CN105409107A - 电力变换装置 - Google Patents

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Abstract

具备：电力变换电路(20)，将从直流电源(1)供给的直流电力变换为交流电力；以及电力变换控制部(23)，控制电力变换电路(20)的工作，以使得在与电力系统(5)解列了的状态下作为交流电压源产生独立运转用电力，电力变换控制部(23)具备：交流电压控制部(31)，控制交流电压；交流电流抑制部(32)，将交流电流限制为规定的电流限制值(Ilim)以下；以及直流电压不足抑制部(33)，在电力变换电路(20)的直流电压降低了的情况下，与其对应地减小对交流电流抑制部(32)提供的电流限制值(Ilim)。

Description

电力变换装置
技术领域
本发明涉及具有独立运转功能的电力变换装置。
背景技术
在以往的电力变换装置中，提出了如下结构：设置有直接或者间接地探测从逆变器取出的电流的电流探测部、和在由该电流探测部探测出的电流高于设定值时用于使逆变器的输出电流降低的电流抑制部，在来自电源系统的电力供给中断了的情况下那样的独立运转时，即使在连接了易于产生浪涌电流的吸尘器等或延迟负载的情况下也能够运转(参照例如下述专利文献1)。
另外，在其它以往的电力变换装置中，通过具备对检测逆变器的电流的电流检测单元的输出超过预定的值而成为过电流的情况进行检测的比较单元、响应于由该比较单元对过电流的检测而减少逆变器的输出电流的过电流控制单元、以及响应于由所述比较单元对过电流的检测而将从电力系统对负载供电的半导体开关切换到导通状态的单元，构成了如下的不间断电源装置：即使在变换装置成为过载的情况下，也从电力系统供给不足电力，从而针对输出电压的一个周期以内的短时间的过电流不使变换装置产生故障、保护停止，就能够继续进行无输出电压的降低、瞬时中断的负载供电(参照例如下述专利文献2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-131056号公报
专利文献2：日本专利第3473924号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
在专利文献1记载的现有例中，当将电流抑制部的电流抑制值设定得较高时，在连接了发电要素或电力变换装置的额定输出以上的负载的情况下，使逆变器的输出电流降低的效果小且成为过放电状态，无法继续工作。与其相反地，当将电流抑制值设定得较低时，使逆变器的输出电流降低的效果变得过大，不仅可输出电力被过度地限制，而且在使用易于产生浪涌电流的吸尘器等的情况下，电流抑制部继续工作，从而担心会产生在马达不旋转而保持被锁定的状态下继续流过大的电流的、所谓马达失速状态，马达会烧坏。
进而，在专利文献1的情况下，在作为向电力变换装置的供给电力，使用如太阳能电池那样发电电力大幅变化那样的发电要素的情况下，电流抑制值的设定困难，使继续工作能力和可输出电力同时实现是极其困难的。
另外，在专利文献2记载的现有例中，在检测到过电流的情况下，因为以从电力系统供给针对负载的不足电力为前提，所以在由于电力系统在停电中而需要独立运转的情况下无法继续运转。另外，在连接了马达那样的负载的情况下，在由电流限制电路未检测到过电流的状态下继续电力供给，从而担心马达失速状态会继续，马达会烧坏。
本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种以具备可独立运转的功能的电力变换装置为前提，能够在将不需要的工作停止抑制为最小限度的同时，抑制过放电状态的继续，耐干扰度高的电力变换装置。
解决技术问题的技术方案
本发明的电力变换装置具备：电力变换电路，将从直流电源供给的直流电力变换为交流电力；以及电力变换控制部，控制所述电力变换电路的工作，以使得在与电力系统解列了的状态下作为交流电压源产生独立运转用电力，所述电力变换电路具备：直流-直流电力变换电路，将所述直流电源的直流电压变换为直流母线电压；以及直流-交流电力变换电路，将所述直流母线电压变换为交流电压，所述电力变换控制部具备：交流电压控制部，控制所述直流-交流电力变换电路的所述交流电压；交流电流抑制部，将所述直流-交流电力变换电路的交流电流限制为预先设定的电流限制值以下；以及直流电压不足抑制部，在所述电力变换电路的所述直流母线电压降低了的情况下，与其对应地减小对所述交流电流抑制部提供的所述电流限制值。
发明效果
根据本发明，因为在过载状态继续而直流电压成为预定值以下那样的情况下，直流电压不足抑制部降低对交流电流抑制部提供的电流限制值，所以与其对应地交流电流抑制部限制向负载的供给电流。由此，虽然向负载的供给电力降低，但能够对负载继续供给蓄电池可输出的最大电力，并且因为过放电状态的继续被抑制，所以能够避免直流电压降低所致的电力变换装置的不需要的工作停止。
另外，因为在浪涌电流所致的短时间的负载功率增加时，在浪涌电流在上述电流限制值以下的情况下，交流电流抑制部不工作，所以能够对负载供给无电压变动的交流电压，另一方面，在浪涌电流成为上述电流限制值以上的情况下，为了保护电力变换电路而交流电流抑制部工作来限制向负载的供给电流，从而避免直流电压降低所致的装置停止。由此，能够提供耐干扰度高的电力变换装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的框图。
图2是本发明的实施方式1中的直流电压控制部的控制框图。
图3是本发明的实施方式1的交流电压控制部和交流电流抑制部的控制框图。
图4是本发明的实施方式1中的直流电压不足抑制部的控制框图。
图5是用于本发明的实施方式1的电力变换装置的工作说明的时序图。
图6是本发明的实施方式2的电力变换装置的直流电压不足抑制部的控制框图。
图7是用于本发明的实施方式2的电力变换装置的工作说明的时序图。
图8是本发明的实施方式3的电力变换装置的交流电压控制部和交流电流抑制部的控制框图。
图9是示出本发明的实施方式3的电力变换装置的交流电压控制部和交流电流抑制部的变形例的控制框图。
图10是本发明的实施方式4的电力变换装置的交流电压控制部和交流电流抑制部的控制框图。
图11是示出本发明的实施方式4的电力变换装置的交流电压控制部和交流电流抑制部的变形例的控制框图。
具体实施方式
实施方式1.
