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JP7686543B2 - POWER CONVERSION DEVICE, CONTROL METHOD FOR POWER CONVERSION DEVICE, AND PROGRAM - Google Patents
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POWER CONVERSION DEVICE, CONTROL METHOD FOR POWER CONVERSION DEVICE, AND PROGRAM Download PDF

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Description

本発明の実施形態は、電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムに関する。 Embodiments of the present invention relate to a power conversion device, a control method for a power conversion device, and a program.

近年、電力変換器として、モジュラー・マルチレベル変換器(Modular Multilevel Converter:MMC)の実用化が進められている。MMCとは、直列に接続された複数の単位変換器(以下、「セル」という)を含むアームユニットを備え、各セルにより出力される電圧を加算することによって高電圧、大容量に対応する電力変換器である。電力変換器は、例えば、直流送電システムや、無効電力補償装置に活用される。例えば、直流送電システム向けの電力変換器は、交流系統と直流系統との間に接続され、それぞれの電力の相互変換を行う。例えば、無効電力補償装置向けの電力変換器は、交流系統に接続され、連系点の無効電力の調整を行う。 In recent years, modular multilevel converters (MMCs) have been put to practical use as power converters. MMCs are power converters that have arm units containing multiple unit converters (hereinafter referred to as "cells") connected in series, and can handle high voltages and large capacity by adding up the voltages output by each cell. Power converters are used, for example, in DC transmission systems and reactive power compensation devices. For example, a power converter for a DC transmission system is connected between an AC system and a DC system, and converts the power of each system between the two. For example, a power converter for a reactive power compensation device is connected to an AC system, and adjusts the reactive power at the interconnection point.

電力変換器において、電力の相互変換を行うとき、あるいは無効電力の調整を行うときには、電力変換器が備えるスイッチング素子を制御する。電力変換器におけるスイッチング制御の方式としては、例えば、各セルに割り当てる三角波キャリアの位相を均等にずらすことによって、アームユニットの全体で多段の階段状の正弦波を合成する位相シフトPWM(Pulse Width Modulation:パルス幅変調)方式などが知られている。しかしながら、位相シフトPWM方式では、三角波キャリアの周波数を交流系統の周波数よりも大きくする必要があり、スイッチング制御における損失(スイッチング損失)が大きくなってしまう。 When a power converter performs mutual power conversion or adjusts reactive power, the switching elements of the power converter are controlled. One known method of switching control in a power converter is the phase-shift PWM (Pulse Width Modulation) method, which synthesizes multiple stepped sine waves across the entire arm unit by evenly shifting the phase of a triangular wave carrier assigned to each cell. However, with the phase-shift PWM method, the frequency of the triangular wave carrier must be made higher than the frequency of the AC system, which results in large losses in switching control (switching losses).

これに関して、例えば、特許文献1や特許文献2には、交流系統の電圧の1周期において、各セルを1回ずつスイッチングする1パルス制御に関する技術が開示されている。しかしながら、従来のスイッチング制御では、スイッチングする周波数が低下すると、各セルが備えるコンデンサの電圧のばらつきが大きくなるという課題がある。このため、電力変換器において、スイッチング制御時に各セルが備えるコンデンサの電圧を均等化する手法として、各セルの出力電圧の立ち上がりの位相と立ち下がりの位相とを調整する手法や、各セルが備えるコンデンサの電圧の大小関係に応じて出力電圧の立ち上がりや立ち下がりの順序を変更する手法が提案されている。 In this regard, for example, Patent Documents 1 and 2 disclose a technique for one-pulse control in which each cell is switched once during one cycle of the voltage of an AC system. However, with conventional switching control, there is an issue that the variation in the voltage of the capacitors in each cell increases when the switching frequency decreases. For this reason, methods have been proposed in power converters to equalize the voltage of the capacitors in each cell during switching control, such as a method of adjusting the phases of the rise and fall of the output voltage of each cell, and a method of changing the order of the rise and fall of the output voltage depending on the magnitude relationship of the voltage of the capacitors in each cell.

各セルが備えるコンデンサの電圧の大小関係に応じて出力電圧の立ち上がりや立ち下がりの順序を変更する手法は、アームユニットが備える各セルのコンデンサの電圧を一定間隔で取得し、その大小関係と対照させてスイッチング制御する対象のセルを選択することで実現することができる。しかしながら、この手法では、取得した各セルのコンデンサの電圧を大小関係に基づいて順番に並べ替える処理(いわゆる、ソート処理)に要する時間が、スイッチング制御を行う処理に要する時間間隔に比較して長くなる場合があった。この場合、各セルが備えるコンデンサの充電量の差を少なくさせる(充電量が相対的に均一になるようにバランスさせる)ように制御することは容易ではなくなる。このため、ソート処理が完了した後にスイッチング制御する対象のセルを選択するのでは、コンデンサ電圧をバランスさせるために十分なバランス性能を得ることができず、コンデンサ電圧の変動幅が増大してしまう要因となってしまうことも考えられる。コンデンサ電圧の変動幅が増大すると、セルごとの出力可能な電圧が減少し、電力変換装置に対して運転に制約が生じることとなる。さらに、コンデンサ電圧の変動幅が増大することによってコンデンサ電圧の最大値が増加するということにもなり、コンデンサやスイッチング素子が故障してしまう要因となってしまうことも考えられる。この場合、電力変換器の信頼性が大幅に低下してしまう。 The method of changing the order of rise and fall of the output voltage according to the magnitude relationship of the voltage of the capacitor of each cell can be realized by acquiring the voltage of the capacitor of each cell equipped in the arm unit at regular intervals and selecting the cell to be subjected to switching control by comparing the magnitude relationship. However, in this method, the time required for the process of sorting the acquired capacitor voltage of each cell based on the magnitude relationship (so-called sorting process) may be longer than the time interval required for the process of performing switching control. In this case, it becomes difficult to control the capacitors equipped in each cell to reduce the difference in the charge amount (to balance the charge amount so that it is relatively uniform). For this reason, if the cell to be subjected to switching control is selected after the sorting process is completed, sufficient balancing performance cannot be obtained to balance the capacitor voltage, and it is considered that this may be a factor in increasing the fluctuation range of the capacitor voltage. If the fluctuation range of the capacitor voltage increases, the voltage that can be output by each cell will decrease, and the operation of the power conversion device will be restricted. Furthermore, the maximum value of the capacitor voltage will increase due to the increase in the fluctuation range of the capacitor voltage, which may be a factor in the failure of the capacitor or switching element. In this case, the reliability of the power converter will be significantly reduced.

特開2014-233126号公報JP 2014-233126 A 特開2015-159687号公報JP 2015-159687 A

本発明が解決しようとする課題は、電力変換器が備える単位変換器を制御することによって、信頼性の高い電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを提供することである。 The problem that the present invention aims to solve is to provide a highly reliable power conversion device, a control method for a power conversion device, and a program by controlling a unit converter included in the power converter.

実施形態の電力変換装置は、電力変換器と、変換器制御部と、を持つ。電力変換器は、電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する。変換器制御部は、少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する。前記変換器制御部は、状態数演算部と、リスト演算部と、単位変換器選択部と、を持つ。状態数演算部は、前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出する。リスト演算部は、所定の第1の時間間隔で検出した前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第1の時間間隔よりも長い所定の第2の時間間隔ごとに生成する。単位変換器選択部は、前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する前記単位変換器を選択する。前記単位変換器選択部は、前記アーム電流の極性が、前記第1制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、前記第1の時間間隔で検出した、前記第1制御状態の前記単位変換器である第1の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第1閾値を超えた際に、前記第1の単位変換器を前記第2制御状態に変更し、前記第2制御状態の前記単位変換器のうち、前記第1の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第1制御状態に変更する前記単位変換器として選択し、前記アーム電流の極性が、前記第1制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、前記第1の時間間隔で検出した、前記第1制御状態の前記単位変換器である第2の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第2閾値を超えた際に、前記第2の単位変換器を前記第2制御状態に変更し、前記第2制御状態の前記単位変換器のうち、前記第2の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第1制御状態に変更する前記単位変換器として選択する。 The power conversion device of the embodiment has a power converter and a converter control unit. The power converter has at least one arm unit in which a plurality of unit converters having an energy storage element for storing power and a plurality of switching elements capable of adjusting the storage of power in the energy storage element or the discharge of power stored in the energy storage element are connected in series. The converter control unit controls the power conversion operation in the power converter by switching at least one of a first control state in which the terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, and a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited. The converter control unit has a state number calculation unit, a list calculation unit, and a unit converter selection unit. The state number calculation unit calculates a state number representing the number of unit converters to be assigned to any of the control states among the unit converters belonging to the arm unit according to an arm voltage command value that is a target value of the arm voltage to be output from the arm unit. The list calculation unit generates list information representing a magnitude relationship of the inter-terminal voltages at every predetermined second time interval longer than the first time interval, based on the inter-terminal voltages of the energy storage element detected at a predetermined first time interval. The unit converter selection unit selects the unit converter for changing the current control state, based on the polarity of the arm current flowing through the arm unit, the number of states, the list information, and the inter-terminal voltage of the energy storage element. In the case of a charging period in which the polarity of the arm current becomes a charging polarity for storing power in the energy storage element possessed by the unit converter in the first control state, the unit converter selection unit changes the first unit converter to the second control state when the inter-terminal voltage of the energy storage element possessed by a first unit converter that is the unit converter in the first control state, detected at the first time interval, exceeds a first threshold value higher than a rated voltage, and selects other unit converters, of the unit converters in the second control state, the same number as the first unit converter, as the unit converters to be changed to the first control state. In the case of a discharge period in which the polarity of the arm current becomes a discharge polarity that discharges power from the energy storage element of the unit converter in the first control state, when the terminal-to-terminal voltage of the energy storage element of the second unit converter, which is the unit converter in the first control state and is detected in the first time interval, exceeds a second threshold value lower than a rated voltage, the second unit converter is changed to the second control state, and among the unit converters in the second control state, other unit converters, the same number as the second unit converter, are selected as the unit converters to be changed to the first control state.

第1の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図。1 is a diagram showing an example of the configuration of a power conversion device according to a first embodiment; 電力変換器が備えるレグ内のセルの構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of cells in a leg included in a power converter. 電力変換装置が備える変換器制御部の構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of a converter control unit included in the power conversion device. 電力変換装置における第1の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート。4 is a timing chart illustrating an example of operation timing of a first operation in the power conversion device. 電力変換装置における第2の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート。10 is a timing chart illustrating an example of operation timing of a second operation in the power conversion device. 第2の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of the configuration of a power conversion device according to a second embodiment. 電力変換器が備えるレグ内のセルの構成の一例を示す図。FIG. 2 is a diagram showing an example of a configuration of cells in a leg included in a power converter. 電力変換装置における第3の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート。13 is a timing chart illustrating an example of operation timing of a third operation in the power conversion device. 電力変換装置における第4の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャート。13 is a timing chart illustrating an example of operation timing of a fourth operation in the power conversion device.

以下、実施形態の電力変換装置、電力変換装置の制御方法、およびプログラムを、図面を参照して説明する。 The power conversion device, the control method for the power conversion device, and the program of the embodiment will be described below with reference to the drawings.

(第1の実施形態)
[電力変換装置の構成]
図1は、第1の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図1には、例えば、交流系統と直流系統との連系点に設けられ、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する電力変換装置1の一例を示している。交流系統は、例えば、交流電源や交流負荷であってもよい。直流系統は、例えば、直流電源や直流負荷であってもよい。電力変換装置1は、電力変換器10と、変換器制御部50と、を備える。
(First embodiment)
[Configuration of power conversion device]
Fig. 1 is a diagram showing an example of a configuration of a power conversion device according to a first embodiment. Fig. 1 shows an example of a power conversion device 1 that is provided at an interconnection point between an AC system and a DC system, and converts AC power supplied by the AC system into DC power supplied by the DC system, and vice versa. The AC system may be, for example, an AC power source or an AC load. The DC system may be, for example, a DC power source or a DC load. The power conversion device 1 includes a power converter 10 and a converter control unit 50.

電力変換器10は、変換器制御部50からの制御に応じて、交流電力と直流電力とを相互に変換する二重スター結線型モジュラー・マルチレベル変換器(Modular Multilevel Converter:MMC)である。電力変換器10は、直流系統の正側端子Pと、直流系統の負側端子Nとの間に、複数のレグ12を備える。電力変換器10が備えるレグ12の数は、交流系統が供給する交流電力の相数に対応する数である。図1には、交流系統が、第1相(R相)、第2相(S相)、および第3相(T相)の三相の交流電力を供給する場合を示している。このため、図1には、レグ12-Rと、レグ12-Sと、レグ12-Tとの三つのレグ12を備える電力変換器10の構成を示している。レグ12-R、レグ12-S、およびレグ12-Tのそれぞれは、同じ構成である。 The power converter 10 is a double star-connected modular multilevel converter (MMC) that converts AC power and DC power mutually in response to control from the converter control unit 50. The power converter 10 has a plurality of legs 12 between a positive terminal P of the DC system and a negative terminal N of the DC system. The number of legs 12 included in the power converter 10 corresponds to the number of phases of AC power supplied by the AC system. FIG. 1 shows a case where the AC system supplies three-phase AC power, namely, a first phase (R phase), a second phase (S phase), and a third phase (T phase). For this reason, FIG. 1 shows the configuration of the power converter 10 that has three legs 12, namely, a leg 12-R, a leg 12-S, and a leg 12-T. Each of the legs 12-R, the leg 12-S, and the leg 12-T has the same configuration.

それぞれのレグ12では、交流端子CAが、交流系統の対応する相の端子に接続される。より具体的には、R相に対応するレグ12-Rでは、交流端子CA-Rが交流系統のR相の交流端子Rに接続され、S相に対応するレグ12-Sでは、交流端子CA-Sが交流系統のS相の交流端子Sに接続され、T相に対応するレグ12-Tでは、交流端子CA-Tが交流系統のT相の交流端子Tに接続される。図1には、それぞれのレグ12の交流端子CAが、トランスTRを介して、交流系統の対応する相の端子に接続されている場合を示している。 In each leg 12, the AC terminal CA is connected to a terminal of the corresponding phase of the AC system. More specifically, in leg 12-R corresponding to the R phase, the AC terminal CA-R is connected to the AC terminal R of the R phase of the AC system, in leg 12-S corresponding to the S phase, the AC terminal CA-S is connected to the AC terminal S of the S phase of the AC system, and in leg 12-T corresponding to the T phase, the AC terminal CA-T is connected to the AC terminal T of the T phase of the AC system. Figure 1 shows a case where the AC terminal CA of each leg 12 is connected to a terminal of the corresponding phase of the AC system via a transformer TR.

それぞれのレグ12では、交流端子CAとは反対側の端子が、直流系統のそれぞれの直流端子に接続される。より具体的には、それぞれのレグ12において、電力変換器10が出力する直流電圧の正極と同電位になる端子が正側端子Pに接続され、電力変換器10が出力する直流電圧の負極と同電位になる端子が負側端子Nに接続される。以下の説明においては、正側端子Pに接続されるレグ12の端子を、レグ12の直流端子CPともいい、負側端子Nに接続されるレグ12の端子を、レグ12の直流端子CNともいう。 In each leg 12, the terminal opposite the AC terminal CA is connected to the respective DC terminal of the DC system. More specifically, in each leg 12, the terminal having the same potential as the positive pole of the DC voltage output by the power converter 10 is connected to the positive terminal P, and the terminal having the same potential as the negative pole of the DC voltage output by the power converter 10 is connected to the negative terminal N. In the following description, the terminal of leg 12 connected to the positive terminal P is also referred to as the DC terminal CP of leg 12, and the terminal of leg 12 connected to the negative terminal N is also referred to as the DC terminal CN of leg 12.

それぞれのレグ12は、例えば、二つのリアクトル14と、二つのアームユニット16と、を備える。それぞれのアームユニット16は、例えば、直列に接続されたn個(nは、自然数)のセル162(セル162-1~セル162-n)を備える。図1においては、レグ12が備えるそれぞれの構成要素が、直流系統の正極側と負極側とのいずれに対応する構成要素であるか、交流系統のいずれの相に対応する構成要素であるかを区別するため、それぞれの符号の後に「-(ハイフン)」と、正極側を表す文字「P」あるいは負極側を表す文字「N」を付し、さらにその後にハイフンと、R相を表す文字「R」、S相を表す文字「S」、あるいはT相を表す文字「T」を付している。以下の説明においては、それぞれの構成要素が、直流系統の正極側と負極側とのいずれに対応する構成要素であるか、交流系統のいずれの相に対応する構成要素であるかを区別しない場合には、それぞれの構成要素の符号に付したハイフンとハイフンに続く識別のための文字を省略する。 Each leg 12 includes, for example, two reactors 14 and two arm units 16. Each arm unit 16 includes, for example, n cells 162 (cells 162-1 to 162-n) connected in series (n is a natural number). In FIG. 1, in order to distinguish whether each component of the leg 12 corresponds to the positive or negative side of the DC system or to which phase of the AC system, a "- (hyphen)" and the letter "P" representing the positive side or the letter "N" representing the negative side are added after each reference symbol, followed by a hyphen and the letter "R" representing the R phase, the letter "S" representing the S phase, or the letter "T" representing the T phase. In the following description, when it is not necessary to distinguish whether each component corresponds to the positive or negative side of the DC system or to which phase of the AC system, the hyphen and the identifying letter following the hyphen are omitted.

それぞれのレグ12では、正極側のリアクトル14-Pと、正極側のアームユニット16-Pとが直列に接続され、負極側のリアクトル14-Nと、負極側のアームユニット16-Nとが直列に接続されている。そして、それぞれのレグ12では、リアクトル14-Pとリアクトル14-Nとの接続点が、直流端子CPとなっている。それぞれのレグ12では、アームユニット16-Pにおけるリアクトル14-Pと反対側の端子がレグ12の直流端子CPとなり、アームユニット16-Nにおけるリアクトル14-Nと反対側の端子がレグ12の直流端子CNとなっている。言い換えれば、それぞれのレグ12では、直流端子CP側から交流端子CA側に向かって、セル162-1~セル162-n、およびリアクトル14-Pが、この順番に直列接続されて交流端子CAに接続されている。さらに、それぞれのレグ12では、直流端子CN側から交流端子CA側に向かって、セル162-n~セル162-1、およびリアクトル14-Nが、この順番に直列接続されて交流端子CAに接続されている。 In each leg 12, the positive reactor 14-P and the positive arm unit 16-P are connected in series, and the negative reactor 14-N and the negative arm unit 16-N are connected in series. In each leg 12, the connection point between the reactor 14-P and the reactor 14-N is the DC terminal CP. In each leg 12, the terminal of the arm unit 16-P opposite the reactor 14-P is the DC terminal CP of the leg 12, and the terminal of the arm unit 16-N opposite the reactor 14-N is the DC terminal CN of the leg 12. In other words, in each leg 12, the cells 162-1 to 162-n and the reactor 14-P are connected in series in this order from the DC terminal CP side to the AC terminal CA side and connected to the AC terminal CA. Furthermore, in each leg 12, cells 162-n to 162-1 and reactor 14-N are connected in series in this order from the DC terminal CN side toward the AC terminal CA side and connected to the AC terminal CA.

レグ12は、特許請求の範囲における「相ユニット」の一例である。アームユニット16-P(リアクトル14-Pを含んでもよい)は、特許請求の範囲における「第1のアームユニット」の一例であり、アームユニット16-N(リアクトル14-Nを含んでもよい)は、特許請求の範囲における「第2のアームユニット」の一例である。セル162は、特許請求の範囲における「単位変換器」の一例である。リアクトル14は、特許請求の範囲における「インダクタンス要素」の一例である。 Leg 12 is an example of a "phase unit" in the claims. Arm unit 16-P (which may include reactor 14-P) is an example of a "first arm unit" in the claims, and arm unit 16-N (which may include reactor 14-N) is an example of a "second arm unit" in the claims. Cell 162 is an example of a "unit converter" in the claims. Reactor 14 is an example of an "inductance element" in the claims.

図1では、それぞれのレグ12において、リアクトル14が、アームユニット16の交流端子CA側に配置されている場合を示しているが、リアクトル14は、アームユニット16の交流端子CA側とは反対側(つまり、直流端子CP側や直流端子CN側)や、アームユニット16内の任意の位置(つまり、アームユニット16において直列接続されているいずれか二つのセル162の間の位置)に配置されてもよい。リアクトル14は、リアクトルの機能を代替するだけの漏れリアクタンスを有する特殊な巻線構造のトランスに置き換えられてもよい。この場合、リアクトル14は、トランスTRと一体化されてもよい。 In FIG. 1, the reactor 14 is shown to be disposed on the AC terminal CA side of the arm unit 16 in each leg 12, but the reactor 14 may be disposed on the opposite side of the AC terminal CA side of the arm unit 16 (i.e., on the DC terminal CP side or the DC terminal CN side) or at any position within the arm unit 16 (i.e., between any two cells 162 connected in series in the arm unit 16). The reactor 14 may be replaced with a transformer with a special winding structure that has a leakage reactance sufficient to replace the function of the reactor. In this case, the reactor 14 may be integrated with the transformer TR.

それぞれのアームユニット16は、直列接続されたそれぞれのセル162に対する変換器制御部50からの制御に応じて、交流系統の対応する相に供給する交流波形を表す階段状の正弦波であるマルチレベル波形の交流電圧を生成する。 Each arm unit 16 generates an AC voltage with a multi-level waveform, which is a stepped sine wave representing the AC waveform to be supplied to the corresponding phase of the AC system, in response to control from the converter control unit 50 for each of the series-connected cells 162.

ここで、アームユニット16が備えるセル162の構成の一例について説明する。セル162は、例えば、ハーフブリッジ回路である。図2は、電力変換器10が備えるレグ12内のセル162の構成の一例を示す図である。セル162は、二つのスイッチング素子Q(スイッチング素子Q1およびスイッチング素子Q2)と、二つのダイオードD(ダイオードD1およびダイオードD2)と、コンデンサCと、を備える。スイッチング素子Qは、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)である。スイッチング素子Qは、IGBTに限定されない。スイッチング素子Qは、コンバータまたはインバータを実現可能な自己消弧型の半導体スイッチング素子であれば、いかなる素子であってもよい。 Here, an example of the configuration of the cell 162 included in the arm unit 16 will be described. The cell 162 is, for example, a half-bridge circuit. FIG. 2 is a diagram showing an example of the configuration of the cell 162 in the leg 12 included in the power converter 10. The cell 162 includes two switching elements Q (switching element Q1 and switching element Q2), two diodes D (diode D1 and diode D2), and a capacitor C. The switching element Q is, for example, an insulated gate bipolar transistor (IGBT). The switching element Q is not limited to an IGBT. The switching element Q may be any element as long as it is a self-extinguishing semiconductor switching element capable of realizing a converter or inverter.

セル162では、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とが、互いに直列に接続されている。そして、セル162では、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との直列回路と、コンデンサCとが、互いに並列に接続されている。セル162では、それぞれのスイッチング素子Qと対応するダイオードDとが、互いに並列に接続されている。セル162では、スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点が、レグ12において正側端子P側に接続される正極端子TP(+)となり、スイッチング素子Q2のエミッタとコンデンサCとの接続点が、レグ12において負側端子N側に接続される負極端子TN(-)となっている。 In cell 162, switching element Q1 and switching element Q2 are connected in series. In cell 162, the series circuit of switching element Q1 and switching element Q2 and capacitor C are connected in parallel. In cell 162, each switching element Q and its corresponding diode D are connected in parallel. In cell 162, the connection point between the emitter of switching element Q1 and the collector of switching element Q2 is the positive terminal TP(+) connected to the positive terminal P of leg 12, and the connection point between the emitter of switching element Q2 and capacitor C is the negative terminal TN(-) connected to the negative terminal N of leg 12.

セル162が備えるスイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とのゲートには、変換器制御部50からの制御信号が入力される(制御電圧が印加される、または制御電流が供給される)。スイッチング素子Q1のゲートには、変換器制御部50からの制御信号としてゲート信号gtpが入力され、スイッチング素子Q2のゲートには、変換器制御部50からの制御信号としてゲート信号gtnが入力される。これにより、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とのそれぞれは、変換器制御部50によってオン状態またはオフ状態のいずれかの状態に切り替えられる。以下の説明においては、「1(“High”レベル)」の制御信号(ゲート信号gtp、ゲート信号gtn)が入力されるとそれぞれのスイッチング素子Qがオン状態となり、「0(“Low”レベル)」の制御信号(ゲート信号gtp、ゲート信号gtn)が入力されるそれぞれのスイッチング素子Qがオフ状態となるものとする。 A control signal from the converter control unit 50 is input to the gates of the switching element Q1 and the switching element Q2 of the cell 162 (a control voltage is applied or a control current is supplied). A gate signal gtp is input to the gate of the switching element Q1 as a control signal from the converter control unit 50, and a gate signal gtn is input to the gate of the switching element Q2 as a control signal from the converter control unit 50. As a result, each of the switching elements Q1 and Q2 is switched to either an on state or an off state by the converter control unit 50. In the following description, when a control signal (gate signal gtp, gate signal gtn) of "1 ("High" level)" is input, each switching element Q is in an on state, and when a control signal (gate signal gtp, gate signal gtn) of "0 ("Low" level)" is input, each switching element Q is in an off state.

コンデンサCは、それぞれのスイッチング素子Qの状態に応じて、充電され、または放電する。セル162では、コンデンサCの端子間電圧(以下、「コンデンサ電圧Vc」という)が、セル162の正極端子TPと負極端子TNとの間の端子間電圧(以下、「セル電圧Vo」という)として生じる。より具体的には、変換器制御部50が、制御信号(gtp,gtn)=(1,0)にすると、例えば、正極端子TP、スイッチング素子Q1、コンデンサC、負極端子TNの順に電流が流れて、セル162のセル電圧Voはコンデンサ電圧Vcと一致する。つまり、変換器制御部50が制御信号(gtp,gtn)=(1,0)にすることにより、セル162の正極端子TPと負極端子TNとの間にコンデンサCが挿入されて、コンデンサ電圧Vcがセル電圧Voとして出力される。以下の説明においては、変換器制御部50が制御信号(gtp,gtn)=(1,0)にすることを「インサート」といい、この場合のセル162の状態を「インサート状態」という。一方、変換器制御部50が、制御信号(gtp,gtn)=(0,1)にすると、例えば、正極端子TP、スイッチング素子Q2、負極端子TN順に電流が流れて、セル162のセル電圧Voは0[V]となる。つまり、変換器制御部50が制御信号(gtp,gtn)=(0,1)にすることにより、セル162の正極端子TPと負極端子TNとが短絡され、コンデンサCを通らずに電流が流れることによって、セル162のセル電圧Voは0[V]となる。以下の説明においては、変換器制御部50が制御信号(gtp,gtn)=(0,1)にすることを「バイパス」といい、この場合のセル162の状態を「バイパス状態」という。 The capacitor C is charged or discharged depending on the state of each switching element Q. In the cell 162, the terminal voltage of the capacitor C (hereinafter referred to as "capacitor voltage Vc") is generated as the terminal voltage between the positive terminal TP and the negative terminal TN of the cell 162 (hereinafter referred to as "cell voltage Vo"). More specifically, when the converter control unit 50 sets the control signal (gtp, gtn) = (1, 0), for example, a current flows in the order of the positive terminal TP, the switching element Q1, the capacitor C, and the negative terminal TN, and the cell voltage Vo of the cell 162 coincides with the capacitor voltage Vc. In other words, when the converter control unit 50 sets the control signal (gtp, gtn) = (1, 0), the capacitor C is inserted between the positive terminal TP and the negative terminal TN of the cell 162, and the capacitor voltage Vc is output as the cell voltage Vo. In the following description, the converter control unit 50 setting the control signals (gtp, gtn) = (1, 0) is referred to as "insertion", and the state of the cell 162 in this case is referred to as "insertion state". On the other hand, when the converter control unit 50 sets the control signals (gtp, gtn) = (0, 1), for example, current flows in the order of the positive terminal TP, the switching element Q2, and the negative terminal TN, and the cell voltage Vo of the cell 162 becomes 0 [V]. In other words, when the converter control unit 50 sets the control signals (gtp, gtn) = (0, 1), the positive terminal TP and the negative terminal TN of the cell 162 are short-circuited, and the current flows without passing through the capacitor C, and the cell voltage Vo of the cell 162 becomes 0 [V]. In the following description, the converter control unit 50 setting the control signals (gtp, gtn) = (0, 1) is referred to as "bypass", and the state of the cell 162 in this case is referred to as "bypass state".

セル162は、図2に示した構成に限定されるものではなく、セル162と同様の機能を実現する構成であれば、いかなる構成のものであってもよい。 Cell 162 is not limited to the configuration shown in FIG. 2, and may have any configuration that achieves the same function as cell 162.

スイッチング素子Q1およびダイオードD1は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第1のスイッチング素子」の一例であり、スイッチング素子Q2およびダイオードD2は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第2のスイッチング素子」の一例である。オン状態は、特許請求の範囲における「導通状態」の一例であり、オフ状態は、特許請求の範囲における「非導通状態」の一例である。コンデンサCは、特許請求の範囲における「エネルギー蓄積要素」の一例である。正極端子TPは、特許請求の範囲における「第1端」の一例であり、負極端子TNは、特許請求の範囲における「第2端」の一例である。インサート状態は、特許請求の範囲における「第1制御状態」の一例であり、バイパス状態は、特許請求の範囲における「第2制御状態」の一例である。 The switching element Q1 and the diode D1 are an example of a "switching element" and a "first switching element" in the claims, and the switching element Q2 and the diode D2 are an example of a "switching element" and a "second switching element" in the claims. The on state is an example of a "conductive state" in the claims, and the off state is an example of a "non-conductive state" in the claims. The capacitor C is an example of an "energy storage element" in the claims. The positive terminal TP is an example of a "first end" in the claims, and the negative terminal TN is an example of a "second end" in the claims. The insert state is an example of a "first control state" in the claims, and the bypass state is an example of a "second control state" in the claims.

このような構成のセル162が直列に複数接続されることにより、アームユニット16は、インサート状態に制御されたそれぞれのセル162のセル電圧Voが加算された電圧を出力する。従って、アームユニット16は、変換器制御部50によってインサート状態に制御されたセル162の数に応じた電圧を出力する。これにより、アームユニット16は、変換器制御部50からの制御に応じたマルチレベル波形を生成する。 By connecting multiple cells 162 with this configuration in series, the arm unit 16 outputs a voltage that is the sum of the cell voltages Vo of each cell 162 controlled to the inserted state. Therefore, the arm unit 16 outputs a voltage according to the number of cells 162 controlled to the inserted state by the converter control unit 50. In this way, the arm unit 16 generates a multi-level waveform according to the control from the converter control unit 50.

ところで、セル162では、制御信号(gtp,gtn)=(1,1)にすることは禁止されるべきである。これは、制御信号(gtp,gtn)=(1,1)にすると、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との両方がオン状態となり、コンデンサCの両端が短絡されてしまうからである。このため、変換器制御部50は、制御信号(gtp,gtn)=(1,0)から制御信号(gtp,gtn)=(0,1)にする、あるいはその逆にする際に、ごく短時間の間、過渡的に制御信号(gtp,gtn)=(0,0)の状態となる期間、いわゆるデッドタイムを設けるように制御する。変換器制御部50は、セル162の動作を停止させる場合、制御信号(gtp,gtn)=(0,0)に固定してもよい。以下の説明においては、変換器制御部50が全ての制御信号(gtp,gtn)を(0,0)に固定して電力変換器10が備えるアームユニット16の全てのセル162の動作を停止させることを「ゲートブロック」といい、この場合のセル162の状態を「ゲートブロック状態」という。 By the way, in the cell 162, it should be prohibited to set the control signal (gtp, gtn) = (1, 1). This is because if the control signal (gtp, gtn) = (1, 1), both the switching element Q1 and the switching element Q2 will be in the on state, and both ends of the capacitor C will be short-circuited. For this reason, when changing the control signal (gtp, gtn) = (1, 0) from the control signal (gtp, gtn) = (0, 1) or vice versa, the converter control unit 50 controls so as to provide a period during which the control signal (gtp, gtn) = (0, 0) is transiently in a very short period of time, a so-called dead time. When the converter control unit 50 stops the operation of the cell 162, it may fix the control signal (gtp, gtn) = (0, 0). In the following description, the converter control unit 50 fixing all control signals (gtp, gtn) to (0, 0) and stopping the operation of all cells 162 in the arm unit 16 of the power converter 10 is referred to as "gate block," and the state of the cells 162 in this case is referred to as the "gate block state."

