TW201814999A - 電力變換裝置及電力變換方法 - Google Patents

電力變換裝置及電力變換方法 Download PDF

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菊池輝
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
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    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode

Abstract

本發明提供可信賴性高的電力變換裝置等。電力變換裝置（100），具備：把太陽電池陣列（E）的發電電力變換為交流電力的電力變換電路（10）、感知有無電力系統（F）之擾動的擾動感知部、根據電流指令值，控制電力變換電路（10）的控制部（40）、以及藉由擾動感知部感知電力系統（F）的擾動時起算在特定時間把電流指令值之實效值，設定為比電力系統（F）正常時更小之值的遮罩處理部。

Description

電力變換裝置及電力變換方法
[0001] 本發明係關於進行電力變換的電力變換裝置及電力變換方法。
[0002] 把分散型電源之發電電力供給至電力系統的電力調節器正在普及中。電力調節器，在電力系統產生擾動（電壓瞬降或三相不平衡等）的場合，具有從電力系統解聯分散型電源的保護機能，但多數分散型電源一齊解聯的話，有發生大規模停電的可能性。亦即，在系統聯繫規程（Grid Code）規定著應該設置即使在電力系統的擾動中也要繼續著電力調節器的運轉之FRT（Fault Ride Through，故障忍受）機能。作為關於這樣的FRT機能之技術，例如，已知有記載於專利文獻1的技術。 　　[0003] 亦即，於專利文獻1，記載著「求出由系統電源電壓的相位變化成分除去雜訊成分之補正相位變化成分，…根據FRT判定指標進行前述交流電力系統的擾動判定」。 [先前技術文獻] [專利文獻] 　　[0004] 　　[專利文獻1] 日本特開2016-32344號公報
[發明所欲解決之課題] 　　[0005] 然而，根據FRT機能開始處理之後，電力系統的擾動，加上切換往FRT機能之模式切換，多會使電力調節器的輸出電流變得過大。然而，在專利文獻1，並沒有記載供解決這樣的問題之技術。市場上需要可以遵循前述系統聯繫規程，可信賴性高的電力變換裝置。 　　[0006] 在此，本發明之課題在於提供可信賴性高的電力變換裝置等。 [供解決課題之手段] 　　[0007] 為了解決前述課題，相關於本發明之電力變換裝置，特徵為具備：把分散型電源的發電電力變換為交流電力，把前述交流電力輸出至電力系統的電力變換電路、根據前述電力系統的電壓，感知有無前述電力系統之擾動的擾動感知部、根據中介著前述電力變換電路輸出到前述電力系統的電流的指令值之電流指令值，控制前述電力變換電路的控制部、以及藉由前述擾動感知部感知前述電力系統的擾動時起算在第1特定時間執行把前述電流指令值之實效值，設定為比前述電力系統正常時更小之值的遮罩（mask）處理的遮罩處理部。 [發明之效果] 　　[0008] 根據本發明，可以提供可信賴性高的電力變換裝置等。
[0010] ≪第1實施型態≫ ＜電力變換裝置的構成＞ 　　圖1係包含相關於第1實施型態之電力變換裝置100的構成圖。 　　電力變換裝置100，把太陽電池陣列E（分散型電源）的發電電力變換為交流電力，將此交流電力輸出至電力系統F的電力調節器（Power Conditioning System:PCS）。 　　[0011] 如圖1所示，電力變換裝置100，具備：電力變換電路10、電壓檢測器20、電流檢測器30、控制部40、FRT處理部50。 　　電力變換電路10，是把太陽電池陣列E的發電電力（亦即直流電力）變換為交流電力，將此交流電力輸出至電力系統F的三相反相器（inverter）。 　　[0012] 圖2係包含電力變換裝置100的電力變換電路10之構成圖。 　　又，在圖2省略電壓檢測器20及電流檢測器30的圖示。 　　如圖2所示，電力變換電路10，具備電容器11、橋接電路12、電抗器13。 　　電容器11，是使橋接電路12的直流側的電壓平滑化之元件，其正極/負極被連接於太陽電池陣列E。又，亦可以是複數個電容器（未圖示）被串聯連接的構成。 　　[0013] 橋接電路12，為具備開關元件S1,S2的第1分支，與具備開關元件S3,S4的第2分支，與具備開關元件S5,S6的第3分支被並聯連接的構成。作為這樣的開關元件S1～S6，例如可以使用IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣閘極雙極電晶體）。 　　[0014] 如圖2所示，集極被連接於電容器11的正極的開關元件S1，與射極被連接於電容器11的負極的開關元件S2之連接點，中介著a相的電抗器13被連接於電力系統F（b相、c相也同樣）。 　　[0015] 此外，於開關元件S1～S6，分別有迴流二極體D逆並聯地連接著。接著，藉由從控制部40（參照圖1）對開關元件S1～S6之閘極輸出特定的PWM（脈衝寬度調變，Pulse Width Modulation）訊號，切換開關元件S1～S6之開與關。 　　[0016] 電抗器13，係除去開關元件S1～S6的開關雜訊者，分別被設置於電力系統F側的3相配線。 　　[0017] 圖1所示的電壓檢測器20，係檢測出電力系統的電壓v（例如a相/b相/c相之線間電壓）的感測器。電壓檢測器20的檢測值，被輸出到控制部40及FRT處理部50。 　　圖1所示的電流檢測器30，係檢測出電力系統的電流i（a相/b相/c相之分別的電流）的感測器。