CN103259419A - 电源再生装置和电力变换装置 - Google Patents

Abstract

电源再生装置和电力变换装置。根据实施方式的一方面的一种电源再生装置包括电压检测单元、信号处理单元、相位检测单元和电力变换单元。该信号处理单元在由于停电而停止了从所述电压检测单元输出所述交流检测信号时，利用自激振荡来生成与即将停止前的所述交流检测信号频率相同并且相位连续的交流信号。该相位检测单元在从所述停电中恢复过来时基于所述交流信号检测所述交流电源的相位。

Description

电源再生装置和电力变换装置

技术领域

本文讨论的实施方式致力于电源再生装置和电力变换装置。

背景技术

布置在交流电源和用于控制马达的逆变器装置之间的电源再生变换器公知为常规的电源再生装置。当马达减速时，电源再生变换器利用切换元件将从马达经由逆变器装置提供的电力变换为交流电力，并将交流电力提供给交流电源，以执行电源再生。

通过电源再生变换器的电源再生与交流电源的相位同步地执行。换言之，电源再生变换器检测来自交流电源的交流电压，并基于检测结果来检测交流电源的相位。接着，电源再生变换器根据所检测的交流电源的相位控制切换元件以执行电源再生。电源再生变换器是已知的，如例如日本特开2011-101473号公报中公开的。

在该情况下，优选的是，当即使在停电期间执行连续操作时，电源再生装置例如处于这样的状态：该装置与从停电恢复电力的时刻的交流电源的相位同步地操作。

考虑到上述问题实现了实施方式的方面，并且这些实施方式的目标在于提供一种电源再生装置和电力变换装置，其可以抑制与从停电恢复电力时的交流电源的相位的失步（out-of-synchronization）。

发明内容

根据实施方式的方面的电源再生装置包括电压检测单元、信号处理单元、相位检测单元和电力变换单元。所述电压检测单元检测来自交流电源的交流电压并输出与所述交流电压相应的交流检测信号。所述信号处理单元在停止了从所述电压检测单元输出所述交流检测信号时，利用自激振荡来生成与即将停止前的所述交流检测信号频率相同并且相位连续的交流信号。所述相位检测单元在从所述停电中恢复过来时基于所述交流信号检测所述交流电源的相位。所述电力变换单元将直流电力变换为交流电力，并向所述交流电源再生所述交流电力。

根据实施方式的方面，可以提供一种电源再生装置和电力变换装置，其可以抑制在从停电恢复电力时与交流电源的相位失步。

附图说明

由于本发明通过结合附图进行考虑并参照以下详细描述而变得更好理解，所以将容易地获得本发明的更完全的理解及其许多附带的优点，附图中：

图1是示出根据第一实施方式的电源再生装置和电力变换装置的构造的图；

图2是示出当发生停电时各个信号的状态的图；

图3是示出根据第一实施方式的电源再生装置的控制单元的具体构造的示例的图；

图4A是示出当固有角频率是50Hz时信号处理单元的频率特性的图；

图4B是示出当固有角频率是60Hz时信号处理单元的频率特性的图；

图5是示出构成信号处理单元的有源BPF的示例的图；

图6是示出构成信号处理单元的有源LPF的频率特性的示例的图；

图7是示出信号处理单元的构造示例的图；

图8是由控制单元执行的初始操作的流程图；

图9是示出电源再生装置的控制单元的另一构造的一部分的图；

图10是示出电源再生装置的控制单元的又一构造的一部分的图；

图11是示出根据第二实施方式的电源再生装置的构造的图；

图12是说明120度通电控制的图；以及

图13是示出根据第三实施方式的电源再生装置的构造的图。

具体实施方式

下文将参照附图详细地说明根据本公开的实施方式的电源再生装置和电力变换装置。另外，以下公开的实施方式不旨在限制本发明。

第一实施方式

首先将说明根据第一实施方式的电源再生装置和电力变换装置。图1是示出根据第一实施方式的电源再生装置1和电力变换装置5的构造的图。这里，根据第一实施方式的电源再生装置1等效于电源再生变换器装置的示例。

如图1所示，根据第一实施方式的电源再生装置1布置在三相交流电源2和逆变器装置3之间。电源再生装置1在三相交流电源2和逆变器装置3之间执行从交流到直流的电力变换和从直流到交流的电力变换。电力变换装置5由电源再生装置1和逆变器装置3构成。电力变换装置5在驱动马达4的电力运行状态和向三相交流电源2再生电力的电源再生状态之间切换运行状态。

在电力运行期间，电源再生装置1充当变换器装置，其将来自三相交流电源2的交流电力变换为直流电力。逆变器装置3将由电源再生装置1变换的直流电力变换为交流电力，并将该交流电力提供给马达4以驱动马达4。

另一方面，在电源再生期间，逆变器装置3将由马达4的减速引起的马达4上的感应电动势变换为直流电力，以驱动内部切换元件，并将该直流电力提供给电源再生装置1。电源再生装置1将来自逆变器装置3的直流电力变换为交流电力，并将该交流电力提供给三相交流电源2以执行电源再生。

电源再生装置1包括电力变换单元10、控制单元20和滤波器30，电力变换单元10布置在三相交流电源2和逆变器装置3之间，控制单元20控制电力变换单元10，滤波器30布置在三相交流电源2的相位输出和电力变换单元10之间。

电力变换单元10包括三相桥式电路12和平滑电容器C1。例如，三相桥式电路12被构造为按照三相桥连方式连接6个二极管D1至D6，并按照逆并联连接方式将切换元件Q1至Q6连接到对应的二极管，如以下所述的图3所示。

