(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
３つの電位を有した直流電源に接続される中性点クランプ形の電力変換装置ユニットと、
前記電力変換装置ユニットのスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段とを具備し、
前記制御手段は、
前記電力変換装置ユニットをワンパルス制御によって駆動し、系統電圧の基準位相に対する、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の位相差を制御することで前記電力変換装置ユニットの出力電流の有効電流成分を制御し、かつ、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角、および、前記基準位相と前記位相差との和に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御し、
前記所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角は、５次高調波成分を消去するための第１の位相角、および、７次高調波成分を消去するための第２の位相角であり、
前記第１の位相角は０．０９ｒａｄであり、前記第２の位相角は０．５４ｒａｄである
電力変換装置。
【請求項２】
前記制御手段は、
前記電力変換装置ユニットの中性点電位変動が抑制されるように、前記スイッチング素子のスイッチングパターンを選択する
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記電力変換装置ユニットは、三相の交流電圧を出力し、
前記所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角は、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の５次以上の奇数次高調波成分を消去するための位相角である
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
３つの電位を有した直流電源に接続される中性点クランプ形の電力変換装置ユニットのスイッチング素子のオンオフを制御する方法であって、
前記電力変換装置ユニットをワンパルス制御によって駆動し、系統電圧の基準位相に対する、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の位相差を制御することで前記電力変換装置ユニットの出力電流の有効電流成分を制御し、かつ、および前記電力変換装置ユニットの出力電圧の所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角、および、前記基準位相と前記位相差との和に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御し、
前記所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角は、５次高調波成分を消去するための第１の位相角、および、７次高調波成分を消去するための第２の位相角であり、
前記第１の位相角は０．０９ｒａｄであり、前記第２の位相角は０．５４ｒａｄである
電力変換装置の制御方法。
【請求項５】
３つの電位を有した直流電源に接続される中性点クランプ形の電力変換装置ユニットと、
前記電力変換装置ユニットの直流側における高電位側に接続される第１のコンデンサと、
前記第１のコンデンサと直列に接続され、前記直流側における低電位側に接続される第２のコンデンサと、
前記電力変換装置ユニットのスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段とを具備し、
前記スイッチング素子は、前記電力変換装置ユニットのレグに属し、
前記制御手段は、
前記電力変換装置ユニットをワンパルス制御によって駆動し、系統電圧の基準位相に対する、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の位相差を制御することで前記電力変換装置ユニットの出力電流の有効電流成分を制御し、かつ、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角、および、前記基準位相と前記位相差との和に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御し、
