(57)【要約】【課題】中性点電圧の制御と各相のコンデンサ電圧の制御の干渉を無しとする。【解決手段】５レベル電力変換部を三相分備え、直流電源の正、負極端間に２つのコンデンサを直列接続して成るマルチレベル電力変換器であって、空間ベクトル制御における２軸座標系領域に定義された現在のベクトルから移動した６つのベクトルそれぞれについて、前記各相の５レベル電力変換部の電流を予測演算し、予測演算した電流の、電流指令値との偏差が最も小さいベクトルを選択して相電圧指令を求めるベクトル選択部２０１と、５レベル電力変換部内のコンデンサ電圧と指令値との偏差が最も小となる充放電指令を求めるＶｃ電圧一定制御部２０３と、前記相電圧指令で決定された移動先ベクトルを選択したときの中性点電流を計算し、前記２つのコンデンサの電圧偏差が無くなるベクトルを選択して充放電指令を決定するＶｄｃ電圧一定制御部２０３とを備える。【選択図】図２
2013251960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電圧源の正負極間の直流電圧を複数の電圧レベルに変換した交流電圧を出力するマルチレベル電力変換器において、
第１〜第４のスイッチング素子を順次直列接続したスイッチング素子直列回路と、前記スイッチング素子直列回路の第１のスイッチング素子側端と第４のスイッチング素子側端との間に順次直列接続された第１および第２のコンデンサと、前記第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の共通接続点と、第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子の共通接続点との間に順次直列接続された第１および第２のダイオードと、前記第１のコンデンサおよび第１のスイッチング素子の共通接続点に一端が接続された第５のスイッチング素子と、前記第２のコンデンサおよび第４のスイッチング素子の共通接続点に一端が接続された第６のスイッチング素子と、前記第１および第２のコンデンサの共通接続点に一端が接続された、互いに逆の耐圧方向に制御できる第１のスイッチング手段とを備え、前記第１および第２のダイオードの共通接続点と第１および第２のコンデンサの共通接続点とを接続して構成されたマルチレベル電力変換部を三相交流の各相に各々設け、
前記三相各相のマルチレベル電力変換部の、前記第５のスイッチング素子の他端どうしを前記直流電圧源の正極に接続し、前記第６のスイッチング素子の他端どうしを前記直流電圧源の負極に接続し、前記第１のスイッチング手段の他端どうしを、前記直流電圧源の正、負極間に直列接続した第３のコンデンサおよび第４のコンデンサの共通接続点に中性点として接続し、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の、前記第２および第３のスイッチング素子の共通接続点を三相各相の各出力端とし、
前記三相各相のマルチレベル電力変換部の電流指令値、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の各出力端の電圧検出値および電流検出値を入力とし、空間ベクトル制御における２軸座標系領域に定義された現在のベクトルから、三相の各方向に単位ベクトル分プラス方向、マイナス方向に各々のベクトルが移動したときの６つのベクトルそれぞれについて前記三相各相のマルチレベル電力変換部の電流を予測演算し、前記６つのベクトルのうち、前記予測演算した電流と前記三相各相の電流指令値との偏差が最も小さいベクトルを選択して相電圧指令を求めるベクトル選択部と、前記相電圧指令で決定されたベクトルを選択したときの前記三相各相の第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの各コンデンサ電圧を、前記予測演算した電流に基づいて推定し、当該推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が最も小さくなる充放電指令を求める前記三相各相のマルチレベル電力変換部のコンデンサ電圧一定制御部と、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の各相の電流検出値、前記第３および第４のコンデンサの電圧検出値、前記ベクトル選択部で求められた相電圧指令および前記コンデンサ電圧一定制御部で求められた充放電指令を入力とし、前記ベクトル選択部の相電圧指令で決定された移動先ベクトルを選択したときの前記中性点を流れる電流を計算し、前記移動先ベクトルのうち、前記第３のコンデンサ電圧と第４のコンデンサ電圧の偏差が無くなるベクトルを選択して充放電指令を決定し、該決定された充放電指令および前記相電圧指令を出力する直流電圧一定制御部と、前記直流電圧一定制御部から出力された充放電指令および相電圧指令に基づいてゲート遷移方向を選択し、このゲート遷移方向に合わせたゲート信号を出力するゲート遷移部とを有して、前記ゲート信号に基づく前記第１〜第６のスイッチング素子および第１のスイッチング手段のオン、オフ制御によって複数の電圧レベルを出力させる制御手段を設けた、
ことを特徴とするマルチレベル電力変換器。
【請求項２】
前記制御手段のオン、オフ制御は、同一電圧レベルの相電圧指令時に、前記第１のコンデンサ又は第２のコンデンサを充電させる制御モードと放電させる制御モードを有し、さらに、前記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを同時に充電させる制御モードと同時に放電させる制御モードとを有し、
前記三相各相のマルチレベル電力変換部のコンデンサ電圧一定制御部は、前記相電圧指令が変化したときに、変化直前の時点における前記第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正のときに、前記第１のコンデンサ、第２のコンデンサの少なくとも何れか一方を放電させる制御モードに移行させる充放電指令を決定し、前記第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負のときに、前記第１のコンデンサ、第２のコンデンサの少なくとも何れか一方を充電させる制御モードに移行させる充放電指令を決定することを特徴とする請求項１に記載のマルチレベル電力変換器。
【請求項３】
第１〜第４のスイッチング素子を順次直列接続したスイッチング素子直列回路と、前記スイッチング素子直列回路の第１のスイッチング素子側端と第４のスイッチング素子側端との間に順次直列接続された第１および第２のコンデンサと、前記第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の共通接続点と、第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子の共通接続点との間に順次直列接続された第１および第２のダイオードと、前記第１のコンデンサおよび第１のスイッチング素子の共通接続点に一端が接続された第５のスイッチング素子と、前記第２のコンデンサおよび第４のスイッチング素子の共通接続点に一端が接続された第６のスイッチング素子と、前記第１および第２のコンデンサの共通接続点に一端が接続された、互いに逆の耐圧方向に制御できる第１のスイッチング手段とを備え、前記第１および第２のダイオードの共通接続点と第１および第２のコンデンサの共通接続点とを接続して構成されたマルチレベル電力変換部を三相交流の各相に各々設け、