在电力运行期间，三相桥式电路12对来自三相交流电源2的交流电压进行整流，并且平滑电容器C1对由三相桥式电路12整流的电压进行平滑。该操作导致在平滑电容器C1中累积直流电力。接着，该直流电力被提供给逆变器装置3。

三相桥式电路12还具有用于将从马达4提供的电力经由逆变器装置3提供给三相交流电源2的电源再生功能。换言之，三相桥式电路12将从逆变器装置3提供并在平滑电容器C1中累积的直流电力变换为交流电力，并将该交流电力提供给三相交流电源2。

三相桥式电路12由控制单元20控制。控制单元20包括电源电压检测单元21、信号处理单元23、相位检测单元25和驱动控制单元27。

电源电压检测单元21重复地并持续地检测来自三相交流电源2的交流电压的瞬时值并根据检测结果向信号处理单元23输出检测信号（以下称为“交流检测信号”）。该交流检测信号是具有与三相交流电源2的电压波形对应的波形的信号。

信号处理单元23使来自电源电压检测单元21的交流检测信号通过，并在正常时间向相位检测单元25输出交流检测信号。但是，当由于停电等导致交流检测信号的输入停止时，信号处理单元23进入自激振荡状态。结果，信号处理单元23转换为直到此时交流检测信号缓慢衰减的残留振动状态。信号处理单元23利用残留振动来生成与即将停止前的交流检测信号频率相同并且相位连续的交流信号（以下称为“残留振动信号”），并且信号处理单元23向相位检测单元25输出该交流信号。这里，自激振荡表示持续振荡被执行为在不存在输入的状态下逐渐衰减的残留振动。

信号处理单元23由二阶带通滤波器构成。带通滤波器的固有角频率被设定为与交流检测信号的频率一致，使得来自电源电压检测单元21的交流检测信号可以通过信号处理单元23。交流检测信号成为其高频成分由于通过由二阶带通滤波器构成的信号处理单元23而减少的信号。因此，相位检测单元25可以高精度地执行三相交流电源2的相位检测。

带通滤波器的衰减系数被调整，使得信号处理单元23可以生成相对于停止交流检测信号的输入时的交流检测信号连续的希望的残留振动信号。带通滤波器的特性将在下文详细地描述。必需的仅是，信号处理单元23具有可以通过自激振荡生成残留振动信号的构造。因此，该构造不限于二阶带通滤波器。例如，信号处理单元23可以具有二阶低通滤波器或其它构造。

相位检测单元25基于来自信号处理单元23的交流信号检测三相交流电源2的相位。更具体地说，当通过信号处理单元23输出交流检测信号时，相位检测单元25基于交流检测信号检测三相交流电源2的相位。另一方面，当从信号处理单元23输出残留振动信号时，相位检测单元25基于残留振动信号检测三相交流电源2的相位。

驱动控制单元27基于由相位检测单元25检测的三相交流电源2的相位驱动三相桥式电路12的切换元件，以根据操作状态执行电力变换。更具体地说，如果操作状态是电源再生状态，则驱动控制单元27将平滑电容器C1的直流电压变换为交流电压，并将交流电压输出到三相交流电源2。而且，如果操作状态是电力运行状态，则驱动控制单元27将来自三相交流电源2的交流电压变换为直流电压，并将直流电压输出到平滑电容器C1。

图2是示出当发生停电时各个信号的状态的图。三相交流电源2的电压的状态、从三相交流电源2到电源再生装置1的电压的状态、来自电源电压检测单元21的交流检测信号的状态、来自信号处理单元23的信号的状态和来自相位检测单元25的信号的状态示出在图2中。

停电通常由于电力传输系统或电力接收系统的故障而发生，并很少由于电站的内部问题而发生。在停电的情况下，因为在电站中继续电力的生成，所以电站中的三相交流电源2继续操作，并且另一端侧（电源再生装置1的输入侧）处于停电状态，如图2所示。因此，在电力恢复（电力传输系统或电力接收系统的故障恢复）提供给电源再生装置1的电源电压的相位与不发生停电时的电源电压的相位相同。

在执行从三相交流电源2到电源再生装置1的电力供应的状态下从电源电压检测单元21向信号处理单元23输出交流检测信号（直到时刻t1）。当从电源电压检测单元21输出交流检测信号时，信号处理单元23使交流检测信号通过，并将它输出到相位检测单元25。相位检测单元25基于通过信号处理单元23输入的交流检测信号检测三相交流电源2的相位。

此后，当由于停电而停止从三相交流电源2到电源再生装置1的电力供应时（时刻t1到时刻t2），停止从电源电压检测单元21输出交流检测信号。当停止从电源电压检测单元21输出交流检测信号时，信号处理单元23进入自激振荡状态。在该情况下，信号处理单元23利用残留振动来生成与即将停电前输入的交流检测信号频率相同并且相位连续的残留振动信号，并向相位检测单元25输出残留振动信号。相位检测单元25基于来自信号处理单元23的残留振动信号检测三相交流电源2的相位。

此后，当从三相交流电源2到电源再生装置1的电力供应通过电力恢复而重新开始时，从电源电压检测单元21到信号处理单元23的交流检测信号的输出重新开始（自时刻t2起）。信号处理单元23使来自电源电压检测单元21的交流检测信号通过，并将它输出到相位检测单元25。

