分散型電源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】提供一種當(dāng)系統(tǒng)電壓瞬時下降時不會一起從系統(tǒng)中解列的分散型電源系統(tǒng)。一種分散型電源裝置，其根據(jù)將規(guī)定的載波信號與三相的電壓指令信號進(jìn)行比較而得到的控制信號來控制逆變器電路(10)，將直流電力變換為交流電力來提供給三相交流電源(1)的電力系統(tǒng)，該分散型電源裝置根據(jù)三相交流電源(1)的系統(tǒng)電壓來生成三相的基波信號，根據(jù)該三相的基波信號來生成基準(zhǔn)余弦波信號，根據(jù)基準(zhǔn)余弦波信號和三相的基波信號來生成第三諧波信號，將三相基波信號與第三諧波信號相加來生成三相的電壓指令信號。
【專利說明】分散型電源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)來供電的太陽光發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等的分散型電源系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，開發(fā)了將以太陽光、風(fēng)力等為能源進(jìn)行發(fā)電的直流電力變換為交流電力、并與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)來供電的太陽光發(fā)電系統(tǒng)、風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)等的分散型電源系統(tǒng)。
[0003]圖6是用于說明這種分散型電源系統(tǒng)的框圖。各系統(tǒng)母線以及信號線通常以兩根?三根(或者四根)線標(biāo)明來表示兩相或者三相回路，但是在此為了簡單，以一根線為代表來標(biāo)明。
[0004]在圖6中，I是向電力系統(tǒng)進(jìn)行供電的三相交流電源、2?4是開關(guān)、10是系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)用的逆變器電路、11是太陽電池等的直流電源、100是控制逆變器電路10的控制電路、5是從三相交流電源I的電力系統(tǒng)接受供電的負(fù)荷、6是檢測三相交流電源I的系統(tǒng)電壓的電壓檢測器、7是檢測逆變器電路10的輸出電流的電流檢測器、8是電容器、9是電抗器。
[0005]逆變器電路10是將半導(dǎo)體開關(guān)元件構(gòu)成為三相橋式的電路。根據(jù)從控制電路100輸出的脈寬調(diào)制(PWM:Pulse Width Modulation)的控制信號控制橋式構(gòu)成的半導(dǎo)體開關(guān)元件的接通/斷開狀態(tài)。其結(jié)果，在逆變器電路10的輸出端產(chǎn)生三相的交流電壓。該三相交流電壓是由將從直流電源11輸出的直流電壓進(jìn)行脈寬調(diào)制而獲得的脈沖列構(gòu)成的電壓。由電抗器9和電容器8構(gòu)成的LC濾波器通過消除高次諧波成分來將由脈沖列構(gòu)成的三相交流電壓設(shè)為正弦波狀的電壓。消除了高次諧波成分的正弦波狀的三相交流電壓輸出到三相交流電源I的電力系統(tǒng)。
[0006]控制電路100具備有PLL (Phase-Locked Loop:鎖相環(huán))運(yùn)算單元12、三相電壓指令信號生成單元13、坐標(biāo)變換單元14、輸出電流控制單元15、以及柵極信號生成電路16。
[0007]PLL運(yùn)算單元12具有生成與由電壓檢測器6檢測出的系統(tǒng)電壓的相位一致的角頻率的功能。關(guān)于PLL運(yùn)算單元12的具體動作將后述。
[0008]三相電壓指令信號生成單元13根據(jù)由PLL運(yùn)算單元12所生成的角頻率Co O來生成具有規(guī)定的振幅的三相的電壓指令信號Vuref、Vvref、Vwref。
[0009]坐標(biāo)變換單元14使用由PLL運(yùn)算單元12所生成的角頻率《 0來將有功電流指令I(lǐng)dref、無功電流指令I(lǐng)qref進(jìn)行坐標(biāo)變換，生成U相的輸出電流指令I(lǐng)uref和W相的輸出電流指令I(lǐng)wref。
[0010]輸出電流控制單元15進(jìn)行交流電流調(diào)節(jié)(ACR)控制使得由坐標(biāo)變換單元14所生成的U相以及W相的輸出電流指令I(lǐng)uref、Iwref與由電流檢測器7檢測出的逆變器電路10的輸出電流Iu、Iw—致。輸出電流控制單元15作為交流ACR控制的結(jié)果而生成用于校正各相的電壓指令信號Vuref、Vvref、Vwref的校正信號AVuref、A Vvref > AVwref。