前記三相各相のマルチレベル電力変換部の、前記第５のスイッチング素子の他端どうしを直流電圧源の正極に接続し、前記第６のスイッチング素子の他端どうしを前記直流電圧源の負極に接続し、前記第１のスイッチング手段の他端どうしを、前記直流電圧源の正、負極間に直列接続した第３のコンデンサおよび第４のコンデンサの共通接続点に中性点として接続し、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の、前記第２および第３のスイッチング素子の共通接続点を三相各相の各出力端として構成されたマルチレベル電力変換器の制御方法であって、
前記第１〜第６のスイッチング素子および第１のスイッチング手段のオン、オフ制御によって複数の電圧レベルを出力させる制御手段のベクトル選択部が、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の電流指令値、前記三相各相のマルチレベル電圧変換部の各出力端の電圧検出値および電流検出値を入力とし、空間ベクトル制御における２軸座標系領域に定義された現在のベクトルから、三相各相の各方向に単位ベクトル分プラス方向、マイナス方向に各々のベクトルが移動したときの６つのベクトルそれぞれについて前記三相各相のマルチレベル電力変換部の電流を予測演算し、前記６つのベクトルのうち、前記予測演算した電流と前記三相各相の電流指令値との偏差が最も小さいベクトルを選択して相電圧指令を求めるステップと、
前記制御手段の、三相各相のマルチレベル電力変換部のコンデンサ電圧一定制御部が、前記相電圧指令で決定されたベクトルを選択したときの前記三相各相の第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの各コンデンサ電圧を、前記予測演算した電流に基づいて推定し、当該推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が最も小さくなる充放電指令を求めるステップと、
前記制御手段の直流電圧一定制御部が、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の各相の電流検出値、前記第３および第４のコンデンサの電圧検出値、前記ベクトル選択部で求められた相電圧指令および前記コンデンサ電圧一定制御部で求められた充放電指令を入力とし、前記ベクトル選択部の相電圧指令で決定された移動先ベクトルを選択したときの前記中性点を流れる電流を計算し、前記移動先ベクトルのうち、前記第３のコンデンサ電圧と第４のコンデンサ電圧の偏差が無くなるベクトルを選択して充放電指令を決定し、該決定された充放電指令および前記相電圧指令を出力するステップと、
前記制御手段のゲート遷移部が、前記直流電圧一定制御部から出力された充放電指令および相電圧指令に基づいてゲート遷移方向を選択し、このゲート遷移方向に合わせたゲート信号を出力するステップとを備えたことを特徴とするマルチレベル電力変換器の制御方法。
【請求項４】
前記制御手段のオン、オフ制御は、同一電圧レベルの相電圧指令時に、前記第１のコンデンサ又は第２のコンデンサを充電させる制御モードと放電させる制御モードを有し、さらに、前記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを同時に充電させる制御モードと同時に放電させる制御モードとを有し、
前記三相各相のマルチレベル電力変換部のコンデンサ電圧一定制御部が充放電指令を求めるステップは、前記相電圧指令が変化したときに、変化直前の時点における前記第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正のときに、前記第１のコンデンサ、第２のコンデンサの少なくとも何れか一方を放電させる制御モードに移行させる充放電指令を決定し、前記第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負のときに、前記第１のコンデンサ、第２のコンデンサの少なくとも何れか一方を充電させる制御モードに移行させる充放電指令を決定することを特徴とする請求項３に記載のマルチレベル電力変換器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、５レベルの相電圧が出力可能で、且つ１つの直流電圧源で動作する電力変換回路に係り、直流電圧源の正負極間の直流電圧を複数の電圧レベルに変換した交流電圧を出力するマルチレベル電力変換器およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
直流電圧源の正負極間の直流電圧を複数の電圧レベルに変換した交流電圧を出力する電力変換器は、従来、例えば特許文献１、２に記載の３レベル三相インバータ装置が提案されていた。
【０００３】
特許文献１には、３レベル三相インバータにおいて、直流電源の中性点電圧を制御することが記載されている。特許文献２には、空間ベクトル変調法を利用して中性点電位の安定化を図る方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−２９２７５４号公報
【特許文献２】特開平８−１０７６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記特許文献１、２では、三相インバータにおける中性点電圧の制御はなされているが、三相各相のインバータに各々設けられ、充放電によって複数の電圧レベルを生成するためのコンデンサの電圧を一定に維持する制御、または一定の電圧範囲に維持する制御については考慮されていない。
【０００６】
このため、特許文献１、２の技術では、中性点電圧の制御と各相のコンデンサ電圧の制御が干渉する恐れがあり、これによって、歪の少ない最適な出力電圧波形の制御が行えないという問題があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するものであり、その目的は、中性点電圧の制御と各相のコンデンサ電圧の制御が干渉することのないマルチレベル電力変換器およびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための請求項１記載のマルチレベル電力変換器は、直流電圧源の正負極間の直流電圧を複数の電圧レベルに変換した交流電圧を出力するマルチレベル電力変換器において、第１〜第４のスイッチング素子を順次直列接続したスイッチング素子直列回路と、前記スイッチング素子直列回路の第１のスイッチング素子側端と第４のスイッチング素子側端との間に順次直列接続された第１および第２のコンデンサと、前記第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の共通接続点と、第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子の共通接続点との間に順次直列接続された第１および第２のダイオードと、前記第１のコンデンサおよび第１のスイッチング素子の共通接続点に一端が接