(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置であって、
前記交流回路の複数の相に対応する複数のレグ回路を含む電力変換回路部を備え、
各前記レグ回路は、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の変換器セルを含み、
前記複数の変換器セルの各々は、２つ以上のスイッチング素子を有する第１変換器セル、または、４つ以上のスイッチング素子を有する第２変換器セルであり、
前記複数の変換器セルの動作を制御する制御装置をさらに備え、
前記制御装置は、
前記複数のレグ回路間を循環する循環電流に基づかずに制御される複数の前記第１変換器セルを、前記直流回路および前記交流回路を含まない閉回路を示す循環回路において循環電圧を出力する電圧源として動作させ、
複数の前記第２変換器セルを、前記循環回路において循環電流を制御するように動作させる、電力変換装置。
【請求項２】
前記制御装置は、各前記第２変換器セルのコンデンサの電圧をコンデンサ電圧指令値に追従させるための循環電流が前記循環回路に流れるように前記第２変換器セルを動作させる、請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記制御装置は、各前記第２変換器セルのコンデンサの電圧が、各前記第１変換器セルのコンデンサの電圧に追従するように、前記コンデンサ電圧指令値を設定する、請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記循環電流は、前記交流回路の基本周波数成分および直流成分以外の周波数成分を含む、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記循環電圧は、前記交流回路の基本周波数成分および直流成分を含まない、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記電力変換装置から前記交流回路に出力される交流電圧の指令値は、複数の前記第１変換器セルに対する第１交流電圧指令値と、複数の前記第２変換器セルに対する第２交流電圧指令値とから構成され、
前記第１交流電圧指令値：前記第２交流電圧指令値＝（１−α）：α（０＜α＜１）であり、
前記電力変換装置から前記直流回路に出力される直流電圧の指令値は、複数の前記第１変換器セルに対する第１直流電圧指令値と、複数の前記第２変換器セルに対する第２直流電圧指令値とから構成され、
前記第１直流電圧指令値：前記第２直流電圧指令値＝（１−β）：β（０＜β＜１）である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記制御装置は、以下の条件（１）〜（４）を満たすようにα、βを設定する、請求項６に記載の電力変換装置。
（１）｛（１−β）×（前記直流電圧の指令値の絶対値）｝−｛（１−α）×（前記交流電圧の指令値の絶対値）｝≧０
（２）｛（１−β）×（前記直流電圧の指令値の絶対値）｝＋｛（１−α）×（前記交流電圧の指令値の絶対値）｝≦（各前記第１変換器セルのコンデンサの電圧の合計値）
（３）｛α×（前記交流電圧の指令値の絶対値）｝−｛β×（前記直流電圧の指令値の絶対値）｝≦（各前記第２変換器セルのコンデンサの電圧の合計値）
（４）｛α×（前記交流電圧の指令値の絶対値）＋β×（前記直流電圧の指令値の絶対値）｝≦（各前記第２変換器セルのコンデンサの電圧の合計値）。
【請求項８】
前記電力変換装置から前記交流回路に出力される交流電圧の指令値は、複数の前記第１変換器セルに対する交流電圧指令値であり、
前記電力変換装置から前記直流回路に出力される直流電圧の指令値は、複数の前記第１変換器セルに対する直流電圧指令値である、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
各前記レグ回路は、第１アームおよび第２アームを含み、
前記第１アームは、複数の前記第１変換器セルと、複数の前記第２変換器セルと、第１リアクトルとを含み、
前記第２アームは、複数の前記第１変換器セルを含む、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項１０】
前記第２アームは、複数の前記第２変換器セルと、第２リアクトルとをさらに含む、請求項９に記載の電力変換装置。
【請求項１１】
前記第１アームおよび前記第２アームの各々は、バイパス回路と並列接続されており、
前記制御装置は、前記直流回路の短絡事故を検出した場合、
前記第１アームおよび前記第２アームの各々に含まれる複数の前記第１変換器セルを停止させ、
前記第１アームおよび前記第２アームの各々について、当該アームおよび前記バイパス回路に前記直流回路の短絡電流を分流させるように、当該アームに含まれる複数の前記第２変換器セルを制御する、請求項９または請求項１０に記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、交流と直流との間で電力変換を行なう電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の単位変換器がカスケードに接続されるモジュラーマルチレベル変換器（以下、ＭＭＣ変換器とも称する。）は、単位変換器の数を増加させることによって、高電圧化に容易に対応することができる。「単位変換器」は、「変換器セル」あるいは「サブモジュール（sub  module）」とも称される。ＭＭＣ変換器は、大容量の静止型無効電力補償装置、または高圧直流送電用の交直電力変換装置として、送配電系統へ広く適用されている。変換器セルは、複数のスイッチング素子と蓄電要素とを含み、チョッパ回路またはブリッジ回路等で構成される。【０００３】
ＭＭＣ変換器において、アーム内の複数の変換器セルを２つのセル群に分割する方式が知られている。例えば、特許第６５０９３５２号公報（特許文献１）では、一方のセル群で交直変換動作を行ない、他方のセル群で循環電流を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第６５０９３５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１のように、他方のセル群が循環電流のみを制御する方式では、電力変換装置から出力される有効電力および無効電力の両方が小さいと、他方のセル群に含まれるコンデンサの電圧を維持できず、変換器制御が破綻する可能性がある。そのため、一方のセル群に含まれるコンデンサの電圧と他方のセル群に含まれるコンデンサの電圧とを適切に制御する必要がある。【０００６】
本開示のある局面における目的は、一方のセル群と他方のセル群とが異なる動作を行なう場合であっても、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御することが可能な電力変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ある実施の形態に従うと、直流回路と交流回路との間で電力変換を行なう電力変換装置が提供される。電力変換装置は、交流回路の複数の相に対応する複数のレグ回路を含む電力変換回路部を備える。各レグ回路は、各々がコンデンサを有し、互いに直列接続された複数の変換器セルを含む。複数の変換器セルの各々は、２つ以上のスイッチング素子を有する第１変換器セル、または、４つ以上のスイッチング素子を有する第２変換器セルである。電力変換装置は、複数の変換器セルの動作を制御する制御装置をさらに備える。制御装置は、複数のレグ回路間を循環する循環電流に基づかずに制御される複数の第１変換器セルを、直流回路および交流回路を含まない閉回路を示す循環回路において循環電圧を出力する電圧源として動作させ、複数の第２変換器セルを、循環回路において循環電流を制御するように動作させる。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、一方のセル群と他方のセル群とが異なる動作を行なう場合であっても、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電力変換装置の概略構成図である。
【図２】セル群を構成する変換器セルの一例を示す回路図である。
【図３】制御装置の内部構成を表わす図である。
【図４】基本制御部の構成を表わす図である。
【図５】電力変換回路部の等価回路を示す図である。
【図６】セル群制御部の構成を表わす図である。
【図７】バイパス回路の接続例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１１】
＜電力変換装置の概略構成＞
図１は、電力変換装置の概略構成図である。図１を参照して、電力変換装置１は、互いに直列接続された複数の変換器セル（図１中の「セル」に対応）を含むモジュラーマルチレベル変換器によって構成されている。電力変換装置１は、直流回路１４と交流回路１２との間で電力変換を行なう。電力変換装置１は、電力変換回路部２と、制御装置３とを含む。
【００１２】
電力変換回路部２は、正側直流端子（すなわち、高電位側直流端子）Ｎｐと、負側直流端子（すなわち、低電位側直流端子）Ｎｎとの間に互いに並列に接続された複数のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗ（以下「レグ回路４」とも総称する。）を含む。
【００１３】
レグ回路４は、交流を構成する複数相の各々に設けられる。レグ回路４は、交流回路１２と直流回路１４との間に接続され、両回路間で電力変換を行なう。図１には、交流回路１２が３相交流系統の場合が示され、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相にそれぞれ対応して３個のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが設けられている。
【００１４】
レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ設けられた交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは、変圧器１３を介して交流回路１２に接続される。交流回路１２は、例えば、交流電源などを含む交流電力系統である。図１では、図解を容易にするために、交流端子Ｎｖ，Ｎｗと変圧器１３との接続は図示していない。
【００１５】
各レグ回路４に共通に接続された正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎは、直流回路１４に接続される。直流回路１４は、例えば、直流送電網などを含む直流電力系統または他の電力変換装置の直流端子である。後者の場合、２台の電力変換装置を連結することによって定格周波数などが異なる交流電力系統間を接続するためのＢＴＢ（Back  To  Back）システムが構成される。
【００１６】
