(57)【要約】【課題】高出力密度で高効率な電力変換装置を提供する。【解決手段】実施形態によれば、主回路部と電力検出部と制御回路とを備えた電力変換装置が提供される。主回路部は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータから出力された交流電力の高調波成分を抑制するフィルタと、を含む。電力検出部は、主回路部の出力電力を検出する。制御回路は、複数のキャリア信号を基に、インバータの複数のスイッチング素子のオン・オフを制御する。制御回路は、出力電力が最大値の時に、キャリア信号の周波数を最大の周波数に決定し、出力電力が最大値よりも低い時に、キャリア信号の周波数を最大の周波数よりも低い周波数に決定する。【選択図】図１
2015186281.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから出力された前記交流電力の高調波成分を抑制するフィルタと、を含む主回路部であって、
前記インバータは、
前記直流電源の陽極に接続される高電位入力端子と、
前記直流電源の陰極に接続される低電位入力端子と、
前記高電位入力端子と前記低電位入力端子との間に接続される複数のレグと、
を含み、
前記複数のレグのそれぞれは、
前記高電位入力端子と前記低電位入力端子との間に接続された第１上側スイッチング素子と、
前記第１上側スイッチング素子と前記高電位入力端子との間に接続された第２上側スイッチング素子と、
前記第１上側スイッチング素子と前記低電位入力端子との間に接続された第１下側スイッチング素子と、
前記第１下側スイッチング素子と前記低電位入力端子との間に接続された第２下側スイッチング素子と、
前記第１上側スイッチング素子と前記第２上側スイッチング素子との間に接続された一端と、前記第１下側スイッチング素子と前記第２下側スイッチング素子との間に接続された他端と、を有する電荷蓄積素子と、
を含む
主回路部と、
前記主回路部の出力電力を検出する電力検出部と、
前記複数のレグ毎に設定される複数の変調波と、前記複数のレグの前記第１上側スイッチング素子及び前記第２上側スイッチング素子のそれぞれに設定される複数のキャリア信号と、を基に、前記第１上側スイッチング素子、前記第２上側スイッチング素子、前記第１下側スイッチング素子及び前記第２下側スイッチング素子のオン・オフを制御する制御回路と、
を備え、
前記制御回路は、前記電力検出部で検出された前記主回路部の前記出力電力を基に、前記複数のキャリア信号の周波数を決定する周波数決定部であって、前記出力電力が最大値の時に、前記複数のキャリア信号の周波数を最大の周波数に決定し、前記出力電力が最大値よりも低い時に、前記複数のキャリア信号の周波数を前記最大の周波数よりも低い周波数に決定する周波数決定部を含む電力変換装置。
【請求項２】
前記制御回路は、前記出力電力の実効値を算出する実効値算出部をさらに含み、
前記周波数決定部は、前記実効値算出部で算出された前記出力電力の実効値を基に、前記複数のキャリア信号の周波数を決定する請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記周波数決定部は、前記出力電力の実効値が第１判定値以上である場合に、前記複数のキャリア信号の周波数を前記最大の周波数に決定し、前記出力電力の実効値が前記第１判定値よりも低い第２判定値以下である場合に、前記複数のキャリア信号の周波数を最小の周波数に決定し、前記出力電力の実効値が前記第１判定値と前記第２判定値との間の値である場合に、前記複数のキャリア信号の周波数を前記最大の周波数と前記最小の周波数との間の周波数に決定する請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記制御回路は、前記実効値算出部で算出された前記出力電力の実効値に含まれるノイズを抑制する安定化フィルタをさらに含む請求項２又は３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記複数のレグのそれぞれは、前記電荷蓄積素子の電圧を検出する電圧検出部をさらに含み、
前記制御部は、前記複数のレグのそれぞれの前記電圧検出部の検出結果を基に、前記複数のレグのそれぞれの前記電荷蓄積素子の電圧を制御する請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記複数のレグのそれぞれは、前記電荷蓄積素子に接続された抵抗素子をさらに含む請求項１〜４のいずれか１つに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
出力電圧を多段に変化させることにより、出力電圧の高調波成分を抑制したマルチレベルの電力変換装置がある。マルチレベルの電力変換装置では、出力波形を正弦波に近づけるためのフィルタを小さくすることができ、高出力密度化を実現することができる。こうした電力変換装置において、高効率化が望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−９２６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、高出力密度で高効率な電力変換装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、主回路部と、電力検出部と、制御回路と、を備えた電力変換装置が提供される。前記主回路部は、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、前記インバータから出力された前記交流電力の高調波成分を抑制するフィルタと、を含む。前記インバータは、前記直流電源の陽極に接続される高電位入力端子と、前記直流電源の陰極に接続される低電位入力端子と、前記高電位入力端子と前記低電位入力端子との間に接続される複数のレグと、を含む。前記複数のレグのそれぞれは、前記高電位入力端子と前記低電位入力端子との間に接続された第１上側スイッチング素子と、前記第１上側スイッチング素子と前記高電位入力端子との間に接続された第２上側スイッチング素子と、前記第１上側スイッチング素子と前記低電位入力端子との間に接続された第１下側スイッチング素子と、前記第１下側スイッチング素子と前記低電位入力端子との間に接続された第２下側スイッチング素子と、前記第１上側スイッチング素子と前記第２上側スイッチング素子との間に接続された一端と、前記第１下側スイッチング素子と前記第２下側スイッチング素子との間に接続された他端と、を有する電荷蓄積素子と、を含む。前記電力検出部は、前記主回路部の出力電力を検出する。前記制御回路は、前記複数のレグ毎に設定される複数の変調波と、前記複数のレグの前記第１上側スイッチング素子及び前記第２上側スイッチング素子のそれぞれに設定される複数のキャリア信号と、を基に、前記第１上側スイッチング素子、前記第２上側スイッチング素子、前記第１下側スイッチング素子及び前記第２下側スイッチング素子のオン・オフを制御する。前記制御回路は、前記電力検出部で検出された前記主回路部の前記出力電力を基に、前記複数のキャリア信号の周波数を決定する周波数決定部を含む。前記周波数決定部は、前記出力電力が最大値の時に、前記複数のキャリア信号の周波数を最大の周波数に決定し、前記出力電力が最大値よりも低い時に、前記複数のキャリア信号の周波数を前記最大の周波数よりも低い周波数に決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
