專利名稱：分散配置型電源用的系統(tǒng)分離檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于對于通過電路同分散配置型電源相聯(lián)接的電力系統(tǒng)，在系統(tǒng)分離發(fā)生時，為了使同與上述電力系統(tǒng)分離的上述電路相聯(lián)接的分散配置型電源從適當(dāng)電路中分離或者使工作停止，而檢測上述系統(tǒng)分離的分散配置型電源用的系統(tǒng)分離檢測電路。
分散配置型電源基本上是由發(fā)電元件和將來自該發(fā)電元件的發(fā)電輸出變換為交流輸出的變換器所構(gòu)成。例如，象在各居住設(shè)施內(nèi)所設(shè)置的分散配置型電源，在這種情況下，例如可應(yīng)用太陽能電池作為發(fā)電元件。
圖15表示現(xiàn)有的分散配置型電源用的系統(tǒng)分離檢測電路。
在圖15中，分散配置型電源140由直流電源1，變換器2，斷路器4和接收器3所構(gòu)成，作為發(fā)電元件的直流電源1聯(lián)接到變換器2的直流輸入端上。負(fù)載5通過斷路器4和電路9聯(lián)接到該變換器2的交流輸出端上。分散配置型電源140一側(cè)的斷路器4和電力系統(tǒng)6一側(cè)的斷路器7通過電路9相聯(lián)結(jié)，通知斷路器7斷開的信號通過專用信號線8輸入接收器3中。
在這種結(jié)構(gòu)中，系統(tǒng)分離發(fā)生即電力系統(tǒng)6一側(cè)的斷路器7被斷開，則在斷路器7一側(cè)通過電路9由分散配置型電源140供給電壓，成為所謂逆壓狀態(tài)，出現(xiàn)斷路器7的控制上的危險，成為電力系統(tǒng)保安問題。為此，通知斷路器7斷開的信號通過專用信號線8傳入接收器3中，通過接收器3來斷開斷路器4而解列分散配置型電源140，即從電路9中分離，或者成為使變換器2的工作停止。
在這種現(xiàn)有的系統(tǒng)分離檢測電路中，必須接收到由系統(tǒng)分離處來的通知系統(tǒng)分離的信號才能檢測系統(tǒng)分離，通常，分散配置型電源140和電力系統(tǒng)6之間具有較長的距離，所以，為了傳導(dǎo)通知上述系統(tǒng)分離信號的專用信號線8是非常長，而且，因為為了這種設(shè)置的設(shè)備是必要的，則就存在現(xiàn)有系統(tǒng)分離檢測電路非常昂貴的問題。
所以本發(fā)明的目的是解決上述的這種問題，提供不僅是非常經(jīng)濟(jì)而且可以非常準(zhǔn)確地檢測出系統(tǒng)分離的分散配置型電源用系統(tǒng)分離檢測電路。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一種形態(tài)具有發(fā)電元件;對于具有將來自上述發(fā)電元件的發(fā)電輸出變換為交流輸出的變換器的分散配置型電源，對上述變換器的交流輸出疊加所定信息的疊加裝置;根據(jù)來自上述變換器交流輸出一側(cè)的上述所定信息被疊加的信號在上述變換器輸出端一側(cè)檢測系統(tǒng)分離的檢測裝置。
由此，在通過電路同電力系統(tǒng)相聯(lián)的分散配置型電源內(nèi)，不用從外部引入這種專用信號線也能檢測系統(tǒng)分離。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第二種形態(tài)是由于設(shè)立了以與有功功率指令值成比例或近似成比例的頻率振蕩的第一振蕩裝置和使有功功率指令值以對于上述有功功率指令值成一定的比率而且與第一振蕩裝置同步地少量地被增減的有功功率設(shè)定裝置，而使從變換器供給電力系統(tǒng)的有功功率很小地增減。
而且，檢測有功功率，設(shè)立產(chǎn)生與該有功功率值或增減值成比例或近似成比例的頻率脈沖組的第二振蕩裝置，設(shè)立與第一振蕩裝置的振蕩周期同步而且對應(yīng)于有功功率的增加、減少對第2振蕩裝置的脈沖組的數(shù)進(jìn)行相加、相減的計數(shù)器，設(shè)立在該計數(shù)器一次相加及在來自該值的相減結(jié)果所得結(jié)果成為一定值以下時檢測系統(tǒng)分離的檢測裝置。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第二形態(tài)，使變換器交流輸出端一側(cè)的電壓相位(稱為對應(yīng)于電力系統(tǒng)的相位)很小地變化，變換器監(jiān)視供給電力系統(tǒng)有功功率的變化量，根據(jù)在系統(tǒng)分離后該變化量減少，在檢測系統(tǒng)分離的時候，作為使有功功率被很小地變化裝置的有功功率設(shè)定裝置，象根據(jù)直流電源發(fā)電功率大小而增減很小變化的量一樣，輸出與有功功率指令值成比例或大體上成比例的值。
一方面，作為該變化量的監(jiān)視裝置，運算按照第二振蕩裝置和計數(shù)器的有功功率增加時有功功率量和有功功率減少時有功功率量的差分，掌握有功功率的變化量。此時，不論有功功率稍稍變化的大小增加時和減少時的各有功功率量運算值成為大體上一定的，使該累積時間能夠變化，第一振蕩裝置起作用。其結(jié)果，有功功率值的判定量大體上成為一定值。隨著提高由此的系統(tǒng)分離判定精度，由于直流電源消耗功率量的變化幅度成為一定，直流電源的穩(wěn)定化變得容易。