相位检测单元25基于通过信号处理单元23输入的交流检测信号检测三相交流电源2的相位。这里，通过信号处理单元23输出的交流检测信号的振幅小于在电力恢复时来自电源电压检测单元21的交流检测信号的振幅。这是由作为二阶滤波器的信号处理单元23的二阶延迟引起的。来自信号处理单元23的交流检测信号的振幅随着电力恢复后的时间的经过而变大，并最终具有与停电之前的交流检测信号的大小相同的大小。

如上所述，根据第一实施方式的电源再生装置1在三相交流电源2进入停电状态时利用残留振动来生成与即将停止前的交流检测信号频率相同并且相位连续的交流信号，并检测三相交流电源2的相位。因此，因为当从停电恢复电力时可以即时地并精确地检测三相交流电源2的相位，所以可以抑制与三相交流电源2的相位的失步，进而在电源再生装置1中以高精度执行连续操作。

以下将说明根据第一实施方式的电源再生装置1的具体构造的示例。图3是示出根据第一实施方式的电源再生装置1的具体构造的示例的图。

根据第一实施方式的电源再生装置1的控制单元20包括电源电压检测单元21、三相/两相变换单元22、信号处理单元23、信号检测单元25、参数设定单元26和驱动控制单元27，如图3所示。这里，电源电压检测单元21和三相/两相变换单元22等效于电压检测单元的示例。

电源电压检测单元21检测三相交流电源2的电压。更具体地说，电源电压检测单元21监测滤波器30与三相交流电源2的R相位、S相位和T相位输出之间的连接点以检测三相交流电源2的三相电压的瞬时值，并输出根据三相电压的瞬时值变化的交流检测信号V_R、V_S和V_T。

滤波器30由6个电感器和3个电容器构成。6个电感器设置在三相交流电源2的相位输出和电力变换单元10之间，并且该6个电感器中的每两个串联连接。该3个电容器中的每一个连接在中性点和针对对应相位的两个电感器之间的点之间。但是，滤波器30的构造不限于图3中示出的构造。

三相/两相变换单元22将交流检测信号V_R、V_S和V_T变换为在固定坐标上的垂直两个轴的αβ分量，并计算矢量成分是α轴方向交流检测信号Vα和β轴方向交流检测信号Vβ的αβ轴坐标系统的固定坐标电压矢量。

当交流检测信号Vα和Vβ从三相/两相变换单元22输出时，信号处理单元23使来自三相/两相变换单元22的交流检测信号Vα和Vβ通过，并将它们输出到相位检测单元25，作为交流信号Vα1和Vβ1。另一方面，当交流检测信号Vα和Vβ由于停电等而没有从三相/两相变换单元22输出时，信号处理单元23进入自激振荡状态。当进入自激振荡状态时，信号处理单元23利用残留振动生成与即将停止前的交流检测信号Vα和Vβ频率相同并且相位连续的残留振动信号，并将它们输出到相位检测单元25，作为交流信号Vα1和Vβ1。

信号处理单元23可以由二阶有源带通滤波器（下文可以称为“有源BPF”）构成，如下面描述的。该二阶有源BPF针对交流检测信号Vα和Vβ中的每一个提供。在该情况下，二阶有源BPF的连续系统转移函数可以由例如下式（1）表述。这里，“X_(s)”是输入（Vα，Vβ），“Y_(s)”是输出（Vα1，Vβ1），“ζ”是衰减系数，“ω₀”是固有角频率，并且“s”是拉普拉斯算子。

$Y_{\left(s\right)}=\frac{{{\mathrm{\ω}}_0}^{2}s}{s^2+2\mathrm{\ζ}{\mathrm{\ω}}_{0}s+{{\mathrm{\ω}}_0}^2}{X}_{\left(s\right)}---\left(1\right)$

为了抑制由于谐振特性导致的在固有角频率ω₀处的增益特性，有源BPF的最终输出Y_final(s)通过乘以增益K而获得，如下式（2）中表述。增益K被设定为使得信号处理单元23的增益特性在固有角频率ω₀处变为0dB。例如，信号处理单元23的增益特性可以通过如下式（3）所示设定增益K而在固有角频率ω₀处为0dB。

Y_final(s)＝KY_(s)        (2)

$K=\frac{2\mathrm{\ζ}}{{\mathrm{\ω}}_0}---\left(3\right)$

图4A和图4B是示出信号处理单元23的频率特性的示例的图。当固有角频率ω₀是50Hz时，在等式中规定的信号处理单元23的相位特性是靠近50Hz的0[度（deg）]，并且其增益特性是靠近50Hz的0dB，如图4A所示。另一方面，当固有角频率ω₀是60Hz时，信号处理单元23的相位特性是靠近60Hz的0[度（deg）]，并且其增益特性是靠近60Hz的0dB，如图4B所示。

信号处理单元23中的固有角频率ω₀由参数设定单元26设定，以对应于三相交流电源2的频率。例如，当三相交流电源2的频率是50Hz时，信号处理单元23的参数被设定为例如具有图4A所示的相位和增益特性。另一方面，当三相交流电源2的频率是60Hz时，信号处理单元23的参数被设定为例如具有图4B所示的相位和增益特性。

而且，衰减系数ζ的值被设定在0<ζ<1的范围内。结果，在停止交流检测信号Vα和Vβ的输入后，信号处理单元23进入自激振荡状态。当进入自激振荡状态时，信号处理单元23利用残留振动来输出与即将停止前的交流检测信号Vα和Vβ频率相同并且相位连续的残留振动信号，作为交流信号Vα1和Vβ1（参见图2）。在该情况下，衰减系数ζ越小，残留振动信号的阻尼时间越长。因此，信号处理单元23的输出可以对应于比较长的停电状态。