続された第５のスイッチング素子と、前記第２のコンデンサおよび第４のスイッチング素子の共通接続点に一端が接続された第６のスイッチング素子と、前記第１および第２のコンデンサの共通接続点に一端が接続された、互いに逆の耐圧方向に制御できる第１のスイッチング手段とを備え、前記第１および第２のダイオードの共通接続点と第１および第２のコンデンサの共通接続点とを接続して構成されたマルチレベル電力変換部を三相交流の各相に各々設け、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の、前記第５のスイッチング素子の他端どうしを前記直流電圧源の正極に接続し、前記第６のスイッチング素子の他端どうしを前記直流電圧源の負極に接続し、前記第１のスイッチング手段の他端どうしを、前記直流電圧源の正、負極間に直列接続した第３のコンデンサおよび第４のコンデンサの共通接続点に中性点として接続し、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の、前記第２および第３のスイッチング素子の共通接続点を三相各相の各出力端とし、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の電流指令値、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の各出力端の電圧検出値および電流検出値を入力とし、空間ベクトル制御における２軸座標系領域に定義された現在のベクトルから、三相の各方向に単位ベクトル分プラス方向、マイナス方向に各々のベクトルが移動したときの６つのベクトルそれぞれについて前記三相各相のマルチレベル電力変換部の電流を予測演算し、前記６つのベクトルのうち、前記予測演算した電流と前記三相各相の電流指令値との偏差が最も小さいベクトルを選択して相電圧指令を求めるベクトル選択部と、前記相電圧指令で決定されたベクトルを選択したときの前記三相各相の第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの各コンデンサ電圧を、前記予測演算した電流に基づいて推定し、当該推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が最も小さくなる充放電指令を求める前記三相各相のマルチレベル電力変換部のコンデンサ電圧一定制御部と、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の各相の電流検出値、前記第３および第４のコンデンサの電圧検出値、前記ベクトル選択部で求められた相電圧指令および前記コンデンサ電圧一定制御部で求められた充放電指令を入力とし、前記ベクトル選択部の相電圧指令で決定された移動先ベクトルを選択したときの前記中性点を流れる電流を計算し、前記移動先ベクトルのうち、前記第３のコンデンサ電圧と第４のコンデンサ電圧の偏差が無くなるベクトルを選択して充放電指令を決定し、該決定された充放電指令および前記相電圧指令を出力する直流電圧一定制御部と、前記直流電圧一定制御部から出力された充放電指令および相電圧指令に基づいてゲート遷移方向を選択し、このゲート遷移方向に合わせたゲート信号を出力するゲート遷移部とを有して、前記ゲート信号に基づく前記第１〜第６のスイッチング素子および第１のスイッチング手段のオン、オフ制御によって複数の電圧レベルを出力させる制御手段を設けた、ことを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載のマルチレベル電力変換器の制御方法は、第１〜第４のスイッチング素子を順次直列接続したスイッチング素子直列回路と、前記スイッチング素子直列回路の第１のスイッチング素子側端と第４のスイッチング素子側端との間に順次直列接続された第１および第２のコンデンサと、前記第１のスイッチング素子および第２のスイッチング素子の共通接続点と、第３のスイッチング素子および第４のスイッチング素子の共通接続点との間に順次直列接続された第１および第２のダイオードと、前記第１のコンデンサおよび第１のスイッチング素子の共通接続点に一端が接続された第５のスイッチング素子と、前記第２のコンデンサおよび第４のスイッチング素子の共通接続点に一端が接続された第６のスイッチング素子と、前記第１および第２のコンデンサの共通接続点に一端が接続された、互いに逆の耐圧方向に制御できる第１のスイッチング手段とを備え、前記第１および第２のダイオードの共通接続点と第１および第２のコンデンサの共通接続点とを接続して構成されたマルチレベル電力変換部を三相交流の各相に各々設け、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の、前記第５のスイッチング素子の他端どうしを直流電圧源の正極に接続し、前記第６のスイッチング素子の他端どうしを前記直流電圧源の負極に接続し、前記第１のスイッチング手段の他端どうしを、前記直流電圧源の正、負極間に直列接続した第３のコンデンサおよび第４のコンデンサの共通接続点に中性点として接続し、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の、前記第２および第３のスイッチング素子の共通接続点を三相各相の各出力端として構成されたマルチレベル電力変換器の制御方法であって、前記第１〜第６のスイッチング素子および第１のスイッチング手段のオン、オフ制御によって複数の電圧レベルを出力させる制御手段のベクトル選択部が、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の電流指令値、前記三相各相のマルチレベル電圧変換部の各出力端の電圧検出値および電流検出値を入力とし、空間ベクトル制御における２軸座標系領域に定義された現在のベクトルから、三相各相の各方向に単位ベクトル分プラス方向、マイナス方向に各々のベクトルが移動したときの６つのベクトルそれぞれについて前記三相各相のマルチレベル電力変換部の電流を予測演算し、前記６つのベクトルのうち、前記予測演算した電流と前記三相各相の電流指令値との偏差が最も小さいベクトルを選択して相電圧指令を求めるステップと、前記制御手段の、三相各相のマルチレベル電力変換部のコンデンサ電圧一定制御部が、前記相電圧指令で決定されたベクトルを選択したときの前記三相各相の第１のコンデンサおよび第２のコンデンサの各コンデンサ電圧を、前記予測演算した電流に基づいて推定し、当該推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が最も小さくなる充放電指令を求めるステップと、前記制御手段の直流電圧一定制御部が、前記三相各相のマルチレベル電力変換部の各相の電流検出値、前記第３および第４のコンデンサの電圧検出値、前記ベクトル選択部で求められた相電圧指令および前記コンデンサ電圧一定制御部で求められた充放電指令を入力とし、前記ベクトル選択部の相電圧指令で決定された移動先ベクトルを選択したときの前記中性点を流れる電流を計算し、前記移動先ベクトルのうち、前記第３のコンデンサ電圧と第４のコンデンサ電圧の偏差が無くなるベクトルを選択して充放電指令を決定し、該決定された充放電指令および前記相電圧指令を出力するステップと、前記制御手段のゲート遷移部が、前記直流電圧一定制御部から出力された充放電指令および相電圧指令に基づいてゲート遷移方向を選択し、このゲート遷移方向に合わせたゲート信号を出力するステップとを備えたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、三相各相のマルチレベル電力変換部の第１および第２のコンデンサの電圧制御は、第１のコンデンサ、第２のコンデンサの各推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令値との偏差に基づいてコンデンサ電圧一定制御部によって行われ、直流電圧源の正負極間の直流電圧の中性点電圧（第３および第４のコンデンサの共通接続点の電圧）の制御は、前記第３のコンデンサ電圧と第４のコンデンサ電圧との偏差に基づいて直流電圧一定制御部によって行われる。このため、三相各相のコンデンサ電圧の制御と直流電圧源の正負極間の直流電圧の中性点電圧の制御が独立して行われることになり、両者の制御は干渉しない。
