專利名稱：單相、三相電壓型交直轉換裝置以及穩(wěn)定控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種能夠對將來自配電系統(tǒng)網的交流轉換為直流來受電的負荷應用自主并行運行控制技術的單相電壓型交直轉換裝置、三相電壓型交直轉換裝置、以及穩(wěn)定控制方法。
背景技術：
已知如下的三相電壓型交直轉換裝置以及單相電壓型交直轉換裝置(例如，參照專利文獻1以及幻在配電系統(tǒng)網中并聯連接多臺直流能量源而并行運行的情況下，能夠實現各個裝置自主地控制輸出偏差的自主并行運行。專利文獻1 日本特開2007-236083號公報專利文獻2 日本特開2009-21擬63號公報

發(fā)明內容
另一方面，將來自配電系統(tǒng)網的電力轉換為直流而受電的負荷只根據自身的需要消耗電力，因而沒有考慮系統(tǒng)頻率、系統(tǒng)電壓的變動。因此，即使系統(tǒng)的負荷增大、系統(tǒng)頻率下降，負荷也根據自身的需要來消耗電力，所以有可能導致系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定。相反地，在由于大規(guī)模的負荷退出(drop)等而系統(tǒng)頻率上升的情況下也同樣地有可能導致不穩(wěn)定。另外，當負荷的功耗增大時有可能導致受電電壓下降。以往，需要電力事業(yè)人員采取避免這種系統(tǒng)頻率、系統(tǒng)電壓的變動的措施，但是存在如下問題負荷的功耗的變動大，電力事業(yè)人員無法單獨地來充分應對。因此，為了解決所述課題，本發(fā)明的目的在于，提供一種配置在負荷和配電系統(tǒng)網之間而能夠對系統(tǒng)頻率以及系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定作出貢獻的單相電壓型交直轉換裝置、三相電壓型交直轉換裝置以及系統(tǒng)頻率以及系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定控制方法。為了達成上述目的，本發(fā)明的單相電壓型交直轉換裝置、三相電壓型交直轉換裝置以及穩(wěn)定控制方法，對從配電系統(tǒng)網受電的負荷應用交直轉換裝置的自主并行運行控制技術。具體地說，本發(fā)明的單相電壓型交直轉換裝置，具備單相電壓型交直轉換電路，從交流端子看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬將來自單相交流源的單相交流電力轉換為直流電力并從直流端子輸出；相位差生成電路，具有使所述交流端子的單相交流輸出電壓的相位延遲而產生延遲單相交流的相位延遲單相交流生成器，根據所述延遲單相交流來生成與所述交流端子的單相交流輸出電壓和所述單相電壓型交直轉換電路的內部電動勢的相位差相應的相位差電壓；上位電壓控制電路，輸入由針對所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅的電壓振幅指令值以及針對頻率的頻率指令值所構成的上位指令矢量，根據所輸入的所述上位指令矢量、來自所述相位差生成電路的相位差電壓以及所述交流端子的單相交流輸出電壓，輸出以所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅以及頻率接近基于所述上位指令矢量的指令值的方式生成的電壓指令信號以及頻率指令信號；頻率控制電路，根據規(guī)定所述交流端子的單相交流輸出電壓的頻率的基準頻率、來自所述上位電壓控制電路的頻率指令信號以及來自所述相位差生成電路的輸出信號，確定所述單相電壓型交直轉換電路的所述內部電動勢的電角度，并生成生成電角度；以及下位電壓控制電路，根據所述交流端子的單相交流輸出電壓、所述頻率控制電路的生成電角度以及來自所述上位電壓控制電路的電壓指令信號，將以所述單相交流輸出電壓的振幅、頻率以及相位接近規(guī)定所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅的基準電壓、所述電壓指令信號以及所述生成電角度的合成值的方式生成的信號作為所述PWM指令輸出。