(57)【要約】【課題】各２端子回路セルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇した状態を短時間のうちに解消すること。【解決手段】第１、第２のレグの共通した第１端部に入出力する第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御し、２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧を検出し、両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行い、判断がいずれかひとつ以上の両端電圧において真のとき、真の判断をもたらした２端子回路セルをオフ状態に固定し、判断が１以上のある数以上の両端電圧で真のとき、上記所定の第１端部側目標電流を減じて適用し、その後オフ状態の２端子回路セルの固定状態を解除し、その後減じて適用されていた所定の第１端部側目標電流をもとに復帰して適用する。【選択図】図５
2017225270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の端子と少なくともひとつのコンデンサとを有し、該少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行される第１のモードと、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに前記一対の端子の間がゼロ電圧となるように前記一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る第２のモードとを切り替え可能な２端子回路セルをカスケードに複数接続して構成された第１の回路セル群と、該第１の回路セル群と直列に接続された、該該１の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第１のリアクトルと、を有する第１の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１の回路セル群とは別に設けられた第２の回路セル群と、該第２の回路セル群と直列に接続された、該第２の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第２のリアクトルと、を有し、かつ前記第１の回路クラスターと直列に接続された第２の回路クラスターと；を備えた第１のレグと、
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１、第２の回路セル群とは別に設けられた第３の回路セル群と、該第３の回路セル群と直列に接続された、該第３の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第３のリアクトルと、を有する第３の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第３の回路セル群とは別に設けられた第４の回路セル群と、該第４の回路セル群と直列に接続された、該第４の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第４のリアクトルと、を有し、かつ前記第３の回路クラスターと直列に接続された第４の回路クラスターと；を備え、かつ前記第１のレグと並列に接続された第２のレグと、
前記第１、第２のレグの共通した２つの端部である第１端部に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、該第１端部側電流および該所定の第１端部側目標電流に基づいて、前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御するスイッチング制御部と、
前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるように該コンデンサそれぞれに設けられた検出部と、
前記両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行う、前記検出部に後置された判断部と、
前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルを前記第２のモードに固定すべく該２端子回路セルに指示する、前記判断部に後置された第１の指示部と、
前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用するように前記スイッチング制御部に指示する、前記判断部に後置された第２の指示部と、
前記所定の第１端部側目標電流が減じて適用されてから時間経過後、前記第１の指示部に対して、前記第１の指示部によって前記第２のモードに固定された２端子回路セルについて固定状態を解除するように指令する、前記第２の指示部に後置された解除指令部と、
前記第２のモードに固定されていた２端子回路セルが固定状態を解除されたときより時間経過後、減じて適用されていた前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用される前の前記所定の第１端部側目標電流に復帰して適用するように前記スイッチング制御部に指示する、前記解除指令部に後置された第３の指示部と
を具備する電力変換装置。
【請求項２】
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第４の回路セル群とは別に設けられた第５の回路セル群と、該第５の回路セル群と直列に接続された、該第５の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第５のリアクトルと、を有する第５の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第５の回路セル群とは別に設けられた第６の回路セル群と、該第６の回路セル群と直列に接続された、該第６の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第６のリアクトルと、を有し、かつ前記第５の回路クラスターと直列に接続された第６の回路クラスターと；を備え、かつ前記第１、第２のレグと並列に接続された第３のレグをさらに具備し、
前記スイッチング制御部が、前記第１ないし第３のレグの共通した２つの端部である第１端部に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、該第１端部側電流および該所定の第１端部側目標電流に基づいて、前記第１ないし第６の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御し、
前記検出部が、前記第１ないし第６の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるように該コンデンサそれぞれに設けられている
請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記２端子回路セルが、それぞれ、ひとつのみコンデンサを有し、該コンデンサの充放電電流を入出力電流とし該コンデンサの両端電圧を出力電圧とするモードとして前記第１のモードを有し、入出力電流の正負大きさにかかわらずゼロ電圧を出力電圧とするモードとして前記第２のモードを有するチョッパセルである請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記２端子回路セルが、それぞれ、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行されて該いずれかひとつ以上のコンデンサの両端電圧が出力電圧となるモードとして前記第１のモードを有し、入出力電流の正負大きさにかかわらずゼロ電圧を出力電圧となるモードとして前記第２のモードを有する２端子回路セルである請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記２端子回路セルが、それぞれ、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行されて該いずれかひとつ以上のコンデンサの両端電圧の正極性または逆極性の電圧が出力電圧となるモードとして前記第１のモードを有し、入出力電流の正負大きさにかかわらずゼロ電圧を出力電圧となるモードとして前記第２のモードを有する２端子回路セルである請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記第２の指示部が、前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用するように前記スイッチング制御部に指示する請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記第２の指示部が、前記判断が２以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用するように前記スイッチング制御部に指示する請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記第３の指示部が、前記検出部にも後置されており、前記第２のモードに固定されていた２端子回路セルが固定状態を解除されたときより時間経過後、前記検出部が出力する両端電圧群に基づいて、前記第２のモードへの固定状態が解除された２端子回路セルが有するコンデンサの両端電圧のそれぞれが前記所定の電圧より低い第２の所定の電圧まで低下したと判断されるときに、減じて適用されていた前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用される前の前記所定の第１端部側目標電流に復帰して適用するように前記スイッチング制御部に指示する請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項９】
前記第１端部の電圧である第１端部側電圧を検出する、該第１端部に接続された第１端部側電圧検出部と、
前記第１端部における電圧および電流によって決定される第１端部側入出力電力に関する目標として設定された第１端部側目標電力および前記第１端部側電圧に基づいて、前記所定の第１端部側目標電流を算出し、該所定の第１端部側目標電流を前記スイッチング制御部に供給する算出部と、
をさらに具備する請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第１端部における電圧および電流によって決定される第１端部側入出力電力に関する目標として設定された第１端部側目標電力および前記第１端部の電圧に関する目標として設定された第１端部側目標電圧に基づいて、前記所定の第１端部側目標電流を算出し、該所定の第１端部側目標電流を前記スイッチング制御部に供給する算出部をさらに具備する請求項１または２記載の電力変換装置。
【請求項１１】
一対の端子と少なくともひとつのコンデンサとを有し、該少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行されて該いずれかひとつ以上のコンデンサの両端電圧の正極性または逆極性の電圧が出力電圧となる第１のモードと、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに前記一対の端子の間がゼロ電圧となるように前記一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る第２のモードとを切り替え可能な２端子回路セルをカスケードに複数接続して構成された第１の回路セル群と、該第１の回路セル群と直列に接続された、該該１の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第１のリアクトルと、を有する第１の回路クラスターと、
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１の回路セル群とは別に設けられた第２の回路セル群と、該第２の回路セル群と直列に接続された、該第２の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第２のリアクトルと、を有し、かつ前記第１の回路クラスターと直列に接続された第２の回路クラスターと、
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１、第２の回路セル群とは別に設けられた第３の回路セル群と、該第３の回路セル群と直列に接続された、該第３の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第３のリアクトルと、を有し、かつ前記第１、第２の回路クラスターとの接続関係がスター接続となるように前記第１、第２の回路クラスターに接続された第３の回路クラスターと、
スター接続された前記第１ないし第３の回路クラスターの３つの端部に入出力する無効電流を所定の目標無効電流に設定するべく、該無効電流および該所定の目標無効電流に基づいて、前記第１ないし第３の回路セル群に含まれる２端子回セルのそれぞれをＰＷＭ制御するスイッチング制御部と、
前記第１ないし第３の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるように該コンデンサそれぞれに設けられた検出部と、
前記両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行う、前記検出部に後置された判断部と、
前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルを前記第２のモードに固定すべく該２端子回路セルに指示する、前記判断部に後置された第１の指示部と、
前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の目標無効電流を減じて適用するように前記スイッチング制御部に指示する、前記判断部に後置された第２の指示部と、
前記所定の目標無効電流が減じて適用されてから時間経過後、前記第１の指示部に対して、前記第１の指示部によって前記第２のモードに固定された２端子回路セルについて固定状態を解除するように指令する、前記第２の指示部に後置された解除指令部と、
