DE112016006265T5

DE112016006265T5 - Elektroenergie-umwandlungseinrichtung und elektroenergie-umwandlungssystem

Info

Publication number: DE112016006265T5
Application number: DE112016006265.6T
Authority: DE
Inventors: Takahiro Kato; Yu KAWAI; Kenji Fujiwara; Kikuo Izumi; Tatsuya Okuda
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-01-20
Filing date: 2016-11-16
Publication date: 2018-10-04
Also published as: US10256747B2; CN108575107A; WO2017126205A1; JP6490249B2; US20180358907A1; JPWO2017126205A1; CN108575107B

Abstract

In einer Steuerungseinheit (10) zur Treibersteuerung einer Schaltelementeinheit (2) jeder Energie-Umwandlungseinrichtung (21) berechnet eine Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit (12) einen Korrekturwert, der dem Spannungsabfall infolge der Impedanz zwischen der Schaltelementeinheit (2) und der Filterspule (3) entspricht. Eine Spannungsbefehl-Korrektureinheit (13) korrigiert einen Spannungsbefehl, der mittels der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit (11) erzeugt wird, unter Verwendung des Korrekturwerts. Daher wird für eine Energie-Umwandlungseinrichtung (21), die eine kleine Ausgangsimpedanz aufweist, eine Korrektur durchgeführt, so dass die Ausgangsimpedanz erhöht wird, und eine PLL-Einheit (15) verändert die Frequenz gemäß der Wirkleistung, die aus der Ausgangsspannung und dem Ausgangsstrom der Energie-Umwandlungseinrichtung (21) berechnet wird, so dass die Leistungszuweisungen vereinheitlicht werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Umwandlungseinrichtung und ein Energie-Umwandlungssystem. Sie betrifft insbesondere eine Technologie zur Parallelbetrieb-Steuerung, wobei eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen parallel betrieben wird, während Lastzuweisungen an die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen vereinheitlicht werden.
Stand der Technik
In einem Energie-Umwandlungssystem, in welchem eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen parallel betrieben werden, um einer Last Energie zuzuführen, gibt es eine Variation unter den Ausgangsimpedanzen beim Herstellen der Energie-Umwandlungseinrichtungen, selbst wenn die Energie-Umwandlungseinrichtungen die gleichen Spezifikationen haben. Daher tritt eine Variation auch bei den Lastzuweisungen zur Zeit einer Last-Einschaltspitze auf, und zwar infolge der Variation unter den Ausgangsimpedanzen.
Um das Auftreten von Variationen bei den Lastzuweisungen zu unterbinden, wie oben beschrieben, gibt es ein herkömmliches Verfahren, bei welchem Folgendes gilt: Wenn eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen betrieben werden, während sie parallel geschaltet sind, stellt jede Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß einer aktiven Komponente ihres eigenen Ausgangsstroms oder ihrer eigenen Ausgangs-Wirkleistung eine Referenzphase der Ausgangsspannung ein, um die aktive Komponente ihres eigenen Ausgangsstroms oder ihre eigene Ausgangs-Wirkleistung zu verringern.
Es sei angemerkt, dass ein Synchrongenerator ebenfalls solch eine Abfallcharakteristik oder Schrägcharakteristik (droop) aufweist und die Abfallcharakteristik eine der Charakteristiken beim Parallelbetrieb einer Mehrzahl von Stromgeneratoren in einem Stromnetz ist.
Beispielsweise offenbart das Patentdokument 1 das folgende Parallelbetrieb-System. Eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen stellt jeweils eine Referenzphase ihrer eigenen Ausgangsspannung und die Amplitude der Ausgangsspannung gemäß ihrem eigenen Ausgangsstrom ein, so dass sie die Ausgangsleistungen der Energie-Umwandlungseinrichtungen ausgleicht, die parallel betrieben werden. Außerdem wird angenommen, dass ein Widerstand in Reihe zwischen einer Last und einem harmonischen Filter angeordnet ist, das mit dem Ausgangsende von jeder Energie-Umwandlungseinrichtung verbunden ist, es wird ein Spannungsabfall infolge des virtuellen Widerstand aus dem Ausgangsstrom berechnet, und der Spannungsabfall wird von einem Spannungsbefehl subtrahiert, so dass die Resonanz zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen unterbunden wird.
Selbst wenn die Leitungsimpedanzen zwischen der Last und den jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen unterschiedlich sind, kann demzufolge eine gleiche Zuweisung für eine nichtlineare Last, wie z. B. eine Gleichrichter-Last durchgeführt werden, und jede Energie-Umwandlungseinrichtung kann stabil einen parallelen Betrieb durchführen.
Das Patentdokument 2 offenbart, dass in einem komplexen Energie-Erzeugungssystem, wie z. B. einem Mikronetz jede Energie-Umwandlungseinrichtung als ein Stromgenerator angesehen wird, der einen Befehl für interne elektromotorische Spannung und eine Impedanz aufweist, und eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen stellt jeweils eine Referenzphase ihrer eigenen Ausgangsspannung gemäß ihrer eigenen Ausgangs-Wirkleistung ein, und sie stellt den Befehl für interne elektromotorische Spannung gemäß ihrer eigenen Ausgangs-Blindleistung ein, so dass die Ausgangsleistungen der Energie-Umwandlungseinrichtungen ausgeglichen werden, die parallel betrieben werden.
Ferner haben die Energie-Umwandlungseinrichtungen eine Stromsteuerung, und wenn eine virtuelle interne Impedanz zwischen eine Energieversorgung der gemessenen Spannung und eine Energieversorgung der internen elektromotorischen Spannung geschaltet wird, so wird der Wert des Stroms, der durch die interne Impedanz fließt, als ein Befehlswert für den Ausgangsstrom ausgegeben.
Literaturverzeichnis
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanisches Patent JP 5 217 397 B2
Patentdokument 2: Internationale Veröffentlichung WO 2013/008413 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
In dem parallel betriebenen System aus den Energie-Umwandlungseinrichtungen, das in dem oben genannten Patentdokument 1 offenbart ist, gilt Folgendes: Da die Abfallcharakteristik zwischen dem aktiven Strom bzw. Wirkstrom und der Phase verwendet wird, muss jede Energie-Umwandlungseinrichtung eine aktive Komponente ihres eigenen Ausgangsstroms detektieren. Allgemein gilt: Um eine aktive Komponente bzw. Wirkkomponente des Ausgangsstroms zu detektieren, ist es notwendig, den Ausgangsstrom mit einem Sinuswellensignal als Referenz zu vergleichen. Demzufolge wird in dem Patentdokument 1 die aktive Komponente des Ausgangsstroms durch Vergleich zwischen dem Ausgangsstrom und einer Referenzphase der Ausgangsspannung detektiert.
Der Zeitraum von einer Periode oder länger der Ausgangsspannung wird jedoch zum Detektieren der aktiven Komponente des Ausgangsstroms benötigt. Daher besteht ein Problem darin, dass es unmöglich ist, die Ausgangsleistungen der Energie-Umwandlungseinrichtungen zu vereinheitlichen, wenn eine plötzliche Leistungsänderung infolge einer Lastvariation bzw. Lastschwankung oder dergleichen auftritt.
Das heißt, wenn eine plötzliche Leistungsänderung infolge einer Lastvariation bzw. Lastschwankung oder dergleichen auftritt, wird die Zuweisung gemäß der Ausgangsimpedanz jeder Energie-Umwandlungseinrichtung bestimmt. Infolge der Variation der Ausgangsimpedanzen der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen tritt daher eine Variation auch bei plötzlichen Leistungszuweisungen auf. Falls die Ausgangsleistungen nicht ausgeglichen werden können, wird dann die Leistungszuweisung an die Energie-Umwandlungseinrichtung mit einer kleinen Ausgangsimpedanz zu groß, so dass die Einrichtung beispielsweise unterbrochen werden kann.
In dem parallel betriebenen System aus den Energie-Umwandlungseinrichtungen, das in dem oben genannten Patentdokument 2 offenbart ist, gilt Folgendes: Da eine Abfallcharakteristik zwischen der Wirkleistung und der Phase verwendet wird, muss jede Energie-Umwandlungseinrichtung ihre eigene Ausgangs-Wirkleistung detektieren. Auch in diesem Fall wird ein Zeitraum von einer Periode oder länger der Ausgangsspannung zum Detektieren der Ausgangs-Wirkleistung benötigt. Daher besteht wie in dem Patentdokument 1 das Problem, dass es unmöglich ist, die Ausgangsleistungen der Energie-Umwandlungseinrichtung zu vereinheitlichen, wenn eine plötzliche Leistungsänderung auftritt.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um die obigen Probleme zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energie-Umwandlungseinrichtung und ein Energie-Umwandlungssystem anzugeben, bei welchen, während eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen parallel betrieben werden, um einer Last Energie zuzuführen, die zugewiesenen Leistungen vereinheitlicht werden können, selbst wenn eine plötzliche Leistungsänderung auftritt.
Lösung der Probleme
Eine Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Schaltelementeinheit zum Konvertieren der Spannung einer DC-Energieversorgung, die extern verbunden ist, in eine Spannung, die einem Spannungsbefehl entspricht, um einer Last AC-Energie zuzuführen; und die Energie-Umwandlungseinrichtung weist Folgendes auf: eine Filterspule und einen Filterkondensator zum Glätten des Ausgangs der Schaltelementeinheit; eine Ausgangsspule, die zwischen der Last und dem Filterkondensator angeordnet ist; eine Spulenstrom-Detektionseinheit zum Detektieren eines Spulenstroms, der durch die Filterspule fließt; eine Ausgangsspannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Ausgangsspannung der Energie-Umwandlungseinrichtung; eine Ausgangsstrom-Detektionseinheit zum Detektieren des Stroms, der durch die Ausgangsspule fließt, als Ausgangsstrom; und eine Steuerungseinheit zum Treiber-Steuern der Schaltelementeinheit auf der Basis der Detektion von Ausgaben aus der Spulenstrom-Detektionseinheit, der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit und der ausgangsstrom-Detektionseinheit.
Die Steuerungseinheit weist Folgendes auf: eine Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit zum Erzeugen des Spannungsbefehls zum Steuern der Ausgangsspannung der Energie-Umwandlungseinrichtung, eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines PWM-Signals zum Treiben der Schaltelementeinheit auf der Basis des Spannungsbefehls, und eine PLL-Einheit zum Verändern der Frequenz der Ausgangsspannung gemäß der Wirkleistung, die auf der Basis der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms berechnet wird.
Die Steuerungseinheit weist ferner Folgendes auf: eine Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Spannungsbefehl-Korrekturwerts auf der Basis des Spulenstroms, und eine Spannungsbefehl-Korrektureinheit, die den Spannungsbefehl gemäß dem Spannungsbefehl-Korrekturwert korrigiert und den korrigierten Spannungsbefehl an die PWM-Signal-Erzeugungseinheit ausgibt.
Ein Energie-Umwandlungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung weist die Mehrzahl von den obigen Energie-Umwandlungseinrichtungen auf, und die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen werden parallel betrieben, um einer Last AC-Energie zuzuführen.
Wirkung der Erfindung
Bei der Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Spannungsbefehl-Korrekturwert auf der Basis des Spulenstroms berechnet, um den Spannungsbefehl zu korrigieren, und demzufolge kann die Ausgangsimpedanz der Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß dem Spulenstrom eingestellt werden. Für den Fall, dass eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen parallel betrieben werden, um einer Last Energie zuzuführen, wird eine Variation unter den Ausgangsimpedanzen infolge einer Variation unter den Impedanzen der Filterspulen der Energie-Umwandlungseinrichtungen unterbunden. Demzufolge wird selbst dann, wenn eine plötzliche Leistungsänderung auftritt, die Konzentration der Leistungszuweisung verhindert, und die Leistungszuweisungen an die Energie-Umwandlungseinrichtungen können so verbessert werden, dass sie vereinheitlicht sind.
Außerdem wird in dem Energie-Umwandlungssystem, in welchem die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen parallel betrieben werden, um einer Last Energie zuzuführen, eine Variation unter den Ausgangsimpedanzen der Energie-Umwandlungseinrichtungen unterbunden, und demzufolge können dann, wenn eine plötzliche Leistungsänderung auftritt, die Ausgangsleistungen der Energie-Umwandlungseinrichtungen vereinheitlicht werden, und es kann eine stabile Steuerung mit hoher Zuverlässigkeit erreicht werden.
Figurenliste

1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das das gesamte Energie-Umwandlungssystem gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Konfigurationsdiagramm, das das gesamte Energie-Umwandlungssystem in einem weiteren Beispiel gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Konfigurationsdiagramm, das die Konfiguration einer Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration einer Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit zeigt, die in einer Steuerungseinheit gemäß 3 enthalten ist.
5 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Befehlgebers für effektive Spannung zeigt, der in einer Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit gemäß 4 enthalten ist.
6 veranschaulicht einen Effektivspannungsbefehl, der aus dem Befehlgeber für effektive Spannung gemäß 5 ausgegeben wird.
7 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Blindleistungsrechners zeigt, der im Befehlgeber für effektive Spannung gemäß 5 enthalten ist.
8 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Sinuswellenspannungs-Messgeräts zeigt, das im Blindleistungsrechner gemäß 7 enthalten ist.
9 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Kosinuswellenspannungs-Messgeräts zeigt, das im Blindleistungsrechner gemäß 7 enthalten ist.
10 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Sinuswellenstrom-Messgeräts zeigt, das im Blindleistungsrechner gemäß 7 enthalten ist.
11 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Kosinuswellenstrom-Messgeräts zeigt, das im Blindleistungsrechner gemäß 7 enthalten ist.
12 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Effektivwert-Berechners zeigt, der in der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit gemäß 4 enthalten ist.
13 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration einer Spannungssteuerung zeigt, die in der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit gemäß 4 enthalten ist.
14 zeigt einen virtuellen Widerstand und eine virtuelle Induktivität in der Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration einer PWM-Signal-Erzeugungseinheit zeigt, die in der Steuerungseinheit gemäß 3 enthalten ist.
16 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der PWM-Signal-Erzeugungseinheit gemäß 15 veranschaulicht.
17 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration einer PLL-Einheit zeigt, die in der Steuerungseinheit gemäß 3 enthalten ist.
18 veranschaulicht einen Frequenzbefehl, der in der PLL-Einheit gemäß 17 erzeugt wird.
19 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Wirkleistungsrechners zeigt, der in der PLL-Einheit gemäß 17 enthalten ist.
20 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration eines Veränderungs-Begrenzers zeigt, der in der PLL-Einheit gemäß 17 enthalten ist.