另外，本發(fā)明的三相電壓型交直轉換裝置，具備三相電壓型交直轉換電路，從交流端子看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬將來自三相交流源的三相交流電力轉換為直流電力并從直流端子輸出；UM轉換電路，將所述交流端子的三相輸出電壓轉換到dq旋轉坐標空間并輸出，在所述dq旋轉坐標空間中，將與該三相輸出電壓的振幅相關的分量設為d軸分量，將與頻率差相關的分量設為q軸分量；上位電壓控制電路，輸入由針對所述交流端子的三相輸出電壓的振幅的電壓振幅指令值以及針對頻率的頻率指令值所構成的上位指令矢量，根據所輸入的所述上位指令矢量以及來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量，將以所述交流端子的三相輸出電壓的振幅以及頻率接近基于所述上位指令矢量的指令值的方式生成的信號作為電壓指令矢量輸出；下位電壓控制電路，根據規(guī)定所述交流端子的三相輸出電壓的振幅以及相位的基準電壓矢量、來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量以及來自所述上位電壓控制電路的電壓指令矢量，將以所述三相輸出電壓的振幅以及相位接近所述基準電壓矢量與所述電壓指令矢量的合成值的方式生成的信號作為所述PWM指令輸出；以及頻率控制電路，使根據規(guī)定所述交流端子的三相輸出電壓的頻率的基準頻率、以及來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量的所述q軸分量所生成的生成值與所述UM轉換電路中的轉換矩陣的旋轉角度同步。通過對從配電系統(tǒng)網受電的負荷應用交直轉換裝置的自主并行運行控制技術，能夠獲得針對有效功率的頻率的下降(drooping)特性(自由調節(jié)(governor free)特性)以及電壓維持特性(V-Q特性)自由調節(jié)特性是在系統(tǒng)頻率下降的情況下自動地縮小受電電力、而在增加的情況下自動地增加受電電力的特性，因此不管負荷如何都能對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定作出貢獻。并且，V-Q特性產生/吸收無效功率使得受電端電壓不依賴于負荷電力而保持為恒定，因此也能夠對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定作出貢獻。因而，本發(fā)明能夠提供一種能夠配置在負荷和配電系統(tǒng)網之間并對系統(tǒng)頻率、系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定作出貢獻的單相電壓型交直轉換裝置、三相電壓型交直轉換裝置。另外，本發(fā)明的其它單相電壓型交直轉換裝置，具備單相電壓型交直轉換電路，從交流端子看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬將來自與直流端子連接的直流電壓源的電力轉換為單相交流電力并從所述交流端子輸出，或者將來自與所述交流端子連接的單相交流源的單相交流電力轉換為直流電力并從所述直流端子輸出；相位差生成電路，具有使所述交流端子的單相交流輸出電壓的相位延遲、產生延遲單相交流的相位延遲單相交流生成器，根據所述延遲單相交流生成與所述交流端子的單相交流輸出電壓和所述單相電壓型交直轉換電路的內部電動勢的相位差相應的相位差電壓；上位電壓控制電路，輸入由針對所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅的電壓振幅指令值以及針對頻率的頻率指令值所構成的上位指令矢量，根據所輸入的所述上位指令矢量、來自所述相位差生成電路的相位差電壓以及所述交流端子的單相交流輸出電壓，輸出以所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅以及頻率接近基于所述上位指令矢量的指令值的方式生成的電壓指令信號以及頻率指令信號；頻率控制電路，根據規(guī)定所述交流端子的單相交流輸出電壓的頻率的基準頻率、來自所述上位電壓控制電路的頻率指令信號以及來自所述相位差生成電路的輸出信號來確定所述單相電壓型交直轉換電路的所述內部電動勢的電角度，并生成生成電角度；以及下位電壓控制電路，根據所述交流端子的單相交流輸出電壓、所述頻率控制電路的生成電角度以及來自所述上位電壓控制電路的電壓指令信號，將以所述單相交流輸出電壓的振幅、頻率以及相位接近規(guī)定所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅的基準電壓、所述電壓指令信號以及所述生成電角度的合成值的方式生成的信號作為所述PWM指令輸出。