(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流と交流とを相互に変換可能な電力変換装置であって、
互いに並列に接続されるコンデンサとスイッチング素子とを含む単位変換器が少なくとも１つ以上直列に接続されたアームユニットと、
前記交流の周波数に第１非整数値を乗じた第１周波数と、前記交流の周波数に前記第１非整数値以上の第２非整数値を乗じた第２周波数と、前記第２周波数より高い周波数である第３周波数とのうち、いずれかの周波数の三角波キャリア信号を選択的に生成する生成部と、
前記生成部によって生成された前記三角波キャリア信号に基づいて、前記スイッチング素子を制御する制御部と、
前記生成部に、いずれの周波数の前記三角波キャリア信号を生成させるかを切り替える切替部と、を備え、
前記切替部は、前記生成部に、
前記交流の電圧の絶対値が所定範囲にある場合、前記第１周波数の三角波キャリア信号を生成させ、
前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲にない場合、前記第３周波数の三角波キャリア信号を第１の期間の間、生成させ、
前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲になく、且つ前記生成部が前記第３周波数の三角波キャリア信号を生成していない場合、前記第２周波数の三角波キャリア信号を前記第１の期間より長い第２の期間の間、生成させる、
電力変換装置。
【請求項２】
前記切替部は、前記交流の電圧の絶対値が所定範囲にある場合において、他の装置から指令信号を取得した場合、前記第２周波数の三角波キャリア信号を前記第２の期間の間、生成させる、
請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記第３周波数は、前記交流の周波数に前記第２非整数値以上の第３非整数値を乗じた周波数である、
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記第３周波数は、前記交流の周波数に前記第２非整数値以上の整数値を乗じた周波数であり、前記整数値は、４以上である、
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記第３周波数は、予め定められた固定周波数である、
請求項１又は請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記生成部は、所定時間内において、前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲を超えた状態の回数が第１所定回数以上である場合、前記第３周波数の三角波キャリア信号を生成しない、
請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記生成部は、所定時間内において、前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲を超えた状態の回数が第２所定回数以上である場合、前記第２周波数の三角波キャリア信号を生成しない、
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記生成部は、所定時間内において、前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲を超えた状態の回数が第３所定回数以上である場合、前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲を超えても前記第１周波数の三角波キャリア信号を生成し続ける、
請求項１から請求項７のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記生成部は、所定時間内において、前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲を超えた状態の回数が第４所定回数以上である場合、
前記制御部は、前記スイッチング素子の動作を停止させる、
請求項１から請求項８のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記生成部によって前記第２周波数または前記第３周波数の三角波キャリア信号が生成されている場合、前記アームユニットを流れる電流が所定の電流値未満になるように、前記スイッチング素子を制御する、
請求項１から請求項９のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記生成部は、自装置の直流側に接続される他の交直変換装置からの指令信号に基づいて、前記第２周波数の三角波キャリア信号を前記第２の期間の間、生成させ、
前記指令信号は、前記他の交直変換装置の交流側で系統電圧異常が生じたことに伴い出力される信号である、
請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の電力変換装置を二つ以上備え、前記二つ以上の電力変換装置の直流側が互いに接続されて構成される電力変換システムであって、
前記生成部は、自装置の直流側に接続される他の交直変換装置からの指令信号に基づいて、前記第２周波数の三角波キャリア信号を前記第２の期間の間、生成させ、
前記指令信号は、前記交直変換装置の交流側で系統電圧異常が生じたことに伴い出力される信号である、
電力変換システム。
【請求項１３】
直流と交流とを相互に変換可能であり、互いに並列に接続されるコンデンサとスイッチング素子とを含む単位変換器が少なくとも１つ以上直列に接続されたアームユニットを備える電力変換装置が、
前記交流の周波数に第１非整数値を乗じた第１周波数と、前記交流の周波数に前記第１非整数値以上の第２非整数値を乗じた第２周波数と、前記第２周波数より高い周波数である第３周波数とのうち、いずれかの周波数の三角波キャリア信号を選択的に生成し、
生成された前記三角波キャリア信号に基づいて、前記スイッチング素子を制御し、
いずれの周波数の前記三角波キャリア信号を生成させるかを切り替えることにより、
前記交流の電圧の絶対値が所定範囲にある場合、前記第１周波数の三角波キャリア信号を生成させ、
前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲にない場合、前記第３周波数の三角波キャリア信号を第１の期間の間、生成させ、
前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲になく、且つ前記第３周波数の三角波キャリア信号を生成していない場合、前記第２周波数の三角波キャリア信号を前記第１の期間より長い第２の期間の間、生成させる、
電力変換方法。
【請求項１４】
直流と交流とを相互に変換可能であり、互いに並列に接続されるコンデンサとスイッチング素子とを含む単位変換器が少なくとも１つ以上直列に接続されたアームユニットを備える電力変換装置に、
前記交流の周波数に第１非整数値を乗じた第１周波数と、前記交流の周波数に前記第１非整数値以上の第２非整数値を乗じた第２周波数と、前記第２周波数より高い周波数である第３周波数とのうち、いずれかの周波数の三角波キャリア信号を選択的に生成させ、
生成された前記三角波キャリア信号に基づいて、前記スイッチング素子を制御させ、
いずれの周波数の前記三角波キャリア信号を生成させるかを切り替えさせることにより、
前記交流の電圧の絶対値が所定範囲にある場合、前記第１周波数の三角波キャリア信号を生成させ、
前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲にない場合、前記第３周波数の三角波キャリア信号を第１の期間の間、生成させ、
前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲になく、前記第３周波数の三角波キャリア信号を生成していない場合、前記第２周波数の三角波キャリア信号を前記第１の期間より長い第２の期間の間、生成させる、
プログラム。
【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、電力変換システム、電力変換方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電力変換装置として、モジュラー・マルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ変換器：Modular Multilevel Converter）の実用化が進められている。ＭＭＣ変換器とは，直列に接続された複数の単位変換器を含むアームユニットを備え、各単位変換器の出力可能な電圧を加算することで高電圧，大容量に対応可能な電力変換装置である。電力変換装置は、例えば、交流系統と直流系統との間に接続され、電力を変換する。【０００３】
ここで、ＭＭＣ変換器が、ハーフブリッジセル方式の２レベル変換器である単位変換器を備える場合、単位変換器のスイッチング制御には、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）電圧を生成する変調方法として三角波キャリア比較方式が用いられる場合がある。この場合、三角波キャリア信号の周波数（つまり、単位変換器のスイッチング周波数）が、低周波であり、かつ、電力変換装置の連系する交流系統の周波数の整数倍に近づくと、ハーフブリッジセルのコンデンサ電圧のバランスを安定させることが困難になる場合がある。そこで、従来、三角波キャリア周波数を、交流系統周波数の２〜４倍未満程度の非整数倍に設定したり、４倍以上に高周波化したりする技術が知られている。【０００４】
しかしながら、電力変換装置は、単位変換器あたりのスイッチング周波数が高くなると、電力変換に伴う電力損失の規模が大きくなるため、三角波キャリア周波数を交流系統周波数の４倍以上の高周波に設定した場合、電力変換装置の電力変換に伴う損失を低損失化することが困難である。一方、低損失化の観点から交流系統周波数の４倍未満の非整数倍に設定すると、低周波であるため電圧や電流の制御性能が低下する。このため、連系される交流系統や直流系統に系統事故が生じた場合、電力変換装置は、運転を継続することが困難になる場合がある。これに対応するために、三角波キャリア周波数を系統事故時に一時的に高周波に設定する技術が知られているが、電力変換に伴う損失による総発熱量が増大し続けたり、事故除去の後に速やかに運転を回復したりすることが困難になる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２００９／０８６９２７号
