电力转换装置的制作方法

1.本发明涉及电力转换装置。


背景技术：

2.已知具有将从太阳能电池等直流电源供给的直流电力基于pwm(pulse width modulation，脉宽调制)信号转换为交流电力的逆变器的电力转换装置(pcs：power conditioning subsystem，功率调节子系统等)。
3.这样的电力转换装置在系统侧的断路器开放的情况下，如果逆变器输出功率(有功功率、无功功率)与负载功率完全一致，则逆变器以功率因数100％进行运转，有时从逆变器向负载供给的电流保持为发生单独运转前的电流而端子电压、频率几乎不变化。因此，有时电力转换装置不能检测到已成为单独运转而继续进行单独运转。
4.电力转换装置在持续单独运转的情况下，存在有可能发生向人体的感电、机械故障或在再闭路时产生过电流等问题。为了防止电力转换装置持续单独运转，需要检测电力转换装置成为单独运转这一情况。
5.在检测电力转换装置成为单独运转这一情况的方式中，存在例如滑模频率偏移方式(smfs，slip mode frequency shift)。滑模频率偏移方式是通过使用无功功率检测频率异常来检测电力转换装置成为单独运转这一情况的方式(例如参照非专利文献1)。
6.现有技术文献
7.非专利文献
8.非专利文献1：冈土千寻及其他3人，《太阳光发电用逆变器的新的单独运转检测保护(太陽光発電用
インバータの
新
しい
単独運転検出保護)》，t.iee japan，vol.114－b no.7/8’94，p.732－738