図1に戻り、変換器制御部50は、電力変換装置1の運転状態や、電力変換装置1内の各位置の検出値(電流値や、電流が流れる方向(極性)、電圧値)に基づいて、交流系統の周波数を含む交流電圧指令値と直流電圧指令値とを算出する。このため、変換器制御部50は、例えば、電力変換装置1内外の所望の位置に設けられた検出器(後述)により出力された検出値を、所定(一定)の取得周期TS1ごとに取得する。そして、変換器制御部50は、算出した交流電圧指令値や直流電圧指令値が表す電圧成分を含む、アームユニット16ごとの電圧指令値を求める。変換器制御部50は、求めた電圧指令値に基づいて、それぞれのアームユニット16が備えるセル162内のスイッチング素子Qを制御(スイッチング制御)するための制御信号を生成する。そして、変換器制御部50は、生成した制御信号を、対応するセル162に出力する。例えば、変換器制御部50は、交流系統のR相に対応し、直流系統の正極側に接続されたアームユニット16であるアームユニット16-P-Rを制御する場合、交流端子CA-Rに出力させる主として交流電圧成分、直流端子CP-Rと直流端子CN-Rとの間に出力させる主として直流電圧成分に基づき、アームユニット16-P-Rに出力させるアーム電圧指令値Varm*を算出する。以降の説明では、アーム電圧Varmおよびアーム電圧指令値Varm*の正極性を、セル162-n側からみてセル162-1側の電位が高くなる向きに定義する。そして、変換器制御部50は、算出したアーム電圧指令値Varm*に基づいて、アームユニット16-P-Rが備えるそれぞれのセル162(セル162-1-P-R~162-n-P-R)内のそれぞれのスイッチング素子Qを制御するためのゲート信号gtp(ゲート信号gtp-1-P-R~gtp-n-P-R)、およびゲート信号gtn(ゲート信号gtn-1-P-R~gtn-n-P-R)を生成する。変換器制御部50は、生成したゲート信号gtpおよびゲート信号gtnのそれぞれを、対応するセル162に出力する。変換器制御部50がその他のアームユニット16を制御する場合も同様である。変換器制御部50は、例えば、インサート数演算部52と、ソートリスト演算部54と、セル選択制御部56と、ゲート信号生成部58と、を備える。 Returning to FIG. 1, the converter control unit 50 calculates an AC voltage command value and a DC voltage command value, including the frequency of the AC system, based on the operating state of the power conversion device 1 and the detection values (current value, current flow direction (polarity), voltage value) at each position in the power conversion device 1. For this purpose, the converter control unit 50 acquires detection values output by a detector (described later) provided at a desired position inside or outside the power conversion device 1 at a predetermined (constant) acquisition period TS1. Then, the converter control unit 50 calculates a voltage command value for each arm unit 16, including the voltage component represented by the calculated AC voltage command value or DC voltage command value. Based on the calculated voltage command value, the converter control unit 50 generates a control signal for controlling (switching control) the switching element Q in the cell 162 provided in each arm unit 16. Then, the converter control unit 50 outputs the generated control signal to the corresponding cell 162. For example, when controlling arm unit 16-P-R, which is an arm unit 16 corresponding to the R phase of the AC system and connected to the positive pole side of the DC system, the converter control unit 50 calculates an arm voltage command value Varm* to be output from arm unit 16-P-R based on mainly an AC voltage component to be output to AC terminal CA-R and mainly a DC voltage component to be output between DC terminal CP-R and DC terminal CN-R. In the following description, the positive polarity of the arm voltage Varm and the arm voltage command value Varm* is defined as a direction in which the potential on the cell 162-1 side becomes higher when viewed from the cell 162-n side. Then, the converter control unit 50 generates gate signals gtp (gate signals gtp-1-P-R to gtp-n-P-R) and gate signals gtn (gate signals gtn-1-P-R to gtn-n-P-R) for controlling the switching elements Q in each cell 162 (cells 162-1-P-R to 162-n-P-R) included in the arm unit 16-P-R based on the calculated arm voltage command value Varm*. The converter control unit 50 outputs the generated gate signals gtp and gtn to the corresponding cells 162. The same applies when the converter control unit 50 controls other arm units 16. The converter control unit 50 includes, for example, an insert number calculation unit 52, a sort list calculation unit 54, a cell selection control unit 56, and a gate signal generation unit 58.

変換器制御部50は、例えば、CPU(Central Processing Unit)などのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することで電力変換器10の動作を制御する。変換器制御部50は、LSI(Large Scale Integration)やASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、GPU(Graphics Processing Unit)などのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。変換器制御部50は、専用のLSIによって実現されてもよい。プログラムは、予め変換器制御部50あるいは電力変換装置1が備えるHDD(Hard Disk Drive)やフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体(非一過性の記憶媒体)に格納されており、記憶媒体が変換器制御部50あるいは電力変換装置1が備えるドライブ装置に装着されることで変換器制御部50あるいは電力変換装置1が備えるHDDやフラッシュメモリにインストールされてもよい。 The converter control unit 50 controls the operation of the power converter 10 by, for example, a hardware processor such as a CPU (Central Processing Unit) executing a program (software). The converter control unit 50 may be realized by hardware (including circuitry) such as an LSI (Large Scale Integration), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or a GPU (Graphics Processing Unit), or may be realized by cooperation between software and hardware. The converter control unit 50 may be realized by a dedicated LSI. The program may be stored in advance in a storage device (storage device having a non-transient storage medium) such as an HDD (Hard Disk Drive) or flash memory provided in the converter control unit 50 or the power conversion device 1, or may be stored in a removable storage medium (non-transient storage medium) such as a DVD or CD-ROM, and the storage medium may be installed in the HDD or flash memory provided in the converter control unit 50 or the power conversion device 1 by attaching the storage medium to a drive device provided in the converter control unit 50 or the power conversion device 1.

電力変換装置1では、所望の位置に電流検出器や電圧検出器が設けられ、電流値や、電流の極性、電圧値が検出される。図1の例では、それぞれのレグ12内に、正側端子P側から交流端子CA側に流れる正側アーム電流Ipを検出するための電流検出器と、交流端子CA側から負側端子N側に流れる負側アーム電流Inを検出するための電流検出器が設けられている場合を示している。より具体的に、レグ12-Rには、アームユニット16-P-Rとリアクトル14-P-Rとの間に、正側端子P側から交流端子CA-R側に流れる正側アーム電流Iprを検出するための電流検出器が設けられ、アームユニット16-N-Rとリアクトル14-N-Rとの間に、交流端子CA-R側から負側端子N側に流れる負側アーム電流Inrを検出するための電流検出器が設けられている。その他のレグ12も同様である。図2では図示していないが、それぞれのセル162にも、コンデンサ電圧Vcを検出するための電圧検出器が設けられている。R相の交流電流Isrと、S相の交流電流Issと、T相の交流電流Istとのそれぞれは、交流端子R、交流端子S、および交流端子Tに電流検出器を設けて直接的に検出されてもよいが、それぞれのレグ12において検出した正側アーム電流Ipと負側アーム電流Inとを演算することによって間接的に検出されてもよい。例えば、R相の交流電流Isrは、正側アーム電流Iprと負側アーム電流Inrとの差(つまり、Inr-Ipr)を演算することによって間接的に検出されてもよい。さらに、図1には、電圧検出器の図示は省略しているが、R相の交流電圧Vsr、S相の交流電圧Vss、およびT相の交流電圧Vstを検出している場合を示している。 In the power conversion device 1, a current detector and a voltage detector are provided at desired positions to detect the current value, the polarity of the current, and the voltage value. In the example of FIG. 1, a current detector for detecting the positive arm current Ip flowing from the positive terminal P side to the AC terminal CA side and a current detector for detecting the negative arm current In flowing from the AC terminal CA side to the negative terminal N side are provided in each leg 12. More specifically, in the leg 12-R, a current detector for detecting the positive arm current Ipr flowing from the positive terminal P side to the AC terminal CA-R side is provided between the arm unit 16-P-R and the reactor 14-P-R, and a current detector for detecting the negative arm current Inr flowing from the AC terminal CA-R side to the negative terminal N side is provided between the arm unit 16-N-R and the reactor 14-N-R. The other legs 12 are similar. Although not shown in FIG. 2, a voltage detector for detecting the capacitor voltage Vc is also provided in each cell 162. The R-phase AC current Isr, the S-phase AC current Iss, and the T-phase AC current Ist may be directly detected by providing current detectors at the AC terminals R, S, and T, respectively, or may be indirectly detected by calculating the positive arm current Ip and the negative arm current In detected in each leg 12. For example, the R-phase AC current Isr may be indirectly detected by calculating the difference between the positive arm current Ipr and the negative arm current Inr (i.e., Inr-Ipr). Furthermore, although voltage detectors are not shown in FIG. 1, the case where the R-phase AC voltage Vsr, the S-phase AC voltage Vss, and the T-phase AC voltage Vst are detected is shown.

図3は、電力変換装置1が備える変換器制御部50の構成の一例を示す図である。 Figure 3 shows an example of the configuration of the converter control unit 50 provided in the power conversion device 1.

インサート数演算部52は、少なくとも、アームユニット16が出力すべきアーム電圧指令値Varm*が入力される。アーム電圧指令値Varm*は、電力変換装置1の運転状態や、電力変換装置1における各検出値に基づく電圧・電流制御などの演算結果として得られた、交流系統や直流系統に出力すべき電圧成分を、アームユニット16ごとに分配した値(実数値)である。インサート数演算部52は、アーム電圧指令値Varm*に応じて、それぞれのアームユニット16が備えるセル162のうち、インサート状態に割り当てる(インサート状態にさせる)セル162の数(整数値)を表すインサート数Ncellsを、それぞれのアームユニット16ごとに演算(算出)する。インサート数演算部52は、算出したインサート数Ncellsを、セル選択制御部56に出力する。 The insert number calculation unit 52 receives at least the arm voltage command value Varm* to be output by the arm unit 16. The arm voltage command value Varm* is a value (real value) obtained by distributing the voltage components to be output to the AC system and the DC system, which are obtained as a result of calculations such as the operating state of the power conversion device 1 and voltage/current control based on each detection value in the power conversion device 1, for each arm unit 16. The insert number calculation unit 52 calculates (calculates) an insert number Ncells representing the number (integer value) of cells 162 to be assigned to the insert state (put into the insert state) among the cells 162 included in each arm unit 16, for each arm unit 16, according to the arm voltage command value Varm*. The insert number calculation unit 52 outputs the calculated insert number Ncells to the cell selection control unit 56.

インサート数演算部52がインサート数Ncellsを演算(算出)する方法には、種々の方法がある。例えば、インサート数演算部52は、アーム電圧指令値Varm*をアームユニット16に属するセル162のコンデンサ電圧Vcの平均値または定格値で除算した値を整数に近似することによって、インサート状態にさせるセル162の数を表すインサート数Ncellsを算出する。この場合、変換器制御部50は、交流系統における交流電圧の1周期内でアームユニット16に属するセル162を1回ずつ制御する(インサート状態およびバイパス状態にさせる)、1パルス制御を行うものとなる。例えば、インサート数演算部52は、アーム電圧指令値Varm*に基づく変調波と、アームユニット16に属するセル162の数(図1では、「n」)と同数で互いに位相がシフトされたそれぞれの三角波キャリアを比較し、アーム電圧指令値Varm*(変調波)の値が三角波キャリアの値を上回る(三角波キャリアの値よりも大きくなる)三角波キャリア波の個数を、インサート状態にさせるセル162の数を表すインサート数Ncellsとして算出する。この場合、変換器制御部50は、交流系統における交流電圧の1周期内でアームユニット16に属するセル162を複数回制御する(インサート状態およびバイパス状態にさせる)、複パルス制御を行うものとなる。例えば、インサート数演算部52は、アーム電圧指令値Varm*に基づく変調波と、アームユニット16に属するセル162の数(図1では、「n」)と同数で互いにレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアを比較し、アーム電圧指令値Varm*(変調波)の値が三角波キャリアの値を上回る(三角波キャリアの値よりも大きくなる)三角波キャリア波の個数を、インサート状態にさせるセル162の数を表すインサート数Ncellsとして算出する。この場合も、変換器制御部50は、複パルス制御を行うものとなる。インサート数演算部52がインサート数Ncellsを演算(算出)する方法は、上述した方法に限定されず、アームユニット16ごとに分配した値(実数値)を、インサート状態にさせるセル162の数(整数値)として表すことができる方法であれば、いかなる方法を用いてもよい。 There are various methods for the insert number calculation unit 52 to calculate (calculate) the insert number Ncells. For example, the insert number calculation unit 52 calculates the insert number Ncells, which represents the number of cells 162 to be inserted, by approximating the value obtained by dividing the arm voltage command value Varm* by the average value or rated value of the capacitor voltage Vc of the cells 162 belonging to the arm unit 16 to an integer. In this case, the converter control unit 50 performs one-pulse control, controlling (putting the cells 162 belonging to the arm unit 16 into the insert state and bypass state) each time within one period of the AC voltage in the AC system. For example, the insert number calculation unit 52 compares the modulated wave based on the arm voltage command value Varm* with each of the triangular wave carriers, the number of which is the same as the number of cells 162 belonging to the arm unit 16 ("n" in FIG. 1) and has phases shifted from each other, and calculates the number of triangular wave carrier waves for which the value of the arm voltage command value Varm* (modulated wave) exceeds the value of the triangular wave carrier (becomes larger than the value of the triangular wave carrier) as the insert number Ncells, which represents the number of cells 162 to be put into the inserted state. In this case, the converter control unit 50 performs multi-pulse control, controlling the cells 162 belonging to the arm unit 16 multiple times (putting them into the inserted state and bypass state) within one period of the AC voltage in the AC system. For example, the insert number calculation unit 52 compares the modulated wave based on the arm voltage command value Varm* with each triangular wave carrier whose level is shifted from each other by the same number as the number of cells 162 belonging to the arm unit 16 ("n" in FIG. 1), and calculates the number of triangular wave carrier waves whose arm voltage command value Varm* (modulated wave) exceeds the value of the triangular wave carrier (becomes larger than the value of the triangular wave carrier) as the insert number Ncells representing the number of cells 162 to be inserted. In this case, the converter control unit 50 also performs multi-pulse control. The method by which the insert number calculation unit 52 calculates the insert number Ncells is not limited to the above-mentioned method, and any method may be used as long as it can express the value (real value) distributed to each arm unit 16 as the number of cells 162 to be inserted (integer value).

インサート数演算部52は、特許請求の範囲における「状態数演算部」の一例である。インサート数Ncellsは、特許請求の範囲における「状態数」の一例である。 The number of inserts calculation unit 52 is an example of a "number of states calculation unit" in the claims. The number of inserts Ncells is an example of a "number of states" in the claims.

ソートリスト演算部54は、電力変換器10が備えるそれぞれのセル162のコンデンサ電圧Vcの大小関係を表すソートリストを、それぞれのアームユニット16ごとに演算(生成)する。ソートリスト演算部54は、例えば、所定(一定)の演算周期TS2ごとに、ソートリストを生成する。ソートリストは、同じアームユニット16に属する少なくとも二つ以上のセル162のコンデンサ電圧Vc(図3では、セル162-1~セル162-nのコンデンサ電圧Vc-1~コンデンサ電圧Vc-n)の電圧値の大小関係に基づいて、降順、あるいは昇順に並べ替えたものである。ソートリスト演算部54がソートリストを生成する演算周期TS2は、電力変換装置1における各検出値を取得する取得周期TS1よりも長い時間間隔の周期(TS2>TS1)である。これは、ソートリスト演算部54において、取得した複数のコンデンサ電圧Vcの電圧値を並べ替える処理には時間を要すると考えられるからである。このため、ソートリスト演算部54は、演算周期TS2において次のソートリストを生成するタイミング、つまり、ソートリストを更新するタイミングに合った取得周期TS1において取得したコンデンサ電圧Vcの電圧値に基づいてソートリストを生成する。例えば、ソートリスト演算部54は、コンデンサ電圧Vcの電圧値を並べ替える処理に要する時間を確保した上で、ソートリストの生成を開始するタイミングの直前の取得周期TS1で取得したコンデンサ電圧Vcの電圧値を並べ替えることによってソートリストを生成する。ソートリスト演算部54がソートリストを生成する際に用いるコンデンサ電圧Vcの電圧値は、上述したソートリストの生成を開始する直前のタイミングで取得したものに限定されず、例えば、複数の取得周期TS1において取得した同じコンデンサCに対応するコンデンサ電圧Vcの電圧値の平均値や、最大値などを用いてもよい。以下の説明においては、ソートリスト演算部54は、コンデンサ電圧Vcの電圧値を降順に並べ替えたソートリストを生成するものとする。ソートリスト演算部54は、生成したソートリストを、セル選択制御部56に出力する。 The sort list calculation unit 54 calculates (generates) a sort list representing the magnitude relationship of the capacitor voltage Vc of each cell 162 included in the power converter 10 for each arm unit 16. The sort list calculation unit 54 generates a sort list for each predetermined (constant) calculation period TS2, for example. The sort list is a sort list in which the capacitor voltages Vc of at least two or more cells 162 belonging to the same arm unit 16 (in FIG. 3, the capacitor voltages Vc-1 to Vc-n of cells 162-1 to 162-n) are rearranged in descending or ascending order based on the magnitude relationship of the voltage values. The calculation period TS2 in which the sort list calculation unit 54 generates the sort list is a period (TS2>TS1) with a longer time interval than the acquisition period TS1 in which each detection value in the power conversion device 1 is acquired. This is because it is considered that the process of rearranging the voltage values of the multiple capacitor voltages Vc acquired in the sort list calculation unit 54 takes time. For this reason, the sort list calculation unit 54 generates a sort list based on the voltage value of the capacitor voltage Vc acquired in the acquisition period TS1 that matches the timing of generating the next sort list in the calculation period TS2, that is, the timing of updating the sort list. For example, the sort list calculation unit 54 generates a sort list by rearranging the voltage values of the capacitor voltage Vc acquired in the acquisition period TS1 immediately before the timing of starting to generate the sort list after securing the time required for the process of rearranging the voltage values of the capacitor voltage Vc. The voltage value of the capacitor voltage Vc used by the sort list calculation unit 54 when generating the sort list is not limited to the voltage value acquired immediately before the timing of starting to generate the sort list described above, and may be, for example, the average value or maximum value of the voltage values of the capacitor voltage Vc corresponding to the same capacitor C acquired in multiple acquisition periods TS1. In the following description, it is assumed that the sort list calculation unit 54 generates a sort list in which the voltage values of the capacitor voltage Vc are rearranged in descending order. The sort list calculation unit 54 outputs the generated sort list to the cell selection control unit 56.

ソートリスト演算部54は、特許請求の範囲における「リスト演算部」の一例である。ソートリストは、特許請求の範囲における「リスト情報」の一例である。 The sort list calculation unit 54 is an example of a "list calculation unit" in the claims. The sort list is an example of "list information" in the claims.

セル選択制御部56は、少なくともインサート数演算部52により出力されたインサート数Ncellsが変化したタイミングごと、つまり、セル162を制御する(インサート状態およびバイパス状態にさせる)制御タイミングごとに、現在の制御状態を変更する対象のセル162を選択する。より具体的には、セル選択制御部56は、インサート数Ncellsが変化したことをきっかけとしてセル162の選択を開始する。そして、セル選択制御部56は、制御対象のアームユニット16を流れるアーム電流Iarm(つまり、正側アーム電流Ipや負側アーム電流In)の極性と、ソートリスト演算部54により出力された制御対象のアームユニット16のソートリストとを参照し、インサート状態に変更させるセル162やバイパス状態に変更させるセル162を選択する。 The cell selection control unit 56 selects a cell 162 for which the current control state is to be changed at least each time the insert number Ncells output by the insert number calculation unit 52 changes, that is, each time the cell 162 is controlled (put into the insert state or the bypass state). More specifically, the cell selection control unit 56 starts selecting a cell 162 when the insert number Ncells changes. Then, the cell selection control unit 56 refers to the polarity of the arm current Iarm (i.e., the positive arm current Ip and the negative arm current In) flowing through the arm unit 16 to be controlled and the sort list of the arm unit 16 to be controlled output by the sort list calculation unit 54, and selects a cell 162 to be changed to the insert state or the bypass state.

セル選択制御部56は、インサート数Ncellsが増加した場合において、アーム電流Iarmの極性が、インサート状態になっているセル162のコンデンサCに電力を蓄積させて、アームユニット16全体の充電量を増加させる充電極性である期間(充電期間)では、現在バイパス状態であるセル162の中から、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル162を優先してインサート状態に変更するセル162として選択する。この場合、セル選択制御部56は、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に低いコンデンサCを備えるセル162から順に選択する。充電極性は、アーム電流Iarmが、図1に示した正側アーム電流Ipや負側アーム電流Inと同じ方向に流れる極性である。一方、セル選択制御部56は、インサート数Ncellsが増加した場合において、アーム電流Iarmの極性が、インサート状態になっているセル162のコンデンサCに蓄積されている電力を放電させて、アームユニット16全体の放電量を増加させる放電極性である期間(放電期間)では、現在バイパス状態であるセル162の中から、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル162を優先してインサート状態に変更するセル162として選択する。この場合、セル選択制御部56は、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に高いコンデンサCを備えるセル162から順に選択する。放電極性は、アーム電流Iarmが、図1に示した正側アーム電流Ipや負側アーム電流Inとは逆の方向に流れる極性である。 When the number of inserts Ncells increases, during a period (charging period) in which the polarity of the arm current Iarm is a charging polarity that accumulates power in the capacitor C of the cell 162 in the inserted state and increases the charge amount of the entire arm unit 16, the cell selection control unit 56 selects, from among the cells 162 currently in the bypass state, a cell 162 having a capacitor C with less accumulated power as a cell 162 to be changed to the inserted state. In this case, the cell selection control unit 56 refers to the sort list and selects cells 162 in order starting from the cell 162 having a capacitor C with a relatively low voltage value of the capacitor voltage Vc. The charging polarity is the polarity in which the arm current Iarm flows in the same direction as the positive arm current Ip and the negative arm current In shown in FIG. 1. On the other hand, when the number of inserts Ncells increases, during a period (discharge period) in which the polarity of the arm current Iarm is a discharge polarity that discharges the power stored in the capacitor C of the cell 162 in the inserted state and increases the discharge amount of the entire arm unit 16, the cell selection control unit 56 preferentially selects the cell 162 having the capacitor C with the most stored power from among the cells 162 currently in the bypass state as the cell 162 to be changed to the inserted state. In this case, the cell selection control unit 56 refers to the sort list and selects the cell 162 having the capacitor C with the relatively high voltage value of the capacitor voltage Vc in order. The discharge polarity is the polarity in which the arm current Iarm flows in the opposite direction to the positive arm current Ip and the negative arm current In shown in FIG. 1.

セル選択制御部56は、インサート数Ncellsが減少した場合において、アーム電流Iarmの極性が、インサート状態になっているセル162のコンデンサCに電力を蓄積させて、アームユニット16全体の充電量を増加させる充電極性である期間(充電期間)では、現在インサート状態であるセル162の中から、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル162を優先してバイパス状態に変更するセル162として選択する。この場合、セル選択制御部56は、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に高いコンデンサCを備えるセル162から順に選択する。一方、セル選択制御部56は、インサート数Ncellsが減少した場合において、アーム電流Iarmの極性が、インサート状態になっているセル162のコンデンサCに蓄積されている電力を放電させて、アームユニット16全体の放電量を増加させる放電極性である期間(放電期間)では、現在インサート状態であるセル162の中から、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル162を優先してバイパス状態に変更するセル162として選択する。この場合、セル選択制御部56は、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に低いコンデンサCを備えるセル162から順に選択する。 When the number of inserts Ncells is decreased, the cell selection control unit 56, during a period (charging period) in which the polarity of the arm current Iarm is a charging polarity that accumulates power in the capacitor C of the cell 162 in the inserted state and increases the charge amount of the entire arm unit 16, selects the cell 162 having the capacitor C with the most accumulated power from among the cells 162 currently in the inserted state as the cell 162 to be changed to the bypass state. In this case, the cell selection control unit 56 refers to the sort list and selects the cells 162 in order from the cells 162 having the capacitor C with the relatively high voltage value of the capacitor voltage Vc. On the other hand, when the number of inserts Ncells is decreased, the cell selection control unit 56, during a period (discharging period) in which the polarity of the arm current Iarm is a discharging polarity that accumulates power in the capacitor C of the cell 162 in the inserted state and increases the discharge amount of the entire arm unit 16, selects the cell 162 having the capacitor C with the least accumulated power from among the cells 162 currently in the inserted state as the cell 162 to be changed to the bypass state. In this case, the cell selection control unit 56 refers to the sort list and selects cells 162 in order starting from the cell 162 that has a capacitor C with a relatively low voltage value of the capacitor voltage Vc.

これにより、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に高いコンデンサCを備えるセル162は、優先的に充電時間が短く、放電時間が長くされるため、アームユニット16が備えるそれぞれのセル162において、コンデンサ電圧Vcが均一化されることになる。一方、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に低いコンデンサCを備えるセル162は、優先的に充電時間が長く、放電時間が短くされるため、同様に、アームユニット16が備えるそれぞれのセル162において、コンデンサ電圧Vcが均一化されることになる。 As a result, the cells 162 including capacitors C whose capacitor voltage Vc has a relatively high voltage value are preferentially charged and discharged for a short time, resulting in equalization of the capacitor voltage Vc in each of the cells 162 included in the arm unit 16. On the other hand, the cells 162 including capacitors C whose capacitor voltage Vc has a relatively low voltage value are preferentially charged and discharged for a long time, resulting in equalization of the capacitor voltage Vc in each of the cells 162 included in the arm unit 16.

さらに、セル選択制御部56は、アームユニット16が備えるそれぞれのセル162において、コンデンサCの充電量の差を少なくさせる(充電量が相対的に均一になるようにバランスさせる)ように制御する。以下、セル選択制御部56におけるコンデンサCの充電量(より具体的には、コンデンサ電圧Vc)が均一になるようにバランスさせる制御を、「バランス制御」という。セル選択制御部56におけるバランス制御では、取得周期TS1ごとに、つまり、ソートリスト演算部54がソートリストを生成する演算周期TS2よりも短い周期で、同じアームユニット16に属するセル162のコンデンサ電圧Vc(図3では、セル162-1~セル162-nのコンデンサ電圧Vc-1~コンデンサ電圧Vc-n)の電圧値を取得する。そして、セル選択制御部56は、取得したそれぞれのコンデンサ電圧Vcの電圧値と、コンデンサCにおけるコンデンサ電圧Vcの上側の閾値Vc-max、および下側の閾値Vc-minとを比較する。この比較の結果、充電期間においてインサート状態のセル162のコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合、セル選択制御部56は、このセル162への充電が今以上に行われないように(つまり、過充電とならないように)バイパス状態に制御し、代わりに、バイパス状態のセル162の中から、コンデンサ電圧Vcの電圧値が低いコンデンサCを備える同数の他のセル162を優先して選択して、インサート状態に変更する。一方、放電期間においてインサート状態のセル162のコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-minを超えた場合、セル選択制御部56は、このセル162からの放電が今以上に行われないように(つまり、過放電とならないように)バイパス状態に制御し、代わりに、バイパス状態のセル162の中から、コンデンサ電圧Vcの電圧値が高いコンデンサCを備える同数の他のセル162を優先して選択して、インサート状態に変更する。閾値Vc-maxおよび閾値Vc-minは、例えば、定格コンデンサ電圧指令値Vc*に対して、コンデンサCの許容変動幅を考慮した値が設定されるものである。より具体的には、閾値Vc-maxは、例えば、電力変換器10の通常運転におけるコンデンサ電圧Vcの変動幅の上限値とし、定格コンデンサ電圧指令値Vc*よりも高いVc-max=Vc*×1.1程度に設定される。閾値Vc-minは、例えば、電力変換器10の通常運転におけるコンデンサ電圧Vcの変動幅の下限値とし、定格コンデンサ電圧指令値Vc*よりも低いVc-min=Vc*×0.9程度に設定される。閾値Vc-maxおよび閾値Vc-minは、アームユニット16が備えるコンデンサCにおけるコンデンサ電圧Vcの平均電圧Vc-ave(変動値)に基づいて設定されるものであってもよい。閾値Vc-maxは、例えば、コンデンサCのコンデンサ電圧Vcが平均電圧Vc-aveから一定以上ばらつかないように、平均電圧Vc-aveよりも高いVc-max=Vc-ave×1.1程度に設定される。閾値Vc-minは、例えば、コンデンサCのコンデンサ電圧Vcが平均電圧Vc-aveから一定以上ばらつかないように、平均電圧Vc-aveよりも低いVc-min=Vc-ave×0.9程度に設定される。 Furthermore, the cell selection control unit 56 controls the cells 162 in the arm unit 16 to reduce the difference in the charge amount of the capacitor C (to balance the charge amount so that it is relatively uniform). Hereinafter, the control in the cell selection control unit 56 to balance the charge amount of the capacitor C (more specifically, the capacitor voltage Vc) so that it is uniform is referred to as "balance control". In the balance control in the cell selection control unit 56, the voltage value of the capacitor voltage Vc (capacitor voltage Vc-1 to capacitor voltage Vc-n of cells 162-1 to 162-n in FIG. 3) of the cells 162 belonging to the same arm unit 16 is acquired for each acquisition period TS1, that is, in a period shorter than the calculation period TS2 in which the sort list calculation unit 54 generates the sort list. Then, the cell selection control unit 56 compares the voltage value of each acquired capacitor voltage Vc with the upper threshold value Vc-max and the lower threshold value Vc-min of the capacitor voltage Vc in the capacitor C. As a result of this comparison, if the capacitor voltage Vc of the cell 162 in the inserted state during the charging period exceeds the threshold Vc-max, the cell selection control unit 56 controls the cell 162 to the bypass state so that the cell 162 is not charged any more (i.e., overcharged), and instead, from among the cells 162 in the bypass state, the same number of other cells 162 having capacitors C with lower capacitor voltage Vc values are preferentially selected and changed to the inserted state. On the other hand, if the capacitor voltage Vc of the cell 162 in the inserted state during the discharging period exceeds the threshold Vc-min, the cell selection control unit 56 controls the cell 162 to the bypass state so that the cell 162 is not discharged any more (i.e., overdischarged), and instead, from among the cells 162 in the bypass state, the same number of other cells 162 having capacitors C with higher capacitor voltage Vc values are preferentially selected and changed to the inserted state. The threshold Vc-max and threshold Vc-min are set to values that take into account the allowable fluctuation width of the capacitor C with respect to the rated capacitor voltage command value Vc*, for example. More specifically, the threshold value Vc-max is set to, for example, the upper limit of the fluctuation range of the capacitor voltage Vc during normal operation of the power converter 10, and is set to about Vc-max=Vc*×1.1, which is higher than the rated capacitor voltage command value Vc*. The threshold value Vc-min is set to, for example, the lower limit of the fluctuation range of the capacitor voltage Vc during normal operation of the power converter 10, and is set to about Vc-min=Vc*×0.9, which is lower than the rated capacitor voltage command value Vc*. The threshold values Vc-max and Vc-min may be set based on the average voltage Vc-ave (fluctuation value) of the capacitor voltage Vc in the capacitor C provided in the arm unit 16. The threshold value Vc-max is set to, for example, about Vc-max=Vc-ave×1.1, which is higher than the average voltage Vc-ave, so that the capacitor voltage Vc of the capacitor C does not vary from the average voltage Vc-ave by a certain amount or more. The threshold value Vc-min is set to, for example, approximately Vc-min = Vc-ave x 0.9, which is lower than the average voltage Vc-ave, so that the capacitor voltage Vc of the capacitor C does not vary more than a certain amount from the average voltage Vc-ave.

セル選択制御部56は、セル162ごとのセル制御状態CL*を生成する。このとき、セル選択制御部56は、ソートリスト演算部54におけるソートリストの演算(生成)タイミングや、ソートリスト演算部54におけるバランス制御のタイミング、変換器制御部50や変換器制御部50が備える構成要素の動作周期(いわゆる、動作クロックや演算クロック)のタイミングに合わせた任意のタイミングで、セル制御状態CL*を生成するようにしてもよい。セル制御状態CL*には、対応するセル162について、少なくともインサート状態に制御するのか、バイパス状態に制御するのかを表す情報が含まれている。セル選択制御部56は、それぞれのセル162に対応するセル制御状態CL*を、ゲート信号生成部58に出力する。図3には、セル162-1~セル162-nのそれぞれに対応するセル制御状態CL*-1~セル制御状態CL*-nを示している。 The cell selection control unit 56 generates a cell control state CL* for each cell 162. At this time, the cell selection control unit 56 may generate the cell control state CL* at any timing that matches the timing of the calculation (generation) of the sort list in the sort list calculation unit 54, the timing of the balance control in the sort list calculation unit 54, and the timing of the operation cycle (so-called operation clock or calculation clock) of the converter control unit 50 and the components included in the converter control unit 50. The cell control state CL* includes information indicating whether the corresponding cell 162 is controlled to at least the insert state or the bypass state. The cell selection control unit 56 outputs the cell control state CL* corresponding to each cell 162 to the gate signal generation unit 58. FIG. 3 shows cell control states CL*-1 to CL*-n corresponding to cells 162-1 to 162-n, respectively.

セル選択制御部56は、特許請求の範囲における「単位変換器選択部」の一例である。取得周期TS1は、特許請求の範囲における「第1の時間間隔」の一例であり、演算周期TS2は、特許請求の範囲における「第2の時間間隔」の一例である。閾値Vc-maxは、特許請求の範囲における「第1閾値」の一例であり、閾値Vc-minは、特許請求の範囲における「第2閾値」の一例である。 The cell selection control unit 56 is an example of a "unit converter selection unit" in the claims. The acquisition period TS1 is an example of a "first time interval" in the claims, and the calculation period TS2 is an example of a "second time interval" in the claims. The threshold value Vc-max is an example of a "first threshold value" in the claims, and the threshold value Vc-min is an example of a "second threshold value" in the claims.

ゲート信号生成部58は、セル選択制御部56により出力されたそれぞれのセル制御状態CL*に従って、それぞれのアームユニット16が備える全てのセル162に出力する制御信号(ゲート信号)を生成する。より具体的には、ゲート信号生成部58は、それぞれのセル162が備えるスイッチング素子Q1に対応するゲート信号gtpと、スイッチング素子Q2に対応するゲート信号gtnとを生成する。図3には、セル162-1~セル162-nのそれぞれに対応するゲート信号gtp-1~ゲート信号gtp-nと、ゲート信号gtn-1~ゲート信号gtn-nとを示している。このとき、ゲート信号生成部58は、例えば、ゲート信号gtpを論理反転させることによって、ゲート信号gtnを生成するようにしてもよい。ただし、この場合でも、上述したように、セル162が備えるコンデンサCの両端が短絡されてしまうことを防止するため、短時間のデッドタイムを設ける。ゲート信号生成部58は、生成したそれぞれのゲート信号を、対応するセル162(より具体的には、セル162が備えるスイッチング素子Q)に出力する。 The gate signal generating unit 58 generates a control signal (gate signal) to be output to all the cells 162 of each arm unit 16 according to each cell control state CL* output by the cell selection control unit 56. More specifically, the gate signal generating unit 58 generates a gate signal gtp corresponding to the switching element Q1 of each cell 162 and a gate signal gtn corresponding to the switching element Q2. FIG. 3 shows gate signals gtp-1 to gtp-n and gate signals gtn-1 to gtn-n corresponding to cells 162-1 to 162-n, respectively. At this time, the gate signal generating unit 58 may generate the gate signal gtn by, for example, logically inverting the gate signal gtp. However, even in this case, as described above, a short dead time is provided to prevent both ends of the capacitor C of the cell 162 from being short-circuited. The gate signal generating unit 58 outputs each generated gate signal to the corresponding cell 162 (more specifically, the switching element Q of the cell 162).

