CN105706347B - 逆变器控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明是对与交流电力系统(9)互连并在交流侧设有电容器(6)的逆变器(1)进行控制的逆变器控制装置(2)，该逆变器控制装置(2)检测交流电力系统(9)的系统电压(Vr)，计算检测出的系统电压(Vr)的微分值，基于计算得到的系统电压(Vr)的微分值，来计算校正电流指令值(Ic)，该校正电流指令值(Ic)用于对逆变器(1)的输出电流(Iiv)的指令值即电流指令值(Ir0)进行校正，并基于计算得到的校正电流指令值(Ic)校正电流指令值(Ir0)，基于校正后的电流指令值(Ir1)来控制逆变器(1)。

Description

逆变器控制装置
技术领域
本发明涉及对与交流电力系统互连的逆变器进行控制的逆变器控制装置。
背景技术
一般而言，已知有与交流电力系统互连的逆变器。为了抑制从逆变器输出的脉动分量，在进行系统互连的逆变器的交流侧设有交流电容器。
另一方面，若系统电压下降，则从逆变器输出的脉动电流的振幅变大。因此，即使逆变器的输出电流的基波分量未达到需要进行保护动作的电平，过电流继电器也可能进行保护动作，断路器跳闸(trip)。作为其对策，公开了在检测到系统电压下降的情况下，提高载波频率，并控制逆变器的方法(参照专利文献1)。此外，公开了在检测到系统电压下降的情况下，减小对逆变器的电流指令值进行限制的限制值的方法(参照专利文献2)。并且，公开了在检测到系统电压下降的情况下，使逆变器的直流电压上升的方法(参照专利文献3)。
然而，若由于电力系统的故障等而导致系统电压急剧变动，则交流电容器根据该变动而进行充放电，从而从逆变器输出的电流可能成为过电流。即使逆变器控制装置从检测到上述过电流之后对逆变器进行控制，也可能来不及抑制过电流，使得断路器跳闸。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2012/114467号公报
专利文献2：国际公开第2012/114468号公报
专利文献3：国际公开第2012/114469号公报
发明内容
本发明的目的在于提供一种对因系统电压的急剧变化而产生的过电流进行抑制的逆变器控制装置。
基于本发明的观点的逆变器控制装置是对与交流电力系统互连并在交流侧设有电容器的逆变器进行控制的逆变器控制装置，该逆变器控制装置包括：检测所述交流电力系统的系统电压的系统电压检测单元；对由所述系统电压检测单元检测出的所述系统电压的微分值进行计算的微分计算单元；校正电流指令值计算单元，该校正电流指令值计算单元基于由所述微分计算单元计算得到的所述系统电压的微分值来计算校正电流指令值，该校正电流指令值用于对所述逆变器的输出电流的指令值即电流指令值进行校正；基于由所述校正电流指令值计算单元计算得到的所述校正电流指令值来校正所述电流指令值的电流指令值校正单元；以及基于由所述电流指令值校正单元校正后的所述电流指令值来控制所述逆变器的控制单元。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能发电系统的结构的结构图。
图2是表示因实施方式1所涉及的控制装置的控制而产生的系统电压下降时的输出电流的变化的波形图。
图3是表示因实施方式1所涉及的控制装置的控制而产生的系统电压上升时的输出电流的变化的波形图。
图4是表示因本发明的实施方式2所涉及的控制装置的控制而产生的逆变器的输出电流的变化的波形图。
图5是表示因本发明的实施方式3所涉及的控制装置的控制而产生的逆变器的输出电流的变化的波形图。
具体实施方式
(实施方式1)
图1是表示本发明的实施方式1所涉及的太阳能发电系统10的结构的结构图。另外，对图中的相同部分标注相同标号并适当省略其重复的说明，主要针对不同部分进行阐述。
太阳能发电系统10是与三相交流的电力系统9进行互连的分散型电源系统。太阳能发电系统10以互连点Pc与电力系统9相连接。
