(57)【要約】１つの交流電圧端子（３1、３2、３3）と、少なくとも１つの直流電圧端子（ｐ、ｎ）とを有する少なくとも１つの相モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ）（その際各直流電圧端子と交流電圧端子の間に相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）が形成され、その際各相モジュール分岐が、それぞれ１つのエネルギー蓄積器（８）と少なくとも１つのパワー半導体（Ｔ１、Ｔ２）を有するサブモジュール（７）からなる直列回路を有する）と、実際値を供給するための測定センサと、前記測定センサと接続された制御手段（９、１０）とを有する、電流を変換する装置（１）。その制御は、各相モジュール分岐内の任意の数のサブモジュールに合わせて簡単に調整される。上記制御手段（９、１０）は、電流制御ユニット（１０）と、各相モジュール分岐に割り当てられた制御ユニット（９）とを有し、その際電流制御ユニット（１０）が制御ユニット（９）のための分岐目標値を供給するために設けられ、上記制御ユニットが上記サブモジュールのための制御信号を生成するために設けられている。【選択図】図３
2010512133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの交流電圧端子（３1、３2、３3）と、少なくとも１つの直流電圧端子（ｐ、ｎ）とを有する少なくとも１つの相モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ）（その際各直流電圧端子（ｐ、ｎ）と交流電圧端子（３1、３2、３3）の間に相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）が形成され、その際各相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）が、それぞれ１つのエネルギー蓄積器（８）と少なくとも１つのパワー半導体（Ｔ１、Ｔ２）を有するサブモジュール（７）からなる直列回路を有する）と、
実際値を供給するための測定センサと、
前記測定センサと接続され、かつ実際値と予め設定された目標値に応じてこの装置（１）を制御するために設けられた制御手段（９、１０）とを有する、
電流を変換する装置（１）であって、
制御手段（９、１０）が、電流制御ユニット（１０）と、各相モジュール分岐に割り当てられた制御ユニット（９）とを有し、その際電流制御ユニット（１０）が制御ユニット（９）のための分岐目標値を供給するために設けられ、制御ユニット（９）がサブモジュール（７）と電流制御ユニット（１０）の間に接続され、かつ前記サブモジュールのための制御信号を生成するために設けられていることを特徴とする装置。
【請求項２】
各サブモジュール（７）がサブモジュールセンサを有し、このサブモジュールセンサが、サブモジュール（７）に割り当てられた制御ユニット（９）と接続され、かつサブモジュール実際値を供給することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３】
前記サブモジュール実際値が、各サブモジュール（７）のエネルギー蓄積器（８）において降下する電圧に相当するところのエネルギー蓄積器電圧値Ｕｃであることを特徴とする請求項２記載の装置。
【請求項４】
各制御ユニット（９）が、自身に割り当てられた相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）の全てのサブモジュールセンサと接続され、かつ電流制御ユニットのための合計実際値を供給するために設けられ、その際合計実際値が、各相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）の全てのサブモジュール実際値の和であることを特徴とする請求項１から３の１つに記載の装置。
【請求項５】
電流制御ユニット（１０）が、各制御ユニット（９）のための分岐電圧目標値Ｕｐ１ｒｅｆを供給するために設けられていることを特徴とする請求項１から４の１つに記載の装置。
【請求項６】
前記測定センサが、相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）内を流れる相分岐電流Ｉｚｗｇを測定するために設けられた分岐電流センサを有することを特徴とする請求項１から５の１つに記載の装置。
【請求項７】
電流制御ユニット（１０）が、相分岐電流Ｉｚｗｇを制御するために設けられていることを特徴とする請求項１から６の１つに記載の装置。
【請求項８】
前記目標値が、無効電流目標値Ｉｑｒｅｆおよび有効電流目標値Ｉｐｒｅｆおよび／または直流目標値Ｉｄを含むことを特徴とする請求項１から７の１つに記載の装置。
【請求項９】
少なくとも１つの直流電圧端子（ｐ、ｎ）と１つの交流電圧端子（３1、３2、３3）を備えた少なくとも１つの相モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ）を有し、その際各直流電圧端子と交流電圧端子の間位相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）が形成され、この相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）が、それぞれ１つのエネルギー蓄積器（８）と少なくとも１つのパワー半導体（Ｔ１、Ｔ２）とを有するサブモジュール（７）からなる直列回路を有し、その際電流制御ユニット（１０）に実際値と目標値が供給され、電流制御ユニット（１０）が前記実際値および目標値に応じて制御器によって、各相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）に割り当てられた分岐目標値を算定し、この分岐目標値が、モジュール分岐目標値に応じて自身に割り当てられたサブモジュール（７）のための制御信号を生成するという各制御ユニット（９）に送られるという装置（１）を用いて電流を変換する方法。
【請求項１０】
前記実際値が、制御ユニット（９）から電流制御ユニット（１０）に送られる分岐エネルギー実際値を含んでおり、その際この分岐エネルギー実際値が前記サブモジュール内で把握されたサブモジュール実際値の合計によって形成されることを特徴とする請求項９記載の方法。
【請求項１１】
前記分岐目標値が電圧中間目標値の線形組合せによって形成されることを特徴とする請求項９又は１０記載の方法。
【請求項１２】
前記電圧中間目標値が、直流電圧目標値（Ｕｄｃ）を含んでおり、その際この直流電圧目標値（Ｕｄｃ）が、予め設定された基準直流値Ｉｄｓｏｌｌと、測定によって得られた直流測定値Ｉｄとの差に応じて算定されることを特徴とする請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
総電圧差が、予め設定された合計電圧目標値ｕｃｒｅｆと、コンバータの全てのエネルギー蓄積器において降下する電圧の合計により算定された総エネルギー測定値ｕｃとの差の形成によって算定され、かつこの総電圧差が、総エネルギー偏差電流値の取得とともに制御器（１２）に送られ、その際この総エネルギー偏差電流値が、基準直流値Ｉｄｓｏｌｌの取得とともに直流目標値Ｉｄｒｅｆと合計されることを特徴とする請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記電圧中間目標値が各制御ユニット（９）について網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３を含むことを特徴とする請求項１１から１３の１つに記載の方法。