【００１１】
また、請求項２記載のマルチレベル電力変換器は、請求項１において、前記制御手段のオン、オフ制御は、同一電圧レベルの相電圧指令時に、前記第１のコンデンサ又は第２のコンデンサを充電させる制御モードと放電させる制御モードを有し、さらに、前記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを同時に充電させる制御モードと同時に放電させる制御モードとを有し、前記三相各相のマルチレベル電力変換部のコンデンサ電圧一定制御部は、前記相電圧指令が変化したときに、変化直前の時点における前記第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正のときに、前記第１のコンデンサ、第２のコンデンサの少なくとも何れか一方を放電させる制御モードに移行させる充放電指令を決定し、前記第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負のときに、前記第１のコンデンサ、第２のコンデンサの少なくとも何れか一方を充電させる制御モードに移行させる充放電指令を決定することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項４記載のマルチレベル電力変換器の制御方法は、請求項３において、前記制御手段のオン、オフ制御は、同一電圧レベルの相電圧指令時に、前記第１のコンデンサ又は第２のコンデンサを充電させる制御モードと放電させる制御モードを有し、さらに、前記第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを同時に充電させる制御モードと同時に放電させる制御モードとを有し、前記三相各相のマルチレベル電力変換部のコンデンサ電圧一定制御部が充放電指令を求めるステップは、前記相電圧指令が変化したときに、変化直前の時点における前記第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正のときに、前記第１のコンデンサ、第２のコンデンサの少なくとも何れか一方を放電させる制御モードに移行させる充放電指令を決定し、前記第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負のときに、前記第１のコンデンサ、第２のコンデンサの少なくとも何れか一方を充電させる制御モードに移行させる充放電指令を決定することを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、第１のコンデンサ電圧、第２のコンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正のとき（すなわちコンデンサ電圧がコンデンサ電圧指令よりも大きいとき）に放電させることができ、前記偏差が負のとき（すなわちコンデンサ電圧がコンデンサ電圧指令よりも小さいとき）に充電させることができる。
【００１４】
これによって、三相各相のコンデンサ（第１のコンデンサ、第２のコンデンサ）のコンデンサ電圧を一定に制御することができ、コンデンサ電圧の脈動が低減し、所望する相電圧が出力しやすくなり、制御性能が向上する。
【００１５】
また、第１のコンデンサおよび第２のコンデンサを同時に充電させる制御モードと同時に放電させる制御モードとを有しているので、コンデンサ電圧の脈動が低減し、所望する相電圧が出力しやすくなり、制御性能が向上する。
【発明の効果】
【００１６】
（１）請求項１〜４に記載の発明によれば、三相各相のコンデンサ電圧の制御と直流電圧源の中性点電圧の制御が独立して行われるため、両者の制御が干渉することはない。これによって、歪の少ない最適な出力電圧波形の制御が行える。また、少ない素子数でマルチレベル電力変換器を実現することができ、コスト低減を図ることができる。
（２）請求項２、４に記載の発明によれば、三相各相のコンデンサ（第１のコンデンサ、第２のコンデンサ）のコンデンサ電圧を一定に制御することができ、コンデンサ電圧の脈動が低減し、所望する相電圧が出力しやすくなり、制御性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態例の５レベル電力変換器の回路図。
【図２】本発明の一実施形態例における制御手段の制御ブロック図。
【図３】本発明の一実施形態例で利用する、空間ベクトル制御における２軸座標系領域に定義されたベクトルのベクトル遷移図。
【図４】本発明の一実施形態例のコンデンサ電圧一定制御部の充放電指令によるゲート遷移の様子を示すゲート遷移図。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。以下、本発明を５レベル電力変換器（５レベルインバータ）に適用した実施例を説明する。
【００１９】
本発明の実施形態における５レベル電力変換器は、図１に示すように、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０、ダイオードＤ１，Ｄ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２によって５レベル電力変換部１００を構成し、該５レベル電力変換部１００を三相分（１００Ｕ，１００Ｖ，１００Ｗ）設け、直流電源ＶDCに対して２分圧したコンデンサＣU、ＣLの中性点ＮＰを基準にＹ結線に接続したものである。
【００２０】
図１において、Ｕ相の５レベル電力変換部１００Ｕの構成は次のとおりである。第１〜第４のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４を順次直列接続してスイッチング素子直列回路が構成されている。このスイッチング素子直列回路の両端間には、第１および第２のコンデンサＣ１，Ｃ２が直列に接続されている。
【００２１】
ＶDCは直流電源であり、この直流電源ＶDCの正、負極端間には、第３および第４のコンデンサＣU，ＣLが直列接続されている。直流電源ＶDCの正極端と、スイッチング素子Ｓ１およびコンデンサＣ１の共通接続点との間には、本発明の第５のスイッチング素子を構成するスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６が直列に接続されている。スイッチング素子Ｓ４およびコンデンサＣ２の共通接続点と、直流電源ＶDCの負極端との間には、本発明の第６のスイッチング素子を構成するスイッチング素子Ｓ７，Ｓ８が直列に接続されている。
