CN1054858A - 系统连接装置 - Google Patents

Abstract

本发明为将由直流电转变成交流电的逆变器构 成的电力转换装置与电力系统相连接，并由上述逆变 器和上述电力系统向负载供电的系统连接装置，包 括：频率变化成分检测器、带通滤波器、不灵敏区设定 器、放大器、控制器、以及使上述逆变器同上述电力系 统脱扣的输出异常检测器。

Description

本发明涉及将用于把直流电转变成交流电的逆变器同电力系统相连接、並向负载供电的系统连接装置。

图6是特开昭62-114435号公报中发表过的一般的系统连接装置结构图。图中（1）是发电机，（2）是输电线，（3）是总配电线，（4）是总开关，（5）是支线（馈电线），（6）是支线开关。再者，由（1）～（6）构成电力系统（7）。（8）是负载，（9）是直流发电装置或蓄积电能的输电装置，（10）是电力转换装置，（11）是连接开关。

在上述结构中，由输电装置（9）输出的电力，通过电力转换装置（10供给负载。而且在维修、检查或增加设备、改换设备时，断开开关（4）或（6）中的任意一个，使系统脱扣，从而使负载端停电（无电压）。

另一方面，由电力转换装置（10）连接的耗散电源等，根据其规模的大小，通常多半是设置在系统的末端部分（负载端）。在这种情况下，即使断开系统开关（4）、（6）中的任意一个，电力转换装置（10）的输出电压也会成为施加反向电压的危险状态。因此，伴随系统开关（4）、（6）中的任意一个的断开，必须立刻断开连接开关（11），使连接脱扣。这时要通过开关（4）、（6）的辅助触点等来操作开关（11）。但是在非常远的位置设置许多开关，会增加电线的长度，这是不实用的。

对此，如特开昭62-114435号公报所述，其方法是断开开关（6），由电力转换装置（10）检测出无来自系统的施加电压，则将连接开关（11）断开。

图（7）中，（12）是将直流电转变成交流电用的逆变器，（13）是连接用的电抗线圈，例如含有电抗的变压器。（14）是检测电抗线圈（13）的两个端子电压信号S₁，S₂的相位差用的相位差用的相位差检测器，（15）是相位差标准信号发生器，（16）是有放大器的相位控制电路，（17）是逆变器控制电路，（18）是频率异常检测电路，（19）是给定值频率发生器，（20）是周期性干扰发生器。

下面说明工作情况。首先说明电力转换装置（10）被连接到电力系统（7）上时的情况。电力系统（7）的容量比电力转换装置（10）的容量要大得多，通过对系统发电机（1）的控制，使电力系统（7）的频率大致保持一定，因此不会由于上述的连接而使负载端的频率变化。在这种情况下，以负载端的电压信号S₂的相位为标准，由相位差检测器（14）检测出与S₂的相位对应的逆变器（12）的输出电压信号S₁的相位差信号S₃。相位差信号S₃与相位差标准信号发生器（16）的标准信号S₀之差被输入到相位控制电路（16）中，並输出信号S₄与周期性干扰发生器（20）的输出信号S₅相加，而输出信号S₆。如果将该输出信号S₆（S₄+S₅）作为逆变器控制电路（17）的频率指令信号输入的话，则逆变器的输出电压便以与信号S₆对应的频率工作。电压信号S₁的相位是逆变器（12）的输出电压频率的积分值。另一方面，电压信号S₂的频率因连接而被固定，所以形成相位控制的闭合回路。这时，相位控制电路（16）对周期性干扰的变化进行充分地响应，如果干扰的变化频带的增益大，其输入值几乎为零，也就是说，S₁与S₂的相位差S₃等于相位差指令（严格地说，周期性干扰S₅的增益产生偏差1，非常小），向负载的供电量必定是稳定的。这时，在相位控制电路（16）的输出中，产生消除周期性干扰S₅的信号S₄，结果虽然有周期性干扰，但频率指令信号S₆与负载端的频率相同，仍保持确定值。