【請求項１５】
前記網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３が、相モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ）の交流電圧側の相電流の測定によって得られる相電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３から、電流目標値に応じて制御器（１２）によって算定されることを特徴とする請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
前記網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３が、相モジュール（２ａ、２ｂ、２ｃ）の交流電圧側の相電圧の測定によって得られる相電圧値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３に応じて、目標値に応じて制御器（１２）によって算定されることを特徴とする請求項１４又は１５記載の方法。
【請求項１７】
前記電圧中間目標値が、各相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）について分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、Ｕｚｗｇｐ２、Ｕｚｗｇｐ３、Ｕｚｗｇｎ１、Ｕｚｗｇｎ２、Ｕｚｗｇｎ３を含むことを特徴とする請求項１１から１６の１つに記載の方法。
【請求項１８】
前記分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、Ｕｚｗｇｐ２、Ｕｚｗｇｐ３、Ｕｚｗｇｎ１、Ｕｚｗｇｎ２、Ｕｚｗｇｎ３が、拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３に応じて制御器（１２）によって算定されることを特徴とする請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
拡張された各分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３が、各相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）内を流れる相モジュール分岐電流の把握によって得られるところの相モジュール分岐電流測定値Ｉｚｗｇｐ１、Ｉｚｗｇｐ２、Ｉｚｗｇｐ３、Ｉｚｗｇｎ１、Ｉｚｗｇｎ２、Ｉｚｗｇｎ３と、定められた循環電流目標値Ｉｋｒ１、Ｉｋｒ２、Ｉｋｒ３と、定められた対称化電流目標値Ｉｂａｌｐ１、Ｉｂａｌｐ２、Ｉｂａｌｐ３、Ｉｂａｌｎ１、Ｉｂａｌｎ２、Ｉｂａｌｎ３との和の形成によって計算され、その際この対称化電流目標値Ｉｂａｌｐ１、Ｉｂａｌｐ２、Ｉｂａｌｐ３、Ｉｂａｌｎ１、Ｉｂａｌｎ２、Ｉｂａｌｎ３は前記相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）の分岐エネルギー実際値に依存して算定されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記分岐電圧中間目標値が非対称目標電圧Ｕａｓｙｍを有することを特徴とする請求項１１から１９の１つに記載の方法。
【請求項２１】
前記非対称目標電圧Ｕａｓｙｍが、
プラスの直流端子（ｐ）とアースの間の電圧を、プラスの直流電圧値Ｕｄｐを取得しつつ測定し、マイナスの直流電圧端子（ｎ）とアースの間の電圧を、マイナスの直流電圧値Ｕｄｎを取得しつつ測定し、
プラスの直流電圧値とマイナスの直流電圧値の差を、直流電圧差ｕｄを取得しつつ形成し、かつ
−制御器の出口における非対称目標電圧Ｕａｓｙｍを取得しつつ、直流電圧差ｕｄを制御器の入口に印加することによって決定されることを特徴とする請求項２０記載の方法。
【請求項２２】
前記分岐電圧中間目標値が、平衡化電圧目標値Ｕｂａｌｐ１、Ｕｂａｌｐ２、Ｕｂａｌｐ３、Ｕｂａｌｎ１、Ｕｂａｌｎ２、Ｕｂａｌｎ３を有し、その際エネルギー蓄積器（８）において降下する電圧に相当するところのエネルギー蓄積器電圧値Ｕｃが把握され、相モジュール分岐（６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３）の前記エネルギー蓄積器電圧値Ｕｃが、分岐エネルギー実際値ＵｃΣｐ１、ＵｃΣｐ２、ＵｃΣｐ３、ＵｃΣｎ１、ＵｃΣｎ２、ＵｃΣｎ３を取得しつつ合計され、前記分岐エネルギー実際値ＵｃΣｐ１、ＵｃΣｐ２、ＵｃΣｐ３、ＵｃΣｎ１、ＵｃΣｎ２、ＵｃΣｎ３が互いに比較されて、この比較から導き出された値が制御器に送られ、そして平衡化調整電圧Ｕｂａｌｐ１、Ｕｂａｌｐ２、Ｕｂａｌｐ３、Ｕｂａｌｎ１、Ｕｂａｌｎ２、Ｕｂａｌｎ３が制御器の出口において出力されることを特徴とする請求項１１から２１の１つに記載の方法。
【請求項２３】
前記分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１・・・Ｕｚｗｇｎ３を算定するために、拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３が、制御の入力値として網電流部分と循環電流部分に分解されることを特徴とする請求項１７から１９の１つに記載の方法。
【請求項２４】
拡張された各分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３が、残りの分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３から独立して制御されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２５】
交流電圧側の相電流の測定によって相電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が、また前記相モジュール分岐の交流電圧側の相電圧の測定によって相電圧値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が得られ、この相電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と相電圧値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３から目標値に依存して制御器によって補助電流値ＩＨａｌ、ＩＨｂｅが算定され、この補助電流値ＩＨａｌ、ＩＨｂｅが、前記の拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３に、補助和または補助差を取得しつつ加えられるか、またはそこから差し引かれ、その際前記補助和および／または補助差が制御器（１２）の入口に印加され、その際前記制御器（１２）の出口において分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、Ｕｚｗｇｐ２、Ｕｚｗｇｐ３、Ｕｚｗｇｎ１、Ｕｚｗｇｎ２、Ｕｚｗｇｎ３が出力されることを特徴とする請求項１８又は１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの交流電圧端子と少なくとも１つの直流電圧端子とを有する少なくとも１つの相モジュールと、実際値を供給するための測定センサと、上記測定センサと接続され、かつ実際値と予め設定された目標値に応じてこの装置を制御するために設けられた制御手段とを有し、その際各直流電圧端子と交流電圧端子の間に相モジュール分岐が形成され、その際各相モジュール分岐が、それぞれ１つのエネルギー蓄積器と少なくとも１つのパワー半導体を有するサブモジュールからなる直列回路を有する電流変換装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、電流を変換する方法にも関する。