前記第２のモードに固定されていた２端子回路セルが固定状態を解除されたときより時間経過後、減じて適用されていた前記所定の目標無効電流を減じて適用される前の前記所定の目標無効電流に復帰して適用するように前記スイッチング制御部に指示する、前記解除指令部に後置された第３の指示部と
を具備する電力補償装置。
【請求項１２】
一対の端子と少なくともひとつのコンデンサとを有し、該少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行されて該いずれかひとつ以上のコンデンサの両端電圧の正極性または逆極性の電圧が出力電圧となる第１のモードと、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに前記一対の端子の間がゼロ電圧となるように前記一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る第２のモードとを切り替え可能な２端子回路セルをカスケードに複数接続して構成された第１の回路セル群と、該第１の回路セル群と直列に接続された、該該１の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第１のリアクトルと、を有する第１の回路クラスターと、
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１の回路セル群とは別に設けられた第２の回路セル群と、該第２の回路セル群と直列に接続された、該第２の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第２のリアクトルと、を有し、かつ前記第１の回路クラスターと直列に接続された第２の回路クラスターと、
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１、第２の回路セル群とは別に設けられた第３の回路セル群と、該第３の回路セル群と直列に接続された、該第３の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第３のリアクトルと、を有し、かつ前記第１、第２の回路クラスターとの接続関係がデルタ接続となるように前記第１、第２の回路クラスターに接続された第３の回路クラスターと、
デルタ接続された前記第１ないし第３の回路クラスターの３つの端部に入出力する無効電流を所定の目標無効電流に設定するべく、該無効電流および該所定の目標無効電流に基づいて、前記第１ないし第３の回路セル群に含まれる２端子回セルのそれぞれをＰＷＭ制御するスイッチング制御部と、
前記第１ないし第３の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるように該コンデンサそれぞれに設けられた検出部と、
前記両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行う、前記検出部に後置された判断部と、
前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルを前記第２のモードに固定すべく該２端子回路セルに指示する、前記判断部に後置された第１の指示部と、
前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の目標無効電流を減じて適用するように前記スイッチング制御部に指示する、前記判断部に後置された第２の指示部と、
前記所定の目標無効電流が減じて適用されてから時間経過後、前記第１の指示部に対して、前記第１の指示部によって前記第２のモードに固定された２端子回路セルについて固定状態を解除するように指令する、前記第２の指示部に後置された解除指令部と、
前記第２のモードに固定されていた２端子回路セルが固定状態を解除されたときより時間経過後、減じて適用されていた前記所定の目標無効電流を減じて適用される前の前記所定の目標無効電流に復帰して適用するように前記スイッチング制御部に指示する、前記解除指令部に後置された第３の指示部と
を具備する電力補償装置。
【請求項１３】
一対の端子と少なくともひとつのコンデンサとを有し、該少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行される第１のモードと、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに前記一対の端子の間がゼロ電圧となるように前記一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る第２のモードとを切り替え可能な２端子回路セルをカスケードに複数接続して構成された第１の回路セル群と、該第１の回路セル群と直列に接続された、該該１の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第１のリアクトルと、を有する第１の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１の回路セル群とは別に設けられた第２の回路セル群と、該第２の回路セル群と直列に接続された、該第２の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第２のリアクトルと、を有し、かつ前記第１の回路クラスターと直列に接続された第２の回路クラスターと；を備えた第１のレグと、
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１、第２の回路セル群とは別に設けられた第３の回路セル群と、該第３の回路セル群と直列に接続された、該第３の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第３のリアクトルと、を有する第３の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第３の回路セル群とは別に設けられた第４の回路セル群と、該第４の回路セル群と直列に接続された、該第４の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第４のリアクトルと、を有し、かつ前記第３の回路クラスターと直列に接続された第４の回路クラスターと；を備え、かつ前記第１のレグと並列に接続された第２のレグと、を具備する電力変換機器を制御する制御装置であって、
前記第１、第２のレグの共通した２つの端部である第１端部に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、該第１端部側電流および該所定の第１端部側目標電流に基づいて、前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御するスイッチング制御部と、
前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるように該コンデンサそれぞれに設けられた検出部と、
前記両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行う、前記検出部に後置された判断部と、
前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルを前記第２のモードに固定すべく該２端子回路セルに指示する、前記判断部に後置された第１の指示部と、
前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用するように前記スイッチング制御部に指示する、前記判断部に後置された第２の指示部と、
前記所定の第１端部側目標電流が減じて適用されてから時間経過後、前記第１の指示部に対して、前記第１の指示部によって前記第２のモードに固定された２端子回路セルについて固定状態を解除するように指令する、前記第２の指示部に後置された解除指令部と、
前記第２のモードに固定されていた２端子回路セルが固定状態を解除されたときより時間経過後、減じて適用されていた前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用される前の前記所定の第１端部側目標電流に復帰して適用するように前記スイッチング制御部に指示する、前記解除指令部に後置された第３の指示部と
を具備する制御装置。
【請求項１４】
一対の端子と少なくともひとつのコンデンサとを有し、該少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行される第１のモードと、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに前記一対の端子の間がゼロ電圧となるように前記一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る第２のモードとを切り替え可能な２端子回路セルをカスケードに複数接続して構成された第１の回路セル群と、該第１の回路セル群と直列に接続された、該該１の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第１のリアクトルと、を有する第１の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１の回路セル群とは別に設けられた第２の回路セル群と、該第２の回路セル群と直列に接続された、該第２の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第２のリアクトルと、を有し、かつ前記第１の回路クラスターと直列に接続された第２の回路クラスターと；を備えた第１のレグと、
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１、第２の回路セル群とは別に設けられた第３の回路セル群と、該第３の回路セル群と直列に接続された、該第３の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第３のリアクトルと、を有する第３の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第３の回路セル群とは別に設けられた第４の回路セル群と、該第４の回路セル群と直列に接続された、該第４の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第４のリアクトルと、を有し、かつ前記第３の回路クラスターと直列に接続された第４の回路クラスターと；を備え、かつ前記第１のレグと並列に接続された第２のレグと、を具備する電力変換機器を制御する制御方法であって、
前記第１、第２のレグの共通した２つの端部である第１端部に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、該第１端部側電流および該所定の第１端部側目標電流に基づいて、前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御し、
前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出し、
前記両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行い、
前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルを前記第２のモードに固定し、
前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用し、
前記所定の第１端部側目標電流が減じて適用されてから時間経過後、前記第２のモードに固定された２端子回路セルについて固定状態を解除し、
前記第２のモードに固定されていた２端子回路セルが固定状態を解除されたときより時間経過後、減じて適用されていた前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用される前の前記所定の第１端部側目標電流に復帰して適用する
制御方法。
【請求項１５】
一対の端子とふたつ以上のスイッチング素子と少なくともひとつのコンデンサとを有し、該少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行されるように前記ふたつ以上のスイッチング素子の各オンオフが設定される第１のモードと、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに前記一対の端子の間がゼロ電圧となるように前記ふたつ以上のスイッチング素子の各オンオフが設定されて前記一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る第２のモードと、前記ふたつ以上のスイッチング素子がすべてオフに設定される第３のモードとを切り替え可能な２端子回路セルをカスケードに複数接続して構成された第１の回路セル群と、該第１の回路セル群と直列に接続された、該該１の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第１のリアクトルと、を有する第１の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１の回路セル群とは別に設けられた第２の回路セル群と、該第２の回路セル群と直列に接続された、該第２の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第２のリアクトルと、を有し、かつ前記第１の回路クラスターと直列に接続された第２の回路クラスターと；を備えた第１のレグと、
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１、第２の回路セル群とは別に設けられた第３の回路セル群と、該第３の回路セル群と直列に接続された、該第３の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第３のリアクトルと、を有する第３の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第３の回路セル群とは別に設けられた第４の回路セル群と、該第４の回路セル群と直列に接続された、該第４の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第４のリアクトルと、を有し、かつ前記第３の回路クラスターと直列に接続された第４の回路クラスターと；を備え、かつ前記第１のレグと並列に接続された第２のレグと、
