电力转换装置的制作方法

中的至少一方的判定。所述模式切换也可以包含从所述发电模式向所述无功功率补偿模式的模式切换即“日落模式切换”、以及从所述无功功率补偿模式向所述发电模式的模式切换即“日出模式切换”中的至少一方。所述控制电路也可以基于所述日落判定的结果来实施所述日落模式切换。所述控制电路也可以基于所述日出判定的结果来实施所述日出模式切换。
16.发明效果
17.根据本技术，能够基于来自太阳能电池面板的直流电流的大小，高精度地判定太阳能电池面板的发电状况，因此能够适当地实施模式切换。
附图说明
18.图1是示意地表示实施方式的电力转换装置的框图。
19.图2是示意地表示实施方式的电力转换装置的动作的流程图。
20.图3是示意地表示用于说明实施方式的电力转换装置的效果而示出的比较例(相关技术)的动作的流程图。
21.图4是示意地表示实施方式的变形例的电力转换装置的动作的流程图。
具体实施方式
22.实施方式的装置以及系统的构成.
23.图1是示意地表示实施方式的电力转换装置的框图。如图1所示，电力转换装置10具备电力转换电路12、直流电容器14、滤波电路16、直流电压检测器18、直流电流检测器20、多个交流电压检测器22a～22c、多个交流电流检测器24a～24c、多个直流开闭器26a、26b、多个交流开闭器28a～28c、整流元件30、以及控制电路34。
24.电力转换装置10连接于作为直流电源的太阳能电池面板2以及交流的电力系统4。电力转换装置10例如经由变压器6连接于电力系统4。太阳能电池面板2向电力转换装置10供给直流电。电力转换装置10将从太阳能电池面板2输入的直流电转换为交流电，并向电力系统4供给转换后的交流电。
25.电力转换装置10向电力系统4供给有功功率以及一定量的无功功率。电力转换装置10例如使太阳能电池面板2作为分布式电源发挥功能。此外，电力转换装置10通过对电力系统4供给无功功率，来进行抑制电力系统4的电压变动的无功功率补偿。电力转换装置10例如在白天等太阳能电池面板2的高发电量的时间段中，进行供给有功功率以及一定量的无功功率的动作。而且，电力转换装置10例如在夜间等太阳能电池面板2的低发电量的时间段中，进行供给无功功率的动作。
26.如此，电力转换装置10具备对电力系统4供给有功功率以及一定量的无功功率的“发电运转模式”、以及对电力系统4供给无功功率的“无功功率补偿模式”。无功功率补偿模式也被称作svc(static var compensator：静止无功补偿器)运转模式。
27.在该例中，将太阳能电池面板2作为直流电源示出。在该例中，电力系统4的交流电为三相交流电。电力转换装置10将直流电转换为三相交流电，并向电力系统4供给。电力系统4的交流电不限于三相交流电，也可以是单相交流电等。电力系统4的交流电压例如也可以是100v(有效值)。电力系统4的交流电的频率例如也可以是50hz或者60hz。
28.电力转换电路12具有连接于太阳能电池面板2的一对直流端子d1、d2、以及连接于电力系统4的多个交流端子a1～a3。直流端子d1为高压侧的直流端子，直流端子d2为低压侧的直流端子。与此相反，也可以将直流端子d1设为低压侧，将直流端子d2设为高压侧。
29.在该例中，电力转换电路12具有与三相交流电的各相对应的三个交流端子a1～a3。例如在电力系统4的交流电为单相交流电的情况下，交流端子的数量可以是两个。交流端子的数量根据交流电的形式等适当设定即可。
30.电力转换电路12将太阳能电池面板2的直流电转换为与电力系统4对应的交流电，并向电力系统4供给交流电。电力转换电路12例如具有多个开关元件12a、以及分别以反并联的方式连接于各开关元件12a的多个整流元件12b。电力转换电路12通过各开关元件12a的接通/断开，将直流电转换为交流电。电力转换电路12是所谓的三相电压型逆变器。
