗレベルの極性信号Ａｉを乗算器４４へ出力する。なお、力行運転モードの場合、ｑ軸電源電流Ｉｑの極性が正極性であり、回生運転モードの場合、ｑ軸電源電流Ｉｑの極性が負極性である。
【０１１０】
乗算器４４は、振動成分ΔＩｄと極性信号Ａｉとを乗算し、乗算結果を振動成分ΔＩｄ１として出力する。これにより、振動成分ΔＩｄ１は、ｑ軸電源電流Ｉｑの極性に応じて正負が変わることから、運転モードに応じて適切な方向へ入力相電流指令Ｉｒｓｔ*の位相をシフトすることができる。
【０１１１】
増幅器４５は、調整ゲインＫｄ１を有しており、振動成分ΔＩｄ１をＫｄ１倍する。座標変換器４６は、ｑ軸成分として１を入力し、ｄ軸成分としてΔＩｄ１を入力する。座標変換器４６は、入力電圧位相θに基づき、入力したｄｑ成分を座標変換することにより、入力相電流指令Ｉｒｓｔ*を生成する。
【０１１２】
このように、電力変換装置１Ｂは、出力電圧振幅を制御する共振抑制制御に加え、入力電流位相を制御する共振抑制制御を実行する。出力電圧振幅の制御と入力電流位相の制御とは干渉しないことから、出力電圧振幅を制御する共振抑制制御のみの場合に比べ、共振抑制の精度を向上させることができる。
【０１１３】
図１５は、電力変換装置１Ｂにおいて共振抑制制御を行う前と後での電力変換装置１Ｂの三相交流出力電圧のシミュレーション結果を示す図である。図１５に示すように、共振抑制制御によって共振が抑制されることが分かる。また、入力電流位相を制御する共振抑制制御のみの場合に比べ、出力電圧振幅の制御と入力電流位相の制御とを併用した場合の方が、共振抑制効果が高いことが分かる。
【０１１４】
図１６は、制御部２０Ｂの制御処理の流れを示すフローチャートの一例である。制御部２０Ｂは、図１６に示す制御処理を所定周期で繰り返し実行する。なお、図１６に示す制御は、入力電流位相を制御する共振抑制制御を主とするものであり、出力電圧振幅を制御する共振抑制制御は図１２に示す場合と同様である。
【０１１５】
図１６に示すように、制御部２０Ｂは、入力相電流Ｉｒｓｔの振動成分ΔＩｃを検出する（Ｓｔｅｐ３０）。次に、制御部２０Ｂは、入力相電流Ｉｒｓｔの振動成分ΔＩｃに基づいて位相を調整した入力相電流指令Ｉｒｓｔ*を生成する（Ｓｔｅｐ３１）。
【０１１６】
制御部２０Ｂは、入力相電流指令Ｉｒｓｔ*に基づいて、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する（Ｓｔｅｐ３２）。制御部２０Ｂは、かかるゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８により電力変換部１０を制御することにより、フィルタ１１の共振を抑制した出力相電圧Ｖｕｖｗを電力変換部１０から出力することができる。
【０１１７】
［４．第４の実施形態］
次に、第４の実施形態に係る電力変換装置について説明する。なお、第４の実施形態に係る電力変換装置は、出力電圧振幅を制御する共振抑制制御に加え、入力電流位相を制御する共振抑制制御を実行する点で第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａと異なる。なお、以下においては、電力変換装置１Ａ、１Ｂと同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１１８】
図１７は、第４の実施形態に係る電力変換装置１Ｃの構成例を示す図である。図１７に示すように電力変換装置１Ｃは、電力変換部１０と、フィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、電源電流検出部１４と、制御部２０Ｃとを備える。
【０１１９】
制御部２０Ｃは、入力電圧推定部２１Ａと、指令生成部２２と、振動成分検出部２３と、出力電圧制御部２４Ａと、スイッチ駆動部２５Ｃと、振動成分検出部２７と、入力電流制御部２８とを備える。
【０１２０】
スイッチ駆動部２５Ｃは、振動成分ΔＩｃに基づいて振幅が調整された電源相推定電圧Ｅｒｓｔ１^と出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に基づいて、デューティ比のＰＷＭ信号を生成する。スイッチ駆動部２５Ｃは、生成したＰＷＭ信号に転流制御処理を施し、ゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８を生成する。スイッチ駆動部２５Ｃは、かかるゲート信号Ｓ１〜Ｓ１８により電力変換部１０を制御することにより、フィルタ１１の共振を抑制した出力相電圧Ｖｕｖｗを電力変換部１０から出力することができる。
【０１２１】
第４の実施形態に係る電力変換装置１Ｃは、第３の実施形態に係る電力変換装置１Ｂと同様に、出力電圧振幅を制御する共振抑制制御に加え、入力電流位相を制御する共振抑制制御を有する。これにより、出力電圧振幅を制御する共振抑制制御のみの場合に比べ、共振抑制の精度を向上させることができる。
【０１２２】
［５．第５の実施形態］