電流檢測器30的檢測值，被輸出到控制部40。 　　[0018] 圖1所示的控制部40，雖未圖示，但構成為包含CPU（Central Processing Unit，中央處理單元）、ROM（Read Only Memory，唯讀記憶體）、RAM（Random Access Memory，隨機存取記憶體）、各種介面等電子電路。接著，讀出被記憶於ROM的程式展開於RAM，而CPU執行各種處理。 　　[0019] 控制部40，根據從FRT處理部50輸入的電流指令值iM ＊ ，控制電力變換電路10（控制處理）。亦即，控制部40，根據電流指令值iM ＊ ，控制開關元件S1～S6（參照圖2）的開與關。又，前述電流指令值iM ＊ ，是透過電力變換電路10輸出至電力系統F的電流的指令值。 　　[0020] 圖3係電力變換裝置100具備的控制部40之機能方塊圖。 　　如圖3所示，控制部40，具備相位角特定部41、3相2軸變換部42、減算器43、PI控制部（Proportional Integral Controller）44、2軸3相變換部45、PWM訊號產生部46。 　　相位角特定部41，特定出藉由電壓檢測器20檢測出的電壓v的相位角。 　　[0021] 3相2軸變換部42，把藉由電流檢測器30（參照圖1）檢測出的3相（a相/b相/c相）之電流i，根據由相位角特定部41輸入的相位角，變換為旋轉坐標系之d軸/q軸的電流值。 　　減算器43，算出從FRT處理部50（參照圖1）輸入的電流指令值（在旋轉坐標系之電流指令值），與從3相2軸變換部42輸入的電流值之差分。 　　[0022] PI控制部44，根據從減算器43輸入的差分，根據PI控制，以使電流i接近於電流指令值iM ＊ 的方式算出d軸/q軸之電壓指令值。 　　2軸3相變換部45，把從PI控制部44輸入的d軸/q軸之電壓指令值，根據從相位角特定部41輸入的相位角，變換為a相/b相/c相之3相坐標系。 　　[0023] PWM訊號產生部46，根據從2軸3相變換部45輸入的3相坐標系的電壓指令值產生PWM訊號，將此PWM訊號輸出至開關元件S1～S6（參照圖2）的閘極。藉此，從太陽電池陣列E（參照圖1）輸入的直流電力，於電力變換裝置100被變換為特定的交流電力。 　　[0024] 圖1所示的FRT處理部50，具有於電力系統F之擾動中也繼續電力變換的機能。又，電力系統F之「擾動」，是指電力系統Ｆ之電壓的瞬間降低，或三相不平衡的狀態等。 　　[0025] 圖4係電力變換裝置100具備的FRT處理部50之機能方塊圖。 　　FRT處理部50，雖未圖示，但被構成為包含CPU、ROM、RAM、各種介面等電子電路，讀出被記憶於ROM的程式展開於RAM，而CPU執行各種處理。如圖4所示，FRT處理部50，具備擾動感知部51、最大電力控制部52、遮罩處理部53、記憶部54。 　　[0026] 擾動感知部51，根據藉由電壓檢測器20（參照圖1）檢測出的電力系統F的電壓v，使用以下之式（1），感之有無電力系統F之擾動（擾動感知處理）。又，式（1）所示的電壓vm （m=a,b,c），是藉由電壓檢測器20檢測出的三相的電壓。此外，特定值Vnormal ，是電力系統F正常時之式（1）左邊之值。k是比1還小的特定值。 　　[0027][0028] 式（1）成立的場合，擾動感知部51判定為「電力系統F有擾動」。總之，擾動感知部51，感知電力系統F的擾動。其後，式（1）變成不成立的場合，擾動感知部51判定為「電力系統F沒有擾動」。總之，擾動感知部51，感知電力系統F的擾動消失（回到正常）。又，根據擾動感知部51之判定處理，係以特定週期反覆進行。 　　[0029] 於記憶部54，電壓檢測器20/電流檢測器30（參照圖1）之檢測值等係對應於時刻而收容著。此外，於記憶部54，預先被記憶著在後述之「遮罩處理」使用的電流指令值（特定值i0 ）。 　　[0030] 最大電力控制部52，以最大限之有效電力被供給至電力系統F的方式，根據電壓檢測器20的檢測值（電壓v），算出電流指令值i＊ 。把這樣的處理稱為「最大電力控制」。更詳細地說，最大電力控制部52，在藉由擾動感知部51感知到電力系統F的擾動之後的「遮罩處理」，與感知到電力系統F的擾動消失之後的其他「遮罩處理」之間的期間，執行「最大電力控制」。 　　[0031] 又，「遮罩處理」是指無視於藉由最大電力控制部52算出的電流指令值i＊ ，改把電流指令值iM ＊ 之實效值，設定為比電力系統F正常時更小之值（特定值i0 ）之處理。 　　[0032] 遮罩處理部53，在藉由擾動感知部51感知到電力系統F的擾動之後，與感知到電力系統F的擾動消失之後，進行前述之「遮罩處理」。此處，簡單說明進行「遮罩處理」的意義等。電力系統F的擾動中，於電力系統F的電壓v，如以下式（2）所示，包含正相電壓v1 及逆相電壓v2 。 　　[0033][0034] 又，式（2）所示的正相電壓v1 ，為電力系統F的電壓v的正相成分。總之，正相電壓v1 ，是以與正常時之電力系統F的交流電壓同向進行相回轉之對稱的三相電壓。此外，V1 為正相電壓v1 的振幅，θ1 為正相電壓v1 的相位，ω為電力系統F之電壓v的角頻率。 　　[0035] 此外，式（2）所示的逆相電壓v2 ，為電力系統F的電壓v的逆相成分。總之，逆相電壓v2 ，是以與正常時之電力系統F的交流電壓反向進行相回轉之對稱的三相電壓。此外，V2 為逆相電壓v2 的振幅，θ2 為逆相電壓v2 的相位。亦即，於電力系統F正常時，逆相電壓v2 約為零，電力系統F之電壓v為約略等於正相電壓v1 之值。 　　[0036] 圖4所示的FRT處理部50，為了抑制倍諧波等的影響，進行以下式（3）、（4）所示之移動平均積分演算。