分散型电源系统的制作方法
【专利摘要】提供一种当系统电压瞬时下降时不会一起从系统中解列的分散型电源系统。一种分散型电源装置，其根据将规定的载波信号与三相的电压指令信号进行比较而得到的控制信号来控制逆变器电路(10)，将直流电力变换为交流电力来提供给三相交流电源(1)的电力系统，该分散型电源装置根据三相交流电源(1)的系统电压来生成三相的基波信号，根据该三相的基波信号来生成基准余弦波信号，根据基准余弦波信号和三相的基波信号来生成第三谐波信号，将三相基波信号与第三谐波信号相加来生成三相的电压指令信号。
【专利说明】分散型电源系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及与电力系统联网来供电的太阳光发电系统、风力发电系统等的分散型电源系统。
【背景技术】
[0002]以往，开发了将以太阳光、风力等为能源进行发电的直流电力变换为交流电力、并与电力系统联网来供电的太阳光发电系统、风力发电系统等的分散型电源系统。
[0003]图6是用于说明这种分散型电源系统的框图。各系统母线以及信号线通常以两根?三根(或者四根)线标明来表示两相或者三相回路，但是在此为了简单，以一根线为代表来标明。
[0004]在图6中，I是向电力系统进行供电的三相交流电源、2?4是开关、10是系统联网用的逆变器电路、11是太阳电池等的直流电源、100是控制逆变器电路10的控制电路、5是从三相交流电源I的电力系统接受供电的负荷、6是检测三相交流电源I的系统电压的电压检测器、7是检测逆变器电路10的输出电流的电流检测器、8是电容器、9是电抗器。
[0005]逆变器电路10是将半导体开关元件构成为三相桥式的电路。根据从控制电路100输出的脉宽调制(PWM:Pulse Width Modulation)的控制信号控制桥式构成的半导体开关元件的接通/断开状态。其结果，在逆变器电路10的输出端产生三相的交流电压。该三相交流电压是由将从直流电源11输出的直流电压进行脉宽调制而获得的脉冲列构成的电压。由电抗器9和电容器8构成的LC滤波器通过消除高次谐波成分来将由脉冲列构成的三相交流电压设为正弦波状的电压。消除了高次谐波成分的正弦波状的三相交流电压输出到三相交流电源I的电力系统。
[0006]控制电路100具备有PLL (Phase-Locked Loop:锁相环)运算单元12、三相电压指令信号生成单元13、坐标变换单元14、输出电流控制单元15、以及栅极信号生成电路16。
[0007]PLL运算单元12具有生成与由电压检测器6检测出的系统电压的相位一致的角频率的功能。关于PLL运算单元12的具体动作将后述。
[0008]三相电压指令信号生成单元13根据由PLL运算单元12所生成的角频率Co O来生成具有规定的振幅的三相的电压指令信号Vuref、Vvref、Vwref。
[0009]坐标变换单元14使用由PLL运算单元12所生成的角频率《 0来将有功电流指令Idref、无功电流指令Iqref进行坐标变换，生成U相的输出电流指令Iuref和W相的输出电流指令Iwref。
[0010]输出电流控制单元15进行交流电流调节(ACR)控制使得由坐标变换单元14所生成的U相以及W相的输出电流指令Iuref、Iwref与由电流检测器7检测出的逆变器电路10的输出电流Iu、Iw—致。输出电流控制单元15作为交流ACR控制的结果而生成用于校正各相的电压指令信号Vuref、Vvref、Vwref的校正信号AVuref、A Vvref > AVwref。
[0011]栅极信号生成电路16将各相的电压指令信号Vuref、Vvref、Vwref、和对各相的电压指令的校正信号AVuref、A Vvref > A vwref对各相相加而生成各相的调制信号。接着，栅极信号生成电路16将各相的调制信号与规定的载波信号的大小进行比较，生成进行脉宽调制的控制信号Gl?G6。控制信号Gl?G6对逆变器电路10输出。
[0012]逆变器电路10的半导体开关元件根据由栅极信号生成电路16所生成的控制信号Gl?G6来控制它的接通/断开状态。其结果，在逆变器电路10的输出端中产生三相的交流电压。
[0013]这样与电力系统联网的逆变器电路的输出电压控制方式例如公开在非专利文献I中。
[0014]另外，这种分散型电源系统要求向电力系统稳定地提供电力。因此，控制电路100根据系统电压的相位以及频率来进行从逆变器电路10输出的电压的频率以及相位的控制。为了实现这种控制，图6所示的分散型电源系统的控制电路100具备有PLL运算单元12。
