CN101436781A - 电源系统 - Google Patents

Abstract

一种电源系统，由控制母线(100)的交流电压的第一电力变换器(1)、控制供给母线(100)的交流电流的第二电力变换器(2)组成。在将直流变换为交流供给母线的电源系统中，第一及第二电力变换器(1、2)，各自具备母线电压控制功能和输出电流控制功能，能在电压控制模式和电流控制模式的任一模式下动作。从而提供一种即使控制母线电压的电力变换器停止时，也能使母线电压稳定，不停止供给负载的电力的电源系统及其电力变换器。

Description

电源系统

技术领域

本发明是涉及由电力变换器的并联运转组成的电源系统及其电力变换器及直流变换为交流的电力变换器的并联运转方式，特别是涉及和电力变换器停止时的运转持续方式。

背景技术

通过并联运转控制交流输出的电力变换器(以下，称为主机)，和控制输出电流的电力变换器(以下称为从机)，对大容量的负载的供给电力中可以获得提高电源系统的可靠性的指标。为了有效地实施电力变换器的并联运转，需要抑制流过电力变换器间的横向流。

在专利文献1中记载了将控制母线电压的主机(交流电源1)的输出的交流电流，变换成例如分割为相位、振幅或正交成分的方式而得到的直流量表示的信息方式，将此信息利用通信机构20、传送到控制输出电流的从机(交流电源2)的同时，在从机2上，根据从通信机构21上来的、通过通信线路22而得到的主机1的交流输出电流信息，控制交流输出电流的方式(参照图6、7)。

专利文献1：特开2004—236394号公报。

在专利文献1中，针对电力变换器的起动时及全部的电力变换器动作的状态进行了记载，但并没有考虑动作中、电力变换器停止时的运转持续方式。因此，例如，如果控制母线电压的电力变换器即主机1停止时，由于不存在具有控制母线电压功能的电力变换器，所以母线电压将不稳定，最终变为0，停止向负载供给电力，或从主机来的电流指令变得不定，从机2的输出电流变得比实际的负载以上还大，从而提高了母线电压，在负载上产生外加过电压而破坏负载的情况。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中的问题，提供一种即使控制母线电压的电力变换器停止时，也能使母线电压稳定，不会停止供给负载的电力的电源系统及电力变换器。

用于解决问题的机构

本发明在从机上观测母线电压，当观测到母线电压、对于母线电压的指令值来说，出现极端的高电压或低电压的情况时，或者对于母线电压的运转频率，当实际频率出现极端的高或极端的低的情况时，将从机的功能切换为控制母线电压的主机。如果无母线电压的观测结果，也可根据观测结果，准备对从机进行切换功能的机构。

另外，如果作为控制母线电压的主机而动作的电力变换器可能发生再起动时，该电力变换器作为从机进行再起动，以供给母线电力而起动的电力变换器和该电力变换器停止前相同，各电力变换器都能防止所负担的电力的上升。

也就是说，本发明涉及一种电源系统，由控制母线交流电压的第一电力变换器和控制供给母线的交流电流的第二电力变换器组成，在将直流变换为交流供给母线的电源系统中，上述第一及第二电力变换器，分别具备母线电压控制功能和输出电流控制功能，在电压控制模式和电流控制模式中的任一种模式下都能动作，具备运转模式指令机构，其对于各电力变换器，发出电压控制模式或电流控制模式下的动作指令，该运转模式指令机构，从各电力变换器接收该电力变换器的状态信息，决定各电力变换器的动作模式。

(发明效果)

通过本发明，即使控制母线电压的第一电力变换器停止，直接控制电流的第二电力变换器也可作为第一变换器而动作，所以能够使母线电压维持稳定，提供高可靠性、高品质的电源系统及电力变换器。

