CN110870154A

CN110870154A - 功率调节器、电力系统以及电力系统的无效电力抑制方法

Info

Publication number: CN110870154A
Application number: CN201780092467.5A
Authority: CN
Inventors: 梅田胜矢; 田中嗣大; 木下雅博
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2020-03-06
Anticipated expiration: 2037-07-10
Also published as: EP3654480B1; WO2019012588A1; EP3654480A4; EP3654480A1; JP6801788B2; US11277007B2; JPWO2019012588A1; US20200153247A1; CN110870154B

Abstract

电力系统具备交流电源、交流滤波器电路、交流断路器、以及第一开闭器。交流滤波器电路包含一端串联连接于所述交流电源的输出端的电感器、以及在一端接收所述电感器的另一端的电压的电容器。交流断路器设于所述电感器的所述另一端与电力网之间。第一开闭器使将所述电感器的所述另一端与所述交流断路器连结的布线和所述电容器的所述一端之间的状态在连接状态与切断状态之间进行切换。所述交流电源为发电机，也可以具备控制所述发电机的发电机控制部。所述发电机控制部也可以在所述交流电源以预先确定的待机模式运转时使所述第一开闭器为切断状态。

Description

功率调节器、电力系统以及电力系统的无效电力抑制方法

技术领域

本发明涉及功率调节器、电力系统以及电力系统的无效电力抑制方法。

背景技术

以往，例如如日本特开2009－171652号公报所公开，已知有进行系统互连(日文：系統連系)的电力系统。上述以往的电力系统具备连接于电力网(日文：電力系統)的电力转换装置、设于电力网与电力转换装置之间的滤波器用的交流电容器、和向电力转换装置供给直流电力的二次电池。在这种系统构成中，若电力转换装置成为动作停止状态，则电力网与滤波器用的交流电容器为被连接的状态，因此会产生出入交流电容器的无效电力。关于这一点，在上述以往的电力系统中，在二次电池与电力转换装置之间设有直流断路器。在上述以往的电力系统中，在需要抑制出入交流电容器的无效电力的情况下，电力转换器被控制为，使直流断路器为开放状态即切断状态，并且减少从电力网流入电力转换装置的无效电流。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009－171652号公报

发明内容

发明将要解决的课题

在上述以往的电力转换器中，在抑制无效电力时，交流断路器被设为切断状态，但必须追加交流断路器。另一方面，电力转换器与电力网之间一般配备有交流断路器。因此，为了抑制无效电力，也考虑将该交流断路器暂时地切换为切断状态。然而，交流断路器主要是以切断流经电力网与电力转换器之间的大电流的目的设置。交流断路器虽然具备充分高的切断能力，但是另一方面，交流断路器的主要目的是用于过大电流的切断等，因此在交流断路器中设想的开闭频率并不是很大。假设在为了抑制无效电力而使交流断路器工作的情况下，交流断路器的开闭频率大幅度增大，交流断路器将会提前到达机械寿命。其结果，存在需要提前更换交流断路器等问题。

本发明是为了解决上述那样的课题而完成的，目的在于提供一种能够抑制对交流断路器的负担并且抑制无效电力的电力系统。

用于解决课题的手段

本发明的电力系统具备：输出交流电力的交流电源；交流滤波器电路，包含一端串联连接于所述交流电源的输出端的电感器、以及在一端接收所述电感器的另一端的电压的电容器；交流断路器，设于所述电感器的所述另一端与电力网之间；以及第一开闭器，设于将所述电感器的所述另一端与所述交流断路器连结的布线、以及所述电容器的所述一端之间。

本发明的功率调节器具备：将来自直流电源的直流电压转换为交流电压的逆变器电路；交流滤波器电路，包含一端串联连接于所述逆变器电路的输出端的电感器和在一端接收所述电感器的另一端的电压的电容器；以及第一开闭器，将所述电容器的所述一端连接于布线，该布线将设于所述电感器的所述另一端与电力网之间的交流断路器与所述电感器的所述另一端连结，所述第一开闭器设于所述布线与所述电容器的所述一端之间。

本发明的电力系统的无效电力抑制方法具备：准备电力系统，该电力系统具备：交流电源；交流滤波器电路，包含一端串联连接于所述交流电源的输出端的电感器、以及在一端接收所述电感器的另一端的电压的电容器；以及交流断路器，设于所述电感器的所述另一端与电力网之间，使用开闭器将布线和所述电容器的所述一端之间的电连接在连接状态与切断状态之间进行切换，该布线将所述电感器的所述另一端与所述交流断路器连结。