【００２２】
スイッチング素子Ｓ１およびＳ２の共通接続点と、スイッチング素子Ｓ３およびＳ４の共通接続点との間には、図示極性のダイオードＤ１，Ｄ２が直列に接続されている。
【００２３】
ダイオードＤ１およびＤ２の共通接続点はコンデンサＣ１およびＣ２の共通接続点ＮＰ´（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  ＮＰ；浮動中点）に接続されている。この浮動中点ＮＰ´には、スイッチング素子Ｓ９およびＳ１０を互いに逆の耐圧方向に直列接続して成る第１のスイッチング手段の一端が接続され、該第１のスイッチング手段の他端はコンデンサＣUおよびＣLの共通接続点（中性点ＮＰ）に接続されている。
【００２４】
前記スイッチング素子Ｓ２およびＳ３の共通接続点をＵ相の出力端子Ｕとしている。
【００２５】
Ｖ相、Ｗ相の各５レベル電力変換部１００Ｖ，１００Ｗも前記Ｕ相の５レベル電力変換部１００Ｕと同様に構成されている。
【００２６】
尚、第１のスイッチング手段は、スイッチング素子Ｓ９，Ｓ１０に限らず、互いに逆の耐圧方向に制御が可能な１個の双方向スイッチによって構成してもよい。
【００２７】
前記スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０は、例えばスイッチング素子としてＩＧＢＴ等で構成されている。
【００２８】
前記第５のスイッチング素子は、耐圧を考慮して２個のスイッチング素子Ｓ５，Ｓ６を用いているが、これに限らず２倍の耐圧を有する１個のスイッチング素子で構成してもよい。
【００２９】
また前記第６のスイッチング素子は、耐圧を考慮して２個のスイッチング素子Ｓ７，Ｓ８を用いているが、これに限らず２倍の耐圧を有する１個のスイッチング素子で構成してもよい。
【００３０】
前記各相のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０は、図示省略の制御部（制御手段）によって、５レベルの電圧を出力するためのスイッチングパターンに従ってオン、オフ制御され、その結果Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと中性点ＮＰの間に５レベルの電圧が出力されるものである。
【００３１】
尚、前記直流電源ＶDCの電源電圧は固定でも可変でもよい。また、交流電源を整流した直流電圧でもよく、以下の説明では直流電源ＶDCで説明する。
【００３２】
上記構成において、直流電源ＶDCの電圧を例えば４Ｅとすると、コンデンサＣU，ＣLには２Ｅの電圧が各々充電されるものとする。
【００３３】
スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０のオン、オフは、例えば表１に示すモード１〜モード９を有するスイッチングパターンに従って制御される。
【００３４】
【表１】
2013251960.tif 000003
【００３５】
表１はスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０のオン・オフのモード１〜９（表１中ではＭｏｄｅ１〜９と表記している）により各相の出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗに出力される電圧（ＶLN）とコンデンサＣ１，Ｃ２の充放電の有無を示している。
【００３６】
表１中、充放電状態は、出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗから出力する電流が正、負の場合のコンデンサＣ１，Ｃ２の充放電状態を表し、＋は充電、−は放電、０は充放電無しを示し、中性点電流ＩMの１は中性点ＮＰから浮動中点ＮＰ´へ流出する電流が有りの場合を示し、０は無しの場合を示している。
【００３７】
直流電源ＶDCの電圧が４Ｅ、コンデンサＣU，ＣLの電圧が２Ｅのとき、各出力端子Ｕ，Ｖ，Ｗと中性点ＮＰの間の電圧は２Ｅ，Ｅ，０，−Ｅ，−２Ｅの５レベルの電圧を出力可能である。
【００３８】
ここで、Ｕ相の５レベル電力変換部１００Ｕを例とし、表１のスイッチングパターンの各モード１〜モード９と出力端子Ｕ，中性点ＮＰ間の電流ＩLの経路（ＩL＞０のときの経路）を以下に説明する。
【００３９】
尚、以下の説明では、コンデンサＣUにおける直流電源ＶDCの正極端側の端部をＰ、コンデンサＣLにおける直流電源ＶDCの負極端側の端部をＮと表現する。
【００４０】
＜モード１＞
スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７〜Ｓ９が各々オフ、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１０が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→ＣU→Ｐ→Ｓ５→Ｓ６→Ｓ１→Ｓ２→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧は２Ｅとなる。このモード１においてコンデンサＣ１、Ｃ２の充放電はない。
【００４１】
＜モード２＞
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４，Ｓ７〜Ｓ９が各々オフ、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１０が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→ＣU→Ｐ→Ｓ５→Ｓ６→Ｃ１→Ｄ１→Ｓ２→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧はＥとなる。このモード２においてコンデンサＣ１は充電される。
【００４２】
＜モード３＞
スイッチング素子Ｓ３〜Ｓ８が各々オフ、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ９，Ｓ１０が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→Ｓ１０→Ｓ９→Ｃ１→Ｓ１→Ｓ２→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧はＥとなる。このモード３においてコンデンサＣ１は放電される。また、中性点ＮＰと浮動中点ＮＰ´の間に中性点電流ＩMが流れる。
【００４３】
＜モード４＞
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ７〜Ｓ８が各々オフ、スイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６，Ｓ１０が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→ＣU→Ｓ５→Ｓ６→Ｃ１→Ｃ２→Ｓ４→Ｓ３→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧は０となる。このモード４においてコンデンサＣ１，Ｃ２が充電される。