亦即，FRT處理部50，根據式（3），算出正相電壓v1 的移動平均V1cal ，同時根據式（4），算出逆相電壓v2 的移動平均V2cal 。又，移動平均V1cal ，作為正相電壓v1 的振幅V1 的近似值使用，移動平均V2cal ，作為逆相電壓v2 的振幅V2 的近似值使用。 　　[0037][0038][0039] 式（3）、（4）之移動平均積分演算，係跨越角頻率2ω之1週期份（總之，是電力系統F的電壓v的半周期份）而時時刻刻進行的。亦即，電力系統F之擾動被感知時起，直到至少經過電壓v的半周期的時間為止，移動平均之值V1cal ,V2cal 多半不安定。 　　[0040] 同樣地，被感知到電力系統F回到正常時起，直到至少經過電力系統F的電壓v的半周期的時間為止，移動平均之值V1cal ,V2cal 多半不安定。簡單說，電力系統F的狀態由正常/擾動之一方變化為另一方之後，直到被算出相應的新的移動平均V1cal /移動平均V2cal 為止，需要特定的演算時間（電壓v之半周期）。 　　[0041] 圖14係顯示不進行遮罩處理之比較例之電力系統F的電壓、正相電壓v1 的振幅V1 、移動平均V1cal 、逆相電壓v2 的振幅V2 、以及移動平均V2cal 的變化之說明圖。 　　在圖14所示之例，由電力系統F發生擾動之時刻t11起，直到電力系統F回到正常的時刻t12為止，根據移動平均V1cal ,V2cal ，進行特定的電力變換。 　　[0042] 如圖14所示，由時刻t11起到經過特定時間Δtp為止，移動平均V1cal 與正相電壓v1 的振幅V1 不一致，此外，移動平均V2cal 與逆相電壓v2 的振幅V2 不一致。又，從電力系統F回到正常的時刻t12起經過特定時間Δtq也是相同的。 　　[0043] 假設，變動為不安定的移動平均V1cal ,V2cal ，直接被反映於電力變換裝置100的控制的話，會有往電力系統F之輸出電流i變得過大的可能。亦即，在本實施型態，電力系統F的狀態由正常/擾動之一方變化為另一方之後，以不出現過電流的方式進行著「遮罩處理」。 　　[0044] 圖5係遮罩處理部53之機能方塊圖。 　　如圖5所示，遮罩處理部53，具備低通濾波器53a、減算器53b、絕對值電路（Absolute value circuit:ABS）53c、比較器53d、訊號處理部53e。 　　又，於遮罩處理部53，除了顯示有無電力系統F的擾動之感知訊號以外，還被輸入電力系統F之正相電壓v1 的振幅V1 ，及逆相電壓v2 的振幅V2 。又，作為振幅V1 的近似值，使用前述之式（3）的移動平均V1cal ，作為振幅V2 的近似值，使用前述之式（4）的移動平均V2cal 。 　　[0045] 圖5所示的低通濾波器53a，係抽出包含於振幅V1 ,V2 的低頻成分，除去高頻成分之濾波器。 　　減算器53b，具有從正相電壓v1 的振幅V1 減去低通濾波器53a的輸出值（對應於振幅V1 ）的機能。此外，減算器53b，也具有從逆相電壓v2 的振幅V2 減去低通濾波器53a的輸出值（對應於振幅V2 ）的機能。 　　[0046] 絕對值電路53c，是取由減算器53b輸入之值的絕對值之電路。於此絕對值電路53c，算出特定時間之正相電壓v1 的振幅V1 的變動幅度，以及特定時間之逆相電壓v2 的振幅V2 的變動幅度。 　　[0047] 比較器53d，係分別針對振幅V1 ,V2 比較由絕對值電路53c輸入的振幅V1 ,V2 的變動幅度，與特定值Δvconst 之大小的電路。又，特定值Δvconst ,為判定電力系統F的電壓v是否安定（例如，即使三相不平衡，其狀態也繼續著）的判斷基準之閾值，預先被設定好。 　　[0048] 訊號處理部53e，具有根據比較器53d的比較結果，對控制部40（參照圖1）輸出特定的電流指令值iM ＊ 的機能。總之，訊號處理部53e，根據比較器53d的比較結果，選擇藉由最大電力控制部52（參照圖4）算出的電流指令值i＊ ，及被收容於記憶部54（參照圖4）的特定值i0 之中的一方。接著，訊號處理部53e，把選擇之值作為電流指令值iM ＊ 輸出至控制部40（參照圖1）。又，針對訊號處理部53e執行的處理將於稍後敘述。 　　[0049] ＜電力變換裝置的處理＞ 　　圖6係電力變換裝置100的FRT處理部50執行的處理之流程圖（可適當參照圖4）。 　　又，圖6之「START（開始）」時，電力系統F未產生擾動。 　　於步驟S101，FRT處理部50執行通常控制。又，所謂的「通常控制」，是電力系統F正常時所進行的控制。作為這樣的「通常控制」，例如可舉「登山法」。 　　[0050] 「登山法」，是特定出太陽電池陣列E之P-V特性（電力-電壓特性：圖9A所示的曲線g1）之極大點附近的發電電力之方法。更詳細地說，FRT處理部50，於太陽電池陣列E的P-V特性使動作點移動，使移動後的發電電力高於移動前的發電電力。藉此，特定出P-V特性的極大點附近的動作點。 　　[0051] 其次，於步驟S102，FRT處理部50根據前述之式（1），判定是否藉由擾動感知部51感知到電力系統F的擾動。未感知到電力系統F的擾動的場合（S102:No），FRT處理部50，繼續步驟S101之通常控制（「RETURN（返回）」）。另一方面，感知到電力系統F的擾動的場合（S102:Yes），FRT處理部50，前進到步驟S103。 　　[0052] 於步驟S103，FRT處理部50藉由遮罩處理部53執行「遮罩處理」。總之FRT處理部50把電流指令值iM ＊ 之實效值，設定為比電力系統F正常時更小之特定值i0 。此特定值i0 ，係為了抑制電力系統F的電流i過度變動之用的電流指令值，作為比較小的值被收容於記憶部54（參照圖4）。