DE112021002189T5

DE112021002189T5 - Leistungsumwandlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112021002189T5
Application number: DE112021002189.3T
Authority: DE
Inventors: Yukina AKIYAMA; Koji Toba; Shunsuke KAWACHI; Yuki Kudo; Takahiro Kase
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba Energy Systems and Solutions Corp
Priority date: 2020-04-06
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2023-04-13
Also published as: US20230155520A1; JP2021166421A; WO2021205700A1; JP7481886B2

Abstract

Es wird eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitgestellt, die in der Lage ist, einen Leistungsausfall zu vermeiden, selbst wenn die Referenz-Wechselstromleistung verloren geht. Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 umfasst einen Phasendetektor 31, der eine Spannungsphase auf der Grundlage der Phase der Wechselstromleistung berechnet, die einem elektrischen Leistungssystem 9 zugeführt wird, eine Wellenform-Steuereinheit 35, die ein Steuersignal erzeugt, das die Frequenz und die Phase der Wechselstromleistung auf der Grundlage der vom Phasendetektor 31 berechneten Spannungsphase angibt, eine Leistungsumwandlungsschaltung 12, die die von einer Stromversorgungsquelle 15 zugeführte Leistung auf der Grundlage des von der Wellenform-Steuereinheit 35 erzeugten Steuersignals in die Wechselstromleistung umwandelt, und die die umgewandelte Leistung an das Stromversorgungssystem 9 ausgibt, und einen Bestimmungsblock 44, der die Frequenz der an das Stromversorgungssystem 9 gelieferten Wechselstromleistung erfasst und der bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, wenn die erfasste Frequenz nicht innerhalb eines voreingestellten ersten Frequenzbereichs liegt. Wenn der Bestimmungsblock 44 feststellt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, führt die Steuereinheit 35 eine Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung 12 aus, um die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem 9 zu liefern.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Ausführungsformen betreffen eine Vorrichtung zur Stromumwandlung, die von einer Stromversorgungsquelle gelieferten Strom in Wechselstrom umwandelt.
HINTERGRUND
In den letzten Jahren werden Stromquellen für erneuerbare Energien, beispielsweise Solarenergie und Windenergie, und Batterien als Stromversorgungsquellen genutzt. Die von den erneuerbaren Energiequellen und den Batterien abgegebene Gleichstromleistung wird von einer Leistungsumwandlungsvorrichtung in Wechselstrom umgewandelt. Der von der Vorrichtung umgewandelte Wechselstrom wird in ein elektrisches Stromnetz eingespeist. Vorrichtungen zur Leistungsumwandlung wandeln die Leistung auf der Grundlage von Spannung, Frequenz und Phase des Referenz-Wechselstroms in einem Stromversorgungssystem um und geben Wechselstrom aus. Es ist eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bekannt, die die Spannung, die Frequenz und die Phase der Ausgangsleistung steuert.
ZITATENLISTE
PATENTLITERATUR
Patentschrift 1: JP 2014-50292 A
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
TECHNISCHES PROBLEM
Wie oben beschrieben, wandeln Leistungsumwandlungsvorrichtungen die Leistung basierend auf der Spannung, Frequenz und Phase der Referenz-Wechselstromleistung in einem Stromversorgungssystem um und geben Wechselstromleistung aus. Wenn ein Stromversorgungssystem Stromerzeugungsanlagen umfasst, die einen rotierenden Stromgenerator verwenden, beispielsweise thermische Stromerzeugung, Stromerzeugung aus Wasserkraft oder nukleare Stromerzeugung, wandelt eine Leistungsumwandlungsvorrichtung die Leistung auf der Grundlage der Spannung, Frequenz und Phase der Wechselstromleistung um, die von dem rotierenden Stromgenerator als Wechselstromleistung ausgegeben wird, die als Referenz verwendet wird.
Wenn das Stromversorgungssystem nur Stromversorgungseinrichtungen umfasst, die Stromumwandlungsvorrichtungen verwenden, beispielsweise eine Stromquelle für erneuerbare Energien und Batterien wie die Stromerzeugung durch Sonnenenergie oder Windkraft, gibt eine Stromumwandlungsvorrichtung eine Referenz-Wechselstromleistung ab, und die andere Stromumwandlungsvorrichtung wandelt die Leistung auf der Grundlage der Spannung, Frequenz und Phase der von der einen Stromumwandlungsvorrichtung abgegebenen Referenz-Wechselstromleistung um.
Es ist wünschenswert, dass eine Vielzahl von Leistungsumwandlungsvorrichtungen Wechselstrom mit gleichbleibender Spannung, Frequenz und Phase ausgibt, selbst wenn der Referenzwechselstrom aufgrund eines Unfalls usw. ausfällt.
In den letzten Jahren wird die Einführung von erneuerbaren Energiequellen gefördert. Eine Stromquelle für erneuerbare Energien, wie beispielsweise die Erzeugung von Solar- oder Windenergie, wird über eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Wechselrichter, der eine leistungselektronische Technologie verwendet, an ein Wechselstromsystem angeschlossen. Eine solche Stromquelle wird als inverterbasierte Stromquelle bezeichnet. Darüber hinaus umfasst eine inverterbasierte Stromquelle auch ein System wie Batterien, die installiert werden, um die Leistungsschwankungen der erneuerbaren Energien zu unterdrücken.
In einem kleinen elektrischen Stromversorgungssystem, das als netzunabhängiges System bezeichnet wird und auf einer isolierten Insel usw. installiert ist, kann die Stromversorgung einer Last in einigen Fällen nur durch inverterbasierte Stromquellen erfolgen, die nicht von einer rotierenden Stromquelle abhängig sind. Darüber hinaus kann in konventionellen Stromversorgungssystemen, in denen Synchrongeneratoren und inverterbasierte Stromquellen in Kombination vorhanden sind, ein Teilbereich aufgrund eines Systemunfalls usw. abgeschaltet werden, und die Stromversorgung einer Last kann nur durch die inverterbasierten Stromquellen innerhalb des Bereichs, der als Microgrid bezeichnet wird, erfolgen.
Um eine stabile Stromversorgung nur durch inverterbasierte Stromquellen zu gewährleisten, ist es notwendig, eine Vielzahl von inverterbasierten Stromquellen, die sich die Leistung teilen, ordnungsgemäß zu steuern und die Spannung, Frequenz und Phase eines elektrischen Stromsystems aufrechtzuerhalten. Es ist eine Technologie bekannt, bei der von der Vielzahl der inverterbasierten Stromquellen eine Steuereinheit auf eine inverterbasierte Stromquelle angewandt wird, um die Referenz-Wechselstromleistung auszugeben, und eine Steuereinheit auf die anderen inverterbasierten Stromquellen angewandt wird, um Wechselstromleistung basierend auf der Spannung, Frequenz und Phase der Referenz-Wechselstromleistung auszugeben. Der Betriebsmodus der inverterbasierten Stromquelle zur Ausgabe der Referenz-Wechselstromleistung für die Leistungsumwandlung wird als Spannungsquellenmodus bezeichnet. Der Betriebsmodus der wechselrichterbasierten Stromquelle zur Ausgabe von Wechselstrom auf der Grundlage von Spannung, Frequenz und Phase des externen Referenzwechselstroms wird als Netzanschlussmodus bezeichnet. Der netzgekoppelte Betrieb kann auch als Stromquellenbetrieb bezeichnet werden.
Wenn jedoch die auf einem Wechselrichter basierende Stromquelle, die im Spannungsquellenmodus arbeitet, aufgrund einer Fehlfunktion usw. nicht mehr in der Lage ist, den Betrieb aufrechtzuerhalten, geht die Referenz-Wechselstromleistung im Stromversorgungssystem verloren. Die Spannung, die Frequenz und die Phase des Referenz-Wechselstroms gehen verloren, so dass die anderen wechselrichterbasierten Stromquellen, die im netzgekoppelten Modus betrieben werden, ihren Betrieb nicht aufrechterhalten können. Infolgedessen kommt es im Stromversorgungssystem zu einem Stromausfall.
Wenn die AC-Referenzleistung ausfällt, wird anstelle der inverterbasierten Stromquelle, die im Spannungsquellenmodus betrieben wurde, eine der anderen inverterbasierten Stromquellen ausgewählt, die im netzgekoppelten Modus betrieben werden, und veranlasst, im Spannungsquellenmodus zu arbeiten. Um jedoch eine der anderen wechselrichterbasierten Stromquellen dazu zu bringen, im Spannungsquellenmodus zu arbeiten, ist es erforderlich, eine solche wechselrichterbasierte Stromquelle einmal zu deaktivieren und auf den Spannungsquellenmodus zurückzusetzen. Um die inverterbasierte Stromquelle einmal zu deaktivieren, gibt es ein technisches Problem, beispielsweise einen zeitweiligen Stromausfall im elektrischen Stromnetz.
Ein Ziel der Ausführungsformen ist es, eine Leistungsumwandlungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, einen Stromausfall zu vermeiden, selbst wenn die Referenz-Wechselstromversorgung verloren geht.
LÖSUNG DES PROBLEMS
Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst die folgenden Merkmale;

(1) einen Phasendetektor, der eine Spannungsphase auf der Grundlage einer Phase der einem Stromversorgungssystem zugeführten Wechselstromleistung berechnet;
(2) eine Wellenform-Steuereinheit, die ein Steuersignal erzeugt, das eine Frequenz der Wechselstromleistung und deren Phase auf der Grundlage der vom Phasendetektor berechneten Spannungsphase bestimmt;
(3) eine Leistungsumwandlungsschaltung, die von einer Stromversorgungsquelle gelieferte Leistung in die Wechselstromleistung auf der Grundlage des von der Steuereinheit erzeugten Steuersignals umwandelt und die umgewandelte Leistung an das Stromversorgungssystem ausgibt; und
(4) einen Bestimmungsblock, der die Frequenz des dem Stromversorgungssystem zugeführten Wechselstroms erfasst und der bestimmt, dass der Wechselstrom, der zu einer Referenz für die Frequenz wird, dem Stromversorgungssystem nicht zugeführt wird, wenn die erfasste Frequenz nicht innerhalb eines voreingestellten ersten Frequenzbereichs liegt.
(5) Wenn der Bestimmungsblock feststellt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, dem Stromversorgungssystem nicht zugeführt wird, führt die Wellenform-Steuereinheit eine Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung aus, um die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, dem Stromversorgungssystem zuzuführen.