再者，在这种情况下，由电力转换装置（10）向负载（8）供给与S₁和S₂的相位差对应的电力。

下面说明图7中开关（6）处于断开状态时的动作。由电力转换装置（10）向负载（8）供电的状态不变。这时相位差信号S₃取决于负载（8）的大小，与相位差标准信号S₀的偏差保持一定。当相位差标准信号S₀与相位差信号S₂相等时（在无电流通过开关（6）的情况下，将开关（6）断开时），相位控制电路（16）的信号S₄为零或保持一定，当S₀与S₂不相等时（在有电流通过开关（6）的情况下，将开关（6）断开时），S₄则消散。另一方面，继续施加来自周期性干扰发生器（20）的输出信号S₅，送往逆变器控制电路（17）的频率指令S₆因周期性干扰而发生很大的变化。由于负载端的频率失去了固定机能，所以随着逆变器（12）的频率的变化，负载（8）的频率也变化。但是相位差S₂不变。其结果，在无电流通过开关（6）的情况下，在电力转换装置（10）的工作频率中，仍然出现周期性干扰。在有电流通过开关（6）的情况下，由于周期性干扰，则电流一边振荡，一边消散。

因此，如果选定周期性干扰的振幅比其异常可被检测的系统正常频率的变动幅度（通常在1%以下）大时，由频率异常检测电路（18）进行检测，产生开关操作信号S₇，将开关（11）断开，从而使连接脱扣。

图8所示为通过电力转换装置，连接多台输电装置（9）的情况。图中当开关（6）被断开，与电力系统（7）脱扣时，由于各电力转换装置（10）的干扰相互作用而抵消，频率异常现象时而不出现，时而出现。另外，有时显著地出现频率异常现象。

图9所示为将柴油发电机等协调供电装置（21）与负载（8）並联的情况。图中，协调供电装置（21）的容量比电力转换装置（10）大很多时，即使将开关（6）断开，仍可使连接动作继续进行。

由于原有的系统连接装置的结构如上所述，所以当电力系统中连接数台电力转换装置时，频率异常现象时有时无，因此通过频率异常检测来使系统脱扣是困难的，这是所存在的一个问题。

另外，负载与协调供电装置並联时，频率由协调供电装置而固定，所以不可能利用频率异常来进行系统脱扣，这又是一个问题。

本发明就是为了解决上述问题而提出的，其目的是要获得能够使电力系统与电力转换装置的连接脱扣的系统连接装置。

与第一个发明相关的系统连接装置含有从交流电压中检测出频率变化成分，並输出第一信号的频率变化成分检测器;根据第一信号取出特定频带、並输出第二信号的带通滤波器;当第二信号的频率变化量超过规定值时，便输出第三信号的不灵敏区设定器;使第三信号放大的放大器;使该放大器的输出进行正反馈、並使逆变器的频率变化增大的控制器;以及当逆变器的输出电压频率变化量超过规定值时，或者逆变器的输出电流或功率的变化量超过规定值时，使逆变器同电力系统脱扣的输出异常检测器。

与第二个发明相关的系统连接装置含有从交流电压中检测出频率变化成分、並输出第1信号的频率变化成分检测器;根据第1信号取出特定频带、並输出第2信号的带通滤波器;当第2信号的频率变化量超过规定值时，便输出第3信号的不灵敏区设定器;使第3信号放大的放大器;输出使特定的频率发生微小变化的信号干扰发生器;使放大器的输出和上述干扰发生器的输出正反馈、並使逆变器的频率变化增大的控制器;以及当逆变器的输出电压频率变化量超过规定值时，或者逆变器的输出电流或功率的变化量超过规定值时，使逆变器同电力系统脱扣的输出异常检测器。

第一个发明中的系统连接装置在与电力系统相连时，但同电力系统分离后，频率变化成分一旦超过规定值，使频率变化成分进行正反馈，从而使负载端的频率变化增大，由此检测出输出异常，並使电力转换装置的连接脱扣，防止反向充电。

