(57)【要約】【課題】サブモジュールのエネルギ蓄積器に蓄積されるエネルギを等しいレベルに保持すると共に、選択されたエネルギ蓄積器の投入と遮断時の高いクロック周波数を回避する。【解決手段】少なくともパワー半導体回路に対する並列回路内のエネルギ蓄積器（８）の投入又は遮断のためのパワー半導体回路（Ｔ１、Ｔ２）と、エネルギ蓄積器実際値ＵＣを検出するためのサブモジュールセンサとを各々有するサブモジュール（７）の直列回路からなる少なくとも１つの相モジュールアーム（６ｐ１〜６ｐ３、６ｎ１〜６ｎ３）を備えたマルチレベル電力変換器のエネルギ蓄積器の充電および／又は放電のための方法であって、エネルギ変化状態の獲得のために、１つの相モジュールアームの投入されているエネルギ蓄積器が充電可能であるか又は放電可能であるかどうかが求められ、各相モジュールアームの次に開閉すべきエネルギ蓄積器が予め与えられた論理によりエネルギ変化状態に依存して選択される。これにより、エネルギ蓄積器に蓄積されるエネルギがほぼ等しいレベルに保持され、同時に選択されたエネルギ蓄積器の投入および遮断の際における高いクロック周波数が回避される。【選択図】図３
2010517496.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともパワー半導体回路に対する並列回路内のエネルギ蓄積器の投入又は遮断のためのパワー半導体回路と、エネルギ蓄積器実際値ＵＣを検出するためのサブモジュールセンサとを各々有するサブモジュールの直列回路からなる少なくとも１つの相モジュールアームを備えたマルチレベル電力変換器のエネルギ蓄積器の充電および／又は放電のための方法であって、
エネルギ変化状態の獲得のために、１つの相モジュールアームの投入されているエネルギ蓄積器が充電可能であるか又は放電可能であるかどうかが求められ、
各相モジュールアームの次に開閉すべきエネルギ蓄積器が予め与えられた論理によりエネルギ変化状態に依存して選択される方法において、
投入されている全てのエネルギ蓄積器実際値の総和がエネルギ蓄積器総和実際値の獲得のために形成され、予め与えられた相モジュールアームエネルギ目標値とエネルギ蓄積器総和実際値との間の差がエネルギ差値の獲得のために求められ、エネルギ差値の大きさ又はエネルギ差値から導き出された量の大きさが開閉閾値の大きさを上回るときに、選択されたエネルギ蓄積器が開閉される開閉時点が確定されることを特徴とする方法。
【請求項２】
次に開閉すべきエネルギ蓄積器が、同じ相モジュールアームの全てのエネルギ蓄積器実際値のうちエネルギ変化状態に応じて最小又は最大であるエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器であることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
開閉閾値が次に開閉すべきエネルギ蓄積器のエネルギ蓄積器実際値ＵＣと予め与えられた係数との積によって求められ、エネルギ差値の大きさが開閉閾値の大きさよりも大きいときに開閉時点が決定されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
エネルギ差値がエネルギ差積分値の獲得のために積分され、エネルギ差積分値がエネルギ変化状態に応じて正の開閉閾値Ｄを上回る時点又は負の開閉閾値を下回る時点として開閉時点が確定されることを特徴とする請求項１又は２記載の方法。
【請求項５】
１つの相モジュールアームにおける最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が最大エネルギ実際値の獲得のために求められ、１つの相モジュールアームにおける最小のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が最小エネルギ実際値の獲得のために決定され、最大エネルギ実際値と最小エネルギ実際値との差が最大エネルギ偏差実際値の獲得のために形成され、最大エネルギ偏差実際値が最大エネルギ偏差閾値と比較され、最大エネルギ偏差実際値が最大エネルギ偏差閾値を上回るときに追加開閉時点が確定され、追加開閉時点においてエネルギ変化状態に依存してエネルギ蓄積器が遮断され、かつ他のエネルギ蓄積器が投入されることを特徴とする請求項１乃至４の１つに記載の方法。
【請求項６】