図１の変圧器１３を用いる代わりに、連系リアクトルを介して交流回路１２に接続する構成としてもよい。さらに、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗに代えてレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗにそれぞれ一次巻線を設け、この一次巻線と磁気結合する二次巻線を介してレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗが変圧器１３または連系リアクトルに交流的に接続するようにしてもよい。この場合、一次巻線を下記のリアクトル８Ａ，８Ｂとしてもよい。すなわち、レグ回路４は、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗまたは上記の一次巻線など、各レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗに設けられた接続部を介して電気的に（すなわち直流的または交流的に）交流回路１２と接続される。
【００１７】
レグ回路４ｕは、直列接続された２つのアームにより構成される。具体的には、レグ回路４ｕは、正側直流端子Ｎｐから交流端子Ｎｕまでの正側アーム５と、負側直流端子Ｎｎから交流端子Ｎｕまでの負側アーム６とを含む。正側アームは上アームとも称され、負側アームは下アームとも称される。正側アーム５と負側アーム６との接続点である交流端子Ｎｕが変圧器１３と接続される。正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎが直流回路１４に接続される。レグ回路４ｖ，４ｗについても同様の構成を有するので、以下、レグ回路４ｕを代表として説明する。
【００１８】
正側アーム５は、複数の変換器セル７ａがカスケード接続されたセル群５１と、複数の変換器セル７ｂがカスケード接続されたセル群５２と、リアクトル８Ａとを含む。セル群５１、セル群５２およびリアクトル８Ａは互いに直列接続されている。負側アーム６は、複数の変換器セル７ａがカスケード接続されたセル群６１と、複数の変換器セル７ｂがカスケード接続されたセル群６２と、リアクトル８Ｂとを含む。セル群６１、セル群６２およびリアクトル８Ｂは互いに直列接続されている。
【００１９】
以下の説明では、セル群５１およびセル群６１の各々に含まれる変換器セル７ａの数をＮ１とする。ただし、Ｎ１≧２とする。また、セル群５２およびセル群６２の各々に含まれる変換器セル７ｂの数をＮ２とする。ただし、Ｎ２≧１とする。以下の説明では、変換器セル７ａ，７ｂを総称して、変換器セル７と記載する場合もある。なお、図解を容易にするため、各アームにおいて、複数の変換器セル７ａが隣接して配置され、複数の変換器セル７ｂが隣接して配置される構成としているが、これに限られない。複数の変換器セル７ａが互いに分散して配置され、複数の変換器セル７ｂが互いに分散して配置される構成であってもよい。なお、各レグ回路４に含まれる複数の変換器セル７の各々は、変換器セル７ａまたは変換器セル７ｂである。
【００２０】
リアクトル８Ａが挿入される位置は、レグ回路４ｕの正側アーム５のいずれの位置であってもよく、リアクトル８Ｂが挿入される位置は、レグ回路４ｕの負側アーム６のいずれの位置であってもよい。リアクトル８Ａ，８Ｂはそれぞれ複数個あってもよい。各リアクトルのインダクタンス値は互いに異なっていてもよい。正側アーム５のリアクトル８Ａのみ、もしくは、負側アーム６のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。
【００２１】
詳細は後述するが、セル群５１，６１とセル群５２，６２とは、それぞれ異なる役割を有する。具体的には、セル群５１，６１の変換器セル７ａは、循環電流の制御に用いられず、交流電気量および直流電気量の制御（すなわち、交直変換制御）を担当し、セル群５２，６２の変換器セル７ｂは循環電流の制御を主に担当する。
【００２２】
電力変換装置１は、制御に使用される電気量（例えば、電流、電圧など）を計測する各検出器として、交流電圧検出器１０と、交流電流検出器１６と、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂと、各レグ回路４に設けられたアーム電流検出器９Ａ，９Ｂとを含む。これらの検出器によって検出された信号は、制御装置３に入力される。
【００２３】
図１では図解を容易にするために、各検出器から制御装置３に入力される信号の信号線と、制御装置３および各変換器セル７間で入出力される信号の信号線とは、一部まとめて記載されているが、実際には検出器ごとおよび変換器セル７ごとに設けられている。各変換器セル７と制御装置３との間の信号線は、送信用と受信用とが別個に設けられていてもよい。信号線は、たとえば光ファイバによって構成される。
【００２４】
交流電圧検出器１０は、交流回路１２のＵ相の交流電圧Ｖａｃｕ、Ｖ相の交流電圧Ｖａｃｖ、およびＷ相の交流電圧Ｖａｃｗを検出する。交流電流検出器１６は、交流回路１２のＵ相の交流電流Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流Ｉａｃｖ、およびＷ相の交流電流Ｉａｃｗを検出する。直流電圧検出器１１Ａは、直流回路１４に接続された正側直流端子Ｎｐの直流電圧Ｖｄｃｐを検出する。直流電圧検出器１１Ｂは、直流回路１４に接続された負側直流端子Ｎｎの直流電圧Ｖｄｃｎを検出する。
【００２５】
Ｕ相用のレグ回路４ｕに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、正側アーム５に流れる正側アーム電流Ｉｐｕ、および負側アーム６に流れる負側アーム電流Ｉｎｕをそれぞれ検出する。Ｖ相用のレグ回路４ｖに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖをそれぞれ検出する。Ｗ相用のレグ回路４ｗに設けられたアーム電流検出器９Ａおよび９Ｂは、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗをそれぞれ検出する。以下の説明では、正側アーム電流Ｉｐｕ、Ｉｐｖ、Ｉｐｗを総称して正側アーム電流Ｉａｒｍｐと記載し、負側アーム電流Ｉｎｕ、Ｉｎｖ、Ｉｎｗを総称して負側アーム電流Ｉａｒｍｎと記載し、正側アーム電流Ｉａｒｍｐと負側アーム電流Ｉａｒｍｎとを総称してアーム電流Ｉａｒｍと記載する。なお、アーム電流Ｉａｒｍは、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎの方向に流れる電流を正とする。
【００２６】
制御装置３は、専用回路によって構成してもよいし、その一部または全部をＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、マイクロプロセッサ等によって構成してもよい。典型的には、制御装置３は、ハードウェア構成として、補助変成器、ＡＤ（Analog  to  Digital）変換部、演算部等を含む。演算部は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）およびＲＯＭ（Read  Only  Memory）を含む。ＡＤ変換部は、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサ等を含む。制御装置３は、例えば、ディジタル保護制御装置で構成されていてもよい。
【００２７】
＜変換器セルの構成例＞
図２は、セル群を構成する変換器セルの一例を示す回路図である。図２（ａ）に示す変換器セル７は、ハーフブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。この変換器セル７は、２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎを直列接続して形成した直列体と、エネルギー蓄積器としてのコンデンサ３２と、バイパススイッチ３４と、電圧検出器３３とを含む。直列体とコンデンサ３２とは並列接続される。電圧検出器３３は、コンデンサ３２の両端の電圧であるコンデンサ電圧Ｖｃを検出する。
【００２８】
図２（ｂ）に示す変換器セル７は、フルブリッジ構成と呼ばれる回路構成を有する。この変換器セル７は、２つのスイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を直列接続して形成された第１の直列体と、２つのスイッチング素子３１ｐ２，３１ｎ２を直列接続して形成された第２の直列体と、コンデンサ３２と、バイパススイッチ３４と、電圧検出器３３とを含む。第１の直列体と、第２の直列体と、コンデンサ３２とが並列接続される。電圧検出器３３は、コンデンサ電圧Ｖｃを検出する。
【００２９】
図２（ａ）における２つのスイッチング素子３１ｐ、３１ｎと、図２（ｂ）における４つのスイッチング素子３１ｐ１、３１ｎ１、３１ｐ２、３１ｎ２とは、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）、ＧＣＴ（Gate  Commutated  Turn-off）サイリスタ、ＭＯＳＦＥＴ（Metal  Oxide  Semiconductor  Field-Effect  Transistor）などの自己消弧型の半導体スイッチング素子に還流ダイオード（ＦＷＤ：Freewheeling  Diode）が逆並列に接続されて構成される。また、図２（ａ）および図２（ｂ）において、コンデンサ３２には、フィルムコンデンサなどのキャパシタが主に用いられる。
【００３０】
以下の説明では、スイッチング素子３１ｐ，３１ｎ，３１ｐ１，３１ｎ１，３１ｐ２，３１ｎ２をスイッチング素子３１とも総称する。また、スイッチング素子３１内の半導体スイッチング素子のオンオフを、単に「スイッチング素子３１のオンオフ」と記載する。
【００３１】
図２（ａ）を参照して、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。スイッチング素子３１ｐ、３１ｎのスイッチング動作によりコンデンサ３２の両端電圧、および零電圧を出力する。例えば、スイッチング素子３１ｐがオン、かつスイッチング素子３１ｎがオフとなったときに、コンデンサ３２の両端電圧が出力される。スイッチング素子３１ｐがオフ、かつスイッチング素子３１ｎがオンとなったときに、零電圧が出力される。図２（ａ）では、スイッチング素子３１ｎの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としたが、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２としてもよく、その場合には、動作が反転する。
【００３２】
バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間に接続される。図２（ａ）では、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎと並列に接続される。ただし、スイッチング素子３１ｐの両端子を入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする場合には、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｐと並列に接続される。バイパススイッチ３４をオンにすることによって、変換器セル７が短絡される。
【００３３】