第二个发明中的连接装置，相对于上述第一个发明来说，增加了一个干扰发生器，将干扰发生器的信号正反馈于逆变器的频率指令信号中，使负载端的频率变化增大，由此检测出输出异常，並使电力转换装置的连接脱扣，防止反向充电。

下面对附图作简单说明。

图1是表示本发明的一个实施例的方块图，图2是表示图1所示系统分离前后各部分信号波形的时间图，图3是表示另一个发明的方块图，图4是表示图3所示系统分离前后各部分信号波形的时间图，图5是表示又一个发明的方块图，图6是表示系统连接装置的一般结构图，图7是表示原有的系统连接装置的方块，图8是表示连接多台输电装置的原有系统连接装置的结构图，图9是表示连接了协调供电装置的原有系统连接装置的结构图。

图中（10）是电力转换装置，（12）是逆变器，（16）是相位控制电路，（17）是逆变器控制电路，（18）是频率异常检测电路，（19）是给定值频率发生器，（21）是协调供电装置，（22）是频率变化成分检测器，（23）是带通滤波器，（24）是不灵敏区电路，（25）是放大器，（26）是周期性干扰发生器，（29）是交变电流变化成分设定器，（30）是电流异常检测器。

另外，各图中的同一符号表示同一或相当的部分。

下面就着附图来说明本发明的一个实施例。图1中，（1），（6）～（11）与原有的装置相同。（21）是与负载（8）並联的协调供电装置，（22）是从系统一侧的电压检测出频率变化成分的频率检测器，其输出信号S₈的任务是通过带通滤波器，只取出协调供电装置（21）的固有变化频带（例如2～3H_Z）。（24）是不灵敏区电路，用来将微小信号电平断开。（25）是放大器，用来放大不灵敏区电路（24）的输出。其信号S₉在相位控制电路（16）中进行加法运算。

下面说明动作情况。首先考虑电力转换装置（10）被连接在电力系统（7）上的情况。这里将详细说明新增加的电路。由发电机（1），协调供电装置（21）及电力转换装置（10）向负载（8）供电。虽然由频率检测器（22）从交流电压中检测出变化频率，但由于电力系统（7）的频率被固定，所以其变化量较小。其次，通过只检测特定频带的带通滤波器（23），再通过不灵敏区电路（24），在此过程中，如果设定不灵敏区，使这时不灵敏区电路（24）的输出为零，则作为该回路的最终输出的放大器（25）的输出也是零，不产生任何作用。即电力转换装置（10）根据相位差标准信号发生器（15）的设定值，可以稳定地供给输出功率。

其次说明图1中的开关（6）断开后的动作。这时，如果与协调供电装置（21）及电力转换装置（10）的功率供给能力相比，负载（8）的功率足够大时，就会过载，频率也要下降，而且电压也降低。在相反的情况下，则发生完全相反的现象，因此通过对电压、频率等的监视，可以判断是否已将系统分离开了。然而在开关（6）断开之前，如果该点的功率趋于零或非常小时，即由协调供电装置（21）和电力转换装置（10）供给的功率与负载（8）的大小大致相等时，电压和频率都不会出现明显的差异。