再者，上述檢測裝置具有根據(jù)系統(tǒng)分離檢測信號使分散配置型電源內(nèi)的交流輸出端一側(cè)的斷路器斷開的斷路控制裝置;和，在上述交流輸出端一側(cè)的斷路器斷開后，電力系統(tǒng)一側(cè)恢復(fù)供電，即電力系統(tǒng)一側(cè)的斷路器閉合，根據(jù)上述分散配置型電源內(nèi)的交流輸出端一側(cè)斷路器和電力系統(tǒng)之間電路上的電壓進(jìn)行檢測并使上述交流輸出端一側(cè)的斷路器閉合的閉合控制裝置。由此，由于在系統(tǒng)分離后的電力系統(tǒng)側(cè)的恢復(fù)供電可以檢測，在恢復(fù)供電后可以迅速進(jìn)行與電力系統(tǒng)的再聯(lián)系。
而且，為了解決上述問題，本發(fā)明的第三形態(tài)中，通過振蕩裝置，使在分散配置型電源的變換器交流輸出端一側(cè)的電壓相位很小地變化，由此，該變換器使供給電力系統(tǒng)的有功功率變化。此時，在具有比分散配置型電源發(fā)電功率大得多功率容量的電力系統(tǒng)同分散配置型電源通過電路聯(lián)系時，盡管變換器使供給同其相聯(lián)的電路的功率量變化，而電路上的頻率大體上保持一定。一方面，作為所謂電力系統(tǒng)的不聯(lián)系，具有不比分散配置型電源發(fā)電功率大得多的功率容量的另外的分散配置型電源和發(fā)電機(jī)等的外部電源與分散配置型電源聯(lián)系時，隨著分散配置型電源供給其它聯(lián)系電源的有功功率供給量的變化，根據(jù)該聯(lián)系點頻率變化檢測來自電力系統(tǒng)的系統(tǒng)分離。
因此，在本發(fā)明的第3形態(tài)中，設(shè)定使變流器供給電力系統(tǒng)的有功功率量與振蕩裝置同步并很小增減的有功功率設(shè)定裝置，而且，設(shè)立以聯(lián)接變換器聯(lián)系點的電壓中取出振蕩裝置的振蕩頻率成分的頻率成分取出裝置，和，根據(jù)來自該頻率成分取出裝置的輸出值檢測系統(tǒng)分離的檢測裝置。
因此，根據(jù)本發(fā)明的第3形態(tài)，使變換器交流輸出端一側(cè)的電壓相位(稱為相對于電力系統(tǒng)或其它電源電壓的相位差)很小變化，使變換器供給電力系統(tǒng)或其它電源的有功功率發(fā)生變化，盡管在分散配置型電源和電力系統(tǒng)相聯(lián)系時，系統(tǒng)聯(lián)系點的電壓頻率與電力系統(tǒng)固有頻率大體上一致，在成為與電力系統(tǒng)的不相聯(lián)系時，在不比分散配置型電源的功率容量大得多的其它電源同分散配置型電源相聯(lián)系時，隨著來自分散配置型電源的有功功率供給量的變化，聯(lián)系點的電壓頻率發(fā)生變化。因此，由于以特定頻率振蕩的振蕩裝置，使分散配置型電源的有功功率供給量周期地變化。而且，由具有振蕩裝置的振蕩頻率和同樣頻率濾波特性的頻率成為取出裝置從變換器交流輸出端一側(cè)的電壓信號取出該振蕩裝置的振蕩頻率成分。在此，分散配置型電源同電力系統(tǒng)聯(lián)系時，在來自該頻率成分取出裝置的輸出信號中，雖然不包含振蕩裝置的頻率成分信號，一方面，但因為在同電力系統(tǒng)的不相聯(lián)系時，包含振蕩裝置的頻率成分信號，所以通過由檢測電路檢測來自上述頻率成分取出裝置的上述振蕩裝置的頻率成分信號該檢測值在所定之上時電力系統(tǒng)成為不相聯(lián)系，即檢測出系統(tǒng)分離。
由此，在分散配置型電源本體中檢測出系統(tǒng)分離成為可能，而且由于有功功率變化周期可以任意值提取，所以，通過設(shè)定與一般電力系統(tǒng)固有頻率變化周期和其它頻率變化周期不同的有功功率變化周期，高精度的系統(tǒng)分離檢測成為可能。
再者，上述檢測裝置也可以具有根據(jù)系統(tǒng)分離信號而使分散配置型電源內(nèi)交流輸出端一側(cè)的斷路器斷開的斷路控制裝置;和，在上述交流輸出端一側(cè)的斷路器斷開后，電力系統(tǒng)一側(cè)恢復(fù)供電，即電力系統(tǒng)一側(cè)的斷路器閉合，根據(jù)上述分散配置型電源內(nèi)交流輸出端一側(cè)的斷路器和電力系統(tǒng)之間電路上的電壓進(jìn)行檢測并使上述交流輸出端一側(cè)的斷路器閉合的閉合控制裝置。由此，由于可以在系統(tǒng)分離后的電力系統(tǒng)一側(cè)的恢復(fù)供電進(jìn)行檢測，可在恢復(fù)供電后迅速地進(jìn)行與電力系統(tǒng)的再聯(lián)系。
為了解決上述問題，本發(fā)明的第4形態(tài)中，對上述第3形態(tài)的構(gòu)成，由于上述變換器輸出變化頻率不固定以任意的某個特性曲線變化，由頻率成分取出裝置取出的頻率成分同其調(diào)整并變化，將該變化特性曲線全部進(jìn)行到底，變化頻率成分僅在被檢測時使來自檢測裝置的檢測信號輸出。總之，在第4形態(tài)中，在對第3形態(tài)的有功功率設(shè)定裝置及頻率成分取出裝置中，該輸出被增加的振蕩裝置成為第1振蕩裝置，在上述第1振蕩裝置中增加外部干擾產(chǎn)生用的第2振蕩裝置的輸出，由此在第2振蕩裝置的振蕩周期中使第1振蕩裝置的振蕩頻率在一定范圍內(nèi)變化。而且，頻率成分取出裝置調(diào)整該第1振蕩裝置的振蕩頻率并變化取出頻率。
因此，由振蕩頻率以某特性曲線變化的第1振蕩裝置使分散配置型電源的有功功率供給是周期地變化，由根據(jù)第1振蕩裝置的取出頻率變化的頻率成分取出裝置檢測來自變換器交流輸出端一側(cè)的電壓信號的第1振蕩裝置的振蕩頻率成分，在此，由于在分散配置型電源通過電路同電力系統(tǒng)相聯(lián)系時，使分散配置型電源交流輸出端一側(cè)的電壓頻率與電力系統(tǒng)的固有頻率大體一致，在頻率成分取出裝置的輸出不會檢測帶有第1振蕩裝置的變化頻率成分的信號。一方面，由于在系統(tǒng)分離時使上述變化頻率的變化特性曲線全部繼續(xù)到底并且變換器的交流輸出變化頻率成分由頻率成分取出裝置被取出，僅在該情況下判定成為系統(tǒng)分離并且由檢測裝置輸出檢測信號。