【背景技術】
【０００３】
このような装置は、例えばパワーテク２００３に掲載されたＡ．レスニカルとＲ．マルクヴァルトの論文「ワイドパワーレンジに適した革新的なモジュール式マルチレベルコンバータトポロジー（Ａｎ  Ｉｎｎｏｖａｔｉｖｅ  Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ  Ｔｏｐｏｌｏｇｙ  Ｓｕｉｔａｂｌｅ  ｆｏｒ  ａ  Ｗｉｄｅ  Ｐｏｗｅｒ  Ｒａｎｇｅ）」によって既に知られている。そこには、交流電圧網との接続用として考えられたコンバータが公開されている。このコンバータは、このコンバータと繋がれる交流電圧網の各相ごとに１つの相モジュールを有し、その際各相モジュールは、１つの交流電圧端子と２つの直流電圧端子を有する。各直流電圧端子と交流電圧端子の間には相モジュール分岐が延びており、いわゆる６パルスブリッジ回路が用意されている。これらのモジュール分岐はサブモジュールの直列回路からなっており、またこれらのサブモジュールはそれぞれ２つの断路可能なパワー半導体からなり、これらのパワー半導体には、それぞれ逆方向のフリーホイールダイオードが並列接続されている。この断路可能なパワー半導体およびフリーホイールダイオードは直列接続され、その際この直列回路に並列して１つのコンデンサが備えられている。上記サブモジュールの構成要素は互いに接続され、各サブモジュールの二極出口ではコンデンサ電圧または電圧がゼロに落ちる。
【０００４】
断路可能なパワー半導体の制御は、いわゆるパルス幅変調によって行われる。このパワー半導体を制御する制御手段は、電流値を獲得して電流を把握する測定センサを有する。電流値は、入力インターフェースと出力インターフェースを有する中央制御ユニットに供給される。入力インターフェースと出力インターフェースの間には変調器すなわちソフトウェア・ルーチンが備えられている。この変調器は、特に選択ユニットとパルス幅ジェネレータを有する。このパルス幅ジェネレータは、個々のサブモジュールのための制御信号を生成する。断路可能なパワー半導体は、パルス幅ジェネレータが生成した制御信号によって、遮断可能なパワー半導体の電流通過を可能にする通過位置から、遮断可能なパワー半導体の電流通過を遮る遮断位置へと移される。その際各サブモジュールは、コンデンサで落ちる電圧を把握するサブモジュールセンサを有する。
【０００５】
いわゆるマルチレベルコンバータトポロジーのための制御方法に関しては、さらにＲ．マルクヴァルト、Ａ．レスニカル、およびＪ．ヒルディンガーの「高電圧におけるネット結合適用のためのモジュール式コンバータコンセプト」（バート・ナウエンハイムにおけるＥＴＧ専門会議で発表、ドイツ２００２年）、Ａ．レスニカルとＲ．マルクヴァルトの「新しいモジュール式電圧源インバータトポロジー（Ａ  ｎｅｗ  ｍｏｄｕｌａｒ  ｖｏｌｔａｇｅ  ｓｏｕｒｃｅ  ｉｎｖｅｒｔｅｒ  ｔｏｐｏｌｏｇｙ）」（ＥＰＥ'０３トゥールーズ、フランス２００３年）、およびＲ．マルクヴァルトとＡ．レスニカルの「高圧モジュール式マルチレベルコンバータの新コンセプト（Ｎｅｗ  Ｃｏｎｃｅｐｔ  ｆｏｒ  Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ−Ｍｏｄｕｌａｒ  Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）」（ＰＥＳＣ２００４アーヘン会議、ドイツ）などの論文が知られている。
【０００６】
目下のところ未刊のドイツ特許出願１０２００５０４５０９０．３には、エネルギー蓄積器が配分された多相コンバータを制御する方法が公表されている。この公表された装置もまた、相モジュールを備えたマルチレベルコンバータトポロジーを呈し、各相モジュールは、その中心に対称的に配置された１つの交流電圧端子と、２つの直流電圧端子を有する。各相モジュールは、上記交流電圧端子と、上記直流電圧端子のうちの１つの間に延びた２つの相モジュール分岐からなる。各相モジュール分岐はまた、サブモジュールからなる直列回路を有し、その際各サブモジュールは、断路可能なパワー半導体とこれに逆並列接続されたフリーホイールダイオードからなる。さらに各サブモジュールは、単極コンデンサを有する。パワー半導体を制御するために用いられる制御手段は、各相モジュール間を流れる分岐電流を調整するようにもなっている。この分岐電流の制御によって、例えば電流変動を積極的に抑えたり、より低い出力周波数を持つ動作点を回避することができる。さらに断路可能な全ての半導体スイッチの均等負荷と、激しく非対称な電圧の対称化をもたらすことができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、その制御を、各相モジュール分岐内の任意の数のサブモジュールに合わせて簡単に調整できるという、冒頭に述べたような装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はこの課題を冒頭に述べた装置により次のことによって解決する。制御手段が電流制御ユニットと、各相モジュール分岐に割り当てられた制御ユニットとを有し、その際上記電流制御ユニットは、上記制御ユニットのための分岐目標値を供給するために設けられ、また上記制御ユニットは、上記電流制御ユニットとサブモジュールの間に接続され、かつ上記サブモジュールのための制御信号を生成するために設けられている。
【０００９】
本発明は、この課題を冒頭に述べた方法により次のことによって解決する。電流制御ユニットに実際値と目標値が供給され、この電流制御ユニットが、各相モジュール分岐に割り当てられた分岐目標値を、実際値および目標値に応じて制御器によって決定し、この分岐目標値が、上記相モジュール分岐に割り当てられた制御装置に供給され、そして各制御ユニットが、自身に割り当てられたサブモジュールのための制御信号を上記分岐目標値に応じて生成する。
【００１０】
本発明に基づくこの装置は、１つの中央電流制御ユニットからなる制御手段を有する。上記電流制御ユニットは、電流や電圧などの電気的測定値を把握するために備えられた測定センサと接続され、その際それらの測定値は、いわゆる実際値として制御機構に供給される。上記電流制御ユニットにはさらに、それに合わせて実際値が調整されることになる目標値も供給される。目標値が例えば予め設定された目標有効電力の場合、例えば目標有効電力到達までの直流の変化が、このコンバータの交流電圧側の交流の変化にも影響を与える。言い換えれば、実際値どおしが互いに高度に結合している。それゆえ上記電流制御ユニットは主として制御値の減結合に使われる。
【００１１】
技術の現況における既知の制御方法とは異なり、本発明ではサブモジュールのための制御信号の生成は中央電流制御ユニットによらない。各相モジュール分岐に１つずつ独立した制御ユニットが備わる。電流制御ユニットは、各制御ユニットのためにそれぞれ少なくとも１つの分岐目標値を生成する。その後制御ユニットが、個々のサブモジュールのための制御信号を各分岐目標値に基づいて決定ならびに生成する。それゆえ本発明に基づく装置は、変化するサブモジュール数に合わせて簡単に調整され得る制御手段を有する。この電流制御ユニットは、相モジュール分岐の数のみに合わせて調整され、各相モジュール分岐内のサブモジュール数には左右されない。それゆえ本発明による装置すなわちコンバータの、サブモジュール数の引上げによる網電圧または直流電圧の変化に合わせた調整は、制御ユニットにのみ影響を与える。
