(57)【要約】【課題】サブモジュールのスイッチング周波数が均等に維持されるモジュール型マルチレベルコンバータ及びその電圧バランシング制御方法を提供する。【解決手段】アームモジュールに含まれるｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報を受信し、ｎ個のサブモジュールをｍ個のサブモジュールグループにグループ化し、第１サブモジュールグループに含まれたサブモジュールそれぞれに対する第１状態情報を受信し、メモリに既に記憶されたｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報のうち、第１サブモジュールグループに含まれないサブモジュールそれぞれに対する第２状態情報を受信し、第１状態情報及び第２状態情報を利用してサブモジュールのスイッチングを制御し、第１状態情報をメモリにアップデートするモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。【選択図】図５
2017017976.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法において、
入力部によって、アームモジュールに含まれるｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報を受信するステップと、
前記入力部によって、前記ｎ個のサブモジュールをｍ個のサブモジュールグループにグループ化するステップと、
決定部によって、前記受信されたｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報のうち、前記ｍ個のサブモジュールグループのうち第１サブモジュールグループに含まれたサブモジュールそれぞれに対する第１状態情報を受信するステップと、
前記決定部によって、メモリに既に記憶された前記ｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報のうち、前記第１サブモジュールグループに含まれないサブモジュールそれぞれに対する第２状態情報を受信するステップと、
前記決定部によって、前記第１状態情報及び前記第２状態情報を利用してサブモジュールのスイッチングを制御するステップと、
前記決定部によって、前記第１状態情報を前記メモリにアップデートするステップとを含む、モジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項２】
前記第１状態情報及び第２状態情報それぞれは、オン／オフ状態情報及びサブモジュール電圧を含む、請求項１に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項３】
前記ｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報に基づいて、前記ｎ個のサブモジュールそれぞれに対する加重値情報を算出するステップをさらに含む、請求項２に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項４】
前記サブモジュールのスイッチングを制御するステップは、
前記加重値情報を、前記第１状態情報に含まれたサブモジュール電圧及び前記第２状態情報に含まれたサブモジュール電圧に反映するステップを含む、請求項３に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項５】
前記加重値情報は、正の電圧値、負の電圧値、及び０を含み、
前記電圧値が、前記第１状態情報に含まれたサブモジュール電圧及び前記第２状態情報に含まれたサブモジュール電圧に加減される、請求項４に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項６】
前記サブモジュールのスイッチングを制御するステップは、
前記加重値が反映されたｎ個のサブモジュールをオン状態サブモジュールグループ及びオフ状態サブモジュールグループにグループ化するステップと、
前記オン状態サブモジュールグループに含まれたサブモジュールのうち最小サブモジュール電圧を有するサブモジュール及び最大サブモジュール電圧を有するサブモジュール、並びに、前記オフ状態サブモジュールグループに含まれたサブモジュールのうち最小サブモジュール電圧を有するサブモジュール及び最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールを決定するステップとをさらに含む、請求項４に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項７】
前記グループ化するステップは、
オン状態サブモジュールグループまたはオフ状態サブモジュールグループに含まれるように、前記オン／オフ状態情報に基づいて、前記加重値が反映されたｎ個のサブモジュールそれぞれがオン状態であるか、オフ状態であるかを判断するステップを含む、請求項６に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項８】
前記決定部によって、前記ｎ個のサブモジュールグループに含まれたサブモジュールそれぞれに対する状態情報はｍ回を周期にして受信される、請求項１に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項９】
前記ｍ回の周期の間に、前記ｍ個のサブモジュールグループそれぞれに含まれるサブモジュールそれぞれに対する状態情報が１回ずつ受信される、請求項８に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項１０】
差異値情報及び前記アームモジュールのアーム電流に基づいて、オン状態サブモジュールグループに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュール及び最大サブモジュール電圧を有するサブモジュール、並びに、オフ状態サブモジュールグループに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュール及び最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールのうち少なくとも１つのサブモジュールの状態を変更させるステップをさらに含む、請求項１に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項１１】
前記差異値情報は、制御部から伝達された基準電圧と前記アームモジュールのアーム電圧との間の差異値である、請求項１０に記載のモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法。
【請求項１２】
アームモジュールに含まれるｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報が記憶されているメモリと、
前記アームモジュールから前記ｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報が入力され、前記ｎ個のサブモジュールをｍ個のサブモジュールグループにグループ化する入力部と、
前記ｍ個のサブモジュールグループのうち第１サブモジュールグループに含まれるサブモジュールそれぞれに対する第１状態情報を受信して、前記メモリに既に記憶されたｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報のうち前記第１サブモジュールグループに含まれないサブモジュールそれぞれに対する第２状態情報を受信して、前記第１状態情報及び前記第２状態情報を利用してサブモジュールのスイッチング制御を決定する決定部とを含む、モジュール型マルチレベルコンバータ。
【請求項１３】
前記第１状態情報及び第２状態情報それぞれは、オン／オフ状態情報及びサブモジュール電圧を含み、
前記ｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報に基づいて、前記ｎ個のサブモジュールそれぞれに対する加重値情報を算出する加重値算出部とをさらに含む、請求項１２に記載のモジュール型マルチレベルコンバータ。
【請求項１４】
前記加重値情報は、正の電圧値、負の電圧値、及び０を含む、請求項１３に記載のモジュール型マルチレベルコンバータ。
【請求項１５】
前記決定部は、前記電圧値を、前記第１状態情報に含まれたサブモジュール電圧及び前記第２状態情報に含まれたサブモジュール電圧に加減させる、請求項１４に記載のモジュール型マルチレベルコンバータ。
【請求項１６】
前記決定部は、オン状態サブモジュールグループまたはオフ状態サブモジュールグループに含まれるように、前記オン／オフ状態情報に基づいて、前記加重値が反映されたｎ個のサブモジュールそれぞれがオン状態であるか、オフ状態であるかを判断する、請求項１５に記載のモジュール型マルチレベルコンバータ。
【請求項１７】