[0011]柵極信號生成電路16將各相的電壓指令信號Vuref、Vvref、Vwref、和對各相的電壓指令的校正信號AVuref、A Vvref > A vwref對各相相加而生成各相的調(diào)制信號。接著，柵極信號生成電路16將各相的調(diào)制信號與規(guī)定的載波信號的大小進(jìn)行比較，生成進(jìn)行脈寬調(diào)制的控制信號Gl?G6。控制信號Gl?G6對逆變器電路10輸出。
[0012]逆變器電路10的半導(dǎo)體開關(guān)元件根據(jù)由柵極信號生成電路16所生成的控制信號Gl?G6來控制它的接通/斷開狀態(tài)。其結(jié)果，在逆變器電路10的輸出端中產(chǎn)生三相的交流電壓。
[0013]這樣與電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的逆變器電路的輸出電壓控制方式例如公開在非專利文獻(xiàn)I中。
[0014]另外，這種分散型電源系統(tǒng)要求向電力系統(tǒng)穩(wěn)定地提供電力。因此，控制電路100根據(jù)系統(tǒng)電壓的相位以及頻率來進(jìn)行從逆變器電路10輸出的電壓的頻率以及相位的控制。為了實(shí)現(xiàn)這種控制，圖6所示的分散型電源系統(tǒng)的控制電路100具備有PLL運(yùn)算單元12。
[0015]作為圖6所示的PLL運(yùn)算單元12的一個例子，圖7中表示專利文獻(xiàn)I所公開的PLL運(yùn)算單元的框圖。
[0016]PLL運(yùn)算單元12具備有a ^變換單元121、dq變換單元122、比例積分調(diào)節(jié)單元123、以及VCO(Voltage Controlled Oscillator:壓控振蕩器)單元124。此外，在以下的說明中還將比例積分調(diào)節(jié)單元123稱為PI調(diào)節(jié)單元123。
[0017]a ^變換單元121將由電壓檢測器6檢測出的三相的電壓信號Vu、Vv、Vw變換為兩相的電壓信號Va、VP 0dq變換 單元122被從a ^變換單元121輸入電壓信號V a、被從VCO單兀124輸入相位信號Q。dq變換單兀122根據(jù)相位信號0和電壓信號V a、
計(jì)算出相位差成分Vd和同相成分Vq。PI調(diào)節(jié)單元123進(jìn)行比例積分調(diào)節(jié)器(PI調(diào)節(jié)器)的運(yùn)算控制使得相位差成分Vd成為零，并輸出校正值。通過加法器126將該校正值加到系統(tǒng)電壓信號的目標(biāo)角頻率而得到的校正角頻率《0輸出到VCO單元124。VCO單元124將與所輸入的校正角頻率相應(yīng)的相位信號0輸出給dq變換單元122。
[0018]通過該反饋控制，在相位差成分Vd成為零時鎖定。此時，相位信號0與系統(tǒng)電壓的相位一致。因而，從PLL運(yùn)算單元12輸出的校正角頻率W0成為與系統(tǒng)電壓的角頻率一致。
[0019]專利文獻(xiàn)1:日本特開2010-161901號公報(bào)
[0020]非專利文獻(xiàn)1:電気學(xué)會靜止器研究會(2001年10月23日)論文番號SA — 01 —39 (電氣學(xué)會靜止器研究會(2001年10月23日)論文編號SA-01-39)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]發(fā)明要解決的問題
[0022]另外，根據(jù)社團(tuán)法人日本電氣協(xié)會的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)專業(yè)會議發(fā)行的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)定(JEAC9701-2006)，分散型電源系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生異常的情況下從一次停止到重新起動是必須的。因此，分散型電源系統(tǒng)具備有檢測電力系統(tǒng)的異常的保護(hù)功能。因而，當(dāng)在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生瞬時電壓下降等的異常時，與同一個電力系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)的多個分散型電源系統(tǒng)有可能一起從電力系統(tǒng)中解列。在這種情況下，擔(dān)心引起系統(tǒng)頻率的下降、系統(tǒng)電壓的變動。因此，希望分散型電源系統(tǒng)在系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)規(guī)定所確定的電力系統(tǒng)的異常更短時間的瞬時電壓下降時也穩(wěn)定地繼續(xù)運(yùn)行。[0023]然而，圖6所示的分散型電源系統(tǒng)所具備的PLL運(yùn)算單元12具備有PI調(diào)節(jié)單元123。PI調(diào)節(jié)單元123如下地發(fā)揮功能:通過根據(jù)對指令值0的相位差成分Vq的偏差量(=O-Vq)來進(jìn)行比例運(yùn)算和積分運(yùn)算，使對指令值的輸入信號的偏差成為零。