21 ist ein Zeitdiagramm, das den parallelen Betrieb der Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
22 ist ein Zeitdiagramm, das den parallelen Betrieb einer Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen in einem Vergleichsbeispiel zeigt.
23 veranschaulicht die Induktivitätsverringerung einer Filterspule in der Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
24 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
25 zeigt einen virtuellen Widerstand und eine virtuelle Induktivität in der Energie-Umwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsform 1
1 ist ein Konfigurationsdiagramm, das das gesamte Energie-Umwandlungssystem gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
Das Energie-Umwandlungssystem in der vorliegenden Ausführungsform 1 hat eine Konfiguration, bei welcher die zwei Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b parallel betrieben werden, und die DC-Spannungen werden von der DC-Energieversorgung 60 den jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b zugeführt. Die Ausgaben der zwei Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b werden synthetisiert und einer AC-Last 61 zugeführt.
Hierbei wird die DC-Energieversorgung 60 gemeinsam für die zwei Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b verwendet. Wie in 2 gezeigt, können die DC-Energieversorgungen 60a, 60b jedoch auch einzeln mit den jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b verbunden sein. Außerdem führen hier die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b gleichermaßen die AC-Leistungen der AC-Last 61 zu.
Bei dem Energie-Umwandlungssystem der vorliegenden Ausführungsform 1 beträgt die Anzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b, die parallel betrieben werden, zwei. Bei der vorliegenden Erfindung ist jedoch die Anzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen, die parallel betrieben werden, nicht auf zwei beschränkt, und sie kann auch drei oder mehr betragen. Obwohl nur zwei Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b parallele Vorgänge durchführen bzw. parallel betrieben werden, ist es bei der vorliegenden Erfindung möglich, parallele Vorgänge mit einer Einrichtung durchzuführen, die eine Abfallcharakteristik (Droop-Charakteristik) einer Frequenz in Hinblick auf die Ausgangsleistung hat, wie z. B. einem Stromgenerator.
3 ist ein Diagramm, das die Konfiguration einer Energie-Umwandlungseinrichtung zeigt, die auf das Energie-Umwandlungssystem gemäß 1 und 2 angewendet wird. Hier haben die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b, die in 1 und 2 gezeigt sind, im Wesentlichen die gleiche Konfiguration. Solange nicht die jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b spezifisch unterschieden werden, sind sie daher gemeinsam mit dem Bezugszeichen 21 versehen, d. h. sie werden als Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 bezeichnet.
Wie in 3 gezeigt, weist die Energie-Umwandlungseinrichtung 21 Folgendes auf: einen Buskondensator 200, eine Schaltelementeinheit 2, eine Filterspule 3, einen Filterkondensator 4, eine Ausgangsspule 5, eine Spulenstrom-Detektionseinheit 6, eine Ausgangsspannungs-Detektionseinheit 7, eine Ausgangsstrom-Detektionseinheit 8, eine Steuerungseinheit 10, einen Eingangsanschluss 1 und einen Ausgangsanschluss 9.
Der Buskondensator 200 ist parallel zwischen den Eingangsanschluss 1 und die Schaltelementeinheit 2 geschaltet, und die andere Seite der Schaltelementeinheit 2 ist mit der Filterspule 3 verbunden. Die Filterspule 3 und die Ausgangsspule 5 sind in Reihe zwischen die Schaltelementeinheit 2 und den Ausgangsanschluss 9 geschaltet, und der Filterkondensator 4 ist parallel zwischen die Filterspule 3 und die Ausgangsspule 5 geschaltet.
Für den Buskondensator 200 kann der Kapazitätswert so gewählt werden, dass die Spannung des Buskondensators 200 nicht kleiner wird als eine vorbestimmte Spannung, wenn sich die Ausgabe der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 scharf verändert. Hierbei ist die vorbestimmte Spannung die Spannung des Buskondensators 200, die es erlaubt, dass die Energie-Umwandlungseinrichtung 21 eine normale Spannung ausgibt (wenn beispielsweise die Ausgangsspannung der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 einen Wert von 200 Vrms hat, ist die vorbestimmte Spannung ungefähr 283 V, was der Amplitude der Ausgangsspannung entspricht).
Für die Filterspule 3 und den Filterkondensator 4 können der Induktivitätswert und der Kapazitätswert so ausgewählt werden, dass die harmonischen Komponenten der Spannung, die von der Schaltelementeinheit 2 auf der Basis der Spannung der externen DC-Energieversorgung 60 gepulst werden, so verringert werden, dass ein Spannungssignal erhalten wird, das eine vorbestimmte Frequenzkomponente aufweist. Hierbei ist die vorbestimmte Frequenzkomponente in einem Frequenzbereich (beispielsweise 50 Hz oder 60 Hz) eines Stromnetzes.
Für die Ausgangsspule 5 kann der Kapazitätswert so ausgewählt werden, dass die harmonischen Komponenten des Ausgangsstroms der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 unterbunden werden. Hierbei sind die harmonischen Komponenten solche Komponenten, die ungefähr eine Frequenz haben, bei welcher die Schaltelementeinheit 2 einen Schaltvorgang durchführt.
Die Spulenstrom-Detektionseinheit 6 ist zwischen die Schaltelementeinheit 2 und die Filterspule 3 geschaltet und detektiert den Strom, der durch den Filterkondensator 3 fließt. Die Ausgangsspannungs-Detektionseinheit 7 dient zum Detektieren der Spannung, die aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird, und gemäß 3 ist sie parallel zum Filterkondensator 4 geschaltet. In diesem Fall gilt Folgendes: Wenn der Spannungsabfall infolge der Ausgangsspule 5 als klein betrachtet wird, wird die Spannung des Filterkondensators 4 als die Spannung betrachtet, die aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird. Die Ausgangsstrom-Detektionseinheit 8 dient zum Detektieren des Stroms, der aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird, und gemäß 3 ist sie zwischen den Filterkondensator 4 und die Ausgangsspule 5 geschaltet und detektiert den Strom, der durch die Ausgangsspule 5 fließt, als Ausgangsstrom.
Es sei Folgendes angemerkt: Da die Spulenstrom-Detektionseinheit 6 zum Detektieren des Stroms dient, der durch den Filterkondensator 3 fließt, kann die Spulenstrom-Detektionseinheit 6 zwischen die Filterspule 3 und den Filterkondensator 4 geschaltet sein. Außerdem gilt Folgendes: Da die Ausgangsstrom-Detektionseinheit 8 zum Detektieren des Stroms dient, der aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird, kann die Ausgangsstrom-Detektionseinheit 8 zwischen die Ausgangsspule 5 und den Ausgangsanschluss 9 geschaltet sein.
Ferner kann die Ausgangsspannungs-Detektionseinheit 7 auf Seiten des Ausgangsanschlusses 9 der Ausgangsspule 5 angeschlossen sein.
Gemäß 3 gilt Folgendes: IL ist der Spulenstrom (nachfolgend als Spulenstrom I, Spulenstrom oder IL bezeichnet, wie angemessen), der von der Spulenstrom-Detektionseinheit 6 detektiert wird; Vc ist die Ausgangsspannung (nachfolgend auch als Ausgangsspannung Vc, Ausgangsspannung oder Vc bezeichnet), die von der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit 7 detektiert wird; Io ist der Ausgangsstrom (nachfolgend auch als Ausgangsstrom Io, Ausgangsstrom oder Io bezeichnet), der von der Ausgangsstrom-Detektionseinheit 8 detektiert wird; S1 und S2 sind PWM-Signale, die von einer PWM-Signalerzeugungseinheit 14 (Pulsweitenmodulation) ausgegeben werden; φ ist eine interne Phase, die von einer PLL-Einheit 15 ausgegeben wird; VL* bezeichnet einen Korrekturwert, der aus einer Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 ausgegeben wird; Vref ist ein Spannungsbefehl, der aus einer Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 ausgegeben wird; und Vref* ist ein korrigierter Spannungsbefehl, der aus einer Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 ausgegeben wird. Im Folgenden werden die Einzelheiten jeder Komponente beschrieben, die die Energie-Umwandlungseinrichtung 21 bilden.
Die Schaltelementeinheit 2 konvertiert eine Spannung der externen DC-Energieversorgung 60, die an den Eingangsanschluss 1 angeschlossen ist, in eine Spannung, entsprechend dem Spannungsbefehl.
Die Schaltelementeinheit 2 ist als ein Einphasen-Wechselrichter ausgebildet, der aus vier Halbleiter-Schaltelementen 201 bis 204 gebildet ist, so dass er eine Vollbrücken-Konfiguration hat, wobei ein erster Schenkel und ein zweiter Schenkel parallelgeschaltet sind. Der erste Schenkel wird gebildet, indem das Halbleiter-Schaltelement 201 eines oberen Zweigs und das Halbleiter-Schaltelement 202 eines unteren Zweigs miteinander in Reihe geschaltet werden, und der zweite Schenkel wird gebildet, indem das Halbleiter-Schaltelement 203 eines oberen Zweigs und das Halbleiter-Schaltelement 204 eines unteren Zweigs miteinander in Reihe geschaltet werden. Als das Halbleiter-Schaltelement 201 bis 204 werden beispielsweise IGBTs oder MOSFETs verwendet, zu welchen Dioden antiparallel geschaltet sind.
Die Halbleiter-Schaltelemente 201 bis 204 werden ein- oder ausgeschaltet, und zwar gemäß den PWM-Signalen S1, S2, die von der Steuerungseinheit 10 ausgegeben werden, so dass die Spannung der DC-Energieversorgung 60, die aus dem Eingangsanschluss 1 ausgegeben wird, in eine Pulsform gebracht wird. Genauer gesagt: Die Halbleiter-Schaltelemente 201, 204 werden von dem PWM-Signal S1 ein- oder ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schaltelemente 202, 203 werden von dem PWM-Signal S2 eingeschaltet oder ausgeschaltet.
Hier ist der Fall gezeigt, in welchem die Schaltelementeinheit 2 als ein Einphasen-Wechselrichter gebildet ist und die Energie einer einphasigen AC-Last 61 zuführt. Die Schaltelementeinheit 2 kann jedoch auch als Dreiphasen-Wechselrichter ausgebildet sein und dreiphasige AC-Energie einer dreiphasigen Last zuführen.
Die Pulsspannung, die aus der Schaltelementeinheit 2 ausgegeben wird, geht durch die Filterspule 3, den Filterkondensator 4 und die Ausgangsspule 5, die zwischen der Schaltelementeinheit 2 und dem Ausgangsanschluss 9 angeordnet sind, so dass sie in eine Sinuswellenform gebracht wird.
Die Steuerungseinheit 10 empfängt die Detektionssignale IL, Vc, Io von den Detektionseinheiten 6, 7, 8, und gibt die PWM-Signale S1, S2 zum Treiber-Steuern der Schaltelementeinheit 2 aus. Die Steuerungseinheit 10 weist Folgendes auf: Die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11, die Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12, die Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13, die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 14 und die PLL-Einheit 15 (Phase Locked Loop). In diesem Fall kann die interne Konfiguration der Steuerungseinheit 10 in Hardware oder in Software implementiert sein.
Ferner kann die interne Konfiguration der Steuerungseinheit 10 durch eine Kombination von Hardware und Software implementiert sein. Im Folgenden werden die Einzelheiten aller Komponenten beschrieben, die die Steuerungseinheit 10 bilden. Hier wird der Fall beschrieben, in welchem PWM-Signale mittels bipolarer Modulation erzeugt werden. Ohne Einschränkung darauf kann jedoch auch ein anderes PWM-Signal-Erzeugungsverfahren verwendet werden, das eine unipolare Modulation oder dergleichen verwendet.
4 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 zeigt, die in der Steuerungseinheit 10 enthalten ist.
Die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 empfängt die Ausgangsspannung Vc, den Ausgangsstrom Io und eine interne Phase φ, und sie gibt einen Spannungsbefehl Vref zum Steuern der Ausgangsspannung Vc der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 aus. Die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 weist Folgendes auf: einen Befehlgeber 30 für effektive Spannung, einen Effektivwert-Berechner (RMS) 31, einen Subtrahierer 32, eine Spannungssteuerung 33, einen Multiplizierer 34, einen Verstärker (K) 300, einen Sinuswellengenerator (SIN) 301, einen Kosinuswellengenerator (COS) 302 und einen Addierer 303.
Die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 dient zum Korrigieren einer stationären Spannungs-Effektivwertvariation infolge der Filterspule 3, der Ausgangsspule 5 und der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12. Außerdem hat für den Querstrom der Blindleistung infolge des Spannungsamplitudenfehlers zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 auch die Funktion, die Spannungsamplitude einzustellen, so dass der Querstrom der Blindleistung unterbunden wird.
Gemäß 4 ist Vr* ein Effektivspannungsbefehl, der aus dem Befehlgeber 30 für effektive Spannung ausgegeben wird, und Vcrms ist ein Spannungs-Effektivwert, der aus dem Effektivwert-Berechner 31 ausgegeben wird und dem Effektivwert der Ausgangsspannung Vc entspricht. Außerdem ist ΔVrms ein Fehler des Spannungs-Effektivwerts Vcrms aus dem Effektivspannungsbefehl Vr*, ΔVr* ist eine Steuergröße, die aus der Spannungssteuerung 33 ausgegeben wird, Vrefrms ist der Effektivwert des Spannungsbefehls Vref, und Va ist die Amplitude des Spannungsbefehls Vref.
Der Sinuswellengenerator 301 empfängt die interne Phase φ und gibt eine Sinuswelle sin φ aus. Der Kosinuswellengenerator 302 empfängt die interne Phase φ und gibt eine Kosinuswelle cos φ aus.
Der Befehlgeber 30 für effektive Spannung empfängt den Ausgangsstrom Io, die Ausgangsspannung Vc, die Sinuswelle sin φ und die Kosinuswelle cos φ, und er gibt den Effektivspannungsbefehl Vr* als ein Steuerungsziel für die Ausgangsspannung Vc der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 aus.
Der Effektivwert-Berechner 31 empfängt die Ausgangsspannung Vc und gibt den Spannungs-Effektivwert Vcrms der Ausgangsspannung Vc aus.
Der Subtrahierer 32 subtrahiert den Spannungs-Effektivwert Vcrms, der aus dem Effektivwert-Berechner 31 ausgegeben wird, vom Effektivspannungsbefehl Vr*, so dass ein Fehler ΔVrms (= Vr* - Vcrms) ausgegeben wird.
Die Spannungssteuerung 33 empfängt den Fehler ΔVrms und führt eine Steuerungsberechnung aus, so dass sich der Fehler ΔVrms dem Wert 0 annähert, so dass die Steuergröße ΔVr* ausgegeben wird. Die Spannungssteuerung 33 dient zum Korrigieren des Effektiv-werts der Spannung, die aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird. Genauer gesagt, korrigiert sie den Fehler der Ausgangsspannung, der infolge des Spannungsabfalls der Filterspule 3 auftritt.