前記第１、第２のレグの共通した２つの端部である第１端部に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、該第１端部側電流および該所定の第１端部側目標電流に基づいて、前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御するスイッチング制御部と、
前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるように該コンデンサそれぞれに設けられた検出部と、
前記両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行う、前記検出部に後置された判断部と、
前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルを前記第２のモードに固定すべく該２端子回路セルに指示する、前記判断部に後置された第１の指示部と、
前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記第１ないし第４の回路セル群に属する２端子回路セルのすべてを前記第３のモードに移行すべく該２端子回路セルのすべてに対して指示する、前記判断部に後置された第２の指示部と、
前記第１ないし第４の回路セル群に属する２端子回路セルのすべてが前記第３のモードに移行されてから時間経過後、前記第１ないし第４の回路セル群に属する２端子回路セルのすべてを前記第３のモードから解除するように前記第２の指示部に対して指令する、前記第２の指示部に後置された解除指令部と
を具備する電力変換装置。
【請求項１６】
前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第４の回路セル群とは別に設けられた第５の回路セル群と、該第５の回路セル群と直列に接続された、該第５の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第５のリアクトルと、を有する第５の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第５の回路セル群とは別に設けられた第６の回路セル群と、該第６の回路セル群と直列に接続された、該第６の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第６のリアクトルと、を有し、かつ前記第５の回路クラスターと直列に接続された第６の回路クラスターと；を備え、かつ前記第１、第２のレグと並列に接続された第３のレグをさらに具備し、
前記スイッチング制御部が、前記第１ないし第３のレグの共通した２つの端部である第１端部に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、該第１端部側電流および該所定の第１端部側目標電流に基づいて、前記第１ないし第６の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御し、
前記検出部が、前記第１ないし第６の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるように該コンデンサそれぞれに設けられており、
前記第２の指示部が、前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記第１ないし第６の回路セル群に属する２端子回路セルのすべてを前記第３のモードに移行すべく該２端子回路セルのすべてに対して指示し、
前記解除指令部が、前記第１ないし第６の回路セル群に属する２端子回路セルのすべてが前記第３のモードに移行されてから時間経過後、前記第１ないし第６の回路セル群に属する２端子回路セルのすべてを前記第３のモードから解除するように前記第２の指示部に対して指令する
請求項１５記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電力変換に用いられる電力変換装置および電力補償に用いられる電力補償装置、ならびに制御装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
交直間で電力変換する電力変換装置として、モジュラー・マルチレベル変換器（ＭＭＣ；Modular Multilevel Converter）が実用化されている。ＭＭＣは、概略として、直流側（第１端部側）と３相交流側（第２端部側）とを電力変換する３相フルブリッジの回路形式を有し、ブリッジを構成する各アームが多数のモジュールのカスケード接続で構成されている。
【０００３】
各モジュールは２端子回路セルであり、典型として、充放電素子としてコンデンサを有する双方向チョッパセル（双方向ハーフブリッジセル）になっていて、コンデンサの充放電電流を入出力電流としその両端電圧を出力電圧とする状態（チョッパセルとしてオン状態）と、入出力電流の正負大きさにかかわらずゼロ電圧を出力電圧とする状態（チョッパセルとしてオフ状態）とが切り替えられる。この切り替えによって各チョッパセルはＰＷＭ（pulse width modulation）制御が可能である。
【０００４】
通常のＰＷＭ制御は２つのレベルの出力波形になるところ、ＭＭＣでは、各アームに設けるチョッパセルの数をｎ個（上下のアームで構成されるレグとして２ｎ個）として、３相交流側の相電圧は２ｎ＋１レベルのＰＷＭ波形に、線間電圧は４ｎ＋１レベルのＰＷＭ波形にすることができ、これにより交流側電圧の高調波成分を容易に大きく低減できる。一方で、直流側電圧が大電圧である場合（例えば３００ｋＶ直流送電などの場合）は、各チョッパセルに使われている半導体素子およびコンデンサの各耐圧の観点からｎはそれ相応に大きな値にする必要があり、具体的には例えばｎ＝１００個程度以上が採用される。
【０００５】
各アームに多数のチョッパセルを有するＭＭＣでは一般に、その機能を全うするため、各チョッパセルのコンデンサ電圧を監視して、それらの電圧を制御すること（ひとつの指令値に追従させること、およびレグ間、上下のアーム間、アーム内でそれぞれバランスをとること）が必要不可欠になる。しかしながら電力系統に突発的な異常事象が生じた場合などにはコンデンサ電圧制御が不全になる場合があり、それによって一部のコンデンサの電圧が通常範囲外に上昇し耐圧の問題が生じる。このため、例えば、コンデンサ電圧を監視し異常電圧値と判断された場合には、そのコンデンサを有するチョッパセルを強制的にオフ状態に移行するような対処がなされている。
【０００６】
強制的にオフ状態にされたチョッパセルは、その有するコンデンサへの充電がなされないためそれ以上に電圧上昇は生じないが、逆に放電もダイオードの逆方向電流でしか起こらないため、正常電圧に戻るまで多大な時間がかかる。すなわち、そのチョッパセルを正常なＰＷＭ制御に戻すまでの時間が長くなり、電力変換装置として完全な動作復帰までに大きな時間的ロスが生じることになる。
【０００７】
また、上記のようなＭＭＣは、その回路構成を流用して電力補償装置（無効電力補償装置）としての応用も可能であることからその実用化も進められている。この場合のＭＭＣは、スター接続またはデルタ接続の回路クラスターで構成され、３つのクラスターがそれぞれ多数のモジュール（２端子回路セル）のカスケード接続になる。
【０００８】
ここで各モジュールは、典型的に双方向フルブリッジセルになっていて、これにより、コンデンサの充放電電流を入出力電流としその両端電圧をそのまま出力電圧とする状態（セルとして正出力状態）にも、コンデンサの充放電電流を入出力電流としその両端電圧を逆極性で出力電圧とする状態（セルとして負出力状態）にも切り替えられ得る。この切り替えによって各フルブリッジセルは正負両方向にＰＷＭ制御が可能である。
【０００９】
無効電力補償装置として適用されたＭＭＣにおいても、無効電力補償を正常に行うため、各フルブリッジセルのコンデンサ電圧を監視して、それらの電圧を制御すること（ひとつの指令値に追従させること、およびクラスター間、クラスター内でそれぞれバランスをとること）が必要不可欠になる。しかし、電力変換装置と同様に、電力系統に突発的な異常事象が生じた場合にはコンデンサ電圧制御が不全になる場合があり、それによって一部のコンデンサの電圧が通常範囲外に上昇し耐圧の問題が生じる。
【００１０】
よって、やはり、例えば、コンデンサ電圧を監視し異常電圧値と判断された場合には、そのフルブリッジセルのコンデンサにそれ以上充電がなされないように強制的に移行する対処が採られ得る。充電されないようにされたフルブリッジセルは、その有するコンデンサにそれ以上の電圧上昇は生じないが、逆に放電もダイオードの逆方向電流でしか起こらないため、正常電圧に戻るまで多大な時間がかかる。すなわち、そのフルブリッジセルを正常なＰＷＭ制御に戻すまでの時間が長くなり、無効電力補償装置として完全な動作復帰までにやはり大きな時間的ロスが生じることになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１３−９９０５４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２３３４１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明が解決しようとする課題は、各２端子回路セルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能な電力変換装置および電力補償装置ならびに制御装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
実施形態の電力変換装置は、第１、第２のレグと、スイッチング制御部と、検出部と、判断部と、第１の指示部と、第２の指示部と、解除指令部と、第３の指示部とを持つ。
【００１４】
第１のレグは、一対の端子と少なくともひとつのコンデンサとを有し、該少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が前記一対の端子を介して実行される第１のモードと、前記少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに前記一対の端子の間がゼロ電圧となるように前記一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る第２のモードとを切り替え可能な２端子回路セルをカスケードに複数接続して構成された第１の回路セル群と、該第１の回路セル群と直列に接続された、該該１の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第１のリアクトルと、を有する第１の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１の回路セル群とは別に設けられた第２の回路セル群と、該第２の回路セル群と直列に接続された、該第２の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第２のリアクトルと、を有し、かつ前記第１の回路クラスターと直列に接続された第２の回路クラスターと；を備えている。
【００１５】
第２のレグは、前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１、第２の回路セル群とは別に設けられた第３の回路セル群と、該第３の回路セル群と直列に接続された、該第３の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第３のリアクトルと、を有する第３の回路クラスターと；前記２端子回路セルがカスケードに複数接続して構成された、前記第１ないし第３の回路セル群とは別に設けられた第４の回路セル群と、該第４の回路セル群と直列に接続された、該第４の回路セル群を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する第４のリアクトルと、を有し、かつ前記第３の回路クラスターと直列に接続された第４の回路クラスターと；を備え、かつ前記第１のレグと並列に接続されている。
【００１６】
スイッチング制御部は、前記第１、第２のレグの共通した２つの端部である第１端部に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、該第１端部側電流および該所定の第１端部側目標電流に基づいて、前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御する。
【００１７】
検出部は、前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるように該コンデンサそれぞれに設けられている。
【００１８】
判断部は、前記検出部に後置され、前記両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行う。
【００１９】
第１の指示部は、前記判断部に後置され、前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルを前記第２のモードに固定すべく該２端子回路セルに指示する。
【００２０】
第２の指示部は、前記判断部に後置され、前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用するように前記スイッチング制御部に指示する。
【００２１】
解除指令部は、前記第２の指示部に後置され、前記所定の第１端部側目標電流が減じて適用されてから時間経過後、前記第１の指示部に対して、前記第１の指示部によって前記第２のモードに固定された２端子回路セルについて固定状態を解除するように指令する。
【００２２】
第３の指示部は、前記解除指令部に後置され、前記第２のモードに固定されていた２端子回路セルが固定状態を解除されたときより時間経過後、減じて適用されていた前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用される前の前記所定の第１端部側目標電流に復帰して適用するように前記スイッチング制御部に指示する。