31.电力转换电路12例如具有三相桥接的六个开关元件12a，通过各开关元件12a的接通/断开，将直流电转换为三相交流电。各开关元件12a使用例如gto(gate turn-off thyristor：可关断晶闸管)、igbt(insulated gate bipolar transistor：绝缘栅双极型晶体管)等自灭弧式半导体元件。
32.直流电容器14连接于一对直流端子d1、d2之间。直流电容器14例如使太阳能电池面板2的直流电压平滑化。直流电容器14换言之为平滑电容器。
33.滤波电路16设于各交流端子a1～a3与电力系统4之间。滤波电路16连接于各交流端子a1～a3。滤波电路16例如具有电感器16a、电容器16b。电感器16a以及电容器16b例如按照交流电的每个相设置。滤波电路16抑制从电力转换电路12输出的交流电的谐波成分，使输出波形更接近正弦波。
34.直流电压检测器18检测直流电容器14的直流电压值v
dc
。换言之，直流电压检测器18检测太阳能电池面板2的直流电压的电压值。此外，直流电压检测器18连接于控制电路34，向控制电路34输入检测出的直流电压值v
dc
。
35.直流电流检测器20设于太阳能电池面板2与电力转换电路12之间。直流电流检测器20对表示向电力转换电路12输入的直流电流的大小的直流电流值i
dc
进行检测。直流电流检测器20连接于控制电路34，向控制电路34输入检测出的电流值。
36.各交流电压检测器22a～22c经由滤波电路16分别连接于各交流端子a1～a3。各交流电压检测器22a～22c检测从电力转换电路12输出的交流电的电压值。换言之，各交流电压检测器22a～22c检测电力系统4的交流电压的电压值。各交流电压检测器22a～22c例如检测三相交流电的各相的电压值(相电压)。各交流电压检测器22a～22c连接于控制电路34，向控制电路34输入检测出的电压值。
37.各交流电流检测器24a～24c设于滤波电路16与电力系统4之间。各交流电流检测器24a～24c检测从电力转换电路12输出的交流电的电流值。换言之，各交流电流检测器24a～24c检测电力系统4的交流电流的电流值。各交流电流检测器24a～24c检测三相交流电的各相的电流值(相电流)。各交流电流检测器24a～24c连接于控制电路34，向控制电路34输入检测出的电流值。
38.各直流开闭器26a、26b设于太阳能电池面板2与电力转换电路12之间。各直流开闭器26a、26b例如也可以为手动式。各直流开闭器26a、26b通常为闭合状态，在产生任何异常时通过控制电路34的动作等自动开路。
39.各交流开闭器28a～28c设于电力系统4与电力转换电路12之间。在通过交流电压检测器22a～22b检测出的电压值、与通过变压器侧电压检测器(未图示)检测出的变压器6的电力转换装置侧的端子电压在规定的范围内被视为相等的情况下，各交流开闭器28a～28c例如通过控制电路34的动作自动闭合。
40.各直流开闭器26a、26b以及各交流开闭器28a～28c例如在维护之际等开路，通过该开路从而使电力转换电路12从太阳能电池面板2以及电力系统4分离。通过将各直流开闭器26a、26b以及各交流开闭器28a～28c闭合，从而电力转换电路12连接于太阳能电池面板2以及电力系统4。
41.整流元件30设于直流电容器14与太阳能电池面板2之间。整流元件30作为一例为防回流二极管。整流元件30的阳极经由直流开闭器26a连接于太阳能电池面板2的高压侧的输出端子2a。整流元件30的阴极连接于电力转换电路12的高压侧的直流端子d1。由此，整流元件30抑制从电力转换电路12以及直流电容器14向太阳能电池面板2的电力的回流。整流元件30也可以设于太阳能电池面板2的低压侧的输出端子2b与电力转换电路12的低压侧的直流端子d2之间。