次に、第５の実施形態に係る電力変換装置について説明する。なお、第５の実施形態に係る電力変換装置は、入力相電圧Ｖｒｓｔに含まれる振動成分ΔＶｃに代えてコンデンサ電流Ｉｃの振動成分ΔＩｃにより共振抑制制御を実行する点で第１の実施形態に係る電力変換装置１と異なる。なお、以下においては、電力変換装置１と同一機能を有する構成要素については同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１２３】
図１８は、第５の実施形態に係る電力変換装置１Ｄの構成例を示す図である。図１８に示すように電力変換装置１Ｄは、電力変換部１０と、フィルタ１１と、入力電圧検出部１２と、出力電流検出部１３と、電源電流検出部１４と、制御部２０Ｄとを備える。
【０１２４】
制御部２０Ｄは、入力電圧推定部２１と、指令生成部２２と、振動成分検出部２３Ｄと、出力電圧制御部２４Ｄと、スイッチ駆動部２５とを備える。
【０１２５】
振動成分検出部２３Ｄは、入力相電流Ｉｒｓｔに含まれるコンデンサ電流Ｉｃの振動成分ΔＩｃを抽出する。具体的には、振動成分検出部２３Ｄは、入力相電流Ｉｒｓｔに含まれるフィルタ１１の共振周波数成分を振動成分ΔＩｃとして検出する。
【０１２６】
なお、振動成分検出部２３Ｄは、例えば、図６に示す振動成分検出部２３と同様の構成である。また、振動成分検出部２３Ｄは、フィルタ１１の共振周波数成分を通過させるフィルタ（例えば、バンドパスフィルタやハイパスフィルタ）であってもよい。
【０１２７】
また、電源電流検出部１４は、電力変換装置１Ｄへ入力される入力相電流Ｉｒｓｔを検出するようにしたが、電源電流検出部１４は、コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒに流れる電流を検出するようにしてもよい。この場合、振動成分検出部２３Ｄは、コンデンサＣｒｓ、Ｃｓｔ、Ｃｔｒに流れる電流からコンデンサ電流Ｉｃの振動成分ΔＩｃとして抽出する。
【０１２８】
出力電圧制御部２４Ｄは、振動成分検出部２３Ｄによって検出された振動成分ΔＩｃに基づき、フィルタ１１の共振を抑制するように電力変換部１０の出力電圧を制御する。出力電圧制御部２４Ｄは、例えば、振動成分ΔＩｃに応じた電圧調整値を演算し、電圧調整値を出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*に乗算することによって出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を生成する。出力電圧制御部２４Ｄは、例えば、図６に示す出力電圧制御部２４と同様の構成である。
【０１２９】
このように、第５の実施形態に係る電力変換装置１Ｄは、入力相電流Ｉｒｓｔに含まれるコンデンサ電流Ｉｃの振動成分ΔＩｃに応じた電圧調整値に基づいて出力相電圧指令Ｖｕｖｗ*を調整することにより、出力相電圧指令Ｖｕｖｗ１*を生成する。これにより、電力変換装置１Ｄは、フィルタ１１の共振を抑制した出力相電圧Ｖｕｖｗを電力変換部１０から出力することができる。
【０１３０】
なお、第２の実施形態に係る電力変換装置１Ａの構成に、電源電流検出部１４を加え、さらに、振動成分検出部２３を振動成分検出部２３Ｄへ置き換える構成でも、電力変換装置１Ｄと同様に共振抑制を行うことができる。なお、この場合、出力電圧制御部２４Ａは、振動成分ΔＶｃを振動成分ΔＩｃへ置き換え、振動成分ΔＩｃに応じた調整ゲインＫｄを有する。
【０１３１】
また、第３および第４の実施形態に係る電力変換装置１Ｂ、１Ｃの構成において、振動成分検出部２３を削除し、振動成分検出部２７からの振動成分ΔＩｃを出力電圧制御部２４Ａへ入力する構成でも、電力変換装置１Ｄと同様に共振抑制を行うことができる。なお、この場合、出力電圧制御部２４、２４Ａは、振動成分ΔＶｃを振動成分ΔＩｃへ置き換え、振動成分ΔＩｃに応じた調整ゲインＫｄを有する。
【０１３２】
［６．その他］
上述の実施形態では、入力電圧検出部１２の一例として、フィルタ１１と電力変換部１０との間のＲ相、Ｓ相およびＴ相の電圧を検出する構成を説明したが、入力電圧検出部１２は、交流電源２とフィルタ１１との間のＲ相、Ｓ相およびＴ相の電圧を検出する構成であってもよい。この場合も、電源インピーダンスの影響により入力電圧検出部１２によって検出された電圧から振動成分ΔＶｃを検出することができる。
【０１３３】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、  電力変換装置
２  ３相交流電源
３  ３相交流負荷
１０  電力変換部
１１  フィルタ
１２  入力電圧検出部
１３  出力電流検出部
１４  電源電流検出部
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  制御部
２１、２１Ａ  入力電圧推定部
２２  指令生成部
２３、２３Ｄ、２７  振動成分検出部
２４、２４Ａ、２４Ｄ  出力電圧制御部
２５、２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ  スイッチ駆動部
２８  入力電流制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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