又，在本實施型態，作為一例，使特定值i0 為0［A］。如此，電力系統F之擾動被感知之後藉著把電流指令值iM ＊ 設定為特定值i0 ，可以防止電力系統F有過電流流過。 　　[0053] 於步驟S104，FRT處理部50，判定正相電壓v1 的振幅V1 之變動幅度，以及逆相電壓v2 之振幅V2 的變動幅度是否未滿特定值Δvconst 。 　　於步驟S104，振幅V1 的變動幅度未滿Δvconst ，且振幅V2 之變動幅度未滿Δvconst 的場合（S104:Yes）FRT處理部50的處理前進到步驟S105。亦即，即使電力系統F之擾動中，前述之移動平均V1cal ,V2cal （振幅V1 ,V2 之近似值）趨於安定時，FRT處理部50的處理前進到步驟S105。 　　[0054] 另一方面，於步驟S104，在滿足振幅V1 的變動幅度為特定值Δvconst 以上的條件，以及振幅V2 的變動幅度為特定值Δvconst 以上的條件之至少一個條件的場合（S104:No），FRT處理部50繼續步驟S103的遮罩處理。亦即，前述之移動平均V1cal ,V2cal （振幅V1 ,V2 之近似值）變動為不安定時，FRT處理部50繼續進行遮罩處理。 　　[0055] 圖7A係顯示電力系統F發生擾動時之正相電壓v1 的振幅V1 、逆相電壓v2 的振幅V2 、以及電流指令值iM ＊ （實效值）的變化之說明圖。 　　在圖7A所示之例，發生於時刻t1的電力系統F的擾動在時刻t2被感知，於時刻t2~t3進行遮罩處理。總之，藉由擾動感知部51使電力系統F的擾動被感知起算第1特定時間ΔtM1 進行遮罩處理。此第1特定時間ΔtM1 ，是電力系統F的正相電壓v1 的振幅V1 、及逆相電壓v2 的振幅V2 成為未滿特定值為止的時間。簡單說，電力系統F之擾動發生之後，直到藉由FRT處理部50（參照圖1）所算出的移動平均V1cal ,V2cal （亦即振幅V1 ,V2 ）安定下來為止，進行遮罩處理。 　　[0056] 此外，於步驟S104，振幅V1 ,V2 的變動幅度未滿Δvconst 的場合（S104:Yes），FRT處理部50的處理前進到步驟S105。 　　於步驟S105，FRT處理部50執行「最大電力控制」。又，「最大電力控制」是指對電力系統F輸出最大限度的有效電力之控制。 　　[0057] 圖8係FRT處理部50的最大電力控制部52執行的最大電力控制之流程圖。 　　於步驟S1051，最大電力控制部52，算出電力變換裝置100可以輸出的最大限度之有效電力Pmax 。以下說明此有效電力Pmax 之算出方法。 　　[0058] 由電力系統F輸出最大限度的有效電力Pmax 時，電壓v與電流i為同相位。在此場合，電流i使用正相電壓v1 /逆相電壓v2 ，以下列式（5）表示。又，i1 為電力系統F的電流i的正相成分之正相電流。又，i2 為電力系統F的電流i的逆相成分之逆相電流。此外，K1 ,K2 為特定的係數。 　　[0059][0060] 根據前述之式（5），由電力變換裝置100輸出的平均有效電力P，以下列式（6）表示。 　　[0061][0062] 此外，一般而言，於電力系統F之擾動時，正相電壓v1 的振幅V1 比逆相電壓v2 的振幅V2 更充分地大（參照圖7A）。亦即，式（6）之係數K1 代入特定之上限值Imax ，藉由於係數K2 代入零，導出以下之式（7）。又，上限值Imax ，為電力變換裝置100可輸出的最大限度的電流值，預先被收容於記憶部54（參照圖4）。 　　[0063][0064] 其次，於圖8之步驟S1052，最大電力控制部52算出太陽電池陣列E之發電能力PMPPT 。此發電能力PMPPT ，根據前述之「登山法」算出。亦即，最大電力控制部52，把太陽電池陣列E之P-V特性（電力-電壓特性：圖9A所示的曲線g1）之極大點附近的發電電力，算出作為發電能力PMPPT 。 　　[0065] 於步驟S1053，最大電力控制部52，判定太陽電池陣列E之發電能力PMPPT 是否為最大限度的有效電力Pmax 以上。換句話說，最大電力控制部52，比較太陽電池陣列E之P-V特性之極大點附近的發電電力（發電能力PMPPT ），與可以中介著電力變換電路10對電力系統F輸出的最大限度有效電力Pmax 之大小。發電能力PMPPT 大於最大限度有效電力Pmax 的場合（S1053:Yes），最大電力控制部52的處理前進到步驟S1054。 　　於步驟S1054，最大電力控制部52執行MP模式。 　　[0066] 圖9A係電力變換裝置100之MP模式之說明圖。 　　圖9A的橫軸為太陽電池陣列E的兩端的電壓，縱軸為電力。圖9A所示的往上凸的曲線g1，為太陽電池陣列E的P-V特性。又，圖9A僅為一例，太陽電池陣列E的P-V特性會隨著日照量/溫度/使用年數等而改變。於「登山法」，最大電力控制部52，特定出對應於此曲線g1的極大點的發電能力PMPPT （S1052）。 　　[0067] 接著，如圖9A所示，太陽電池陣列E的發電能力PMPPT 為有效電力Pmax 以上的場合（S1053:Yes），對應於有效電力Pmax 的電流指令值i＊ ，作為電流指令值iM ＊ 輸出至控制部40（參照圖4）。此為步驟S1054之「MP模式」。藉此，可以把最大限度的有效電力Pmax 供給至電力系統F。此外，可以防止對電力系統F供給超過有效電力Pmax 的電力，從而抑制太陽電池陣列E的端子間電壓的降低。 　　[0068] 此外，於步驟S1054之「MP模式」，最大電力控制部52如以下式（8）所示，係數K1代入上限值Imax （實效值），係數K2代入零。 　　[0069][0070] 總之，最大電力控制部52把電流指令值iM ＊ 之實效值設定為上限值Imax 。