前記第１のコンデンサの電位が、前記第２のコンデンサの電位と異なる場合に、前記電力変換装置ユニットの中性点電位変動が抑制されるように、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための前記スイッチング素子のスイッチングパターンを、前記第１のコンデンサの電位と前記第２のコンデンサの電位との大小と、前記電力変換装置ユニットの出力電流の方向とに基づいて選択し、
前記中性点電位変動は、前記２つのコンデンサの１つのみが充電又は放電される、定義されたスイッチングパターンで生じ、各レグへの前記位相角の割り当ては、前記定義されたスイッチングパターンの間で切り替えられる
電力変換装置。
【請求項６】
前記所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角は、５次高調波成分を消去するための第１の位相角、および、７次高調波成分を消去するための第２の位相角であり、
前記第１の位相角は０．０９ｒａｄであり、前記第２の位相角は０．５４ｒａｄである請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記電力変換装置ユニットは、三相の交流電圧を出力し、
前記所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角は、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の５次以上の奇数次高調波成分を消去するための位相角である
請求項５記載の電力変換装置。
【請求項８】
３つの電位を有した直流電源に接続される中性点クランプ形の電力変換装置ユニットのスイッチング素子のオンオフを制御する方法であって、
前記電力変換装置ユニットをワンパルス制御によって駆動し、系統電圧の基準位相に対する、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の位相差を制御することで前記電力変換装置ユニットの出力電流の有効電流成分を制御し、かつ、および前記電力変換装置ユニットの出力電圧の所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角、および、前記基準位相と前記位相差との和に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御し、
前記スイッチング素子は、前記電力変換装置ユニットのレグに属し、
前記電力変換装置ユニットの直流側における高電位側に接続された第１のコンデンサの電位が、前記第１のコンデンサと直列に接続されて前記直流側における低電位側に接続された第２のコンデンサの電位と異なる場合に、前記電力変換装置ユニットの中性点電位変動が抑制されるように、前記スイッチング素子のオンオフを制御するための前記スイッチング素子のスイッチングパターンを、前記第１のコンデンサの電位と前記第２のコンデンサの電位との大小と、前記電力変換装置ユニットの出力電流の方向とに基づいて選択し、
前記中性点電位変動は、前記２つのコンデンサの１つのみが充電又は放電される、定義されたスイッチングパターンで生じ、各レグへの前記位相角の割り当ては、前記定義されたスイッチングパターンの間で切り替えられる
電力変換装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電力を出力する電力変換装置は高電圧を変換する。このため、耐電圧が高いスイッチング素子を用いるか、耐電圧が高くないスイッチング素子を直列に接続して耐電圧を高くする必要がある。さらに、トランスを用いて電力変換装置を多段化して、出力電圧を高くする必要がある。
【０００３】
スイッチング素子の耐電圧が高い場合、このスイッチング素子のスイッチング損失は大きい。このため、スイッチング素子を出力周波数の１周期あたり１回のみスイッチング（ワンパルス）し、位相をずらすことによって特定の高調波を消去する制御を行うことがある。このような特定高調波を消去するワンパルス制御は、スイッチング素子をスイッチングすることに因る損失を低減でき、かつ高調波を低減できる利点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−１０００２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＮＰＣ（Neutral-Point-Clamped）（中性点クランプ形）電力変換装置にＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御を適用した際、出力電圧は、より正弦波に近づき、高調波成分を大きく低減できる。しかし、この電力変換装置を大電力で使用する場合、スイッチング素子をスイッチングすることに因る損失が、より大きくなる。