Figurenliste

1 ist ein Diagramm, das eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt;
2 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
3 ist ein Diagramm, das den Aufbau einer Steuervorrichtung für die Ausgangsspannung der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt;
4 ist ein Diagramm, das Steuereinheiten eines Phasendetektors der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
5 ist ein Diagramm, das die Struktur einer Wellenform-Steuereinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht;
6 ist ein Diagramm, das eine Zeit veranschaulicht, die sich auf einen Betrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung bezieht, wenn eine Leistungsumwandlungsvorrichtung aufhört, Leistung zu liefern;
7 ist ein Diagramm, das eine Zeit veranschaulicht, die sich auf einen Betrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung bezieht, wenn zwei Leistungsumwandlungsvorrichtungen aufhören, Leistung zu liefern;
8 ist ein Diagramm, das eine Struktur eines modifizierten Beispiels der Wellenform-Steuereinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform illustriert;
9 ist ein Diagramm zur Beschreibung der Struktur einer Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
10 ist ein Diagramm, das eine Struktur eines modifizierten Beispiels einer Wellenform-Steuereinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform illustriert; und
11 ist ein Diagramm, das eine Struktur eines anderen modifizierten Beispiels der Wellenform-Steuereinheit der Leistungsumwandlungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 und ein Leistungsumwandlungssystem 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es ist zu beachten, dass es sich bei den nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich um Beispiele handelt und die vorliegende Offenbarung nicht mit Einschränkungen auf solche Ausführungsformen ausgelegt werden sollte. In den Ausführungsformen, wenn es mehrere Vorrichtungen und Komponenten, die die gleiche Struktur haben, wird die gleiche Bezugszeichen für diese für die Beschreibung gegeben werden, und wenn jeder der Vorrichtungen und Komponenten, die die gleiche Struktur haben, wird einzeln beschrieben werden, eine alphabetische (Kleinbuchstaben) Suffix auf die gemeinsame Bezugszeichen zum Zwecke der Unterscheidung gegeben.
(1. Erste Ausführungsform)
(1-1. Aufbau)
Unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 werden beispielhaft für diese Ausführungsform ein Aufbau einer Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 und eine Konfiguration eines Leistungsumwandlungssystems 100 beschrieben. Das Energieumwandlungssystem 100 umfasst eine Vielzahl von inverterbasierten Energiequellen 10 und versorgt eine Last 8 über ein Stromversorgungssystem 9 mit Energie. Beispielsweise umfasst das Energieumwandlungssystem 100 drei inverterbasierte Energiequellen 10a, 10b und 10c. Das Energieumwandlungssystem 100 kann eine beliebige Anzahl von inverterbasierten Energiequellen 10a bis 10n umfassen. Darüber hinaus kann das Energieumwandlungssystem 100 an Energieerzeugungsanlagen angeschlossen werden, beispielsweise an die thermische Energieerzeugung, die Energieerzeugung aus Wasserkraft und die nukleare Energieerzeugung.
In 1 ist das Stromversorgungssystem 9 zwar so dargestellt, als umfasse es einen einzelnen Verbraucher 8, doch kann das Stromversorgungssystem 9 eine Vielzahl von Verbrauchern 8 umfassen. Wenn beispielsweise die Spannung der auf einem Wechselrichter basierenden Stromquelle 10 und die Spannung des Stromversorgungssystems 9 nicht übereinstimmen, kann die auf einem Wechselrichter basierende Stromquelle 10 über einen (in der Figur nicht dargestellten) Transformator mit dem Stromversorgungssystem 9 verbunden werden.
(Wechselrichtergestützte Stromquelle 10)
2 zeigt eine Struktur der inverterbasierten Stromquelle 10. Die inverterbasierte Stromquelle 10 umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 und eine Stromquelle 15. Die inverterbasierten Stromquellen 10a, 10b und 10c verwenden die gleiche Struktur.
Die Stromquelle 15 umfasst eine Stromquelle für erneuerbare Energien, beispielsweise eine Solarstromerzeugungsanlage oder eine Windstromerzeugungsanlage. Die Energiequelle 15 erzeugt Gleichstrom und liefert diesen an die Vorrichtung 1 zur Energieumwandlung. Außerdem kann die Stromquelle 15 Batterien umfassen. Wenn die Stromquelle 15 Batterien umfasst, wird der Wechselstrom aus dem Stromversorgungssystem 1 durch die Vorrichtung zur Stromumwandlung 1 in Gleichstrom umgewandelt, und die Stromquelle 15 wird geladen. Die Stromquelle 15, die aus Batterien besteht, gibt Gleichstrom ab und liefert diesen an die Vorrichtung zur Stromumwandlung 1.
(Stromumwandlungsvorrichtung 1)
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 ist mit dem Stromversorgungssystem 9 und der Stromquelle 15 verbunden. Die Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung wandelt die von der Stromquelle 15 ausgegebene Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um und liefert eine solche Leistung an das elektrische Stromversorgungssystem 9. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 umfasst eine Leistungsumwandlungsschaltung 12, eine Spannungs- und StromMessschaltung 13 und eine Steuereinheit 14. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 kann eine Verbindungsdrossel und einen Oberwellenfilter zwischen der Leistungsumwandlungsschaltung 12 und dem Stromversorgungssystem 9 umfassen.
Die Leistungsumwandlungsschaltung 12 umfasst Halbleiterschalter wie Feldeffekttransistoren (FETs). Die Leistungsumwandlungsschaltung 12 ist mit der Energiequelle 15 und dem Stromversorgungssystem 9 verbunden. Die Leistungsumwandlungsschaltung 12 wird von der Steuereinheit 14 gesteuert. Die Leistungsumwandlungsschaltung 12 wandelt die von der Stromquelle 15 abgegebene Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um und speist diese in das Stromversorgungssystem 9 ein. Wenn die Stromquelle 15 Batterien umfasst, wandelt die Stromumwandlungsschaltung 12 den Wechselstrom des Stromversorgungssystems 9 in Gleichstrom um und versorgt die Stromquelle 15 mit diesem Strom. Die Stromquelle 15 speichert die von der Stromumwandlungsschaltung 12 umgewandelte Gleichstromleistung.
Die Spannungs- und Strommessschaltung 13 umfasst einen Messwandler, einen Messgleichrichter und so weiter. Die Spannungs- und Strommessschaltung 13 befindet sich an einem Verbindungspunkt zwischen der Leistungsumwandlungsschaltung 12 und dem Stromversorgungssystem 9 und ist mit der Steuerschaltung 14 verbunden. Die Spannungs- und Strommessschaltung 13 misst die Spannung und den Strom an dem Verbindungspunkt zwischen der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 und dem Stromversorgungssystem 9. Die Amplitude, die Frequenz und die Phase der Spannung werden von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 gemessen und als Spannungsmesswert übernommen, und die Amplitude, die Frequenz und die Phase des Stroms werden gemessen und als Strommesswert übernommen. Die Spannungs- und Strommessschaltung 13 gibt den Spannungsmesswert und den Strommesswert an die Steuerschaltung 14 aus. Umfasst die Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung einen Oberwellenfilter zwischen der Leistungsumwandlungsschaltung 12 und dem Stromversorgungssystem 9, misst die Spannungs- und Strommessschaltung 13 den Strom sowohl auf der Seite des Stromversorgungssystems 9 des Oberwellenfilters als auch auf der Seite der Leistungsumwandlungsschaltung 12 und gibt solche Messwerte an die Steuerschaltung 14 aus.
Die Steuerschaltung 14 umfasst eine Hardwareschaltung, einen Mikrocomputer und so weiter. Die Steuereinheit 14 steuert die Leistungsumwandlungsschaltung 12 auf der Grundlage des Messwerts aus der Spannungs- und Strommessschaltung 13. Die Steuerschaltung 14 umfasst die Ausgangsspannung-Steuereinheit und eine Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22.
Die Ausgangsspannung-Steuereinheit ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13 und mit der Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 verbunden. Basierend auf dem Messwert von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 erzeugt die Ausgangsspannungs-Steuereinheit 21 ein Steuersignal und gibt ein solches Signal an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 aus. Bei dem Steuersignal handelt es sich um ein Signal, das die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 steuert und eine Sinusspannungs-Wellenform darstellt. Amplitude, Frequenz und Phase der Spannung sind durch das Steuersignal zu bestimmen. Das Steuersignal kann durch eine Telegrammnachricht die Amplitude, die Frequenz und die Phase der Spannung vorgeben. Der detaillierte Aufbau der Ausgangsspannung-Steuereinheit wird später beschrieben.
Die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 ist mit der Ausgangsspannungs-Steuereinheit 21 und mit der Leistungsumwandlungsschaltung 12 verbunden. Basierend auf der Amplitude, der Frequenz und der Phase der Spannung gemäß dem von der Steuerspannungs-Steuereinheit 21 empfangenen Steuersignal erzeugt die Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 ein Gate-Signal und gibt ein solches Signal an die Leistungsumwandlungsschaltung 12 aus. Das Gate-Signal ist ein Signal, das die Ausgangsspannungswellenform der Leistungsumwandlungsschaltung 12 moduliert, und ist beispielsweise ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM-Modulation), das den EIN- und AUS-Zustand des Halbleiterschalters in der Leistungsumwandlungsschaltung 12 steuert. Entsprechend der Amplitude, der Frequenz und der Phase der Spannung, die von der Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 gesteuert werden, wandelt die Leistungsumwandlungsschaltung 12 die von der Stromquelle 15 ausgegebene Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um und liefert eine solche Leistung an das Stromversorgungssystem 9.
(Aufbau der Ausgangsspannung-Steuereinheit)
3 zeigt eine Struktur der Ausgangsspannung-Steuereinheit. Die Ausgangsspannung-Steuereinheit umfasst eine Hardwareschaltung oder einen Mikrocomputer und so weiter. Die Ausgangsspannung-Steuereinheit umfasst einen Phasendetektor 31, einen Leistungsrechner 32, einen Leistungsregler 33, einen Stromsteuereinheit 34 und einen Wellenformregler 35.
Der Phasendetektor 31 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13, dem Leistungsrechner 32 und der Steuereinheit 35 verbunden. Der Phasendetektor 31 berechnet und gibt eine Spannungsphase auf der Grundlage des Spannungsmesswerts aus, der von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegeben wird. Der detaillierte Aufbau des Phasendetektors 31 wird später beschrieben.
Der Leistungsrechner 32 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13 und mit der Steuereinheit 33 verbunden. Der Leistungsrechner 32 berechnet auf der Grundlage des Spannungsmesswerts und des Strommesswerts, die beide von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegeben werden, und auf der Spannungsphase, die vom Phasendetektor 31 ausgegeben wird, den Wirkleistungswert und den Blindleistungswert, die beide von der Leistungsumwandlungsschaltung 12 ausgegeben werden sollen, und gibt die berechneten Werte an die Steuereinheit 33 aus.
Der Leistungsregler 33 ist mit dem Leistungsrechner 32 und der Stromsteuereinheit 34 verbunden. Die Steuereinheit 33 berechnet auf der Grundlage des von einer externen Vorrichtung eingegebenen Leistungssollwerts und des Wirkleistungswerts und des Blindleistungswerts, die beide von der Leistungsberechnungsvorrichtung 32 berechnet wurden, einen Stromsollwert, der von der Leistungsumwandlungsschaltung 12 ausgegeben werden soll. Der Stromsollwert wird als Sollwert so eingestellt, dass die Wirkleistung und die Blindleistung, die beide von der Leistungsumwandlungsschaltung 12 ausgegeben werden, den gewünschten Leistungswerten folgen. Die Leistungssteuereinheit 33 gibt den berechneten Stromsollwert an die Stromsteuereinheit 34 aus.
Der Leistungssollwert ist ein Befehlswert, der die von der Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung auszugebende Wirkleistung und Blindleistung angibt. Bei dem Leistungssollwert kann es sich um einen Sollwert handeln, der der Steuereinheit 33 von einer externen Vorrichtung, wie beispielsweise einer Steuervorrichtung für die Stromzufuhr und -abnahme (in der Abbildung nicht dargestellt), eingegeben wird, oder um einen voreingestellten Sollwert. Der Leistungssollwert kann einen Wert haben, der sich im Laufe der Zeit ändert, oder er kann ein fester Wert sein.
Die Stromsteuereinheit 34 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13, der Leistungssteuereinheit 33 und der Wellenformsteuereinheit 35 verbunden. Die Stromsteuereinheit 34 berechnet auf der Grundlage des von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegebenen Strommesswerts und des von der Leistungssteuereinheit 33 berechneten Stromsollwerts einen Spannungssollwert. Der Spannungssollwert ist ein Sollwert in der Weise, dass sowohl die Wirkleistung als auch die Blindleistung, die von der Leistungswandlerschaltung 12 abgegeben werden sollen, dem gewünschten Leistungswert folgen. Die Stromsteuereinheit 34 gibt den berechneten Spannungssollwert an die Wellenformsteuereinheit 35 aus.
Der Wellenformregler 35 ist mit dem Phasendetektor 31, der Stromsteuereinheit 34 und der Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 verbunden. Basierend auf dem Spannungsmesswert, der von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegeben wird, auf der Spannungsphase, die vom Phasendetektor 31 ausgegeben wird, und auf dem Spannungsbefehlswert, der von der Stromsteuerung 34 berechnet wird, erzeugt der Wellenform-Controller 35 ein Steuersignal und gibt ein solches Signal an die Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 aus. Bei dem Steuersignal handelt es sich um ein Signal, das die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 steuert, und zwar um eine Sinusspannung. Die Amplitude, die Frequenz und die Phase der Spannung werden durch das Steuersignal bestimmt. Das Steuersignal kann die Amplitude, die Frequenz und die Phase der Spannung durch eine Telegrammnachricht bestimmen.
Die Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 steuert die Leistungsumwandlungsschaltung 12 auf der Grundlage des von der Wellenform-Steuereinheit 35 ausgegebenen Steuersignals. Die Leistungsumwandlungsschaltung 12 wandelt die von der Stromquelle 15 ausgegebene Gleichstromleistung in eine Wechselstromleistung mit der Spannung um, die die festgelegte Amplitude, Frequenz und Phase hat, und liefert eine solche Leistung an das Stromversorgungssystem 9.
(Aufbau des Phasendetektors 31)
Im Folgenden wird der Aufbau des Phasendetektors 31 beschrieben. Der Phasendetektor 31 umfasst eine Hardwareschaltung, einen Mikrocomputer und so weiter. Der Phasendetektor 31 umfasst die in 4 dargestellten Steuerblöcke.
Der Phasendetektor 31 umfasst die Steuereinheiten Dreiphasen-/dq-Umwandlungsblock 41, PI-Steuerblock 42, Integrationsblock 43 und Bestimmungsblock 44.
Der Dreiphasen/dq-Umwandlungsblock 41 wandelt auf der Grundlage des von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegebenen Spannungsmesswerts den Spannungsmesswert in einen dq-Achsen-Spannungswert um. Die PI-Steuereinheit 42 führt eine Steuerung derart aus, dass der Spannungswert an einer Referenzachse unter den dq-Achsen auf der Grundlage des vom Dreiphasen-/dq-Umwandlungsblock 41 umgewandelten dq-Achsen-Spannungswerts zu Null wird. Darüber hinaus umfasst der PI-Regelblock 42 einen Begrenzer, der die Frequenz auf die unterste Frequenz und die oberste Frequenz begrenzt. Die Werte für die unterste Frequenz und die oberste Frequenz werden von einer externen Vorrichtung (in der Abbildung nicht dargestellt) auf vorgegebene Werte eingestellt.
Der Integrationsblock 43 berechnet die Phase aus dem von der PI-Steuereinheit 42 ausgegebenen Gesamtwert der Frequenzabweichung und einer Referenzfrequenz (beispielsweise einer handelsüblichen Frequenz, die 50 Hz oder 60 Hz beträgt). Der Bestimmungsblock 44 erfasst die vom PI-Regelblock 42 ausgegebene Frequenz. Außerdem wählt der Bestimmungsblock 44 eine Betriebsart auf der Grundlage der vom PI-Regelblock 42 ausgegebenen Frequenzabweichung aus. Als eine solche Betriebsart wird entweder ein Spannungsquellenbetrieb oder ein Netzbetrieb gewählt. Die Betriebsart Spannungsquelle ist die Betriebsart, in der die AC-Referenzleistung für die Leistungsumwandlung ausgegeben wird. In der Betriebsart „Netzanschluss“ wird die Wechselstromleistung auf der Grundlage von Spannung, Frequenz und Phase der externen Wechselstrom-Referenzleistung ausgegeben. Der netzgekoppelte Betrieb wird in einigen Fällen auch als Stromquellenbetrieb bezeichnet.
Die PI-Steuereinheit 42 umfasst einen Begrenzer, der die Frequenz auf die unterste Frequenz und auf die oberste Frequenz begrenzt. Wenn die AC-Referenzleistung für die Leistungsumwandlung ausfällt, wird die Frequenz entsprechend der von der Leistungsumwandlungsschaltung 12 abgegebenen Leistung auf die unterste Frequenz oder auf die oberste Frequenz begrenzt, die von der PI-Steuereinheit 42 eingestellt wird. Dementsprechend begrenzt die Steuereinheit 35 die Frequenz innerhalb des voreingestellten Frequenzbereichs, um das Steuersignal zu erzeugen.
Der Wert der untersten Frequenz und der Wert der obersten Frequenz werden für jede Vorrichtung 1 zur Energieumwandlung eingestellt, die die inverterbasierte Energiequelle 10a, 10b oder 10c bildet. Der Wert der untersten Frequenz und derjenige der obersten Frequenz werden auf der Grundlage der Vorzugsreihenfolge der inverterbasierten Stromquellen 10a, 10b und 10c festgelegt, von denen eine die Referenzwechselstromleistung für die Frequenz an das Stromversorgungssystem 9 liefert, wenn die Referenzwechselstromleistung für die Leistungsumwandlung verloren geht.
Wenn die Referenz-Wechselstromleistung für die Leistungsumwandlung verloren geht, wird die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1, die mit der ersten bevorzugten inverterbasierten Leistungsquelle 10 verbunden ist, die die Referenz-Wechselstromleistung ausgibt, auf die Werte der untersten Frequenz und der obersten Frequenz gemäß einem ersten Substitutionsmodus eingestellt, und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1, die mit der zweiten bevorzugten inverterbasierten Leistungsquelle 10 verbunden ist, die die Referenz-Wechselstromleistung ausgibt, wird auf die Werte der untersten Frequenz und der obersten Frequenz gemäß einem zweiten Substitutionsmodus eingestellt.