附图说明

图1是实施例1的电源系统的说明图。

图2是在实施例1中的电力变换器的变形例的说明图。

图3是实施例2的电源系统的连接状态的说明图。

图4是实施例2的电源系统的变形例的说明图。

图5是实施例3的电源系统的连接状态的说明图。

图6是以往例的电源系统的说明图。

图7是以往例的电源系统的连接状态的说明图。

图中文字说明：1、2、2—2、2—2、2—n—电力变换器，11—直流电压源，12—DC/AC变换器，13—滤波电路，14—变压器，15、18—变换机构，16—输出电压指令(发生机构)，17—输出电压控制机构，17a——交流输出电流控制机构，19—动作模式选择机构，20、21—通信机构，22—通信线路，23—运转模式指令发生机构，31—连接电路切断机构，32—母线切断机构，40—母线状态监视机构，100—母线。

具体实施方式

下面说明用于实施本发明的最佳方式。

本发明是将主机输出的交流电流，变换成例如分割相位、振幅或正交成分而得到的直流量表示的信息方式，将此信息利用通信机构传送给从机，通知从机主机停止、功能下降等。另外，从机根据从通信机构上得到的主机的交流输出电流信息，控制交流输出电流。另外，各电力变换器在具备主机和从机的双方的功能的同时，具有固有的起动时间，当起动时间超过、母线电压没有上升时，作为主机动作；当在起动时间之前母线电压上升时，作为从机动作。

而且，本发明将主机输出的交流电流，变换成例如分割相位、振幅或正交成分的方式而得到的直流量表示的信息方式，将此信息通过通信机构传送给从机。另外，从机根据从通信机构上得到的主机的交流输出电流信息，控制交流输出电流。另外，各电力变换器具备主机和从机的双方的功能的同时，具有固有的起动时间，当起动时间超过、母线电压没有上升时，作为主机动作；当在起动时间之前、母线电压上升时，作为从机动作。以下，针对本发明的电源系统及其电力变换器的实施例，用图1～图5进行说明。

(实施例1)

下面说明实施例1。本实施例的电源系统，如图1所示，由与母线100连接的交流电源1和交流电源2组成，母线100上连接被供给交流电源的1个以上的负载装置(图中未示出)。

交流电源1包括：直流电压源11；将直流电压源11作为电源、得到交流输出的DC/AC变换器12；整形DC/AC变换器12所输出的交流输出的滤波电路13；在母线100与滤波电路13之间连接的、吸收此处的中性点电位差异的变压器14；将变压器14的母线侧电压变换成直流量的变换机构15；将变压器14的母线侧的目标电压用直流量输出的输出电压指令发生装置16；以变换机构15的输出与输出电压指令16的输出一致的方式调整DC/AC变换器12的交流输出的输出控制机构17；变换变压器14的母线侧的交流电流为直流量的变换机构18；将变换机构18的输出信号、通过通信线路22、与后述的交流电源2之间进行收发的通信机构21；利用通信机构21的输出的交流电源2的交流输出电流的信息调整变换机构18的输出信号的输出电流控制机构17a；以及选择输出电压控制机构17的输出或电流控制机构17a的输出向DC/AC变换器12输出的动作模式选择机构19。它是在电压控制模式下动作，控制母线100的交流电压的第一电力变换器。

交流电源2和交流电源1相同，包括：直流电源11、DC/AC变换器12、滤波电路13、变压器14、变换机构15、输出电压指令(发生装置)16、输出控制机构17、变换机构18、通信机构21、输出电流控制机构17a、和动作模式选择机构19。它是在电流控制模式下动作，控制供给母线100的交流电压的第二电力变换器。

作为主机的电力变换器1，控制母线电压的同时，变换交流输出电流为直流量，通过通信机构，将交流输出电流的信息传送给从机。还有，作为将交流输出电流表现为直流量的手法，例如振幅与相位的表示方法，分解成正交成分、作为实轴成分和虚轴成分的振幅的表示方法等等。还有，作为从机的电力变换器2，使流入母线的交流输出电流变换成直流量的值，和经由通信机构而得到的主机的交流输出电流的直流量相一致的方式，控制交流输出电流。