１つの相モジュールアームのエネルギ蓄積器が充電可能であるエネルギ変化状態の場合に、追加開閉時点で１つの相モジュールアームのエネルギ蓄積器のうち最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が遮断され、同時に同じ相モジュールアームのエネルギ蓄積器のうち最小のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が投入されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【請求項７】
１つの相モジュールアームのエネルギ蓄積器が放電可能であるエネルギ変化状態の場合に、追加開閉時点で１つの相モジュールアームのエネルギ蓄積器のうち最小のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が遮断され、同時に同じ相モジュールアームのエネルギ蓄積器のうち最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が投入されることを特徴とする請求項５記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくともパワー半導体回路に対する並列回路内のエネルギ蓄積器の投入又は遮断のためのパワー半導体回路と、エネルギ蓄積器実際値を検出するためのサブモジュールセンサとを各々有するサブモジュールの直列回路からなる少なくとも１つの相モジュールアームを備えたマルチレベル電力変換器のエネルギ蓄積器の充電および／又は放電のための方法であって、エネルギ変化状態の獲得のために、１つの相モジュールアームの投入されているエネルギ蓄積器が充電可能又は放電可能であるかどうかを求め、各相モジュールアームの次に開閉すべきエネルギ蓄積器を予め与えられた論理によりエネルギ変化状態に依存して選択する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
このような方法は既に公知である（例えば非特許文献１参照）。これには、所謂マルチレベル電力変換器およびそれの制御のための方法が開示されている。マルチレベル電力変換器は、例えば電気機械の駆動のため或いは送電と配電の分野において使用可能である。例えば高圧直流送電におけるマルチレベル電力変換器の使用が記載されていて、少なくとも２つのマルチレベル電力変換器が直流側で互いに接続されている。これらのマルチレベル電力変換器の各々が交流側を交流電圧系統に接続されているので、交流電圧系統間における電力伝送が可能である。マルチレベル電力変換器は各々相モジュールを有し、相モジュールの個数は各交流電圧系統の相数に対応する。各相モジュールは１つの交流端子と少なくとも１つの直流電圧端子とを持つ。交流電圧端子と各直流電圧端子の間に相モジュールアームが跨っており、相モジュールアームは各々サブモジュールの直列回路からなる。各サブモジュールはパワー半導体回路を持ち、パワー半導体回路は、例えばコンデンサのようなエネルギ蓄積器に並列に配置されている。パワー半導体回路のスイッチング状態に応じ、サブモジュールの２極端子にエネルギ蓄積器の電圧又は零の電圧が現れる。従って相モジュールアームを介して降下する電圧は、投入されているサブモジュールの個数に依存する。上述の如き相モジュールアームは、所謂フレキシブル交流送電システムと関連させて考えることもでき、例えば適応性のある無効電力補償のためのコイル又はコンデンサに対する並列回路における高速スイッチとして用いられる。
【０００３】
各パワー半導体回路は、前記の非特許文献１によれば、互いに直列に接続された２つのターンオフ制御可能なパワー半導体素子を有し、ターンオフ制御可能なパワー半導体素子に各々フリーホイールダイオードが逆並列に接続されている。これらターンオフ制御可能なパワー半導体素子の適切な制御のために制御ユニットが設けられている。その制御の課題は、サブモジュールのコンデンサにおいて生じる電圧をほぼ同レベルに維持することにある。この対策でサブモジュールの不均等な電圧負担が回避され、或いは相モジュールアームの不均等な電圧負担も回避される。対称的な電圧配分のため、相モジュールアームのコンデンサにおいて降下する電圧がキロヘルツ周期にてエネルギ蓄積器実際値の獲得のために検出される。しかる後にエネルギ蓄積器実際値が大きさに関して整理される。相モジュールアームを介して正の電流が流れる場合に、エネルギ蓄積器は充電可能である。この場合、最小のエネルギ蓄積器実際値が割り当てられているエネルギ蓄積器が投入され、従って充電される。しかしながら、各々の相モジュールアームにおいて流れる電流が負である場合には、最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が投入されるので、当該エネルギ蓄積器が投入後に放電可能である。先ず投入すべきコンデンサおよび遮断すべきコンデンサが選択される。