Der Wert der untersten Frequenz gemäß dem ersten Substitutionsmodus ist größer als der Wert der untersten Frequenz gemäß dem zweiten Substitutionsmodus. Der Wert der obersten Frequenz gemäß dem ersten Substitutionsmodus ist kleiner als der Wert der obersten Frequenz gemäß dem zweiten Substitutionsmodus. Die Bereiche der untersten Frequenz und der obersten Frequenz gemäß dem ersten Substitutionsmodus sind schmaler als die Bereiche der untersten Frequenz und der obersten Frequenz gemäß dem zweiten Substitutionsmodus.
Beispielsweise sind die Werte der untersten Frequenz und der obersten Frequenz gemäß dem ersten Substitutionsmodus auf ±3 % relativ zu einer Referenzfrequenz f0 eingestellt, und die Werte der untersten Frequenz und der obersten Frequenz gemäß dem zweiten Substitutionsmodus sind auf ±5 % relativ zur Referenzfrequenz f0 eingestellt. Es ist zu beachten, dass der Absolutwert des Wertes der untersten Frequenz und der der obersten Frequenz inkonsistent sein kann. Beispielsweise kann der Wert der untersten Frequenz gemäß dem ersten Substitutionsmodus f0 -3 % und der Wert der obersten Frequenz f0 +2 % betragen.
Wenn es außerdem gleich oder mehr als drei Wechselrichter-basierte Leistungsquellen 10 gibt, die die Referenz-Wechselstromleistung ausgeben sollen, können gleich oder mehr als drei Leistungsumwandlungsvorrichtungen 1, die jeweils mit diesen Wechselrichter-basierten Leistungsquellen 10 verbunden sind, auf den ersten Substitutionsmodus, den zweiten Substitutionsmodus und den dritten Substitutionsmodus usw. in einer Reihenfolge eingestellt werden, in der die Bereiche der untersten Frequenz und der obersten Frequenz entsprechend der bevorzugten Reihenfolge zur Ausgabe der Referenz-Wechselstromleistung breit werden.
Der PI-Steuerblock 42 aktualisiert die eingestellten Werte der untersten Frequenz und der obersten Frequenz auf den Wert der Frequenz f0 entsprechend der Referenz-Wechselstromleistung, wenn eine vorgegebene Zeit verstrichen ist, nachdem die Ausgabe der Referenz-Wechselstromleistung beginnt. Beispielsweise werden die Werte der untersten Frequenz und der obersten Frequenz im Verhältnis zur Bezugsfrequenz f0 von ±3 % auf 0 % aktualisiert, wenn die vorgegebene Zeit verstrichen ist, nachdem der Bestimmungsblock 44 der Steuerspannungs-Steuereinheit 21 des Steuerschaltkreises 14 festgestellt hat, dass die umrichterbasierte Stromquelle 10 mit der Ausgabe der Bezugswechselstromleistung beginnt. Die Änderungsrate gemäß dieser Aktualisierung kann konstant sein oder einer Verzögerungskennlinie erster Ordnung folgen und so weiter.
Der Ausgangswert des PI-Regelblocks 42 entspricht einer Frequenzabweichung f von der Bezugsfrequenz f0 des Spannungsmesswerts. Das heißt, wenn die Frequenz fm (die Frequenz des Stromversorgungssystems 9) des Spannungsmesswerts steigt, steigt der Ausgangswert des PI-Regelblocks 42, und wenn die Frequenz fm (die Frequenz des Stromversorgungssystems 9) des Spannungsmesswerts sinkt, sinkt der Ausgangswert des PI-Regelblocks 42.
Der Bestimmungsblock 44 bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die die Referenz für die Frequenz ist, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, wenn der Ausgangswert des PI-Regelblocks 42 nicht innerhalb eines voreingestellten Frequenzbereichs f0±f1 liegt. Beispielsweise bestimmt der Bestimmungsblock 44, dass die Wechselstromleistung, die die Referenz für die Frequenz ist, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, basierend auf der Tatsache, dass der Ausgangswert des PI-Steuerblocks 42 den Wert der untersten Frequenz f0-f1 oder den der obersten Frequenz f0+f1 erreicht. Darüber hinaus gibt der Bestimmungsblock 44 auf der Grundlage der Tatsache, dass der Ausgangswert des PI-Steuerblocks 42 den Wert der untersten Frequenz f0-f1 oder den der obersten Frequenz f0+f1 erreicht, Informationen über den Betriebsmodus aus, die bewirken, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 vom netzgekoppelten Modus in den Spannungsquellenmodus übergeht, und bewirken, dass die Leistungsumwandlungsschaltung 12 mit der Ausgabe der Referenzwechselstromleistung beginnt.
Basierend auf der Erkennung, dass der Ausgangswert der PI-Steuereinheit 42 kontinuierlich der Wert der untersten Frequenz f0-f1 oder der der obersten Frequenz f0+f1 für eine vorbestimmte Zeitperiode ist, und der Ausgangswert der PI-Steuereinheit 42 der Wert der untersten Frequenz f0-f1 oder der der obersten Frequenz f0+f1 durch eine vorbestimmte Anzahl von Malen für die vorbestimmte Zeitperiode wird, kann der Bestimmungsblock 44 weiterhin genau erkennen, dass die Wechselstromleistung, die die Referenz für die Frequenz wird, nicht geliefert wird. Der Bestimmungsblock 44 gibt die Information über die Betriebsart aus, die angibt, ob die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 entweder im Spannungsquellenbetrieb oder im Netzbetrieb betrieben werden soll.
(Struktur der Steuereinheit 35 für die Wellenform)
Es wird eine Struktur der Steuereinheit 35 beschrieben. Die Steuereinheit 35 umfasst eine Hardwareschaltung, einen Mikrocomputer und so weiter. Die Steuereinheit 35 umfasst die in 5 dargestellten Steuerblöcke.
Die Steuereinheit 35 umfasst Funktionsblöcke, nämlich einen Spannungssteuerblock 45, einen dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 und einen Auswahlblock 47.
Der Spannungssteuerblock 45 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13, der Stromsteuereinheit 34 und dem Auswahlblock 47 verbunden. Auf der Grundlage des von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegebenen Spannungsmesswerts und des von der Stromsteuereinheit 34 berechneten Spannungssollwerts berechnet der Spannungssteuerblock 45 einen d-Achsen-Spannungswert und einen q-Achsen-Spannungswert als neuen Spannungssollwert und gibt diesen Wert an den Auswahlblock 47 aus. Der d-Achsen-Spannungswert ist ein Steuersignal, das die d-Achse betrifft, und der q-Achsen-Spannungswert ist ein Steuersignal, das die q-Achse betrifft. Der Spannungssteuerblock 45 erzeugt das Steuersignal für die dq-Achse.
Der Auswahlblock 47 ist mit dem Spannungssteuerblock 45, dem dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 und dem Bestimmungsblock 44 verbunden. Der Eingang des Auswahlblocks 47 ist der vom Spannungssteuerblock 45 ausgegebene d-Achsen-Spannungswert, der q-Achsen-Spannungswert, ein vorbestimmter d-Achsen-Wert und ein vorbestimmter q-Achsen-Wert, die beide im Voraus eingestellt wurden. Die Ausgabe durch den Auswahlblock 47 wird in Übereinstimmung mit den vom Bestimmungsblock 44 ausgegebenen Betriebsmodusinformationen ausgewählt. Wenn die Information über die Betriebsart den netzgekoppelten Betrieb angibt, gibt der Auswahlblock 47 den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert, die beide vom Spannungssteuerblock 45 ausgegeben werden, an den dq/Drehstrom-Umwandlungsblock 46 aus. Wenn die Information über den Betriebsmodus den Spannungsquellenmodus angibt, gibt der Auswahlblock 47 an den dq/Drehstrom-Wandlerblock 46 den vorgegebenen d-Achsenwert und den vorgegebenen q-Achsenwert aus.
Der dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 ist mit dem Auswahlblock 47, dem Phasendetektor 31 und der Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 verbunden. Wenn die Betriebsmodus-Information den Netzanschlussmodus angibt, gibt der dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 die in Dreiphasen umgewandelte Spannungswellenform auf der Grundlage des d-Achsen-Spannungswerts und des q-Achsen-Spannungswerts, die beide von dem Spannungssteuerblock 45 berechnet werden, und auf der von dem Phasendetektor 31 ausgegebenen Spannungsphase aus.
Wenn die Betriebsmodus-Information den Spannungsquellenmodus angibt, gibt der dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 die in Dreiphasen umgewandelte Spannungswellenform aus, die auf dem vorbestimmten d-Achsen-Wert, dem vorbestimmten q-Achsen-Wert und der vom Phasendetektor 31 ausgegebenen Spannungsphase basiert. Der vorgegebene Wert der d-Achse und der vorgegebene Wert der q-Achse können feste Werte sein, die für die d-Achse und für die q-Achse im Voraus festgelegt werden, oder sie können Variablen sein, die sich im Laufe der Zeit ändern. Beispielsweise kann der vorgegebene Wert der d-Achse auf den Nennspannungswert des Stromversorgungssystems 1 und der vorgegebene Wert der q-Achse auf Null gesetzt werden. Der d-Achsen-Spannungswert und der q-Achsen-Spannungswert entsprechen einem ersten Spannungssollwert in Ansprüchen. Der vorgegebene d-Achsen-Wert und der vorgegebene q-Achsen-Wert entsprechen einem zweiten Spannungsbefehlswert in den Ansprüchen.
Die obige Darstellung zeigt den Aufbau der Vorrichtung 1 und die Konfiguration des Energieumwandlungssystems 100.
(1-2. Handlungen)
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die 1 bis 7 die Funktionsweise der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 und die des Leistungsumwandlungssystems 100 gemäß dieser Ausführungsform in groben Zügen beschrieben. Die Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung erfasst mit Hilfe des Bestimmungsblocks 44 die Frequenz fm der Wechselstromleistung, die dem Stromversorgungssystem 9 zugeführt wird. Der Bestimmungsblock 44 der Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das elektrische Leistungssystem 9 geliefert wird, wenn die erfasste Frequenz fm nicht innerhalb eines voreingestellten ersten Frequenzbereichs f01f1 liegt. Wenn der Bestimmungsblock 44 feststellt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, führt die Steuereinheit 35 eine Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung 12 aus, um die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem 9 zu liefern.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 begrenzt mit Hilfe des Phasendetektors 31 die Frequenz auf einen voreingestellten zweiten Frequenzbereich f0±f2 und berechnet die Spannungsphase. f1 und f2 können der gleiche Wert sein. Der zweite Frequenzbereich f0±f2 wird auf der Grundlage der Vorzugsreihenfolge der mehreren Stromversorgungsquellen 15 festgelegt, von denen eine die Wechselstromleistung liefert, die zur Referenz für die Frequenz des Stromversorgungssystems 9 wird, und der zweite Frequenzbereich f0±f2, der der Stromversorgungsquelle 15 mit einer hohen Vorzugsreihenfolge entspricht, ist enger als der zweite Frequenzbereich f0±f2, der der Stromversorgungsquelle 15 mit einer niedrigen Vorzugsreihenfolge entspricht.
Wenn die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, beginnt eine der Leistungsumwandlungsvorrichtungen 1, die im netzgekoppelten Modus arbeiten, im Spannungsquellenmodus zu arbeiten und liefert die Wechselstromleistung, die die Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem 9. Außerdem arbeiten die anderen Leistungsumwandlungsvorrichtungen 1, die im netzgekoppelten Modus arbeiten, weiterhin im netzgekoppelten Modus.
Unter Bezugnahme auf 6 werden die Einzelheiten des Betriebs der Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung und des Leistungsumwandlungssystems 100 beschrieben. Das Energieumwandlungssystem 100 umfasst beispielsweise die drei inverterbasierten Energiequellen 10a, 10b und 10c. Die drei inverterbasierten Stromquellen 10a, 10b und 10c versorgen das Stromversorgungssystem 9 mit Strom. Die inverterbasierten Stromquellen 10a, 10b und 10c umfassen die Leistungsumwandlungsvorrichtungen 1a, 1b bzw. 1c.
Es wird davon ausgegangen, dass die inverterbasierte Stromquelle 10a im Normalfall im Spannungsquellenmodus arbeitet und die inverterbasierten Stromquellen 10b und 10c im Normalfall im netzgekoppelten Modus arbeiten. Die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, wird von der wechselrichterbasierten Stromquelle 10a an das Stromversorgungssystem 9 geliefert. Wenn die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, dem Stromversorgungssystem 9 nicht von der inverterbasierten Stromquelle 10a zugeführt wird, hat die inverterbasierte Stromquelle 10b den Vorzug gegenüber der inverterbasierten Stromquelle 10c und liefert die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, dem Stromversorgungssystem 9.
Die Vorrichtung 1b zur Energieumwandlung gemäß der inverterbasierten Energiequelle 10b ist so eingestellt, dass sie sich im ersten Substitutionsmodus befindet. Die Vorrichtung 1c zur Energieumwandlung gemäß der inverterbasierten Energiequelle 10c ist so eingestellt, dass sie sich im zweiten Substitutionsmodus befindet. Der erste Substitutionsmodus und der zweite Substitutionsmodus werden auf der Grundlage der Vorzugsreihenfolge der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 entschieden, die die Wechselstromleistung liefern soll, die die Referenz für die Frequenz ist, wenn die Wechselstromleistung, die die Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird. Beispielsweise wird die Vorzugsreihenfolge zum Liefern der Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, in Übereinstimmung mit der Tatsache entschieden, dass beispielsweise die Kapazität der inverterbasierten Stromquelle 10b größer ist als die Kapazität der inverterbasierten Stromquelle 10c, und die inverterbasierte Stromquelle 10 wird so eingestellt, dass sie sich in dem ersten Substitutionsmodus oder dem zweiten Substitutionsmodus basierend auf der Vorzugsreihenfolge befindet.
Wenn die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird und wenn gleich oder mehr als drei Leistungsumwandlungsvorrichtungen 1 bereitgestellt werden, von denen eine die Wechselstromleistung liefert, die zur Referenz für die Frequenz wird, können die gleich oder mehr als drei Leistungsumwandlungsvorrichtungen 1 in Übereinstimmung mit der Vorzugsreihenfolge in den ersten Substitutionsmodus, den zweiten Substitutionsmodus und den dritten Substitutionsmodus usw. eingestellt werden, um die Referenzwechselstromleistung auszugeben.
Wenn die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, dem Stromversorgungssystem 9 nicht mehr von der inverterbasierten Stromquelle 10a zugeführt wird, wird die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, dann von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b zugeführt, die auf den ersten Substitutionsmodus eingestellt ist. Wenn die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht mehr von der inverterbasierten Stromquelle 10b, die die in den ersten Substitutionsmodus gesetzte Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b umfasst, an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, wird die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, von der in den zweiten Substitutionsmodus gesetzten Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c geliefert.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b wird im Voraus in den ersten Substitutionsmodus versetzt. Die PI-Steuereinheit 42 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b umfasst den Begrenzer, der die Frequenz auf die unterste Frequenz f0-f2b und auf die oberste Frequenz f0+f2b begrenzt. Der PI-Steuerblock 42 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b im ersten Substitutionsmodus begrenzt die Frequenz auf den voreingestellten Frequenzbereich f0±f2b und berechnet die Spannungsphase. Beispielsweise wird die unterste Frequenz f0-f2b des PI-Steuerblocks 42 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b, die im ersten Substitutionsmodus eingestellt ist, auf 50Hz -3% eingestellt, und die oberste Frequenz f0+f2b wird auf 50Hz +3% eingestellt.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c wird im Voraus auf den zweiten Substitutionsmodus eingestellt. Der PI-Steuerblock 42 der im zweiten Substitutionsmodus eingestellten Vorrichtung 1c begrenzt die Frequenz auf den voreingestellten Frequenzbereich f0±f2c und berechnet die Spannungsphase. Beispielsweise wird die unterste Frequenz f0-f2c des PI-Steuerblocks 42 der im zweiten Substitutionsmodus eingestellten Vorrichtung 1c auf 50Hz -5% und die oberste Frequenz f0+f2c auf 50Hz +5% eingestellt.
Die Begrenzer der jeweiligen PI-Steuerblöcke 42 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c werden im Voraus so eingestellt, dass sie beispielsweise auf f0 ±0% aktualisiert werden, nachdem eine vorbestimmte Zeit verstrichen ist, wenn der Bestimmungsblock 44 feststellt, dass er sich im Substitutionsmodus befindet.
Es ist zu beachten, dass angenommen wird, dass die kommerzielle Frequenz f0 des Stromversorgungssystems 1 50 Hz beträgt. Darüber hinaus werden der vorbestimmte Wert der d-Achse und der vorbestimmte Wert der q-Achse, die von den Auswahlblöcken 47 in den jeweiligen Wellenformreglern 35 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c ausgewählt werden, auf den Nennspannungswert des Stromversorgungssystems 1 bzw. auf Null gesetzt.
Zum Zeitpunkt t1 in einem in 6 dargestellten Zeitdiagramm, wenn die Wechselstromversorgung von der inverterbasierten Stromquelle 10a aufgrund einer Störung usw. stoppt, wird der Wechselstrom, der zur Referenz für die Frequenz wird, nicht mehr geliefert, und so sinkt eine Frequenz fm des elektrischen Stromsystems 9. Folglich sinken die Ausgangswerte der jeweiligen PI-Steuerblöcke 42 der Phasendetektoren 31 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b der inverterbasierten Stromquelle 10b und der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c der inverterbasierten Stromquelle 10c.
Zum Zeitpunkt t2 erreicht der Ausgangswert des PI-Steuerblocks 42 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b die unterste Frequenz f0-f2b. Die unterste Frequenz f0-f2b beträgt beispielsweise 50Hz -3% (48,5 Hz). Der PI-Steuerblock 42 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b begrenzt die Frequenz auf 48,5 Hz, d. h. den voreingestellten Frequenzbereich f0±f2b, und berechnet die Spannungsphase.
Zum Zeitpunkt t3 erkennt der Bestimmungsblock 44 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b auf der Grundlage der von dem PI-Steuerblock 42 ausgegebenen Spannungsphase, dass die Frequenz fm der dem Stromversorgungssystem 9 zugeführten Wechselstromleistung außerhalb des voreingestellten Frequenzbereichs f0±f1b liegt, und bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht dem Stromversorgungssystem 9 zugeführt wird. Beispielsweise beträgt der Frequenzbereich f0±f1b 50Hz ±3% (48,5 Hz).
Darüber hinaus gibt der Bestimmungsblock 44 auf der Grundlage der Tatsache, dass der Ausgangswert der PI-Steuereinheit 42 die unterste Frequenz f0-f1b erreicht, die Betriebsmodus-Information derart aus, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b vom netzgekoppelten Modus in den Spannungsquellenmodus übergeht und die Leistungsumwandlungsschaltung 12 beginnt, die Referenz-Wechselstromleistung auszugeben. Beispielsweise beträgt die unterste Frequenz f0-flb 50Hz -3% (48,5 Hz).