当信号处理单元23中的有源BPF由数字电路实现时，用于在控制单元20上安装有源BPF的离散系统转移函数由下式（4）表述。有源BPF的最终输出通过如下式（5）所示乘以增益K而获得。这里，X_(k)是当前输入，X_(k-1)是一个取样时间之前的输入，Y_(k)是当前输出，Y_(k-1)是一个取样时间之前的输出，Y_(k-2)是两个取样时间之前的输出，并且A₁、A₂、B₁和B₂是系数。

Y_(k)＝B₁X_(k)+B₂X_(k-1)+A₁Y_(k-1)+A₂Y_(k-2)       (4)

Y_final(k)＝KY_(k)                           (5)

根据式（4）和式（5），信号处理单元23可以由数字电路构成，该数字电路包括例如延迟元件81至85、乘法器86至90以及加法器91，如图5所示。图5是示出构成信号处理单元23的有源BPF的示例的图。

已经说明信号处理单元23由二阶带通滤波器构成，以作为示例。如上所述，信号处理单元23不限于二阶带通滤波器。例如，信号处理单元23可以由二阶低通滤波器（下文可以称为“LPF”）构成。

在该情况下，二阶有源LPF的连续系统转移函数可以由例如下式（6）表述。这里，“X_(s)”是输入（Vα，Vβ），“Y_(s)”是输出（Vα1，Vβ1），“ζ”是衰减系数，“ω₀”是固有角频率，并且“s”是拉普拉斯算子。

$Y_{\left(s\right)}=\frac{\mathrm{\&zeta;}{{\mathrm{\&omega;}}_0}^2}{s^2+2\mathrm{\&zeta;}{\mathrm{\&omega;}}_{0}s+{{\mathrm{\&omega;}}_0}^2}{X}_{\left(s\right)}---\left(6\right)$

式（6）中定义的有源LPF具有靠近固有角频率ω₀的0[度(deg)]的增益特性，并具有靠近固有角频率ω₀的输出信号的相位相对于输入信号的相位延迟90度的相位特性。图6是示出构成信号处理单元23的有源LPF的频率特性的示例的图。这里，有源LPF的固有角频率ω₀由参数设定单元26设定，以对应于三相交流电源2的频率，如下面描述的。

当信号处理单元23由二阶LPF构成时，输出相位延迟90度。因此，信号处理单元23包括相位补偿器72，相位补偿器72分别设置在二阶LPF 71的输出侧，以使相位提前90度，如图7所示。结果，二阶LPF 71引起的相位偏移可以被补偿。此外，相位补偿器72可以被设置在二阶LPF 71的输入侧。

相位补偿器72不必设置在信号处理单元23中。例如，相位补偿器72可以设置在相位检测单元25的输出侧。另选地，相位补偿器72可以设置在电源电压检测单元21或三相/两相变换单元22的输出侧。换言之，如果由二阶LPF 71引起的相位偏移可以因此被补偿，则相位补偿器72可以布置在任意地方。

已经说明了采用二阶BPF或二阶LPF作为信号处理单元23的示例。信号处理单元23不限于这些二阶滤波器。例如，二阶高通滤波器可以被用作信号处理单元23。

回到图3，继续说明电源再生装置1的控制单元20。相位检测单元25基于来自信号处理单元23的交流信号Vα1和Vβ1检测三相交流电源2的电压相位，并输出电压相位作为电压相位检测值θ。例如，当交流信号Vα1和Vβ1变换为dq轴直角坐标系统的dq分量时，相位检测单元25计算三相交流电源2的电压相位，使得d轴分量变为零。相位检测单元25根据所计算出的三相交流电源2的电压相位输出电压相位检测值θ。

相位检测单元25基于来自信号处理单元23的交流信号Vα1和Vβ1检测三相交流电源2的角频率ω，并将该角频率输出到参数设定单元26。而且，相位检测单元25还可以检测根据三相交流电源2的角频率ω（例如，三相交流电源2的电源频率f）的信息。

参数设定单元26基于根据由相位检测单元25检测的三相交流电源2的角频率ω或电源频率f的信息（下文称为“电源频率信息”）设定信号处理单元23的参数。结果，信号处理单元23的参数可以根据三相交流电源2的角频率ω来设定，进而信号处理单元23的滤波特性可以与三相交流电源2的角频率ω匹配。

例如，当信号处理单元23具有图5所示的有源BPF的构造时，参数设定单元26设定固有角频率ω₀作为三相交流电源2的角频率ω。而且，参数设定单元26选择系数A₁、A₂、B₁和B₂的值，使得固有角频率ω₀处的增益特性成为0dB，并在信号处理单元23中设定这些值。结果，在信号处理单元23中设定根据三相交流电源2的角频率ω的参数。

通过参数设定单元26在信号处理单元23中设定参数可以在操作开始时刻、周期性时刻或任意设定时刻执行。例如，参数设定单元26可以在开始从三相交流电源2到电源再生装置1的电力供应的时刻执行对信号处理单元23的参数设定。而且，参数设定单元26可以在不通过电源再生装置1执行驱动操作时的任意时刻执行对信号处理单元23的参数设定。