【図２】図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１の実施形態に係る制御回路の動作を模式的に表すグラフ図である。
【図３】第１の実施形態に係る周波数決定部の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第１の実施形態に係る周波数決定部の別の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る電力変換装置の一部を模式的に表すブロック図である。
【図６】第３の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、各実施の形態について図面を参照しつつ説明する。  
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。  
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
（第１の実施形態）  
図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。  
図１に表したように、電力変換装置１０は、直流電源２及び負荷４に接続されている。電力変換装置１０は、例えば、コネクタなどを介して直流電源２及び負荷４に着脱自在に接続される。なお、本願明細書において、「接続」には、直接接触して接続される場合の他に、他の導電性部材などを介して電気的に接続される場合も含むものとする。また、トランスなどを介して磁気的に結合している場合も、「接続」に含むものとする。
【０００９】
直流電源２は、直流電力を電力変換装置１０に供給する。直流電源２は、例えば、太陽電池パネルである。直流電源２が太陽電池パネルである場合、電力変換装置１０は、昇圧チョッパなどの直流電圧調整回路を介して太陽電池パネルに接続してもよい。この場合、直流電圧調整回路を直流電源２としてもよい。直流電源２は、例えば、ガスタービンエンジンなどでもよい。直流電源２は、直流電力を供給可能な任意の電源でよい。
【００１０】
負荷４は、交流負荷である。負荷４は、例えば、交流電力の供給によって動作する電子機器などである。負荷４は、例えば、電力を需要家の受電設備に供給する送電線などの電力系統でもよい。
【００１１】
電力変換装置１０は、直流電源２から供給される直流電力を負荷４に対応した交流電力に変換し、変換後の交流電力を負荷４に出力する。電力変換装置１０は、有効電力を負荷４に出力する。電力変換装置１０は、いわゆるパワーコンディショナである。電力変換装置１０の出力する交流電力の電圧は、例えば、１００Ｖ（実効値）または２００Ｖ（実効値）である。電力変換装置１０の出力する交流電力の周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。
【００１２】
電力変換装置１０は、主回路部１２と、制御回路１４と、を備える。主回路部１２は、インバータ２０と、フィルタ２２と、電力検出部２４と、を含む。インバータ２０は、直流電源２に接続されている。インバータ２０は、直流電源２から供給される直流電力を交流電力に変換する。
【００１３】
フィルタ２２は、インバータ２０から出力された交流電力の高調波成分を抑制する。フィルタ２２は、例えば、インバータ２０から出力された交流電力を正弦波に近づける。フィルタ２２は、いわゆる正弦波フィルタである。フィルタ２２は、例えば、正弦波フィルタだけでなく、ノイズを除去するためのノイズフィルタ（ＥＭＩフィルタ）などを含んでもよい。
【００１４】
このように、主回路部１２は、直流電源２から供給される直流電力を負荷４に対応した交流電力に変換する。主回路部１２は、例えば、ノイズカットフィルタやトランスなどを、さらに含んでもよい。ノイズカットフィルタは、例えば、直流電源２とインバータ２０との間に設けられ、直流電源２から供給される直流電力に含まれるノイズを抑制する。トランスは、例えば、フィルタ２２と負荷４との間に設けられ、フィルタ２２から出力された交流電力を変圧する。
【００１５】
制御回路１４は、例えば、ＣＰＵやＭＰＵなどのプロセッサである。制御回路１４は、例えば、図示を省略したメモリから所定のプログラムを読み出し、そのプログラムを逐次処理することによって、電力変換装置１０の各部を統括的に制御する。制御回路１４は、具体的には、インバータ２０による直流電力から交流電力への変換を制御する。プログラムを記憶したメモリは、制御回路１４内に設けてもよいし、制御回路１４と別に設け、制御回路１４に接続してもよい。
【００１６】
電力検出部２４は、主回路部１２の出力電力を検出する。電力検出部２４は、電圧検出部２５と、電流検出部２６と、を含む。電圧検出部２５は、主回路部１２の出力電圧を検出する。電流検出部２６は、主回路部１２の出力電流を検出する。例えば、インバータ２０が三相インバータである場合には、電圧検出部２５が三相交流電力の各相の出力電圧を検出し、電流検出部２６が三相交流電力の各相の出力電流を検出する。電圧検出部２５及び電流検出部２６は、制御回路１４に接続されている。電圧検出部２５は、検出した出力電圧を制御回路１４に入力する。電流検出部２６は、検出した出力電流を制御回路１４に入力する。すなわち、電力検出部２４は、制御回路１４に接続され、検出した出力電力を制御回路１４に入力する。
【００１７】
この例では、電力検出部２４が、電圧検出部２５と電流検出部２６とを含む。これに限ることなく、電力検出部２４は、電圧検出部２５と電流検出部２６との少なくとも一方を含んでいればよい。電力検出部２４は、主回路部１２の出力電圧及び主回路部１２の出力電流の少なくとも一方を主回路部１２の出力電力の情報として検出すればよい。また、この例では、電力検出部２４が、フィルタ２２と負荷４との間に接続されている。これに限ることなく、電力検出部２４は、例えば、インバータ２０とフィルタ２２との間に接続してもよい。
【００１８】
インバータ２０は、高電位入力端子２０ａと、低電位入力端子２０ｂと、複数のレグＬＧ１、ＬＧ２と、を含む。高電位入力端子２０ａは、直流電源２の陽極に接続される。低電位入力端子２０ｂは、直流電源２の陰極に接続される。このように、インバータ２０は、各入力端子２０ａ、２０ｂを介して直流電源２に接続される。直流電源２から供給される直流電力は、各入力端子２０ａ、２０ｂ間に入力される。
【００１９】
この例において、インバータ２０は、第１レグＬＧ１と第２レグＬＧ２との２つのレグを含む。第１レグＬＧ１は、第１上側アームＵＡ１と第１下側アームＬＡ１との２つのアームを含む。第１上側アームＵＡ１は、高電位入力端子２０ａに接続される。第１下側アームＬＡ１は、第１上側アームＵＡ１と低電位入力端子２０ｂとの間に接続される。第２レグＬＧ２は、第２上側アームＵＡ２と第２下側アームＬＡ２との２つのアームを含む。第２上側アームＵＡ２は、高電位入力端子２０ａに接続される。第２下側アームＬＡ２は、第２上側アームＵＡ２と低電位入力端子２０ｂとの間に接続される。