太阳能发电系统10包括：逆变器1、控制装置2、PV(photovoltaic：光电)阵列3、平滑电容器4、电抗器5、电容器6、直流电压检测器11、直流电流检测器12、交流电流检测器13、交流电压检测器14、及过电流保护继电器15。
过电流保护继电器15设置于逆变器1的交流侧(输出侧)。另外，过电流保护继电器15可以设置在太阳能发电系统10的任何位置，也可以设置于电力系统9。若过电流保护继电器15检测到逆变器1的输出电流(系统电流)Iiv超过整定值并成为了过电流，则使切断输出电流Iiv的断路器跳闸。因此，若过电流保护继电器15进行动作，则太阳能发电系统10停止对电力系统9进行供电。
PV阵列3是利用太阳光的能量进行发电的PV单元的集合体。PV阵列3将发电得到的直流电提供给逆变器1。
逆变器1是被PWM(脉宽调制，Pulse Width Modulation)控制的逆变器。逆变器1将由PV阵列3发电得到的电力转换成与电力系统9的系统电压同步的交流电，并提供给电力系统9。逆变器1由控制装置2所控制。具体而言，构成逆变器1的功率转换电路的开关元件被从控制装置2接收的栅极信号Gt所驱动，从而对逆变器1的输出进行控制。
平滑电容器4设置于逆变器1的直流侧。平滑电容器4对由PV阵列3提供给逆变器1的直流电进行滤波。
电抗器5及电容器6构成交流滤波器。交流滤波器抑制由逆变器1输出的脉动分量。
直流电压检测器11是用于对施加在逆变器1的直流侧的直流电压Vdc进行测量的检测器。直流電圧检测器11将检测到的直流电压Vdc作为检测信号输出至控制装置2。
直流电流检测器12是用于对输入至逆变器1的直流侧的直流电流Idc进行测量的检测器。直流电流检测器12将检测到的直流电流Idc作为检测信号输出至控制装置2。
交流电流检测器13是用于对逆变器1的输出电流Iiv进行测量的检测器。交流电流检测器13将检测到的输出电流Iiv作为检测信号输出至控制装置2。
交流电压检测器14是用于对电力系统9的系统电压Vr进行测量的检测器。交流电压检测器14将检测到的系统电压Vr作为检测信号输出至控制装置2。
控制装置2是对逆变器1进行控制的装置。具体而言，控制装置2控制逆变器1的输出电流Iiv，使其跟踪预先决定的电流指令值Ir。控制装置2包括：电量计算部21、MPPT(maximum power point tracker：最大功率点跟踪器)22、直流电压控制部23、电流控制部24、PWM控制部25、校正电流指令值计算部26、及加法器27。
电量计算部21基于直流电压检测器11检测到的直流电压Vdc及直流电流检测器12检测到的直流电流Idc来计算由PV阵列3发电出的直流电量Pdc。电量计算部21将计算得到的直流电量Pdc输出至MPPT22。
MPPT22基于电量计算部21计算得到的直流电量Pdc，将表示使直流电压增加或减少的电压增减信号Vn输出至直流电压控制部23。由此，MPPT22对逆变器1的直流电压Vdc进行控制(最大功率点跟踪控制)，使其始终跟踪成为最大功率的电压(最大功率点电压)。
将由直流电压检测器11检测到的直流电压Vdc及由MPPT22决定的电压增减信号Vn输入至直流电压控制部23。直流电压控制部23根据电压增减信号Vn计算直流电压指令值Vdcr，该直流电压指令值Vdcr为针对直流电压Vdc的指令。直流电压控制部23将计算得到的直流电压指令值Vdcr输出至电流控制部24。
将由交流电流检测器13检测到的输出电流Iiv及由交流电压检测器14检测到的系统电压Vr输入至校正电流指令值计算部26。校正电流指令值计算部26利用下式计算校正电流指令值Ic。校正电流指令值计算部26将计算得到的校正电流指令值Ic输出至加法器27。
Ic＝Vr·C·s…(1)
此处，‘C’是电容器6的电容，‘s’是拉普拉斯算子。此外，‘Vr’是系统电压的有效值。