现在，将具体说明包括对信号处理单元23的参数设定的初始操作。该初始操作是当开始使用电源再生装置1或当从停电恢复电力时由控制单元20执行的处理。图8是由控制单元20执行的初始操作的流程图。假设信号处理单元23具有图5所示的构造。

首先，控制单元20在初始操作中在信号处理单元23中设定通过模式（步骤S101）。通过模式是用于使输入信号在没有进行滤波处理的情况下通过信号处理单元23的模式。例如通过从参数设定单元26向信号处理单元23输出指令信号来执行通过模式。

在通过模式中，在针对初始化模式的准备中，如下式（7）至式（9）所示设定状态变量。

Y_final(k-2)＝X_(k-2)         (7)

Y_final(k-1)＝X_(k-1)         (8)

Y_final(k)＝X_(k)             (9)

式（9）表示与作为当前输入的X(k)相同的值被设定为作为当前输出的Y（k）的值。信号处理单元23在通过模式中执行由式（9）指示的处理，以使输入信号在没有进行滤波处理的情况下通过。

当充当有源BPF的信号处理单元23被提供有作为X(k)的具有单个频率的信号时，输出信号相对于输入信号的相位延迟为零，并且如果有源BPF的截止频率与输入信号的频率相同，则增益是0dB。因此，实现了式（8）和（7）的关系表达式（Y_final(k-1)=X_(k-1)和Y_final(k-2)=X_(k-2)）以及式（9）。而且，根据图5所示的有源BPF的构造实现以下描述的式（10）和式（11）的关系表达式。

另一方面，当信号处理单元23开始滤波处理时，需要时间以变为稳定状态，因为当Y_(k-1)、Y_(k-2)和X_(k-1)的状态量是零或不定值时，Y（k）从零或不定值上升。因此，信号处理单元23对输入信号的延迟X_(k-1)和X_(k-2)进行取样，并预先执行式（7）至式（11）的处理，以建立Y_(k-1)和Y_(k-2)的内部状态，进而可以立即从稳定状态开始滤波处理。

接着，控制单元20确定是否执行从三相交流电源2到电源再生装置1的电力供应（步骤S102）。是否执行电力供应由驱动控制单元27是否检测到交流检测信号Vα和Vβ原样通过信号处理单元23来确定。

当根据三相交流电源2和电源再生装置1之间的连接或根据从较长停电的恢复来开始从三相交流电源2到电源再生装置1的电力供应时（步骤S102；是），控制单元20执行电源确定处理（步骤S103）。在电源确定处理中，相位检测单元25基于原样（在通过模式下）通过信号处理单元23的交流检测信号Vα和Vβ来检测三相交流电源2的相位、角频率等。相位检测单元25将检测结果输出到参数设定单元26和驱动控制单元27。

当电源确定处理终止时，控制单元20在信号处理单元23中设定初始化模式（步骤S104）。在初始化模式中，参数设定单元26根据来自相位检测单元25的电源频率信息来选择系数A₁、A₂、B₁和B₂的值，并在信号处理单元23中设定这些值。结果，根据三相交流电源2的角频率ω的参数在信号处理单元23中设定。

而且，当模式从通过模式改变为操作开启（ON）模式时，基于式（7）至式（9）中指示的状态变量如下式（10）至式（11）所示设定有源BPF的内部变量。

Y_(k-2)＝Y_final(k-2)/K    (10)

Y_(k-1)＝Y_final(k-1)/K    (11)

当终止初始化模式时，控制单元20在信号处理单元23中设定操作开启模式（步骤S105）。在操作开启模式下，信号处理单元23基于由参数设定单元26设定的参数作为二阶有源BPF进行工作。结果，在停电期间可以从信号处理单元23输出残留振动信号。

如上所述，在信号处理单元23的操作模式变为操作开启模式之前，电源再生装置1在初始操作中按照通过模式和初始化模式的顺序执行变化控制。

因为信号处理单元23的操作模式在初始操作开始时是通过模式，所以三相交流电源2的相位、角频率等可以由相位检测单元25快速地检测。结果，例如，可以快速地开始电源再生装置1中的驱动操作。

而且，因为信号处理单元23的操作模式在通过模式之后转换为初始化模式，所以当信号处理单元23的模式变为操作开启模式时，信号处理单元23可以作为滤波器快速地进行工作。

参照图3，将继续说明电源再生装置1的控制单元20。驱动控制单元27包括有效值计算器51、A/D变换器52、三相/两相变换器53、dq坐标变换器54、直流总线电压检测器55和减法器56。驱动控制单元27还包括q轴电流指令输出元件57、q轴电流偏差计算器58、q轴电流调整器59、q轴电压指令补偿器60、d轴电流指令输出元件61、d轴电流偏差计算器62和d轴电流调整器63。此外，驱动控制单元27包括电压振幅指令生成器64、电压相位指令生成器65、加法器66和PWM控制器67。

有效值计算器51基于来自信号处理单元23的交流信号Vα1和Vβ1检测三相交流电源2的有效电压值Vse。

A/D变换器52利用AD变换来将由电流检测单元40检测到的相位电流检测值I_R、I_S和I_T变换为数字值。而且，相位电流检测值I_R是R相位电流的瞬时值，相位电流检测值I_S是S相位电流的瞬时值，并且相位电流检测值I_T是T相位电流的瞬时值。而且，利用作为磁电变换器的霍尔（Hall）元件来检测电流的电流传感器例如被用作电流检测单元40。

