供电装置及电力变换装置的同步运转方法

专利名称：供电装置及电力变换装置的同步运转方法
技术领域：
本发明涉及一种单元化的供电装置，包括燃气涡轮发电机等的分 散型发电装置；以及将通过上述发电装置发电的电力变换为所需频率 及电压的交流电而供给负载的变换装置等的电力变换装置；尤其涉及 一种用于将多台供电装置并联连接并通过并联运转向从商用电源系统 分离的负载供电的供电系统中的供电装置。
此外，本发明涉及一种在将多台变换装置(电力变换装置)并联 连接，并通过并联运转向从商用电源系统分离的负载供给三相交流电 时，在各变换装置间取得输出电压的同步的方法。
背景技术：
在将多台包括电压控制型变换装置的供电装置并联连接而将发电 电力提供给负载的供电系统中，即使变换装置输出相同的电压，但由 于传感器、滤波电路的构成部件等的误差，实际输出的电压很难输出 完全一致的电压。因此，通常有以下提案在并联连接多台包括电压 控制型变换装置的供电装置并将发电电力供给从商用电源系统分离的 负载的供电系统中，为了均等地保持多台供电装置的负载分担率，在 变换装置间共有彼此的信息(电流、功率等)，并控制输出电压，均等 地保持负载的分担率，有效地使用变换装置的能力。
但是，在上述的负载分担方法中，需要用于共有多台供电装置间 的信息的专用硬件等，所以在成本和可靠性的方面存在问题。此外， 为了控制电力而共有的信息，只是关于变换装置的信息，在发电装置 (燃气涡轮发电机、燃料电池等)和变换装置等的电力变换装置被组 合起来使用的单元化的供电装置的情况下，在变换装置成为过载之前， 发电装置成为过载，并且发电装置会停止，因此存在产生即使变换装 置的能力有富余，发电装置也会停止的现像等的问题。
在并联连接多台包括电压控制型变换装置而向负载供给发电电力 的供电系统中，向从商用电源系统分离的负载供电的情况下，存在以 下这样的变换装置间的同步方法。
第1，使一台变换装置成为母机，将与母机的电压输出同步的特 别的基准信号向其他的变换装置输出。其他的(母机之外的)变换装 置形成与该基准信号同步的输出电压，从而取得变换装置输出电压的 同步。
第2，外部控制器将相位同步用的基准信号向多台变换装置发送， 并且，各变换装置基于该基准信号形成输出电压，由此取得输出电压 的同步。
第3，多台中的一台变换装置，以独立(电压控制)模式启动并 确立电压之后，其他的变换装置以连接(电流控制)模式启动，进行 与电压相位同步的并联运转，从而取得输出电压的同步。
在上述的现有技术中提出了以下方案如第1和第2方法那样，
所有的变换装置以电压控制模式动作的方法；以及如第3方法那样，
成为基准的变换装置以电压控制模式进行同步运转、其他的变换装置 以电流控制模式进行同步运转的方法。但是，在上述现有技术中，存
在以下课题。如上述第1和第2方法，在所有的变换装置以电压控制
模式动作的方法中，使各变换装置间的输出同步而需要同步信号，所 以在输出同步信号的变换装置或外部的控制器发生了故障的情况下， 无法继续运转。此外，由于输出线之外还需要用于传递同步信号的信 号线，所以系统变得复杂。
此外，成为基准的变换装置以电压控制模式进行运转、其他的变
换装置以电流控制模式进行运转的第3个方法中，由于不使用同步信
号，所以不需要同步信号的信号线，可以改善所谓的系统变复杂的问 题。但是，由于成为基准的变换装置需要以电压控制模式进行运转、 其他的变换装置以电流控制模式进行运转，所以在成为基准的电压控 制模式下进行运转的变换装置中产生异常时，很难继续运转，此外， 还存在电流控制模式下的变换装置无法应对急剧的负载变动等的问 题。

发明内容
本发明是鉴于上述情况而做出的，其第1个目的在于，提供一种 可适用于使多台由发电装置和电力变换装置构成的单元化的供电装置 并联运转的供电系统中的供电装置。更详细地说，第1目的在于，提 供一种供电装置，不设置用于进行各供电装置间的负载分担的专用的 硬件，而且，在超过发电装置的能力的情况下可以将负载分担自动地 限制在该发电装置的发电能力范围内。
此外，本发明的第2目的在于，提供一种变换装置的同步运转方 法，不使用同步信号，就可以使并联运转的所有变换装置(电力变换 装置)通过电压控制模式的运转同步。
为解决上述问题，本发明的一个方式的供电装置，其特征在于， 具有发电装置；电力变换装置，将该发电装置的发电电力变换为所 需的频率及电压的交流电；及上述电力变换装置的控制器；上述控制 器具有决定与上述电力变换装置的输出电流对应的输出电压的输出电 压-输出电流特性的控制部；在超过上述发电装置的发电能力的第1输 出电流、和超过上述电力变换装置的变换能力的第2输出电流之间， 使上述输出电压-输出电流特性具有限制上述发电装置的输出功率的 第1下降特性。