前記決定部は、前記判断結果に基づいて、前記加重値が反映されたｎ個のサブモジュールをオン状態サブモジュールグループ及びオフ状態サブモジュールグループにグループ化して、前記オン状態サブモジュールグループに含まれたサブモジュールのうち最小サブモジュール電圧を有するサブモジュール及び最大サブモジュール電圧を有するサブモジュール、並びに、前記オフ状態サブモジュールグループに含まれたサブモジュールのうち最小サブモジュール電圧を有するサブモジュール及び最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールを決定する、請求項１６に記載のモジュール型マルチレベルコンバータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はモジュール型マルチレベルコンバータに関し、特に電圧バランシング制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
高圧直流送電（ＨＶＤＣ： Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｒｅｃｔ−Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）は、交流送電（ＨＶＡＣ： Ｈｉｇｈ Ｖｏｌｔａｇｅ Ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ−Ｃｕｒｒｅｎｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）に比べて長距離送電、非同期系統連係、海底ケーブル使用及び電力制御可能などの長所を有しており、その応用事例が引き続き増加している。
【０００３】
高圧直流送電システムは、送電側で交流電力を直流電力に変換して送電し、需要側で直流電力を交流電力に変換して需要家に供給する。
【０００４】
したがって、高圧直流送電システムでは交流電力を直流電力に、または直流電力を交流電力に変換するためにコンバータの具備が必須である。
【０００５】
このようなコンバータは、図１に示すように、６つのアーム（ａｒｍ）Ｄ１乃至Ｄ６から構成される。各アームＤ１乃至Ｄ６のスイッチング制御によって交流電力が直流電力に変換される。
【０００６】
各アームＤ１乃至Ｄ６にはスイッチが具備される。しかし、１つのスイッチが耐えられる耐圧には限界がある。
【０００７】
したがって、最近になって各アームＤ１乃至Ｄ６に多数のサブモジュールが具備されて各サブモジュールの選択的なスイッチング制御によって高電圧にも耐えられるモジュール型マルチレベルコンバータが提案されている。
【０００８】
各サブモジュールは２つのＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とキャパシタから構成される。
【０００９】
各アームＤ１乃至Ｄ６に具備されたサブモジュールの個数はモジュール型マルチレベルコンバータの処理容量によって決定され、多くは数百個までも具備される。しかし、このようなサブモジュールを選択的にスイッチング制御することは容易でない。
【００１０】
特に、サブモジュールに具備されたキャパシタの電圧値は運転状況などによって固定されずに変動する。併せて、数多くのサブモジュールが互いに異なる製造会社によって製造された場合、各サブモジュールのキャパシタの規格が異なることがある。したがって、各サブモジュールのキャパシタのキャパシタンスが異なり、このようなキャパシタのキャパシタンスの相異に起因して各サブモジュールのキャパシタのキャパシタンス電圧が変わる。キャパシタ電圧はキャパシタに充電された電圧である。
【００１１】
各サブモジュールのキャパシタンスの容量が異なる際にはキャパシタンスに充電される電圧の充電時間が異なるため、低い容量のキャパシタンスを有するサブモジュールのスイッチング周波数（ｓｗｉｔｈｃｈｉｎｇ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）は急激に増加し、高い容量のキャパシタンスを有するサブモジュールのスイッチング周波数は急激に減少する。このように各サブモジュールのスイッチング周波数が急激に増加したり、急激に減少したりすると、サブモジュールに具備されたＩＧＢＴの寿命が短くなる問題がある。
【００１２】
これはつまり、サブモジュールの寿命を短縮させるためにサブモジュールのキャパシタ電圧を一定に維持するようにする技術が切実に必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前述した問題及び他の問題を解決することを目的とする。
【００１４】
本発明の他の目的は、サブモジュールのキャパシタ電圧が変動する状況でもサブモジュールのスイッチング周波数が均等に維持されるようにして、サブモジュールの寿命を延長させるモジュール型マルチレベルコンバータ及びモジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記または他の目的を達成するために本発明の一側面によると、モジュール型マルチレベルコンバータの電圧バランシング制御方法は、入力部によって、アームモジュールに含まれるｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報を受信するステップと、前記入力部によって、前記ｎ個のサブモジュールをｍ個のサブモジュールグループにグループ化するステップと、決定部によって、前記受信されたｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報のうち、前記ｍ個のサブモジュールグループのうち第１サブモジュールグループに含まれたサブモジュールそれぞれに対する状態情報を受信するステップと、前記決定部によって、メモリに既に記憶された前記ｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報のうち、前記第１サブモジュールグループに含まれないサブモジュールそれぞれに対する第２状態情報を受信するステップと、前記決定部によって、前記第１状態情報及び前記第２状態情報を利用してサブモジュールのスイッチングを制御するステップと、前記決定部によって、前記第１状態情報を前記メモリにアップデートするステップとを含む。
【００１６】
前記または他の目的を達成するために本発明の他の側面によると、モジュール型マルチレベルコンバータは、アームモジュールに含まれるｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報が記憶されているメモリと、前記アームモジュールから前記ｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報が入力され、前記ｎ個のサブモジュールをｍ個のサブモジュールグループにグループ化する入力部と、前記ｍ個のサブモジュールグループのうち第１サブモジュールグループに含まれるサブモジュールそれぞれに対する第１状態情報を受信し、前記メモリに既に記憶されたｎ個のサブモジュールそれぞれに対する状態情報のうち前記第１サブモジュールグループに含まれないサブモジュールそれぞれに対する第２状態情報を受信して、前記第１状態情報及び前記第２状態情報を利用してサブモジュールのスイッチング制御を決定する決定部とを含む。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による端末機の効果に対して説明すると下記の通りである。
【００１８】
本発明の実施例のうち少なくとも１つによると、加重値情報を各サブモジュールのサブモジュール電圧に反映させることで、アームモジュール内の多数のサブモジュール間のスイッチング周波数を均等に維持させるために各サブモジュール自体及び各サブモジュールのスイッチの寿命を延長させて製品に対する信頼性を向上させるという長所がある。
【００１９】
本発明の適用可能性のさらなる範囲は、以下に示す詳細な説明から明白になるであろう。しかし、本発明の思想及び範囲内における様々な変更及び修正は、当業者には明らかになるので、詳細な説明及び本発明の好ましい実施例のような特定の実施例は単なる例示として与えられたものと理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】高電圧直流送電システムに具備された一般的なコンバータを示す図である。
【図２】本発明の一実施例によるモジュール型マルチレベルコンバータを示す図である。
【図３】本発明の一実施例によるモジュール型マルチレベルコンバータで３相アームブリッジの結線を示す図である。
【図４】アームに含まれたサブモジュールの回路図である。
【図５】図２の駆動部を示す図である。
【図６】多数のサブモジュールに対するグループ化を示す図である。
【図７】入力部からサブモジュールグループ別に情報が決定部に伝達される様子を示す図である。
【図８】各状態グループ別に最小／最大キャパシタ電圧を有するサブモジュールを決定する様子を示す図である。