三相/两相变换器53将相位电流检测值I_R、I_S和I_T变换为固定坐标上的垂直两个轴的αβ分量，并且计算矢量成分是α轴方向电流值Iα和β轴方向电流值Iβ的αβ轴坐标系统的固定坐标电流矢量。

dq坐标变换器54基于由相位检测单元25检测的电压相位检测值θ对来自三相/两相变换器53的αβ轴坐标系统分量进行变换，以计算dq轴旋转坐标系统的q轴和d轴分量。结果，dq坐标变换器54计算q轴电流值Iq和d轴电流值Id。

直流总线电压检测器55检测电力变换单元10的逆变器装置侧直流电压。更具体地说，直流总线电压检测器55检测平滑电容器C1的端子之间的电压值，作为直流电压值Vpn，并将该电压值输出到减法器56。

减法器56从电压指令Vpn^*中减去从直流总线电压检测器55输出的直流电压值Vpn，并将结果输出到q轴电流指令输出元件57，作为差分电压值Vg。

该q轴电流指令输出元件57基于来自减法器56的差分电压值Vg生成q轴电流指令Iq^*，并将其输出到q轴电流偏差计算器58。q轴电流指令Iq^*是有效电流的目标电流值。q轴电流偏差计算器58计算作为q轴电流指令Iq^*和q轴电流值Iq之间的偏差的q轴电流偏差，并将它输出到q轴电流调整器59。

该q轴电流调整器59调整q轴电压指令Vq1^*，使得q轴电流指令Iq^*和q轴电流值Iq之间的偏差变为零，并将该q轴电压指令Vq1^*输出到q轴电压指令补偿器60。q轴电压指令补偿器60将来自有效值计算器51的有效电压值Vse与来自q轴电流调整器59的q轴电压指令Vq1^*相加，并将它输出到电压振幅指令生成器64和电压相位指令生成器65，作为q轴电压指令Vq^*。

该d轴电流指令输出元件61生成d轴电流指令Id^*，并将它输出到d轴电流偏差计算器62。d轴电流指令Id^*是无功电流的目标电流值。例如，当功率因数是“1”时，d轴电流指令Id^*被设定为零。d轴电流偏差计算器62计算作为d轴电流指令Id^*和d轴电流值Id之间的偏差的d轴电流偏差，并将它输出到d轴电流调整器63。d轴电流调整器63调整d轴电压指令Vd^*，使得d轴电流指令Id^*和d轴电流值Id之间的偏差变为零，并且将该d轴电压指令Vd^*输出到电压振幅指令生成器64和电压相位指令生成器65。

电压振幅指令生成器64基于来自q轴电压指令补偿器60的q轴电压指令Vq^*和来自d轴电流调整器63的d轴电压指令Vd^*计算输出电压指令V^*。例如，电压振幅指令生成器64根据下式（12）计算输出电压指令V^*。

$V^{*}=\sqrt{{\mathrm{Vd}}^{*2}/{\mathrm{Vq}}^{*2}}---\left(12\right)$

电压相位指令生成器65基于来自q轴电压指令补偿器60的q轴电压指令Vq^*和来自d轴电流调整器63的d轴电压指令Vd^*计算输出相位指令θa^*。例如，电压相位指令生成器65根据下式（13）计算输出相位指令θa^*。

θa^*＝tan^-1(Vq^*/Vd^*)      (13)

加法器66将来自相位检测单元25的电压相位检测值θ与来自电压相位指令生成器65的输出相位指令θa^*相加，以计算相位θp。

PWM控制器67基于来自电压振幅指令生成器64的输出电压指令V^*和由加法器66计算的相位θp计算三相交流电压指令，即，相对于三相交流电源2的相位的输出电压指令V_R ^*、V_S ^*和V_T ^*。例如，PWM控制器67根据下式（14）至式（16）计算R相位输出电压指令V_R ^*、S相位输出电压指令V_S ^*和T相位输出电压指令V_T ^*。

V_R ^*＝V^*×sin(θp)               (14)

V_S ^*＝V^*×sin(θp-(2π/3))       (15)

V_T ^*＝V^*×sin(θp+(2π/3))       (16)

PWM控制器67基于输出电压指令V_R ^*、V_S ^*和V_T ^*生成用于分别控制切换元件Q1至Q6的PWM信号S1至S6。结果，根据输出电压指令V_R ^*、V_S ^*和V_T ^*的三相交流电压从电力变换单元10输出。例如，诸如IGBT和MOSFET的自消弧型半导体器件被用作切换元件Q1至Q6。PWM信号S1至S6变为切换元件Q1至Q6进入高电平的开启状态的开启指令。

如上所述，当三相交流电源2处于停电状态时，根据第一实施方式的电源再生装置1进入自激振荡状态，该电源再生装置1利用残留振动来生成与即将停止前的交流检测信号频率相同并且相位连续的残留振动信号，并检测三相交流电源2的相位。因此，可以在电力恢复时抑制与三相交流电源2的相位的失步，进而电源再生装置1可以高精度地执行连续操作。

在图3所示的示例中，已经说明将交流检测信号Vα和Vβ输入到信号处理单元23中，该交流检测信号Vα和Vβ通过利用三相/两相变换单元22对由电源电压检测单元21检测到的交流检测信号V_R、V_S和V_T进行变换而获得。但是，信号处理单元23的设置不限于此。