[0024]g卩，PI調(diào)節(jié)單元123具有積分功能，因此對輸入電壓信號的驟變無法瞬時地追蹤輸出信號。因此，已知如下:當(dāng)在電力系統(tǒng)的相間發(fā)生短路等而系統(tǒng)電壓瞬時地變動時，在系統(tǒng)電壓與從逆變器電路10輸出的電壓之間短時間產(chǎn)生大的相位差。其結(jié)果，在電力系統(tǒng)與逆變器電路10之間產(chǎn)生以該相位差為起因的過電流。產(chǎn)生了過電流的分散型電源系統(tǒng)停止運(yùn)行，因此存在如下問題:從電力系統(tǒng)中解列，變得無法提供電力。
[0025]本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而作出的，其目的在于提供一種在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生瞬時的電壓變動也能夠穩(wěn)定地向電力系統(tǒng)提供電力的分散型電源系統(tǒng)。
[0026]用于解決問題的方案
[0027]為了達(dá)成上述目的，通過本發(fā)明所提供的分散型電源系統(tǒng)具備:逆變器電路，其是將半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行三相橋式接線而得到的；以及控制電路，其將規(guī)定的載波信號與三相的電壓指令信號進(jìn)行比較來生成用于控制上述半導(dǎo)體開關(guān)元件的控制信號，該分散型電源系統(tǒng)將對直流電力進(jìn)行變換而得到的交流電力提供給三相交流電源的電力系統(tǒng)，該分散型電源系統(tǒng)的特征在于，上述電力變換系統(tǒng)具備檢測上述三相交流電源的系統(tǒng)電壓的電壓檢測器，并且上述控制電路具有:三相基波信號生成單元，其根據(jù)由上述電壓檢測器檢測出的系統(tǒng)電壓來生成第一基波信號、第二基波信號以及第三基波信號；基準(zhǔn)信號生成單元，其根據(jù)上述第一基波信號、上述第二基波信號以及上述第三基波信號來生成與上述第一基波信號相同相位的第一基準(zhǔn)信號；第三諧波信號生成單元，其使用根據(jù)上述第一基準(zhǔn)信號而生成的三次諧波信號和從上述三相基波信號生成單元輸出的上述第一基波信號、上述第二基波信號以及上述第三基波信號來生成第三諧波信號；以及三相電壓指令信號生成單元，其將上述第一基波信號、上述第二基波信號以及上述第三基波信號分別與上述第三諧波信號相加來生成三相的電壓指令信號。
[0028]根據(jù)該發(fā)明，三相的電壓指令信號成為在第一?第三基波信號中將共通的第三諧波信號相加而獲得的梯形波信號，因此與正弦波信號的情況相比能夠提高向直流電源輸出的電壓的利用率。另外，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生瞬時的電壓變動，分散型電源系統(tǒng)也能夠追蹤系統(tǒng)電壓而控制輸出電壓。因而，能夠防止由于系統(tǒng)電壓與逆變器電路的輸出電壓之間的相位差所產(chǎn)生的過電流。
[0029]在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，其特征在于，上述三相基波信號生成單元具有:基波成分抽取單元，其根據(jù)由上述電壓檢測器檢測出的系統(tǒng)電壓來抽取基波成分的信號；以及相位調(diào)整單元，其對所抽取出的上述基波成分的信號附加規(guī)定的相位值來生成上述第一基波信號、上述第二基波信號以及上述第三基波信號。并且，其特征在于，對所抽取出的上述基波成分的信號附加的相位值是在上述濾波器電路的輸入輸出電壓之間產(chǎn)生的相位差量。