【００２０】
このように、各レグＬＧ１、ＬＧ２は、各入力端子２０ａ、２０ｂの間に並列に接続される。なお、各レグＬＧ１、ＬＧ２において、「上側」及び「下側」は、上下方向の配置を意味するものではない。各レグＬＧ１、ＬＧ２において、「上側」とは、入力された直流電力の電位の高い側を意味し、「下側」とは、入力された直流電力の電位の低い側を意味する。各上側アームＵＡ１、ＵＡ２は、換言すれば、高電位側のアームである。各下側アームＬＡ１、ＬＡ２は、換言すれば、低電位側のアームである。
【００２１】
この例において、インバータ２０は、２レグ４アームの、いわゆる単相インバータである。インバータ２０は、直流電力を単相交流電力に変換する。インバータ２０は、三相インバータでもよい。インバータ２０は、直流電力を三相交流電力に変換してもよい。すなわち、インバータ２０は、第１レグＬＧ１及び第２レグＬＧ２に対して並列に接続される第３レグをさらに含んでもよい。
【００２２】
このように、主回路部１２（電力変換装置１０）の出力電力は、単相交流電力でもよいし、三相交流電力でもよい。主回路部１２の出力電力は、負荷４に応じて設定すればよい。インバータ２０が三相インバータである場合には、三相交流電力の相毎にフィルタ２２が設けられる。すなわち、インバータ２０が三相インバータである場合には、３つのフィルタ２２が設けられる。
【００２３】
第１レグＬＧ１の第１上側アームＵＡ１は、各入力端子２０ａ、２０ｂの間に接続された第１上側スイッチング素子Ｕ１と、第１上側スイッチング素子Ｕ１と高電位入力端子２０ａとの間に接続された第２上側スイッチング素子Ｕ２と、を含む。
【００２４】
第１レグＬＧ１の第１下側アームＬＡ１は、第１上側スイッチング素子Ｕ１と低電位入力端子２０ｂとの間に接続された第１下側スイッチング素子Ｘ１と、第１下側スイッチング素子Ｘ１と低電位入力端子２０ｂとの間に接続された第２下側スイッチング素子Ｘ２と、を含む。
【００２５】
また、第１レグＬＧ１は、第１電荷蓄積素子ＣＵ１を含む。第１電荷蓄積素子ＣＵ１の一端は、第１上側スイッチング素子Ｕ１と第２上側スイッチング素子Ｕ２との間に接続される。第１電荷蓄積素子ＣＵ１の他端は、第１下側スイッチング素子Ｘ１と第２下側スイッチング素子Ｘ２との間に接続される。
【００２６】
第２レグＬＧ２は、第１レグＬＧ１と同様に、第１上側スイッチング素子Ｖ１と、第２上側スイッチング素子Ｖ２と、第１下側スイッチング素子Ｙ１と、第２下側スイッチング素子Ｙ２と、第１電荷蓄積素子ＣＶ１と、を含む。第２レグＬＧ２の構成は、第１レグＬＧ１の構成と実質的に同じであるから、詳細な説明は省略する。
【００２７】
各第１電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＶ１には、例えば、コンデンサが用いられる。各第１電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＶ１は、例えば、フライングキャパシタと呼ばれる。すなわち、インバータ２０は、いわゆるフライングキャパシタ回路方式のインバータである。
【００２８】
第１レグＬＧ１は、第３上側スイッチング素子Ｕ３と、第３下側スイッチング素子Ｘ３と、第２電荷蓄積素子ＣＵ２と、をさらに含む。第３上側スイッチング素子Ｕ３は、第２上側スイッチング素子Ｕ２と高電位入力端子２０ａとの間に接続される。第３下側スイッチング素子Ｘ３は、第２下側スイッチング素子Ｘ２と低電位入力端子２０ｂとの間に接続される。第２電荷蓄積素子ＣＵ２の一端は、第２上側スイッチング素子Ｕ２と第３上側スイッチング素子Ｕ３との間に接続される。第２電荷蓄積素子ＣＵ２の他端は、第２下側スイッチング素子Ｘ２と第３下側スイッチング素子Ｘ３との間に接続される。
【００２９】
第２レグＬＧ２は、同様に、第３上側スイッチング素子Ｖ３と、第３下側スイッチング素子Ｙ３と、第２電荷蓄積素子ＣＶ２と、をさらに含む。
【００３０】
このように、インバータ２０では、各アームＵＡ１、ＵＡ２、ＬＡ１、ＬＡ２のそれぞれに、３つのスイッチング素子が直列に接続されている。第２電荷蓄積素子ＣＵ２は、直流電源２と第１電荷蓄積素子ＣＵ１との中間の電圧を生じさせる。第１電荷蓄積素子ＣＵ１は、第２電荷蓄積素子ＣＵ２と基準電位との中間の電圧を生じさせる。同様に、第２電荷蓄積素子ＣＶ２は、直流電源２と第１電荷蓄積素子ＣＶ１との中間の電圧を生じさせる。第１電荷蓄積素子ＣＶ１は、第２電荷蓄積素子ＣＶ２と基準電位との中間の電圧を生じさせる。このため、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２は、中間コンデンサと呼ばれる場合もある。
【００３１】
これにより、インバータ２０では、上側のアームで３レベル、下側のアームで３レベル、これに基準電位のレベルを加えた計７レベルに出力電圧のレベルを変化させることができる。すなわち、インバータ２０は、７レベルのマルチレベルインバータである。各アームＵＡ１、ＵＡ２、ＬＡ１、ＬＡ２に設けられるスイッチング素子の数は、２つでもよいし、４つ以上でもよい。インバータ２０から出力される電圧のレベルは、５レベルでもよいし、９レベル以上でもよい。
【００３２】
このように、出力電圧のレベルを７レベルに変化させるインバータ２０を用いた場合、２レベル出力の場合に比べて、フィルタ２２の体積を約８５％削減することができる。例えば、２レベル出力の場合のフィルタ２２の体積が約７５０ｃｃである場合、この例では、フィルタ２２の体積を約１１２ｃｃにすることができる。従って、電力変換装置１０を高出力密度化できる。なお、「出力密度」とは、電力変換装置１０の体積に対する電力変換装置１０の出力電力の比率である。
【００３３】
インバータ２０は、各第１上側スイッチング素子Ｕ１、Ｖ１と、各第２上側スイッチング素子Ｕ２、Ｖ２と、各第１下側スイッチング素子Ｘ１、Ｙ１と、各第２下側スイッチング素子Ｘ２、Ｙ２と、各第１電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＶ１を少なくとも含んでいればよい。各アームＵＡ１、ＵＡ２、ＬＡ１、ＬＡ２に３つ以上のスイッチング素子を設ける場合には、インバータ２０に複数の電荷蓄積素子が設けられる。電荷蓄積素子の数は、各アームＵＡ１、ＵＡ２、ＬＡ１、ＬＡ２のスイッチング素子の数から１を引いた値である。各電荷蓄積素子の一端は、上側アームの隣り合う２つのスイッチング素子の接続点に接続される。各電荷蓄積素子の他端は、下側アームの隣り合う２つのスイッチング素子の接続点に接続される。
【００３４】
インバータ２０では、第１上側アームＵＡ１と第１下側アームＬＡ１との接続点、及び、第２上側アームＵＡ２と第２下側アームＬＡ２との接続点が、交流出力点となる。換言すれば、第１上側スイッチング素子Ｕ１と第１下側スイッチング素子Ｘ１との接続点、及び、第１上側スイッチング素子Ｖ１と第１下側スイッチング素子Ｙ１との接続点が、交流出力点となる。フィルタ２２は、インバータ２０の交流出力点に接続される。
【００３５】