图1是示出本发明的实施方式1的电力变换装置的框图。
该实施方式1的电力变换装置2具备：包括直流-直流电力变换电路(以下称为DC/DC变换电路)21以及直流-交流电力变换电路(以下称为DC/AC变换电路)22的电力变换电路20、控制该电力变换电路20的工作的电力变换控制部23、用于保护电力变换电路20的保护电路24、开关设备25、作为检测交流电压的电压检测电路的电压传感器201、202、作为检测DC/DC变换电路21和DC/AC变换电路22的公共的直流电压(以下称为直流母线电压)的电压检测电路的电压传感器203、作为检测交流电流的电流检测电路的电流传感器211、以及作为用于检测直流电流的电流检测电路的电流传感器212。另外，在电力变换装置2的直流侧连接了作为直流电源的蓄电池1，在交流侧连接了负载3，并且对负载3经由开关4连接了电力系统5。
此处，电力变换装置2具备将电力系统5的交流电力变换为直流电力而对蓄电池1进行充电的功能、和将蓄电池1的直流电力变换为交流电力而对负载3或者电力系统5进行供给的功能。
在电力系统5正常的情况下，开关4闭合，从电力系统5对负载3供给电力。电力变换装置2在互联运转模式下工作，与电力系统5的交流电压同步地被进行电流控制运转。然后，在对蓄电池1进行放电的情况下，将蓄电池1的直流电力变换为交流电力而对负载3进行电力供给，在对蓄电池1进行充电的情况下，将电力系统5的交流电力变换为直流电力而对蓄电池1进行电力供给。
另一方面，在电力系统5停电了的情况下，开关4开路，电力变换装置2以及负载3被与电力系统5切断。然后，当通过手动操作或者序列控制等自动操作，向电力变换装置2输入了独立运转模式指令时，与其对应地电力变换装置2在电压控制运转下工作，将蓄电池1的直流电力变换为交流电力而对负载3供给交流电力。
因此，上述电力变换控制部23具有在与电力系统5解列(parallel-off)的状态下输出作为交流电压源而产生独立运转用电力的指令的功能，具备控制DC/DC变换电路21的直流输出电压的直流电压控制部30、控制DC/AC变换电路22的交流电压的交流电压控制部31、将DC/AC变换电路22的交流电流限制为规定的电流限制值以下的交流电流抑制部32、以及在电力变换电路20的直流母线电压降低了时与其对应地减小对交流电流抑制部32提供的电流限制值的直流电压不足抑制部33。
以下，说明上述直流电压控制部30、交流电压控制部31、交流电流抑制部32、直流电压不足抑制部33的细节。
图2是直流电压控制部30的控制框图。
该直流电压控制部30具备：包括减法器30a和直流电压控制电路30b的直流电压控制器、以及包括减法器30c和直流电流控制电路30d的直流电流控制器。
上述直流电压控制器通过电压传感器203检测直流母线电压，通过减法器30a计算该直流母线电压检测值Vdc与预先设定的直流母线电压指令值Vdc＊之差。接下来，通过直流电压控制电路30b，以消除直流母线电压检测值Vdc与直流母线电压指令值Vdc＊之差的方式、即以使直流母线电压检测值Vdc与直流母线电压指令值Vdc＊一致的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制，生成蓄电池1的充放电电流指令值Idc＊。
另外，上述直流电流控制器通过电流传感器212检测蓄电池1的充放电电流，通过减法器30c计算该充放电电流检测值Idc与充放电电流指令值Idc＊之差。接下来，通过直流电流控制电路30d，以消除充放电电流检测值Idc与充放电电流指令值Idc＊之差的方式，即以使充放电电流检测值Id与充放电电流指令值Idc＊一致的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制，生成DC/DC变换电路21的驱动信号S21。另外，在直流电流控制电路30d中，为了限制在蓄电池1可容许的最大充放电电流Idcmax以下，设置了电流限幅器。
在电力系统5停电时，如果负载3的功耗在蓄电池1的最大放电功率以下，则直流母线电压通过DC/DC变换电路21被维持为规定的值(直流母线电压指令值Vdc＊)，但在成为蓄电池1的最大放电功率以上时(即蓄电池1的放电电流被直流电流控制电路30d的电流限幅器限制时)，直流母线电压降低。
图3是交流电压控制部31和交流电流抑制部32的控制框图。