[0015]作为图6所示的PLL运算单元12的一个例子，图7中表示专利文献I所公开的PLL运算单元的框图。
[0016]PLL运算单元12具备有a ^变换单元121、dq变换单元122、比例积分调节单元123、以及VCO(Voltage Controlled Oscillator:压控振荡器)单元124。此外，在以下的说明中还将比例积分调节单元123称为PI调节单元123。
[0017]a ^变换单元121将由电压检测器6检测出的三相的电压信号Vu、Vv、Vw变换为两相的电压信号Va、VP 0dq变换 单元122被从a ^变换单元121输入电压信号V a、被从VCO单兀124输入相位信号Q。dq变换单兀122根据相位信号0和电压信号V a、
计算出相位差成分Vd和同相成分Vq。PI调节单元123进行比例积分调节器(PI调节器)的运算控制使得相位差成分Vd成为零，并输出校正值。通过加法器126将该校正值加到系统电压信号的目标角频率而得到的校正角频率《0输出到VCO单元124。VCO单元124将与所输入的校正角频率相应的相位信号0输出给dq变换单元122。
[0018]通过该反馈控制，在相位差成分Vd成为零时锁定。此时，相位信号0与系统电压的相位一致。因而，从PLL运算单元12输出的校正角频率W0成为与系统电压的角频率一致。
[0019]专利文献1:日本特开2010-161901号公报
[0020]非专利文献1:電気学会静止器研究会(2001年10月23日)論文番号SA — 01 —39 (电气学会静止器研究会(2001年10月23日)论文编号SA-01-39)
【发明内容】
[0021]发明要解决的问题
[0022]另外，根据社团法人日本电气协会的系统联网专业会议发行的系统联网规定(JEAC9701-2006)，分散型电源系统在电力系统中产生异常的情况下从一次停止到重新起动是必须的。因此，分散型电源系统具备有检测电力系统的异常的保护功能。因而，当在电力系统中产生瞬时电压下降等的异常时，与同一个电力系统联网的多个分散型电源系统有可能一起从电力系统中解列。在这种情况下，担心引起系统频率的下降、系统电压的变动。因此，希望分散型电源系统在系统联网规定所确定的电力系统的异常更短时间的瞬时电压下降时也稳定地继续运行。[0023]然而，图6所示的分散型电源系统所具备的PLL运算单元12具备有PI调节单元123。PI调节单元123如下地发挥功能:通过根据对指令值0的相位差成分Vq的偏差量(=O-Vq)来进行比例运算和积分运算，使对指令值的输入信号的偏差成为零。
[0024]g卩，PI调节单元123具有积分功能，因此对输入电压信号的骤变无法瞬时地追踪输出信号。因此，已知如下:当在电力系统的相间发生短路等而系统电压瞬时地变动时，在系统电压与从逆变器电路10输出的电压之间短时间产生大的相位差。其结果，在电力系统与逆变器电路10之间产生以该相位差为起因的过电流。产生了过电流的分散型电源系统停止运行，因此存在如下问题:从电力系统中解列，变得无法提供电力。
[0025]本发明是为了解决如上所述的问题而作出的，其目的在于提供一种在电力系统中产生瞬时的电压变动也能够稳定地向电力系统提供电力的分散型电源系统。
[0026]用于解决问题的方案
[0027]为了达成上述目的，通过本发明所提供的分散型电源系统具备:逆变器电路，其是将半导体开关元件进行三相桥式接线而得到的；以及控制电路，其将规定的载波信号与三相的电压指令信号进行比较来生成用于控制上述半导体开关元件的控制信号，该分散型电源系统将对直流电力进行变换而得到的交流电力提供给三相交流电源的电力系统，该分散型电源系统的特征在于，上述电力变换系统具备检测上述三相交流电源的系统电压的电压检测器，并且上述控制电路具有:三相基波信号生成单元，其根据由上述电压检测器检测出的系统电压来生成第一基波信号、第二基波信号以及第三基波信号；基准信号生成单元，其根据上述第一基波信号、上述第二基波信号以及上述第三基波信号来生成与上述第一基波信号相同相位的第一基准信号；第三谐波信号生成单元，其使用根据上述第一基准信号而生成的三次谐波信号和从上述三相基波信号生成单元输出的上述第一基波信号、上述第二基波信号以及上述第三基波信号来生成第三谐波信号；以及三相电压指令信号生成单元，其将上述第一基波信号、上述第二基波信号以及上述第三基波信号分别与上述第三谐波信号相加来生成三相的电压指令信号。