即，校正电流指令值计算部26利用对系统电压Vr进行微分后的值与电容器6的电容C的乘积来求得校正电流指令值Ic。另外，校正电流指令值Ic也可以在上式中乘上增益等来求得。电容C预先设定于校正电流指令值计算部26。系统电压Vr是在控制装置2的计算机所进行的计算处理中将从电力系统9检测到的系统电压Vr的采样值(瞬时值)转换成有效值的值。
控制装置2基于对系统电压Vr进行微分后的值求得校正电流指令值Ic，从而在系统电压Vr开始变化的时刻能对电流指令值Ir施加校正。若系统电压Vr处于稳定状态(系统电压Vr的有效值为固定的状态)，则系统电压Vr的有效值的微分值为零，因此校正电流指令值Ic也为零。此外，利用电容器6的电容C求得校正电流指令值Ic，从而能对电流指令值Ir施加校正以抵消因电容器6的充放电而导致的输出电流Iiv的增减。
将由校正电流指令值计算部26计算得到的校正电流指令值Ic输入至加法器27。加法器27将对预先设定的电流指令值Ir0加上校正电流指令值Ic来进行校正后的电流指令值Ir1输出至电流控制部24。预先设定的电流指令值Ir0是系统电压Vr处于稳定状态(不进行电流校正的状态)时从逆变器1输出的电流值。
将由电流计算部21计算得到的直流电量Pdc、由直流电压控制部23计算得到的直流电压指令值Vdcr、及由加法器27校正后的电流指令值Ir1输入至电流控制部24。电流控制部24基于直流电量Pdc、直流电压指令值Vdcr、及电流指令值Ir1计算用于控制逆变器1的输出电压的电压指令值Vivr。电流控制部24求得电压指令值Vivr，使得逆变器1的直流电压Vdc跟踪直流电压指令值Vdcr，逆变器1的输出电流I iv跟踪电流指令值Ir1。电流控制部24将计算得到的电压指令值Vivr输出至PWM控制部25。
PWM控制部25输入有电流控制部24计算得到的电压指令值Vivr。PWM控制部25生成栅极信号Gt，以将逆变器1的输出电压控制为电压指令值Vivr。栅极信号Gt对构成逆变器1的功率转换电路的开关元件进行驱动。由此，逆变器1被PWM控制。
参照图2及图3，说明因系统电压Vr发生急剧变化时的控制装置2的控制而产生的逆变器1的输出电流Iiv的变化。图2是表示系统电压Vr下降时的输出电流Iiv的变化的波形图。图3是表示系统电压Vr上升时的输出电流Iiv的变化的波形图。横轴表示时间轴。图2及图3中，时刻tc1、tc2分别表示系统电压Vr发生急剧变化的时刻。
如图2所示，在时刻tc1，系统电压Vr急剧下降的情况下，若不进行利用校正电流指令值Ic实施的校正，则如虚线所示那样，会因电容器6的放电而导致输出电流Iiv0急剧增加。另一方面，若进行利用校正电流指令值Ic实施的校正，则如实线所示那样，即使电容器6进行放电，在时刻tc1的前后输出电流Iiv几乎不变。
如图3所示，在时刻tc2，系统电压Vr急剧上升的情况下，若不进行利用校正电流指令值Ic实施的校正，则如虚线所示那样，会因电容器6的充电而导致输出电流Iiv0急剧增加。另一方面，若进行利用校正电流指令值Ic实施的校正，则如实线所示那样，即使电容器6进行充电，在时刻tc2的前后输出电流Iiv几乎不变。
根据本实施方式，通过基于系统电压Vr的微分值来控制逆变器1，从而能在系统电压Vr开始急剧变化的时刻对逆变器1的输出电流Iiv进行校正。由此，能防止因系统电压Vr的急剧变化而产生的过电流保护继电器15的不必要的动作。
此外，基于电容器6的电容C求得用于对逆变器1的输出电流Iiv进行校正的校正电流指令值Ic，从而能有效地抑制因电容器6的充放电而变动的逆变器1的输出电流Iiv，其中，电容器6的充放电根据系统电压Vr的急剧变化而进行。
(实施方式2)
图4是表示本发明的实施方式2所涉及的太阳能发电系统10A的结构的结构图。
太阳能发电系统10A在图1所示的实施方式1所涉及的太阳能发电系统10中，在比电抗器5更靠近电力系统9一侧设有用于进行系统互连的互连电抗器7。其他与实施方式1所涉及的太阳能发电系统10相同。
根据本实施方式，除了实施方式1所涉及的作用效果以外，太阳能发电系统10A也能与未设有互连电抗器等的电力系统9相连接。
(实施方式3)