各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３には、例えば、自己消弧型の素子が用いられる。より具体的には、例えば、ＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などが用いられる。
【００３６】
各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３は、一対の主電極と、各主電極間に流れる電流を制御する制御電極と、を含む。制御電極は、例えば、ゲート電極である。各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３は、各主電極において直列に接続される。
【００３７】
各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３は、制御電極に印加される電圧に応じて、オン状態とオフ状態とに変化する。各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３は、例えば、第１電圧を制御電極に印加した時にオン状態になる。各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３は、第１電圧よりも低い第２電圧を制御電極に印加した時、または、制御電極に電圧を印加していない時に、オフ状態になる。オフ状態は、各主電極間に実質的に電流が流れない状態である。オフ状態は、例えば、インバータ２０での電力変換に影響を与えない範囲の微弱な電流が各主電極間に流れる状態でもよい。換言すれば、オン状態は、各主電極間に電流が流れる第１状態である。オフ状態は、各主電極間に流れる電流が、第１状態よりも低い第２状態である。この例において、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３は、ノーマリオフ型である。各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３は、ノーマリオン型でもよい。
【００３８】
また、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３には、ダイオードが接続されている。各ダイオードは、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３のそれぞれの各主電極に対して並列に接続される。また、各ダイオードの順方向は、各主電極間に流れる電流の方向に対して逆向きに設定される。すなわち、各ダイオードは、いわゆる還流ダイオードである。
【００３９】
制御回路１４は、インバータ２０の各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３に接続されている。より具体的には、制御回路１４は、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３のそれぞれの制御電極に接続されている。制御回路１４は、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３のオン・オフを制御する。制御回路１４は、例えば、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３の制御電極に制御信号を入力し、制御信号の電圧を変化させることによって、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３のオン・オフを制御する。制御信号は、いわゆるゲート信号である。これにより、制御回路１４は、直流電力を負荷４に応じた電圧及び周波数の交流電力に変換する。
【００４０】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は、第１の実施形態に係る制御回路の動作を模式的に表すグラフ図である。  
図２（ａ）〜図２（ｄ）に表したように、制御回路１４は、キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３と変調波ＭＷとを基に、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３のオン・オフを制御する。
【００４１】
図２（ａ）では、第１レグＬＧ１の各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３の制御に用いられるキャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３及び変調波ＭＷの一例を表している。変調波ＭＷは、各レグＬＧ１、ＬＧ２毎に設定される。この例では、実際には、２つの変調波ＭＷが設定される。
【００４２】
キャリア信号は、各レグＬＧ１、ＬＧ２において、各上側スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３毎、または、各下側スイッチング素子Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ１〜Ｙ３毎に設定される。すなわち、この例では、６つのキャリア信号が設定される。なお、第１レグＬＧ１の各スイッチング素子に設定されたキャリア信号を、第２レグＬＧ２の各スイッチング素子に共通に用いることもできる。従って、この例においては、少なくとも３種類のキャリア信号を用意すればよい。
【００４３】
キャリア信号ＣＳ１は、第１上側スイッチング素子Ｕ１の制御に用いられるキャリア信号の一例である。キャリア信号ＣＳ２は、第２上側スイッチング素子Ｕ２の制御に用いられるキャリア信号の一例である。キャリア信号ＣＳ３は、第３上側スイッチング素子Ｕ３の制御に用いられるキャリア信号の一例である。
【００４４】
図２（ｂ）は、変調波ＭＷ及びキャリア信号ＣＳ１を基に生成される第１上側スイッチング素子Ｕ１の制御信号の一例である。図２（ｃ）は、変調波ＭＷ及びキャリア信号ＣＳ２を基に生成される第２上側スイッチング素子Ｕ２の制御信号の一例である。図２（ｄ）は、変調波ＭＷ及びキャリア信号ＣＳ３を基に生成される第３上側スイッチング素子Ｕ３の制御信号の一例である。
【００４５】
変調波ＭＷ及び各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３は、周期的に変化する。変調波ＭＷは、例えば、正弦波である。変調波ＭＷの周波数は、主回路部１２から出力される交流電力の周波数に応じて設定される。変調波ＭＷの周波数は、例えば、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚである。各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３は、例えば、三角波である。各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３は、鋸波や台形波などでもよい。各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３の周波数は、変調波ＭＷの周波数よりも高い。各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３の周波数は、例えば、０．５ｋＨｚ以上２５ｋＨｚ以下程度である。各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３のそれぞれの周波数は、実質的に同じである。