[0030]根據(jù)本實(shí)施方式，即使在分散型電源系統(tǒng)與三相交流電源之間存在濾波器電路，從分散型電源系統(tǒng)輸出的電壓在上述濾波器電路的輸出點(diǎn)中被控制為與三相交流電源的電壓相位相同相位。因而，在電力系統(tǒng)中產(chǎn)生瞬時的電壓變動，分散型電源系統(tǒng)也能夠追蹤系統(tǒng)電壓而控制輸出電壓。其結(jié)果，能夠防止過電流的產(chǎn)生。[0031]在本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式中，其特征在于，上述基準(zhǔn)信號生成單元具有:第一相位調(diào)整單元，其調(diào)整上述第二基波信號的相位來生成第四基波信號；第二相位調(diào)整單元，其調(diào)整上述第三基波信號的相位來生成第五基波信號；基準(zhǔn)電壓信號生成單元，其將上述第一基波信號、上述第四基波信號及上述第五基波信號相加來生成基準(zhǔn)電壓信號；第一基準(zhǔn)信號生成單元，其生成與上述基準(zhǔn)電壓信號相同相位、振幅被歸一化為規(guī)定值的上述第一基準(zhǔn)信號；以及第二基準(zhǔn)信號生成單元，其生成與上述第一基準(zhǔn)信號具有90度的相位差的第二基準(zhǔn)信號。
[0032]根據(jù)本實(shí)施方式，第一基準(zhǔn)信號根據(jù)第一?第三基波信號的全部來生成，因此控制電路在電力系統(tǒng)的任意兩相之間發(fā)生短路也能夠生成用于控制逆變器電路的信號。因而，分散型電源系統(tǒng)能夠繼續(xù)運(yùn)行。
[0033]發(fā)明的效果
[0034]根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種在電力系統(tǒng)中發(fā)生瞬時電壓下降也能夠穩(wěn)定地向電力系統(tǒng)提供電力的分散型電源系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0035]圖1是用于說明本發(fā)明所涉及的分散電源系統(tǒng)的實(shí)施方式的框圖。
[0036]圖2是表示三相電壓指令信號生成單元的一個例子的框圖。
[0037]圖3是表示相位調(diào)整單元的一個例子的框圖。
[0038]圖4是表示基準(zhǔn)信號生成單元的一個例子的框圖。
[0039]圖5是表示第三諧波信號生成單元的一個例子的框圖。
[0040]圖6是用于說明以往的分散電源系統(tǒng)的實(shí)施方式的框圖。
[0041]圖7是表示PLL控制單元的一個例子的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042]以下參照圖1?圖5來說明本發(fā)明的實(shí)施方式。此外，在圖1?圖5中，對與圖6所示的以往的分散電源系統(tǒng)共通的結(jié)構(gòu)要素附加相同標(biāo)記并省略其說明。
[0043]圖1是用于說明本發(fā)明所涉及的分散型電源系統(tǒng)的實(shí)施方式的框圖。在圖1中，附加了標(biāo)記I?11的結(jié)構(gòu)要素與圖6的分散型電源系統(tǒng)相同。另一方面，不同之處在于在圖1的分散型電源系統(tǒng)中由控制電路101來控制逆變器電路10。
[0044]控制電路101具備有坐標(biāo)變換單元14、輸出電流控制單元15、柵極信號生成電路
16、三相基波信號生成單元20、基準(zhǔn)信號生成單元30、第三諧波信號生成單元40、以及三相電壓指令信號生成單元50。此外，上述結(jié)構(gòu)要素中的、附加了標(biāo)記14?16的結(jié)構(gòu)要素與控制電路100的結(jié)構(gòu)要素相同。
[0045]以下一邊進(jìn)行具備上述結(jié)構(gòu)要素的控制電路101的說明一邊說明本發(fā)明所涉及的分散型電源系統(tǒng)的動作。
[0046]三相基波信號生成單元20將由電壓檢測器6檢測出的三相交流電源I的系統(tǒng)電壓作為輸入來生成經(jīng)過相位調(diào)整得到的三相的基波信號Vurefbase、Vvrefbase、Vwrefbase0以下以基波信號Vurefbase作為第一基波信號、基波信號Vurefbase作為第二基波信號、基波信號Vurefbase作為第三基波信號進(jìn)行說明。但是，即使第一?第三基波信號為基波信號Vurefbase、Vvrefbase、Vwrefbase中的任一個，控制電路101的作用及其效果相冋。
[0047]圖2是表示三相基波信號生成單元20的一個例子的框圖。三相基波信號生成單元20具有帶通濾波器21、相位調(diào)整單元22、以及加法器23。在以下的說明中帶通濾波器21還稱為BPF21。
[0048]BPF21是只使在輸入信號所包含的頻率成分中的規(guī)定的頻率帶寬的頻率成分通過的濾波器(基波成分抽取單元)。在圖2中，通過BPF21的頻率帶寬設(shè)定為系統(tǒng)電壓的頻率。由此，BPF21以由電壓檢測器6檢測出的電力系統(tǒng)的U相和W相的電壓信號Vu、Vw作為輸入，來抽取它們的基波成分的信號Vubpf、Vwbpf并輸出。
[0049]相位調(diào)整單元22以來自BPF21的信號Vubpf、Vwbpf作為輸入而輸出與這些信號相同的振幅值、并且對這些信號調(diào)整了規(guī)定量的相位的信號VurefBase、VwrefBase。