【００１２】
有利なことに各サブモジュールはサブモジュールセンサを有し、このサブモジュールセンサが、そのサブモジュールに割り当てられた制御ユニットと接続されていて、サブモジュール実際値を供給する。このサブモジュール実際値は、接続された制御ユニットに供給され、この制御ユニットはその後、制御ユニットが回路に連結した、すなわちアクティブ化されたサブモジュールに由来するサブモジュール実際値を合計して、サブモジュール合計実際値を形成する。相モジュール分岐のアクティブ化されたサブモジュールのみが、その相モジュール分岐の然るべきサブモジュール合計実際値に寄与する。その際制御ユニットは、個々のサブモジュールのために、サブモジュール合計実際値が、電流制御ユニットから提供される分岐目標値にできるだけ近くなるような制御信号を生成する。
【００１３】
サブモジュール実際値とは、実用的なことにエネルギー蓄積器電圧値Ｕｃであり、この電圧値は各サブモジュールのエネルギー蓄積器において降下する電圧に相当する。この場合分岐目標値は、分岐電圧目標値、すなわち相モジュール分岐のアクティブ化または連結されたサブモジュールにおいて降下する合計電圧の目標値である。
【００１４】
有利なことに各制御ユニットは、自身に割り当てられた相モジュール分岐の全てのサブモジュールセンサと接続され、かつ電流制御ユニットのための分岐エネルギー実際値を供給するために設けられ、その際分岐エネルギー実際値は、全てのサブモジュール、すなわち各相モジュール分岐の、連結されアクティブ化されたサブモジュールと切り離され非アクティブ化されたサブモジュールの両方のサブモジュール実際値の合計である。さらに分岐エネルギー実際値そのものは、分岐目標値それも特に分岐電圧目標値の決定に使われる。
【００１５】
ある有利な発展形では電流制御ユニットが、各制御ユニットのための分岐電圧目標値Ｕｐ１ｒｅｆ、Ｕｐ２ｒｅｆ、Ｕｐ３ｒｅｆ、Ｕｎ１ｒｅｆ、Ｕｎ２ｒｅｆ、Ｕｎ３ｒｅｆを供給するために設けられている。
【００１６】
測定センサは、実用的なことに分岐電流センサを有し、この分岐電流センサは、相モジュール分岐内を流れる相モジュール分岐電流Ｉｚｗｇを測定するために設けられている。この有利な発展形では、相モジュール分岐電流の制御が可能である。相モジュール分岐電流Ｉｚｗｇには、相モジュールの交流電圧側、すなわち例えば交流電圧網を本発明による装置に繋ぐための変圧器と、相モジュールの交流電圧端子の間を流れる相電流が含まれている。相モジュール分岐電流はさらに、直流成分と循環電流をも含む。この装置の全ての相モジュール分岐電流が既知であれば、循環電流を計算することができる。循環電流は外から見えないので、その制御が、相モジュール分岐内に蓄積されたエネルギーの独立した対称化を可能にする。相モジュール分岐電流と循環電流を制御することによって、本発明による装置の全ての自由度を効果的に利用することができる。例えば循環電流の積極的な抑制は、分岐電流スロットルなどのパッシブな要素に関連してかかる費用を大幅に下げる。
【００１７】
それゆえ有利なことに電流制御ユニットは、相モジュール分岐電流Ｉｚｗｇを制御するために設けられている。
【００１８】
ある優先的な発展形によれば目標値には、無効電流目標値Ｉｑｒｅｆ、有効電流目標値Ｉｐｒｅｆ、および／または直流目標値Ｉｄが含まれる。このようにして本発明による装置は、ユーザーによって非常に簡単に操作できるようになる。ユーザーは、送られるべき有効電力および無効電力を制御機構に入力するだけである。定格電圧が分かればそこから無効電流目標値が算定される。
【００１９】
本発明による方法で有利なのは、実際値が、制御ユニットから電流制御ユニットへ送られる分岐エネルギー実際値を含み、その際各分岐エネルギー実際値が、ある相モジュール分岐の全てのサブモジュール（連結されているか否かは関係ない）のサブモジュール実際値の合計であることである。
【００２０】
この分岐目標値は、有利なことに電圧中間目標値の線形組合せによって形成される。電圧中間目標値どうしは互いに十分に減結合され、分かりやすく整然とした制御の構築に使われる。
【００２１】
これに関して実用的なある発展形では、電圧中間目標値に直流電圧目標値Ｕｄｃが含まれ、その際この直流電圧目標値Ｕｄｃは、予め設定された基準直流Ｉｄｓｏｌｌと測定によって得られた直流測定値Ｉｄの差に依存して決定される。
【００２２】
これに関して実用的なある発展形では、総電圧差が、予め設定された合計電圧目標値ｕｃｒｅｆと、コンバータの全てのエネルギー蓄積器において降下する電圧の合計によって得られる総エネルギー測定値ｕｃとの差の形成によって算定され、この総電圧差は、総エネルギー偏差電流値の取得とともに制御器に供給され、その際この総エネルギー偏差電流値は、基準直流値Ｉｄｓｏｌｌの取得とともに直流目標値Ｉｄｒｅｆと合計される。この時使われる制御器は、例えば簡単な比例制御器である。しかし本発明ではそれ以外の制御器も使用可能である。この有利な発展形では、こうした制御によって、エネルギー蓄積器に蓄積されたエネルギーが予め定められた量を超えないように保証されている。よって、過大なエネルギーの蓄積によって本発明による装置が破壊されるような事態は回避されている。専門家には明らかなことだが、本発明による装置すなわちコンバータの総エネルギーの調整では、この装置の全てのエネルギー蓄積器の測定された電圧測定値を合計するかわりに、サブモジュールのエネルギー蓄積器に蓄積されたエネルギーを、エネルギー測定値の取得により算定することもできる。その場合ｕｃは、この装置の全てのエネルギー蓄積器のエネルギー値の合計に相当する。エネルギー蓄積器のエネルギー値の基準は、例えばそのエネルギー蓄積器において降下する電圧から、この電圧の２乗によって得られる。
【００２３】
有利なことに電圧中間目標値は、各制御ユニットについて網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３を含む。この網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３はこの装置に影響を与えて、その結果相モジュールの交流電圧側を流れる相電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が希望どおりに調整される。
【００２４】
これに関して実用的なある発展形では、網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３は、相モジュールの交流電圧側の相電流Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の測定によって得られる相電流値から、電流目標値に依存して制御器によって算定される。この実用的な発展形では相電流が、本発明による装置の交流電圧側で測定される。この測定は、例えば相モジュールの交流電圧端子の直近で行うことができる。そのために然るべき変流器と交流導体が相互に作用し合うことになり、その際交流導体は交流電圧端子と接続されている。しかしそれとは異なり、交流導体と変圧器を介して交流電圧端子と接続されている交流網について、その各相内を流れる網電流Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３を測定することもできる。
【００２５】