42.控制电路34控制电力转换电路12的动作。控制电路34控制由电力转换电路12进行的电力的转换。控制电路34例如连接于各开关元件12a的栅极信号端子。控制电路34通过控制各开关元件12a的接通/断开，来控制由电力转换电路12进行的电力的转换。
43.控制电路34具有“发电运转模式”动作、以及“svc运转模式”动作。
44.(发电运转模式)
45.控制电路34在发电运转模式中，例如以转换为与电力系统4的交流电同步的交流电的方式，控制电力转换电路12的各开关元件12a的接通/断开。控制电路34例如基于各交流电压检测器22a～22c以及各交流电流检测器24a～24c各自的检测结果，对电力系统4的交流电的电压、频率以及相位等进行检测，使由电力转换电路12转换的交流电的电压、频率以及相位等与电力系统4的交流电匹配。由此，由电力转换电路12转换后的交流电作为有功功率向电力系统4输出。
46.此外，控制电路34在发电运转模式的情况下，例如进行使直流电跟随太阳能电池面板2的最大功率点的mppt(maximum power point tracking：最大功率点跟踪)方式的控制。控制电路34例如基于通过直流电压检测器18检测出的直流电容器14的直流电压值v
dc
、以及通过直流电流检测器20检测出的直流电流的电流值，提取太阳能电池面板2的最大功率点(最佳动作点)。控制电路34根据该提取出的最大功率点控制电力转换电路12的动作。
47.(无功功率补偿模式即svc运转模式)
48.控制电路34在无功功率补偿模式(换句话说是svc运转模式)的情况下，决定电力转换电路12向电力系统4输出的无功功率。无功功率的决定例如基于各交流电压检测器22a～22c以及各交流电流检测器24a～24c各自的检测结果来进行。控制电路34根据所决定的无功功率控制电力转换电路12的各开关元件12a的接通/断开。通过该接通/断开控制，由电力转换电路12转换后的交流电作为无功功率向电力系统4输出。由此，例如能够控制电力系统4的无功功率，例如能够提高电力系统4的稳定度。
49.在svc运转模式中，直流电容器14的直流电压通过电力转换电路12转换为交流电压。此外，在svc运转模式中，通过电力转换电路12的各开关元件12a的接通/断开，直流电容
器14被从电力系统4侧充电。控制电路34在svc运转模式的情况下，以直流电容器14的电压值实质上固定为规定的值的方式，控制电力转换电路12的各开关元件12a的接通/断开。在svc运转模式中，控制电路34也可以以下述方式控制有功功率，即对从电力系统4向直流电容器14供给有功功率的方向进行控制以维持直流电容器电压，但对从直流电容器14向电力系统4供给有功功率的方向不进行控制。
50.实施方式所涉及的svc运转模式不从电力转换电路12向电力系统4供给有功功率。控制电路34在svc运转模式中，也可以以直流电容器14的直流电压值v
dc
实质上固定为规定电压v
svc
的方式，控制电力转换电路12的动作。规定电压v
svc
例如也可以设定于mppt控制的上限电压v
max＿mpp
与下限电压v
min＿mpp
之间。此外，在svc运转模式中，控制电路34也可以对伴随电力转换电路12的动作而产生的损失所引起的直流电容器14的电压降低进行补偿，从电力系统4向电力转换电路12取入一定量的有功功率以维持规定的电压v
svc
。
51.作为变形例，抑制向太阳能电池面板2的电力的回流的整流元件30也可以采用晶闸管来代替防回流二极管。在该变形例中，晶闸管的栅极端子连接于控制电路34。控制电路34通过控制晶闸管的接通/断开，能够抑制向太阳能电池面板2的电力的回流。整流元件30只要能够从太阳能电池面板2向电力转换电路12供给直流电，且能够抑制向太阳能电池面板2的电力的回流，则可以是任意的元件。
52.实施方式的具体的处理.