发电机虽然有固有的变化频率，但像商用系统那样的大容量发电机，其频率变化的绝对值非常小，可以急略。协调供电装置（21）的容量是为了能供给用户所需电力的一部分而设计的，所以其容量较小。另外，已知固有变频带也比商用的变化大，作为变化大的频率成分，含有数个赫兹（2～3Hz）。因此，图2中在时刻t₁，由于将开关（6）断开，协调供电装置（21）所具有的固有变化频率明显化，如图2中的信号S₈所示出现数赫兹（2～3H_Z）较小的频率变化。在频率检测器（22）及带通滤波器（23）中，只取出该数赫兹频率变化成分，使其通过不灵敏区电路（24）的输出通过放大器（25）放大，如图2中的信号S₉所示，並将该信号S₉在相位控制电路（16）中进行加法运算。相位控制电路（16）的输出变化增大，图2所示的信号S₆成为逆变器（12）的频率指令信号所以逆变器（12）的输出频率也在协调供电装置的固有变化频率中变化，从而助长了负载端的频率变化。这又使得信号S₉的变化进一步加大，利用正反蚀作用，结果逆变器（12）的输出频率变化增大。S₇是频率异常检测电路（18）的输出信号，如图2所示，逆变器（12）的输出频率是在其电平超过给定值频率发生器（19）的电平的时刻t₂输出的。S₆是逆变器（12）的频率指令信号，S₈是检测负载端的频率变化成分的频率检测器的输出信号，S₉是在负载端的频率变化中，使特定频带的成分通过不灵敏区电路放大后的信号。至t₁为止未见信号S₆～S₉的变化，但在t₁以后，出现信号S₈的变化。随着该信号的变化，信号S₉、S₆被输出，其大小逐渐扩大。在时刻t₂，频率异常检测信号S₇被输出。由该信号S₇将开关（11）断开，从而电力转换装置（10）同电力系统（7）脱扣。

还有，开关（6）断开时，逆变器的输出频率的变化对负载（8）的频率产生的影响，由逆变器一端的电抗线圈（13）的容量大小和协调供电装置一端的电抗大小等决定。通常因为逆变器（12）的电抗线圈的电抗大，相比之下其影响小，但由于放大器（25）及相位控制电路（16）的增益，如果设定频率变化回路的增益大于1，则通过正反馈当然会被放大。如果协调供电装置（21）的容量大，则系统分离时可采用传输断路方式（系统分离时，通过导线送出信号，将连接协调供电装置和电力系统一端的开关断开）。当容量比较小时，因为由协调供电装置向连接在同一配电系统的负载群供电，由反向功率继电器对此加以检测，並自动进行脱扣的情况也不少。但是，如果在同一系统中，连接许多耗散电源（例如用太阳能电池作电源的电力转换装置），系统分离后，当在协调供电装置一侧，由其它耗散电源供给不足的电力时，能在非反向电力的作用下继续运转。在这种情况下，根据本发明，作为耗散电源的各电力转换装置被脱扣后，协调供电装置便处于过负载状态，系统容易脱扣。

另外，采用检测逆变器（12）的输出用的功率检测器、功率设定器及功率控制电路作为图1中的相位差标准信号发生器（15），因此由电力转换装置（10）向负载（8）供给的功率，按照设定的功率控制相位差指令即可。除此之外，电力转换装置（10）在控制输出电压相位（与控制频率相同）、控制输出功率的方式中都能适用。

再者，以上虽然是对有协调供电装置的情况下所作的说明，但对于无协调供电装置、而连接大型旋转装置时，具有同样效果。

图3是表示另一个实施例的方块图，其特征是在图1所示方块图中增加一个周期性干扰发生器（26）的输出在相位控制电路（16）中进行加法运算。在图3中，在与电力系统（7）连接期间，由周期性干扰发生器（26）产生如图4所示的特定频率周期性干扰输出信号S₁₀，将该信号在相位控制电路（16）中进行加法运算后，逆变器（12）的输出频率就会因干扰发生器（26）的频率变化而变化。当然逆变器（12）的输出功率也会因该变化成分而变化。但是如果该功率变化量按照逆变器容量比的百分之几的大小来设定干扰发生器（26）的输出电平的话，在通常的连接运转过程中不会出现故障。而且即使逆变器的输出频率有微小变化，但由于系统一侧的频率由电力系统所固定，因此不会受到任何影响。

开关（6）一旦断开，由逆变器（12）的输出频率变化，负载端的频率变化量虽小，但已明显化，将该变化频率成分进行反馈，因是正反馈作用，所以频率的变化越来越大。图4是表示该动作的动作波形，S₆～S₉与图2中的说明相同。

在时刻t₁，开关（6）断开，负载端的频率受逆变器（12）的输出频率变化的影响，且因正反馈作用，S₈、S₉、S₆增大，在时刻t₂检测到频率异常。由于该检测结果而使系统脱扣，其说明与图2的说明相同。