これに関して実用的なある発展形では、網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３は、相モジュールの交流電圧側の相電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３の測定によって得られる相電圧測定値に依存し、かつ目標値に依存して制御器によって算定される。それゆえ網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３の取得は、網電圧の測定に基づいて行うこともできる。
【００２６】
有利なことに電圧中間目標値は、各相モジュール分岐について分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、Ｕｚｗｇｐ２、Ｕｚｗｇｐ３、Ｕｚｗｇｎ１、Ｕｚｗｇｎ２、Ｕｚｗｇｎ３を含む。
【００２７】
これに関して実用的なある発展形では、分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、．．．、Ｕｚｗｇｎ３は、拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３に依存して制御器によって算定される。
【００２８】
有利なことに拡張された各分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３は、各相モジュール分岐内を流れる相モジュール分岐電流の把握によって得られるところの相モジュール分岐電流測定値Ｉｚｗｇｐ１、．．．、Ｉｚｗｇｎ３と、定められた循環電流目標値Ｉｋｒ１、Ｉｋｒ２、Ｉｋｒ３と、定められた対称化電流目標値Ｉｂａｌｐ１、．．．、Ｉｂａｌｎ３との和の形成によって計算され、その際対称化電流目標値Ｉｂａｌｐ１、．．．、Ｉｂａｌｎ３は分岐エネルギー実際値に依存して決定される。この制御手順で予め設定された目標値、すなわち分岐電流の一部である循環電流を決定するための循環電流目標値Ｉｋｒ１、Ｉｋｒ２、Ｉｋｒ２と、対称化電流を決定するための対称化電流目標値Ｉｂａｌｐ１、．．．、Ｉｂａｌｎ３は合わせて、測定によって得られた相モジュール分岐電流測定値Ｉｚｗｇと合計され、その際その合計値は上記の拡張された分岐電流値Ｉｐ１、．．．、Ｉｎ３に相当する。この拡張された分岐電流値はその後実用的なことに制御器に供給され、制御器はそこから分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇを生成する。
【００２９】
有利なことにこの分岐電圧中間目標値は、非対称目標電圧Ｕａｓｙｍを含む。
【００３０】
これに関して実用的なある発展形では、非対称目標電圧Ｕａｓｙｍは、プラスの直流端子とアースの間の電圧を、プラスの直流電圧値Ｕｄｐを取得しつつ測定し、マイナスの直流電圧端子とアースの間の電圧を、マイナスの直流電圧値Ｕｄｎを取得しつつ測定し、プラスの直流電圧値とマイナスの直流電圧値の差を、直流電圧差ｕｄを取得しつつ形成し
、そして制御器の出口における非対称目標電圧を取得しつつ、直流電圧差ｕｄを制御器の入口に印加することによって決定される。
【００３１】
実用的なことにこの分岐電圧中間目標値は、平衡化電圧目標値Ｕｂａｌｐ１、Ｕｂａｌｐ２、Ｕｂａｌｐ３、Ｕｂａｌｎ１、Ｕｂａｌｎ２、Ｕｂａｌｎ３を含んでおり、その際エネルギー蓄積器において降下する電圧に相当するところのエネルギー蓄積器電圧値Ｕｃが把握され、相モジュール分岐６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３のエネルギー蓄積器電圧値Ｕｃが、分岐エネルギー実際値ＵｃΣｐ１、ＵｃΣｐ２、ＵｃΣｐ３
、ＵｃΣｎ１、ＵｃΣｎ２、ＵｃΣｎ３を取得しつつ合計され、分岐エネルギー実際値ＵｃΣｐ１、ＵｃΣｐ２、ＵｃΣｐ３、ＵｃΣｎ１、ＵｃΣｎ２、ＵｃΣｎ３が互いに比較されて、この比較から導き出された値が制御器に送られ、そして平衡化調整電圧Ｕｂａｌｐ１、Ｕｂａｌｐ２、Ｕｂａｌｐ３、Ｕｂａｌｎ１、Ｕｂａｌｎ２、Ｕｂａｌｎ３が制御器の出口において出力される。分岐エネルギー実際値の形成では、サブモジュール分岐の全てのサブモジュール（連結されているか否かは関係ない）が顧慮される。よって分岐エネルギー実際値は、相モジュール分岐内に蓄積されたエネルギーの基準となる。専門家であれば知っていることだが、この点についてはエネルギー蓄積器において降下する電圧のかわりに、それらの電圧の２乗を合計して分岐エネルギー実際値を形成することも可能である。さらに、本発明による装置の対称化が、大分前に述べた対称化電流目標値Ｉｂａｌを用いても行えるという点を指摘しておく。
【００３２】
有利なことに分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、．．．、Ｕｚｗｇｎ３を算定するために、拡張された分岐電流値Ｉｐ１、．．．、Ｉｎ３は、制御の入力値として網電流部分と循環電流部分に分解される。この分解により、電流制御ユニットが行う制御手順の整然とした構築が可能になる。
【００３３】
有利なことに、拡張された各分岐電流値Ｉｐ１、．．．、Ｉｎ３は、残りの分岐電流値Ｉｐ１、．．．、Ｉｎ３から独立して制御される。このことは例えば、拡張された各分岐電流値が実用的な目標値と共にそれぞれ唯一の制御器に送られることを意味する。制御器の出口において分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、．．．、Ｕｚｗｇｎ３が出力される。
【００３４】
本発明のさらなる有利な形態では、交流電圧側の相電流の測定によって相電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３が、また相モジュール分岐の交流電圧側の相電圧の測定によって相電圧値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が得られ、相電流値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と相電圧値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３から目標値に依存して制御器によって補助電流値ＩＨａｌ、ＩＨｂｅが算定され、この補助電流値ＩＨａｌ、ＩＨｂｅが、拡張された分岐電流値Ｉｐ１、．．．、Ｉｎ３に、補助和または補助差を取得しつつ加えられるか、またはそこから差し引かれ、その際補助和と補助差が制御器の入口に印加され、その際上記制御器の出口において分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、．．．、Ｕｚｗｇｎ３が出力される。その際この制御器は例えば比例制御器である。
【００３５】
本発明のさらなる形態および利点については、本発明の実施例を図を参照しながら以下に説明する。その際同じ働きをする部品には同じ番号が振ってある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明による装置の実施例の図式である。
【図２】図１の装置のサブモジュールの等価回路図である。
【図３】図１の装置の制御手段の構造を示す。
【図４】制御ユニット用分岐電圧目標値の算定のための分岐電圧中間目標値の線形組合せの図式である。
【図５】網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ算定の図式である。
【図６】拡張された分岐電流値から、分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇを算定する手順を示す図式である。
【図７】図６の拡張された分岐電流値Ｉｐを算定する図式である。
【図８】循環電流目標値Ｉｋｒを生成する手段の図式である。
【図９】直流電圧目標値Ｕｄｃを算定する図式である。
【図１０】対称化電圧Ｕａｓｙｍの算定を示す概要図である。
