電力変換装置およびその制御方法

【課題】高品質な電力に変換できる電力変換装置およびその制御方法を提供すること。
【解決手段】電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有する電力変換部１０と、３相交流電源２から電力変換部１０へ入力される電流を制御する入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を生成する入力電流指令生成部２３と、入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*に基づき前記複数のスイッチング素子を駆動するゲート信号Ｓｇを出力するゲート信号演算器２４とを備える。入力電流指令生成部２３は、３相交流電源２の電圧に含まれる振動成分を検出する。入力電流指令生成部２３は、検出した振動成分に基づき、振動成分の正相成分を抑制する正相振動補償成分と、振動成分の逆相成分を抑制する逆相振動補償成分とを生成する。そして、入力電流指令生成部２３は、正相振動補償成分および逆相振動補償成分を含む入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を出力する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力変換装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力変換装置として、例えば、交流電源の電力を直流電力へ変換するコンバータ装置や、交流電源の電力を任意の周波数・電圧の交流電力へ直接変換するマトリクスコンバータなどが知られている。
【０００３】
電力変換装置は、半導体スイッチなどのスイッチング素子をスイッチングすることによって電力変換を行うことから、スイッチングに起因する高調波ノイズが発生する。そこで、従来の電力変換装置においては、入力側にフィルタを配置することで、スイッチングに起因する高調波ノイズを除去している（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３５４８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来の電力変換装置では、入力電圧に振動成分が含まれる場合、かかる振動成分によって電力品質が低下するという問題があった。例えば、入力側に配置したフィルタを構成するリアクトルとキャパシタによって共振現象が発生した場合、入力電圧に共振成分が含まれることによって入力電流の高調波成分が増加したり、マトリクスコンバータでは、入力電圧の振動成分によって出力電圧精度が低下したりする場合がある。さらに、交流電源や配線に内在するリアクタンスや浮遊容量によって入力電圧に含まれる振動成分が変化する場合がある。
【０００６】
開示の技術は、高品質な電力に変換できる電力変換装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の開示する電力変換装置は、一つの態様において、複数のスイッチング素子を有する電力変換部と、３相交流電源から前記電力変換部へ入力される電流を制御する入力電流指令を生成する入力電流指令生成部と、前記入力電流指令に基づき前記複数のスイッチング素子を駆動するゲート信号を出力するゲート信号演算器とを備え、前記入力電流指令生成部は、前記３相交流電源の電圧に含まれる振動成分を検出する振動成分検出器と、前記振動成分検出器によって検出された前記振動成分に基づき、前記振動成分の正相成分を抑制する正相振動補償成分と、前記振動成分の逆相成分を抑制する逆相振動補償成分とを生成する振動補償成分生成器と、前記正相振動補償成分および前記逆相振動補償成分を含む前記入力電流指令を生成する生成器とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願の開示する電力変換装置の一つの態様によれば、高品質な電力に変換できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示す双方向スイッチの一例を示す図である。
【図３】図３は、図１に示す制御部の一例を示す図である。
【図４】図４は、図３に示す共振補償成分生成器の一例を示す図である。
【図５】図５は、図３に示す共振周波数検出器の一例を示す図である。
【図６】図６は、第２の実施形態に係る制御部の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、添付図面を参照して、本願の開示する電力変換装置およびその制御方法の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態における例示で本発明が限定されるものではない。
【００１１】
（第１の実施形態）
まず、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成について、図１を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る電力変換装置の構成を示す図である。なお、以下においては、電力変換装置として、マトリクスコンバータを一例に挙げて説明する。入力電圧に含まれる振動成分として、共振成分を一例に挙げて説明する。
【００１２】
図１に示すように、マトリクスコンバータ１は、電力変換部１０と、入力電圧検出部１１と、入力フィルタ１２と、出力電流検出部１３と、制御部２０とを備える。かかるマトリクスコンバータ１は、３相交流電源２と電動機３との間に設けられ、電力変換部１０に設けられたスイッチング素子をスイッチングすることによって、３相交流電源２の交流電圧から所定の周波数および電圧を生成し、電動機３へ供給する。
【００１３】
電力変換部１０は、３相交流電源２の各相と電動機３の各相とを接続するスイッチング素子である双方向スイッチＳ１〜Ｓ９（以下、双方向スイッチＳと総称する場合がある）を備える。双方向スイッチＳ１〜Ｓ３は、３相交流電源２のＲ相，Ｓ相，Ｔ相と電動機３のＵ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳ４〜Ｓ６は、３相交流電源２のＲ相，Ｓ相，Ｔ相と電動機３のＶ相とをそれぞれ接続する。双方向スイッチＳ７〜Ｓ９は、３相交流電源２のＲ相，Ｓ相，Ｔ相と電動機３のＷ相とをそれぞれ接続する。
【００１４】
双方向スイッチＳは、例えば、図２に示すように、ダイオードＤ１，Ｄ２と、単一方向のスイッチング素子Ｑ１，Ｑ２によって構成することができる。図２は、図１に示す双方向スイッチＳの一例を示す図である。スイッチング素子Ｑ１，Ｑ２として、例えば、ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの半導体スイッチが用いられる。そして、かかる半導体スイッチのゲートに信号を入力して各半導体スイッチをＯＮ／ＯＦＦすることで、通電方向が制御される。なお、双方向スイッチＳは、図２に示す構成に限定されるものではなく、例えば、単一方向のスイッチング素子を互いに逆方向に並列接続した構成であってもよい。
【００１５】
