專(zhuān)利名稱(chēng)：三電平逆變器、功率調(diào)節(jié)器以及發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸出中的一相接地的三電平逆變器、功率調(diào)節(jié)器以及發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在日本特開(kāi)2002-176784號(hào)公報(bào)中，公開(kāi)了三電平逆變器中使用的中性點(diǎn)電壓控制裝置。該文獻(xiàn)所記載的中性點(diǎn)電壓控制裝置對(duì)串聯(lián)連接在三電平逆變器的正母線(xiàn)與負(fù)母線(xiàn)之間的2個(gè)電容器的連接點(diǎn)(中性點(diǎn))與負(fù)母線(xiàn)之間的電壓(中性點(diǎn)電壓)進(jìn)行控制。 當(dāng)中性點(diǎn)電壓變動(dòng)時(shí)，在輸出電流中疊加直流分量。具有該文獻(xiàn)所記載的中性點(diǎn)電壓控制裝置的三電平逆變器的U相、V相和W相均不接地，且具有輸出各相電壓的U相臂、V相臂和W相臂這3個(gè)臂。因此，該三電平逆變器所具有的計(jì)算單元利用固定坐標(biāo)系直接生成中性點(diǎn)電壓控制指令，根據(jù)所生成的中性點(diǎn)電壓控制指令，對(duì)輸出中性點(diǎn)電壓的臂進(jìn)行控制，抑制中性點(diǎn)電壓的變動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種三電平逆變器，該三電平逆變器具有電容器串聯(lián)連接體，其具有一個(gè)端子與直流電源的正極側(cè)連接的第1電容器、以及一個(gè)端子與所述直流電源的負(fù)極側(cè)連接的第2電容器，在該電容器串聯(lián)連接體中，所述第1電容器的另一個(gè)端子與第2電容器的另一個(gè)端子彼此連接，將該第1電容器和第2電容器的連接點(diǎn)作為中性點(diǎn)；第1臂和第2臂，它們彼此并聯(lián)地連接在所述直流電源的輸出的正極側(cè)與負(fù)極側(cè)之間，且所述第1臂和第2臂分別具有交流輸出端子，這些交流輸出端子輸出所述直流電源的正極側(cè)的電壓、負(fù)極側(cè)的電壓以及所述中性點(diǎn)的電壓這三種電平的電壓；以及控制部，在該控制部中，設(shè)有根據(jù)所述中性點(diǎn)的電壓和所述直流電源的電壓求出三相電壓校正指令的中性點(diǎn)電壓控制器、以及將該三相電壓校正指令轉(zhuǎn)換為d-q軸上的電壓校正指令的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，所述控制部根據(jù)該d-q軸上的該電壓校正指令對(duì)該d-q軸上的電壓指令進(jìn)行校正，抑制所述中性點(diǎn)的電壓的變動(dòng)，所述中性點(diǎn)與有一相接地的三相電力系統(tǒng)的接地相連接，所述第1臂和第2臂的所述交流輸出端子分別與所述三相電力系統(tǒng)的非接地相連接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種功率調(diào)節(jié)器，該功率調(diào)節(jié)器具有對(duì)直流電壓進(jìn)行升壓的升壓器(St印-up converter)；以及與所述升壓器連接的三電平逆變器，所述三電平逆變器具有1)電容器串聯(lián)連接體(series-connected capacitor)，其具有一個(gè)端子與所述升壓器的輸出的正極側(cè)連接的第1電容器、以及一個(gè)端子與所述升壓器的所述輸出的負(fù)極側(cè)連接的第2電容器，并且在該電容器串聯(lián)連接體中，所述第1電容器的另一個(gè)端子與第2電容器的另一個(gè)端子彼此連接，將該第1電容器和第2電容器的連接點(diǎn)作為中性點(diǎn)； 2)第1臂和第2臂，它們彼此并聯(lián)地連接在所述升壓器的輸出的正極側(cè)與負(fù)極側(cè)之間，且所述第1臂和第2臂分別具有交流輸出端子，這些交流輸出端子輸出該輸出的正極側(cè)的電壓、負(fù)極側(cè)的電壓以及所述中性點(diǎn)的電壓這三種電平的電壓；以及幻控制部，在該控制部中，設(shè)有根據(jù)所述中性點(diǎn)的電壓的偏差量求出三相電壓校正指令的中性點(diǎn)電壓控制器、以及將該三相電壓校正指令轉(zhuǎn)換為d_q軸上的電壓校正指令的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，所述控制部根據(jù)該d_q軸上的該電壓校正指令對(duì)該d_q軸上的電壓指令進(jìn)行校正，抑制所述中性點(diǎn)的電壓的變動(dòng)，所述中性點(diǎn)與有一相接地的三相電力系統(tǒng)的接地相連接，所述第1臂和第2臂的所述交流輸出端子分別與所述三相電力系統(tǒng)的非接地相連接。