しかる後に所謂パルス幅変調が、選択されたエネルギ蓄積器の本来の投入および遮断を引き受ける。エネルギ蓄積器は、投入されているサブモジュールの全体において降下する電圧が時間平均的に予め与えられた目標値に一致するように、キロヘルツ周期にて投入および遮断される。公知の方法には、選択されたコンデンサのパワー半導体素子が高いクロックパルス周波数でスイッチング動作させられるという欠点がつきまとう。これは、結果として頻繁な故障および高価なメンテナンス作業を伴うパワー半導体回路の高い負担をもたらす。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】A.LesnicarおよびR.Marquardtによる論文“New Modular Voltage Source Inverter Topology”
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、本発明の課題は、サブモジュールのエネルギ蓄積器に蓄積されるエネルギがほぼ等しいレベルに保持され、同時に選択されたエネルギ蓄積器の投入および遮断の際の高いクロック周波数が回避された、冒頭に述べた如き方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、この課題を、１つの相モジュールアームの投入されている全てのエネルギ蓄積器実際値の総和をエネルギ蓄積器総和実際値の獲得のために形成し、予め与えられた相モジュールアームエネルギ目標値とエネルギ蓄積器総和実際値との間の差をエネルギ差値の獲得のために決定し、エネルギ差値の大きさ又はエネルギ差値から導き出された量の大きさが開閉閾値の大きさを上回るときに、選択されたエネルギ蓄積器が開閉される開閉時点を確定することによって解決する。
【０００７】
本発明によれば、選択されたエネルギ蓄積器の開閉時点が第２の論理に従って確定される。この第２の論理は、制御装置又は制御ユニットによって予め与えられた相モジュールアーム目標値とエネルギ蓄積器総和実際値との比較に基づく。エネルギ蓄積器総和実際値は、投入されているサブモジュールのエネルギ蓄積器実際値の総和である。この場合、投入されているサブモジュールのみが、例えば全体として相モジュールアームを介して降下する電圧に寄与し得ることが基礎となっている。これに対し遮断されているサブモジュールは前記電圧に寄与しない。サブモジュールの開閉は、本発明に従いエネルギ変化状態にも依存する。エネルギ変化状態は、例えば相モジュールアームを介して流れる電流の検出によって決定される。検出された電流が正であれば、投入されているエネルギ蓄積器が充電可能である。これに対し遮断されているエネルギ蓄積器のエネルギ蓄積器実際値は変化しない。これに対し相モジュールアームを介して流れる電流（アーム電流とも呼ぶ）が負の場合には、投入されているエネルギ蓄積器が放電可能である。ここに説明したアーム電流検出とは違って、エネルギ変化状態は、投入されているエネルギ蓄積器のエネルギ蓄積器実際値を２つの異なる時点で互いに比較することによっても求め得る。時間的に後の測定のエネルギ蓄積器実際値が、先に測定されたエネルギ蓄積器実際値よりも大きいなら、相モジュールアームのエネルギ蓄積器が充電可能である。これに対して逆の場合には、投入されているエネルギ蓄積器は放電しかできない。エネルギ変化状態の検出は本発明によれば任意である。
【０００８】
分離した論理による時点の確定によって選択されたエネルギ蓄積器のパルス幅変調の場合におけるような頻繁な投入と遮断が回避される。本発明の枠内では、次に開閉すべきエネルギ蓄積器が選択され、求められた開閉時点で開閉されるだけである。適切な時間的平均値を得るための頻繁な投入と遮断は、本発明によれば不要となる。従って、本発明による方法は、ターンオフ制御可能なパワー半導体素子の負担を軽減する。
【０００９】
次に開閉すべきエネルギ蓄積器が、同じ相モジュールアームの全てのエネルギ蓄積器実際値のうちエネルギ変化状態に応じて最小又は最大であるエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器であるとよい。本発明のこの有利な形態では、相モジュールアームのエネルギ蓄積器が充電可能なエネルギ変化状態の際、エネルギ蓄積器実際値が最小であり、遮断されているエネルギ蓄積器が投入のために選択される。本発明によるエネルギ蓄積器実際値は、例えばエネルギ蓄積器で降下する電圧又はこの電圧の２乗に相当する。最終的にエネルギ蓄積器実際値は本発明の枠内においてその都度割り当てられたエネルギ蓄積器に蓄積されているエネルギの尺度として役立つ。遮断されているエネルギ蓄積器のうちから最小のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が選択される場合、これは、最小のエネルギを蓄積しているエネルギ蓄積器が選択されることを意味する。