入力電圧検出部１１は、３相交流電源２からマトリクスコンバータ１へ入力される電圧（以下、入力電圧と記載する）を検出する。具体的には、入力電圧検出部１１は、３相交流電源２の各相電圧の瞬時値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔ（以下、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔと記載する）を検出する。入力相電圧値ＥｒはＲ相電圧の瞬時値、入力相電圧値ＥｓはＳ相電圧の瞬時値、入力相電圧値ＥｔはＴ相電圧の瞬時値である。なお、入力電圧検出部１１は、図１に示すものに限定されるものではなく、前記入力相のうち２相分の線間電圧の値を検出し、かかる線間電圧の値に基づいて入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔを演算する構成とし入力電圧を検出するようにしてもよい。
【００１６】
入力フィルタ１２は、３相交流リアクトル１２ａと３相交流キャパシタ１２ｂを備え、双方向スイッチＳ１〜Ｓ９のスイッチングに起因する高調波を除去する。３相交流リアクトル１２ａは、リアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３を備える。リアクトルＬ１，Ｌ２，Ｌ３は、それぞれ３相交流電源２のＲ相，Ｓ相，Ｔ相と電力変換部１０との間に設けられる。また、３相交流キャパシタ１２ｂは、キャパシタＣ１，Ｃ２，Ｃ３を備える。キャパシタＣ１はＲ相とＳ相との間、キャパシタＣ２はＳ相とＴ相との間、キャパシタＣ３はＴ相とＲ相との間にそれぞれ接続される。
【００１７】
出力電流検出部１３は、電力変換部１０と電動機３との間に流れる電流を検出する。具体的には、出力電流検出部１３は、電力変換部１０と電動機３のＵ相，Ｖ相，Ｗ相の各相との間に流れる電流の瞬時値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ（以下、出力相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗと記載する）を検出する。なお、出力電流検出部１３として、例えば、磁電変換素子であるホール素子を利用して電流を検出する電流センサを用いることができる。出力相電流値ＩｕはＵ相電流の瞬時値、出力相電流値ＩｖはＶ相電流の瞬時値、出力相電流値ＩｗはＷ相電流の瞬時値である。
【００１８】
制御部２０は、電動機３の角速度指令ω^*、入力力率指令φ、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔおよび出力相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、双方向スイッチＳ１〜Ｓ９の各スイッチング素子のオン／オフを行うゲート信号Ｓｇを生成する。なお、制御部２０は、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔを入力電圧検出部１１から取得し、出力相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを出力電流検出部１３から取得する。また、入力力率指令φは、図示しない設定器によって制御部２０に設定される。
【００１９】
制御部２０は、位相検出器２１と、出力電圧指令生成部２２と、入力電流指令生成部２３と、ゲート信号演算器２４とを備える。
【００２０】
位相検出器２１は、ＰＬＬ（ＰｈａｓｅＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）を備えており、３相交流電源２の周波数ｆｒｓｔ（以下、入力電圧周波数ｆｒｓｔと記載する）および３相交流電源２の電圧位相θｒｓｔ（以下、入力電圧位相θｒｓｔと記載する）を検出する。
【００２１】
出力電圧指令生成部２２は、角速度指令ω^*を入力し、かかる角速度指令ω^*に応じた３相の出力電圧指令Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*を生成する。出力電圧指令Ｖｕ^*はＵ相の出力電圧指令、出力電圧指令Ｖｖ^*はＶ相の出力電圧指令、出力電圧指令Ｖｗ^*はＷ相の出力電圧指令である。
【００２２】
出力電圧指令生成部２２は、上記出力電圧指令演算として、Ｖ／ｆ制御あるいはベクトル制御を行う。Ｖ／ｆ制御は、電動機３の周波数と電圧の特性に基づいて出力電圧指令Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*を生成する制御である。また、ベクトル制御は磁束成分とそれに直交するトルク成分に基づき出力電圧指令Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*を生成する制御である。なお、これらの制御は、いずれも周知な制御方式であるので詳細な説明は省略する。
【００２３】
なお、角速度指令ω^*は、マトリクスコンバータ１の図示しない速度指令演算部によって生成され、この速度指令演算部から出力電圧指令生成部２２へ出力される。速度指令演算部は、例えば、マトリクスコンバータ１の図示しない操作パネルへの使用者による操作に応じて操作パネルから出力される操作情報に基づいて角速度指令ω^*を演算して出力する。
【００２４】
入力電流指令生成部２３は、入力力率指令φと、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔと、入力電圧位相θｒｓｔとに基づいて、３相の入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を演算し、かかる入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*をゲート信号演算器２４へ出力する。入力電流指令Ｉｒ^*はＲ相の電流を制御する入力電流指令、入力電流指令Ｉｓ^*はＳ相の電流を制御する入力電流指令、入力電流指令Ｉｔ^*はＴ相の電流を制御する入力電流指令である。なお、入力電流指令生成部２３は、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔを入力電圧検出部１１から取得し、入力電圧位相θｒｓｔを位相検出器２１から取得する。
【００２５】
入力電流指令生成部２３によって生成される入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*には、後述するように、３相交流電源２と入力フィルタ１２とによって発生する共振現象を抑制する成分である正相振動補償成分と逆相振動補償成分とが含まれる。正相振動補償成分は、共振成分の正相成分を抑制する成分であり、逆相振動補償成分は、共振成分の逆相成分を抑制する成分である。
【００２６】
このように、正相振動補償成分と逆相振動補償成分とを入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*に含むことで、高品質な電力を出力させることができる。すなわち、入力電圧の共振成分が３相不平衡となる場合、正相振動補償成分のみであれば、共振成分の逆相成分によって共振現象の抑制効果が低くなるが、正相振動補償成分に加えさらに逆相振動補償成分をも含むことで、共振現象の抑制効果を高めることができる。
