矩阵变换器、发电系统以及功率因数控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及矩阵变换器、发电系统以及功率因数控制方法。
【背景技术】
[0002]以往，作为电力转换装置，已知有将交流电源(例如，电力系统)的电压直接转换为任意频率、电压的矩阵变换器。这样的矩阵变换器例如能够抑制高次谐波电流、有效利用再生电力，因而作为新式电力转换装置而受到关注(例如，参照专利文献1)。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1:日本特开2002-354815号公报
【发明内容】
[0006]发明所要解决的问题
[0007]但是，矩阵变换器有时很难适当地控制电力系统侧的功率因数。例如，在转换电力系统的电压并向发电机输出、从而将发电机的功率提供给电力系统的矩阵变换器中，当在电力系统侧设置滤波器时，有时很难通过构成滤波器的电容器的超前电流来将电力系统侧的功率因数保持为1。
[0008]本发明实施方式的一种方式就是鉴于上述状况而作出的，其目的在于提供一种能够适当地控制电力系统侧的功率因数的矩阵变换器、发电系统以及功率因数控制方法。
[0009]用于解决问题的技术方案
[0010]实施方式的一种方式所涉及的矩阵变换器具备电力转换部和控制部。所述电力转换部具有多个双向开关，且设置在电力系统和旋转电机之间。所述控制部控制从所述电力转换部流向所述旋转电机的励磁电流，以控制所述电力系统侧的功率因数。
[0011]发明效果
[0012]根据实施方式的一种方式，提供了一种能适当地控制电力系统侧的功率因数的矩阵变换器、发电系统以及功率因数控制方法。
【附图说明】
[0013]图1是表示实施方式涉及的发电系统结构的一例的图。
[0014]图2是表不双向开关的一例的图。
[0015]图3是表示已调整功率因数角时的转速、有功功率、无功功率以及系统侧功率因数的关系例的图。
[0016]图4是表示基于励磁电流的系统侧功率因数的控制的说明图。
[0017]图5是表示矩阵变换器的控制部结构的一例的图。
[0018]图6是表示切换向旋转电机输出的电压的一例的图。
[0019]图7是表示控制部的处理流程的一例的流程图。
[0020]图8是表示矩阵变换器的控制部结构的其他例的图。
[0021]附图标记说明
[0022]1矩阵变换器
[0023]2旋转电机
[0024]3电力系统
[0025]4位置检测器
[0026]10电力转换部
[0027]11滤波器
[0028]12、13电流检测部
[0029]14电压检测部
[0030]15控制部
[0031]20相位检测器
[0032]21 dq坐标转换器
[0033]22 q轴电流指令生成器
[0034]23 d轴电流指令生成器
[0035]24、25、34、41 减法器
[0036]26 q轴电流控制器
[0037]27 d轴电流控制器
[0038]28坐标转换器
[0039]29驱动控制器
[0040]30功率因数指令生成器
[0041]31限制器
[0042]32无功电流指令输出器
[0043]33无功电流抽出器
[0044]35、42PI 控制器
[0045]51转速检测器
[0046]52判定器
[0047]53 d轴电流指令生成器
[0048]100发电系统
【具体实施方式】
[0049]下面，参照附图详细说明本发明公开的矩阵变换器、发电系统以及功率因数控制方法的实施方式。此外，以下示出的实施方式并非限定本发明。
[0050][1.发电系统]
[0051]图1是表示实施方式涉及的发电系统结构的一例的图。如图1所示，实施方式涉及的发电系统100具备矩阵变换器1和旋转电机2。矩阵变换器1设置在旋转电机2和三相交流的电力系统3之间，进行旋转电机2和电力系统3之间的电力转换。
[0052]在以下的实施方式中，作为旋转电机2的一例，例如说明同步电动机等交流发电机(ACG)。但旋转电机2不限于交流发电机，例如也可以是交流电动机。另外，在旋转电机2的旋转轴Αχ上设置位置检测器4，用于检测表示旋转电机2的转子位置(机械角)的旋转位置Θ,，由该位置检测器4检测出的旋转位置Θ,被输入到矩阵变换器1。
[0053][2.矩阵变换器1]
[0054]如图1所示，矩阵变换器1具备:电力转换部10 ;滤波器11 ;电流检测部12、13 ;电压检测部14 ;控制部15滿子^^淑及端子!'。、!^!^旋转电机2与端子接，电力系统3与端子TR、Ts、1\连接。
[0055]电力转换部10具备将电力系统3的R相、S相以及T相的各相与旋转电机2的U相、V相以及W相的各相连接的多个双向开关Swl?Sw9。双向开关Swl?Sw3是分别将电力系统3的R相、S相、T相与旋转电机2的U相连接的双向开关。
[0056]双向开关Sw4?Sw6是将电力系统3的R相、S相、T相与旋转电机2的V相分别连接的双向开关。双向开关Sw7?Sw9是将电力系统3的R相、S相、R相与旋转电机2的W相分别连接的双向开关。
[0057]双向开关Swl?Sw9例如具有图2所示那样的结构。图2是表示各双向开关Swl?Sw9的结构例的图。如图2所示，各双向开关Swl?Sw9是由开关元件16与二极管18形成的串联连接体、和开关元件17与二极管19形成的串联连接体呈反向并联连接而构成。
[0058]开关元件16、17 例如为 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)或IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor:绝缘栅双极型晶体管)等的半导体开关元件。另外，开关元件16、17也可以为下一代半导体开关元件的SiC、GaN。
[0059]另外，双向开关Swl?Sw9不限于图2所示的结构。例如，在图2所示的例子中，二极管18、19的阴极彼此并不连接，但双向开关Swl?Sw9也可以为二极管18、19的阴极彼此连接的结构。另外，开关元件16、17为反向阻断IGBT时，也可以不设置二极管18、19。
[0060]返回图2继续矩阵变换器1的说明。滤波器11设置在电力系统3的R相、S相以及T相与电力转换部10之间，抑制从电力转换部10向电力系统3的噪声的影响。具体而言，滤波器11包括三个电抗器和三个电容器，用于除去构成电力转换部10的双向开关Swl?Sw9的开关所引起的开关噪声。另外，滤波器11不局限于图1所示的LC滤波器的结构，也可以为其他的结构。
[0061]电流检测部12设置在电力系统3与滤波器11之间，对在矩阵变换器1与电力系统3的R相、S相、T相的各相之间流动的电流的瞬时值IR、Is、Ιτ(以下记为系统侧电流IR、IS、IT)进行检测。另外，电流检测部12例如利用作为磁电转换元件的霍尔元件来检测电流。
[0062]电流检测部13设置在电力转换部10与旋转电机2之间，对在矩阵变换器1与电力系统2的U相、V相、W相的各相之间流动的电流的瞬时值I,、Iv、Iw(以下记为旋转电机侧电流I。、Iv、Iw)进行检测。另外，电流