图5是表示本发明的实施方式3所涉及的太阳能发电系统10B的结构的结构图。
太阳能发电系统10B在图1所示的实施方式1所涉及的太阳能发电系统10中，在比电抗器5更靠近电力系统9一侧设有用于进行系统互连的互连变压器8。其他与实施方式1所涉及的太阳能发电系统10相同。
根据本实施方式，除了实施方式1所涉及的作用效果以外，太阳能发电系统10B也能与未设有互连变压器等的电力系统9相连接。
另外，各实施方式对太阳能发电系统的结构进行了说明，但并不限于此。风力发电或水力发电等其他分散型电源系统也能采用与各实施方式同样的结构。
各实施方式中，控制装置2也可以按有效电力分量和无效电力分量来分开控制逆变器1的输出电流Iiv。该情况下，控制装置2中，对于电流指令值Ir0，按有效电力分量和无效电力分量来分开设定指令值，并设定功率因数，从而能采用与各实施方式同样的结构。
各实施方式中，利用式(1)来求得校正电流指令值Ic，但并不限于此。只要基于系统电压Vr的微分值来求得校正电流指令值Ic，则可以任意地求得。由此，能迅速地对系统电压Vr的急剧变化进行反应，防止逆变器1的输出电流Iiv成为过电流。
各实施方式中，将逆变器1假设为电压型逆变器，但也可以是电流型逆变器。
另外，本发明并不局限于上述实施方式本身，在实施阶段能够在不脱离其要点的范围内对结构要素进行变形以使其具体化。通过将上述实施方式所公开的多个结构要素进行适当组合，从而能形成各种发明。例如，可以从实施方式所示的所有结构要素中删除几个结构要素。并且，可以适当组合不同实施方式所涉及的结构要素。

Claims (3)

1.一种逆变器控制装置，该逆变器控制装置对与交流电力系统互连并在交流侧设有电容器的逆变器进行控制，其特征在于，包括：
检测所述交流电力系统的系统电压的系统电压检测单元；
对由所述系统电压检测单元检测出的所述系统电压的微分值进行计算的微分计算单元；
校正电流指令值计算单元，该校正电流指令值计算单元基于由所述微分计算单元计算得到的所述系统电压的微分值来计算校正电流指令值，该校正电流指令值用于对所述逆变器的输出电流的指令值即电流指令值进行校正；
基于由所述校正电流指令值计算单元计算得到的所述校正电流指令值来校正所述电流指令值的电流指令值校正单元；以及
基于由所述电流指令值校正单元校正后的所述电流指令值来控制所述逆变器的控制单元，
所述校正电流指令值计算单元基于所述电容器的电容和所述微分值的积，计算所述校正电流指令值。
2.一种分散型电源系统，其特征在于，包括：
与交流电力系统互连的逆变器；
设置于所述逆变器的交流侧的电容器；
检测所述交流电力系统的系统电压的系统电压检测单元；
对由所述系统电压检测单元检测出的所述系统电压的微分值进行计算的微分计算单元；
校正电流指令值计算单元，该校正电流指令值计算单元基于由所述微分计算单元计算得到的所述系统电压的微分值来计算校正电流指令值，该校正电流指令值用于对所述逆变器的输出电流的指令值即电流指令值进行校正；
基于由所述校正电流指令值计算单元计算得到的所述校正电流指令值来校正所述电流指令值的电流指令值校正单元；以及
基于由所述电流指令值校正单元校正后的所述电流指令值来控制所述逆变器的控制单元，
所述校正电流指令值计算单元基于所述电容器的电容和所述微分值的积，计算所述校正电流指令值。
3.一种逆变器控制方法，该逆变器控制方法对与交流电力系统互连并在交流侧设有电容器的逆变器进行控制，其特征在于，包括如下步骤：
检测所述交流电力系统的系统电压；
计算检测出的所述系统电压的微分值；
基于计算得到的所述系统电压的微分值来计算校正电流指令值，该校正电流指令值用于对所述逆变器的输出电流的指令值即电流指令值进行校正；
基于计算得到的所述校正电流指令值来校正所述电流指令值；以及
基于校正后的所述电流指令值来控制所述逆变器，
所述校正电流指令值计算单元基于所述电容器的电容和所述微分值的积，计算所述校正电流指令值。
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