并且，本發(fā)明的其它三相電壓型交直轉換裝置，具備三相電壓型交直轉換電路，從交流端子看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬將來自與直流端子連接的直流電壓源的電力轉換為三相交流電力并從上述交流端子輸出，或者將來自與上述交流端子連接的三相交流源的三相交流電力轉換為直流電力并從直流端子輸出；UM轉換電路，將所述交流端子的三相輸出電壓轉換到dq旋轉坐標空間并輸出，在所述dq旋轉坐標空間中，將與該三相輸出電壓的振幅相關的分量設為d軸分量，將與頻率差相關的分量設為q軸分量；上位電壓控制電路，輸入由針對所述交流端子的三相輸出電壓的振幅的電壓振幅指令值以及針對頻率的頻率指令值所構成的上位指令矢量，根據所輸入的所述上位指令矢量以及來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量，將以所述交流端子的三相輸出電壓的振幅以及頻率接近基于所述上位指令矢量的指令值的方式生成的信號作為電壓指令矢量輸出；下位電壓控制電路，根據規(guī)定所述交流端子的三相輸出電壓的振幅以及相位的基準電壓矢量、來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量以及來自所述上位電壓控制電路的電壓指令矢量，將以所述三相輸出電壓的振幅以及相位接近所述基準電壓矢量與所述電壓指令矢量的合成值的方式生成的信號作為所述PWM指令輸出；以及頻率控制電路，使根據規(guī)定所述交流端子的三相輸出電壓的頻率的基準頻率、以及來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量的所述q軸分量所生成的生成值與所述UM轉換電路中的轉換矩陣的旋轉角度同
止
少ο本單相電壓型交直轉換裝置以及本三相電壓型交直轉換裝置既能夠將交流向直流進行轉換也能夠將直流向交流進行轉換，因此能夠將負荷設為蓄電池。根據系統(tǒng)頻率、系統(tǒng)電壓的變動，不管蓄電池中充電如何都能夠從蓄電池進行放電，還能夠對系統(tǒng)頻率、系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定作出貢獻。本發(fā)明的單相系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法，將所述單相電壓型交直轉換裝置的所述交流端子與單相交流的配電系統(tǒng)網連接，將所述直流端子與直流設備連接，按照所述配電系統(tǒng)網的單相交流電壓的頻率以及電壓振幅值與所述上位指令矢量的關系，調整所述單相電壓型交直轉換裝置與所述直流設備之間的直流電力，使得所述配電系統(tǒng)網的單相交流電壓的頻率變動變小，調整所述單相電壓型交直轉換裝置中的無效功率的大小，使得所述配電系統(tǒng)網的單相交流電壓的電壓變動變小。本發(fā)明的三相系統(tǒng)的穩(wěn)定控制方法，將三相電壓型交直轉換裝置的所述交流端子與三相交流的配電系統(tǒng)網連接，將所述直流端子與直流設備連接，按照所述配電系統(tǒng)網的三相交流電壓的頻率以及電壓振幅值與所述上位指令矢量的關系，調整所述三相電壓型交直轉換裝置與所述直流設備之間的直流電力，使得所述配電系統(tǒng)網的三相交流電壓的頻率變動變小，調整所述三相電壓型交直轉換裝置中的無效功率的大小，使得所述配電系統(tǒng)網的三相交流電壓的電壓變動變小。通過將所述單相電壓型交直轉換裝置以及所述三相電壓型交直轉換裝置連接在負荷與配電系統(tǒng)網之間，能夠對負荷應用自主并行運行控制技術。因而，本發(fā)明能夠提供一種能夠對系統(tǒng)頻率、系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定作出貢獻的穩(wěn)定控制方法。本發(fā)明的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，取得所述單相或者三相電壓型交直轉換裝置與所述直流設備之間的直流電壓以及直流電流中的至少1個信息并與規(guī)定值進行比較運算，作為所述上位指令矢量的頻率指令值輸入到所述單相或者三相電壓型交直轉換裝置。從向負荷的電壓或者電流值生成頻率指令值，因此能夠根據負荷的狀況對系統(tǒng)頻率、系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定作出貢獻。本發(fā)明能夠提供一種配置在負荷和配電系統(tǒng)網之間并能夠對系統(tǒng)頻率以及系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定作出貢獻的單相電壓型交直轉換裝置、三相電壓型交直轉換裝置以及系統(tǒng)頻率以及系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定控制方法。