通过将交流输出电流的信息作为直流量传送，不会延迟，另外，利用通信机构，可获得提高耐噪声性的效果，安全且容易地使从机的交流输出电流和主机的交流输出电流一致，实现了不发生电力变换器间的横向流的状态下的并联运转。

但是，在图1所示的交流电源系统中，如果主机因某种事件而停止时，由于从机不控制母线100的电压，所以母线电压变得不稳定，最终变为0，停止向负载的电力供给，从主机来的电流指令也变得不稳定，从机的输出电流变到大于实际的负载以上，推高母线电压，进而出现负载上外加过电压而破坏负载的情况。为防止此类事情，在本实施例中，在从机上观测母线电压的异常，例如频率、电压极端地超出正常运转时的变动范围时，切换从机的功能为控制母线100的电压的控制功能。

在从机的控制系统中具备电流控制系统和电压控制系统双方的控制系统，通常只有电流控制动作，一旦母线电压的电压、频率超出规定范围，则电压控制系统的跟踪功能动作，利用在电压控制系统的控制系统的输入上所具有的死区能够很容易实现。

还有，如图2所示，在从机2上附加母线状态监视机构40，由此如果检测到母线电压的异常，就会停止电流控制系统的功能，立刻使电压控制系统的功能动作。

此外，为了开始从主机对从机的电压控制，也可以传送必要的信息，例如主机停止或功能下降的情况，指示从机开始电压控制，传递母线电压异常等的信息，根据这些，从机开始电压控制。

作为本实施例的变形例，为了防止上述事情，如果在从机中，通过通信线路22，通信机构接收到的母线电压的异常，例如频率、电压极端地超过正常运转时的变动范围等的异常状态的信息，能够切换从机的功能为控制母线100的电压的功能。

另外，设计判断通信机构21的工作状态的通信判别机构，通过通信判别机构，当认定通信机构21为异常时，能够用优先母线状态监视机构40的检测结果所决定的电力变换器的动作模式而进行动作。

(实施例2)

下面说明实施例2。本发明的其他实施方式如图3所示。图3是在从机即母线上，连接多个供给电流的交流电源(电力变换器)2时的实施例。在图3上，为区别从机，取名为2—1、2—2、…2—n。主机的交流电源(电力变换器)1对于多个从机2来说，变成了传送交流输出电流信息的构成。而且，具备运转模式指令发生机构23。交流电源1、2和实施例1相同。运转模式指令发生机构23，接收从交流电源1、2的通信机构1来的各交流电源的状态信息，决定各交流电源1、2的动作模式，在各个交流电源上发出决定的动作模式下的动作指令。通过本构成，即使从机在2台以上，即并联运转的电力变换器在3台以上，也能够很容易地实现不发生横向流的状态下的并联运转。

图4是实施例2的变形例。交流电源(电力变换器)1及交流电源(电力变换器)2，其内部含有运转模式指令发生机构23，能够产生和实施例2相同的效果。

还有，传送的信息是主机1的交流输出电流，从机2根据此信息控制交流输出电流，所以即使并联运转的装置的台数发生变化，各装置所负担的容量经常也会变得均匀。当然，即使运转台数发生变化，不只是主机1的负载增加，而是动作中的所有电力变换器都会均匀地增加负载。因此，没有必要使主机1的电力容量大于主机2，除控制部分的构成，电力变换器部分可使用共通的零件，以确保很高的通用性。通过本方式，在并联运转的状态下，即使在追加新的并联运转的变换器、增加运转台数的情况下，各装置所承担的容量也会很均匀。

(实施例3)

下面说明实施例3。本实施例的电源系统如图5所示，交流电源1、2—1、2—2、…2—n和母线，通过由断路器构成的连接电路切断机构31进行连接，而且，母线100含有由断路器构成的母线切断机构32。交流电源1、2—1、2—2、…2—n和实施例2的交流电源1、2相同。通过连接切断机构31，可将发生故障等的不好的交流电源1、2—1、2—2、…2—n从母线100上切离。另外，通过母线切断机构32，可构成母线切断时、由一台以上的交流电源组成的电力变换器并联群。