次に、図２（ｂ）を参照して、スイッチング素子３１ｐ１とスイッチング素子３１ｎ１との中点と、スイッチング素子３１ｐ２とスイッチング素子３１ｎ２との中点とを変換器セル７の入出力端子Ｐ１，Ｐ２とする。図２（ｂ）に示す変換器セル７は、スイッチング素子３１ｎ２を常時オンとし、スイッチング素子３１ｐ２を常時オフとし、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を交互にオン状態とすることによって、正電圧または零電圧を出力する。また、図２（ｂ）に示す変換器セル７は、スイッチング素子３１ｎ２を常時オフし、スイッチング素子３１ｐ２を常時オンし、スイッチング素子３１ｐ１，３１ｎ１を交互にオン状態にすることによって、零電圧または負電圧を出力することもできる。
【００３４】
バイパススイッチ３４は、入出力端子Ｐ１，Ｐ２間に接続される。なお、バイパススイッチ３４は、スイッチング素子３１ｎ１，３１ｎ２の直列体と並列に接続される。バイパススイッチ３４をオンにすることによって、変換器セル７が短絡される。
【００３５】
以下の説明では、変換器セル７ａ，７ｂを図２（ａ）に示すハーフブリッジセルの構成とし、半導体スイッチング素子、およびエネルギー蓄積要素としてのコンデンサを用いた場合を例に説明する。しかし、変換器セル７ａ，７ｂを図２（ｂ）に示すフルブリッジ構成としてもよい。また、上記で示した構成以外の変換器セル、例えば、クランプトダブルセルと呼ばれる回路構成などを適用した変換器セルを用いてもよく、スイッチング素子およびエネルギー蓄積要素も上記のものに限定するものではない。
【００３６】
＜制御装置３の構成＞
図３は、制御装置３の内部構成を表わす図である。図３を参照して、制御装置３は、スイッチング制御部５０１ａ，５０１ｂ（以下、「スイッチング制御部５０１」とも総称する。）を含む。スイッチング制御部５０１ａは、変換器セル７ａの各スイッチング素子３１のオン、オフを制御する。スイッチング制御部５０１ｂは、変換器セル７ｂの各スイッチング素子３１のオン、オフを制御する。
【００３７】
スイッチング制御部５０１ａは、基本制御部５０２ａと、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰａと、Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮａと、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰａと、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮａと、Ｗ相正側セル群制御部５０３ＷＰａと、Ｗ相負側セル群制御部５０３ＷＮａとを含む。スイッチング制御部５０１ｂは、基本制御部５０２ｂと、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰｂと、Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮｂと、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰｂと、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮｂと、Ｗ相正側セル群制御部５０３ＷＰｂと、Ｗ相負側セル群制御部５０３ＷＮｂとを含む。
【００３８】
以下の説明では、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰａ、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰａおよびＷ相正側セル群制御部５０３ＷＰａを総称して正側セル群制御部５０３Ｐａとも記載する。Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮａ、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮａ、およびＷ相負側セル群制御部５０３ＷＮａを総称して負側セル群制御部５０３Ｎａとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａを総称してセル群制御部５０３ａとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐａはセル群５１の動作を制御し、負側セル群制御部５０３Ｎａはセル群６１の動作を制御する。
【００３９】
また、Ｕ相正側セル群制御部５０３ＵＰｂ、Ｖ相正側セル群制御部５０３ＶＰｂおよびＷ相正側セル群制御部５０３ＷＰｂを総称して正側セル群制御部５０３Ｐｂとも記載する。Ｕ相負側セル群制御部５０３ＵＮｂ、Ｖ相負側セル群制御部５０３ＶＮｂ、およびＷ相負側セル群制御部５０３ＷＮｂを総称して負側セル群制御部５０３Ｎｂとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂを総称してセル群制御部５０３ｂとも記載する。正側セル群制御部５０３Ｐｂはセル群５２の動作を制御し、負側セル群制御部５０３Ｎｂはセル群６２の動作を制御する。
【００４０】
さらに、基本制御部５０２ａおよび基本制御部５０２ｂを総称して基本制御部５０２とも記載し、セル群制御部５０３ａおよびセル群制御部５０３ｂを総称してセル群制御部５０３とも記載する。
【００４１】
図４は、基本制御部５０２の構成を表わす図である。図４を参照して、制御装置３は、基本制御部５０２ａ，５０２ｂと、電流演算部５２１と、電圧演算部５２２と、正側セル群制御部５０３Ｐａ，５０３Ｐｂと、負側セル群制御部５０３Ｎａ，５０３Ｎｂとを含む。基本制御部５０２ａは、交流制御部５２３と、直流制御部５２４と、指令生成部５２５とを含む。基本制御部５０２ｂは、循環電流制御部５２６と、コンデンサ電圧制御部５２７と、加減算器５ｉと、加算器５ｊと、ゲイン回路５ｇ，５ｈとを含む。
【００４２】
基本制御部５０２ａは、正側セル群制御部５０３Ｐａ，負側セル群制御部５０３Ｎａに後述する電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１をそれぞれ供給する。基本制御部５０２ｂは、正側セル群制御部５０３Ｐｂ，負側セル群制御部５０３Ｎｂに後述する電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２をそれぞれ供給する。
【００４３】
交直変換制御用の正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａにそれぞれ供給される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１は、循環電流Ｉｃｃの検出値に基づかないものである。循環電流制御用の正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂにそれぞれ供給される電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２は、循環電流Ｉｃｃの検出値に基づくものである。このことから、セル群５１，６１の変換器セル７ａは循環電流に基づかずに制御され、セル群５２，６２の変換器セル７ｂは循環電流に基づいて制御されるといえる。
【００４４】
電流演算部５２１は、アーム電流検出器９Ａで検出された正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗと、アーム電流検出器９Ｂで検出された負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗとを取り込む。電流演算部５２１は、取り込んだアーム電流から、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ（以下「交流電流Ｉａｃ」とも総称する。）と、直流電流Ｉｄｃと、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗ（以下「循環電流Ｉｃｃ」とも総称する。）とを演算する。電流演算部５２１は、各交流電流Ｉａｃを交流制御部５２３に出力し、直流電流Ｉｄｃを直流制御部５２４に出力し、循環電流Ｉｃｃを循環電流制御部５２６に出力する。
【００４５】
Ｕ相の交流電流Ｉａｃｕ、Ｖ相の交流電流Ｉａｃｖ、およびＷ相の交流電流Ｉａｃｗは、各レグ回路４の交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗから変圧器１３の方向に流れる電流を正として定義される。直流電流Ｉｄｃは、直流回路１４から正側直流端子Ｎｐに向かう方向、および負側直流端子Ｎｎから直流回路１４に向かう方向を正として定義される。レグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗをそれぞれ流れる循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、正側直流端子Ｎｐから負側直流端子Ｎｎに向かう方向を正として定義される。
【００４６】
交流制御部５２３には、さらに、交流電圧検出器１０で検出されたＵ相、Ｖ相、およびＷ相の交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗ（以下「交流電圧Ｖａｃ」とも総称する。）が入力される。交流制御部５２３は、交流電流Ｉａｃと交流電圧Ｖａｃとに基づいて、電力変換装置１から交流回路１２へ出力される交流電圧の指令値として、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ，Ｖａｃｒｅｆｖ，Ｖａｃｒｅｆｗ（以下「交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ」とも総称する。）を生成する。
【００４７】
直流制御部５２４には、さらに、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂで検出された直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎが入力される。直流制御部５２４は、直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎから算出される直流回路１４の直流電圧（すなわち、直流端子間電圧）Ｖｄｃおよび直流電流Ｉｄｃに基づいて、電力変換装置１から直流回路１４へ出力される直流電圧の指令値として、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆを生成する。
【００４８】
指令生成部５２５は、Ｕ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕと直流電圧指令値ＶｄｃｒｅｆとＵ相の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１ｕとに基づいて、Ｕ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｕを生成する。指令生成部５２５は、Ｖ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｖと直流電圧指令値ＶｄｃｒｅｆとＶ相の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１ｖとに基づいて、Ｖ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｖを生成する。指令生成部５２５は、Ｗ相の交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｗと直流電圧指令値ＶｄｃｒｅｆとＷ相の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１ｗとに基づいて、Ｗ相のセル群５１，６１にそれぞれ用いられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｗ，Ｖｎｒｅｆ１ｗを生成する。以下、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ１ｖ，Ｖｃｃｒｅｆ１ｗを循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１とも総称する。