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、スイッチング損失を低減することが可能であり、また、特定高調波成分を消去することが可能な電力変換装置およびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態における電力変換装置は、３つの電位を有した直流電源に接続される中性点クランプ形の電力変換装置ユニットと、前記電力変換装置ユニットのスイッチング素子のオンオフを制御する制御手段とを具備し、前記電力変換装置ユニットをワンパルス制御によって駆動し、系統電圧の基準位相に対する、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の位相差を制御することで前記電力変換装置ユニットの出力電流の有効電流成分を制御し、かつ、前記電力変換装置ユニットの出力電圧の所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角、および、前記基準位相と前記位相差との和に基づいて前記スイッチング素子のオンオフを制御し、前記所定の奇数次高調波成分を消去するための位相角は、５次高調波成分を消去するための第１の位相角、および、７次高調波成分を消去するための第２の位相角であり、前記第１の位相角は０．０９ｒａｄであり、前記第２の位相角は０．５４ｒａｄである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、電力変換装置のスイッチング損失を低減することができ、また、出力電圧の特定高調波成分を消去することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態における電力変換装置の回路構成の一例を示す図。
【図２】実施形態における電力変換装置ユニットＣＮＶＵの回路構成の一例を示す図。
【図３】実施形態における電力変換装置ユニットＣＮＶＵの出力電圧とスイッチング素子の状態の関係の一例を示す図。
【図４】実施形態における電力変換装置ユニットＣＮＶＵと位相の関係の一例を示す図。
【図５】実施形態における電力変換装置ユニットの制御装置の機能構成例を示すブロック図。
【図６】実施形態における電力変換装置を用いて中性点電位変動を抑制するスイッチング方法の一例を示すフローチャート。
【図７】実施形態における電力変換装置ユニットＣＮＶＵのスイッチング素子状態と出力電圧のタイミングチャートの一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。  
図１は、実施形態における電力変換装置の回路構成の一例を示す図である。この電力変換装置は、直流電圧を任意の周波数及び電圧に変換して三相（ＵＶＷ相）交流負荷１０を駆動する。  
Ｕ相の電力変換装置ユニットＣＮＶＵは、直流電圧ＶＤＣを入力する。この電力変換装置ユニットＣＮＶＵの出力端子は、トランスＴＲのＵ相１次側巻線に接続される。  
Ｖ相、Ｗ相の電力変換装置ユニットＣＮＶＶ、ＣＮＶＷもまた、Ｕ相と共通の直流電圧ＶＤＣを入力し、これらの電力変換装置ユニットの出力端子はトランスＴＲのＶ相、Ｗ相１次側巻線に１対１で接続される。  
図１に示した電力変換装置ユニットの制御装置２０は、電圧指令値及び各部の電圧値、電流値及び位相に基づいて、ゲート指令を各相の電力変換装置ユニットを構成するスイッチング素子に出力することで、各相の電力変換装置ユニットを制御する。
【００１１】
次に、Ｕ相を例として各相の電力変換装置ユニットの詳細構成を説明する。図２は、実施形態における電力変換装置ユニットＣＮＶＵの回路構成の一例を示す図である。  
図１に示すように、電力変換装置ユニットの直流側において高電位側のコンデンサＣＰと、低電位側のコンデンサＣＮとが直列接続される。また、電力変換装置ユニットＣＮＶＵは、図２に示した８つの自己消弧形スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４、ＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８と、全スイッチング素子に１対１で逆並列接続される８つの還流ダイオードＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、ＤＵ４、ＤＵ５、ＤＵ６、ＤＵ７、ＤＵ８と、コンデンサＣＰ、ＣＮの相互接続点（中性点Ｎ）に接続される４つのクランプダイオードＤＵ９、ＤＵ１０、ＤＵ１１、ＤＵ１２とを有する。
【００１２】
