专利名称：独立运转检测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及在应用于太阳能电池发电系统、燃料电池发电系统、风力发电系统等中的发电装置与电力系统之间所使用的带独立运转检测功能的分散型电源装置。
背景技术：
图5表示系统互连用逆变器(invertor)的系统结构和独立运转检测装置的现有例。如图5所示，对互连系统中的系统互连用逆变器所具备的无功功率设定器的设定值周期性地施加微小变动，来使系统互连点的无功功率总是周期性地变化，并监视系统互连点或系统互连用逆变器的频率。在检测到该频率的微小的上升的情况下，从系统互连用逆变器看来产生进相的微小信号时，若处于独立运转(也称孤岛dslanding)状态则频率会进一步上升。此外，若检测到监视的频率的微小的下降，从系统互连用逆变器看来产生滞相的微小信号时，若处于独立运转状态则频率会进一步下降。通过着眼于该现象，来可靠且迅速地检测独立运转现象。图5中，燃料电池发电系统1包括燃料电池主体2、系统互连用逆变器3和配电用变压器4，5是负载，6是电力系统。此外，7是负载配电用断路器，8是作为分散型电源的燃料电池发电系统1的分散型电源侧断路器，9是用于从电力系统6受电的受电点断路器。此外，独立运转检测装置10包括由频率/电压逆变器等构成的频率检测电路11 和独立运转检测部20。该独立运转检测部20包括产生周期性的正弦波状的微小信号的变动信号发生电路21 ；监视频率检测电路11的输出值的微小变动的由比较器、设定器构成的频率上升监视电路22和频率下降监视电路23 ；检测频率上升监视电路22和频率下降监视电路23中的任一个的动作的OR电路M ；将变动信号发生电路21的输出转换成脉冲波形的施密特电路25 ；对该脉冲波形进行计测的计数电路沈；保持变动信号发生电路21的输出的负极性的峰值的作为进相信号发生电路的负极性峰值保持电路27 ；保持变动信号发生电路21的输出的正极性的峰值的作为滞相信号发生电路的正极性峰值保持电路观； 切换变动信号发生电路21、负极性峰值保持电路27、正极性峰值保持电路观各自的信号， 对系统互连逆变器3的未图示的无功功率设定器的设定值施加微小变动，根据频率上升监视电路22、频率下降监视电路23和计数电路沈各自的输出来计算应当选择的上述信号的由AND/0R(与/或)门电路、三态缓冲器等构成的切换电路四；使受电点A的无功功率总是发生微小的变化，并监视频率检测电路11的输出与规定的基准频率的偏差的由比较器、 设定器构成的频率上限监视电路30和频率下限监视电路31 ；和在频率上限监视电路30和频率下限监视电路31中的任一个动作时，产生独立运转信号的由OR门构成的独立运转信号发生电路32。图6中，在由燃料电池发电系统1的系统互连用逆变器3供给的发电量与负载5 消耗的电力量平衡的状态下，在图6(B)所示的时刻t0，因电力系统6 —侧的事故等，通过受电点断路器9将电力系统6断开，在燃料电池发电系统1与负载5之间产生独立运转现象。
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在这种状态时，通过变动信号发生电路21和切换电路四施加无功功率变动，若如图6 (A)所示设定成变动为(+)极性时燃料电池发电系统1对电力系统6施加进一步滞相的无功功率变动，变动为(_)极性时燃料电池发电系统1对电力系统6施加进一步进相的无功功率变动，则产生图6 (B)所示的时刻t0 tl间那样的频率变动，在时刻tl，频率上升监视电路22动作，通过切换电路29，以受电点A的无功功率变动的波形作为负极性峰值保持电路27的输出(参照图6(A))。由于此时的频率变动如图6(B)所示的时刻tl t2那样扩大，所以在图6(B)所示的时刻t2，频率上限监视电路30动作，通过独立运转信号发生电路32检测到独立运转现象(参照图6(C))。专利文献1 日本专利第3353549号公报
发明内容
专利文献1中，通过时刻、时超过频率上升或下降监视电路阶段等级，将无功功率从变动输出变更为一定输出。该阶段等级，需要设定为在独立运转时以外即使因系统扰乱导致产生频率变动的情况下也不会超过的等级，但在应用于离岛的由柴油发动机构成的小规模系统的情况下，由于频率容易随负载变动而变动，所以存在容易误检测到独立运转的问题。于是，本发明的目的在于构建一种独立运转检测装置，在具有独立运转检测功能的分散电源中，在频率随负载变动而剧烈变动的小规模系统中，能够不产生误检测地检测频率异常阶段。为解决上述课题，本发明的第一方面提供独立运转检测装置，对作为与电力系统互连来输出发电电力的分散型电源动作的系统互连逆变器的输出，常时输出一定周期的微小的无功功率变动，在转移到独立运转后检测到频率异常阶段的情况下输出一定的无功功率，并改变输出频率，由此检测独立运转，该独立运转检测装置包括检测上述无功功率变动的上升沿的上升沿检测单元；检测上述无功功率变动的下降沿的下降沿检测单元；和检测系统互连点或上述系统互连用逆变器输出的频率的频率检测单元，在检测上述频率异常阶段时，依次检测上述上升沿检测时的频率和上述下降沿检测时的频率，在本次的检测值与上次的检测值的差为增大、减少、增大的顺序时，视为检测到频率异常阶段。本发明通过在检测到频率异常阶段前设置时限电路，能够降低对于高速频率变动的误检测的可能性，对频率随负载变动而剧烈变动的小规模系统而言能够提高有效性。