図3では、ゲート信号生成部58が、それぞれのセル162に対応するゲート信号を生成して、対応するセル162に出力する構成を示したが、例えば、セル選択制御部56が、セル制御状態CL*をそれぞれのセル162に出力し、それぞれのセル162内で、セル制御状態CL*に応じたゲート信号を生成する構成にしてもよい。この場合、それぞれのセル162は、ゲート信号生成部58と等価な機能を有する構成要素を備える構成となる。 In FIG. 3, the gate signal generating unit 58 generates a gate signal corresponding to each cell 162 and outputs it to the corresponding cell 162. However, for example, the cell selection control unit 56 may output the cell control state CL* to each cell 162, and generate a gate signal corresponding to the cell control state CL* in each cell 162. In this case, each cell 162 is configured to include a component having a function equivalent to that of the gate signal generating unit 58.

このような構成によって、変換器制御部50は、電力変換器10が備えるそれぞれのアームユニット16内のセル162を制御して、電力変換器10に、交流系統の交流電力と直流系統の直流電力とを相互に変換させる。 With this configuration, the converter control unit 50 controls the cells 162 in each arm unit 16 of the power converter 10 to cause the power converter 10 to convert between AC power in the AC system and DC power in the DC system.

ところで、従来から広く知られている位相シフトPWM方式では、セルごとに個別の三角波キャリアと電圧指令値(変調波)が割り当てられ、セルごとに制御信号(ゲート信号)を演算している。これに対して、変換器制御部50では、インサート数演算部52が、例えば、セル162ごとに割り当てられていない三角波キャリアと、アームユニット16単位のアーム電圧指令値Varm*に基づく変調波とに基づいて、インサート状態にさせるセル162の数を表すインサート数Ncellsを演算(算出)する。そして、変換器制御部50では、セル選択制御部56が、少なくともインサート数Ncellsが変化したことをきっかけとして、アーム電流Iarmの極性と、ソートリスト演算部54により出力されたソートリストとを参照して、インサート状態あるいはバイパス状態に変更させるセル162を選択する。これにより、ゲート信号生成部58が、それぞれのセル162が備えるスイッチング素子Qをオン状態あるいはオフ状態にさせるためのゲート信号を生成する。つまり、変換器制御部50では、セルごとに個別に割り当てられた三角波キャリアと電圧指令値(変調波)とは存在しない。 In the conventionally widely known phase shift PWM method, an individual triangular wave carrier and a voltage command value (modulation wave) are assigned to each cell, and a control signal (gate signal) is calculated for each cell. In contrast, in the converter control unit 50, the insert number calculation unit 52 calculates (calculates) the insert number Ncells representing the number of cells 162 to be inserted based on, for example, a triangular wave carrier not assigned to each cell 162 and a modulation wave based on the arm voltage command value Varm* of each arm unit 16. Then, in the converter control unit 50, the cell selection control unit 56 selects the cell 162 to be changed to the insert state or bypass state by referring to the polarity of the arm current Iarm and the sort list output by the sort list calculation unit 54, triggered by at least a change in the insert number Ncells. As a result, the gate signal generation unit 58 generates a gate signal for turning on or off the switching element Q equipped in each cell 162. In other words, in the converter control unit 50, there is no triangular wave carrier and voltage command value (modulation wave) assigned individually to each cell.

さらに、従来の位相シフトPWM方式では、セルごとの電圧指令値(変調波)の振幅を調整することによって、セルに流入出する比較的長い周期の平均電力を操作し、コンデンサ電圧の均一化を図る。このため、従来の位相シフトPWM方式では、それぞれのセルが備えるコンデンサの充電量を相対的に均一になるようにバランスさせる時間が長くなってしまう。これに対して、実施形態の変換器制御部50では、セル選択制御部56が、例えば、セル162内のスイッチング素子Qをスイッチング制御するタイミングごとに、セル162が備えるコンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランス制御することができる。このため、実施形態の変換器制御部50では、従来の位相シフトPWM方式よりも短い時間でコンデンサCの充電量の均一化を図ることができる。このことにより、電力変換器10は、実施形態の変換器制御部50によるコンデンサ電圧Vcのバランス制御によって、コンデンサ電圧Vcの変動幅が抑制され、セル162ごとに出力可能な電圧を確保し、運転の制約を軽減することができる。そして、電力変換器10では、実施形態の変換器制御部50によるコンデンサ電圧Vcのバランス制御によって、コンデンサ電圧Vcの最大値が抑制され、セル162が備えるコンデンサCやスイッチング素子Qの故障リスクを低減することができる。 Furthermore, in the conventional phase shift PWM method, the amplitude of the voltage command value (modulation wave) for each cell is adjusted to manipulate the relatively long-cycle average power flowing in and out of the cell, thereby equalizing the capacitor voltage. For this reason, in the conventional phase shift PWM method, it takes a long time to balance the charge amount of the capacitors in each cell so that they are relatively uniform. In contrast, in the converter control unit 50 of the embodiment, the cell selection control unit 56 can perform balance control so that the charge amount of the capacitor C in the cell 162 is relatively uniform at each timing of switching control of the switching element Q in the cell 162. For this reason, in the converter control unit 50 of the embodiment, it is possible to equalize the charge amount of the capacitor C in a shorter time than in the conventional phase shift PWM method. As a result, in the power converter 10, the fluctuation range of the capacitor voltage Vc is suppressed by the balance control of the capacitor voltage Vc by the converter control unit 50 of the embodiment, and the voltage that can be output for each cell 162 can be secured, thereby reducing the constraints on operation. In the power converter 10, the maximum value of the capacitor voltage Vc is suppressed by the balance control of the capacitor voltage Vc by the converter control unit 50 of the embodiment, and the risk of failure of the capacitor C and the switching element Q of the cell 162 can be reduced.

これらのことから、電力変換装置1は、電力変換器10における高いコンデンサ電圧バランス性能と、故障リスクを低減した、高い信頼性を同時に得ることができる。しかも、電力変換装置1では、変換器制御部50(より具体的には、セル選択制御部56)によるバランス制御が、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合に行われるため、電力変換器10において、例えば、低電力の運転時など、コンデンサ電圧Vcの変動幅が狭くなるような運転のときにも、セル162に対するスイッチング制御の周期が短く、つまり、スイッチング周波数が高くなってしまうのを防止することができる。さらに、電力変換装置1では、例えば、系統事故などが発生した際も、変換器制御部50によるバランス制御が、コンデンサ電圧Vcが通常の電圧範囲から逸脱してしまうのを抑えるように動作するため、コンデンサ電圧Vcが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器10の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このため、電力変換装置1では、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させることができる。 As a result, the power conversion device 1 can simultaneously obtain high capacitor voltage balancing performance in the power converter 10 and high reliability with reduced risk of failure. Moreover, in the power conversion device 1, the balance control by the converter control unit 50 (more specifically, the cell selection control unit 56) is performed when the capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min. Therefore, in the power converter 10, even when the fluctuation range of the capacitor voltage Vc is narrow, such as during low-power operation, the cycle of the switching control for the cell 162 is short, that is, the switching frequency can be prevented from becoming high. Furthermore, in the power conversion device 1, even when, for example, a system accident occurs, the balance control by the converter control unit 50 operates to prevent the capacitor voltage Vc from deviating from the normal voltage range, so that the risk of the capacitor voltage Vc reaching an overvoltage or undervoltage and causing the protection device of the power converter 10 to operate and stop operation can be reduced. Therefore, in the power conversion device 1, the continuity of operation when a system accident occurs can be improved.

[電力変換装置の第1の動作]
次に、電力変換装置1の動作、つまり、変換器制御部50におけるセル162の制御の一例について説明する。以下の説明においては、電力変換器10が備えるレグ12-Rと、レグ12-Sと、レグ12-Tとのそれぞれのレグ12を代表して、レグ12-Rが備えるアームユニット16-P-Rに対する制御について説明する。以下の説明においては、説明を容易にするため、変換器制御部50が備えるそれぞれの構成要素の動作を、変換器制御部50自体が行うものとして説明する。
[First Operation of Power Conversion Apparatus]
Next, an example of the operation of the power conversion device 1, that is, the control of the cells 162 in the converter control unit 50 will be described. In the following description, the control over the arm unit 16-P-R included in the leg 12-R will be described as a representative of each of the legs 12-R, 12-S, and 12-T included in the power converter 10. In the following description, for ease of explanation, the operation of each of the components included in the converter control unit 50 will be described as being performed by the converter control unit 50 itself.

図4は、電力変換装置1における第1の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。図4に示した電力変換装置1の動作の一例は、アームユニット16-P-R(以下、単に「アームユニット16」という)が備えるセル162が、六つ(n=6)である場合の動作の一例である。図4には、アームユニット16が備えるセル162-5のコンデンサ電圧Vc-5が閾値Vc-minを超えた場合(閾値Vc-minを下回った場合)における変換器制御部50のバランス制御の一例を示している。図4には、アーム電圧指令値Varm*、アーム電流Iarm、アーム電圧指令値Varm*に基づいてアームユニット16が生成したアーム電圧Varm、および変換器制御部50によりセル162-1~セル162-6が備えるスイッチング素子Q1に出力されるゲート信号gtp-1~ゲート信号gtp-6の時間的な変化を、同じ時間軸に示している。図4には、変換器制御部50がバランス制御をするセル162-5のコンデンサ電圧Vc(Vc-5)の模式的な変化も、同じ時間軸に示している。さらに、図4には、変換器制御部50(より具体的には、ソートリスト演算部54)が演算(生成)するソートリストの一例を示している。図4に示した第1の動作では、アーム電圧指令値Varm*の1周期ごとにソートリストが生成される(更新される)ものとしている。図4には、コンデンサ電圧Vc-5の電圧値を取得する取得周期TS1、およびソートリストが作成される演算周期TS2の期間の一例も示している。 Figure 4 is a timing chart for explaining an example of the operation timing of the first operation in the power conversion device 1. The example of the operation of the power conversion device 1 shown in Figure 4 is an example of the operation when the arm unit 16-P-R (hereinafter simply referred to as "arm unit 16") has six cells 162 (n = 6). Figure 4 shows an example of balance control by the converter control unit 50 when the capacitor voltage Vc-5 of the cell 162-5 of the arm unit 16 exceeds the threshold value Vc-min (when it falls below the threshold value Vc-min). Figure 4 shows the temporal changes of the arm voltage command value Varm*, the arm current Iarm, the arm voltage Varm generated by the arm unit 16 based on the arm voltage command value Varm*, and the gate signals gtp-1 to gtp-6 output by the converter control unit 50 to the switching elements Q1 of the cells 162-1 to 162-6 on the same time axis. FIG. 4 also shows, on the same time axis, a schematic change in the capacitor voltage Vc (Vc-5) of cell 162-5, which is balanced by the converter control unit 50. Furthermore, FIG. 4 shows an example of a sort list calculated (generated) by the converter control unit 50 (more specifically, the sort list calculation unit 54). In the first operation shown in FIG. 4, the sort list is generated (updated) for each cycle of the arm voltage command value Varm*. FIG. 4 also shows an example of an acquisition cycle TS1 for acquiring the voltage value of the capacitor voltage Vc-5, and an example of a calculation cycle TS2 for creating the sort list.

アーム電圧指令値Varm*は、交流系統の周波数と直流成分とを含む。上述したように、変換器制御部50(より具体的には、インサート数演算部52)は、アーム電圧指令値Varm*に基づいて、階段状の疑似的な正弦波で表されるインサート数Ncellsを演算(算出)する。図4では、インサート数Ncellsは、最小値が「0」、最大値が「n(ここでは「6」)」の整数値である。インサート数Ncellsは、例えば、アーム電圧指令値Varm*をアームユニット16に属するセル162のコンデンサ電圧Vcの平均値または定格値で除算した値を整数に近似して算出したものである。つまり、図4に示した電力変換装置1の動作タイミングは、変換器制御部50が1パルス制御を行う場合の動作タイミングである。インサート数Ncellsは、図4に示したアーム電圧Varmと等価なものを表している。 The arm voltage command value Varm* includes the frequency of the AC system and a DC component. As described above, the converter control unit 50 (more specifically, the insert number calculation unit 52) calculates (calculates) the insert number Ncells, which is expressed as a stepped pseudo-sine wave, based on the arm voltage command value Varm*. In FIG. 4, the insert number Ncells is an integer value with a minimum value of "0" and a maximum value of "n (here, "6")". The insert number Ncells is calculated by approximating the value obtained by dividing the arm voltage command value Varm* by the average value or rated value of the capacitor voltage Vc of the cells 162 belonging to the arm unit 16 to an integer. In other words, the operation timing of the power conversion device 1 shown in FIG. 4 is the operation timing when the converter control unit 50 performs one-pulse control. The insert number Ncells represents something equivalent to the arm voltage Varm shown in FIG. 4.

変換器制御部50(より具体的には、セル選択制御部56およびゲート信号生成部58)は、インサート数Ncellsが変化したタイミングごとに、アームユニット16に属するインサート状態のセル162が、インサート数Ncellsが表すインサート状態にさせるセル162の数(整数値)と一致するように、それぞれのセル162に出力するゲート信号gtpを制御する。それぞれのゲート信号gtpは、「1(“High”レベル)」の場合にスイッチング素子Q1をオン状態にさせ、「0(“Low”レベル)」の場合にスイッチング素子Q1をオフ状態にさせるものである。ここで、セル162が備えるスイッチング素子Q2に出力するゲート信号gtnは、上述したように、ゲート信号gtpを論理反転させることによって生成することができる。このため、図4では、ゲート信号gtnの図示は省略している。従って、図4では、セル162は、ゲート信号gtpが「1」のときがインサート状態であり、ゲート信号gtpが「0」のときがバイパス状態である。さらに、図4では、説明を容易にするため、デッドタイムを省略している。アーム電圧Varmは、セル162のコンデンサ電圧Vcが均一に制御されている場合、おおむねインサート数Ncellsが表すインサート状態にさせるセル162の数(整数値)にコンデンサ電圧Vcを乗じた電圧値となる。 The converter control unit 50 (more specifically, the cell selection control unit 56 and the gate signal generation unit 58) controls the gate signal gtp output to each cell 162 so that the number of cells 162 in the insert state belonging to the arm unit 16 matches the number (integer value) of cells 162 to be put into the insert state represented by the insert number Ncells at each timing when the insert number Ncells changes. Each gate signal gtp turns the switching element Q1 on when it is "1 ("High" level)" and turns the switching element Q1 off when it is "0 ("Low" level). Here, the gate signal gtn output to the switching element Q2 of the cell 162 can be generated by logically inverting the gate signal gtp as described above. For this reason, the gate signal gtn is omitted in FIG. 4. Therefore, in FIG. 4, the cell 162 is in the insert state when the gate signal gtp is "1" and in the bypass state when the gate signal gtp is "0". Furthermore, in Fig. 4, the dead time is omitted for ease of explanation. When the capacitor voltage Vc of the cells 162 is uniformly controlled, the arm voltage Varm is roughly the voltage value obtained by multiplying the number of cells 162 (integer value) to be inserted, which is represented by the number of inserts Ncells, by the capacitor voltage Vc.

アーム電流Iarmは、交流系統の周波数と直流成分を含む。アームユニット16では、アーム電流Iarmが正極性(Iarm>0)の場合、インサート状態のセル162が備えるコンデンサCが充電され、この充電期間中にコンデンサ電圧Vcが上昇する。アームユニット16では、アーム電流Iarmが負極性(Iarm<0)の場合、インサート状態のセル162が備えるコンデンサCは放電され、この放電期間中にコンデンサ電圧Vcが下降する。アームユニット16では、アーム電流Iarmの極性に関わらず、バイパス状態のセル162が備えるコンデンサCは充電も放電もされずに、現在のコンデンサ電圧Vcを維持する。 The arm current Iarm contains the frequency of the AC system and a DC component. In the arm unit 16, when the arm current Iarm is positive (Iarm>0), the capacitor C of the cell 162 in the inserted state is charged, and the capacitor voltage Vc rises during this charging period. In the arm unit 16, when the arm current Iarm is negative (Iarm<0), the capacitor C of the cell 162 in the inserted state is discharged, and the capacitor voltage Vc falls during this discharging period. In the arm unit 16, regardless of the polarity of the arm current Iarm, the capacitor C of the cell 162 in the bypass state is neither charged nor discharged, and the current capacitor voltage Vc is maintained.

図4に示した時刻t0では、インサート数Ncellsは「3」である。そして、このときのアーム電流Iarmの極性は負極性であるため、変換器制御部50は、放電極性であると判定している。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照し、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル162を、インサート状態にさせるセル162として選択している。より具体的には、変換器制御部50は、ソートリストにおいて高い方から三つのコンデンサ電圧Vc(Vc-1、Vc-2、およびVc-3)であるセル162-1と、セル162-2と、セル162-3とを選択している。このため、図4に示した時刻t0では、変換器制御部50が、選択した三つのセル162をインサート状態にさせるために、ゲート信号gtp-1、ゲート信号gtp-2、およびゲート信号gtp-3のそれぞれを「1」にしている。ここで、セル162-5は、ゲート信号gtp-5が「0」であるため、バイパス状態である。このため、セル162-5が備えるコンデンサC-5は充電も放電もされずに、現在のコンデンサ電圧Vc-5を維持している。 At time t0 shown in FIG. 4, the number of inserts Ncells is "3". Since the polarity of the arm current Iarm at this time is negative, the converter control unit 50 determines that it is a discharge polarity. For this reason, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 having the capacitor C with the most stored power as the cell 162 to be inserted. More specifically, the converter control unit 50 selects cells 162-1, 162-2, and 162-3, which have the three highest capacitor voltages Vc (Vc-1, Vc-2, and Vc-3) in the sort list. For this reason, at time t0 shown in FIG. 4, the converter control unit 50 sets each of the gate signals gtp-1, gtp-2, and gtp-3 to "1" in order to insert the three selected cells 162. Here, cell 162-5 is in the bypass state because the gate signal gtp-5 is "0". As a result, capacitor C-5 in cell 162-5 is neither charged nor discharged, and maintains the current capacitor voltage Vc-5.

その後、時刻t1において、インサート数Ncellsが「4」に変化する(増加する)と、変換器制御部50は、このときのアーム電流Iarmの極性が負極性(放電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が次に多いコンデンサCを備えるセル162を、インサート状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいて高い方から三つ目までのコンデンサ電圧Vcである三つのセル162をすでに選択しているため、次に高いコンデンサ電圧Vc(つまり、四番目に高いVc-4)であるセル162-4を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t1において、選択したセル162-4をさらにインサート状態にさせるために、ゲート信号gtp-4を「1」にする。このときも、セル162-5はバイパス状態であるため、引き続きセル162-5は、現在のコンデンサ電圧Vc-5を維持している。 After that, when the number of inserts Ncells changes (increases) to "4" at time t1, the converter control unit 50 determines that the polarity of the arm current Iarm at this time is negative (discharge polarity). Therefore, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the bypass state and has the capacitor C with the second largest amount of stored power as the cell 162 to be inserted. Here, the converter control unit 50 has already selected three cells 162 with the third highest capacitor voltages Vc in the sort list, so it selects cell 162-4 with the next highest capacitor voltage Vc (i.e., the fourth highest Vc-4). Then, at time t1, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-4 to "1" in order to further insert the selected cell 162-4. At this time, cell 162-5 is still in the bypass state, so cell 162-5 continues to maintain the current capacitor voltage Vc-5.

その後、時刻t2において、インサート数Ncellsが「5」に変化する(増加する)と、変換器制御部50は、このときのアーム電流Iarmの極性が正極性(充電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル162を、インサート状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方から一番目(つまり、Vc-6)であるセル162-6を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t2において、選択したセル162-6をさらにインサート状態にさせるために、ゲート信号gtp-6を「1」にする。このときも、セル162-5はバイパス状態であるため、引き続きセル162-5は、現在のコンデンサ電圧Vc-5を維持している。 After that, when the number of inserts Ncells changes (increases) to "5" at time t2, the converter control unit 50 determines that the polarity of the arm current Iarm at this time is positive polarity (charging polarity). Therefore, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the bypass state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 162 to be inserted. Here, the converter control unit 50 selects the cell 162-6, which is the cell with the lowest capacitor voltage Vc in the sort list (i.e., Vc-6). Then, at time t2, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-6 to "1" to further insert the selected cell 162-6. At this time, the cell 162-5 is still in the bypass state, so the cell 162-5 continues to maintain the current capacitor voltage Vc-5.

その後、時刻t3において、インサート数Ncellsが「6」に変化する(増加する)と、変換器制御部50は、このときのアーム電流Iarmの極性が正極性(充電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が次に少ないコンデンサCを備えるセル162を、インサート状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいて低い方から一つ目のコンデンサ電圧Vcである一つのセル162をすでに選択しているため、次に低いコンデンサ電圧Vc(つまり、二番目に低いVc-5)であるセル162-5を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t3において、選択したセル162-5をさらにインサート状態にさせるために、ゲート信号gtp-5を「1」にする。これにより、セル162-5は、コンデンサC-5が充電され、コンデンサ電圧Vc-5は、充電に伴って上昇(増加)していく。 After that, when the number of inserts Ncells changes (increases) to "6" at time t3, the converter control unit 50 determines that the polarity of the arm current Iarm at this time is positive polarity (charging polarity). Therefore, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the bypass state and has the capacitor C with the next lowest stored power as the cell 162 to be inserted. Here, the converter control unit 50 has already selected one cell 162 with the first lowest capacitor voltage Vc in the sort list, so it selects the cell 162-5 with the next lowest capacitor voltage Vc (i.e., the second lowest Vc-5). Then, at time t3, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-5 to "1" to further insert the selected cell 162-5. As a result, the capacitor C-5 of the cell 162-5 is charged, and the capacitor voltage Vc-5 rises (increases) as it is charged.

その後、時刻t4において、インサート数Ncellsが「5」に変化する(減少する)と、変換器制御部50は、このときのアーム電流Iarmの極性が正極性(充電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在インサート状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル162を、バイパス状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが高い方から一番目(つまり、Vc-1)であるセル162-1を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t4において、選択したセル162-1をバイパス状態にさせるために、ゲート信号gtp-1を「0」にする。このときも、セル162-5はインサート状態であるため、引き続きコンデンサC-5が充電され、コンデンサ電圧Vc-5は上昇していく。 After that, at time t4, when the number of inserts Ncells changes (decreases) to "5", the converter control unit 50 determines that the polarity of the arm current Iarm at this time is positive polarity (charging polarity). Therefore, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the insert state and has a capacitor C with a large amount of stored power as the cell 162 to be placed in the bypass state. Here, the converter control unit 50 selects the cell 162-1, which is the first cell in the sort list with the highest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-1). Then, at time t4, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-1 to "0" to place the selected cell 162-1 in the bypass state. At this time, since the cell 162-5 is still in the insert state, the capacitor C-5 continues to be charged and the capacitor voltage Vc-5 rises.

その後、時刻t5において、インサート数Ncellsが「4」に変化する(減少する)と、変換器制御部50は、時刻t4と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが高い方から二番目(つまり、Vc-2)であるセル162-2を選択し、選択したセル162-2をバイパス状態にさせるために、ゲート信号gtp-2を「0」にする。このときも、セル162-5はインサート状態であるため、引き続きコンデンサC-5が充電され、コンデンサ電圧Vc-5は上昇していく。 After that, at time t5, when the number of inserts Ncells changes (decreases) to "4", the converter control unit 50 selects cell 162-2, which has the second highest capacitor voltage Vc in the sort list (i.e., Vc-2), just as at time t4, and sets gate signal gtp-2 to "0" to put the selected cell 162-2 into a bypass state. At this time, cell 162-5 is still in the insert state, so capacitor C-5 continues to charge and capacitor voltage Vc-5 rises.

その後、時刻t6において、アーム電流Iarmの極性が負極性(放電極性)になると、インサート状態であるセル162-5は、コンデンサC-5に蓄積されている電力を放電するようになる。このため、コンデンサ電圧Vc-5は、放電に伴って下降(減少)していく。 After that, at time t6, when the polarity of the arm current Iarm becomes negative (discharge polarity), cell 162-5, which is in the inserted state, begins to discharge the power stored in capacitor C-5. As a result, capacitor voltage Vc-5 drops (decreases) as it is discharged.

その後、時刻t7において、インサート数Ncellsが「3」に変化する(減少する)と、変換器制御部50は、このときのアーム電流Iarmの極性が負極性(放電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル162を、バイパス状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方から一番目(つまり、Vc-6)であるセル162-6を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t6において、選択したセル162-6をバイパス状態にさせるために、ゲート信号gtp-6を「0」にする。このときも、セル162-5はインサート状態であるため、引き続きコンデンサC-5に蓄積されている電力を放電し、コンデンサ電圧Vc-5は下降していく。 After that, at time t7, when the number of inserts Ncells changes (decreases) to "3", the converter control unit 50 determines that the polarity of the arm current Iarm at this time is negative (discharge polarity). Therefore, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the insert state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 162 to be placed in the bypass state. Here, the converter control unit 50 selects the cell 162-6, which is the first cell in the sort list with the lowest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-6). Then, at time t6, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-6 to "0" to place the selected cell 162-6 in the bypass state. At this time, the cell 162-5 is still in the insert state, so it continues to discharge the power stored in the capacitor C-5, and the capacitor voltage Vc-5 decreases.

その後、時刻t8において、セル162-5のコンデンサ電圧Vc-5が閾値Vc-minを超えた場合、変換器制御部50は、セル162-5をバイパス状態にさせるために、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル162を、バイパス状態にさせたセル162-5の代わりにインサート状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが高い方から一番目(つまり、Vc-1)であるセル162-1を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t8において、セル162-5をバイパス状態にさせるために、ゲート信号gtp-5を「0」にする。これにより、セル162-5からの放電が停止され、セル162-5が備えるコンデンサC-5からの放電が継続されることによって、図4において破線で示したように、コンデンサ電圧Vc-5が閾値Vc-minを大幅に下回ってしまうことがなくなる。つまり、コンデンサ電圧Vc-5は、図4において実線で示したように、閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。さらに、変換器制御部50は、時刻t8において、選択したセル162-1をインサート状態にさせるために、ゲート信号gtp-1を「1」にする。これにより、セル162-1のコンデンサ電圧が代替として出力され、アーム電圧Varmが、アーム電圧指令値Varm*に従った理想的な階段状の波形からずれる(誤差を含む)ものになってしまうことがなくなる。 After that, when the capacitor voltage Vc-5 of cell 162-5 exceeds the threshold Vc-min at time t8, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the bypass state and has a capacitor C with a large amount of stored power as the cell 162 to be inserted in place of the bypassed cell 162-5, with the sort list, in order to put the cell 162-5 in the bypass state. Here, the converter control unit 50 selects the cell 162-1, which is the first cell in the sort list with the highest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-1). Then, at time t8, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-5 to "0" in order to put the cell 162-5 in the bypass state. As a result, the discharge from the cell 162-5 is stopped, and the discharge from the capacitor C-5 of the cell 162-5 is continued, so that the capacitor voltage Vc-5 does not fall significantly below the threshold Vc-min, as shown by the dashed line in FIG. 4. That is, the capacitor voltage Vc-5 is maintained at a voltage value close to the threshold value Vc-min, as shown by the solid line in FIG. 4. Furthermore, at time t8, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-1 to "1" to put the selected cell 162-1 into the insert state. This causes the capacitor voltage of cell 162-1 to be output as a substitute, and prevents the arm voltage Varm from deviating (including an error) from the ideal stepped waveform according to the arm voltage command value Varm*.

その後、時刻t9において、インサート数Ncellsが「2」に変化する(減少する)と、変換器制御部50は、このときのアーム電流Iarmの極性が負極性(放電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル162を、バイパス状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいて低い方から一つ目と二つ目のコンデンサ電圧Vcである二つのセル162をすでに選択しているため、次に低いコンデンサ電圧Vc(つまり、三番目に低いVc-4)であるセル162-4を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t9において、選択したセル162-4をバイパス状態にさせるために、ゲート信号gtp-4を「0」にする。なお、時刻t9において変換器制御部50は、時刻t8においてバイパス状態にさせたセル162-5の代わりにインサート状態にさせたセル162-1を選択し、バイパス状態にするようにしてもよい。このときも、セル162-5はバイパス状態であるため、セル162-5のコンデンサ電圧Vc-5は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, when the number of inserts Ncells changes (decreases) to "2" at time t9, the converter control unit 50 determines that the polarity of the arm current Iarm at this time is negative (discharge polarity). Therefore, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the insert state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 162 to be placed in the bypass state. Here, the converter control unit 50 has already selected two cells 162 with the first and second lowest capacitor voltages Vc in the sort list, so it selects the cell 162-4 with the next lowest capacitor voltage Vc (i.e., the third lowest Vc-4). Then, at time t9, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-4 to "0" in order to place the selected cell 162-4 in the bypass state. Note that at time t9, the converter control unit 50 may select the cell 162-1 that was placed in the insert state instead of the cell 162-5 that was placed in the bypass state at time t8, and place it in the bypass state. At this time, cell 162-5 is still in a bypass state, so the capacitor voltage Vc-5 of cell 162-5 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold Vc-min.

その後、時刻t10~時刻t11において、インサート数Ncellsが順次、「1」、「0」と変化する(減少する)ごとに、変換器制御部50は、時刻t7と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方から四番目、六番目(つまり、Vc-3、Vc-1)であるセル162を順次選択し、選択したセル162をバイパス状態にさせるために、ゲート信号gtpを「0」にする。より具体的には、変換器制御部50は、時刻t10においてセル162-3を選択してゲート信号gtp-3を「0」にし、時刻t11においてセル162-1を選択してゲート信号gtp-1を「0」にする。このときも、セル162-5はバイパス状態であるため、セル162-5のコンデンサ電圧Vc-5は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, from time t10 to time t11, each time the number of inserts Ncells changes (decreases) from "1" to "0", the converter control unit 50, like at time t7, sequentially selects the cells 162 with the fourth and sixth lowest capacitor voltages Vc in the sort list (i.e., Vc-3, Vc-1), and sets the gate signal gtp to "0" to put the selected cells 162 into a bypass state. More specifically, at time t10, the converter control unit 50 selects cell 162-3 and sets the gate signal gtp-3 to "0", and at time t11, it selects cell 162-1 and sets the gate signal gtp-1 to "0". At this time, cell 162-5 is still in a bypass state, so the capacitor voltage Vc-5 of cell 162-5 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold value Vc-min.

その後、時刻t12において、ソートリストが更新される。ここでは、更新されたソートリストも、降順に並べ替えたコンデンサ電圧Vcの電圧値の順番が、更新前のソートリストと同じであるものとしている。 Then, at time t12, the sort list is updated. Here, the order of the voltage values of the capacitor voltage Vc, rearranged in descending order, in the updated sort list is assumed to be the same as that in the sort list before the update.

その後、時刻t13において、インサート数Ncellsが「1」に変化する(増加する)と、変換器制御部50は、このときのアーム電流Iarmの極性が負極性(放電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル162を、インサート状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが高い方から一番目(つまり、Vc-1)であるセル162-1を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t13において、選択したセル162-1をインサート状態にさせるために、ゲート信号gtp-1を「1」にする。このときも、セル162-5はバイパス状態であるため、セル162-5のコンデンサ電圧Vc-5は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, at time t13, when the number of inserts Ncells changes (increases) to "1", the converter control unit 50 determines that the polarity of the arm current Iarm at this time is negative (discharge polarity). Therefore, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the bypass state and has a capacitor C with a large amount of stored power as the cell 162 to be inserted. Here, the converter control unit 50 selects the cell 162-1, which is the first cell in the sort list with the highest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-1). Then, at time t13, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-1 to "1" to insert the selected cell 162-1. At this time, the cell 162-5 is still in the bypass state, so the capacitor voltage Vc-5 of the cell 162-5 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold value Vc-min.

その後、時刻t14~時刻t15において、インサート数Ncellsが順次、「2」、「3」と変化する(増加する)ごとに、変換器制御部50は、時刻t13と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが高い方から二番目、三番目(つまり、Vc-2、Vc-3)であるセル162を順次選択し、選択したセル162をインサート状態にさせるために、ゲート信号gtpを「1」にする。より具体的には、変換器制御部50は、時刻t14においてセル162-2を選択してゲート信号gtp-2を「1」にし、時刻t15においてセル162-3を選択してゲート信号gtp-3を「1」にする。このときも、セル162-5はバイパス状態であるため、セル162-5のコンデンサ電圧Vc-5は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, from time t14 to time t15, each time the number of inserts Ncells changes (increases) sequentially to "2" and "3", the converter control unit 50 sequentially selects the cells 162 with the second and third highest capacitor voltages Vc in the sort list (i.e., Vc-2 and Vc-3) in the same manner as at time t13, and sets the gate signal gtp to "1" to put the selected cells 162 into the insert state. More specifically, the converter control unit 50 selects cell 162-2 at time t14 and sets the gate signal gtp-2 to "1", and at time t15 selects cell 162-3 and sets the gate signal gtp-3 to "1". At this time, cell 162-5 is still in the bypass state, so the capacitor voltage Vc-5 of cell 162-5 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold value Vc-min.