【００４６】
また、各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３は、１２０度ずつ位相をずらして設定される。キャリア信号の位相は、キャリア信号の数に応じて設定される。例えば、各アームが２つのスイッチング素子を含む５レベルのインバータの場合、２つのキャリア信号が設定され、各キャリア信号の位相が１８０度ずつずらされる。このため、インバータ２０は、キャリア位相シフト信号生成方式と呼ばれる場合もある。
【００４７】
制御回路１４は、変調波ＭＷと各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３とを比較する。制御回路１４は、例えば、変調波ＭＷが各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３以上の時に、各上側スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３をオンにし、各下側スイッチング素子Ｘ１〜Ｘ３をオフにする。この場合、制御回路１４は、変調波ＭＷが各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３未満の時に、各上側スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３をオフにし、各下側スイッチング素子Ｘ１〜Ｘ３をオンにする。このように、制御回路１４は、各上側スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３と、各下側スイッチング素子Ｘ１〜Ｘ３と、を交互にオン・オフする。上記と反対に、変調波ＭＷがキャリア信号ＣＳ以上の時に、各上側スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３をオフにし、各下側スイッチング素子Ｘ１〜Ｘ３をオンにしてもよい。
【００４８】
制御回路１４は、各レグＬＧ１、ＬＧ２のそれぞれを上記のように制御する。これにより、制御回路１４は、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３のオン・オフを制御する。すなわち、インバータ２０による直流電力から交流電力への変換を制御する。
【００４９】
なお、フライングキャパシタ回路方式のインバータ２０の制御方法については、例えば、「フライングキャパシタマルチレベル変換器におけるキャパシタ選定指針に関する検討  電気学会論文誌  Vol.No.12 pp.1393-1400」の論文などに詳細に記載されている。
【００５０】
制御回路１４は、交流値検出部４０と、実効値算出部４１と、周波数決定部４２と、キャリア生成部４３と、変調波生成部４４と、比較部４５と、を含む。
【００５１】
交流値検出部４０には、電力検出部２４で検出された主回路部１２の出力電力が入力される。交流値検出部４０には、例えば、電圧検出部２５で検出された主回路部１２の出力電圧、及び、電流検出部２６で検出された主回路部１２の出力電流の少なくとも一方が入力される。交流値検出部４０は、検出された主回路部１２の出力電力の交流値を検出する。交流値検出部４０は、例えば、主回路部１２の出力電力の周波数及び振幅の最大値を交流値として取得する。主回路部１２の出力電力の交流値は、主回路部１２の出力電圧の交流値でもよいし、主回路部１２の出力電流の交流値でもよい。
【００５２】
実効値算出部４１は、交流値検出部４０で検出された出力電力の交流値を基に、主回路部１２の出力電力の実効値を算出する。すなわち、実効値算出部４１は、出力電力の直流換算値を算出する。実効値算出部４１は、例えば、出力電圧の実効値と出力電流の実効値との少なくとも一方を出力電力の実効値として算出する。
【００５３】
周波数決定部４２は、各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３の周波数（以下、キャリア周波数と称す）を決定する。周波数決定部４２は、例えば、電力検出部２４で検出された主回路部１２の出力電力を基に、キャリア周波数を決定する。この例において、周波数決定部４２は、実効値算出部４１で算出された出力電力の実効値を基に、キャリア周波数を決定する。
【００５４】
周波数決定部４２は、例えば、出力電力の交流値などからキャリア周波数を決定してもよい。但し、上記のように、周波数決定部４２が、出力電力の実効値を基に、キャリア周波数を決定する。これにより、例えば、キャリア周波数の計算を容易にすることができる。
【００５５】
周波数決定部４２は、主回路部１２の出力電力が最大値の時に、キャリア周波数を最大の周波数に決定し、主回路部１２の出力電力が最大値よりも低い時に、キャリア周波数を最大の周波数よりも低い周波数に決定する。すなわち、周波数決定部４２は、主回路部１２の出力電力の低下に応じて、キャリア周波数を低下させる。
【００５６】
図３は、第１の実施形態に係る周波数決定部の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。  
図３の横軸は、主回路部１２の出力電力の実効値Ｖｒｍｓ（Ｖ）であり、縦軸は、キャリア周波数Ｆｃ（Ｈｚ）である。  
図３に表したように、周波数決定部４２は、例えば、出力電力の実効値に対して第１判定値ＤＶ１及び第２判定値ＤＶ２とを設定する。第２判定値ＤＶ２は、第１判定値ＤＶ１よりも低い。
【００５７】
周波数決定部４２は、出力電力の実効値が第１判定値ＤＶ１以上である場合に、キャリア周波数を最大周波数に決定する。周波数決定部４２は、出力電力の実効値が第２判定値ＤＶ２以下である場合に、キャリア周波数を最小周波数に決定する。そして、周波数決定部４２は、出力電力の実効値が第１判定値ＤＶ１と第２判定値ＤＶ２との間の値である場合に、キャリア周波数を最大周波数と最小周波数との間の周波数に決定する。
【００５８】
周波数決定部４２は、出力電力の実効値が第１判定値ＤＶ１と第２判定値ＤＶ２との間の中間領域の値である場合、出力電力の実効値に応じて、キャリア周波数を最大周波数と最小周波数との間の周波数に連続的に変化させる。
【００５９】
この例では、中間領域において、キャリア周波数を出力電力の実効値に対して線形に変化させている。これに限ることなく、例えば、キャリア周波数を出力電力の実効値の二乗に比例させてもよい。すなわち、キャリア周波数を二次関数的に変化させてもよい。中間領域においては、出力電力の実効値の低下に応じて、キャリア周波数が、連続的に減少すればよい。
【００６０】
キャリア周波数は、例えば、以下の（１）式に基づいて決定される。  
ΔＶ＝Ｉｒｍｓ／（２π・ｆｃａｒ・Ｃ）  ・・・  （１）  