53.图2是示意地表示实施方式的电力转换装置10的动作的流程图。图2的例程由控制电路34执行。图2的例程既可以在电力转换装置10的设置后以初次运转来执行，也可以因维护等理由在电力转换装置10暂时停止之后在再启动的情形下执行。
54.另外，图2作为一例例示出直流电压容量为1500v的实际设备的运转程序。通过下述的各步骤例示的具体的数值可以适用于电力转换装置10具有至少1500v容量的情况。
55.在图2的例程的开始时刻，各交流断路器28a～28c设为断开(开路)，各直流断路器26a、26b设为接通(闭合)。各直流断路器26a、26b最迟在步骤s102到来之前接通(闭合)。
56.在图2的例程中，首先，在电力转换装置10的电力转换电路12停止的状态下开始处理(步骤s100)。
57.接下来，实施“启动判定”(步骤s102)。启动判定基于直流电压值v
dc
的大小，来决定是否开始电力转换电路12的运转。启动判定对直流电压值v
dc
超过预先确定的启动判定电压值v
stat
的时间的长度进行计测，并判定计测出的时间长度是否达到预先确定的启动判定时间t
stat
。在实施方式中，具体而言，启动判定电压值v
stat
作为一例为1000v，启动判定时间t
stat
作为一例为2秒。由此，在“v
dc
＞1000v”成立的时间持续2秒钟的情况下，步骤s102的判定结果为肯定(是)。在步骤s102的判定结果为否定(否)的期间，电力转换电路12为停止状态。
58.若在步骤s102中判定结果变为肯定，则接下来，各交流断路器28a～28c被接通(闭合)(步骤s104)。
59.接下来，开始发电运转(步骤s106)。在该步骤中，控制电路34通过驱动电力转换电路12来实现发电运转模式的运转。
60.在实施方式中，将上述步骤s100～s106为止的一系列的处理也称作启动例程(步骤s10)。
61.接下来，进行“日落判定”(步骤s108)。日落判定基于直流电流值i
dc
的大小，判定日落是否到来。具体而言，步骤s108的处理为，对直流电流值i
dc
低于预先确定的日落判定电流值i
ss
的时间的长度进行计测，并判定计测出的时间长度是否达到预先确定的日落判定时间t
ss
。在实施方式中，具体而言，日落判定电流值i
ss
作为一例为电力转换装置10的输入额定电流的1％，日落判定时间t
ss
作为一例为10分钟。由此，在“i
dc
＜输入额定电流的1％”成立的时间持续10分钟的情况下，步骤s108的判定结果为肯定(是)。在步骤s108的判定结果为否定(否)的期间，电力转换电路12被以发电运转模式继续驱动。
62.若在步骤s108中判定结果变为肯定(是)，则接下来，控制电路34以svc运转模式驱动电力转换电路12，以进行夜间svc运转(步骤s110)。步骤s108以及步骤s110实现从发电运转模式向svc运转模式的切换即“日落模式切换”。
63.接下来，进行“日出判定”(步骤s112)。日出判定基于直流电流值i
dc
的大小来判定日出是否到来。具体而言，步骤s112的处理为，对直流电流值i
dc
超过预先确定的日出判定电流值i
sr
的时间的长度进行计测，并判定计测出的时间长度是否达到预先确定的日出判定时间t
sr
。在实施方式中，具体而言，日出判定电流值i
sr
作为一例为电力转换装置10的输入额定电流的3％，日出判定时间t
sr
作为一例为2秒。由此，在“i
dc
＞输入额定电流的3％”成立的时间持续2秒钟的情况下，步骤s112的判定结果为肯定(是)。在步骤s112的判定结果为否定(否)的期间，电力转换电路12被以svc运转模式继续驱动。
64.另外，在上述的实施方式的数值例中，作为一例，日出判定电流值i
sr
比日落判定电流值i
ss
大，作为一例，日落判定时间t
ss
比日出判定时间t
sr
长。但是该大小关系也可以相反。
65.若在步骤s112中判定结果变为肯定(是)，则接下来，控制电路34以发电运转模式驱动电力转换电路12(步骤s106)。步骤s112以及步骤s108实现从svc运转模式向发电运转模式的切换即“日出模式切换”。