又，如式（5）所示，電流指令值iM ＊ 之角頻率，與電壓v之角頻率ω相同。此外，電流指令值iM ＊ ，與正相電壓v1 同相位。 　　[0071] 此外，於圖8之步驟S1053，太陽電池陣列E之發電能力PMPPT 未滿最大限度之有效電力Pmax 的場合（S1053:No），最大電力控制部52的處理前進到步驟S1055。 　　於步驟S1055，最大電力控制部52執行MC模式。 　　[0072] 圖9B係電力變換裝置100之MC模式之說明圖。 　　如圖9B所示，太陽電池陣列E的發電能力PMPPT 為未滿有效電力Pmax 的場合（S1053:No），對應於發電能力PMPPT 的電流指令值i＊ ，作為電流指令值iM ＊ 輸出至控制部40（參照圖4）。此為步驟S1055之「MC模式」。藉此，約略等於太陽電池陣列E的發電能力PMPPT 的有效電力，中介著電力變換裝置100供給至電力系統F。 　　[0073] 此外，於步驟S1055之「MC模式」，最大電力控制部52如以下式（9）所示，係數K1代入（PMPPT /V1 ），係數K2代入零。 　　[0074][0075] 總之，最大電力控制部52，設定（PMPPT /V1 ）為電流指令值iM ＊ 之實效值。又，如式（5）所示，電流指令值iM ＊ 之角頻率，與電壓v之角頻率ω相同。此外，電流指令值iM ＊ ，與正相電壓v1 同相位。 　　[0076] 進行步驟S1054或S1055之處理後，最大電力控制部52之處理回到「START」（「RETURN」）。如此進行，最大電力控制部52反覆進行一連串之最大電力控制（S105:參照圖6）。 　　[0077] 再度回到圖6繼續說明。 　　於步驟S106，FRT處理部50，根據前述之式（1），判定是否藉由擾動感知部51感知到電力系統F的擾動消失。總之，FRT處理部50，判定三相交流的電壓v是否回到正常。 　　[0078] 未感知到電力系統F的擾動消失的場合（S106:No），FRT處理部50，繼續步驟S105之最大電力控制。另一方面，感知到電力系統F的擾動消失的場合（S106:Yes），FRT處理部50，前進到步驟S107。 　　[0079] 於步驟S107，FRT處理部50藉由遮罩處理部53執行「遮罩處理」。總之，FRT處理部50把電流指令值iM ＊ 之實效值，設定為比電力系統F正常時更小之值（圖4所示的特定值i0 的實效值:例如0［A］）。如此，電力系統F之擾動消失之後藉著把電流指令值iM ＊ 設定為特定值i0 ，可以防止電力系統F有過電流流過。 　　[0080] 於步驟S108，FRT處理部50，判定正相電壓v1 的振幅V1 之變動幅度，以及逆相電壓v2 之振幅V2 的變動幅度是否未滿特定值Δvconst 。 　　振幅V1 的變動幅度未滿Δvconst ，且振幅V2 之變動幅度未滿Δvconst 的場合（S108:Yes），FRT處理部50的處理回到「START」（「RETURN」）。總之，電力系統F回到正常後，前述之移動平均V1cal ,V2cal （振幅V1 ,V2 之近似值）趨於安定時，FRT處理部50，再度進行步驟S101之通常控制。 　　[0081] 另一方面，於步驟S108，在滿足振幅V1 的變動幅度為特定值Δvconst 以上的條件，以及振幅V2 的變動幅度為特定值Δvconst 以上的條件之至少一個條件的場合（S108:No），FRT處理部50繼續步驟S107的遮罩處理。亦即，前述之移動平均V1cal ,V2cal （振幅V1 ,V2 之近似值）變動為不安定時，FRT處理部50繼續進行遮罩處理。 　　[0082] 圖7B係顯示電力系統F的擾動消失時之正相電壓v1 的振幅V1 、逆相電壓v2 的振幅V2 、以及電流指令值 iM ＊ （實效值）的變化之說明圖。 　　在圖7B所示之例，於時刻t4電力系統F的擾動消失，於時刻t5被感知，於時刻t5～t6進行遮罩處理。總之，藉由擾動感知部51感知到電力系統F的擾動消失起算第2特定時間ΔtM ２ 進行遮罩處理。此第2特定時間ΔtM ２ ，是電力系統F的正相電壓v1 的振幅V1 、及逆相電壓v2 的振幅V2 成為未滿特定值為止的時間。 　　[0083] 又，第2特定時間ΔtM2 ，亦可與前述第1特定時間ΔtM1 （參照圖7A）相同，此外，亦可為與第1特定時間ΔtM1 不同的值。 　　[0084] ＜效果＞ 　　根據第1實施型態，在電力系統F的擾動被感知之後，或者在電力系統F回到正常被感知到之後進行遮罩處理。藉此，防止根據不適切的（例如，其實效值過剩地大）電流指令值iM ＊ 之電力變換，從而可以防止電力系統F流通著過電流。 　　[0085] 圖10係顯示第1實施型態之電力系統F的電壓、由電力變換裝置100往電力系統F之輸出電流、以及供給至電力系統F的有效電力的變化之說明圖。 　　又，圖10之輸出電流或有效電力之虛線，是不進行遮罩處理的場合之比較例。 　　[0086] 在圖10所示之例，發生於時刻t21的電力系統F的擾動在時刻t22被感知，於時刻t22~t23進行遮罩處理。此外，於時刻t24電力系統F的擾動消失，此在時刻t25被感知，於時刻t25～t26進行遮罩處理。又，在時刻t23～t25之期間，進行最大電力控制。 　　[0087] 在圖10所示之例，於進行遮罩處理的期間，電流指令值IM ＊ （實效值）被設定為零。結果，遮罩處理開始之後起輸出電流降低至零，此外，往電力系統F之有效電力降低至零。如此，即使有效電力暫時變為零，也因為其後切換為最大電力控制的緣故，對於電力系統F幾乎沒有不良影響。 　　[0088] 又，在圖10所示之例，不進行遮罩處理的比較例（虛線）的輸出電流比較小，但隨著場合不同，亦有此輸出電流變得過大的情形。