このように、変換器制御部50は、インサート数Ncellsが変化する(増加するあるいは減少する)タイミングごとに、アーム電流Iarmの極性に基づいて、放電極性か充電極性かを判定し、ソートリストを参照して、制御状態をインサート状態あるいはバイパス状態にさせるセル162を選択して、選択したセル162のゲート信号gtpを制御する。このとき、いずれかのセル162においてコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合(閾値Vc-maxを上回った場合)、あるいは閾値Vc-minを超えた場合(閾値Vc-minを下回った場合)、変換器制御部50は、バランス制御を行う。つまり、変換器制御部50は、ソートリストの演算(生成)タイミングや、スイッチング制御のタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合に、バランス制御を行う。バランス制御において変換器制御部50は、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル162を、バイパス状態にさせる。これにより、バイパス状態にされたセル162は、コンデンサCへの充電、あるいはコンデンサCからの放電を停止する。そして、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル162の中から、バイパス状態にさせたセル162の代替とするセル162を選択してインサート状態にさせる。これにより、電力変換器10では、セル162が備えるコンデンサCが今以上に充電あるいは放電が行われないようになり(過充電や過放電となることなく)、コンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。図4に示した電力変換装置1の第1の動作では、時刻t8において、セル162-5のコンデンサ電圧Vc-5が閾値Vc-minを超えた場合を示したが、変換器制御部50におけるバランス制御は、他のセル162についても同様である。図4に示した電力変換装置1の第1の動作では、時刻t8において、セル162-5の代替としてセル162-1を選択する場合を示したが、代替としての選択は、他のセル162についても同様である。図4に示した電力変換装置1の第1の動作では、変換器制御部50におけるバランス制御が、セル162-5のコンデンサ電圧Vc-5が閾値Vc-minを超えた場合におけるバランス制御を示したが、アームユニット16が備えるいずれかのセル162のコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合におけるバランス制御も、上述した第1の動作のバランス制御と等価なものになるようにすればよい。 In this way, the converter control unit 50 determines whether the polarity is discharge polarity or charge polarity based on the polarity of the arm current Iarm each time the number of inserts Ncells changes (increases or decreases), and selects a cell 162 whose control state is to be changed to the insert state or bypass state by referring to the sort list, and controls the gate signal gtp of the selected cell 162. At this time, if the capacitor voltage Vc in any of the cells 162 exceeds the threshold value Vc-max (exceeds the threshold value Vc-max) or exceeds the threshold value Vc-min (falls below the threshold value Vc-min), the converter control unit 50 performs balance control. In other words, the converter control unit 50 performs balance control when the capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, regardless of the timing of calculation (generation) of the sort list or the timing of switching control. In balance control, the converter control unit 50 causes the cell 162 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min to be in the bypass state. As a result, the cell 162 in the bypass state stops charging to the capacitor C or discharging from the capacitor C. Then, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects a cell 162 to replace the cell 162 in the bypass state from among the cells 162 currently in the bypass state and inserts the cell 162 into the insert state. As a result, in the power converter 10, the capacitor C of the cell 162 is prevented from being charged or discharged more than it is now (without overcharging or overdischarging), and the charge amount of the capacitor C can be balanced so that it is relatively uniform. In the first operation of the power conversion device 1 shown in FIG. 4, a case where the capacitor voltage Vc-5 of the cell 162-5 exceeds the threshold value Vc-min at time t8 is shown, but the balance control in the converter control unit 50 is similar for the other cells 162. In the first operation of the power conversion device 1 shown in FIG. 4, a case where the cell 162-1 is selected as a replacement for the cell 162-5 at time t8 is shown, but the selection as a replacement is similar for the other cells 162. In the first operation of the power conversion device 1 shown in FIG. 4, the balance control in the converter control unit 50 shows the balance control when the capacitor voltage Vc-5 of cell 162-5 exceeds the threshold value Vc-min, but the balance control when the capacitor voltage Vc of any of the cells 162 in the arm unit 16 exceeds the threshold value Vc-max can also be equivalent to the balance control of the first operation described above.

[電力変換装置の第2の動作]
前述した第1の動作では、変換器制御部50が1パルス制御を行う場合を示したが、変換器制御部50は、複パルス制御を行うこともできる。次に、電力変換装置1の別の動作(変換器制御部50におけるバランス制御の別の一例)として、変換器制御部50が複パルス制御を行う場合の動作について説明する。
[Second Operation of Power Conversion Apparatus]
In the first operation described above, the converter control unit 50 performs single-pulse control, but the converter control unit 50 can also perform multi-pulse control. Next, an operation in which the converter control unit 50 performs multi-pulse control will be described as another operation of the power conversion device 1 (another example of balance control in the converter control unit 50).

図5は、電力変換装置1における第2の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。図5に示した第2の動作も、図4に示した第1の動作と同様に、アームユニット16が備えるセル162が六つ(n=6)である場合の動作である。インサート数Ncellsは、例えば、アーム電圧指令値Varm*に基づく変調波と、アームユニット16に属するセル162の数(ここでは「6」)と同数で互いに位相やレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアを比較し、アーム電圧指令値Varm*(変調波)の値が三角波キャリアの値を上回る三角波キャリア波の個数として算出したものである。第2の動作では、変換器制御部50が、アーム電圧指令値Varm*の1周期内にアームユニット16に属するセル162を複数回制御する複パルス制御を行うため、図5に示した電力変換装置1の動作タイミングは、アーム電圧指令値Varm*の1周期内の一部の範囲を拡大して示している。 Figure 5 is a timing chart for explaining an example of the operation timing of the second operation in the power conversion device 1. The second operation shown in Figure 5 is also an operation in the case where the arm unit 16 has six cells 162 (n = 6), like the first operation shown in Figure 4. The number of inserts Ncells is calculated as the number of triangular wave carrier waves whose value of the arm voltage command value Varm* (modulation wave) exceeds the value of the triangular wave carrier, for example, by comparing the modulated wave based on the arm voltage command value Varm* with each triangular wave carrier whose phase and level are shifted from each other and whose number is the same as the number of cells 162 belonging to the arm unit 16 (here, "6"). In the second operation, the converter control unit 50 performs multi-pulse control to control the cells 162 belonging to the arm unit 16 multiple times within one period of the arm voltage command value Varm*, so the operation timing of the power conversion device 1 shown in Figure 5 is shown by enlarging a part of the range within one period of the arm voltage command value Varm*.

図5に示した第2の動作は、例えば、アーム電流Iarmの極性が負極性(Iarm<0)である放電極性(放電期間)において、インサート数Ncellsが表すインサート状態のセル162の数が「2」から「1」に変化する前の「2」である期間中、つまり、インサート状態のセル262の数が「2」で変化していない期間に、バランス制御を行う場合の一例である。図5に示した第2の動作では、ソートリスト演算部54が、図4に示した第1の動作よりも短い演算周期TS2でソートリストを生成するものとしている。ただし、図5に示した第2の動作でも、演算周期TS2は、取得周期TS1よりも長い時間間隔の周期(TS2>TS1)である。図5には、アームユニット16が備えるセル162-3のコンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを超えた場合(閾値Vc-minを下回った場合)における変換器制御部50のバランス制御の一例を示している。 The second operation shown in FIG. 5 is an example of a case where balance control is performed during a period in which the number of cells 162 in the inserted state represented by the number of inserts Ncells is "2" before changing from "2" to "1" during a discharge polarity (discharge period) in which the polarity of the arm current Iarm is negative (Iarm<0), that is, during a period in which the number of cells 262 in the inserted state remains unchanged at "2". In the second operation shown in FIG. 5, the sort list calculation unit 54 generates a sort list in a calculation period TS2 that is shorter than that in the first operation shown in FIG. 4. However, even in the second operation shown in FIG. 5, the calculation period TS2 is a period (TS2>TS1) with a longer time interval than the acquisition period TS1. FIG. 5 shows an example of balance control by the converter control unit 50 when the capacitor voltage Vc-3 of the cell 162-3 included in the arm unit 16 exceeds the threshold value Vc-min (below the threshold value Vc-min).

図5に示した時刻t0では、インサート数Ncellsは「2」である。このため、変換器制御部50は、ソートリストを参照し、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル162を、インサート状態にさせるセル162として選択している。より具体的には、変換器制御部50は、ソートリストにおいて高い方から二つのコンデンサ電圧Vc(Vc-1およびVc-3)であるセル162-1と、セル162-3とを選択している。このため、図5に示した時刻t0では、変換器制御部50が、選択した二つのセル162をインサート状態にさせるために、ゲート信号gtp-1およびゲート信号gtp-3のそれぞれを「1」にしている。このため、セル162-3は、コンデンサC-3に蓄積されている電力が放電され、コンデンサ電圧Vc-3は、放電に伴って下降(減少)していく。 At time t0 shown in FIG. 5, the number of inserts Ncells is "2". Therefore, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 having the capacitor C with the most stored power as the cell 162 to be inserted. More specifically, the converter control unit 50 selects cells 162-1 and 162-3, which have the two highest capacitor voltages Vc (Vc-1 and Vc-3) in the sort list. Therefore, at time t0 shown in FIG. 5, the converter control unit 50 sets each of the gate signals gtp-1 and gtp-3 to "1" in order to insert the two selected cells 162. Therefore, in cell 162-3, the power stored in capacitor C-3 is discharged, and the capacitor voltage Vc-3 drops (decreases) as it is discharged.

その後、時刻t1において、セル162-3のコンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを超えた場合、変換器制御部50は、セル162-3をバイパス状態にさせるために、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル162を、バイパス状態にさせたセル162-3の代わりにインサート状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが高い方から三番目(つまり、Vc-2)であるセル162-2を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t1において、セル162-3をバイパス状態にさせるために、ゲート信号gtp-3を「0」にする。これにより、セル162-3からの放電が停止され、セル162-3が備えるコンデンサC-3からの放電が継続されることによって、図5において破線(ソートリスト更新に合わせてのみバランス制御を実行する場合)で示したように、コンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを大幅に下回ってしまうことがなくなる。つまり、コンデンサ電圧Vc-3は、図5において実線で示したように、閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。さらに、変換器制御部50は、時刻t1において、選択したセル162-2をインサート状態にさせるために、ゲート信号gtp-2を「1」にする。これにより、セル162-2のコンデンサ電圧が代替として出力され、アーム電圧Varmは維持されることになる。 After that, when the capacitor voltage Vc-3 of the cell 162-3 exceeds the threshold value Vc-min at time t1, the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the bypass state and has a capacitor C with a large amount of stored power as the cell 162 to be inserted in place of the cell 162-3 that has been placed in the bypass state, in order to place the cell 162-3 in the bypass state. Here, the converter control unit 50 selects the cell 162-2, which has the third highest capacitor voltage Vc in the sort list (i.e., Vc-2). Then, at time t1, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-3 to "0" in order to place the cell 162-3 in the bypass state. As a result, the discharge from the cell 162-3 is stopped, and the discharge from the capacitor C-3 of the cell 162-3 is continued, so that the capacitor voltage Vc-3 does not fall significantly below the threshold value Vc-min, as shown by the dashed line in FIG. 5 (when balance control is performed only in accordance with the sort list update). That is, the capacitor voltage Vc-3 is maintained at a voltage value close to the threshold value Vc-min, as shown by the solid line in FIG. 5. Furthermore, at time t1, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-2 to "1" to put the selected cell 162-2 into the insert state. This causes the capacitor voltage of cell 162-2 to be output as a substitute, and the arm voltage Varm is maintained.

その後、時刻t2において、ソートリストが更新される。ここでは、セル162-3のコンデンサ電圧Vc-3が最も低いコンデンサ電圧Vcとなったソートリストに更新されたものとしている。 Then, at time t2, the sort list is updated. Here, the sort list is updated to one in which the capacitor voltage Vc-3 of cell 162-3 has the lowest capacitor voltage Vc.

その後、時刻t3において、インサート数Ncellsが「1」に変化する(減少する)と、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル162を、バイパス状態にさせるセル162として選択する。ここでは、変換器制御部50は、インサート状態にしているセル162-1とセル162-2とのうち、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方(つまり、Vc-2)であるセル162-2を選択する。そして、変換器制御部50は、時刻t3において、選択したセル162-2をバイパス状態にさせるために、ゲート信号gtp-2を「0」にする。このときも、セル162-3はバイパス状態であるため、セル162-3のコンデンサ電圧Vc-3は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, at time t3, when the number of inserts Ncells changes (decreases) to "1", the converter control unit 50 refers to the sort list and selects the cell 162 that is currently in the insert state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 162 to be placed in the bypass state. Here, the converter control unit 50 selects cell 162-2, which has the lower capacitor voltage Vc (i.e., Vc-2) in the sort list, from among cells 162-1 and 162-2 that are in the insert state. Then, at time t3, the converter control unit 50 sets the gate signal gtp-2 to "0" to place the selected cell 162-2 in the bypass state. At this time, cell 162-3 is still in the bypass state, so the capacitor voltage Vc-3 of cell 162-3 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold value Vc-min.

このように、変換器制御部50は、第2の動作(複パルス制御)においても、図4に示した第1の動作(1パルス制御)と同様に、インサート数Ncellsが変化する(増加するあるいは減少する)タイミングごとに、アーム電流Iarmの極性に基づいて、放電極性か充電極性かを判定し、ソートリストを参照して、制御状態をインサート状態あるいはバイパス状態にさせるセル162を選択して、選択したセル162のゲート信号gtpを制御する。このとき、第2の動作においても、いずれかのセル162においてコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合(閾値Vc-maxを上回った場合)、あるいは閾値Vc-minを超えた場合(閾値Vc-minを下回った場合)、変換器制御部50は、バランス制御を行う。つまり、第2の動作においても、変換器制御部50は、ソートリストの演算(生成)タイミングや、スイッチング制御のタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合に、バランス制御を行う。第2の動作のバランス制御においても、変換器制御部50は、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル162を、バイパス状態にさせる。これにより、第2の動作においても、バイパス状態にされたセル162は、コンデンサCへの充電、あるいはコンデンサCからの放電を停止する。そして、第2の動作においても、変換器制御部50は、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル162の中から、バイパス状態にさせたセル162の代替とするセル162を選択してインサート状態にさせる。これにより、第2の動作においても、電力変換器10では、セル162が備えるコンデンサCが今以上に充電あるいは放電が行われないようになり(過充電や過放電となることなく)、コンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。図5に示した電力変換装置1の第2の動作では、時刻t1において、セル162-3のコンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを超えた場合を示したが、変換器制御部50におけるバランス制御は、他のセル162についても同様である。図5に示した電力変換装置1の第2の動作では、時刻t1において、セル162-3の代替としてセル162-2を選択する場合を示したが、代替としての選択は、他のセル162についても同様である。図5に示した電力変換装置1の第2の動作では、変換器制御部50におけるバランス制御が、セル162-3のコンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを超えた場合におけるバランス制御を示したが、アームユニット16が備えるいずれかのセル162のコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合におけるバランス制御も、上述した第2の動作のバランス制御と等価なものになるようにすればよい。 In this way, in the second operation (multiple pulse control), as in the first operation (single pulse control) shown in FIG. 4, the converter control unit 50 determines whether the polarity is discharge polarity or charge polarity based on the polarity of the arm current Iarm at each timing when the number of inserts Ncells changes (increases or decreases), refers to the sort list, selects the cell 162 whose control state is to be changed to the insert state or bypass state, and controls the gate signal gtp of the selected cell 162. At this time, in the second operation, if the capacitor voltage Vc in any of the cells 162 exceeds the threshold value Vc-max (exceeds the threshold value Vc-max) or exceeds the threshold value Vc-min (falls below the threshold value Vc-min), the converter control unit 50 performs balance control. In other words, in the second operation, the converter control unit 50 performs balance control when the capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, regardless of the timing of calculation (generation) of the sort list or the timing of switching control. In the balance control of the second operation, the converter control unit 50 also puts the cell 162 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min into a bypass state. As a result, in the second operation, the cell 162 put into the bypass state stops charging to the capacitor C or discharging from the capacitor C. Then, in the second operation, the converter control unit 50 also refers to the sort list and selects a cell 162 to replace the cell 162 put into the bypass state from among the cells 162 currently in the bypass state and puts it into the insert state. As a result, in the power converter 10, in the second operation, the capacitor C included in the cell 162 is not charged or discharged more than it is now (without overcharging or overdischarging), and the charge amount of the capacitor C can be balanced to be relatively uniform. In the second operation of the power conversion device 1 shown in FIG. 5, a case is shown in which the capacitor voltage Vc-3 of the cell 162-3 exceeds the threshold value Vc-min at time t1, but the balance control in the converter control unit 50 is similar for the other cells 162. In the second operation of the power conversion device 1 shown in FIG. 5, the case where the cell 162-2 is selected as a replacement for the cell 162-3 at time t1 is shown, but the selection as a replacement is similar for the other cells 162. In the second operation of the power conversion device 1 shown in FIG. 5, the balance control in the converter control unit 50 is shown as a balance control when the capacitor voltage Vc-3 of the cell 162-3 exceeds the threshold value Vc-min, but the balance control when the capacitor voltage Vc of any of the cells 162 included in the arm unit 16 exceeds the threshold value Vc-max may also be equivalent to the balance control of the second operation described above.

このような構成および動作によって、電力変換装置1では、変換器制御部50が、電力変換器10が備えるそれぞれのアームユニット16について、セル162のインサート数Ncellsが変化する(増加するあるいは減少する)タイミングごとに、アーム電流Iarmの極性に基づいて、放電極性か充電極性かを判定する。そして、電力変換装置1では、変換器制御部50が、それぞれのアームユニット16ごとに演算(生成)したソートリストを参照して、制御状態をインサート状態あるいはバイパス状態にさせるセル162を選択して、選択したセル162の制御状態を変更する。このとき、いずれかのセル162においてコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合、変換器制御部50は、そのセル162をバイパス状態にさせ、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル162の中から代替のセル162を選択してインサート状態にさせる。これにより、電力変換装置1では、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル162が備えるコンデンサCの過充電や過放電を防止することができ、コンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。これにより、電力変換装置1では、電力変換器10において、セル162が備えるコンデンサCやスイッチング素子Qの故障リスクを低減することができ、例えば、系統事故などが発生した際も、コンデンサ電圧Vcが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器10の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このことにより、電力変換装置1では、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。 With such a configuration and operation, in the power conversion device 1, the converter control unit 50 judges whether the polarity is discharge polarity or charge polarity based on the polarity of the arm current Iarm for each timing when the number of inserted cells 162 Ncells changes (increases or decreases) for each arm unit 16 equipped in the power converter 10. Then, in the power conversion device 1, the converter control unit 50 refers to the sort list calculated (generated) for each arm unit 16, selects a cell 162 whose control state is to be changed to an insert state or a bypass state, and changes the control state of the selected cell 162. At this time, if the capacitor voltage Vc of any cell 162 exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, the converter control unit 50 puts that cell 162 into the bypass state, and refers to the sort list to select an alternative cell 162 from among the cells 162 currently in the bypass state and puts it into the insert state. As a result, the power conversion device 1 can prevent overcharging or overdischarging of the capacitor C of the cell 162 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, and can balance the charge amount of the capacitor C so that it is relatively uniform. As a result, the power conversion device 1 can reduce the risk of failure of the capacitor C or the switching element Q of the cell 162 in the power converter 10, and can reduce the risk of a state in which the protection device of the power converter 10 operates and stops operation due to the capacitor voltage Vc reaching an overvoltage or undervoltage even when a system accident occurs. As a result, the power conversion device 1 can realize a highly reliable power conversion device with improved performance for continuing operation when a system accident occurs.

上記説明したように、第1の実施形態の電力変換装置1では、変換器制御部50が、電力変換器10が備えるそれぞれのアームユニット16について、セル162のインサート数Ncellsが変化する(増加するあるいは減少する)タイミングごとに、アーム電流Iarmの極性に基づいて、放電極性か充電極性かを判定する。そして、第1の実施形態の電力変換装置1では、変換器制御部50が、それぞれのアームユニット16ごとに演算(生成)したソートリストを参照して、制御状態をインサート状態あるいはバイパス状態にさせるセル162を選択して、選択したセル162の制御状態を変更する。このとき、第1の実施形態の電力変換装置1では、いずれかのセル162においてコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合、変換器制御部50は、そのセル162をバイパス状態にさせ、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル162の中から代替のセル162を選択してインサート状態にさせる。これにより、第1の実施形態の電力変換装置1では、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル162が備えるコンデンサCの過充電や過放電を防止することができ、コンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。これにより、第1の実施形態の電力変換装置1では、電力変換器10において、セル162が備えるコンデンサCやスイッチング素子Qの故障リスクを低減することができ、例えば、系統事故などが発生した際も、コンデンサ電圧Vcが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器10の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このことにより、第1の実施形態の電力変換装置1では、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。 As described above, in the power conversion device 1 of the first embodiment, the converter control unit 50 determines whether the polarity is discharge polarity or charge polarity based on the polarity of the arm current Iarm for each arm unit 16 equipped in the power converter 10 at each timing when the number of inserted cells 162 Ncells changes (increases or decreases). Then, in the power conversion device 1 of the first embodiment, the converter control unit 50 refers to the sort list calculated (generated) for each arm unit 16, selects the cell 162 whose control state is to be changed to the insert state or bypass state, and changes the control state of the selected cell 162. At this time, in the power conversion device 1 of the first embodiment, if the capacitor voltage Vc in any of the cells 162 exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, the converter control unit 50 puts the cell 162 into the bypass state, and refers to the sort list to select an alternative cell 162 from among the cells 162 currently in the bypass state and puts it into the insert state. As a result, in the power conversion device 1 of the first embodiment, it is possible to prevent overcharging or overdischarging of the capacitor C of the cell 162 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, and to balance the charge amount of the capacitor C so that it is relatively uniform. As a result, in the power conversion device 1 of the first embodiment, it is possible to reduce the risk of failure of the capacitor C or the switching element Q of the cell 162 in the power converter 10, and for example, even when a system accident occurs, it is possible to reduce the risk of a state in which the protection device of the power converter 10 operates and stops operation due to the capacitor voltage Vc reaching an overvoltage or undervoltage. As a result, in the power conversion device 1 of the first embodiment, it is possible to realize a highly reliable power conversion device with improved continuity of operation when a system accident occurs.

上述した第1の実施形態の電力変換装置1では、電力変換器10が、例えば、交流系統と直流系統との連系点に設けられ、変換器制御部50からの制御に応じて、交流系統が供給する交流電力と、直流系統が供給する直流電力とを相互に変換する二重スター結線型MMCである場合について説明した。しかし、電力変換器10は、他の構成の電力変換器であってもよい。 In the power conversion device 1 of the first embodiment described above, the power converter 10 is, for example, provided at the interconnection point between an AC system and a DC system, and is a double star-connected MMC that converts AC power supplied by the AC system and DC power supplied by the DC system in response to control from the converter control unit 50. However, the power converter 10 may be a power converter of another configuration.

(第2の実施形態)
[電力変換装置の構成]
以下、第2の実施形態について説明する。図6は、第2の実施形態に係る電力変換装置の構成の一例を示す図である。図6には、例えば、交流系統に接続され、交流系統の無効電力を調整する電力変換装置2の一例を示している。電力変換装置2は、例えば、後述するセル262に、蓄電池などのエネルギー蓄積要素を備える構成である場合は、交流系統の有効電力を調整するものとなり得る。交流系統は、第1の実施形態と同様に、例えば、交流電源や交流負荷であってもよい。電力変換装置2は、電力変換器20と、変換器制御部50aと、を備える。図6においては、第1の実施形態の電力変換装置1と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付して、詳細な説明は省略する。
Second Embodiment
[Configuration of power conversion device]
The second embodiment will be described below. FIG. 6 is a diagram showing an example of the configuration of a power conversion device according to the second embodiment. FIG. 6 shows an example of a power conversion device 2 that is connected to an AC system and adjusts the reactive power of the AC system. The power conversion device 2 can adjust the active power of the AC system when, for example, a cell 262 described later is configured to include an energy storage element such as a storage battery. The AC system may be, for example, an AC power source or an AC load, as in the first embodiment. The power conversion device 2 includes a power converter 20 and a converter control unit 50a. In FIG. 6, components having the same functions as those of the power conversion device 1 of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

電力変換器20は、変換器制御部50aからの制御に応じて、交流電力を変換する単一デルタ結線型モジュラー・マルチレベル変換器(MMC)である。電力変換器20は、交流系統の線間に、複数のレグ22を備える。電力変換器20が備えるレグ22の数は、交流系統が供給する交流電力の相の線間数に対応する数である。図6には、交流系統が、第1相(R相)、第2相(S相)、および第3相(T相)の三相の交流電力を供給する場合を示している。このため、図6には、レグ22-RSと、レグ22-STと、レグ22-TRとの三つのレグ22を備える電力変換器20の構成を示している。レグ22-RS、レグ22-ST、およびレグ22-TRのそれぞれは、同じ構成である。 The power converter 20 is a single delta-connected modular multilevel converter (MMC) that converts AC power in response to control from the converter control unit 50a. The power converter 20 has multiple legs 22 between the lines of the AC system. The number of legs 22 included in the power converter 20 corresponds to the number of lines of the AC power supplied by the AC system. FIG. 6 shows a case in which the AC system supplies three-phase AC power, namely, a first phase (R phase), a second phase (S phase), and a third phase (T phase). For this reason, FIG. 6 shows the configuration of the power converter 20 that has three legs 22, namely, a leg 22-RS, a leg 22-ST, and a leg 22-TR. Each of the legs 22-RS, the leg 22-ST, and the leg 22-TR has the same configuration.

それぞれのレグ22では、交流端子CAが、交流系統のいずれかの相の端子に接続され、交流端子CBが、交流系統において交流端子CAに接続された相とは異なる他のいずれかの相の端子に接続される。より具体的には、R相とS相との相間に対応するレグ22-RSでは、交流端子CA-Rが交流系統のR相の交流端子Rに接続され、交流端子CB-Sが交流系統のS相の交流端子Sに接続される。S相とT相との相間に対応するレグ22-STでは、交流端子CA-Sが交流系統の交流端子Sに接続され、交流端子CB-Tが交流系統のT相の交流端子Tに接続される。T相とR相との相間に対応するレグ22-TRでは、交流端子CA-Tが交流系統の交流端子Tに接続され、交流端子CB-Rが交流系統の交流端子Rに接続される。図6には、それぞれのレグ22の交流端子CAが、トランスTRを介して、交流系統の対応する相の端子に接続されている場合を示している。 In each leg 22, the AC terminal CA is connected to a terminal of any phase of the AC system, and the AC terminal CB is connected to a terminal of any other phase in the AC system that is different from the phase connected to the AC terminal CA. More specifically, in the leg 22-RS corresponding to the R-phase and S-phase, the AC terminal CA-R is connected to the R-phase AC terminal R of the AC system, and the AC terminal CB-S is connected to the S-phase AC terminal S of the AC system. In the leg 22-ST corresponding to the S-phase and T-phase, the AC terminal CA-S is connected to the S-phase AC terminal S of the AC system, and the AC terminal CB-T is connected to the T-phase AC terminal T of the AC system. In the leg 22-TR corresponding to the T-phase and R-phase, the AC terminal CA-T is connected to the T-phase AC terminal T of the AC system, and the AC terminal CB-R is connected to the R-phase AC terminal R of the AC system. FIG. 6 shows a case where the AC terminal CA of each leg 22 is connected to a terminal of the corresponding phase of the AC system via a transformer TR.

それぞれのレグ22は、例えば、リアクトル14と、アームユニット26と、を備える。それぞれのアームユニット26は、例えば、直列に接続されたn個(nは、自然数)のセル262(セル262-1~セル262-n)を備える。図6においては、レグ22が備えるそれぞれの構成要素が、交流系統のいずれの相、またはいずれの相間に対応する構成要素であるかを区別するため、それぞれの符号の後に「-(ハイフン)」と、R相を表す文字「R」、S相を表す文字「S」、T相を表す文字「T」、R相とS相との相間を表す文字「RS」、S相とT相との相間を表す文字「ST」、あるいはT相とR相との相間を表す文字「TR」を付している。以下の説明においては、それぞれの構成要素が、交流系統のいずれの相、またはいずれの相間に対応する構成要素であるかを区別しない場合には、それぞれの構成要素の符号に付したハイフンとハイフンに続く識別のための文字を省略する。 Each leg 22 includes, for example, a reactor 14 and an arm unit 26. Each arm unit 26 includes, for example, n cells 262 (cells 262-1 to 262-n) connected in series (n is a natural number). In FIG. 6, in order to distinguish which phase or interphase of the AC system each component included in the leg 22 corresponds to, a "- (hyphen)" and the letter "R" representing the R phase, the letter "S" representing the S phase, the letter "T" representing the T phase, the letter "RS" representing the interphase between the R phase and the S phase, the letter "ST" representing the interphase between the S phase and the T phase, or the letter "TR" representing the interphase between the T phase and the R phase are added after each reference symbol. In the following description, when it is not necessary to distinguish which phase or interphase of the AC system each component corresponds to, the hyphen and the identifying letter following the hyphen are omitted.

それぞれのレグ22では、アームユニット26の交流端子CA側にリアクトル14が直列に接続されている。そして、それぞれのレグ22では、リアクトル14においてアームユニット26と接続されていない側の一端が、交流端子CAとなっている。それぞれのレグ22では、アームユニット26におけるリアクトル14と反対側の端子がレグ22の交流端子CBとなっている。言い換えれば、それぞれのレグ22では、交流端子CA側から交流端子CB側に向かって、リアクトル14、およびセル262-1~セル262-nが、この順番に直列接続されて交流端子CAに接続されている。 In each leg 22, the reactor 14 is connected in series to the AC terminal CA side of the arm unit 26. In each leg 22, the end of the reactor 14 that is not connected to the arm unit 26 serves as the AC terminal CA. In each leg 22, the terminal of the arm unit 26 opposite the reactor 14 serves as the AC terminal CB of the leg 22. In other words, in each leg 22, the reactor 14 and cells 262-1 to 262-n are connected in series in this order from the AC terminal CA side toward the AC terminal CB side, and are connected to the AC terminal CA.

レグ22は、特許請求の範囲における「相ユニット」の一例である。アームユニット26(リアクトル14を含んでもよい)は、特許請求の範囲における「アームユニット」の一例である。セル262は、特許請求の範囲における「単位変換器」の一例である。リアクトル14は、特許請求の範囲における「インダクタンス要素」の一例である。 The leg 22 is an example of a "phase unit" in the claims. The arm unit 26 (which may include the reactor 14) is an example of an "arm unit" in the claims. The cell 262 is an example of a "unit converter" in the claims. The reactor 14 is an example of an "inductance element" in the claims.

図6では、それぞれのレグ22において、リアクトル14が、アームユニット26の交流端子CA側に配置されている場合を示しているが、リアクトル14は、アームユニット26の交流端子CA側とは反対側(つまり、交流端子CB側)や、アームユニット26内の任意の位置(つまり、アームユニット26において直列接続されているいずれか二つのセル262の間の位置)に配置されてもよい。リアクトル14は、リアクトルの機能を代替するだけの漏れリアクタンスを有する特殊な巻線構造のトランスに置き換えられてもよい。この場合、リアクトル14は、トランスTRと一体化されてもよい。 In FIG. 6, the reactor 14 is shown arranged on the AC terminal CA side of the arm unit 26 in each leg 22, but the reactor 14 may be arranged on the opposite side of the AC terminal CA side of the arm unit 26 (i.e., on the AC terminal CB side) or at any position within the arm unit 26 (i.e., between any two cells 262 connected in series in the arm unit 26). The reactor 14 may be replaced with a transformer with a special winding structure that has a leakage reactance sufficient to replace the function of the reactor. In this case, the reactor 14 may be integrated with the transformer TR.

それぞれのアームユニット26は、直列接続されたそれぞれのセル262に対する変換器制御部50aからの制御に応じて、交流系統の対応する相間に供給する交流波形を表す階段状の正弦波(マルチレベル波形)の交流電圧を生成する。 Each arm unit 26 generates a stepped sine wave (multi-level waveform) AC voltage representing the AC waveform to be supplied between the corresponding phases of the AC system in response to control from the converter control unit 50a for each of the series-connected cells 262.

ここで、アームユニット26が備えるセル262の構成の一例について説明する。セル262は、例えば、フルブリッジ回路である。図7は、電力変換器20が備えるレグ22内のセル262の構成の一例を示す図である。セル262は、四つのスイッチング素子Q(スイッチング素子Q1~スイッチング素子Q4)と、四つのダイオードD(ダイオードD1~ダイオードD4)と、コンデンサCと、を備える。スイッチング素子Qは、第1の実施形態のセル162が備えるスイッチング素子Qと同様に、例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)である。従って、スイッチング素子Qは、IGBTに限定されず、コンバータまたはインバータを実現可能な自己消弧型の半導体スイッチング素子であれば、いかなる素子であってもよい。 Here, an example of the configuration of the cell 262 included in the arm unit 26 will be described. The cell 262 is, for example, a full bridge circuit. FIG. 7 is a diagram showing an example of the configuration of the cell 262 in the leg 22 included in the power converter 20. The cell 262 includes four switching elements Q (switching elements Q1 to Q4), four diodes D (diodes D1 to D4), and a capacitor C. The switching elements Q are, for example, insulated gate bipolar transistors (IGBTs), similar to the switching elements Q included in the cell 162 of the first embodiment. Therefore, the switching elements Q are not limited to IGBTs, and may be any element as long as they are self-extinguishing semiconductor switching elements capable of realizing a converter or inverter.

セル262では、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2とが互いに直列に接続され、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4とが互いに直列に接続されている。そして、セル262では、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との直列回路と、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との直列回路と、コンデンサCとが、互いに並列に接続されている。セル262では、それぞれのスイッチング素子Qと対応するダイオードDとが、互いに並列に接続されている。セル262では、スイッチング素子Q1のエミッタとスイッチング素子Q2のコレクタとの接続点が、レグ22において交流端子CA側に接続される正極端子TP(+)となり、スイッチング素子Q3のエミッタとスイッチング素子Q4のコレクタとの接続点が、レグ22において交流端子CB側に接続される負極端子TN(-)となっている。 In cell 262, switching element Q1 and switching element Q2 are connected in series, and switching element Q3 and switching element Q4 are connected in series. In cell 262, the series circuit of switching element Q1 and switching element Q2, the series circuit of switching element Q3 and switching element Q4, and capacitor C are connected in parallel. In cell 262, each switching element Q and its corresponding diode D are connected in parallel. In cell 262, the connection point between the emitter of switching element Q1 and the collector of switching element Q2 is the positive terminal TP(+) connected to the AC terminal CA side in leg 22, and the connection point between the emitter of switching element Q3 and the collector of switching element Q4 is the negative terminal TN(-) connected to the AC terminal CB side in leg 22.