圖1是與本發(fā)明有關的三相電壓型交直轉換裝置的概要結構圖。圖2是與本發(fā)明有關的三相電壓型交直轉換裝置的概要結構圖。圖3是與本發(fā)明有關的三相電壓型交直轉換裝置的概要結構圖。圖4是與本發(fā)明有關的三相電壓型交直轉換裝置所具備的三相電壓型交直轉換電路的概要結構圖。圖5是與本發(fā)明有關的三相電壓型交直轉換裝置所具備的三相電壓型交直轉換電路的概要結構圖。圖6是與本發(fā)明有關的三相電壓型交直轉換裝置所具備的三相電壓型交直轉換部的概要結構圖。圖7是與本發(fā)明有關的三相電壓型交直轉換裝置所具備的三相交流濾波器電路的概要結構圖。圖8是與本發(fā)明有關的單相電壓型交直轉換裝置的概要結構圖。圖9是與本發(fā)明有關的單相電壓型交直轉換裝置的概要結構圖。圖10是與本發(fā)明有關的單相電壓型交直轉換裝置的概要結構圖。圖11是與本發(fā)明有關的單相電壓型交直轉換裝置所具備的單相電壓型交直轉換電路的概要結構圖。圖12是與本發(fā)明有關的單相電壓型交直轉換裝置所具備的單相電壓型交直轉換電路的概要結構圖。圖13是與本發(fā)明有關的單相電壓型交直轉換裝置所具備的單相電壓型交直轉換部的概要結構圖。圖14是與本發(fā)明有關的單相電壓型交直轉換裝置所具備的單相交流濾波器電路的概要結構圖。圖15是與本發(fā)明有關的單相電壓型交直轉換裝置所具備的相位差生成電路的概要結構圖。圖16是說明與本發(fā)明有關的配電系統(tǒng)的圖。圖17是說明與本發(fā)明有關的配電系統(tǒng)的圖。圖18是負荷的具體例子。圖19是負荷的具體例子。圖20是負荷的具體例子。附圖標記說明111 三相電壓型交直轉換裝置；121、121-1、121-2 直流端子；122、122_1、122_2、122-3 交流端子；124,125,126 交流端子；131 :UM轉換電路；132 :M轉換電路；133 :U轉換電路；134 :電流檢測電路；135 :UM轉換電路；140 三相電壓型交直轉換電路；140-1、140-2 三相電壓型交直轉換電路；141 柵極信號發(fā)生器；142 三相電壓型交直轉換部；143 電流檢測電路；144 電壓檢測電路；145 三相交流濾波器電路；146a_146f 二極管；146g-1461 自己消弧型開關；147a-147c 電阻；147d_147f 電流控制用電感器；147g-147i :電容器；150 頻率控制電路；151 基準頻率設定器；152 旋轉坐標轉換矩陣；153 環(huán)路濾波器；巧4 第一時間積分器；155 第二時間積分器；156 加法器；157 生成值；160 第一下位電壓控制電路；161 第一基準電壓矢量設定器；162 加法器；163 :減法器；164 第一電壓控制器；165 第一逆U轉換器；166 濾波器電流補償器；167 =PWM電流偏差補償器；168 前饋放大器；169 加法器；170 第一上位電壓控制電路；171 :減法器；172 第一上位控制放大器；211 單相電壓型交直轉換裝置；221、221-1、221-2 直流端子；222 交流端子；222-1,222-3 交流端子；223 直流電壓源；224,226 交流端子；230 相位差生成電路；231 輸出電壓檢測電路；233-1 233-3 端子；234 輸出電流檢測電路；235 相位延遲單相交流生成器；236 相位差電壓生成器；238 變流器；240 單相電壓型交直轉換電路；240-1、240-2 單相電壓型交直轉換電路；241 柵極信號發(fā)生器；242 單相電壓型交直轉換部；M3 電流檢測電路；M4 電壓檢測電路；245 單相交流濾波器電路；246a、246b、246e、246f 二極管;246g、246h、246k、2461 自己消弧型開關；247a 電阻；247d 電感器；247g 電容器；250 頻率控制電路；251 基準頻率設定器；252 旋轉坐標轉換矩陣；253 環(huán)路濾波器；255 時間積分器；256 第二加法器；257 生成電角度；258 第三加法器；260 下位電壓控制電路；261 基準電壓設定器；262 第一加法器；263 第三減法器；264 電壓控制器；265 第二乘法器；266 濾波器電流補償器；267 =PWM電流偏差補償器；268 前饋放大器；269 第四加法器；270 上位電壓控制電路；271a 第一減法器；271b 第二減法器；272a 第一上位控制放大器；272b 第二上位控制放大器；273 第一乘法器；301、302 配電系統(tǒng)；311 配電系統(tǒng)網；312 負荷；312-1 電池；312-2 :電熱器；312-3 加熱泵/熱水器(EcoCute)驅動用逆變器；313 運算器；520 上位指令矢量；521 限幅器