【００２７】
さらに、入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*に含まれる正相振動補償成分および逆相振動補償成分は、入力電流指令生成部２３によってそれぞれむだ時間に応じた位相補償が施される。そのため、入力電圧の共振成分が３相不平衡となる場合においても、共振抑制特性を低下させるむだ時間の影響を排除することができ、共振現象を効果的に抑制することができる。かかる入力電流指令生成部２３の構成については、後で詳述する。
【００２８】
ゲート信号演算器２４は、位相検出器２１から入力電圧位相θｒｓｔを取得し、出力電圧指令生成部２２から出力電圧指令Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*を取得し、入力電流指令生成部２３から入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を取得する。また、ゲート信号演算器２４は、入力電圧検出部１１から入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔを取得し、出力電流検出部１３から出力相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗを取得する。
【００２９】
そして、ゲート信号演算器２４は、入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*、出力電圧指令Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔ、入力電圧位相θｒｓｔおよび出力相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、ゲート信号Ｓｇを生成する。以下、ゲート信号演算器２４によるゲート信号Ｓｇの生成について具体的に説明する。
【００３０】
ゲート信号演算器２４は、３相の入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*から電流分配率αを求める。そのため、まず、ゲート信号演算器２４は、入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*の中で最大値になる入力電流指令の値（以下、Ｉ_Ｐと記載する）、中間値になる入力電流指令の値（以下、Ｉ_Ｍと記載する）、最小値になる入力電流指令の値（以下、Ｉ_Ｎと記載する）を判別する。
【００３１】
また、ゲート信号演算器２４は、入力電圧位相θｒｓｔに基づいて、Ｅ_Ｐ、Ｅ_Ｎ、Ｅｂａｓｅを判別する。Ｅ_Ｐは、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔの中で最大値になる入力相電圧値（以下、Ｅ_Ｐと記載する）、Ｅ_Ｎは、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔの中で最小値になる入力相電圧値（以下、Ｅ_Ｎと記載する）である。また、Ｅｂａｓｅは、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔの中で絶対値が最大値になる入力相電圧値（以下、Ｅｂａｓｅと記載する）である。
【００３２】
ゲート信号演算器２４は、ＥｂａｓｅがＥ_Ｐの場合、下記式（１）に基づいて、電流分配率αを求め、ＥｂａｓｅがＥ_Ｎの場合、下記式（２）に基づいて、電流分配率αを求める。
α＝Ｉ_Ｍ／Ｉ_Ｎ・・・（１）
α＝Ｉ_Ｍ／Ｉ_Ｐ・・・（２）
【００３３】
そして、ゲート信号演算器２４は、出力電圧指令Ｖｕ^*，Ｖｖ^*，Ｖｗ^*、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔおよび入力電圧位相θｒｓｔに基づいて、電流分配率αに応じた入力電流が流れるように、ゲート信号Ｓｇを生成する。また、ゲート信号演算器２４は、ゲート信号Ｓｇの生成を、入力の短絡状態や出力の開放状態を避けることができるように、出力相電流値Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに基づいて、出力電流の極性を判断して行う。
【００３４】
［入力電流指令生成部２３の構成］
次に、入力電流指令生成部２３の具体的な構成について説明する。図３は、入力電流指令生成部２３の一例を示す図である。入力電流指令生成部２３は、上述したように、３相交流電源２と入力フィルタ１２との間の共振現象を抑制する成分である正相振動補償成分と逆相振動補償成分を含む入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を生成する。
【００３５】
図３に示すように、入力電流指令生成部２３は、回転座標変換器３１と、成分検出器３２と、共振周波数検出器３３と、位相補償演算器３４と、共振補償成分生成器３５と、入力電流指令出力器３６とを備える。なお、成分検出器３２は振動成分検出器に対応し、共振補償成分生成器３５は振動補償成分生成器に対応し、入力電流指令出力器３６は出力器に対応する。
【００３６】
回転座標変換器３１は、入力電圧位相θｒｓｔに基づいて入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔを回転座標変換することにより、回転座標系上のｄ軸電圧成分Ｖｄとｑ軸電圧成分Ｖｑに変換する。回転座標変換器３１は、例えば、下記式（３）に示す座標変換行列［ｃ１］に基づいた演算処理によって、入力相電圧値Ｅｒ，Ｅｓ，Ｅｔをｄ軸電圧成分Ｖｄとｑ軸電圧成分Ｖｑに変換する。
【数１】

【００３７】
ｄ軸電圧成分Ｖｄおよびｑ軸電圧成分Ｖｑにおいて、３相交流電源２の基本波成分は直流成分として現れ、共振成分は直流成分に重畳されたリプル成分として現れる。これは、入力電圧位相θｒｓｔに基づいて回転座標変換しているからである。成分検出器３２は、かかるリプル成分をｄ軸電圧成分Ｖｄおよびｑ軸電圧成分Ｖｑから分離することによって、入力電圧の共振成分Ｖｄｈ,Ｖｑｈおよび入力電圧の基本波成分Ｖｄｌ,Ｖｑｌを求める。
【００３８】
具体的には、成分検出器３２は、ローパスフィルタ３２ａ，３２ｂおよび減算器３２ｃ，３２ｄを備える。ローパスフィルタ３２ａは、ｄ軸電圧成分Ｖｄからリップル成分を除去することによって、ｄ軸方向における入力電圧の基本波成分Ｖｄｌ（以下、ｄ軸基本波成分Ｖｄ１と記載する）を抽出する。また、減算器３２ｃは、ｄ軸電圧成分Ｖｄからｄ軸基本波成分Ｖｄｌを減算することによって、ｄ軸方向における入力電圧の共振成分Ｖｄｈ（以下、ｄ軸共振成分Ｖｄｈと記載する）を抽出する。
【００３９】
一方、ローパスフィルタ３２ｂは、ｑ軸電圧成分Ｖｑからリップル成分を除去することによって、ｑ軸方向における入力電圧の基本波成分Ｖｑｌ（以下、ｑ軸基本波成分Ｖｑｌと記載する）を抽出する。また、減算器３２ｄは、ｑ軸電圧成分Ｖｑからｑ軸基本波成分Ｖｑｌを減算することによって、ｑ軸方向における入力電圧の共振成分Ｖｑｈ（以下、ｑ軸共振成分Ｖｑｈと記載する）を抽出する。