而且，还具备切断时指令机构，其根据连接电路切断机构31的电路切断状态、将决定的电压控制模式或电流控制模式下的动作指令，发给各电力变换器(图中未示出)。另外，还具备母线切断时指令机构，其根据母线切断机构的电路切断状态、将决定的电压控制模式或电流控制模式下的动作指令施加给各电力变换器(图中未示出)。而且，切断时指令机构或母线切断时指令机构，对于电力变换器，是根据连接电路切断机构或母线切断机构的电路切断状态，发出决定的适合于并联状态的电压控制模式或电流控制模式下的动作指令。还有，切断时指令机构或母线切断时指令机构，对于与其他的电力变换器独立的电力变换器来说，发出电压控制模式下的动作指令。另外，切断时指令机构或母线切断时指令机构，对于并联连接的多个电力变换器群内的一台来说，发出电压控制模式下的动作指令。

作为实施例3的变形例，通过将根据各电力变换器的动作模式及工作状况和通信机构的工作状态、所决定的作为开闭状态的开闭指令，设计成可发出连接电路切断机构或母线切断机构的开闭指令的机构，组成对应母线100的电路状态的适当的第一电力变换器和第二电力变换器的数目及电路构成的电源系统。

还有，在以上的实施例中已经说明、采用检查发给各电力变换器的动作指令的机构是可行的，在确认检查机构的检查结果正确之后，运转模式指令机构，将对应各电力变换器、发出各个的动作指令。另外，如果检查机构的检查结果不正确，则运转模式指令机构，对于各电力变换器、各自发出适当的动作指令。

另外，第一及第二电力变换器能够预先设定各个电压控制模式或电流控制模式下的动作，具备检查各电力变换器的动作设定内容的机构，如果检查机构的检查结果不适当，则运转模式指令机构，对于各电力变换器，分别发出予适当的动作指令。

如上述各实施例中说明所述，本发明使用主机及从机完全相同的装置，使各电力变换器具备主机和从机双方的功能，通过适当地切换，确保其很高的通用性。

本发明的其他的实施方式1，上述第一及第二电力变换器是可预先设定各个电压控制模式或电流控制模式下的动作的电源系统。

本发明的其他的实施方式2，对于各电力变换器，是具备可发出电压控制模式或电流控制模式下的动作指令的运转模式指令机构的电源系统。

本发明的其他的实施方式3，具备检查发给各电力变换器的动作指令的机构，在确认该检查机构的检查结果正确之后，上述运转模式指令机构，对于各电力变换器、可发出各个动作指令的电源系统。

本发明的其他的实施方式4，具备检查发给各电力变换器的动作指令或动作设定内容的机构，如果该检查机构的检查结果不正确，则上述运转模式指令机构，对于各电力变换器，各个发出适当的动作指令的电源系统。

本发明的其他的实施方式5，如果上述的第一电力变换器停止或功能下降，则上述运转模式指令机构，对于上述第二电力变换器内的一台、发出电压控制模式下的动作指令的电源系统。

本发明的其他的实施方式6，是当上述母线电压在规定值以下时，上述运转模式指令机构，对于第二电力变换器内的一台、发出电压控制模式下的动作指令的电源系统。

本发明的其他的实施方式7，是当母线电压没有在规定时间内上升时，上述运转模式指令机构，发出电流控制模式下的动作指令或对于预先设定的电力变换器内的一台发出电压控制模式下的动作指令的电源系统。