【００４９】
電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｐｒｅｆ１ｗ（総称する場合「電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１」とも記載する。）は、正側セル群制御部５０３Ｐａに供給される。電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｗ（総称する場合「電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１」とも記載する。）は、負側セル群制御部５０３Ｎａに供給される。
【００５０】
電圧演算部５２２は、各レグ回路４のセル群５２，６２に設けられた各変換器セル７ｂからコンデンサ電圧Ｖｃの情報を受信する。電圧演算部５２２は、各コンデンサ電圧Ｖｃの情報に基づいて、相ごとに、セル群５２の複数のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐ２を算出するとともに、セル群６２の複数のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎ２を算出する。Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相の代表値Ｖｃｐ２をそれぞれＶｃｐｕ２、Ｖｃｐｖ２、Ｖｃｐｗ２と記載し、Ｕ相，Ｖ相、Ｗ相の代表値Ｖｃｎ２をそれぞれＶｃｎｕ２、Ｖｃｎｖ２、Ｖｃｎｗ２と記載する。
【００５１】
代表値の演算は、各セル群のコンデンサ電圧Ｖｃの平均値、中央値、最大値、または最小値等を適宜適用することができる。電圧演算部５２２は、各セル群５２のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２と、各セル群６２のコンデンサ電圧の代表値Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２とをコンデンサ電圧制御部５２７に出力する。
【００５２】
コンデンサ電圧制御部５２７は、電圧演算部５２２からコンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２の情報を受ける。コンデンサ電圧制御部５２７は、コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２に基づいて、セル群５２用の循環電流指令値Ｉｃｃｐｒｅｆを生成し、生成した循環電流指令値Ｉｃｃｐｒｅｆを循環電流制御部５２６に出力する。コンデンサ電圧制御部５２７は、コンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２に基づいて、セル群６２用の循環電流指令値Ｉｃｃｎｒｅｆを生成し、生成した循環電流指令値Ｉｃｃｎｒｅｆを循環電流制御部５２６に出力する。循環電流指令値Ｉｃｃｐｒｅｆ，Ｉｃｃｎｒｅｆを循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆとも総称する。
【００５３】
循環電流制御部５２６は、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆに基づいて、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｖ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｗ（以下「循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２」とも総称する。）を生成する。
【００５４】
加減算器５ｉは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、ゲイン回路５ｇにおいて交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆをゲインα（ただし、０≦α＜１）倍した値と、ゲイン回路５ｈにおいて直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆをβ（ただし、０≦β＜１）倍した値とを相ごとに加減算する。この結果、セル群５２用の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２が生成され、生成された電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２は正側セル群制御部５０３Ｐｂに供給される。
【００５５】
加算器５ｊは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆをゲインα倍した値と、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆをβ倍した値とを相ごとに加算する。この結果、セル群６２用の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２が生成され、生成された電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２は負側セル群制御部５０３Ｎｂに供給される。
【００５６】
上記より、基本制御部５０２ａは、直流回路１４の直流電流Ｉｄｃおよび直流電圧Ｖｄｃと、交流回路１２の各相の交流電流Ｉａｃおよび交流電圧Ｖａｃと、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１とに基づいて、各レグ回路４ごとに、複数の変換器セル７ａの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１を生成する。基本制御部５０２ｂは、循環電流Ｉｃｃと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆとの偏差に基づいた循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２と、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆと、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとを線形結合することによって、複数の変換器セル７ｂの出力電圧を制御するための電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を生成する。
【００５７】
＜制御装置３の詳細な動作＞
（電流演算部の動作）
図１を参照して、Ｕ相のレグ回路４ｕの正側アーム５と負側アーム６との接続点が交流端子Ｎｕであり、交流端子Ｎｕは変圧器１３に接続されている。したがって、交流端子Ｎｕから変圧器１３に向かって流れる交流電流Ｉａｃｕは、以下の式（１）のように正側アーム電流Ｉｐｕから負側アーム電流Ｉｎｕを減算した電流値となる。
【００５８】
Ｉａｃｕ＝Ｉｐｕ−Ｉｎｕ    ・・・（１）
正側アーム電流Ｉｐｕと負側アーム電流Ｉｎｕの平均値を、正側アーム５および負側アーム６に流れる共通の電流とすると、この電流はレグ回路４ｕの直流端子を流れるレグ電流Ｉｃｏｍｕである。レグ電流Ｉｃｏｍｕは、式（２）のように表される。
【００５９】
Ｉｃｏｍｕ＝（Ｉｐｕ＋Ｉｎｕ）／２    ・・・（２）
Ｖ相についても、正側アーム電流Ｉｐｖおよび負側アーム電流Ｉｎｖを用いて、交流電流Ｉａｃｖおよびレグ電流Ｉｃｏｍｖが算出され、Ｗ相についても、正側アーム電流Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｗを用いて、交流電流Ｉａｃｗおよびレグ電流Ｉｃｏｍｗが算出される。具体的には、以下の式（３）〜（６）で表される。
【００６０】
Ｉａｃｖ＝Ｉｐｖ−Ｉｎｖ    ・・・（３）
Ｉｃｏｍｖ＝（Ｉｐｖ＋Ｉｎｖ）／２    ・・・（４）
Ｉａｃｗ＝Ｉｐｗ−Ｉｎｗ    ・・・（５）
Ｉｃｏｍｗ＝（Ｉｐｗ＋Ｉｎｗ）／２    ・・・（６）
各相のレグ回路４ｕ，４ｖ，４ｗの正側の直流端子は正側直流端子Ｎｐとして共通に接続され、負側の直流端子は負側直流端子Ｎｎとして共通に接続されている。この構成から、各相のレグ電流Ｉｃｏｍｕ，Ｉｃｏｍｖ，Ｉｃｏｍｗを加算した電流値は、直流回路１４の正側端子から流れ込み、負側端子を介して直流回路１４に帰還する直流電流Ｉｄｃとなる。したがって、直流電流Ｉｄｃは、式（７）のように表される。
【００６１】
Ｉｄｃ＝Ｉｃｏｍｕ＋Ｉｃｏｍｖ＋Ｉｃｏｍｗ    ・・・（７）
レグ電流に含まれる直流電流成分は、各相で均等に分担する場合には変換器セルの電流容量を均等にすることができる。このことを考慮すると、レグ電流と直流電流値の１／３との差分が、直流回路１４に流れないが各相のレグ間に流れる循環電流の電流値として演算できる。そのため、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、それぞれ以下の式（８）、（９）、（１０）のように表される。
【００６２】
Ｉｃｃｕ＝Ｉｃｏｍｕ−Ｉｄｃ／３    ・・・（８）
Ｉｃｃｖ＝Ｉｃｏｍｖ−Ｉｄｃ／３    ・・・（９）
Ｉｃｃｗ＝Ｉｃｏｍｗ−Ｉｄｃ／３    ・・・（１０）
図４の電流演算部５２１は、正側アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗおよび負側アーム電流Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗから、上式に従って、交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗ、直流電流Ｉｄｃ、循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗを演算する。
【００６３】
（交流制御部５２３の動作）
交流制御部５２３は、交流電圧検出器１０で検出された交流電圧Ｖａｃｕ，Ｖａｃｖ，Ｖａｃｗと、電流演算部５２１が出力した交流電流Ｉａｃｕ，Ｉａｃｖ，Ｉａｃｗとから、電力変換装置１を構成する各変換器セル７が出力すべき交流電圧を交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆｕ，Ｖａｃｒｅｆｖ，Ｖａｃｒｅｆｗとして出力する。
【００６４】