【００４０】
共振周波数検出器３３は、入力相電圧値Ｅｒに基づき、入力電圧に重畳された共振成分の角周波数ωｃ（以下、共振周波数ωｃと記載する）を求める。かかる共振周波数ωｃの情報は、共振周波数検出器３３から位相補償演算器３４および共振補償成分生成器３５へ入力される。なお、ここでは、共振周波数検出器３３は、入力相電圧値Ｅｒに基づき、共振周波数ωｃを求めることとしたが、これに限定されるものではない。例えば、入力相電圧値Ｅｓや入力相電圧値Ｅｔに基づいて、共振周波数検出器３３が共振周波数ωｃを求めるようにしてもよい。
【００４１】
位相補償演算器３４は、共振周波数検出器３３から出力される共振周波数ωｃの情報に基づいて、位相補償量ｄθを演算する。例えば、位相補償演算器３４は、下記式（４）に示す演算式に基づく演算処理によって、位相補償量ｄθを演算する。なお、下記式（４）において、Ｔｋは制御系内のむだ時間である。ここで、むだ時間Ｔｋは、入力電圧検出部１１による検出処理時間、回転座標変換器３１、成分検出器３２および共振補償成分生成器３５による演算処理時間を含む。
ｄθ＝ωｃ×Ｔｋ・・・（４）
【００４２】
共振補償成分生成器３５は、ｄ軸共振成分Ｖｄｈ、ｑ軸共振成分Ｖｑｈ、共振周波数ωｃおよび位相補償量ｄθに基づいて、ｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’およびｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’を求める。ｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’は、入力電圧に含まれる共振成分のうちｄ軸成分を抑制する成分であり、ｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’は、入力電圧に含まれる共振成分のうちｑ軸成分を抑制する成分である。なお、共振補償成分生成器３５の具体的な構成については、後で詳述する。
【００４３】
入力電流指令出力器３６は、減算器３６ａ，３６ｂと、逆回転座標変換器３６ｃと、加算器３６ｄとを備え、次のように、共振補償成分を含む入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を生成する。
【００４４】
減算器３６ａは、基本波成分Ｖｄｌからｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’を減算して、共振補償を施したｄ軸電圧成分Ｖｄ’を生成する。また、減算器３６ｂは、基本波成分Ｖｑｌからｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’を減算して、共振補償を施したｑ軸電圧成分Ｖｑ’を生成する。
【００４５】
減算器３６ａ，３６ｂによって生成されたｄ軸電圧成分Ｖｄ’およびｑ軸電圧成分Ｖｑ’は、逆回転座標変換器３６ｃへ入力される。逆回転座標変換器３６ｃは、調整入力電圧位相θｒｓｔ’に基づいてｄ軸電圧成分Ｖｄ’およびｑ軸電圧成分Ｖｑ’を座標変換することにより、３相の入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を求める。例えば、回転座標変換器３１は、下記式（５）に示す座標変換行列［ｃ２］に基づく演算処理によって、ｄ軸電圧成分Ｖｄ’およびｑ軸電圧成分Ｖｑ’を入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*へ変換する。
【数２】

【００４６】
加算器３６ｄは、上記調整入力電圧位相θｒｓｔ’を、入力電圧位相θｒｓｔと入力力率指令φとに基づいて生成する。具体的には、加算器３６ｄは、位相検出器２１から出力された入力電圧位相θｒｓｔに、入力力率指令φを加算することによって、調整入力電圧位相θｒｓｔ’を生成する。このように、入力電圧位相θｒｓｔに入力力率指令φを加えることによって、入力電流を入力力率指令φに応じた入力力率に調整することができる。例えば、入力力率指令φを０とすることで、入力力率を１とすることができる。
【００４７】
このように、入力電流指令生成部２３は、３相交流電源２と入力フィルタ１２との間で発生する共振による影響を抑制する共振補償成分を含む３相の入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を生成する。
【００４８】
［共振補償成分生成器３５の構成］
次に、共振補償成分生成器３５の構成について具体的に説明する。共振補償成分生成器３５は、入力電圧の共振成分Ｖｄｈ，Ｖｑｈを４つに分解して処理する。
【００４９】
具体的には、共振補償成分生成器３５は、入力電圧の共振成分Ｖｄｈ，Ｖｑｈを、共振周波数ωｃに同期して位相が回転する正相成分のｄ軸成分およびｑ軸成分と、共振周波数ωｃに対して位相が逆方向に回転する逆相成分のｄ軸成分およびｑ軸成分とに分解する。
【００５０】
そして、共振補償成分生成器３５は、正相および逆相のｄ軸成分およびｑ軸成分に対してそれぞれ処理を施す。これにより、入力電圧の共振成分が３相不平衡となる場合に、共振現象を効果的に抑制する共振補償成分を生成する。
【００５１】
図４は、共振補償成分生成器３５の一例を示す図である。図４に示すように、共振補償成分生成器３５は、位相演算器４０、分解処理器４１と、補償成分生成器４２と、合成処理器４３とを備える。
【００５２】
位相演算器４０は、正相成分位相演算器５０ａおよび逆相成分位相演算器５０ｂを備える。正相成分位相演算器５０ａは、共振周波数検出器３３によって検出された共振周波数ωｃに対して周波数補正を行い、さらに積分演算を行うことによって、正相成分位相θｐを求める。また、逆相成分位相演算器５０ｂは、−１を乗じた共振周波数ωｃに対して周波数補正を施して積分演算することによって、逆相成分位相θｍを求める。なお、位相演算器４０が共振周波数ωｃに対して周波数補正を行うのは、回転座標変換器３１において行われた回転座標変換の影響を排除するためである。
【００５３】
具体的には、正相成分位相演算器５０ａは、例えば、下記式（６）に基づく演算処理によって、正相成分位相θｐを求める。また、逆相成分位相演算器５０ｂは、例えば、下記式（７）に基づく演算処理によって、逆相成分位相θｍを求める。なお、式（６），（７）において、入力電圧周波数ｆｒｓｔは、回転座標変換器３１の回転周波数、すなわち３相交流電源２の周波数である。
【数３】

【００５４】
分解処理器４１は、正相成分変換器５１ａ、逆相成分変換器５１ｂおよびローパスフィルタ５２ａ〜５２ｄを備える。正相成分変換器５１ａは、正相成分位相θｐに基づいて、入力電圧の共振成分Ｖｄｈ,Ｖｑｈを回転座標変換する。例えば、正相成分変換器５１ａは、下記式（８）に示す座標変換行列［ｃ３］に基づく演算処理によって、入力電圧の共振成分Ｖｄｈ,Ｖｑｈの回転座標変換を行う。
【数４】

【００５５】