图1是应用了本发明的系统互连用逆变器的电路例。图2是本发明的独立运转检测装置的电路结构图。图3是表示图2的第一动作的波形图。图4是表示图2的第二动作的波形图。图5是表示现有的独立运转检测装置的电路结构图。图6是表示图5的动作的波形图。附图标记说明
1……燃料电池发电系统 2……燃料电池主体3……系统互连用逆变器 4……配电用变压器 5……负载6……电力系统 7、8、9……断路器10……独立运转检测装置 11……频率检测电路20……独立运转检测部 21……变动信号发生电路22……频率上升监视电路 23……频率下降监视电路24……OR电路 25……施密特电路26……计数电路 27……负极性峰值保持电路28……正极性峰值保持电路四……切换电路30……频率上限监视电路 31……频率下限监视电路32……独立运转信号发生电路 A……受电点41……电容器 42……电流检测器 43……电抗器44……电压检测器(变压器) 50……极值计算电路51……限幅器 52……坐标转换器60……输出电流控制电路 63……选通信号生成电路64……坐标转换器 65……减法器 66……调节器67……加法器 68……频率上升监视电路69……发送电路 70……载波生成器70……三角函数电路EDU……上升沿检测电路 EDD……下降沿检测电路SHl SH3……采样保持电路 AD1、AD2……减法器CP……比较器 ABS……绝对值电路DT……确认时限电路
具体实施例方式本发明的要点在于，在与电力系统互连而将发出的电力输出的分散电源中，在系统正常时输出微小的无效电流，在系统为停电状态，检测到分散电源的输出频率超过频率异常阶段检测等级时，流通非常大的一定的无效电流，当在频率到达独立运转检测等级时判定为独立运转，在这种情况下，频率异常阶段检测，依次检测无功功率变动的上升沿检测时刻的频率和下降沿检测时刻的频率，当本次的检测值与上次的检测值的差为增大、减少、 增大的顺序时，视为检测到频率异常阶段。图1是表示应用了本发明的系统互连逆变器的电路例。在系统互连逆变器3的输出，连接有由电抗器43和电容器41构成的滤波器，通过分散电源侧断路器8和受电点断路器9与电力系统6连接。此外，5为负载，7为负载配电用断路器。在带独立运转检测功能的分散电源的逆变器的控制装置中，使用电压检测器44 检测分散电源侧断路器8的系统侧电压，利用坐标转换器64将其以输出频率基准进行坐标转换，转换成与系统同相的成分(Vsd)和相位相差90°的成分(Vsq)。在确定输出频率的 PLL电路中，将该Vsq与指令值0的偏差输入调节器66，并将其输出与基准频率(例如50Hz 或60Hz)利用加法器67相加，再将其输出输入到振荡器69中，计算与《t相当的信号，然后将其输入到三角函数(例如cos)电路71，将其输出作为逆变器的输出正弦波指令信号。此外，在逆变器与系统同步的状态下，Vsq为0。另外该调节器66通常由PI调节器构成，在频率上升监视电路68动作时，通过比例增益的增大或积分时间的减少等来提高过渡响应，增大对于Vsq的调节器的输出量。接着说明限制有效电流的方法。该逆变器中，在电容器41和电抗器43之间利用电流检测器42检测输出电流，利用有效电流极值计算电路50计算其极值，利用限幅电路51 对有效电流指令值进行上下限的限制。此外，无效电流指令是按照与专利文献1相同的方法总是周期性变动的微小值， 在频率上升监视电路动作后，根据变化的频率值，成为进相或滞相的一定值。该计算与专利文献1相同，故省略说明。将上述有效电流指令和无效电流指令输入到以输出频率为基准的坐标转换器52， 计算输出电流指令U相和W相。将该输出电流指令U相和W相输入到输出电流控制电路 60，此处，生成U相电压指令信号、V相电压指令信号和W相电压指令信号。基于这三相的电压指令信号和输出频率，由三角波载波生成器70求出载波信号， 使用该载波信号进行PWM(脉冲宽度调制)控制，在选通信号生成电路63中生成逆变器的选通脉冲。PLL(Phase Locked Loop，锁相环)模块中，当基准频率+调节器输出超过频率上升等级时，PLL的比例增益增大，无效电流增大。