根据上述本发明，即使在构成供电系统的多台供电装置间不进行 通过专用硬件实现的信息的共有，电力变换装置的控制器通过具有对 与输出电流相对应的输出电压下达指令的输出电压池流特性控制部， 可以使各供电装置间的负载分担大致均等，或者，可以积极地限制负 载。即，在电力变换装置的输出达到了发电装置的输出能力的极限的 情况下，为了不再对发电装置施加负载，使其具有在电力恒定(使发 电电力不超过极限值)且使输出电压下降的特性，从而在发电装置成 为过载之前限制该供电装置的负载，并可以向其他的供电装置分散负 载。因此，可以将该供电装置的运转自动地限制在其发电能力的范围 内，可以继续运转，可以确保作为供电系统整体的可靠性，在成本方 面也有效。
本发明的其他方式变换装置的同步运转方法，其特征在于，该变换装置是在并联连接多台变换装置(电力变换装置)而向负载供给三 相交流电的系统中的变换装置，其特征在于，对并联连接上述变换装 置的电源系统的三相电压进行检测；基于上述变换装置内部的相位 e'，将上述三相电压变换为dq坐标，并检测d轴成分Vd';进行 PI控制使上述d轴成分Vd'成为0，输出内部相位的校正量Af，将该 校正量Af加在变换装置的输出基准频率，上，并且，将规定的波动频
率加在校正量Af上，使相位e'与上述系统的电压相位e—致；上述 变换装置基于上述相位e'形成正弦波交流电压，与上述电源系统的
交流电压取得同步。
根据本发明，使变换装置内部的相位e'与电源系统的电压相位e 一致，从而变换装置的输出电压和电源系统的交流电压可以取得同步。 因此，在各变化装置间，不使用用于对齐输出电压的相位的同步信号， 就可以使所有的变换装置以电压控制模式进行输出。因此，在各供电 装置间，不设置用于取得输出电压的同步的特别的信号线，仅通过连 接变换装置的输出端，就可以进行能够充分地对应于负载变动的并联 运转。


图i是表示本发明的一个实施方式的供电装置的框图。 图2是表示将多台上述供电装置并联连接并进行并联运转的供电 系统的框图。
图3是表示本发明的一个实施方式的输出电压-输出电流特性的图表。
图4是表示输出电压-输出电流特性的其他的例子的图表。
图5是表示本发明的第1实施例的输出电压-输出电流特性的图表。
图6是表示本发明的第2实施例的输出电压-输出电流特性的图表。
图7是表示本发明的其他实施方式的供电装置的框图。
图8是表示将多台上述供电装置并联连接并进行并联运转的供电
系统的框图。
图9是表示本发明的相位控制部的构成例的框图。
图10是表示dq坐标变换的图。
图IIA是表示图9的变形例的相位控制部的构成例的框图，图11B 是表示图11A的进一步的变形例的框图。
图12是表示本发明的变换装置的动作例的流程图，表示前半部分。
图13是表示本发明的变换装置的动作例的流程图，表示后半部分。
图14是表示本发明的变换装置的动作例的各部分的波形图。
具体实施例方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。另外，在各图中， 对具有相同作用或功能的部件或要素，赋予相同的符号并省略重复的 说明。
图1表示本发明的一个实施方式的供电装置。发电装置11例如为 燃气涡轮发电机等的分散型的发电装置。发电装置11的交流发电输出， 通过全波整流电路等的整流器12进行整流，贮存在电容器(直流电源) 13中的直流电通过变换器15变换为规定的频率及电压的交流电，通 过滤波电路16除去高频成分，并供给与输出侧相连接的负载。另外， 作为发电装置11可以使用太阳能电池和燃料电池等的分散型的发电装 置。
变换器15构成由直流电源13的直流电生成具有指令值的频率及 电压的交流电的电压控制型的变换装置，根据脉冲宽度调制信号进行 通/断控制功率开关元件，由此将直流电变换为交流电。因此，变换装 置(电力变换装置)除了变换器15等之外，还具有检测输出电压的
电压检测器18;检测输出电流的电流检测器19;检测输出功率的功率
检测器20;基于频率及电压的指令值和由上述检测器18、 19、 20检
测出的反馈值来运算电压指令值的电压指令运算部21;电压控制部
22;以及形成对变换器15的功率开关元件进行通断控制的脉冲宽度调
制信号的脉冲宽度调制器23等各种传感器及控制装置。
供电装置IO是发电装置11和将该发电装置11的发电电力变换为 所需的频率及电压的交流电的变换装置等的电力变换装置被单元化的
装置。例如，具有100kW发电能力的发电装置和将该发电电力变换为