【図１１】分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇを生成するためのさらなる手段を示す。
【図１２】分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇを算定するためのさらなる手段を示す。
【図１３】分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇを算定するためのさらなる手段を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
図１は、３つの相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃから成る本発明に基づく装置１の実施例を示す。各相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃは、プラスの直流電圧回路ｐおよびマイナスの直流電圧回路ｎと接続され、その結果各相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃは２つの直流電圧端子を有する。さらに各相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃのためにそれぞれ１つの交流電圧端子３1、３2、３3が備えられている。この交流電圧端子３1、３2、３3は、変圧器４を介して三相の交流電圧網５と接続されている。この交流電圧網５の相電圧Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が降下し、その際網電流Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３が流れる。各相モジュールの交流電圧側の相電流はＩ１、Ｉ２、Ｉ３で示される。直流電圧電流はＩdである。交流電圧端子３1、３2、３3のそれぞれとプラスの直流電圧回路ｐの間に、相モジュール分岐６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３が延びている。交流電圧端子３1、３2、３3のそれぞれとマイナスの直流電圧回路ｎの間に、相モジュール分岐６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３が形成されている。各相モジュール分岐６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３は、図１には詳しく示されていないサブモジュールからなる１つの直列回路と、図１にＬKrで示された１つのインダクタンスからなる。
【００３８】
図２には、サブモジュール７の直列回路と、サブモジュールの構造が電気等価回路図によって詳しく示されている。その際図２には相モジュール分岐６ｐ１のみが選ばれているが、残りの相モジュール分岐も構造は同じである。この図から、各サブモジュール７が、直列接続された断路可能な２つのパワー半導体Ｔ１、Ｔ２を有することが分かる。断路可能なパワー半導体とは、例えばいわゆるＩＧＢＴ、ＧＴＯ、ＩＧＣＴなどである。これらは専門家には周知のものなので、ここに詳細に示すことはしない。断路可能な各パワー半導体Ｔ１、Ｔ２には、フリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２が逆並列接続されている。断路可能なパワー半導体Ｔ１、Ｔ２もしくはフリーホイールダイオードＤ１、Ｄ２の直列回路に並列でコンデンサ８がエネルギー蓄積器として接続されている。各コンデンサ８は単極で充電されている。各サブモジュール７の二極端子Ｘ１、Ｘ２において、２つの電圧状態が生成され得る。制御ユニット９によって、例えば断路可能なパワー半導体Ｔ２を通過位置に移すような制御信号が生成されると、この通過位置ではパワー半導体Ｔ２の電流通過が可能となり、サブモジュール７の端子Ｘ１、Ｘ２において電圧がゼロに落ちる。その際断路可能なパワー半導体Ｔ１は遮断位置にあり、断路可能なパワー半導体Ｔ１の電流通過は遮られる。これによりコンデンサ８の放電が妨げられる。反対に断路可能なパワー半導体Ｔ１が通過位置に、そして断路可能なパワー半導体Ｔ２が遮断位置に移されると、サブモジュール７の端子Ｘ１、Ｘ２においてコンデンサのフル電圧Ｕｃが印加される。
【００３９】
図１および図２による本発明に基づく装置のこの実施例は、いわゆるマルチレベルコンバータとも言われている。このようなマルチレベルコンバータは例えば、モータ等の電気機械類の駆動に適している。このようなマルチレベルコンバータはさらに、エネルギー供給やエネルギー伝達などの分野への投入にも適している。本発明に基づく装置は、例えば直流電圧側で互いに接続された２つのコンバータからなるクローズ・カプラとして用いられ、その際それらのコンバータはそれぞれ１つの交流電圧網と接続されている。このようなクローズ・カプラは、周波数、位相状態、中性点処理などが異なる２つのエネルギー供給網間のエネルギー交換に使用される。さらにはいわゆるＦＡＣＴＳ（フレキシブルＡＣトランスミッションシステム）として無効電力補償分野への適用も考えられる。このようなマルチレベルコンバータによる長距離高圧直流送電も考えられる。適用の可能性が豊富であることから、本発明による各装置が適合すべき動作電圧は様々に異なる。そのためサブモジュール７の数は、数個から数百個まで様々となる。この様々な数のサブモジュール７について、サブモジュール７の様々な数に容易に適合する制御手段が使えるよう、本発明は技術の現況とは異なる構造を有する。
【００４０】
上記の制御手段の構造を図３に示す。この制御手段は、電流制御ユニット１０と制御ユニット９ｐ１、９ｐ２、９ｐ３および９ｎ１、９ｎ２、９ｎ３を有する。これらの制御ユニットは、それぞれ相モジュール分岐６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３に割り当てられている。例えば制御ユニット９ｐ１は、相モジュール分岐６ｐ１の各サブモジュール７と接続され、断路可能なパワー半導体Ｔ１、Ｔ２のための制御信号を生成する。各サブモジュール７内には、図には示されていないがサブモジュール電圧センサが備わる。このサブモジュール電圧センサは、サブモジュール７のコンデンサ８において降下するコンデンサ電圧を、コンデンサ電圧値Ｕｃをサブモジュール実際値として得ながら把握するために用いられる。このコンデンサ電圧値Ｕｃは、各制御ユニット（この場合は９ｐ１）に供給される。これにより制御ユニット９ｐ１は、自身に割り当てられた相モジュール分岐６ｐ１の全てのサブモジュール７のコンデンサ電圧値を取得し、それらを合計して、相モジュール分岐６ｐ１に割り当てられた分岐エネルギー実際値ＵｃΣｐ１を得る。さらに各評価ユニット９ｐがサブモジュール実際値を算定する。このサブモジュール実際値は、その出力端子Ｘ１およびＸ２においてコンデンサ電圧Ｕｃが降下するところのアクティブなサブモジュールの和から計算される。その出力端子Ｘ１およびＸ２において電圧がゼロに降下するところの非アクティブなサブモジュール７は、サブモジュール実際値の形成に際しては顧慮されない。特に分岐エネルギー実際値ＵｃΣｐ１は、電流制御ユニッ
ト１０に供給される。
【００４１】