In diesem Fall korrigiert die Spannungs-steuerung 33 den Spannungsfehler in einem stationären Zustand, wenn ein ausreichender Zeitraum seit einer scharfen Laständerung vergangen ist, so dass sie den Effektivwert der Spannung steuert, der aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird.
Die Spannungssteuerung 33 ist beispielsweise so konfiguriert, dass sie eine Proportionalsteuerung durchführt, oder konfiguriert, indem eine Proportionalsteuerung und ein Tiefpassfilter in Reihe geschaltet sind. Falls die Spannungssteuerung 33 ein integrales Element hat, gilt Folgendes: Wenn die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 parallele Vorgänge durchführen und sich unterschiedliche Detektionsfehler auf den Ausgangsspannungs-Detektionseinheiten 7 der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 überlagern, konvergiert der Fehler ΔVrms, der in die Spannungssteuerung 33 jeder Energie-Umwandlungseinrichtung 21 eingegeben wird, nicht gegen 0, und der Integralwert der Spannungssteuerung 33 könnte weiter steigen. Falls die Spannungssteuerung 33 die Steuerungskonfiguration verwendet, die das integrale Element nicht aufweist, wie oben beschrieben, wird daher der Steuerungsfehler infolge des integralen Elements beseitigt.
Der Addierer 303 summiert den Effektivspannungsbefehl Vr* aus dem Befehlgeber 30 für effektive Spannung und die Steuergröße ΔVr* aus der Spannungssteuerung 33 auf, so dass der Effektivspannungsbefehl Vr* korrigiert wird, so dass der Effektivwert Vrefrms des Spannungsbefehls Vref ausgegeben wird (Vrefrms = Vr* + ΔV*).
Der Verstärker 300 empfängt den Effektivwert Vrefrms des Spannungsbefehls Vref und multipliziert den Effektivwert Vrefrms mit √2, was eine Verstärkung zur Umwandlung in die Spannungsamplitude ist, so dass er eine Amplitude Va des Spannungsbefehls Vref ausgibt (Va = Vrefrms × √2).
Der Multiplizierer 34 multipliziert die Amplitude Va und die Sinuswelle sin φ, so dass er den Spannungsbefehl Vref ausgibt.
5 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Befehlgebers 30 für effektive Spannung zeigt, der in der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 enthalten ist. Es sei angemerkt, dass eine „Grundwelle“, die wenn es zweckmäßig ist, in der folgenden Beschreibung verwendet wird, eine Komponente bezeichnet, die die gleiche Frequenz hat wie die Frequenz der internen Phase φ der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 (beispielsweise bezeichnet die Blindleistung einer Grundwelle die Blindleistung einer Komponente mit der gleichen Frequenz wie diejenige der internen Phase φ).
Der Befehlgeber 30 für effektive Spannung empfängt den Ausgangsstrom Io, die Ausgangsspannung Vc, die Sinuswelle sin φ und die Kosinuswelle cos φ, und er gibt den Effektivspannungsbefehl Vr* für die Ausgangsspannung Vc der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 aus, wie oben beschreiben.
Der Befehlgeber 30 für effektive Spannung weist einen Blindleistungsrechner 320, einen Abfallcharakteristik-Rechner 321, einen Referenzspannungs-Befehlgeber 322 und einen Addierer 323 auf.
Gemäß 5 ist Q die Grundwellen-Blindleistung, Vr ist ein Referenz-Effektivwert, der der Effektivwert der Referenzspannung ist, und ΔVr ist ein Korrekturwert für den Referenz-Effektivwert Vr. Es sei angemerkt, dass der Referenz-Effektivwert Vr der Effektivwert der Referenzspannung ist, die zwischen der Mehrzahl von parallel betriebenen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 gemeinsam ist, und als Referenz-Effektivwert Vr wird der Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 ein gemeinsamer konstanter Wert eingegeben.
Der Blindleistungsrechner 320 empfängt den Ausgangsstrom Io, die Ausgangsspannung Vc, die Kosinuswelle cos φ und die Sinuswelle sin φ und gibt die Grundwellen-Blindleistung Q aus, die von der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird. Die Grundwellen-Blindleistung Q ist die Blindleistung einer Komponente mit der Frequenz der internen Phase φ, und sie ist in der Ausgabe der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 enthalten.
Bei der Berechnung der Grundwellen-Blindleistung Q reicht es aus, dass die Polarität und die Stärke der Blindleistung berechnet werden kann, die eine spezifische Frequenz aufweist. Wie mittels des folgenden Ausdrucks (1) gezeigt, wird hier die Grundwellen-Blindleistung Q aus dem Ergebnis einer diskreten Fourier-Transformation der Ausgangsspannung Vc und des Ausgangsstroms Io hinsichtlich der Komponente der internen Phase φ berechnet.
[Mathematischer Ausdruck 1] $\begin{array}{l} V c s i n = \frac{T c \times \sqrt{2}}{T v c} \times \sum_{n = 1}^{m} (V c n \times s i n φ n) \\ V c c o s = \frac{T c \times \sqrt{2}}{T v c} \times \sum_{n = 1}^{m} (V c n \times c o s φ n) \\ I o s i n = \frac{T c \times \sqrt{2}}{T v c} \times \sum_{n = 1}^{m} (I o n \times s i n φ n) \\ I o c o s = \frac{T c \times \sqrt{2}}{T v c} \times \sum_{n = 1}^{m} (I o n \times s i n φ n) \\ Q = V c s i n \times I o c o s - V c c o s \times I o s i n \end{array}$
Hierbei gilt Folgendes: Tvc ist die Periode der Ausgangsspannung Vc, Tc ist der Berechnungszyklus, m ist die Anzahl von Berechnungen, in welchen die Verarbeitung mit einem Berechnungszyklus von Tc während der Periode Tvc durchgeführt wird, n ist eine Berechnungsanzahl, die vom Nulldurchgang von Vc gezählt wird (1 entspricht dem ältesten Wert, m entspricht dem letzten Wert, und n entspricht dem aktuellen Wert), Vcn ist der aktuellen Wert der Ausgangsspannung Vc, Ion ist der aktuelle Wert des Ausgangsstroms Io, φn ist die aktuelle interne Phase, Vcsin ist eine Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente von Vc, Vccos ist eine Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente von Vc, Iosin ist eine Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente von Io, und Iocos ist eine Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente von Io. Was die Grundwellen-Blindleistung Q angeht, wird die Polarität, wenn die Energie-Umwandlungseinrichtung 21 die Blindleistung mit einer vorauseilenden Phase ausgibt, als positiv definiert.
Der Abfallcharakteristik-Rechner 321 empfängt die Grundwellen-Blindleistung Q und berechnet den Korrekturwert ΔVr und gibt ihn aus, um die Grundwellen-Blindleistung Q zu verringern, die aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird. Genauer gesagt: Ein Wert, der erhalten wird, indem die Grundwellen-Blindleistung Q mit einer Verstärkung Kq multipliziert wird, wird zum Korrekturwert ΔVr (ΔVr = Q × Kq).
Hier wird in dem Fall, in welchem die Verstärkung Kq so eingestellt ist, dass ein Korrekturwert ΔVr von 0,05 p. u. relativ zur Grundwellen-Blindleistung Q von 1 p. u. ausgegeben wird, dieser Zustand äquivalent zu dem Zustand, in welchem eine Reaktanzkomponente (Induktivitätskomponente) entsprechen 0,05 p. u. relativ zur Grundwellenkomponente zwischen die Schaltelementeinheit 2 (inklusive innerhalb) und den Ausgangsanschluss 9 geschaltet ist.
Beispielsweise wird für den Fall der Energie-Umwandlungseinrichtung mit 200 Vrms und einer Nenngröße von 1 kVA die Verstärkung Kq auf 0,01 Vrms/Var eingestellt (200 Vrms × 0,05 p. u./(1 kVA × 1 p. u.) = 0,01 Vrms/Var). Demzufolge wird der Korrekturwert ΔVr so ausgegeben, so dass ein Spannungsabfall äquivalent zu demjenigen erzeugt wird, wenn eine Reaktanz von 2 Ω (200 Vrms × 200 Vrms × 0,05 p. u. / 1 kVA = 2 Q) zwischen die Schaltelementeinheit 2 (inklusive innerhalb) und den Filterkondensator 4 geschaltet ist.
Daher gilt für den Fall, in welchem die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 parallel betrieben werden, Folgendes: Falls der Querstrom der Grundwellen-Blindleistung zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 groß ist, wird die Verstärkung Kq so eingestellt, dass sie groß ist. Demzufolge nimmt der Spannungsfehler zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 ab, so dass der Querstrom der Grundwellen-Blindleistung verringert werden kann.
Für den Fall, dass die Zuweisungen der Grundwellen-Blindleistung an die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 infolge der Verdrahtungsimpedanz oder dergleichen jeder Energie-Umwandlungseinrichtung 21 unterschiedlich sind, kann die Verstärkung Kq für jede Energie-Umwandlungseinrichtung 21 eingestellt werden. Die Verstärkung Kq kann unter Berücksichtigung der obigen Umstände eingestellt werden.
Der Referenzspannungs-Befehlgeber 322 gibt den Referenz-Effektivwert Vr aus. Wie oben beschrieben, ist für den Fall, dass die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 parallele Vorgänge durchführen, der Referenz-Effektivwert Vr der gleiche für alle Energie-Umwandlungseinrichtungen 21.
Der Addierer 323 addiert den Korrekturwert ΔVr zum Referenz-Effektivwert Vr, so dass er den Effektivspannungsbefehl Vr* ausgibt (Vr* = Vr* + ΔVr).
Wenn die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 parallele Vorgänge durchführen, gilt Folgendes: Falls die Spannungsamplitude der Grundwellenkomponente der Ausgangsspannung Vc zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 variiert, wird die Fehlerspannung infolge der Variation auf die Ausgangsspule 5 angewendet, und der Strom infolge der Fehlerspannung fließt zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21.
Genauer gesagt: Die Fehlerspannung infolge des Fehlers der Spannungsamplitude setzt sich hauptsächlich aus einer Sinuswellen-Komponente zusammen, und daher wird die Spannung der Sinuswellen-Komponente auf die Ausgangsspule 5 angewendet, so dass der Strom einer Kosinuswellen-Komponente zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 fließt. Das heißt, im Sinne von Leistung fließt Blindleistung als ein Querstrom zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21.
Bei der vorliegenden Ausführungsform weist, wie oben beschrieben, der Befehlgeber 30 für effektive Spannung den Abfallcharakteristik-Rechner 321 auf und erzeugt dadurch den Effektivspannungsbefehl Vr* mit der Abfallcharakteristik in Hinblick auf die Grundwellen-Blindleistung Q, so dass die Grundwellen-Blindleistung Q verringert wird. Wie in 6 gezeigt, wird der Effektivspannungsbefehl Vr* erhalten, indem eine Abfallcharakteristik (Korrekturwert ΔVr) hinsichtlich der Grundwellen-Blindleistung Q zum Referenz-Effektivwert Vr addiert wird.
7 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Blindleistungsrechners 320 zeigt, der im Befehlgeber 30 für effektive Spannung enthalten ist.
Der Blindleistungsrechner 320 empfängt den Ausgangsstrom Io, die Ausgangsspannung Vc, die Sinuswelle sin φ und die Kosinuswelle cos φ, berechnet die Grundwellen-Blindleistung Q durch Berechnung mittels des oben gezeigten Ausdrucks (1) und gibt die Grundwellen-Blindleistung Q aus.
Der Blindleistungsrechner 320 weist Folgendes auf: eine Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 360, eine Signalverzögerungseinrichtung 361, eine Ausgabeeinrichtung 362 für ein festgelegtes Signal, einen Integrator 363, eine Abtast-und-Halteeinrichtung 364, ein Sinuswellenspannungs-Messgerät 365, ein Kosinuswellenspannungs-Messgerät 366, ein Sinuswellenstrom-Messgerät 367, ein Kosinuswellenstrom-Messgerät 368, Multiplizierer 369, 370 und einen Subtrahierer 371 auf. In der folgenden Beschreibung werden hinsichtlich der Signale positive und negative Signale verwendet. Es können jedoch auch Hi- und Lo-Signale verwendet werden.
Gemäß 7 ist Sz ein Nulldurchgangssignal, und Szd ist ein verzögertes Nulldurchgangssignal.
Die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 360 empfängt die Ausgangsspannung Vc. Dann gilt: Wenn die Ausgangsspannung Vc positiv ist, gibt die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 360 ein positives Nulldurchgangssignal Sz aus; und wenn die Ausgangsspannung Vc negativ ist, gibt die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 360 ein negatives Nulldurchgangssignal Sz aus. Zu dieser Zeit kann infolge der Variation der Ausgangsspannung Vc der Nulldurchgang mehrfach innerhalb eines kurzen Zeitraums detektiert werden (beispielsweise kürzer als 5 ms) (Prellen).
Als Maßnahmen gegen solches Prellen kann, nachdem der Nulldurchgang detektiert worden ist, die Detektion des Nulldurchgangs maskiert werden (es kann verhindert werden, dass sich das Nulldurchgangssignal Sz ändert), und zwar während eines gewissen Zeitraums (beispielsweise 5 ms). Außerdem kann eine Hysterese für die Positiv-/Negativbestimmung der Ausgangsspannung Vc geliefert werden (beispielsweise, wenn die Ausgangsspannung Vc einen Wert von 1 V oder höher hat, kann die Ausgangsspannung Vc als positiv bestimmt werden, und wenn die Ausgangsspannung Vc einen Wert von -1 V oder niedriger hat, kann die Ausgangsspannung Vc als negativ bestimmt werden).
Die Signalverzögerungseinrichtung 361 empfängt das Nulldurchgangssignal Sz und gibt das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd aus, das um ein Signal verzögert ist, das einem Berechnungsschritt des Blindleistungsrechners 320 entspricht. Die Signalverzögerungseinrichtung 361 stellt eine Verzögerung zwischen dem Signal (Nulldurchgangssignal Sz) zum Abtasten und Halten und einem Signal (verzögertes Nulldurchgangssignal Szd) zum Zurücksetzen des Integrators bereit. Demzufolge wird die Reihenfolge des Abtast-und-Haltevorgangs, der gemäß dem Nulldurchgangssignal Sz betrieben wird, und der Vorgang zum Zurücksetzen des Integrators gewährleistet.
Die Ausgabeeinrichtung 362 für ein festgelegtes Signal gibt einen festgelegten Wert aus, der ein Signalwert „1“ ist. Dieses Signal wird vom Integrator 363 akkumuliert, so dass eine verstrichene Zeit der Messung der Periode der Ausgangsspannung Vc erhalten wird.