セル262が備えるスイッチング素子Q1~スイッチング素子Q4のそれぞれのゲートには、変換器制御部50aからの制御信号が入力される(制御電圧が印加される、または制御電流が供給される)。スイッチング素子Q1のゲートには、変換器制御部50aからの制御信号としてゲート信号gtaが入力され、スイッチング素子Q2のゲートには、変換器制御部50aからの制御信号としてゲート信号gtbが入力され、スイッチング素子Q3のゲートには、変換器制御部50aからの制御信号としてゲート信号gtcが入力され、スイッチング素子Q4のゲートには、変換器制御部50aからの制御信号としてゲート信号gtdが入力される。これにより、スイッチング素子Q1~スイッチング素子Q4のそれぞれは、変換器制御部50aによってオン状態またはオフ状態のいずれかの状態に切り替えられる。以下の説明においては、「1(“High”レベル)」の制御信号(ゲート信号gta、ゲート信号gtb、ゲート信号gtc、およびゲート信号gtd)が入力されるとそれぞれのスイッチング素子Qがオン状態となり、「0(“Low”レベル)」の制御信号(ゲート信号gta、ゲート信号gtb、ゲート信号gtc、およびゲート信号gtd)が入力されるそれぞれのスイッチング素子Qがオフ状態となるものとする。 A control signal from the converter control unit 50a is input to the gates of each of the switching elements Q1 to Q4 of the cell 262 (a control voltage is applied or a control current is supplied). A gate signal gta is input to the gate of the switching element Q1 as a control signal from the converter control unit 50a, a gate signal gtb is input to the gate of the switching element Q2 as a control signal from the converter control unit 50a, a gate signal gtc is input to the gate of the switching element Q3 as a control signal from the converter control unit 50a, and a gate signal gtd is input to the gate of the switching element Q4 as a control signal from the converter control unit 50a. As a result, each of the switching elements Q1 to Q4 is switched to either an on state or an off state by the converter control unit 50a. In the following explanation, when a control signal (gate signal gta, gate signal gtb, gate signal gtc, and gate signal gtd) of "1 (High level)" is input, each switching element Q is turned on, and when a control signal (gate signal gta, gate signal gtb, gate signal gtc, and gate signal gtd) of "0 (Low level)" is input, each switching element Q is turned off.

コンデンサCは、それぞれのスイッチング素子Qの状態に応じて、充電され、または放電する。セル262では、コンデンサCの端子間電圧(コンデンサ電圧Vc)が、セル262の正極端子TPと負極端子TNとの間の端子間電圧(セル電圧Vo)として生じる。より具体的には、変換器制御部50aが、制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(1,0,0,1)にすると、例えば、正極端子TP、スイッチング素子Q1、コンデンサC、スイッチング素子Q4、負極端子TNの順に電流が流れて、セル262のセル電圧Voはコンデンサ電圧Vcと一致する。つまり、変換器制御部50aが制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(1,0,0,1)にすることにより、セル262の正極端子TPと負極端子TNとの間にコンデンサCが挿入されて、コンデンサ電圧Vcがセル電圧Voとして出力される。以下の説明においては、変換器制御部50aが制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(1,0,0,1)にすることを「正電圧インサート」といい、この場合のセル262の状態を「正電圧インサート状態」という。一方、変換器制御部50aが、制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(0,1,1,0)にすると、例えば、正極端子TP、スイッチング素子Q2、コンデンサC、スイッチング素子Q3、負極端子TNの順に電流が流れて、セル262のセル電圧Voはコンデンサ電圧Vcの反転と一致する。つまり、変換器制御部50aが制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(0,1,1,0)にすることにより、セル262の正極端子TPと負極端子TNとの間にコンデンサCが逆方向に挿入されて、マイナスのコンデンサ電圧Vcがセル電圧Voとして出力される。以下の説明においては、変換器制御部50aが制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(0,1,1,0)にすることを「負電圧インサート」といい、この場合のセル262の状態を「負電圧インサート状態」という。さらに、変換器制御部50aが、制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(1,0,1,0)、あるいは(0,1,0,1)にすると、例えば、正極端子TP、ダイオードD1、スイッチング素子Q3、負極端子TNの順、あるいは正極端子TP、スイッチング素子Q2、ダイオードD4、負極端子TNの順に電流が流れて、セル262のセル電圧Voは0[V]となる。つまり、変換器制御部50aが制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(1,0,1,0)、あるいは(0,1,0,1)にすることにより、セル262の正極端子TPと負極端子TNとが短絡され、コンデンサCを通らずに電流が流れることによって、セル262のセル電圧Voは0[V]となる。以下の説明においては、変換器制御部50aが制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(1,0,1,0)、あるいは(0,1,0,1)にすることを「バイパス」といい、この場合のセル262の状態を「バイパス状態」という。 The capacitor C is charged or discharged depending on the state of each switching element Q. In the cell 262, the terminal voltage (capacitor voltage Vc) of the capacitor C is generated as the terminal voltage (cell voltage Vo) between the positive terminal TP and the negative terminal TN of the cell 262. More specifically, when the converter control unit 50a sets the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) = (1, 0, 0, 1), for example, a current flows in the order of the positive terminal TP, the switching element Q1, the capacitor C, the switching element Q4, and the negative terminal TN, and the cell voltage Vo of the cell 262 coincides with the capacitor voltage Vc. In other words, when the converter control unit 50a sets the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) = (1, 0, 0, 1), the capacitor C is inserted between the positive terminal TP and the negative terminal TN of the cell 262, and the capacitor voltage Vc is output as the cell voltage Vo. In the following description, the converter control unit 50a setting the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) = (1, 0, 0, 1) is referred to as "positive voltage insertion", and the state of the cell 262 in this case is referred to as "positive voltage insertion state". On the other hand, when the converter control unit 50a sets the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) = (0, 1, 1, 0), for example, a current flows in the order of the positive terminal TP, the switching element Q2, the capacitor C, the switching element Q3, and the negative terminal TN, and the cell voltage Vo of the cell 262 coincides with the inversion of the capacitor voltage Vc. In other words, when the converter control unit 50a sets the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) = (0, 1, 1, 0), the capacitor C is inserted in the reverse direction between the positive terminal TP and the negative terminal TN of the cell 262, and the negative capacitor voltage Vc is output as the cell voltage Vo. In the following description, when the converter control unit 50a sets the control signals (gta, gtb, gtc, gtd)=(0, 1, 1, 0), this is referred to as "negative voltage insertion," and the state of the cell 262 in this case is referred to as "negative voltage insertion state." Furthermore, when the converter control unit 50a sets the control signals (gta, gtb, gtc, gtd)=(1, 0, 1, 0) or (0, 1, 0, 1), for example, a current flows in the order of the positive terminal TP, diode D1, switching element Q3, and negative terminal TN, or in the order of the positive terminal TP, switching element Q2, diode D4, and negative terminal TN, and the cell voltage Vo of the cell 262 becomes 0 [V]. In other words, when the converter control unit 50a sets the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) = (1, 0, 1, 0) or (0, 1, 0, 1), the positive terminal TP and the negative terminal TN of the cell 262 are shorted, and the current flows without passing through the capacitor C, so that the cell voltage Vo of the cell 262 becomes 0 [V]. In the following description, the converter control unit 50a setting the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) = (1, 0, 1, 0) or (0, 1, 0, 1) is referred to as "bypass", and the state of the cell 262 in this case is referred to as the "bypass state".

セル262は、図7に示した構成に限定されるものではなく、セル262と同様の機能を実現する構成であれば、いかなる構成のものであってもよい。 Cell 262 is not limited to the configuration shown in FIG. 7, and may have any configuration that achieves the same function as cell 262.

スイッチング素子Q1およびダイオードD1は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第1のスイッチング素子」の一例であり、スイッチング素子Q2およびダイオードD2は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第2のスイッチング素子」の一例であり、スイッチング素子Q3およびダイオードD3は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第3のスイッチング素子」の一例であり、スイッチング素子Q4およびダイオードD4は、特許請求の範囲における「スイッチング素子」および「第4のスイッチング素子」の一例である。スイッチング素子Q1とダイオードD1の並列回路と、スイッチング素子Q2とダイオードD2の並列回路との直列回路とは、特許請求の範囲における「第1の直列回路」の一例であり、スイッチング素子Q3とダイオードD3の並列回路と、スイッチング素子Q4とダイオードD4の並列回路との直列回路とは、特許請求の範囲における「第2の直列回路」の一例である。オン状態は、特許請求の範囲における「導通状態」の一例であり、オフ状態は、特許請求の範囲における「非導通状態」の一例である。コンデンサCは、特許請求の範囲における「エネルギー蓄積要素」の一例である。正極端子TPは、特許請求の範囲における「第1端」の一例であり、負極端子TNは、特許請求の範囲における「第2端」の一例である。正電圧インサート状態は、特許請求の範囲における「第1の第1制御状態」の一例であり、負電圧インサート状態は、特許請求の範囲における「第2の第1制御状態」の一例であり、バイパス状態は、特許請求の範囲における「第2制御状態」の一例である。 The switching element Q1 and the diode D1 are an example of the "switching element" and the "first switching element" in the claims, the switching element Q2 and the diode D2 are an example of the "switching element" and the "second switching element" in the claims, the switching element Q3 and the diode D3 are an example of the "switching element" and the "third switching element" in the claims, and the switching element Q4 and the diode D4 are an example of the "switching element" and the "fourth switching element" in the claims. The parallel circuit of the switching element Q1 and the diode D1 and the parallel circuit of the switching element Q2 and the diode D2 are an example of the "first series circuit" in the claims, and the parallel circuit of the switching element Q3 and the diode D3 and the parallel circuit of the switching element Q4 and the diode D4 are an example of the "second series circuit" in the claims. The on state is an example of the "conductive state" in the claims, and the off state is an example of the "non-conductive state" in the claims. The capacitor C is an example of an "energy storage element" in the claims. The positive terminal TP is an example of a "first end" in the claims, and the negative terminal TN is an example of a "second end" in the claims. The positive voltage insert state is an example of a "first first control state" in the claims, the negative voltage insert state is an example of a "second first control state" in the claims, and the bypass state is an example of a "second control state" in the claims.

このような構成のセル262が直列に複数接続されることにより、アームユニット26は、インサート状態(正電圧インサート状態や、負電圧インサート状態)に制御されたそれぞれのセル262のセル電圧Voが加算された電圧を出力する。従って、アームユニット26は、変換器制御部50aによってインサート状態(正電圧インサート状態や、負電圧インサート状態)に制御されたセル262の数に応じた電圧を出力する。これにより、アームユニット26は、変換器制御部50aからの制御に応じたマルチレベル波形を生成する。セル262は、第1の実施形態のセル162の代わりに、第1の実施形態の電力変換器10が備えるそれぞれのアームユニット16に備えられてもよい。 By connecting multiple cells 262 of this configuration in series, the arm unit 26 outputs a voltage obtained by adding the cell voltages Vo of the cells 262 controlled to the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state). Therefore, the arm unit 26 outputs a voltage according to the number of cells 262 controlled to the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) by the converter control unit 50a. As a result, the arm unit 26 generates a multi-level waveform according to the control from the converter control unit 50a. The cells 262 may be provided in each arm unit 16 provided in the power converter 10 of the first embodiment, instead of the cells 162 of the first embodiment.

ところで、セル262では、制御信号(gta,gtb)=(1,1)、または制御信号(gtc,gtd)=(1,1)にすることは禁止されるべきである。これは、制御信号(gta,gtb)=(1,1)にすると、スイッチング素子Q1とスイッチング素子Q2との両方がオン状態となり、制御信号(gtc,gtd)=(1,1)にすると、スイッチング素子Q3とスイッチング素子Q4との両方がオン状態となり、いずれの場合もコンデンサCの両端が短絡されてしまうからである。このため、変換器制御部50aは、制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)を、(1,0,0,1)、(0,1,1,0)、(1,0,1,0)、および(0,1,0,1)の間で切り替える(変更する)際に、ごく短時間の間、過渡的に制御信号(gta,gtb)=(0,0)または制御信号(gtc,gtd)=(0,0)の状態となる期間(いわゆるデッドタイム)を設けるように制御する。変換器制御部50aは、セル262の動作を停止させる場合、制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)=(0,0,0,0)に固定してもよい。以下の説明においては、変換器制御部50aが全ての制御信号(gta,gtb,gtc,gtd)を(0,0,0,0)に固定して電力変換器20が備えるアームユニット26の全てのセル262の動作を停止させることを「ゲートブロック」といい、この場合のセル262の状態を「ゲートブロック状態」という。 By the way, in cell 262, it should be prohibited to set the control signal (gta, gtb) = (1, 1) or the control signal (gtc, gtd) = (1, 1). This is because when the control signal (gta, gtb) = (1, 1) is set, both switching elements Q1 and Q2 are turned on, and when the control signal (gtc, gtd) = (1, 1) is set, both switching elements Q3 and Q4 are turned on, and in either case, both ends of the capacitor C are short-circuited. For this reason, when switching (changing) the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) between (1, 0, 0, 1), (0, 1, 1, 0), (1, 0, 1, 0), and (0, 1, 0, 1), the converter control unit 50a performs control so as to provide a period (so-called dead time) in which the control signals (gta, gtb) = (0, 0) or the control signals (gtc, gtd) = (0, 0) for a very short period of time. When the converter control unit 50a stops the operation of the cell 262, the control signals (gta, gtb, gtc, gtd) may be fixed to (0, 0, 0, 0). In the following description, the converter control unit 50a fixes all control signals (gta, gtb, gtc, gtd) to (0, 0, 0, 0) to stop the operation of all cells 262 in the arm unit 26 of the power converter 20, which is referred to as "gate block," and the state of the cells 262 in this case is referred to as the "gate block state."

図6に戻り、変換器制御部50aは、第1の実施形態の電力変換装置1が備える変換器制御部50と同様に、電力変換装置2の運転状態や、電力変換装置2内の各位置の検出値(電流値や、電流が流れる方向(極性)、電圧値)に基づいて、交流系統の周波数を含む交流電圧指令値を算出する。このため、変換器制御部50aは、変換器制御部50と同様に、例えば、電力変換装置2内外の所望の位置に設けられた検出器(後述)により出力された検出値を、所定(一定)の取得周期TS1ごとに取得する。そして、変換器制御部50aは、算出した交流電圧指令値が表す電圧成分を含む、アームユニット26ごとの電圧指令値を求める。変換器制御部50aは、求めた電圧指令値に基づいて、それぞれのアームユニット26が備えるセル262内のスイッチング素子Qをスイッチング制御するための制御信号を生成する。そして、変換器制御部50aは、生成した制御信号を、対応するセル262に出力する。例えば、変換器制御部50aは、交流系統のR相とS相との相間のアームユニット26であるアームユニット26-RSを制御する場合、交流端子CA-Rと交流端子CB-Sとの間に出力させるアーム電圧Varm-Rに対応したアーム電圧指令値Varm*を算出する。以降の説明では、アーム電圧Varmおよびアーム電圧指令値Varm*の正極性を、セル262-n側からみてセル262-1側の電位が高くなる向きに定義する。そして、変換器制御部50aは、算出したアーム電圧指令値Varm*に基づいて、アームユニット26-RSが備えるそれぞれのセル262(セル262-1-RS~262-n-RS)内のそれぞれのスイッチング素子Qを制御するためのゲート信号gta(ゲート信号gta-1-RS~gta-n-RS)、ゲート信号gtb(ゲート信号gtb-1-RS~gtb-n-RS)、ゲート信号gtc(ゲート信号gtc-1-RS~gtc-n-RS)、およびゲート信号gtd(ゲート信号gtd-1-RS~gtd-n-RS)を生成する。変換器制御部50aは、生成したゲート信号gta、ゲート信号gtb、ゲート信号gtc、およびゲート信号gtdのそれぞれを、対応するセル262に出力する。変換器制御部50aがその他のアームユニット16を制御する場合も同様である。変換器制御部50aは、例えば、インサート数演算部52aと、ソートリスト演算部54aと、セル選択制御部56aと、ゲート信号生成部58aと、を備える。 Returning to FIG. 6, the converter control unit 50a, like the converter control unit 50 included in the power conversion device 1 of the first embodiment, calculates an AC voltage command value including the frequency of the AC system based on the operating state of the power conversion device 2 and the detection values (current value, current flow direction (polarity), voltage value) at each position in the power conversion device 2. For this reason, like the converter control unit 50, the converter control unit 50a acquires detection values output by a detector (described later) provided at a desired position inside or outside the power conversion device 2 at a predetermined (constant) acquisition period TS1. Then, the converter control unit 50a calculates a voltage command value for each arm unit 26 including a voltage component represented by the calculated AC voltage command value. The converter control unit 50a generates a control signal for controlling the switching of the switching element Q in the cell 262 included in each arm unit 26 based on the calculated voltage command value. The converter control unit 50a then outputs the generated control signal to the corresponding cell 262. For example, when the converter control unit 50a controls the arm unit 26-RS, which is the arm unit 26 between the R phase and the S phase of the AC system, the converter control unit 50a calculates an arm voltage command value Varm* corresponding to an arm voltage Varm-R to be output between the AC terminals CA-R and CB-S. In the following description, the positive polarity of the arm voltage Varm and the arm voltage command value Varm* is defined as the direction in which the potential on the cell 262-1 side becomes higher when viewed from the cell 262-n side. Then, the converter control unit 50a generates gate signals gta (gate signals gta-1-RS to gta-n-RS), gate signals gtb (gate signals gtb-1-RS to gtb-n-RS), gate signals gtc (gate signals gtc-1-RS to gtc-n-RS), and gate signals gtd (gate signals gtd-1-RS to gtd-n-RS) for controlling the switching elements Q in the respective cells 262 (cells 262-1-RS to 262-n-RS) included in the arm unit 26-RS based on the calculated arm voltage command value Varm*. The converter control unit 50a outputs the generated gate signals gta, gtb, gtc, and gtd to the corresponding cells 262. The same applies when the converter control unit 50a controls the other arm units 16. The converter control unit 50a includes, for example, an insert number calculation unit 52a, a sort list calculation unit 54a, a cell selection control unit 56a, and a gate signal generation unit 58a.

変換器制御部50aは、例えば、CPUなどのハードウェアプロセッサがプログラム(ソフトウェア)を実行することで電力変換器20の動作を制御する。変換器制御部50aは、LSIやASIC、FPGA、GPUなどのハードウェア(回路部;circuitryを含む)によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。変換器制御部50aは、専用のLSIによって実現されてもよい。プログラムは、予め変換器制御部50aあるいは電力変換装置2が備えるHDDやフラッシュメモリなどの記憶装置(非一過性の記憶媒体を備える記憶装置)に格納されていてもよいし、DVDやCD-ROMなどの着脱可能な記憶媒体(非一過性の記憶媒体)に格納されており、記憶媒体が変換器制御部50aあるいは電力変換装置2が備えるドライブ装置に装着されることで変換器制御部50aあるいは電力変換装置2が備えるHDDやフラッシュメモリにインストールされてもよい。 The converter control unit 50a controls the operation of the power converter 20 by, for example, a hardware processor such as a CPU executing a program (software). The converter control unit 50a may be realized by hardware (including circuitry) such as an LSI, ASIC, FPGA, or GPU, or may be realized by collaboration between software and hardware. The converter control unit 50a may be realized by a dedicated LSI. The program may be stored in advance in a storage device (storage device with a non-transient storage medium) such as an HDD or flash memory provided in the converter control unit 50a or the power conversion device 2, or may be stored in a removable storage medium (non-transient storage medium) such as a DVD or CD-ROM, and the storage medium may be installed in the HDD or flash memory provided in the converter control unit 50a or the power conversion device 2 by attaching the storage medium to a drive device provided in the converter control unit 50a or the power conversion device 2.

電力変換装置2でも、第1の実施形態の電力変換装置1と同様に、所望の位置に電流検出器や電圧検出器が設けられ、電流値や、電流の極性、電圧値が検出される。図6の例では、それぞれのレグ22内に、交流端子CA側から交流端子CB側に流れるアーム電流Iを検出するための電流検出器が設けられている場合を示している。より具体的に、レグ22-RSには、リアクトル14-RSとアームユニット26-RSとの間に、交流端子CA-R側から交流端子CB-S側に流れるアーム電流Irsを検出するための電流検出器が設けられている。その他のレグ22も同様である。図7では図示していないが、それぞれのセル262にも、コンデンサ電圧Vcを検出するための電圧検出器が設けられている。R相の交流電流Irと、S相の交流電流Isと、T相の交流電流Itとのそれぞれは、交流端子R、交流端子S、および交流端子Tに電流検出器を設けて直接的に検出されてもよいが、それぞれのレグ22において検出したアーム電流Iを演算することによって間接的に検出されてもよい。例えば、R相の交流電流Irは、R相とS相との相間のアーム電流Irsと、T相とR相との相間のアーム電流Itrとの差(つまり、Irs-Itr)を演算することによって間接的に検出されてもよい。さらに、図6には、電圧検出器の図示は省略しているが、R相の交流電圧Vsr、S相の交流電圧Vss、およびT相の交流電圧Vstを検出している場合を示している。 In the power conversion device 2, similarly to the power conversion device 1 of the first embodiment, a current detector and a voltage detector are provided at desired positions to detect the current value, the polarity of the current, and the voltage value. In the example of FIG. 6, a current detector for detecting the arm current I flowing from the AC terminal CA side to the AC terminal CB side is provided in each leg 22. More specifically, a current detector for detecting the arm current Irs flowing from the AC terminal CA-R side to the AC terminal CB-S side is provided between the reactor 14-RS and the arm unit 26-RS in the leg 22-RS. The other legs 22 are similar. Although not shown in FIG. 7, each cell 262 is also provided with a voltage detector for detecting the capacitor voltage Vc. The R-phase AC current Ir, the S-phase AC current Is, and the T-phase AC current It may be directly detected by providing a current detector at the AC terminal R, the AC terminal S, and the AC terminal T, or may be indirectly detected by calculating the arm current I detected in each leg 22. For example, the R-phase AC current Ir may be indirectly detected by calculating the difference between the R-phase and S-phase arm current Irs and the T-phase and R-phase arm current Itr (i.e., Irs-Itr). Furthermore, although the voltage detector is not shown in FIG. 6, the case where the R-phase AC voltage Vsr, the S-phase AC voltage Vss, and the T-phase AC voltage Vst are detected is shown.

変換器制御部50aは、第1の実施形態の電力変換装置1が備えるアームユニット16が、電力変換装置2ではアームユニット26に代わることにより、出力する制御信号(ゲート信号)が、アームユニット26が備えるそれぞれのセル262に対応するものとなる。しかし、変換器制御部50aの構成は、図3に示した第1の実施形態の電力変換装置1が備える変換器制御部50の構成と同様である。従って、電力変換装置2が備える変換器制御部50aの構成の一例の図示は省略し、以下に、第1の実施形態の変換器制御部50が備えるそれぞれの構成要素と、変換器制御部50aが備えるそれぞれの構成要素とにおける異なる動作について説明する。 The converter control unit 50a outputs control signals (gate signals) corresponding to the respective cells 262 of the arm unit 26, since the arm unit 16 of the power conversion device 1 of the first embodiment is replaced by the arm unit 26 of the power conversion device 2. However, the configuration of the converter control unit 50a is similar to the configuration of the converter control unit 50 of the power conversion device 1 of the first embodiment shown in FIG. 3. Therefore, an example of the configuration of the converter control unit 50a of the power conversion device 2 is not illustrated, and the following describes the different operations of the respective components of the converter control unit 50 of the first embodiment and the respective components of the converter control unit 50a.

インサート数演算部52aは、第1の実施形態のインサート数演算部52と同様の処理を行う。インサート数演算部52aは、アーム電圧指令値Varm*に基づいて、それぞれのアームユニット26ごとのインサート数Ncellsを演算(算出)する。ただし、インサート数演算部52aは、インサート数演算部52とは異なり、インサート状態が、正電圧インサート状態であるか負電圧インサート状態であるかを表す情報を含むインサート数Ncellsを、それぞれのアームユニット26ごとに演算(算出)する。より具体的には、例えば、インサート数演算部52aは、アームユニット26が備えるセル262のうち、インサート状態に割り当てる(インサート状態にさせる)セル162の数(整数値、絶対値)および正電圧インサート状態とするか負電圧インサート状態とするか(極性、符号)を表す符号付インサート数Ncellsを演算(算出)する。インサート数演算部52aも、インサート数演算部52と同様に、インサート数Ncellsの演算(算出)によって、1パルス制御や、複パルス制御を行う。インサート数演算部52aは、算出したインサート数Ncellsを、セル選択制御部56aに出力する。インサート数演算部52aは、特許請求の範囲における「状態数演算部」の一例である。 The insert number calculation unit 52a performs the same processing as the insert number calculation unit 52 of the first embodiment. The insert number calculation unit 52a calculates (calculates) the number of inserts Ncells for each arm unit 26 based on the arm voltage command value Varm*. However, unlike the insert number calculation unit 52, the insert number calculation unit 52a calculates (calculates) the number of inserts Ncells including information indicating whether the insert state is a positive voltage insert state or a negative voltage insert state for each arm unit 26. More specifically, for example, the insert number calculation unit 52a calculates (calculates) the number (integer value, absolute value) of cells 162 to be assigned to the insert state (to be put into the insert state) among the cells 262 included in the arm unit 26, and the signed number of inserts Ncells indicating whether the insert state is a positive voltage insert state or a negative voltage insert state (polarity, sign). Like the insert number calculation unit 52, the insert number calculation unit 52a performs one-pulse control and multi-pulse control by calculating the insert number Ncells. The insert number calculation unit 52a outputs the calculated insert number Ncells to the cell selection control unit 56a. The insert number calculation unit 52a is an example of a "state number calculation unit" in the claims.

ソートリスト演算部54aは、第1の実施形態のソートリスト演算部54と同様の処理を行う。ソートリスト演算部54aは、電力変換器20が備えるそれぞれのセル262のコンデンサ電圧Vcの大小関係を表すソートリストを、それぞれのアームユニット26ごとに演算(生成)する。ソートリスト演算部54aも、取得周期TS1よりも長い、所定(一定)の演算周期TS2(TS2>TS1)ごとに、ソートリストを生成する。ソートリスト演算部54aにおけるソートリストの生成方法も、ソートリスト演算部54と同様である。ソートリスト演算部54aは、生成したソートリストを、セル選択制御部56aに出力する。ソートリスト演算部54aは、特許請求の範囲における「リスト演算部」の一例である。 The sort list calculation unit 54a performs the same processing as the sort list calculation unit 54 of the first embodiment. The sort list calculation unit 54a calculates (generates) a sort list representing the magnitude relationship of the capacitor voltage Vc of each cell 262 included in the power converter 20 for each arm unit 26. The sort list calculation unit 54a also generates a sort list for each predetermined (constant) calculation period TS2 (TS2>TS1) that is longer than the acquisition period TS1. The method of generating a sort list in the sort list calculation unit 54a is also the same as that of the sort list calculation unit 54. The sort list calculation unit 54a outputs the generated sort list to the cell selection control unit 56a. The sort list calculation unit 54a is an example of a "list calculation unit" in the claims.

セル選択制御部56aは、第1の実施形態のセル選択制御部56と同様の処理を行う。セル選択制御部56aは、少なくともインサート数演算部52aにより出力されたインサート数Ncellsが変化したタイミングごと、つまり、セル262を制御する(正電圧インサート状態、負電圧インサート状態、およびバイパス状態にさせる)制御タイミングごとに、ソートリストを参照して、現在のセル制御状態CL*を変更する対象のセル262を選択する。 The cell selection control unit 56a performs the same processing as the cell selection control unit 56 of the first embodiment. The cell selection control unit 56a refers to the sort list and selects a cell 262 for which the current cell control state CL* is to be changed at least each time the insert number Ncells output by the insert number calculation unit 52a changes, that is, each time the cell 262 is controlled (put into the positive voltage insert state, negative voltage insert state, or bypass state).

セル選択制御部56aは、インサート数Ncellsの絶対値が増加した場合において、アーム電圧指令値Varm*とアーム電流Iarmの極性の組み合わせから、インサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)になっているセル262のコンデンサCに電力を蓄積させて、アームユニット26全体の充電量を増加させる充電極性である期間(充電期間)では、現在バイパス状態であるセル262の中から、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル262を優先してインサート状態に変更するセル262として選択する。この場合、セル選択制御部56aは、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に低いコンデンサCを備えるセル262から順に選択し、選択したセル262を表すセル制御状態CL*を生成する。充電極性は、(1)アーム電圧指令値Varm*が、図6に示したセル262-1側の電位がセル262-n側に対して高くなる極性、かつ、アーム電流Iarmが、図6に示したアーム電流Iと同じ方向に流れる極性である場合、もしくは、(2)アーム電圧指令値Varm*が、図6に示したセル262-1側の電位がセル262-n側に対して低くなる極性、かつ、アーム電流Iarmが、図6に示したアーム電流Iとは逆の方向に流れる極性である場合に該当する。一方、セル選択制御部56aは、インサート数Ncellsの絶対値が増加した場合において、アーム電圧指令値Varm*とアーム電流Iarmの極性の組み合わせから、インサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)になっているセル262のコンデンサCに蓄積されている電力を放電させて、アームユニット26全体の放電量を増加させる放電極性である期間(放電期間)では、現在バイパス状態であるセル262の中から、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル262を優先してインサート状態に変更するセル262として選択する。この場合、セル選択制御部56aは、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に高いコンデンサCを備えるセル262から順に選択し、選択したセル262を表すセル制御状態CL*を生成する。放電極性は、(1)アーム電圧指令値Varm*が、図6に示したセル262-1側の電位がセル262-n側に対して高くなる極性、かつ、アーム電流Iarmが、図6に示したアーム電流Iとは逆の方向に流れる極性である場合、もしくは、(2)アーム電圧指令値Varm*が、図6に示したセル262-1側の電位がセル262-n側に対して低くなる極性、かつ、アーム電流Iarmが、図6に示したアーム電流Iの方向に流れる極性である場合に該当する。 When the absolute value of the number of inserts Ncells increases, the cell selection control unit 56a stores power in the capacitor C of the cell 262 in the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) based on the combination of the polarity of the arm voltage command value Varm* and the arm current Iarm, and during the charging polarity period (charging period) in which the charge amount of the entire arm unit 26 is increased, the cell selection control unit 56a selects, from among the cells 262 currently in the bypass state, the cell 262 having a capacitor C with less stored power as the cell 262 to be changed to the insert state. In this case, the cell selection control unit 56a refers to the sort list and selects the cells 262 in order starting from the cells 262 having capacitors C with relatively low voltage values of the capacitor voltage Vc, and generates a cell control state CL* representing the selected cell 262. The charging polarity corresponds to (1) a case where the arm voltage command value Varm* has a polarity such that the potential on the cell 262-1 side shown in FIG. 6 is higher than that on the cell 262-n side, and the arm current Iarm flows in the same direction as the arm current I shown in FIG. 6, or (2) a case where the arm voltage command value Varm* has a polarity such that the potential on the cell 262-1 side shown in FIG. 6 is lower than that on the cell 262-n side, and the arm current Iarm flows in the opposite direction to the arm current I shown in FIG. 6. On the other hand, when the absolute value of the number of inserts Ncells increases, the cell selection control unit 56a, in a period (discharge period) in which the power stored in the capacitor C of the cell 262 in the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) is discharged based on the combination of the polarity of the arm voltage command value Varm* and the arm current Iarm to increase the discharge amount of the entire arm unit 26, selects, from among the cells 262 currently in the bypass state, the cell 262 having the capacitor C with the largest amount of stored power as the cell 262 to be changed to the insert state. In this case, the cell selection control unit 56a refers to the sort list and selects the cells 262 in order starting from the cells 262 having the capacitor C with the relatively high voltage value of the capacitor voltage Vc, and generates a cell control state CL* representing the selected cell 262. The discharge polarity corresponds to (1) a case where the arm voltage command value Varm* has a polarity such that the potential on the cell 262-1 side shown in FIG. 6 is higher than that on the cell 262-n side, and the arm current Iarm flows in the opposite direction to the arm current I shown in FIG. 6, or (2) a case where the arm voltage command value Varm* has a polarity such that the potential on the cell 262-1 side shown in FIG. 6 is lower than that on the cell 262-n side, and the arm current Iarm flows in the direction of the arm current I shown in FIG. 6.