Basierend auf der Tatsache, dass die vom Bestimmungsblock 44 ausgegebene Betriebsmodusinformation den Spannungsquellenmodus angibt, gibt der Auswahlblock 47 den vorbestimmten d-Achsenwert und den vorbestimmten q-Achsenwert an den dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 aus. Der vorgegebene Wert der d-Achse wird auf den Nennspannungswert des Stromversorgungssystems 1 gesetzt, und der vorgegebene Wert der q-Achse wird auf Null gesetzt. Außerdem wird die vom Phasendetektor 31 ausgegebene Spannungsphase mit 48,5 Hz in den dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 eingegeben.
Der dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b gibt an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 die in Dreiphasen umgewandelte Spannungswellenform aus, die auf dem vorbestimmten d-Achsen-Wert und dem vorbestimmten q-Achsen-Wert basiert, die vom Auswahlblock 47 ausgegeben werden, sowie auf der Spannungsphase, die vom Phasendetektor 31 ausgegeben wird. Die in drei Phasen umgewandelte Spannungswellenform entspricht dem Steuersignal.
Basierend auf der Spannungsamplitude, -frequenz und - phase gemäß der Spannungswellenform, die das von der Steuervorrichtung 21 für die Ausgangsspannung empfangene Steuersignal ist, erzeugt die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 der Vorrichtung 1b zur Leistungsumwandlung das Gate-Signal und gibt ein solches Signal an die Schaltung 12 zur Leistungsumwandlung aus. Das Gatesignal soll die Ausgangsspannungswellenform der Leistungsumwandlungsschaltung 12 modulieren und ist beispielsweise ein Pulsweitenmodulationssignal (PWM), das die Ein- und Ausschaltzustände der Halbleiterschalter in der Leistungsumwandlungsschaltung 12 steuert. In Übereinstimmung mit der Spannungsamplitude, der Frequenz und der Phase der von der Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 gesteuerten Spannung wandelt die Leistungsumwandlungsschaltungsanordnung 12 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b die von der Stromquelle 15 ausgegebene Gleichstromleistung in Wechselstromleistung um und liefert eine solche Leistung an das Stromversorgungssystem 9.
Durch die oben beschriebenen Vorgänge beginnt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b der inverterbasierten Leistungsquelle 10b zum Zeitpunkt t3, die Wechselstromleistung zu liefern, die die Referenz für die Frequenz des elektrischen Leistungssystems 9 wird. Die Amplitude der Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, ist der Nennspannungswert des Stromversorgungssystems 9, und die Frequenz beträgt 48,5 Hz.
Umgekehrt arbeitet die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c der inverterbasierten Stromquelle 10c weiterhin im netzgekoppelten Modus. Die Wechselstromleistung von 48,5 Hz, die zur Referenz für die Frequenz wird, wird von der inverterbasierten Stromquelle 10b an das Stromversorgungssystem 9 geliefert. Der Bestimmungsblock 44 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, wenn die Frequenz des Stromversorgungssystems 9 nicht innerhalb eines Frequenzbereichs f0±f1c liegt. Der Frequenzbereich f0±f1c beträgt 50Hz ±5% (von 47,5 Hz bis 52,5 Hz).
Der Bestimmungsblock 44 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c stellt fest, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, in das Stromnetz 9 eingespeist wird, da der Ausgangswert des PI-Regelblocks 42 nicht den Wert der untersten Frequenz f0-f1c oder den der obersten Frequenz f0+f1c erreicht hat, und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c arbeitet weiterhin im netzgekoppelten Modus.
Zum Zeitpunkt t3 beginnt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b der inverterbasierten Stromquelle 10b mit der Lieferung der Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, und die Wechselstromleistung des Stromversorgungssystems 9 wird 48,5 Hz. Zum Zeitpunkt t4, nachdem eine voreingestellte Zeit ab dem Zeitpunkt t3 verstrichen ist, aktualisiert der Phasendetektor 31 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b den Frequenzbereich im Begrenzer des PI-Steuerblocks 42 auf den Wert der Frequenz entsprechend der Referenzwechselstromleistung. Der Frequenzbereich f0±f2b im Begrenzer des PI-Steuerblocks 42 wird beispielsweise auf 50Hz ±0% von 50Hz ±3% aktualisiert.
Dementsprechend ändert sich der Ausgangswert der PI-Steuereinheit 42 der umrichterbasierten Stromquelle 10b in Übereinstimmung mit dem untersten Begrenzer und verschiebt sich auf 50Hz -0%. Folglich gibt der Phasendetektor 31 die Spannungsphase entsprechend der Referenzfrequenz von 50 Hz aus. Basierend auf der Spannungsphase entsprechend der Referenzfrequenz von 50 Hz erzeugt die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b das Gate-Signal und gibt ein solches Signal an die Leistungsumwandlungsschaltung 12 aus. Die Leistungsumwandlungsschaltungsanordnung 12 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b liefert die Wechselstromleistung, die die Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem 9 mit der Referenzfrequenz, die von der Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 gesteuert wird und die 50 Hz beträgt.
Da die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b geliefert wird, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1a ersetzt, selbst wenn die Wechselstromversorgung durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1a, die zur Referenz für die Frequenz wird, aufhört, kann der Stromausfall im Stromversorgungssystem 9 vermieden werden.
Wie oben beschrieben, wird die Frequenz des Stromversorgungssystems 9 selbst dann, wenn die im Spannungsquellenmodus arbeitende inverterbasierte Stromquelle 10a aufhört, Strom zu liefern, durch die Wirkung des Begrenzers des Phasendetektors 31 der Stromumwandlungsvorrichtung 1b der inverterbasierten Stromquelle 10b im Frequenzbereich f0±f2b gehalten und auf einen vorgegebenen Wert wie 48,5 Hz geregelt. Der Wechselstrom, der zur Referenz für die Frequenz wird, wird von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b geliefert, und so wird ein Stromausfall des Stromversorgungssystems 9 vermieden. Der Frequenzbereich f0±f2c des Begrenzers des Phasendetektors 31 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c ist breiter als der für die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b eingestellte Frequenzbereich f0±f2b, und die mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c bereitgestellte inverterbasierte Stromquelle 10c kann weiterhin im normalen netzgekoppelten Modus arbeiten.
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf 7 ein Fall beschrieben, in dem die Wechselstromversorgung, die zur Referenz für die Frequenz durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1a und durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b wird, stoppt.
Zum Zeitpunkt t1 in einem in 7 dargestellten Zeitdiagramm stoppt die Wechselstromversorgung von der mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b bereitgestellten inverterbasierten Stromquelle 10a. Anschließend, zum Zeitpunkt t3, beginnt die inverterbasierte Stromquelle 10b, die mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b versehen ist, die Wechselstromversorgung bereitzustellen, die zur Referenz für die Frequenz wird und 48,5 Hz beträgt.
Die Lieferung von Wechselstrom mit 48,5 Hz durch die inverterbasierte Stromquelle 10b, die mit der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b versehen ist, dauert bis zum Zeitpunkt t5 an. Zum Zeitpunkt t5 stoppt die Wechselstromversorgung von der inverterbasierten Stromquelle 10b aufgrund einer Störung und so weiter. Folglich stoppt die Wechselstromversorgung, die die Referenz für die Frequenz von der inverterbasierten Stromquelle 10a und auch von der inverterbasierten Stromquelle 10b wird.
Wenn die Wechselstromversorgung von der wechselrichterbasierten Stromquelle 10b stoppt, wird der Wechselstrom, der zur Referenz für die Frequenz wird, nicht mehr geliefert, und die Frequenz fm des elektrischen Stromsystems 9 nimmt weiter ab. Dementsprechend sinkt der Ausgangswert des PI-Steuerblocks 42 des Phasendetektors 31 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c der umrichterbasierten Stromquelle 10c.
Zum Zeitpunkt t6 erreicht der Ausgangswert des PI-Steuerblocks 42 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c die unterste Frequenz f0-f2c. Die unterste Frequenz f0-f2c beträgt beispielsweise 50Hz -5% (47,5 Hz). Der PI-Steuerblock 42 der Vorrichtung 1c zur Leistungsumwandlung begrenzt die Frequenz auf 47,5 Hz, d.h. den voreingestellten Frequenzbereich f0±f2c, und berechnet die Spannungsphase.
Zum Zeitpunkt t7 erkennt der Bestimmungsblock 44 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c auf der Grundlage der von dem PI-Steuerblock 42 ausgegebenen Spannungsphase, dass die Frequenz fm der dem Stromversorgungssystem 9 zugeführten Wechselstromleistung nicht innerhalb des voreingestellten Frequenzbereichs f0±f1c liegt, und bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht dem Stromversorgungssystem 9 zugeführt wird. Beispielsweise beträgt der Frequenzbereich f0±f1c 50Hz ±3% (47,5 Hz).
Darüber hinaus gibt der Bestimmungsblock 44 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c auf der Grundlage der Tatsache, dass der Ausgangswert der PI-Steuereinheit 42 die unterste Frequenz f0-flc erreicht, die Informationen über den Betriebsmodus so aus, dass die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c vom netzgekoppelten Modus in den Spannungsquellenmodus übergeht und die Leistungsumwandlungsschaltung 12 beginnt, die Referenz-Wechselstromleistung auszugeben. Beispielsweise beträgt die unterste Frequenz f0-flc 50Hz -5% (47,5 Hz).
Basierend auf der Tatsache, dass die vom Bestimmungsblock 44 ausgegebene Betriebsmodusinformation den Spannungsquellenmodus angibt, gibt der Auswahlblock 47 den vorbestimmten d-Achsenwert und den vorbestimmten q-Achsenwert an den dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 aus. Der vorgegebene Wert der d-Achse wird auf den Nennspannungswert des Stromversorgungssystems 1 gesetzt, und der vorgegebene Wert der q-Achse wird auf Null gesetzt. Außerdem wird die vom Phasendetektor 31 ausgegebene Spannungsphase, die 47,5 Hz beträgt, in den dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 eingegeben.
Der dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c gibt an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 die in Dreiphasen umgewandelte Spannungswellenform auf der Grundlage des vorbestimmten d-Achsen-Wertes und des vorbestimmten q-Achsen-Wertes, die beide von dem Auswahlblock 47 ausgegeben werden, und auf der von dem Phasendetektor 31 ausgegebenen Spannungsphase aus. Die in drei Phasen umgewandelte Spannungswellenform entspricht dem Steuersignal.
Basierend auf der Spannungsamplitude, -frequenz und - phase gemäß der Spannungswellenform, die das von der Steuervorrichtung 21 für die Ausgangsspannung empfangene Steuersignal ist, erzeugt die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 der Vorrichtung 1c zur Leistungsumwandlung das Gate-Signal und gibt ein solches Signal an die Schaltung 12 zur Leistungsumwandlung aus. In Übereinstimmung mit der Amplitude, der Frequenz und der Phase der Spannung, die durch die Steuerimpuls-Erzeugungseinheit 22 gesteuert wird, wandelt die Leistungsumwandlungs-Schaltungsanordnung 12 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c die Gleichstromleistung, die von der Stromquelle 15 ausgegeben wird, in Wechselstromleistung um und liefert eine solche Leistung an das Stromversorgungssystem 9.
Durch die oben beschriebenen Vorgänge beginnt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c der inverterbasierten Leistungsquelle 10c zum Zeitpunkt t7, die Wechselstromleistung zu liefern, die die Referenz für die Frequenz des elektrischen Leistungssystems 9 wird. Die Amplitude der Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, ist der Nennspannungswert des Stromversorgungssystems 9, und die Frequenz beträgt 47,5 Hz.
Zum Zeitpunkt t7 beginnt die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c der inverterbasierten Stromquelle 10c mit der Lieferung der Wechselstromversorgung, die zur Referenz für die Frequenz wird, und die Wechselstromleistung des elektrischen Stromsystems 9 wird 47,5 Hz. Zum Zeitpunkt t8, nachdem eine voreingestellte Zeit ab dem Zeitpunkt t7 verstrichen ist, aktualisiert der Phasendetektor 31 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c den Frequenzbereich im Begrenzer des PI-Steuerblocks 42 auf den Wert der Frequenz entsprechend der Referenz-Wechselstromleistung. Der Frequenzbereich f0±f2c im Begrenzer des PI-Steuerblocks 42 wird beispielsweise auf 50Hz ±0% von 50Hz ±5% aktualisiert.
Folglich ändert sich der Ausgangswert der PI-Steuereinheit 42 der inverterbasierten Stromquelle 10c entsprechend dem untersten Begrenzer und verschiebt sich auf 50Hz -0%. Folglich gibt der Phasendetektor 31 die Spannungsphase entsprechend der Referenzfrequenz von 50 Hz aus. Basierend auf der Spannungsphase entsprechend der Referenzfrequenz von 50 Hz erzeugt die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c das Gate-Signal und gibt ein solches Signal an die Leistungsumwandlungsschaltung 12 aus. Die Leistungsumwandlungsschaltung 12 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c liefert die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz des Stromversorgungssystems 9 wird, mit der Referenzfrequenz, die 50 Hz beträgt und die von der Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 gesteuert wird.
Daher kann, selbst wenn die Wechselstromversorgung, die die Referenz für die Frequenz durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1a und auch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b wird, stoppt, da die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1c, die die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1a und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b ersetzt, den Wechselstrom liefert, der die Referenz für die Frequenz wird, der Stromausfall im Stromversorgungssystem 9 vermieden werden.
In den oben beschriebenen Beispielsoperationen, wenn die Wechselstromversorgung, die die Referenz für die Frequenz durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1a und auch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b wird, aufhört, sinkt die Frequenz entsprechend der Leistung des elektrischen Leistungssystems 9. Wenn jedoch das Gleichgewicht zwischen Bedarf und Versorgung aufgrund des Betriebszustands der Last 8 im Stromversorgungssystem 9 und der Betriebszustände der inverterbasierten Stromquellen 10, beispielsweise Laden oder Ausstoßen, gestört ist und wenn die Wechselstromversorgung, die durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1a und die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b zur Referenz für die Frequenz wird, stoppt, besteht die Möglichkeit, dass die Frequenz entsprechend der Leistung des Stromversorgungssystems 9 steigt.
In diesem Fall bestimmt der Bestimmungsblock 44, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, wenn der Ausgangswert des PI-Steuerblocks 42 den Wert der obersten Frequenz f0+flc erreicht. Außerdem begrenzt die PI-Steuereinheit 42 die Frequenz auf die oberste Frequenz f0+f2 durch den Begrenzer und berechnet die Spannungsphase.
In der obigen Beschreibung wurde die Steuereinheit 35 so beschrieben, dass sie die in 5 dargestellte Struktur aufweist. Die Steuereinheit 35 kann eine in 8 dargestellte Struktur verwenden. Die in 8 dargestellte Steuereinheit 35 umfasst Funktionsblöcke, nämlich den Spannungssteuerblock 45, einen dq/Drehstrom-Umwandlungsblock 48 und einen Auswahlblock 49.
Während die in 5 dargestellte Steuereinheit 35 den Spannungssteuerblock 45 auf den dq-Achsen steuert, steuert die in 8 dargestellte Steuereinheit 35 den Spannungssteuerblock 45 dreiphasig. Die in 8 dargestellte Steuereinheit 35 gibt ein Steuersignal aus, bei dem es sich um eine dreiphasige Spannungswellenform handelt.
Der dq/dreiphasige Umwandlungsblock 48 gibt die in dreiphasig umgewandelte Spannungswellenform aus, die auf dem vorbestimmten Wert der d-Achse, dem vorbestimmten Wert der q-Achse und der Spannungsphase des Phasendetektors 31 basiert. Der vorgegebene Wert der d-Achse und der vorgegebene Wert der q-Achse können jeweils ein voreingestellter fester Wert sein, oder sie können Variablen sein, die sich im Laufe der Zeit ändern. Beispielsweise kann der vorgegebene Wert der d-Achse auf den Nennspannungswert des Stromversorgungssystems 1 eingestellt werden, und der vorgegebene Wert der q-Achse kann auf Null eingestellt werden.
Der Auswahlblock 49 ist mit dem Spannungssteuerblock 45, dem dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 48 und dem Bestimmungsblock 44 verbunden. Der Eingang des Auswahlblocks 49 ist die Spannungskurve, die das vom Spannungssteuerblock 45 ausgegebene Steuersignal auf der Grundlage des d-Achsen-Spannungswerts und des q-Achsen-Spannungswerts ist, und die Spannungskurve, die das vom dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 48 ausgegebene Steuersignal auf der Grundlage des voreingestellten d-Achsen-Vorgabewerts und q-Achsen-Vorgabewerts ist.
Der Ausgang des Auswahlblocks 49 wird in Übereinstimmung mit der vom Bestimmungsblock 44 ausgegebenen Betriebsmodusinformation ausgewählt. Wenn die Betriebsmodus-Information den netzgekoppelten Modus angibt, wählt der Auswahlblock 49 die Spannungswellenform aus, die vom Spannungssteuerblock 45 ausgegeben wird, und gibt eine solche Wellenform an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 aus. Wenn die Betriebsmodus-Information den Spannungsquellen-Modus angibt, wählt der Auswahlblock 49 die Spannungs-Wellenform aus, die von dem dq/dreiphasigen Umwandlungsblock 48 ausgegeben wird, und gibt eine solche Wellenform an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 aus.
Indem die Wellenform-Steuereinheit 35 veranlasst wird, die in 8 dargestellte Struktur, wie oben beschrieben, zu verwenden, kann die von der Stromquelle 15 ausgegebene Leistung durch die Stromumwandlungsvorrichtung 1 durch Dreiphasensteuerung in Wechselstrom umgewandelt werden. Wenn die Steuereinheit 35 dazu veranlasst wird, die in 5 dargestellte Struktur zu verwenden, kann die von der Stromquelle 15 abgegebene Leistung durch die Vorrichtung zur Stromumwandlung 1 durch dq-Achsensteuerung in Wechselstrom umgewandelt werden.
Da die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 auch dann geliefert werden kann, wenn die Wechselstromversorgung, die zur Referenz für die Frequenz wird, ausfällt, kann der Stromausfall im Stromversorgungssystem 9 vermieden werden.
Oben ist die Funktionsweise der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 und des Leistungsumwandlungssystems 100 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben.
(1-3. Vorteilhafte Effekte)