この電力変換装置ユニットＣＮＶＵは、スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４を高電位側から低電位側にかけて直列接続し、またＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８を高電位側から低電位側にかけて直列接続して２つのレグを構成し、クランプダイオードの相互接続点を中性点Ｎに接続したＮＰＣ（中性点クランプ形）フルブリッジ電力変換装置である。なお、スイッチング素子ＳＵ２、ＳＵ３の接続点電圧ＶＵＡとスイッチング素子ＳＵ６、ＳＵ７の接続点電圧ＶＵＢとの電位差ＶＵＡ−ＶＵＢがトランスＴＲへ出力される。  
以下、Ｕ相を例にＮＰＣレグの構成を説明する。  
Ｕ相のＮＰＣレグは、４つの自己消弧形スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４が高電位側から低電位側にかけて直列に接続され、これらのスイッチング素子と逆並列に還流ダイオードＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、ＤＵ４が１対１で接続される。  
さらに、スイッチング素子ＳＵ１のエミッタと中性点Ｎとの間にクランプダイオードＤＵ９が接続され、中性点Ｎとスイッチング素子ＳＵ３のエミッタとの間にクランプダイオードＤＵ１０が接続される。クランプダイオードＤＵ９のアノードは中性点Ｎに接続され、クランプダイオードＤＵ９のカソードはスイッチング素子ＳＵ１のエミッタに接続される。クランプダイオードＤＵ１０のアノードはスイッチング素子ＳＵ３のエミッタに接続され、クランプダイオードＤＵ１０のカソードは中性点Ｎに接続される。
【００１３】
スイッチング素子ＳＵ２のエミッタおよびスイッチング素子ＳＵ３のコレクタは、トランスＴＲのＵ相１次側巻線端子に接続される。スイッチング素子ＳＵ６のエミッタおよびスイッチング素子ＳＵ７のコレクタは、トランスＴＲのＵ相１次側巻線端子に接続される。このように、自己消弧形スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４、還流ダイオードＤＵ１、ＤＵ２、ＤＵ３、ＤＵ４、クランプダイオードＤＵ９、ＤＵ１０でＵ相のＮＰＣレグが構成される。Ｖ相、Ｗ相のＮＰＣレグ構成はＵ相のＮＰＣレグと同様である。  
Ｖ相、Ｗ相の各電力変換装置ユニットＣＮＶＶ、ＣＮＶＷの構成は、Ｕ相の電力変換装置ユニットと同様である。
【００１４】
上述したように構成された実施形態の作用を詳細に説明する。  
ここでは、電力変換装置ユニット単体の電圧出力方法をＵ相の電力変換装置ユニットＣＮＶＵを例として説明する。  
電力変換装置ユニットＣＮＶＵは上記のようにフルブリッジ構成である。この電力変換装置ユニットＣＮＶＵを構成するスイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４、ＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８を制御装置２０によりオン／オフ制御することによって直流電圧をＶＤＣとすると、電力変換装置ユニットＣＮＶＵは、−ＶＤＣ、−ＶＤＣ／２、０、＋ＶＤＣ／２、＋ＶＤＣでなる５レベルの電圧をトランスＴＲに出力できる。
【００１５】
図３は、実施形態における電力変換装置ユニットＣＮＶＵの出力電圧とスイッチング素子の状態の関係の一例を示す図である。  
図３に示すように、電力変換装置ユニットＣＮＶＵの出力電圧ごとに設定される、スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４、ＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８のＯＮ／ＯＦＦ状態は、９通りのパターン[１]〜[９]から成る。  
また、ＳＵ１がＯＮのときＳＵ３はＯＦＦし、ＳＵ４がＯＮのときＳＵ２はＯＦＦし、ＳＵ５がＯＮのときＳＵ７はＯＦＦし、ＳＵ８がＯＮのときＳＵ６はＯＦＦする。このように、同じレグにおける複数のスイッチング素子がそれぞれ相補的に動作する。  
出力電圧が０となるスイッチングパターンは[４]〜[６]の３通り、＋ＶＤＣ／２及び−ＶＤＣ／２のスイッチングパターンは[２]及び[３]、[７]及び[８]のそれぞれ２通りがあり、冗長性がある。  
この冗長性を利用し、制御装置２０は、ＮＰＣ電力変換装置ユニットの中性点電位変動を抑制できるスイッチングパターンを決定する。
【００１６】
電力変換装置ユニットの２つのレグの片方のみが中性点Ｎに接続されているとき、つまりコンデンサＣＰ，ＣＮのうち片方のみが電流経路に含まれているとき、中性点電位が変動する。