【特許文献２】特開２０１４−１８０１５号公報
【特許文献３】特開２０１８−１３３９５０号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】関口慧，新田将大，萩原誠，赤木泰文：「位相シフトＰＷＭを適用したモジュラー・マルチレベル・カスケード変換器（ＭＭＣＣ−ＤＳＣＣ）の三角波キャリア周波数の検討」，電気学会論文誌Ｄ，ｖｏｌ．１３４，ｎｏ．１０，ｐｐ．８９０−９０３（２０１４−１０）
【０００７】
本発明は、電力変換に係る電力損失を低減しつつ、系統事故時の運転継続性を向上させることができる、電力変換装置、電力変換システム、電力変換方法、及びプログラムを提供することを目的とする。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、電力変換に係る電力損失を低減しつつ、系統事故時の運転継続性を向上させることができる、電力変換装置、電力変換システム、電力変換方法、及びプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
実施形態の電力変換装置は、直流と交流とを相互に変換可能な電力変換装置であって、アームユニットと、生成部と、制御部と、切替部とを持つ。アームユニットは、互いに並列に接続されるコンデンサとスイッチング素子とを含む単位変換器が少なくとも１つ以上直列に接続される。生成部は、前記交流の周波数に第１非整数値を乗じた第１周波数と、前記交流の周波数に前記第１非整数値以上の第２非整数値を乗じた第２周波数と、前記第２周波数より高い周波数である第３周波数とのうち、いずれかの周波数の三角波キャリア信号を選択的に生成する。制御部は、前記生成部によって生成された前記三角波キャリア信号に基づいて、前記スイッチング素子を制御する。切替部は、前記生成部に、いずれの周波数の前記三角波キャリア信号を生成させるかを切り替え、前記生成部に、前記交流の電圧の絶対値が所定範囲にある場合、前記第１周波数の三角波キャリア信号を生成させ、前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲にない場合、前記第３周波数の三角波キャリア信号を第１の期間の間、生成させ、前記交流の電圧の絶対値が前記所定範囲になく、且つ前記生成部が前記第３周波数の三角波キャリア信号を生成していない場合、前記第２周波数の三角波キャリア信号を前記第１の期間より長い第２の期間の間、生成させる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態の電力変換装置１の構成の一例を示す図である。
【図２】電力変換器１０の構成の一例を示す図である。
【図３】セルＣＬの構成の一例を示す図である。
【図４】実施形態の交流情報算出部２１０の処理の一例を概念的に示す図である。
【図５】実施形態のキャリア周波数切替指令部２３０の処理の一例を概念的に示す図である。
【図６】実施形態のキャリア周波数切替部２４０の処理の一例を概念的に示す図である。
【図７】第１周波数ｆｃ１、第２周波数ｆｃ２、及び第３周波数ｆｃ３と、第１の期間ＴＭ１、及び第２の期間ＴＭ２との関係の一例を示すグラフである。
【図８】変換器制御装置２０が生成する各種信号の一例を示すグラフである。
【図９】交流系統事故時の電力変換装置１の動作の一例を示す図である。
【図１０】実施形態の電力変換装置１の動作の一例を示すフローチャート（その１）
【図１１】実施形態の電力変換装置１の動作の一例を示すフローチャート（その２）
【図１２】変形例１のキャリア周波数切替指令部２３０ａの処理を概念的に示す図である。
【図１３】変形例２のキャリア周波数切替指令部２３０ｂの処理を概念的に示す図である。
【図１４】変形例３の変換器制御装置２０ｂの構成の一例を示す図である。
【図１５】変形例４における電力変換装置１の使用環境の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、実施形態の電力変換装置、電力変換システム、電力変換方法、及びプログラムを、図面を参照して説明する。
【００１２】
（実施形態）
［電力変換装置１の構成］
図１は、実施形態の電力変換装置１の構成の一例を示す図である。電力変換装置１は、交流系統と直流系統の連系点に設けられ、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する。電力変換装置１は、電力変換器１０と、変換器制御装置２０とを備える。
【００１３】
［電力変換器１０について］
電力変換器１０は、変換器制御装置２０の制御に基づいて、交流電力と直流電力とを相互に変換する。電力変換器１０は、例えば、モジュラー・マルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ変換器：Modular Multilevel Converter）である。図２は、電力変換器１０の構成の一例を示す図である。電力変換器１０は、直流系統の正極（図示する端子Ｐ）と、直流系統の負極（図示する端子Ｎ）との間に複数のレグＬＧを備える。レグＬＧの数は、例えば、交流系統が供給する交流電力の相数に対応する。本実施形態では、交流系統は、第１相（図示するＲ相）、第２相（図示するＳ相）及び第３相（図示するＴ相）の三相三線式の交流電力を供給する。このため、電力変換器１０は、Ｒ相に対応するレグＬＧｒと、Ｓ相に対応するレグＬＧｓと、Ｔ相に対応するレグＬＧｔとを備える。以降の説明において、レグＬＧｒと、レグＬＧｓと、レグＬＧｔとを互いに区別しない場合には、総称して「レグＬＧ」と記載する。
【００１４】
レグＬＧには、トランス（図示するトランスＴＲ）を介して、交流系統が供給する交流電力の三相のうち、ある相が接続される。具体的には、レグＬＧｒには、Ｒ相が接続され、レグＬＧｓには、Ｓ相が接続され、レグＬＧｔには、Ｔ相が接続される。以降の説明において、レグＬＧｒと、Ｒ相との接続点を接続点ＣＰｒと記載し、レグＬＧｓと、Ｓ相との接続点を接続点ＣＰｓと記載し、レグＬＧｔと、Ｔ相との接続点を接続点ＣＰｔと記載する。以降の説明において、接続点ＣＰｒと、接続点ＣＰｓと、接続点ＣＰｔとを互いに区別しない場合には、単に接続点ＣＰと記載する。
【００１５】
また、以降の説明において、電力変換器１０が出力する直流電圧の端子Ｐと同電位となる部位を、レグＬＧの端子Ｐとも記載し、当該直流電圧の端子Ｎと同電位となる部位を、レグＬＧの端子Ｎとも記載する。また、レグＬＧの端子Ｐから各相の接続点までの間を正側アームユニットとも記載する。また、各相の接続点からレグＬＧの端子Ｎまでの間を負側アームユニットとも記載する。
【００１６】
各レグＬＧは、互いに同様の構成を備える。以降の説明において、レグＬＧｒに係る構成には、符号の末尾に「ｒ」を付し、レグＬＧｓに係る構成には、符号の末尾に「ｓ」を付し、レグＬＧｔに係る構成には、符号の末尾に「ｔ」を付す。また、いずれのレグＬＧに係る構成であるかを互いに区別しない場合には、「ｒ」、「ｓ」、又は「ｔ」を省略して示す。以下、各レグＬＧを代表してレグＬＧｒについて説明する。
【００１７】
レグＬＧｒは、正側アームユニットと、負側アームユニットとに、それぞれｎ個のセルＣＬ（図示するセルＣＬ１−１ｒ〜ＣＬ１−ｎｒ、及びセルＣＬ２−１ｒ〜ＣＬ２−ｎｒ）と、複数のリアクトルＲＴ（図示するリアクトルＲＴ１ｒ，ＲＴ２ｒ）とを備える。ｎは、自然数である。レグＬＧｒの正側アームユニットには、端子Ｐから接続点ＣＰｒに向けて、セルＣＬ１−１ｒ〜ＣＬ１−ｎｒと、リアクトルＲＴ１ｒとが記載の順に直列接続される。また、レグＬＧｒの負側アームユニットには、接続点ＣＰｒから端子Ｎに向けて、リアクトルＲＴ２ｒと、セルＣＬ２−１ｒ〜ＣＬ２−ｎｒとが記載の順に直列に接続される。なお、リアクトルＲＴとトランスＴＲとは、リアクトルの機能を代替するだけの漏れリアクタンスを有する特殊な巻線構造のトランスに置き換えてもよい。
【００１８】
なお、レグＬＧｒは、接続点ＣＰから端子Ｐに流れる正側アーム電流（図示する、Ｒ相正側電流Ｉｐｒ）を検出する電流検出器（不図示）と、端子Ｎから接続点ＣＰに流れる負側アーム電流（図示する、Ｒ相負側電流Ｉｎｒ）を検出する電流検出器と（不図示）とが設けられていてもよい。
【００１９】
［セルＣＬについて］
図３は、セルＣＬの構成の一例を示す図である。セルＣＬとは、例えば、ハーフブリッジ回路である。図３に示される通り、セルＣＬは、例えば、複数のスイッチング素子Ｑ（図示するスイッチング素子Ｑ１〜Ｑ２）と、スイッチング素子Ｑに応じた数のダイオードＤ（図示するダイオードＤ１〜Ｄ２）と、コンデンサＣとを備える。スイッチング素子Ｑは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（以下、ＩＧＢＴ：Insulated Gate Bipolar Transistor）である。ただし、スイッチング素子Ｑは、ＩＧＢＴに限定されない。スイッチング素子Ｑは、コンバータ又はインバータを実現可能な自己消弧型スイッチング素子であれば、いかなる素子でもよい。本実施形態では、スイッチング素子ＱがＩＧＢＴである場合について説明する。
【００２０】
スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２とは、互いに直列に接続される。スイッチング素子Ｑ１、及びスイッチング素子Ｑ２と、コンデンサＣとは、互いに並列に接続される。各スイッチング素子Ｑと、ダイオードＤとは、互いに並列に接続される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１と、ダイオードＤ１とは、互いに並列に接続され、スイッチング素子Ｑ２と、ダイオードＤ２とは、互いに並列に接続される。
【００２１】
図３においてセルＣＬは、レグＬＧの端子Ｐ側に接続される正極端子と、端子Ｎ側に接続される負極端子とを備える。セルＣＬの正極端子は、スイッチング素子Ｑ１と、スイッチング素子Ｑ２との接続点に接続され、セルＣＬの負極端子は、スイッチング素子Ｑ２のエミッタ端子に接続される。以降の説明において、セルＣＬの正極端子と負極端子との間に生じる電圧を、セル電圧Ｖｃｌと記載する。
【００２２】