(1) Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 den Phasendetektor 31, der eine Spannungsphase auf der Grundlage der Phase der Wechselstromleistung berechnet, die dem Stromversorgungssystem 9 zugeführt wird, die Wellenform-Steuereinheit 35, die ein Steuersignal erzeugt, das die Frequenz und die Phase der Wechselstromleistung auf der Grundlage der vom Phasendetektor 31 berechneten Spannungsphase bestimmt, die Leistungsumwandlungsschaltung 12, die die von der Stromversorgungsquelle 15 zugeführte Leistung in die Wechselstromleistung auf der Grundlage des von der Wellenform-Steuereinheit 35 erzeugten Steuersignals umwandelt, und die die umgewandelte Leistung an das Stromversorgungssystem 9 ausgibt, und den Bestimmungsblock 44, der die Frequenz der an das Stromversorgungssystem 9 gelieferten Wechselstromleistung erfasst und bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, wenn die erfasste Frequenz nicht innerhalb eines voreingestellten ersten Frequenzbereichs liegt. Wenn der Bestimmungsblock 44 feststellt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, führt die Steuereinheit 35 eine Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung 12 aus, um die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem 9 zu liefern. Dementsprechend kann die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 bereitgestellt werden, die einen Stromausfall selbst dann vermeiden kann, wenn die Referenz-Wechselstromleistung verloren geht.