【００１７】
すなわち、出力電圧が＋ＶＤＣ／２（スイッチングパターン[２]、[３]）または−ＶＤＣ／２（スイッチングパターン[７]、[８]）のとき、中性点電位が変動する。中性点電位が変動する理由は、コンデンサＣＰ，ＣＮの片方のみが充電あるいは放電されるためである。
【００１８】
中性点電位の変動方向は、中性点Ｎに接続されているレグとトランスＴＲの１次側巻線電流ＩＵの方向とで決定される。  
出力電圧が−ＶＤＣ、＋ＶＤＣのときは、スイッチングパターンは一意に決定される上、中性点Ｎには電流が流入しない、つまり２つのコンデンサＣＰ，ＣＮに同一の電流が流れるので中性点電位は変動しない。
【００１９】
出力電圧が０のときは、スイッチングパターンは[４]〜[６]の３通りであるが、１組（２個）のスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦ状態を変更することで、スイッチングパターンを[２]、[３]、[７]、[８]の何れのスイッチングパターンへ移行できるように、制御装置２０は、スイッチングパターン[５]を常に選択する。
【００２０】
例えば、出力電圧を０から＋ＶＤＣ／２へ変化させたいとき、スイッチングパターンを[５]から[２]へ移行するためには、ＳＵ１とＳＵ３とでなる１組のスイッチング素子のみを制御装置２０がスイッチングすればよい。しかし、スイッチングパターンを[６]から[２]へ移行するためには、ＳＵ１とＳＵ３、ＳＵ２とＳＵ４、および、ＳＵ６とＳＵ８の３組のスイッチング素子を制御装置２０がスイッチングすることが必要となる。  
このように、スイッチングパターンを[５]から[２]、[３]、[７]、および[８]へ移行するには、制御装置２０が１組のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦすればよいので、スイッチングの回数を最低限にできる。
【００２１】
上述したスイッチングパターンに従い、低次高調波を低減した電圧をトランスＴＲに出力する方法について述べる。  
方形波電圧には、基本波（１次）に加え、３次、５次、７次、１１次、１３次、１７次、１９次、２３次、２５次・・・の高調波が重畳する。尚、位相０〜πにおいて出力波形は左右対称であり、位相π〜２πにおいても出力波形は左右対称である。  
このような電圧波形を電力変換装置ユニットからトランスＴＲに出力する場合、偶数次の高調波は発生しない。また、３次高調波は３相線間電圧において互いに打ち消し合う。
【００２２】
高調波振幅の大きさは、上記の２つのレグのそれぞれに割り当てられる各電圧レベルの立ち上がり位相α１、α２によって決定される。そのため、高調波振幅の大きさを決定する自由度、すなわち調整可能な位相はα１、α２の２つである。
【００２３】
高調波電圧の振幅は高調波の次数が上がるほど小さくなるので、低い次数の高調波を消去すると電圧歪みを大きく改善する効果が得られる。よって、高調波で次数が最も低い３次高調波を消去する必要があるが、前述したように３ｋ（ｋは自然数）倍次の高調波、すなわち３の倍数次の高調波は、位相が１２０°ずれた３相の線間電圧をトランスＴＲに出力することによって打ち消し合う。よって、３次高調波の次に次数が高い５、７次高調波を消去するためには、以下の式（１）、式（２）を満たす必要がある。
【００２４】
cos(5α1)+cos(5α2)=0  …式（１）
cos(7α1)+cos(7α2)=0  …式（２）
これらの式（１）、式（２）によりα１、α２は一意に算出できる。ここでは、α１は０．０９ｒａｄであり、α２は０．５４ｒａｄである。これら算出した位相α１、α２を２つのレグに１対１で割り当てることで、図４に示すような、５、７次高調波を消去した電圧が電力変換装置ユニットからトランスＴＲに出力される。
【００２５】
ここで、電圧利用率（直流入力電圧に対する基本波振幅の割合）Ｍは、以下の式（３）にて表わされる。  
2(cos(α1)+cos(α2))/π=Ｍ  …式（３）
上記の式（１）、式（２）より位相α１、α２は５、７次高調波を消去する値に決定されるため、電圧利用率Ｍは固定値である。このため、電力変換装置ユニットの出力電流を制御するために出力電圧の振幅を制御することはできない。そこで、本実施形態では、３相出力電流を有効電流成分及び無効電流成分に分離する。
【００２６】
図５は、実施形態における電力変換装置の制御装置の機能構成例を示すブロック図である。  
図５に示すように、制御装置２０は、減算器２１、電流制御器２２、位相演算部２３、加算器２４およびゲート生成部２５を有する。  