交流制御部５２３は、電力変換装置１に要求される機能に応じて、例えば、交流電流値が交流電流指令値に一致するようにフィードバック制御する交流電流制御器、交流電圧値が交流電圧指令値に一致するようにフィードバック制御する交流電圧制御器等により構成される。あるいは、交流制御部５２３は、交流電流値と交流電圧値とから電力を求め、その電力値が所望の値になるようにフィードバック制御する電力制御器により構成されてもよい。実際には、これらの交流電流制御器、交流電圧制御器、および電力制御器のうちの１つまたは複数が組み合わされて交流制御部５２３が構成されて運用される。
【００６５】
本実施の形態では、交流制御部５２３により生成される交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆは、セル群５１，６１に対する交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ１と、セル群５２，６２に対する交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ２とから構成される。交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ１と交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ２との比率は、（１−α）：αである。すなわち、Ｖａｃｒｅｆ１＝（１−α）×Ｖａｃｒｅｆであり、Ｖａｃｒｅｆ２＝α×Ｖａｃｒｅｆである。そのため、セル群５１，６１に対する電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１には、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ１が含まれ、セル群５２，６２に対する電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２には、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ２が含まれる。
【００６６】
上記の交流電流制御器は変圧器１３を介して交流回路１２に出力される電流を制御するので、この電流を制御するための電圧成分は、多相交流電圧の正相成分および逆相成分、またはノーマルモード成分として知られている成分である。上記の交流電圧制御器も同様に、正相成分および逆相成分を、変圧器１３を介して交流回路１２に出力する。
【００６７】
三相交流電圧を交流回路１２に出力する場合、これらの正相逆相成分に加えて、零相成分またはコモンモード成分として知られる三相で共通の電圧成分を交流回路１２に出力することも考えられる。例えば、零相成分に基本波周波数の３倍の周波数である第３次調波を重畳すると、変換器セル７が出力可能な基本波交流成分を約１５％増加できることが知られている。
【００６８】
さらに、一定の零相成分を出力することによって以下の効果が得られる。図１の構成の電力変換装置１では、セル群５１が出力する交流電圧成分とセル群６１が出力する交流電圧成分とは互いに逆極性であり、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分とは互いに同極性である。したがって、一定の零相成分が交流電圧成分に含まれている場合には、この零相成分は、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分とに、正負逆方向に重畳されることになる。この結果、セル群５１が出力する直流電力とセル群６１が出力する直流電力とに差が生じるために、各変換器セル７に含まれるコンデンサ３２に蓄積されたエネルギーを、セル群５１とセル群６１との間で相互にやり取りすることができる。これによって、セル群５１を構成する各変換器セル７のコンデンサ３２の電圧値と、セル群６１を構成する変換器セル７のコンデンサ３２の電圧値とのバランスをとることができ、このようなバランス制御に零相電圧を用いることができる。
【００６９】
（直流制御部５２４の動作）
直流制御部５２４は、直流電圧検出器１１Ａ，１１Ｂで検出した直流電圧Ｖｄｃｐ，Ｖｄｃｎの差電圧から直流端子間電圧Ｖｄｃが演算され、式（１１）のように表される。
【００７０】
Ｖｄｃ＝Ｖｄｃｐ−Ｖｄｃｎ    ・・・（１１）
直流制御部５２４は、直流端子間電圧Ｖｄｃと、直流電流Ｉｄｃとから、変換器セル７が出力すべき直流電圧を直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆとして生成して出力する。直流制御部５２４は、例えば、直流電流を制御する直流電流制御器、直流電圧を制御する直流電圧制御器、および直流電力を制御する直流電力制御器のうちのいずれか１つまたは複数を組み合わせることによって構成される。
【００７１】
本実施の形態では、直流電圧制御器、直流電流制御器、および直流電力制御器が出力する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、セル群５１，６１に対する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ１と、セル群５２，６２に対する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ２とから構成される。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ１と直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ２との比率は、（１−β）：βである。すなわち、Ｖｄｃｒｅｆ１＝（１−β）×Ｖｄｃｒｅｆであり、Ｖｄｃｒｅｆ２＝β×Ｖｄｃｒｅｆである。そのため、セル群５１，６１に対する電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ１が含まれ、セル群５２，６２に対する電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ２が含まれる。
【００７２】
直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ１に従って、セル群５１が出力する直流電圧成分とセル群６１が出力する直流電圧成分は、互いに同極性であり、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ２に従って、セル群５２が出力する直流電圧成分とセル群６２が出力する直流電圧成分は、互いに同極性である。セル群５１，５２，６１，６２は直列接続されているので、セル群５１，５２，６１，６２の各出力電圧が合成され、合成された電圧は、レグ回路４の正側直流端子と負側直流端子との間に発生する電圧成分となる。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ１は、各相で共通の成分として正側セル群制御部５０３Ｐａおよび負側セル群制御部５０３Ｎａに与えられ、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ２は、各相で共通の成分として正側セル群制御部５０３Ｐｂおよび負側セル群制御部５０３Ｎｂに与えられる。そのため、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆに従って、セル群５１，５２，６１，６２から出力される電圧成分は、直流回路１４に出力される直流電圧成分となる。
【００７３】
（指令生成部５２５の動作）
指令生成部５２５は、セル群５１が出力すべき電圧を電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１として演算し、セル群６１が出力すべき電圧を電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１として演算する。各電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１は、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆと、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆと、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１を相ごとに合成することによって得られる。
【００７４】
具体的には、直流回路１４に接続されている正側直流端子Ｎｐおよび負側直流端子Ｎｎ間には、セル群５１、セル群６１と、セル群５２と、セル群６２とが直列接続されている。上述したように、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、セル群５１，６１に対する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ１と、セル群５２，６２に対する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ２とから構成される。したがって、セル群５１の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１およびセル群６１の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１の各々を算出する際には、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆの（１−β）倍が加算合成される。
【００７５】
また、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆは、セル群５１，６１に対する交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ１と、セル群５２，６２に対する交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ２とから構成される。そして、各交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗは正側アーム５と負側アーム６との接続点にあるため、セル群５１の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１を算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆの（１−α）倍が減算合成され、セル群６１の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１を算出する際には交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆの（１−α）倍が加算合成される。
【００７６】
さらに、セル群５１の電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１およびセル群６１の電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１の各々を算出する際には、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１が加算合成される。なお、各相の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ１ｖ，Ｖｃｃｒｅｆ１ｗの加算値は、零電圧となるように設定される。具体的には、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１ｕ，Ｖｐｒｅｆ１ｖ，Ｖｐｒｅｆ１ｗ，Ｖｎｒｅｆ１ｕ，Ｖｎｒｅｆ１ｖ，Ｖｎｒｅｆ１ｗは以下の式（１２）〜（１７）のように表される。また、零相電位Ｖｎは以下の式（１８）のように表され、循環電圧指令値に関して以下の式（１９）が成立する。