（１）式において、ΔＶは、リプル電圧（peak to peak）（Ｖ）である。Ｉｒｍｓは、主回路部１２の出力電流の実効値（Ａ）である。ｆｃａｒは、等価キャリア周波数（Ｈｚ）である。Ｃは、隣り合う２つの電荷蓄積素子の容量の平均値（Ｆ）である。この例では、第１電荷蓄積素子ＣＵ１の容量と第２電荷蓄積素子ＣＵ２の容量との平均値、又は、第１電荷蓄積素子ＣＶ１の容量と第２電荷蓄積素子ＣＶ２の容量との平均値である。ここで、等価キャリア周波数ｆｃａｒとは、キャリア周波数にキャリア信号の数を乗算したものである。この例では、６つのキャリア信号が用いられる。従って、この例では、キャリア周波数×６が、等価キャリア周波数ｆｃａｒとして用いられる。
【００６１】
各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の容量は、実質的に同じである。各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の容量は、例えば、異なっていてもよい。キャリア周波数を決定する場合には、リプルが素子電圧を超えないように決める必要がある。例えば、容量の小さい電荷蓄積素子があると、その部分だけリプル電圧ΔＶが大きくなる。例えば、第２上側スイッチング素子Ｕ２及び第２下側スイッチング素子Ｘ２にかかる電圧は、隣り合う各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２の差分になる。従って、隣り合う２つの電荷蓄積素子の容量の平均値が最小の部分に合わせて等価キャリア周波数ｆｃａｒを決定する必要がある。
【００６２】
中間に位置する各スイッチング素子Ｕ２、Ｘ２、Ｖ２、Ｙ２は、外側の各第２電荷蓄積素子ＣＵ２、ＣＶ２、及び、内側の各第１電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＶ１の双方の電圧リプルの影響を受ける。このため、中間に位置する各スイッチング素子Ｕ２、Ｘ２、Ｖ２、Ｙ２に発生するリプル電圧は、ΔＶ／２（平均値からpeak値）＋ΔＶ／２（平均値からpeak値）で、上記のように、ΔＶとなる。
【００６３】
例えば、直流電源２から供給される直流電圧が、約３３０Ｖである場合、外側の各第２電荷蓄積素子ＣＵ２、ＣＶ２の電圧は、約２２０Ｖであり、内側の各第１電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＶ１の電圧は、約１１０Ｖである。
【００６４】
また、各スイッチング素子に２００Ｖ耐圧のＳｉを用いた場合、過電圧保護レベルは、約１６０Ｖに設定できる。１０Ｖのマージンを設定した場合、リプル電圧ΔＶは、１６０−１０−１１０で、約４０Ｖ未満に設定すればよいことになる。
【００６５】
この場合には、ΔＶ＜４０Ｖを満たすように、（１）式から等価キャリア周波数ｆｃａｒを求めればよい。従って、主回路部１２の出力電力が低い時、すなわち、出力電流Ｉｒｍｓが小さい時には、等価キャリア周波数ｆｃａｒを小さくすることができる。
【００６６】
等価キャリア周波数ｆｃａｒの最大値は、例えば、１５０ｋＨｚ程度である。すなわち、キャリア周波数の最大値は、例えば、２５ｋＨｚ程度である。等価キャリア周波数ｆｃａｒの最小値は、例えば、６０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度である。すなわち、キャリア周波数の最小値は、例えば、１０ｋＨｚ〜１７ｋＨｚ程度である。
【００６７】
キャリア生成部４３は、周波数決定部４２の決定した周波数の各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３を生成する。キャリア生成部４３は、比較部４５に接続されている。キャリア生成部４３は、生成した各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３を比較部４５に入力する。
【００６８】
変調波生成部４４には、例えば、電力検出部２４で検出された主回路部１２の出力電力が入力される。また、変調波生成部４４には、例えば、出力電力の電力指令値が入力される。変調波生成部４４は、入力された出力電力の検出値と電力指令値とを基に、各レグＬＧ１、ＬＧ２の変調波ＭＷを生成する。変調波生成部４４は、比較部４５に接続されている。変調波生成部４４は、生成した各変調波ＭＷを比較部４５に入力する。
【００６９】
電力指令値は、例えば、電力系統などを制御する上位のコントローラなどから電力変換装置１０に入力される。各電力指令値は、電力変換装置１０内で生成してもよい。例えば、直流電源２が太陽電池パネルである場合には、太陽電池パネルの出力電圧と出力電流とから求められる最適動作点の電力を電力指令値として用いてもよい。
【００７０】
比較部４５は、図２（ａ）〜図２（ｄ）に関して説明したように、入力された各変調波ＭＷと各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３とを比較する。これにより、比較部４５は、各変調波ＭＷと各キャリア信号ＣＳ１〜ＣＳ３とから各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３の制御信号を生成する。制御回路１４は、比較部４５で生成された各制御信号を各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３の制御電極に入力し、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３のオン・オフを制御する。
【００７１】
太陽光発電や蓄電池の電力系統への導入を見込み、パワーコンディショナーシステム（ＰＣＳ）の開発が進められている。例えば、５〜２５ｋＷ程度の小容量〜中容量のＰＣＳの開発も進められている。ＰＣＳにおいては、高効率電力変換が求められている。
【００７２】
例えば、家庭向けの小容量のＰＣＳには、高効率化だけでなく、高出力密度化が求められる。そのため、高い効率を維持したまま、体積を小さくする電力変換装置の設計が必要である。マルチレベル電力変換装置を使用することにより、出力波形が正弦波に近づくため、フィルタの体積を小さくできる。
【００７３】
フライングキャパシタ回路方式によって中間電圧を生成する電力変換装置では、キャリア周波数を高くすることで、中間電圧を維持する電荷蓄積素子の電圧リプルを小さくできる。これにより、電荷蓄積素子の容量を小さくでき、電荷蓄積素子の体積を小さくできるため、高出力密度化につながる。また、マルチレベル電力変換器であるため、スイッチング素子には、素子耐圧の小さいものを用いることが可能である。スイッチング素子の導通抵抗は、耐圧の２乗にほぼ比例するため、低耐圧の素子を用いることで、低損失な電力変換装置を実現できる。最近では、ＧａＮや低圧のＳｉ、あるいはＳｉＣの発展が目覚ましく、これらのスイッチング素子への応用が可能である。このため、フライングキャパシタ回路方式を用いたマルチレベル電力変換装置の研究・開発が行われている。
【００７４】
ＰＣＳはソーラーパネルや蓄電池と接続され、系統側へのパワーを調整する機能を有する。出力電力は変動し、最大出力以下のすべてにおいて出力する可能性がある。そのため、最大出力以下の広範囲において高効率となるように設計する必要がある。
【００７５】