Der Integrator 363 empfängt die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 362 für ein festgelegtes Signal und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd und gibt einen Perioden-Messwert der Ausgangsspannung Vc aus, der erhalten wird, indem die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 362 für ein festgelegtes Signal integriert wird. Wenn sich das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv ändert, setzt der Integrator 363 den Integralwert auf 0 zurück und integriert die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 362 für ein festgelegtes Signal.
Bei der Integration wird ein Wert, der erhalten wird, indem ein Berechnungsschritt-Zeitraum mit der Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 362 für ein festgelegtes Signal multipliziert wird, in jedem Berechnungsschritt akkumuliert. Demzufolge wird die Ausgabe des Integrators 363 zu einer verstrichenen Zeit seit dem Zeitpunkt, zu welchem sich das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv geändert hat.
Die Abtast-und-Halteeinrichtung 364 empfängt die Ausgabe des Integrators 363 und das Nulldurchgangssignal Sz und gibt die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc aus. Die Abtast-und-Halteeinrichtung 364 aktualisiert die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 364 auf die Ausgabe des Integrators 363 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Nulldurchgangssignal Sz von negativ zu positiv wechselt. Die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 364 ändert sich zu den übrigen Zeitpunkten nicht. Durch diesen Vorgang kann eine Periode gemessen werden, mit welcher sich die Ausgangsspannung Vc von negativ nach positiv ändert.
Das Sinuswellenspannungs-Messgerät 365 empfängt die Ausgangsspannung Vc, die Sinuswelle sin φ, die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, das Nulldurchgangssignal Sz und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd, und sie berechnet eine Komponente der Sinuswelle sin φ der Ausgangsspannung Vc, so dass sie die Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Vcsin der Ausgangsspannung Vc ausgibt.
Das Kosinuswellenspannungs-Messgerät 366 empfängt die Ausgangsspannung Vc, die Kosinuswelle cos φ, die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, das Nulldurchgangssignal Sz und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd, und sie berechnet eine Komponente der Kosinuswelle cos φ der Ausgangsspannung Vc, so dass sie die Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Vccos der Ausgangsspannung Vc ausgibt.
Das Sinuswellenstrom-Messgerät 367 empfängt den Ausgangsstrom Io, die Sinuswelle sin φ, die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, das Nulldurchgangssignal Sz und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd, und sie berechnet eine Komponente der Sinuswelle sin φ des Ausgangsstroms Io, so dass sie die Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Iosin des Ausgangsstroms Io ausgibt.
Das Kosinuswellenstrom-Messgerät 368 empfängt den Ausgangsstrom Io, die Kosinuswelle cos φ, die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, das Nulldurchgangssignal Sz und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd, und sie berechnet eine Komponente der Kosinuswelle cos φ des Ausgangsstroms Io, so dass sie die Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Iocos des Ausgangsstroms Io ausgibt.
Der Multiplizierer 369 empfängt die Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Vccos der Ausgangsspannung Vc und die Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Iosin des Ausgangsstroms Io, und er gibt das Ergebnis (Vccos × Iosin) der Multiplikation dieser Werte aus. Außerdem empfängt der Multiplizierer 370 die Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Vcsin der Ausgangsspannung Vc und die Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Iocos des Ausgangsstroms Io, und er gibt ein Ergebnis (Vcsin × Iocos) der Multiplikation dieser Werte aus. Ferner subtrahiert der Subtrahierer 371 die Ausgabe des Multiplizierers 369 von der Ausgabe des Multiplizierers 370, d. h. er gibt die Grundwellen-Blindleistung Q durch die mittels des vorstehend angegebenen Ausdrucks (1) gezeigte Berechnung aus.
8 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Sinuswellenspannungs-Messgeräts 365 zeigt, das im Blindleistungsrechner 320 enthalten ist.
Das Sinuswellenspannungs-Messgerät 365 empfängt die Ausgangsspannung Vc, die Sinuswelle sin φ, die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, das Nulldurchgangssignal Sz und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd; und es führt eine Berechnung von Vcsin durch, wie im obigen Ausdruck (1) gezeigt, so dass die Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Vcsin der Ausgangsspannung Vc ausgegeben wird.
Das Sinuswellenspannungs-Messgerät 365 weist Folgendes auf: einen Multiplizierer 380, einen Integrator 381, eine Abtast-und-Halteeinrichtung 382, einen Teiler 383 und einen Verstärker 384.
Der Multiplizierer 380 empfängt die Ausgangsspannung Vc und die Sinuswelle sin φ, und er gibt das Ergebnis (Vc × sin φ) der Multiplikation dieser Werte aus.
Der Integrator 381 empfängt die Ausgabe des Multiplizierers 380 und des verzögerten Nulldurchgangssignals Szd, und er gibt einen Wert aus, der erhalten wird, indem die Ausgabe des Multiplizierers 380 akkumuliert wird. Hierbei akkumuliert der Integrator 381 einen Wert, der erhalten wird, indem ein Berechnungsschritt-Zeitraum mit der Ausgabe des Multiplizierers 380 multipliziert wird, in jedem Berechnungsschritt, und dessen Integralwert wird zu einem Zeitpunkt zurückgesetzt, an welchem das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv wechselt.
Die Abtast-und-Halteeinrichtung 392 empfängt die Ausgabe des Integrators 381 und das Nulldurchgangssignal Sz, und sie aktualisiert die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 392 auf die Ausgabe des Integrators 381 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Nulldurchgangssignal Sz von negativ zu positiv wechselt. Die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 392 ändert sich zu den übrigen Zeitpunkten nicht.
Der Teiler 383 empfängt die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 392 und die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, und sie gibt das Ergebnis aus, das durch Teilen der Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 392 durch die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc erhalten wird. Für den Teiler 383 kann ein unterer Grenzwert für die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc gesetzt werden, um eine Division durch 0 zu vermeiden, wenn die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc einen Wert von 0 hat.
Der Verstärker 384 empfängt die Ausgabe des Teilers 383 und multipliziert die Ausgabe des Teilers 383 mit √2, so dass er die Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Vcsin ausgibt.
9 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Kosinuswellenspannungs-Messgeräts 366 zeigt, das im Blindleistungsrechner 320 enthalten ist.
Das Kosinuswellenspannungs-Messgerät 366 empfängt die Ausgangsspannung Vc, die Kosinuswelle cos φ, die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, das Nulldurchgangssignal Sz und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd; und es führt eine Berechnung von Vccos durch, wie im obigen Ausdruck (1) gezeigt, so dass die Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Vccos der Ausgangsspannung Vc ausgegeben wird.
Das Kosinuswellenspannungs-Messgerät 366 weist Folgendes auf: einen Multiplizierer 390, einen Integrator 391, eine Abtast-und-Halteeinrichtung 392, einen Teiler 393 und einen Verstärker 394.
Es sei angemerkt, dass die Berechnung der Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Vccos die gleiche ist wie die Berechnung, die erhalten wird, wenn die Eingabe sin φ bei der Berechnung der in 8 dargestellten Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Vcsin gegen cos φ getauscht wird. Daher wird deren erneute Beschreibung weggelassen.
10 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Sinuswellenstrom-Messgeräts 367 zeigt, das im Blindleistungsrechner 320 enthalten ist.
Das Sinuswellenstrom-Messgerät 367 empfängt die Ausgangsspannung Vc, die Sinuswelle sin φ, die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, das Nulldurchgangssignal Sz und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd; und es führt eine Berechnung von Iosin durch, wie im obigen Ausdruck (1) gezeigt, so dass die Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Iosin des Ausgangsstroms Io ausgegeben wird.
Das Sinuswellenstrom-Messgerät 367 weist Folgendes auf: einen Multiplizierer 400, einen Integrator 401, eine Abtast-und-Halteeinrichtung 402, einen Teiler 403 und einen Verstärker 404.
Es sei angemerkt, dass die Berechnung der Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Iosin die gleiche ist wie die Berechnung, die erhalten wird, indem die Eingabe Vc bei der Berechnung der in 8 dargestellten Grund-Sinuswellen-Effektivwertkomponente Vcsin der Ausgangsspannung Vc gegen Io getauscht wird. Daher wird deren Beschreibung weggelassen.
11 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Kosinuswellenstrom-Messgeräts 368 zeigt, das im Blindleistungsrechner 320 enthalten ist.
Das Kosinuswellenstrom-Messgerät 368 empfängt den Ausgangsstrom Io, die Kosinuswelle cos φ, die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, das Nulldurchgangssignal Sz und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd; und es führt eine Berechnung von Iocos durch, wie im obigen Ausdruck (1) gezeigt, so dass die Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Iocos des Ausgangsstroms Io ausgegeben wird.
Das Kosinuswellenstrom-Messgerät 368 weist Folgendes auf: einen Multiplizierer 410, einen Integrator 411, eine Abtast-und-Halteeinrichtung 412, einen Teiler 413 und einen Verstärker 414.
Es sei angemerkt, dass die Berechnung der Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Iocos die gleiche ist wie die Berechnung, die erhalten wird, wenn die Eingabe Vc bei der Berechnung der in 9 dargestellten Grund-Kosinuswellen-Effektivwertkomponente Vccos der Ausgangsspannung Vc gegen Io getauscht wird. Daher wird deren Beschreibung weggelassen.
12 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Effektivwert-Berechners 31, der in der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 enthalten ist.
Der Effektivwert-Berechner 31 empfängt die Ausgangsspannung Vc und gibt den Spannungs-Effektivwert Vcrms der Ausgangsspannung Vc aus. Der Effektivwert-Berechner 31 weist Folgendes auf: eine Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 340, einen Multiplizierer 341, Integratoren 342, 345, Abtast-und-Halteeinrichtungen 343, 346, eine Ausgabeeinrichtung 344 für ein festgelegtes Signal, eine Signalverzögerungseinrichtung 347, einen Teiler 348 und eine Quadratwurzel-Einrichtung 349.
Der Effektivwert-Berechner 31 führt eine Berechnung des Spannungs-Effektivwert Vcrms durch, wie im folgenden Ausdruck (2) gezeigt.
[Mathematischer Ausdruck 2] $V c r m s = \sqrt{\frac{T c}{T v c} \times \sum_{n = 1}^{m} (V c n \times V c n)}$
Hierbei gilt Folgendes: Tvc ist die Periode der Ausgangsspannung Vc; Tc ist der Berechnungszyklus; m ist die Anzahl von Berechnungen, in welchen die Verarbeitung mit einem Berechnungszyklus von Tc während der Periode Tvc durchgeführt wird; n ist eine Berechnungsanzahl, die vom Nulldurchgang von Vc gezählt wird (1 entspricht dem ältesten Wert, m entspricht dem letzten Wert, und n entspricht dem aktuellen Wert); und Vcn ist der aktuelle Wert der Ausgangsspannung Vc.
Die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 340 empfängt die Ausgangsspannung Vc. Dann gilt: Wenn die Ausgangsspannung Vc positiv ist, gibt die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 340 ein positives Nulldurchgangssignal Sz aus; und wenn die Ausgangsspannung Vc negativ ist, gibt die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 340 ein negatives Nulldurchgangssignal Sz aus. Zu dieser Zeit kann infolge der Variation der Ausgangsspannung Vc der Nulldurchgang mehrfach innerhalb eines kurzen Zeitraums detektiert werden (beispielsweise kürzer als 5 ms) (Prellen).
Als Maßnahmen gegen solches Prellen kann, nachdem der Nulldurchgang detektiert worden ist, die Detektion des Nulldurchgangs maskiert werden (es kann verhindert werden, dass sich das Nulldurchgangssignal Sz ändert), und zwar während eines gewissen Zeitraums (beispielsweise 5 ms). Außerdem kann eine Hysterese für die Positiv-/Negativbestimmung der Ausgangsspannung Vc geliefert werden (beispielsweise, wenn die Ausgangsspannung Vc einen Wert von 1 V oder höher hat, kann die Ausgangsspannung Vc als positiv bestimmt werden, und wenn die Ausgangsspannung Vc einen Wert von -1 V oder niedriger hat, kann die Ausgangsspannung Vc als negativ bestimmt werden).
Die Signalverzögerungseinrichtung 347 empfängt das Nulldurchgangssignal Sz und gibt das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd aus, das um ein Signal verzögert ist, das einem Berechnungsschritt des Effektivwert-Berechners 31 entspricht. Die Signalverzögerungseinrichtung 347 stellt eine Verzögerung zwischen dem Signal (Nulldurchgangssignal Sz) zum Abtasten und Halten und einem Signal (verzögertes Nulldurchgangssignal Szd) zum Zurücksetzen des Integrators bereit. Demzufolge wird die Reihenfolge des Abtast-und-Haltevorgangs bei der Integrator-Ausgabe, der gemäß dem Nulldurchgangssignal Sz betrieben wird, und der Vorgang zum Zurücksetzen des Integrators gewährleistet.
Die Ausgabeeinrichtung 344 für ein festgelegtes Signal gibt einen festgelegten Wert aus, der ein Signalwert „1“ ist. Dieses Signal wird vom Integrator 345 akkumuliert, so dass eine verstrichene Zeit der Messung der Periode der Ausgangsspannung Vc erhalten wird.
Der Integrator 345 empfängt die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 344 für ein festgelegtes Signal und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd und gibt einen Perioden-Messwert der Ausgangsspannung Vc aus, der erhalten wird, indem die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 344 für ein festgelegtes Signal integriert wird. Wenn sich das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv ändert, setzt der Integrator 345 den Integralwert auf 0 zurück und integriert die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 344 für ein festgelegtes Signal. Bei der Integration wird ein Wert, der erhalten wird, indem ein Berechnungsschritt-Zeitraum mit der Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 344 für ein festgelegtes Signal multipliziert wird, in jedem Berechnungsschritt akkumuliert. Demzufolge wird die Ausgabe des Integrators 345 zu einer verstrichenen Zeit seit dem Zeitpunkt, zu welchem sich das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv geändert hat.
Die Abtast-und-Halteeinrichtung 346 empfängt die Ausgabe des Integrators 345 und das Nulldurchgangssignal Sz und gibt die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc aus. Die Abtast-und-Halteeinrichtung 346 aktualisiert die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 346 auf die Ausgabe des Integrators 345 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Nulldurchgangssignal Sz von negativ zu positiv wechselt. Die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 346 ändert sich zu den übrigen Zeitpunkten nicht. Durch diesen Vorgang kann eine Periode gemessen werden, mit welcher sich die Ausgangsspannung Vc von negativ nach positiv ändert.
Der Multiplizierer 341 empfängt die Ausgangsspannung Vc, und er gibt das Quadrat (Vc × Vc) der Ausgangsspannung Vc aus.