各スイッチング素子Ｑには、スイッチング素子Ｑのオン、オフを切り替える切替端子（不図示）を備え、切替端子は、変換器制御装置２０と接続され、制御信号が入力される。具体的には、スイッチング素子Ｑ１には、制御信号として第１ゲート信号ｇｔｐが入力され、スイッチング素子Ｑ２には、制御信号として第２ゲート信号ｇｔｎが入力される。制御信号に基づいて各スイッチング素子Ｑがオン、又はオフに切り替えられることにより、セルＣＬが備えるコンデンサＣは、充電又は放電される。また、セルＣＬは、コンデンサＣの電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する電圧検出器（不図示）が設けられる。
【００２３】
スイッチング素子Ｑのオン状態にする制御信号を「１」と表現し、オフ状態にする制御信号を「０」と表現すると、セル電圧Ｖｃｌは、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、０）の場合、コンデンサ電圧Ｖｃと一致し、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、１）の場合、０［Ｖ］である。このように、各レグＬＧが備えるスイッチング素子Ｑがスイッチングされることにより、マルチレベルの波形を生成することができる。
【００２４】
なお、スイッチング素子Ｑを（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、１）とすることは、コンデンサＣを短絡するため、禁止である。また、スイッチング時においてスイッチング素子Ｑが過渡的に（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（１、１）となるのを防止するため、スイッチング素子Ｑは、通常はごく短時間、過渡的に（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）の状態（デッドタイム）に制御される。ただし、スイッチング素子Ｑが、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）の状態（デッドタイム）に制御される時間は、スイッチング周期に比べて十分に短時間であるため、以降の説明から省略する。また、スイッチング素子Ｑのスイッチング制御を停止する場合、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０）の状態に固定することにより、実現される。
【００２５】
［変換器制御装置２０について］
図１に戻り、変換器制御装置２０は、制御部２００と、ゲート信号生成部３００とを備える。制御部２００は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のハードウェアプロセッサが記憶部（不図示）に記憶されるプログラム（ソフトウェア）を実行することにより、交流情報算出部２１０と、電圧指令値演算部２２０と、キャリア周波数切替指令部２３０と、キャリア周波数切替部２４０と、三角波キャリア生成部２５０とを機能部として実現する。また、これらの構成要素のうち一部又は全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等のハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
【００２６】
交流情報算出部２１０は、交流系統の各相の電圧を検出する機器（図示する検出器ＣＳ）によって検出された電圧（図示するＲ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔ）を示す情報を取得し、取得した情報に基づいて、交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑを算出する。また、交流情報算出部２１０は、交流系統電圧に追従し、同期するための演算として、交流系統無効電圧Ｖｑの算出値が零になるように演算を繰り返す。これにより、交流情報算出部２１０は、交流周波数ｆｐｌｌ、及び交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを算出する。交流周波数ｆｐｌｌは、電力変換器１０が連系する交流系統電圧の周波数である。また、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａは、当該交流電圧のある基準相の位相を示す値である。交流情報算出部２１０の処理の詳細については、後述する。
【００２７】
電圧指令値演算部２２０は、電力変換器１０の各状態（例えば、正側電流Ｉｐｒ〜Ｉｐｔ、負側電流Ｉｎｒ〜Ｉｎｔ、及び各コンデンサ電圧Ｖｃ）と、交流情報算出部２１０によって算出された、交流系統有効電圧Ｖｄ、交流系統無効電圧Ｖｑ、及び交流系統電圧位相ｔｈｅｔａに基づいて、電力変換器１０の出力する有効電力ＰＥと、無効電力ＱＥとが、予め定められた有効電力指令値ＰＥ＊と、無効電力指令値ＱＥ＊とになるように、各セルＣＬのセル電圧Ｖｃｌを指示するセル電圧指令値Ｖｃｌ＊を算出する。
【００２８】
キャリア周波数切替指令部２３０は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄと、外部システムからの指令（図示する外部指令ＳＹＳ）とに基づいて、三角波キャリア信号の周波数を指示する信号（図示する第１パルス切替指令ＳＷ１、及び第２パルス切替指令ＳＷ２）を、キャリア周波数切替部２４０に出力する。三角波キャリア信号は、三角波比較方式によってスイッチング素子Ｑのスイッチング制御信号を生成する際に用いられる信号である。三角波比較方式において、三角波キャリア信号の周波数と、スイッチング周波数とは、一致する。以降の説明において、三角波キャリア信号の周波数を、スイッチング周波数とも記載する。外部システムは、例えば、電力変換装置１の保護装置である。キャリア周波数切替指令部２３０の処理の詳細については、後述する。
【００２９】
キャリア周波数切替部２４０は、交流情報算出部２１０によって算出された交流周波数ｆｐｌｌと、キャリア周波数切替指令部２３０によって出力された第１パルス切替指令ＳＷ１、及び第２パルス切替指令ＳＷ２とに基づいて、電力変換器１０のスイッチング周波数を指示する指令値（以下、キャリア指令周波数ｆｃ＊）を選択し、三角波キャリア生成部２５０に出力する。キャリア周波数切替部２４０の処理の詳細については、後述する。
【００３０】
三角波キャリア生成部２５０は、キャリア周波数切替部２４０によって出力されたキャリア指令周波数ｆｃ＊に基づいて、セルＣＬ毎の三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊を生成する。この三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊は、アームユニットに直列に接続されるセルＣＬの一端から他端まで順に、セルＣＬ毎に均等に位相シフトした信号である。
【００３１】
なお、三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊の位相シフト順は、必ずしもセルＣＬの直列接続順に一致している必要はなく、同一アームユニットに属する任意のセルＣＬ間において、互いに均等に位相シフトしていればよい。したがって、三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊の位相シフト順は、任意に変更できる。以降の説明では、三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊の位相シフト順が、セルＣＬの直列接続順である場合を一例に説明する。
【００３２】
ゲート信号生成部３００は、電圧指令値演算部２２０によって算出された各セルＣＬのセル電圧指令値Ｖｃｌ＊と、三角波キャリア生成部２５０によって生成されたセルＣＬ毎の三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊とに基づいて、セルＣＬ毎の第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎを生成し、電力変換器１０に出力する。三角波キャリア生成部２５０によって生成される三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊と、第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎの詳細については、後述する。
【００３３】
以下、電力変換器１０が備える各部の処理の内容について説明する。
【００３４】
［交流情報算出部２１０について］
図４は、実施形態の交流情報算出部２１０の処理の一例を概念的に示す図である。交流情報算出部２１０は、変換部２１１と、ＰＩ演算部２１２と、加算部２１３と、発振器２１４とを機能部として備える。
【００３５】
変換部２１１は、検出器ＣＳによって検出された電圧（図示するＲ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔ）を示す情報を取得する。変換部２１１は、式（１）を用いて、取得したＲ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔを、交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑに変換（算出）する。なお、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａは、後述する発振器２１４によって出力される値であり、交流系統のある基準相（この一例では、Ｒ相）の電圧位相を示す値である。
【００３６】
【数１】
0006622442.tif 000002
【００３７】
ＰＩ演算部２１２は、変換部２１１によって変換された交流系統無効電圧Ｖｑに基づいて、電力変換器１０が連系する交流系統電圧の周波数と、基準交流系統周波数ｆｓ０との周波数差（以下、周波数差Δｆｐｌｌ）を算出する。周波数差Δｆｐｌｌは、交流系統電圧の周波数が基準交流系統周波数ｆｓ０より高い場合、プラスの値をとり、基準交流系統周波数ｆｓ０より低い場合、マイナスの値をとる。基準交流系統周波数ｆｓ０は、連系する交流系統の定格周波数であり、例えば、５０［Ｈｚ］、又は６０［Ｈｚ］の定数である。周波数差Δｆｐｌｌは、ＰＩ演算部２１２に入力される交流系統無効電圧Ｖｑの算出値が零になるまで、増加、又は減少を続け、実際の交流系統周波数と基準交流系統周波数ｆｓ０との差の値に収束する。
【００３８】
加算部２１３は、ＰＩ演算部２１２によって算出された周波数差Δｆｐｌｌを、基準交流系統周波数ｆｓ０に加算する。以降の説明において、基準交流系統周波数ｆｓ０に周波数差Δｆｐｌｌを加算した周波数を、交流周波数ｆｐｌｌと記載する。
【００３９】