相對於此，在本實施型態，電力系統F的狀態由正常/擾動之一方變化為另一方之後才進行遮罩處理，所以可防止往電力系統F的輸出電流變得過大。 　　[0089] ≪第2實施型態≫ 　　第2實施型態，在最大電力控制之電流指令值i＊ 的算出方法與第1實施型態不同，但其他方面（電力變換裝置100的構成等：參照圖1～圖5）與第1實施型態相同。亦即，說明與第1實施型態不同的部分而針對重複部分省略說明。 　　[0090] 圖11係FRT處理部50的最大電力控制部52執行的最大電力控制之流程圖。又，與第1實施型態（參照圖8）相同的處理，賦予相同的步驟編號。 　　於步驟S1051a，最大電力控制部52，算出最大有效電力PmaxZPR 。以下說明此最大有效電力PmaxZPR 之算出方法。 　　[0091] 如前所述，電力系統F的擾動中，於電力系統F的電壓v，包含著逆相電壓v2 （參照式（2））。亦即，中介著電力變換裝置100供給至電力系統F的有效電力P，多會以電壓v的基本頻率（ω/2π）為基準，包含其2倍頻率（ω/π）的漣波（參照式（2）～（4）、式（6））。假使在有效電力P含有大的漣波的話，於連接在電力系統F的其他發電廠（未圖示），在發電機（未圖示）的軸有招致扭轉應力的可能性。此外，於有效電力P含有漣波的話，電力變換裝置100的直流側的電壓會變動，有對最大電力控制之追隨動作產生不良影響的可能性。亦即，有效電力P的漣波以越小越好。 　　[0092] 此外，如在第1實施型態所說明的，式（3）的移動平均V1cal 約略一致於正相電壓v1 的振幅V1 ，此外，式（4）的移動平均V2cal 約略一致於正相電壓v2 的振幅V2 。亦即，根據式（3）、（4）的算出結果及式（5）之正相電流i1 /逆相電流i2 ，有效電力P的漣波以下列式（10）表示。 　　[0093][0094] 為了減低有效電力P的漣波，最大電力控制部52，根據後述之第1條件及第2條件，算出最大有效電力PmaxZPR 。又，最大有效電力PmaxZPR ，是由太陽電池陣列E中介著電力變換電路10往電力系統F輸出的有效電力的閾值。 　　[0095] 第1條件，是由太陽電池陣列E中介著電力變換電路10往電力系統F輸出的有效電力P的漣波等於零的條件。此以下列式（11）表示。 　　[0096][0097] 第2條件，是電力系統F之電流ia ,ib ,ic （瞬間值）之峰值的最大值等於特定值的條件。此特定值，是可由太陽電池陣列E中介著電力變換電路10往電力系統F輸出的電流的上限值Imax 以下之值，預先被設定好。在第2實施型態，如以下式（12）所示，使電流ia ,ib ,ic （瞬間值）的峰值的最大值等於上限值Imax 。又，式（12）之「＾」，表示三相電流Imax 之分別的峰值。 　　[0098][0099] 根據以式（11）表示的第1條件，及以式（12）表示的第2條件，算出最大有效電力PmaxZPR 。此外，也算出給定最大有效電力PmaxZPR 的係數K1 ,K2 （以下記載為K1PmaxZPR ,K2PmaxZPR ）。 　　[0100] 於圖11之步驟S1052，最大電力控制部52算出太陽電池陣列E之發電能力PMPPT 。 　　[0101] 於步驟S1053a，最大電力控制部52，判定太陽電池陣列E之發電能力PMPPT 是否為最大有效電力PmaxZPR 以上。太陽電池陣列E之發電能力PMPPT 大於最大有效電力PmaxZPR 的場合（S1053a:Yes），最大電力控制部52的處理前進到步驟S1054a。 　　於步驟S1054a，最大電力控制部52執行MP模式。 　　[0102] 圖12A係電力變換裝置100之MP模式之說明圖。 　　如圖12A所示，太陽電池陣列E的發電能力PMPPT 為最大有效電力PmaxZPR 以上的場合（S1053a:Yes），對應於最大有效電力PmaxZPR 的電流指令值i＊ ，作為電流指令值iM ＊ 輸出至控制部40。此為步驟S1054a之「MP模式」。 　　[0103] 於此「MP模式」，最大電力控制部52如以下式（13）所示，設定係數K1 ,K2 。根據此係數K1 ,K2 ，及在第1實施型態說明的式（5）算出電流指令值i＊ ，對電力系統F供給最大有效電力PmaxZPR 。 　　[0104][0105] 另一方面，於步驟S1053a，太陽電池陣列E之發電能力PMPPT 未滿最大有效電力PmaxZPR 的場合（S1053a:No），最大電力控制部52的處理前進到步驟S1055a。 　　於步驟S1055a，最大電力控制部52執行MC模式。 　　[0106] 圖12B係電力變換裝置100之MC模式之說明圖。 　　如圖12B所示，太陽電池陣列E的發電能力PMPPT 為未滿最大有效電力PmaxZPR 的場合（S1053a:No），對應於太陽電池陣列E的發電能力PMPPT 的電流指令值i＊ ，作為電流指令值iM ＊ 輸出至控制部40。此為步驟S1055a之「MC模式」。 　　[0107] 於此「MC模式」，最大電力控制部52以滿足以下式（14）所示的方式，設定係數K1 ,K2 。 　　[0108][0109] 根據此式（14），關於係數K1 ,K2 導出以下式（15）。根據此係數K1 ,K2 及在第1實施型態說明之式（5）算出電流指令值i＊ ，約略等於太陽電池陣列E的發電能力PMPPT 的有效電力，中介著電力變換裝置100供給至電力系統F。 　　[0110][0111] ＜效果＞ 　　根據第2實施型態的話，最大電力控制之執行中，可以抑制被供給至電力系統F的有效電力的漣波。總之，因為可以對電力系統F安定地供給有效電力，可以抑制於連接在電力系統F的其他發電廠（未圖示），在發電機（未圖示）的軸之扭轉應力。此外，適切地進行根據最大電力控制之追隨動作。 　　