こうした背景から、フライングキャパシタ回路方式を用いたマルチレベル電力変換装置によるＰＣＳでは、キャリア周波数を高く、コンデンサ容量を小さくすることで、高出力密度化を達成している。しかしながら、キャリア周波数を高くすると、各スイッチング素子のスイッチング周波数が高くなり、スイッチング損失が高くなってしまう。すなわち、電力の変換効率が低下してしまう。このため、フライングキャパシタ回路方式を用いたマルチレベル電力変換装置では、高出力密度を維持しつつ、高効率変換を実現することが望まれている。
【００７６】
中間電圧を生成する各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の電圧リプルは、キャリア周波数と、電荷蓄積素子の容量と、によって決まる。各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２には負荷電流が流れる。このため、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の電圧リプル、及び、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３の電圧リプルは、最大出力時に最大となる。従って、最大出力時の電圧リプルが過電圧レベル以下となるように、キャリア周波数を設計しなければならない。しかしながら、最大出力以外では、電圧リプルと過電圧レベルとの間に余裕が発生する。
【００７７】
このため、本実施形態に係る電力変換装置１０では、主回路部１２の出力電力が最大値の時に、キャリア周波数を最大に設定し、主回路部１２の出力電力が最大値よりも低い時に、キャリア周波数を低く設定する。これにより、電力変換装置１０では、高出力密度を実現できるとともに、最大出力よりも低い出力の時のスイッチング損失を抑制し、変換効率を向上させることができる。高出力密度で高効率な電力変換装置１０を実現できる。
【００７８】
電力変換装置１０では、出力電力の実効値を基に、キャリア周波数を決定する。これにより、前述のように、キャリア周波数の計算を容易にできる。また、電力変換装置１０では、出力電力の実効値が第１判定値ＤＶ１以上である場合に、キャリア周波数を最大にする。これにより、例えば、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２による電圧リプルを適切に抑制することができる。さらに、電力変換装置１０では、出力電力の実効値が第２判定値ＤＶ２以下である場合に、キャリア周波数を最小にする。これにより、例えば、電圧リプルを規定値以内に抑えることができる。
【００７９】
図４（ａ）〜図４（ｄ）は、第１の実施形態に係る周波数決定部の別の動作の一例を模式的に表すグラフ図である。  
上記実施形態では、出力電力の実効値が第１判定値ＤＶ１と第２判定値ＤＶ２との間の中間領域の値である場合、出力電力の実効値に応じて、キャリア周波数を最大周波数と最小周波数との間の周波数に連続的に変化させている。これに限ることなく、中間領域においては、例えば、図４（ａ）に表したように、出力電力の実効値に応じて、キャリア周波数を段階的に変化させてもよい。
【００８０】
上記実施形態では、第１判定値ＤＶ１と第２判定値ＤＶ２とを基に、キャリア周波数を決定している。これに限ることなく、例えば、図４（ｂ）に表したように、出力電力の実効値が所定の判定値以上である場合に、キャリア周波数を最大周波数に決定し、判定値未満である場合に、出力電力の実効値に応じて、キャリア周波数を最大周波数と最小周波数との間の周波数に連続的又は段階的に変化させてもよい。
【００８１】
図４（ｃ）に表したように、出力電力の実効値が所定の判定値未満である場合に、キャリア周波数を最小周波数に決定し、判定値以上である場合に、出力電力の実効値に応じて、キャリア周波数を最大周波数と最小周波数との間の周波数に連続的又は段階的に変化させてもよい。
【００８２】
例えば、出力電力の実効値が所定の判定値以上である場合に、キャリア周波数を最大周波数に決定し、判定値未満である場合に、キャリア周波数を最小周波数に決定してもよい。すなわち、キャリア周波数は、２段階に変化させてもよい。
【００８３】
図４（ｄ）に表したように、判定値を設けることなく、出力電力の実効値に応じて、キャリア周波数を最大周波数と最小周波数との間の周波数に連続的又は段階的に変化させてもよい。
【００８４】
（第２の実施形態）  
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、第２の実施形態に係る電力変換装置の一部を模式的に表すブロック図である。  
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、制御回路１４を模式的に表している。この例において、主回路部１２などは、上記第１の実施形態と実質的に同じであるから、詳細な説明を省略する。また、上記第１の実施形態と機能・構成上実質的に同じものについては、同符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００８５】
図５（ａ）に表したように、この例において、制御回路１４は、安定化フィルタ４６をさらに含む。安定化フィルタ４６は、実効値算出部４１と周波数決定部４２との間に設けられている。安定化フィルタ４６は、実効値算出部４１で算出された出力電力の実効値に含まれるノイズを抑制する。
【００８６】
これにより、例えば、キャリア周波数の急激な変動を抑制することができる。例えば、キャリア周波数をより適切に求めることができる。例えば、キャリア周波数の挙動を安定化させることができる。安定化フィルタ４６は、例えば、出力電力の実効値に対してソフトウェア的な制御を行うことにより、ノイズを抑制する。これにより、例えば、安定化フィルタ４６を設けた場合にも、出力密度の低下を抑制することができる。
【００８７】
図５（ｂ）に表したように、安定化フィルタ４６は、周波数決定部４２とキャリア生成部４３との間に設けてもよい。この場合にも、出力電力の実効値に含まれるノイズにともなうキャリア周波数の急激な変動を抑制することができる。
【００８８】
このように、安定化フィルタ４６は、実効値算出部４１と周波数決定部４２との間、及び、周波数決定部４２とキャリア生成部４３との間の双方に設けてもよい。すなわち、安定化フィルタ４６は、実効値算出部４１と周波数決定部４２との間、及び、周波数決定部４２とキャリア生成部４３との間の、少なくとも一方に設ければよい。
【００８９】
（第３の実施形態）  
図６は、第３の実施形態に係る電力変換装置を模式的に表すブロック図である。  
図６に表したように、電力変換装置１００の主回路部１２では、第１レグＬＧ１が、第１電圧検出部５１Ｕと、第２電圧検出部５２Ｕと、をさらに含む。第１電圧検出部５１Ｕは、第１電荷蓄積素子ＣＵ１の電圧Ｖｃｕ１を検出する。第２電圧検出部５２Ｕは、第２電荷蓄積素子ＣＵ２の電圧Ｖｃｕ２を検出する。
【００９０】
同様に、第２レグＬＧ２は、第１電圧検出部５１Ｖと、第２電圧検出部５２Ｖと、をさらに含む。第１電圧検出部５１Ｖは、第１電荷蓄積素子ＣＶ１の電圧Ｖｃｖ１を検出する。第２電圧検出部５２Ｖは、第２電荷蓄積素子ＣＶ２の電圧Ｖｃｖ２を検出する。
【００９１】