入力電圧の共振成分Ｖｄｈ,Ｖｑｈに含まれる逆相成分は、正相成分変換器５１ａによる回転座標変換の２倍の周波数を有するリップル成分として現れる。そのため、ローパスフィルタ５２ａ，５２ｂが設けられる。すなわち、ローパスフィルタ５２ａ，５２ｂは、正相成分変換器５１ａの出力からリップル成分を除去することによって、正相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｐおよび正相成分のｑ軸電圧成分Ｖｑｐを抽出する。
【００５６】
逆相成分変換器５１ｂは、逆相成分位相θｍに基づいて、入力電圧の共振成分Ｖｄｈ,Ｖｑｈを回転座標変換する。例えば、逆相成分変換器５１ｂは、下記式（９）に示す座標変換行列［ｃ４］に基づく演算処理によって、入力電圧の共振成分Ｖｄｈ,Ｖｑｈの回転座標変換を行う。
【数５】

【００５７】
入力電圧の共振成分Ｖｄｈ,Ｖｑｈに含まれる正相成分は、逆相成分変換器５１ｂによる回転座標変換の２倍の周波数を有するリップル成分として現れる。そのため、ローパスフィルタ５２ｃ，５２ｄが設けられる。すなわち、ローパスフィルタ５２ｃ，５２ｄは、逆相成分変換器５１ｂの出力からリップル成分を除去することによって、逆相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｍおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｍを抽出する。
【００５８】
このように、分解処理器４１は、入力電圧の共振成分Ｖｄｈ，Ｖｑｈを、正相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｐおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｐ、逆相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｍおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｍの４つに分解する。これにより、入力電圧の共振成分はすべて直流量に変換される。そのため、共振周波数ωｃに対して演算周期が長い場合でも、制御性能を低下させずに、共振現象を抑制させる共振補償成分を生成することができる。
【００５９】
補償成分生成器４２は、各成分Ｖｄｐ,Ｖｑｐ,Ｖｄｍ,Ｖｑｍを、それぞれ共振成分の振幅指令Ｗｄｐ，Ｗｑｐ，Ｗｄｍ，Ｗｑｍと比較して、比例積分制御（以下、ＰＩ制御と記載する）を行う。これにより、補償成分生成器４２において、各成分の共振補償成分Ｖｄｐ’,Ｖｑｐ’,Ｖｄｍ’,Ｖｑｍ’が生成される。
【００６０】
かかる補償成分生成器４２は、正相補償成分生成器４２ａおよび逆相補償成分生成器４２ｂを備える。正相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｐおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｐは、分解処理器４１から正相補償成分生成器４２ａへ出力される。また、逆相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｍおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｍは、分解処理器４１から逆相補償成分生成器４２ｂへ出力される。
【００６１】
正相補償成分生成器４２ａは、減算器５３ａ，５３ｂ、振幅指令出力器５４ａ，５４ｂおよびＰＩ制御器５５ａ，５５ｂを備える。かかる正相補償成分生成器４２ａは、正相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｐおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｐを振幅指令Ｗｄｐ，Ｗｑｐと比較した結果に基づいて、正相成分の共振補償成分であるｄ軸正相共振補償成分Ｖｄｐ’およびｑ軸正相共振補償成分Ｖｑｐ’を求める。
【００６２】
具体的には、減算器５３ａは、振幅指令出力器５４ａから出力された振幅指令Ｗｄｐから、正相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｐを減算する。ＰＩ制御器５５ａは、減算器５３ａによる減算結果に対してＰＩ制御を行うことによって、ｄ軸正相共振補償成分Ｖｄｐ’を生成する。また、減算器５３ｂは、振幅指令出力器５４ｂから出力された振幅指令Ｗｑｐから、正相成分のｑ軸電圧成分Ｖｑｐを減算する。ＰＩ制御器５５ｂは、減算器５３ｂによる減算結果に対してＰＩ制御を行うことによって、ｑ軸正相共振補償成分Ｖｑｐ’を生成する。
【００６３】
ｄ軸正相共振補償成分Ｖｄｐ’は、正相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｐを振幅指令Ｗｄｐと一致させる機能を有する。また、ｑ軸正相共振補償成分Ｖｑｐ’は、正相成分のｑ軸電圧成分Ｖｑｐを振幅指令Ｗｑｐと一致させる機能を有する。ここでは、振幅指令Ｗｄｐ，振幅指令Ｗｑｐをゼロとしており、これにより、正相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｐおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｐの振幅をゼロにするｄ軸正相共振補償成分Ｖｄｐ’およびｑ軸正相共振補償成分Ｖｑｐ’が生成される。
【００６４】
逆相補償成分生成器４２ｂは、減算器５３ｃ，５３ｄ、振幅指令出力器５４ｃ，５４ｄおよびＰＩ制御部５５ｃ，５５ｄを備える。かかる逆相補償成分生成器４２ｂは、逆相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｍおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｍを振幅指令Ｗｄｍ，Ｗｑｍと比較した結果に基づいて、逆相成分の共振補償成分であるｄ軸逆相共振補償成分Ｖｄｍ’およびｑ軸逆相共振補償成分Ｖｑｍ’を求める。
【００６５】
具体的には、減算器５３ｃは、振幅指令出力器５４ｃから出力された振幅指令Ｗｄｍから、逆相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｍを減算する。ＰＩ制御器５５ｃは、減算器５３ｃによる減算結果に対してＰＩ制御を行うことによって、ｄ軸逆相共振補償成分Ｖｄｍ’を生成する。また、減算器５３ｄは、振幅指令出力器５４ｄから出力された振幅指令Ｗｑｍから、逆相成分のｑ軸電圧成分Ｖｑｍを減算する。ＰＩ制御器５５ｄは、減算器５３ｄによる減算結果に対してＰＩ制御を行うことによって、逆相成分のｑ軸逆相共振補償成分Ｖｑｍ’を生成する。
【００６６】
ｄ軸逆相共振補償成分Ｖｄｍ’は、逆相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｍを振幅指令Ｗｄｍと一致させる機能を有する。また、ｑ軸逆相共振補償成分Ｖｑｍ’は、逆相成分のｑ軸電圧成分Ｖｑｍを振幅指令Ｗｑｍと一致させる機能を有する。ここでは、振幅指令Ｗｄｍ，振幅指令Ｗｑｍをゼロとしており、これにより、逆相成分のｄ軸電圧成分Ｖｄｍおよびｑ軸電圧成分Ｖｑｍの振幅をゼロにするｄ軸逆相共振補償成分Ｖｄｍ’およびｑ軸逆相共振補償成分Ｖｑｍ’が生成される。