【図９】各状態グループ別に求められた最小／最大キャパシタ電圧を有するサブモジュールの状態を変更する様子を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付された図面を参照して本明細書に開示された実施例を詳細に説明するに当たって、図面の符号と関係なく同一または類似の構成要素には同一の参照番号を付し、これに対する重複説明を省略する。以下の説明で使われる構成要素に対する接尾辞「モジュール」及び「部」は、明細書作成上の容易さのみを考慮して付与または混用されるものであって、それ自体で互いに区別される意味または役割を有するものではない。また、本明細書に開示された実施例を説明するに当たって、関連する公知技術に対する具体的な説明が本明細書に開示された実施例の要旨を不明確にする恐れがあると判断される場合、その詳細な説明を省略する。また、添付された図面は本明細書に開示された実施例を容易に理解できるようにするためのものであって、添付図面によって本明細書に開示された技術的思想を制限するものでなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるいずれの変更、均等物乃至代替物を含むものと理解すべきである。
【００２２】
図２は、本発明の一実施例によるモジュール型マルチレベルコンバータを示す。
【００２３】
図２を参照すると、本発明の一実施例によるモジュール型マルチレベルコンバータは、制御部１０、多数の駆動部１２乃至１７及び多数のアームモジュール２０乃至２５を含む。後述するように、各アームモジュール２０乃至２５には、多数のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎが具備される。
【００２４】
多数の駆動部１２乃至１７は、多数のアームモジュール２０乃至２５と、それぞれ一対一対応で連結される。
【００２５】
例えば、第１駆動部１２は第１アームモジュール２０と連結されて、第１アームモジュール２０の関連情報が第１駆動部１２に提供され、第１駆動部１２によって第１アームモジュール２０の関連情報に基づいて生成された多数のゲート信号が、第１アームモジュール２０に提供される。このような方式で、残りのアームモジュール２１乃至２５それぞれも、対応する駆動部１３乃至１７から多数のゲート信号を提供される。
【００２６】
各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎは、スイッチ及びキャパシタを含んでもよい。スイッチとキャパシタの連結構造は、後ほど図４を参考にして説明する。各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎは、サイリスタ（ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）をさらに含んでもよい。
【００２７】
各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎにいきなり過度の電流が流入される場合、サイリスタは、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎに流入された過度の電流をバイパスさせて、キャパシタやスイッチの損傷を防止する。前記スイッチは、例えばＩＧＢＴを含んでもよいが、これに限定されない。
【００２８】
残りの駆動部、例えば、第２乃至第６駆動部１３、１４、１５、１６、１７は、第１駆動部１２と同一の動作を行う。
【００２９】
各アームモジュール２０乃至２５の関連情報は、図５に示すように、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの状態情報、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）及びアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）を含む。各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの状態情報は、オン／オフ状態情報ｇ（ｔ）、サブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、バイパス情報などを含んでもよい。
【００３０】
サブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）は、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎに含まれたキャパシタに充電された電圧を意味する。
【００３１】
制御部１０は、多数の駆動部１２乃至１７を制御する一方、多数の駆動部１２乃至１７に基準電圧（図５のＶｒｅｆ（ｔ）参照）を提供する。
【００３２】
多数の駆動部１２乃至１７は、制御部１０から提供された基準電圧Ｖｒｅｆ（ｔ）に基づいて、各アームモジュール２０乃至２５に連結された多数のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのオン（ｏｎ）個数を決定する。各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのオンとは、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのスイッチをターンオンさせることを意味する。後述するように、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎには、少なくとも１つのスイッチ、例えばＩＧＢＴが具備される。
【００３３】
図３に示すように、３相アームブリッジ結線には、例えば６つのアームモジュール２０乃至２５が具備される。各アームモジュール２０乃至２５は、多数のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎを含む。各アームモジュール２０乃至２５に含まれたサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの個数は、同一であるか、または異なることもある。
【００３４】
各アームモジュール２０乃至２５は、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのスイッチングオン／オフを制御し、各駆動部１２乃至１７は通信を介して情報をやりとりできる。すなわち、各アームモジュール２０乃至２５は、対応する駆動部１２乃至１７に各アームモジュール２０乃至２５の関連情報を提供し、各駆動部１２乃至１７から各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのスイッチングのための多数のゲート信号を提供される。
【００３５】
本発明では、各アームモジュール２０乃至２５にｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎが具備されているが、各アームモジュール２０乃至２５にｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎより多いかまたは少ないサブモジュールが具備されてもよい。
【００３６】
各アームモジュール２０乃至２５内の多数のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎは、互いに直列に連結される。
【００３７】
各アームモジュール２０乃至２５は、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの状態情報、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）及びアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）を、対応する駆動部１２乃至１７に提供する。
【００３８】
図示していないが、各アームモジュール２０乃至２５に具備された多数のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎは、一定個数別にグループ化されて、グループ単位でボード（ｂｏａｒｄ）に実装される。
【００３９】
図示していないが、各アームモジュール２０乃至２５にはグループ単位のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎが実装されたボード以外に、通信機能や制御機能が具備されたメインモードが具備されてもよいが、これに限定されない。このようなメインボードから各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの状態情報を聚合して、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）及びアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）が把握され、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの状態情報、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）及びアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）が駆動部１２乃至１７に提供される。また、メインボードは駆動部１２乃至１７から提供された多数のゲート信号を受信し、前記多数のゲート信号を対応するサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎに提供して、前記多数のゲート信号に応答して各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎがターンオンまたはターンオフされるように制御する。
【００４０】
各アームモジュール２０乃至２５と駆動部１２乃至１７は、光ケーブルで連結されて光通信を利用して情報をやりとりする。
【００４１】
各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎは、ハーフタイプ（ｈａｌｆ−ｔｙｐｅ）サブモジュール（図４ａ）またはフルタイプ（ｆｕｌｌ−ｔｙｐｅ）サブモジュール（図４ｂ）であってもよい。
【００４２】
図４ａに示すように、ハーフタイプサブモジュールは、２つのスイッチＳ１、Ｓ２、２つのダイオードＤ１、Ｄ２及びキャパシタＣＭを含む。
【００４３】
各ダイオードＤ１、Ｄ２は、各スイッチＳ１、Ｓ２に並列連結され、電流の逆流を防止してスイッチＳ１、Ｓ２の誤動作を防止する。
【００４４】
キャパシタＣＭは、第１及び第２スイッチＳ１、Ｓ２のターンオン時に入力される電圧を充電し、第１及び第２スイッチＳ１、Ｓ２のターンオフ時に前記充電された電圧を放電させる役割をする。
【００４５】
第１及び第２スイッチＳ１、Ｓ２は、駆動部１２乃至１７から提供されたゲート信号によってターンオンまたはターンオフされる。第１及び第２スイッチＳ１、Ｓ２がターンオンされる際に、交流電圧がキャパシタＣＭに充電される。
【００４６】
第１及び第２スイッチＳ１、Ｓ２それぞれは、ＩＧＢＴであってもよいが、これに限定されない。
【００４７】
図４ｂに示すように、フルタイプサブモジュールは４つのスイッチＳ１乃至Ｓ４、４つのダイオードＤ１乃至Ｄ４及びキャパシタＣＭを含む。
【００４８】
各ダイオードＤ１乃至Ｄ４は各スイッチＳ１乃至Ｓ４に並列連結される。
【００４９】
例えば、第１及び第４スイッチＳ１、Ｓ４がターンオンされる際に、正極性の交流電圧がキャパシタＣＭに充電され、第２及び第３スイッチＳ２、Ｓ３がターンオンされる際に、負極性の交流電圧がキャパシタＣＭに充電されてもよいが、これに限定されない。
【００５０】
本発明のモジュール型マルチレベルコンバータには、２つの３相アームブリッジ結線が具備されてもよいが、これに限定されない。
【００５１】
これまでのように構成されたモジュール型マルチレベルコンバータの駆動部１２乃至１７の動作方法を説明する。
【００５２】
図５では、説明の便宜のために、駆動部１２を代表に図示しているが、残りの駆動部１３乃至１７も、図５と同一の構成要素で構成され、同一の機能が行われる。
【００５３】
図５を参照すると、駆動部１２は入力部１１０、メモリ１２０、加重値算出部１４０及び決定部１３０を含む。
【００５４】
併せて、駆動部１２は、差異算出部１５０及び状態変換部１６０をさらに含む。
【００５５】
入力部１１０は、アームモジュール２０から提供された各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの状態情報、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）及びアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）のような関連情報を受信する。各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの状態情報はオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）、サブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、バイパス情報などを含んでもよい。
【００５６】
アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）及びアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）それぞれは、アームモジュール２０から１つずつ生成されるのに対し、オン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）それぞれはアームモジュール２０に含まれた各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎの個数分が生成される。例えば、アームモジュール２０にｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎが具備されれば、オン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）それぞれは、ｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎ分が生成される。
【００５７】
入力部１１０は、図６に示すように、ｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎをｍ個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍにグループ化して、ｍ個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍのうち１つのサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）を決定部１３０に伝達する。
【００５８】
他の実施例として、入力部１１０にｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）が毎周期ごとに更新及び記憶され、決定部１３０が、前記更新されたｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）のうちｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）を読み取ることもできる。例えば、各サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍは、１６個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿１６で構成されるが、これに限定されない。
【００５９】
もし、ｎが２５６で、各サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍが１６個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿１６で構成される場合、２５６個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿２５６は、計１６個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿１６にグループ化される。
【００６０】
例えば、第１乃至第１６サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿１６は第１サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１にグループ化され、第１７乃至第３２サブモジュールＳＭ＿１７乃至ＳＭ＿３２は第２サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿２にグループ化される。このような方式によって、第２４１乃至第２５６サブモジュールＳＭ＿２４１乃至ＳＭ＿２５６は第１６サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１６にグループ化される。
【００６１】
入力部１１０は、日程周期ごとに入力されるｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎによってグループ化されたｍ個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍのうち、１つのサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）を決定部１３０に伝達する。
【００６２】
他の実施例として、前述したように、決定部１３０が入力部１１０から直接ｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）のうち、ｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）を読み取ることもできる。
【００６３】
図７に示すように、例えばｔ１時点に、アームモジュール２０からｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）が入力部１１０に伝達される。入力部１１０は、ｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎをｍ個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍにグループ化した後、第１サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１にグループ化された第１乃至第１６サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿１６それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）を決定部１３０に伝達する。