【００２３】
また、実施形態の制御装置は、上記のような第１、第２のレグを具備する電力変換機器を制御する制御装置であって、上記のような、スイッチング制御部と、検出部と、判断部と、第１の指示部と、第２の指示部と、解除指令部と、第３の指示部とを持つ。
【００２４】
また、実施形態の制御方法は、上記のような第１、第２のレグを具備する電力変換機器を制御する制御方法であって、（１）前記第１、第２のレグの共通した２つの端部である第１端部に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定するべく、該第１端部側電流および該所定の第１端部側目標電流に基づいて、前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御し、（２）前記第１ないし第４の回路セル群に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出し、（３）前記両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行い、（４）前記判断がいずれかひとつ以上の前記両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルを前記第２のモードに固定し、（５）前記判断が１以上のある数以上の前記両端電圧において真であるとき、前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用し、（６）前記所定の第１端部側目標電流が減じて適用されてから時間経過後、前記第２のモードに固定された２端子回路セルについて固定状態を解除し、（７）前記第２のモードに固定されていた２端子回路セルが固定状態を解除されたときより時間経過後、減じて適用されていた前記所定の第１端部側目標電流を減じて適用される前の前記所定の第１端部側目標電流に復帰して適用する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施形態１の電力変換装置である、３相６アームのＭＭＣの概略を示す構成図。
【図２】図１に示した電力変換装置をさらに簡略化して示す構成図。
【図３Ａ】図１中に示したチョッパセル１１ａ等の動作を示す説明図（その１）。
【図３Ｂ】図１中に示したチョッパセル１１ａ等の動作を示す説明図（その２）。
【図４】図１中に示したチョッパセル１１ａ等それぞれの制御モードに関する説明図。
【図５】図１中に示した制御部７０に関しその内部構成を示す機能ブロック図（その１）。
【図６】図１中に示した制御部７０に関しその内部構成を示す機能ブロック図（その２）。
【図７】図１中に示した制御部７０に関しその内部構成を示す機能ブロック図（その２；別の例）。
【図８】図５、図６、図７に示した制御部７０に関しその動作を説明する時系列表示図（時系列モード１）。
【図９】図５、図６、図７に示した制御部７０に関しその動作を説明する時系列表示図（時系列モード２）。
【図１０】図１中に示した制御部に関しその内部構成の別の例を示す機能ブロック図（その１）。
【図１１】図１０、図６、図７に示した制御部に関しその動作を説明する時系列表示図（時系列モード１）。
【図１２】図５、図１０中に示したＰＷＭ制御部７３に関しその内部構成例を示す機能ブロック図。
【図１３】実施形態２の電力変換装置である、単相４アームのＭＭＣを示す簡略化構成図。
【図１４】図１に示した電力変換装置におけるチョッパセル１１ａに代えて採用可能な２端子回路セルの例（フルブリッジセル）を示す、その構成および動作モードの説明図。
【図１５】図１に示した電力変換装置におけるチョッパセル１１ａに代えて採用可能な２端子回路セルの別の例（３レベルチョッパセル）を示す、その構成および動作モードの説明図。
【図１６】図１に示した電力変換装置におけるチョッパセル１１ａに代えて採用可能な２端子回路セルのさらに別の例（クランプダブルチョッパセル）を示す、その構成および動作モードの説明図。
【図１７】図１に示した電力変換装置におけるチョッパセル１１ａに代えて採用可能な２端子回路セルのさらに別の例（クロス接続フルブリッジセル）を示す、その構成および動作モードの説明図。
【図１８】実施形態３の電力補償装置である、３相３クラスターの電力補償装置（スター接続）を示す簡略化構成図。
【図１９】図１８中に示した制御部７０Ｂに関しその内部構成を示す機能ブロック図（その１）。
【図２０】図１８中に示した制御部７０Ｂに関しその内部構成を示す機能ブロック図（その２）。
【図２１】図１８中に示した制御部７０Ｂに関しその内部構成を示す機能ブロック図（その２；別の例）。
【図２２】図１９中に示したＰＷＭ制御部７３Ａに関しその内部構成例を示す機能ブロック図。
【図２３】実施形態４の電力補償装置である、３相３クラスターの電力補償装置（デルタ接続）を示す簡略化構成図。
【図２４】図２３中に示した制御部７０Ｃに関しその内部構成を示す機能ブロック図（その１）。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（実施形態１）
以上を踏まえ、以下では実施形態の電力変換装置を図面を参照しながら説明する。図１は、実施形態１の電力変換装置である、３相６アームのＭＭＣの概略構成を示している。同図に示すように、この電力変換装置は、レグ１００、レグ２００、レグ３００と、制御部７０とを備える。
【００２７】
レグ１００はｕ相、レグ２００はｖ相、レグ３００はｗ相に関するレグである。ｕ相、ｖ相、ｗ相は、１２０°ずつ位相が異なる３相交流の各位相を意味する。レグ１００、レグ２００、レグ３００は並列に接続され、それらの共通した２つの端部がこの電力変換装置の直流側端部である（３相交流側端部が３端子であることから直流側端部を以下では２端子側端部、または第１端部ともいう）。
【００２８】
レグ１００は、直列に接続されたアーム１０とアーム２０とを有する。アーム１０は、直列に接続された、回路セル群１１と、リアクトル１２と、電流検出部１３とを有し、アーム２０は、直列に接続された、回路セル群２１と、リアクトル２２と、電流検出部２３とを有する。レグ２００およびレグ３００についても、参照符号が異なるものの、レグ１００と構成は同様である。各アーム１０〜６０は、以下で、より一般的にそれぞれ回路クラスターともいう。また、以下ではアーム１０、３０、５０をＰ側（または上側）のアーム、アーム２０、４０、６０をＮ側（または下側）のアームと呼ぶ場合がある。
【００２９】
ＭＭＣは、このように、直流側と３相交流側とを変換する３相フルブリッジの回路形式を有し、ブリッジを構成する各アーム１０、２０、３０、４０、５０、６０が多数のモジュール（２端子回路のセルであるチョッパセル１１ａ）のカスケード接続を有している。以下、代表してレグ１００について詳細に説明し、レグ２００、３００については説明を省略する。
【００３０】
回路セル群１１、２１は、それぞれ、２端子回路セルであるチョッパセル１１ａがカスケードに複数接続されたセル群である。各チョッパセル１１ａは、コンデンサの充放電電流を入出力電流としこのコンデンサの両端電圧を出力電圧とする状態（以下、チョッパセルとしてオン状態と表現する）と、入出力電流の正負大きさにかかわらずゼロ電圧を出力電圧とする状態（以下、チョッパセルとしてオフ状態と表現する）とを切り替え可能なセルである（より詳細には図３Ａを参照して後述）。
【００３１】
リアクトル１２、２２は、それぞれ、回路セル群１１、２１を貫通して流れる電流の時間微分に比例する電圧を発生する素子であり、機能として、それぞれ、アーム１０、２０を流れる電流の変化を緩和する（バファリングする）ようにはたらく素子である。電流検出部１３、２３は、それぞれ、アーム１０、２０に流れている電流を検出する素子である。
【００３２】
制御部７０は、レグ１００、２００、３００を制御する機能を有する。このため、制御部７０には、図示するように、直流側端部の電圧（直流側電圧Ｅ）、および各チョッパセル１１ａ等のコンデンサの両端電圧（Ｖｃ）のそれぞれ、さらに電流検出部１３等を介して各アーム１０、２０等の電流それぞれが入力されるようになっている。そして、制御部７０からレグ１００、２００、３００へは、各チョッパセル１１ａ等に対して、そのオンオフを指令するＰＷＭ制御信号（＝スイッチング信号）が出力される。ＰＷＭ制御信号を出力する制御部７０のひとつの機能により、通常時は、２端子側端部（第１端部）に入出力する電流である第１端部側電流が所定の第１端部側目標電流になるように制御される。
【００３３】
典型的にＰＷＭ制御は２つのレベルの出力波形になるところ、ＭＭＣでは、各アーム１０、２０に設けるチョッパセル１１ａ等の数をｎ個（上下のアーム１０、２０で構成されるレグ１００として２ｎ個）として、３相交流側の相電圧は２ｎ＋１レベルのＰＷＭ波形に、線間電圧は４ｎ＋１レベルのＰＷＭ波形にすることができ、これにより交流側電圧の高調波成分を容易に大きく低減できる。一方で、直流側電圧が大電圧である場合（例えば３００ｋＶ直流送電などの場合）は、各チョッパセル１１ａ等に使われている半導体素子（後述する）およびコンデンサの各耐圧の観点からｎはそれ相応に大きな値にする必要があり、具体的には例えばｎ＝１００個程度以上が採用される。
【００３４】
図２は、以上のまとめとして図１に示した電力変換装置をさらに簡略化して示している。この図は、特に、各アーム１０〜６０と制御部７０との間でやり取りされる信号を再確認する意味がある。なお、図示する制御部７０は、機能として切り分けて示したものであり、物理的には、制御部７０の一部はアーム１０等（チョッパセル１１ａ等）の側に実装されている。
【００３５】
図３Ａは、図１中に示したチョッパセル１１ａ等の動作を回路上で示している。図３Ａ（ａ）に示すように、チョッパセル１１ａ等は、コンデンサＣのほか、半導体素子であるスイッチング素子Ｑ１、ダイオードＤ１、スイッチング素子Ｑ２、ダイオードＤ２を有する。スイッチング素子Ｑ１とダイオードＤ１とは逆並列接続（順方向が互いに逆になる接続）がなされ、スイッチング素子Ｑ２とダイオードＤ２とについても同様である。
【００３６】
スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は例えばＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）である。ダイオードＤ１、Ｄ２は、いずれも、コンデンサＣがその図示上側電極が正に充電された状態のときコンデンサＣの放電を阻止するような方向に、直列にコンデンサＣの両端に接続されている。コンデンサＣは上側電極が正に充電された状態で使用される。
【００３７】
２端子回路セルであるチョッパセル１１ａ等としての２つの端子は、図示するように、ひとつは、コンデンサＣの図示下側電極に通じるノードであり、もうひとつは、ダイオードＤ１とＤ２（あるいはスイッチング素子Ｑ１とＱ２）との接続ノードである。すでに説明しているように、チョッパセル１１ａ等においては、そのコンデンサＣの両端電圧Ｖｃが検出対象として制御部７０に入力がなされ、そしてスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をＰＷＭ制御するスイッチング信号が制御部７０から供給される。
【００３８】
図３Ａ（ｂ）は、チョッパセル１１ａ等がオン状態のときの等価回路を示している。この場合、スイッチング素子Ｑ１がオンにされている一方、スイッチング素子Ｑ２がオフ（電流遮断）にされている。よって、Ｑ１、Ｄ１の側では両方向に電流が流れ得るのでこの逆並列接続素子は単なる導線と等価であり、スイッチング素子Ｑ２はオフなので取り去って考えることができるため、結局図示の等価回路になる。この場合、チョッパセル１１ａ等として、コンデンサＣの充放電電流（＝電流が双方向に流れ得る）が入出力電流になり、コンデンサＣの両端電圧Ｖｃがその出力電圧になる。
【００３９】
図３Ａ（ｃ）は、チョッパセル１１ａ等がオフ状態のときの等価回路を示している。この場合、図３Ａ（ｂ）の場合とは逆に、スイッチング素子Ｑ１がオフ（電流遮断）にされている一方、スイッチング素子Ｑ２がオンにされている。よって、Ｑ２、Ｄ２の側では両方向に電流が流れ得るのでこの逆並列接続素子は単なる導線と等価であり、スイッチング素子Ｑ１はオフなので取り去って考えることができるため、結局図示の等価回路になる。この場合、チョッパセル１１ａ等として、入出力電流の正負大きさにかかわらずゼロ電圧が出力電圧になる。
【００４０】
図３Ｂも図１中に示したチョッパセル１１ａ等の動作を回路上で示している。この動作モードは、スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２がともにオフ（電流遮断）にされているモードである。よって、図示するようにダイオードＤ１、Ｄ２だけが回路として残り、２端子回路セルとしての出力電圧は、電流の向きによって変化することになる。具体的に、電流が上端子から下端子に流れる場合はコンデンサＣの両端電圧Ｖｃがその出力電圧になり、逆に、電流が下端子から上端子に流れる場合には出力電圧はゼロになる。
【００４１】
一般に２端子回路セルにおいて、スイッチング素子のすべてがオフにされている、図３Ｂに示すようなモードをゲートブロックモードともいう（第３のモード）。図３Ｂのゲートブロックモードは、電流を上端子から下端子へ流そうとした場合のみこれに抵抗するように電圧が発生するモードと言い換えることができる。
【００４２】
図４は、図１中に示したチョッパセル１１ａ等それぞれの制御モードに関する説明である。チョッパセル１１ａ等は、通常は、チョッパセルとしてオン（図３Ａ（ｂ））とオフ（図３Ａ（ｃ））との間でＰＷＭ制御される。つまり、図３Ａ（ｂ）に示された状態と図３Ａ（ｃ）に示された状態とが往復するように制御される。
【００４３】
また、チョッパセル１１ａ等は、その有するコンデンサの両端電圧が何らかの異常事象により所定の電圧に達したときには、一時的にチョッパセルとしてオフ（図３Ａ（ｃ））の状態に固定される（ＰＷＭで言えばデューティ比０％のＰＷＭと表現できる）。その具体的な動作については後述する。ここで「所定の電圧」は、コンデンサとしての耐圧仕様より小さく、かつそのときにチョッパセル１１ａ等のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をスイッチングしてもＱ１、Ｑ２が破壊することのない（破壊までには多少余裕をみた）電圧値としてあらかじめ決めておいた電圧である。