[0028]根据该发明，三相的电压指令信号成为在第一?第三基波信号中将共通的第三谐波信号相加而获得的梯形波信号，因此与正弦波信号的情况相比能够提高向直流电源输出的电压的利用率。另外，在电力系统中产生瞬时的电压变动，分散型电源系统也能够追踪系统电压而控制输出电压。因而，能够防止由于系统电压与逆变器电路的输出电压之间的相位差所产生的过电流。
[0029]在本发明的优选的实施方式中，其特征在于，上述三相基波信号生成单元具有:基波成分抽取单元，其根据由上述电压检测器检测出的系统电压来抽取基波成分的信号；以及相位调整单元，其对所抽取出的上述基波成分的信号附加规定的相位值来生成上述第一基波信号、上述第二基波信号以及上述第三基波信号。并且，其特征在于，对所抽取出的上述基波成分的信号附加的相位值是在上述滤波器电路的输入输出电压之间产生的相位差量。
[0030]根据本实施方式，即使在分散型电源系统与三相交流电源之间存在滤波器电路，从分散型电源系统输出的电压在上述滤波器电路的输出点中被控制为与三相交流电源的电压相位相同相位。因而，在电力系统中产生瞬时的电压变动，分散型电源系统也能够追踪系统电压而控制输出电压。其结果，能够防止过电流的产生。[0031]在本发明的优选的实施方式中，其特征在于，上述基准信号生成单元具有:第一相位调整单元，其调整上述第二基波信号的相位来生成第四基波信号；第二相位调整单元，其调整上述第三基波信号的相位来生成第五基波信号；基准电压信号生成单元，其将上述第一基波信号、上述第四基波信号及上述第五基波信号相加来生成基准电压信号；第一基准信号生成单元，其生成与上述基准电压信号相同相位、振幅被归一化为规定值的上述第一基准信号；以及第二基准信号生成单元，其生成与上述第一基准信号具有90度的相位差的第二基准信号。
[0032]根据本实施方式，第一基准信号根据第一?第三基波信号的全部来生成，因此控制电路在电力系统的任意两相之间发生短路也能够生成用于控制逆变器电路的信号。因而，分散型电源系统能够继续运行。
[0033]发明的效果
[0034]根据本发明，能够提供一种在电力系统中发生瞬时电压下降也能够稳定地向电力系统提供电力的分散型电源系统。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是用于说明本发明所涉及的分散电源系统的实施方式的框图。
[0036]图2是表示三相电压指令信号生成单元的一个例子的框图。
[0037]图3是表示相位调整单元的一个例子的框图。
[0038]图4是表示基准信号生成单元的一个例子的框图。
[0039]图5是表示第三谐波信号生成单元的一个例子的框图。
[0040]图6是用于说明以往的分散电源系统的实施方式的框图。
[0041]图7是表示PLL控制单元的一个例子的框图。
【具体实施方式】
[0042]以下参照图1?图5来说明本发明的实施方式。此外，在图1?图5中，对与图6所示的以往的分散电源系统共通的结构要素附加相同标记并省略其说明。
[0043]图1是用于说明本发明所涉及的分散型电源系统的实施方式的框图。在图1中，附加了标记I?11的结构要素与图6的分散型电源系统相同。另一方面，不同之处在于在图1的分散型电源系统中由控制电路101来控制逆变器电路10。
[0044]控制电路101具备有坐标变换单元14、输出电流控制单元15、栅极信号生成电路
16、三相基波信号生成单元20、基准信号生成单元30、第三谐波信号生成单元40、以及三相电压指令信号生成单元50。此外，上述结构要素中的、附加了标记14?16的结构要素与控制电路100的结构要素相同。
[0045]以下一边进行具备上述结构要素的控制电路101的说明一边说明本发明所涉及的分散型电源系统的动作。
[0046]三相基波信号生成单元20将由电压检测器6检测出的三相交流电源I的系统电压作为输入来生成经过相位调整得到的三相的基波信号Vurefbase、Vvrefbase、Vwrefbase0以下以基波信号Vurefbase作为第一基波信号、基波信号Vurefbase作为第二基波信号、基波信号Vurefbase作为第三基波信号进行说明。但是，即使第一?第三基波信号为基波信号Vurefbase、Vvrefbase、Vwrefbase中的任一个，控制电路101的作用及其效果相冋。
[0047]图2是表示三相基波信号生成单元20的一个例子的框图。三相基波信号生成单元20具有带通滤波器21、相位调整单元22、以及加法器23。在以下的说明中带通滤波器21还称为BPF21。