減算器２１は、電力変換装置ユニットの３相出力電流の有効電流指令値ＩＰ＊と電力変換装置ユニットの出力電流の有効電流成分ＩＰとの差分を電流制御器２２に出力する。  
電流制御器２２は、比例積分制御（ＰＩ制御）を行うための演算器２２ａ，２２ｂ、加算器２２ｃを有する。  
演算器２２ａは、減算器２１からの出力値にフィードバックゲインＫｐを与えた値を加算器２２ｃに出力する。演算器２２ｂは、減算器２１からの出力値を積分してフィードバックゲインＫiを与えた値を加算器２２ｃに出力する。加算器２２ｃは、演算器２２ａ，２２ｂからの出力値の和を位相演算部２３に出力する。
【００２７】
位相演算部２３は、加算器２２ｃからの出力値の逆正弦（アークサイン）を演算することで、系統電圧の基準位相θＳ対する、電力変換装置ユニットの出力電圧の位相差θ＊を演算する。  
加算器２４は、系統電圧の基準位相θＳと、この基準位相θＳに対する、電力変換装置ユニットの出力電圧の位相差θ＊との和をゲート生成部２５に出力する。ゲート生成部２５は、加算器２４からの出力値と、位相α１、α２とに基づいて電力変換装置ユニットのスイッチング素子へのゲート制御信号を生成してスイッチング素子に出力する。  
このようにして、基準位相θＳに対する、電力変換装置ユニットの出力電圧の位相差θ＊を制御することで、電力変換装置ユニットの出力電流の有効電流成分ＩＰを制御することができる。  
上記のように、電圧利用率Ｍが固定である場合でも、上記の位相制御を適用することで、電圧利用率Ｍを制御した場合と同様の電流制御が可能となる。
【００２８】
図６は、実施形態における電力変換装置を用いて中性点電位変動を抑制するスイッチング方法の一例を示すフローチャートである。図６では、電力変換装置ユニットが出力電圧として−ＶＤＣ／２又は＋ＶＤＣ／２を出力するときの中性点電位変動を抑制する、制御装置２０によるスイッチング方法を示す。  
ここで、コンデンサＣＰの電位をＶＰとし、コンデンサＣＮの電位をＶＮとし、出力電流Ｉｕが電力変換装置ユニットからトランスＴＲに向かう方向（電流方向）を正方向とする。  
例えば、電力変換装置ユニットＣＮＶＵの出力電圧ＶＵが±ＶＤＣ／２で（Ｓ１のＹＥＳ）、電位ＶＰが電位ＶＮより大きく（Ｓ３のＹＥＳ）、電流方向が正の場合（Ｓ４のＹＥＳ）について説明する。  
この場合、コンデンサＣＮに充電する方向に電流を流せば電位ＶＮが上昇し、中性点電位変動が抑制される。  
このとき、電圧−ＶＤＣ／２を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン [７]を選択し、電圧＋ＶＤＣ／２を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[２]を選択すれば、電位ＶＮが電位ＶＰに近づく方向に電流が流れ、中性点電位変動が抑制される（Ｓ５）。なお、出力電圧ＶＵが±ＶＤＣ／２でない場合で（Ｓ１のＮＯ）、電圧０を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[５]を選択し、電圧＋ＶＤＣを出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[１]を選択し、−ＶＤＣを出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[９]を選択すればよい（Ｓ２）。
【００２９】
また、ＶＰ＞ＶＮの場合の他の例について説明する。  
上記のようにＶＰ＞ＶＮで電流方向が正の場合で、コンデンサＣＰから放電する方向に電流を流せば電位ＶＰが低下し、中性点電位変動が抑制される。  
また、ＶＰ＞ＶＮで電流方向が負の場合（Ｓ４のＮＯ）で、コンデンサＣＰから放電する方向に電流を流せば電位ＶＰが低下し、中性点電位変動が抑制される。  
同じくＶＰ＞ＶＮで電流方向が負の場合で、コンデンサＣＮに充電する方向に電流を流せば電位ＶＮが上昇し、中性点電位変動が抑制される。  
上記のようにＶＰ＞ＶＮで電流方向が負の場合で、電圧−ＶＤＣ／２を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[８]を選択し、電圧＋ＶＤＣ／２を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[３]を選択する（Ｓ６）。
【００３０】
次に、ＶＰ＜ＶＮの場合（Ｓ３のＮＯ）の例について説明する。  
ＶＰ＜ＶＮで電流方向が正の場合（Ｓ７のＹＥＳ）で、コンデンサＣＰに充電する方向に電流を流せば電位ＶＰが上昇し、中性点電位変動が抑制される。  