Der Integrator 342 empfängt die Ausgabe des Multiplizierers 341 und des verzögerten Nulldurchgangssignals Szd, und er gibt einen Wert aus, der erhalten wird, indem die Ausgabe des Multiplizierers 341 akkumuliert wird. Hierbei akkumuliert der Integrator 342 einen Wert, der erhalten wird, indem ein Berechnungsschritt-Zeitraum mit der Ausgabe des Multiplizierers 341 multipliziert wird, in jedem Berechnungsschritt, und dessen Integralwert wird zu einem Zeitpunkt zurückgesetzt, an welchem das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv wechselt.
Die Abtast-und-Halteeinrichtung 343 empfängt die Ausgabe des Integrators 342 und das Nulldurchgangssignal Sz, und sie aktualisiert die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 343 auf die Ausgabe des Integrators 342 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Nulldurchgangssignal Sz von negativ zu positiv wechselt. Die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 343 ändert sich zu den übrigen Zeitpunkten nicht.
Der Teiler 348 empfängt die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 343 und die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, und sie gibt das Ergebnis aus, das durch Teilen der Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 343 durch die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc erhalten wird. Für den Teiler 348 kann ein unterer Grenzwert für die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc gesetzt werden, um eine Division durch 0 zu vermeiden, wenn die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc einen Wert von 0 hat.
Die Quadratwurzel-Einrichtung 349 empfängt die Ausgabe des Teilers 348 und berechnet die Quadratwurzel des Teilers 348, so dass sie den Spannungs-Effektivwert Vcrms der Ausgangsspannung Vc ausgibt.
Der Teiler 348 wird eine reelle Zahl ausgeben, und wenn die Ausgabe des Teilers 348 gleich groß wie oder kleiner als 0 ist, wird die Ausgabe der Quadratwurzel-Einrichtung 349 eine imaginäre Zahl. Daher kann ein unterer Grenzwert (beispielsweise ist der untere Grenzwert 0) als Eingabe des Teilers 348 eingestellt werden.
13 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Befehlgebers 33 für effektive Spannung zeigt, der in der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 enthalten ist.
Die Spannungssteuerung 33 empfängt den Fehler ΔVrms, der erhalten wird, indem der Spannungs-Effektivwert Vcrms vom Effektivspannungsbefehl Vr* subtrahiert wird, und sie gibt die Steuergröße ΔVr* so aus, dass sich der Fehler ΔVrms einem Wert von 0 annähert.
Die Spannungssteuerung 33 weist Folgendes auf: einen Proportionalverstärker (Kp) 420, einen Integralverstärker (Ki) 421, einen Integrator 422, Begrenzer 423, 424 und einen Addierer 425.
Wie oben beschrieben, korrigiert die Spannungssteuerung 33 den Effektivwert der Spannung, die aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird. Genauer gesagt: Sie korrigiert einen Fehler des Ausgangsspannungs-Effektivwerts, der infolge des Spannungsabfalls der Filterspule 3 auftritt.
Der Proportionalverstärker 420 und der Integralverstärker 421 der Spannungssteuerung 33 können so eingestellt sein, dass sie den Betrieb der Spannungssteuerung 33 stabilisieren und eine gewünschte Antwort erhalten. Die Begrenzer 423, 424 können so eingestellt sein, dass sie größer sind als eine Spannungsschwankungsbreite, die für die Energie-Umwandlungseinrichtung 21 angenommen wird. Der Begrenzer 423 und der Begrenzer 424 können auf den gleichen Wert eingestellt sein.
Beispielsweise für den Fall, in welchem der Ausgangsspannungsbereich der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 einen Wert von 180 Vrms bis 220 Vrms hat, wobei der Nennwert 200 Vrms beträgt, und deren Spannungsschwankung in einem Bereich von - 20 Vrms bis 20 Vrms liegt, sind die Begrenzer 423, 424 so eingestellt, dass sie Werte in einem Bereich von -30 Vrms bis 30 Vrms ausgeben.
Hierbei ist ein Beispiel gezeigt, in welchem die Spannungssteuerung 33 als ein PI-Regler konfiguriert ist, die Spannungssteuerung 33 ist darauf jedoch nicht beschränkt. Beispielsweise kann die Spannungssteuerung 33 auch als eine Proportionalsteuerung konfiguriert sein, oder sie kann konfiguriert sein, indem eine Proportionalsteuerung und ein Tiefpassfilter in Reihe geschaltet werden.
Der Proportionalverstärker 420 empfängt den Fehler ΔVrms und gibt ein Ergebnis (ΔVrms × Kp) aus, das erhalten wird, indem der Fehler ΔVrms mit einer Proportionalverstärung Kp multipliziert wird.
Der Integralverstärker 421 empfängt den Fehler ΔVrms und gibt ein Ergebnis (ΔVrms × Ki) aus, das erhalten wird, indem der Fehler ΔVrms mit einer Integralverstärkung Ki multipliziert wird.
Der Integrator 422 empfängt die Ausgabe des Integralverstärkers 421, akkumuliert einen Wert, der erhalten wird, indem ein Berechnungsschritt-Zeitraum mit der Ausgabe des Integralverstärkers 421 multipliziert wird, in jedem Berechnungsschritt, und gibt das Ergebnis der Integration aus. Obwohl nicht gezeigt, wird der kumulative Wert des Integrators 422 durch einen oberen Grenzwert oder einen unteren Grenzwert des Begrenzers 423 begrenzt, der mit einer Stufe verbunden ist, die auf den Integrator 422 folgt.
Der Begrenzer 423 hat einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert, und er empfängt die Ausgabe des Integrators 422. Falls der empfangene Wert größer als der obere Grenzwert des Begrenzers 423 ist, gibt der Begrenzer 423 den oberen Grenzwert aus, und falls der empfangene Wert kleiner ist als der untere Grenzwert, gibt der Begrenzer 423 den unteren Grenzwert aus. In den anderen Fällen gibt der Begrenzer 423 den empfangenen Wert aus.
Der Addierer 425 empfängt die Ausgabe des Proportionalverstärkers 420 und die Ausgabe des Begrenzers 423 und gibt das Ergebnis der Addition dieser empfangenen Werte aus.
Der Begrenzer 424 hat einen oberen Grenzwert und einen unteren Grenzwert, und er empfängt die Ausgabe des Addierers 425. Falls der empfangene Wert größer als der obere Grenzwert des Begrenzers 424, ist, gibt der Begrenzer 424 den oberen Grenzwert aus, und falls der empfangene Wert kleiner ist als der untere Grenzwert, gibt der Begrenzer 424 den unteren Grenzwert aus. In den anderen Fällen gibt der Begrenzer 424 den empfangenen Wert aus.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 gilt Folgendes: Die Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 berechnet den Korrekturwert VL* für den Spannungsbefehl Vref, der von der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 erzeugt wird, auf der Basis des Spulenstroms IL, der von der Spulenstrom-Detektionseinheit 6 detektiert wird. Der Korrekturwert VL* für den Spannungsbefehl entspricht dem Phänomen, dass ein Spannungsabfall infolge der Impedanz zwischen der Schaltelementeinheit 2 und der Filterspule 3 auftritt. Ein Beispiel für die Berechnung des Korrekturwerts VL* für den Spannungsbefehl mittels der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 ist im folgenden Ausdruck (3) gezeigt.
[Mathematischer Ausdruck 3] $V L * = L s e t \times \frac{d}{d t} I L + R s e t \times I L$
Hierbei ist VL* ein Spannungsbefehl-Korrekturwert, der von der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 berechnet wird, IL ist ein Spulenstrom, der von der Spulenstrom-Detektionseinheit 6 detektiert wird, Lset ist eine Induktivitätskompontenverstärkung, und Rset ist eine Widerstandskomponentenverstärkung.
Genauer gesagt: Wie in 14 gezeigt, wird der Betrieb so durchgeführt, dass ein virtueller Widerstand Rset und eine virtuelle Induktivität Lset innerhalb der Schaltelementeinheit 2 der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 (21a und 21b) vorliegen. Demzufolge stellt der obige Ausdruck (3) einen Spannungsabfall für den Fall dar, dass die Induktivität Lset und der Widerstand Rset in Reihe geschaltet sind und der Strom IL fließt. Der erste Term auf der rechten Seite in dem Ausdruck (3) entspricht dem Spannungsabfall in der Induktivität Lset, und der zweite Term auf der rechten Seite in dem Ausdruck (3) entspricht dem Spannungsabfall im Widerstand Rset.
Hier erfolgt die Beschreibung unter der Annahme, dass der virtuelle Widerstand Rset und die virtuelle Induktivität Lset innerhalb der Schaltelementeinheit 2 der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 vorliegen. Ohne Beschränkung darauf gilt dasselbe sogar dann, wenn angenommen wird, dass der virtuelle Widerstand Rset und die virtuelle Induktivität Lset zwischen der Schaltelementeinheit 2 und der Filterspule 3 der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 vorliegen.
Die Widerstandskomponentenverstärkung Rset kann so ausgewählt sein, dass eine Resonanz der Filterspule 3, des Filterkondensators 4 und der virtuellen Induktivität infolge der Induktivitätskompontenverstärkung Lset verhindert wird. Außerdem kann die Widerstandskomponentenverstärkung Rset so ausgewählt sein, dass der DC-Strom verringert wird, der aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wid.
Falls die Induktivität der Filterspule 3 ausreichend größer ist als diejenige der Ausgangsspule 5 (beispielsweise hat die Induktivität der Ausgangsspule 5 einen Wert von 10 µH, und die Induktivität der Filterspule 3 hat einen Wert von 1 mH), dann kann die Induktivitätskompontenverstärkung Lset so ausgewählt sein, dass die Variationen unter den Filterspulen 3 verringert werden.
Für den Fall beispielsweise, dass die Energie-Umwandlungseinrichtung 21a und die Energie-Umwandlungseinrichtung 21b parallele Vorgänge durchführen, wird angenommen, dass der Induktivitäts-Auslegungswert der Filterspule 3 einen Wert von 1 mH hat, wohingegen die Induktivität der Filterspule 3 der Energie-Umwandlungseinrichtung 21a einen Wert von 1.2 mH hat (Abweichung von 20 %) und die Induktivität der Filterspule 3 der Energie-Umwandlungseinrichtung 21b einen Wert von 0,8 mH hat (Abweichung von - 20 %). In diesem Fall ist zur Zeit einer Last-Einschaltspitze oder dergleichen die Stromzuweisung (Leistungszuweisung) an die Energie-Umwandlungseinrichtung 21b ungefähr 1,5-mal so groß wie die Stromzuweisung (Leistungszuweisung) an die Energie-Umwandlungseinrichtung 21a.
Wenn hier die Induktivitätskompontenverstärkung Lset auf 0,001 eingestellt ist, scheint es, dass eine Induktivität von 1 mH innerhalb der Schaltelementeinheit 2 der Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b angeschlossen ist. Demzufolge wird zur Zeit einer Last-Einschaltspitze oder dergleichen die Stromzuweisung (Leistungszuweisung) an die Energie-Umwandlungseinrichtung 21b auf ungefähr 1,22-mal so groß wie die Stromzuweisung (Leistungszuweisung) an die Energie-Umwandlungseinrichtung 21a verbessert.
In diesem Fall sind die Induktivitätskompontenverstärkungen Lset der Energie-Umwandlungseinrichtung 21a und der Energie-Umwandlungseinrichtung 21b beide auf 0,001 eingestellt, aber die Induktivitätskompontenverstärkung Lset und die Widerstandskomponentenverstärkung Rset können auch einzeln für jede der Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b eingestellt werden.
Als ein Verfahren zum Differenzieren des Spulenstroms IL im obigen Ausdruck (3) können zum Beispiel ein Verfahren zum Berechnen der Differenz zwischen dem vorherigen Wert und dem letzten Wert, ein Verfahren unter Verwendung eines Hochpassfilters oder ein Verfahren zum Berechnen der Steigung mit der Methode der kleinsten Fehlerquadrate verwendet werden. Als Spulenstrom IL in dem obigen Ausdruck (3) kann ein Wert verwendet werden, der durch ein Filter gegangen ist, oder es kann ein gleitender Mittelwert verwendet werden. Es sei angemerkt, dass der zweite Term auf der rechten Seite in dem Ausdruck (3) dazu dient, eine Resonanz der Filterspule 3 und des Filterkondensators 4 zu verhindern.
Die Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 korrigiert den Spannungsbefehl Vref, der von der Spannungsbefehl-Korrektureinheit 11 ausgegeben worden ist, gemäß dem Korrekturwert VL*, der mittels der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 erhalten worden ist, und sie gibt den korrigierten Spannungsbefehl Vref* aus, der mittels der Korrektur erhalten worden ist, und zwar an die nächste PWM-Signal-Erzeugungseinheit 14. Ein Beispiel für die Berechnung des korrigierten Spannungsbefehls Vref* mittels der Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 ist im folgenden Ausdruck (4) gezeigt.
[Mathematischer Ausdruck 41 $V r e f * = V r e f - V L *$
Dieser Ausdruck (4) entspricht 14, und jede Schaltelementeinheit 2 soll die Spannung ausgeben, die dem korrigierten Spannungsbefehl Vref* entspricht, der durch Subtrahieren des Korrekturwerts VL* vom Spannungsbefehl Vref erhalten wird. Dies ist augenscheinlich äquivalent mit dem Zustand, in welchem eine Energiezufuhr gemäß dem Spannungsbefehl Vref und der virtuelle Widerstand Rset und die virtuelle Induktivität Lset, die den Spannungsabfall entsprechend dem Korrekturwert VL* entsprechen, innerhalb der Schaltelementeinheit 2 in Reihe geschaltet sind.
Wie oben beschrieben, berechnet die Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 den Korrekturwert VL* entsprechend dem Spannungsabfall infolge der Impedanz zwischen der Schaltelementeinheit 2 und der Filterspule 3. Dann korrigiert die Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 den Spannungsbefehl Vref, der von der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 ausgegeben worden ist, unter Verwendung des Korrekturwerts VL*. Demzufolge ist es möglich, die Ausgangsimpedanz der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 gemäß der Zunahme des Spulenstroms IL zu erhöhen.
Das heißt, für den Fall, dass die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 parallele Vorgänge ausführen, soll die Korrektur so durchgeführt werden, dass die Ausgangsimpedanz für die Energie-Umwandlungseinrichtung 21 erhöht wird, die eine kleine Ausgangsimpedanz in Abhängigkeit der Sättigung der Filterspule 3 durch Laststromkonzentration und einer Variation unter den Impedanzen der Filterspule 3 hat. Demzufolge ist es möglich, eine Konzentration der Leistungszuweisung (Stromzuweisung) zu verhindern.