また電流制御ユニット１０は、図には示されていない各種測定センサと接続されている。相モジュール２ａ、２ｂ、２ｃの交流電圧側に配置された変流器は、相電流測定値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３の生成および供給に、また各相モジュールに配置された変流器は、相モジュール分岐電流測定値Ｉｚｗｇの生成および供給に、またコンバータの直流電圧回路内に配置された変流器は、直流測定値Ｉｄの供給に使われる。交流網の変圧器は、相電圧測定値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３を、また直流変圧器は、プラスの直流電圧のプラスの直流電圧測定値Ｕｄｐとマイナスの直流電圧のマイナスの直流電圧測定値Ｕｄｎを供給し、その際プラスの直流電圧測定値Ｕｄｐはプラスの直流電圧端子ｐとアースの間で降下する直流電圧に、またマイナスの直流電圧測定値Ｕｄｎはマイナスの直流電圧端子とアースの間で降下する電圧にあたる。このマイナスの直流電圧はマイナスである。このプラスの直流電圧はプラスである。
【００４２】
電圧制御ユニット１０にはさらに目標値が供給される。図３に示した実施例では、制御ユニット１０に有効電流目標値Ｉｐｒｅｆと無効電流目標値Ｉｑｒｅｆが供給される。さらに直流電圧目標値Ｕｄｒｅｆが電流制御ユニット１０の入口に置かれる。直流電圧目標値Ｕｄｒｅｆの代わりに直流目標値Ｉｄｒｅｆを使うことも本発明では可能である。つまりこの２つの目標値は互いに交換可能である。
【００４３】
目標値Ｉｐｒｅｆ、Ｉｑｒｅｆ、Ｕｄｒｅｆと上記の測定値は、様々な制御器が使用される中で相互に作用し合い、その際各制御ユニット９ｐ１、９ｐ２、９ｐ３、９ｎ１、９ｎ２、９ｎ３のために分岐電圧目標値Ｕｐ１ｒｅｆ、Ｕｐ２ｒｅｆ、Ｕｐ３ｒｅｆ、Ｕｎ１ｒｅｆ、Ｕｎ２ｒｅｆ、Ｕｎ３ｒｅｆが生成される。各制御ユニット９は、自身に割り当てられたサブモジュール７のための制御信号を生成し、それによりサブモジュールの直列回路において生じる電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２、Ｕｐ３、Ｕｎ１、Ｕｎ２、Ｕｎ３は、各分岐電圧目標値Ｕｐ１ｒｅｆ、Ｕｐ２ｒｅｆ、Ｕｐ３ｒｅｆ、Ｕｎ１ｒｅｆ、Ｕｎ２ｒｅｆ、Ｕｎ３ｒｅｆにできるだけ近くなる。電圧Ｕｐ１、Ｕｐ２、Ｕｐ３、Ｕｎ１、Ｕｎ２、Ｕｎ３は、サブモジュール合計実際値と見なされる。
【００４４】
その他の図は、電流制御ユニット１０がどのようにして自身の入力値から適切な分岐電圧目標値Ｕｐ１ｒｅｆ、Ｕｐ２ｒｅｆ、Ｕｐ３ｒｅｆ、Ｕｎ１ｒｅｆ、Ｕｎ２ｒｅｆ、Ｕｎ３ｒｅｆを形成するのかを示す。図４から分かるように、例えば分岐電圧目標値Ｕｐ１ｒｅｆは、網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、直流電圧目標値Ｕｄｃ、対称化電圧目標値Ｕａｓｙｍ、および平衡化電圧目標値Ｕｂａｌｐ１の線形組合せによって計算される。この計算は、相モジュール分岐６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３の各々について互いに独立して行われる。
【００４５】
図５は、網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３が、相電流測定値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と相電圧測定値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３からどのように算定されるのかを示す。相電流測定値が合計でゼロになるので、３つの相の相電流測定値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３は、１つの二相ベクトルシステムα、β内に射影される。この射影は、変換ユニット１１によって行われる。同じことは、相電圧測定値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３についてもあてはまる。その後それらの測定値は制御器１２に送られ、制御器１２は、有効電流目標値Ｉｐｒｅｆと無効電流目標値Ｉｑｒｅｆに依存して網相電圧目標値Ｕｎｅｔｚ１、Ｕｎｅｔｚ２、Ｕｎｅｔｚ３を生成し、その際ここでも変換ユニット１１が、二相の網相電圧目標値を三相の網相電圧目標値に転換するのに使われる。
【００４６】
図６は、図４で初めて挙げた分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、Ｕｚｗｇｐ２、Ｕｚｗｇｐ３、もしくはＵｚｗｇｎ１、Ｕｚｗｇｎ２、Ｕｚｗｇｎ３がどのようにして形成されるのかを示す。この形成は、拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３を出発点として行われるが、以下に分岐電流値の算定について説明する。６個の拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３は、先の説明と同じく変換ユニット１１によって４個の拡張された二相の分岐電流値α、βに変換される。続いて各制御器１２（この場合簡単な比例制御器）が、変換ユニット１１と共にいわゆる分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、Ｕｚｗｇｐ２、Ｕｚｗｇｐ３、もしくはＵｚｗｇｎ１、Ｕｚｗｇｎ２、Ｕｚｗｇｎ３への変換を行う。
【００４７】
拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３の算定を図７に示す。拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３は、相モジュール分岐６ｐ１の場合、変流器によって形成される相モジュール分岐電流測定値Ｉｚｗｇｐ１と、循環電流目標値Ｉｋｒ１と、対称化電流目標値Ｉｂａｌ１との和そのものである。循環電流目標値Ｉｋｒ１、Ｉｋｒ２、Ｉｋｒ３は、図には示されていないコントロールポイントを介して動力学的に与えられる。同じことは、対称化電流目標値Ｉｂａｌｐ１、Ｉｂａｌｐ２、Ｉｂａｌｐ３にもあてはまる。よってそれぞれの拡張された分岐電流値Ｉｐ１は、測定値と目標値の両方を含む。対称化目標値を介して、相モジュール分岐内にそれぞれ蓄積されたエネルギー蓄積器の対称的な配分がもたらされる。
【００４８】
図８に、適切な循環電流目標値Ｉｋｒ１、Ｉｋｒ２、Ｉｋｒ３を生成するための有利な例を示す。まず網電圧の角周波数ωに係数２を掛ける。次に独立変数２ωのコサインもしくは負のサインを出して、それに振幅Ａｍｐを掛ける。次にこの２つの値から、変換ユニット１１を用いて３つの相モジュールのそれぞれについて循環電流目標値Ｉｋｒ１、Ｉｋｒ２、Ｉｋｒ３を算定する。
【００４９】
図９に、直流電圧目標値Ｕｄｃの算定方法を示す。Ｕｄｃは、測定された直流値Ｉｄと基準直流値Ｉｄｓｏｌｌから算定されるが、基準直流値Ｉｄｓｏｌｌの算定について以下に説明する。まず測定された直流値Ｉｄと基準直流値Ｉｄｓｏｌｌとの差を出す。次にこの差は、比例制御器または比例／積分制御器すなわちＰＩ制御器１２に送られ、ＰＩ制御器の出口において直流電圧目標値Ｕｄｃが出力される。
【００５０】
図９の下の図は、基準直流値Ｉｄｓｏｌｌの算定方法を示す。まず本発明による装置１の全てのコンデンサ電圧値Ｕｃの和である総エネルギー測定値ｕｃを形成する。この総エネルギー測定値ｕｃはそれゆえ、各コンバータ内に蓄積されたエネルギーの基準となる。このような基準は、他の任意の方法で導くことができる。上記のエネルギーが過大にならないようにするために、総エネルギー測定値ｕｃと合計電圧目標値ｕｃｒｅｆが比較されるが、その差は差形成器１３によって形成される。上記の差は、続いて制御器１２に送られ、その出口で総エネルギー偏差電流値が読み取られ、その総エネルギー偏差電流値は和形成器１４に送られる。和形成器１４は、基準直流目標値Ｉｄｓｏｌｌを取得しつつ、総エネルギー偏差電流値と、電流制御ユニットが知るところの直流目標値Ｉｄｒｅｆとの和を形成する。この直流電圧目標値Ｕｄｃの算定によって、制御機構は、コンバータ１のコンデンサ８内に過大なエネルギーが蓄積されるのを防ぐ。