同じくＶＰ＜ＶＮで電流方向が正の場合で、コンデンサＣＮから放電する方向に電流を流せば電位ＶＮが低下し、中性点電位変動が抑制される。  
上記のようにＶＰ＜ＶＮで電流方向が正の場合で、電圧−ＶＤＣ／２を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[８]を選択し、電圧＋ＶＤＣ／２を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[３]を選択する（Ｓ８）。
【００３１】
ＶＰ＜ＶＮで電流方向が負の場合（Ｓ７のＮＯ）で、コンデンサＣＮから放電する方向に電流を流せば電位ＶＮが低下し、中性点電位変動が抑制される。  
同じくＶＰ＜ＶＮで電流方向が負の場合で、コンデンサＣＰに充電する方向に電流を流せば電位ＶＰが上昇し、中性点電位変動が抑制される。  
上記のようにＶＰ＜ＶＮで電流方向が負の場合で、電圧−ＶＤＣ／２を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[７]を選択し、電圧＋ＶＤＣ／２を出力したいときは制御装置２０がスイッチングパターン[２]を選択する（Ｓ９）。
【００３２】
尚、スイッチングパターン［３］、［７］は、スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４により構成されたレグに位相α１を閾値として与え、スイッチング素子ＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８により構成されたレグに位相α２を閾値として与えた状態である。
【００３３】
同様に、スイッチングパターン［２］、［８］は、スイッチング素子ＳＵ１、ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ４により構成されたレグに位相α２を閾値として与え、スイッチング素子ＳＵ５、ＳＵ６、ＳＵ７、ＳＵ８により構成されたレグに位相α１を閾値として与えた状態である。  
すなわち、スイッチングパターン［３］、［７］とスイッチングパターン［２］、［８］の間で各レグへの位相α１、α２の割り当てが切り替えられることを示している。
【００３４】
このようにして、制御装置２０は、電位ＶＰ、電位ＶＮの大小と出力電流Ｉｕの方向とに従って電力変換装置ユニットＣＮＶＵのスイッチングパターンを決定する。
【００３５】
図７は、実施形態における電力変換装置ユニットＣＮＶＵのスイッチング素子状態と出力電圧のタイミングチャートの一例を示す図である。この図７では、スイッチングパターンと電力変換装置ユニットＣＮＶＵの直流巻線電圧ＶＵ２１のタイミングチャートが示される。  
電力変換装置ユニットＣＮＶＵは、立ち上がり位相α１とα２の電圧をトランスＴＲに出力する。図７では、ＳＵ１、ＳＵ４、ＳＵ５、ＳＵ８のスイッチングパターンのみを示す。ＳＵ２、ＳＵ３、ＳＵ６、ＳＵ７は上記素子に対して相補的にスイッチングするので、これらの素子のスイッチングパターンは図７に記載していない。  
また、図３に示したスイッチングパターンに対応するように、電圧ＶＵ２１に対するスイッチング素子の状態を［１］〜［９］で示した。
【００３６】
同じ電圧＋ＶＤＣ／２でもスイッチングパターンが［２］と［３］の２通り存在するのは、中性点電位変動を抑制するために図５のフローチャートに従って、制御装置２０がスイッチングパターンを選択するためである。出力電圧−ＶＤＣ／２に対する２通りのスイッチングパターン［７］、［８］の選択についても同様である。  
以上の電力変換装置ユニットＣＮＶＵの動作は他の相の電力変換装置ユニットにも共通する。
【００３７】
以上のように、本実施形態における電力変換装置ユニットの構成および制御方法により、単相ＮＰＣ電力変換装置ユニットにおけるワンパルス制御にて低次高調波の少ない電圧が得られる。  
また、電圧利用率Ｍを固定値とした場合においても、位相制御を適用することで、電流制御が可能となる。加えて、本実施形態では、ワンパルス制御を適用しているため、電力変換装置ユニットのスイッチング回数を抑え、スイッチング損失を低減することが可能となる。
【００３８】
なお、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】
【００３９】
１０…負荷、２０…制御装置、２１…減算器、２２…電流制御器、２２ａ，２２ｂ…演算器、２２ｃ，２４…加算器、２３…位相演算部、２５…ゲート生成部。
【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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