セル選択制御部56aは、インサート数Ncellsの絶対値が減少した場合において、アーム電圧指令値Varm*とアーム電流Iarmの極性の組み合わせから、インサート状態になっているセル262のコンデンサCに電力を蓄積させて、アームユニット26全体の充電量を増加させる充電極性である期間(充電期間)では、現在インサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)であるセル262の中から、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル262を優先してバイパス状態に変更するセル262として選択する。この場合、セル選択制御部56aは、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に高いコンデンサCを備えるセル262から順に選択し、選択したセル262を表すセル制御状態CL*を生成する。一方、セル選択制御部56aは、インサート数Ncellsの絶対値が減少した場合において、アーム電圧指令値Varm*とアーム電流Iarmの極性の組み合わせから、インサート状態になっているセル262のコンデンサCに蓄積されている電力を放電させて、アームユニット26全体の放電量を増加させる放電極性である期間(放電期間)では、現在インサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)であるセル262の中から、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル262を優先してバイパス状態に変更するセル262として選択する。この場合、セル選択制御部56aは、ソートリストを参照して、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に低いコンデンサCを備えるセル262から順に選択し、選択したセル262を表すセル制御状態CL*を生成する。 When the absolute value of the number of inserts Ncells decreases, the cell selection control unit 56a stores power in the capacitor C of the cell 262 in the insert state based on the combination of the polarity of the arm voltage command value Varm* and the arm current Iarm, and during the charging polarity period (charging period) in which the charge amount of the entire arm unit 26 is increased by storing power in the capacitor C of the cell 262 in the insert state, the cell selection control unit 56a selects the cell 262 having the capacitor C with the most stored power from among the cells 262 currently in the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) as the cell 262 to be changed to the bypass state. In this case, the cell selection control unit 56a refers to the sort list and selects the cells 262 in order starting from the cells 262 having the capacitor C with the relatively high voltage value of the capacitor voltage Vc, and generates a cell control state CL* representing the selected cell 262. On the other hand, when the absolute value of the number of inserts Ncells decreases, the cell selection control unit 56a, in a period (discharge period) in which the power stored in the capacitor C of the cell 262 in the inserted state is discharged from the combination of the polarity of the arm voltage command value Varm* and the arm current Iarm to increase the discharge amount of the entire arm unit 26, selects the cell 262 having the capacitor C with the least amount of stored power from among the cells 262 currently in the inserted state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) as the cell 262 to be changed to the bypass state. In this case, the cell selection control unit 56a refers to the sort list and selects the cells 262 having the capacitor C with the relatively low voltage value of the capacitor voltage Vc in order, and generates a cell control state CL* representing the selected cell 262.

これにより、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に高いコンデンサCを備えるセル262は、優先的に充電時間が短く、放電時間が長くされるため、アームユニット26が備えるそれぞれのセル262において、コンデンサ電圧Vcが均一化されることになる。一方、コンデンサ電圧Vcの電圧値が相対的に低いコンデンサCを備えるセル262は、優先的に充電時間が長く、放電時間が短くされるため、同様に、アームユニット26が備えるそれぞれのセル262において、コンデンサ電圧Vcが均一化されることになる。 As a result, the cells 262 including capacitors C whose capacitor voltage Vc has a relatively high voltage value are preferentially charged and discharged for a short time, resulting in equalization of the capacitor voltage Vc in each of the cells 262 included in the arm unit 26. On the other hand, the cells 262 including capacitors C whose capacitor voltage Vc has a relatively low voltage value are preferentially charged and discharged for a long time, resulting in equalization of the capacitor voltage Vc in each of the cells 262 included in the arm unit 26.

セル選択制御部56aも、第1の実施形態のセル選択制御部56と同様に、アームユニット26が備えるそれぞれのセル262において、コンデンサCの充電量の差を少なくさせる(充電量が相対的に均一になるようにバランスさせる)ようにバランス制御する。セル選択制御部56aにおけるバランス制御でも、セル選択制御部56と同様に、取得周期TS1ごとに、つまり、ソートリスト演算部54がソートリストを生成する演算周期TS2よりも短い周期で、同じアームユニット26に属するセル262のコンデンサ電圧Vcの電圧値を取得して、取得したそれぞれのコンデンサ電圧Vcの電圧値と、閾値Vc-max、および閾値Vc-minとを比較する。そして、セル選択制御部56aも、セル選択制御部56と同様に、比較の結果に基づいて、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル262をバイパス状態に制御し、バイパス状態のセル162の中から、同数の他のセル162を代わりに選択して、インサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)に変更する。この場合、セル選択制御部56aは、バイパス状態にさせるセル262、およびインサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)にさせるセル262を表すセル制御状態CL*を生成する。 The cell selection control unit 56a, like the cell selection control unit 56 of the first embodiment, also performs balance control to reduce the difference in the charge amount of the capacitor C in each cell 262 provided in the arm unit 26 (balancing so that the charge amount is relatively uniform). In the balance control in the cell selection control unit 56a, like the cell selection control unit 56, the voltage value of the capacitor voltage Vc of the cell 262 belonging to the same arm unit 26 is acquired for each acquisition period TS1, that is, in a period shorter than the calculation period TS2 in which the sort list calculation unit 54 generates the sort list, and each acquired voltage value of the capacitor voltage Vc is compared with the threshold value Vc-max and the threshold value Vc-min. Then, like the cell selection control unit 56, the cell selection control unit 56a also controls the cell 262 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min to a bypass state based on the result of the comparison, and selects the same number of other cells 162 from among the cells 162 in the bypass state instead and changes them to the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state). In this case, the cell selection control unit 56a generates a cell control state CL* that represents the cell 262 to be placed in the bypass state and the cell 262 to be placed in the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state).

セル選択制御部56aは、それぞれのセル262に対応するセル制御状態CL*を、ゲート信号生成部58aに出力する。セル選択制御部56aは、特許請求の範囲における「単位変換器選択部」の一例である。取得周期TS1は、特許請求の範囲における「第1の時間間隔」の一例であり、演算周期TS2は、特許請求の範囲における「第2の時間間隔」の一例である。閾値Vc-maxは、特許請求の範囲における「第1閾値」の一例であり、閾値Vc-minは、特許請求の範囲における「第2閾値」の一例である。 The cell selection control unit 56a outputs the cell control state CL* corresponding to each cell 262 to the gate signal generation unit 58a. The cell selection control unit 56a is an example of a "unit converter selection unit" in the claims. The acquisition period TS1 is an example of a "first time interval" in the claims, and the calculation period TS2 is an example of a "second time interval" in the claims. The threshold value Vc-max is an example of a "first threshold value" in the claims, and the threshold value Vc-min is an example of a "second threshold value" in the claims.

ゲート信号生成部58aは、第1の実施形態のゲート信号生成部58と同様の処理を行う。ゲート信号生成部58aは、セル選択制御部56aにより出力されたそれぞれのセル制御状態CL*に従って、それぞれのアームユニット26が備える全てのセル262に出力する制御信号(ゲート信号)を生成する。より具体的には、ゲート信号生成部58aは、セル制御状態CL*を実現するためにそれぞれのセル262が備えるスイッチング素子Q1に対応するゲート信号gtaと、スイッチング素子Q2に対応するゲート信号gtbと、スイッチング素子Q3に対応するゲート信号gtcと、スイッチング素子Q4に対応するゲート信号gtdとのそれぞれのゲート信号の組み合わせを生成する。このとき、ゲート信号生成部58aも、セル262が備えるコンデンサCの両端が短絡されてしまうことを防止するため、短時間のデッドタイムを設ける。ゲート信号生成部58aは、生成したそれぞれのゲート信号を、対応するセル262(より具体的には、セル262が備えるスイッチング素子Q)に出力する。 The gate signal generating unit 58a performs the same process as the gate signal generating unit 58 of the first embodiment. The gate signal generating unit 58a generates control signals (gate signals) to be output to all the cells 262 of each arm unit 26 according to the respective cell control states CL* output by the cell selection control unit 56a. More specifically, the gate signal generating unit 58a generates a combination of gate signals, including a gate signal gta corresponding to the switching element Q1 of each cell 262, a gate signal gtb corresponding to the switching element Q2, a gate signal gtc corresponding to the switching element Q3, and a gate signal gtd corresponding to the switching element Q4, in order to realize the cell control state CL*. At this time, the gate signal generating unit 58a also provides a short dead time to prevent both ends of the capacitor C of the cell 262 from being short-circuited. The gate signal generating unit 58a outputs each generated gate signal to the corresponding cell 262 (more specifically, the switching element Q of the cell 262).

電力変換装置2においても、例えば、セル選択制御部56aが、セル制御状態CL*をそれぞれのセル262に出力し、それぞれのセル262内で、セル制御状態CL*に応じたゲート信号を生成する構成にしてもよい。この場合、それぞれのセル262は、ゲート信号生成部58aと等価な機能を有する構成要素を備える構成となる。 In the power conversion device 2, for example, the cell selection control unit 56a may be configured to output the cell control state CL* to each cell 262, and generate a gate signal in each cell 262 according to the cell control state CL*. In this case, each cell 262 is configured to include a component having a function equivalent to that of the gate signal generation unit 58a.

このような構成によって、変換器制御部50aは、電力変換器20が備えるそれぞれのアームユニット26内のセル262を制御して、電力変換器20に、交流系統の無効電力(有効電力であってもよい)を調整させる。 With this configuration, the converter control unit 50a controls the cells 262 in each arm unit 26 of the power converter 20 to cause the power converter 20 to adjust the reactive power (which may be active power) of the AC system.

[電力変換装置の第3の動作]
次に、電力変換装置2の動作、つまり、変換器制御部50aにおけるセル262の制御の一例について説明する。以下の説明においては、電力変換器20が備えるレグ22-RSと、レグ22-STと、レグ22-TRとのそれぞれのレグ22を代表して、レグ22-RSが備えるアームユニット26-RSに対する制御について説明する。以下の説明においては、説明を容易にするため、変換器制御部50aが備えるそれぞれの構成要素の動作を、変換器制御部50a自体が行うものとして説明する。
[Third Operation of Power Conversion Apparatus]
Next, an example of the operation of the power conversion device 2, that is, the control of the cell 262 in the converter control unit 50a will be described. In the following description, the control over the arm unit 26-RS included in the leg 22-RS will be described as a representative of each of the legs 22-RS, 22-ST, and 22-TR included in the power converter 20. In the following description, for ease of explanation, the operation of each of the components included in the converter control unit 50a will be described as being performed by the converter control unit 50a itself.

図8は、電力変換装置2における第3の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。図8に示した電力変換装置2の動作の一例は、アームユニット26-RS(以下、単に「アームユニット26」という)が備えるセル262が、三つ(n=3)である場合の動作の一例である。図8には、アームユニット26が備えるセル262-2のコンデンサ電圧Vc-2が閾値Vc-minを超えた場合(閾値Vc-minを下回った場合)における変換器制御部50aのバランス制御の一例を示している。図8には、第1の実施形態の電力変換装置1におけるそれぞれの動作と同様に、アーム電圧指令値Varm*、アーム電流Iarm、およびアーム電圧指令値Varm*に基づいてアームユニット26が生成したアーム電圧Varmの時間的な変化を、同じ時間軸に示している。図8では、電力変換装置1におけるそれぞれの動作において示したゲート信号gtpの代わりに、変換器制御部50aにより変更されるセル262-1~セル262-3のセル制御状態CL*-1~セル制御状態CL*-3の時間的な変化を、同じ時間軸に示している。図8には、変換器制御部50aがバランス制御をするセル262-2のコンデンサ電圧Vc(Vc-2)の模式的な変化も、同じ時間軸に示している。図8では、電力変換装置1におけるそれぞれの動作と同様に、説明を容易にするため、デッドタイムを省略している。さらに、図8には、変換器制御部50a(より具体的には、ソートリスト演算部54a)が演算(生成)するソートリストの一例を示している。図8に示した第3の動作では、図4に示した第1の実施形態の電力変換装置1における第1の動作と同様に、アーム電圧指令値Varm*の1周期ごとにソートリストが生成される(更新される)ものとしている。図8には、コンデンサ電圧Vc-2の電圧値を取得する取得周期TS1、およびソートリストが作成される演算周期TS2の期間の一例も示している。 Figure 8 is a timing chart illustrating an example of the operation timing of the third operation in the power conversion device 2. The example of the operation of the power conversion device 2 shown in Figure 8 is an example of the operation when the arm unit 26-RS (hereinafter simply referred to as "arm unit 26") has three cells 262 (n = 3). Figure 8 shows an example of balance control of the converter control unit 50a when the capacitor voltage Vc-2 of the cell 262-2 of the arm unit 26 exceeds the threshold value Vc-min (when it falls below the threshold value Vc-min). Figure 8 shows the temporal changes in the arm voltage command value Varm*, the arm current Iarm, and the arm voltage Varm generated by the arm unit 26 based on the arm voltage command value Varm* on the same time axis, similar to the respective operations in the power conversion device 1 of the first embodiment. In FIG. 8, instead of the gate signal gtp shown in each operation of the power conversion device 1, the time-dependent changes in the cell control states CL*-1 to CL*-3 of the cells 262-1 to 262-3 changed by the converter control unit 50a are shown on the same time axis. FIG. 8 also shows a schematic change in the capacitor voltage Vc (Vc-2) of the cell 262-2, which is balanced by the converter control unit 50a, on the same time axis. In FIG. 8, as in each operation of the power conversion device 1, dead time is omitted for ease of explanation. Furthermore, FIG. 8 shows an example of a sort list calculated (generated) by the converter control unit 50a (more specifically, the sort list calculation unit 54a). In the third operation shown in FIG. 8, as in the first operation of the power conversion device 1 of the first embodiment shown in FIG. 4, the sort list is generated (updated) for each period of the arm voltage command value Varm*. FIG. 8 also shows an example of an acquisition period TS1 during which the voltage value of the capacitor voltage Vc-2 is acquired, and an example of a calculation period TS2 during which a sort list is created.

電力変換器20では、アーム電圧指令値Varm*は、交流系統の周波数を含む。変換器制御部50a(より具体的には、インサート数演算部52a)は、アーム電圧指令値Varm*に基づいて、階段状の疑似的な正弦波で表されるインサート数Ncellsを演算(算出)する。図8では、インサート数Ncellsは、最小値が「-n(ここでは「-3」)」、最大値が「n(ここでは「3」)」の整数値である。インサート数Ncellsは、プラス(つまり、「0」~「3」)で正電圧インサート状態にさせるセル262の数を表し、マイナス(つまり、「-1」~「-3」)で負電圧インサート状態にさせるセル262の数を表す。インサート数Ncellsは、例えば、アーム電圧指令値Varm*をアームユニット26に属するセル262のコンデンサ電圧Vcの平均値または定格値で除算した値を整数に近似して算出したものである。つまり、図8に示した電力変換装置2の動作タイミングは、第1の実施形態の電力変換装置1における第1の動作と同様に、変換器制御部50aが1パルス制御を行う場合の動作タイミングである。従って、インサート数Ncellsは、電力変換装置1における第1の動作と同様に、図8に示したアーム電圧Varmと等価なものを表している。 In the power converter 20, the arm voltage command value Varm* includes the frequency of the AC system. The converter control unit 50a (more specifically, the insert number calculation unit 52a) calculates (calculates) the insert number Ncells, which is expressed as a stepped pseudo-sine wave, based on the arm voltage command value Varm*. In FIG. 8, the insert number Ncells is an integer value with a minimum value of "-n (here, "-3")" and a maximum value of "n (here, "3")". The insert number Ncells represents the number of cells 262 to be put into a positive voltage insert state when it is positive (i.e., "0" to "3"), and represents the number of cells 262 to be put into a negative voltage insert state when it is negative (i.e., "-1" to "-3"). The insert number Ncells is calculated by, for example, approximating the value obtained by dividing the arm voltage command value Varm* by the average value or rated value of the capacitor voltage Vc of the cells 262 belonging to the arm unit 26 to an integer. In other words, the operation timing of the power conversion device 2 shown in FIG. 8 is the operation timing when the converter control unit 50a performs one-pulse control, similar to the first operation of the power conversion device 1 of the first embodiment. Therefore, the number of inserts Ncells represents the equivalent of the arm voltage Varm shown in FIG. 8, similar to the first operation of the power conversion device 1.

変換器制御部50a(より具体的には、セル選択制御部56a)は、インサート数Ncellsが変化したタイミングごとに、アームユニット26に属するインサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)のセル262が、インサート数Ncellsが表すインサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)にさせるセル262の数(整数値)と一致するように、それぞれのセル262のセル制御状態CL*を生成する。アーム電圧指令値Varm*が正極性(Varm*>0)の場合、インサート数Ncellsは「0」以上の値となるため、変換器制御部50aは、それぞれのセル262を正電圧インサート状態、もしくはバイパス状態にさせるセル制御状態CL*を生成する。一方、アーム電圧指令値Varm*が負極性(Varm*<0)の場合、インサート数Ncellsは「0」以下の値となるため、変換器制御部50aは、それぞれのセル262を負電圧インサート状態、もしくはバイパス状態にさせるセル制御状態CL*を生成する。それぞれのセル制御状態CL*は、「1」の場合に正電圧インサート状態にさせ、「0」の場合にバイパス状態にさせ、「-1」の場合に負電圧インサート状態にさせることを表すものである。 The converter control unit 50a (more specifically, the cell selection control unit 56a) generates a cell control state CL* for each cell 262 in the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) belonging to the arm unit 26 so that the number (integer value) of cells 262 to be put into the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) represented by the insert number Ncells matches the number of cells 262 to be put into the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) represented by the insert number Ncells each time the insert number Ncells changes. When the arm voltage command value Varm* is positive polarity (Varm*>0), the insert number Ncells is a value equal to or greater than "0", so the converter control unit 50a generates a cell control state CL* that puts each cell 262 into the positive voltage insert state or bypass state. On the other hand, when the arm voltage command value Varm* is negative (Varm*<0), the number of inserts Ncells is a value of "0" or less, so the converter control unit 50a generates a cell control state CL* that puts each cell 262 into a negative voltage insert state or bypass state. Each cell control state CL* represents a positive voltage insert state when it is "1," a bypass state when it is "0," and a negative voltage insert state when it is "-1."

変換器制御部50a(より具体的には、ゲート信号生成部58a)は、セル選択制御部56aが生成したセル制御状態CL*に従って、それぞれのアームユニット26が備える全てのセル262に出力する制御信号(ゲート信号gta、ゲート信号gtb、ゲート信号gtc、およびゲート信号gtd)を生成する。そして、それぞれのアームユニット26は、ゲート信号生成部58aにより出力されたゲート信号によって、それぞれのセル262が正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にされることによって、アーム電圧Varmを出力する。アーム電圧Varmは、セル262のコンデンサ電圧Vcが均一に制御されている場合、おおむねインサート数Ncellsが表すインサート状態(正電圧インサート状態または負電圧インサート状態)にさせるセル262の数(整数値)にコンデンサ電圧Vcを乗じた電圧値となる。 The converter control unit 50a (more specifically, the gate signal generating unit 58a) generates control signals (gate signal gta, gate signal gtb, gate signal gtc, and gate signal gtd) to be output to all cells 262 in each arm unit 26 according to the cell control state CL* generated by the cell selection control unit 56a. Then, each arm unit 26 outputs an arm voltage Varm by putting each cell 262 into a positive voltage insert state, a bypass state, or a negative voltage insert state by the gate signal output by the gate signal generating unit 58a. When the capacitor voltages Vc of the cells 262 are uniformly controlled, the arm voltage Varm is approximately a voltage value obtained by multiplying the number (integer value) of cells 262 to be put into the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state) represented by the insert number Ncells by the capacitor voltage Vc.

アーム電流Iarmは、交流系統の周波数を含む。アームユニット26では、アーム電圧指令値Varm*が正極性(Varm*>0)、かつアーム電流Iarmが正極性(Iarm>0)の場合、正電圧インサート状態のセル262が備えるコンデンサCが充電され、この充電期間中にコンデンサ電圧Vcが上昇する。アームユニット26では、アーム電圧指令値Varm*が負極性(Varm*<0)、かつアーム電流Iarmが負極性(Iarm<0)の場合、負電圧インサート状態のセル262が備えるコンデンサCは充電され、この充電期間中にコンデンサ電圧Vcが上昇する。アームユニット26では、アーム電圧指令値Varm*が正極性(Varm*>0)、かつアーム電流Iarmが負極性(Iarm<0)の場合、正電圧インサート状態のセル262が備えるコンデンサCは放電され、この放電期間中にコンデンサ電圧Vcが下降する。アームユニット26では、アーム電圧指令値Varm*が負極性(Varm*<0)、かつアーム電流Iarmが正極性(Iarm>0)の場合、負電圧インサート状態のセル262が備えるコンデンサCは放電され、この放電期間中にコンデンサ電圧Vcが下降する。このように、アームユニット26では、アーム電圧指令値Varm*の極性とアーム電流Iarmの極性とが等しい場合に充電期間となり、アーム電圧指令値Varm*の極性とアーム電流Iarmの極性とが異なる場合に放電期間となる。アームユニット26では、アーム電圧指令値Varm*の極性や、アーム電流Iarmの極性に関わらず、バイパス状態のセル262が備えるコンデンサCは充電も放電もされずに、現在のコンデンサ電圧Vcを維持する。 The arm current Iarm includes the frequency of the AC system. In the arm unit 26, when the arm voltage command value Varm* is positive (Varm*>0) and the arm current Iarm is positive (Iarm>0), the capacitor C of the cell 262 in the positive voltage insert state is charged, and the capacitor voltage Vc rises during this charging period. In the arm unit 26, when the arm voltage command value Varm* is negative (Varm*<0) and the arm current Iarm is negative (Iarm<0), the capacitor C of the cell 262 in the negative voltage insert state is charged, and the capacitor voltage Vc rises during this charging period. In the arm unit 26, when the arm voltage command value Varm* is positive (Varm*>0) and the arm current Iarm is negative (Iarm<0), the capacitor C of the cell 262 in the positive voltage insert state is discharged, and the capacitor voltage Vc falls during this discharging period. In the arm unit 26, when the arm voltage command value Varm* is negative (Varm*<0) and the arm current Iarm is positive (Iarm>0), the capacitor C of the cell 262 in the negative voltage insertion state is discharged, and the capacitor voltage Vc drops during this discharge period. Thus, in the arm unit 26, the charging period occurs when the polarity of the arm voltage command value Varm* and the polarity of the arm current Iarm are equal, and the discharging period occurs when the polarity of the arm voltage command value Varm* and the polarity of the arm current Iarm are different. In the arm unit 26, regardless of the polarity of the arm voltage command value Varm* or the polarity of the arm current Iarm, the capacitor C of the cell 262 in the bypass state is neither charged nor discharged, and the current capacitor voltage Vc is maintained.

図8に示した時刻t0では、インサート数Ncellsは「0」である。そして、このときのアーム電流Iarmの極性は正極性である。変換器制御部50aは、インサート数Ncellsやアーム電流Iarmが「0」の場合に充電極性と判定するか放電極性と判定するかは任意に決めておけばよい。いずれにしても変換器制御部50aは、インサート数Ncellsに一致するように全てのセル262をバイパス状態にさせることを表すセル制御状態CL*を生成する。ここで、セル262-2は、セル制御状態CL*-2が「0」であるため、バイパス状態である。このため、セル262-2が備えるコンデンサC-2は充電も放電もされずに、現在のコンデンサ電圧Vc-2を維持している。 At time t0 shown in FIG. 8, the number of inserts Ncells is "0". The polarity of the arm current Iarm at this time is positive. The converter control unit 50a may arbitrarily determine whether to determine the polarity as charge polarity or discharge polarity when the number of inserts Ncells or the arm current Iarm is "0". In any case, the converter control unit 50a generates a cell control state CL* that indicates that all cells 262 are in a bypass state so as to match the number of inserts Ncells. Here, cell 262-2 is in a bypass state because the cell control state CL*-2 is "0". Therefore, the capacitor C-2 provided in cell 262-2 is neither charged nor discharged, and maintains the current capacitor voltage Vc-2.

その後、時刻t1において、インサート数Ncellsが「1」に変化する(絶対値が増加する)と、変換器制御部50aは、このときのアーム電圧指令値Varm*の極性が正極性、かつアーム電流Iarmの極性が正極性(充電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50aは、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル262を、正電圧インサート状態にさせるセル262として選択する。ここでは、変換器制御部50aは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Vc(つまり、Vc-3)であるセル262-3を選択する。そして、変換器制御部50aは、時刻t1において、選択したセル262-3を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態CL*-3を「1」にする。このときも、セル262-2はバイパス状態であるため、引き続きセル262-2は、現在のコンデンサ電圧Vc-2を維持している。 After that, at time t1, when the number of inserts Ncells changes to "1" (the absolute value increases), the converter control unit 50a determines that the polarity of the arm voltage command value Varm* at this time is positive polarity and the polarity of the arm current Iarm is positive polarity (charging polarity). Therefore, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 that is currently in the bypass state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 262 to be put into the positive voltage insert state. Here, the converter control unit 50a selects the cell 262-3 with the lowest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-3) in the sort list. Then, at time t1, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-3 to "1" to put the selected cell 262-3 into the positive voltage insert state. At this time, the cell 262-2 is still in the bypass state, so the cell 262-2 continues to maintain the current capacitor voltage Vc-2.

その後、時刻t2~時刻t3において、インサート数Ncellsが順次、「2」、「3」と変化する(絶対値が増加する)ごとに、変換器制御部50aは、時刻t1と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方から二番目、三番目(つまり、Vc-2、Vc-1)であるセル262を順次選択し、選択したセル262を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態CL*を「1」にする。より具体的には、変換器制御部50aは、時刻t2においてセル262-2を選択してセル制御状態CL*-2を「1」にし、時刻t3においてセル262-1を選択してセル制御状態CL*-1を「1」にする。変換器制御部50aが時刻t2においてセル制御状態CL*-2を「1」にすることにより、セル262-2は、コンデンサC-2が充電され、コンデンサ電圧Vc-2は、充電に伴って上昇(増加)していく。 After that, from time t2 to time t3, each time the number of inserts Ncells changes sequentially to "2" and "3" (the absolute value increases), the converter control unit 50a, like at time t1, sequentially selects the cells 262 with the second and third lowest capacitor voltages Vc in the sort list (i.e., Vc-2 and Vc-1), and sets the cell control state CL* to "1" to place the selected cells 262 in a positive voltage insert state. More specifically, the converter control unit 50a selects cell 262-2 at time t2 and sets the cell control state CL*-2 to "1", and selects cell 262-1 at time t3 and sets the cell control state CL*-1 to "1". By the converter control unit 50a setting the cell control state CL*-2 to "1" at time t2, the capacitor C-2 of cell 262-2 is charged, and the capacitor voltage Vc-2 rises (increases) as it is charged.

その後、時刻t4において、アーム電流Iarmの極性が負極性(放電極性)になると、正電圧インサート状態であるセル262-2は、コンデンサC-2に蓄積されている電力を放電するようになる。このため、コンデンサ電圧Vc-2は、放電に伴って下降(減少)していく。 After that, at time t4, when the polarity of the arm current Iarm becomes negative (discharge polarity), cell 262-2, which is in the positive voltage insertion state, begins to discharge the power stored in capacitor C-2. As a result, capacitor voltage Vc-2 drops (decreases) as it is discharged.

その後、時刻t5において、インサート数Ncellsが「2」に変化する(絶対値が減少する)と、変換器制御部50aは、このときのアーム電圧指令値Varm*の極性が正極性、かつアーム電流Iarmの極性が負極性(放電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50aは、ソートリストを参照して、現在正電圧インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル262を、バイパス状態にさせるセル262として選択する。ここでは、変換器制御部50aは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Vc(つまり、Vc-3)であるセル262-3を選択する。そして、変換器制御部50aは、時刻t5において、選択したセル262-3をバイパス状態にさせるために、セル制御状態CL*-3を「0」にする。このときも、セル262-2は正電圧インサート状態であるため、引き続きコンデンサC-2に蓄積されている電力を放電し、コンデンサ電圧Vc-2は下降していく。 After that, at time t5, when the number of inserts Ncells changes to "2" (the absolute value decreases), the converter control unit 50a determines that the polarity of the arm voltage command value Varm* at this time is positive polarity and the polarity of the arm current Iarm is negative polarity (discharge polarity). Therefore, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 that is currently in the positive voltage insert state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 262 to be placed in the bypass state. Here, the converter control unit 50a selects the cell 262-3 with the lowest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-3) in the sort list. Then, at time t5, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-3 to "0" to place the selected cell 262-3 in the bypass state. At this time, the cell 262-2 is still in the positive voltage insert state, so it continues to discharge the power stored in the capacitor C-2, and the capacitor voltage Vc-2 decreases.

その後、時刻t6において、セル262-2のコンデンサ電圧Vc-2が閾値Vc-minを超えた場合、変換器制御部50aは、セル262-2をバイパス状態にさせるために、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル262を、バイパス状態にさせたセル262-2の代わりに正電圧インサート状態にさせるセル262として選択する。ここでは、正電圧インサート状態になっているセル262は、セル262-3のみである。このため、変換器制御部50aは、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが最も低い(つまり、Vc-3である)が、現在バイパス状態であるセル262-3を選択する。そして、変換器制御部50aは、時刻t6において、セル262-2をバイパス状態にさせるために、セル制御状態CL*-2を「0」にする。これにより、セル262-2からの放電が停止され、セル262-2が備えるコンデンサC-2からの放電が継続されることによって、図8において破線で示したように、コンデンサ電圧Vc-2が閾値Vc-minを大幅に下回ってしまうことがなくなる。つまり、コンデンサ電圧Vc-2は、図8において実線で示したように、閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。さらに、変換器制御部50aは、時刻t6において、選択したセル262-3を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態CL*-3を「1」にする。これにより、セル262-3のコンデンサ電圧が代替として出力され、アーム電圧Varmが、アーム電圧指令値Varm*に従った理想的な階段状の波形からずれる(誤差を含む)ものになってしまうことがなくなる。 After that, at time t6, when the capacitor voltage Vc-2 of cell 262-2 exceeds the threshold value Vc-min, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 that is currently in the bypass state and has a capacitor C with a large amount of stored power as the cell 262 to be placed in the positive voltage insert state instead of the cell 262-2 that has been placed in the bypass state, in order to place the cell 262-2 in the bypass state. Here, the only cell 262 in the positive voltage insert state is cell 262-3. Therefore, the converter control unit 50a selects cell 262-3, which has the lowest capacitor voltage Vc in the sort list (i.e., Vc-3) but is currently in the bypass state. Then, at time t6, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-2 to "0" in order to place the cell 262-2 in the bypass state. As a result, discharging from cell 262-2 is stopped, and discharging from capacitor C-2 included in cell 262-2 continues, so that the capacitor voltage Vc-2 does not fall significantly below the threshold value Vc-min, as shown by the dashed line in FIG. 8. In other words, the capacitor voltage Vc-2 is maintained at a voltage value close to the threshold value Vc-min, as shown by the solid line in FIG. 8. Furthermore, at time t6, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-3 to "1" to put the selected cell 262-3 into a positive voltage insertion state. As a result, the capacitor voltage of cell 262-3 is output as a substitute, and the arm voltage Varm does not deviate (contains an error) from the ideal stepped waveform according to the arm voltage command value Varm*.

その後、時刻t7において、インサート数Ncellsが「1」に変化する(絶対値が減少する)と、変換器制御部50aは、このときのアーム電圧指令値Varm*の極性が正極性、かつアーム電流Iarmの極性が負極性(放電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50aは、ソートリストを参照して、現在正電圧インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル262を、バイパス状態にさせるセル262として選択する。ここでは、変換器制御部50aは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Vc(つまり、Vc-3)であるセル262-3を選択する。そして、変換器制御部50aは、時刻t7において、選択したセル262-3をバイパス状態にさせるために、セル制御状態CL*-3を「0」にする。このときも、セル262-2はバイパス状態であるため、セル262-2のコンデンサ電圧Vc-2は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, at time t7, when the number of inserts Ncells changes to "1" (the absolute value decreases), the converter control unit 50a determines that the polarity of the arm voltage command value Varm* at this time is positive polarity and the polarity of the arm current Iarm is negative polarity (discharge polarity). Therefore, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 that is currently in the positive voltage insert state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 262 to be placed in the bypass state. Here, the converter control unit 50a selects the cell 262-3 with the lowest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-3) in the sort list. Then, at time t7, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-3 to "0" to place the selected cell 262-3 in the bypass state. At this time, the cell 262-2 is still in the bypass state, so the capacitor voltage Vc-2 of the cell 262-2 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold value Vc-min.

その後、時刻t8において、インサート数Ncellsが「0」に変化する(絶対値が減少する)と、変換器制御部50aは、時刻t5と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方からセル262を選択し、選択したセル262をバイパス状態にさせるために、セル制御状態CL*を「0」にする。ここでは、正電圧インサート状態になっているセル262は、セル262-1のみであるため、変換器制御部50aは、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが最も高い(つまり、Vc-1である)が、現在正電圧インサート状態であるセル262-1を選択する。このときも、セル262-2はバイパス状態であるため、セル262-2のコンデンサ電圧Vc-2は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, at time t8, when the number of inserts Ncells changes to "0" (its absolute value decreases), the converter control unit 50a selects the cell 262 with the lowest capacitor voltage Vc in the sort list, as at time t5, and sets the cell control state CL* to "0" to put the selected cell 262 into the bypass state. Here, the only cell 262 in the positive voltage insert state is cell 262-1, so the converter control unit 50a selects cell 262-1, which has the highest capacitor voltage Vc in the sort list (i.e., Vc-1) but is currently in the positive voltage insert state. At this time, cell 262-2 is also in the bypass state, so the capacitor voltage Vc-2 of cell 262-2 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold Vc-min.

その後、時刻t9において、インサート数Ncellsが「-1」に変化する(絶対値が増加する)と、変換器制御部50aは、このときのアーム電圧指令値Varm*の極性が負極性、かつアーム電流Iarmの極性が負極性(充電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50aは、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル262を、負電圧インサート状態にさせるセル262として選択する。ここでは、変換器制御部50aは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Vc(つまり、Vc-3)であるセル262-3を選択する。そして、変換器制御部50aは、時刻t9において、選択したセル262-3を負電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態CL*-3を「-1」にする。このときも、セル262-2はバイパス状態であるため、セル262-2のコンデンサ電圧Vc-2は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, at time t9, when the number of inserts Ncells changes to "-1" (the absolute value increases), the converter control unit 50a determines that the polarity of the arm voltage command value Varm* at this time is negative polarity and the polarity of the arm current Iarm is negative polarity (charging polarity). Therefore, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 that is currently in the bypass state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 262 to be placed in the negative voltage insert state. Here, the converter control unit 50a selects the cell 262-3 with the lowest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-3) in the sort list. Then, at time t9, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-3 to "-1" in order to place the selected cell 262-3 in the negative voltage insert state. At this time, the cell 262-2 is still in the bypass state, so the capacitor voltage Vc-2 of the cell 262-2 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold value Vc-min.