[0112] 圖13係顯示第2實施型態之電力系統F的電壓、由電力變換裝置100往電力系統F之輸出電流、以及供給至電力系統F的有效電力的變化之說明圖。 　　又，圖13之輸出電流或有效電力之虛線，是不進行遮罩處理的場合之比較例。 　　[0113] 在圖13所示之例，發生於時刻t31的電力系統F的擾動在時刻t32被感知，於時刻t32~t33進行遮罩處理。此外，於時刻t34電力系統F的擾動消失，此在時刻t35被感知，於時刻t35～t36進行遮罩處理。又，在時刻t33～t35之期間，進行最大電力控制。 　　[0114] 如圖13所示，在進行最大電力控制的時刻t33～t35之期間，與第1實施型態（圖10之時刻t23～t25的期間）相比，抑制了有效電力的漣波，對電力系統F安定地供給有效電力。 　　[0115] ≪變形例≫ 　　以上，藉由各實施型態說明了相關於本發明的電力變換裝置100，但本發明並不限於這些記載，可以進行種種的變更。 　　此外，在各實施型態，針對振幅V1 ,V2 的變動幅度直到未滿特定值Δvconst 為止進行遮罩處理的場合進行說明（參照圖7A、圖7B），但是不以此為限。亦即，電力系統F的擾動感知後進行遮罩處理的「第1特定時間」，以及感知到電力系統F之擾動消失起進行遮罩處理的「第2特定時間」，亦可為固定值而預先設定。於此場合，「第1特定時間」及「第2特定時間」，設定為電力系統F正常時之電力系統F的電壓v的半周期以上的時間。這是為了確保前述的移動平均V1cal ,V2cal 之演算週期。 　　[0116] 此外，在各實施型態，針對由電力系統F的擾動被感知起，直到振幅V1 ,V2 的變動幅度未滿特定值Δvconst 為止進行遮罩處理的場合進行說明，但是不以此為限。亦即，直到振幅V1 ,V2 之中至少一方的振幅的變動值未滿特定值Δvconst 為止，執行遮罩處理亦可。因為正相電壓v1 的振幅V1 ，及逆相電壓v2 的振幅V2 之中的一方變動時，另一方多半也在變動。 　　[0117] 此外，在各實施型態，針對電力系統F由擾動/正常之一方變化為另一方之後進行遮罩處理的場合進行說明，但是不以此為限。例如，在電力系統F發生擾動之後進行遮罩處理，在電力系統F回到正常之後不進行遮罩處理亦可。 　　[0118] 此外，在各實施型態，說明了遮罩處理中的電流指令值iM ＊ 之特定值i0 設定為零的場合，但不以此為限。亦即，比零還大的特定值i0 ，預先記憶於記憶部54亦可。 　　[0119] 此外，在各實施型態，說明了於遮罩處理中，也藉由最大電力控制部52反覆進行電流指令值i*之算出的場合，但不以此為限。亦即，遮罩處理中，FRT處理部50，亦可停止根據最大電力控制部52之電流指令值i*之算出處理。即使如此，也達成與各實施型態相同的效果。 　　[0120] 此外，在各實施型態，針對在通常控制（S101:參照圖6）或最大電力控制（S105:參照同圖），FRT處理部50進行「登山法」的場合來說明，但是不以此為限。亦即，FRT處理部50亦可進行「掃描法」等其他習知的方法。又，所謂「掃描法」，是使太陽電池陣列E之P-V特性之動作點在特定的電壓範圍內移動，特定出達到發電電力的最大值之動作點的方法。藉此，即使太陽電池陣列E之P-V特性存在著複數個極大點的場合，也可以把最大限度的發電電力供給至電力系統F。 　　[0121] 此外，各實施型態，除了太陽光發電用的PCS以外，也可以適用於風力方電用的PCS。又，風力發電用的PCS，具備把風力發電機（分散型電源）的發電電力（交流電力）變換為直流電力的轉換器（未圖示），以及把從轉換器輸入的直流電力變換為特定的交流電力，將此交流電力輸出至電力系統F的反相器（未圖示）。 　　[0122] 此外，在各實施型態，把控制部40及FRT處理部50分別記載，但是把這些構成為一個控制器亦可。 　　[0123] 此外，在第2實施型態，作為前述之「第2條件」，說明了電力系統F之電流ia ,ib ,ic （瞬間值）的峰值的最大值等於特定值（上限值Imax ）的場合，但不限於此。亦即，作為「第2條件」，亦可為電力系統F的電流（例如電流ia ）的瞬間值的峰值等於特定值。 　　[0124] 此外，各實施型態係為了使本發明易於了解而進行了詳細記載者，但並不限定於具備先前說明的全部構成。此外，針對實施型態的構成的一部分，進行其他構成的追加、削除、置換是可能的。此外，前述之機構或構成僅為說明上認為必要者而已，不限於製品上一定要有的所有機構或構成。
[0125]
100‧‧‧電力變換裝置
10‧‧‧電力變換電路
20‧‧‧電壓檢測器
30‧‧‧電流檢測器
40‧‧‧控制部
50‧‧‧FRT處理部
51‧‧‧擾動感知部
52‧‧‧最大電力控制部
53‧‧‧遮罩處理部
54‧‧‧記憶部
E‧‧‧太陽電池陣列（分散型電源）
F‧‧‧電力系統
[0009] 　　圖1係包含相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置的構成圖。 　　圖2係相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置具備的電力變換電路的構成圖。 　　圖3係相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置具備的控制部之機能方塊圖。 　　圖4係相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置具備的FRT處理部之機能方塊圖。 　　圖5係相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置具備的遮罩處理部之機能方塊圖。 　　圖6係相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置的FRT處理部執行的處理之流程圖。 　　