具體實施例方式參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。下面說明的實施方式是本發(fā)明的實施例，本發(fā)明并不被下面的實施方式所限制。此外，在本說明書以及附圖中標記相同的結構要素表示相互相同的要素。(第1實施方式)在圖1以及圖2中表示與本實施方式有關的三相電壓型交直轉換裝置的概要結構圖。圖1所示的三相電壓型交直轉換裝置111具備三相電壓型交直轉換電路140，從交流端子122看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬將來自與直流端子121連接的直流電壓源的電力轉換為三相交流電力并從交流端子122輸出，或者將來自與交流端子122連接的三相交流源的三相交流電力轉換為直流電力并從直流端子121輸出；UM轉換電路131，將交流端子122的三相輸出電壓轉換到dq旋轉坐標空間并輸出；第一上位電壓控制電路170，將根據上位指令矢量520以及來自UM轉換電路131的輸出電壓矢量所生成的信號作為電壓指令矢量輸出；第一下位電壓控制電路160，根據基準電壓矢量、來自UM轉換電路131的輸出電壓矢量以及來自第一上位電壓控制電路170的電壓指令矢量將所生成的信號作為PWM指令輸出；以及頻率控制電路150，使根據基準頻率、以及來自UM轉換電路131的輸出電壓矢量的q軸分量所生成的生成值與UM轉換電路131中的旋轉坐標轉換矩陣152的旋轉角度同步。三相電壓型交直轉換電路140根據基于PWM指令由柵極信號發(fā)生器141所產生的柵極信號的脈寬將來自未圖示的三相交流源的電力轉換為直流電力。三相交流源例如能夠例示配電系統(tǒng)網。另外，三相電壓型交直轉換電路140根據基于PWM指令由柵極信號發(fā)生器141所產生的柵極信號的脈寬將來自未圖示的直流電壓源的電力轉換為三相交流電力。直流電壓源能夠例示由電池等單獨輸出直流電壓的電壓源、以風力發(fā)電等發(fā)電方法發(fā)電并進行整流而輸出直流電壓的電壓源、或者控制直流電容器的電壓并輸出直流電壓的電壓源。在這種情況下，也可以設為在UM轉換電路131的連接點與交流端子122之間還具備阻流電感器(blocking inductor)，經由阻流電感器從交流端子122輸出三相輸出電壓的每一個。能夠防止三相電壓型交直轉換電路140中的PWM分量向交流端子122流出。在圖4以及圖5中表示三相電壓型交直轉換電路的概要結構圖。圖4所示的三相電壓型交直轉換電路140-1具備三相電壓型交直轉換部142，從交流端子122看具有內部等效阻抗，根據產生的柵極信號的脈寬由直流端子121接受來自直流電壓源的電力并轉換為三相交流電力而從交流端子122輸出，或者根據柵極信號的脈寬將來自與交流端子122連接的配電系統(tǒng)網的電力轉換為直流電力并從直流端子121輸出；電流檢測電路143，檢測來自三相電壓型交直轉換部142的三相輸出電流、或者來自交流端子122的三相輸入電流，輸出根據三相輸出電流或者三相輸入電流的大小所生成的信號；柵極信號發(fā)生器141，產生并輸出柵極信號使得PWM指令與來自電流檢測電路143的輸出的差分接近零；以及三相交流濾波器電路145，從三相電壓型交直轉換部142的三相輸出電壓去除在三相電壓型交直轉換部142中以柵極信號為起因的高頻分量，并進行輸出。另外，圖5所示的三相電壓型交直轉換電路140-2，代替圖4的電流檢測電路143而具備電壓檢測電路144，該電壓檢測電路144檢測來自三相電壓型交直轉換部142的三相輸出電壓、或者來自交流端子122的三相輸入電壓，輸出根據三相輸出電壓的大小所生成的信號。在這種情況下，柵極信號發(fā)生器141產生并輸出柵極信號，使得PWM指令與來自電壓檢測電路144的輸出的差分接近零。
圖4以及圖5所示的三相電壓型交直轉換部142所具有內部等效阻抗，既能夠如后述那樣地通過圖1的三相電壓型交直轉換裝置111內的控制變量來設置，也能夠通過在圖4以及圖5的三相電壓型交直轉換電路140-1、140-2的交流端子122側連接電阻、電抗器、三相變壓器或者這些的組合來設置。例如，既可以在三相電壓型交直轉換電路140-1、140-2的交流端子122側分別串聯連接電阻或者電抗器，另外也可以在連接了電阻的情況下在電阻的后級分別串聯連接電抗器。另外，也可以在三相電壓型交直轉換電路140-1、140-2的交流端子122側連接三相變壓器。另外，也可以在三相電壓型交直轉換電路140-1、140-2的交流端子122側分別連接了電抗器的情況下，在電抗器的后級連接三相變壓器。并且，也可以在三相電壓型交直轉換電路140-1、140-2的交流端子122側分別連接了電阻、在電阻的后級分別串聯連接了電抗器的情況下，在該電抗器的后級連接三相變壓器。這樣，三相電壓型交直轉換部142通過具有內部等效阻抗，圖1的三相電壓型交直轉換裝置111能夠作為電壓源或者負荷而與電力系統(tǒng)連接。通過將圖1的三相電壓型交直轉換電路140設為圖4或者圖5所示的結構，三相電壓型交直轉換裝置111具備三相交流濾波器電路145(圖4以及圖5)，因此能夠從來自三相電壓型交直轉換部142的輸出中去除在三相電壓型交直轉換部142中的以柵極信號為起因的高頻分量。另外，在從直流電壓源向交流端子122提供電力的情況下，在電流檢測電路143或者電壓檢測電路144中檢測來自三相電壓型交直轉換部142的電流或者電壓，在柵極信號發(fā)生器141中產生柵極信號使得PWM指令與來自電流檢測電路143或者電壓檢測電路144的輸出的差分接近零，從而能夠進行控制使得電流誤差在允許范圍內、或者使輸出電壓追蹤PWM指令。