技术实现要素：

9.发明要解决的课题
10.但是，近年来，电力转换装置的正常运转的频率范围变宽，在初期检测单独运转成为课题。
11.本发明是为了解决上述那样的课题而提出的，目的是提供一种在成为单独运转的情况下能够在初期使逆变器停止的电力转换装置。
12.用来解决课题的手段
13.有关本发明的一个技术方案的电力转换装置的特征在于，具有：逆变器，将从直流电源供给的直流电力转换为交流电力；判定部，判定上述逆变器的交流侧的逆序电压是否是规定值以上；以及停止控制部，在上述判定部判定为逆序电压是规定值以上的情况下，进行控制以使上述逆变器停止。
14.此外，本有关本发明的一技术方案的转换装置的特征在于，上述停止控制部在上述逆变器的交流侧的正序电压为规定的范围内的情况下，进行控制以使上述逆变器停止。
15.发明效果
16.根据本发明，在成为单独运转的情况下能够在初期使逆变器停止。
附图说明
17.图1是表示有关一个实施方式的电力转换装置及其周围的结构例的图。
18.图2是表示单独运转控制部的具体的结构例的框图。
19.图3是表示逆序电压与q轴逆序电流指令的关系的曲线图。
20.图4(a)是表示d轴正序电流和q轴正序电流的变化状况的曲线图。图4(b)是表示正序电压和逆序电压的变化状况的曲线图。图4(c)是表示逆序电流的变化状况的曲线图。
21.图5是例示有关一个实施方式的电力转换装置到使逆变器停止为止花费的时间的曲线图。
22.图6(a)是例示滑模频率偏移方式下的频率的变化的曲线图。图6(b)是例示滑模频率偏移方式下的d轴正序电流与q轴正序电流的关系的曲线图。图6(c)是例示在滑模频率偏移方式下到输出使逆变器停止的栅极阻断信号为止的时间的曲线图。
具体实施方式
23.首先，对达成本发明的背景更具体地进行说明。图6是例示通过滑模频率偏移方式使电力转换装置的单独运转停止的结果的曲线图。图6(a)是例示滑模频率偏移方式下的频率的变化的曲线图。图6(b)是例示滑模频率偏移方式下的d轴正序电流与q轴正序电流的关系的曲线图。图6(c)是例示在滑模频率偏移方式下到输出使逆变器停止的栅极阻断信号(gate block signal)为止的时间的曲线图。
24.这里，假设在采用滑模频率偏移方式的电力转换装置的频率从正常运转时的60hz下降到53hz(uf保护水平)以下的情况下使逆变器停止。如果采用滑模频率偏移方式的电力转换装置的频率例如如图6(a)所示那样下降而成为53hz以下，则电力转换装置的q轴正序电流如图6(b)所示那样变动。另外，d轴正序电流几乎不变动。
25.结果，采用滑模频率偏移方式的电力转换装置输出对于逆变器的栅极阻断信号，使逆变器停止。采用滑模频率偏移方式的电力转换装置从变成单独运转时到输出栅极阻断信号为止例如如图6(c)所示那样花费1.6s。
26.接着，使用附图说明电力转换装置的一个实施方式。图1是表示有关一个实施方式的电力转换装置1及其周围的结构例的图。
27.例如，电力转换装置1设置在直流电源2与交流电源(电力网)3之间，将直流电力转换为三相的交流电力。直流电源2例如是太阳能电池模块等。交流电源3通常也称作电力系统。
28.在电力转换装置1与交流电源3之间，例如连接着变压器40、rlc负载41、断路器42及交流电抗器43。
29.电力转换装置1例如具有逆变器10、功率控制部11、单独运转控制部12、逆序输出电流控制部13、电流控制部14及pwm驱动电路15。
30.逆变器10介于直流电源2与交流电源3之间，与它们一起形成串联电路。并且，逆变器10将从直流电源2供给的直流电力基于pwm信号(后述)转换为交流电力。另外，逆变器10
例如也可以是包括多个半导体开关元件的三相电压型逆变器电路。
31.功率控制部11进行控制，以使有功功率和无功功率匹配预先设定的功率基准，将经过控制的有功功率和无功功率对电流控制部14输出。
32.单独运转控制部12如果输入来自逆变器10的输出的逆序电压(v
o_n
)及正序电压(v
o_p
)，则对逆序输出电流控制部13输出q轴逆序电流指令(i
oq_n_ref
)，对pwm驱动电路15输出栅极阻断信号。另外，关于单独运转控制部12的具体的结构例，使用图2后述。
33.逆序输出电流控制部13如果从单独运转控制部12输入q轴逆序电流指令(i
oq_n_ref
)，则对q轴逆序电流进行控制而向电流控制部14输出。
34.电流控制部14如果从功率控制部11输入经过控制的有功功率和无功功率，从逆序输出电流控制部13输入q轴逆序电流，则对pwm驱动电路15输出电流指令值。
35.pwm驱动电路15按照电流控制部14的电流指令值，生成脉冲宽度调制信号(pwm信号)。并且，pwm驱动电路15将该pwm信号作为半导体开关元件的驱动信号(栅极信号)向逆变器10传递。
36.图2是表示单独运转控制部12的具体的结构例的框图。如图2所示，单独运转控制部12例如具有电流指令部5、测量部6、判定部7及停止控制部8。
37.电流指令部5如果输入逆序电压(v
o_n
)，则计算q轴逆序电流指令(i
oq_n_ref
)，向逆序输出电流控制部13输出。例如，电流指令部5如图3所示，对应于逆序电压(v
o_n
)而输出q轴逆序电流指令(i
oq_n_ref
)。
38.测量部6(图2)测量输入的逆序电压(v
o_n
)，将测量结果对判定部7输出。
39.图4是表示已成为单独运转的情况下的测量部6对逆序电压(v
o_n
)进行测量的情况的动作状况例的曲线图。图4(a)是表示d轴正序电流和q轴正序电流的变化状况的曲线图。图4(b)是表示正序电压(v
o_p
)和逆序电压(v
o_n
)的变化状况的曲线图。图4(c)是表示逆序电流的变化状况的曲线图。
40.如图4(a)所示，即使已成为单独运转，d轴正序电流和q轴正序电流也几乎不变化。如图4(b)所示，如果成为单独运转，则正序电压几乎不变化，但逆序电压变化。如图4(c)所示，如果成为单独运转，则逆序电流增加。
41.此时，如果逆序电压略微上升，则逆变器10注入逆序电流，逆序电压进一步上升。如果逆序电流增加，则逆序电压也增加，由于逆序电压增加，逆序电流也进一步增加。
42.判定部7判定测量部6测量的逆序电压(v
o_n
)是否已成为预先设定的判定值以上，将判定结果对停止控制部8输出。即，判定部7判定逆变器10的交流侧的逆序电压是否为规定值以上。
43.停止控制部8具有条件判定部80、逻辑与电路82及延迟元件84，进行对于pwm驱动电路15的控制。例如，停止控制部8在判定部7判定出逆序电压为规定值以上的情况下，进行控制以使逆变器10停止。
44.具体而言，条件判定部80判定输入的正序电压(v
o_p
)是否是例如0.9≤v
o_p
≤1.1，将判定结果对逻辑与电路82输出。即，条件判定部80判定是否不处于不平衡的动作状态(不平衡短路)而正序电压包含在通常范围内。
45.因而，停止控制部8在逆变器10的交流侧的正序电压为规定的范围内的情况下，进行控制以使逆变器10停止。
46.逻辑与电路82在判定部7判定出逆序电压是规定值以上、条件判定部80判定出正序电压(v
o_p
)是例如0.9≤v
o_p
≤1.1的情况下，输出对于pwm驱动电路15的栅极阻断信号。
47.延迟元件84是为了使控制动作稳定而附加延迟的元件，例如附加几ms的延迟。
48.因而，电力转换装置1在发生了单独运转的情况下，基于正序电压(v
o_p
)和逆序电压(v
o_n
)注入逆序电流并使逆序电压上升，从而能够高速地使逆变器10停止。
49.图5是例示到有关一个实施方式的电力转换装置1使逆变器10停止为止所花费的时间的曲线图。如图5所示，对于电力转换装置1，从成为单独运转时起50ms的时间，单独运转控制部12就能够对pwm驱动电路15输出栅极阻断信号。
50.如此，有关一个实施方式的电力转换装置1由于具有在判定部7判定为逆序电压是规定值以上的情况下进行控制以使逆变器10停止的单独运转控制部12，所以在成为单独运转的情况下能够在初期使逆变器停止。
51.另外，电力转换装置1进行的控制的各功能既可以分别一部分或全部由pld(programmable logic device，可编程逻辑器件)或fpga(field programmable gate array，现场可编程门阵列)等硬件构成，也可以作为cpu等处理器执行的程序构成。
52.此外，有关本发明的电力转换装置1进行的控制能够使用计算机和程序实现，还能够将程序记录到存储介质中以及经由网络提供。
53.标号说明
[0054]1…
电力转换装置；2
…
直流电源；3
…
交流电源；5
…
电流指令部；6
…
测量部；7
…
判定部；8
…
停止控制部；10
…
逆变器；11
…
功率控制部；12
…
单独运转控制部；13
…
逆序输出电流控制部；14
…
电流控制部；15
…
pwm驱动电路；40
…
变压器；41
…
rlc负载；42
…
断路器；43
…
交流电抗器；80
…
条件判定部；82
…
逻辑与电路；84
…
延迟元件。