本发明的其他的实施方式8，是当上述第一电力变换器停止、功能下降或不上升时，上述运转模式指令机构发出电流控制模式下的动作指令，使其再起动的电源系统。

本发明的其他的实施方式9，对含有上述第二电力变换器的母线电压控制功能，当指令值和反馈值的差分在规定值以下时，该功能具有不动作的死区的电源系统。

本发明的其他的实施方式10，是在电力变换器的输出端和母线间，具备可切断这些连接的连接电路切断机构的电源系统。

本发明的其他的实施方式11，具备根据上述连接电路切断机构的电路切断状态、将所决定的电压控制模式或电流控制模式下的动作指令发给各电力变换器的切断时指令机构的电源系统。

本发明的其他的实施方式12，上述母线具备构成切断时、由一台以上的电力变换器组成的电力变换器并联连接群的母线切断机构。具备根据该母线切断机构的电路切断状态、所决定的电压控制模式或电流控制模式下的动作指令、发出各电力变换器的母线切断时指令机构的电源系统。

本发明的其他的实施方式13，上述切断时指令机构或母线切断时指令机构，对于电力变换器，根据连接电路切断机构或母线切断机构的电路切断状态，发出所决定的适用于并联状态的电压控制模式或电流控制模式下的动作指令的电源系统。

本发明的其他的实施方式14，上述切断时指令机构和母线切断时指令机构，对于和其他的电力变换器相独立的电力变换器，可发出电压控制模式下的动作指令的电源系统。

本发明的其他的实施方式15，上述切断时指令机构或母线切断时指令机构，对于多个并联连接的电力变换器群内的一台，发出电压控制模式下的动作指令的电源系统。

本发明的其他的实施方式16，上述第一及第二电力变换器具备可发送、接收各个电力变换器的停止、功能下降或不上升的异常状态的信息的通信机构的电源系统。

本发明的其他的实施方式17，上述第二电力变换器内的一台，如果接收到上述第一变换器出现异常状态的信息，则会在电压控制模式下动作的电源系统。

本发明的其他的实施方式18，具备根据上述母线电压的变化、判定第一电力变换器停止、功能下降或不上升的异常状态的母线状态监视机构。该母线状态监视机构如果检测出第一电力变换器的异常状态，则上述第二电力变换器内的一台，会在电压控制模式下动作的电源系统。

本发明的其他的实施方式19，具备判别上述通信机构的工作状态的通信判别机构，通过该通信判别机构，当认定通信机构异常时，优先上述母线状态监视机构的检测结果、在其所决定的电力变换器的动作模式下动作的电源系统。

本发明的其他的实施方式20，是当上述第一电力变换器停止、功能下降或不上升时，用电流控制模式下动作再起动的电源系统。

本发明的其他的实施方式21，是在电力变换器的输出端和母线之间，具备切断这些连接的连接电路切断机构的电源系统。

本发明的其他的实施方式22，上述母线具备构成切断时、由一台以上的电力变换器组成的电力变换器并联连接群的母线切断机构。具备根据各电力变换器的动作模式及工作状况和通信机构的工作状态，将决定的作为开闭状态的开闭指令，发出上述连接电路切断机构或上述母线切断机构的开闭指令机构的电源系统。

本发明的其他的实施方式23，具备母线电压控制功能和输出电流控制功能，是在电压控制模式和电流控制模式任何一个模式下都能动作的电力变换器。对于其他电力变换器，是具备可发出电压控制模式或电流控制模式下的动作指令的运转模式指令机构的电力变换器。

本发明的其他的实施方式24，是具备将电力变换器的停止或功能下降的异常状态信息，和其他的电力变换器间进行发送、接收的通信机构的电力变换器。

Claims (1)

1、一种电源系统，由控制母线交流电压的第一电力变换器和控制供给母线的交流电流的第二电力变换器组成，并将变换直流得到的交流供给母线，其中，

上述第一及第二电力变换器，分别具备母线电压控制功能和输出电流控制功能，在电压控制模式和电流控制模式中的任一种模式下都能动作，

上述第一及第二电力变换器，各自在电压控制模式或电流控制模式下的动作被预先设定。

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