【００６７】
合成処理器４３は、加算器５６ａ，減算器５６ｂ、正相成分逆変換器５７ａ、逆相成分逆変換器５７ｂおよび加算器５８ａ，５８ｂを備える。かかる合成処理器４３は、上記共振補償成分Ｖｄｐ’，Ｖｑｐ’，Ｖｄｍ’，Ｖｑｍ’、正相成分位相θｐ、逆相成分位相θｍおよび位相補償量ｄθに基づいて、むだ時間Ｔｋに応じて位相補償を施した共振補償成分Ｖｄｈ’,Ｖｑｈ’を求める。
【００６８】
具体的には、加算器５６ａは、正相成分位相θｐに位相補償量ｄθを加算することによって、正相成分補償位相θｐ’を求める。かかる正相成分補償位相θｐ’に基づいて、正相成分逆変換器５７ａは、ｄ軸正相共振補償成分Ｖｄｐ’およびｑ軸正相共振補償成分Ｖｑｐ’を逆座標変換する。正相成分逆変換器５７ａは、例えば、下記式（１０）に示す座標変換行列［ｃ５］に基づいた演算処理によって、上記逆座標変換を行う。
【数６】

【００６９】
また、減算器５６ｂは、逆相成分位相θｍから位相補償量ｄθを減算することによって、逆相成分補償位相θｍ’を求める。かかる逆相成分補償位相θｍ’に基づいて、逆相成分逆変換器５７ｂは、ｄ軸逆相共振補償成分Ｖｄｍ’およびｑ軸逆相共振補償成分Ｖｑｍ’を逆座標変換する。逆相成分逆変換器５７ｂは、例えば、下記式（１１）に示す座標変換行列［ｃ６］に基づいた演算処理によって、上記逆座標変換を行う。
【数７】

【００７０】
そして、加算器５８ａは、正相成分逆変換器５７ａによるｄ軸正相共振補償成分Ｖｄｐ’の逆座標変換結果と、逆相成分逆変換器５７ｂによるｄ軸逆相共振補償成分Ｖｄｍ’の逆座標変換結果とを加算することによって、ｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’を生成する。また、加算器５８ｂは、正相成分逆変換器５７ａによるｑ軸正相共振補償成分Ｖｑｐ’の逆座標変換結果と、逆相成分逆変換器５７ｂによるｑ軸逆相共振補償成分Ｖｑｍ’の逆座標変換結果とを加算することによって、ｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’を生成する。
【００７１】
以上のように、共振補償成分生成器３５では、共振成分の正相成分を抑制する正相共振補償成分Ｖｄｐ’，Ｖｑｐ’と、共振成分の逆相成分を抑制する逆相共振補償成分Ｖｄｍ’，Ｖｑｍ’とを生成する。したがって、入力電圧の共振成分が３相不平衡となる場合においても、共振現象の抑制効果を高めることができる。
【００７２】
しかも、共振補償成分生成器３５では、正相共振補償成分および逆相共振補償成分に対してむだ時間Ｔｋに応じた位相補償が施される。したがって、入力電圧の共振成分が３相不平衡となる場合においても、共振抑制特性を低下させるむだ時間Ｔｋの影響を排除することができ、共振現象を効果的に抑制することができる。
【００７３】
また、共振補償成分生成器３５では、むだ時間Ｔｋと共振周波数ωｃとに基づき、正相共振補償成分と逆相共振補償成分とを逆座標変換することによって、位相補償を施した正相振動補償成分および逆相振動補償成分を生成する。そのため、複雑な構成を持つことなく、位相補償を施した正相振動補償成分と逆相振動補償成分を生成することができる。ただし、位相補償を施した正相振動補償成分および逆相振動補償成分の生成は、これに限定されるものではない。
【００７４】
例えば、分解処理器４１において、共振成分の正相成分および逆相成分に対して位相制御を行うことで、位相補償を施した正相振動補償成分と逆相振動補償成分を生成するようにしてもよい。この場合、分解処理器４１は、むだ時間Ｔｋと共振周波数ωｃとに基づき、共振成分の正相成分および逆相成分を求め、合成処理器４３においては、共振周波数ωｃに基づき、正相共振補償成分と逆相共振補償成分とを逆座標変換する。
【００７５】
また、合成処理器４３や分解処理器４１で位相補償の処理を行わずに、例えば、分解処理器４１と補償成分生成器４２との間に位相補償フィルタを設け、分解処理器４１から出力される各成分Ｖｄｐ，Ｖｑｐ，Ｖｄｍ，Ｖｑｍに位相補償を施すようにしてもよい。また、補償成分生成器４２と合成処理器４３の間に位相補償フィルタを設け、補償成分生成器４２から出力される各成分Ｖｄｐ’，Ｖｑｐ’，Ｖｄｍ’，Ｖｑｍ’に位相補償を施すようにしてもよい。
【００７６】
また、共振補償成分生成器３５では、共振周波数検出器３３によって繰り返し検出される共振周波数ωｃに基づいて、位相補償を施した正相振動補償成分と逆相振動補償成分を生成する。そのため、共振周波数ωｃが変動した場合であっても、共振現象を抑制する正相振動補償成分と逆相振動補償成分を精度よく生成することが可能となる。
【００７７】
［共振周波数検出器３３の構成］
次に、共振周波数検出器３３の構成について具体的に説明する。図５は、共振周波数検出器３３の一例を示す図である。
【００７８】
図５に示すように、共振周波数検出器３３は、ハイパスフィルタ６０と、ゼロクロス検出器６１，６７と、積分器６２，６５，６８と、減算器６３と、ＰＩ制御器６４と、正弦波発生器６６と、ローパスフィルタ６９とを備える。なお、ゼロクロス検出器６１が第２のゼロクロス検出器に対応し、ゼロクロス検出器６７が第１のゼロクロス検出器に対応し、積分器６２が第２の積分器に対応し、積分器６５が第１の積分器に対応し、積分器６８が第３の積分器に対応する。
【００７９】
かかる共振周波数検出器３３は、入力されたＲ相電圧値Ｅｒに基づいて、共振周波数ωｃを検出する。具体的には、ハイパスフィルタ６０は、入力されたＲ相電圧値Ｅｒから周波数の低い３相交流電源２の基本波成分を除去し、共振成分Ｖｒｈを抽出する。かかる共振成分Ｖｒｈは、ハイパスフィルタ６０からゼロクロス検出器６１へ入力される。
【００８０】
ゼロクロス検出器６１は、共振成分Ｖｒｈがゼロクロスするタイミングでパルス信号を積分器６２へ出力する。共振成分Ｖｒｈがゼロクロスするタイミングは、共振成分の半周期毎に発生する。積分器６２は、ゼロクロス検出器６１から出力されるパルス信号を積分することによって、共振成分Ｖｒｈがゼロクロスする回数の値（以下、ゼロクロス回数値Ｃｐと記載する）をカウントする。
【００８１】
積分器６２は、ゼロクロス回数値Ｃｐを減算器６３へ出力する。また、後述するように、積分器６８は、ゼロクロス回数値Ｃｒを減算器６３へ出力する。減算器６３は、ゼロクロス回数値Ｃｐからゼロクロス回数値Ｃｒを減算し、ＰＩ制御器６４へ出力する。
【００８２】
ＰＩ制御器６４は、減算器６３の出力に対するＰＩ制御を行って、ゼロクロス回数値Ｃｐとゼロクロス回数値Ｃｒとの差分に応じた値（以下、差分値Ｃｄｉｆと記載する）とを出力する。これにより、共振周波数検出器３３において、共振成分Ｖｒｈのゼロクロス回数値Ｃｐと内部のゼロクロス回数値Ｃｒとの差がゼロになるように制御される。ＰＩ制御器６４から出力された差分値Ｃｄｉｆは、ローパスフィルタ６９へ入力され、かかるローパスフィルタ６９によるフィルタリングによって、共振周波数ωｃが抽出される。
【００８３】