Da der Korrekturwert VL* für den Spannungsbefehl, der mittels der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 berechnet wird, außerdem ebenfalls mit einer Periode berechnet wird, die gleich groß wie oder kleiner ist als die Periode der Ausgangsspannung Vc, ist es möglich, die Ausgangsleistungen der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 (221a, 22b) auszugleichen, und zwar selbst dann, wenn eine augenblickliche Leistungsänderung infolge der Variation der AC-Last 61 oder dergleichen auftritt.
15 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 14 zeigt, die in der Steuerungseinheit 10 enthalten ist.
Die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 14 erzeugt ein PWM-Signal auf der Basis des korrigierten Spannungsbefehls Vref* von der Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 und eines Trägersignals Scarr, und sie weist einen Trägersignal-Generator 40 zum Erzeugen des Trägersignals Scarr, einen Komparator 41 und eine Invertiereinrichtung 42 auf. Zur Vereinfachung wird eine Kurzschluss-Verhinderungszeit (Totzeit) für die schaltenden Zweige nicht berücksichtigt, die sonst im Allgemeinen eingestellt würde.
16 ist ein Zeitdiagramm, das den Betrieb der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 14 veranschaulicht.
Gemäß 16 ist das Trägersignal Scarr ein Ausgabesignal aus dem Trägersignal-Generator 40, und das Schaltsignal S1 und S2 sind PWM-Signale, die aus der PWM-Signal-Erzeugungseinheit 14 an die Schaltelementeinheit 2 ausgegeben werden. Als nächstes wird ein Prozess zum Erzeugen der PWM-Signale unter Bezugnahme auf 15 und 16 beschrieben.
Der Trägersignal-Generator 40 erzeugt eine Dreieckswelle gemäß einer Trägerperiode. Hierbei ist das Trägersignal Scarr eine Dreieckswelle, aber es kann auch eine Sägezahnwelle oder dergleichen sein. Der Komparator 41 vergleicht den korrigierten Spannungsbefehl Vref* mit dem Trägersignal Scarr vom Trägersignal-Generator 40. Falls der Befehl Vref* größer ist als das Signal Scarr, gibt der Komparator 41 ein Einschaltsignal aus, und falls der Befehl Vref* kleiner ist als das Signal Scarr, gibt der Komparator 41 ein Ausschaltsignal aus.
Eines der Ausgabesignale aus dem Komparator 41 wird zum Schaltsignal S1 (PWM-Signal). Die Invertiereinrichtung 42 invertiert das eingegebene Schaltsignal (PWM-Signal) S1 zwischen einem Einschaltsignal und einem Ausschaltsignal, und sie gibt das sich ergebende Signal aus. Demzufolge wird das Ausgabesignal aus der Invertiereinrichtung 42 das andere Schaltsignal (PWM-Signal) S2.
Hier ist beschrieben, dass das Trägersignal Scarr vom Trägersignal-Generator 40 und der korrigierte Spannungsbefehl Vref* verglichen werden, so dass die Schaltsignale (PWM-Signale) S1, S2 erzeugt werden. Bei einer Konfiguration, die eine Einrichtung zum Detektieren der Spannung des Eingangsanschlusses 1 aufweist, kann der korrigierte Spannungsbefehl Vref* jedoch auch unter Verwendung der detektierten Spannung normiert werden.
17 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration der PLL-Einheit 15 zeigt, die in der Steuerungseinheit 10 enthalten ist.
Die PLL-Einheit 15 empfängt die Ausgangsspannung Vc und den Ausgangsstrom Io und gibt die interne Phase φ aus. Die PLL-Einheit 15 ändert die Frequenz der Ausgangsspannung Vc gemäß der Wirkleistung P, die aus der Ausgangsspannung Vc und dem Ausgangsstrom Io berechnet wird, und sie weist Folgendes auf: einen Wirkleistungsrechner 50, einen Abfallcharakteristik-Rechner 51, einen Veränderungs-Begrenzer 52, eine Referenzfrequenz-Befehlseinheit 53, einen Subtrahierer 54 und einen Phasengenerator 55.
Gemäß 17 ist P die Wirkleistung, df ist ein Frequenz-Korrekturbefehl, dfa ist ein begrenzter Frequenz-Korrekturbefehl, fref ist ein Referenzfrequenzbefehl, und fref* ist ein Frequenzbefehl.
Für den Fall, dass die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 parallele Vorgänge durchführen, korrigiert die PLL-Einheit 15 die Phasendifferenz zwischen den Ausgangsspannungen Vc der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21. Die Fehlerspannung, die infolge der Phasendifferenz zwischen den Ausgangsspannungen Vc der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 auftritt, ist hauptsächlich aus einer Kosinuswellen-Komponente gebildet. Demzufolge wird die Fehlerspannung, die eine Kosinuswellen-Komponente ist, auf die Ausgangsspule 5 angewendet, und der Strom, der von der Fehlerspannung und der Impedanz der Ausgangsspule 5 bestimmt wird, fließt zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21.
Da der Strom, der zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 fließt, hauptsächlich aus einer Sinuswellen-Komponente gebildet ist, tritt ein Querstrom der Wirkleistung zwischen den jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 auf. Daher kann die PLL-Einheit 15 den Querstrom der Wirkleistung unterbinden, indem die Wirkleistung detektiert wird, die von der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird, und indem die Frequenz der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 eingestellt wird.
Der Wirkleistungsrechner 50 berechnet die Wirkleistung P aus der Ausgangsspannung Vc, die mittels der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit 7 detektiert wird, und aus dem Ausgangsstrom Io, der mittels der Ausgangsstrom-Detektionseinheit 8 detektiert wird. Als ein spezifisches Verfahren zum Berechnen der Wirkleistung wird der Mittelwert des Produkts (= Vc × Io) der Ausgangsspannung Vc und des Ausgangsstroms Io über die Periode der Ausgangsspannung Vc berechnet. Das Produkt (= Vc × Io) der Ausgangsspannung Vc und des Ausgangsstroms Io kann einer Filterverarbeitung mittels eines Tiefpassfilters oder dergleichen unterzogen werden.
Der Abfallcharakteristik-Rechner 51 berechnet den Frequenz-Korrekturbefehl df gemäß der Wirkleistung P, die mittels des Wirkleistungsrechners 50 berechnet wird. Das Verhältnis zwischen dem Frequenz-Korrekturbefehl df und der Wirkleistung P ist im folgenden Ausdruck (5) ausgedrückt.
[Mathematischer Ausdruck 5] $d f = K f \times P$
Hier ist Kf die Verstärkung der Abfallcharakteristik.
Es sei angemerkt, dass hier der Frequenz-Korrekturbefehl df so berechnet wird, dass er proportional zur Wirkleistung P ist, aber der Frequenz-Korrekturbefehl df kann auch berechnet werden, indem ein Filter auf die Wirkleistung P angewendet wird. Ferner kann der Frequenz-Korrekturbefehl df berechnet werden, indem auch ein Differenzelement der Wirkleistung P verwendet wird. Für den Fall, dass die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21, die parallele Vorgänge ausführen, unterschiedliche Leistungskapazitäten haben und das Verhältnis der zuzuweisenden Wirkleistung P für jede Energie-Umwandlungseinrichtung 21 eingestellt wird, kann die Abfallcharakteristik-Verstärkung Kf gemäß dem Verhältnis der zuzuweisenden Wirkleistung P eingestellt werden. Außerdem ist es auch möglich, die jeder Energie-Umwandlungseinrichtung 21 zuzuweisende Wirkleistung einzustellen, indem ein Leistungsbefehl-Versatz für die Wirkleistung P eingestellt wird.
Der Veränderungs-Begrenzer 52 empfängt den Frequenz-Korrekturbefehl df, der vom Abfallcharakteristik-Rechner 51 ausgegeben wird, und gibt einen Frequenz-Korrekturbefehl dfa aus, der erhalten wird, indem die Veränderung des Frequenz-Korrekturbefehls df begrenzt wird. Nachstehend wird die Bedeutung von diesem Veränderungs-Begrenzer 52 erläutert.
Bei dem Energie-Umwandlungssystem, das wie in 1 gezeigt konfiguriert ist, ist es denkbar, dass die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 (21a, 21b) im Zusammenwirken mit einer weiteren (nicht dargestellten) Energie-Umwandlungseinrichtung arbeiten, die Energie aus einer verteilten Energieversorgung, wie z. B. einem Solarzellengenerator in kommerzielle Leistung umwandelt.
Solch eine Energie-Umwandlungseinrichtung für eine verteilte Energieversorgung hat eine Funktion für eine Detektion für getrennten Betrieb. Die Bestimmung hinsichtlich der Detektion für getrennten Betrieb wird auf der Basis der Veränderung der Frequenz der Netzspannung durchgeführt, die mit der Energie-Umwandlungseinrichtung verschaltet ist. Daher besteht für den Fall, dass die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 der vorliegenden Ausführungsform gemeinsam mit einer getrennt angeordneten Energieversorgungseinrichtung für eine verteilte Energieversorgung arbeiten, die Möglichkeit, dass die Energie-Umwandlungseinrichtung für die verteilte Energieversorgung den getrennten Betrieb fehlerhaft detektiert, und zwar auf der Basis der Veränderung der Frequenz infolge des Frequenz-Korrekturbefehls df, und dass der Betrieb gestoppt wird. Daher wird als ein Mittel zum Verhindern einer fehlerhaften Detektion des getrennten Betriebs der Veränderungs-Begrenzer 52 für den Frequenz-Korrekturbefehl df eingestellt.
In einigen Energie-Umwandlungseinrichtungen für verteilte Energieversorgungen wird ein Fehler-Übergehungssystem angewendet, um zu verhindern, dass alle Einrichtungen parallel ausgeschaltet werden, wenn eine Störung in einem Stromnetz infolge von augenblicklicher Spannungsverringerung oder augenblicklichem Stromausfall des Stromnetzes auftritt. Bei einer solchen Energie-Umwandlungseinrichtung, auf welche ein Fehler-Übergehungssystem angewendet wird, ist es notwendig, den Betrieb fortzusetzen, wenn eine rampenförmige Frequenzänderung von 2 Hz/s auftritt. Daher ist es wirksam, dass der obere Grenzwert des Veränderungs-Begrenzers 52 auf 2 Hz/s oder niedriger und dessen unterer Grenzwert auf -2 Hz/s oder höher eingestellt sind.
Zukünftig ist es denkbar, dass sich die Anforderungen für eine Energie-Umwandlungseinrichtung für eine verteilte Energieversorgung in Abhängigkeit der Energie-Angebot-und-Nachfrage-Bedigungen eines Stromnetzes ändern. In diesem Fall ist es wirksam, dass der obere Grenzwert und der untere Grenzwert des Veränderungs-Begrenzers 52 gemäß den Anforderungen für die Energie-Umwandlungseinrichtung für eine verteilte Energieversorgung eingestellt werden.
Die Referenzfrequenz-Befehlseinheit 53 gibt den Referenzfrequenzbefehl fref als einen Frequenzsteuerungs-Sollwert für die Ausgangsspannung Vc der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 aus. Es sei angemerkt, dass der Referenzfrequenzbefehl fref auf einen gemeinsamen Wert unter den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 eingestellt ist.
Der Subtrahierer 54 subtrahiert den begrenzten Frequenz-Korrekturbefehl dfa vom Referenzfrequenzbefehl fref, der au der Referenzfrequenz-Befehlseinheit 53 ausgegeben wird, und er gibt den Wert fref* (= fref - dfa) aus, der mittels der Subtraktion erhalten wird, und zwar als einen Frequenzbefehl.
Der Phasengenerator 55 akkumuliert den Frequenzbefehl fref*, der vom Subtrahierer 54 ausgegeben wird, so dass er die interne Phase φ der Spannung Vc erzeugt, die von der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird.
Wie oben beschrieben, arbeitet die PLL-Einheit 15 so, dass der Frequenzbefehl fref* eine Abfallcharakteristik gemäß der Wirkleistung hat, die aus der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ausgegeben wird, und der Frequenzbefehl fref* verändert sich, wie in 18 gezeigt. Genauer gesagt: Wenn die Energie-Umwandlungseinrichtung 21 eine positive Wirkleistung P auf Seiten des Ausgangsanschlusses 9 ausgibt, wird der Frequenzbefehl fref* verringert, und wenn die Energie-Umwandlungseinrichtung 21 eine negative Wirkleistung P auf Seiten des Ausgangsanschlusses 9 ausgibt, wird der Frequenzbefehl fref* erhöht.
19 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Wirkleistungsrechners 50 zeigt, der in der PLL-Einheit 15 enthalten ist.
Der Wirkleistungsrechner 50 empfängt die Ausgangsspannung Vc und den Ausgangsstrom Io, und er führt eine Berechnung durch, die im folgenden Ausdruck (6) gezeigt ist, so dass er die Wirkleistung P ausgibt.
[Mathematischer Ausdruck 61 $P = \frac{T c}{T v c} \times \sum_{n = 1}^{m} (I o n \times V c n)$
Hierbei gilt Folgendes: Tvc ist die Periode der Ausgangsspannung Vc; Tc ist der Berechnungszyklus; m ist die Anzahl von Berechnungen, in welchen die Verarbeitung mit einem Berechnungszyklus von Tc während der Periode Tvc durchgeführt wird; n ist eine Berechnungsanzahl, die vom Nulldurchgang von Vc gezählt wird (1 entspricht dem ältesten Wert, m entspricht dem letzten Wert, und n entspricht dem aktuellen Wert); und Ion ist der aktuelle Wert des Ausgangsstroms Io.
Der Wirkleistungsrechner 50 weist Folgendes auf: eine Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 520, eine Signalverzögerungseinrichtung 521, einen Multiplizierer 522, Integratoren 523, 526, Abtast-und-Halteeinrichtungen 524, 527, eine Ausgabeeinrichtung 525 für ein festgelegtes Signal und einen Teiler 528.
Gemäß 19 ist Sz ein Nulldurchgangssignal, und Szd ist ein verzögertes Nulldurchgangssignal.
Die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 520 empfängt die Ausgangsspannung Vc. Dann gilt: Wenn die Ausgangsspannung Vc positiv ist, gibt die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 520 ein positives Nulldurchgangssignal Sz aus; und wenn die Ausgangsspannung Vc negativ ist, gibt die Nulldurchgangssignal-Ausgabeeinrichtung 520 ein negatives Nulldurchgangssignal Sz aus. Zu dieser Zeit kann infolge der Variation der Ausgangsspannung Vc der Nulldurchgang mehrfach innerhalb eines kurzen Zeitraums detektiert werden (beispielsweise kürzer als 5 ms) (Prellen).