その後、時刻t10~時刻t11において、インサート数Ncellsが順次、「-2」、「-3」と変化する(絶対値が増加する)ごとに、変換器制御部50aは、時刻t9と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方から二番目、三番目(つまり、Vc-2、Vc-1)であるセル262を順次選択し、選択したセル262を負電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態CL*を「-1」にする。より具体的には、変換器制御部50aは、時刻t10においてセル262-2を選択してセル制御状態CL*-2を「-1」にし、時刻t11においてセル262-1を選択してセル制御状態CL*-1を「-1」にする。変換器制御部50aが時刻t10においてセル制御状態CL*-2を「-1」にすることにより、セル262-2は、コンデンサC-2が充電され、コンデンサ電圧Vc-2は、充電に伴って上昇(増加)していく。 After that, from time t10 to time t11, each time the number of inserts Ncells changes (the absolute value increases) to "-2" and "-3", the converter control unit 50a sequentially selects the cells 262 with the second and third lowest capacitor voltages Vc in the sort list (i.e., Vc-2 and Vc-1) in the same way as at time t9, and sets the cell control state CL* to "-1" to put the selected cells 262 into a negative voltage insert state. More specifically, the converter control unit 50a selects the cell 262-2 at time t10 and sets the cell control state CL*-2 to "-1", and selects the cell 262-1 at time t11 and sets the cell control state CL*-1 to "-1". By the converter control unit 50a setting the cell control state CL*-2 to "-1" at time t10, the capacitor C-2 of the cell 262-2 is charged, and the capacitor voltage Vc-2 rises (increases) as it is charged.

その後、時刻t12において、ソートリストが更新される。また、アーム電流Iarmの極性が正極性(放電極性)になると、負電圧インサート状態であるセル262-2は、コンデンサC-2に蓄積されている電力を放電するようになる。このため、コンデンサ電圧Vc-2は、放電に伴って下降(減少)していく。 Then, at time t12, the sort list is updated. Also, when the polarity of the arm current Iarm becomes positive (discharge polarity), cell 262-2, which is in the negative voltage insertion state, begins to discharge the power stored in capacitor C-2. As a result, capacitor voltage Vc-2 drops (decreases) as it is discharged.

その後、時刻t13において、インサート数Ncellsが「-2」に変化する(絶対値が減少する)と、変換器制御部50aは、このときのアーム電圧指令値Varm*の極性が負極性、かつアーム電流Iarmの極性が正極性(放電極性)であると判定する。このため、変換器制御部50aは、ソートリストを参照して、現在負電圧インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル262を、バイパス状態にさせるセル262として選択する。ここでは、変換器制御部50aは、ソートリストにおいて最も低いコンデンサ電圧Vc(つまり、Vc-1)であるセル262-1を選択する。そして、変換器制御部50aは、時刻t13において、選択したセル262-1をバイパス状態にさせるために、セル制御状態CL*-1を「0」にする。このときも、セル262-2は負電圧インサート状態であるため、引き続きコンデンサC-2が放電され、コンデンサ電圧Vc-2は下降していく。 After that, at time t13, when the number of inserts Ncells changes to "-2" (the absolute value decreases), the converter control unit 50a determines that the polarity of the arm voltage command value Varm* at this time is negative polarity and the polarity of the arm current Iarm is positive polarity (discharge polarity). Therefore, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 that is currently in the negative voltage insert state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 262 to be placed in the bypass state. Here, the converter control unit 50a selects the cell 262-1 with the lowest capacitor voltage Vc (i.e., Vc-1) in the sort list. Then, at time t13, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-1 to "0" in order to place the selected cell 262-1 in the bypass state. At this time, since the cell 262-2 is still in the negative voltage insert state, the capacitor C-2 continues to discharge and the capacitor voltage Vc-2 decreases.

その後、時刻t14~時刻t15において、インサート数Ncellsが順次、「-1」、「0」と変化する(絶対値が減少する)ごとに、変換器制御部50aは、時刻t13と同様に、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方から二番目、三番目(つまり、Vc-2、Vc-3)であるセル262を順次選択し、選択したセル262をバイパス状態にさせるために、セル制御状態CL*を「0」にする。より具体的には、変換器制御部50aは、時刻t14においてセル262-2を選択してセル制御状態CL*-2を「0」にし、時刻t15においてセル262-3を選択してセル制御状態CL*-3を「0」にする。変換器制御部50aが時刻t14においてセル制御状態CL*-2を「0」にすることにより、セル262-2は、コンデンサC-2からの放電が停止され、コンデンサ電圧Vc-2は、現在の電圧値に維持される。 After that, from time t14 to time t15, each time the number of inserts Ncells changes sequentially from "-1" to "0" (the absolute value decreases), the converter control unit 50a, like at time t13, sequentially selects the cells 262 with the second and third lowest capacitor voltages Vc in the sort list (i.e., Vc-2 and Vc-3) and sets the cell control state CL* to "0" to put the selected cells 262 into a bypass state. More specifically, the converter control unit 50a selects cell 262-2 at time t14 and sets the cell control state CL*-2 to "0", and selects cell 262-3 at time t15 and sets the cell control state CL*-3 to "0". By the converter control unit 50a setting the cell control state CL*-2 to "0" at time t14, the discharge from the capacitor C-2 of cell 262-2 is stopped, and the capacitor voltage Vc-2 is maintained at the current voltage value.

このように、変換器制御部50aは、インサート数Ncellsが変化する(絶対値が増加するあるいは減少する)タイミングごとに、アーム電圧指令値Varm*の極性と、アーム電流Iarmの極性とに基づいて、放電極性か充電極性かを判定し、ソートリストを参照して、制御状態(セル制御状態CL*)を正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にさせるセル262を選択して、選択したセル262の制御状態、つまり、ゲート信号gta、ゲート信号gtb、ゲート信号gtc、およびゲート信号gtdを制御する。このとき、いずれかのセル262においてコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合(閾値Vc-maxを上回った場合)、あるいは閾値Vc-minを超えた場合(閾値Vc-minを下回った場合)、変換器制御部50aは、バランス制御を行う。つまり、変換器制御部50aは、ソートリストの演算(生成)タイミングや、スイッチング制御のタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合に、バランス制御を行う。バランス制御において変換器制御部50aは、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル262を、バイパス状態にさせる。これにより、バイパス状態にされたセル262は、コンデンサCへの充電、あるいはコンデンサCからの放電を停止する。そして、変換器制御部50aは、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル262の中から、バイパス状態にさせたセル262の代替とするセル262を選択してインサート状態(正電圧インサート状態、あるいは負電圧インサート状態)にさせる。これにより、電力変換器10では、セル262が備えるコンデンサCが今以上に充電あるいは放電が行われないようになり(過充電や過放電となることなく)、コンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。図8に示した電力変換装置2の第3の動作では、時刻t6において、セル262-2のコンデンサ電圧Vc-2が閾値Vc-minを超えた場合を示したが、変換器制御部50aにおけるバランス制御は、他のセル262についても同様である。図8に示した電力変換装置2の第3の動作では、時刻t6において、セル262-2の代替としてセル262-3を選択する場合を示したが、代替としての選択は、他のセル262についても同様である。図8に示した電力変換装置2の第3の動作では、変換器制御部50aにおけるバランス制御が、セル262-2のコンデンサ電圧Vc-2が閾値Vc-minを超えた場合におけるバランス制御を示したが、アームユニット26が備えるいずれかのセル262のコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合におけるバランス制御も、上述した第1の動作のバランス制御と等価なものになるようにすればよい。 In this way, the converter control unit 50a determines whether the polarity is discharge polarity or charge polarity based on the polarity of the arm voltage command value Varm* and the polarity of the arm current Iarm each time the number of inserts Ncells changes (the absolute value increases or decreases), and refers to the sort list to select a cell 262 whose control state (cell control state CL*) is to be a positive voltage insert state, a bypass state, or a negative voltage insert state, and controls the control state of the selected cell 262, that is, the gate signal gta, gate signal gtb, gate signal gtc, and gate signal gtd. At this time, if the capacitor voltage Vc in any of the cells 262 exceeds the threshold value Vc-max (exceeds the threshold value Vc-max) or exceeds the threshold value Vc-min (falls below the threshold value Vc-min), the converter control unit 50a performs balance control. That is, the converter control unit 50a performs balance control when the capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or Vc-min, regardless of the timing of calculation (generation) of the sort list or the timing of switching control. In the balance control, the converter control unit 50a puts the cell 262 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or Vc-min into a bypass state. As a result, the cell 262 put into the bypass state stops charging the capacitor C or discharging from the capacitor C. Then, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects a cell 262 to replace the cell 262 put into the bypass state from among the cells 262 currently in the bypass state, and puts the selected cell into the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state). As a result, in the power converter 10, the capacitor C included in the cell 262 is not charged or discharged more than it is now (without overcharging or overdischarging), and the charge amount of the capacitor C can be balanced to be relatively uniform. In the third operation of the power conversion device 2 shown in FIG. 8, the case where the capacitor voltage Vc-2 of the cell 262-2 exceeds the threshold value Vc-min at time t6 is shown, but the balance control in the converter control unit 50a is similar for the other cells 262. In the third operation of the power conversion device 2 shown in FIG. 8, the case where the cell 262-3 is selected as a replacement for the cell 262-2 at time t6 is shown, but the selection as a replacement is similar for the other cells 262. In the third operation of the power conversion device 2 shown in FIG. 8, the balance control in the converter control unit 50a shows the balance control when the capacitor voltage Vc-2 of the cell 262-2 exceeds the threshold value Vc-min, but the balance control when the capacitor voltage Vc of any of the cells 262 included in the arm unit 26 exceeds the threshold value Vc-max may be equivalent to the balance control in the first operation described above.

[電力変換装置の第4の動作]
前述した第3の動作では、変換器制御部50aが1パルス制御を行う場合を示したが、変換器制御部50aは、複パルス制御を行うこともできる。次に、電力変換装置2の別の動作(変換器制御部50aにおけるバランス制御の別の一例)として、変換器制御部50aが複パルス制御を行う場合の動作について説明する。
[Fourth Operation of Power Conversion Apparatus]
In the third operation described above, the converter control unit 50a performs one-pulse control, but the converter control unit 50a can also perform multi-pulse control. Next, an operation in which the converter control unit 50a performs multi-pulse control will be described as another operation of the power conversion device 2 (another example of balance control in the converter control unit 50a).

図9は、電力変換装置2における第4の動作の動作タイミングの一例を説明するタイミングチャートである。図9に示した第4の動作も、図8に示した第3の動作と同様に、アームユニット26が備えるセル262が三つ(n=3)である場合の動作である。第4の動作において、インサート数Ncellsは、例えば、アーム電圧指令値Varm*に基づく変調波と、アームユニット26に属するセル262の数(ここでは「3」)と同数で互いに位相やレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアを比較し、アーム電圧指令値Varm*(変調波)の値が三角波キャリアの値を上回る三角波キャリア波の個数として算出したものである。つまり、図9に示した第4の動作は、変換器制御部50aが複パルス制御を行う場合の動作タイミングである。このため、図9に示した第4の動作の動作タイミングは、アーム電圧指令値Varm*の1周期内の一部の範囲を拡大して示している。 9 is a timing chart for explaining an example of the operation timing of the fourth operation in the power conversion device 2. The fourth operation shown in FIG. 9 is also an operation in the case where the arm unit 26 has three cells 262 (n=3), like the third operation shown in FIG. 8. In the fourth operation, the number of inserts Ncells is calculated as the number of triangular wave carrier waves in which the value of the arm voltage command value Varm* (modulation wave) exceeds the value of the triangular wave carrier, for example, by comparing the modulated wave based on the arm voltage command value Varm* with each triangular wave carrier that is the same number as the number of cells 262 belonging to the arm unit 26 (here, "3") and has a phase and level shifted from each other. In other words, the fourth operation shown in FIG. 9 is the operation timing when the converter control unit 50a performs multi-pulse control. For this reason, the operation timing of the fourth operation shown in FIG. 9 is shown by enlarging a part of the range within one period of the arm voltage command value Varm*.

図9に示した第4の動作は、例えば、アーム電圧指令値Varm*が正極性(Varm*>0)、かつアーム電流Iarmが負極性(Iarm<0)である放電極性(放電期間)において、インサート数Ncellsが表す正電圧インサート状態のセル262の数が「2」から「1」に変化する前の「2」である期間中、つまり、正電圧インサート状態のセル262の数が「2」で変化していない期間に、バランス制御を行う場合の一例である。図9に示した第4の動作では、ソートリスト演算部54aが、図8に示した第3の動作よりも短い演算周期TS2でソートリストを生成するものとしている。ただし、図9に示した第4の動作でも、演算周期TS2は、取得周期TS1よりも長い時間間隔の周期(TS2>TS1)である。図9には、アームユニット26が備えるセル262-3のコンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを超えた場合(閾値Vc-minを下回った場合)における変換器制御部50aのバランス制御の一例を示している。 The fourth operation shown in FIG. 9 is an example of a case where balance control is performed during a period in which the number of cells 262 in the positive voltage insert state represented by the insert number Ncells is "2" before changing from "2" to "1" in a discharge polarity (discharge period) in which the arm voltage command value Varm* is positive (Varm*>0) and the arm current Iarm is negative (Iarm<0), that is, during a period in which the number of cells 262 in the positive voltage insert state remains unchanged at "2". In the fourth operation shown in FIG. 9, the sort list calculation unit 54a generates a sort list with a calculation period TS2 that is shorter than that of the third operation shown in FIG. 8. However, even in the fourth operation shown in FIG. 9, the calculation period TS2 is a period (TS2>TS1) with a time interval longer than the acquisition period TS1. FIG. 9 shows an example of balance control by the converter control unit 50a when the capacitor voltage Vc-3 of the cell 262-3 in the arm unit 26 exceeds the threshold Vc-min (falls below the threshold Vc-min).

図9に示した時刻t0では、インサート数Ncellsは「2」である。このため、変換器制御部50aは、ソートリストを参照し、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル262を、正電圧インサート状態にさせるセル262として選択している。より具体的には、変換器制御部50aは、ソートリストにおいて高い方から二つのコンデンサ電圧Vc(Vc-1およびVc-3)であるセル262-1と、セル262-3とを選択している。このため、図9に示した時刻t0では、変換器制御部50aが、選択した二つのセル262を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態CL*-1およびセル制御状態CL*-3のそれぞれを「1」にしている。このため、セル262-3は、コンデンサC-3に蓄積されている電力が放電され、コンデンサ電圧Vc-3は、放電に伴って下降(減少)していく。 At time t0 shown in FIG. 9, the number of inserts Ncells is "2". Therefore, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 having the capacitor C with the most stored power as the cell 262 to be placed in the positive voltage insert state. More specifically, the converter control unit 50a selects cells 262-1 and 262-3, which have the two highest capacitor voltages Vc (Vc-1 and Vc-3) in the sort list. Therefore, at time t0 shown in FIG. 9, the converter control unit 50a sets each of the cell control state CL*-1 and cell control state CL*-3 to "1" in order to place the two selected cells 262 in the positive voltage insert state. Therefore, in cell 262-3, the power stored in capacitor C-3 is discharged, and the capacitor voltage Vc-3 drops (decreases) as it is discharged.

その後、時刻t1において、セル262-3のコンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを超えた場合、変換器制御部50aは、セル262-3をバイパス状態にさせるために、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であり、蓄積されている電力が多いコンデンサCを備えるセル262を、バイパス状態にさせたセル262-3の代わりに正電圧インサート状態にさせるセル262として選択する。ここでは、バイパス状態になっているセル262は、セル262-2のみである。このため、変換器制御部50aは、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが高い方から三番目(つまり、Vc-2)だが、現在バイパス状態であるセル262-2を選択する。そして、変換器制御部50aは、時刻t1において、セル262-3をバイパス状態にさせるために、セル制御状態CL*-3を「0」にする。これにより、セル262-3からの放電が停止され、セル262-3が備えるコンデンサC-3からの放電が継続されることによって、図9において破線(ソートリスト更新に合わせてのみバランス制御を実行する場合)で示したように、コンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを大幅に下回ってしまうことがなくなる。つまり、コンデンサ電圧Vc-3は、図9において実線で示したように、閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。さらに、変換器制御部50aは、時刻t1において、選択したセル262-2を正電圧インサート状態にさせるために、セル制御状態CL*-2を「1」にする。これにより、セル262-2のコンデンサ電圧が代替として出力され、アーム電圧Varmは維持されることになる。 After that, when the capacitor voltage Vc-3 of cell 262-3 exceeds the threshold value Vc-min at time t1, the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 that is currently in the bypass state and has a capacitor C with a large amount of stored power as the cell 262 to be placed in the positive voltage insert state instead of the cell 262-3 that has been placed in the bypass state, in order to place the cell 262-3 in the bypass state. Here, the only cell 262 in the bypass state is cell 262-2. Therefore, the converter control unit 50a selects cell 262-2, which is third from the highest capacitor voltage Vc in the sort list (i.e., Vc-2) but is currently in the bypass state. Then, at time t1, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-3 to "0" in order to place the cell 262-3 in the bypass state. As a result, discharging from cell 262-3 is stopped, and discharging from capacitor C-3 included in cell 262-3 continues, so that the capacitor voltage Vc-3 does not fall significantly below the threshold Vc-min, as shown by the dashed line in FIG. 9 (when balance control is performed only in accordance with sort list updates). In other words, the capacitor voltage Vc-3 is maintained at a voltage value close to the threshold Vc-min, as shown by the solid line in FIG. 9. Furthermore, at time t1, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-2 to "1" to put the selected cell 262-2 into a positive voltage insert state. As a result, the capacitor voltage of cell 262-2 is output as a substitute, and the arm voltage Varm is maintained.

その後、時刻t2において、ソートリストが更新される。ここでは、セル262-3のコンデンサ電圧Vc-3が最も低いコンデンサ電圧Vcとなったソートリストに更新されたるものとしている。 Then, at time t2, the sort list is updated. Here, the sort list is updated to include the capacitor voltage Vc-3 of cell 262-3, which has the lowest capacitor voltage Vc.

その後、時刻t3において、インサート数Ncellsが「1」に変化する(減少する)と、変換器制御部50aは、ソートリストを参照して、現在正電圧インサート状態であり、蓄積されている電力が少ないコンデンサCを備えるセル262を、バイパス状態にさせるセル262として選択する。ここでは、変換器制御部50aは、正電圧インサート状態にしているセル262-1とセル262-2とのうち、ソートリストにおいてコンデンサ電圧Vcが低い方(つまり、Vc-2)であるセル262-2を選択する。そして、変換器制御部50aは、時刻t3において、選択したセル262-2をバイパス状態にさせるために、セル制御状態CL*-2を「0」にする。このときも、セル262-3はバイパス状態であるため、セル262-3のコンデンサ電圧Vc-3は、引き続き現在の閾値Vc-minに近い電圧値に維持される。 After that, at time t3, when the number of inserts Ncells changes (decreases) to "1", the converter control unit 50a refers to the sort list and selects the cell 262 that is currently in the positive voltage insert state and has a capacitor C with a small amount of stored power as the cell 262 to be placed in the bypass state. Here, the converter control unit 50a selects cell 262-2, which has the lower capacitor voltage Vc (i.e., Vc-2) in the sort list, from cell 262-1 and cell 262-2 that are in the positive voltage insert state. Then, at time t3, the converter control unit 50a sets the cell control state CL*-2 to "0" to place the selected cell 262-2 in the bypass state. At this time, cell 262-3 is still in the bypass state, so the capacitor voltage Vc-3 of cell 262-3 continues to be maintained at a voltage value close to the current threshold value Vc-min.

このように、変換器制御部50aは、第4の動作(複パルス制御)においても、図8に示した第3の動作(1パルス制御)と同様に、インサート数Ncellsが変化する(絶対値が増加するあるいは減少する)タイミングごとに、アーム電圧指令値Varm*の極性と、アーム電流Iarmの極性とに基づいて、放電極性か充電極性かを判定し、ソートリストを参照して、制御状態(セル制御状態CL*)を正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にさせるセル262を選択して、選択したセル262の制御状態、つまり、ゲート信号gta、ゲート信号gtb、ゲート信号gtc、およびゲート信号gtdを制御する。このとき、第4の動作においても、いずれかのセル262においてコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合(閾値Vc-maxを上回った場合)、あるいは閾値Vc-minを超えた場合(閾値Vc-minを下回った場合)、変換器制御部50aは、バランス制御を行う。つまり、第4の動作においても、変換器制御部50aは、ソートリストの演算(生成)タイミングや、スイッチング制御のタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合に、バランス制御を行う。第4の動作のバランス制御においても、変換器制御部50aは、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル262を、バイパス状態にさせる。これにより、第4の動作においても、バイパス状態にされたセル262は、コンデンサCへの充電、あるいはコンデンサCからの放電を停止する。そして、第4の動作においても、変換器制御部50aは、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル262の中から、バイパス状態にさせたセル262の代替とするセル262を選択してインサート状態(正電圧インサート状態、あるいは負電圧インサート状態)にさせる。これにより、第4の動作においても、電力変換器10では、セル262が備えるコンデンサCが今以上に充電あるいは放電が行われないようになり(過充電や過放電となることなく)、コンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。図9に示した電力変換装置2の第4の動作では、時刻t1において、セル262-3のコンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを超えた場合を示したが、変換器制御部50aにおけるバランス制御は、他のセル262についても同様である。図9に示した電力変換装置2の第4の動作では、時刻t1において、セル262-3の代替としてセル262-2を選択する場合を示したが、代替としての選択は、他のセル262についても同様である。図9に示した電力変換装置2の第4の動作では、変換器制御部50aにおけるバランス制御が、セル262-3のコンデンサ電圧Vc-3が閾値Vc-minを超えた場合におけるバランス制御を示したが、アームユニット26が備えるいずれかのセル262のコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxを超えた場合におけるバランス制御も、上述した第4の動作のバランス制御と等価なものになるようにすればよい。 In this way, in the fourth operation (multiple pulse control), as in the third operation (single pulse control) shown in FIG. 8, the converter control unit 50a determines whether the polarity is discharge polarity or charge polarity based on the polarity of the arm voltage command value Varm* and the polarity of the arm current Iarm at each timing when the number of inserts Ncells changes (the absolute value increases or decreases), and selects a cell 262 whose control state (cell control state CL*) is to be a positive voltage insert state, a bypass state, or a negative voltage insert state by referring to the sort list, and controls the control state of the selected cell 262, that is, the gate signal gta, the gate signal gtb, the gate signal gtc, and the gate signal gtd. At this time, in the fourth operation, if the capacitor voltage Vc in any of the cells 262 exceeds the threshold value Vc-max (exceeds the threshold value Vc-max) or exceeds the threshold value Vc-min (falls below the threshold value Vc-min), the converter control unit 50a performs balance control. That is, in the fourth operation, the converter control unit 50a also performs balance control when the capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or Vc-min, regardless of the timing of calculation (generation) of the sort list or the timing of switching control. In the balance control in the fourth operation, the converter control unit 50a also puts the cell 262 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or Vc-min into a bypass state. As a result, in the fourth operation, the cell 262 put into the bypass state stops charging to the capacitor C or discharging from the capacitor C. Then, in the fourth operation, the converter control unit 50a also refers to the sort list, selects a cell 262 to replace the cell 262 put into the bypass state from among the cells 262 currently in the bypass state, and puts the selected cell into the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state). As a result, in the power converter 10, the capacitor C included in the cell 262 is not charged or discharged more than it is now (without being overcharged or overdischarged), and balance can be performed so that the charge amount of the capacitor C is relatively uniform. In the fourth operation of the power conversion device 2 shown in FIG. 9, the case where the capacitor voltage Vc-3 of the cell 262-3 exceeds the threshold value Vc-min at time t1 is shown, but the balance control in the converter control unit 50a is similar for the other cells 262. In the fourth operation of the power conversion device 2 shown in FIG. 9, the case where the cell 262-2 is selected as a replacement for the cell 262-3 at time t1 is shown, but the selection as a replacement is similar for the other cells 262. In the fourth operation of the power conversion device 2 shown in FIG. 9, the balance control in the converter control unit 50a shows the balance control when the capacitor voltage Vc-3 of the cell 262-3 exceeds the threshold value Vc-min, but the balance control when the capacitor voltage Vc of any of the cells 262 included in the arm unit 26 exceeds the threshold value Vc-max may be equivalent to the balance control in the fourth operation described above.

このような構成および動作によって、電力変換装置2では、変換器制御部50aが、電力変換器20が備えるそれぞれのアームユニット26について、セル262のインサート数Ncellsが変化する(増加するあるいは減少する)タイミングごとに、アーム電圧指令値Varm*の極性と、アーム電流Iarmの極性とに基づいて、放電極性か充電極性かを判定する。そして、電力変換装置2では、変換器制御部50aが、それぞれのアームユニット26ごとに演算(生成)したソートリストを参照して、制御状態を正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にさせるセル262を選択して、選択したセル262の制御状態を変更する。このとき、いずれかのセル262においてコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合、変換器制御部50aは、そのセル262をバイパス状態にさせ、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル262の中から代替のセル262を選択してインサート状態(正電圧インサート状態、あるいは負電圧インサート状態)にさせる。これにより、電力変換装置2でも、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル262が備えるコンデンサCの過充電や過放電を防止することができ、コンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。これにより、電力変換装置2では、電力変換器20において、セル262が備えるコンデンサCやスイッチング素子Qの故障リスクを低減することができ、例えば、系統事故などが発生した際も、コンデンサ電圧Vcが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器10の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このことにより、電力変換装置2でも、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。 With such a configuration and operation, in the power conversion device 2, the converter control unit 50a judges whether the polarity is discharge polarity or charge polarity based on the polarity of the arm voltage command value Varm* and the polarity of the arm current Iarm for each timing when the number of inserts Ncells of the cells 262 changes (increases or decreases) for each arm unit 26 provided in the power converter 20. Then, in the power conversion device 2, the converter control unit 50a refers to the sort list calculated (generated) for each arm unit 26, selects the cell 262 whose control state is to be changed to a positive voltage insert state, a bypass state, or a negative voltage insert state, and changes the control state of the selected cell 262. At this time, if the capacitor voltage Vc in any of the cells 262 exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, the converter control unit 50a puts the cell 262 into the bypass state, and refers to the sort list to select an alternative cell 262 from among the cells 262 currently in the bypass state and puts it into the insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state). As a result, even in the power conversion device 2, it is possible to prevent overcharging or overdischarging of the capacitor C of the cell 262 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, and to balance the charge amount of the capacitor C so that it is relatively uniform. As a result, in the power conversion device 2, it is possible to reduce the risk of failure of the capacitor C or the switching element Q of the cell 262 in the power converter 20, and for example, even in the event of a system accident, it is possible to reduce the risk of a state in which the protection device of the power converter 10 operates and stops operation due to the capacitor voltage Vc reaching an overvoltage or undervoltage. As a result, even in the power conversion device 2, it is possible to realize a highly reliable power conversion device with improved performance for continuing operation when a system accident occurs.

上記説明したように、第2の実施形態の電力変換装置2でも、第1の実施形態の電力変換装置1と同様に、変換器制御部50aが、電力変換器20が備えるそれぞれのアームユニット26について、セル262のインサート数Ncellsが変化する(増加するあるいは減少する)タイミングごとに、アーム電圧指令値Varm*の極性と、アーム電流Iarmの極性とに基づいて、放電極性か充電極性かを判定する。そして、第2の実施形態の電力変換装置2では、変換器制御部50aが、それぞれのアームユニット26ごとに演算(生成)したソートリストを参照して、制御状態を正電圧インサート状態、バイパス状態、あるいは負電圧インサート状態にさせるセル262を選択して、選択したセル262の制御状態を変更する。このとき、第2の実施形態の電力変換装置2では、いずれかのセル262においてコンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えた場合、変換器制御部50aは、そのセル262をバイパス状態にさせ、ソートリストを参照して、現在バイパス状態であるセル262の中から代替のセル262を選択してインサート状態(正電圧インサート状態、あるいは負電圧インサート状態)にさせる。これにより、第2の実施形態の電力変換装置2でも、第1の実施形態の電力変換装置1と同様に、コンデンサ電圧Vcが閾値Vc-maxあるいは閾値Vc-minを超えたセル262が備えるコンデンサCの過充電や過放電を防止することができ、コンデンサCの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせることができる。これにより、第2の実施形態の電力変換装置2でも、第1の実施形態の電力変換装置1と同様に、電力変換器20において、セル262が備えるコンデンサCやスイッチング素子Qの故障リスクを低減することができ、例えば、系統事故などが発生した際も、コンデンサ電圧Vcが過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器10の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減することができる。このことにより、第2の実施形態の電力変換装置2でも、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。 As described above, in the power conversion device 2 of the second embodiment, similarly to the power conversion device 1 of the first embodiment, the converter control unit 50a determines whether the polarity is discharge polarity or charge polarity for each arm unit 26 of the power converter 20 based on the polarity of the arm voltage command value Varm* and the polarity of the arm current Iarm each time the number of inserts Ncells of the cells 262 changes (increases or decreases). Then, in the power conversion device 2 of the second embodiment, the converter control unit 50a refers to the sort list calculated (generated) for each arm unit 26, selects the cell 262 whose control state is to be changed to a positive voltage insert state, a bypass state, or a negative voltage insert state, and changes the control state of the selected cell 262. At this time, in the power conversion device 2 of the second embodiment, when the capacitor voltage Vc of any of the cells 262 exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, the converter control unit 50a puts the cell 262 into a bypass state, refers to the sort list, selects an alternative cell 262 from the cells 262 currently in the bypass state, and puts it into an insert state (positive voltage insert state or negative voltage insert state). As a result, in the power conversion device 2 of the second embodiment, as in the power conversion device 1 of the first embodiment, it is possible to prevent overcharging or overdischarging of the capacitor C included in the cell 262 whose capacitor voltage Vc exceeds the threshold value Vc-max or threshold value Vc-min, and to balance the charge amount of the capacitor C so that it is relatively uniform. As a result, in the power conversion device 2 of the second embodiment, as in the power conversion device 1 of the first embodiment, the risk of failure of the capacitor C and switching element Q of the cell 262 in the power converter 20 can be reduced, and for example, even in the event of a system accident, the risk of the capacitor voltage Vc reaching an overvoltage or undervoltage, causing the protection device of the power converter 10 to operate and stop operation, can be reduced. As a result, the power conversion device 2 of the second embodiment can also realize a highly reliable power conversion device with improved performance for continuing operation in the event of a system accident.

上記に述べたとおり、各実施形態の電力変換装置では、電力変換器が備えるアームユニット内の単位変換器の制御状態を変更する変換器制御部が、所定(一定)の取得周期TS1ごとに電力変換器が備えるコンデンサのコンデンサ電圧を取得する。そして、各実施形態の電力変換装置では、いずれかの単位変換器のコンデンサ電圧が閾値(上側の閾値Vc-max、あるいは下側の閾値Vc-min)を超えた場合、変換器制御部は、それぞれの単位変換器を制御するタイミングに関わらずに、コンデンサ電圧が閾値を超えた単位変換器の制御状態を変更して、コンデンサへの充電、あるいはコンデンサからの放電を停止させる。言い換えれば、各実施形態の電力変換装置では、変換器制御部が、コンデンサ電圧が閾値を超えた単位変換器の充放電を停止させて、アームユニットにおいてコンデンサ電圧を出力させる単位変換器から除外する。そして、各実施形態の電力変換装置では、コンデンサ電圧が閾値を超えたことにより充放電を停止させた単位変換器の代替として、アームユニットにおいてコンデンサ電圧を出力させていなかった単位変換器の中から、同数の他の単位変換器の制御状態を変更して充放電を開始させる。これにより、各実施形態の電力変換装置では、単位変換器が備えるコンデンサの充電量が相対的に均一になるようにバランスさせるとともに、単位変換器が備えるコンデンサやスイッチング素子の故障リスクを低減することができる。このことにより、各実施形態の電力変換装置では、例えば、電力変換装置が接続された交流系統において系統事故などが発生した際に、コンデンサ電圧が過電圧や不足電圧に至ることによって電力変換器の保護装置が動作して運転を停止してしまうなどの状態に至るリスクを軽減させることができる。このことにより、各実施形態の電力変換装置では、系統事故が発生した際の運転の継続性能を向上させた、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。 As described above, in the power conversion device of each embodiment, the converter control unit that changes the control state of the unit converter in the arm unit equipped with the power converter acquires the capacitor voltage of the capacitor equipped with the power converter at each predetermined (fixed) acquisition period TS1. Then, in the power conversion device of each embodiment, when the capacitor voltage of any unit converter exceeds a threshold (upper threshold Vc-max or lower threshold Vc-min), the converter control unit changes the control state of the unit converter whose capacitor voltage exceeds the threshold, regardless of the timing of controlling each unit converter, to stop charging to the capacitor or discharging from the capacitor. In other words, in the power conversion device of each embodiment, the converter control unit stops charging and discharging of the unit converter whose capacitor voltage exceeds the threshold, and excludes it from the unit converters that output the capacitor voltage in the arm unit. Then, in the power conversion device of each embodiment, as a replacement for the unit converter whose charging and discharging has been stopped because the capacitor voltage has exceeded the threshold, the control state of the same number of other unit converters from among the unit converters that did not output the capacitor voltage in the arm unit is changed to start charging and discharging. As a result, in the power conversion device of each embodiment, the charge amount of the capacitors provided in the unit converters is balanced so that it is relatively uniform, and the risk of failure of the capacitors and switching elements provided in the unit converters can be reduced. As a result, in the power conversion device of each embodiment, when a system accident or the like occurs in an AC system to which the power conversion device is connected, for example, the risk of the capacitor voltage reaching an overvoltage or undervoltage, causing the protection device of the power converter to operate and stop operation, can be reduced. As a result, in the power conversion device of each embodiment, a highly reliable power conversion device can be realized with improved performance for continuing operation when a system accident occurs.