【００４４】
なお、場合（変形例）により、回路セル群１１、２１、３１、４１、５１、６１に属するチョッパセル１１ａ等はそのすべてがゲートブロックモード（第３のモード）に移行されることがある。ゲートブロックモードの活用に関しては後述する。
【００４５】
図５は、図１中に示した制御部７０に関しその主たる内部構成を機能ブロックで示している。図５に示すように、制御部７０は、主な内部構成として、スイッチング制御部７１、検出部７４、判断部７５、指示部７６、指示部７７、解除指令部７８を有する。スイッチング制御部７１は、指示反映部７２とＰＷＭ制御部７３とを有する。これらの機能ブロックのうち、ＰＷＭ制御部７３は、従来から存在する制御機能を発揮する部分である。残りの機能ブロックは、各チョッパセルが有するコンデンサの両端電圧Ｖｃが通常範囲外に上昇する場合（異常時）に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することを目的に設けられている。
【００４６】
スイッチング制御部７１は、通常時に、直流側端部（第１端部）に入出力する電流である第１端部側電流を所定の第１端部側目標電流に設定する（追従させる）べく、これらの第１端部側電流および所定の第１端部側目標電流に基づいて、回路セル群１１、２１、３１、４１、５１、６１に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御する。ここで「第１端部側電流」は、時々刻々実測されている各アーム電流から導出されたものを用いる。なお、「所定の第１端部側目標電流」の与え方には２通り考えられるのでそれぞれ後述する（図６、図７）。
【００４７】
各アーム電流から第１端部側電流（直流電流）を導出するには、具体的に以下のようにする。すなわち、ｕ相のＰ側のアーム電流（電流検出部１３で検出）とＮ側のアーム電流（電流検出部２３で検出）とを用いてそれらの算術平均値を求め、ｖ相のＰ側のアーム電流（電流検出部３３で検出）とＮ側のアーム電流（電流検出部４３で検出）とを用いてそれらの算術平均値を求め、ｗ相のＰ側のアーム電流（電流検出部５３で検出）とＮ側のアーム電流（電流検出部６３で検出）とを用いてそれらの算術平均値を求める。そして、これらの３つの算術平均値を加え合わせた値が、原理的に、第１端部側電流（直流電流）になる。
【００４８】
スイッチング制御部７１は、さらに具体的に、所定の第１端部側目標電流が与えられる指示反映部７２と、指示反映部７２に後置されたＰＷＭ制御部７３とを有する。指示反映部７２は、後述する指示部７７からの指示信号により、第１端部側目標電流を減ずるか減じないで通常にするかを決め、減じるように指示されている場合（通常時でない場合）には、入力された所定の第１端部側目標電流の値をこれより減じた値に変換してＰＷＭ制御部７３に供給する。また、減じないで通常にするように指示されている場合には、入力された所定の第１端部側目標電流の値をそのままの値でＰＷＭ制御部７３に供給する。
【００４９】
これにより、スイッチング制御部７１は、通常時でない場合には、第１端部側電流を、減じられた所定の第１端部側目標電流に設定する（追従させる）べく、第１端部側電流および減じられた所定の第１端部側目標電流に基づいて、回路セル群１１、２１、３１、４１、５１、６１に含まれる２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御することになる。ＰＷＭ制御部７３は、通常時も通常時でない場合も、回路セル群１１、２１、３１、４１、５１、６１に含まれる２端子回路セルのためＰＷＭ制御信号を生成し、生成されたＰＷＭ制御信号を各２端子回路セルへスイッチング信号として供給する。
【００５０】
ＰＷＭ制御部７３内部のより具体的な機能ブロックについては後述する（図１２）。機能の概略として、ＰＷＭ制御部７３には、上記で説明した機能以外に、各チョッパセルのコンデンサの両端電圧Ｖｃを所定に制御する機能も具有されており、これを加味したＰＷＭ制御用のスイッチング信号を生成するために、各チョッパセルのコンデンサの両端電圧Ｖｃのそれぞれも供給されている（不図示）。
【００５１】
検出部７４は、回路セル群１１、２１、３１、４１、５１、６１に含まれる２端子回路セルのコンデンサそれぞれの両端電圧である両端電圧群を検出できるようにこれらのコンデンサそれぞれに設けられている。検出されたコンデンサ両端電圧（両端電圧群）は、判断部７５に伝えられる。
【００５２】
判断部７５は、検出部７４に後置されており、伝えられた両端電圧群に属する両端電圧が所定の電圧に達しているか否かの判断を行う。ここで「所定の電圧」は、すでに言及したように、コンデンサとしての耐圧仕様より小さく、かつそのときにチョッパセル１１ａ等のスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２をスイッチングしてもＱ１、Ｑ２が破壊することのない（破壊までには多少余裕をみた）電圧値としてあらかじめ決めておいた電圧であり、換言するとそれ以上は通常範囲外と判断する電圧値である。判断の結果のそれぞれは、指示部７６、指示部７７に伝えられる。
【００５３】
指示部７６は、判断部７５に後置されており、判断部７５での判断がいずれかひとつ以上の両端電圧において真であるとき、この真の判断をもたらした両端電圧を有するコンデンサを含むチョッパセルをオフ状態に固定すべくそのチョッパセルに指示を出力する。このように固定する指示信号は、上述のＰＷＭ制御部７３の出力信号に上書きされる。
【００５４】
指示部７７は、判断部７５に後置されており、判断部７５での判断が１以上のある数以上の両端電圧において真であるとき、上記の所定の第１端部側目標電流を減じて適用するようにスイッチング制御部７１（その内部の指示反映部７２）に指示する。この指示の旨は解除指令部７８にも伝えられる。
【００５５】
解除指令部７８は、指示部７７に後置されており、上記のように所定の第１端部側目標電流が減じて適用されてから時間経過後、指示部７６に対して、指示部７６によってオフ状態に固定されたチョッパセルについて固定状態を解除するように指令する。指示部７６は、これにより、オフ状態に固定していたチョッパセルのそのオフ状態を解除、つまりＰＷＭ制御部７３の出力信号への上書きを停止する。解除指令部７８による指示部７６に対する指令は、指示部７７へも伝えられる。
【００５６】
指示部７７は、解除指令部７８に後置されており、オフ状態に固定されていたチョッパセルが固定状態を解除されたときより時間経過後、減じて適用されていた所定の第１端部側目標電流を、減じて適用される前の所定の第１端部側目標電流に復帰して適用するように指示反映部７２に指示する。
【００５７】
図６は、図１中に示した制御部７０に関しその内部構成の一部を示しており、具体的には、上記で説明している「所定の第１端部側目標電流」を得るための機能ブロックの例である。この例では、第１端部における電圧を検出する検出部８１が第１端部に接続して設けられ、これにより検出された第１端部側電圧が算出部８２に供給される。算出部８２には、第１端部側入出力電力（第１端部の電圧および電流によって決定される）に関する目標値として第１端部側目標電力が入力されている。
【００５８】
算出部８２は、第１端部側目標電力を第１端部側電圧で除算する演算を行い、その結果として第１端部側目標電流を得る。得られた第１端部側目標電流は、「所定の第１端部側目標電流」としてスイッチング制御部７１（その内部の指示反映部７２）に供給される。図６のこの例は、第１端部側の電力を目標値としてユーザが与える場合に有用な構成例である。第１端部側電圧に関しては、フィードバックで制御されることになる。
【００５９】
図７も、図１中に示した制御部７０に関しその内部構成の一部を示し、上記で説明している「所定の第１端部側目標電流」を得るための機能ブロックの別の例である。この例では、第１端部側入出力電力に関する目標値として第１端部側目標電力が、第１端部の電圧に関する目標値として第１端部側目標電圧がそれぞれ算出部８２に入力される。
【００６０】
算出部８２は、第１端部側目標電力を第１端部側目標電圧で除算する演算を行い、その結果として第１端部側目標電流を得る。得られた第１端部側目標電流は、「所定の第１端部側目標電流」としてスイッチング制御部７１（その内部の指示反映部７２）に供給される。図７のこの例も、第１端部側の電力を目標値としてユーザが与える場合に有用な構成例であるが、第１端部側電圧に関してはフィードフォワードの制御になる。
【００６１】
図５に戻り、前述したように、ＰＷＭ制御部７３による通常の意味での制御は、ＭＭＣで意図する電力変換を正常に行うことを目的として、各チョッパセル１１ａ等で必要なＰＷＭ制御信号（スイッチング信号）を生成するように行われる。その際には、各チョッパセル１１ａ等のコンデンサ電圧を監視して、それらの電圧を制御すること（ひとつの指令値に追従させること（＝平均値制御）、およびレグ間、上下のアーム間、アーム内でそれぞれバランスをとること（＝バランス制御））が必要になる。このような機能をＰＷＭ制御部７３は含んでいる。この点に関する説明は例示的に後述する（図１２）。
【００６２】
この制御部７０における、通常の意味での制御から加えたさらなる機能を簡潔に説明すると以下になる。ＰＷＭ制御部７３でコンデンサ電圧の平均値制御およびバランス制御を含む制御が行われるとき、その制御は多層的で複雑である。このような制御では、電力系統に突発的な異常事象が生じたりするとコンデンサ電圧制御が不全に陥る可能性がある。そうすると一部のコンデンサの電圧が通常範囲外に上昇し物理的に耐圧の問題が生じる。そこで、この装置では、第１に、コンデンサ電圧を監視し通常範囲外電圧値（上記の「所定の電圧」以上）と判断された場合には、そのコンデンサを有するチョッパセルを強制的にオフ状態に移行するように対処する（指示部７６からの指示）。
【００６３】
強制的にオフ状態にされたチョッパセルは、当然その有するコンデンサへの充電がなされないためそれ以上に電圧上昇は生じないが、逆に放電もダイオードの逆方向電流でしか起こらないため、正常電圧に戻るまで多大な時間がかかる。すなわち、そのチョッパセルを正常なＰＷＭ制御に戻すまでの時間が長くなり、電力変換装置として完全な動作復帰までに大きな時間的ロスが生じることになる。
【００６４】
そこで、この装置では、第２に、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが１以上のある数以上であるときには、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用し（指示部７７からの指示）、減じて適用されてから時間経過後、オフ状態に固定されたチョッパセルについて固定状態を解除するように指令する（解除指令部７８から指示部７６へ）。
【００６５】
このように、追従の目標である第１端部側目標電流が通常より減じて適用されている状態でチョッパセルのオフ固定状態が解除された場合、その後のＰＷＭ制御でそのコンデンサ両端電圧が下がる可能性が高い（少なくとも、通常通りの第１端部側目標電流が適用されている状態で解除された場合より格段に可能性は高い）。そしてしかも、ＰＷＭ制御によりコンデンサに充放電がされている状態であるため短時間で下がる。
【００６６】
その後、追従の目標である第１端部側目標電流をもとに復帰して適用するようにする（指示部７７からの指示）。したがって、各チョッパセルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能である。見方を変えると、一時的に目標（第１端部側目標電流）が低下する期間が生じるが、この期間自体わずかで済む。
【００６７】
図８は、図５に示した制御部７０に関しその動作の例を時系列表示で説明している。この例示の場合においては、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用するのを、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが２つに達したときとして設定している。
【００６８】
時刻ｔ１においてあるコンデンサの両端電圧が通常範囲外として検出された場合、直ちに（実際には時刻ｔ１より少し遅れた時刻ｔ２で）その該当のチョッパセルを強制的にオフ状態に移行する。この時点では、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサは１つのみなのでまだ追従の目標である第１端部側目標電流に操作は加えない。なお、レグに設けられたチョッパセルが２００個以上というような多数である場合、数個のチョッパセルが強制オフ状態になっても、ＭＭＣ全体としての動作への影響は限定的である。
【００６９】
次に、時刻ｔ３において別のコンデンサの両端電圧が通常範囲外として検出された場合、直ちに（実際には時刻ｔ３より少し遅れた時刻ｔ４で）その該当のチョッパセルを強制的にオフ状態に移行する。そしてこの時点で両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが２つに達したので、設定に従い、ｔ４と同時に、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用する。この第１端部側目標電流は目標値なので、追従まで多少時間を要する。この時間を考慮して、次に時刻ｔ５において強制オフされているチョッパセルの強制オフ状態を解除する。
【００７０】
強制オフ状態が解除されたチョッパセルはＰＷＭ制御が復活するので、その後のＰＷＭ動作でそのコンデンサ両端電圧が下がる可能性が高い（少なくとも、通常通りの第１端部側目標電流が適用されている状態で解除された場合より格段に可能性は高い）。そして、時刻ｔ５からコンデンサ両端電圧が正常に復帰したときを見計らうように時刻ｔ７で第１端部側目標電流を通常に戻す。以上により、コンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇して強制オフ状態のチョッパセルが存在する状態をより短時間のうちに解消することが可能である。
【００７１】