交流电压控制部31通过电压传感器202检测DC/AC变换电路22输出的交流电压，根据该交流电压检测值Vac通过有效值计算器31a进行有效值运算，通过减法器31c计算由此得到的有效值与预先设定的电压有效值指令值Ve＊之差。接下来，通过电压控制器31d、加法器31e、乘法器31f、电压相位生成器31b、以及乘法器31g，以消除交流电压的有效值与电压有效值指令值Ve＊之差的方式，即以使有效值与电压有效值指令值Ve＊一致的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制以及前馈控制，生成交流电压指令信号V1。
另一方面，交流电流抑制部32通过电流传感器211检测电力变换装置2的DC/AC变换电路22输出的交流电流，通过减法器32a计算该交流电流检测值Iac与从后述直流电压不足抑制部33提供的规定的电流限制值Ilim之差。接下来，通过电流限制控制器32b以使交流电流检测值Iac不超过电流限制值Ilim的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制，生成电压校正信号V2。接下来，通过利用减法器32c从来自上述交流电压控制部31的交流电压指令信号V1减去该电压校正信号V2，来生成针对DC/AC变换电路22的交流电压指令值Vref(＝V1-V2)。另外，交流电压指令信号V1、电压校正信号V2对应于权利要求书(权利要求5)中的各指令值。
像这样得到的交流电压指令值Vref被提供给下级的PWM(PulseWidthModuration，脉冲宽度调制)电路38。PWM电路38对交流电压指令值Vref进行脉冲宽度调制，根据需要进行未图示的失效时间校正来生成DC/AC变换电路22的驱动信号S22。DC/AC变换电路22通过进行与该驱动信号S22对应的开关动作而产生交流电压。
另外，交流电流抑制部32仅在交流电流检测值Iac的绝对值超过了电流限制值Ilim时启动，以通过限制从DC/AC变换电路22输出的交流电流来降低交流电压指令信号V1的振幅的方式发挥作用，在交流电流检测值Iac为电流限制值Ilim以下时原则上不工作。
另外，在交流电流抑制部32工作期间，虽然交流电压指令信号V1的振幅在瞬间降低，但通过交流电压控制部31，电压有效值被维持为期望的值(电压有效值指令值Ve＊)。
图4是直流电压不足抑制部33的控制框图。
直流电压不足抑制部33通过电压传感器203检测直流母线电压，通过减法器33a计算该直流母线电压检测值Vdc与预先设定的直流电压阈值Vdcsh之差。接下来，通过不足电压抑制控制器33b，以消除直流母线电压检测值Vdc与直流电压阈值Vdcsh之差的方式，即以避免直流母线电压检测值Vdc成为直流电压阈值Vdcsh以下的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制，对电流校正信号Ilim2进行运算。然后，通过利用减法器33c从预先设定的交流电流上限值Ilim1减去该电流校正信号Ilim2，来生成电流限制值Ilim(＝Ilim1-Ilim2)。
此处，交流电流上限值Ilim1是从DC/AC变换电路22输出的交流电流的上限值，被设定为用于保护电力变换装置2的固定值。另外，规定的直流电压阈值Vdcsh是用于直流电压不足抑制部33开始工作的电压，被设定为比对上述直流电压控制部30预先设定的直流母线电压指令值Vdc＊(参照图2)小的值。
像这样，直流电压不足抑制部33仅在直流母线电压检测值Vdc比规定的直流电压阈值Vdcsh低时工作，即仅在负载3的功耗在蓄电池1的最大放电功率以上时工作，通过降低电流限制值Ilim，以通过交流电流抑制部32限制向负载3供给的交流电流的方式工作，在负载3的功耗在蓄电池1的最大放电功率以下时原则上不工作。
接下来，对上述交流电流抑制部32和直流电压不足抑制部33的相互的关联控制工作进行说明。
在连接了仅在短时间内流过过大电流那样的负载3的情况下，有可能会产生浪涌电流。但是，在该情况下，如果是直流母线电压检测值Vdc不会成为直流电压阈值Vdcsh以下的程度的短时间，则直流电压不足抑制部33不工作，电流限制值Ilim等于交流电流上限值Ilim1(Ilim＝Ilim1)。在该情况下，因为如果浪涌电流在电流限制值Ilim以下，则交流电流抑制部32也不工作，所以能够对负载3供给无电压变动的交流电压。另外，在浪涌电流在电流限制值Ilim以上的情况下，为了保护电力变换装置2而交流电流抑制部32工作，将向负载的供给电流限制为电流限制值Ilim(＝Ilim1)。