[0050]圖3是表示相位調(diào)整單元22的一個例子的框圖。相位調(diào)整單元22具有低通濾波器221、乘法器222、224、以及加法器223。低通濾波器221是使在輸入信號所包含的頻率成分中的、比截止頻率fc低的頻率帶寬的頻率成分通過的濾波器。在以下的說明中低通濾波器221還稱為LPF221。另外，將相位調(diào)整單元22的輸入信號設(shè)為Vin、輸出信號設(shè)為Vout。
[0051]相位調(diào)整單元22使用乘法器222對將輸入信號Vin輸入到LPF221而獲得的信號乘以規(guī)定的系數(shù)Kl來生成信號Vinlpf。接著，通過加法器223運(yùn)算輸入信號Vin與上述運(yùn)算的結(jié)果所得到的信號Vinlpf之差A(yù) Vin (=Vin-Vinlpf)。并且，使用乘法器224對該結(jié)果所得到的信號A vin乘以規(guī)定的系數(shù)K2來生成輸出信號Vout。
[0052]在此，LPF221的截止頻率fc的周期T是T=l/fc。另外，角頻率《為《=2 n fc。在這種情況下，相位調(diào)整單元22的關(guān)于輸出信號Vout相對于輸入信號Vin的相位以及增益|g|的特性以下述(I)式以及⑵式表示。
[0053][數(shù)式I]
[0054]位相
【權(quán)利要求】
1.一種分散型電源系統(tǒng)，具備: 逆變器電路，其是將半導(dǎo)體開關(guān)元件進(jìn)行三相橋式接線而得到的；以及控制電路，其將規(guī)定的載波信號與三相的電壓指令信號進(jìn)行比較來生成用于控制上述半導(dǎo)體開關(guān)元件的控制信號， 該分散型電源系統(tǒng)將對直流電力進(jìn)行變換而得到的交流電力提供給三相交流電源的電力系統(tǒng)， 該分散型電源系統(tǒng)的特征在于， 上述電力變換系統(tǒng)具備檢測上述三相交流電源的系統(tǒng)電壓的電壓檢測器，并且 上述控制電路具有: 三相基波信號生成單元，其根據(jù)由上述電壓檢測器檢測出的系統(tǒng)電壓來生成第一基波信號、第二基波信號以及第三基波信號； 基準(zhǔn)信號生成單元，其根據(jù)上述第一基波信號、上述第二基波信號以及上述第三基波信號來生成與上述第一基波信號相同相位的第一基準(zhǔn)信號； 第三諧波信號生成單元，其使用根據(jù)上述第一基準(zhǔn)信號而生成的三次諧波信號和從上述三相基波信號生成單元輸出的上述第一基波信號、上述第二基波信號以及上述第三基波信號來生成第三諧波信號；以及 三相電壓指令信號生成單元，其將上述第一基波信號、上述第二基波信號以及上述第三基波信號分別與上述第三諧波信號相加來生成三相的電壓指令信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分散型電源系統(tǒng)，其特征在于， 在上述三相交流電源與上述逆變器電路之間具備濾波器電路， 上述三相基波信號生成單元具有: 基波成分抽取單元，其根據(jù)由上述電壓檢測器檢測出的系統(tǒng)電壓來抽取基波成分的信號；以及 相位調(diào)整單元，其對所抽取出的上述基波成分的信號附加規(guī)定的相位值來生成上述第一基波信號、上述第二基波信號以及上述第三基波信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分散型電源系統(tǒng)，其特征在于， 對所抽取出的上述基波成分的信號附加的相位值是在上述濾波器電路的輸入輸出電壓之間產(chǎn)生的相位差量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分散型電源系統(tǒng)，其特征在于， 上述基準(zhǔn)信號生成單元具有: 第一相位調(diào)整單元，其調(diào)整上述第二基波信號的相位來生成第四基波信號； 第二相位調(diào)整單元，其調(diào)整上述第三基波信號的相位來生成第五基波信號； 基準(zhǔn)電壓信號生成單元，其將上述第一基波信號、上述第四基波信號及上述第五基波信號相加來生成基準(zhǔn)電壓信號； 第一基準(zhǔn)信號生成單元，其生成與上述基準(zhǔn)電壓信號相同相位、振幅被歸一化為規(guī)定值的上述第一基準(zhǔn)信號；以及 第二基準(zhǔn)信號生成單元，其生成與上述第一基準(zhǔn)信號具有90度的相位差的第二基準(zhǔn)信號。
【文檔編號】H02M7/48GK103430441SQ201280011381
【公開日】2013年12月4日 申請日期:2012年2月3日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月23日
【發(fā)明者】金尾則一, 藤井干介, 山田歲也, 片山統(tǒng)弘 申請人:北陸電力株式會社, 富士電機(jī)株式會社