如果在电力转换装置（10）和该系统中无协调供电装置，而有多个耗散电源（例如以太阳能电池为电源的电力转换装置）时，当开关（6）断开时，因受到电力转换装置周期性干扰发生器（26）的干扰，所以上述结构特别有效。如果有协调供电装置时，如前面所述，其固有频率便成为使系统频率增大的触发器。也就是说，如果使周期性干扰发生器（26）的频率与协调供电装置的固有变化频带一致时，则有助长频率变化的效果。

另外，图4所示的周期性干扰发生器的输出波形虽然是正弦波形，但也可用三角波等代替。

图5是表示又一个实施例的方块图，作为系统分离时的检测方法，是用取出特定频带的交变电流的大小代替频率异常的检测，当交变电流的大小超过规定值时，便断定系统已分离。

下面说明动作情况。图中开关（6）一旦断开，逆变器（12）的输出频率因特定频率（图1中为协调供电装置的固有变化频率，图3中为周期性干扰发生器（26困发生的频率。）的作用而变化，这一变化由于正反馈作用而被放大，这与图1及图3的实施例中所作的说明相同。逆变器（12）的输出频率变化，不用说，交流输出电流也就变化。该实施例是从逆变器的交流输出电流中取出特定频率的变化成分，若其变化超过规定值时，则被检测出来。

用电流检测器（27）检测逆变器（12）的交流输出电流，由第2带通滤波器（28）取出与变化频率相同的成分，並将其与交变电流变化成分设定器（29）的输出进行比较。而当第2带通滤波器（28）的输出大于交变电流变化成分设定器（29）的输出时，电流异常检测器（30）便输出使系统脱扣的信号。这种方式与频率异常检测方法比较，因变化量大，故容易检测，可以用来代替图1及图3中的作为系统分离检测方法的频率异常检测。

另外，图5虽然是通过取出交变电流的特定频率变化来判断系统的分离，但是利用交流输出功率或直流输入电流、直流功率等其它变化因系，也可以获得同样的效果。

如上所述，按照本发明，只让特定频带的频率变化成分正反馈到逆变器的频率控制回路中，系统分离时，使回路增益在1以上，所以即使在连接协调供电装置或多台电力转换装置的情况下，在系统相连期间也无损于控制性能，系统分离时动作敏捷，以使变化量增大，可使连接用的开关断开，从而避免反向充电的危险。

Claims (2)

1、将由直流电转变成交流电的逆变器构成的电力转换装置与电力系统相连接、並由上述逆变器和上述电力系统向负载供电的系统连接装置，包括：装有根据交流电压检测频率变化成分、並输出第1信号的频率变化成分检测器；根据上述第1信号取出特定频带、並输出第2信号的带通滤波器；当上述第2信号的频率变化量达到给定值以上时便输出第3信号的不灵敏区设定器；放大上述第3信号的放大器；使该放大器的输出正反馈，而使上述逆变器的频率变化增大的控制器；以及当上述逆变器的输出电压频率变化量达到给定值以上时，或者当上述逆变器的输出电流或功率变化量达到给定值以上时，使上述逆变器同上述电力系统脱扣的输出异常检测器。

2、将由直流电转变成交流电的逆变器构成的电力转换装置与电力系统相连接，並由上述逆变器和上述电力系统向负载供电的系统连接装置，包括：装有根据交流电压检测频率变化成分，並输出第1信号的频率变化成分检测器;根据上述第1信号取出特定频带、並输出第2信号的带通滤波器;当上述第2信号的频率变化量达到给定值以上时便输出第3信号的不灵敏区设定器;放大上述第3信号的放大器;输出使上述特定频率产生微小变化的信号的干扰发生器;使上述放大器的输出和上述干扰发生器的输出进行正反馈，並使上述逆变器的频率变化增大的控制器;以及当上述逆变器的输出电压频率变化量达到给定值以上时，或者当上述逆变器的输出电流或功率的变化量达到给定值以上时，使上述逆变器同上述电力系统脱扣的输出异常检测器。

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