发明效果

根据本发明，即使不使交流断路器工作，也能够通过根据需要使第一开闭器为切断状态来抑制无效电力出入交流滤波器电路。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的电力系统的电路图。

图2是表示本发明的实施方式2的功率调节器以及电力系统的电路图。

图3是表示本发明的实施方式3的电力系统的电路图。

图4是用于说明本发明的实施方式3的电力系统的通常运转的电路图。

图5是用于说明本发明的实施方式3的电力系统的待机模式的电路图。

图6是用于说明本发明的实施方式3的电力系统的充电中的动作的电路图。

图7是表示本发明的实施方式4的功率调节器以及电力系统的电路图。

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的电力系统1的电路图。电力系统1具备作为交流电源的交流发电机10、发电机控制部12、交流滤波器电路13、交流断路器20、以及第一开闭器22。电力系统1与电力网100连接，它们进行系统互连运转。发电机控制部12控制交流发电机10以及第一开闭器22。

实施方式1的交流发电机10是输出交流电力的发电机。交流发电机10也可以组合直流电源与直流交流转换装置。即，交流发电机10也可以是包含太阳能电池阵列以及逆变器电路的太阳光发电机。或者，也可以取代交流发电机10而将包含电池以及逆变器电路的电源系统用作交流电源。交流发电机10也可以是风力发电机等，能够应用各种已被公知的发电机，因此省略详细的说明。在后述的实施方式2中说明将交流发电机10设为太阳光发电机的情况下的具体例。

交流滤波器电路13包含电感器L1和电容器C1。电感器L1的一端串联连接于交流发电机10的输出端。电容器C1的一端被施加电感器L1的另一端的电压。电容器C1的另一端根据具体的电路构成有接地的情况与不接地的情况。由此，在图1的电路图中，关于电容器C1的另一端没有明确表示有无接地。电容器C1也可以使用薄膜电容器或者油浸电容器。

交流断路器20设于电感器L1的另一端与电力网100之间。布线14将电感器L1的另一端与交流断路器20相连。布线15连结交流断路器20与电力网100。第一开闭器22夹设于布线14与电容器C1的一端之间。第一开闭器22能够将布线14与电容器C1的一端之间的状态在连接状态与切断状态之间进行切换。对实施方式1中的词语进行说明。“连接状态”的意思是第一开闭器22被闭合，电气路径导通，通过第一开闭器22而流过电流的状态。“切断状态”的意思是第一开闭器22被打开，电气路径断开，不流过电流的状态。切断状态有时被称为开放状态。在实施方式2～4中也相同。

第一开闭器22也可以是额定电流小于交流断路器20。出入交流滤波器电路13的电容器C1的无效电力比交流断路器20所处理的电力小。由此，也可以将允许电流量小于交流断路器20的开闭器用作第一开闭器22。在交流发电机10为发电机的情况下，第一开闭器22只要能够切断电源机容量的10％左右的电力即可。作为规格的具体例，例如交流断路器20的额定电流可以是89％～91％，第一开闭器22的额定电流可以是9％～11％。

交流断路器20也可以是低压气中交流断路器(Air Circuit Breaker)。ACB主要使用于低压大电流的切断·开闭。ACB以通过向重叠制作几张带有磁的消弧板的消弧室内的细隙导入电弧来进行消弧这一消弧原理进行工作。

第一开闭器22也可以是布线用交流断路器(Molded Case Circuit Breaker：MCCB)。MCCB的机械寿命远比ACB长，因此通过使第一开闭器22为MCCB，能够较低地抑制机器更换的必要性。另外，MCCB比ACB廉价，因此也能够抑制成本。

发电机控制部12在交流发电机10以预先确定的待机模式运转时，使第一开闭器22为切断状态。在待机模式中，能够可靠使第一开闭器22为切断状态，能够可靠地抑制无效电力相对于电容器C1的出入。“待机模式”的意思是交流发电机10系统互连且待机的状态。待机模式中例如有如下第一～第三具体例。第一具体例为在交流发电机10中产生电压异常等而交流发电机10停止运转时。第二具体例为来自管理电力系统1的上位监视装置的有效电力指令值是零时。第三具体例为交流发电机10的故障时。

根据实施方式1，通过根据需要使第一开闭器22为切断状态，能够抑制无效电力出入电容器C1。即使不使交流断路器20工作，也能够抑制无效电力出入的情况。

若更详细地进行说明，由于无效电力向电容器C1的出入会引起电力网100的电压变动，因此担心该无效电力出入会导致电力网100的稳定度降低。在交流发电机10为未进行电力供给的待机模式等的情况下，交流滤波器电路13无需对交流电力进行滤波。如果是这种不需要交流滤波器电路13的状况，则也可以从电力网100侧断开电容器C1，因此只要使第一开闭器22为切断状态，就能够切断电力网100侧与电容器C1的电气路径，因此能够抑制无效电力出入电容器C1。