【００４４】
＜モード５＞
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ４〜Ｓ８が各々オフ、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３，Ｓ９，Ｓ１０が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→Ｓ１０→Ｓ９→Ｄ１→Ｓ２→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧は０となる。このモード５においてコンデンサＣ１，Ｃ２の充放電はない。また、中性点ＮＰと浮動中点ＮＰ´の間に中性点電流ＩMが流れる。
【００４５】
＜モード６＞
スイッチング素子Ｓ３〜Ｓ６，Ｓ１０が各々オフ、スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ７〜Ｓ９が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→ＣL→Ｎ→Ｓ８→Ｓ７→Ｃ２→Ｃ１→Ｓ１→Ｓ２→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧は０となる。このモード６においてコンデンサＣ１，Ｃ２は放電される。
【００４６】
＜モード７＞
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６〜Ｓ８が各々オフ、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ９、Ｓ１０が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→Ｓ１０→Ｓ９→Ｃ２→Ｓ４→Ｓ３→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧は−Ｅとなる。このモード７においてコンデンサＣ２は充電される。また、中性点ＮＰと浮動中点ＮＰ´の間に中性点電流ＩMが流れる。
【００４７】
＜モード８＞
スイッチング素子Ｓ１、Ｓ４〜Ｓ６，Ｓ１０が各々オフ、スイッチング素子Ｓ２，Ｓ３，Ｓ７〜Ｓ９が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→ＣL→Ｓ８→Ｓ７→Ｃ２→Ｄ１→Ｓ２→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧は−Ｅとなる。このモード８においてコンデンサＣ２は放電される。
【００４８】
＜モード９＞
スイッチング素子Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ１０が各々オフ、スイッチング素子Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７〜Ｓ９が各々オンとなり、電流ＩLは、ＮＰ→ＣL→Ｓ８→Ｓ７→Ｓ４→Ｓ３→出力端子Ｕの経路で流れる。出力端子Ｕと中性点ＮＰ間の電圧は−２Ｅとなる。このモード９においてコンデンサＣ１，Ｃ２の充放電はない。
【００４９】
前記モード１〜モード９の電流経路、コンデンサＣ１，Ｃ２の充放電状態、中性点ＮＰから流出する中性点電流ＩMの有無は、Ｖ相の５レベル電力変換部１００Ｖ、Ｗ相の５レベル電力変換部１００Ｗにおいても前記と同様となる。
【００５０】
前記表１において、モード２とモード３の出力電圧はどちらも＋Ｅであり、コンデンサＣ１に電流が流れるため、コンデンサＣ１の電圧を調節することが可能である。モード２では電流が正（ＩL＞０）の時にコンデンサＣ１が充電され、電流が負の時（ＩL＜０）にコンデンサＣ１は放電される。モード３では電流が正の時にコンデンサＣ１が放電され、電流が負の時にコンデンサＣ１は充電される。モード２とモード３をモード１またはモード５を介して交互に選択することにより、コンデンサＣ１の電圧を一定に維持できる。
【００５１】
モード７とモード８の出力電圧はどちらも−Ｅであり、コンデンサＣ２に電流が流れるため、コンデンサＣ２の電圧を調節することが可能である。モード７では電流が正の時にＣ２が充電され、電流が負の時にＣ２は放電される。モード８では電流が正の時にＣ２が放電され、電流が負の時にＣ２は充電される。モード７とモード８をモード５またはモード９を介して交互に選択することにより、コンデンサＣ２の電圧を一定に維持できる。
【００５２】
尚、本実施形態例では表１のモード４、モード６に示すように、コンデンサＣ１，Ｃ２を同時に充電させる制御モードと、コンデンサＣ１，Ｃ２を同時に放電させる制御モードとを備えている。これによって、コンデンサＣ１，Ｃ２の電圧の脈動を低減し、所望する相電圧を出力しやすくし、制御性能を改善している。
【００５３】
また、モード３、モード５、モード７においては、直流電源ＶDCの正、負極端間に直列接続されたコンデンサＣU，ＣLの中性点ＮＰから中性点電流ＩMが流出するため、コンデンサＣUとＣLの各電圧のバランスが崩れる。
【００５４】
この直流電源ＶDC側のコンデンサＣU，ＣLの各電圧のバランスを改善して中性点ＮＰの電圧を一定に保つ制御（Ｖｄｃ電圧一定制御）と、前記三相各相のコンデンサＣ１，Ｃ２を一定に維持する制御（Ｖｃ電圧一定制御）とを、互いに干渉することなく実行する制御部（本発明の制御手段）の実施形態例を図２に示す。
【００５５】
図２の制御部は、空間ベクトル変調を用いることにより、三相交流成分の制御、コンデンサＣUとＣLの電圧一定制御、三相各相のコンデンサＣ１とＣ２の電圧制御を独立で行うものであり、電流予測方式に基づくベクトル選択部２０１と、コンデンサＣ１とＣ２の電圧を所望の電圧に制御するＶｃ電圧一定制御部（本発明のコンデンサ電圧一定制御部）２０２と、コンデンサＣUとＣLの電圧を一定に保つＶｄｃ電圧一定制御部（本発明の直流電圧一定制御部）２０３と、ゲート遷移部２０４とから構成される。
【００５６】
ベクトル選択部２０１は、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の電流指令値ＩuRef，ＩvRef，ＩwRefとＵ，Ｖ，Ｗ相の相電圧検出値Ｖuac，Ｖvac，Ｖwac又はＵＶ，ＵＷ，ＷＵ線間電圧の検出値と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の相電流検出値Ｉuinv，Ｉvinv，Ｉwinvとを入力としている。
【００５７】
ベクトル選択部２０１は、空間ベクトル制御における２軸座標系領域に定義された現在のベクトルから、ｕ，ｖ，ｗの各方向に単位ベクトル分プラス方向、マイナス方向に各々移動したときの６つの状態のベクトルそれぞれについて前記三相各相の５レベル電力変換部１００Ｕ，１００Ｖ，１００Ｗの電流を予測演算し、前記６つのベクトルのうち、前記予測した電流の、前記三相各相の電流指令値ＩURef，ＩvRef，ＩwRefとの偏差が最も小さいベクトルを選択して相電圧指令ＶuN，ＶvN，ＶwN（表１のＶLN）を求める。
【００５８】
図３は、前記ベクトル選択部２０１が選択するベクトルの遷移を表しており、現在のベクトルＶｎから、α−β空間上のｕ，ｖ，ｗ方向の単位ベクトル分プラス方向（図中の右方向）に移動した先の３つの状態のベクトルと、マイナス方向（図中の左方向）に移動した先の３つの状態のベクトルとが存在する。