【００１０】
エネルギ蓄積器の選択後、当該エネルギ蓄積器が開閉時点で投入され、充電される。相モジュールアームの投入されているエネルギ蓄積器が放電されるエネルギ変化状態の場合には、遮断されているエネルギ蓄積器のうちから最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が投入のために選択される。このエネルギ蓄積器が開閉時点で投入されるや否や、当該エネルギ蓄積器は放電されるので、エネルギ蓄積器実際値、即ち当該エネルギ蓄積器に蓄積されているエネルギが減少する。遮断の場合には、正のアーム電流ならば、投入されているエネルギ蓄積器のうちから最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が選択される。負のアーム電流ならば、最小のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が遮断のために選択される。
【００１１】
本発明の有利な形態では、開閉閾値が次に開閉すべきエネルギ蓄積器のエネルギ蓄積器実際値ＵＣと予め与えられた係数との積によって求められ、エネルギ差値の大きさが開閉閾値の大きさよりも大きいときに開閉時点が求められる。この有利な発展形態によれば、エネルギ差値が、次に開閉すべきエネルギ蓄積器のエネルギ蓄積器実際値と比較される。エネルギ差値は正又は負であり得る。エネルギ差値が、例えば前記エネルギ蓄積器実際値の半分を上回る際に、前記エネルギ蓄積器が、パワー半導体回路のターンオフ制御可能なパワー半導体素子への適切な制御信号によって投入又は遮断される。エネルギ差値が負である場合には、前記エネルギ蓄積器が次に遮断すべきエネルギ蓄積器として開閉時点で遮断される。エネルギ差値が正である場合には、次に投入すべきエネルギ蓄積器が開閉時点で投入される。投入又は遮断後に、次に開閉すべきエネルギ蓄積器が選択される。
【００１２】
エネルギ差値がエネルギ差積分値を得るべく積分され、エネルギ差積分値の大きさが開閉閾値の大きさを上回る時点として開閉時点が確定されるとよい。この有利な発展形態によれば、開閉閾値が積分によって求められる。これは、確かに高い計算費用を必要とするが、エネルギ蓄積器総和実際値と半導体バルブエネルギ目標値との間の小さい差を配慮した開閉時点をもたらす。
【００１３】
１つの相モジュールアームにおける最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が最大エネルギ実際値の獲得のために決定され、１つの相モジュールアームにおける最小のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が最小エネルギ実際値の獲得のために決定され、最大エネルギ実際値と最小エネルギ実際値との差が最大エネルギ偏差実際値の獲得のために形成され、最大エネルギ偏差実際値が最大エネルギ偏差閾値と比較され、最大エネルギ偏差実際値が最大エネルギ偏差閾値を上回るときに追加開閉時点が確定され、追加開閉時点においてエネルギ変化状態に依存してエネルギ蓄積器が遮断され、かつ他のエネルギ蓄積器が投入されるとよい。この方法で、１つの相モジュール内の両極端のエネルギ蓄積器実際値間の差が、常に予め与えられた値のみを取り得る。この場合、回路クロック又は回路周波数を上げることがもはや絶対に必要というわけではない。
【００１４】
これに関して適切な発展形態では、１つの相モジュールアームのエネルギ蓄積器が充電可能であるエネルギ変化状態の場合に、追加開閉時点で１つの相モジュールアームのエネルギ蓄積器のうち最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が遮断され、同時に同じ相モジュールアームのエネルギ蓄積器のうち最小のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が投入される。
【００１５】
他の適切な発展形態によれば、１つの相モジュールアームのエネルギ蓄積器が放電可能なエネルギ変化状態の場合、追加開閉時点で１つの相モジュールアームのエネルギ蓄積器のうち最小のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が遮断され、同時に同じ相モジュールアームのエネルギ蓄積器のうち最大のエネルギ蓄積器実際値を有するエネルギ蓄積器が投入される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は本発明による方法を実施するためのマルチレベル電力変換器の実施例を示す概略図である。