【００７７】
Vpref1u=(1-β)Vdcref-(1-α)Vacrefu+Vccref1u    ・・・（１２）
Vpref1v=(1-β)Vdcref-(1-α)Vacrefv+Vccref1v    ・・・（１３）
Vpref1w=(1-β)Vdcref-(1-α)Vacrefw+Vccref1w    ・・・（１４）
Vnref1u=(1-β)Vdcref+(1-α)Vacrefu+Vccref1u    ・・・（１５）
Vnref1v=(1-β)Vdcref+(1-α)Vacrefv+Vccref1v    ・・・（１６）
Vnref1w=(1-β)Vdcref+(1-α)Vacrefw+Vccref1w    ・・・（１７）
Vn=Vacrefu+Vacrefv+Vacrefw    ・・・（１８）
Vccref1u+Vccref1v+Vccref1w=0    ・・・（１９）
これらの式より、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１は、交流電圧Ｖａｃおよび直流電圧Ｖｄｃの変動には寄与しないことが理解される。
【００７８】
例えば、図１のレグ回路４ｕにおいて、セル群５１，５２が比較的小さい値の交流電圧を出力し、セル群６１，６２が比較的大きい値の交流電圧を出力すれば、交流端子Ｎｕの電位は正側直流端子Ｎｐの電位に近づき、交流端子Ｎｕには高い電圧が出力される。具体的には、セル群６１，６２は交流端子Ｎｕから出力すべき交流電圧と同極性の交流電圧を出力し、セル群５１，５２は交流端子Ｎｕから出力すべき交流電圧と逆極性の交流電圧を出力する。
【００７９】
（コンデンサ電圧制御部５２７の動作）
各セル群５２，６２を構成する各変換器セル７ｂのコンデンサ３２の電圧が電圧検出器３３で検出される。電圧演算部５２２は、セル群５２の各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２と、セル群６２の各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２（単に「コンデンサ電圧」と称する。）とを演算する。
【００８０】
コンデンサ電圧制御部５２７に設けられた補償器は、各相のセル群５２，６２のコンデンサ電圧がコンデンサ電圧指令値に追従するように循環電流指令値を制御演算し、循環電流制御部５２６に出力する。
【００８１】
具体的には、コンデンサ電圧制御部５２７は、コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２，Ｖｃｐｖ２，Ｖｃｐｗ２，Ｖｃｎｕ２，Ｖｃｎｖ２，Ｖｃｎｗ２の平均値とコンデンサ電圧指令値との偏差を補償するＵ相，Ｖ相，Ｗ相用の循環電流指令値Ｉｃｃｐｒｅｆｕ，Ｉｃｃｐｒｅｆｖ，Ｉｃｃｐｒｅｆｗを生成する。また、コンデンサ電圧制御部５２７は、コンデンサ電圧Ｖｃｐｕ２とコンデンサ電圧Ｖｃｎｕ２との偏差、コンデンサ電圧Ｖｃｐｖ２とコンデンサ電圧Ｖｃｎｖ２との偏差、コンデンサ電圧Ｖｃｐｗ２とコンデンサ電圧Ｖｃｎｗ２との偏差をそれぞれ補償するＵ相，Ｖ相，Ｗ相用の循環電流指令値Ｉｃｃｎｒｅｆｕ，Ｉｃｃｎｒｅｆｖ，Ｉｃｃｎｒｅｆｗを生成する。
【００８２】
そして、コンデンサ電圧制御部５２７は、循環電流指令値Ｉｃｃｐｒｅｆｕおよび循環電流指令値Ｉｃｃｎｒｅｆｕを加算合成してＵ相用の循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｕを生成する。コンデンサ電圧制御部５２７は、循環電流指令値Ｉｃｃｐｒｅｆｖおよび循環電流指令値Ｉｃｃｎｒｅｆｖを加算合成してＶ相用の循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｖを生成し、循環電流指令値Ｉｃｃｐｒｅｆｗおよび循環電流指令値Ｉｃｃｎｒｅｆｗを加算合成してＷ相用の循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｗを生成する。循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｕ，Ｉｃｃｒｅｆｖ，Ｉｃｃｒｅｆｗは、循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆとも総称される。
【００８３】
（循環電流制御部５２６の動作）
電流演算部５２１で演算されたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の循環電流Ｉｃｃｕ，Ｉｃｃｖ，Ｉｃｃｗは、循環電流制御部５２６に送られる。循環電流制御部５２６は、循環電流値が循環電流指令値に一致するようにフィードバック制御する。すなわち、循環電流制御部５２６には、循環電流指令値と循環電流値との偏差を増幅する補償器が設けられる。循環電流制御部５２６は、セル群５２，６２が循環電流制御のために出力すべき電圧成分を、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２として出力する。
【００８４】
具体的には、循環電流制御部５２６は、循環電流Ｉｃｃｕと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｕとの偏差を補償する（すなわち、偏差をゼロにする）Ｕ相用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｕを生成する。同様に、循環電流制御部５２６は、循環電流Ｉｃｃｖと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｖとの偏差を補償するＶ相用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｖを生成し、循環電流Ｉｃｃｗと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｗとの偏差を補償するＷ相用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｗを生成する。循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｗは、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２とも総称される。
【００８５】
循環電流は異なる相のレグ間を流れる電流である。循環電流の電流経路に存在するのはセル群５１，６１とリアクトル８Ａ，８Ｂであり、セル群５１，６１のスイッチングによって生じる電位差がリアクトル８Ａ，８Ｂに印加されることによって循環電流が生じる。したがって、同一経路内に設けられているセル群５２，６２により逆の極性の電圧をリアクトルに印加すれば循環電流が抑制される。
【００８６】
例えば、レグ回路４ｕの正側直流端子から負側直流端子の方向に循環電流Ｉｃｃｕが流れている場合、レグ回路４ｕのセル群５２，６２の各々で正の電圧を出力するとリアクトル８Ａ，８Ｂには循環電流を減少させる方向の電圧が印加される。上記と逆方向に電流が流れている場合は、セル群５２，６２の電圧も逆方向に印加すれば循環電流が減衰する。循環電流制御部５２６は、循環電流指令値と循環電流値とが一致するようにフィードバック制御を実行する。
【００８７】
（加減算器５ｉ、加算器５ｊの動作）
加減算器５ｉは、循環電流制御用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２に、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆをα倍した値を減算合成し、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆをβ倍した値を加算合成する。加減算器５ｉの加算結果は、循環電流制御用のセル群５２が出力すべき電圧成分を表す電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２（Ｕ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｕ、Ｖ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｖ、Ｗ相用：Ｖｐｒｅｆ２ｗ）として、正側セル群制御部５０３Ｐｂに入力される。
【００８８】
加算器５ｊは、循環電流制御用の循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２に、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆをα倍した値を加算合成し、直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆをβ倍した値を加算合成する。加算器５ｊの加算結果は、循環電流制御用のセル群６２が出力すべき電圧成分を表す電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２（Ｕ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｕ、Ｖ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｖ、Ｗ相用：Ｖｎｒｅｆ２ｗ）として、負側セル群制御部５０３Ｎｂに入力される。
【００８９】
具体的には、電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２ｕ，Ｖｐｒｅｆ２ｖ，Ｖｐｒｅｆ２ｗ，Ｖｎｒｅｆ２ｕ，Ｖｎｒｅｆ２ｖ，Ｖｎｒｅｆ２ｗは以下の式（２０）〜（２５）のように表される。また、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２に関して以下の式（２６）が成立する。
【００９０】
Vpref2u=βVdcref-αVacrefu+Vccref2u    ・・・（２０）
Vpref2v=βVdcref-αVacrefv+Vccref2v    ・・・（２１）
Vpref2w=βVdcref-αVacrefw+Vccref2w    ・・・（２２）
Vnref2u=βVdcref+αVacrefu+Vccref2u    ・・・（２３）
Vnref2v=βVdcref+αVacrefv+Vccref2v    ・・・（２４）
Vnref2w=βVdcref+αVacrefw+Vccref2w    ・・・（２５）
Vccref2u+Vccref2v+Vccref2w=0    ・・・（２６）
これらの式より、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２は、交流電圧Ｖａｃおよび直流電圧Ｖｄｃの変動には寄与しないことが理解される。
【００９１】
（電力変換回路部２の等価回路）