Als Maßnahmen gegen solches Prellen kann, nachdem der Nulldurchgang detektiert worden ist, die Detektion des Nulldurchgangs maskiert werden (es kann verhindert werden, dass sich das Nulldurchgangssignal Sz ändert), und zwar während eines gewissen Zeitraums (beispielsweise 5 ms). Außerdem kann eine Hysterese für die Positiv-/Negativbestimmung der Ausgangsspannung Vc geliefert werden (beispielsweise, wenn die Ausgangsspannung Vc einen Wert von 1 V oder höher hat, kann die Ausgangsspannung Vc als positiv bestimmt werden, und wenn die Ausgangsspannung Vc einen Wert von -1 V oder niedriger hat, kann die Ausgangsspannung Vc als negativ bestimmt werden).
Die Signalverzögerungseinrichtung 521 empfängt das Nulldurchgangssignal Sz und gibt das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd aus, das um ein Signal verzögert ist, das einem Berechnungsschritt des Wirkleistungsrechners 50 entspricht. Die Signalverzögerungseinrichtung 521 stellt eine Verzögerung zwischen dem Signal (Nulldurchgangssignal Sz) zum Abtasten und Halten und einem Signal (verzögertes Nulldurchgangssignal Szd) zum Zurücksetzen des Integrators bereit. Demzufolge wird die Reihenfolge des Abtast-und-Haltevorgangs bei der Integrator-Ausgabe, der gemäß dem Nulldurchgangssignal Sz betrieben wird, und der Vorgang zum Zurücksetzen des Integrators gewährleistet.
Die Ausgabeeinrichtung 525 für ein festgelegtes Signal gibt einen festgelegten Wert aus, der ein Signalwert „1“ ist. Dieses Signal wird vom Integrator 526 akkumuliert, so dass eine verstrichene Zeit der Messung der Periode der Ausgangsspannung Vc erhalten wird.
Der Integrator 526 empfängt die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 525 für ein festgelegtes Signal und das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd und gibt einen Perioden-Messwert der Ausgangsspannung Vc aus, der erhalten wird, indem die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 525 für ein festgelegtes Signal integriert wird. Wenn sich das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv ändert, setzt der Integrator 526 den Integralwert auf 0 zurück und integriert die Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 525 für ein festgelegtes Signal. Der Integrator 526 akkumuliert einen Wert, der erhalten wird, indem ein Berechnungsschritt-Zeitraum mit der Ausgabe der Ausgabeeinrichtung 525 für ein festgelegtes Signal multipliziert wird, und zwar in jedem Berechnungsschritt. Demzufolge wird die Ausgabe des Integrators 526 zu einer verstrichenen Zeit seit dem Zeitpunkt, zu welchem sich das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv geändert hat.
Die Abtast-und-Halteeinrichtung 527 empfängt die Ausgabe des Integrators 526 und das Nulldurchgangssignal Sz und gibt die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc aus. Die Abtast-und-Halteeinrichtung 527 aktualisiert die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 527 auf die Ausgabe des Integrators 526 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Nulldurchgangssignal Sz von negativ zu positiv wechselt. Die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 527 ändert sich zu den übrigen Zeitpunkten nicht. Mit diesem Vorgang kann eine Periode gemessen werden, mit welcher sich die Ausgangsspannung Vc von negativ nach positiv ändert.
Der Multiplizierer 522 empfängt die Ausgangsspannung Vc und den Ausgangsstrom Io, und er gibt das Ergebnis (Vc × Io) der Multiplikation dieser Werte aus.
Der Integrator 523 empfängt die Ausgabe des Multiplizierers 522 und des verzögerten Nulldurchgangssignals Szd, und er gibt einen Wert aus, der erhalten wird, indem die Ausgabe des Multiplizierers 522 akkumuliert wird. Hierbei akkumuliert der Integrator 523 einen Wert, der erhalten wird, indem ein Berechnungsschritt-Zeitraum mit der Ausgabe des Multiplizierers 522 multipliziert wird, in jedem Berechnungsschritt, und dessen Integralwert wird zu einem Zeitpunkt zurückgesetzt, an welchem das verzögerte Nulldurchgangssignal Szd von negativ zu positiv wechselt.
Die Abtast-und-Halteeinrichtung 524 empfängt die Ausgabe des Integrators 523 und das Nulldurchgangssignal Sz, und sie aktualisiert die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 524 auf die Ausgabe des Integrators 523 zu einem Zeitpunkt, an welchem das Nulldurchgangssignal Sz von negativ zu positiv wechselt. Die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 524 ändert sich zu den übrigen Zeitpunkten nicht.
Der Teiler 528 empfängt die Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 524 und die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc, und sie gibt das Ergebnis aus, das durch Teilen der Ausgabe der Abtast-und-Halteeinrichtung 524 durch die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc erhalten wird. Für den Teiler 528 kann ein unterer Grenzwert für die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc gesetzt werden, um eine Division durch 0 zu vermeiden, wenn die Periode Tvc der Ausgangsspannung Vc einen Wert von 0 hat.
20 ist ein Blockdiagramm, das die interne Konfiguration des Veränderungs-Begrenzers 52 zeigt, der in der PLL-Einheit 15 enthalten ist.
Der Veränderungs-Begrenzer 52 empfängt den Frequenz-Korrekturbefehl df und gibt den begrenzten Frequenz-Korrekturbefehl dfa aus, so dass er eine Begrenzung der Veränderung des Frequenz-Korrekturbefehls df pro Berechnungsschritt der PLL-Einheit 15 bereitstellt.
Der Veränderungs-Begrenzer 52 weist Folgendes auf: einen Subtrahierer 540, einen Begrenzer 541, einen Addierer 542 und eine Signalverzögerungseinrichtung 543.
Der Subtrahierer 540 empfängt den Frequenz-Korrekturbefehl df und die Ausgabe der Signalverzögerungseinrichtung 543 entsprechend dem vorherigen Frequenz-Korrekturbefehl, und er gibt dessen Subtraktionsergebnis aus (Frequenz-Korrekturbefehl df - vorheriger Frequenz-Korrekturbefehl). Das Subtraktionsergebnis wird zu einem Veränderungswert pro Berechnungsschritt des Frequenz-Korrekturbefehls df (Berechnungsschritt durch die PLL-Einheit 15).
Der Begrenzer 541 gibt einen Wert aus, der erhalten wird, indem der Veränderungswert pro Berechnungsschritt des Frequenz-Korrekturbefehls df begrenzt wird, der aus dem Subtrahierer 540 ausgegeben wird. Die zu begrenzende Frequenzänderung kann eingestellt werden, indem der obere Grenzwert und der untere Grenzwert des Begrenzers 541 verwendet werden.
Für den Fall beispielsweise, das die Veränderung des Frequenz-Korrekturbefehls innerhalb ±2 Hz/s begrenzt wird, soll der obere Grenzwert des Begrenzers 541 auf 2 × (Berechnungsschritt-Zeitraum der PLL-Einheit 15) eingestellt werden, und der untere Grenzwert 541 soll auf -2 × (Berechnungsschritt-Zeitraum der PLL-Einheit 15) eingestellt werden.
Der Addierer 542 empfängt die Ausgabe des Begrenzers 541 und die Ausgabe der Signalverzögerungseinrichtung 543, und er gibt den begrenzten Frequenz-Korrekturbefehl dfa aus, der das Ergebnis der Addition dieser empfangen Werte ist. Der begrenzte Frequenz-Korrekturbefehl dfa wird in die Signalverzögerungseinrichtung 543 eingegeben, und der Wert, der erhalten wird, indem die Eingabe um einen Berechnungsschritt der PLL-Einheit 15 verzögert wird, wird aus der Signalverzögerungseinrichtung 543 ausgegeben. Diese Ausgabe entspricht dem vorherigen Frequenz-Korrekturbefehl.
21 ist ein Zeitdiagramm, das den parallelen Betrieb der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b im Energie-Umwandlungssystem gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. 22 ist ein Zeitdiagramm, das den parallelen Betrieb zweier Energie-Umwandlungseinrichtungen A und B in einem Energie-Umwandlungssystem zeigt, in welchem die zwei Energie-Umwandlungseinrichtungen A und B parallele Vorgänge durchführen, und zwar als ein Vergleichsbeispiel.
Bei den Energie-Umwandlungseinrichtungen A und B im Vergleichsbeispiel sind die Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 und die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 13 gemäß der vorliegenden Ausführungsform nicht vorgesehen, und der Spannungsbefehl Vref, der mittels der Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11 erzeugt wird, wird zur Erzeugung von PWM-Signalen verwendet, ohne dass er korrigiert wird. Die übrige Konfiguration ist die gleiche wie bei den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 (21a und 21b).
21 und 22 zeigen Lastströme (Strom-Wellenformen der AC-Lasten), Ausgangsströme, die durch die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a fließen, also A (Wellenformen der Ströme, die durch Ausgangsspulen fließen) und Ausgangsströme, die durch die anderen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21b fließen, sowie B (Wellenformen der Ströme, die durch Ausgangsspulen fließen). Es sei angemerkt, dass normalerweise jeder Laststrom die Summe der Ausgangsströme der zwei Energie-Umwandlungseinrichtungen ist, die parallele Vorgänge durchführen.
Um die Wirkungen der vorliegenden Ausführungsform zu zeigen, sind sowohl im Fall von 21, als auch im Fall von 22 die Induktivitätskomponenten der Filterspulen 3 der Energie-Umwandlungseinrichtungen 21b (Fall B) so eingestellt, dass sie kleiner sind als die Induktivitätskomponenten der Filterspulen 3 der Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a (Fall A).
Obwohl 21 und 22 Wellenformen in Einzelphasen-Konfigurationen zeigen, ist die vorliegende Erfindung nicht auf eine Einzelphasen-Konfiguration beschränkt, sondern sie ist auch auf eine Dreiphasen-Konfiguration anwendbar.
Zunächst wird das in 22 gezeigte Vergleichsbeispiel beschrieben.
Beim Vergleich zwischen dem Ausgangsstrom der Energie-Umwandlungseinrichtung A und dem Ausgangsstrom der Energie-Umwandlungseinrichtung B wird die Last-Stromzuweisung vorab auf die Energie-Umwandlungseinrichtung B eingestellt bzw. vorgespannt, und zwar zu der Zeit, zu welcher eine Last angewendet wird. Dies rührt daher, dass die Induktivitätskomponenten der Filterspulen 3 zwischen den zwei Energie-Umwandlungseinrichtungen A und B unterschiedlich sind.
Das heißt, da die Induktivitätskomponente der Filterspule 3 der Energie-Umwandlungseinrichtung B kleiner ist als die Induktivitätskomponente der Filterspule 3 der Energie-Umwandlungseinrichtung A, ist die Impedanz der Energie-Umwandlungseinrichtung B kleiner, und die Stromzuweisung an die Energie-Umwandlungseinrichtung B wird größer. Im Ergebnis wird die augenblickliche Leistungszuweisung dorthin auch größer.
Danach werden die Zuweisungen der Ausgangsströme beider Energie-Umwandlungseinrichtungen A und B so verbessert, dass sie im Zeitverlauf gleich gemacht werden. Der Grund dafür wird nachstehend beschrieben. Der Referenzfrequenzbefehl fref wird durch den Frequenz-Korrekturbefehl df vom Abfallcharakteristik-Rechner 51 korrigiert, der in der PLL-Einheit 15 jeder Energie-Umwandlungseinrichtung A und B enthalten ist.
Demzufolge tritt eine Spannungsphasen-Differenz zwischen dem Ende der Filterspule 3 auf Seiten der Schaltelementeinheit 2 und dem Ende der Filterspule 3 auf Seiten des Filterkondensators 4 auf. Die Ströme der Filterspulen 3 der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen A und B werden gemäß der Spannungsphasen-Differenz eingestellt, und demzufolge werden die Leistungen gleichmäßig den jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen A und B im stationären Zustand zugewiesen.
Wie oben beschrieben, ist es bei den parallelen Vorgängen der Energie-Umwandlungseinrichtungen A und B im Vergleichsbeispiel schwierig, die Stromzuweisungen zu vereinheitlichen, wenn eine augenblickliche Leistungsänderung auftritt, beispielsweise zur Zeit, wenn eine Last angewendet wird.
Als nächstes wird ein Beispiel für die parallelen Vorgänge der Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b gemäß der vorliegenden Ausführungsform beschrieben, die in 21 gezeigt sind.
Beim Vergleich des Ausgangsstroms der Energie-Umwandlungseinrichtung 21a mit dem Ausgangsstrom der Energie-Umwandlungseinrichtung 21b wird die Vorab-Beaufschlagung des Stroms (bias) zu der Zeit korrigiert, wenn eine Last angewendet wird. Dies rührt daher, dass der Fehler in der Induktivitätskomponente der Filterspule 3, wie oben beschrieben, mittels der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 und der Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 korrigiert wird, die in jeder Energie-Umwandlungseinrichtung 21a und 21b vorhanden sind.
Im Zeitverlauf werden die Zuweisungen der Ausgangsströme beider Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b so verbessert, dass sie gleichgemacht werden. Der Grund dafür ist der gleiche wie in 22 angegeben. Das heißt, der Referenzfrequenzbefehl fref wird durch den Frequenz-Korrekturbefehl df vom Abfallcharakteristik-Rechner 51 korrigiert, der in der PLL-Einheit 15 jeder Energie-Umwandlungseinrichtung 21a und 21b enthalten ist.
Demzufolge tritt eine Spannungsphasen-Differenz zwischen dem Ende der Filterspule 3 auf Seiten der Schaltelementeinheit 2 und dem Ende der Filterspule 3 auf Seiten des Filterkondensators 4 auf. Die Ströme der Filterspulen 3 der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b werden gemäß der Spannungsphasen-Differenz eingestellt, und demzufolge werden die Leistungen gleichmäßig den jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b im stationären Zustand zugewiesen.
Wie oben beschrieben, gilt bei der vorliegenden Ausführungsform 1 Folgendes: In dem Fall, in welchem die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b parallel betrieben werden, so dass sie der AC-Last 61 Leistungen zuführen, berechnet die Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 den Korrekturwert VL* entsprechend dem Spannungsabfall infolge der Impedanz zwischen der Schaltelementeinheit 2 und der Filterspule 3, die jede Energie-Umwandlungseinrichtung 21a und 21b bilden, und die Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 korrigiert den Spannungsbefehl Vref unter Verwendung des Korrekturwerts VL*.
Demzufolge wird für die Energie-Umwandlungseinrichtung, die eine kleine Ausgangsimpedanz hat, die Korrektur so durchgeführt, dass sie deren Ausgangsimpedanz erhöht, so dass eine Variation der Ausgangsimpedanzen unterbunden wird.