另一方面，在從配電系統(tǒng)網向直流端子121提供電力的情況下，在電流檢測電路143或者電壓檢測電路144中檢測來自交流端子122的電流或者電壓，在柵極信號發(fā)生器141中產生柵極信號使得PWM指令與來自電流檢測電路143或者電壓檢測電路144的輸出的差分接近零，從而能夠進行控制使得電流誤差在允許范圍內、或者使輸出電壓追蹤PWM指令。這里，在圖6中表示圖4以及圖5中的三相電壓型交直轉換部的概要結構圖。另外，在圖7中表示圖4以及圖5中的三相交流濾波器電路的概要結構圖。圖6所示的三相電壓型交直轉換部142具備6個自己消弧型開關146g_1461和6個二極管146a-146f，構成三相橋。自己消弧型開關146g_1461是根據輸入信號的導通/關斷來切換開關的導通/關斷的元件，能夠例示GTO (柵極可關斷晶體管)、IGBT (絕緣柵雙極型晶體管)。三相電壓型交直轉換部142根據來自圖4或者圖5所示的柵極信號發(fā)生器141的指令通過脈沖信號針對6個自己消弧型開關146g-1461的每一個切換6個開關的導通/關斷，從而能夠將來自直流電壓源123的電力轉換為三相交流電力并從3個交流端子124、125、1沈輸出。能夠通改變脈沖信號的脈寬而使輸出電壓變化。另一方面，三相電壓型交直轉換部142根據來自圖4或者圖5所示的柵極信號發(fā)生器141的指令通過脈沖信號針對6個自己消弧型開關146g-1461的每一個切換6個開關的導通/關斷，從而能夠將來自與交流端子1對、125、1沈連接的配電系統(tǒng)網的電力轉換為直流電力并從直流端子121-1、121-2輸出。能夠通改變脈沖信號的脈寬而使輸出電壓變化。此外，在圖6中直流端子121-1、121-2與作為概要圖的圖1的直流端子121相對應。圖7所示的三相交流濾波器電路145在由輸入側的交流端子124、125、1 接受來自圖4或者圖5的三相電壓型交直轉換部142的三相輸出并從輸出側的交流端子122-1、122-2、122-3輸出的之間，具備電流控制用電感器147d、147e、147f，控制各相中的電流；以及連接在各相間的電阻147a、147b、147c、以及電容器147g、147h、147i。電流控制用電感器147d、147e、147f、電阻147a、147b、147c以及電容器147gU47hU47i的各容量能夠根據來自輸出側的交流端子122-1、122-2、122-3的輸出信號的頻率特性而適當確定。此外，也可以沒有電阻147a、147b、147c。在圖4以及圖5的三相電壓型交直轉換電路140_1、140_2中，能夠作為三相交流濾波器電路145應用圖7的三相交流濾波器電路145而去除三相電壓型交直轉換部142中的以柵極信號為起因的高頻分量。此外，在圖7中，交流端子122-1、122-2、122-3與作為概要圖的圖1的交流端子122相對應。圖1的UM轉換電路131通過下面的數式⑴ (3)將交流端子122中的三相電壓轉換到dq旋轉坐標空間上并輸出，該dq旋轉坐標空間將與該三相電壓的振幅相關的分量設為d軸分量，將與頻率差相關的分量設為q軸分量。在數式(3)中，將輸入到UM轉換電路131的三相電壓設為(Va，Vb, Vc)，將來自UM轉換電路131的輸出電壓矢量(d軸分量，q軸分量)設為(Vd，Vq)。在圖1中，UM轉換電路131分別輸出到頻率控制電路150、第一下位電壓控制電路160以及第一上位電壓控制電路170。這里，當通過數式⑴ (3)進行UM轉換的運算時，檢測交流端子122的三相電壓。在這種情況下，也可以設為三相電壓中的三相都進行檢測，但是在三相電壓中，如果確定了任意2個電壓，則剩下的1個電壓也被確定，因此UM轉換電路131也可以設為檢測三相電壓中的任意2個。另外，也可以設為在UM轉換電路131的前級具備低通濾波器，經由低通濾波器來檢測向UM轉換電路131的三相電壓。能夠從三相電壓去除PWM分量而穩(wěn)定三相電壓型交直轉換裝置111的控制。另外，也可以設為在UM轉換電路131的后級具備低通濾波器，經由低通濾波器來輸出來自UM轉換電路131的輸出電壓矢量。能夠從來自UM轉換電路131的輸出電壓矢量去除PWM分量而穩(wěn)定三相電壓型交直轉換裝置111的控制。[數式1]
權利要求