【００６４】
一方、第１サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１からグループ化された第１乃至第１６サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿１６それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）はメモリ１２０に伝達されて、前記伝達されたオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）がメモリ１２０にアップデートされる。すなわち、以前にメモリ１２０に記憶された第１サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１に含まれた第１乃至第１６サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿１６それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ−Δｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）が、現在メモリ１２０に伝達された第１サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１に含まれた第１乃至第１６サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿１６それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）にアップデートされる。
【００６５】
続いて、ｔ２時点にアームモジュール２０からまた他のｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎが入力部１１０に伝達される。入力部１１０は、また他のｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎをｍ個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍにグループ化した後、第２サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿２にグループ化された第１７乃至第３２サブモジュールＳＭ＿１７乃至ＳＭ＿３２それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）を決定部１３０に伝達する。一方、第２サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿２からグループ化された第１７乃至第３２サブモジュールＳＭ＿１７乃至ＳＭ＿３２それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）は、メモリ１２０に伝達されて前記伝達されたオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）がメモリ１２０にアップデートされる。すなわち、以前にメモリ１２０に記憶された第２サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿２に含まれた第１７乃至第３２サブモジュールＳＭ＿１７乃至ＳＭ＿３２それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ−Δｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）が、現在メモリ１２０に伝達された第２サブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿２に含まれた第１７乃至第３２サブモジュールＳＭ１７乃至ＳＭ＿３２それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）にアップデートされる。
【００６６】
このような方式で継続して進行し、例えば、ｔｍ時点にアームモジュール２０からｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎが入力部１１０に伝達される。入力部１１０は、ｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎをｍ個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍにグループ化した後、第ｍサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿ｍにグループ化された第２４１乃至第２５６サブモジュールＳＭ＿２４１乃至ＳＭ＿２５６それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）を決定部１３０に伝達する。一方、第ｍサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿ｍからグループ化された第２４１乃至第２５６サブモジュールＳＭ＿２４１乃至ＳＭ＿２５６それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）は、メモリ１２０に伝達されて、前記伝達されたオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）がメモリ１２０にアップデートされる。すなわち、以前にメモリ１２０に記憶された第ｍサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿ｍに含まれた第２４１乃至第２５６サブモジュールＳＭ＿２４１乃至ＳＭ＿２５６それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ−Δｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）が、現在メモリ１２０に伝達された第ｍサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿ｍに含まれた第２４１乃至第２５６サブモジュールＳＭ２４１乃至ＳＭ＿２５６それぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）にアップデートされる。
【００６７】
このように、ｍ回を周期にして、ｍ個の時点ごとに入力されたｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎからグループ化されたｍ個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍのうち１つのサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）が、１回ずつ決定部１３０とメモリ１２０に入力される。
【００６８】
したがって、ｍ回の周期の間にｍ個のサブモジュールグループＧｒｏｕｐ＿１乃至Ｇｒｏｕｐ＿ｍそれぞれは、少なくとも１度は決定部１３０やメモリ１２０に伝達される。メモリ１２０では、ｍ回の周期の間に少なくとも１度伝達されたサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）が、メモリ１２０に既に記憶されているか、またはアップデートされた以前に伝達されたサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ−Δｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）を代替してアップデートされる。
【００６９】
一方、入力部１１０は、アームモジュール２０から伝達されたｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）を加重値算出部１４０に伝達する。
【００７０】
加重値算出部１４０は、入力部１１０から伝達されたｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、そしてアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）に基づいて、ｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれに対する加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）を算出または生成して、前記算出された加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）を決定部１３０に伝達する。
【００７１】