相对于此，在连接了在较长的时间内流过过大电流那样的负载3的情况下，由于直流母线电压检测值Vdc降低到直流电压阈值Vdcsh以下，所以直流电压不足抑制部33工作而降低电流限制值Ilim。此时，在交流电流检测值Iac超过了电流限制值Ilim的情况下，通过交流电流抑制部32工作而降低交流电压指令值Vref，来限制交流输出电流。其结果是，电流限制值Ilim降低到直流母线电压检测值Vdc能够维持为直流电压阈值Vdcsh的值、即向负载3的供给电力和蓄电池1的最大放电功率成为大致相同值。由此，虽然向负载3的供给电力降低，但是能够对负载3继续供给蓄电池1可输出的最大电力。
另外，当由于蓄电池1的SOC(StateOfCharge，荷电状态)降低或蓄电池1的温度上升而蓄电池1可容许的最大充放电电流Idcmax降低时，通过直流电压控制部30的直流电流控制电路30d进行的限幅器工作，蓄电池1的放电电流降低。与之相伴，从DC/DC变换电路21流入DC/AC变换电路22的电力降低。在这样的情况下，因为直流母线电压检测值Vdc也降低，由于与其对应地通过直流电压不足抑制部33而降低电流限制值Ilim，所以向负载3的供给电力变小，直流母线电压维持恒定值。其结果是，虽然从DC/AC变换电路22输出的交流电压降低，但能够以蓄电池1的最大充放电电流Idcmax继续工作。
像这样，在该实施方式1中，在蓄电池1的最大充放电电流Idcmax急剧变化了的情况下，也能够继续工作。
接下来，对保护电路24进行说明。
保护电路24为了防止电力变换电路20的损坏，不仅具备检测电力变换电路20的电压、电流、温度等并在过载或过压等异常时停止电力变换电路20的工作的保护功能，而且还具备用于防止负载3的损坏的负载保护功能。以下，在此对于保护电路24的特别是负载保护功能的工作进行说明。
在吸尘器、压缩机等马达负载、电容输入型的非线性负载中，有在启动时流过额定电流的几倍以上的浪涌电流的负载。在这些负载3的浪涌电流成为电流限制值Ilim以上时，通过交流电流抑制部32将从DC/AC变换电路22输出的交流电流限制为电流限制值Ilim。此时，如果以负载3是马达的情况为例，则当电流限制值Ilim被设定为马达启动所需的电流以下时，马达在不启动而保持为被锁定的状态下继续流过过电流。其结果是，担心会发生马达失速状态，马达会烧坏。
为了防止这样的马达烧坏，在交流电流抑制部32将交流电流限制为上述电流限制值Ilim以下的工作继续了预先设定的规定时间以上时，换言之交流电流抑制部32继续规定时间以上输出了电压校正信号V2的情况下，保护电路24判定为负载3处于过载状态，停止电力变换电路20的工作。通过该保护电路24的负载保护功能，即使在作为负载3连接了马达的情况下，也能够避免马达失速继续所致的负载3的烧坏，能够构成可靠性高的电力变换装置。
作为保护电路24的负载保护功能的判定条件，在上述说明中，设为交流电流抑制部32继续工作了预先设定的规定时间以上的情况，但不限于此。也可以将根据例如由电压传感器202检测出的交流电压检测值Vac而得到的交流电压有效值成为预先设定的规定的阈值电压以下的状态继续了规定时间以上的情况作为过载保护功能的判定条件。另外，也可以将交流电压控制部31生成的交流电压指令值Vref、与基于由电压传感器202检测出的交流电压检测值Vac的交流电压瞬时值的差电压在预先设定的规定的阈值电压以上的状态继续了规定时间以上的情况作为过载保护功能的判定条件。
像这样，通过保护电路24的负载保护功能，在由于马达失速继续等而浪涌电流继续的情况下，因为电力变换电路20的工作被停止，所以能够避免负载3的烧坏，能够构成可靠性高的电力变换装置2。
图5是用于本发明的实施方式1的电力变换装置的工作说明的时序图。另外，在此对作为负载3连接了在启动时流过浪涌电流的电容输入型的非线性负载或者马达负载的情况进行说明。
当在时刻TA负载3启动时，流过载3的额定电流以上的浪涌电流。根据本发明的实施方式，因为交流电流上限值Ilim1能够设定为较大的值，所以针对短时间的浪涌电流难以施加电流限制，对负载3以交流电压无失真的方式供给电流。
当在时刻TB负载3的功耗增加到蓄电池1的最大放电功率以上时，直流母线电压检测值Vdc降低至直流电压阈值Vdcsh，通过交流电流抑制部32限制从DC/AC变换电路22输出的交流电流。其结果是，虽然交流电压振幅降低，但以蓄电池1的最大放电功率继续工作。