【図２】図２は図１によるマルチレベル電力変換器のサブモジュールおよび相モジュールアームの等価回路図である。
【図３】図３は本発明による方法の一実施例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の他の適切な形態および利点は、以下における図面に基づく本発明の実施例の説明の対象であり、同じ作用をする構成部分には同じ参照符号を付している。
【００１８】
図１は、３つの相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃから構成されているマルチレベル電力変換器１を例示する。各相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃは、正の直流電圧線路ｐと負の直流電圧線路ｎに接続されており、各相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃは２つの直流電圧端子を有する。更に、各相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃのために各々１つの交流電圧端子３１、３２、３３が設けられている。交流電圧端子３１、３２、３３は変圧器４を経て３相交流電圧系統５に接続されている。交流電圧系統５の相に相電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が印加され、系統電流Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３が流れる。各相モジュールの交流電圧側の相電流をＩ１、Ｉ２、Ｉ３にて示す。直流電圧電流はＩｄである。交流電圧端子３１、３２、３３の各々と正の直流電圧線路ｐとの間に相モジュールアーム６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３が跨っている。各交流電圧端子３１、３２、３３と負の直流電圧線路ｎとの間に相モジュールアーム６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３が形成されている。各６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３は、図１には示さないサブモジュールと、図１にＬＫｒにて示すインダクタンスとの直列回路から構成されている。
【００１９】
図２は、サブモジュール７の直列回路および特にサブモジュールの構成を、電気的な等価回路図でより詳細に示す。図２は相モジュールアーム６ｐ１だけを例として取り上げている。しかし、残りの相モジュールアームも同一に構成されている。各サブモジュール７は、２つの直列接続されたターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ１とＴ２を有する。ターンオフ制御可能なパワー半導体素子は、例えば所謂ＩＧＢＴ、ＧＴＯ、ＩＧＣＴ等である。これらは専門家にとって周知なので、ここでは詳細な説明を省略する。各ターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ１、Ｔ２に、フリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２が逆並列に接続されている。ターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ１、Ｔ２の直列回路又はフリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２の直列回路に並列に、コンデンサ８がエネルギ蓄積器として接続されている。各コンデンサ８は単極充電される。サブモジュール７の２極の接続端子Ｘ１とＸ２に、２つの電圧状態が発生可能である。制御ユニット９によって、例えばターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ２を導通状態に移行させる制御信号が発生させられ、その導通状態においてターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ２を介する電流の流れが可能になると、サブモジュール７の端子Ｘ１、Ｘ２において電圧が零に低下する。