66.之后，随着时间如“日落
→
夜间
→
日出
→
白天
→
日落
…”
那样推移，电力转换装置10能够反复实施模式切换。假设，伴随发生事故、发生故障或者发生维护而停止电力转换装置10，则在之后的再启动时再次执行图2的例程。
67.如以上说明那样，实施方式所涉及的控制电路34基于直流电流值i
dc
的大小，实施发电模式与无功功率补偿模式(svc模式)之间的模式切换。
68.从日出起至白天，即使太阳能电池面板2被云彩遮住，太阳能电池面板2的输出直流电流也保持一定程度的大小。即使太阳能电池面板2被云彩遮住，太阳能电池面板2例如也能够输出额定值的10～20％左右的直流电流。另一方面，太阳能电池面板2的输出直流电流的大小在日落到来时变得微小，在夜间成为零。根据这些情况，直流电流值i
dc
的大小具有容易区分日出与日落这一优点。关于这一点，根据实施方式，由于能够基于来自太阳能电池面板2的输出直流电流的大小高精度地判定太阳能电池面板2的发电状况，因此能够适当地实施与日落/夜间/日出的变化相应的模式切换。
69.此外，在实施方式中，控制电路34基于在步骤s108中直流电流值i
dc
低于日落判定电流值iss的时间的长度，实施模式切换。此时，正电流为从太阳能电池面板2流向电力转换电路12的电流，回流电流为负电流。
70.若未设有整流元件30，则在白天产生直流接地时，回流电流流动。直流接地例如产生于太阳能电池面板2与各直流开闭器26a、26b之间。为了区分电流的朝向，有时直流电流
检测器20将回流电流的大小检测为负值。在将模式切换判定值确定为某种程度上小的正值的情况下，控制电路34的判定逻辑判定为回流电流的大小低于模式切换判定值。由于负值是小于零的值，因此在回流电流的大小的绝对值某种程度上较大时，判定为回流电流的大小低于模式切换判定值。这可能会导致日落的误判定。关于这一点，通过对基于直流电流值i
dc
的日落判定逻辑组合整流元件30，具有不仅能够抑制向太阳能电池面板2的电力的回流电流，还能够可靠地防止直流接地产生时的日落误检测的优点。
71.特别是，在实施方式中，控制电路34在步骤s108中直流电流值i
dc
的大小低于日落判定电流值i
ss
的时间达到日落判定时间t
ss
的情况下，实施模式切换。
72.在实施方式中，作为一例，将步骤s108的日落判定时间t
ss
设定为10分钟。然而，日落判定时间t
ss
也可以变为2分钟以上的预先确定的时间。实际上，能够通过确保几分钟(换句话说是2分钟以上)的足够的日落判定时间t
ss
来实施高精度的日落判定。另外，也可以在2～10分钟的范围内来设定日落判定时间t
ss
。这是因为若日落判定时间t
ss
过长，则至获得判定结果为止的时间变长。日落判定时间t
ss
也可以可变地设定。
73.另外，步骤s108的日落判定时间t
ss
也可以设定为比10分钟短，例如既可以设定为60秒～2分钟的任意的时间，也可以设定为2分钟～小于10分钟的任意的时间。如上述那样，即使太阳能电池面板2被云彩遮住，直流电流值i
dc
也为某种程度的大小。另一方面，在日落时太阳能电池面板2的输出直流电流大幅降低，大致成为零。因此在基于直流电流值i
dc
进行日落判定的情况下，并非一定设定长时间的日落判定时间t
ss
。
74.此外，在实施方式中，控制电路34具备启动处理(步骤s100)。启动处理为，在电力转换电路12停止的状态下，在直流电容器14的电压值超过预先确定的启动判定值时将电力转换电路12启动。
75.在设置了电力转换装置10之后，在初次启动时或者再启动时执行启动处理。再启动在异常停止后或者维护停止后进行。
76.在实施方式的启动处理(步骤s102)中，实施基于直流电压而非直流电流的判定。其原因是由于日落判定与日出判定相比，启动处理具有不同的情况。即，原因之一是在白天只要是将直流开闭器26a、26b闭合的状态则直流电容器14被充电而不再有直流电流流动，因此并非基于直流电流值i
dc