Daher gilt: Selbst wenn eine augenblickliche Leistungsänderung auftritt, beispielsweise zu der Zeit, zu welcher eine Last angewendet wird, wird eine Konzentration der Leistungszuweisung (der zugewiesene Strom) verhindert, und die Leistungszuweisungen können so verbessert werden, dass sie zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b vereinheitlicht werden. Ferner verändert die PLL-Einheit 15 die Frequenz der Ausgangsspannung Vc gemäß der Wirkleistung, die aus der Ausgangsspannung Vc und dem Ausgangsstrom Io jeder Energie-Umwandlungseinrichtung 21a und 21b berechnet wird, so dass Leistungszuweisungen im stationären Zustand ebenfalls vereinheitlicht werden können.
Die Induktivität der Filterspule 3 kann ebenfalls variieren, und zwar in Abhängigkeit der Temperatur der Filterspule 3. Wie in 23 gezeigt, nimmt im Allgemeinen die Induktivität mit einem Anstieg der Temperatur ab, und nahe der Curie-Temperatur nimmt die Induktivität scharf ab. Als ein Ergebnis der Abnahme der Induktivität der Filterspule 3 nimmt die Impedanz der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ab. Daher gilt für den Fall, dass die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 parallele Vorgänge durchführen, Folgendes: Falls eine Differenz zwischen den Temperaturen der Filterspulen 3 der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 auftritt, tritt die Differenz auch zwischen den Impedanzen der jeweiligen Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 auf.
Ferner gilt: Falls der Strom durch die Filterspule 3 zunimmt, nimmt die Induktivität infolge von magnetischer Sättigung ab, so dass die Impedanz der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 abnimmt.
Für den Fall, dass die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 parallel Vorgänge durchführen, konzentriert sich der Laststrom an der Energie-Umwandlungseinrichtung 21, die eine verringerte Impedanz aufweist, und daher ist es wahrscheinlich, dass in dieser Energie-Umwandlungseinrichtung 21 ein Überstrom auftritt. Wie oben beschrieben, gilt Folgendes: Selbst wenn eine Variation der Impedanzen der Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 auftritt, die parallele Vorgänge durchführen, wird bei der vorliegenden Ausführungsform jede Energie-Umwandlungseinrichtung 21 so betrieben, dass ein Strom mit unterbundener Impedanzreduktion fließt, wourch die Leistungszuweisungen an die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b vereinheitlicht werden können.
In dem Fall, in welchem ein Querstrom des DC-Stroms zwischen den Energie-Umwandlungseinrichtungen 21 auftritt, wird ferner die Wirkung, dass der Querstrom des DC-Stroms verringert wird, auch dadurch erhalten, dass der virtuelle Widerstand Rset in der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 eingestellt wird.
Ausführungsform 2
24 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration einer Energie-Umwandlungseinrichtung zeigt, die bei einem Energie-Umwandlungssystem gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Die Komponenten, die den in 3 in Ausführungsform 1 gezeigten entsprechen oder die gleichen sind, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die vorliegende Ausführungsform 2 ist insofern die gleiche wie die Ausführungsform 1, dass die Steuerungseinheit 10 die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit 11, eine Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 112, die Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13, die PWM-Signal-Erzeugungseinheit 14 und die PLL-Einheit 15 aufweist. Der Unterschied zur Ausführungsform 1 ist, dass der korrigierte Spannungsbefehl Vref*, der aus der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 13 ausgegeben wird, in die Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 12 eingegeben wird, und dass sich die interne Konfiguration der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 112 ebenfalls von derjenigen in Ausführungsform 1 unterscheidet. Nachfolgend werden die Einzelheiten der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 112 beschrieben.
Bei der vorliegenden Ausführungsform 2 berechnet die Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 112 den Korrekturwert VL* für den Spannungsbefehl auf der Basis des Spulenstroms IL, der Ausgangsspannung Vc und der Ausgabe Vref* aus der Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13. Wie ebenfalls in Ausführungsform 1 beschrieben, entspricht der Korrekturwert VL* des Spannungsbefehls dem Phänomen, dass ein Spannungsabfall infolge der Impedanz zwischen der Schaltelementeinheit 2 und der Filterspule 3 auftritt. Ein Beispiel für die Berechnung mittels der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 112 ist im folgenden Ausdruck (7) gezeigt.
[Mathematischer Ausdruck 7] $V L * = L s e t \times \frac{d}{d t} I L - K V L \times (V r e f * - V c) + R s e t \times I L$
Hierbei ist VL* der Korrekturwert für den Spannungsbefehl, der mittels der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit 112 berechnet wird, IL ist der Spulenstrom, der mittels der Spulenstrom-Detektionseinheit 6 detektiert wird, Vc ist die Ausgangsspannung, die mittels der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit 7 detektiert wird, Vref* ist der korrigierte Spannungsbefehl, der mittels der Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 korrigiert wird, Lset ist die Induktivitätskompontenverstärkung, KVL ist die Spulenspannungsverstärkung, und Rset ist die Widerstandskomponentenverstärkung.
Genauer gesagt: Wie in 25 gezeigt ist, wird der Betrieb so durchgeführt, dass der virtuelle Widerstand Rset und eine virtuelle Induktivität Lseta innerhalb der Schaltelementeinheit 2 jeder Energie-Umwandlungseinrichtung 21 (21a und 21b) vorliegen. Die virtuelle Induktivität Lseta ist so eingestellt, dass die Summe der virtuellen Induktivität Lseta und der Induktivität der Filterspule 3 zu Lset werden.
Der Spannungsabfall, wenn der Spulenstrom IL durch die Induktivität Lset fließt, wird aus dem Spulenstrom IL und der Induktivitätskompontenverstärkung Lset berechnet, und dies entspricht dem ersten Term auf der rechten Seite von dem Ausdruck (7). Die Spannung, die erhalten wird, indem der Spannungsabfall der Filterspule 3 (entspricht dem zweiten Term auf der rechten Seite in dem Ausdruck (7)) vom Wert des ersten Terms subtrahiert wird, ist als der Spannungsabfall infolge der virtuellen Induktivität Lseta definiert. Demzufolge ist es möglich, die virtuelle Induktivität Lseta einzustellen, unter Berücksichtigung auch der Induktivität der Filterspule 3. Dann kann der Spannungsbefehl Vref so korrigiert werden, dass die Induktivität, die die tatsächliche Induktivitätskomponente der Filterspule 3 und die virtuelle Induktivität Lseta enthält, einen Wert von Lset annimmt.
In Ausdruck (7) sind der erste Term und der dritte Term auf der rechten Seite die gleichen wie der erste Term und der dritte Term auf der rechten Seite in dem Ausdruck (3), wie bei der obigen Ausführungsform 1 gezeigt, und sie können mittels des gleichen Verfahrens wie in Ausführungsform 1 berechnet werden.
Der zweite Term auf der rechten Seite in dem Ausdruck (7) entspricht der Spannung, die an die Filterspule 3 angelegt wird, die auf der Basis der Ausgangsspannung Vc geschätzt wird, die mittels der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit 7 detektiert wird, und dem korrigierten Spannungsbefehl Vref*, der mittels der Spannungsbefehl-Korrektureinheit 13 erhalten wird. In diesem Fall können auch ein Wert, der erhalten wird, indem veranlasst wird, dass eine Differenz zwischen dem korrigierten Spannungsbefehl Vref* und der Ausgangsspannung Vc durch ein Filter oder dergleichen geht, oder ein gleitender Mittelwert verwendet werden.
Falls gewünscht wird, dass die Induktivitätskomponente der Filterspule 3, die in der Induktivitätskomponente Lset enthalten ist, verringert wird, genügt es, dass die Spulenspannungsverstärkung KVL verringert wird. Für den Fall beispielsweise, in welchem Lset 2 mH ist, die Induktivität der Filterspule 3 einen Wert von 1 mH hat und die Spulenspannungsverstärkung KVL 1 ist, wird die Induktivität 1 mH, die erhalten wird, indem die Induktivität 1 mH der Filterspule 3 von Lset subtrahiert wird, die virtuelle Induktivität Lseta innerhalb der Schaltelementeinheit 2.
Für den Fall wiederum, in welchem die Spulenspannungsverstärkung 0,5 ist, wird die Induktivität 1,5 mH, die erhalten wird, indem von Lset 0,5 mH subtrahiert werden, was erhalten wird, indem die Induktivität der Filterspule 3 mit der Spulenspannungsverstärkung KVL multipliziert wird, die virtuelle Induktivität Lseta innerhalb der Schaltelementeinheit 2.
Indem der zweite Term von dem ersten Term auf der rechten Seite von dem Ausdruck (7) subtrahiert wird, ist es möglich, nur den Fehler der Induktivitätskomponente der Filterspule 3 in Hinblick auf die Induktivitätskompontenverstärkung Lset zu korrigieren. Demzufolge ist es möglich, die Ausgangsimpedanz der Energie-Umwandlungseinrichtung 21 unter Verwendung der induktivitätskompontenverstärkung Lset als eine Referenz genauer einzustellen als im Fall von Ausführungsform 1.
Für den Fall beispielsweise, dass die Energie-Umwandlungseinrichtung 21a und die Energie-Umwandlungseinrichtung 21b parallele Vorgänge durchführen, wird angenommen, dass der Induktivitäts-Auslegungswert der Filterspule 3 einen Wert von 1 mH hat, wohingegen die Induktivität der Filterspule 3 der Energie-Umwandlungseinrichtung 21a einen Wert von 1.2 mH hat (Abweichung von 20 %) und die Induktivität der Filterspule 3 der Energie-Umwandlungseinrichtung 21b einen Wert von 0,8 mH hat (Abweichung von -20 %).
In diesem Fall ist zur Zeit einer Last-Einschaltspitze oder dergleichen die Stromzuweisung (Leistungszuweisung) an die Energie-Umwandlungseinrichtung 21b ungefähr 1,5-mal so groß wie die Stromzuweisung (Leistungszuweisung) an die Energie-Umwandlungseinrichtung 21a.
Falls hier die Induktivitätskomponente Lset auf 0,002 eingestellt ist, scheint es, dass die zusammengesetzte Induktivität Lset, die erhalten wird, indem die virtuelle Induktivität innerhalb der Schaltelementeinheit 2 und die Induktivität der Filterspule 3 in Reihe geschaltet werden, 2 mH in beiden Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b beträgt. Demzufolge werden zur Zeit einer Last-Einschaltspitze oder dergleichen die Stromzuweisungen (Leistungszuweisungen) an die Energie-Umwandlungseinrichtungen 21a und 21b so verbessert, dass sie gleichgemacht werden.
Die übrige Konfiguration und die betrieblichen Wirkungen sind die gleichen wie diejenigen bei der Ausführungsform 1, und deren erneute ausführliche Beschreibung wird hier weggelassen.
Es sei angemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf die Konfigurationen der obigen Ausführungsformen 1 und 2 beschränkt ist. Ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen, können die Konfigurationen von jeder Ausführungsform 1 und 2 teilweise modifiziert werden, oder einige ihrer Komponenten können weggelassen werden. Außerdem können die Konfigurationen der Ausführungsform 1 und 2 miteinander geeignet kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5217397 B2 [0008]
WO 2013/008413 A1 [0008]

Claims

Energie-Umwandlungseinrichtung, die eine Schaltelementeinheit aufweist, zum Konvertieren einer extern angeschlossenen DC-Energieversorgung in eine Spannung, die eine Spannungsbefehl entspricht, so dass einer Last AC-Energie zugeführt wird, wobei die Energie-Umwandlungseinrichtung Folgendes aufweist: eine Filterspule und einen Filterkondensator zum Glätten des Ausgangs der Schaltelementeinheit; eine Ausgangsspule, die zwischen der Last und dem Filterkondensator angeordnet ist; eine Spulenstrom-Detektionseinheit zum Detektieren eines Spulenstroms, der durch die Filterspule fließt; eine Ausgangsspannungs-Detektionseinheit zum Detektieren der Ausgangsspannung der Energie-Umwandlungseinrichtung; eine Ausgangsstrom-Detektionseinheit zum Detektieren des Stroms, der durch die Ausgangsspule fließt, als Ausgangsstrom; und eine Steuerungseinheit zum Treiber-Steuern der Schaltelementeinheit auf der Basis der Detektion von Ausgaben aus der Spulenstrom-Detektionseinheit, der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit und der ausgangsstrom-Detektionseinheit, wobei die Steuerungseinheit Folgendes aufweist: eine Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit zum Erzeugen des Spannungsbefehls zum Steuern der Ausgangsspannung der Energie-Umwandlungseinrichtung, eine PWM-Signal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen eines PWM-Signals zum Treiben der Schaltelementeinheit auf der Basis des Spannungsbefehls, und eine PLL-Einheit zum Verändern der Frequenz der Ausgangsspannung gemäß der Wirkleistung, die auf der Basis der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms berechnet wird, und wobei die Steuerungseinheit ferner eine Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit zum Berechnen eines Spannungsbefehl-Korrekturwerts auf der Basis des Spulenstroms und eine Spannungsbefehl-Korrektureinheit aufweist, die den Spannungsbefehl gemäß dem Spannungsbefehl-Korrekturwert korrigiert und den korrigierten Spannungsbefehl an die PWM-Signal-Erzeugungseinheit ausgibt.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsbefehl-Korrekturwert, der mit der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit berechnet wird, ein Wert proportional zu einem Differenzwert des Spulenstroms ist.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Spannungsbefehl-Korrekturwert, der mittels der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit berechnet wird, einen Wert proportional zum Spulenstrom zusätzlich zu einem Wert proportional zu einem Differenzwert des Spulenstroms aufweist.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Spannungsbefehl-Korrekturwert, der mittels der Spannungskorrekturwert-Berechnungseinheit berechnet wird, einen Wert proportional zu einer Differenz zwischen der Ausgangsspannung, die mittels der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit detektiert wird, und dem korrigierten Spannungsbefehl aufweist, der aus der Spannungsbefehl-Korrektureinheit ausgegeben wird.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit eine Amplitude des Spannungsbefehls gemäß einem Effektivwert der Ausgangsspannung korrigiert, der mittels der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit detektiert wird.
Energie-Umwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Spannungsbefehl-Erzeugungseinheit die Wirkleistung auf der Basis der Ausgangsspannung, die mittels der Ausgangsspannungs-Detektionseinheit detektiert wird, und des Ausgangsstroms detektiert, der mittels der Ausgangsstrom-Detektionseinheit detektiert wird, und wobei sie eine Amplitude des Spannungsbefehls gemäß der Blindleistung korrigiert.
Energie-Umwandlungssystem, das eine Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 6 aufweist, wobei die Mehrzahl von Energie-Umwandlungseinrichtungen parallel betrieben werden, so dass der Last AC-Energie zugeführt wird.