なお、時刻ｔ７は、時刻ｔ５からコンデンサ両端電圧が正常に復帰したときを見計らうような時刻と説明したが、コンデンサ両端電圧は検出部７４で検出されているので、実際の検出結果を利用して時刻ｔ７を決めてもよい（時刻ｔ６を利用）。つまり、追従の目標である第１端部側目標電流を元に復帰して適用しようとするとき、オフ状態への固定状態が解除されたチョッパセルが有するコンデンサの両端電圧のそれぞれが実際に所定に低下したことを捉えるようにして、復帰を行ってもよい。
【００７２】
この点に関しては、図５において検出部７４から指示部７７への破線で示している。これによれば第１端部側目標電流をもとに復帰すべきタイミングの正確性が向上する。コンデンサ両端電圧が正常と判断する電圧は、通常範囲外として判断する電圧よりある幅を持って小さい電圧とする。
【００７３】
次に、図９も、図５に示した制御部７０に関しその動作の例を時系列表示で説明しているが、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用するに至らない場合を示している。コンデンサ電圧が通常範囲外になったとき、その該当のチョッパセルはオフ状態に移行される。ここで、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用するのを、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが２つ（一般には複数）に達したときとしている場合、その数に至ることなく時間経過でオフ状態に固定されたチョッパセルのコンデンサ電圧が正常に復帰する場合が考えられる。
【００７４】
図９に示すように、ｔ１、ｔ２については図８での説明と同様である。次に、別のコンデンサ電圧が通常範囲外になることなく（＝ＭＭＣの制御が良好に推移し）、時間経過で時刻ｔ６ａにおいて強制オフに固定されたチョッパセルのコンデンサ電圧が正常に復帰することがあり得る。これは、図３Ａ（ｃ）を参照してダイオードＤ１にわずかながら逆方向電流があるためである。このように時刻ｔ６ａが到来した場合には、直ちに（実際には時刻ｔ６ａより少し遅れた時刻ｔ７ａで）強制オフにされているチョッパセルの強制オフ状態を解除する。
【００７５】
図８、図９を参照して以下が言える。指示部７６は、ひとつの動作として、判断部７５における判断がいずれかひとつ以上のコンデンサ両端電圧において通常範囲外であるという判断のときに、所定の第１端部側目標電流を減じて適用するようにスイッチング制御部７１に指示する、とすることができる。
【００７６】
この場合は、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用するのがもっとも早い段階で行われる（図８でいうとｔ２で第１端部側目標電流が低減）。すなわち、コンデンサの両端電圧がひとつでも通常範囲外に上昇した場合に第１端部側目標電流が減じて適用されるので、コンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇するような状態が起こりにくいＭＭＣの場合に向いていると考えられる。
【００７７】
また、指示部７６は、別の動作として、判断部７５における判断が２以上のある数以上のコンデンサ両端電圧において通常範囲外であるという判断のとき、所定の第１端部側目標電流を減じて適用するようにスイッチング制御部７１に指示する、とすることができる。この場合は、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用するのを適度に遅らせることが可能である。「２以上のある数」を、２、３、４、…と多く設定するほど、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じる動作を遅らせることになる。
【００７８】
裏返すと、この数を多く設定した場合、強制的にオフ状態にされたチョッパセルがそのまま維持されていることが生じやすいが、レグに設けられたチョッパセルが２００個以上というような多数である場合、数個のチョッパセルが強制オフ状態になっても、ＭＭＣ全体としての動作への影響は限定的である。このような設定は、コンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇するような状態が起こりやすいＭＭＣの場合に向いていると考えられる。
【００７９】
次に、図１０は、図１中に示した制御部に関しその内部構成の、図５に示したものとは別の例を機能ブロックで示している。図１０において、図５中に示したものと同一のものには同一符号を付し、その説明は省略する。この制御部７００の、図５に示したものとは違いは以下である。
【００８０】
指示部７７Ａは、判断部７５に後置されており、判断部７５での判断が１以上のある数以上の両端電圧において真であるとき、所定の第１端部側目標電流を減じて適用するようにスイッチング制御部７１（その内部の指示反映部７２）に指示するが、加えて以下の指示も行う。すなわち、そのときに、すべてのチョッパセルをゲートブロックモード（第３のモード）に移行すべくチョッパセルのすべてに対して指示する。この指示信号はＰＷＭ制御部７３の出力信号に上書きされる。
【００８１】
これらの指示の旨は解除指令部７８Ａに、さらに解除指令部７８Ａを介して指示部７６にも伝えられる。指示部７６は、これにより、その指示が各チョッパセルにおいて指示部７７Ａからの指示と衝突しないように、オフ状態に固定していたチョッパセルのそのオフ状態を解除、つまりＰＷＭ制御部７３の出力信号への上書きを停止する。
【００８２】
解除指令部７８Ａは、上記のように所定の第１端部側目標電流が減じて適用されかつすべてのチョッパセルがゲートブロックモードにされてから一定の時間経過後、指示部７７Ａに対して、チョッパセルに適用されているゲートブロックモード（第３のモード）への移行を解除するように指令する。指示部７７Ａがチョッパセルのゲートブロックモードへの移行を解除することにより、すべてのチョッパセルにおいてＰＷＭ制御が復活することになる。
【００８３】
次に指示部７７Ａは、チョッパセルにおけるゲートブロックモード（第３のモード）への移行が解除されたときより一定の時間経過後、減じて適用されていた所定の第１端部側目標電流を、減じて適用される前の所定の第１端部側目標電流に復帰して適用するように指示反映部７２に対して指示を行う。
【００８４】
図１１は、図１０に示した制御部７００に関しその動作の例を時系列表示で説明している。この例示の場合においては、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用するのを、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが２つに達したときとして設定している。ゲートブロックモードの効用を交えて図１１に基づき説明を行う。
【００８５】
時刻ｔ１においてあるコンデンサの両端電圧が通常範囲外として検出された場合、直ちに（実際には時刻ｔ１より少し遅れた時刻ｔ２で）その該当のチョッパセルを強制的にオフ状態に移行する。この時点では、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサは１つのみなのでまだ追従の目標である第１端部側目標電流に操作は加えない。また、チョッパセルをすべてゲートブロックモードに移行する指示制御も行わない。
【００８６】
次に、時刻ｔ３において別のコンデンサの両端電圧が通常範囲外として検出された場合、この時点で両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが２つに達したので、設定に従い、ｔ３と同時に（実際には時刻ｔ３より少し遅れた時刻ｔ４で）、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用する。と同時に、全チョッパセルをゲートブロックモードに移行する指示制御を行う。
【００８７】
すべてのチョッパセルがゲートブロックモードに移行された状態は、第１端部側電流の流れる向きに抵抗するように各チョッパセルが電圧を発生する状態であるため、第１端部側目標電流を低減した場合と同じ効果をもたらす。すなわち、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用することに関しては図８での説明と同様にこれを行うものの、念のためであり、主たる効果はゲートブロックモードへの移行により得るように意図している。なお、ｔ４で行う第１端部側目標電流の低減はこれより遅れてもよく、具体的には、次に説明するｔ５より前のタイミングで行うように設定することも採用できる。
【００８８】
ゲートブロックモードへの移行による上記の効果発揮のための時間が経過したら、次に、その時刻ｔ５において全チョッパセルのゲートブロックモードへの移行をすべて解除する。これによりすべてのチョッパセルでＰＷＭ制御が復活し、それ以前の第１端部側目標電流減と同様の効果をしばらくは引継いで、そこからのＰＷＭ動作で通常範囲を外れていたコンデンサ両端電圧は通常範囲に下がる可能性が高くなる。そして、時刻ｔ５からコンデンサ両端電圧が正常に復帰したときを見計らうように時刻ｔ７で第１端部側目標電流を通常に戻す。以上により、コンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇して強制オフ状態のチョッパセルが存在する状態をより短時間のうちに解消することが可能である。
【００８９】
補足すると、以上の説明では、ｔ４（またはそれより遅くｔ５より前）において、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて適用することを念のため行っているが、これを省略することも可能性として考えられる。この場合は、当然ながら、ｔ７における「第１端部側目標電流 通常に戻す」は不要になる。ｔ４（またはそれより遅くｔ５より前）における、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じる操作は、ｔ５においてＰＷＭ制御が復活するときに生じる制御の乱れを緩和する作用もあると考えられるため、この操作の採用はメリットとデメリットとを総合的に判断して決めることができる。
【００９０】
次に、図１２は、図５中に示したＰＷＭ制御部７３に関しその内部構成例を機能ブロックで示しており、ひとつの参考例である。ＰＷＭ制御部７３は、この例では、第１端部側電流の制御部７３ａ、コンデンサ電圧の平均値制御部７３ｂ、第２端部側電流の制御部７３ｃ、コンデンサ電圧の相間、上下のアーム間のバランス制御部７３ｄ、アーム内のコンデンサ電圧のバランス制御部７３ｅ、三角波キャリア発生部７３ｆ、比較部７３ｇを有する。
【００９１】
図１２に示すように、図５中に示したＰＷＭ制御部７３に供給される２つの信号は、より具体的に、第１端部側電流の制御部７３ａへ入力される信号である。そして、図示するように、ＰＷＭ制御部７３がコンデンサ電圧の平均値制御およびバランス制御を含む制御を行うため、その構成は多層的である。
【００９２】
図１２に示す各機能部は、チョッパセルの数に対応して、あるいは全体ひとつとしてそれぞれ必要になる。ブロック内の×表示は必要なハードウエアの数を示している。これらのブロックには、必要に応じて、制御に要する指令値のほか、各チョッパセルのコンデンサの両端電圧Ｖｃのそれぞれ、および電流検出部１３、２３、…から各アームに流れている電流のそれぞれが入力されている（不図示）。三角波キャリア発生部７３ｆは、回路セル群に属する各チョッパセルに対応して少しずつ位相の異なる三角波キャリアを出力できるようにすることが好ましい。
【００９３】
以上説明したように、この実施形態の電力変換装置によれば、いわゆるＭＭＣの構成を有する電力変換器において、各チョッパセルのコンデンサの両端電圧を検出し、その両端電圧が所定の電圧に達しているとき、その両端電圧を有するコンデンサを含むチョッパセルをいわゆるオフ状態に固定すべく指示を与える。そしてこれでは終わらず、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが１以上のある数以上であるときには、追従の目標である第１端部側目標電流を通常より減じて（あるいは等価的に減じて）適用し、減じて適用されてから時間経過後、オフ状態に固定されたチョッパセルについて固定状態を解除するように（あるいは、すべてのチョッパセルのＰＷＭ制御が復帰するように）指令する。
【００９４】
このように、追従の目標である第１端部側目標電流が通常より減じて適用されている状態でチョッパセルの固定状態が解除された場合（あるいは、すべてのチョッパセルのＰＷＭ制御が復帰した場合）、その後のＰＷＭ制御でそのコンデンサ両端電圧が下がる可能性が高い（少なくとも、通常通りの第１端部側目標電流が適用されている状態で解除された場合より格段に可能性は高い）。そしてしかも、ＰＷＭ制御によりコンデンサに充放電がされている状態であるため短時間で下がる。
【００９５】
その後、必要に応じて、追従の目標である第１端部側目標電流をもとに復帰して適用するようにする。したがって、各チョッパセルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能な電力変換装置ならびにその制御装置および方法を提供することができる。
【００９６】
（実施形態２）
次に、図１３は、実施形態２の電力変換装置である、単相４アームのＭＭＣを簡略化して示している。この図１３は、３相６アームのＭＭＣの概略を示した図２と対比して捉えると理解しやすい。実施形態１は３相６アームのＭＭＣに関するものであったが、その説明した内容は単相４アームのＭＭＣの場合にも通用する。違いとして、ハードウエアとしての構成が単相４アームのＭＭＣのほうが単純化する。図１２に示したＰＷＭ制御部７３の構成については、単相４アームのＭＭＣでも必要な機能ブロックという意味で変更はないが、各ブロックの内部では、アーム数の減少に伴い質的、量的に機能を減じることが可能である。
【００９７】
この電力変換装置は、レグ１００Ａ、レグ２００Ａと、制御部７０Ａとを備える。レグ１００Ａは正相（０°）、レグ２００Ａは逆相（１８０°）に関するレグである。レグ１００Ａ、レグ２００Ａは並列に接続され、それらの共通した２つの端部がこの電力変換装置の直流側端部である（交流側端部である第２端部と区別して第１端部ともいう）。
【００９８】