1.一種單相電壓型交直轉換裝置，其特征在于，具備單相電壓型交直轉換電路，從交流端子看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬而將來自單相交流源的單相交流電力轉換為直流電力并從直流端子輸出；相位差生成電路，具有使所述交流端子的單相交流輸出電壓的相位延遲、產生延遲單相交流的相位延遲單相交流生成器，根據所述延遲單相交流而生成與所述交流端子的單相交流輸出電壓和所述單相電壓型交直轉換電路的內部電動勢的相位差相應的相位差電壓；上位電壓控制電路，輸入由針對所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅的電壓振幅指令值以及針對頻率的頻率指令值構成的上位指令矢量，根據所輸入的所述上位指令矢量、來自所述相位差生成電路的相位差電壓以及所述交流端子的單相交流輸出電壓，輸出以所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅以及頻率接近基于所述上位指令矢量的指令值的方式生成的電壓指令信號以及頻率指令信號；頻率控制電路，根據規(guī)定所述交流端子的單相交流輸出電壓的頻率的基準頻率、來自所述上位電壓控制電路的頻率指令信號以及來自所述相位差生成電路的輸出信號，確定所述單相電壓型交直轉換電路的所述內部電動勢的電角度，并生成生成電角度；以及下位電壓控制電路，根據所述交流端子的單相交流輸出電壓、所述頻率控制電路的生成電角度以及來自所述上位電壓控制電路的電壓指令信號，將以所述單相交流輸出電壓的振幅、頻率以及相位接近規(guī)定所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅的基準電壓、所述電壓指令信號以及所述生成電角度的合成值的方式生成的信號作為所述PWM指令輸出。
2.—種三相電壓型交直轉換裝置，其特征在于，具備三相電壓型交直轉換電路，從交流端子看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬而將來自三相交流源的三相交流電力轉換為直流電力并從直流端子輸出；UM轉換電路，將所述交流端子的三相輸出電壓轉換到dq旋轉坐標空間并輸出，在所述dq旋轉坐標空間中，將與該三相輸出電壓的振幅相關的分量設為d軸分量，將與頻率差相關的分量設為q軸分量；上位電壓控制電路，輸入由針對所述交流端子的三相輸出電壓的振幅的電壓振幅指令值以及針對頻率的頻率指令值所構成的上位指令矢量，根據所輸入的所述上位指令矢量以及來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量，將以所述交流端子的三相輸出電壓的振幅以及頻率接近基于所述上位指令矢量的指令值的方式生成的信號作為電壓指令矢量輸出；下位電壓控制電路，根據規(guī)定所述交流端子的三相輸出電壓的振幅以及相位的基準電壓矢量、來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量以及來自所述上位電壓控制電路的電壓指令矢量，將以所述三相輸出電壓的振幅以及相位接近所述基準電壓矢量與所述電壓指令矢量的合成值的方式生成的信號作為所述PWM指令輸出；以及頻率控制電路，使根據規(guī)定所述交流端子的三相輸出電壓的頻率的基準頻率、以及來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量的所述q軸分量所生成的生成值與所述UM轉換電路中的轉換矩陣的旋轉角度同步。
3.一種單相電壓型交直轉換裝置，其特征在于，具備單相電壓型交直轉換電路，從交流端子看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬將來自與直流端子連接的直流電壓源的電力轉換為單相交流電力并從所述交流端子輸出，或者將來自與所述交流端子連接的單相交流源的單相交流電力轉換為直流電力并從所述直流端子輸出；相位差生成電路，具有使所述交流端子的單相交流輸出電壓的相位延遲、產生延遲單相交流的相位延遲單相交流生成器，根據所述延遲單相交流生成與所述交流端子的單相交流輸出電壓和所述單相電壓型交直轉換電路的內部電動勢的相位差相應的相位差電壓；上位電壓控制電路，輸入由針對所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅的電壓振幅指令值以及針對頻率的頻率指令值所構成的上位指令矢量，根據所輸入的所述上位指令矢量、來自所述相位差生成電路的相位差電壓以及所述交流端子的單相交流輸出電壓，輸出以所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅以及頻率接近基于所述上位指令矢量的指令值的方式生成的電壓指令信號以及頻率指令信號；頻率控制電路，根據規(guī)定所述交流端子的單相交流輸出電壓的頻率的基準頻率、來自所述上位電壓控制電路的頻率指令信號以及來自所述相位差生成電路的輸出信號，確定所述單相電壓型交直轉換電路的所述內部電動勢的電角度，并生成生成電角度；以及下位電壓控制電路，根據所述交流端子的單相交流輸出電壓、所述頻率控制電路的生成電角度以及來自所述上位電壓控制電路的電壓指令信號，將以所述單相交流輸出電壓的振幅、頻率以及相位接近規(guī)定所述交流端子的單相交流輸出電壓的振幅的基準電壓、所述電壓指令信號以及所述生成電角度的合成值的方式生成的信號作為所述PWM指令輸出。