当在时刻TC负载3的功耗进一步增加时，因为通过交流电流抑制部32限制从DC/AC变换电路22输出的交流电流，所以交流电压振幅进一步降低。当交流电压振幅在负载3的容许工作电压范围以下时，担心负载3会无法正常地工作。因此，在该例子中，在根据由电压传感器202检测出的交流电压检测值Vac而得到的交流电压有效值成为预先设定的有效值阈值电压以下的状态继续规定时间To以上而达到了时刻TD时，保护电路24起动而停止电力变换电路20的工作。
如以上那样，根据该实施方式1，电力变换控制部23具备控制交流电压的交流电压控制部31、将交流电流抑制为预先设定的电流限制值Ilim以下的交流电流抑制部32、以及在电力变换电路20的直流电压降低了的情况下与其对应地减小对交流电流抑制部32提供的上述电流限制值Ilim的直流电压不足抑制部33，直流电压不足抑制部33在直流母线电压检测值Vdc成为预先设定的直流电压阈值Vdcsh以下时通过降低电流限制值Ilim，能够在避免过载时的直流电压降低所致的装置停止的同时，还对浪涌电流大的负载3供给电力。
另外，因为保护电路24不仅具备用于防止电力变换电路20的损坏的保护功能，而且还具备具有在交流电流抑制部32进行的交流电流抑制控制继续了规定时间的情况下停止电力变换电路20的工作的限时要素的负载保护功能，所以在由于马达失速继续等理由而过电流继续的情况下，通过停止电力变换电路20的工作，能够避免负载3的烧坏。
另外，在该实施方式1中，对作为直流电源连接了蓄电池1的情况进行了说明，但不限于此，也可以是太阳能电池、风力发电等利用了自然能源的直流电源，或通过二极管整流电路、PFC(PowerFactorCorrection，功率因数校正)电路、高功率因数转换器等将交流电力直流化了的直流电源。另外，直流电压控制部30不限于图2所示的结构，也可以仅用包括减法器30a和直流电压控制电路30b的直流电压控制器来构成。
实施方式2.
图6是本发明的实施方式2的直流电压不足抑制部的控制框图，对与图4所示的实施方式1的直流电压不足抑制部对应或者相当的结构部分附加相同符号。
在该实施方式2中，与先前的实施方式1的不同点在于直流电压不足抑制部33进行的电流限制值Ilim的生成方法不同这点。电力变换装置2的其它结构与实施方式1相同，所以在此省略详细说明。
实施方式2的直流电压不足抑制部33与实施方式1的情况相同地，仅在直流母线电压检测值Vdc比规定的直流电压阈值Vdcsh低时工作。即，直流电压不足抑制部33通过电压传感器203检测直流母线电压，通过减法器33a计算该直流母线电压检测值Vdc与预先设定的直流电压阈值Vdcsh之差。接下来，通过不足电压抑制控制器33b，以避免直流母线电压检测值Vdc成为直流电压阈值Vdcsh以下的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制，对电流校正信号Ilim2进行运算。然后，通过利用减法器33c从预先设定的交流电流上限值Ilim1减去该电流校正信号Ilim2，生成峰值电流限制值Ilim3(＝Ilim1-Ilim2)。另外，关于该情况的交流电流上限值Ilim1、直流电压阈值Vdcsh的限制，也与实施方式1的情况相同。
接下来，直流电压不足抑制部33通过乘法器33e对峰值电流限制值Ilim3乘以与由电压相位生成器33d得到的交流电压指令值Vref同步的正弦波信号sinθ，将该乘法运算而得到的值作为电流限制值Ilim(＝Ilim3×sinθ)输出。接下来，通过限幅器33f以避免该电流限制值Ilim的绝对值的大小降低至规定的值Δ以下的方式进行限制。由此，该情况的电流限制值Ilim不是实施方式1那样的固定值，而是与交流电压指令值Vref同步的带限幅的正弦波波形。
图7是用于本发明的实施方式2的电力变换装置2的工作说明的时序图。
该情况的基本动作与先前的实施方式1相同，但电流限制值Ilim不是固定值，而是如上所述成为与交流电压指令值Vref同步、并且被限制为其绝对值的大小不降低至规定的值Δ以下的、带限幅的正弦波波形。
通过成为这样的结构，即使在电容输入型的非线性负载在电容器初始电压为零时启动的情况下，由于能够迅速地抑制电力变换电路20的DC/AC变换电路22输出的交流电流，所以也能够如软启动那样平滑地启动。
另外，由于能够相比于电力变换装置2输出的有效电力更为积极地限制无效电力，所以也能够将无效电力输出所致的有效电力输出降低抑制为最小限度，能够最大限度地利用电力变换装置2的额定容量。
实施方式3.