為此，即使在電力系統(tǒng)中通常包含固有低次頻率成分，在本發(fā)明的第4形態(tài)中由于檢測出不會僅檢測單一的變化頻率成分的范圍內(nèi)的多個變化頻率成分，在電力系統(tǒng)不聯(lián)系的情況下可以防止作為系統(tǒng)分離的誤檢測完成。
再者，上述檢測裝置也可以具有根據(jù)系統(tǒng)分離信號使分散配置型電源內(nèi)交流輸出端一側(cè)的斷路器斷開的斷路控制裝置;和，在上述交流輸出端一側(cè)的斷路器斷開后，電力系統(tǒng)一側(cè)恢復(fù)供電，即電力系統(tǒng)一側(cè)的斷路器閉合，根據(jù)上述分散配置型電源內(nèi)交流輸出端一側(cè)的斷路器和電力系統(tǒng)之間電路上的電壓進(jìn)行檢測并使上述交流輸出端一側(cè)的斷路器閉合的閉合控制裝置。由此，由于在系統(tǒng)分離后的電力系統(tǒng)一側(cè)的恢復(fù)供電可以檢測，可以在恢復(fù)供電后迅速地完成同電力系統(tǒng)再聯(lián)系。
而且，在本發(fā)明的第5形態(tài)中，因為構(gòu)成電力系統(tǒng)一部分的輸電線成為如對外部的圖10所示的分布參數(shù)線路，所以應(yīng)該著眼于在由分散配置型電源一側(cè)所看的輸電線阻抗ZS對于多個頻率具有極大值和極小值(另外，由圖10，900是輸電線，5是負(fù)載電路，901～904是線路阻抗，905～907是線路靜電電容，501是電阻，502是電抗器，503是電容器)。
然而，在本發(fā)明的第5形態(tài)中，作為分散配置型電源的交流輸出功率波形，以與電力系統(tǒng)相同的頻率正弦波電壓，使變換器具有可以得到根據(jù)指令使電壓波形疊加的波形的功能，供給應(yīng)該由第1振蕩裝置對變換器使與電力系統(tǒng)相同的頻率正弦波電壓被疊加的電壓波形指令信號。在此，使第1振蕩裝置的振蕩頻率變化，對于輸電線阻抗ZS具有極小值的頻率，使來自分散配置型電源的該頻率輸出電流最多地流入電力系統(tǒng)一側(cè)，另一方面，對于阻抗ZS具有極大值的頻率使來自分散配置型電源的該頻率輸出電流最少的流入電力系統(tǒng)一側(cè)。而且，因為產(chǎn)生該電流值的極大極小頻率存在比較多個，在如圖10所示的分散配置型的電源的負(fù)載電路中共振電路等被聯(lián)接，雖然其共振頻率即大電流流通的頻率存在，其個數(shù)比輸電線電流極大值的個數(shù)少得多。
在本發(fā)明的第5形態(tài)中，作為第1振蕩裝置的振蕩頻率范圍，選定象很多地包含產(chǎn)生電流極大值頻率的范圍fT，根據(jù)第2振蕩裝置的振蕩周期在上述頻率范圍fT內(nèi)使第1振蕩裝置的振蕩頻率周期地變化。由此，由于在分散配置型電源的交流輸出電流中具有大電流值的第1振蕩裝置多個振蕩頻率成分電流周期地出現(xiàn)，所以通過頻率成分取出裝置從分散配置型電源的交流輸出電流中取出第1振蕩裝置的振蕩頻率成分。通過計數(shù)器在第2振蕩裝置的振蕩1周期內(nèi)從該取出頻率成分的值中計數(shù)成為規(guī)定值以上的取出值個數(shù)即電流極大值個數(shù)。
在如上述的分散配置型電源同包含輸電線的電力系統(tǒng)聯(lián)接的情況下，計數(shù)器的計數(shù)值很大。一方面，在系統(tǒng)分離狀態(tài)下，由于一般在靠近長距離輸電線的用電側(cè)處輸電線成為被切斷的狀態(tài)，在該狀態(tài)中，由于同分散配置型電源相聯(lián)接的輸電線非常短，輸電線阻抗呈現(xiàn)極大極小的頻率區(qū)域向高頻側(cè)移動，對于其結(jié)果的上述頻率范圍fT，電流呈現(xiàn)極大極小的個數(shù)急劇減少。而且，由檢測裝置輸入計數(shù)器的計數(shù)值，在該計數(shù)器的計數(shù)值減少時可以容易地檢測系統(tǒng)分離。
由此，在分散配置型電源本體檢測出系統(tǒng)分離成為可能，盡管分散配置型電源同輸電線，其它的分散配置型電源、發(fā)電機(jī)和負(fù)載相聯(lián)接，通過直接檢測輸電線的固有高次諧波的存在與否，使高精度的系統(tǒng)分離檢測成為可能。
而且，上述檢測裝置可以具有按照系統(tǒng)分離檢測信號使分散配置型電源內(nèi)交流輸出端一側(cè)的斷路器斷開的斷路控制裝置;和，在上述交流輸出端一側(cè)的斷路器斷開后，電力系統(tǒng)一側(cè)恢復(fù)供電即電力系統(tǒng)一側(cè)的斷路器閉合，根據(jù)上述分散配置型電源內(nèi)交流輸出端一側(cè)的斷路器同電力系統(tǒng)之間電路上的電壓來檢測并使上述交流輸出端一側(cè)的斷路器閉合的閉路控制裝置，由此，由于在系統(tǒng)分離后的電力系統(tǒng)的恢復(fù)供電可以檢測，可以在恢復(fù)供電后迅速地實現(xiàn)同電力系統(tǒng)的再聯(lián)系。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的第1實施例，應(yīng)用系統(tǒng)分離檢測電路的分散配置型電源的構(gòu)成圖，圖2是根據(jù)第1實施例的系統(tǒng)分離檢測電路的部件圖，圖3A是表示第1實施例的信號波形的圖，圖3B是表示第1實施例其它信號波形的圖，圖4是根據(jù)本發(fā)明的第2實施例應(yīng)用系統(tǒng)分離檢測電路的分散配置型電源的構(gòu)成圖，圖5是根據(jù)第2實施例系統(tǒng)分離檢測電路的部件圖，圖6A是表示第2實施例的信號波形的圖，圖6B是表示第2實施例的其它信號波形的圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明的第3實施例的系統(tǒng)分離檢測電路的部件圖;