4.一種三相電壓型交直轉換裝置，其特征在于，具備三相電壓型交直轉換電路，從交流端子看具有內部等效阻抗，根據基于PWM指令所產生的柵極信號的脈寬將來自與直流端子連接的直流電壓源的電力轉換為三相交流電力并從上述交流端子輸出，或者將來自與上述交流端子連接的三相交流源的三相交流電力轉換為直流電力并從直流端子輸出；UM轉換電路，將所述交流端子的三相輸出電壓轉換到dq旋轉坐標空間上并輸出，在所述dq旋轉坐標空間中，將與該三相輸出電壓的振幅相關的分量設為d軸分量，將與頻率差相關的分量設為q軸分量；上位電壓控制電路，輸入由針對所述交流端子的三相輸出電壓的振幅的電壓振幅指令值以及針對頻率的頻率指令值所構成的上位指令矢量，根據所輸入的所述上位指令矢量以及來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量，將以所述交流端子的三相輸出電壓的振幅以及頻率接近基于所述上位指令矢量的指令值的方式生成的信號作為電壓指令矢量輸出；下位電壓控制電路，根據規(guī)定所述交流端子的三相輸出電壓的振幅以及相位的基準電壓矢量、來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量以及來自所述上位電壓控制電路的電壓指令矢量，將以所述三相輸出電壓的振幅以及相位接近所述基準電壓矢量與所述電壓指令矢量的合成值的方式生成的信號作為所述PWM指令輸出；以及頻率控制電路，使根據規(guī)定所述交流端子的三相輸出電壓的頻率的基準頻率、以及來自所述UM轉換電路的輸出電壓矢量的所述q軸分量生成的生成值與所述UM轉換電路中的轉換矩陣的旋轉角度同步。
5.一種穩(wěn)定控制方法，其特征在于，將權利要求1或3所述的單相電壓型交直轉換裝置的所述交流端子與單相交流的配電系統(tǒng)網連接，將所述直流端子與直流設備連接，按照所述配電系統(tǒng)網的單相交流電壓的頻率以及電壓振幅值與所述上位指令矢量的關系，調整所述單相電壓型交直轉換裝置與所述直流設備之間的直流電力，使得所述配電系統(tǒng)網的單相交流電壓的頻率變動變小，調整所述單相電壓型交直轉換裝置中的無效功率的大小，使得所述配電系統(tǒng)網的單相交流電壓的電壓變動變小。
6.根據權利要求5所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，取得所述單相電壓型交直轉換裝置與所述直流設備之間的直流電壓以及直流電流中的至少1個信息并與規(guī)定值進行比較運算，作為所述上位指令矢量的頻率指令值輸入到所述單相電壓型交直轉換裝置。
7.一種穩(wěn)定控制方法，其特征在于，將權利要求2或者4所述的三相電壓型交直轉換裝置的所述交流端子與三相交流的配電系統(tǒng)網連接，將所述直流端子與直流設備連接，按照所述配電系統(tǒng)網的三相交流電壓的頻率以及電壓振幅值與所述上位指令矢量的關系，調整所述三相電壓型交直轉換裝置與所述直流設備之間的直流電力，使得所述配電系統(tǒng)網的三相交流電壓的頻率變動變小，調整所述三相電壓型交直轉換裝置中的無效功率的大小，使得所述配電系統(tǒng)網的三相交流電壓的電壓變動變小。
8.根據權利要求7所述的穩(wěn)定控制方法，其特征在于，取得所述三相電壓型交直轉換裝置與所述直流設備之間的直流電壓以及直流電流中的至少1個信息并與規(guī)定值進行比較運算，作為所述上位指令矢量的頻率指令值輸入到所述三相電壓型交直轉換裝置。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于，提供一種配置在負荷和配電系統(tǒng)網之間、能夠對系統(tǒng)頻率以及系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定作出貢獻的單相電壓型交直轉換裝置、三相電壓型交直轉換裝置、以及系統(tǒng)頻率以及系統(tǒng)電壓的穩(wěn)定控制方法。對從配電系統(tǒng)網受電的負荷應用交直轉換裝置的自主并行運行控制技術，從而能夠得到針對有效功率的頻率的下降特性(自由調節(jié)特性)以及電壓維持特性(V-Q特性)。自由調節(jié)特性是在系統(tǒng)頻率下降了的情況下自動地減少受電電力、在增加了的情況下自動地增加受電電力的特性，因此能夠不論負荷如何都能對系統(tǒng)頻率穩(wěn)定作出貢獻。并且，V-Q特性產生/吸收無效功率，使得受電端電壓不依賴負荷電力而保持為恒定，因此也能夠對系統(tǒng)電壓穩(wěn)定作出貢獻。
文檔編號H02J3/12GK102386791SQ201110253189
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權日2010年8月31日
發(fā)明者大島正明, 宇敷修一, 渡邊清美, 源島康廣 申請人:歐利生電氣株式會社