图8是本发明的实施方式3的交流电压控制部和交流电流抑制部的控制框图，对与图3所示的实施方式1的交流电压控制部和交流电流抑制部对应或者相当的结构部分，附加相同符号。
在该实施方式3中，与先前的实施方式1的不同点在于交流电压控制部31不是控制电压有效值，而是控制瞬时电压这点。电力变换装置2的其它结构与实施方式1相同，所以在此省略详细的说明。
交流电压控制部31通过电压传感器202检测电力变换装置2的DC/AC变换电路22输出的交流电压，通过减法器31c计算该交流电压检测值Vac与预先设定的交流瞬时电压指令值Vi＊之差。接下来，通过电压控制器31d、加法器31e，以消除交流电压检测值Vac与交流瞬时电压指令值Vi＊之差的方式，即以使交流电压检测值Vac与交流瞬时电压指令值Vi＊一致的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制以及前馈控制，生成交流电压指令信号V11。
另一方面，交流电流抑制部32与实施方式1的情况同样地，仅在交流电流检测值Iac的绝对值超过了电流限制值Ilim时启动，以通过限制从DC/AC变换电路22输出的交流电流，而降低交流电压指令信号V11的振幅的方式发挥作用。即，交流电流抑制部32通过电流传感器211检测电力变换装置2的DC/AC变换电路22输出的交流电流，通过减法器32a计算该交流电流检测值Iac与从直流电压不足抑制部33提供的电流限制值Ilim之差。接下来，通过电流限制控制器32b，以避免交流电流检测值Iac超过电流限制值Ilim的方式，通过例如比例积分控制等一般的反馈控制，生成电压校正信号V2。接下来，通过利用减法器32c从来自上述交流电压控制部31的交流电压指令信号V11减去该电压校正信号V2，来生成针对DC/AC变换电路22的交流电压指令值Vref(＝V11-V2)。
在该实施方式3中，交流电压控制部31不是如上所述控制电压有效值，而是控制瞬时电压。因此，为了用来自交流电流抑制部32的电压校正信号V2可靠地校正来自交流电压控制部31的交流电压指令信号V11，交流电流抑制部32的反馈控制响应被设定为充分快于交流电压控制部31的反馈控制响应。为此，能够通过将例如构成交流电流抑制部32的电流限制控制器32b的积分时间常数设定得小于构成交流电压控制部31的电压控制器31d的积分时间常数来处置。
由此，在通常时能够在对负载3施加规定的交流电压的同时，抑制过载时的过电流，能够构成耐过载量高的电力变换装置2。
图9是示出本发明的实施方式3的交流电压控制部和交流电流抑制部的变形例的控制框图，对与图8所示的交流电压控制部和交流电流抑制部对应或者相当的结构部分附加相同符号。
在图9中，与图8所示的结构的不同点在于对交流电压控制部31追加电流限制判定器31h，向该电流限制判定器31h输入从交流电流抑制部32输出的电压校正信号V2这点。交流电压控制部31以及交流电流抑制部32的其它结构与图8的情况相同，所以在此省略详细的说明。
此处，电流限制判定器31h判定是否输入了来自交流电流抑制部32的电压校正信号V2、即交流电流抑制部32是在工作还是不在工作，在交流电流抑制部32工作而进行电流限制的期间，使交流电压控制部31的电压控制器31d中的积分增益降低、或者成为零而停止积分控制。
由此，由于在交流电压控制部31控制瞬时电压的情况下，能够防止在交流电流抑制部32工作期间，由于交流电压控制部31的反馈控制的积分动作而交流电压指令信号V11陡然增加而产生控制溢出、振荡等故障，所以能够防止在交流电流抑制部32的电流抑制工作刚刚结束之后由交流电压控制部31所致的电压振荡，能够对负载3输出更稳定的交流电压。
实施方式4.