相应地，有效电流限制值减少，在避免过电流的同时，频率迅速变化。通过由频率上限监视电路检测该频率的上升，能够可靠地检测独立运转。图2表示本发明的独立运转检测装置的电路结构图。包括检测无功功率变动的上升沿的上升沿检测电路EDU、检测下降沿的下降沿检测电路EDD、根据上升沿检测电路 EDU的输出保持频率检测值的采样保持电路SH1、根据下降沿检测电路EDD的输出保持频率检测值的采样保持电路SH2、求取采样保持电路SHl与SH2的差的减法器AD2、判定频率差是否达到频率异常阶段检测等级的比较器CP、判定比较器CP的输出是否持续了规定时间的确认时限电路DT、根据确认时限电路DT的输出信号对频率进行采样保持的采样保持电路SH3、计算采样保持电路SH3的保持值与实际的频率的差的减法器ADl和求取减法器ADl 的输出的绝对值的绝对值电路ABS。在这种结构中，根据无功功率变动，仅在满足下述(1) (3)的条件时视为检测到频率阶段异常，即使在无功功率的下降沿处频率检测值的差一度超过检测值的情况下， 如果在接下来的上升沿处频率检测值的差不低于检测等级，则也不视为检测到频率异常阶段，再次从下降沿开始监视。(1)下降沿处频率超过频率异常阶段等级。(2)上升沿处频率低于频率异常阶段等级。(3)再次下降沿处频率超过频率异常阶段等级。图3和图4表示图2的动作波形图。图3是基于本发明的原理检测独立运转时的动作模式的动作波形图，图4是根据本发明的原理没有检测到独立运转时的动作模式的动作波形图。在图3中，当系统在时刻ta被断路时，频率随着无功功率的变动而上升，在时刻
6tb，SH2的输出*SH1的输出超过频率异常阶段检测等级，比较器CP的输出为高(H)。之后， 当比较器CP的输出持续对确认时限DT设定的时间以上(无功功率变动的一周期以上)为高(H)时，在时刻td，确认时限电路DT的输出为高(H)。根据该信号，采样保持电路SH3动作，在保持频率的同时，将无功功率变动转变(shift)为一定值，进一步扩大频率变动。其结果，在时刻te，保持值与实际的频率的差超过独立运转检测等级，输出独立运转检测信号。像这样，当频率在时刻ta tb期间增大，在时刻tb tc期间减少，在时刻tc td 期间增大的情况下，检测到频率异常阶段，之后检测到独立运转。图4是表示频率变动在时刻ta tb期间增大，在时刻tb tc期间增大且在时刻tc td期间增大的情况下的动作。当系统在时刻ta被断路时，频率随着无功功率的变动而上升，在时刻tb，SH2的输出· SHl的输出超过频率异常阶段检测等级，比较器CP的输出为高(H)。当接着频率在时刻tc之前增大的情况下，在时刻tc，SHl的输出大于SH2的输出，比较器CP的输出为低(L)。即使频率继续上升，在时刻td，确认时限电路DT也不会动作，检测不到频率异常阶段，也检测不到独立运转。如上所述，根据无功功率变动，仅在满足上述(1) (3)的条件时视为检测到频率阶段异常，即使在无功功率的下降沿处频率检测值的差超过检测值的情况下，如果在接下来的上升沿处频率检测值的差不低于检测等级，则也不视为检测到频率异常阶段，再次从下降沿开始监视。在检测到频率异常阶段检测等级后，根据变化的频率值输出进相或滞相的一定无功功率值。其计算方法与专利文献1相同。
权利要求
1. 一种独立运转检测装置，通过对作为与电力系统互连来输出发电电力的分散型电源动作的系统互连逆变器的输出，常时输出一定周期的微小的无功功率变动，在转移到独立运转后检测到频率异常阶段的情况下输出一定的无功功率，并改变输出频率，来检测独立运转，该独立运转检测装置包括检测所述无功功率变动的上升沿的上升沿检测单元； 检测所述无功功率变动的下降沿的下降沿检测单元；和检测系统互连点或所述系统互连用逆变器输出的频率的频率检测单元， 在检测所述频率异常阶段时，依次检测所述上升沿检测时的频率和所述下降沿检测时的频率，在本次的检测值与上次的检测值的差为增大、减少、增大的顺序时，视为检测到频率异常阶段。
全文摘要
本发明提供独立运转检测装置。在通过超过频率上升或下降监视电路阶段等级，将无功功率从变动输出变更为一定输出检测独立运转的方式中，对于小规模系统，由于频率容易随负载变动而变动，所以存在容易误检测独立运转的问题。本发明的频率异常阶段的检测，依次检测无功功率变动的上升沿检测时的频率和下降沿检测时的频率，在本次的检测值与上次的检测值的差为增大、减少、增大的顺序时，视为检测到频率异常阶段。
文档编号G01R23/02GK102377195SQ20111018922
公开日2012年3月14日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月9日
发明者山田岁也, 藤井干介 申请人:富士电机株式会社