発振器２１４は、加算部２１３によって算出された交流周波数ｆｐｌｌの周波数によって、最小値０から最大値２πまでを、繰り返し単調増加する交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを出力する。なお、上述したように、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａは、変換部２１１の交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑの変換と、セル電圧指令値Ｖｃｌ＊の生成とに用いられる。
【００４０】
上述の処理によって、交流情報算出部２１０は、変換部２１１における交流系統無効電圧Ｖｑの算出値が零になるように、交流系統電圧位相ｔｈｅｔａの算出を繰り返すことで、交流系統電圧に同期した交流周波数ｆｐｌｌ、及び交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを得る。
【００４１】
後述するが、スイッチング素子Ｑは、交流周波数ｆｐｌｌに比例するようにスイッチング周波数が制御される場合がある。ここで、交流系統の状態が不安定となり、周波数差Δｆｐｌｌが通常の範囲を逸脱して変動した場合、交流周波数の算出値ｆｐｌｌも同様に変動し、スイッチング素子Ｑのスイッチング周波数が通常の範囲を超えて、電力変換装置１が安定運転できなくなる恐れがある。これを防止するため、ＰＩ演算部２１２は、周波数差Δｆｐｌｌが、限界値（以下、限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔ）より大きい場合、周波数差Δｆｐｌｌを＋限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔとし、−限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔより小さい場合、周波数差Δｆｐｌｌを−限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔとして出力してもよい。この場合、加算部２１３は、交流周波数ｆｐｌｌを、基準交流系統周波数ｆｓ０＋限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔ〜基準交流系統周波数ｆｓ０−限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔの範囲の周波数に制限することができる。限界値Δｆｐｌｌ＿ｌｉｍｉｔは、例えば、基準交流系統周波数ｆｓ０より小さい正の値である。
【００４２】
［キャリア周波数切替指令部２３０について］
図５は、実施形態のキャリア周波数切替指令部２３０の処理の一例を概念的に示す図である。キャリア周波数切替指令部２３０は、第１比較器２３１と、判定部２３２と、第１パルス出力部２３３と、第２パルス出力部２３４とを機能部として備える。第１比較器２３１は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値と、電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈ、及び電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌとを比較する。第１比較器２３１は、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈよりも大きい場合、或いは交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌよりも小さい場合、系統電圧異常信号ＥＲＲを出力する。交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈよりも大きい状態、或いは交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌよりも小さい状態は、交流系統に系統事故が発生し、交流系統の各相電圧の振幅が異常値を示していたり、相間が不平衡になっていたりする状態である。電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈから電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌによって示される範囲は、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値がとり得る「所定範囲」の一例である。
【００４３】
なお、第１比較器２３１は、式（２）によって求められる合成電圧ベクトルＶｄｑと、所定の閾値とを比較し、合成電圧ベクトルＶｄｑの値が所定の上限閾値より大きいか、所定の下限閾値より小さい場合、系統電圧異常信号ＥＲＲを出力する構成であってもよい。
【００４４】
【数２】
0006622442.tif 000003
【００４５】
判定部２３２は、第１比較器２３１によって系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されたか否か、又は又は外部システムによって外部指令ＳＹＳが出力されたか否かを判定する。判定部２３２は、系統電圧異常信号ＥＲＲ、又は外部指令ＳＹＳのうち、いずれか一方が出力される場合、第１パルス出力部２３３に系統電圧異常信号ＥＲＲを出力する。
【００４６】
第１パルス出力部２３３は、判定部２３２によって系統電圧異常信号ＥＲＲが出力される場合、系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されてから第１の期間ＴＭ１だけ、第１パルス切替指令ＳＷ１を出力する。また、第１パルス出力部２３３は、第１比較器２３１によって系統事故を検知していない場合であっても、外部指令ＳＹＳが出力された場合には、第１パルス切替指令ＳＷ１を出力する。
【００４７】
第２パルス出力部２３４は、第１比較器２３１によって系統電圧異常信号ＥＲＲが出力される場合、系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されてから第２の期間ＴＭ２だけ、第２パルス切替指令ＳＷ２を出力する。
【００４８】
［キャリア周波数切替部２４０について］
図６は、実施形態のキャリア周波数切替部２４０の処理の一例を概念的に示す図である。キャリア周波数切替部２４０は、第１切替部２４１と、乗算部２４２と、第２切替部２４３とを機能部として備える。第１切替部２４１は、乗算部２４２に出力する非整数値を、第１非整数値Ｎ１と、第２非整数値Ｎ２とのいずれか一方に切り替える。第１切替部２４１は、第１パルス切替指令ＳＷ１が出力されていない場合、乗算部２４２に第１非整数値Ｎ１を出力し、第１パルス切替指令ＳＷ１が出力されている場合、第２非整数値Ｎ２を出力する。第１非整数値Ｎ１、及び第２非整数値Ｎ２は、正の値であり、且つ整数ではない値である。また、第１非整数値Ｎ１は、第２非整数値Ｎ２よりも小さい値である。
【００４９】
乗算部２４２は、交流周波数ｆｐｌｌと、第１切替部２４１によって出力された非整数値とを乗算する。以降の説明において、交流周波数ｆｐｌｌと、第１非整数値Ｎ１とを乗算した周波数を、第１周波数ｆｃ１と記載し、交流周波数ｆｐｌｌと、第２非整数値Ｎ２とを乗算した周波数を、第２周波数ｆｃ２と記載する。
【００５０】
第２切替部２４３は、キャリア指令周波数ｆｃ＊として三角波キャリア生成部２５０に出力する周波数を、乗算部２４２によって出力された周波数（第１周波数ｆｃ１、又は第２周波数ｆｃ２）と、第３周波数ｆｃ３とのいずれか一方に切り替える。第２切替部２４３は、第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されていない場合、乗算部２４２によって出力された第１周波数ｆｃ１、又は第２周波数ｆｃ２をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力し、第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されている場合、第３周波数ｆｃ３をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力する。第３周波数ｆｃ３は、予め定められた周波数である。
【００５１】
以下、第１周波数ｆｃ１、第２周波数ｆｃ２、及び第３周波数ｆｃ３と、第１の期間ＴＭ１、及び第２の期間ＴＭ２の関係について説明する。図７は、第１周波数ｆｃ１、第２周波数ｆｃ２、及び第３周波数ｆｃ３と、第１の期間ＴＭ１、及び第２の期間ＴＭ２との関係の一例を示すグラフである。図７の横軸は、キャリア指令周波数ｆｃ＊を示し、縦軸は、当該キャリア指令周波数ｆｃ＊のスイッチング周波数によって継続して制御することが可能な時間（以下、継続制御時間）を示し、波形Ｗ１は、キャリア指令周波数ｆｃ＊と、継続制御時間との関係を示す波形である。
【００５２】
一般に、電力変換器１０は、キャリア指令周波数ｆｃ＊が増加するほど、単位時間当たりの発熱量（つまり、電力変換損失）が発生し、電力変換損失が大きいほど、継続制御時間は短くなる。したがって、電力変換損失に伴う許容発熱量を固定した場合、波形Ｗ１に示す通り、キャリア指令周波数ｆｃ＊と、継続制御時間との関係は、おおむね反比例の関係となる。
【００５３】
また、一般に、キャリア指令周波数ｆｃ＊が、定数Ｋ×交流周波数ｆｐｌｌ以下の低周波域において、交流周波数ｆｐｌｌの整数倍、又は整数倍に近い値をとると、電力変換器１０は、コンデンサ電圧Ｖｃのバランスの維持が困難になる。一方、キャリア指令周波数ｆｃ＊が、定数Ｋ×交流周波数ｆｐｌｌより高いの高周波域において、交流周波数ｆｐｌｌの整数倍、又は整数倍に近い値をとる場合であっても、電力変換器１０は、コンデンサ電圧Ｖｃのバランスを維持することができる。定数Ｋは、例えば、「４」以上の値であり、第１非整数値Ｎ１、及び第２非整数値Ｎ２は、定数Ｋ未満の値である。つまり、第１非整数値Ｎ１、第２非整数値Ｎ２は、例えば、「２」〜「４」程度の非整数値（例えば、２．１〜２．９や、３．１〜３．９）である。
【００５４】
第１周波数ｆｃ１、及び第２周波数ｆｃ２は、定数Ｋ×交流周波数ｆｐｌｌ以下の低周波域の周波数であるが、交流周波数ｆｐｌｌに、第１非整数値Ｎ１、又は第２非整数値Ｎ２を乗じた周波数である。このため、電力変換器１０は、第１周波数ｆｃ１、又は第２周波数ｆｃ２のキャリア指令周波数ｆｃ＊のスイッチング周波数によってスイッチング制御を行っても、コンデンサ電圧Ｖｃのバランスを維持することができる。