图10是本发明的实施方式4的交流电压控制部31和交流电流抑制部32的控制框图，对与图3所示的实施方式1的交流电压控制部和交流电流抑制部对应或者相当的结构部分，附加相同符号。
在该实施方式4中，与先前的实施方式1的不同点在于交流电压控制部31进行的交流电压指令信号V1的生成方法不同这点。电力变换装置2的其它结构与实施方式1相同，所以在此省略详细的说明。
交流电压控制部31通过电压传感器202检测DC/AC变换电路22输出的交流电压，根据该交流电压检测值Vac通过有效值计算器31a进行有效值运算，通过减法器31c计算由此得到的有效值与预先设定的电压有效值指令值Ve＊之差。接下来，通过电压控制器31d、加法器31e、乘法器31f、电压相位生成器31b以及乘法器31g，以消除交流电压的有效值与电压有效值指令值Ve＊之差的方式，即以使交流电压的有效值与电压有效值指令值Ve＊一致的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制以及前馈控制，生成交流电压指令信号V1的交流分量V1ac。
另外，交流电压控制部31根据交流电压检测值Vac通过平均值计算器31i进行平均值运算，通过减法器31j计算由此得到的平均值与预先设定的电压平均指令值(在图10中为零)之差，通过电压控制器31k以使交流电压平均值成为零的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制，生成交流电压指令信号V1的直流量V1dc。另外，在此，上述交流电压检测值Vac的平均值计算器31i、减法器31j以及电压控制器31k相当于权利要求书的“直流量抑制部”。
然后，交流电压控制部31通过加法器31l将所述生成的交流电压指令信号V1的交流分量V1ac和交流电压指令信号V1的直流量V1dc相加，生成交流电压指令信号V1。另外，在此，权利要求书的“对交流电压指令值加上偏置电压或从交流电压指令值减去偏置电压”相当于通过加法器31l加上交流电压指令信号V1的直流量V1dc而生成交流电压指令信号V1。
另一方面，交流电流抑制部32与实施方式1的情况同样地，仅在交流电流检测值Iac的绝对值超过了电流限制值Ilim时启动，以通过限制从DC/AC变换电路22输出的交流电流而使交流电压指令信号V1的振幅降低的方式发挥功能。即，交流电流抑制部32通过电流传感器211检测电力变换装置2的DC/AC变换电路22输出的交流电流，通过减法器32a计算该交流电流检测值Iac与从直流电压不足抑制部33提供的电流限制值Ilim之差。接下来，通过电流限制控制器32b，以避免交流电流检测值Iac超过电流限制值Ilim的方式，通过例如比例积分控制等一般的反馈控制，生成电压校正信号V2。接下来，通过利用减法器32c从来自上述交流电压控制部31的交流电压指令信号V1减去该电压校正信号V2，来生成针对DC/AC变换电路22的交流电压指令值Vref(＝V1-V2)。
通过这样构成，由于能够抑制在电力变换装置2输出的交流电压中包含的直流电压分量，所以即使在作为负载3连接了变压器输入型的负载的情况下，也能够防止变压器的偏磁所致的磁饱和，能够构成工作稳定性高的电力变换装置2。
图11是示出本发明的实施方式4的交流电压控制部和交流电流抑制部的变形例的控制框图，对与图10所示的交流电压控制部和交流电流抑制部对应或者相当的结构部分，附加相同符号。
交流电压控制部31通过电压传感器202检测DC/AC变换电路22输出的交流电压，根据该交流电压检测值Vac通过有效值计算器31a进行有效值运算，通过减法器31c计算由此得到的有效值与预先设定的电压有效值指令值Ve＊之差。接下来，通过电压控制器31d、加法器31e，以使交流电压有效值与电压有效值指令值Ve＊一致的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制以及前馈控制，生成交流电压指令信号V1的有效值分量V1rms。
另外，交流电压控制部31根据交流电压检测值Vac通过平均值计算器31i进行平均值运算，通过减法器31j计算由此得到的平均值与预先设定的电压平均指令值(在图11中为零)之差，通过电压控制器31k以使交流电压平均值成为零的方式，进行例如比例积分控制等一般的反馈控制，生成交流电压指令信号V1的直流量V1dc。
交流电压控制部31的增益校正器31m根据交流电压指令信号V1的直流量V1dc，对交流电压指令信号V1的有效值分量V1rms进行校正。具体而言，分割为交流电压指令信号V1为正时的电压有效值分量V1rmsP和交流电压指令信号V1为负时的电压有效值分量V1rmsN，以使V1rmsP和V1rmsN成为式(1)、式(2)的方式进行校正。此处，k是大于0且小于1的任意的系数。
V1rmsP＝V1rms×(1+k)×V1dc…式(1)
V1rmsN＝V1rms×(1-k)×V1dc…式(2)
接下来，通过乘法器31f、电压相位生成器31b以及乘法器31g，生成交流电压指令信号V1。
另外，在此，权利要求书的“在交流电压指令值为正时计算交流电压有效值的第一电压有效值运算器”相当于对式(1)V1rmsP＝V1rms×(1+k)×V1dc进行运算的单元，“在交流电压指令值为负时计算交流电压有效值的第二电压有效值运算单元”相当于对式(2)V1rmsN＝V1rms×(1-k)×V1dc进行运算的单元，“第一校正增益”相当于(1+k)，“第二校正增益”相当于(1-k)。
另一方面，交流电流抑制部32与实施方式1的情况同样地，仅在交流电流检测值Iac的绝对值超过了电流限制值Ilim时启动，以通过限制从DC/AC变换电路22输出的交流电流，而使交流电压指令信号V1的振幅降低的方式发挥功能。即，交流电流抑制部32通过电流传感器211检测电力变换装置2的DC/AC变换电路22输出的交流电流，通过减法器32a计算该交流电流检测值Iac与从直流电压不足抑制部33提供的电流限制值Ilim之差。接下来，通过电流限制控制器32b，以避免交流电流检测值Iac超过电流限制值Ilim的方式，通过例如比例积分控制等一般的反馈控制，生成电压校正信号V2。接下来，通过利用减法器32c从来自上述交流电压控制部31的交流电压指令信号V1减去该电压校正信号V2，来生成针对DC/AC变换电路22的交流电压指令值Vref(＝V1-V2)。