その際、ターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ１は阻止状態にあって、この阻止状態ではターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ１を介する電流の流れは遮断されている。これはコンデンサ８の充電又は放電を阻止する。これに対しターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ１が導通状態に移行し、ターンオフ制御可能なパワー半導体素子Ｔ２が阻止状態に移行すると、サブモジュール７の端子Ｘ１、Ｘ２には全コンデンサ電圧Ｕｃが加わる。更に、コンデンサ８は、アーム電流の方向に応じて、従ってエネルギ変化状態に依存して充電又は放電可能である。
【００２０】
各サブモジュールは、更に、各々のコンデンサ８において降下するコンデンサ電圧Ｕｃを検出するための図示しないサブモジュールセンサを有する。コンデンサ電圧Ｕｃに相当するコンデンサ電圧値が、エネルギ蓄積器実際値として、任意の上位の調節ユニット９のために提供される。調節ユニット９はパワー半導体素子Ｔ１とＴ２の開閉のために必要な制御信号を用意し、その際に後で詳述する本発明による方法の実施例が適用される。
【００２１】
図１と図２によるマルチレベル電力変換器は、例えば電動機等の電気機械の駆動に適している。更に、この種マルチレベル電力変換器は、配電と送電の分野における使用にも適している。マルチレベル電力変換器は、例えば「線路なし交直変換接続設備」の構成部分として用いられる。この設備は直流電圧側で互いに接続された２つのマルチレベル電力変換器からなり、これら電力変換器が図１に示すように各々１つの交流電圧系統に接続されている。このような「線路なし交直変換接続設備」は、例えば異なる周波数、位相角、中性点接地方式等を有する２つの配電系統間での電力交換のために使用される。更に、無効電力補償の分野の用途、即ち所謂ＦＡＣＴＳ（フレキシブル交流送電システム）としての用途が考慮の対象となる。長距離にわたる高電圧直流送電もこのようなマルチレベル電力変換器により考えられる。種々の用途に用いるべく、本発明による装置が適合させられるべき多くの様々な動作電圧が生じる。このため、サブモジュール７の個数はほんの２、３個から数百個まで変化する。
【００２２】
図３は、本発明による方法の実施例をダイアグラムにより示す。この場合、上記方法が、例えば図１と図２によるマルチレベル電力変換器１により実施される。図３に示すダイアグラムでは横軸に時間が、縦軸には下方範囲において１、２、３、４にて全部で４つあるエネルギ蓄積器の個数が目盛られている。各サブモジュール７がここではコンデンサである１つのエネルギ蓄積器を有することに留意すべきであり、コンデンサは共通的の符号８にて示す。従って、下方の線１０は、投入されているコンデンサ８の個数ｐを時間に依存して示す。
【００２３】
線１０の上方には、４つのコンデンサにおいて各々降下する電圧ＵＣを時間の関数として示している。ｔＷにて示す時点までは、相モジュールアームを介して流れる電流Ｉｚｗｇｐ１が零よりも大きい。これは、時点ｔＷ迄サブモジュール７のコンデンサ８が各々充電可能であることを意味する。これに対し時点ｔＷに引き続く時間では、各コンデンサ８は、並列接続されているパワー半導体回路により当該コンデンサが投入されている場合に放電のみ可能である。
【００２４】
図３は、例示的に相モジュールアーム６ｐ１の４つのコンデンサ１１、１２、１３、１４のコンデンサ電圧ＵＣを示す。時点ｔ０において、曲線経過１０によれば、２つのコンデンサ、即ちコンデンサ１１と１２が投入されている。相モジュールアーム６ｐ１を介して流れる電流Ｉが零より大きいことから、それらのコンデンサにおいて降下する電圧Ｕｃ、即ちサブモジュールセンサで検出されるエネルギ蓄積器実際値が直線的に上昇する。次に遮断すべきコンデンサとしてコンデンサ１２が選択される。なぜならば、そのコンデンサ１２において降下する電圧がコンデンサ１１の電圧より大きいからである。コンデンサ１３と１４は、既に遮断されており、従って次に遮断すべきコンデンサとして選択されることはない。調節ユニット９は時間にわたって変化する相モジュールアームエネルギ目標値を持つ。ｔ０とｔ１の間の時間インターバルにおいて、相モジュールアームエネルギ目標値は絶えず小さい。時点ｔ１において、相モジュールアームエネルギ目標値と、コンデンサ１１および１２のコンデンサ電圧Ｕｃの総和から形成されるエネルギ蓄積器総和実際値との間の差の大きさが、次に遮断すべきコンデンサ１２のコンデンサ電圧の半分よりも小さいので、開閉時点が確定され、この時点でコンデンサ１２が遮断される。今や、あと僅かにコンデンサ１１のみ投入されている。コンデンサ１２、１３、１４は零の勾配を有する。コンデンサ１２、１３、１４はもはや充電されない。