【００５５】
なお、キャリア指令周波数ｆｃ＊が第２非整数値Ｎ２×交流周波数ｆｐｌｌである場合のスイッチング損失が小さい場合、第２非整数値Ｎ２と、第１非整数値Ｎ１との差を十分に小さくする、又は第２非整数値Ｎ２と、第１非整数値Ｎ１との差を「０」（つまり、第２非整数値Ｎ２＝第１非整数値Ｎ１）にしてもよい。
【００５６】
第３周波数ｆｃ３は、第１周波数ｆｃ１、及び第２周波数ｆｃ２よりも高い周波数であり、定数Ｋ×交流周波数ｆｐｌｌ以上の高周波域の周波数である。第３周波数ｆｃ３は、交流周波数ｆｐｌｌの整数倍であってもよく、交流周波数ｆｐｌｌの非整数倍であってもよい。なお、上述では、第３周波数ｆｃ３が予め定められた周波数（つまり、固定値）である場合について説明したが、交流周波数ｆｐｌｌに定数Ｋ以上の整数、又は定数Ｋ以上の非整数を乗じた値であってもよい。
【００５７】
以下、第１の期間ＴＭ１、及び第２の期間ＴＭ２の関係について説明する。上述したように、キャリア周波数切替部２４０は、第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されている第２の期間ＴＭ２の間（つまり、系統事故が継続している時間相当の間）、第３周波数ｆｃ３をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力する。第３周波数ｆｃ３は、高周波域の周波数であるため、単位時間あたりの電力損失が大きい。このため、電力変換器１０は、長期間運転継続することが困難である。したがって、キャリア周波数切替部２４０は、短期間（この一例では、第２の期間ＴＭ２）、第３周波数ｆｃ３を出力する。
【００５８】
第２の期間ＴＭ２は、例えば、交流系統に設けられる交流遮断器が、事故回線を切り離し、事故が除去されるまでの期間である。第２の期間ＴＭ２は、過去の事故事例や、予め定められた復旧時間に基づいて設定されてもよく、例えば、交流系統電圧周期の数倍程度の期間である。なお、第２の期間ＴＭ２は、電力変換器１０が備える冷却機能に応じて、第３周波数ｆｃ３におけるスイッチング制御による発熱を冷却可能な期間であってもよい。
【００５９】
また、キャリア周波数切替部２４０は、第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されておらず、且つ第１パルス切替指令ＳＷ１が出力されている間（つまり、系統事故が発生してから第２の期間ＴＭ２が経過した後の第１の期間ＴＭ１−第２の期間ＴＭ２の間、又は外部指令ＳＹＳを受信した後の第１の期間ＴＭ１の間）、第２周波数ｆｃ２をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力する。第２周波数ｆｃ２は、第３周波数ｆｃ３よりも低周波域の周波数であるため、単位時間当たりの電力損失が第３周波数ｆｃ３に比して小さい。このため、電力変換器１０は、第３周波数ｆｃ３よりも長期間、電力変換器１０を運転継続することができる。したがって、第１の期間ＴＭ１は、第２の期間ＴＭ２よりも長い期間である。
【００６０】
また、上述したように、キャリア周波数切替部２４０は、第１パルス切替指令ＳＷ１、及び第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されていない場合（つまり、通常状態において）、第１周波数ｆｃ１をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力する。電力変換器１０は、第１周波数ｆｃ１によって常時スイッチング制御が可能なだけの冷却機能を有する。
【００６１】
［ゲート信号について］
図８は、変換器制御装置２０が生成する各種信号の一例を示すグラフである。図８において、波形Ｗ１１は、電力変換器１０のあるアームユニットに直列に接続されるセルＣＬのうち、あるｊ番目（ｊは、自然数）のセルＣＬ（以下、セルＣＬ（ｊ））の第１ゲート信号ｇｔｐ（ｊ）の生成に用いられる三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ）＊の経時変化を示す波形である。波形Ｗ１２は、セルＣＬ（ｊ）の正極端子と負極端子との間に生じる電圧の指令値であるセル電圧指令値Ｖｃｌ＊の経時変化を示す波形である。波形Ｗ１３は、セルＣＬ（ｊ）に隣接して直列に接続されるセルＣＬ（以下、セルＣＬ（ｊ＋１））の第１ゲート信号ｇｔｐ（ｊ＋１）の生成に用いられる三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ＋１）＊の経時変化を示す波形である。波形Ｗ１４は、セルＣＬ（ｊ＋１）の正極端子と負極端子との間に生じる電圧の指令値であるセル電圧指令値Ｖｃｌ（ｊ＋１）＊の経時変化を示す波形である。波形Ｗ１５は、第１ゲート信号ｇｔｐ（ｊ）の経時変化を示す波形である。波形Ｗ１６は、第１ゲート信号ｇｔｐ（ｊ＋１）の経時変化を示す波形である。
【００６２】
波形Ｗ１１、及び波形Ｗ１３が示す通り、三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ）＊と、三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ＋１）＊は、周期が１／キャリア指令周波数ｆｃ＊の三角波波形である。図８において、三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ）＊は、最大値がセルＣＬのコンデンサ電圧Ｖｃに一致するように無次元化し、０から１の範囲によって示される。また、波形Ｗ１２、及び波形Ｗ１４が示す通り、セル電圧指令値Ｖｃｌ（ｊ）＊と、セル電圧指令値Ｖｃｌ（ｊ＋１）＊の値は、ほぼ等しい。なお、セル電圧指令値Ｖｃｌ（ｊ）＊は、三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊と同様に、セルＣＬのコンデンサ電圧Ｖｃを基準に無次元化され、０から１の範囲によって示される。
【００６３】
ゲート信号生成部３００は、位相シフトＰＷＭ（Pulse Width Modulation）にて、第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎを生成する。波形Ｗ１１、及び波形Ｗ１３が示す通り、ゲート信号生成部３００は、アームユニット毎のセルＣＬ数をｎ個とすると、アームユニットの各セルＣＬに割り当てる三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊の位相を互いに２π／ｎずつシフトさせる。ｎは、アームユニットに直列に接続されるセルＣＬの個数（この一例では、ｎ［個］）である。したがって、位相の隣接するセルＣＬ（ｊ）、及びセルＣＬ（ｊ＋１）の、三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ）＊、及び三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ＋１）＊は、１／（ｎ×ｆｃ＊）の時間だけずれが生じる。
【００６４】
ゲート信号生成部３００は、三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ）＊と、セル電圧指令値Ｖｃｌ（ｊ）＊とを比較し、Ｖｃｌ（ｊ）＊＜Ｔｒｉ（ｊ）＊の場合、第１ゲート信号ｇｔｐ（ｊ）を「０」（つまり、セルＣＬ（ｊ）のスイッチング素子Ｑ１をオフ状態）に変化させ、Ｖｃｌ（ｊ）＊＞Ｔｒｉ（ｊ）＊の場合、第１ゲート信号ｇｔｐ（ｊ）を「１」（つまり、セルＣＬ（ｊ）のスイッチング素子Ｑ１をオン状態）に変化させる。また、ゲート信号生成部３００は、同様に三角波キャリア信号Ｔｒｉ（ｊ＋１）＊と、セル電圧指令値Ｖｃｌ（ｊ＋１）＊とを比較し、第１ゲート信号ｇｔｐ（ｊ＋１）を変化させる。なお、スイッチング素子Ｑ２の第２ゲート信号ｇｔｎは、第１ゲート信号ｇｔｐの論理反転信号である。
【００６５】
このようにゲート信号生成部３００によって生成された第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎに基づいて、電力変換器１０は、アームユニット内の各セルＣＬの第１ゲート信号ｇｔｐの変化タイミングをずらすことによって、当該アームユニットの合成電圧として最大ｎレベルのマルチレベル電圧を発生させる。
【００６６】
［事故時の動作について］
図９は、交流系統事故時の電力変換装置１の動作の一例を示す図である。波形Ｗ２１〜Ｗ２３は、交流系統の各相の交流電圧の経時変化を示す波形である。波形Ｗ２４は、交流系統有効電圧Ｖｄの経時変化を示す波形である。波形Ｗ２５は、第１パルス切替指令ＳＷ１の経時変化を示す波形である。波形Ｗ２６は、第２パルス切替指令ＳＷ２の経時変化を示す波形である。波形Ｗ２７は、キャリア指令周波数ｆｃ＊の経時変化を示す波形である。波形Ｗ２８は、コンデンサ電圧Ｖｃの最大値を示す波形である。波形Ｗ２９は、コンデンサ電圧Ｖｃの最小値を示す波形である。
【００６７】
交流系統事故が発生する以前（図示する時刻ｔ０以前）において、波形Ｗ２１〜Ｗ２３によって示される各相の交流電圧は、相間が平衡しており、且つ周波数が基準交流系統周波数ｆｓ０とほぼ等しい。また、波形Ｗ２４によって示される通り、この時の交流系統有効電圧Ｖｄは、交流電圧の振幅の絶対値を示す一定値である。また、キャリア周波数切替部２４０は、通常状態においてキャリア指令周波数ｆｃ＊として第１周波数ｆｃ１を出力する。
【００６８】
時刻ｔ０において、交流系統に事故が発生することに伴い、波形Ｗ２１〜Ｗ２３によって示される交流系統の各相の交流電圧のうち、ある相（この一例では、Ｒ相）の電圧が、ほぼ０［Ｖ］に低下する。Ｒ相と健全な他の２相（この一例では、Ｓ相、Ｔ相）は、不平衡となる。これに伴い、交流系統有効電圧Ｖｄは、基準交流系統周波数ｆｓ０のおおよそ２倍の周波数で振動し、電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌを下回る。
【００６９】
交流系統有効電圧Ｖｄが電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌを下回ることにより、キャリア周波数切替指令部２３０は、第１の期間ＴＭ１だけ第１パルス切替指令ＳＷ１を出力し、第２の期間ＴＭ２だけ第２パルス切替指令ＳＷ２を出力する。キャリア周波数切替部２４０は、第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されている間（つまり、第２の期間ＴＭ２）、キャリア指令周波数ｆｃ＊として第３周波数ｆｃ３を出力する。