例如，如在图9所示的控制单元20A中，信号处理单元23A可以布置在电源电压检测单元21和三相/两相变换单元22之间。图9是示出电源再生装置1中的控制单元的另一构造的一部分的图。在图9所示的控制单元20A中，当从电源电压检测单元21输出交流检测信号V_R、V_S和V_T时，信号处理单元23A使来自电源电压检测单元21的交流检测信号V_R、V_S和V_T通过并将它们输出到三相/两相变换单元22。另一方面，当没有从电源电压检测单元21输出交流检测信号V_R、V_S和V_T时，信号处理单元23A生成与交流检测信号V_R、V_S和V_T连续的残留振动信号，并将它们输出到三相/两相变换单元22。

此外，当即使增益增加但是来自信号处理单元23或23A的残留振动信号衰减并且其振幅变为零时，相位检测单元25不能检测三相交流电源2的相位。因此，当检测到停电时，相位检测单元25可以构造为使用由单独设置的相位信息生成单元生成的相位信息。

图10是示出电源再生装置1中的控制单元的又一构造的一部分的图。除了图3所示的控制单元20的构造以外，图10所示的控制单元20B还包括相位信息生成单元73、停电检测单元74和切换单元75。

相位信息生成单元73被构造为能够根据由参数设定单元26设定的频率输出相位信息。类似于信号处理单元23，在上述初始操作期间，例如执行由参数设定单元26进行的设定频率。

当来自有效值计算器51的有效电压值Vse不超过预定值时，停电检测单元74确定来自三相交流电源2的电力供应被停止，以处于停电状态。当确定当前状态是停电状态时，停电检测单元74向相位信息生成单元73输出操作指令，并向切换单元75输出切换指令。

当从停电检测单元74输入切换指令时，切换单元75不是选择来自相位检测单元25的电压相位检测值θ，而是选择来自相位信息生成单元73的相位信息θx，作为要输出到dq坐标变换器54和加法器66的信号。而且，当从停电检测单元74输入操作指令时，相位信息生成单元73选择相位与电压相位检测值θ连续的相位信息θx，并将它输出到切换单元75。

因此，在由停电检测单元74检测到停电状态之后，三相交流电源2的相位可以基于来自相位信息生成单元73的相位信息θx进行检测（估计），进而可以抑制电力恢复后与三相交流电源2的相位的失步。

而且，直到由停电检测单元74检测到停电，相位检测单元25可以利用残留振动信号来检测三相交流电源2的相位。因此，即使直到由停电检测单元74检测到停电为止电力从停电恢复，也可以在电力恢复后抑制与三相交流电源2的相位的失步。

第二实施方式

接着，将说明根据第二实施方式的电源再生装置100。已经说明了根据第一实施方式的电源再生装置1基于PWM信号控制三相桥式电路12。相反，根据第二实施方式的电源再生装置100利用120度通电方法来控制三相桥式电路12。这里，具有与根据第一实施方式的电源再生装置1的功能相同的功能的电源再生装置100的组件具有相同的标号，并且省略重复的说明。

图11是示出根据第二实施方式的电源再生装置100的构造的图。如图11所示，电源再生装置100包括电力变换单元10、控制单元120和滤波器130。

电源再生装置100的控制单元120包括电源电压检测单元21、三相/两相变换单元22、信号处理单元23、相位检测单元25、参数设定单元26和驱动控制单元127。在电源再生装置100中，信号处理单元23在停电时生成残留振动信号，并且相位检测单元25基于由信号处理单元23生成的残留振动信号来生成电压相位检测值θ，这类似于根据第一实施方式的电源再生装置1。

驱动控制单元127包括有效值计算器51、直流总线电压检测器55、乘法器131、减法器132、再生控制选择器133和驱动信号生成器134。驱动控制单元127基于电压相位检测值θ控制电力变换单元10。

乘法器131将√2乘以由有效值计算器51计算的有效电压值Vse，以计算值√2·Vse。减法器132从来自直流总线电压检测器55的直流电压值Vpn中减去由乘法器131计算的值√2·Vse，并将结果输出到再生控制选择器133，作为差分电压值Vh。

当来自减法器132的差分电压值Vh不小于预设阈值V1时，再生控制选择器133向驱动信号生成器134输出再生指令。而且，当在正输出再生指令的状态下来自减法器132的差分电压值Vh不大于预设阈值V2时，再生控制选择器133向驱动信号生成器134输出停止指令。在该情况下，阈值V2小于阈值V1。

驱动控制单元127基于来自相位检测单元25的电压相位检测值θ执行120度通电控制，并输出与三相交流电源2同步的交流电压。更具体地说，驱动控制单元127基于电压相位检测值θ生成分别应用于构成电力变换单元10的三相桥式电路12的切换元件Q1至Q6的控制端子的6个驱动信号S11至S16，并将这6个驱动信号输出到切换元件Q1至Q6。

图12是说明120度通电控制的图。如图12所示，驱动控制单元127生成用于控制切换元件Q1至Q6的驱动信号S11至S16，使得再生电流流入三相交流电源2的电压为最高的相位和该电压为最低的相位之间。这里，驱动信号S11至S16变为切换元件Q1至Q6进入高电平的开启状态的开启指令。

如上所述，在停电状态下，执行120度通电控制的电源再生装置100也进入自激振荡状态，利用残留振动来生成与即将停止前的交流检测信号频率相同并且相位连续的残留振动信号，并检测三相交流电源2的相位。因此，可以在电力恢复时抑制与三相交流电源2的相位的失步，进而可以高精度地执行电源再生装置100中的连续操作。

在本实施方式中，已经通过使用图11作为对应于图3的构造的示例说明了执行120度通电控制的电源再生装置。但是，电源再生装置可以具有第一实施方式所述的各种构造。而且，可以通过将两个或更多个逆变器装置3连接到电源再生装置100来构造电力变换装置。