[0048]BPF21是只使在输入信号所包含的频率成分中的规定的频率带宽的频率成分通过的滤波器(基波成分抽取单元)。在图2中，通过BPF21的频率带宽设定为系统电压的频率。由此，BPF21以由电压检测器6检测出的电力系统的U相和W相的电压信号Vu、Vw作为输入，来抽取它们的基波成分的信号Vubpf、Vwbpf并输出。
[0049]相位调整单元22以来自BPF21的信号Vubpf、Vwbpf作为输入而输出与这些信号相同的振幅值、并且对这些信号调整了规定量的相位的信号VurefBase、VwrefBase。
[0050]图3是表示相位调整单元22的一个例子的框图。相位调整单元22具有低通滤波器221、乘法器222、224、以及加法器223。低通滤波器221是使在输入信号所包含的频率成分中的、比截止频率fc低的频率带宽的频率成分通过的滤波器。在以下的说明中低通滤波器221还称为LPF221。另外，将相位调整单元22的输入信号设为Vin、输出信号设为Vout。
[0051]相位调整单元22使用乘法器222对将输入信号Vin输入到LPF221而获得的信号乘以规定的系数Kl来生成信号Vinlpf。接着，通过加法器223运算输入信号Vin与上述运算的结果所得到的信号Vinlpf之差A Vin (=Vin-Vinlpf)。并且，使用乘法器224对该结果所得到的信号A vin乘以规定的系数K2来生成输出信号Vout。
[0052]在此，LPF221的截止频率fc的周期T是T=l/fc。另外，角频率《为《=2 n fc。在这种情况下，相位调整单元22的关于输出信号Vout相对于输入信号Vin的相位以及增益|g|的特性以下述(I)式以及⑵式表示。
[0053][数式I]
[0054]位相
【权利要求】
1.一种分散型电源系统，具备: 逆变器电路，其是将半导体开关元件进行三相桥式接线而得到的；以及控制电路，其将规定的载波信号与三相的电压指令信号进行比较来生成用于控制上述半导体开关元件的控制信号， 该分散型电源系统将对直流电力进行变换而得到的交流电力提供给三相交流电源的电力系统， 该分散型电源系统的特征在于， 上述电力变换系统具备检测上述三相交流电源的系统电压的电压检测器，并且 上述控制电路具有: 三相基波信号生成单元，其根据由上述电压检测器检测出的系统电压来生成第一基波信号、第二基波信号以及第三基波信号； 基准信号生成单元，其根据上述第一基波信号、上述第二基波信号以及上述第三基波信号来生成与上述第一基波信号相同相位的第一基准信号； 第三谐波信号生成单元，其使用根据上述第一基准信号而生成的三次谐波信号和从上述三相基波信号生成单元输出的上述第一基波信号、上述第二基波信号以及上述第三基波信号来生成第三谐波信号；以及 三相电压指令信号生成单元，其将上述第一基波信号、上述第二基波信号以及上述第三基波信号分别与上述第三谐波信号相加来生成三相的电压指令信号。
2.根据权利要求1所述的分散型电源系统，其特征在于， 在上述三相交流电源与上述逆变器电路之间具备滤波器电路， 上述三相基波信号生成单元具有: 基波成分抽取单元，其根据由上述电压检测器检测出的系统电压来抽取基波成分的信号；以及 相位调整单元，其对所抽取出的上述基波成分的信号附加规定的相位值来生成上述第一基波信号、上述第二基波信号以及上述第三基波信号。
3.根据权利要求2所述的分散型电源系统，其特征在于， 对所抽取出的上述基波成分的信号附加的相位值是在上述滤波器电路的输入输出电压之间产生的相位差量。
4.根据权利要求1所述的分散型电源系统，其特征在于， 上述基准信号生成单元具有: 第一相位调整单元，其调整上述第二基波信号的相位来生成第四基波信号； 第二相位调整单元，其调整上述第三基波信号的相位来生成第五基波信号； 基准电压信号生成单元，其将上述第一基波信号、上述第四基波信号及上述第五基波信号相加来生成基准电压信号； 第一基准信号生成单元，其生成与上述基准电压信号相同相位、振幅被归一化为规定值的上述第一基准信号；以及 第二基准信号生成单元，其生成与上述第一基准信号具有90度的相位差的第二基准信号。
【文档编号】H02M7/48GK103430441SQ201280011381
【公开日】2013年12月4日 申请日期:2012年2月3日 优先权日:2011年3月23日
【发明者】金尾则一, 藤井干介, 山田岁也, 片山统弘 申请人:北陆电力株式会社, 富士电机株式会社