レグ１００Ａは、直列に接続されたアーム１０Ａとアーム２０Ａとを有する。レグ２００Ａは、直列に接続されたアーム３０Ａとアーム４０Ａとを有する。各アームの内部構成については、すでに説明したアーム１０等についての説明と同じである。アーム１０Ａ、３０ＡがＰ側（または上側）のアーム、アーム２０Ａ、４０ＡをＮ側（または下側）のアームである。
【００９９】
図１３に示すような単相４アームのＭＭＣにおいても、各チョッパセルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能である。
【０１００】
（２端子回路セルの変形例）
次に、図１４から図１７は、それぞれ、図１に示した電力変換装置におけるチョッパセル１１ａに代えて採用可能な２端子回路セルの例を示し、その構成（それぞれ（ａ））および動作モード（それぞれ（ｂ））を説明している。すでに説明したチョッパセル１１ａは、コンデンサの充放電電流を入出力電流としてこのコンデンサの両端電圧を出力電圧とする状態と、入出力電流の正負大きさにかかわらずゼロ電圧を出力電圧とする状態とを切り替え可能なセルであった（図３Ａ参照）。また、第３のモードとしてゲートブロックモードを備えたセルであった（図３Ｂ参照）。
【０１０１】
チョッパセル１１ａに代えて採用可能な２端子回路セルは、より一般的に、一対の端子と少なくともひとつのコンデンサとを有し、そして、この少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が一対の端子を介して実行される第１のモードと、少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに一対の端子の間がゼロ電圧となるように一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る第２のモードとを切り替え可能な回路セルである。第１のモードは、より具体的には複数の下位のモードの集合である。
【０１０２】
また、第３のモードも加味すると、チョッパセル１１ａに代えて採用可能な２端子回路セルは次のようなセルである。すなわち、一対の端子とふたつ以上のスイッチング素子と少なくともひとつのコンデンサとを有するセルで、以下の第１、第２、第３のモードに切り替えられ得る。
【０１０３】
第１のモードは、少なくともひとつのコンデンサのいずれかひとつ以上に対する充放電が一対の端子を介して実行されるようにふたつ以上のスイッチング素子の各オンオフが設定されているモードである。第２のモードは、少なくともひとつのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに一対の端子の間がゼロ電圧となるようにふたつ以上のスイッチング素子の各オンオフが設定されて一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得るモードである。第３のモードは、ふたつ以上のスイッチング素子がすべてオフに設定されているモードである。
【０１０４】
図１４に示す２端子回路セル１１ｂから説明する。このセル１１ｂは、図３Ａ（ａ）に示したチョッパセル１１ａ（ハーフブリッジセル）と比較して明らかなようにフルブリッジセルである。図１４（ｂ）に示す動作モードでモード３、４が上記の第２のモードに相当する（ついでにモード５は第３のモードに相当する）。モード３、４では、コンデンサに対する充放電がなされずに一対の端子の間がゼロ電圧となるように一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る。
【０１０５】
この第２のモードを、チョッパセル１１ａのオフ状態として説明した状態に代えて用いるようにする。第２のモードとしてモード３、４はいずれを利用してもよい。なお、このセル１１ｂにおいて、モード１、２はいずれでも、コンデンサに対する充放電が一対の端子を介して実行される。モード５では、スイッチング素子がすべてオフに設定され、この状態は、第１端部側電流の流れる向きに抵抗するようにセルが電圧を発生する状態である。
【０１０６】
このフルブリッジセル１１ｂを採用した電力変換装置では、各フルブリッジセル１１ｂのコンデンサの両端電圧を検出し、その両端電圧が所定の電圧に達しているとき、そのフルブリッジセル１１ｂを第２のモードに固定すべく指示を与えることになる。その後の動作については、すでに説明したものと同じである。したがって、各フルブリッジセル１１ｂが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能である。
【０１０７】
チョッパセル１１ａに代えてフルブリッジセル１１ｂをもったＭＭＣは、一般に、２端子側端部（第１端部）において正負の極性を固定せずに両極性で動作させることができるという特徴がある。このため、一般に、２端子側端部の電圧は直流に限られず交流とすることも可能である。すなわち、単相交流と３相交流との周波数変換を伴う電力変換にも利用できる。また、２端子側端部に接続された直流電力系統が地絡等の事故に遭遇した場合に、３端子側端部に接続された交流電力系統に影響を伝えずこれを保護できるという利点も有している。
【０１０８】
次に、図１５に示す２端子回路セル１１ｃ（３レベルチョッパセル）について説明する。このセル１１ｃは、図３Ａ（ａ）に示したチョッパセル１１ａを出力電圧の点で展開しゼロ出力を含めて全部で３値出力できるように構成したものである。すなわち、ひとつのセル１１ｃで、カスケードに接続された２つのチョッパセル１１ａとほぼ同様に機能させることができるという特徴がある。Ｖｃ１＝Ｖｃ２と設定の場合がそうなる。
【０１０９】
このセル１１ｃにおいて、モード１では、Ｖｃ２を両端電圧とするコンデンサに対する充放電が一対の端子を介して実行される。モード２では、直列の２つのコンデンサに対する充放電が一対の端子を介して実行される。モード３では、２つのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに一対の端子の間がゼロ電圧となるように一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る。このモード３が第２のモードに相当する。モード４は第３のモードに相当する。このモードではスイッチング素子がすべてオフに設定され、第１端部側電流の流れる向きに抵抗するようにセルが電圧を発生する状態である。
【０１１０】
この場合の電力変換装置も、各セル１１ｃの各コンデンサの両端電圧を検出し、そのいずれかの両端電圧が所定の電圧に達しているとき、そのコンデンサを含むセル１１ｃを第２のモードに固定すべく指示を与えることになる。その後の動作については、すでに説明したものと同じである。したがって、各セル１１ｃが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能である。
【０１１１】
次に、図１６に示す２端子回路セル１１ｄ（クランプダブルチョッパセル）について説明する。このセル１１ｄは、上述のセル１１ｃと同様に少なくともゼロ出力を含めて３値出力できるように構成したものである。ただし、例えばＶｃ２＝２・Ｖｃ１となるようにそれらの静電容量値を設定して使用すれば、ゼロ出力を含めて等間隔に４値出力することができる。４値出力可能の場合、ひとつのセル１１ｄで、カスケードに接続された３つのチョッパセル１１ａとほぼ同様に機能させることができることになる。
【０１１２】
このセル１１ｄにおいて、モード１では、Ｖｃ１を両端電圧とするコンデンサに対する充放電が一対の端子を介して実行される。モード２では、Ｖｃ２を両端電圧とするコンデンサに対する充放電が一対の端子を介して実行される。モード３では、２つのコンデンサに対して同時に充放電が一対の端子を介して実行される。モード４では、２つのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに一対の端子の間がゼロ電圧となるように一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る。このモード４が第２のモードに相当する。モード５は第３のモードに相当する。モード５ではスイッチング素子がすべてオフに設定され、第１端部側電流の流れる向きに抵抗するようにセルが電圧を発生する状態である。
【０１１３】
この場合の電力変換装置も、各セル１１ｄの各コンデンサの両端電圧を検出し、そのいずれかの両端電圧が所定の電圧に達しているとき、そのコンデンサを含むセル１１ｄを第２のモードに固定すべく指示を与えることになる。その後の動作については、すでに説明したものと同じである。したがって、各セル１１ｄが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能である。
【０１１４】
次に、図１７に示す２端子回路セル１１ｅ（クロス接続フルブリッジセル）について説明する。このセル１１ｅは、上述のセル１１ｂとセル１１ｄとを加え合わせたような機能および特徴を有するように構成したものと言える。すなわち、一方の極性にゼロ出力を含めず最大３値出力でき、他方の極性にもゼロ出力を含めず最大３値出力でき、これらとゼロ出力を合せて全部で７値の出力ができる。
【０１１５】
このセル１１ｅにおいて、モード１、４では、Ｖｃ１を両端電圧とするコンデンサに対する充放電が一対の端子を介して実行される。モード２、５では、Ｖｃ２を両端電圧とするコンデンサに対する充放電が一対の端子を介して実行される。モード３、６では、２つのコンデンサに対して同時に充放電が一対の端子を介して実行される。モード７、８では、２つのコンデンサのいずれに対する充放電もなされずに一対の端子の間がゼロ電圧となるように一対の端子間のいずれの方向にも電流が流れ得る。このモード７、８が第２のモードに相当する。モード７、８はいずれを使用してもよい。モード９は第３のモードに相当する。モード９ではスイッチング素子がすべてオフに設定され、第１端部側電流の流れる向きに抵抗するようにセルが電圧を発生する状態である。
【０１１６】
この場合の電力変換装置も、各セル１１ｅの各コンデンサの両端電圧を検出し、そのいずれかの両端電圧が所定の電圧に達しているとき、そのコンデンサを含むセル１１ｅを第２のモードに固定すべく指示を与えることになる。その後の動作については、すでに説明したものと同じである。したがって、各セル１１ｅが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能である。
【０１１７】
（実施形態３）
次に、図１８は、実施形態３の電力補償装置である、３相３クラスターの電力補償装置（スター接続）を簡略化して示している。図１８において、各回路クラスター１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂの内部構成については、利用可能な２端子回路セルの点を除いて図１を参照することができる。この場合に利用可能な２端子回路セルは、上記で説明した各２端子回路セルのうちでは、図１４に示したフルブリッジセル１１ｂおよび図１７に示したクロス接続フルブリッジセル１１ｅに限られる。すなわち、ここで利用可能な２端子回路セルは正負両極性で電圧出力できるセルに限られる。
【０１１８】
この電力補償装置は、３相交流の系統線ｕ、ｖ、ｗに３つの回路クラスター１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂをスター接続で接続させ、これにより、３相交流の系統線に流れる無効電流を補償する。換言すると、この電力補償装置はＭＭＣで使用されている回路構成を流用して無効電力補償装置として応用したものである。
【０１１９】
制御部７０Ｂと３つの回路クラスター１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂとの間でやり取りされる信号については、図示するように、図２あるいは図１３に図示されたＭＭＣでの場合とほとんど変わらない。ここでクラスター電流として記載された電流は、図２、図１３でアーム電流と記載されたものと同じである。少し異なる点は、図２、図１３では第１端部側電圧が制御部７０（７０Ａ）に入力され得るとしていたが、この図１８の場合は、第１端部が存在しないのでその電圧の入力はなく、替わりに各線間電圧（ｕｖ線間電圧、ｖｗ線間電圧、ｗｕ線間電圧）が制御部７０Ｂに入力され得る。
【０１２０】
図１９は、図１８中に示した制御部７０Ｂに関しその主たる内部構成を機能ブロックで示している。図１９に示すように、制御部７０Ｂは、主な内部構成として、スイッチング制御部７１Ａ、検出部７４、判断部７５、指示部７６、指示部７７、解除指令部７８を有する。スイッチング制御部７１Ａは、指示反映部７２ＡとＰＷＭ制御部７３Ａとを有する。これらの機能ブロックのうち、ＰＷＭ制御部７３Ａは、従来から存在する制御機能を発揮する部分である。残りの機能ブロックは、各２端子回路セルが有するコンデンサの両端電圧Ｖｃが通常範囲外に上昇する場合（異常時）に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することを目的に設けられている。
【０１２１】
スイッチング制御部７１Ａは、通常時に、スター接続された回路クラスター１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂの３つの端部に入出力する無効電流を所定の目標無効電流に設定する（追従させる）べく、この無効電流および所定の目標無効電流に基づいて、回路セル群に含まれる２端子回セルのそれぞれをＰＷＭ制御する。ここで「無効電流」は、時々刻々実測されている各クラスター電流から導出されたものを用いる。なお、「所定の目標無効電流」の与え方には２通り考えられるのでそれぞれ後述する（図２０、図２１）。
【０１２２】
各クラスター電流から無効電流を導出するには、具体的に以下のようにする。すなわち、３つのクラスター電流を入力信号として用いてｄｑ変換を行う。ｄｑ変換の結果として得られたそのｑ成分が無効電流である。ｄｑ変換に必要な位相情報は、入力されている線間電圧（ｕｖ線間電圧、ｖｗ線間電圧、ｗｕ線間電圧）を用いて導出することができる。
【０１２３】