商用电源系统的频率及电压的交流电的电压控制型变换装置等的电力 变换装置被单元化，收纳在一个壳体(机壳)内的装置。因此，用户 具有一台供电装置10，从而可以对可连接于商用电源系统的负载输出
最大到100kW的频率及电压与商用电源系统相同的交流电。
但是，供电装置的用户的需求电力多种多样，因此，如图2所示， 并联连接多台供电装置10并进行并联运转。例如，通过并联运转N 台同一规格的供电装置10，可以向负载30供给相当于1台输出的N 倍的电力。
并联连接多台单元化的供电装置10，并进行并联运转时，为了自 动地进行各供电装置10的负载分担，变换装置的控制器25具备决定 与变换装置的输出电流相对应的输出电压的、具有输出电压-输出电流 控制特性的控制部24。由该控制部24决定的输出电压作为指令值被 传送到电压指令运算部21。由于多台供电装置10的输出端是并联连 接的，所以通过在各供电装置10中具有对同样的输出电流下达同样的 输出电压的指令的控制部24，可以大致均等地进行各供电装置间的负 载分担。此外，通过在输出电流中相对于相同的输出电压设置差，可 以积极地使负载分担具有差。由此，在构成供电系统的多台供电装置 之间，即使没有由专用的硬件进行的信息的共有，也可以自动使各供 电装置之间的负载分担大致均等，或者，可以积极地使负载分担具有 差。
但是，在电压控制型变换装置中， 一般地，在由输出电压/电流特 性控制部决定输出电压指令值时，只考虑变换装置的输出电流或输出 功率是否在其额定容量的范围内的状态来决定输出电压。
在将具有这种输出电压/电流特性控制部的变换装置与发电装置 组合作为供电装置的情况下，当发电装置的发电能力>变换装置的输 出能力时，若在变换装置的输出能力范围内运转，则不会产生问题。
但是，由于运转环境，发电装置的发电能力变得比变换装置的输出能 力低时，即，当发电装置的发电能力<变换装置的输出能力时，存在 以下问题在成为变换装置的输出能力(通常为额定容量)之前，发 电装置成为过载，安全装置工作，会使供电装置整体停止。
为了解决这样的问题，在本发明的供电装置中，使变换装置(电 力变换装置)的控制器25的输出电压/电流特性控制部24中具有如图 3所示的输出电压-输出电流的控制特性。即，在超过发电装置11的发
电能力的输出电流A (第1输出电流)和超过变换装置的变换能力的 输出电流B (第2输出电流)之间(区间2)，使输出电压-输出电流特 性具有第1下降特性，并且在输出电流A以下(区间1)，使输出电压 -输出电流特性具有第2下降特性，在输出电流B以上(区间3)，使 输出电压-输出电流特性具有第3下降特性。
下降特性(输出电压-输出电流特性)是如下地实现在控制部24 的存储器中预先设置变换装置的输出电流和与其对应的变换装置的输 出电压的表或函数，检测变换装置的输出电流，用控制部24的CPU 参照表或函数来决定输出电压指令值。
因此，在图3的区间1中，到超过发电装置11的发电能力的输出 电流A为止，具有当输出电流增大时使输出电压从V0渐渐(缓慢地) 下降(降低)到VI的第2下降特性。另外，图4是表示图3的变形 例，在区间1中，到超过发电装置11的发电能力的输出电流A为止， 不管输出电流而使输出电压恒定(V0)的特性。
当变换装置的输出电流达到了输出电流A以上时，使区间2具有 发电电力恒定且使输出电压下降的第1下降特性，以便不对发电装置 ll施加极限以上的负载。即，将发电装置ll的输出功率限制为恒定。 并且，当输出电流进一步增大，并达到超过变换装置的变换能力的输 出电流B以上时，使区间3具有输出电压相对于输出电流的增加而急 剧下降(降低)的第3下降特性，以便不对电力变换装置施加极限以 上的负载。
在图3和图4的区间2中，在发电电力恒定的下降特性中，变换 装置的输出电流和输出电压的积为规定值以下，在运转该供电装置的
情况下，当输出电流增加时，输出电压减少，从而限制发电装置ll的 发电输出。在将多台供电装置并联连接的情况下，输出电压成为公共 电压，输出电流由各自的输出电压-输出电流特性决定，因此，在该第 l下降特性的区间内，供电装置以发电装置11的极限输出运转，其极 限输出以上的负载由其他的供电装置提供。由此，在并联运转的多台 供电装置之间不设置共有用于分散负载的信息的专用硬件，可以在发 电装置11成为过载之前将负载分散给其他的供电装置，所以可以使供 电装置的运转稳定继续，并且在成本和可靠性方面具有很大的优点。