上記に述べた各実施形態の電力変換装置では、変換器制御部が備えるインサート数演算部が、インサート状態にさせるセルの数(整数値)を表すインサート数Ncellsを演算(算出)し、変換器制御部が備えるセル選択制御部が、インサート数Ncellsが変化したことをきっかけとして、インサート状態あるいはバイパス状態に変更させるセルを選択する場合について説明した。しかし、セル選択制御部がセルを選択するきっかけは、インサート数Ncellsが変化したことに限定されない。セル選択制御部は、例えば、インサート状態にさせるセルの数を表すインサート数Ncellsの代わりに、バイパス状態にさせるセルの数(整数値)が変化したことをきっかけとして、インサート状態あるいはバイパス状態に変更させるセルを選択してもよい。この場合の電力変換装置や変換器制御部の動作や処理は、上述した各実施形態の電力変換装置や変換器制御部の動作や処理と等価なものになるようにすればよい。 In the power conversion device of each embodiment described above, the insert number calculation unit of the converter control unit calculates (calculates) the insert number Ncells representing the number of cells to be put into the insert state (integer value), and the cell selection control unit of the converter control unit selects the cell to be changed to the insert state or bypass state in response to a change in the insert number Ncells. However, the trigger for the cell selection control unit to select a cell is not limited to a change in the insert number Ncells. For example, the cell selection control unit may select a cell to be changed to the insert state or bypass state in response to a change in the number of cells to be put into the bypass state (integer value) instead of the insert number Ncells representing the number of cells to be put into the insert state. In this case, the operation and processing of the power conversion device and the converter control unit may be equivalent to the operation and processing of the power conversion device and the converter control unit of each embodiment described above.

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電力を蓄積するエネルギー蓄積要素(C)、およびエネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいはエネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子(Q、D)を有する複数の単位変換器(162)が直列に接続されたアームユニット(16)を少なくとも1つ有する電力変換器(10)と、少なくとも、単位変換器の第1端(TP)と第2端(TN)との間にエネルギー蓄積要素の端子間電圧(Vc)を出力させる第1制御状態(インサート状態)と、単位変換器の第1端と第2端とを短絡させる第2制御状態(バイパス状態)とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部(50)と、を備え、変換器制御部は、アームユニットから出力させるアーム電圧(Varm)の目標値であるアーム電圧指令値(Varm*)に応じて、アームユニットに属する単位変換器のうち、制御状態を切り替える単位変換器の数を表す状態数(インサート数Ncells)を算出する状態数演算部(52)と、所定の第1の時間間隔(TS1)で検出したエネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、端子間電圧の大小関係を表すリスト情報(ソートリスト)を、第1の時間間隔よりも長い所定の第2の時間間隔(TS2)ごとに生成するリスト演算部(54)と、アームユニットを流れるアーム電流(Iarm)の極性と、状態数と、リスト情報と、エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する単位変換器を選択する単位変換器選択部(56)と、を備え、単位変換器選択部は、アーム電流の極性が、第1制御状態の単位変換器が有するエネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、第1の時間間隔で検出した、第1制御状態の単位変換器である第1の単位変換器が有するエネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第1閾値(Vc-max)を超えた際に、第1の単位変換器を第2制御状態に変更し、第2制御状態の単位変換器のうち、第1の単位変換器と同数の他の単位変換器を、第1制御状態に変更する単位変換器として選択し、アーム電流の極性が、第1制御状態の単位変換器が有するエネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、第1の時間間隔で検出した、第1制御状態の単位変換器である第2の単位変換器が有するエネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第2閾値(Vc-min)を超えた際に、第2の単位変換器を第2制御状態に変更し、第2制御状態の単位変換器のうち、第2の単位変換器と同数の他の単位変換器を、第1制御状態に変更する単位変換器として選択することにより、単位変換器が備えるエネルギー蓄積要素の端子間電圧の変動幅が増大してしまうのを抑制し、信頼性の高い電力変換装置を実現することができる。 According to at least one of the embodiments described above, a power converter (10) includes an arm unit (16) having an energy storage element (C) for storing power, and a plurality of unit converters (162) having a plurality of switching elements (Q, D) capable of adjusting the storage of power in the energy storage element or the discharge of power stored in the energy storage element, and the arm unit (16) is connected in series, and the power converter (10) is configured to operate by switching between at least one of a first control state (insertion state) in which the terminal voltage (Vc) of the energy storage element is output between a first end (TP) and a second end (TN) of the unit converter, and a second control state (bypass state) in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited. and a converter control unit (50) for controlling a power conversion operation in the arm unit, the converter control unit comprising: a state number calculation unit (52) for calculating a state number (insertion number Ncells) representing the number of unit converters belonging to the arm unit, the control state of which is switched, according to an arm voltage command value (Varm*) which is a target value of an arm voltage (Varm) to be output from the arm unit; a list calculation unit (54) for generating list information (sort list) representing a magnitude relationship of the inter-terminal voltages, for each predetermined second time interval (TS2) longer than the first time interval, based on the inter-terminal voltages of the energy storage element detected in a predetermined first time interval (TS1); and a unit converter selection unit (56) that selects a unit converter for changing the current control state based on the polarity, the number of states, the list information, and the terminal-to-terminal voltage of the energy storage element, and the unit converter selection unit changes the first unit converter to the second control state when the terminal-to-terminal voltage of the energy storage element of the first unit converter, which is the unit converter in the first control state and is detected at a first time interval, exceeds a first threshold value (Vc-max) higher than a rated voltage, in a charging period in which the polarity of the arm current becomes a charging polarity for storing power in the energy storage element of the unit converter in the first control state, and changes other unit converters, of the unit converters in the second control state, which are the same number as the first unit converter, to the first control state. In the case of a discharge period in which the polarity of the arm current becomes a discharge polarity that discharges power from the energy storage element of the unit converter in the first control state, when the terminal-to-terminal voltage of the energy storage element of the second unit converter, which is the unit converter in the first control state and detected at the first time interval, exceeds a second threshold (Vc-min) lower than the rated voltage, the second unit converter is changed to the second control state, and the same number of other unit converters as the second unit converter are selected from among the unit converters in the second control state as unit converters to be changed to the first control state, thereby suppressing an increase in the fluctuation range of the terminal-to-terminal voltage of the energy storage element of the unit converter, and realizing a highly reliable power conversion device.

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同様に、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ものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.

1,2・・・電力変換装置、10・・・電力変換器、12,12-R,12-S,12-T・・・レグ、14,14-P-R,14-N-R,14-P-S,14-N-S,14-P-T,14-N-T,14-RS,14-ST,14-TR・・・リアクトル、16,16-P-R,16-N-R,16-P-S,16-N-S,16-P-T,16-N-T・・・アームユニット、162,162-1,162-n,162-1-P-R,162-n-P-R,162-1-N-R,162-n-N-R,162-1-P-S,162-n-P-S,162-1-N-S,162-n-N-S,162-1-P-T,162-n-P-T,162-1-N-T,162-n-N-T・・・セル、20・・・電力変換器、22,22-RS,22-ST,22-TR・・・レグ、26,26-RS,26-ST,26-TR・・・アームユニット、262,262-1,262-n,262-1-RS,262-n-RS,262-1-ST,262-n-ST,262-1-TR,262-n-TR・・・セル、50,50a・・・変換器制御部、52,52a・・・インサート数演算部、54,54a・・・ソートリスト演算部、56,56a・・・セル選択制御部、58,58a・・・ゲート信号生成部、Q,Q1,Q2,Q3,Q4・・・スイッチング素子、D,D1,D2,D3,D4・・・ダイオード、C・・・コンデンサ、TR・・・トランス、R,S,T・・・交流端子、P・・・正側端子、N・・・負側端子、CA,CA-R,CA-S,CA-T、CB,CB-R,CB-S,CB-T・・・交流端子、CP,CP-R,CP-S,CP-T,CN,CN-R,CN-S,CN-T・・・直流端子、TP・・・正極端子、TN・・・負極端子 1, 2... Power conversion device, 10... Power converter, 12, 12-R, 12-S, 12-T... Leg, 14, 14-P-R, 14-N-R, 14-P-S, 14-N-S, 14-P-T, 14-N-T, 14-RS, 14-ST, 14-TR... Reactor, 16, 16-P-R, 16-N-R, 16-P-S, 16-N-S, 16-P-T, 16-N-T... Arm unit, 162, 162-1, 162- n. 2-n-PT, 162-1-NT, 162-n-NT... Cell, 20... Power converter, 22, 22-RS, 22-ST, 22-TR... Leg, 26, 26-RS, 26-ST, 26-TR... A unit, 262, 262-1, 262-n, 262-1-RS, 262-n-RS, 262-1-ST, 262-n-ST, 262-1-TR, 262-n-TR...cell, 50, 50a...converter control unit, 52, 52a...insert number calculation unit, 54, 54a...sort list calculation unit, 56, 56a...cell selection control unit, 58, 58a...gate signal generation unit, Q, Q1, Q2, Q3, Q4... Switching element, D, D1, D2, D3, D4...Diode, C...Capacitor, TR...Transformer, R, S, T...AC terminal, P...Positive side terminal, N...Negative side terminal, CA, CA-R, CA- S, CA-T, CB, CB-R, CB-S, CB-T...AC terminal, CP, CP-R, CP-S, CP-T, CN, CN-R, CN-S, CN-T...DC terminal, TP...Positive terminal, TN...Negative terminal

Claims (18)

電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、
を備え、
前記変換器制御部は、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出する状態数演算部と、
所定の第1の時間間隔で検出した前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第1の時間間隔よりも長い所定の第2の時間間隔ごとに生成するリスト演算部と、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する前記単位変換器を選択する単位変換器選択部と、
を備え、
前記単位変換器選択部は、
前記アーム電流の極性が、前記第1制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第1の時間間隔で検出した、前記第1制御状態の前記単位変換器である第1の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第1閾値を超えた際に、前記第1の単位変換器を前記第2制御状態に変更し、同時に、前記第2の時間間隔ごとに生成した前記リスト情報に基づいて、前記第2制御状態の前記単位変換器のうち、前記第1の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第1制御状態に変更する前記単位変換器として選択し、
前記アーム電流の極性が、前記第1制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第1の時間間隔で検出した、前記第1制御状態の前記単位変換器である第2の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第2閾値を超えた際に、前記第2の単位変換器を前記第2制御状態に変更し、同時に、前記第2の時間間隔ごとに生成した前記リスト情報に基づいて、前記第2制御状態の前記単位変換器のうち、前記第2の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第1制御状態に変更する前記単位変換器として選択する、
電力変換装置。
a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
a converter control unit that controls a power conversion operation of the power converter by switching between at least one of a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, and a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited;
Equipped with
The converter control unit includes:
a state number calculation unit that calculates a state number representing the number of the unit converters that belong to the arm unit and are assigned to any one of the control states according to an arm voltage command value that is a target value of an arm voltage to be output from the arm unit;
a list calculation unit that generates list information representing a magnitude relationship between terminal voltages of the energy storage element detected at a predetermined first time interval, for each predetermined second time interval that is longer than the first time interval;
a unit converter selection unit that selects the unit converter for changing a current control state based on a polarity of an arm current flowing through the arm unit, the number of states, the list information, and a terminal-to-terminal voltage of the energy storage element;
Equipped with
The unit converter selection unit is
In a charging period in which the polarity of the arm current becomes a charging polarity that stores power in the energy storage element of the unit converter in the first control state,
when the inter-terminal voltage of the energy storage element of a first unit converter, which is the unit converter in the first control state and detected at the first time interval, exceeds a first threshold value higher than a rated voltage, the first unit converter is changed to the second control state, and at the same time, based on the list information generated at each second time interval, other unit converters, the same number as the first unit converter, are selected from the unit converters in the second control state as the unit converters to be changed to the first control state;
In a discharge period in which the polarity of the arm current becomes a discharge polarity for discharging power from the energy storage element of the unit converter in the first control state,
when the terminal-to-terminal voltage of the energy storage element of a second unit converter, which is the unit converter in the first control state and detected at the first time interval, exceeds a second threshold value lower than a rated voltage, the second unit converter is changed to the second control state, and at the same time, based on the list information generated at each second time interval, other unit converters, the same number as the second unit converter, are selected from among the unit converters in the second control state as the unit converters to be changed to the first control state.
Power conversion equipment.
前記単位変換器選択部は、
前記第2制御状態の前記単位変換器の中から、前記第1制御状態に変更する前記単位変換器を選択する場合、
前記充電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に低い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記放電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に高い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記第1制御状態の前記単位変換器の中から、前記第2制御状態に変更する前記単位変換器を選択する場合、
前記充電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に高い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択し、
前記放電期間では、前記リスト情報に含まれる前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が相対的に低い前記エネルギー蓄積要素を有する前記単位変換器を優先して選択する、
請求項1に記載の電力変換装置。
The unit converter selection unit is
When selecting the converter unit to be changed to the first control state from the converter unit in the second control state,
During the charging period, the unit converter having the energy storage element included in the list information with a relatively low inter-terminal voltage is selected preferentially;
During the discharge period, the unit converter having the energy storage element included in the list information and having a relatively high inter-terminal voltage of the energy storage element is selected preferentially;
When selecting the converter unit to be changed to the second control state from the converter unit in the first control state,
During the charging period, the unit converter having the energy storage element included in the list information and having a relatively high inter-terminal voltage of the energy storage element is selected preferentially;
during the discharge period, preferentially selecting the unit converter having the energy storage element whose inter-terminal voltage included in the list information is relatively low;
The power conversion device according to claim 1 .
前記単位変換器選択部は、
前記状態数が変化したことをきっかけとして、前記制御状態を変更する前記単位変換器の選択を開始し、
前記第1制御状態に割り当てる前記状態数の絶対値が増加した場合には、前記第2制御状態の前記単位変換器の中から、前記第1制御状態に変更する前記単位変換器を選択し、 前記第1制御状態に割り当てる前記状態数の絶対値が減少した場合には、前記第1制御状態の前記単位変換器の中から、前記第2制御状態に変更する前記単位変換器を選択する、
請求項1または請求項2に記載の電力変換装置。
The unit converter selection unit is
When the number of states is changed, selection of the unit converter for changing the control state is started;
when an absolute value of the number of states to be assigned to the first control state increases, selecting the unit converter to be changed to the first control state from among the unit converters in the second control state; when an absolute value of the number of states to be assigned to the first control state decreases, selecting the unit converter to be changed to the second control state from among the unit converters in the first control state.
The power conversion device according to claim 1 or 2.
前記状態数演算部は、前記アーム電圧指令値を前記アームユニットに属する前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧の平均値または定格値で除算した値を整数に近似し、整数に近似した結果の値を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
the state number calculation unit approximates a value obtained by dividing the arm voltage command value by an average value or a rated value of the inter-terminal voltage of the energy storage element of the unit converter belonging to the arm unit to an integer, and calculates the resultant value approximated to the integer as the state number to be assigned to the first control state;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
前記状態数演算部は、
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いに位相がシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
The state number calculation unit
a modulation wave based on the arm voltage command value is compared with each of the triangular wave carriers, the number of which is the same as the number of the unit converters belonging to the arm unit and which are phase-shifted from each other, and the number of the triangular wave carriers, in which the value of the modulation wave is greater than the value of the triangular wave carrier, is calculated as the number of states to be assigned to the first control state;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
前記状態数演算部は、
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いにレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、
請求項1から請求項3のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
The state number calculation unit
a modulation wave based on the arm voltage command value is compared with each of the triangular wave carriers whose levels are shifted from each other and whose number is the same as the number of the unit converters belonging to the arm unit; and the number of the triangular wave carriers whose value of the modulation wave is greater than the value of the triangular wave carrier is calculated as the number of states to be assigned to the first control state;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 3.
前記単位変換器は、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の二つの前記スイッチング素子が直列接続された直列回路と、前記エネルギー蓄積要素とが並列接続され、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との接続点を前記第1端とし、前記第2のスイッチング素子と前記エネルギー蓄積要素との接続点を前記第2端としたハーフブリッジ回路であり、
前記変換器制御部は、
前記第1のスイッチング素子を導通状態とし、前記第2のスイッチング素子を非導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第1制御状態とし、
前記第1のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第2のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第2制御状態とする、
請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
the unit converter is a half-bridge circuit in which a series circuit in which two switching elements, a first switching element and a second switching element, are connected in series and the energy storage element are connected in parallel, a connection point between the first switching element and the second switching element is the first end, and a connection point between the second switching element and the energy storage element is the second end,
The converter control unit includes:
putting the first switching element into a conductive state and the second switching element into a non-conductive state to put the unit converter into the first control state;
putting the first switching element into a non-conductive state and the second switching element into a conductive state, thereby putting the unit converter into the second control state;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 6.
前記単位変換器は、第1のスイッチング素子および第2のスイッチング素子の二つの前記スイッチング素子が直列接続された第1の直列回路と、第3のスイッチング素子および第4のスイッチング素子の二つの前記スイッチング素子が直列接続された第2の直列回路と、前記エネルギー蓄積要素とが並列接続され、前記第1のスイッチング素子と前記第2のスイッチング素子との接続点を前記第1端とし、前記第3のスイッチング素子と前記第4のスイッチング素子との接続点を前記第2端としたフルブリッジ回路であり、
前記変換器制御部は、
前記第1のスイッチング素子を導通状態とし、前記第2のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第3のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第4のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を正の電圧を出力する前記第1制御状態である第1の第1制御状態とし、
前記第1のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第2のスイッチング素子を導通状態とし、前記第3のスイッチング素子を導通状態とし、前記第4のスイッチング素子を非導通状態とすることによって、前記単位変換器を負の電圧を出力する前記第1制御状態である第2の第1制御状態とし、
前記第1のスイッチング素子を導通状態とし、前記第2のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第3のスイッチング素子を導通状態とし、前記第4のスイッチング素子を非導通状態とする、あるいは前記第1のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第2のスイッチング素子を導通状態とし、前記第3のスイッチング素子を非導通状態とし、前記第4のスイッチング素子を導通状態とすることによって、前記単位変換器を前記第2制御状態とし、
前記アーム電圧指令値が表す前記アーム電圧の極性に応じて、前記第1の第1制御状態と前記第2の第1制御状態とを決定する、
請求項1から請求項6のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
the unit converter is a full bridge circuit in which a first series circuit in which two switching elements, a first switching element and a second switching element, are connected in series, a second series circuit in which two switching elements, a third switching element and a fourth switching element, are connected in series, and the energy storage element are connected in parallel, a connection point between the first switching element and the second switching element being the first end, and a connection point between the third switching element and the fourth switching element being the second end;
The converter control unit includes:
by setting the first switching element in a conductive state, the second switching element in a non-conductive state, the third switching element in a non-conductive state, and the fourth switching element in a conductive state, the unit converter is set in a first control state, which is the first control state in which a positive voltage is output;
by setting the first switching element to a non-conductive state, the second switching element to a conductive state, the third switching element to a conductive state, and the fourth switching element to a non-conductive state, the unit converter is set to a second first control state, which is the first control state in which a negative voltage is output;
the unit converter is put into the second control state by setting the first switching element in a conductive state, the second switching element in a non-conductive state, the third switching element in a conductive state, and the fourth switching element in a non-conductive state, or by setting the first switching element in a non-conductive state, the second switching element in a conductive state, the third switching element in a non-conductive state, and the fourth switching element in a conductive state;
determining the first control state or the second control state according to a polarity of the valve branch voltage represented by the valve branch voltage command value;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 6.
前記電力変換器は、第1のアームユニットおよび第2のアームユニットの二つの前記アームユニットが直列接続された相ユニットを交流の相ごとに有し、それぞれの前記相ユニットに属する前記第1のアームユニットと前記第2のアームユニットとの接続点を対応する前記交流の相に接続される交流端子とし、前記第1のアームユニットと前記第2のアームユニットとのそれぞれの一端あるいは直列に接続されたそれぞれの単位変換器の間の任意の位置にインダクタンス要素が接続され、前記第1のアームユニットおよび前記第2のアームユニットのそれぞれにおける前記交流端子とは反対の側の端子を直流端子とした二重スター結線型モジュラー・マルチレベル変換器であり、
前記変換器制御部は、
交流の電圧指令値と直流の電圧指令値とを、それぞれの前記相ユニットに属する前記第1のアームユニットと前記第2のアームユニットとに分配してそれぞれの前記アーム電圧指令値とし、
前記アームユニットごとに、分配した前記アーム電圧指令値に応じて前記制御状態を変更する、
請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
the power converter is a double star-connected modular multilevel converter having a phase unit for each AC phase, in which two arm units, a first arm unit and a second arm unit, are connected in series, a connection point between the first arm unit and the second arm unit belonging to each of the phase units is an AC terminal connected to the corresponding AC phase, an inductance element is connected to one end of each of the first arm unit and the second arm unit or to an arbitrary position between each of the unit converters connected in series, and a terminal on the opposite side to the AC terminal in each of the first arm unit and the second arm unit is a DC terminal;
The converter control unit includes:
Distributing an AC voltage command value and a DC voltage command value to the first arm unit and the second arm unit belonging to each of the phase units to obtain the arm voltage command values,
changing the control state for each of the arm units in accordance with the distributed arm voltage command value;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 8.
前記電力変換器は、交流の相のそれぞれの交流端子の間に前記アームユニットが接続され、前記アームユニットのそれぞれの一端あるいは直列に接続されたそれぞれの単位変換器の間の任意の位置にインダクタンス要素が接続された単一デルタ結線型モジュラー・マルチレベル変換器であり、
前記変換器制御部は、
交流の電圧指令値を、前記交流端子の間のそれぞれの前記アームユニットに分配してそれぞれの前記アーム電圧指令値とし、
前記アームユニットごとに、分配した前記アーム電圧指令値に応じて前記制御状態を変更する、
請求項1から請求項8のうちいずれか一項に記載の電力変換装置。
the power converter is a single delta-connection modular multilevel converter in which the arm units are connected between AC terminals of the AC phases, and inductance elements are connected to one end of each of the arm units or at any position between the unit converters connected in series,
The converter control unit includes:
Distributing an AC voltage command value to each of the arm units between the AC terminals to obtain each of the arm voltage command values;
changing the control state for each of the arm units in accordance with the distributed arm voltage command value;
The power conversion device according to any one of claims 1 to 8.
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、
前記変換器制御部のコンピュータが、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出し、
所定の第1の時間間隔で検出した前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第1の時間間隔よりも長い所定の第2の時間間隔ごとに生成し、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更する前記単位変換器を選択する際に、
前記アーム電流の極性が、前記第1制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第1の時間間隔で検出した、前記第1制御状態の前記単位変換器である第1の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第1閾値を超えた際に、前記第1の単位変換器を前記第2制御状態に変更し、同時に、前記第2の時間間隔ごとに生成した前記リスト情報に基づいて、前記第2制御状態の前記単位変換器のうち、前記第1の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第1制御状態に変更する前記単位変換器として選択し、
前記アーム電流の極性が、前記第1制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第1の時間間隔で検出した、前記第1制御状態の前記単位変換器である第2の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第2閾値を超えた際に、前記第2の単位変換器を前記第2制御状態に変更し、同時に、前記第2の時間間隔ごとに生成した前記リスト情報に基づいて、前記第2制御状態の前記単位変換器のうち、前記第2の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第1制御状態に変更する前記単位変換器として選択する、
電力変換装置の制御方法。
a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
A control method for a power conversion device including: a converter control unit that controls a power conversion operation of the power converter by switching to at least one of a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, and a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited,
The computer of the converter control unit
calculating a state number representing the number of the unit converters to be assigned to any one of the control states among the unit converters belonging to the arm unit according to an arm voltage command value that is a target value of an arm voltage to be output from the arm unit;
generating list information representing a magnitude relationship between the terminal voltages of the energy storage element detected at a predetermined first time interval for each second time interval that is longer than the first time interval;
When selecting the unit converter for changing the current control state based on the polarity of the arm current flowing through the arm unit, the number of states, the list information, and the terminal voltage of the energy storage element,
In a charging period in which the polarity of the arm current becomes a charging polarity that stores power in the energy storage element of the unit converter in the first control state,
when the inter-terminal voltage of the energy storage element of a first unit converter, which is the unit converter in the first control state and detected at the first time interval, exceeds a first threshold value higher than a rated voltage, the first unit converter is changed to the second control state, and at the same time, based on the list information generated at each second time interval, other unit converters, the same number as the first unit converter, are selected from the unit converters in the second control state as the unit converters to be changed to the first control state;
In a discharge period in which the polarity of the arm current becomes a discharge polarity for discharging power from the energy storage element of the unit converter in the first control state,
when the terminal-to-terminal voltage of the energy storage element of a second unit converter, which is the unit converter in the first control state and detected at the first time interval, exceeds a second threshold value lower than a rated voltage, the second unit converter is changed to the second control state, and at the same time, based on the list information generated at each second time interval, other unit converters, the same number as the second unit converter, are selected from among the unit converters in the second control state as the unit converters to be changed to the first control state.
A method for controlling a power conversion device.
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置を制御させるプログラムであって、
前記変換器制御部のコンピュータに、
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出させ、
所定の第1の時間間隔で検出させた前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧に基づいて、前記端子間電圧の大小関係を表すリスト情報を、前記第1の時間間隔よりも長い所定の第2の時間間隔ごとに生成させ、
前記アームユニットを流れるアーム電流の極性と、前記状態数と、前記リスト情報と、前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧とに基づいて、現在の制御状態を変更させる前記単位変換器を選択させる際に、
前記アーム電流の極性が、前記第1制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素に電力を蓄積させる充電極性となる充電期間の場合、
前記第1の時間間隔で検出させた、前記第1制御状態の前記単位変換器である第1の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも高い第1閾値を超えた際に、前記第1の単位変換器を前記第2制御状態に変更させ、同時に、前記第2の時間間隔ごとに生成させた前記リスト情報に基づいて、前記第2制御状態の前記単位変換器のうち、前記第1の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第1制御状態に変更させる前記単位変換器として選択させ、
前記アーム電流の極性が、前記第1制御状態の前記単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素から電力を放電させる放電極性となる放電期間の場合、
前記第1の時間間隔で検出させた、前記第1制御状態の前記単位変換器である第2の単位変換器が有する前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧が定格電圧よりも低い第2閾値を超えた際に、前記第2の単位変換器を前記第2制御状態に変更させ、同時に、前記第2の時間間隔ごとに生成させ前記リスト情報に基づいて、前記第2制御状態の前記単位変換器のうち、前記第2の単位変換器と同数の他の前記単位変換器を、前記第1制御状態に変更させる前記単位変換器として選択させる、
プログラム。
a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
A program for controlling a power conversion device including: a converter control unit that controls a power conversion operation in the power converter by switching to either a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, or a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited,
The computer of the converter control unit
Calculating a state number representing the number of the unit converters to be assigned to any one of the control states among the unit converters belonging to the arm unit according to an arm voltage command value that is a target value of an arm voltage to be output from the arm unit;
generating list information representing a magnitude relationship between the terminal voltages of the energy storage element detected at a predetermined first time interval for each second time interval that is longer than the first time interval;
When the unit converter for changing the current control state is selected based on the polarity of the arm current flowing through the arm unit, the number of states, the list information, and the terminal voltage of the energy storage element,
In a charging period in which the polarity of the arm current becomes a charging polarity that stores power in the energy storage element of the unit converter in the first control state,
when the inter-terminal voltage of the energy storage element of a first unit converter, which is the unit converter in the first control state and detected at the first time interval, exceeds a first threshold value higher than a rated voltage, the first unit converter is changed to the second control state, and at the same time, other unit converters, the same number as the first unit converter, are selected from the unit converters in the second control state based on the list information generated for each second time interval , as unit converters to be changed to the first control state;
In a discharge period in which the polarity of the arm current becomes a discharge polarity for discharging power from the energy storage element of the unit converter in the first control state,
when the terminal-to-terminal voltage of the energy storage element of the second unit converter, which is the unit converter in the first control state and detected at the first time interval, exceeds a second threshold value lower than a rated voltage, the second unit converter is changed to the second control state, and at the same time, based on the list information generated at each second time interval, other unit converters, the same number as the second unit converter, are selected from the unit converters in the second control state as the unit converters to be changed to the first control state.
program.
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、a converter control unit that controls a power conversion operation of the power converter by switching between at least one of a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, and a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited;
を備え、Equipped with
前記変換器制御部は、The converter control unit includes:
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出し、前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いに位相がシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出する状態数演算部、a state number calculation unit that calculates a state number representing the number of converter units belonging to the arm unit to be assigned to any one of the control states according to an arm voltage command value that is a target value of the arm voltage to be output from the arm unit, compares a modulated wave based on the arm voltage command value with each of triangular wave carriers that are the same in number as the number of converter units belonging to the arm unit and are phase-shifted from each other, and calculates, as the state number to be assigned to the first control state, the number of triangular wave carriers for which the value of the modulated wave is greater than the value of the triangular wave carrier;
を備える、Equipped with
電力変換装置。Power conversion equipment.
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、a converter control unit that controls a power conversion operation of the power converter by switching between at least one of a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, and a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited;
を備え、Equipped with
前記変換器制御部は、The converter control unit includes:
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出し、前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いにレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出する状態数演算部、a state number calculation unit that calculates a state number representing the number of converter units belonging to the arm unit to be assigned to any one of the control states according to an arm voltage command value that is a target value of the arm voltage to be output from the arm unit, compares a modulated wave based on the arm voltage command value with each of triangular wave carriers whose levels are shifted from each other and whose number is the same as the number of converter units belonging to the arm unit, and calculates, as the state number to be assigned to the first control state, the number of triangular wave carriers whose value of the modulated wave is greater than the value of the triangular wave carrier;
を備える、Equipped with
電力変換装置。Power conversion equipment.
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、A control method for a power conversion device including: a converter control unit that controls a power conversion operation of the power converter by switching to at least one of a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, and a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited,
前記変換器制御部のコンピュータが、The computer of the converter control unit
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出し、calculating a state number representing the number of the unit converters to be assigned to any one of the control states among the unit converters belonging to the arm unit according to an arm voltage command value that is a target value of an arm voltage to be output from the arm unit;
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いに位相がシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、a modulation wave based on the arm voltage command value is compared with each of the triangular wave carriers, the number of which is the same as the number of the unit converters belonging to the arm unit and which are phase-shifted from each other, and the number of the triangular wave carriers, in which the value of the modulation wave is greater than the value of the triangular wave carrier, is calculated as the number of states to be assigned to the first control state;
電力変換装置の制御方法。A method for controlling a power conversion device.
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置の制御方法であって、A control method for a power conversion device including: a converter control unit that controls a power conversion operation of the power converter by switching to at least one of a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, and a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited,
前記変換器制御部のコンピュータが、The computer of the converter control unit
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出し、calculating a state number representing the number of the unit converters to be assigned to any one of the control states among the unit converters belonging to the arm unit according to an arm voltage command value that is a target value of an arm voltage to be output from the arm unit;
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いにレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出する、a modulation wave based on the arm voltage command value is compared with each of the triangular wave carriers whose levels are shifted from each other and whose number is the same as the number of the unit converters belonging to the arm unit; and the number of the triangular wave carriers whose value of the modulation wave is greater than the value of the triangular wave carrier is calculated as the number of states to be assigned to the first control state;
電力変換装置の制御方法。A method for controlling a power conversion device.
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置を制御させるプログラムであって、A program for controlling a power conversion device including: a converter control unit that controls a power conversion operation in the power converter by switching to either a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, or a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited,
前記変換器制御部のコンピュータに、The computer of the converter control unit
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出させ、Calculating a state number representing the number of the unit converters to be assigned to any one of the control states among the unit converters belonging to the arm unit according to an arm voltage command value that is a target value of an arm voltage to be output from the arm unit;
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いに位相がシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出させる、a modulation wave based on the arm voltage command value is compared with each of the triangular wave carriers, the number of which is the same as the number of the converter units belonging to the arm unit and which are phase-shifted from each other, and the number of the triangular wave carriers, the value of which is greater than the value of the triangular wave carrier, is calculated as the number of states to be assigned to the first control state;
プログラム。Program.
電力を蓄積するエネルギー蓄積要素、および前記エネルギー蓄積要素への電力の蓄積あるいは前記エネルギー蓄積要素に蓄積された電力の放電を調整可能な複数のスイッチング素子を有する複数の単位変換器が直列に接続されたアームユニットを少なくとも1つ有する電力変換器と、a power converter including at least one arm unit in which a plurality of unit converters are connected in series, the unit converter having an energy storage element that stores power and a plurality of switching elements that can adjust the storage of power in the energy storage element or the discharge of the power stored in the energy storage element;
少なくとも、前記単位変換器の第1端と第2端との間に前記エネルギー蓄積要素の端子間電圧を出力させる第1制御状態と、前記単位変換器の前記第1端と前記第2端とを短絡させる第2制御状態とのいずれかの制御状態に切り替えることにより、前記電力変換器における電力の変換動作を制御する変換器制御部と、を備える電力変換装置を制御させるプログラムであって、A program for controlling a power conversion device including: a converter control unit that controls a power conversion operation in the power converter by switching to either a first control state in which a terminal voltage of the energy storage element is output between a first end and a second end of the unit converter, or a second control state in which the first end and the second end of the unit converter are short-circuited,
前記変換器制御部のコンピュータに、The computer of the converter control unit
前記アームユニットから出力させるアーム電圧の目標値であるアーム電圧指令値に応じて、前記アームユニットに属する前記単位変換器のうち、いずれかの前記制御状態に割り当てる前記単位変換器の数を表す状態数を算出させ、Calculating a state number representing the number of the unit converters to be assigned to any one of the control states among the unit converters belonging to the arm unit according to an arm voltage command value that is a target value of an arm voltage to be output from the arm unit;
前記アーム電圧指令値に基づく変調波と、前記アームユニットに属する前記単位変換器の数と同数で互いにレベルがシフトされたそれぞれの三角波キャリアとを比較し、前記変調波の値が前記三角波キャリアの値よりも大きくなる前記三角波キャリアの個数を前記第1制御状態に割り当てる前記状態数として算出させる、a modulation wave based on the arm voltage command value is compared with each of the triangular wave carriers whose levels are shifted from each other and whose number is the same as the number of the unit converters belonging to the arm unit; and the number of the triangular wave carriers whose value of the modulation wave is greater than the value of the triangular wave carrier is calculated as the number of states to be assigned to the first control state;
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