【００７０】
波形Ｗ２８〜Ｗ２９に示されるように、事故発生直後の外乱によって、アームユニット内のコンデンサ電圧Ｖｃのばらつき（波形Ｗ２８と波形Ｗ２９との間に生じる差分）が増加するが、電力変換器１０は、第３周波数ｆｃ３の三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊に基づく、高い時間分解能の第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎによって制御されることにより、コンデンサ電圧Ｖｃのばらつきを増加させることなく、早急に収束させることができる。
【００７１】
一般に、コンデンサ電圧Ｖｃのばらつきが増加されると、コンデンサ電圧Ｖｃが、過電圧レベルまで到達し、電力変換器１０の動作が停止してしまう場合がある。この場合、電力変換器１０は、コンデンサＣを放電させ、コンデンサ電圧Ｖｃが通常レベルに戻るまでの間、運転再開することができない。上述の処理によれば、電力変換器１０は、短期間（第２の期間ＴＭ２）だけ第３周波数ｆｃ３によってスイッチング制御を行うため、コンデンサ電圧Ｖｃを上昇させることなく、運転継続性を向上することができる。
【００７２】
次に、時刻ｔ１において事故が除去されると、交流系統有効電圧Ｖｄが一時的に電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈを上回る場合がある。交流系統有効電圧Ｖｄが上昇すると、それが外乱となり、アームユニット内のコンデンサ電圧Ｖｃのばらつきが再び増加する。図９において、時刻ｔ１頃に第２パルス切替指令ＳＷ２が停止し、キャリア周波数切替部２４０は、第１パルス切替指令ＳＷ１のみを出力する。第１パルス切替指令ＳＷ１のみが出力される期間は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間（つまり、第１の期間ＴＭ１−第２の期間ＴＭ２の間）である。キャリア周波数切替部２４０は、第１パルス切替指令ＳＷ１が出力されている間（つまり、第２の期間ＴＭ２終了後、第２の期間ＴＭ２−第１の期間ＴＭ１の間）、キャリア指令周波数ｆｃ＊として第２周波数ｆｃ２を出力する。
【００７３】
波形Ｗ２８〜Ｗ２９に示されるように、事故除去後の交流系統有効電圧Ｖｄの一時的な上昇によって、アームユニット内のコンデンサ電圧Ｖｃのばらつきが増加するが、電力変換器１０は、第２周波数ｆｃ２の三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊に基づく、通常状態よりも高い時間分解能の第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎによって制御されることにより、コンデンサ電圧Ｖｃのばらつきを増加させることなく、早急に収束させることができる。
【００７４】
上述の処理によれば、電力変換器１０は、短期間（第１の期間ＴＭ１）だけ第２周波数ｆｃ２によってスイッチング制御を行うため、コンデンサ電圧Ｖｃを上昇させることなく、運転継続性を向上することができる。
【００７５】
次に、時刻ｔ２において、第１パルス切替指令ＳＷ１が停止し、キャリア周波数切替部２４０は、第１周波数ｆｃ１をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力する。これにより、電力変換器１０は、通常状態において、低周波域のキャリア指令周波数ｆｃ＊によって、電力変換効率を低下させることなく、且つコンデンサ電圧Ｖｃのバランスを維持して安定に運転することができる。
【００７６】
なお、時刻ｔ１において事故が除去されることに伴い、交流系統有効電圧Ｖｄが一時的に電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈを上回るが、キャリア周波数切替指令部２３０は、時刻ｔ０直後に第１パルス切替指令ＳＷ１、及び第２パルス切替指令ＳＷ２を出力済みであるため、このタイミングにおいて再度第１パルス切替指令ＳＷ１、及び第２パルス切替指令ＳＷ２を出力しない。ただし、キャリア周波数切替指令部２３０は、時刻ｔ０において交流系統有効電圧Ｖｄが電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌを下回らなかった場合などには、このタイミングにおいて、第１パルス切替指令ＳＷ１、及び第２パルス切替指令ＳＷ２を出力してもよい。
【００７７】
［処理フロー］
図１０、図１１は、実施形態の電力変換装置１の動作の一例を示すフローチャート（その１）〜（その２）である。図１０に示されるフローチャートと、図１１に示されるフローチャートとは、同時並行で実行される。図１０において、まず、変換部２１１は、検出器ＣＳから交流系統の各相の電圧（Ｒ相電圧Ｖｒ、Ｓ相電圧Ｖｓ、及びＴ相電圧Ｖｔ）を示す情報を取得する（ステップＳ１００）。変換部２１１は、取得した交流系統の各相の電圧に基づいて、交流系統有効電圧Ｖｄ、及び交流系統無効電圧Ｖｑに変換する（ステップＳ１０２）。加算部２１３は、ＰＩ演算部２１２が交流系統無効電圧Ｖｑに基づいて算出した周波数差Δｆｐｌｌに、基準交流系統周波数ｆｓ０を加算し、交流周波数ｆｐｌｌを算出する（ステップＳ１０４）。また、発振器２１４は、加算部２１３によって算出された交流周波数ｆｐｌｌの周波数によって、最小値０から最大値２πまでを、繰り返し単調増加する交流系統電圧位相ｔｈｅｔａを出力する（ステップＳ１０６）。
【００７８】
第１比較器２３１は、変換部２１１によって変換された交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値と、電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈ、及び電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌとを比較し、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が、電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈ〜電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌの所定範囲内であるかを比較する（ステップＳ１０８）。判定部２３２は、第１比較器２３１の比較結果が交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が所定範囲内であることを示す場合、外部システムから外部指令ＳＹＳを受信したか否かを判定する（ステップＳ１１０）。判定部２３２は、外部システムから外部指令ＳＹＳを受信していない場合、処理を終了する。第１パルス出力部２３３は、判定部２３２の判定結果が外部指令ＳＹＳを受信したことを示す場合、第１パルス切替指令ＳＷ１を出力し、処理をステップＳ１１６に進める。
【００７９】
第１比較器２３１は、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が所定範囲外であることを示す場合、系統電圧異常信号ＥＲＲを出力する（ステップＳ１１４）。第１パルス出力部２３３は、系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されることに伴い、第１パルス切替指令ＳＷ１を出力し、第２パルス出力部２３４は、系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されることに伴い、第２パルス切替指令ＳＷ２を出力する（ステップＳ１１４）。なお、ステップＳ１１４において、第１パルス切替指令ＳＷ１と、第２パルス切替指令ＳＷ２とが出力されるタイミングは、一致する。
【００８０】
第２パルス出力部２３４は、第２パルス切替指令ＳＷ２を出力してから第２の期間ＴＭ２が経過するまでの間、第２パルス切替指令ＳＷ２を出力し続ける（ステップＳ１１６）。第２パルス出力部２３４は、第２パルス切替指令ＳＷ２を出力してから、第２の期間ＴＭ２が経過した後、第２パルス切替指令ＳＷ２を停止する（ステップＳ１１８）。第１パルス出力部２３３は、第１パルス切替指令ＳＷ１を出力してから、第１の期間ＴＭ１が経過するまでの間、第１パルス切替指令ＳＷ１を出力し続ける（ステップＳ１２０）。第１パルス出力部２３３は、第１パルス切替指令ＳＷ１を出力してから、第１の期間ＴＭ１が経過した後、第１パルス切替指令ＳＷ１を停止する（ステップＳ１２２）。
【００８１】
図１１に示す通り、キャリア周波数切替部２４０は、第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されているか否かを判定する（ステップＳ２００）。キャリア周波数切替部２４０は、第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されている場合、第３周波数ｆｃ３をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力する（ステップＳ２０２）。キャリア周波数切替部２４０は、第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されていない場合、第１パルス切替指令ＳＷ１が出力されているか否かを判定する（ステップＳ２０４）。さらに、キャリア周波数切替部２４０は、第１パルス切替指令ＳＷ１が出力されている場合、第２周波数ｆｃ２をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力する（ステップＳ２０６）。キャリア周波数切替部２４０は、第１パルス切替指令ＳＷ１、及び第２パルス切替指令ＳＷ２が出力されていない場合、第１周波数ｆｃ１をキャリア指令周波数ｆｃ＊として出力する（ステップＳ２０８）。
【００８２】
三角波キャリア生成部２５０は、キャリア周波数切替部２４０から出力されたキャリア指令周波数ｆｃ＊に基づいて、セルＣＬ毎の三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊を生成する（ステップＳ２１０）。電圧指令値演算部２２０は、交流情報算出部２１０によって算出された交流系統有効電圧Ｖｄ、交流系統無効電圧Ｖｑ、及び交流系統電圧位相ｔｈｅｔａ等に基づいて、セルＣＬ毎のセル電圧指令値Ｖｃｌ＊を生成する（ステップＳ２１２）。ゲート信号生成部３００は、三角波キャリア生成部２５０によって生成された三角波キャリア信号Ｔｒｉ＊と、電圧指令値演算部２２０によって生成されたセル電圧指令値Ｖｃｌ＊とに基づいて、セルＣＬ毎の第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎを生成する（ステップＳ２１４）。電力変換器１０は、ゲート信号生成部３００によって生成された第１ゲート信号ｇｔｐ、及び第２ゲート信号ｇｔｎに基づいて、スイッチング素子Ｑをスイッチング制御し、電力を変換する。