的检测而是基于直流电容器14的直流电压的判定是有效的。此外，作为其他原因，即使是直流电压判定，误动作风险也较低。误动作风险较低是因为，即使假设是在夜间将各直流开闭器26a、26b闭合的状态，由于夜间太阳能电池面板2的电压较低，因此直流电容器14的直流电压不超过启动判定值。
77.另外，假设在将步骤s102置换为电流判定的情况下，也可以检测响应于直流断路器26a、26b的闭合而流入直流电容器14的直流电流值i
dc
。若检测出该直流电流值i
dc
超过预先确定的启动判定电流i
stat
，则可以判定为是日出以后。
78.(比较例：相关技术)
79.图3是示意地表示用于说明实施方式的电力转换装置的效果而示出的比较例(相关技术)的动作的流程图。在图3的例程中，与图2的例程相同，处理以步骤s100、s102、s104、s106的顺序前进。
80.在图3的例程中，在步骤s106之后，实施基于直流电压值v
dc
的日落判定(步骤s308)。具体而言，在“v
dc
＜900v”成立的时间持续60秒钟的情况下，判定为日落。在日落判定
结果为肯定(是)的情况下，各交流断路器28a～28c被断开(步骤s310)。之后，处理返回步骤s100，停止电力转换装置10。换句话说在图3的比较例中，不进行夜间svc运转。
81.之后，进行再次启动判定(步骤s102)。在图3的比较例中，步骤s102也作为日出判定发挥功能。若日出到来，则处理按照步骤s102
→
s104
→
s106进行，开始发电运转。
82.在进行步骤s308那样的基于直流电压值v
dc
的日落判定的情况下，存在60秒左右的日落判定时间过短的问题。若日落判定时间过短，则发生误判定的可能性增高。关于这一点，实施方式为基于直流电流值i
dc
的日落判定(步骤s108)，并且设定了足够的日落判定时间tss，因此具有判定精度较高的优点。
83.(实施方式的具体的处理的变形例)
84.图4是示意地表示实施方式的变形例的电力转换装置的动作的流程图。作为实施方式的变形例，控制电路34也可以基于将直流电流值i
dc
的绝对值|i
dc
|与预先确定的判定值进行比较的结果，来实施模式切换。即，图2的步骤s108、s112也可以分别变形为进行关于直流电流绝对值|i
dc
|的比较判定的步骤s208、s212。
85.在未设有整流元件，或整流元件的整流功能发生某种功能降低的情况下，在白天产生直流接地时可能有回流电流流动。直流电流检测器20将回流电流的值检测为负值。关于这一点，在图4的变形例中，通过使用直流电流绝对值|i
dc
|，能够排除在产生直流接地时等的较大的回流电流，因此能够高精度地检测日落。
86.另外，作为实施方式的其他变形例，上述步骤s108以及步骤s112中的任一方也可以变形为，基于直流电压值v
dc
与各种判定值而非直流电流值i
ds
与各种判定值的比较的电压检测。各种判定值可以是预先确定的日落判定电压值v
ss
或者预先确定的日出判定电压值v
sr
中的某一个。在该情况下，通过设有整流元件30来抑制回流电流，因此也可以增加日落判定时间t
ss
来提高判定精度。日落判定时间t
ss
例如既可以为2分钟以上，也可以在2～10分钟的范围内确定的任意的时间。
87.另外，也可以提供上述步骤s108以及步骤s112双方被置换为基于直流电压值v
dc
的电压检测的“其他电力转换装置”。在该情况下，通过设有整流元件30来抑制回流电流，因此也可以增加日落判定时间t
ss
。日落判定时间t
ss
例如既可以是2分钟以上的任意的时间，例如也可以是在2～10分钟的范围内确定的任意的时间。
88.附图标记说明
89.2太阳能电池面板，2a输出端子，2b输出端子，4电力系统，6变压器，10电力转换装置，12电力转换电路，12a开关元件，12b、30整流元件，14直流电容器，16滤波电路，16a电感器，16b电容器，18直流电压检测器，20直流电流检测器，22a～22c交流电压检测器，24a～24c交流电流检测器，26a、26b直流开闭器(直流断路器)，28a～28c交流开闭器(交流断路器)，34控制电路，i
dc
直流电流值，v
dc
直流电压值。