例如，在发电装置ll为燃气涡轮发电机的情况下， 一般地，燃气 涡轮发电机的发电能力极限值易受排气温度(EGT)或入口空气温度 的影响，根据这些温度来决定发电能力极限值。在燃气涡轮发电机的 控制器中，根据排气温度或入口空气温度，决定在燃气涡轮发电机可 以安全运转的范围内可输出的功率值，并将该值传递给控制变换装置
的控制器25。控制器25的输出电压/电流特性控制部24作为上述区间 2的下降特性，基于该被传递的发电能力极限功率值进行控制。因此， 该供电装置具有检测发电装置ll的发电能力的部件和基于检测出的发 电能力设定区间2的下降特性的部件。
如上所述，下降特性的控制如下根据由电流检测部19检测出的 输出电流，参照作为表或函数的输出电压-输出电流特性来输出电压指 令值，并根据该电压指令值来控制变换装置。因此，基于检测出的发 电能力来设定区间2的下降特性的方式，可以根据发电装置11的发电 能力极限的输出电流A和变换装置的可输出电流(额定电流)B来设 定区间2的范围，并可以根据发电装置11的发电能力极限的输出功率 来设定输出电压-输出电流特性的斜率。
在图3和图4的区间3中，在超过电力变换装置(变换装置)的 变换能力的输出电流以上，具有输出电压相对于输出电流的增加而急 剧下降的下降特性，因此供电装置以电力变换装置的极限输出进行运 转，对该极限输出以上的负载从其他的供电装置被供电。
接着，参照图5对本发明的第1实施例进行说明。在该实施例中， 是将图3所示的区间1中具有下降特性的2台供电装置并联运转的情
况。当发电装置的发电能力有富余时，大致均等地保持并联运转时的 供电装置的负载分担率，当发电装置的发电能力达到了极限时，为了 限制输出功率而不成为过载，被控制成使其他的供电装置的分担率增 加。
供电装置l在无负载时(输出电流为0)输出规定的电压(例如，
额定电压)V0。同样，供电装置2也在无负载时输出规定的电压V0， 但由于传感器、滤波电路的构成部件等的误差，从供电装置2实际输 出的电压成为VO'，成为与VO稍有(例如，为额定电压的0.5%左右) 不同的电压。
供电装置1在到成为发电装置11的发电能力的极限的输出电流A 为止的区间1中具有缓和的下降特性；在从输出电流A到成为变换装 置的输出能力极限的输出电流B为止的区间2内，具有发电装置11 的发电电力恒定的下降特性；在输出电流B以上的区间3内，具有急 剧下降特性。供电装置2在到成为发电装置11的发电能力的极限的输 出电流C为止的区间1内，具有缓慢的下降特性；在从输出电流C到 成为变换装置的输出极限的输出电流B为止的区间2内，具有发电装 置11的发电电力恒定的下降特性；在输出电流B以上的区间3内，具 有急剧下降特性。通过区间2的下降特性，如上所述，被控制为使输 出功率成为规定值以下，所以能够将供电装置的输出功率抑制在发电 装置11的发电能力的范围内。
并联运转时的2台供电装置，在区间1内，当输出电压为V3时， 供电装置1分担输出电流E，供电装置2分担输出电流D。在此，供 电装置1和供电装置2的输出电压差(缓慢的区间1中的下降特性的 输出电压差)，在因传感器、滤波电路的构成部件等产生的误差程度的 电压差的情况下，由于输出电流E及输出电流D为大致彼此相近的电 流值，所以可以大致均等地进行分担。供电装置1的输出电流达到发 电装置11的发电能力的极限(输出电流A)时，输出电压-输出电流 特性进入区间2的下降特性并控制成将输出功率限制在发电能力的极 限能力而不会成为过载，并使供电装置2的分担率增加。当供电装置 2的输出电流达到了发电装置11的发电能力的极限(输出电流C)时'，
输出电压-输出电流特性进入区间2的下降特性并控制成将输出功率限 制在发电能力的极限能力使得不会成为过载。并且，要求超过变换装 置的输出能力(额定电流)B的负载电流时，输出电压-输出电流特性 进入区间3的下降特性，并被控制为输出电压急剧下降而变换装置不 会成为过载，进一步，若存在并联运转的其他的供电装置，则从该装 置向负载供电。
另外，在上述实施例中，对于当发电装置11的发电能力有富余时， 大致均等地保持多台供电装置的负载分担率，当达到了发电装置11的 发电能力的极限时进行工作以限制输出功率不会成为过载并且增加其 他的供电装置的分担率的例子进行了说明，但是，在想要在多台供电 装置之间使负载的分担率积极地变化的情况下(例如，通过2台运转 优先从一个供电装置向负载供电的情况)，通过预先赋予输出电压-输 出电流特性规定的差，可以优选从输出电压高的一方向负载供电。此 外，当达到了发电装置ll的发电能力的极限时，由于使功率恒定(以 便不超过极限功率值)地使输出电压下降，所以不停止供电装置，就 可以促使从其他的供电装置向负载提供电力。