ここで、ゼロクロス回数値Ｃｒは次のように生成される。ＰＩ制御器６４から出力された差分値Ｃｄｉｆは、積分器６５へ入力される。積分器６５は、差分値Ｃｄｉｆを積分して積分差分値ＩＮＴｄｉｆを生成し、かかる積分差分値ＩＮＴｄｉｆを正弦波発生器６６へ出力する。正弦波発生器６６は、積分差分値ＩＮＴｄｉｆに応じた周波数の正弦波信号ＳＩＷを生成してゼロクロス検出器６７へ出力する。
【００８４】
ゼロクロス検出器６７は、正弦波信号ＳＩＷがゼロクロスするタイミングでパルス信号を積分器６８へ出力する。正弦波信号ＳＩＷがゼロクロスするタイミングは、正弦波信号ＳＩＷの半周期毎に発生する。積分器６８は、ゼロクロス検出器６７から出力されるパルス信号を積分することによって、正弦波信号ＳＩＷのゼロクロス回数の値であるゼロクロス回数値Ｃｒをカウントする。
【００８５】
なお、共振周波数検出器３３の一例として、図５に示す構成を説明したが、これに限定されるものではない。例えば、フーリエ変換を行って共振周波数ωｃを検出する共振周波数検出器を共振周波数検出器３３として用いるようにしてもよい。
【００８６】
以上のように、第１の実施形態に係る電力変換装置は、複数のスイッチング素子を有する電力変換部１０と、３相交流電源２から電力変換部１０へ入力される電流を制御するための入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔを生成する入力電流指令生成部２３とを備える。
【００８７】
そして、入力電流指令生成部２３が生成する３相の入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*は、共振による影響を抑制する共振補償成分として正相共振補償成分および逆相共振補償成分を含む。したがって、入力電圧の共振成分が３相不平衡となる場合においても、共振現象の抑制効果を高めることができる。
【００８８】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態の電力変換装置の構成について、図面を参照して説明する。第２の実施形態に係る電力変換装置は、周波数の異なる複数の共振現象を抑制することができる入力電流指令生成部を有する点で、第１の実施形態に係る電力変換装置と異なる。なお、以下においても、第１の実施形態と同様に、電力変換装置として、マトリクスコンバータを一例に挙げて説明する。また、第２の実施形態の電力変換装置は、入力電流指令生成部の構成が異なる以外は、第１の実施形態の電力変換装置と同じ構成であるため、以下においては、入力電流指令生成部について説明する。
【００８９】
図６は、第２の実施形態に係る入力電流指令生成部の構成を示す図である。なお、図６においては、第１の実施形態に係る入力電流指令生成部２３と同様の構成については、同一の符号を付している。
【００９０】
図６に示すように、第２の実施形態に係る入力電流指令生成部２３Ａは、複数の共振補償成分生成器３５−１〜３５−ｎを備え、周波数の異なるｎ個の共振現象を抑制することができる。各共振補償成分生成器３５−１〜３５−ｎは、第１の実施形態の共振補償成分生成器３５と同じ構成である。
【００９１】
また、入力電流指令生成部２３Ａにおける共振周波数検出器３３Ａは、入力相電圧値Ｅｒに基づき、入力電圧に重畳された複数の共振成分の角周波数ωｃ１〜ωｃｎ（以下、共振周波数ωｃ１〜ωｃｎと記載する）を求める。共振周波数検出器３３Ａは、例えば、フーリエ変換を行って共振周波数ωｃ１〜ωｃｎを検出するフーリエ変換器によって共振周波数検出器３３Ａを構成する。このようにすることで、共振周波数検出器３３Ａの設計を容易に行うことができる。
【００９２】
また、入力電流指令生成部２３Ａにおける位相補償演算器３４Ａは、共振周波数検出器３３Ａによって検出された共振周波数ωｃ１〜ωｃｎに基づいて、位相補償量ｄθ１〜ｄθｎを演算する。かかる位相補償演算器３４Ａは、各共振周波数ωｃ１〜ωｃｎ毎に、それぞれ位相補償値を生成する位相補償演算器を備えており、各位相補償演算器によって各位相補償量ｄθ１〜ｄθｎを生成する。なお、位相補償演算器３４Ａにおける各位相補償演算器の構成は、第１の実施形態の位相補償演算器３４と同じ構成である。
【００９３】
各共振補償成分生成器３５−１〜３５−ｎは、共振周波数ωｃ１〜ωｃｎおよび位相補償量ｄθ１〜ｄθｎに基づいて、ｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’１〜Ｖｄｈ’ｎおよびｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’１〜Ｖｑｈ’ｎを求める。例えば、共振補償成分生成器３５−１は、共振周波数ωｃ１および位相補償量ｄθ１に基づいて、ｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’１およびｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’１を求める。また、共振補償成分生成器３５−ｎは、共振周波数ωｃｎおよび位相補償量ｄθｎに基づいて、ｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’ｎおよびｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’ｎを求める。
【００９４】
各共振補償成分生成器３５−１〜３５−ｎによって生成されたｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’１〜Ｖｄｈ’ｎは、加算器８０−２〜８０−ｎによって加算され、減算器３６ａへ出力される。また、各共振補償成分生成器３５−１〜３５−ｎによって生成されたｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’１〜Ｖｑｈ’ｎは、加算器８１−２〜８１−ｎによって加算され、減算器３６ｂへ出力される。
【００９５】
減算器３６ａは、ｄ軸方向における基本波成分Ｖｄｌから、ｄ軸共振補償成分Ｖｄｈ’１〜Ｖｄｈ’ｎの加算値を減算することによって、ｄ軸電圧成分Ｖｄ’を生成する。また、減算器３６ｂは、ｑ軸方向における基本波成分Ｖｑｌから、ｑ軸共振補償成分Ｖｑｈ’１〜Ｖｑｈ’ｎの加算値を減算することによって、ｑ軸電圧成分Ｖｑ’を生成する。これにより、各共振周波数ωｃ１〜ωｃｎを有するｎ個の共振現象を抑制する正相共振補償成分および逆相共振補償成分を含む入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*が生成される。
【００９６】
このように、第２の実施形態に係る電力変換装置では、３相交流電源２の電圧に複数の共振成分が含まれる場合、各共振成分に対して共振補償成分を生成し、これら複数の共振補償成分を含む入力電流指令Ｉｒ^*，Ｉｓ^*，Ｉｔ^*を生成する。そのため、３相交流電源２の電圧に複数の共振成分が含まれる場合であっても、各共振現象を効果的に抑制することができる。
【００９７】
さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。よって、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【００９８】