加重値算出部１４０と決定部１３０とは互いに異なる演算モジュールで構成される。例えば、加重値算出部１４０はＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）で構成され、決定部１３０はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）で構成される。
【００７２】
ＦＰＧＡは並列演算処理が可能である。したがって、加重値算出部１４０に伝達されたｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）は、並列処理が可能で処理速度が向上するために、加重値算出部１４０に負荷（ｌｏａｄ）が大きくかからなくなる。
【００７３】
加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）は電圧値に現れ、例えば、正の電圧値、負の電圧値または０である。加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が正の電圧値であれば、入力部１１０から決定部１３０に伝達された該当サブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）に加わる。加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が負の電圧値であれば、入力部１１０から決定部１３０に伝達された該当サブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）から減算される。加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が０であれば、入力部１１０から決定部１３０に伝達された該当サブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）がそのまま維持される。
【００７４】
加重値算出部１４０で加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）を算出するために多様なアルゴリズムが利用されるが、このようなアルゴリズムは広く知られた技術である。
【００７５】
例えば、ＲＬＳ（ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅ）アルゴリズムが利用される。このようなアルゴリズムは、定格で決まったキャパシタンス値によるエネルギー変動関係（定格容量と力率、そして電圧リップル（ｒｉｐｐｌｅ）関係）を基準に変化された（推定された）キャパシタにおけるエネルギー量を計算して、その不足分または余裕分を算出する。エネルギー変動とキャパシタンスの間の関係を介して変化するキャパシタンスと同一に合わせるための加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が算出される。
【００７６】
このような加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が、入力部１１０から決定部１３０に伝達された該当サブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）に加減または維持されることで、アームモジュール２０内の多数のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎ間のスイッチング周波数が均等に維持される。
【００７７】
決定部１３０は、入力部１１０から伝達された１つのサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）とメモリ１２０に記憶されたｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのうち入力部１１０から入力されるｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓを除外した残りのサブモジュールグループそれぞれに含まれた（ｎ−ｓ）個のサブモジュールに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ−Δｔ）及びサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）を受信する。
【００７８】
決定部１３０は、入力部１１０から入力される１つのサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれに対するサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）に、加重値算出部１４０から伝達された加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）を反映する。
【００７９】
なお、決定部１３０は、メモリ１２０から受信して入力部１１０から入力される１つのサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓを除外した残りのサブモジュールグループそれぞれに含まれた（ｎ−ｓ）個のサブモジュールに対するサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）に、加重値算出部１４０から伝達された加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）を反映する。
【００８０】
加重値算出部１４０から算出された加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）は、ｎ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎそれぞれに対応して生成される。
【００８１】
例えば、加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が正の電圧値であれば、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）に加わり、加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が負の電圧値であれば、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）から減算され、加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が０であれば各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）がそのまま維持される。
【００８２】
決定部１３０は入力部１１０から入力される１つのサブモジュールグループに含まれたｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓそれぞれに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）及びメモリ１２０から受信されるｓ個のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｓを除外した残りのサブモジュールそれぞれに含まれた（ｎ−ｓ）個に対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ−Δｔ）に基づいて各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎをオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐとオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐにグループ化する。
【００８３】
図８（ａ）に示すように、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎに対するオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）、ｇ（ｔ−Δｔ）を介して、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのオン／オフ状態を把握する。各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎがオン状態であることは、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎ内のスイッチがターンオン状態であることを意味し、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎがオフ状態であることは、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎ内のスイッチがターンオフされた状態であることを意味する。
【００８４】
したがって、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）、ｇ（ｔ−Δｔ）に基づいて、オン状態である各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎがオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐにグループ化される。