另外，作为无效电力对策，除了通过实施方式中说明的第一开闭器22从电路断开电容器C1的所谓的子开关开放方式之外，还可考虑接下来的两个方式。其中第一个方式是无效电力补偿方式。其中第二个方式是主开关开放方式。主开关开放方式为，通过交流断路器20的开闭将交流滤波器电路13从电力网100断开。主开关开放方式有交流断路器20的开闭次数增大的缺点。另一方面，无效电力补偿方式是通过控制电源机来进行无效电力补偿、从而抑制无效电力的方式。电源机的状态将会影响到能否抑制无效电力。具体而言，在电源机不能发电的情况下，例如如果是太阳光发电系统则在夜晚等的情况下，不能使用无效电力补偿方式。关于这一点，根据实施方式的子开关开放方式，能够与电源机换句话说是交流发电机10的状态无关而在必要时迅速地进行无效电力对策。

实施方式2.

图2是表示本发明的实施方式2的功率调节器32以及电力系统1a的电路图。实施方式2的电力系统1a是太阳光发电系统1a。太阳光发电系统1a具备作为直流电源的太阳能电池阵列30、与太阳能电池阵列30连接的功率调节器32、交流断路器20、以及变压器28。另外，作为一个例子，实施方式2的太阳光发电系统1a也与上位监视装置38连接。上位监视装置38也与未图示的其他太阳光发电系统连接。未图示的其他太阳光发电系统具备与太阳光发电系统1a相同的构成。上位监视装置38与太阳光发电系统1a以及未图示的其他太阳光发电系统的各功率调节器32连接，能够一并管理太阳光发电系统1a以及未图示的其他太阳光发电系统。

功率调节器32具备逆变器电路34、控制逆变器电路34的控制电路35、进行功率调节器32的故障检测的故障检测电路36、交流滤波器电路13、以及第一开闭器22。

逆变器电路34将从太阳能电池阵列30输入的直流电压转换为交流电压。交流滤波器电路13与实施方式1相同，包含电感器L1与电容器C1。电感器L1的一端串联连接于逆变器电路34的输出端。第一开闭器22夹设于布线14与电容器C1的一端之间。第一开闭器22能够将布线14与电容器C1的一端之间的状态切换为连接状态与切断状态。通过根据需要开放第一开闭器22，能够不开放交流断路器20地抑制无效电力出入交流滤波器电路13。

控制电路35也作为判定有无移至待机模式的判定部发挥功能。控制电路35判定太阳光发电系统1a是否移至预先确定的待机模式。

做出移至待机模式这一判定的条件的具体例例如有下述的第一～第四条件例。作为第一条件例，可以在太阳能电池阵列30输出的直流电压低于预先确定的下限阈值时判定为待机模式条件成立。作为第二条件例，可以在太阳能电池阵列30输出的直流电压高于预先确定的上限阈值时判定为待机模式条件成立。作为第三条件例，可以在设有管理多个太阳光发电系统1a的上位监视装置38的情况下、在控制电路35从上位监视装置38接收到有效电力指令值为零这一信号时判定为待机模式条件成立。作为第四条件例，也可以是如下那样的条件。在故障检测电路36中检测出功率调节器32的故障的情况下，逆变器电路34被门闭锁待机。门闭锁指的是停止逆变器电路34的电力用半导体元件的动作。作为第四条件例，也可以在进行门闭锁待机时判定为待机模式条件成立。

功率调节器32在用判定部判定为移至待机模式时，使第一开闭器22为切断状态。具体而言，可以是一旦上述的待机模式移至条件的第一～第四条件例中的至少一个成立，控制电路35或者故障检测电路36就将第一开闭器22控制为切断状态。

也可以将实施方式2的太阳光发电系统1a变形为各种公知的电源系统。电源系统也可以具备电池和电力转换器，该电力转换器具备对该电池充电的充电模式与将该电池的直流电力转换为交流电力并输出的放电模式。只要将太阳能电池阵列30替换为电池，将功率调节器32替换为电力转换器即可。电池也可以使用各种公知的二次电池以及燃料电池等。

实施方式3.

图3是表示本发明的实施方式3的电力系统2的电路图。电力系统2为在实施方式1的电力系统1中追加了充电电路40。充电电路40能够以电力网100的系统电压V_grid将电容器C1充电。

充电电路40具备第二开闭器24、充电控制电路42、以及电流限制部44。电容器C1的一端与第一开闭器22以连接点16连接。交流断路器20与电力网100以布线15连结。第二开闭器24夹设于连接点16与布线15之间。第二开闭器24能够在连接状态与切断状态之间切换连接点16与布线15之间的状态。

电流限制部44抑制电力网100的高电压施加到电容器C1的一端的情况。电流限制部44也可以是电阻器或者恒定电流电路等。利用电流限制部44，能够调节流入电容器C1的一端的电流。

充电控制电路42通过向第一开闭器22以及第二开闭器24赋予控制信号，能够将第一开闭器22以及第二开闭器24分别在连接状态与切断状态之间进行切换。充电控制电路42被输入了电力网100的系统电压V_grid以及电容器C1的电压V_ACC。充电控制电路42在内部具备比较器。充电控制电路42内部的比较器能够产生与系统电压V_grid与电压V_ACC之差相应的输出。充电控制电路42通过使第二开闭器24为连接状态，能够将电容器C1充电。

接下来，使用图4～图6对实施方式3的电力系统2以及充电电路40的动作进行说明。图4是用于说明本发明的实施方式3的电力系统2的通常运转的电路图。在电力系统2为通常运转时，交流发电机10如正常那样运转，交流发电机10与电力网100的系统互连得以稳定地实施。在通常运转时，交流断路器20为接通换句话说是连接状态，第一开闭器22为接通换句话说是连接状态，第二开闭器24为断开换句话说是切断状态。

实施方式3的电力系统2在特定的条件成立时，移至待机模式。待机模式移至条件的具体例如实施方式1中所说明。

图5是用于说明本发明的实施方式3的电力系统2的待机模式的电路图。在待机模式中，交流断路器20为接通换句话说是连接状态，第一开闭器22为断开换句话说是切断状态，第二开闭器24为断开换句话说是切断状态。如果使第一开闭器22为切断状态，就能够断开电力网100侧与电容器C1的电气路径，因此能够抑制无效电力出入电容器C1。

在电力系统2从待机模式恢复到通常运转时，应使第一开闭器22作为连接状态而能够由交流滤波器电路13发挥滤波器功能。然而，伴随着向待机模式的转移，在使第一开闭器22为切断状态之后，以电容器C1的电压低的状态将第一开闭器22切换为连接状态时，担心浪涌电流流入电容器C1。因此，实施方式3的电力系统2在从待机模式恢复到通常运转时，如下述那样进行电容器C1的充电。

图6是用于说明本发明的实施方式3的电力系统2的充电中的动作的电路图。在交流发电机10从待机模式恢复交流电力供给时，从发电机控制部12向充电控制电路42传递恢复报告信号。充电控制电路42若接收恢复报告信号，则首先使第二开闭器24为连接状态。由此，流过充电电流Ia，电容器C1被充电。一旦电容器C1的电压V_ACC与电力网100的系统电压V_grid之差达到预先确定的第一规定值以下，充电控制电路42就判定为已充分进行电容器C1的充电。一旦判定为已充分进行电容器C1的充电，充电控制电路42就使第二开闭器24为切断状态，接着将第一开闭器22从切断状态切换为连接状态。

通过使用充电电路40将电容器C1充电然后使第一开闭器22为连接状态，能够抑制浪涌电流流入电容器C1。另外，薄膜电容器有浪涌电流的问题少这一优点。另一方面，油浸电容器需要考虑浪涌电流，因此在电容器C1中使用油浸电容器时，更优选的是设置充电电路40。如以上说明那样，在图6所示的充电中，交流断路器20为接通换句话说是连接状态，第一开闭器22为断开换句话说是切断状态，第二开闭器24为接通换句话说是连接状态。

对实施方式3的变形例进行说明。另外，在实施方式3中，充电控制电路42与第一开闭器22连接，但是作为变形例，充电控制电路42也可以不与第一开闭器22连接。在该情况下，充电控制电路42通过与发电机控制部12交换信号，在交流发电机10从待机模式恢复交流电力供给时将电容器C1充电，一旦电容器C1的充电变得充分就使第二开闭器24为切断状态，并且向发电机控制部12发送充电完成信号。发电机控制部12响应充电完成信号而将第一开闭器22向连接状态切换，并且开始基于交流发电机10的电力供给。

另外，作为其他变形例，在交流发电机10从待机模式恢复交流电力供给时，在电容器C1的电压V_ACC与系统电压V_grid之差充分小时，也能够省略电容器C1的充电。即，变形例的充电控制电路42在判定为电压V_ACC与系统电压V_grid之差为预先确定的第二规定值以下的情况下，不进行电容器C1的充电地使第一开闭器22为连接状态。变形例的充电控制电路42在判定为电压V_ACC与系统电压V_grid之差比第二规定值大的情况下，使第二开闭器24为连接状态而进行电容器C1的充电。第二规定值可以设定为与第一规定值相同的值，也可以设定为比第一规定值大的值或者比第一规定值小的值。

实施方式4.