【００８３】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態の電力変換装置１は、通常時において、低周波域のキャリア指令周波数ｆｃ＊によって電力変換器１０を制御することにより、電力変換損失を低減しつつ、コンデンサ電圧Ｖｃのバランスが崩れることを抑制することができる。また、本実施形態の電力変換装置１は、系統事故時において、高周波域のキャリア指令周波数ｆｃ＊によって短期間、電力変換器１０を制御することにより、電力変換損失の積算値である総発熱量が増加することを抑制しつつ、コンデンサ電圧Ｖｃが、過電圧レベルに達することを抑制することができる。したがって、本実施形態の電力変換装置１は、電力変換に係る電力損失を低減しつつ、系統事故時の運転継続性を向上させることができる。
【００８４】
また、本実施形態の電力変換装置１は、系統事故が起きたタイミングと、系統事故がある程度収束したタイミングとにおいて、異なる高周波域のキャリア指令周波数ｆｃ＊を用いて電力変換器１０を制御することにより、電力変換損失の積算値である総発熱量が増加することを、より抑制することができる。また、本実施形態の電力変換装置１は、キャリア指令周波数ｆｃ＊が高周波域であるほど、キャリア指令周波数ｆｃ＊による電力変換器１０の制御をより短期間で終了するように制御することによって、電力変換損失の積算値である総発熱量が増加することを、より抑制することができる。さらに、系統事故が起きた最も運転継続性への影響が大きいタイミングで、最も高周波のキャリア指令周波数ｆｃ＊を用いて電力変換器１０を制御することで、より運転継続性を向上させることができる。
【００８５】
また、本実施形態の電力変換装置１は、外部システムから受信した外部指令ＳＹＳに基づいて、高周波域のキャリア指令周波数ｆｃ＊によって電力変換器１０を制御する。これにより、本実施形態の電力変換装置１は、電力変換装置１の外部保護装置等が電力変換装置１に先行して、又は、単独で系統事故などの異常を検知した場合も迅速に、電力変換装置１が運転継続できるように電力変換器１０を制御することができる。
【００８６】
また、本実施形態の電力変換装置１は、上述したように電力変換損失の増加を抑制し、電力変換器１０の冷却機能を小容量化することによって、電力変換装置１を低コスト、及び小型化することができる。
【００８７】
（変形例１）
以下、図面を参照して変形例１のキャリア周波数切替指令部２３０ａについて説明する。実施形態では、キャリア周波数切替指令部２３０は、系統電圧異常信号ＥＲＲと、外部指令ＳＹＳとに基づいて、第１パルス切替指令ＳＷ１と、第２パルス切替指令ＳＷ２とを出力する場合について説明した。変形例１のキャリア周波数切替指令部２３０ａでは、更に、交流系統有効電圧Ｖｄが電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈから電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌによって示される範囲を逸脱した状態の回数（以下、カウント回数ｃｔ）に基づいて、第１パルス切替指令ＳＷ１と、第２パルス切替指令ＳＷ２とを出力する場合について説明する。なお、上述した実施形態と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００８８】
図１２は、変形例１のキャリア周波数切替指令部２３０ａの処理を概念的に示す図である。変形例１のキャリア周波数切替指令部２３０ａは、キャリア周波数切替指令部２３０が備える各機能部に代えて（或いは、加えて）、第１比較器２３１と、判定部２３２ａと、第１パルス出力部２３３と、第２パルス出力部２３４と、回数カウンタ２３５と、第２比較器２３６と、第３比較器２３７とを機能部として備える。回数カウンタ２３５は、第１比較器２３１の比較結果が、交流系統有効電圧Ｖｄが電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈを上回ったこと、又は電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌを下回ったことを示した情報に基づいて、ある設定時間内（例えば、１０秒）での系統電圧異常状態の回数をカウントし、カウント回数ｃｔを第２比較器２３６と、第３比較器２３７とに出力する。
【００８９】
なお、回数カウンタ２３５は、交流系統有効電圧Ｖｄが細かく振動し、カウント対象の設定時間よりも十分に短い別のある設定時間（例えば、１［秒］）の間に、何度も電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈから電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌによって示される範囲を逸脱したり当該範囲内に戻ったりした場合には、それらがまとめて１回の系統電圧異常状態とカウントする。
【００９０】
第２比較器２３６は、回数カウンタ２３５によって出力されたカウント回数ｃｔと、切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１とを比較する。第２比較器２３６は、カウント回数ｃｔが切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１を上回っていない場合、「Ｆａｌｓｅ」信号を出力し、カウント回数ｃｔが切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１を上回っている場合、「Ｔｒｕｅ」信号を出力する。
【００９１】
第３比較器２３７は、回数カウンタ２３５によって出力されたカウント回数ｃｔと、切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２とを比較する。第３比較器２３７は、カウント回数ｃｔが切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２を上回っていない場合、「Ｆａｌｓｅ」信号を出力し、カウント回数ｃｔが切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２を上回っている場合、「Ｔｒｕｅ」信号を出力する。
【００９２】
判定部２３２ａは、第１比較器２３１によって系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されており、第２比較器２３６から「Ｆａｌｓｅ」信号が出力されているか否かを判定する。第１パルス出力部２３３は、判定部２３２ａによって、系統電圧異常信号ＥＲＲ、及び「Ｆａｌｓｅ」信号が出力されている場合（つまり、カウント回数ｃｔが切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１を上回っていない場合）、第１の期間ＴＭ１だけ第１パルス切替指令ＳＷ１を出力する。また、変形例１の第１パルス出力部２３３は、系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されている場合であっても、第２比較器２３６によって「Ｔｒｕｅ」信号が出力されている場合（つまり、カウント回数ｃｔが切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１を超過した場合）には、第１パルス切替指令ＳＷ１を出力しない。切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１は、電力変換器１０を第２周波数ｆｃ２によって制御可能な回数を示す値である。
【００９３】
判定部２３２ａは、第１比較器２３１によって系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されており、第３比較器２３７から「Ｆａｌｓｅ」信号が出力されているか否かを判定する。第２パルス出力部２３４は、判定部２３２ａによって、系統電圧異常信号ＥＲＲ、及び「Ｆａｌｓｅ」信号が出力されている場合（つまり、カウント回数ｃｔが切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２を上回っていない場合）、第２の期間ＴＭ２だけ第２パルス切替指令ＳＷ２を出力する。また、変形例１の第２パルス出力部２３４は、系統電圧異常信号ＥＲＲが出力されている場合であっても、第３比較器２３７によって「Ｔｒｕｅ」信号が出力されている場合（つまり、カウント回数ｃｔが切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２を超過した場合）には、第２パルス切替指令ＳＷ２を出力しない。切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２は、電力変換器１０を第３周波数ｆｃ３によって制御可能な回数を示す値である。
【００９４】
なお、切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１と、切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２とは、同じ値であってもよく、互いに異なる値であってもよい。また、切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１、及び切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２は、回数に代えて（或いは、加えて）、時間（期間）によって示されてもよい。この場合、上限値は、電力変換器１０を第２周波数ｆｃ２、又は第３周波数ｆｃ３によって制御可能な時間（期間）を示す値である。切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１は、「第２所定回数」の一例であり、切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２は、「第１所定回数」の一例である。
【００９５】