圖7A係於本發明之第1實施型態，顯示電力系統發生擾動時之正相電壓v1 的振幅V1 、逆相電壓v2 的振幅V2 、以及電流指令值iM ＊ 的變化之說明圖。 　　圖7B係於本發明之第1實施型態，顯示電力系統的擾動消失時之正相電壓v1 的振幅V1 、逆相電壓v2 的振幅V2 、以及電流指令值iM ＊ 的變化之說明圖。 　　圖8係相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置的FRT處理部具備的最大電力控制部執行的最大電力控制之流程圖。 　　圖9A係包含相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置的MP模式之說明圖，圖9B係包含相關於本發明之第1實施型態之電力變換裝置的MC模式之說明圖。 　　圖10係於本發明之第1實施型態，顯示電力系統的電壓、由電力變換裝置往電力系統之輸出電流、以及供給至電力系統的有效電力的變化之說明圖。 　　圖11係相關於本發明之第2實施型態之電力變換裝置的FRT處理部具備的最大電力控制部執行的最大電力控制之流程圖。 　　圖12A係包含相關於本發明之第2實施型態之電力變換裝置的MP模式之說明圖，圖12B係包含相關於本發明之第2實施型態之電力變換裝置的MC模式之說明圖。 　　圖13係於本發明之第2實施型態，顯示電力系統的電壓、由電力變換裝置往電力系統之輸出電流、以及供給至電力系統的有效電力的變化之說明圖。 　　圖14係顯示不進行遮罩處理之比較例之電力系統的電壓、正相電壓v1 的振幅V1 、移動平均V1cal 、逆相電壓v2 的振幅V2 、以及移動平均V2cal 的變化之說明圖。

Claims (8)

  1. 一種電力變換裝置，其特徵為 　　具備：把分散型電源的發電電力變換為交流電力，把前述交流電力輸出至電力系統的電力變換電路、 　　根據前述電力系統的電壓，感知有無前述電力系統之擾動的擾動感知部、根據中介著前述電力變換電路輸出到前述電力系統的電流的指令值之電流指令值，控制前述電力變換電路的控制部、以及 　　藉由前述擾動感知部感知前述電力系統的擾動時起算在第１特定時間執行把前述電流指令值之實效值，設定為比前述電力系統正常時更小之值的遮罩（mask）處理的遮罩處理部。
  2. 如申請專利範圍第1項之電力變換裝置，其中 　　前述第1特定時間，是前述電力系統的電壓的正相成分之正相電壓，以及前述電力系統的電壓之逆向成分之逆向電壓之中，至少一方的振幅的變動幅度變成未滿特定值為止的時間。
  3. 如申請專利範圍第1項之電力變換裝置，其中 　　前述遮罩處理部，在藉由前述擾動感知部感知到前述電力系統的擾動消失時起第2特定時間，執行把前述電流指令值之實效值，設定為比前述電力系統正常時更小之值的其他遮罩處理。
  4. 如申請專利範圍第3項之電力變換裝置，其中 　　前述第2特定時間，是前述電力系統的電壓的正相成分之正相電壓，以及前述電力系統的電壓之逆向成分之逆向電壓之中，至少一方的振幅的變動幅度變成未滿特定值為止的時間。
  5. 如申請專利範圍第3項之電力變換裝置，其中 　　前述分散型電源為太陽電池陣列， 　　具備在藉由前述擾動感知部感知到前述電力系統的擾動之後的前述遮罩處理，以及感知到前述電力系統的擾動消失之後之前述其他遮罩處理之間的期間，執行最大電力控制的最大電力控制部； 　　前述最大電力控制部， 　　比較前述太陽電池陣列的電力－電壓特性之極大點附近的發電電力，與可中介著前述電力變換電路輸出至前述電力系統的最大限度的有效電力之大小， 　　在前述極大點附近的發電電力為前述最大限度有效電力以上的場合，把對應於前述最大限度之有效電力之前述電流指令值輸出至前述控制部， 　　在前述極大點附近的發電電力為未滿前述最大限度有效電力的場合，把對應於前述極大點附近的發電電力之前述電流指令值輸出至前述控制部。
  6. 如申請專利範圍第3項之電力變換裝置，其中 　　前述分散型電源為太陽電池陣列， 　　具備在藉由前述擾動感知部感知到前述電力系統的擾動之後的前述遮罩處理，以及感知到前述電力系統的擾動消失之後之前述其他遮罩處理之間的期間，執行最大電力控制的最大電力控制部； 　　前述最大電力控制部， 　　根據由前述太陽電池陣列中介著前述電力變換電路輸出至前述電力系統的有效電力的漣波等於零的第1條件，與 　　前述電力系統的電流的瞬間值之峰值等於特定值之第2條件，來算出由前述太陽電池陣列中介著前述電力變換電路輸出至前述電力系統的有效電力的閾值， 　　在前述太陽電池陣列的電力-電壓特性之極大點附近的發電電力為前述閾值以上的場合，把對應於前述閾值之前述電流指令值輸出至前述控制部， 　　在前述極大點附近的發電電力為未滿前述閾值的場合，把對應於前述極大點附近的發電電力之前述電流指令值輸出至前述控制部。
  7. 如申請專利範圍第3項之電力變換裝置，其中 　　前述第1特定時間及前述第2特定時間，為前述電力系統正常時之前述電力系統的電壓的半周期以上的時間。
  8. 一種電力變換方法，係把分散型電源的發電電力變換為交流電力，把前述交流電力輸出至電力系統的電力變換電路之電力變換方法，其特徵為包含： 　　根據前述電力系統的電壓，感知有無前述電力系統之擾動的擾動感知處理、 　　根據中介著前述電力變換電路輸出到前述電力系統的電流的指令值之電流指令值，控制前述電力變換電路的控制處理、以及 　　藉由前述擾動感知部感知前述電力系統的擾動時起算在第1特定時間把前述電流指令值之實效值，設定為比前述電力系統正常時更小之值的遮罩（mask）處理。
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