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)具有輸出直流電壓的發(fā)電裝置；對(duì)所述直流電壓進(jìn)行升壓的升壓器；以及與所述升壓器連接的三電平逆變器，所述三電平逆變器具有1)電容器串聯(lián)連接體，其具有一個(gè)端子與所述升壓器的輸出的正極側(cè)連接的第1電容器、以及一個(gè)端子與所述升壓器的所述輸出的負(fù)極側(cè)連接的第2電容器， 并且在該電容器串聯(lián)連接體中，所述第1電容器的另一個(gè)端子與第2電容器的另一個(gè)端子彼此連接，將該第1電容器和第2電容器的連接點(diǎn)作為中性點(diǎn)；2)第1臂和第2臂，它們彼此并聯(lián)地連接在所述升壓器的輸出的正極側(cè)與負(fù)極側(cè)之間，且該第1臂和第2臂分別具有交流輸出端子，這些交流輸出端子輸出該輸出的正極側(cè)的電壓、負(fù)極側(cè)的電壓以及所述中性點(diǎn)的電壓這三種電平的電壓；以及3)控制部，在該控制部中，設(shè)有根據(jù)所述中性點(diǎn)的電壓的偏差量求出三相電壓校正指令的中性點(diǎn)電壓控制器、以及將該三相電壓校正指令轉(zhuǎn)換為d_q軸上的電壓校正指令的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，所述控制部根據(jù)該d_q軸上的該電壓校正指令對(duì)該d_q軸上的電壓指令進(jìn)行校正，抑制所述中性點(diǎn)的電壓的變動(dòng)，所述中性點(diǎn)與有一相接地的三相電力系統(tǒng)的接地相連接，所述第1臂和第2臂的所述交流輸出端子分別與所述三相電力系統(tǒng)的非接地相連接。


通過(guò)結(jié)合附圖并參照以下詳細(xì)的說(shuō)明，能夠得到本發(fā)明的更全面的理解并且得到許多附加的優(yōu)點(diǎn)。圖1是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的三電平逆變器的說(shuō)明圖。圖2是該三電平逆變器的控制部的框圖。圖3是該三電平逆變器的中性點(diǎn)電壓控制器的框圖。圖4是示出該三電平逆變器的各個(gè)臂的開(kāi)關(guān)狀態(tài)與電壓指令矢量之間的關(guān)系的
矢量圖。
具體實(shí)施例方式下面，參照附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，其中，針對(duì)各個(gè)附圖中相同或相應(yīng)的要素標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)。如圖1所示，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的三電平逆變器10具有電容器串聯(lián)連接體 12，其串聯(lián)連接有第1平滑電容器35和第2平滑電容器36 ；以及電力轉(zhuǎn)換部50，其輸出3 種不同的電平。另外，圖1所示的三電平逆變器10僅示出了其一部分的結(jié)構(gòu)。在圖1中，升壓斬波器(st印-up chopper) 11與太陽(yáng)能電池面板(發(fā)電裝置的一例)15連接。太陽(yáng)能電池面板15接收太陽(yáng)光，例如輸出100 600V的直流電壓。
升壓斬波器(升壓器的一例)11對(duì)太陽(yáng)能電池面板15輸出的直流電壓進(jìn)行升壓。 升壓后的輸出電壓例如為700V。升壓斬波器11至少由電抗器20和半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件21、22 構(gòu)成。并且，太陽(yáng)能電池面板15輸出的直流電壓經(jīng)由濾波器25和布線(xiàn)用切斷機(jī)MCCB被輸入到升壓斬波器11。在應(yīng)用本實(shí)施方式的三電平逆變器的用途中，可根據(jù)需要設(shè)置濾波器 25和布線(xiàn)用切斷機(jī)MCCB，本實(shí)施方式與有無(wú)這些部件無(wú)關(guān)。這里，太陽(yáng)能電池面板、濾波器 25、MCCB以及升壓斬波器11構(gòu)成直流電源的一例。