圖8是根據(jù)本發(fā)明的第4實施例應(yīng)用系統(tǒng)分離檢測電路的分散配置型電源的構(gòu)成圖，圖9是根據(jù)第4實施例的系統(tǒng)分離檢測電路的部件圖，圖10是表示電力系統(tǒng)和負(fù)載回路例子的圖，圖11是表示第4實施例的信號波形的圖，圖12是表示第4實施例其它信號波形的圖，圖13是根據(jù)本發(fā)明的第5實施例的系統(tǒng)分離檢測電路的構(gòu)成圖，圖14是表示第5實施例各信號的時間特性圖，圖15是現(xiàn)有的系統(tǒng)分離檢測電路的構(gòu)成圖。
實施發(fā)明的最佳形式。
以下將參照


本發(fā)明。
圖1是與本發(fā)明第1實施例相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)分離檢測電路的分散配置型電源構(gòu)成圖。如圖1所示，直流電源1通過功率檢測器13聯(lián)接到變換器2的直流輸入端上，變換器2的交流輸出端通過有功功率檢測器12和斷路器4同電路9的一端相聯(lián)。而且，適當(dāng)?shù)呢?fù)載同電路9相聯(lián)。100是分散配置型電源，具有直流電源1、變換器2、有功功率檢測器12，功率檢測器13，系統(tǒng)分離檢測電路40和斷路器4。
對于此結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)分離檢測電路40把使變換器2輸出功率稍稍變化的指令提供給變換器2，而且根據(jù)來自有功功率檢測器12的信號檢測該很小變化量，根據(jù)該檢測結(jié)果電力系統(tǒng)6一側(cè)的斷路器7斷開，即檢測系統(tǒng)分離，而且在系統(tǒng)分離檢測時，使斷路器斷開或停止變換器2的工作。
圖2是與本發(fā)明第1實施例相關(guān)的系統(tǒng)分離電路的部件圖。
對于圖2，42是平均有功功率運算器，根據(jù)預(yù)先確定的平均有功功率基準(zhǔn)值和來自功率檢測器13的檢測信號值，對用于得到符合該基準(zhǔn)值的平均有功功率的有功功率指令值P＊進(jìn)行運算，該值P＊輸入有功功率設(shè)定器41和第1振蕩器43中。第1振蕩器43使與有功功率指令值P＊成比例或近似成比例的頻率方波信號進(jìn)行振蕩，該輸出信號被輸入有功功率設(shè)定器41的控制輸入端和雙向計數(shù)器45的增減計數(shù)指令輸入端。
有功功率設(shè)定器41與第1振蕩器43的振蕩周期同步并交替地輸出對有功功率指令值P＊進(jìn)行使P＊與一定比率的微小變化ΔP的加減運算的有功功率指令值信號，即交替地輸出由P＊+ΔP構(gòu)成的信號和由P＊-ΔP構(gòu)成的信號。該輸出信號波形實例由圖3A和圖3B中的“a”表示。圖中，T表示第1振蕩器43的振蕩周期。
變換器2具有加法器203、由例如PI調(diào)節(jié)器構(gòu)成的調(diào)節(jié)器201和將直流變換為交流的變換器202。來自有功功率設(shè)定器41的輸出信號(P＊+ΔP/P＊-ΔP)輸入加法器203的“+”輸入端，來自有功功率檢測器12的檢測輸出信號(P-ΔP/P-ΔP)輸入“-”輸入輸，來自輸出端的輸出信號輸入調(diào)節(jié)器201。來自調(diào)節(jié)器201的輸出信號輸入變換器202，由此構(gòu)成用于變換器2的有功功率調(diào)節(jié)的控制回路11。
而且，以直流電源1至斷路器4的虛線表示在變換器2的主回路。
一方面，來自有功功率檢測器12的檢測輸出信號輸入第2振蕩器44，該振蕩器44每隔T/2以與P+ΔP或P-ΔP的值成比例或者與+ΔP或-ΔP的值成比例的頻率振蕩，輸出由此而得到的脈沖組信號。該脈沖組信號輸入雙向計數(shù)器45的計數(shù)輸入端。雙向計數(shù)器45與來自第1振蕩器45的每隔T/2的增減指令同步，來自有功功率設(shè)定器41的指令值在P＊+ΔP時進(jìn)行增計數(shù)，在P＊P＊-ΔP時進(jìn)行減計數(shù)，每隔T轉(zhuǎn)換。在系統(tǒng)相聯(lián)時，即在分散配置型電源內(nèi)的斷路器4和電力系統(tǒng)6一側(cè)的斷路器7閉合時在圖3A(P±ΔP大時)和圖3B(P±ΔP小時)中以“b”表示(但是，圖中表示為方便起見的模擬波形)。該圖明確表示雙向計數(shù)器45的一次(每個T)增減計數(shù)結(jié)果(即將轉(zhuǎn)換前的)值(ΔX)，不論有功功率指令值P＊的大小得到大體上一定的值。
可是，當(dāng)系統(tǒng)分離時，也即，當(dāng)電力系統(tǒng)6側(cè)的斷路器7斷開時，由于既便在變換器2上提供有有功功率P±ΔP信號值，但在變換器2的交流輸出的有功功率基本上不變的緣故，那么由雙向計數(shù)器45的每個周期T中增減計數(shù)值(ΔX)則大致為零。據(jù)上述情況，按照第1振蕩器43上每周期所檢出的信號，即檢測出在每周期T即將復(fù)位之前，增減計數(shù)器或為O或為ΔX的情況，判定回路46可以判斷出系統(tǒng)是否分離，當(dāng)判定系統(tǒng)分離時，則斷路器4斷開了。因此，如上面所述，當(dāng)系統(tǒng)相連時，由于ΔX值不大受有功功率信號值P的影響而基本上為某一定值，則以判定回路46為依據(jù)的系統(tǒng)分離檢測裝置，其可靠性高則是顯然的。