Der Bestimmungsblock 44 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird, wenn der Ausgangswert des PI-Steuerblocks 42 nicht innerhalb eines voreingestellten Frequenzbereichs f0±f1 liegt. Darüber hinaus führt die Steuereinheit 35 eine Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung 12 aus, um die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem 9 zu liefern.
(2) Gemäß dieser Ausführungsform begrenzt der Phasendetektor 31 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 die Frequenz innerhalb eines voreingestellten zweiten Frequenzbereichs und errechnet die Spannungsphase. Somit kann die Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung bereitgestellt werden, die die Leistung innerhalb des zweiten Frequenzbereichs begrenzt ausgeben kann, selbst wenn die Referenz-Wechselstromleistung verloren geht.
Selbst wenn die inverterbasierte Stromquelle 10a, die im Spannungsquellenmodus arbeitet, die Stromversorgung stoppt, wird die Frequenz des Stromversorgungssystems 9 durch die Wirkung des Begrenzers des Phasendetektors 31 der Stromumwandlungsvorrichtung 1b der inverterbasierten Stromquelle 10b innerhalb des Frequenzbereichs f0±f2b gehalten und auf einen vorbestimmten Wert wie 48,5 Hz geregelt. Die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, kann von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b geliefert werden, und somit wird der Stromausfall des Stromversorgungssystems 9 vermieden.
(3) Gemäß dieser Ausführungsform wird der zweite Frequenzbereich f0±f2 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 auf der Grundlage der Vorzugsreihenfolge der mehreren Stromversorgungsquellen 15 bestimmt, von denen eine die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, an das elektrische Stromversorgungssystem 9 liefert, und der zweite Frequenzbereich f0±f2, der der Stromversorgungsquelle 15 mit der hohen Vorzugsreihenfolge entspricht, ist enger als der zweite Frequenzbereich f0±f2, der der Stromversorgungsquelle 15 mit einer niedrigen Vorzugsreihenfolge entspricht. Dementsprechend kann die an die Stromversorgungsquelle 15 mit der niedrigen Vorzugsreihenfolge angeschlossene Vorrichtung 1c den Betrieb im normalen netzgekoppelten Modus aufrechterhalten. Folglich kann das Stromversorgungssystem 9 stabil mit Strom versorgt werden.
(4) Gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform aktualisiert der Phasendetektor 31 den zweiten Frequenzbereich f0±f2 auf den Wert f0 der Frequenz entsprechend der Referenz-Wechselstromleistung, wenn eine voreingestellte Zeit verstrichen ist, nachdem die Steuerung der Energieumwandlungsschaltung 12 begonnen hat, um die Wechselstromleistung zu liefern, die die Referenz für die Frequenz des Stromversorgungssystems 9 wird. Daher wird die Frequenz des Wechselstroms auch dann auf der Frequenz f0 gehalten, wenn die im Spannungsquellenmodus arbeitende inverterbasierte Stromquelle 10a aufhört, den Strom zu liefern, und diese Frequenz von der neu im Spannungsquellenmodus arbeitenden Vorrichtung 1b zur Referenz gemacht wird.
Nach Ablauf der voreingestellten Zeit aktualisiert der Phasendetektor 31 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b den Frequenzbereich im Begrenzer des PI-Steuerblocks 42 auf den Wert der Frequenz entsprechend der AC-Sollleistung. Der Frequenzbereich f0±f2b im Begrenzer des PI-Steuerblocks 42 wird beispielsweise auf 50Hz ±0% von 50Hz ±3% aktualisiert.
Folglich gibt der Phasendetektor 31 die Spannungsphase entsprechend der Referenzfrequenz von 50 Hz aus. Basierend auf der Spannungsphase gemäß der Referenzfrequenz, die 50 Hz beträgt, erzeugt die Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b das Gate-Signal und gibt ein solches Signal an die Leistungsumwandlungsschaltung 12 aus. Die Leistungsumwandlungsschaltung 12 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1b liefert an das Stromversorgungssystem 9 die Wechselstromleistung, die unter der Steuerung der Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 zur Referenz für die Frequenz mit der Referenzfrequenz von 50 Hz wird.
(5) Gemäß dieser Ausführungsform umfasst die Wellenform-Steuereinheit 35 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 den Auswahlblock 47, der eine Umschalteinheit ist, die den ersten Spannungsbefehlswert (den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert) oder den zweiten Spannungsbefehlswert (den d-Achsen-Vorgabewert und den q-Achsen-Vorgabewert) auswählt. Der Auswahlblock 47 wählt den ersten Spannungssollwert (den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert) aus, der auf der Grundlage der vom Phasendetektor 31 erfassten Spannungsphase erzeugt wird und der die Frequenz und die Phase des Wechselstroms bezeichnet, wenn der Bestimmungsblock 44 feststellt, dass der Wechselstrom, der zur Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird. Der Auswahlblock 47 wählt den voreingestellten zweiten Spannungsbefehlswert (den vorbestimmten Wert der d-Achse und den vorbestimmten Wert der q-Achse) aus, wenn der Bestimmungsblock 44 feststellt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem 9 geliefert wird. Die Steuereinheit 35 führt die Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung 12 in Übereinstimmung mit dem ersten Spannungsbefehlswert (dem d-Achsen-Spannungswert und dem q-Achsen-Spannungswert) oder dem zweiten Spannungsbefehlswert aus, der durch den Auswahlblock 47 ausgewählt wurde. Folglich wird selbst dann, wenn die inverterbasierte Stromquelle 10a, die im Spannungsquellenmodus arbeitet, aufhört, Strom zu liefern, der Referenzwechselstrom mit der Referenzfrequenz f0 durch die Stromumwandlungsvorrichtung 1b, die erneut im Spannungsquellenmodus arbeitet, an das Stromversorgungssystem 9 geliefert. Somit wird das Stromversorgungssystem 9 stabil mit Strom versorgt.
(2. Zweite Ausführungsform)
(2-1. Aufbau und Wirkungsweise)
Eine beispielhafte Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform wird unter Bezugnahme auf 9 beschrieben. Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst die Steuereinheit 35, die die folgende Struktur aufweist. Andere Strukturen sind die gleichen wie die der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform.
Die Steuereinheit 35 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform umfasst Funktionsblöcke, nämlich den Spannungssteuerblock 45, einen dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 51 und die Halteblöcke 52a und 52b.
Der Spannungssteuerblock 45 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13, der Stromsteuereinheit 34 und den Halteblöcken 52a und 52b verbunden. Basierend auf dem von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegebenen Spannungsmesswert und dem von der Steuereinheit 34 berechneten Spannungssollwert berechnet der Spannungssteuerblock 45 den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert als neuen Spannungssollwert und gibt diese Werte an die Halteblöcke 52a bzw. 52b aus. Der d-Achsen-Spannungswert ist ein Spannungsbefehlswert, der sich auf die d-Achse bezieht, und der q-Achsen-Spannungswert ist ein Spannungsbefehlswert, der sich auf die q-Achse bezieht. Der Spannungssteuerblock 45 erzeugt den Spannungssollwert für die dq-Achse.
Die Halteblöcke 52a und 52b umfassen jeweils eine Sample-and-Hold-Schaltung oder eine Speicherschaltung. Die Halteblöcke 52a und 52b sind mit dem Spannungssteuerblock 45, dem dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 51 und dem Bestimmungsblock 44 verbunden. Der Eingang zu den Halteblöcken 52a und 52b sind der d-Achsen-Spannungswert bzw. der q-Achsen-Spannungswert, die vom Spannungssteuerblock 45 ausgegeben werden. Die Halteblöcke 52a und 52b haben jeweilige Haltezeiten, die in Übereinstimmung mit den vom Bestimmungsblock 44 ausgegebenen Betriebsmodusinformationen gesteuert werden.
Die Halteblöcke 52a und 52b geben den d-Achsen-Spannungswert bzw. den q-Achsen-Spannungswert, die beide von dem Spannungssteuerblock 45 ausgegeben werden, an den dq/Drehstrom-Wandlerblock 51 aus, ohne diese Werte zu halten, wenn die Betriebsmodus-Information den Netzanschlussmodus angibt. Wenn die durch die Betriebsartinformationen angegebene Betriebsart von der Netzanschluss-Betriebsart in die Spannungsquellen-Betriebsart wechselt, halten die Halteblöcke 52a und 52b den d-Achsen-Spannungswert bzw. den q-Achsen-Spannungswert, die beide von dem Spannungssteuerblock 45 mehrere 10 Millisekunden vor einem Zeitpunkt ausgegeben werden, zu dem die durch die Betriebsartinformationen angegebene Betriebsart von der Netzanschluss-Betriebsart in die Spannungsquellen-Betriebsart wechselt, und geben solche Werte an den dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 51 aus.
Der zweite Spannungssollwert kann der vergangene d-Achsen-Spannungswert und q-Achsen-Spannungswert sein, die beide von dem Spannungssteuerblock 45 ausgegeben und von dem Halteblock 52 gehalten werden.
Der dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 46 gibt die in Dreiphasen umgewandelte Spannungswellenform auf der Grundlage des d-Achsen-Spannungswerts und des q-Achsen-Spannungswerts, die beide von den Halteblöcken 52a und 52b ausgegeben werden, und der vom Phasendetektor 31 ausgegebenen Spannungsphase aus und gibt eine solche Wellenform an die Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 aus.
Gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1, die die in 5 gemäß der ersten Ausführungsform dargestellte Wellenform-Steuereinheit 35 umfasst, wird die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 basierend auf dem voreingestellten d-Achsen-Vorgabewert und dem q-Achsen-Vorgabewert gesteuert, wenn sich die durch die Betriebsmodus-Informationen angegebene Betriebsart von der netzgekoppelten Betriebsart zur Spannungsquellen-Betriebsart ändert, und die Leistung wird von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 ausgegeben. Beispielsweise wird der vorbestimmte d-Achsenwert auf den Nennspannungswert des Stromversorgungssystems 1 gesetzt, und der vorbestimmte q-Achsenwert wird auf Null gesetzt.
Dies liegt daran, dass die Systemspannung des Stromversorgungssystems 9 in Bezug auf die Amplitude der Spannung entsprechend der Leistung, die von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 im Spannungsquellenmodus ausgegeben wird, dazu gebracht wird, sich der Nennspannung anzunähern. Wenn erkannt wird, dass die Systemspannung des Stromversorgungssystems 9 im Voraus gesenkt werden sollte, kann der vorgegebene Wert der d-Achse auf einen niedrigeren Wert als den der Nennspannung eingestellt werden. In Übereinstimmung mit der Situation des Stromversorgungssystems 9, die im Voraus angenommen werden kann, wird der vorgegebene Wert der d-Achse auf einen beliebigen Wert eingestellt.
Gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 der ersten Ausführungsform besteht jedoch die Möglichkeit, dass sich die Spannung entsprechend der von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 abgegebenen Leistung stark verändert, wenn die durch die Betriebsartinformationen angegebene Betriebsart vom Netzbetrieb in den Spannungsquellenbetrieb wechselt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Auswahlblock 49 den vorbestimmten Wert der d-Achse und den vorbestimmten Wert der q-Achse auf der Grundlage der Informationen über den Betriebsmodus anstelle des Spannungswertes der d-Achse und des Spannungswertes der q-Achse auswählt. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, dass sich die Amplitude der in die Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 eingegebenen Spannungswellenform stark ändert.
Wenn sich die Amplitude der Spannungswellenform, die in die Gate-Puls-Erzeugungseinheit 22 eingegeben wird, stark ändert, besteht beispielsweise die Möglichkeit, dass der Strom entsprechend der von der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 ausgegebenen Leistung unbeabsichtigt stark ansteigt, und die Systemspannung wird instabil. Da die andere Vorrichtung 1, die im Spannungsquellenmodus arbeitet, aufhört, die Leistung auszugeben, tritt eine Turbulenz auf, und die Systemspannung des Stromversorgungssystems 9 weicht von dem vorgegebenen d-Achsenwert und dem vorgegebenen q-Achsenwert ab. Dementsprechend besteht die Möglichkeit, dass der Ausgangsstrom der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1, die neu im Spannungsquellenmodus arbeitet, unbeabsichtigt stark ansteigt und die Systemspannung instabil wird. Wenn die andere Leistungsumwandlungsvorrichtung 1, die im Spannungsquellenmodus arbeitet, aufhört, die Leistung auszugeben, ist es in einigen Fällen schwierig, im Voraus zu bestimmen, welcher vorgegebene d-Achsen-Wert und q-Achsen-Wert für die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1, die neu im Spannungsquellenmodus arbeitet, eingestellt werden sollte.
Im Falle der Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung, die die in 9 dargestellte Steuereinheit 35 enthält, halten die Halteblöcke 52a und 52b den d-Achsen-Spannungswert bzw. den q-Achsen-Spannungswert, die beide von dem Spannungssteuerblock 45 ausgegeben werden, in der Vergangenheit von dem Zeitpunkt an, an dem der durch die Betriebsmodusinformationen angegebene Betriebsmodus von dem Netzanschlussmodus zu dem Spannungsquellenmodus wechselt, wenn der durch die Betriebsmodusinformationen angegebene Betriebsmodus von dem Netzanschlussmodus zu dem Spannungsquellenmodus wechselt, und geben solche Werte an den dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 51 aus. Dementsprechend erzeugt die Steuereinheit 35 die Spannungswellenform auf der Grundlage beispielsweise des d-Achsen-Spannungswerts und des q-Achsen-Spannungswerts einige 10 Millisekunden nach dem Zeitpunkt, zu dem der durch die Betriebsmodusinformationen angegebene Betriebsmodus vom Netzanschlussmodus zum Spannungsquellenmodus wechselt, und gibt eine solche Wellenform als Steuersignal aus.
Das heißt, dass die Spannung entsprechend der Ausgangsleistung durch die Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung unmittelbar bevor die andere Vorrichtung 1 zur Leistungsumwandlung, die im Spannungsquellenmodus arbeitet, aufhört, die Leistung auszugeben, aufrechterhalten wird. Gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 der zweiten Ausführungsform ist es nicht erforderlich, jedes Mal, wenn sich die Situation des Stromversorgungssystems 9 ändert, den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert zu dem Zeitpunkt zu berechnen, zu dem der durch die Betriebsmodusinformationen angegebene Betriebsmodus vom Netzanschlussmodus zum Spannungsquellenmodus wechselt, und diese Werte an die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 zu übergeben.
Selbst wenn sich die durch die Betriebsartinformationen angegebene Betriebsart von der netzgekoppelten Betriebsart zur Spannungsquellenbetriebsart ändert, werden der d-Achsen-Spannungswert und der q-Achsen-Spannungswert, die einer Änderung der Situation des Stromversorgungssystems 9 entsprechen, in die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 eingegeben. Dementsprechend wird eine starke Änderung der Spannung entsprechend der Ausgangsleistung durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 unterdrückt, und somit wird die stabile Leistung an das Stromversorgungssystem 9 geliefert.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform kann mit der Stromsteuereinheit 34 und der Wellenformsteuereinheit 35 ausgestattet sein, die die in 10 dargestellte Struktur aufweisen. Andere Strukturen sind die gleichen wie die der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Gemäß der in 10 dargestellten Beispielstruktur werden die Steuerungen durch die Stromsteuereinheit 34 und durch die Wellenformsteuereinheit 35 auf der dq-Achse ausgeführt.
Die Kurvenform-Steuereinheit 35 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 umfasst Funktionsblöcke, nämlich einen Dreiphasen/dq-Umwandlungsblock 54, einen Spannungssteuerblock 45, einen dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 53 und Halteblöcke 55a und 55b.
Der Dreiphasen-/dq-Wandlerblock 54 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13, den Halteblöcken 55a und 55b und dem Phasendetektor 31 verbunden. Basierend auf dem Spannungsmesswert, der von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegeben wird, und auf der Spannungsphase, die vom Phasendetektor 31 ausgegeben wird, berechnet der Dreiphasen/dq-Wandlerblock 54 den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert als den Spannungsbefehlswert und gibt diese Werte an die Halteblöcke 55a bzw. 55b aus.
Die Halteblöcke 55a und 55b umfassen jeweils eine Sample-and-Hold-Schaltung oder eine Speicherschaltung. Die Halteblöcke 55a und 55b sind jeweils mit dem Dreiphasen/dq-Wandlerblock 54, dem Spannungssteuerblock 45 und dem Bestimmungsblock 44 verbunden. Der d-Achsen-Spannungswert und der q-Achsen-Spannungswert, die vom Dreiphasen-/dq-Wandlerblock 54 ausgegeben werden, werden in die Halteblöcke 55a bzw. 55b eingegeben. Die Halteblöcke 55a und 55b haben die jeweiligen Haltezeitpunkte, die in Übereinstimmung mit den vom Bestimmungsblock 44 ausgegebenen Betriebsmodusinformationen gesteuert werden.
Die Halteblöcke 55a und 55b geben den vom Dreiphasen/dq-Wandlerblock 54 ausgegebenen d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert an den Spannungssteuerblock 45 aus, ohne diese Werte zu halten, wenn die Betriebsmodus-Information den netzgekoppelten Modus angibt. Die Halteblöcke 55a und 55b halten den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert, die von dem Drehstrom-/Gleichstrom-Umwandlungsblock 54 ausgegeben werden, wenn die durch die Betriebsartinformationen angegebene Betriebsart von der Netzanschluss-Betriebsart in die Spannungsquellen-Betriebsart wechselt, beispielsweise mehrere 10 Millisekunden vor dem Zeitpunkt, zu dem die durch die Betriebsart angegebene Betriebsart von der Netzanschluss-Betriebsart in die Spannungsquellen-Betriebsart wechselt, und geben solche Werte an den Spannungssteuerblock 45 aus.
Die Stromsteuereinheit 34 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13, der Leistungssteuereinheit 33 und der Wellenformsteuereinheit 35 verbunden. Die Stromsteuereinheit 34 berechnet den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert als Spannungssollwert auf der Grundlage des von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegebenen Strommesswerts und des von der Leistungssteuereinheit 33 berechneten Stromsollwerts. Der d-Achsen-Spannungswert und der q-Achsen-Sollwert, die den Spannungssollwert darstellen, sind die Sollwerte, die bewirken, dass die Wirkleistung und die Blindleistung, die beide von der Leistungsumwandlungsschaltung 12 ausgegeben werden, dem gewünschten Leistungswert folgen. Die Steuereinheit 34 gibt den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert, die die berechneten Spannungssollwerte darstellen, an die Steuereinheit 35 aus. Die Stromsteuereinheit 34 ist mit dem Bestimmungsblock 44 verbunden und setzt den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert auf Null, wenn durch die Betriebsmodus-Information eine Meldung dahingehend gegeben wird, dass der Betriebsmodus vom netzgekoppelten Modus zum Spannungsquellenmodus wechselt.
Der Spannungssteuerblock 45 ist mit den Halteblöcken 55a und 55b sowie mit der Steuereinheit 34 verbunden. Der Spannungssteuerblock 45 berechnet den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert als neuen Spannungsbefehlswert auf der Grundlage des d-Achsen-Spannungswertes und des q-Achsen-Spannungswertes, die jeweils von den Halteblöcken 55a und 55b ausgegeben werden, und des d-Achsen-Spannungswertes und des q-Achsen-Spannungswertes, die beide von der Stromsteuereinheit 34 ausgegeben werden. Beispielsweise addiert der Spannungssteuerblock 45 den von der Stromsteuereinheit 34 ausgegebenen d-Achsen-Spannungswert zu dem von dem Halteblock 55a ausgegebenen d-Achsen-Spannungswert, um den neuen d-Achsen-Spannungswert zu berechnen, und addiert den von der Stromsteuereinheit 34 ausgegebenen q-Achsen-Spannungswert zu dem von dem Halteblock 55b gehaltenen q-Achsen-Spannungswert, um den neuen q-Achsen-Spannungswert zu berechnen.
Der dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 53 gibt an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 die in Dreiphasen umgewandelte Spannungswellenform auf der Grundlage des d-Achsen-Spannungswerts und des q-Achsen-Spannungswerts, die beide vom Spannungssteuerblock 45 ausgegeben werden, und der vom Phasendetektor 31 ausgegebenen Spannungsphase aus.
Dementsprechend wird die dreiphasige Spannungswellenform in die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 als das Steuersignal eingegeben, das der Änderung der Situation des Stromversorgungssystems 9 entspricht, selbst wenn sich die durch die Betriebsmodus-Informationen angegebene Betriebsart von der netzgekoppelten Betriebsart zur Spannungsquellenbetriebsart ändert. Daher wird eine starke Änderung der Spannung entsprechend der Ausgangsleistung durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 unterdrückt, und somit wird die stabile Leistung an das elektrische Leistungssystem 9 geliefert.
Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der zweiten Ausführungsform kann mit der Stromsteuereinheit 34 und der Wellenformsteuereinheit 35 ausgestattet sein, die die in 11 dargestellte Struktur aufweisen. Andere Strukturen sind die gleichen wie die der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform. Gemäß der in 10 dargestellten Beispielstruktur werden die Steuerungen durch die Stromsteuereinheit 34 und durch die Wellenformsteuereinheit 35 auf der dq-Achse ausgeführt, aber gemäß der in 11 dargestellten Beispielstruktur werden die Steuerungen durch die Stromsteuereinheit 34 und durch die Wellenformsteuereinheit 35 dreiphasig ausgeführt.
Die Kurvenform-Steuereinheit 35 der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 umfasst Funktionsblöcke, nämlich einen Dreiphasen/dq-Umwandlungsblock 61, einen dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 62, den Spannungssteuerblock 45 sowie die Halteblöcke 63a und 63b.
Der Dreiphasen-/dq-Wandlerblock 61 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13, den Halteblöcken 63a und 63b und dem Phasendetektor 31 verbunden. Basierend auf dem Spannungsmesswert, der von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegeben wird, und auf der Spannungsphase, die vom Phasendetektor 31 ausgegeben wird, berechnet der Dreiphasen-/dq-Wandlerblock 61 den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert als den Spannungssollwert und gibt diese Werte an die Halteblöcke 63a bzw. 63b aus.
Die Halteblöcke 63a und 63b umfassen jeweils eine Sample-and-Hold-Schaltung oder eine Speicherschaltung. Die Halteblöcke 63a und 63b sind jeweils mit dem Dreiphasen/dq-Wandlerblock 61, dem dq/Dreiphasen-Wandlerblock 62 und dem Bestimmungsblock 44 verbunden. Der d-Achsen-Spannungswert und der q-Achsen-Spannungswert, die beide von dem Dreiphasen/dq-Wandlerblock 61 ausgegeben werden, werden in die Halteblöcke 63a bzw. 63b eingegeben. Die Halteblöcke 63a und 63b haben jeweilige Haltezeiten, die in Übereinstimmung mit den vom Bestimmungsblock 44 ausgegebenen Betriebsmodusinformationen gesteuert werden.
Die Halteblöcke 63a und 63b geben an den dq/Drehstrom-Wandlerblock 62 den d-Achsen-Spannungswert bzw. den q-Achsen-Spannungswert aus, die beide vom Drehstrom/dq-Wandlerblock 61 ausgegeben werden, ohne diese Werte zu halten, wenn die Betriebsmodus-Information den netzgekoppelten Modus angibt. Die Halteblöcke 63a und 63b halten den d-Achsen-Spannungswert bzw. den q-Achsen-Spannungswert, die beide von dem Dreiphasen-/dq-Wandlerblock 61 ausgegeben werden, wenn die durch die Betriebsartinformationen angegebene Betriebsart von der Netzanschluss-Betriebsart in die Spannungsquellen-Betriebsart wechselt, beispielsweise einige 10 Millisekunden vor dem Zeitpunkt, zu dem die durch die Betriebsartinformationen angegebene Betriebsart von der Netzanschluss-Betriebsart in die Spannungsquellen-Betriebsart wechselt, und geben dann solche Werte an den dq/Dreiphasen-Wandlerblock 62 aus.
Der dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 62 gibt an den Spannungssteuerblock 45 den DreiphasenSpannungsbefehlswert aus, der der in Dreiphasen umgewandelte Spannungsbefehlswert auf der Grundlage des d-Achsen-Spannungswerts und des q-Achsen-Spannungswerts ist, die beide jeweils von den Halteblöcken 63a und 63b ausgegeben werden, sowie auf der vom Phasendetektor 31 ausgegebenen Spannungsphase.
Die Stromsteuereinheit 34 ist mit der Spannungs- und Strommessschaltung 13, der Leistungssteuereinheit 33 und dem Spannungssteuerblock 45 verbunden. Die Stromsteuereinheit 34 berechnet den dreiphasigen Spannungssollwert, d.h. den in dreiphasig umgewandelten Spannungssollwert auf der Grundlage des von der Spannungs- und Strommessschaltung 13 ausgegebenen Strommesswerts und des von der Steuereinheit 33 berechneten Stromsollwerts. Der dreiphasige Spannungssollwert umfasst die dreiphasigen Spannungsverläufe. Der dreiphasige Spannungssollwert wird so eingestellt, dass die Wirkleistung und die Blindleistung, die beide von der Leistungsumwandlungsschaltung 12 ausgegeben werden, dem gewünschten Leistungswert folgen. Die Steuereinheit 34 gibt den berechneten dreiphasigen Spannungssollwert an den Spannungssteuerblock 45 der Steuereinheit 35 weiter. Die Stromsteuereinheit 34 ist mit dem Bestimmungsblock 44 verbunden und setzt den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert auf Null, wenn durch die Betriebsmodus-Information eine Meldung erfolgt, dass sich der Betriebsmodus vom netzgekoppelten Modus zum Spannungsquellenmodus ändert.
Der Spannungssteuerblock 45 ist mit dem dq/Drehstrom-Umwandlungsblock 62 und mit der Steuereinheit 34 verbunden. Der Spannungssteuerblock 45 berechnet die dreiphasige Spannungswellenform als Steuersignal auf der Grundlage des dreiphasigen Spannungsbefehlswerts, der vom dq/Dreiphasen-Wandlerblock 62 ausgegeben wird, und des dreiphasigen Spannungsbefehlswerts, der von der Stromsteuereinheit 34 ausgegeben wird. Beispielsweise addiert der Spannungssteuerblock 45 den von der Stromsteuereinheit 34 ausgegebenen dreiphasigen Spannungsbefehlswert zu dem von dem dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock 62 ausgegebenen dreiphasigen Spannungsbefehlswert, um den neuen dreiphasigen Spannungsbefehlswert zu berechnen, und gibt die dreiphasige Spannungswellenform als Steuersignal an die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 aus.
Dementsprechend wird die dreiphasige Spannungswellenform als das Steuersignal, das der Änderung der Situation des Stromversorgungssystems 9 entspricht, in die Gate-Impuls-Erzeugungseinheit 22 eingegeben, selbst wenn sich die durch die Betriebsmodus-Informationen angegebene Betriebsart von der netzgekoppelten Betriebsart zur Spannungsquellenbetriebsart ändert. Daher wird eine starke Änderung der Spannung entsprechend der Ausgangsleistung durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 unterdrückt, und die stabile Leistung wird an das elektrische Leistungssystem 9 geliefert.
Dies ist der Überblick über den Betrieb der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 und des Leistungsumwandlungssystems 100 gemäß der zweiten Ausführungsform.
(2-2. Vorteilhafte Effekte)