三電平逆變器10將升壓斬波器11輸出的直流電力轉(zhuǎn)換為U相、V相和W相的三相交流電力。該三相交流電力被提供給電力系統(tǒng)。另外，在圖1中，示出了三電平逆變器10 的輸出的U相、V相和W相分別與電力系統(tǒng)側(cè)的R相、S相和T相連接的一例。在三電平逆變器10的輸入側(cè)，設(shè)有串聯(lián)連接著第1平滑電容器35和第2平滑電容器36的電容器串聯(lián)連接體12。第1平滑電容器35與升壓斬波器11輸出的直流電壓Vdc 的正極側(cè)(圖1所示的點(diǎn)P)連接，第2平滑電容器36與升壓斬波器11輸出的直流電壓Vd。 的負(fù)極側(cè)(圖1所示的點(diǎn)η)連接。關(guān)于輸入到三電平逆變器10的直流電壓Vd。，通過(guò)第1 平滑電容器35和第2平滑電容器36，在中性點(diǎn)c (第1平滑電容器35與第2平滑電容器 36的連接點(diǎn))，將直流電壓Vd。分壓為該直流電壓Vd。的實(shí)質(zhì)一半大小的中性點(diǎn)電壓V。。在三電平逆變器10的輸出側(cè)，設(shè)有輸出U相電壓的U相臂(第1臂)37和輸出W 相電壓的W相臂(第2臂)38這2個(gè)臂。各個(gè)臂37、38分別具有第1半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40、 第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件41、第3半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件42以及第4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件43，這4個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件串聯(lián)連接。第1 二極管45連接在第1半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)e與中性點(diǎn)c之間。第1 二極管45的陰極側(cè)與連接點(diǎn)e連接，陽(yáng)極側(cè)與中性點(diǎn)c 連接。第2 二極管46連接在第3半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和第4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)f與中性點(diǎn)c之間。第2 二極管46的陽(yáng)極側(cè)與連接點(diǎn)f連接，陰極側(cè)與中性點(diǎn)c連接。所述第2 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件41和所述第3半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件42的連接點(diǎn)g為交流輸出端子。另外，與第l· 4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43分別反向并聯(lián)連接有第3 二極管47。第1 4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43的接通、斷開(kāi)定時(shí)由后述的控制部55 (參照?qǐng)D 2)來(lái)控制。其結(jié)果，從U相臂和W相臂的交流輸出端子分別輸出升壓斬波器輸出的正極側(cè)的電壓、負(fù)極側(cè)的電壓以及中性點(diǎn)的電壓這三種電平的電壓。在三電平逆變器10的電力轉(zhuǎn)換部50中未設(shè)置輸出V相電壓的V相臂。即，三電平逆變器10的臂僅為U相臂37和W相臂38這2個(gè)臂。V相與中性點(diǎn)c連接。并且，V相在電力系統(tǒng)側(cè)作為S相而接地。由三電平逆變器10輸出的三相交流電力經(jīng)由輸出濾波器30、濾波器31以及布線(xiàn)用切斷機(jī)MCCB，被提供給S相接地的三相電力系統(tǒng)(例如電壓200V、50/60Hz)。接著，對(duì)三電平逆變器10進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖2所示，三電平逆變器10除了所述電容器串聯(lián)連接體12和電力轉(zhuǎn)換部50以外，還具有第1A/D轉(zhuǎn)換部51、第2A/D轉(zhuǎn)換部52、控制部55以及PWM信號(hào)生成部56。