また、キャリア周波数切替部２４０は、カウント回数ｃｔが切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１を上回っている、又は切替回数第３上限ＳＷ＿ｌｉｍ３を上回っている場合、交流系統有効電圧Ｖｄの絶対値が所定範囲を超えても、キャリア指令周波数ｆｃ＊として第１周波数ｆｃ１を選択する。この場合、切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１、又は切替回数第３上限ＳＷ＿ｌｉｍ３は「第３所定回数」の一例である。
【００９６】
［変形例１のまとめ］
以上説明したように、変形例１の電力変換装置１は、第１パルス切替指令ＳＷ１、及び第２パルス切替指令ＳＷ２の有効回数に制限を設けることにより、電力変換損失に伴う総発熱量が増加することを抑制し、電力変換装置１が発熱による故障で長時間運転停止することを抑制することができる。また、変形例１の電力変換装置１によれば、電力変換装置１に連系される系統の系統事故、或いは外部システムから外部指令ＳＹＳによって報知される系統の系統事故が短時間に頻発する場合であっても、電力変換に係る電力損失を低減しつつ、総発熱量が許容を超えない範囲で系統事故時の運転継続性を向上させることができる。
【００９７】
（変形例２）
以下、図面を参照して変形例２のキャリア周波数切替指令部２３０ｂについて説明する。変形例１のキャリア周波数切替指令部２３０ａでは、更に、交流系統有効電圧Ｖｄが電圧上限値Ｖｔｈ＿Ｈから電圧下限値Ｖｔｈ＿Ｌによって示される範囲を逸脱した状態の回数（以下、カウント回数ｃｔ）に基づいて、第１パルス切替指令ＳＷ１と、第２パルス切替指令ＳＷ２とを出力する場合について説明した。変形例２のキャリア周波数切替指令部２３０ｂでは、更に、カウント回数ｃｔに基づいて、電力変換器１０の運転を停止させる場合について説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００９８】
図１３は、変形例２のキャリア周波数切替指令部２３０ｂの処理を概念的に示す図である。変形例２のキャリア周波数切替指令部２３０ｂは、キャリア周波数切替指令部２３０ｂが備える各機能部に加えて、第４比較器２３８を更に備える。第４比較器２３８は、回数カウンタ２３５によって出力されたカウント回数ｃｔと、切替回数第３上限ＳＷ＿ｌｉｍ３とを比較する。第４比較器２３８は、カウント回数ｃｔが切替回数第３上限ＳＷ＿ｌｉｍ３を上回っている場合、ゲート信号生成部３００に停止指令信号ＳＴＰを出力する。ゲート信号生成部３００は、第４比較器２３８によって停止指令信号ＳＴＰが出力された場合、電力変換器１０が電力変換を停止するようなゲート信号（例えば、（ｇｔｐ、ｇｔｎ）＝（０、０））を生成し、出力する。
【００９９】
なお、切替回数第３上限ＳＷ＿ｌｉｍ３は、切替回数第１上限値ＳＷ＿ｌｉｍ１、及び切替回数第２上限値ＳＷ＿ｌｉｍ２と比して十分に大きい値である。また、切替回数第３上限ＳＷ＿ｌｉｍ３は、回数に代えて（或いは、加えて）、時間（期間）によって示されてもよい。この場合、上限値は、電力変換器１０を高周波域のキャリア指令周波数ｆｃ＊（例えば、第２周波数ｆｃ２、又は第３周波数ｆｃ３）によって制御可能な時間（期間）を示す値である。切替回数第３上限ＳＷ＿ｌｉｍ３は、「第４所定回数」の一例である。
【０１００】
［変形例２のまとめ］
以上説明したように、変形例２の電力変換装置１は、カウントの回数（つまり、ある設定時間内での系統電圧異常状態の回数）が切替回数第３上限ＳＷ＿ｌｉｍ３を上回った場合、電力変換器１０の電力変換を停止させる。ここで、系統電圧異常状態の回数が多い場合とは、連系される系統、或いは外部システムから外部指令ＳＹＳによって報知されるの系統の状態が不安定な場合である。また、系統の状態が不安定な場合において電力変換装置１が電力変換を継続すると、コンデンサ電圧Ｖｃが過電圧レベルに達する場合があり、この場合、電力変換器１０は、動作を停止させ、コンデンサ電圧Ｖｃを通常レベルまで放電させないと運転再開できない。変形例２の電力変換装置１は、系統電圧異常信号ＥＲＲの回数によって電力変換器１０を停止させることにより、電力損失を低減しつつ、系統事故時の運転再開を高速化し、運転継続性を向上させることができる。
【０１０１】
（変形例３）
以下、図面を参照して変形例３の変換器制御装置２０ａについて説明する。実施形態の変換器制御装置２０において、電圧指令値演算部２２０は、電力変換器１０の出力する有効電力ＰＥと、無効電力ＱＥとが、予め定められた有効電力指令値ＰＥ＊と、無効電力指令値ＱＥ＊とになるように、各セルＣＬのセル電圧Ｖｃｌを指示するセル電圧指令値Ｖｃｌ＊を算出する場合について説明した。変形例３の変換器制御装置２０ａにおいて、電圧指令値演算部２２０は、第１パルス切替指令ＳＷ１の有無に基づいて、有効電力指令値ＰＥ＊と、無効電力指令値ＱＥ＊とに制限を設る場合について説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０２】
図１４は、変形例３の変換器制御装置２０ａの構成の一例を示す図である。変形例３の変換器制御装置２０ａは、変換器制御装置２０が備える構成に代えて（或いは、加えて）、電圧指令値演算部２２０と、キャリア周波数切替指令部２３０と、キャリア周波数切替部２４０と、三角波キャリア生成部２５０と、変換器２６０とを機能部として備える。変換器２６０は、キャリア周波数切替指令部２３０によって第１パルス切替指令ＳＷ１が出力されている場合、予め定められる有効電力指令値ＰＥ＊、及び無効電力指令値ＱＥ＊を制限する。変換器２６０は、例えば、第１パルス切替指令ＳＷ１が出力されている場合、有効電力指令値ＰＥ＊を、有効電力上限指令値＋Ｐ＊＿ｌｉｍから、有効電力下限指令値−Ｐ＊＿ｌｉｍの範囲に制限し、無効電力指令値ＱＥ＊を、無効電力上限指令値＋Ｑ＊＿ｌｉｍから、無効電力下限指令値−Ｑ＊＿ｌｉｍの範囲に制限する。ここで、Ｐ＊＿ｌｉｍの値は、電力変換器１０の定格有効電力未満の値であり、Ｑ＊＿ｌｉｍの値は、電力変換器１０の定格無効電力未満の値である。
【０１０３】
電圧指令値演算部２２０は、変換器２６０によって制限された有効電力指令値ＰＥ＊、及び無効電力指令値ＱＥ＊に基づいて、セル電圧指令値Ｖｃｌ＊を算出するため、ゲート信号生成部３００は、結果的に電力変換器１０の有効電力ＰＥと無効電力ＱＥに比例する電力損失を抑えるようなゲート信号を生成することができる。
【０１０４】
［変形例３のまとめ］
以上説明したように、変形例３の電力変換装置１は、第１パルス切替指令ＳＷ１が出力され、電力変換器１０が高周波域のキャリア指令周波数ｆｃ＊（例えば、第２周波数ｆｃ２、又は第３周波数ｆｃ３）によってスイッチング制御される状態において、電力変換器１０の電力損失を低減させることができる。
【０１０５】
（変形例４）
以下、図面を参照して変形例４の電力変換装置１について説明する。上述した実施形態、及び変形例では、変換器制御装置２０のキャリア周波数切替指令部２３０は、電力変換装置１の保護装置等の外部システムから出力される外部指令ＳＹＳに基づいて、キャリア指令周波数ｆｃ＊としての周波数を選択する場合について説明した。変形例４の電力変換装置１では、電力変換装置１に連系される系統ののうち、直流側に接続される他の電力変換装置１から出力される信号に基づいて、キャリア指令周波数ｆｃ＊としての周波数を選択する場合について説明する。なお、上述した実施形態、及び変形例と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０６】
図１５は、変形例４における電力変換装置１の使用環境の一例を示す図である。変形例４において、直流系統の一端と、他端とには、それぞれ電力変換装置１αと、電力変換装置１βとが対向して接続される。電力変換装置１αは第１交流系統と、直流系統との連系点に設けられ、第１交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する。電力変換装置１βは、第２交流系統と、直流系統との連系点に設けられ、第２交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する。
【０１０７】
変形例４において、第１パルス出力部２３３は、第１パルス切替指令ＳＷ１をキャリア周波数切替部２４０、及び他の電力変換装置１に出力する。また、変形例４において、キャリア周波数切替指令部２３０は、他の電力変換装置１によって出力された第１パルス切替指令ＳＷ１を、外部指令ＳＹＳとして取得する。
【０１０８】
なお、上述した一例では、２つの電力変換装置１が直流系統の一端と、他端とに接続される場合について説明したが、これに限られない。電力変換装置１は、例えば、２以上の複数の電力変換装置１と直流系統を介して接続されてもよい。
【０１０９】
［変形例４のまとめ］
以上説明したように、変形例４の電力変換装置１は、他の電力変換装置１から取得した外部指令ＳＹＳに基づいて、キャリア指令周波数ｆｃ＊を選択し、対向の他の電力変換装置１が検知した交流系統事故によって自装置および自装置に連系される系統が受ける影響を早急に収束することができる。したがって、変形例４の電力変換装置１は、電力損失を低減しつつ、系統事故時の運転継続性を向上させることができる。
【０１１０】
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同様に、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ものである。
【要約】
実施形態の電力変換装置は、アームユニットは、互いに並列に接続されるコンデンサとスイッチング素子とを含む単位変換器が少なくとも１つ以上直列に接続される。生成部は、前記交流の周波数に第１非整数値を乗じた第１周波数と、前記交流の周波数に前記第１非整数値以上の第２非整数値を乗じた第２周波数と、前記第２周波数より高い第３周波数とのうち、いずれかの周波数の三角波キャリア信号を選択的に生成する。制御部は、前記三角波キャリア信号に基づいて、前記スイッチング素子を制御する。切替部は、前記交流の電圧の絶対値が所定範囲にある場合、前記第１周波数の三角波キャリア信号を生成させ、前記所定範囲にない場合、前記第３周波数の三角波キャリア信号を第１の期間の間、生成させ、前記生成部が前記第３周波数の三角波キャリア信号を生成していない場合、前記第２周波数の三角波キャリア信号を第２の期間の間、生成させる。【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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