(1) Die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 gemäß dieser Ausführungsform umfasst den Halteblock 52, der den vergangenen Spannungsbefehlswert hält, der zuvor zu einem vorbestimmten Zeitpunkt auf der Grundlage der vom Phasendetektor 31 erfassten Spannungsphase erzeugt wurde und der die Frequenz und Phase der Wechselstromleistung bezeichnet, und der erste Spannungsbefehlswert ist der vergangene Spannungsbefehlswert, der vom Halteblock 52 gehalten wird. Daher wird eine starke Änderung der Spannung in Abhängigkeit von der Ausgangsleistung durch die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 unterdrückt, und somit wird die stabile Leistung an das Stromversorgungssystem 9 geliefert.

Darüber hinaus ist es gemäß der Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 dieser Ausführungsform nicht erforderlich, den d-Achsen-Spannungswert und den q-Achsen-Spannungswert zu dem Zeitpunkt zu berechnen, zu dem der durch die Betriebsmodusinformationen angegebene Betriebsmodus von dem netzgekoppelten Modus zu dem Spannungsquellenmodus wechselt, jedes Mal, wenn sich die Situation des Stromversorgungssystems 9 ändert, und solche berechneten Werte an die Leistungsumwandlungsvorrichtung 1 zu senden.
(3. Andere Ausführungsformen)
Obwohl die Ausführungsformen, die die modifizierten Beispiele umfassen, beschrieben wurden, sind diese Ausführungsformen lediglich als Beispiele dargestellt und sollen den Umfang und den Geist der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken. Diese Ausführungsformen können in verschiedenen Formen ausgeführt werden, und es können verschiedene Auslassungen, Ersetzungen und Änderungen daran vorgenommen werden, ohne dass der Anwendungsbereich und der Geist der vorliegenden Offenbarung verlassen werden. Solche Ausführungsformen und die modifizierten Beispiele davon fallen in den Anwendungsbereich und den Geist der vorliegenden Offenbarung und fallen auch in den Anwendungsbereich und den Geist der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen und im entsprechenden Bereich davon angegeben sind. Nachfolgend sind die Beispiele hierfür aufgeführt.