在以上所述的分散配置型電源100內(nèi)，確實能將系統(tǒng)是否分離的情況檢測出來。
圖4為本發(fā)明的第2個實施例，它表示適用于這種系統(tǒng)分離檢測回路的分散配置型電源的結(jié)構(gòu)圖。如圖4所示，其中具有分散配置型電源110、直流電源1，變換器2、斷路器4系統(tǒng)分離檢測回路50、有功功率檢測器12以及功率檢測器13。直流電源1通過功率檢測器13被接至變換器2的直流輸入端。變換器2的交流輸出端通過有功功率檢測器12和斷路器4被接至電路9的一端上。電路9的另一端通過斷路器7而被接至電力系統(tǒng)6上。并且，變換器2的交流輸出端通過系統(tǒng)電壓(電壓波形)信號線10被接至系統(tǒng)分離檢測電路50上。
根據(jù)這一構(gòu)成，系統(tǒng)分離檢測回路50向變換器2提供出變換器2所輸出的交流功率在其周期方面作很少變動的指令，于是，當(dāng)檢測出變換器2的交流輸出端側(cè)的交流電壓，其周期有所變動時，據(jù)該檢測結(jié)果，便檢測出了系統(tǒng)分離，而檢測出系統(tǒng)分離，則斷路器4斷開或是變換器2停止了運行。
圖5為按照本發(fā)明第2實施例具有該系統(tǒng)分離檢測回路50的方框圖。
第5圖中示出，由平均有功功率計算器42來的有功功率指令值P＊被輸入至有功功率給定器41上。振蕩器47的輸出信號被輸入至有功功率給定器41的控制輸入端。有功功率給定器41與振蕩器47的振蕩周期同步，并且以相對于其有功功率指令值P＊按一定比率的變化量ΔP＊從P＊作加減計算的有功功率指令值信號，也就是說，用P＊+ΔP＊作為信號和用P＊-ΔP＊作為信號，以每1/2fD交替地進(jìn)行輸出。在圖6A(系統(tǒng)相聯(lián)時)和圖6B(系統(tǒng)不相聯(lián)時，或說系統(tǒng)分離時)中以波形a1和a2示出了其輸出信號的波形。
由有功功率給定器41來的有功功率指令值(P＊+ΔP＊，P＊-ΔP＊)，和有功功率檢測器12的檢測值(P+ΔP，P＊-ΔP＊)作減算后的值通過加法器203而被輸進(jìn)調(diào)節(jié)器201。調(diào)節(jié)器201的輸出信號被輸入到變換器202上，這樣一來，便構(gòu)成了變換器2的以有功功率調(diào)節(jié)為目的的控制環(huán)節(jié)11。
一方面，例如在以帶通濾波器作為頻率檢測器48時，經(jīng)由信號線10向該頻率檢測器輸進(jìn)了起保持變換器2的交流輸出端側(cè)的電壓波形的信號，并且根據(jù)該輸入信號，頻率檢測器中與振蕩器47的振蕩頻率相同的頻率成分被抽取并被輸出。該輸出信號被輸入至判定回路49中。而判定回路49，則根據(jù)所檢測到的作為其輸入信號的電壓值是否高于某一電平值來判斷系統(tǒng)是否分離，當(dāng)判斷為系統(tǒng)分離時，斷路器4則是斷開的。
在分散配置型電源側(cè)的斷路器4與電力系統(tǒng)6一側(cè)的斷路器7均閉合的情況下，當(dāng)使分散配置型電源110的有功功率輸出量相對于其平均值P僅僅作±ΔP的變化時，便獲得了第6圖A的“b1”所示出的那種相位變化。也就是說，由于變換器2中包含有內(nèi)阻的緣故，便產(chǎn)生了變換器2的內(nèi)部電壓與變換器2的交流輸出端上所連接的電路9上的電壓兩者之間的相位差。因此，根據(jù)系統(tǒng)在相連時，使變換器2所輸出的有功功率如上所述只隨±ΔP而變化，則其相位差θ也只改變±Δθ，但由于此時的電力系統(tǒng)6一側(cè)的頻率大體上一定，則對于分散配置型電源110側(cè)的頻率fo，如圖6A的“Cl”所示，幾乎不變。
一方面，接有分散配置型電源110的電力系統(tǒng)6的一側(cè)斷路器7斷開的話，當(dāng)該電源110通過電路9存在與其他的分散配置型電源200相連的情況下(電力系統(tǒng)不相連時)，同上述一樣，當(dāng)使變換器的有功功率輸出只相對于其平均值P作±ΔP的變化時，如圖6B的“b2”所示，關(guān)于分散配置型電源110的所述相位差θ也只變化±Δθ。此時，在同一電路9上所接的其他的分散配置型電源200中，上述的有功功率變化分量ΔP被分流和流入，為了抵消各分散配置型電源110和200中它們的變化分量ΔP，在使上述相位差±Δθ朝向降低的方向時，就會使其交流輸出電壓的頻率發(fā)生變化。其結(jié)果是，變換器2的交流輸出端側(cè)(電路9上)的輸出電壓頻率fo，如圖6B的“C2”所示，隨著有功功率變化分量(±ΔP)的變動，同步地產(chǎn)生極大變化。
當(dāng)將頻率檢測器48的上述頻率fo的相應(yīng)變化的變動頻率分量作出提取時，其所提取得到的輸出值若已構(gòu)成超出某種水平時，則判定回路49判斷出系統(tǒng)分離。
第7圖，示出本發(fā)明第3實施例所提供的系統(tǒng)分離檢測回路的方框圖。該圖的系統(tǒng)分離檢測回路適用于圖4所示的分散配置型電源。在該圖的系統(tǒng)分離檢測回路中，在有功功率給定器41的輸入端上輸入有來自第1振蕩器52的振蕩輸出信號。在該振蕩器52的輸入端上，輸入有來自第2振蕩器51的振蕩輸出信號。在此，第2振蕩器51為產(chǎn)生外部干攏型的鋸齒波信號的振蕩器，例如，把由電壓控制型振蕩器構(gòu)成的第1振蕩器52的振蕩頻率響應(yīng)由第2振蕩器51輸來的鋸齒波電壓變化，從而使第1振蕩器52的頻率在所確定的范圍內(nèi)變化。然后，頻率檢測器53與第1振蕩器52的振蕩頻率同步，并成為使通頻帶的中心頻率可以變化的帶通濾波器。