本実施の形態において、上記構成を有する制御装置３は、セル群５１，６１に含まれる変換器セル７ａに、循環電流を変動させるような循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１を与え、当該循環電流の変動によって、循環電流制御用のセル群５２，６２に含まれる変換器セル７ｂのコンデンサ３２の充電を促進させる。これにより、それぞれの動作が異なる変換器セル７ａおよび変換器セル７ｂのコンデンサ電圧のアンバランスを抑制する。ここでは、本実施の形態の特徴の理解を容易にするため、電力変換回路部２の等価回路を用いて説明を行なう。
【００９２】
図５は、電力変換回路部２の等価回路を示す図である。図５の等価回路７００は、交流回路１２を含まない等価回路である。等価回路７００では、交流回路１２を電流経路に含んでいないため、レグ回路４内のノード（すなわち、交流端子Ｎｕ，Ｎｖ，Ｎｗ）がなくなり、レグ回路４内で構成要素の並びを変更できる。説明の容易化のため、等価回路７００では、変換器セル７ａを含むセル群５１，６１が隣接して配置され、変換器セル７ｂを含むセル群５２，６２が隣接して配置され、リアクトル８Ａ，８Ｂが１つのリアクトルとしてまとめて記載されている。
【００９３】
等価回路７００において、Ｕ相のセル群５２，６２に与えられる交流電圧指令値は、それぞれαＶａｃｕｒｅｆ，−αＶａｃｕｒｅｆ（図５では「αＶａｃｕ」，「−αＶａｃｕ」と記載。以下、他の指令値も同様。）であるため、これらは互いに打ち消し合う。また、Ｕ相のセル群５１，６１に与えられる交流電圧指令値も互いに打ち消し合う。そのため、交流電流出力に関わる成分（すなわち、交流電圧指令値）は、正側アーム５と負側アーム６との間で打ち消し合う。同様に、Ｖ相およびＷ相においても、交流電流出力に関わる成分は打ち消し合う。
【００９４】
また、Ｕ相の各セル群５１，６１，５２，６２の直流電圧指令値の合計値は２Ｖｄｃである。同様に、Ｖ相およびＷ相においても、直流電圧指令値の合計値は２Ｖｄｃである。そのため、直流回路１４のインピーダンスによる電圧降下を含む直流電圧（図５中の２Ｖｄｃに対応。）は、正側アーム５および負側アーム６の合計直流電圧と打ち消し合う。このように、各相における直流電流出力に関わる成分は、直流回路１４の直流電圧と打ち消し合う。
【００９５】
このことから、各相において、交流電流出力および直流電流出力に関わらない成分として、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１ｕ，Ｖｃｃｒｅｆ２ｕのみが残存することになるため、等価回路７００は、等価回路７１０のように変更できる。等価回路７１０は、電流が流れる経路として交流回路１２および直流回路１４を含まない（すなわち、交流電流および直流電流を無視した）閉回路であり、当該閉回路の電流経路には循環電流のみが流れる。そのため、以下、等価回路７１０を循環回路７１０とも称する。
【００９６】
循環回路７１０の各相において、変換器セル７ａを含むセル群５１，６１が循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１に従う循環電圧を出力する場合、変換器セル７ｂを含むセル群５２，６２が循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２の振幅および位相を制御することで、セル群５１，６１と、セル群５２，６２との間で融通される電力を制御することができる。
【００９７】
したがって、本実施の形態では、制御装置３は、セル群５１、６１の各変換器セル７ａを、循環回路７１０において循環電圧（例えば、循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１に従う循環電圧）を出力する電圧源として動作させ、セル群５２，６２の各変換器セル７ｂを、循環回路７１０において循環電流を制御するように動作させる。これにより、変換器セル７ａのコンデンサ電圧と変換器セル７ｂのコンデンサ電圧とがバランスするように制御される。
【００９８】
より具体的には、コンデンサ電圧制御部５２７は、各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧をコンデンサ電圧指令値に追従させるための循環電流の指令値（すなわち、循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆ）を循環電流制御部５２６に出力する。循環電流制御部５２６は、循環電流Ｉｃｃｕと循環電流指令値Ｉｃｃｒｅｆｕとの偏差を補償する循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２を生成し、この循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２によってセル群５２，６２を動作させる。すなわち、制御装置３は、各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧をコンデンサ電圧指令値に追従させるための循環電流が循環回路７１０に流れるように変換器セル７ｂを動作させる。
【００９９】
また、セル群５２，６２を構成する変換器セル７ｂのコンデンサ電圧は、セル群５１，６１を構成する変換器セル７ａのコンデンサ電圧とバランスする（例えば、同じにする）ことが好ましい。そのため、コンデンサ電圧制御部５２７に与えられるコンデンサ電圧指令値は、変換器セル７ｂのコンデンサ電圧が、変換器セル７ａのコンデンサ電圧に追従するような値に設定される。例えば、各変換器セル７ａのコンデンサ電圧が定格値Ｖｓで維持されている場合、制御装置３は、コンデンサ電圧制御部５２７に与えられるコンデンサ電圧指令値を定格値Ｖｓに設定して、各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧を定格値Ｖｓに追従させる。
【０１００】
ここで、循環電流は、交流回路１２および直流回路１４を経路に含まない電流であるため、循環電流を流した場合でも、交流回路１２および直流回路１４への影響は抑制される。しかし、直流成分を含む循環電流が流れる場合、直流電流出力に関する成分を無視できないため、セル群５１、６１のコンデンサ電圧の各相の平均値にばらつきが生じる。また、交流回路１２の基本周波数成分を含む循環電流が流れる場合、交流電流出力に関する成分を無視できないため、セル群５１のコンデンサ電圧の平均値と、セル群６１のコンデンサ電圧の平均値とにばらつきが生じる。
【０１０１】
そのため、制御装置３は、交流回路１２の基本周波数成分、および直流成分以外の周波数成分を含む循環電流を生成し、当該循環電流を流すようにセル群５２，６２を動作させる。具体的には、循環電流制御部５２６は、基本周波数成分および直流成分以外の周波数成分を含む循環電流を流すような循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ２を生成する。
【０１０２】
また、上記のように基本周波数成分および直流成分以外の周波数成分を含む循環電流を流すためには、電圧源としてのセル群５１，６１が出力する循環電圧は、基本周波数成分および直流成分の周波数成分を含まないことが望ましい。そのため、制御装置３は、セル群５１，６１に対する循環電圧指令値Ｖｃｃｒｅｆ１を、基本周波数成分および直流成分の周波数成分を含まないように設定する。
【０１０３】
（ゲインα，βの設定方式）
上述したように、本実施の形態では、交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆは、セル群５１，６１に対する交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ１と、セル群５２，６２に対する交流電圧指令値Ｖａｃｒｅｆ２とに分けられる。直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆは、セル群５１，６１に対する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ１と、セル群５２，６２に対する直流電圧指令値Ｖｄｃｒｅｆ２とに分けられる。これにより、電力変換装置１の交直変換制御は、各指令値に従ってセル群５１，６１を動作させ、各指令値に従ってセル群５２，６２を動作させることで実現される。
【０１０４】
ここで、セル群５１，６１を構成する変換器セル７ａがハーフブリッジ構成であり、セル群５２，６２を構成する変換器セル７ｂがフルブリッジ構成であるとする。この場合、変換器セル７ａの出力可能電圧は、零電圧およびコンデンサ電圧であり、変換器セル７ｂの出力可能電圧は、零電圧、正のコンデンサ電圧および負のコンデンサ電圧である。
【０１０５】
例えば、α＝０．５、β＝０．５として、交流回路１２および直流回路１４に電圧変動が生じ、“（１−α）｜Ｖａｃｒｅｆ｜＞（１−β）｜Ｖｄｃｒｅｆ｜”となったとする。なお、記号｜｜は、絶対値を示している。この場合、式（１２）〜（１４）より電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１が負の電圧となる場合があるが、セル群５１は負の電圧を出力できないため、所望の電圧出力を行なうことができない。一方、セル群５２，６２は負の電圧を出力できるため、ゲインα，βを適切に設定することで、セル群５１、６１の電圧指令値を出力可能な電圧範囲内とすることができる。具体的には、以下の条件（Ａ）〜（Ｄ）を満たすように、ゲインα，βを設定する。
【０１０６】
（Ａ）（１−β）｜Ｖｄｃｒｅｆ｜−（１−α）｜Ｖａｃｒｅｆ｜≧０
（Ｂ）（１−β）｜Ｖｄｃｒｅｆ｜＋（１−α）｜Ｖａｃｒｅｆ｜≦（各変換器セル７ａのコンデンサ電圧の合計値Ｖｓｕｍａ）
（Ｃ）α｜Ｖａｃｒｅｆ｜−β｜Ｖｄｃｒｅｆ｜≦（各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧の合計値Ｖｓｕｍｂ）
（Ｄ）α｜Ｖａｃｒｅｆ｜＋β｜Ｖｄｃｒｅｆ｜≦（各変換器セル７ｂのコンデンサ電圧の合計値Ｖｓｕｍｂ）
条件（１）は、セル群５１に与えられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１を０以上にするための条件である。条件（２）は、セル群６１に与えられる電圧指令値Ｖｎｒｅｆ１をＶｓｕｍａ以下にするための条件である。条件（３）は、セル群５２に与えられる電圧指令値Ｖｐｒｅｆ２を“−Ｖｓｕｍｂ”以上にするための条件である。条件（４）は、セル群６２に与えられる電圧指令値Ｖｎｒｅｆ２をＶｓｕｍｂ以下にするための条件である。上記条件（１）〜（４）を満たすゲインα，βを設定することにより、セル群５１、５２およびセル群６１、６２がそれぞれ出力可能な電圧範囲の中で、負電圧も出力可能な交直変換制御を行なうことができるため、電力変換装置１の運転範囲を拡大できる。例えば、直流回路１４での短絡事故発生時における運転継続のために、各変換器セル７の直流電圧を零にすることで事故電流を抑制することができる。
【０１０７】
なお、ゲインα、βを変化させると、エネルギーバランスが崩れコンデンサ電圧が一時的に変動するが、上述した循環電流を用いた制御を行なうことで、各変換器セル７ａ，７ｂのコンデンサ電圧がバランスするように制御することができる。
【０１０８】