通过这样构成，由于能够抑制在电力变换装置2输出的交流电压中包含的直流电压分量，所以即使在作为负载3连接了变压器输入型的负载的情况下，也能够防止变压器的磁饱和，能够构成工作稳定性高的电力变换装置2。
另外，由于能够将电力变换装置2输出的交流电压为零的周期保持为恒定，所以即使在作为负载3连接了检测交流电压为零的周期的负载的情况下，也能够构成工作稳定性高的电力变换装置2。
另外，本发明不仅限于上述实施方式1～4的各结构，而能够在不脱离本发明的主旨的范围内组合各实施方式1～4的结构、或者针对各实施方式1～4附加各种变形、或者省略一部分结构。

Claims (12)

1.一种电力变换装置，其特征在于，具备：
电力变换电路，将从直流电源供给的直流电力变换为交流电力；以及
电力变换控制部，控制所述电力变换电路的工作，以使得在与电力系统解列了的状态下作为交流电压源产生独立运转用电力，
所述电力变换电路具备：
直流-直流电力变换电路，将所述直流电源的直流电压变换为直流母线电压；以及
直流-交流电力变换电路，将所述直流母线电压变换为交流电压，
所述电力变换控制部具备：
交流电压控制部，控制所述直流-交流电力变换电路的所述交流电压；
交流电流抑制部，将所述直流-交流电力变换电路的交流电流限制为预先设定的电流限制值以下；以及
直流电压不足抑制部，在所述电力变换电路的所述直流母线电压降低了的情况下，与其对应地减小对所述交流电流抑制部提供的所述电流限制值。
2.根据权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于，
所述直流电压不足抑制部在所述电力变换电路的所述直流母线电压成为预先设定的直流电压阈值以下的情况下工作。
3.根据权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于，
所述直流电压不足抑制部在所述电力变换电路的所述直流母线电压成为预先设定的直流电压阈值以下的情况下，以使所述直流母线电压成为所述直流电压阈值的方式，控制所述电流限制值。
4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
使得所述电流限制值在与所述交流电压控制部生成的交流电压指令值同步的周期内变动。
5.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述交流电流抑制部生成用于将由检测从所述电力变换电路输出的交流电流的电流检测电路检测出的交流电流检测值设为所述直流电压不足抑制部计算的所述电流限制值以下的指令值，对所述交流电压控制部生成的指令值加上该指令值或从所述交流电压控制部生成的指令值减去该指令值。
6.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述交流电压控制部以使由检测从所述电力变换电路输出的交流电压的电压检测电路检测出的交流电压检测值的有效值成为预先设定的电压有效值的方式，生成交流电压指令值。
7.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述交流电压控制部以使由检测从所述电力变换电路输出的交流电压的电压检测电路检测出的交流电压检测值成为预先设定的瞬时电压值的方式，通过反馈控制生成交流电压指令值。
8.根据权利要求7所述的电力变换装置，其特征在于，
所述交流电压控制部在所述交流电流抑制部工作时，使所述反馈控制的积分增益降低或者成为零。
9.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
具备保护电路，所述保护电路在满足以下至少一个的条件时，停止所述电力变换电路的工作：所述交流电流抑制部将交流电流限制为所述电流限制值以下的工作继续了预先设定的时间以上的情况、根据由检测从所述电力变换电路输出的交流电压的电压检测电路检测出的交流电压检测值而得到的交流电压有效值成为预先设定的阈值电压以下的状态继续了预先设定的时间以上的情况、所述交流电压控制部生成的交流电压指令值与通过由检测从所述电力变换电路输出的交流电压的电压检测电路检测出的交流电压检测值而得到的交流电压瞬时值的差电压成为预先设定的阈值电压以上的状态继续了预先设定的时间以上的情况。
10.根据权利要求1至3中的任意一项所述的电力变换装置，其特征在于，
所述交流电压控制部具备直流量抑制部，所述直流量抑制部以使所述电力变换电路的交流输出电压的平均值成为零的方式，校正交流电压指令值。
11.根据权利要求10所述的电力变换装置，其特征在于，
所述直流量抑制部以使所述电力变换电路的交流输出电压的平均值成为零的方式，对交流电压指令值加上偏置电压或从交流电压指令值减去偏置电压。
12.根据权利要求10所述的电力变换装置，其特征在于，
所述直流量抑制部具备：
第一电压有效值运算器，在所述交流电压指令值为正时，对所述电力变换电路的交流电压有效值进行运算；
第二电压有效值运算器，在所述交流电压指令值为负时，对所述电力变换电路的交流电压有效值进行运算；
第一校正增益，在所述交流电压指令值为正时，校正所述交流电压指令值；以及
第二校正增益，在所述交流电压指令值为负时，校正所述交流电压指令值，
以使所述电力变换电路的交流输出电压的平均值成为零的方式，使所述第一校正增益和所述第二校正增益可变。
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