【００２５】
相モジュールアーム目標値の時間的経過は正弦波状である。ｔ１とｔ２との間の時間インターバルにおいて、半導体エネルギ目標値が最小値に到達し、引き続いて再び上昇する。この予め与えられた曲線経過に追従するために、これまで遮断されていたコンデンサが調節ユニットによって投入されねばならない。アーム電流Ｉｚｗｇ１は正である。従って、次に投入されるべきコンデンサとして、最も僅かな電圧になっているコンデンサ１３が選択され、このコンデンサ１３が充電され、電圧レベルが他のコンデンサの電圧レベルに達する。開閉時点ｔ２において、相モジュールアームエネルギ目標値と、この場合には唯一投入されているコンデンサ１１のコンデンサ電圧Ｕｃに等しいエネルギ蓄積器総和実際値との差の大きさが、開閉すべきコンデンサ、ここではコンデンサ１３のコンデンサ電圧と係数１／２との積から再び形成される開閉閾値の大きさよりも大きい。今やコンデンサ１１と１３が充電される。
【００２６】
最終的にコンデンサ１３のコンデンサ電圧がコンデンサ１２のコンデンサ電圧を上回るので、コンデンサ１２が次に投入すべきコンデンサとして選択される。コンデンサ１１と１３のコンデンサ電圧の総和が今やエネルギ蓄積器総和実際値である。開閉時点ｔ３において相モジュールアームエネルギ目標値とエネルギ蓄積器総和実際値、即ちコンデンサ１１と１３のコンデンサ電圧の総和との差の大きさがコンデンサ１２において降下するコンデンサ電圧の半分よりも大きいので、コンデンサ１２も投入される。
【００２７】
追加開閉時点ｔｚにおいて、コンデンサ１４において降下する最小コンデンサ電圧と、コンデンサ１１において降下する最大コンデンサ電圧との間の電圧差ΔＵが、制御ユニットにより予め与えられた最大エネルギ偏差閾値よりも大きくなる。このため調節ユニット９が、最大コンデンサ電圧Ｕｃが降下するコンデンサ１１を遮断し、同時点で、時点ｔｚにおいて最小のコンデンサ電圧が降下するコンデンサ１４を投入する。この措置により、相モジュールアームのコンデンサのコンデンサ電圧Ｕｃが極端に異なる値をとることができないようになし得る。さもなければ不均一な電圧負担、従ってサブモジュール７の損傷という結果となっていたであろう。
【００２８】
時点ｔＷにおいて、相モジュールアームを介して流れるアーム電流（分かり易さのため図３にＩのみで示す）が負になる。従って、投入されているコンデンサ１２、１３、１４が放電される。次に投入すべきコンデンサとして必然的に唯一遮断されているコンデンサ１１が選択される。時点ｔ４で、半導体エネルギ目標値と、コンデンサ１２、１３、１４において降下するコンデンサ電圧の総和からなるエネルギ蓄積器総和実際値との間の差が、コンデンサ１１のコンデンサ電圧Ｕｃの半分よりも大きい故、コンデンサ１１の投入という結果となる。今や、全てのコンデンサが放電される。
【００２９】
ｔ４とｔ５との間の時間インターバルにおいて、予め与えられた相モジュールアームエネルギ目標値が最大値を通過して、引き続いて再び小さくなるので、コンデンサ８が相モジュールアーム６ｐ１のサブモジュール７の直列回路から遮断されねばならない。次に遮断すべきコンデンサとしてコンデンサ１４が選択される。このコンデンサ１４において最小の電圧が降下し、従ってこのコンデンサ１４に最小のエネルギが蓄積されているからである。制御は、今や減少する半導体エネルギ目標値に対し配慮する。時点ｔ５において、半導体エネルギ目標値とエネルギ蓄積器総和値の差が負で、かつ負のエネルギ差値よりも小さい。このため、コンデンサ１４の遮断という結果となる。相応の処理が開閉時点ｔ６およびｔ７で行なわれる。
【符号の説明】
【００３０】
１  マルチレベル電力変換器、２ａ〜２ｃ  相モジュール、３１〜３３  交流電圧端子、４  変圧器、５  交流電圧系統、６ｐ１〜６ｐ３  相モジュールアーム、６ｎ１〜６ｎ３  相モジュールアーム、７  サブモジュール、８  エネルギ蓄積器、９  制御・調節ユニット、１０  曲線、１１〜１４  コンデンサ、Ｄ１、Ｄ２  フリーホイールダイオード、Ｉ１〜Ｉ３  相モジュールの交流側相電流、Ｉｄ  直流電流、Ｉｎ１〜Ｉｎ３  系統電流、ＬＫｒ  インダクタンス、ｐ、ｎ  直流電圧線路、ｔ  時間、ｔ０〜ｔ７、ｔＷ  時点、Ｔ１、Ｔ２  パワー半導体素子、Ｕ１〜Ｕ３  相電圧、ＵＣ  コンデンサ電圧、Ｘ
１、Ｘ２  接続端子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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