【００５１】
図１０は、非対称電圧Ｕａｓｙｍの意味を物理的に示す。図１０には、本発明による装置１の相モジュールの交流電圧側に中性点形成器１５が破線で示されている。直流電圧回路ｐ、ｎ内には同じく破線で分圧器１６が示され、この分圧器は、電位点ＮGSの両側で同じ抵抗を有する。非対称電圧Ｕａｓｙｍは、中性点形成器１５の中性点ＮTRと電位点ＮGSの間で降下する電圧である。この電圧は、まずプラスの直流電圧ｐとアースの間で降下する電圧を、プラスの直流電圧値Ｕｄｐを取得しつつ測定し、直流電圧の陰極とアースの間で降下する電圧を、マイナスの直流電圧値Ｕｄｎを取得しつつ測定することによって算定される。次にマイナスの直流電圧値Ｕｄｎとプラスの直流電圧値Ｕｄｐの差が形成され、そこから直流電圧差Ｕｄが得られる。この直流電圧差Ｕｄは制御器の入口に印加され、その際制御器にはさらに直流電圧目標差が予め与えられ、それにより制御器の出口において、制御機構が直流電圧差と直流電圧目標差との差を最小化するのに用いる値が生成される。制御器の出口において対称化目標電圧Ｕａｓｙｍが出力され、図４に示した線形組合せに基づき他の電圧中間目標値に切り替えられる。
【００５２】
平衡化電圧目標値Ｕｂａｌｐ１、Ｕｂａｌｐ２、Ｕｂａｌｐ３、Ｕｂａｌｎ１、Ｕｂａｌｎ２、Ｕｂａｌｎ３は以下のようにして算定される。まずコンデンサ電圧値Ｕｃが、サブモジュール７のコンデンサにおいて降下する電圧の測定により算定されて、分岐エネルギー実際値ＵｃΣｐ１、ＵｃΣｐ２、ＵｃΣｐ３、ＵｃΣｎ１、ＵｃΣｎ２、ＵｃΣｎ３の取得とともに合計される。その際各相モジュール分岐の全てのサブモジュールが顧慮されることになり、それらのサブモジュールが連結されているか否かは関係ない。この分岐エネルギー実際値は、相モジュール内に蓄積されたエネルギーの基準となる。それゆえ分岐エネルギー実際値は、各相モジュール分岐９ｐ１、９ｐ２、９ｐ３、９ｎ１、９ｎ２、９ｎ３に割り当てられている。分岐エネルギー実際値ＵｃΣｐ１、ＵｃΣｐ２、ＵｃΣｐ３、ＵｃΣｎ１、ＵｃΣｎ２、ＵｃΣｎ３は、互いに比較され、この比較から１つの値が
導き出される。次にこの値は、目標値と一緒に制御器に送られ、その出口において平衡化電圧目標値Ｕｂａｌｐ１、Ｕｂａｌｐ２、Ｕｂａｌｐ３、Ｕｂａｌｎ１、Ｕｂａｌｎ２、Ｕｂａｌｎ３がタッピングされる。
【００５３】
図１１は、拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３から分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、Ｕｚｗｇｐ２、Ｕｚｗｇｐ３を算定するさらなる手段を示す。まず拡張された分岐電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３、Ｉｎ１、Ｉｎ２、Ｉｎ３が、変換ユニット１１によって三相のベクトル空間から二相のベクトル空間α、βに変換される。次に網電流部分と循環電流部分の制御が互いに独立して行われる。適切な線形組合せによって網電流部分ｉＮａｌと網電流部分ｉＮｂｅが形成され、図に示されていない２つの目標値を有する制御器１２に送られる。制御器１２は、その出口において網電流部分のためにα値ｕＮａｌもしくはβ値ｕＮｂｅを形成する。循環電流部分の制御も同様に行われる。循環電流値ｉｋｒａｌおよびｉｋｒｂｅが得られ、その際図１１の下の方の制御器１２の出口において網電圧循環部分ｕｋｒａｌおよびｕｋｒｂｅが出力される。適切な線形組合せと三相空間への変換によって、分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１〜Ｕｚｗｇｎ３が得られる。
【００５４】
図１１で提案した方法とは異なり、分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１〜Ｕｚｗｇｎ３を拡張された電流値Ｉｐ１、Ｉｐ２、Ｉｐ３から、同じく互いに独立して算定することができる。そのためにそれぞれの拡張された電流値Ｉｐ１〜Ｉｎ３について、図１２に示すように別々の制御器１２が備えられ、その際拡張された電流値Ｉｐ１〜Ｉｎ３は上述したように算定されたものである。制御器１２は例えば比例制御器である。
【００５５】
図１３は、分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１、．．．、Ｕｚｗｇｎ３のさらなる算定方法を示す。まず相電流測定値Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３と相電圧測定値Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３が三位相空間から二相空間α、βに変換され、変換された各測定値がベクトル制御器１２に送られる。このベクトル制御器１２にはさらに有効電流目標値Ｉｐｒｅｆと無効電流目標値Ｉｑｒｅｆが送られる。ベクトル制御器１２は、有効電流目標値と、測定値から算定される有効電流測定値の差、ならびに無効電流測定値と無効電流目標値の差がいずれも最小となるように、その出口で補助電流値ＩＨａｌ、ＩＨｂｅを生成する。補助電流値ＩＨａｌ、ＩＨｂｅは次に、図１３に示すように拡張された分岐電流値Ｉｐ１、．．．、Ｉｐ３と線形にて組合せられる。分岐電流値Ｉｐ１、．．．、Ｉｎ３は既に述べたように、それによって制御器１２が二相の分岐電圧値α、βを生成し、また変換ユニット１１が最終的に三相の分岐電圧中間目標値Ｕｚｗｇｐ１〜Ｕｚｗｇｐ３を生成することになる目標電流値を含んでいる。
【符号の説明】
【００５６】
１  電流変換装置、２ａ、２ｂ、２ｃ  相モジュール、３1、３2、３3  交流電圧端子、  ６ｐ１、６ｐ２、６ｐ３、６ｎ１、６ｎ２、６ｎ３  相モジュール分岐、７  サブモジュール、８  エネルギー貯蔵部、９  駆動ユニット、10  電流制御ユニット、11  変換ユニット、12  制御器、13  差形成器、14  和形成器、15  中性点形成器、16  分圧器、ｐ  正の直流電圧端子、ｎ  負の直流電圧端子、Ｔ１、Ｔ２  電力半導体、Ｕｃ  コンデンサ電圧、ＵｃΣｐ１、ＵｃΣｐ２、ＵｃΣｐ３、ＵｃΣｎ１、ＵｃΣｎ２、ＵｃΣｎ３  分岐エネルギー実際値、Ｕｐ１ｒｅｆ、Ｕｐ２ｒｅｆ、Ｕｐ３ｒｅｆ、Ｕｎ１ｒｅｆ、Ｕｎ２ｒｅｆ、Ｕｎ３ｒｅｆ  分岐電圧目標値
【図１】
2010512133.tif 000003
【図２】
2010512133.tif 000004
【図３】
2010512133.tif 000005
【図４】
2010512133.tif 000006
【図５】
2010512133.tif 000007
【図６】
2010512133.tif 000008
【図７】
2010512133.tif 000009
【図８】
2010512133.tif 000010
【図９】
2010512133.tif 000011
【図１０】
2010512133.tif 000012
【図１１】
2010512133.tif 000013
【図１２】
2010512133.tif 000014
【図１３】
2010512133.tif 000015
【国際調査報告】
2010512133.tif 000016
2010512133.tif 000017
2010512133.tif 000018
2010512133.tif 000019
2010512133.tif 000020
2010512133.tif 000021