【００８５】
同様に、図８（ｂ）に示すように、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのオン／オフ状態情報ｇ（ｔ）、ｇ（ｔ−Δｔ）に基づいて、オフ状態である各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎがオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐにグループ化される。
【００８６】
前述した説明と違って、まず各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎをオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐとオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐにグループ化した後、該当サブモジュールグループに含まれた各サブモジュールのサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）に加重値算出部１４０から伝達された加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）が反映されてもよいが、これに限定されない。
【００８７】
決定部１３０は、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに含まれた多数のサブモジュールのサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）のうち、最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）を決定する。
【００８８】
図８（ａ）に示すように、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに含まれた多数のサブモジュールのサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）がそれぞれ３Ｖ、３Ｖ、６Ｖ、５Ｖ、１Ｖ、…、４Ｖ、５Ｖ、９Ｖだとすれば、１Ｖが最小電圧になり、９Ｖが最大電圧になるため、１Ｖを有するサブモジュールがオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐにおける最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）に決定され、９Ｖを有するサブモジュールがオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐにおける最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）に決定される。
【００８９】
同様に、決定部１３０はオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに含まれた多数のサブモジュールのサブモジュール電圧のうち、最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と、最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）とを決定する。
【００９０】
図８（ｂ）に示すように、オフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに含まれたサブモジュールのサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）がそれぞれ４Ｖ、７Ｖ、２Ｖ、２Ｖ、４Ｖ、…、８Ｖ、１Ｖ、４Ｖだとすれば、１Ｖが最小電圧になり、８Ｖが最大電圧になるために、１Ｖを有するサブモジュールがオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐにおける最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）に決定され、８Ｖを有するサブモジュールがオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐにおける最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）に決定される。
【００９１】
このように決定されたオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）、そしてオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）が状態変換部１６０に伝達される。
【００９２】
差異算出部１５０は、制御部１０から伝達された基準電圧Ｖｒｅｆ（ｔ）とアームモジュール２０から伝達されたアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）を比較して、その差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）を算出する。
【００９３】
アーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）は、例えばアームモジュール２０から入力部１００を経由して差異算出部１５０に伝達されてもよいが、これに限定されない。
【００９４】
例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ（ｔ）からアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）を減算して、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が算出される。
【００９５】
例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ（ｔ）がアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）より大きければ、正（＋）の差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が算出される。正（＋）の差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）は現在オフ状態である特定サブモジュールをオン状態に活性化させることを意味する。例えば、特定サブモジュールのスイッチが現在ターンオフ状態である場合、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が正（＋）であれば特定サブモジュールのスイッチがターンオン状態に変更される。
【００９６】
例えば、基準電圧Ｖｒｅｆ（ｔ）がアーム電圧Ｖａｒｍ（ｔ）より小さければ、負（−）の差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が算出される。負（−）の差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）は現在オン状態の特定サブモジュールをオフ状態に非活性化させることを意味する。例えば、特定サブモジュールのスイッチが現在ターンオン状態である場合、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が負（−）であれば特定サブモジュールのスイッチがターンオフ状態に変更される。
【００９７】
これとは反対に、正（＋）の差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が算出される場合、現在オン状態の特定サブモジュールがオフ状態に非活性化され、負（−）の差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が算出される場合、現在オン状態の特定サブモジュールが現在オフ状態である特定サブモジュールがオン状態に活性化される。
【００９８】
状態変換部１６０は、アームモジュール２０から伝達されたアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）及び差異算出部１５０から伝達された差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）を受信する。アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）は、例えばアームモジュール２０から入力部１１０を経由して状態変換部１６０に伝達されてもよいが、これに限定されない。
【００９９】
なお、状態変換部１６０は、決定部１３０から伝達されたオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）、そしてオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）を受信する。