在該實施例中，其作用與第4和第5圖所示的第2實施例相同，當(dāng)頻率檢測器53的輸出信號超過某規(guī)定值時，判定回路54即判定系統(tǒng)分離，即斷路器4斷開。
但是，第1振蕩器52的振蕩頻率在根據(jù)第2振蕩器51的鋸齒波型所確定的范圍內(nèi)進(jìn)行著變化，這樣，通過整個頻率變化，并由于變換器2的交流輸出電壓的變化頻率分量與第1振蕩器52的振蕩頻率同步，以及采用了通頻帶中心頻率能變化的頻率檢測器104，這一情況，均可被提取出來。
為此，由于在電力系統(tǒng)上被連接有設(shè)備機(jī)器的控制系統(tǒng)，并且作為電路9上述時常存在有固有頻率低的成分，按本發(fā)明的第3實施例，以提取所確定頻率范圍內(nèi)變動的頻率成分為目的，使不問與電力系統(tǒng)6是否在連接中，因外界干攏而誤認(rèn)為系統(tǒng)分離等不相宜的做法均可能得到消除。
第8圖是本發(fā)明的第4實施例，提供了采用系統(tǒng)分離檢測回路的分散配置型電源的結(jié)構(gòu)圖。在第8圖中，分散配置型電源120由直流電源1、變換器2A、斷路器4、系統(tǒng)分離檢測回路70、以及電流檢測器14組成。直流電源1被連接到變換器2A的直流輸入端、變換器2的交流輸出端通過電流檢測器14和斷路器4被連接到電路9的一端上。電路9的另一端被連接到電力系統(tǒng)6側(cè)的斷路器7上。在斷路器7和電力系統(tǒng)6之間連接著饋線900。電路9上連接有其他的分散配置型電源200和負(fù)荷5。
第9圖中示出了本發(fā)明第4實施例所提出的系統(tǒng)分離檢測器的方框圖。第9圖所示出的2A為具有采用了根據(jù)正弦波三角波的PWM調(diào)制方式的變換器，并且輸出著變換器2A的交流輸出電壓波形指令的正弦波信號回路207的輸出信號與在變換器2A的交流輸出電壓上作為被疊加波形的第1振蕩器56的輸出信號兩者利用加法器208進(jìn)行相加計算。該加法器208的輸出信號與由調(diào)制信號回路205來的三角形信號被輸進(jìn)脈沖分配回路206中，在該回路206上，脈沖幅值調(diào)制信號被調(diào)制后使直流變換為交流的變換器204內(nèi)的各個開關(guān)單元的驅(qū)動信號有所變換，以這種方式供給到變換器204上。因而，變換器204的交流輸出電壓波形變成為在作為原電力系統(tǒng)頻率的正弦波電壓波形之上，疊加有出自第第1振蕩器56的輸出電壓波形的相似波形的電壓波形，該變換器204的交流輸出電壓被附加到電路9上的負(fù)荷5和饋線900上。變換器2A的交流輸出電流利用電流檢測器14來檢測，該電流檢測器14的輸出信號被輸進(jìn)頻率檢測器57中，而該頻率檢測器57是用通頻帶中心頻率可被變化的帶通濾波器做成的。
可是，當(dāng)從第2振蕩器55發(fā)出的鋸齒波狀的輸出信號被輸入到頻率檢測器57和第1振蕩器56上時，第1振蕩器56的振蕩頻率與頻率檢測器57上的通頻帶的中心頻率被給出的則是同一頻率值。換句話說，在響應(yīng)第2振蕩器55的輸出電壓值時，第1振蕩器56的頻率就被規(guī)定下來了。因此，根據(jù)第2振蕩器55的輸出電壓，就可能把頻率檢測器57的通頻帶的中心頻率與第1振蕩器56的振蕩頻率變得一致起來。再則，根據(jù)第1振蕩器56的輸出信號也可能直接地改變頻率檢測器57的通頻帶的中心頻率值。為此，頻率檢測器57的輸出端上就可獲得與第1振蕩器56的振蕩頻率相同的頻率信號。
正如圖11和圖12所示，由于第1振蕩器56的振蕩頻率fc隨第2振蕩器55的振蕩頻率在從fT1到fT2的頻率范圍內(nèi)作著變化的緣故，頻率檢測器57的輸出電流｜Is｜相應(yīng)地隨振蕩頻率fc的變化并有增有減。然后當(dāng)頻率檢測器57的輸出信號被輸進(jìn)計數(shù)器58的計數(shù)輸入端上時，在該計數(shù)器58的復(fù)位輸入端上，第2振蕩器55的輸出信號被輸入，該計數(shù)器58只對第2振蕩器55的1次振蕩(也就是第1振蕩器56的振蕩頻率fc從fT1至fT2所作的一次變化)中，就頻率檢測器57的輸出電流值｜Is｜其中超出規(guī)定值Is＊的數(shù)作出計數(shù)。通常，由于頻率檢測器57的輸出電流值｜Is｜，在變換器2A的交流輸出端上連通著饋線900的情況下如圖11所示，而當(dāng)該輸出端上饋線900被分?jǐn)鄷r即系統(tǒng)分離時如圖12所示，因而饋線900連接與否，使計數(shù)器58的計數(shù)值造成差異。當(dāng)計數(shù)器58的計數(shù)輸出被輸進(jìn)判定回路59上時，根據(jù)計數(shù)值的不同，該判定回路59輸出系統(tǒng)分離與否的檢測信號。
然而，fL示出負(fù)荷5中由感抗502和容抗503所形成的回路振蕩頻率，f＊、f＊、f＊則分則示出饋電線路(等值并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò))所具有并聯(lián)諧振阻抗。
然后，第13圖示出了本發(fā)明的第5實施例。要是采用以上所述的各實施例的話，當(dāng)確實地檢出了系統(tǒng)分離時，則斷開分散配置型電源側(cè)的斷路器，以便能有效地防止出現(xiàn)在分散配置型電源與電力系統(tǒng)之間所存在電路被反向充電的現(xiàn)象。