接着，参照图6对本发明的第2实施例进行说明。供电装置1在 到成为发电装置11的发电能力的极限的输出电流A为止的区间1中， 具有输出电压恒定的下降特性；在到成为变换装置的输出的极限的输 出电流B为止的区间2中具有限制发电电力的下降特性；在成为变换 装置的输出极限的输出电流B以上的区间3中，具有输出电压急剧下 降的下降特性。供电装置2在到成为发电装置11的发电能力的极限的 输出电流C为止的区间1中，具有输出电压恒定的特性；在到成为变 换装置的输出极限的输出电流B为止的区间2内，具有发电电力恒定 的下降特性；在成为变换装置的输出极限的输出电流B以上的区间3 内，具有输出电压急剧下降的下降特性。根据区间2的下降特性，如 上所述，输出功率被控制为规定值以下。
在输出电流到由发电装置ll的发电能力的极限所决定的输出电流 A为止的区间1中，使供电装置1及供电装置2的输出电压(指令值) 恒定地设为相同的V0 (实际输出的电压，因传感器、滤波电路的构成
部件等的误差而不同的电压)，并进行控制，以使并联运转的多台供电 装置的负载分担率大致均等。在上述区间1中，输出电压(指令值) 为恒定输出，但是由滤波器16产生电压降，可以增大输出电流，降低 输出端的电压，并且，使负载的分担率大致均等，该滤波器16由在变 换器15自身的输出和作为供电装置整体的输出端之间连接的线圈L和
电容器c构成。
此外，输出电流在到由发电装置11的发电能力的极限所决定的输
出电流A为止的区间1内，使供电装置1及供电装置2的输出电压(指 令值)具有差，将V0及V1设为输出电压(指令值)时，可以优先地 从输出电压(指令值)高的供电装置向负载供电。
进一步，负载电流增加，若输出功率超过发电装置11的发电能力 的极限(输出电流A)，至达到变换装置的输出能力的极限(输出电流 B)为止的区间，进行恒定电力控制(发电电力恒定)，以使发电装置 11不会成为过载，使输出电压降低，并促使来自其他供电装置的输出。 进一步，增加负载电流，若输出电流超过变换装置的输出能力(输出 电流B)，则使输出电压急剧降低(区间3)，变换装置不会成为过载并 且促使来自其他的供电装置的输出，这与上述第1实施例相同。
另外，在上述实施方式中，发电装置11的控制器决定发电装置11 的发电能力极限的输出功率值，但是，当然也可以是电力变换装置(变 换装置)的控制器25接收排气温度或入口空气温度的信息，基于该值 运算极限发电功率值而用于控制。进一步，对燃气涡轮发电机的例子 进行了说明，但是在燃气发动机、燃料电池、水车和太阳能电池等的 分散型发电装置中，由发电装置根据运转环境来决定发电能力极限值， 并传递给电力变换装置的控制器，并设定区间2的下降特性，从而可 以同样地利用。
接着，对本发明的其他的实施方式进行说明。图7表示本发明的 其他的实施方式的供电装置。发电装置41为例如燃气涡轮发电机等的 分散型发电装置。发电装置41的交流发电输出，通过全波整流电路等 的整流器42进行整流，并通过变换器45将存储在电容器(直流电源) 43的直流电变换为所需的频率及电压的交流电，通过滤波电路46除
去高频成分，并提供给与输出侧连接的负载。另外，作为发电装置41 可以使用太阳能电池、燃料电池等的分散型的发电装置。
变换器45构成由直流电源43的直流电生成具有指令值的频率及
电压的交流电的电压控制型的变换装置，并根据脉冲宽度调制信号对 功率开关元件进行通断控制，将直流电变换为交流电。作为变换装置
(电力变换装置)整体，具有检测变换器45的输出电压的电压检测
器48a;检测连接有负载的电源系统59的电压的电压检测器48b;检 测变换器45的输出电流的电流检测器49;检测输出功率的功率检测 器50;根据变换器45的输出电流等运算电压指令值的电压指令运算 部51;控制变换器45的输出电压的电压控制部52;控制变换器45的 输出相位的相位控制部53;以及对变换器45的功率开关元件进行通 断控制而形成脉冲宽度调制信号的脉冲宽度调制器24等的各种传感 器及控制装置，。
供电装置40是发电装置40和将该发电装置41的发电电力变换为 所需的频率及电压的交流电的变换装置(电力变换装置)被单元化的 装置。例如，具有100kW发电能力的发电装置和将该发电电力变换为 商用电源系统的频率及电压的交流电的电压控制型变换装置被单元 化，并收纳于一个壳体(机壳)内而成的装置。因此，用户通过具有 1台供电装置40，对于可连接在商用电源系统的负载能够输出最大至 100kW的与商用电源系统相同频率及电压的交流电。
但是，供电装置40所要求的需要电力多种多样，因此，如图8所 示，并联连接多台供电装置40并进行并联运转。例如，通过使同一规 格的N台供电装置40并联运转，可以向负载提供相当于每1台的输 出的N倍的电力。