スイッチング制御部７１Ａが、指示反映部７２Ａと、指示反映部７２に後置されたＰＷＭ制御部７３Ａとを有する点に関しては、図５での説明をほとんどそのまま参照することができる。すなわち、指示反映部７２Ａは、指示部７７からの指示信号により、目標無効電流を減ずるか減じないで通常にするかを決め、減じるように指示されている場合（通常時でない場合）には、入力された所定の目標無効電流の値をこれより減じた値に変換してＰＷＭ制御部７３Ａに供給する。また、減じないで通常にするように指示されている場合には、入力された所定の目標無効電流の値をそのままの値でＰＷＭ制御部７３Ａに供給する。
【０１２４】
これにより、スイッチング制御部７１Ａは、通常時でない場合には、回路クラスター１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂの３つの端部に入出力する無効電流を、減じられた所定の目標無効電流に設定する（追従させる）べく、この無効電流および減じられた所定の目標無効電流に基づいて、２端子回路セルのそれぞれをＰＷＭ制御することになる。ＰＷＭ制御部７３Ａは、通常時も通常時でない場合も、回路クラスター１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂの２端子回路セルのためＰＷＭ制御信号を生成し、生成されたＰＷＭ制御信号を各２端子回路セルへスイッチング信号として供給する。
【０１２５】
ＰＷＭ制御部７３Ａ内部のより具体的な機能ブロックについては後述する（図２２）。機能の概略として、ＰＷＭ制御部７３Ａには、上記で説明した機能以外に、各２端子回路セルのコンデンサの両端電圧Ｖｃを所定に制御する機能も具有されており、これを加味したＰＷＭ制御用のスイッチング信号を生成するために、各２端子回路セルのコンデンサの両端電圧Ｖｃのそれぞれも供給されている（不図示）。
【０１２６】
検出部７４、判断部７５、指示部７６、指示部７７、解除指令部７８の各動作、機能については、図５での説明を参照することができる。図５に示した構成の変形例としての図１０のような構成も採用可能である（図１０における指示部７７Ａ、解除指令部７８Ａ）。なお、図１９において、指示部７６の出力に「一部フルブリッジセルの強制オフを指示／解除」と記載があるのは、強制的に第２のモードに移行することを指示またはこれを解除することを意味する。
【０１２７】
図２０は、図１８中に示した制御部７０Ｂに関しその内部構成の一部を示しており、具体的には、上記で説明している「所定の目標無効電流」を得るための機能ブロックの例である。この例では、各線間電圧（ｕｖ線間電圧、ｖｗ線間電圧、ｗｕ線間電圧）がｄｑ変換部８３に入力され、ｄｑ変換により得られた無効電圧（ｑ成分）が算出部８２Ａに供給される。算出部８２Ａには、回路クラスター１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂの３つの端部に入出力する無効電力に関する目標値として目標無効電力が入力されている。
【０１２８】
算出部８２Ａは、目標無効電力を無効電圧で除算する演算を行い、その結果として目標無効電流を得る。得られた目標無効電流は、「所定の目標無効電流」としてスイッチング制御部７１Ａ（その内部の指示反映部７２Ａ）に供給される。図２０のこの例は、無効電力を目標値としてユーザが与える場合に有用な構成例である。無効電圧に関しては、フィードバックで制御されることになる。
【０１２９】
図２１も、図１８中に示した制御部７０Ｂに関しその内部構成の一部を示し、上記で説明している「所定の目標無効電流」を得るための機能ブロックの別の例である。この例では、無効電力に関する目標値として目標無効電力が、回路クラスター１０Ｂ、２０Ｂ、３０Ｂの３つの端部の無効電圧に関する目標値として目標無効電圧が、それぞれ算出部８２Ａに入力される。
【０１３０】
算出部８２Ａは、目標無効電力を目標無効電圧で除算する演算を行い、その結果として目標無効電流を得る。得られた目標無効電流は、「所定の目標無効電流」としてスイッチング制御部７１Ａ（その内部の指示反映部７２Ａ）に供給される。図２１のこの例も、無効電力を目標値としてユーザが与える場合に有用な構成例であるが、無効電圧に関してはフィードフォワードの制御になる。
【０１３１】
図１９に戻り、前述したように、ＰＷＭ制御部７３Ａによる通常の意味での制御は、この電力補償装置で意図する電力補償を正常に行うことを目的として、各２端子回路セルで必要なＰＷＭ制御信号（スイッチング信号）を生成するように行われる。その際には、各２端子回路セルのコンデンサ電圧を監視して、それらの電圧を制御すること（ひとつの指令値に追従させること（＝平均値制御）、およびクラスター間、クラスター内でそれぞれバランスをとること（＝バランス制御））が必要になる。このような機能をＰＷＭ制御部７３Ａは含んでいる。この点に関する説明は例示的に後述する（図２２）。
【０１３２】
この制御部７０Ｂにおける、通常の意味での制御から加えたさらなる機能については、図５での説明を参照することができる。端的には、図５において説明した「所定の第１端部側目標電流」、「実測に基づく第１端部側電流値」が、それぞれ、図１９では、「所定の目標無効電流」、「実測に基づく無効電流値」に置き換わっている。この実施形態においても、各２端子回路セルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能である。
【０１３３】
次に、図２２は、図１９中に示したＰＷＭ制御部７３Ａに関しその内部構成例を機能ブロックで示しており、ひとつの参考例である。ＰＷＭ制御部７３Ａは、この例では、コンデンサ電圧の平均値制御部７３Ａｂ、有効・無効電流の制御部７３Ａｃ、コンデンサ電圧の回路クラスター間のバランス制御部７３Ａｄ、回路クラスター内のコンデンサ電圧のバランス制御部７３Ａｅ、三角波キャリア発生部７３Ａｆ、比較部７３Ａｇを有する。
【０１３４】
図２２に示すように、図１９中に示したＰＷＭ制御部７３Ａに供給される２つの信号は、より具体的に、有効・無効電流の制御部７３Ａｃへ入力される信号である。そして、図示するように、ＰＷＭ制御部７３Ａがコンデンサ電圧の平均値制御およびバランス制御を含む制御を行うため、その構成は多層的である。
【０１３５】
以上説明したように、この実施形態の電力補償装置によれば、ＭＭＣを流用した電力補償器において、各２端子回路セルのコンデンサの両端電圧を検出し、その両端電圧が所定の電圧に達しているとき、そのコンデンサにそれ以上充電されない状態（第２のモード）に固定すべく指示を与える。そしてこれでは終わらず、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが１以上のある数以上であるときには、追従の目標である目標無効電流を通常より減じて適用し、減じて適用されてから時間経過後、第２のモードに固定された２端子回路セルについて固定状態を解除するように指令する。
【０１３６】
このように、追従の目標である目標無効電流が通常より減じて適用されている状態で２端子回路セルの固定状態が解除された場合、その後のＰＷＭ制御でそのコンデンサ両端電圧が下がる可能性が高い（少なくとも、通常通りの目標無効電流が適用されている状態で解除された場合より格段に可能性は高い）。そしてしかも、ＰＷＭ制御によりコンデンサに充放電がされている状態であるため短時間で下がる。
【０１３７】
その後、追従の目標である目標無効電流をもとに復帰して適用するようにする。したがって、各２端子回路セルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能な電力補償装置ならびにその制御装置および方法を提供することができる。
【０１３８】
（実施形態４）
次に、図２３は、実施形態４の電力補償装置である、３相３クラスターの電力補償装置（デルタ接続）を簡略化して示している。図２３において、各回路クラスター１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃの内部構成については、利用可能な２端子回路セルの点を除いて図１を参照することができる。この場合に利用可能な２端子回路セルは、実施形態３と同様に、上記で説明した２端子回路セルのうちでは、図１４に示したフルブリッジセル１１ｂおよび図１７に示したクロス接続フルブリッジセル１１ｅに限られる。
【０１３９】
この電力補償装置は、３相交流の系統線ｕ、ｖ、ｗに３つの回路クラスター１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃをデルタ接続で接続させ、これにより、３相交流の系統線に流れる無効電流を補償する。この電力補償装置も、ＭＭＣで使用されている回路構成を流用して無効電力補償装置として応用したものである。この図２３を理解することは、３つの回路クラスターがスター接続からデルタ接続に変更になっていることを除けば図１８の理解から容易に導ける。例えば、制御部７０Ｃと３つの回路クラスター１０Ｃ、２０Ｃ、３０Ｃとの間でやり取りされる信号については、図示するように、図１８に図示されたＭＭＣでの場合とほとんど変わらない。
【０１４０】
図２４は、図２３中に示した制御部７０Ｃに関しその主たる内部構成を機能ブロックで示している。この図２４は、図１９の図示からほとんど変更がない。３つの回路クラスターがスター接続からデルタ接続に変更になっていることから、ｕ相、ｖ相、ｗ相の代わりにｕｖ相、ｖｗ相、ｗｕ相と記載している点が図１９とは異なる。検出部７４、判断部７５、指示部７６、指示部７７、解除指令部７８については、図１９あるいは図５での説明と同様である。図５に示した構成の変形例としての図１０のような構成も採用可能である（図１０における指示部７７Ａ、解除指令部７８Ａ）。
【０１４１】
図２４における、スイッチング制御部７１Ａ、およびその内部構成である指示反映部７２Ａ、ＰＷＭ制御部７３Ａについては、同じ参照符号で示した図１９での説明とほとんど同じである。ただし、ＰＷＭ制御部７３Ａに供給する「実測に基づく無効電流」を導出する方法については、図１９での説明と少し異なる。
【０１４２】
すなわち、この場合に各クラスター電流から無効電流を導出するには、具体的に以下のようにする。まず、３つのクラスター電流から、ｕ相、ｖ相、ｗ相の系統ごとの入出力電流を導出する。次に、これらの入出力電流を入力信号として用いてｄｑ変換を行う。ｄｑ変換の結果として得られたそのｑ成分が無効電流である。ｄｑ変換に必要な位相情報は、入力されている線間電圧（ｕｖ線間電圧、ｖｗ線間電圧、ｗｕ線間電圧）を用いて導出することができる。
【０１４３】
この実施形態４において、上記の実施形態３で参照した図２０、図２１、図２２に相当する図示は、それぞれ同じものになる。この実施形態４も、各２端子回路セルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能な電力補償装置ならびにその制御装置および方法を提供することができる。
【０１４４】
以上説明したように、各実施形態の電力変換装置、電力補償装置によれば、ＭＭＣの構成を有する電力機器において、各２端子回路セルのコンデンサの両端電圧を検出し、その両端電圧が所定の電圧に達しているとき、その両端電圧を有するコンデンサを含む２端子回路セルをいわゆるオフ状態に固定すべく指示を与える。そしてこれでは終わらず、両端電圧が所定の電圧に達しているコンデンサが１以上のある数以上であるときには、追従の目標である電流を通常より減じて（あるいは等価的に減じて）適用し、減じて適用されてから時間経過後、オフ状態に固定された２端子回路セルについて固定状態を解除するように（あるいは、すべてのチョッパセルのＰＷＭ制御が復帰するように）指令する。
【０１４５】
このように、追従の目標である電流が通常より減じて適用されている状態で２端子回路セルの固定状態が解除された場合（あるいは、すべてのチョッパセルのＰＷＭ制御が復帰した場合）、その後のＰＷＭ制御でそのコンデンサ両端電圧が下がる可能性が高い（少なくとも、通常通りの目標電流が適用されている状態で解除された場合より格段に可能性は高い）。そしてしかも、ＰＷＭ制御によりコンデンサに充放電がされている状態であるため短時間で下がる。
【０１４６】
その後、必要に応じて、追従の目標である電流をもとに復帰して適用するようにする。したがって、各２端子回路セルが有するコンデンサの両端電圧が通常範囲外に上昇する場合に備え、その上昇した状態を短時間のうちに解消することが可能な電力変換装置および電力補償装置ならびにそれらの制御装置および方法を提供することができる。
【０１４７】
以上、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。これらの新規な実施形態は、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】
【０１４８】
１０，１０Ａ，２０，２０Ａ，３０，３０Ａ，４０，４０Ａ，５０，６０…アーム（回路クラスター）、１０Ｂ，１０Ｃ，２０Ｂ，２０Ｃ，３０Ｂ，３０Ｃ…回路クラスター、１１，２１，３１，４１，５１，６１…回路セル群、１１ａ…チョッパセル（２端子回路セル；ハーフブリッジセル）、１１ｂ…２端子回路セル（フルブリッジセル）、１１ｃ…２端子回路セル（３レベルチョッパセル）、１１ｄ…２端子回路セル（クランプダブルチョッパセル）、１１ｅ…２端子回路セル（クロス接続フルブリッジセル）、１２，２２，３２，４２，５２，６２…リアクトル、１３，２３，３３，４３，５３，６３…電流検出部、７０，７０Ａ，７０Ｂ，７０Ｃ，７００…制御部、７１，７１Ａ…スイッチング制御部、７２，７２Ａ…指示反映部、７３，７３Ａ…ＰＷＭ制御部、７３ａ…第１端部側電流の制御部、７３ｂ…コンデンサ電圧の平均値制御部、７３ｃ…第２端部側電流の制御部、７３ｄ…コンデンサ電圧の相間、上下のアーム間のバランス制御部、７３ｅ…アーム内のコンデンサ電圧のバランス制御部、７３ｆ…三角波キャリア発生部、７３ｇ…比較部、７３Ａｂ…コンデンサ電圧の平均値制御部、７３Ａｃ…有効・無効電流の制御部、７３Ａｄ…コンデンサ電圧の回路クラスター間のバランス制御部、７３Ａｅ…回路クラスター内のコンデンサ電圧のバランス制御部、７３Ａｆ…三角波キャリア発生部、７３Ａｇ…比較部、７４…検出部、７５…判断部、７６…指示部、７７，７７Ａ…指示部、７８，７８Ａ…解除指令部、８１…検出部、８２，８２Ａ…算出部、８３…ｄｑ変換部、１００，１００Ａ，２００，２００Ａ，３００…レグ。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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