電力轉(zhuǎn)換部50根據(jù)PWM信號(hào)生成部56輸出的PWM信號(hào)，對(duì)各開(kāi)關(guān)元件40 (參照?qǐng)D1)進(jìn)行開(kāi)閉，由此，將從升壓斬波器11輸出的直流電力轉(zhuǎn)換為三相交流電力。第1A/D 轉(zhuǎn)換部51對(duì)由電流檢測(cè)傳感器59檢測(cè)到的三相電流值Iu、Iw進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。第2A/D轉(zhuǎn)換部52對(duì)直流電壓Vpn和中性點(diǎn)電壓Ven進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，該直流電壓Vpn和中性點(diǎn)電壓Vm是通過(guò)例如由電阻構(gòu)成的分壓電路(未圖示)對(duì)直流電壓Vd。和中性點(diǎn)電壓V。分別進(jìn)行分壓而得到的。第1A/D轉(zhuǎn)換部51和第2A/D轉(zhuǎn)換部52例如由A/D轉(zhuǎn)換IC構(gòu)成?？刂撇?5從q軸電流指令值Iffef和d軸電流指令值Idref中，分別減去由第1A/D 轉(zhuǎn)換部51輸出的電流值Iud、Iwdo并且，控制部55根據(jù)由第2A/D轉(zhuǎn)換部52輸出的直流電壓Vpnd、中性點(diǎn)電壓V。nd，如后所述地對(duì)q軸電壓指令值\和d軸電壓指令值Vd進(jìn)行校正。 控制部55通過(guò)對(duì)q軸電壓指令值\和d軸電壓指令值Vd進(jìn)行校正，由此生成PWM指令，以輸出抑制了疊加在V相中的直流分量的三相交流電力?？刂撇?5例如通過(guò)搭載于三電平逆變器10中的CPU(未圖示)所執(zhí)行的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)?？刂撇?5的詳細(xì)情況將在后面敘述。PWM信號(hào)生成部56根據(jù)控制部55輸出的PWM指令，生成PWM信號(hào)，對(duì)設(shè)置在電力轉(zhuǎn)換部50中的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。PWM信號(hào)生成部56例如由PWM IC構(gòu)成。接著，對(duì)控制部55進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明?？刂撇?5具有坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器60、中性點(diǎn)電壓控制器61、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器62、q軸電流控制器63、d軸電流控制器64、限幅器65、66、以及指令運(yùn)算器67。 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器60具有α - β轉(zhuǎn)換器60a和d_q轉(zhuǎn)換器60b。α - β轉(zhuǎn)換器60a根據(jù)由第1A/D轉(zhuǎn)換部51輸出的電流值Iud、Iwd，通過(guò)運(yùn)算求出電流值Ivd。也可以構(gòu)成為，也針對(duì)V相設(shè)置電流檢測(cè)傳感器59，通過(guò)第1A/D轉(zhuǎn)換部51輸出電流值Ivd。進(jìn)而，α-β轉(zhuǎn)換器60a進(jìn)行將三相電流值Iud、Ivd, Iwd轉(zhuǎn)換為二相電流值的α-β轉(zhuǎn)換。通過(guò)α-β轉(zhuǎn)換， 電流值Iud、Ivd、Iwd被轉(zhuǎn)換為電流值Ia、Ie而輸出。d-q轉(zhuǎn)換器60b根據(jù)相位檢測(cè)器70輸出的電源的相位θ，對(duì)α - β轉(zhuǎn)換器60a輸出的電流值Ia、I0進(jìn)行d-q轉(zhuǎn)換。通過(guò)d-q轉(zhuǎn)換，電流值Ia、I0被轉(zhuǎn)換為反饋電流值Id、 1,而輸出。直流電壓Vpnd和中性點(diǎn)電壓Vmd被分別輸入中性點(diǎn)電壓控制器61。中性點(diǎn)電壓控制器61根據(jù)這些電壓值求出V相電壓校正指令值A(chǔ)Vv。具體而言，中性點(diǎn)電壓控制器61 根據(jù)直流電壓Vpnd和中性點(diǎn)電壓V。nd，求出中性電壓的偏差A(yù)Vmd，將對(duì)該偏差A(yù)Vmd乘以調(diào)節(jié)增益K1后的值作為接地相即V相的電壓校正指令值A(chