CN112042072A - 电力系统稳定化体系 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电力系统稳定化体系，其能够在扰动状态时从电力系统稳定化体系迅速地向系统供给大量的无效电力，由此能够抑制系统电压的下降，抑制电源的脱落。该电力系统稳定化体系包括：将输入电力转换成交流电力的电力转换部；控制所述电力转换部的控制部；和检测电力系统的扰动，输出系统扰动信息的系统扰动检测部，所述控制部基于所述系统扰动信息使所述电力转换部的开关频率下降。

Description

电力系统稳定化体系

技术领域

本发明涉及电力系统稳定化体系。

背景技术

由于近年来的可再生能源的大量导入，现存的同步发电机在总发电量中的比例正在下降。可再生能源由于不具有同步发电机那样的惯性，因此同步发电机的减少会导致系统的惯性下降。

已知为了补偿因惯性的下降而引起的系统的暂态稳定性下降，在系统扰动(disturbance，失调)时从由蓄电池体系这样的电源和电力转换装置构成的电力系统稳定化体系供给电力的技术。在系统扰动时，优选电力转换装置即使是在短时间内也能够输出包括无效电力在内的更大的电流。

但是，由于构成电力转换装置的开关元件的热时间常数短，开关元件的耐热性也小，因此从电力转换装置流过大的电流，即使是在短时间内也是困难的。

作为使开关元件的短时间耐过电流能力增加之技术问题的解决手段，专利文献1中提出了如下所述的控制方式：通过按照电力转换装置的输出电流使电力转换装置的开关频率下降，能够防止开关元件的破坏，并使耐过电流能力增加，扩大电力转换装置的使用范围。

但是，在按照输出电流使电力转换装置的开关频率下降的方式中，由于在输出电流到达过电流限制值后使开关频率下降，因此耐过电流能力增加可能延迟，因此，存在不能使电力转换装置的使用范围足够大的问题。当从发生系统扰动起，直至电力转换装置完成开关元件的耐电流能力增加为止的时间较慢时，可能因系统扰动引起的系统电压下降而使得电源脱落。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第6169459号公报

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的是提供一种电力系统稳定化体系，其能够在扰动状态时从电力系统稳定化体系迅速地向系统供给大量的无效电力，由此能够抑制系统电压的下降，抑制电源的脱落。

用于解决课题的方法

本发明的电力系统稳定化体系的特征在于，包括：将输入电力转换为交流电力的电力转换部；控制所述电力转换部的控制部；检测电力系统的扰动，输出系统扰动信息的系统扰动检测部，所述控制部基于所述系统扰动信息使所述电力转换部的开关频率下降。

发明的效果

依照本发明，通过基于系统扰动时的系统扰动信息使电力转换部的开关频率下降，与基于电力转换部的输出电流使电力转换部的开关频率下降的情况比较，能够缩短从发生系统扰动起至开关频率下降完成为止的时间。由此，能够缩短从发生系统扰动起至电力转换装置完成开关元件的耐电流能力增加为止的时间。其结果是，由于能够在系统扰动时从电力系统稳定化体系迅速地向系统供给更多量的无效电力，因此能够抑制系统电压的下降，抑制电源的脱落。

附图说明

图1是表示第1实施方式的电力系统稳定化体系的整体结构的框图。

图2A是用来说明控制部9的结构例的电路框图。

图2B是用来说明控制部9的结构例的电路框图。

图2C是用来说明控制部9的结构例的电路框图。

图2D是用来说明控制部9的结构例的电路框图。

图2E是用来说明控制部9的结构例的电路框图。

图3是用来说明第1实施方式中的控制部9的动作的流程图。

图4A是用来说明第1实施方式的效果的曲线图。

图4B是用来说明第1实施方式的效果的曲线图。

图5是用来说明第1实施方式的效果的曲线图。

图6是用来对第1实施方式的第1变形例进行说明的曲线图。

图7是用来对第1实施方式的第2变形例进行说明的曲线图。

图8是用来对第1实施方式的第3变形例进行说明的电路框图。

图9是用来对第1实施方式的第3变形例进行说明的电路框图。

图10是用来对第1实施方式的第3变形例进行说明的流程图。

图11是表示第3实施方式的整体结构的框图。

图12是表示第4实施方式的整体结构的框图。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细的说明。但是，本发明并不限定于下面的实施方式，在本发明的技术概念中各种变形例、应用例也包含在其范围内。

[第1实施方式]

基于图1～图7对本发明的第1实施方式进行详细的说明。

图1是表示第1实施方式的电力系统稳定化体系的整体结构的框图。图1的电力系统稳定化体系以将蓄电池体系1000作为应用对象的情况为例进行说明。蓄电池体系1000由蓄电池1、直流电压平滑部2、电力转换部3、谐波滤波器4、系统变压器5、电压检测器7(7A～7C)，电流检测器8(8A～8B)、控制部9和外部输入装置10构成。

蓄电池1是用于抑制系统电压、系统频率的变动的有效电力、无效电力的供给源。直流电压平滑部2具有使从蓄电池1输出的电压平滑化的功能。电力转换部3由IGBT、二极管等开关元件构成，将平滑化了的直流电压转换为交流电压。谐波滤波器4具有使电力转换部3输出的交流电压中包含的谐波成分截止的任务。系统变压器5具有将通过谐波滤波器4后的交流电压转换成系统6的交流电压的功能。

电压检测器7(7A，7B，7C)是对蓄电池1的端子间电压Vbat，系统电压Vsu，Vsv，Vsw，Vsu2，Vsv2，Vsw2进行检测的电压传感器。此外，电流检测器8(8A，8B)是对蓄电池1的端子间的电流Ibat，电力转换部3的输出电流Icu，Icv，Icw进行检测的电流传感器。

控制部9从上级体系11接收有效电力指令Pref和无效电力指令Qref。另一方面，从控制部9对上级体系11输入蓄电池1的充电状态信息SOC。上级体系11根据接收到的充电状态信息SOC，对有效电力指令Pref和无效电力指令Qref进行调节。

此外，从电压检测器7和电流检测器8，蓄电池1的端子间电压Vbat，蓄电池1的端子间电流Ibat，系统电压Vsu，Vsv，Vsw，Vsu2，Vsv2，Vsw2，电力转换部3的输出电流Icu，Icv，Icw被输入至控制部9。控制部9基于所输入的各种电压、各种电流，控制电力转换部3，使电力转换部3的输出电力与上级体系11的有效电力指令Pref及无效电力指令Qref一致。

此外，由电力系统稳定化体系1000的外部的电压检测器(未图示)检测出的系统电压振幅Vac_fb3……Vac_fbn也能够作为系统扰动信息被输入至控制部9。基于这些系统扰动信息，判断有无发生系统的扰动，基于该判断的结果进行电力转换部3的控制。具体而言，控制部9在判断为发生了系统扰动的情况下，如后所述，执行使电力转换部3的开关元件的开关频率fsw下降，并且使输出电流的最大值增加的控制。即，控制部9作为检测电力系统的系统扰动并输出系统扰动信息的系统扰动检测部发挥作用。

控制部9还从未图示的温度传感器接收电力转换部3中包括的开关元件的温度信息Tsw。控制部9基于该温度信息Tsw，控制用于控制电力转换部3的栅极信号Vgate。在电力转换部3作为一例具有n个开关元件的情况下，该n个开关元件的温度信息能够被分别输出至控制部9。开关元件的数量，例如在电力转换部3为三相的2电平逆变器的情况下为6个。开关元件的温度检测器至少设置1个即可，没有必要与所有开关元件对应地设置，可以仅设置在一部分的开关元件。

此外，能够从外部输入装置10将各种信号和设定值输入至控制部9中。这里，作为一例，

·系统扰动时的开关频率的下降的有效无效的切换信号Sw_en1

·系统扰动时的开关频率设定值fsw1，fsw2……fswn

从外部输入装置10被输入至控制部9。

在该第1实施方式中，通过控制部9，根据系统扰动信息，进行使电力转换部3的开关频率下降的控制。但是能够构成为，在切换信号Sw_en1为“1”的情况下执行频率下降控制，而在切换信号Sw_en1为“0”的情况下不进行该控制。

此外，从外部输入装置10被输入开关频率设定值fsw1，fsw2……fswn，该多个开关频率设定值中的任一个，在执行使开关频率下降的控制的情况下，作为下降后的开关频率的值被选择。

接着，参照图2A～图2E，对控制部9的更详细的结构进行说明。

如图2A所示，控制部9包括充电率运算器51和输出电力限制值运算器52。

充电率运算器51根据蓄电池1的端子间电压Vbat和端子间电流Ibat计算充电率SOC，将其输出至上级体系11和输出电力限制值运算器52。

输出电力限制值运算器52根据充电率SOC计算蓄电池1的允许放电电力、允许充电电力，将其值作为电力转换部3的最大输出有效电力的限制值Pmax和最小输出有效电力的限制值Pmin，输出至后述的限制器61。换言之，输出电力限制值运算器52基于蓄电池1的充电状况，判断能够从蓄电池进行怎样的程度的放电，并且判断能够对蓄电池进行怎样的程度的电力的充电，由此设定电力转换部3的最大输出有效电力的限制值。

如图2B所示，控制部9包括电力运算部53、PLL运算器54、α-β转换器55和d-q转换器56。电力运算部53根据系统电压Vs(Vsu，Vsv，Vsw)和电力转换部3的输出电流Icu，Icv，Icw计算电力转换部3的输出有效电力Pac和输出无效电力Qac。输出有效电力Pac和输出无效电力Qac被输出至后述的减法器78和减法器81。

PLL(Phase-Locked-Loop)运算器54计算系统电压Vsu，Vsv，Vsw的同步相位信号cosωt和sinωt，将其输出至d-q转换器56和后述的反d-q转换器68。α-β转换器55根据电力转换部3的输出电流Icu，Icv，Icw计算电力转换部3的输出电流的α成分Icα和β成分Icβ，将其输出至d-q转换器56。

d-q转换器56根据α成分Icα和β成分Icβ计算电力转换部3的输出电流的有效电流成分Icd_fb和无效电流成分Icq_fb，将其输出至后述的减法器79和减法器82。

如图2C所示，控制部9包括对系统电压振幅进行运算的系统电压振幅运算部59。系统电压振幅运算部59包括前述的α-β转换器55、乘法器57、加法器77和平方根运算器58。

α-β转换器55根据系统电压Vsu，Vsv，Vsw计算该系统电压的α成分Vsα和β成分Vsβ。乘法器57计算α成分Vsα和β成分Vsβ的平方而计算Vsα²和Vsβ²。加法器77计算该Vsα²与Vsβ²之和，输出至平方根运算部58。平方根运算部58计算Vsα²与Vsβ²之和的平方根。其计算结果为系统电压振幅Vac_fb1，被输入至扰动信息选择部71。此外，系统电压振幅Vac_fb2也同样地基于系统电压Vsu2，Vsv2，Vsw2计算。

此外，如图2D所示，控制部9包括比较器100。比较器100判断构成电力转换部3的开关元件的温度信息Tsw是否比异常温度阈值Tsw_th大。在开关元件的温度信息Tsw大于异常温度阈值Tsw_th的情况下，令温度异常判断信号Tsw_alarm为“1”。另一方面，在开关元件的温度信息Tsw为异常温度阈值Tsw_th以下的情况下，令温度异常判断信号Tsw_alarm为“0”。温度异常判断信号Tsw_alarm被输出至后述的开关频率运算部72。

此外，如图2E所示，控制部9具有：输出有效电力限制器61，减法器78，APR(automatic active power regulator：自动有功功率调节器)62，指令值限制器63，减法器79，81，AQR(Automatic reactive power(Q)Regulator：自动无功调节器)65，AQR/ACAVR控制切换器87，指令值限制器67，减法器82，ACR64，和加法器80，83。

输出有效电力限制器61具有将从上级体系11输入的有效电力指令Pref的最大值和最小值分别限制在从输出电力限制值运算器52输出的指定值Pmax，Pmin的功能。即使作为通过有效电力指令Pref指定的电力的最大值和最小值指定了大的值，在根据蓄电池1的充电率SOC判断为该最大值和最小值过大或过小的情况下，该最大值和最小值也能够被限制为指定值Pmax，Pmin。

减法器78计算限制后的有效电力指令Pref’与从电力运算部53输入的输出有效电力Pac之差，将其输出至APR(Automatic active Power Regulator)62。

APR62以使得限制后的有效电力指令Pref’与输出有效电力Pac之差消失的方式计算电力转换部3的输出电流的有效电流成分的指令值Icdref，将其输出至指令值限制器63。其中，APR62能够由P控制器、PI控制器、PID控制器等构成。后述的ACR(Automatic CurrentRegulator：自动电流调节器)64，AQR(Automatic reactive power(Q)Regulator)65，ACAVR(Alternating Current Automatic Voltage Regulator：交流自动调压器)66也同样地能够由P控制器、PI控制器、PID控制器等构成。

指令值限制器63将指令值Icdref的最大值限制为Icdref_max，将最小值限制为Icdref_min，将限制后的指令值Icdref’输出至减法器79。减法器79计算限制后的指令值Icdref’与从d-q转换器56输出的电力转换部3的输出电流的无效电流成分Icd_fb之差，输出至ACR64。

减法器81计算从上级体系11输入的无效电力指令Qref与从电力运算部53输入的输出无效电力Qac之差，将该差输出至AQR65。AQR65以使得无效电力指令Qref与输出无效电力Qac之差消失的方式计算电力转换部3的输出电流的无效电流成分的指令值Icqref，输出至ACAVR控制切换器87。

减法器86计算系统电压振幅指令Vacref与系统电压振幅Vac_fb’之差，输出至ACAVR66。ACAVR66以使得系统电压振幅指令Vacref与系统电压振幅Vac_fb’之差消失的方式，计算电力转换部3的输出电流的无效电流成分的指令值Icqref，输出至AQR/ACAVR控制切换器87。

AQR/ACAVR控制切换器87在没有系统扰动的情况下选择AQR65，选择使来自上级体系11的无效电力指令Qref与电力转换部的输出无效电力Qac一致的控制。另一方面，在有系统扰动的情况下，AQR/ACAVR控制切换器87选择ACAVR66，选择抑制系统电压振幅Vac_fb的下降的控制。

通过AQR/ACAVR控制切换器87选择的电力转换部3的输出电流的无效电流成分的指令值Icqref，被输入至指令值限制器67。指令值限制器67将电力转换部3的输出电流的无效电流成分的指令值Icqref的最大值限制为Icqref_max，将最小值限制为Icqref_min，将限制后的指令值Icqref’输出至减法器82。减法器82计算限制后的输出电流的无效电流成分的指令值Icqref’与从d-q转换器56输入的无效电流成分Icq_fb之差，将该差输出至ACR64。

ACR64以使得限制后的电力转换部3的输出电流的有效电流成分的指令值Icdref’与电力转换部3的输出电流的d轴成分Icd_fb之差消失的方式计算指令值Vcdref，将其输出至加法器80。此外，ACR64以使得限制后的电力转换部3的输出电流的无效电流成分的指令值Icqref’与电力转换部3的输出电流的q轴成分Icq_fb之差消失的方式计算指令值Vcqref，将其输出至加法器83。

此外，如图2E所示，前述的α-β转换器55根据输出电流的α成分Icα和β成分Icβ、以及系统电压Vsu，Vsv，Vsw，计算该系统电压的α成分Vsα和β成分Vsβ。d-q转换器56根据α成分Vsα和β成分Vsβ计算系统电压的有效电压成分Vsd_ff和无效电压成分Vsq_ff。有效电压成分Vsd_ff和无效电压成分Vsq_ff，被输入至低通滤波器60A、60B。通过低通滤波器60A和60B后的有效电压成分Vsd_ff’和无效电压成分Vsq_ff’，被输入至后述的加法器80、83。

加法器80计算作为指令值Vcdref与前述的有效电压成分Vsd_ff’之和的Vcdref’，将其输出至反d-q转换器68。此外，加法器83计算作为指令值Vcqref与前述的无效电压成分Vsq_ff’之和的Vcqref’，将其输出至反d-q转换器68。

反d-q转换器68根据有效电压成分Vcdref’和无效电压成分Vcqref’、系统电压的同步相位信号cosωt、sinωt，计算电力转换部3的输出电压指令的α成分Vcαref和β成分Vcβref，将其输出至反αβ转换器69。反αβ转换器69根据α成分Vcαref和β成分Vcβref计算电力转换部3的输出电压指令的U相成分Vcuref，V相成分Vcvref，W相成分Vcwref，将其输出至PWM运算器70。

PWM运算器70基于U相成分Vcuref，V相成分Vcvref，W相成分Vcwref，生成用于控制电力转换部3的栅极信号Vgate。其中，PWM运算器70将U相成分Vcuref，V相成分Vcvref，W相成分Vcwref与后述的开关频率fsw比较，将栅极信号Vgate输出至电力转换部3。

此外，控制部9如图2E所示，包括扰动信息选择部71和开关频率运算部72。

扰动信息选择部71有选择地采用从多个电压检测部7检测出的系统电压振幅，计算系统电压振幅Vac_fb’，将其输出至开关频率运算部72。被输入至扰动信息选择部71的系统电压振幅，不仅包括根据在蓄电池体系1000内由电压检测器7检测出的系统电压值计算得到的系统电压振幅Vac_fb1和Vac_fb2，而且包括从外部输入的系统电压振幅Vac_fb3……Vac_fbn。扰动信息选择部71例如可以使多个系统电压振幅的平均值为Vac_fb’，也可以使多个系统电压振幅的最小值为Vac_fb’。

开关频率运算部72根据系统电压振幅Vac_fb’计算开关频率。在开关频率运算部72中，事先存储着系统扰动时的开关频率设定值fsw1，fsw2……fswn。开关频率运算部72从这多个开关频率设定值之中选择适于被输入的系统电压振幅Vac_fb’的设定值。

其中，这些设定值也可以从外部输入装置10输入来代替存储在开关频率运算部72中。

此外，开关频率运算部72运算出的系统扰动时的开关频率的下降的有效无效，能够通过来自外部输入装置10的系统扰动时的开关频率的下降的有效无效的切换信号Sw_en1进行切换。

此外，开关频率运算部72将电力转换部3的输出电流的有效电流成分的指令值的最大值Icdref_max，最小值Icdref_min输出至前述的指令值限制器63。此外，开关频率运算部72将电力转换部3的输出电流的无效电流成分的指令值的最大值Icqref_max，最小值Icqref_min输出至指令值限制器67。进而，开关频率运算部72将AQR和ACAVR的控制的选择结果输出至AQR/ACAVR控制切换器87。

参照图3的流程图，以开关频率运算部72的动作为中心对第1实施方式中的控制部9的动作进行说明。这里，对在图1和图2的蓄电池体系1000中应用了第1实施方式的情况下的开关频率运算部72的控制方法进行说明。

在步骤S11中，判断系统扰动时的开关频率的下降的有效无效的切换信号Sw_en1是1还是0。步骤S11是用于确认使系统扰动时的开关频率下降的控制是有效还是无效的处理。如果Sw_en1为1，则使处理前进至步骤S12。如果Sw_en1为0，则结束图3的处理。

切换信号Sw_en1是用于切换在系统扰动时是否执行使电力转换部3的开关频率fsw下降的控制的信号。取决于包括蓄电池体系1000的设置场所等在内的各种条件，还能够考虑优选令使开关频率fsw下降的控制无效的情况。因此，在该第1实施方式中，能够通过切换信号Sw_en1选择是否执行使开关频率fsw下降的控制。

在步骤S12中，判断从扰动信息选择部71输出的系统电压振幅Vac_fb’是否小于系统扰动的判断阈值Vac_fbth。如果系统电压振幅Vac_fb’小于系统扰动的判断阈值Vac_fbth，则判断有系统扰动发生，是处理前进至步骤S13。如果系统电压振幅Vac_fb’为系统扰动的判断阈值Vac_fbth以上，则判断无系统扰动发生，使处理前进至步骤S16。

在步骤S13中，为了抑制系统扰动时的系统电压下降，从AQR控制切换至ACAVR控制。

在步骤S14中，为了使电力转换部3的开关元件的短时间耐受性增加，将开关频率fsw从系统扰动前的开关频率fsw0(基准值)改变至fsw1(＜fsw0)。通过使开关频率fsw下降，在扰动发生时能够将更大的电流供给至系统6。

在步骤S14中，进而为了使得能够在系统6中流过更大的电流，将电力转换部3的输出电流指令的有效电流成分的最大值Idref_max和最小值Idref_min分别改变为Idref_max1和Idref_min1。此外，将电力转换部3的输出电流指令的无效电流成分的最大值Iqref_max和最小值Iqref_min分别改变为Iqref_max1和Iqref_min1。之后，使处理前进至步骤S15。

这里，Idref_max1大于系统扰动前的基准值Idref_max0，Idref_min1小于系统扰动前的基准值的Idref_min0。此外，Iqref_max1大于系统扰动前的基准值Iqref_max0，Iqref_min1小于系统扰动前的基准值Iqref_min0。

下面，说明通过步骤S14的处理，开关元件的短时间耐电流能力增加的原理。开关元件的额定电流根据绝对额定电流和最大结温而决定。所谓绝对额定电流，是指当在开关元件中流动这以上的电流时，该开关元件会被破坏的电流值。在该第1实施方式中，开关元件中流过的电流为该开关元件的绝对额定电流以下是前提。

接着，所谓最大结温，是指当开关元件的半导体芯片的温度上升至这以上时，该开关元件会被破坏的结温。最大结温根据开关元件的发热量，散热器、风扇等开关元件的冷却器的冷却性能，周围温度而决定。开关元件的发热量，大致根据开关元件自身的导通损失和开关损失(接通损失，关断损失，恢复损失)而决定。这里，开关损失与开关频率成比例。因此，如果使开关频率下降，则能够减少开关元件的发热量。

因此，即使是相同结温，如果开关频率低，则也能够在开关元件中流过更多的电流。如果能够在开关元件中流过更多的电流，则在系统扰动时能够将更多的电力从电力系统稳定化体系供给至系统，因此能够通过电力系统稳定化体系使系统的暂态稳定性的补偿效果增加。但是，当使开关频率下降时，电力转换部3的输出电压、电流中包含的谐波成分增加，因此在通常时不能使开关频率下降。但是，在系统扰动发生时，能够考虑相比于谐波成分的抑制，优先电源的脱落的防止。

于是，在第1实施方式中，如前所述，仅在系统扰动发生时使电力转换部3的开关频率fsw下降。此外，与此相应地在开关元件的绝对额定电流以下的范围使电力转换部3的输出电流指令的最大值增加。

再次返回至图3继续进行说明。在步骤S15中，在计数值Cnt1上加1，结束图3的处理。在Cnt1上加1进行的加法运算处理是用于设置延迟期间的，该延迟期间是用于在系统电压恢复后也将耐电流能力增加了的状态维持一定时间的。

在步骤S16中，判断计数值Cnt1是否为1以上。如果计数值Cnt1为1以上，判断为因系统扰动而使得系统电压一旦下降后系统电压再次恢复了的状态，使处理前进至步骤S17。如果Cnt1小于1，则判断为不是刚恢复系统电压，结束图3的处理。

在步骤S17中判断计数值Cnt2是否小于Cnt2end。如果计数值Cnt2小于Cnt2end，判断是上述的延迟期间，使处理前进至步骤S18。如果Cnt2为Cnt2end以上，则判断上述的延迟期间结束了，使处理前进至步骤S19。

在步骤S18中在计数值Cnt2上加1。这是用于存储上述的延迟期间的经过的的处理。

在步骤S19中延迟期间结束后，将控制从ACAVR切换至通常的AQR，使处理前进至步骤S20。

在步骤S20中，将开关频率fsw、输出电流指令的有效电流成分的最大值Idref_max和最小值Idref_min、以及电力转换部3的输出电流指令的无效电流成分的最大值Iqref_max和最小值Iqref_min分别恢复为系统扰动发生前的基准值，使处理前进至步骤S21。

在步骤S21中将计数值Cnt1和计数值Cnt2恢复至初始值的0，结束图3的处理。

参照图4A和图4B，说明第1实施方式的效果。图4A是不如第1实施方式那样在扰动发生时执行使开关频率下降的控制的情况下(第1比较例)的系统电压Vs和电力转换部3的输出电流Ic的曲线图。图4B是根据第1实施方式在扰动发生时执行了使开关频率下降的控制的情况下的系统电压Vs和电力转换部3的输出电流Ic的曲线图。

参照图4A，对不执行第1实施方式的动作的情况下的动作进行说明。当在时刻t0发生系统扰动时，系统电压Vs下降。随之，电力转换部3通过控制部9的ACAVR控制，为了抑制系统电压Vs的下降，开始使供给至系统6的无效电力增加的控制。由于无效电力的增加，输出电流Ic也增加。但是，在时刻t1电力转换部3的输出电流Ic被限制为电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max0，由此，无效电力输出也被限制。

接着，参照图4B，对执行第1实施方式的控制的情况下的动作进行说明。当在时刻t0发生系统扰动时，开关频率运算部72检测出系统电压Vs的下降，开始使开关频率fsw下降的控制。然后，在从时刻t0起的Δt后的t1，完成开关频率fsw的下降以及电力转换部3的输出电流指令值的最大值Icref_max和最小值Icref_min的增加。由于与开关频率fsw的下降相应地，电力转换部3能够增大输出电流Ic的最大值，因此与图4A的情况相比，能够使供给的无效电力增加。其结果是，能够抑制系统扰动发生时的系统电压Vs的下降，能够通过电力系统稳定化体系提高系统扰动发生时的电源脱落防止效果。

图5说明第2比较例的控制方法。在该图5的例子中，用电流传感器等检测输出电流Ic，在检测出输出电流Ic，输出电流Ic达到了最大值Iref_max0的情况下，进行使开关频率fsw下降的控制。在该图5的例子的情况下，在时刻t0发生系统扰动，根据输出电流Ic的编号能够检测出系统扰动。但是，由于在时刻t0电力转换部3的输出电流Ic没有达到电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max0，因此使开关频率fsw下降的控制不被开始。之后，在时刻t1输出电流Ic达到最大值Icref_max0后，最大值从Icrefmax_0被转换为Icrefmax_1。与此对应地，在时刻t2进行使开关频率fsw从fsw0下降至fsw1的控制。

在进行该处理的情况下，从系统扰动的发生起，至进行开关频率fsw的下降的处理所需的期间Δt的长度(t0～t2)，被电力转换部3的输出电流Ic的最大值Icref_max0限制，与图4B的情况相比变长。因此，过电流能力增加与图4B的情况相比可能延迟。

与此相比，在第1实施方式(图4B)中，在检测到系统电压Vs的下降后使开关频率fsw下降。因此，从发生了系统扰动的时刻t0起，开关频率运算部72检测出系统电压Vs的下降，开始开关频率fsw的下降。因此，能够将直至电力转换部3的输出电流Ic达到电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max0为止的时间用于开关频率fsw的下降的处理。其结果是，与基于输出电流Ic的检测结果使开关频率fsw下降了的情况相比较，能够缩短从系统扰动发生起至开关频率下降完成为止的时间。由此，由于在系统扰动时能够从电力系统稳定化体系从系统更迅速地供给更多的无效电力，提高系统电压下降的抑制效果，能够提高电源的脱落防止效果。

＜第1实施方式的变形例＞

下面，参照图6～图8，对第1实施方式的几个变形例进行说明。

(第1变形例)

图6是对第1实施方式的第1变形例进行说明的曲线图。在第1实施方式中，以开关频率运算部72将开关频率fsw从基准值fsw0改变一个等级至fsw1的情况为例进行了说明。与此相比，第1变形例将开关频率fsw从基准值fsw0改变多个等级例如2等级(fsw1，fsw2)。

图6是对以多个层级改变开关频率的情况下的效果进行说明的曲线图。在该变形例中，除了设置第1实施方式的判断阈值Vac_fbth之外，还设置比它小的判断阈值Vac_fbth2，在从扰动信息选择部71输出的系统电压振幅Vac_fb’小于Vac_fbth2的情况下，使开关频率fsw下降至比开关频率fsw1低的开关频率fsw2。其结果是，能够与系统扰动的程度相应地设定开关频率fsw。当开关频率fsw被从fsw0设定为fsw1时，输出电流指令限制值Icref_max从基准值Icref_max0被改变为比它大的Icref_max1。进而在开关频率fsw被改变为更大的fsw2时，输出电流指令限制值Icref_max被改变为比Icref_max1大的Icref_max2。输出电流指令限制值Icref_max变得越大，在扰动发生时能够将更大的无效电流供给至系统6。这样，在系统扰动的程度小的情况下，能够抑制多余的开关元件的温度上升，另一方面，在系统扰动的程度大的情况下，能够使无效电力的供给量增加。即，能够进行与系统扰动的程度相应地应对。

(第2变形例)

图7是对第1实施方式的第2变形例进行说明的曲线图。在第1实施方式中，在系统扰动发生时使开关频率fsw下降，并使电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max增加，但是在第2变形例中，在这样的结构的基础上，随着电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max的增加，改变增加了的最大值的维持时间tlim。图7表示电力转换部3的输出电流指令的最大值的持续时间tlim与电力转换部3的输出电流指令限制值Icref_max的关系的一例。

例如，在系统扰动发生前(Vac_fb’≥Vac_fbth)，电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max被设定为Icref_max0，在Icref_max0中不设置维持时间tlim。换言之，在最大值为Icref_max0的情况下，维持时间tlim被设定为tlim0＝无限大(∞)。

另一方面，在系统扰动发生时，进行使电力转换部3的开关频率fsw下降的控制，并且使电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max从Icref_max0增加至Icref_max1或Icref_max2。此时，电力转换部3的输出电流指令的最大值越大，越大的输出电流流入电力转换部3，开关元件的结温的温度上升变快。

因此，在第2变形例中，输出电流指令的最大值Icref_max变得越大，越将维持时间tlim设定得短。在上述的例子中，在随着开关频率fsw的下降，电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max增加至Icref_max1或Icref_max2的情况下，与此相应地将维持时间tlim设定为作为有限值的tlim1，tlim2(＜tlim1)。

在经过维持时间tlim后，将开关频率fsw恢复至基准值(使开关频率fsw增加至基准值)，并且将电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max恢复至作为扰动发生前的值的Icref_max0。这样，在第2变形例中，通过设定维持时间tlim，能够在短时间内输出大的电流，能够避免电力转换部3的开关元件的故障，并且能够迅速地从系统扰动恢复。其中，电力转换部3的输出电流指令的最大值Icref_max与电力转换部3的输出电流指令的最大值的维持时间tlim的关系，能够事先存储在开关频率运算部72中。

此外，即使在根据最大值Icref_max将维持时间tlim如上述所述的那样决定了的情况下，也可以根据温度信息Tsw，不依赖于维持时间tlim地将开关频率fsw恢复至原来的值，并将最大值Icref_max恢复至原来的值Icref_max0。

如上所述，通过取得温度信息Tsw，能够设定更长的维持时间tlim。即，在根据事先存储的表示最大值Icref_max与维持时间tlim的关系的表决定持续时间tlim的情况下，必须设想开关元件的温度成为最高温度的最坏条件，因此必须将维持时间tlim设定得较短。通过直接测量、取得温度信息Tsw，能够将维持时间tlim设定得更长。

(第3变形例)

参照图8和图9，对第1实施方式的第3变形例进行说明。在第1实施方式中，作为系统扰动信息检测了系统电压Vs，但是在该第3变形例中，代替这个方式，或者在这个方式的基础上，取得系统6的电压的系统角频率ω作为系统扰动信息。

该第3变形例的整体结构与第1实施方式大致相同(图1)，控制部9的结构也除了PLL运算器54(图1)如图8那样构成的方式之外，与第1实施方式(图2)大致相同。在该第3变形例中，通过图8详细所示的PLL运算器54的结构，系统6的电压的系统角频率ω作为系统扰动信息被取得，该系统角频率ω被用于扰动发生时的开关频率fsw的控制。图8的PLL运算器54是用于检测系统6的系统角频率ω的变动的电路。PLL运算器54，作为一例，包括α-β转换器541，d-q转换器542，减法器543，PI控制器544，加法器545，积分器546，同步相位信号生成部547，548。

α-β转换器541根据系统电压Vsu，Vsv，Vsw计算系统电压的α成分Vsα和β成分Vsβ，将其输出至d-q转换器542。d-q转换器542根据α成分Vsα和β成分Vsβ计算系统电压的有效电流成分Vsd和无效电压成分Vsq。无效电压成分Vsq被输出至减法器543。

减法器543计算系统电压的无效电压成分指令Vsqref与无效电压成分Vsq之差，将其输出至PI控制器544。PI控制器544以使得无效电压成分指令Vsqref与无效电压成分Vsq之差消失的方式计算系统角频率的差Δω，将其输出至加法器545。加法器545计算作为基准系统角频率ω0与系统角频率的差Δω之和的系统角频率ω，将其输出至后述的加法器101(图9)。此外，积分器546和同步相位信号生成部547，548基于该系统角频率ω生成同步相位信号cosωt和sinωt。

参照图9，说明系统角频率ω的异常检测电路100’的结构例。该异常检测电路100’能够由加法器101、绝对值运算器102和比较器103构成。

加法器101将从图8的加法器545输出的系统角频率ω与基准角频率ω0之差Δω输出至绝对值运算器102。绝对值运算器102计算Δω的绝对值，将其输出至比较器103。比较器103判断Δω的绝对值是否大于系统角频率的异常阈值ωth。

在差Δω的绝对值大于异常阈值ωth的情况下，令系统角频率的异常判断信号ω_alarm为“1”，另一方面，在差Δω的绝对值为异常阈值ωth以下的情况下，令判断结果的ω_alarm为“0”。

参照图10的流程图，对该第3变形例中的动作进行说明。与第1实施方式(图3)的不同之处在于，在步骤S12’中，判断代替系统电压振幅Vac_fb’，基于系统角频率ω的异常判断信号ω_alarm是否为“1”。其他方式由于与图3相同，因为省略说明。其中，也能够同时采用基于系统电压振幅Vac_fb’的判断和基于系统角频率ω的判断。

[第2实施方式]

接着，对第2实施方式的电力系统稳定化体系进行说明。该第2实施方式的体系的整体结构与图1大致相同，因此省略图示。但是，在该第2实施方式的体系中，构成为控制部9执行虚拟同步发电机控制，这点与第1实施方式不同。

在第1实施方式中，在通常动作时，将用于使电力转换部3的输出与上级体系11的有效电力指令Pref及无效电力指令Qref一致的控制应用于控制部9，在系统扰动发生时，将该控制改变为抑制系统电压的下降的控制。与此相比，在第2实施方式中，在控制部9中应用虚拟同步发电机控制，在扰动发生时，进行控制部9对电力转换部3等的控制，使得图1的蓄电池1、直流电压平滑部2和电力转换部3等具有同步发电机所具有的同步功率。虚拟同步发电机和虚拟同步发电机控制，根据包括例如日本特开2014-168351在内的大量数的文献，是总所周知的，因此这里省略说明。

依照该虚拟同步发电机控制，在系统扰动发生时不仅向系统供给用于抑制系统电压下降的无效电力，还能够在系统电压恢复后供给用于抑制电源的摇摆的暂态有效电力。

在虚拟同步发电机控制的应用时，也与第1实施方式的控制同样，在系统扰动发生时为了抑制系统电压下降而供给无效电力时、以及在系统电压恢复后供给抑制系统的摇摆这样的暂态有效电力时，输出电力被限制为开关元件的额定电流值。

于是，通过在控制部9应用虚拟同步发电机控制时，也应用与第1实施方式同样的控制，在系统扰动发生时能够使开关元件的耐电流能力增加，能够使能够从电力系统稳定化体系供给的电力增加。此外，能够缩短从系统扰动发生起至电力转换装置结束开关元件的耐电流能力增加为止的时间。

[第3实施方式]

接着，参照图11，对第3实施方式的电力系统稳定化体系进行说明。图11所示的第3实施方式的电力系统稳定化体系是以风力发电机为电源的可再生能源发电体系。即，第3实施方式的电力系统稳定化体系是用风车18、发电机17和整流用电力转换部16置换第1实施方式和第2实施方式的蓄电池1(图1)而构成的。在该第3实施方式中，也能够与第1实施方式同样地在系统扰动发生时使开关元件的耐电流能力增加，能够使能够从可再生能源发电体系供给的电力增加。此外，能够缩短从系统扰动发生起至电力转换装置结束开关元件的耐电流能力增加为止的时间。

[第4实施方式]

接着，参照图12对本发明的第4实施方式进行说明。图12表示包括多个第1～第3实施方式的电力稳定化体系、可再生能源发电体系的综合型可再生能源发电体系的例子。

图12的综合型可再生能源发电体系15包括综合控制部13，该综合控制部13对多个电力系统稳定化体系(这里，作为一例图示了2个体系1000A，1000B)的电力转换部3的控制部9进行综合控制。综合控制部13将系统扰动时的开关频率的下降的有效无效的切换信号Sw_en1和来自体系的外部的电压检测器8E,8F的系统扰动信息输出至多个体系1000A，1000B。因此，各体系1000A，1000B不仅基于在体系1000A，1000B的内部得到的系统扰动信息，还基于体系1000A，1000B的外部的系统扰动信息，使电力系统稳定化功能动作，并且在系统扰动发生时，通过使开关频率fsw下降，并使电力转换部3的输出电流指令的最大值增加，能够提高电力系统稳定化功能。

此外，从多个体系1000A，1000B将各电力转换部3的开关元件的温度信息Tsw输入至综合控制部13。由此，综合控制部13能够按照各体系1000A，1000B的开关元件的温度状况，选择在系统扰动时使开关频率fsw下降使电力转换部3的输出电流指令的最大值增加的体系。例如，在存在根据过去的运行状态，开关元件的温度Tsw接近最大结温的状况的体系的情况下，仅在该体系在系统扰动发生时不改变开关频率fsw和电力转换部3的输出电流指令的最大值，由此能够防止该体系的开关元件的破坏。

此外，本发明不限定于上述的实施例，包括各种变形例。例如，上述实施例是为了容易理解本发明而进行详细地说明的内容，未必限定于具有说明的全部的结构的内容。另外，能够将某实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外，也能够在某实施例的结构中加入其他实施例的结构。另外，能够对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、删除、替换。

附图标记说明

1…蓄电池

2…直流电压平滑部

3…电力转换部

4…谐波滤波器

5…系统变压器

6…系统

7…电压检测器

8…电流检测器

9…控制部

10…外部输入装置

11…上级体系

13…综合控制部

15…综合型可再生能源发电体系

16…整流用电力转换部

17…发电机

18…风车

51…充电率运算器

52…输出电力限制值运算器

53…电力运算部

54…PLL运算器

55…α-β转换器

56…d-q转换器

57…乘法器

58…平方根运算部

59…系统电压振幅运算部

60A,60B……LPF

61…输出有效电力限制器

62…APR

63…指令值限制器

64…ACR

65…AQR

66…ACAVR

67…指令值限制器

68…反d-q转换器

69…反α-β转换器

70…PWM运算器

71…扰动信息选择部

72…开关频率运算部

544…PI控制器

546…积分器

547,548…同步相位信号生成部

77…加法器

78…减法器

79…减法器

80…加法器

81…减法器

82…减法器

83…加法器

543…减法器

545…加法器

86…减法器

87…AQR/ACAVR控制切换器

100…比较器

101…减法器

102…绝对值运算器

103…比较器。

Claims (15)

1.一种电力系统稳定化体系，其特征在于，包括：

将输入电力转换为交流电力的电力转换部；

控制所述电力转换部的控制部；和

检测电力系统的扰动，输出系统扰动信息的系统扰动检测部，

所述控制部基于所述系统扰动信息使所述电力转换部的开关频率下降。

2.如权利要求1所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述系统扰动检测部检测电力系统电压作为所述系统扰动信息。

3.如权利要求1所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述系统扰动检测部从外部接收所述系统扰动信息。

4.如权利要求3所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述系统扰动信息是电力系统电压。

5.如权利要求2或4所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述控制部在所述电力系统电压小于阈值时使所述电力转换部的开关频率下降。

6.如权利要求2或4所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述控制部在所述电力系统电压的频率小于阈值时使所述电力转换部的开关频率下降。

7.如权利要求1～6中任一项所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述控制部随着所述开关频率的下降，使所述电力转换部的输出电流的限制值从基准值增加。

8.如权利要求7所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述控制部将增加后的所述限制值维持规定的维持时间，在经过所述维持时间后，使所述限制值减小。

9.如权利要求7所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述控制部在构成所述电力转换部的开关元件的温度为阈值以上时，使所述输出电流的限制值下降。

10.如权利要求1所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述控制部基于由多个电压检测部检测出的多个电力系统电压的值中的至少1个，使所述电力转换部的开关频率下降。

11.如权利要求1～10中任一项所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

所述控制部应用虚拟同步发电机控制。

12.如权利要求1～11中任一项所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

包括外部输入部，其用于对系统扰动发生时的所述开关频率的下降的有效无效进行切换。

13.如权利要求1～12中任一项所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

包括外部输入部，其设定系统扰动发生时的所述开关频率的下降时的频率。

14.一种电力系统稳定化体系，其特征在于，包括：

多个电力系统稳定化体系；和

对所述多个电力系统稳定化体系进行综合控制的综合控制部，

所述多个电力系统稳定化体系中的各个包括：

将输入电力转换为交流电力的电力转换部；

控制所述电力转换部的控制部；和

根据由多个电压检测部检测出的电力系统电压检测电力系统的扰动，输出系统扰动信息的系统扰动检测部，

所述综合控制部基于有选择地采用在所述多个电压检测部中检测出的电力系统电压的结果，使设置于所述多个电力系统稳定化体系的多个所述电力转换部的开关频率下降。

15.如权利要求14所述的电力系统稳定化体系，其特征在于：

多个所述电力转换部中的各个电力转换部包括温度检测部，

所述综合控制部基于由所述多个电力转换部的各个所述温度检测部得到的温度信息，选择使开关频率下降的所述电力转换部。

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