图7是表示本发明的实施方式4的功率调节器32以及电力系统2a的电路图。实施方式4的电力系统2a是将在实施方式3中说明的充电电路40追加到实施方式2的太阳光发电系统1a中。充电电路40的动作与上述实施方式3相同，关于充电电路40以外的构成与实施方式2相同，因此省略详细的说明。

实施方式1～4的电力系统也可以作为无效电力抑制方法而提供。实施方式1～4的无效电力抑制方法使用第一开闭器22在连接状态与切断状态之间切换将电感器L1的另一端与交流断路器20连结的布线14、和电容器C1的一端之间的电连接。实施方式1～4的无效电力抑制方法也可以在使第一开闭器22为切断状态的情况下，使用充电电路40将电容器C1充电，然后将第一开闭器22从切断状态切换为连接状态。可以对现有的电力系统追加第一开闭器22，也可以进一步追加充电电路40。通过这种事后追加，也可实施实施方式1～4的无效电力抑制方法。

附图标记说明

1、2电力系统，1a、2a太阳光发电系统(电力系统)，10交流发电机(交流电源)，12发电机控制部，13交流滤波器电路，14、15布线，16连接点，20交流断路器，22第一开闭器，24第二开闭器，28变压器，30太阳能电池阵列，32功率调节器，34逆变器电路，35控制电路，36故障检测电路，38上位监视装置，40充电电路，42充电控制电路，44电流限制部，100电力网，Ia充电电流，V_grid系统电压。

Claims

1.一种电力系统，具备：

交流电源；

交流滤波器电路，包含电感器和电容器，该电感器的一端串联连接于所述交流电源的输出端，该电容器在一端接收所述电感器的另一端的电压；

交流断路器，设于所述电感器的所述另一端与电力网之间；以及

第一开闭器，设于布线和所述电容器的所述一端之间，该布线将所述电感器的所述另一端与所述交流断路器连结。

2.根据权利要求1所述的电力系统，其中，

还具备以所述电力网的电压对所述电容器进行充电的充电电路。

3.根据权利要求1所述的电力系统，其中，

所述交流电源为发电机，

具备控制所述发电机的发电机控制部，

所述发电机控制部在所述交流电源以预先确定的待机模式运转时，使所述第一开闭器为切断状态。

4.根据权利要求3所述的电力系统，其中，

具备以所述电力网的电压对所述电容器进行充电的充电电路，

所述充电电路包含：

第二开闭器，设于所述电容器的所述一端与所述第一开闭器的连接点、以及将所述交流电源与所述电力网连结的布线之间；以及

充电控制电路，在从所述交流电源所述待机模式恢复交流电力供给时，在将所述第一开闭器从切断状态切换为连接状态之前，通过使所述第二开闭器为连接状态而对所述电容器进行充电。

5.一种功率调节器，具备：

逆变器电路，将来自直流电源的直流电压转换为交流电压；

交流滤波器电路，包含电感器和电容器，该电感器的一端串联连接于所述逆变器电路的输出端，该电容器在一端接收所述电感器的另一端的电压；以及

第一开闭器，将所述电容器的所述一端连接于布线，该布线将所述电感器的所述另一端与设于所述电感器的所述另一端与电力网之间的交流断路器连结，所述第一开闭器设于所述布线与所述电容器的所述一端之间。

6.根据权利要求5所述的功率调节器，其中，

具备判定部，该判定部判定包含所述直流电源的电力系统是否移至预先确定的待机模式，

在由所述判定部判定为移至所述待机模式时，使所述第一开闭器为切断状态。

7.一种电力系统的无效电力抑制方法，其中，

准备电力系统，该电力系统具备：交流电源；交流滤波器电路，包含一端串联连接于所述交流电源的输出端的电感器、以及在一端接收所述电感器的另一端的电压的电容器；以及交流断路器，设于所述电感器的所述另一端与电力网之间，

使用开闭器将布线和所述电容器的所述一端之间的状态在连接状态与切断状态之间进行切换，该布线将所述电感器的所述另一端与所述交流断路器连结。

8.根据权利要求7所述的无效电力抑制方法，其中，

在使所述开闭器为切断状态的情况下，使用充电电路将所述电容器充电，然后将所述开闭器从切断状态切换为连接状态。