第三实施方式

接着，将说明根据第三实施方式的电源再生装置和电力变换装置。根据第二实施方式的电源再生装置100被构造为包括在电力运行期间充当变换器的三相桥式电路12。但是，根据第三实施方式的电源再生装置不具有在电力运行期间充当变换器的组件。

图13是示出根据第三实施方式的电源再生装置100A的构造的图。具有与图11所示的组件的功能相同的功能的图13的组件具有相同的标号，并省略重复的说明。

如图13所示，根据第三实施方式的电源再生装置100A包括电力变换单元110A、控制单元120和滤波器130。尽管电力变换单元110A包括三相桥式电路12、平滑电容器C1和二极管D7，但是由于二极管D7的动作，电力变换单元110A在电力运行期间不具有作为变换器进行工作的功能。换言之，电源再生装置110A在不充当变换器装置的情况下仅执行电力再生。

电源再生装置100A连接在三相交流电源2和变换器装置6的连接点与变换器装置6和逆变器装置3的连接点之间。电源再生装置100A的主要功能是用于向三相交流电源2提供由马达4的减速在马达4上引起的感应电动势的电源再生。

逆变器装置3在马达4的减速期间向变换器装置6输出马达4上的感应电动势。从逆变器装置3向变换器装置6输出的电力累积在平滑电容器C1中。当不小于预定值的直流电力累积在平滑电容器C1中时，电源再生装置100A利用120度通电方法来驱动三相桥式电路12。

电源再生装置100A的控制单元120在停电状态下进入自激振荡状态，并利用残留振动来生成与即将停止前的交流检测信号频率相同并且相位连续的残留振动信号。控制单元120基于所生成的残留振动信号检测三相交流电源2的相位，并利用120度通电方法来与所检测到的相位同步地驱动电力变换单元110。

因此，类似于电源再生装置1，电源再生装置100A还可以在电力恢复时抑制与三相交流电源2的相位的失步，进而高精度地执行连续操作。

Claims (10)

1.一种电源再生装置，该电源再生装置包括：

电压检测单元，该电压检测单元检测来自交流电源的交流电压，并输出与所述交流电压相应的交流检测信号；

信号处理单元，该信号处理单元在由于停电而停止了从所述电压检测单元输出所述交流检测信号时，利用自激振荡来生成与即将停止前的所述交流检测信号频率相同并且相位连续的交流信号；

相位检测单元，该相位检测单元在从所述停电中恢复过来时基于所述交流信号检测所述交流电源的相位；以及

电力变换单元，该电力变换单元将直流电力变换为交流电力，并向所述交流电源再生所述交流电力。

2.根据权利要求1所述的电源再生装置，其中，所述信号处理单元是连接在所述电压检测单元和所述相位检测单元之间的滤波器，该滤波器通过将所述交流电源的频率设定在通带中来使来自所述电压检测单元的所述交流检测信号通过，并且在停止了从所述电压检测单元输出所述交流检测信号时利用自激振荡来生成所述交流信号。

3.根据权利要求2所述的电源再生装置，其中，所述滤波器是二阶带通滤波器或二阶低通滤波器。

4.根据权利要求2所述的电源再生装置，该电源再生装置还包括参数设定单元，该参数设定单元根据所述交流电源的频率来设定用于规定所述滤波器的特性的参数。

5.根据权利要求3所述的电源再生装置，该电源再生装置还包括参数设定单元，该参数设定单元根据所述交流电源的频率来设定用于规定所述滤波器的特性的参数。

6.根据权利要求3所述的电源再生装置，其中，当开始了从所述电压检测单元输出所述交流检测信号时，所述滤波器执行使所述交流检测信号原样通过的第一模式，接着转换为针对所述交流检测信号作为滤波器进行工作的第二模式。

7.根据权利要求4所述的电源再生装置，其中，当开始了从所述电压检测单元输出所述交流检测信号时，所述滤波器执行使所述交流检测信号原样通过的第一模式，接着转换为针对所述交流检测信号作为滤波器进行工作的第二模式。

8.根据权利要求1至7中的任一项所述的电源再生装置，其中，所述电力变换单元具有将来自所述交流电源的所述交流电力变换为直流电力的功能。

9.一种电力变换装置，该电力变换装置包括：

电源再生装置；以及

一个或更多个逆变器装置，该一个或更多个逆变器装置连接到所述电源再生装置，

所述电源再生装置包括：

电压检测单元，该电压检测单元检测来自交流电源的交流电压，并输出与所述交流电压相应的交流检测信号；

信号处理单元，该信号处理单元在由于停电而停止了从所述电压检测单元输出所述交流检测信号时，利用自激振荡来生成与即将停止前的所述交流检测信号频率相同且相位连续的交流信号；

相位检测单元，该相位检测单元在从所述停电中恢复过来时，基于所述交流信号检测所述交流电源的相位；以及

电力变换单元，该电力变换单元将直流电力变换为交流电力，并向所述交流电源再生所述交流电力。

10.根据权利要求9所述的电力变换装置，其中，所述信号处理单元是连接在所述电压检测单元和所述相位检测单元之间的滤波器，该滤波器通过将所述交流电源的频率设定在通带中来使来自所述电压检测单元的所述交流检测信号通过，并且在停止了从所述电压检测单元输出所述交流检测信号时利用自激振荡来生成所述交流信号。

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