并联连接多台单元化的供电装置40进行并联运转时，需要取得各 供电装置40的变换装置的输出的同步。因此，该供电装置40具有检 测电源系统的电压的电压检测器48b和相位控制部53，通过该相位控 制部53，使变换装置的输出电压波形(正弦波波形)的相位和电源系 统59的电压波形的相位一致，g口，可取得同步。由此，在各变换装置 间不使用对齐输出电压的相位的同步信号，就可以使所有的变换装置以电压控制模式进行输出，因此，不用为了取得输出电压的同步而用 特别的信号线连接各变换装置，仅通过将变换装置的输出端与电源系 统59连接，就可以进行能够应对于负载变动的并联运转。
如图9所示，相位控制部53具有dq变换部61，将由电压检测 器48b检测出的三相电压，基于变换装置内部的相位e'变换为dq坐 标成分；以及相位调整部62，通过反馈控制对变换装置的内部的相位 0'进行调整，以使由dq变换部61变换的d轴成分Vd'成为0。相位 调整部62包括PI运算部63，将d轴成分Vd'设为误差相位差e ，并 对相位e'进行调整使其成为O。
通过将电源系统59的三相电压变换为以变换装置内部的角频率 旋转的dq坐标成分，如图10所示，若变换装置的内部相位e' (d' 一q'轴)和电源系统59的三相电压的相位e (d — q轴)完全一致， 则电源系统59的三相电压Vsys仅为q轴成分，因此，由dq变换所得 到的d轴成分Vd'成为0。此外，在存在相位差的情况下，作为运算 结果得到对应于相位差的大小的d轴成分Vd'。
艮口，电源系统59的三相交流电压Vu、 Vv、 Vw与由dq变换得出 的d轴成分Vd和q轴成分Vq的相位9的关系，如下式所示
进行PI控制以使由该dq变换运算所得出的d轴成分Vd'(相位 差信息)成为0，从而得到内部相位的校正量Af。通过将该Af相加在 变换装置的输出基准频率(例如，50或60Hz)上，进行内部相位9' 的修正。进行该修正，并且，d轴成分Vd'成为0，是指变换装置的
内部相位e'与电源系统59的电压的相位e—致。通过该PI控制，可
以进行相位控制，以使变换装置的内部相位e'与电源系统59的电压 相位e--致。
如图9所示，相位调整部62具有PI运算部63，将d轴成分Vd' 设为误差相位差e ，输出频率校正量Af使该误差相位差e成为0;限
(式1)
<formula>formula see original document page 17</formula>
制器64，限制PI运算部63的输出；加法运算器65，将限制器64的 输出与变换装置的输出基准频率(例如，50或60Hz)，相加；以及积 分器66，对输出基准频率P和频率校正量Af的加法运算量进行积分 而输出相位e'。相位e'被反馈至dq变换部61，并根据式l进行基 于该相位e'将系统三相电压变换为dq坐标成分的运算。通过该反馈
循环的重复运算，使变换装置的内部相位e'和系统电压(电源系统 59的电压)的相位e—致，从而使变换装置的输出电压与系统电压同
从积分运算器66输出的相位0'通过e/sine变换器67变换为正弦 波，通过合成器68与从电压控制部52输出的电压信号进行合成，作 为正弦波形的输出电压指令值，被提供给脉冲宽度调制器54，并通过 变换装置形成输出电压波形。
但是，在如图9所示的相位控制部53中，在第一台供电装置启动 并输出功率的状态下，当输出频率达到限制器64的上限值或下限值
(在控制方面发散)的情况下，第二台供电装置的内部相位e'的校
正受到限制器64的影响而不进行，并且不能取得电压相位的同步。
为了改善上述问题，如图11所示，对相位调整部62进行了变更。 在该相位调整部62中，只要误差d轴成分Vd'成为0，则P运算器 (比例控制器)63b输出0以外的值，因此，相位校正结果中残留有 波动，可以改善限制器64对校正造成的影响(不进行校正的现象)。 但是，当P (比例)运算器63b的增益取得过大时，由于始终残留的 波动的影响，输出频率可能会不稳定，因此P (比例)运算器63b的 增益需要设为不对输出造成影响的程度的较小值。
此外，如图11B所示，通过干扰发生器63c产生对变换装置的输 出不造成影响的程度的规定的干扰，并通过将该干扰加在限制器64的 输出上，对相位校正结果强制地给予波动，也能够改善限制器64对校 正造成的影响(不能进行校正的现象)。此外，通过使给予干扰的周期 随机，可以防止因在多台变换装置间的波动的周期一致而产生的控制 上的发散现象。
接着，图12及图13表示本发明的变换装置的动作例。上述的说