【００５９】
ベクトル選択部２０１で実行される電流予測方式は、空間ベクトル制御の一種であり、前記６つの状態のベクトルに移動した電流について、図１の５レベル電力変換器の等価回路より算出される下記インバータ電流の推定式（式（１））から、制御の演算周期における１ステップから数ステップ先のインバータ値を予測演算することで、電流誤差が少なくなる位置に移動する方式である。
【００６０】
Ｉｉｎｖ＝Ｌ／ｓ（Ｖｉｎｖ−Ｖａｃ）…（１）
Ｌ：フィルタ及びモータのインダクタンス
ｓ：ラプラス演算子
Ｖｉｎｖ：インバータの端子電圧であり、図１の端子ｕ，ｖ，ｗの電圧
Ｖａｃ：Ｖuac，Ｖvac，Ｖwac
ベクトル選択部２０１で前記６ベクトルの中から最適なベクトルを選択する際の処理動作は、入力信号ＩURef，ＩvRef，ＩwRef、Ｖuac，Ｖvac，Ｖwac、Ｉuinv，Ｉvinv，Ｉwinvにより、等価回路（図１の回路の等価モデル）より算出されるインバータ電流の推定式Ｉｉｎｖ＝Ｌ／ｓ（Ｖｉｎｖ−Ｖａｃ）を用いて、６つの状態のベクトルそれぞれにインバータ電流を予測演算し、６つのベクトルの中で最も電流指令値ＩRefとの差異が少なくなるベクトルを選択し、これを相電圧指令ＶLN（ＶUN，ＶVN，ＶWN）として出力する。
【００６１】
また、選択したベクトルはスイッチングの方向により、例えば図３においてＶｎ（Ａ，ｂ，ｃ）から右に移動する場合、（Ａ＋１，Ｂ，Ｃ）と（Ａ，Ｂ−１，Ｃ−１）のαβ空間上の位置が等価な２つの状態を示す。
【００６２】
Ｖｃ電圧一定制御部２０２は、前記相電圧指令ＶLN（ＶUN，ＶVN，ＶWN）で決定されたベクトルを選択したときの前記コンデンサＣ１，Ｃ２の各コンデンサ電圧を、前記予測した電流に基づいて推定し、当該推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令（図１の直流電源ＶDCの１／４の電圧Ｅ）との偏差が最も小さくなる充放電指令ＧａｔｅＤｉｒを求める
図４に、本発明における充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ、相電圧指令ＶLNとゲート遷移の関係を示す。図４中の丸囲み数字は表１のモード１〜モード９に対応している。
【００６３】
Ｖｃ電圧一定制御部２０２では、ベクトル選択部２０１で相電圧指令ＶLNが求められる毎に、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差の極性が正の場合は電圧を下げる必要があるため、電流の極性が正の場合（ＩL＞０）充放電指令を図４のＧａｔｅＤｉｒ＝ｎとし、電流の極性が負の場合（ＩL＜０）充放電指令を図４のＧａｔｅＤｉｒ＝ｐとする。
【００６４】
また同様に、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差の極性が負の場合は電圧を上げる必要があるため、電流の極性が正の場合（ＩL＞０）充放電指令を図４のＧａｔｅＤｉｒ＝ｐとし、電流の極性が負の場合（ＩL＜０）充放電指令を図４のＧａｔｅＤｉｒ＝ｎとする。
【００６５】
この処理は、状態変化後の相電圧指令がコンデンサＣ１とＣ２を制御できる状態（ＶLN＝Ｅ，０、−Ｅ）であるかに関わらず行なわれる。これは、充放電指令ＧａｔｅＤｉｒが相電圧指令ＶLNとは独立した変数のためである。
【００６６】
前記充放電指令ＧａｔｅＤｉｒはコンデンサＣ１とＣ２の一定電圧制御をするためのフラグであり、ゲート状態が遷移する際に、相電圧指令ＶLNに対し移動先が２つある場合、充放電指令ＧａｔｅＤｉｒの向きに合わせてゲート遷移を行なう。
【００６７】
次に、上記相電圧指令ＶLNが変化した場合のＶｃ電圧一定制御部２０２が行う動作の具体例を図４および表１とともに述べる。
【００６８】
＜モード１による制御中に相電圧指令ＶLNが２ＥからＥに変化した場合＞
この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード３を選んでコンデンサＣ１を放電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード２を選んでコンデンサＣ１を放電させる。これによってコンデンサＣ１の電圧を下げることができる。
【００６９】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード２を選んでコンデンサＣ１を充電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード３を選んでコンデンサＣ１を充電させる。これによってコンデンサＣ１の電圧を上げることができる。
【００７０】
＜モード２による制御中に相電圧指令ＶLNがＥから０に変化した場合＞
この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード５を選んでコンデンサＣ１の充電を無しとし、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード４を選んでコンデンサＣ１のみならずコンデンサＣ２も放電させる。これによってコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧を下げることができる。
【００７１】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード４を選んでコンデンサＣ１のみならずコンデンサＣ２も充電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード５を選んでコンデンサＣ１の放電を中止させる。これによってコンデンサＣ１の電圧を上げることができる。
【００７２】
＜モード３による制御中に相電圧指令ＶLNがＥから０に変化した場合＞
この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード６を選んでコンデンサＣ１のみならずコンデンサＣ２も放電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード５を選んでコンデンサＣ１の充電を中止させる。これによってコンデンサＣ１の電圧を下げることができる。
【００７３】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード５を選んでコンデンサＣ１の放電を中止させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード６を選んでコンデンサＣ１のみならずコンデンサＣ２も充電させる。これによってコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧を上げることができる。
【００７４】
＜モード５による制御中に相電圧指令ＶLNが０からＥに変化した場合＞
この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード３を選んでコンデンサＣ１を放電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード２を選んでコンデンサＣ１を放電させる。これによってコンデンサＣ１の電圧を下げることができる。