【０１００】
状態変換部１６０は、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）及びアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）に基づいて、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）、そしてオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）のうち少なくとも１つのサブモジュールの状態を変更させる。
【０１０１】
図９は、各状態グループ別に求められた最小／最大キャパシタ電圧を有するサブモジュールの状態を変更する様子を示す。
【０１０２】
図９で、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）が０より大きいのは順方向電流を意味し、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）が０より小さいのは逆方向電流を意味する。これは言い方を変えれば、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）が０より大きいのはサブモジュールが充電されることを意味し、アーム電流ｉａｒｍ（ｔ）が０より小さいのはサブモジュールが放電されることを意味する。
【０１０３】
図９（ａ）乃至図９（ｃ）は順方向電流であって、サブモジュールが充電される状態を示し、図９（ｄ）乃至図９（ｆ）は逆方向電流であって、サブモジュールが放電される状態を示す。
【０１０４】
図９（ａ）に示すように、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）とアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）のいずれも０より大きければ、状態変換部１６０は、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）、そしてオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）のうち、オフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）をオフ状態からオン状態に変更させる。したがって、オフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）に含まれたスイッチは、元々はターンオフされるべきであるが、該当サブモジュールがオン状態に変更されたために、該当スイッチはターンオンされる。
【０１０５】
図９（ｂ）に示すように、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）は０より小さくアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）が０より大きければ、状態変換部１６０は、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）、そしてオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）のうち、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）をオン状態からオフ状態に変更させる。したがって、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）に含まれたスイッチは、元々はターンオンされるべきであるが、該当サブモジュールがオフ状態に変更されたために、該当スイッチはターンオフされる。
【０１０６】
図９（ｃ）に示すように、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が０でアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）が０より大きければ、状態変換部１６０は、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）をオン状態からオフ状態に変更させる一方、オフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）をオフ状態からオン状態に変更させる。
【０１０７】
図９（ｄ）に示すように、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）が０より大きいがアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）が０より小さければ、状態変換部１６０はオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）、そしてオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）のうちオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）をオフ状態からオン状態に変更させる。したがって、オフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）に含まれたスイッチは元々はターンオフされるべきであるが、該当サブモジュールがオン状態に変更されたために該当スイッチはターンオンされる。
【０１０８】
図９（ｅ）に示すように、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）及びアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）のいずれも０より小さければ、状態変換部１６０はオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）、そしてオフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）と最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）のうちオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）をオン状態からオフ状態に変更させる。したがって、オン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）に含まれたスイッチは元々はターンオンされるべきであるが、該当サブモジュールがオフ状態に変更されたために該当スイッチはターンオフされる。
【０１０９】
図９（ｆ）に示すように、差異値Ｄｉｆｆ（ｔ）は９でアーム電流ｉａｒｍ（ｔ）が０より小さければ、状態変換部１６０はオン状態サブモジュールグループｏｎ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最小サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｎ＿ｓｔａｔｅ（ｍｉｎ）をオン状態からオフ状態に変更させる一方、オフ状態サブモジュールグループｏｆｆ−ｓｔａｔｅ ＳＭ ｇｒｏｕｐに対する最大サブモジュール電圧を有するサブモジュールＳＭｏｆｆ＿ｓｔａｔｅ（ｍａｘ）をオフ状態からオン状態に変更させる。
【０１１０】
これまで説明されたｎ、ｍ及びｓは自然数であってもよい。
【０１１１】
以上のように、本発明は加重値情報Ｖｖｉｒｔｕａｌ（ｔ）を各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのサブモジュール電圧Ｖｓｍ（ｔ）、Ｖｓｍ（ｔ−Δｔ）に反映させることで、アームモジュール２０内の多数のサブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎ間のスイッチング周波数を均等に維持させてくれるために、各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎ自体及び各サブモジュールＳＭ＿１乃至ＳＭ＿ｎのスイッチの寿命を延長させて製品に対する信頼性を向上させる。
【０１１２】
以上の詳細な説明は、すべての面で制限的に解釈されてはならず例示的なものとして考慮されるべきである。本発明の範囲は添付された請求項の合理的解釈によって決定されるべきであり、本発明の等価的範囲内における変更はいずれも本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１１３】
１０    制御部
１２、１３、１４、１５、１６、１７    駆動部
２０、２１、２２、２３、２４、２５    アームモジュール
１１０    入力部
１２０    メモリ
１３０    決定部
１４０    加重値算出部
１５０    差異算出部
１６０    状態変換部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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