第１電圧検出部５１Ｕは、例えば、第１電荷蓄積素子ＣＵ１に対して並列に接続された抵抗素子である。第１電圧検出部５１Ｕは、これに限ることなく、第１電荷蓄積素子ＣＵ１の電圧を検出可能な任意の構成でよい。各電圧検出部５１Ｖ、５２Ｕ、５２Ｖは、第１電圧検出部５１Ｕと実質的に同じであるから、説明を省略する。
【００９２】
電力変換装置１００では、制御回路１４が、電圧制御部５４をさらに含む。電圧制御部５４は、各電圧検出部５１Ｕ、５１Ｖ、５２Ｕ、５２Ｖのそれぞれと接続されている。電圧制御部５４は、各電圧検出部５１Ｕ、５１Ｖ、５２Ｕ、５２Ｖから各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２を取得する。電圧制御部５４は、変調波生成部４４に接続されている。電圧制御部５４は、取得した各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２を変調波生成部４４に入力する。
【００９３】
変調波生成部４４は、入力された出力電力の検出値、電力指令値、及び、各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２を基に、各レグＬＧ１、ＬＧ２の変調波ＭＷを生成する。変調波生成部４４は、例えば、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２が実質的に一定になるように、各レグＬＧ１、ＬＧ２の変調波ＭＷを生成する。
【００９４】
各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２は、負荷４の条件や各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３の状態によって変化する場合がある。
【００９５】
この例では、制御回路１４が、各電圧検出部５１Ｕ、５１Ｖ、５２Ｕ、５２Ｖの検出結果を基に、各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２を制御する。制御回路１４は、例えば、各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２が実質的に一定になるように、各スイッチング素子Ｕ１〜Ｕ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｙ１〜Ｙ３のオン・オフを制御する。
【００９６】
これにより、例えば、各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２の変動を抑制することができる。例えば、電力変換装置１００の動作をより安定させることができる。なお、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２の電圧の制御方法については、例えば、「IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, VOL.59, NO.2, FEBRUARY 2012 Active Capacitor Voltage Balancing in Single-Phase Flying-Capacitor Multilevel Power Converters」の論文などに詳細に記載されている。
【００９７】
なお、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２の制御を行うことなく、例えば、各電圧検出部５１Ｕ、５１Ｖ、５２Ｕ、５２Ｖのように、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２のそれぞれに抵抗素子を並列に接続してもよい。これにより、例えば、抵抗素子を設けない場合に比べて、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２の各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２の変動を抑制することができる。各電圧Ｖｃｕ１、Ｖｃｕ２、Ｖｃｖ１、Ｖｃｖ２を安定化させることができる。抵抗素子は、例えば、各電荷蓄積素子ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２などに対して、直列に接続してもよい。
【００９８】
実施形態によれば、高出力密度で高効率な電力変換装置が提供される。
【００９９】
以上、具体例を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明の実施形態は、これらの具体例に限定されるものではない。例えば、電力変換装置に含まれる、インバータ、フィルタ、主回路部、高電位入力端子、低電位入力端子、レグ、第１上側スイッチング素子、第２上側スイッチング素子、第１下側スイッチング素子、第２下側スイッチング素子、電荷蓄積素子、電力検出部、制御回路、周波数決定部、実効値算出部、安定化フィルタ、電圧検出部などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の範囲から適宜選択することにより本発明を同様に実施し、同様の効果を得ることができる限り、本発明の範囲に包含される。  
また、各具体例のいずれか２つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
【０１００】
その他、本発明の実施の形態として上述した電力変換装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての電力変換装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
【０１０１】
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。
【０１０２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０３】
２…直流電源、  ４…負荷、  １０、１００…電力変換装置、  １２…主回路部、  １４…制御回路、  ２０…インバータ、  ２２…フィルタ、  ２４…電力検出部、  ２５…電圧検出部、  ２６…電流検出部、  ４０…交流値検出部、  ４１…実効値算出部、  ４２…周波数決定部、  ４３…キャリア生成部、  ４４…変調波生成部、  ４５…比較部、  ４６…安定化フィルタ、  ５１Ｕ、５１Ｖ、５２Ｕ、５２Ｖ…電圧検出部（抵抗素子）、  ５４…電圧制御部、  ＣＳ１〜ＣＳ３…キャリア信号、  ＣＵ１、ＣＵ２、ＣＶ１、ＣＶ２…電荷蓄積素子、  ＬＧ１、ＬＧ２…レグ、  ＬＡ１、ＬＡ２、ＵＡ１、ＵＡ２…アーム、  ＭＷ…変調波、  Ｕ１〜Ｕ３、Ｖ１〜Ｖ３、Ｘ１〜Ｘ３、Ｙ１〜Ｙ３…スイッチング素子
【図１】
2015186281.tif 000003
【図２】
2015186281.tif 000004
【図３】
2015186281.tif 000005
【図４】
2015186281.tif 000006
【図５】
2015186281.tif 000007
【図６】
2015186281.tif 000008