明是使变换装置的内部相位与系统电压的相位同步的方法，但在多台 供电装置的并联运转中，最初开始进行电力输出的供电装置不能检测 出系统电压，因此不能利用上述方法启动。这时，首先，对变换装置 的内部相位电路设定基准频率(50或60Hz)，不进行校正量Af的运 算(将Af设为O)而输出基准频率的电压。并联运转的其他的供电装 置在检测出系统电压后，进行上述的相位同步控制(通过Af的校正)，
一边进行内部相位电路的校正处理， 一边使电力输出继续。 最初的变换装置启动后，第二台之后的变换装置开始运转时，通
过上述的相位同步方法，进行变换装置的内部相位和电源系统59的检
测电压相位的同步处理，在确立同步之后，开始并联运转。例如，到
变换装置的内部相位和电源系统59的检测电压相位的差成为士5。以 下为止不进行并联运转，若成为此以下就设为确立了同步，接通开关 (Kl)并开始并联运转。
如上述那样进行启动之后，多台变换装置处在并联运转中，当1 台变换装置停止电力输出时，不进行在变换装置间的控制，因此仅停 止想要停止的1台变换装置的电力输出即可。停止的变换装置以外的 变换装置可以仍维持同步并继续运转。
通过上述那样构成，在并联运转的多台变换装置间不共有信息， 就能够取得变换装置的输出电压相位的同步。例如，使用微型计算机， 在进行上述同步控制的情况下，可以用图14所示的方法进行。最初启 动的变换装置单独输出基准频率的输出电压的情况下，对管理变换装 置的内部相位的定时器1设定基准频率1周期的时间，对定时器2设 定基准频率1周期的1/360的时间。每到该定时器2的时间，变换装 置将变换装置的输出SIN表(存储一个周期量的输出数据，在该例子 中，数据个数为360个)参照用的指针增加一，进行如图14 (d)所 示的正弦波的输出。
当使第二台之后的变换装置的内部相位与由已经启动的变换装置 确立的系统电压的相位同步时，首先，作为定时器2的初始值，设定 基准频率的1/360的时间T2。然后，在每个规定时间，根据由定时器 2管理的内部相位(指针值)对由电压检测器检测出的三相系统电压
(图14 (a))的值进行dq变换，求出d轴成分Vd'。在图14的例子 中，dq变换运算的间隔为lmsec。为了使通过dq变换运算算出的d轴 成分Vd'成为0而进行PI运算，并输出修正量Af。将该修正量Af 与对图14 (c)所示的定时器2设定的值相加(或者相减)，来修正对 定时器2所设定的基准频率的1/360的时间(设定T2')。通过重复该 修正，可以进行电源系统的电压相位和变换装置的内部相位的同步。
根据如上所述的本发明，当将多台变换装置并联连接时，不需要 用取得变换装置的输出电压相位的同步用的特别的信号线(同步线) 连接变换装置彼此。即，仅通过将变换装置的输出端子彼此并联连接， 就可以使变换装置的输出电压相位同步。因此，可以减少布线量，并 可以防止因同步线的断线或母机的故障所引起的所谓系统停止问题。 此外，由于利用系统电压取得以电压控制模式运转的变换装置的同步， 所以不仅可以在不同机种、不同形式的变换装置之间容易地进行并列 同步运转，还可以在系统电压的频率与限制器的限制值一致的情况下 取得同步。
进一歩，由于dq变换部61和相位调整部62可以容易地由微处理 器构成，所以在硬件方面可以利用现有的微处理器和电压检测器等， 而不需要新颖的硬件，可以做成低成本的系统。
另外，在上述实施方式中，对多台供电装置并联运转的例子进行 了说明，该供电装置将分散型发电装置和变换装置等的电力变换装置 进行单元化而成，例如在使用共同的直流电源，使多台变换装置并联 运转时，同样可以利用上述方法。
这里，到此为止对本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发
明不限定于上述的实施方式，在其技术思想的范围内可以通过各种不 同的方式进行实施。
权利要求
1、一种供电装置，其特征在于，具有发电装置；电力变换装置，将该发电装置的发电电力变换为所需的频率及电压的交流电；及上述电力变换装置的控制器；上述控制器具有决定与上述电力变换装置的输出电流对应的输出电压的输出电压-输出电流特性的控制部；在超过上述发电装置的发电能力的第1输出电流、和超过上述电力变换装置的变换能力的第2输出电流之间，使上述输出电压-输出电流特性具有限制上述发电装置的输出功率的第1下降特性。
2、 如权利要求l所述的供电装置，其特征在于，具有 检测上述发电装置的发电能力的单元；以及基于检测出的发电能力来设定对上述发电装置的输出功率进行限 制的上述第1下降特性的单元。