ただし、直流回路１４での短絡事故発生時における運転継続が必要ない場合には、ゲインα，βを０に設定してもよい。α＝０，β＝０に設定した場合、セル群５２，６２は、交直変換制御を行なうことなく循環電流制御のみを担当する。そのため、セル群５１，６１のみによって交直変換制御が行われる。具体的には、電力変換装置１から交流回路１２に出力される交流電圧の指令値は、セル群５１，６１に含まれる各変換器セル７ａに対する交流電圧指令値であり、電力変換装置１から直流回路１４に出力される直流電圧の指令値は、各変換器セル７ａに対する直流電圧指令値である。
【０１０９】
この場合には、セル群５２，６２は交直変換制御を行なう必要がないため最大出力電圧を抑えることができ、その結果、セル群５２，６２に含まれる変換器セル数を最小限に抑えることができる。例えば、セル群５２，６２から出力される最大出力電圧は、セル群５１，６１により出力される循環電圧に対抗できる程度の電圧でよい。
【０１１０】
（セル群制御部５０３の構成）
図６は、セル群制御部５０３の構成を表わす図である。図６を参照して、セル群制御部５０３は、Ｎ個の個別制御部２０２＿１〜２０２＿Ｎ（以下「個別制御部２０２」とも総称する。）を含む。例えば、セル群５１，６１に含まれる変換器セル７ａはＮ１個である。そのため、セル群５１，６１にそれぞれ対応する正側セル群制御部５０３Ｐａ，負側セル群制御部５０３Ｎａには、Ｎ１個の個別制御部２０２が含まれる。以下、説明のため、上述した電圧指令値Ｖｐｒｅｆ１，Ｖｎｒｅｆ１，Ｖｐｒｅｆ２，Ｖｎｒｅｆ２を総称して電圧指令値Ｖｒｅｆと記載する。
【０１１１】
個別制御部２０２＿ｉは、対応する変換器セル７を個別に制御する。個別制御部２０２＿ｉは、基本制御部５０２から電圧指令値Ｖｒｅｆ、アーム電流Ｉａｒｍ、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆ、スイッチング許可信号ＧＥｎを受ける。コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆおよびスイッチング許可信号ＧＥｎは、基本制御部５０２により生成される。例えば、コンデンサ電圧指令値Ｖｃｒｅｆは、各セル群に含まれる複数の変換器セル７のコンデンサ３２の定格値である。個別制御部２０２＿ｉは、対応する変換器セル７＿ｉからコンデンサ電圧Ｖｃを受ける。個別制御部２０２＿ｉは、コンデンサ電圧Ｖｃを基本制御部５０２へ送信する。
【０１１２】
スイッチング許可信号ＧＥｎが“１”の場合には、ゲート信号ｇａにより変換器セル７の各スイッチング素子３１は、オンオフのスイッチング動作が可能となる。スイッチング許可信号ＧＥｎ“１”は、変換器セル７がデブロック状態であることを意味する。
【０１１３】
スイッチング許可信号ＧＥｎが“０”の場合には、ゲート信号ｇａにより変換器セル７の各スイッチング素子３１はすべてオフとなる。スイッチング許可信号ＧＥｎ“０”は、変換器セル７がゲートブロック状態であることを意味する。例えば、基本制御部５０２は、電力系統に事故が発生した場合、過渡的に運転が困難な場合等に、値が“０”のスイッチング許可信号ＧＥｎを生成して個別制御部２０２に出力する。
【０１１４】
キャリア信号生成部２０３は、変換器セル７ごとのキャリア信号の基準位相を設定して、設定した基準位相を有するキャリア信号を生成する。具体的には、キャリア信号生成部２０３は、複数のキャリア信号ＣＲ（ｉ）の基準位相（以下、「キャリア基準位相」とも称する。）の間隔が、３６０度を複数の変換器セル７＿ｉの個数Ｎで分割した間隔となるように設定する。キャリア信号ＣＲ（ｉ）の基準位相とは、キャリア信号ＣＲ（ｉ）の位相と基準となる位相との差を表わす。基準となる位相として、キャリア信号ＣＲ（０）の位相を用いることができる。キャリア信号生成部２０３は、設定されたキャリア基準位相を有するキャリア信号ＣＲ（１）〜ＣＲ（Ｎ）を生成する。
【０１１５】
個別制御部２０２＿ｉは、キャリア信号生成部２０３からキャリア信号ＣＲｉを受ける。個別制御部２０２＿ｉは、キャリア信号ＣＲｉを用いて、変換器セル７＿ｉをＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御する。具体的には、スイッチング許可信号ＧＥｎが“１”（すなわち、変換器セル７＿ｉがデブロック状態である）の場合、個別制御部２０２＿ｉは、変換器セル７＿ｉの電圧指令値Ｖｒｅｆおよびキャリア信号ＣＲｉを位相シフトＰＷＭ方式で変調することによって、ゲート信号ｇａ（例えば、ＰＷＭ変調信号）を生成して変換器セル７＿ｉへ出力する。個別制御部２０２＿ｉは、変換器セル７＿ｉの構成に応じた変調をする。変換器セル７＿ｉの構成において、出力されるＰＷＭ変調信号の数ｎも増減する。例えば、ハーフブリッジ構成の変換器セルの場合はｎ＝２、フルブリッジ構成の変換器セルの場合はｎ＝４となる。
【０１１６】
＜利点＞
本実施の形態によると、交直変換制御用のセル群と循環電流制御用のセル群とを含む電力変換装置１において、アーム電流が小さい場合であっても、各セル群に含まれるコンデンサの電圧を適切に制御することができる。
【０１１７】
その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態において、各レグ回路４において、リアクトル８Ａ，８Ｂのうち、正側のリアクトル８Ａのみを設けてもよいし、負側のリアクトル８Ｂのみを設けてもよい。負側のリアクトル８Ｂのみを設けた場合には、循環電流制御用のセル群５２が不要になり、それに関係する正側セル群制御部５０３Ｐｂ、加減算器５ｉも不要となるので、制御装置３の構成を簡素化できる利点がある。同様に、正側のリアクトル８Ａのみを設けた場合には、循環電流制御用のセル群６２が不要になり、それに関係する負側セル群制御部５０３Ｎｂ、加算器５ｊも不要になるので、制御装置３の構成を簡素化できる利点がある。
【０１１８】
（２）上述した実施の形態において、各アームと電気的に並列にバイパス回路を接続する構成であってもよい。図７は、バイパス回路の接続例を示す回路図である。図７を参照して、正側アーム５は、バイパス回路８０と電気的に並列に（すなわち、正側アーム５の外部接続ノード４０ｐと４０ｎとの間に）接続されている。負側アーム６は、バイパス回路８０と電気的に並列に接続されている。
【０１１９】
各バイパス回路８０は、直流回路１４の短絡事故時に流れる短絡電流を、各アームとバイパス回路８０とに分流するために設けられている。具体的には、各バイパス回路８０は、負側直流端子Ｎｎから正側直流端子Ｎｐの方向が順方向となるように配置された少なくとも１つのダイオードを含む。例えば、バイパス回路８０は、互いに直列接続された複数のダイオードを含み、各ダイオードのカソードは正側に設けられ、各ダイオードのアノードは負側に設けられる。
【０１２０】
直流回路１４の短絡事故時には、低電位側の外部接続ノード４０ｎから高電位側の外部接続ノード４０ｐの方向に短絡電流が流れるので、短絡電流を各バイパス回路８０の複数のダイオードを介して流すことができる。これによって、各変換器セル７を保護する。一方、直流回路１４の正常時において、外部接続ノード４０ｐが高電位側となり外部接続ノード４０ｎが低電位側となるように直流電圧が印加される場合には、各ダイオードに対して逆方向となるのでバイパス回路８０に電流が流れることはない。これによって、直流回路１４の正常時の各アームの動作が妨げられないようにする。
【０１２１】
制御装置３は、各変換器セル７に流れる電流に基づいて、直流回路１４の短絡事故が発生したか否かを判定する。例えば、制御装置３は、アーム電流検出器９Ａ，９Ｂにより検出された各アーム電流Ｉｐｕ，Ｉｐｖ，Ｉｐｗ，Ｉｎｕ，Ｉｎｖ，Ｉｎｗの絶対値の少なくとも１つが閾値を超えている場合、あるいは、アーム電流の各相合計値が閾値を超えている場合に、直流回路１４の短絡事故が発生したと判定する。
【０１２２】
直流回路１４の短絡事故が発生したと判定した場合（すなわち、短絡事故を検出した場合）、制御装置３は、正側アーム５および負側アーム６に含まれる各変換器セル７ａの各スイッチング素子３１ｐ，３１ｎをオフにする（すなわち、各変換器セル７ａを停止する）。さらに、制御装置３は、正側アーム５および負側アーム６の各々について、当該アームに含まれる各変換器セル７ｂの各スイッチング素子３１を制御することによって、当該アームおよびバイパス回路８０に直流回路１４の短絡電流を分流させる。具体的には、制御装置３は、各変換器セル７ｂから短絡電流を抑制する電圧を出力するように、各変換器セル７ｂの各スイッチング素子３１を制御する。これにより、短絡電流は、各アームおよびバイパス回路８０に分流される。なお、制御装置３は、各変換器セル７ｂから短絡電流を抑制する電圧を大きくすることで、短絡電流を各アーム内に流すことなく、バイパス回路８０側に完全に転流させることもできる。この結果、各変換器セル７ａ，７ｂを構成する素子が保護される。
【０１２３】
（３）上述の実施の形態として例示した構成は、本実施の形態の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【０１２４】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本開示の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１２５】
１  電力変換装置、２  電力変換回路部、３  制御装置、４ｕ，４ｖ，４ｗ  レグ回路、５  正側アーム、５ｇ，５ｈ  ゲイン回路、５ｉ  加減算器、５ｊ  加算器、６  負側アーム、７ａ，７ｂ  変換器セル、８Ａ，８Ｂ  リアクトル、９Ａ，９Ｂ  アーム電流検出器、１０  交流電圧検出器、１１Ａ，１１Ｂ  直流電圧検出器、１２  交流回路、１３  変圧器、１４  直流回路、１６  交流電流検出器、３１ｎ１，３１ｎ２，３１ｎ，３１ｐ１，３１ｐ，３１ｐ２  スイッチング素子、３２  コンデンサ、３３  電圧検出器、３４  バイパススイッチ、４０ｎ，４０ｐ  外部接続ノード、５１，５２，６１，６２  セル群、８０  バイパス回路、２０２  個別制御部、２０３  キャリア信号生成部、５０１，５０１ａ，５０１ｂ  スイッチング制御部、５０２，５０２ａ，５０２ｂ  基本制御部、５０３，５０３ａ，５０３ｂ  セル群制御部、５０３Ｎａ，５０３Ｎｂ  負側セル群制御部、５０３Ｐａ，５０３Ｐｂ  正側セル群制御部、５２１  電流演算部、５２２  電圧演算部、５２３  交流制御部、５２４  直流制御部、５２５  指令生成部、５２６  循環電流制御部、５２７  コンデンサ電圧制御部、７００，７１０  等価回路。
【要約】
電力変換装置（１）は、複数のレグ回路（４）を含む電力変換回路部（２）を備える。各レグ回路は、各々がコンデンサ（３２）を有し、互いに直列接続された複数の変換器セル（７ａ，７ｂ）を含む。複数の変換器セルの各々は、２つ以上のスイッチング素子を有する第１変換器セル（７ａ）、または、４つ以上のスイッチング素子を有する第２変換器セル（７ｂ）である。電力変換装置は、複数の変換器セルの動作を制御する制御装置（３）をさらに備える。制御装置は、複数のレグ回路間を循環する循環電流に基づかずに制御される複数の第１変換器セルを、直流回路および交流回路を含まない閉回路を示す循環回路（７１０）において循環電圧を出力する電圧源として動作させ、複数の第２変換器セルを、循環回路において循環電流を制御するように動作させる。【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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