在本發(fā)明的第5實施例中，在分散配置型電源的輸出一側(cè)上一開始便檢測出電力系統(tǒng)側(cè)電壓，在該起始階段的檢測時，就可使分散配置型電源側(cè)的斷路器投入，并且在系統(tǒng)分離檢測回路上具備使分散配置型電源再度連接至電力系統(tǒng)的功能。
也就是說，在圖13中，40就是前述第2圖中的系統(tǒng)分離檢測回路，該系統(tǒng)分離檢測回路40內(nèi)的判定回路46，其輸出信號輸進(jìn)了重合閘動作部件300上。重合閘動作部件300中，從分散配置型電源130內(nèi)部的斷路器4b與電力系統(tǒng)6一側(cè)的斷路器7相連接的電路9提取電力系統(tǒng)6側(cè)的電壓，根據(jù)該所提取電壓與由系統(tǒng)分離檢測回路40內(nèi)判定電路46得出的輸出電壓，通過斷路器線圈4a，使上述斷路器4b構(gòu)成閉合。61是復(fù)位電路，從斷路器4b斷開時刻開始，此后就復(fù)位了判定電路46。
以下詳述重合閘動作部件300的構(gòu)成，重合閘動作部件300的構(gòu)成為包括檢測電力系統(tǒng)6一側(cè)的電壓用的電壓檢測回路301、被連接到回路301的輸出側(cè)的非門電路302、延遲電路306和非門電路303、判定電路46的輸出端上所接的非門電路304、將非門電路303的輸出信號跟非門電路304的輸出信號相加的與門電路307，以及該回路307的輸出端上所連接的延遲回路305，該延遲電路的輸出信號則被施加到上述斷路器線圈4a上。
以下，參照圖14的時間曲線圖表對其作用機(jī)理一一予以擇述。
首先，在圖14的to時刻，由于斷路器7的動作，電力系統(tǒng)與分散配置型電源的連接被遮斷(系統(tǒng)分離);在td時刻，由于系統(tǒng)分離檢測回路40的作用，與門電路307或說延遲電路305的輸出為零，通過斷路器線圈4a則斷路器4b被斷開。此時，電壓檢測回路301的輸出在td時刻以后一直到tv時刻為止仍然為“1”。再有，系統(tǒng)分離檢測回器40中的判定回路46在復(fù)位電路61所確定的復(fù)位時間之后(在tv時刻到達(dá)之前)被復(fù)位，而使其輸出變?yōu)榱恪?br> 此后，在時刻tr，一旦斷路器7被再度合閘并且電路9恢復(fù)了供電時，電壓檢測回路301的輸出或者非門電路303的輸出變?yōu)椤?”，此時系統(tǒng)分離檢測回路40(判定回路46)的輸出要是零的話，則非門電路304的輸出維持為“1”而與門電路307的輸出也為“1”。所以當(dāng)經(jīng)歷了延遲電路305的動作時限T45后的時刻tc時，該延遲電路305的輸出也為“1”，則通過斷路器線圈4a則斷路器4b被合閘。也就是說，分散配置型電源130自動地被與電力系統(tǒng)再度相連接。
要提到的是，由于延遲電路305的動作時限T45，如圖14中在No處所示的噪聲對重合閘動作部件300進(jìn)行干擾的話，就不會形成斷路器4b被誤投入的現(xiàn)象。再則，由于采用了延遲電路306的動作時限T46，在No處所示的噪聲的干擾而使斷路器4b誤斷開的現(xiàn)象也不存在了。此地，動作時限T45、T46之間存在T45＞T46的關(guān)系。
如果采用以上所述的第5實施例的話，電力系在恢復(fù)供電時，斷路器4b的再投，并且分散配置型電源130與電力系統(tǒng)6的再度相連均可自動地妥善辦好，并能解除須用人手投入斷路器4b的煩惱。此外，重合閘動作部件300的結(jié)構(gòu)如圖示的內(nèi)容并不對它起任何限定的作用。
關(guān)于實用性的說明。
本發(fā)明適用于例如被分散設(shè)置的各個居民設(shè)施，或例如以太陽能電池作為發(fā)電元件的分散配置型電源。這樣的分散配置型電源被連接到電力系統(tǒng)，而這樣的電力系統(tǒng)包含著發(fā)電站、變電所和輸電線等。
權(quán)利要求
1.分散配置型電源用系統(tǒng)分離檢測回路其特征包括在分散配置型電源中具有發(fā)電元件和將該發(fā)電元件的所發(fā)電功率變換成交流輸出的變換器；在所述變換器的交流輸出端上疊加所定信號的疊加裝置；和根據(jù)所述變換器的交流輸出端的所定信號被疊加后的信號，在變換器的輸出端側(cè)檢測出系統(tǒng)是否分離的檢測裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離檢測回路，其特征是，所述檢測裝置具有，根據(jù)系統(tǒng)分離的檢出而斷開所述變換器的交流輸出端側(cè)斷路器的斷開控制裝置，及所述斷路器斷開后，根據(jù)該斷路器被連著的電力系統(tǒng)側(cè)的電壓，當(dāng)檢出該電力系統(tǒng)側(cè)恢復(fù)供電時，接通所述斷路器的接通控制裝置。
3.按照權(quán)利要求1所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離檢測回路，其特征是，所述的疊加裝置，具有以與發(fā)電元件所發(fā)電功率成比例或近似地按比例的頻率產(chǎn)生振蕩的第1振蕩器，以及一個有功功率給定器，它與所述的第一振蕩器的振蕩頻率同步和按一定比例使對發(fā)電元件所發(fā)電功率作出響應(yīng)的所述變換器的交流輸出有功功率指令有所增減。所述的檢測裝置具有使所產(chǎn)生的脈沖組信號頻率與所述交流輸出有功功率值或其增減值成比例或近似地成比例的第2振蕩器，和對所述的第1振蕩器振蕩頻率同步并可加減計算第2振蕩器的脈沖組信號的脈沖數(shù)計數(shù)器，以及根據(jù)所述計算器加減演算結(jié)果在所述變換器交流輸出端檢測系統(tǒng)分離與否的檢測裝置。