【００７５】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード２を選んでコンデンサＣ１を充電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード３を選んでコンデンサＣ１を充電させる。これによってコンデンサＣ１の電圧を上げることができる。
【００７６】
＜モード１による制御中に相電圧指令ＶLNが０から−Ｅに変化した場合＞
この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード８を選んでコンデンサＣ２を放電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード７を選んでコンデンサＣ２を放電させる。これによってコンデンサＣ２の電圧を下げることができる。
【００７７】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード７を選んでコンデンサＣ２を充電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード８を選んでコンデンサＣ２を充電させる。これによってコンデンサＣ２の電圧を上げることができる。
【００７８】
＜モード７による制御中に相電圧指令ＶLNが−Ｅから０に変化した場合＞
この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード５を選んでコンデンサＣ２の充電を中止させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード４を選んでコンデンサＣ２のみならずコンデンサＣ１も放電させる。これによってコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧を下げることができる。
【００７９】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード４を選んでコンデンサＣ２のみならずコンデンサＣ１も充電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード５を選んでコンデンサＣ２の放電を中止させる。これによってコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧を上げることができる。
【００８０】
＜モード８による制御中に相電圧指令ＶLNが−Ｅから０に変化した場合＞
この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード６を選んでコンデンサＣ２のみならずコンデンサＣ１も放電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード５を選んでコンデンサＣ２の充電を中止させる。これによってコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧を下げることができる。
【００８１】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード５を選んでコンデンサＣ２の放電を中止させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード６を選んでコンデンサＣ２のみならずコンデンサＣ１も充電させる。これによってコンデンサＣ１、Ｃ２の電圧を上げることができる。
【００８２】
＜モード９による制御中に相電圧指令ＶLNが−２Ｅから−Ｅに変化した場合＞
この場合、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が正であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード８を選んでコンデンサＣ２を放電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード７を選んでコンデンサＣ２を放電させる。これによってコンデンサＣ２の電圧を下げることができる。
【００８３】
また、コンデンサＣ１，Ｃ２の推定コンデンサ電圧とコンデンサ電圧指令との偏差が負であれば、電流極性が正（ＩL＞０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｐの矢印方向のモード７を選んでコンデンサＣ２を充電させ、電流極性が負（ＩL＜０）のときは充放電指令ＧａｔｅＤｉｒ＝ｎの矢印方向のモード８を選んでコンデンサＣ２を充電させる。これによってコンデンサＣ２の電圧を上げることができる。
【００８４】
Ｖｄｃ電圧一定制御部２０３は、前記三相各相の５レベル電力変換部１００Ｕ，１００Ｖ，１００Ｗの各相の電流検出値Ｉuinv，Ｉvinv，Ｉwinv、前記直流電源ＶDCの正、負極端間に直列接続されたコンデンサＣU，ＣLの電圧検出値ＶCU，ＶCL、前記ベクトル選択部２０１で求められた相電圧指令ＶLN（ＶUN，ＶVN，ＶWN）および前記Ｖｃ電圧一定制御部２０２で求められた充放電指令ＧａｔｅＤｉｒを入力とし、前記ベクトル選択部２０１の相電圧指令ＶLNで決定された移動先ベクトルを選択したときの前記中性点ＮＰを流れる中性点電流ＩMを計算し、前記移動先ベクトルのうち、前記ＶCUとＶCLの偏差が無くなるベクトルを選択して充放電指令を決定し、該決定された充放電指令ＧａｔｅＤｉｒおよび前記相電圧指令ＶUN，ＶVN，ＶWNを出力する。
【００８５】
コンデンサＣUとＣLの電圧ＶCUとＶCLは、中性点ＮＰから中性点電流ＩMが流れた場合（すなわち表１のモード３，５，７の場合）にバランスが崩れる（ＩMが正の場合ＶCUが大、負の場合ＶCLが大となる）ため、中性点電流ＩMが電圧のバランスを改善する方向を常に選択することで、ＶCUとＶCLのバランスを保つことができる。
【００８６】
このためＶｄｃ電圧一定制御部２０３では、中性点電流ＩMを計算してＶCUとＶCLの偏差が無くなるベクトルを選択する。
【００８７】
ゲート遷移部２０４は、Ｖｄｃ電圧一定制御部２０３とＶｃ電圧一定制御部２０２により得られた３相それぞれの相電圧指令ＶuN，ＶvN，ＶwNと充放電指令ＧａｔｅＤｉｒｕ，ＧａｔｅＤｉｒｖ，ＧａｔｅＤｉｒｗにより、次の遷移する方向を選択し、それに合わせたゲート信号を出力する。
【００８８】
前記状態が遷移する場合にはデッドタイム状態を経由し、また、各状態へ遷移した後は設定した最小オン時間経過後でないと次の状態へと遷移できないよう移動を制限する。
【符号の説明】
【００８９】
１００Ｕ，１００Ｖ，１００Ｗ…５レベル電力変換部
２０１…ベクトル選択部
２０２…Ｖｃ電圧一定制御部
２０３…Ｖｄｃ電圧一定制御部
２０４…ゲート遷移部
Ｓ１〜Ｓ１０…スイッチング素子
ＶDC…直流電源
Ｃ１，Ｃ２，ＣU，ＣL…コンデンサ
Ｄ１，Ｄ２…ダイオード
【図１】
2013251960.tif 000004
【図２】
2013251960.tif 000005
【図３】
2013251960.tif 000006
【図４】
2013251960.tif 000007