例えば、上述の実施形態においては、電力変換装置の一例として、マトリクスコンバータを説明したが、本発明の電力変換装置はこれに限定されるものではない。例えば、本発明の電力変換装置は、スイッチング素子を制御して交流電力を直流電力へ変換した後、直流電力を交流電力へ変換するインバータ装置であってもよく、また、スイッチング素子を制御して交流電力を直流電力へ変換するコンバータ装置であってもよい。
【００９９】
また、上述の実施形態においては、入力電圧に含まれる振動成分として共振成分を一例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、共振成分以外の振動成分が入力電圧に含まれる場合であっても、その振動成分を効果的に抑制し、高品質な電力に変換することができる。
【０１００】
また、上述の実施形態では、出力側に接続される負荷として電動機３を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、発電機を出力側に接続される負荷としてもよい。
【符号の説明】
【０１０１】
１マトリクスコンバータ（電力変換装置の一例）
２３相交流電源
３電動機
１０電力変換部
２３入力電流指令生成部
２４ゲート信号演算器
３１回転座標変換器
３２成分検出器（振動成分検出器の一例）
３３共振周波数検出器（振動周波数検出器の一例）
３５共振補償成分生成器（振動補償成分生成器の一例）
３６入力電流指令出力器
４１分解処理器
４２補償成分生成器

【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のスイッチング素子を有する電力変換部と、
３相交流電源から前記電力変換部へ入力される電流を制御する入力電流指令を生成する入力電流指令生成部と
前記入力電流指令に基づき前記複数のスイッチング素子を駆動するゲート信号を出力するゲート信号演算器と
を備え、
前記入力電流指令生成部は、
前記３相交流電源の電圧に含まれる振動成分を検出する振動成分検出器と、
前記振動成分検出器によって検出された前記振動成分に基づき、前記振動成分の正相成分を抑制する正相振動補償成分と、前記振動成分の逆相成分を抑制する逆相振動補償成分とを生成する振動補償成分生成器と、
前記正相振動補償成分および前記逆相振動補償成分を含む前記入力電流指令を出力する入力電流指令出力器と
を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記入力電流指令生成部は、
その内部の演算処理時間および前記３相交流電源の電圧の検出処理時間の少なくとも一方の処理時間を含むむだ時間と前記振動成分の周波数とに応じた位相補償量を演算する位相補償演算器を備え、
前記振動補償成分生成器は、
前記位相補償量に基づいて位相補償を施した前記正相振動補償成分および前記逆相振動補償成分を生成することを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記振動補償成分生成器は、
前記３相交流電源の周波数と前記振動成分の周波数に基づいて、前記正相成分の位相と前記逆相成分の位相を演算する位相演算器と、
前記位相演算器によって演算された前記正相成分の位相と前記逆相成分の位相に基づいて、前記振動成分を回転座標変換することによって正相成分と逆相成分へ分解する分解処理器と、
前記分解処理器によって分解された前記振動成分の正相成分に基づいて、前記正相振動補償成分を生成し、前記分解処理器によって分解された前記振動成分の逆相成分に基づいて、前記逆相振動補償成分を生成する補償成分生成器と、
前記位相演算器によって演算された前記正相成分の位相、前記逆相成分の位相および前記位相補償量に基づいて、前記補償成分生成器によって生成された前記正相振動補償成分および前記逆相振動補償成分を逆座標変換することによって、前記正相振動補償成分と前記逆相振動補償成分に前記むだ時間に応じた位相補償を施す逆変換器と
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
【請求項４】
前記入力電流指令生成部は、
前記振動成分の周波数を検出する振動周波数検出器を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項５】
前記振動周波数検出器は、
入力される信号に応じた周波数の正弦波信号を発生する正弦波発生器と、
前記正弦波信号がゼロクロスするタイミングでパルス信号を出力する第１のゼロクロス検出器と、
前記第１のゼロクロス検出器から出力されるパルス信号を積分する第１の積分器と、
前記３相交流電源の電圧に含まれる振動成分がゼロクロスするタイミングでパルス信号を出力する第２のゼロクロス検出器と、
前記第２のゼロクロス検出器から出力されるパルス信号を積分する第２の積分器と、
前記第２の積分器の積分結果から前記第１の積分器の積分結果を減算する減算器と、
前記減算器の減算結果に対するＰＩ制御を行うＰＩ制御器と、
前記ＰＩ制御器の出力を積分して前記正弦波発生器へ入力する第３の積分器と、を備え、
前記ＰＩ制御器の出力に基づいて対前記振動成分の周波数を検出することを特徴とする請求項４に記載の電力変換装置。
【請求項６】
前記入力電流指令生成部は、
前記３相交流電源の電圧値を当該３相交流電源の電圧位相に同期した回転座標系の軸電圧成分へ変換する回転座標変換器を備え、
前記振動成分検出器は、
前記回転座標変換器によって変換された前記軸電圧成分から前記振動成分を検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項７】
前記入力電流指令生成部は、
前記３相交流電源の電圧の位相に対して、力率指令に応じた位相を調整した前記入力電流指令を出力することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項８】
前記入力電流指令生成部は、
前記３相交流電源の電圧に複数の振動成分が含まれる場合、各振動成分に対し前記正相振動補償成分および前記逆相振動補償成分を生成し、当該複数の正相振動補償成分および逆相振動補償成分を含む前記入力電流指令を生成することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力変換装置。
【請求項９】
複数のスイッチング素子を有する電力変換装置の制御方法であって、
前記３相交流電源から前記スイッチング素子へ入力される電流を制御する入力電流指令を生成する入力電流指令生成ステップと、
前記入力電流指令に基づき前記複数のスイッチング素子を駆動するゲート信号を出力するステップと
を有し、
前記入力電流指令生成ステップは、
前記３相交流電源の電圧に含まれる振動成分を検出する振動成分検出ステップと、
前記振動成分検出ステップによって検出された前記振動成分に基づき、前記振動成分の正相成分を抑制する正相振動補償成分と、前記振動成分の逆相成分を抑制する逆相振動補償成分とを生成する振動補償成分生成ステップと、
前記正相振動補償成分および前記逆相振動補償成分を含む前記入力電流指令を生成する生成ステップと
を含むことを特徴とする電力変換装置の制御方法。

【図１】