(1) Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen sind in dem Energieumwandlungssystem 100 die drei inverterbasierten Energiequellen 10 mit dem Stromversorgungssystem 9 verbunden, aber die Anzahl der inverterbasierten Energiequellen 10, die mit dem Stromversorgungssystem 9 verbunden sind, ist nicht auf diese Anzahl beschränkt. Die Anzahl der an das Stromversorgungssystem 9 angeschlossenen inverterbasierten Stromquellen 10 kann zwei, gleich oder größer als vier sein. Darüber hinaus können Stromerzeugungsanlagen, beispielsweise zur thermischen Stromerzeugung, zur Stromerzeugung aus Wasserkraft und zur Stromerzeugung aus Kernkraft, an das Stromversorgungssystem 9 angeschlossen werden.
(2) Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen ist die Stromquelle 15 für die inverterbasierte Stromquelle 10 zwar eine Stromquelle für erneuerbare Energien, beispielsweise eine Anlage zur Erzeugung von Solarenergie oder eine Anlage zur Erzeugung von Windenergie, doch ist die Stromquelle 15 nicht auf diese Typen beschränkt. Bei der Stromquelle 15 kann es sich um eine Brennstoffzelle oder eine Vorrichtung handeln, die Strom durch geothermische Energieerzeugung erzeugt.

Bezugszeichenliste

1: Leistungsumwandlungsvorrichtung
8: Last
9: Stromversorgungssystem
10: Wechselrichtergestützte Stromquelle
12: Leistungsumwandlungsschaltung
13: Spannungs- und Strom-Messschaltung
14: Steuerschaltung
15: Stromquelle
21: Ausgangsspannung-Steuereinheit
22: Gate-Impuls-Erzeugungseinheit
31: Phasendetektor
32: Leistungsrechner
33: Leistungssteuereinheit
34: Stromsteuereinheit
35: Wellenform-Steuereinheit
41, 54, 61: Dreiphasen-/dq-Wandlerblock
42: PI-Steuereinheit
43: Integrationsblock
44: Bestimmungsblock
45: Spannungssteuerblock
46, 48, 51, 53, 62: dq/Dreiphasen-Umwandlungsblock
47, 49: Auswahlblock
52a, 52b, 55a, 55b, 63a, 63b: Halteblock
100: Leistungsumwandlungssystem

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 201450292 A [0003]

Claims

Eine Leistungsumwandlungsvorrichtung, umfassend: einen Phasendetektor, der eine Spannungsphase auf der Grundlage einer Phase einer einem Stromversorgungssystem zugeführten Wechselstromleistung berechnet; eine Wellenform-Steuereinheit, die ein Steuersignal erzeugt, das eine Frequenz der Wechselstromleistung und eine Phase davon auf der Grundlage der von dem Phasendetektor berechneten Spannungsphase festlegt eine Leistungsumwandlungsschaltung, die von einer Stromversorgungsquelle zugeführte Leistung in die Wechselstromleistung auf der Grundlage des von der Wellenform-Steuereinheit erzeugten Steuersignals umwandelt und die umgewandelte Leistung an das Stromversorgungssystem ausgibt; und einen Bestimmungsblock, der die Frequenz der Wechselstromleistung, die dem Stromversorgungssystem zugeführt wird, erfasst und der bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die eine Referenz für die Frequenz wird, nicht dem Stromversorgungssystem zugeführt wird, wenn die erfasste Frequenz nicht innerhalb eines voreingestellten ersten Frequenzbereichs liegt, wobei, wenn der Bestimmungsblock bestimmt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem geliefert wird, die Wellenform-Steuereinheit eine Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung ausführt, um die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem zu liefern.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Phasendetektor die Frequenz innerhalb eines voreingestellten zweiten Frequenzbereichs begrenzt und die Spannungsphase berechnet.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei: der zweite Frequenzbereich auf der Grundlage einer Vorzugsreihenfolge einer Vielzahl von Stromversorgungsquellen festgelegt wird, von denen eine die Wechselstromleistung liefert, die zur Referenz für die Frequenz für das Stromversorgungssystem wird; und der zweite Frequenzbereich, der der Stromversorgungsquelle mit einer hohen Vorzugsreihenfolge entspricht, schmaler ist als der zweite Frequenzbereich, der der Stromversorgungsquelle mit einer niedrigen Vorzugsreihenfolge entspricht.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Phasendetektor den zweiten Frequenzbereich auf einen Wert der Frequenz entsprechend der Referenz-Wechselstromleistung aktualisiert, wenn eine voreingestellte Zeit verstrichen ist, nachdem die Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung begonnen hat, um die Wechselstromleistung, die die Referenz für die Frequenz wird, an das Stromversorgungssystem zu liefern.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei: die Wellenform-Steuereinheit eine Umschalteinheit umfasst, die einen ersten Spannungssollwert oder einen zweiten Spannungssollwert auswählt; die Umschalteinheit den ersten Spannungssollwert auswählt, der auf der Grundlage der von dem Phasendetektor erfassten Spannungsphase erzeugt wird und der die Frequenz und die Phase der Wechselstromleistung bezeichnet, wenn der Bestimmungsblock feststellt, dass die Wechselstromleistung, die zur Referenz für die Frequenz wird, dem Stromversorgungssystem zugeführt wird; die Umschalteinheit den voreingestellten zweiten Spannungsbefehlswert auswählt, wenn der Bestimmungsblock feststellt, dass die Wechselstromleistung, die die Referenz für die Frequenz wird, nicht an das Stromversorgungssystem geliefert wird; und die Wellenform-Steuereinheit die Steuerung der Leistungsumwandlungsschaltung in Übereinstimmung mit dem ersten Spannungsbefehlswert oder dem zweiten Spannungsbefehlswert ausführt, der von der Umschalteinheit ausgewählt wurde.
Leistungsumwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, die ferner einen Halteblock umfasst, der einen vergangenen Spannungsbefehlswert hält, der zuvor zu einem vorbestimmten Zeitpunkt auf der Grundlage der von dem Phasendetektor erfassten Spannungsphase erzeugt wurde und der die Frequenz und Phase der Wechselstromleistung bezeichnet, wobei der zweite Spannungsbefehlswert der vergangene Spannungsbefehlswert ist, der von dem Halteblock gehalten wird.