3、 如权利要求1所述的供电装置，其特征在于， 上述发电装置为燃气涡轮发电机，具有检测该燃气涡轮发电机的排气温度或入口空气温度并根据检测出的温度来设定对上述发电装置 的输出功率进行限制的第1下降特性的单元。
4、 如权利要求l所述的供电装置，其特征在于， 在上述输出电流为上述第1输出电流以下时，使上述输出电压-输出电流特性具有输出电压相对于输出电流的增加而降低的、特性与上 述第1下降特性不同的第2下降特性；并且，在上述输出电流为上述 第2输出电流以上时，使上述输出电压-输出电流特性具有输出电压相 对于输出电流的增加而降低的、特性与上述第1及第2下降特性不同 的第3下降特性。
5、 如权利要求1所述的供电装置，其特征在于， 在上述输出电流为上述第1输出电流以下时，使上述输出电压-输出电流特性具有相对于输出电流的增加而将输出电压限制为恒定的第 2下降特性；并且，在上述输出电流为上述第2输出电流以上时，使 上述输出电压-输出电流特性具有输出电压相对于输出电流的增加而 降低的、特性与上述第1下降特性不同的第3下降特性。
6、 一种电力变换装置的同步运转方法，该电力变换装置是在并联 连接多台电力变换装置而向负载供给三相交流电的系统中的电力变换 装置，其特征在于，对并联连接上述电力变换装置的电源系统的三相电压进行检测；基于上述电力变换装置内部的相位e'，将上述三相电压变换为 dq坐标，并检测d轴成分Vd';进行PI控制使上述d轴成分Vd'成为0，输出内部相位的校正量 △ f，将该校正量Af加在电力变换装置的输出基准频率P上，并且，将规定的波动频率加在校正量Af上，使相位e'与上述电源系统的电 压相位e—致；上述电力变换装置基于上述相位e'形成正弦波交流电压，与上述 电源系统的交流电压取得同步。
7、 如权利要求6所述的电力变换装置的同步运转方法，其特征在于，上述规定的波动频率为比例控制器的输出值。
8、 如权利要求6所述的电力变换装置的同步运转方法，其特征在于，上述规定的波动频率为干扰发生器的输出频率。
9、 一种电力变换装置，用于并联连接多台电力变换装置而向负载供给三相交流电的供电系统中，其特征在于，具有电压检测器，对并联连接上述电力变换装置的电源系统的三相电压进行检测；运算部，将由上述电压检测器检测出的三相电压，基于上述电力 变换装置内部的相位e'变换为dq坐标，并检测d轴成分Vd';PI运算部，将上述d轴成分Vd'设为误差相位差"并输出频率 校正量Af以使该误差相位差e成为0;限制器，限制该PI运算部的输出；波动频率发生器，产生规定的波动频率；加法运算器，将上述限制器的输出、上述电力变换装置的输出基 准频率P、和上述波动频率发生器的输出相加；以及积分运算器，对上述加法运算器的输出进行积分而输出相位e'; 基于与上述系统的电压相位e —致的相位e'，输出与上述系统的 交流电压同步的正弦波交流电压。
10、 如权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于，上述波动频率发生器为比例控制器。
11、 如权利要求9所述的电力变换装置，其特征在于，上述波动频率发生器为输出上述规定的波动频率的干扰发生器。
12、 一种电力变换装置，用于并联连接多台电力变换装置而向负载供给三相交流电的供电系统中，其特征在于，具有电压检测器，对并联连接上述电力变换装置的电源系统的三相电压进行检测；以及开关，将上述电力变换装置与上述电源系统连接； 在上述电压检测器未检测出上述电源系统的三相电压时，接通上述开关，从上述电力变换装置输出基准频率的交流电压；在上述电压检测器检测出上述电源系统的电压时，进行相位调节，使上述电力变换装置的电压相位与上述电源系统的三相电压的相位一致；在与上述电源系统的三相电压的相位差成为规定值以内时，接通上述开关。
全文摘要
本发明提供一种供电装置，具有发电装置；电力变换装置，将该发电装置的发电电力变换为所需的频率及电压的交流电；以及上述电力变换装置的控制器。上述控制器具有决定与上述电力变换装置的输出电流对应的输出电压的输出电压-输出电流特性的控制部；在超过上述发电装置的发电能力的第1输出电流、和超过上述电力变换装置的变换能力的第2输出电流之间，使上述输出电压-输出电流特性具有限制上述发电装置的输出功率的第1下降特性。
文档编号H02M5/00GK101098079SQ20071010454
公开日2008年1月2日 申请日期2007年5月25日 优先权日2006年5月25日
发明者坂田滋, 塚越功, 小泽孝英, 政 戴, 片冈匡史 申请人:株式会社荏原制作所;株式会社荏原电产