4.按照權(quán)利要求3所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離電路，其特征是，所述的檢測裝置具有根據(jù)所述系統(tǒng)分離的檢測結(jié)果，而將所述變換器交流輸出端側(cè)的斷路器斷開的斷開控制裝置，和當(dāng)斷路器斷開后，根據(jù)該電路器所連著的電力系統(tǒng)側(cè)的電壓，當(dāng)檢測出該電力系統(tǒng)恢復(fù)供電時使該斷路器接通的接通控制裝置。
5.按照權(quán)利要求1所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離檢測回路;其特征是，所述的疊加裝置具有一個用固定頻率振蕩的振蕩器和一個有功功率給定器，后者與所述的固定頻率振蕩器的振蕩頻率同步并且按一定的比例使對發(fā)電元件所發(fā)電功率作出響應(yīng)的所述變換器交流輸出有功功率指令有所增減。所述檢測裝置具有從所述變換器輸出端側(cè)提取所述振蕩器的振蕩頻率成分的頻率成分提取裝置，和根據(jù)用所述頻率成分提取裝置得出的所述振蕩頻率成分量，在變換器輸出端側(cè)檢出系統(tǒng)分離的檢測裝置。
6.按照權(quán)利要求5所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離回路，其特征是，所述的檢測裝置具有根據(jù)所述系統(tǒng)分離檢測結(jié)果，而將所述變換器交流輸出端側(cè)的斷路器斷開的斷開控制裝置，和當(dāng)斷路器斷開后，根據(jù)該斷路器所連著的電力系統(tǒng)側(cè)的電壓，當(dāng)檢測出該電力系統(tǒng)恢復(fù)供電時使該電路器接通的接通控制裝置。
7.按照權(quán)利要求5所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離檢測回路，其特征是，所述的振蕩器，響應(yīng)具有確定電壓變化型式而周期性振蕩的振蕩器輸出信號并可改變其振蕩頻率;所述的頻率成分提取裝置，與所述振蕩器的振蕩輸出信號的頻率同步，并可改變所提取的頻率。
8.按照權(quán)利要求7所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離回路，其特征是，所述的檢測裝置具有根據(jù)所述系統(tǒng)分離檢測結(jié)果，而將所述變換器交流輸出端側(cè)的斷路器斷開的斷開控制裝置，和當(dāng)所述斷路器斷開后，根據(jù)該電路器所連著的電力系統(tǒng)側(cè)的電壓，當(dāng)檢測出該電力系統(tǒng)恢復(fù)供電時，使該斷路器接通的接通控制裝置。
9.按照權(quán)利要求1所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離檢測回路，其特征是，所述的疊加裝置具有輸出所述變換器的輸出電壓波形指令的正弦波信號輸出裝置第1振蕩器;使所述第1振蕩器的振蕩頻率周期的改變的第2振蕩器;和把所述正弦波信號輸出裝置的輸出電壓波形指令信號與所述第1振蕩器的振蕩輸出信號作加法演算，并且以控制變換器內(nèi)把直流變成交流的元件為目的而形成相加信號的裝置。所述的檢測裝置具有根據(jù)所述變換器輸出電流，提取第1振蕩器的振蕩頻率成分的頻率成份提取裝置，對所述第2振蕩器振蕩的一個周期內(nèi)，由所述頻率成分提取裝置的輸出信號中超出某一定值的數(shù)作出計數(shù)的計數(shù)器，和根據(jù)所述計數(shù)器的計數(shù)值，在所述變換器的輸出端側(cè)檢測出系統(tǒng)分離與否的檢測器。
10.按照權(quán)利要求9所述的分散配置型電源用系統(tǒng)分離回路，其特征是，所述的檢測裝置具有根據(jù)所述系統(tǒng)分離檢測結(jié)果，而將所述變換器交流輸出端側(cè)的斷路器斷開的斷開控制裝置，和當(dāng)所述的斷路器斷開后，根據(jù)該斷路器所連著的電力系統(tǒng)側(cè)的電壓，當(dāng)檢測出該電力系統(tǒng)恢復(fù)供電時，使該斷路器接通的接通控制裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及包括有發(fā)電元件和把發(fā)電元件的所發(fā)電功率變換為交流的變換器的分散配置型電源。按照本發(fā)明，把所述變換器的交流輸出處疊加所定信號，按所述變換器的交流輸出端側(cè)的信號，把疊加所定信號后的信號取出，根據(jù)所取出的信號，在變換器的輸出端側(cè)檢測出所連著的電力系統(tǒng)的斷路器斷開與否或稱系統(tǒng)分離與否。而現(xiàn)有技術(shù)中，在分散配置型電源與電力系統(tǒng)之間設(shè)計有了解電力系統(tǒng)的斷路器是否斷路仍專用信號線是不經(jīng)濟(jì)的。
文檔編號G05F1/66GK1048128SQ9010362
公開日1990年12月26日 申請日期1990年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1989年4月6日
發(fā)明者樋笠博正, 石川文彥, 松村茂憲, 竹村健, 清水敏久 申請人:富士電機(jī)株式會社, 株式會社四國綜合研究所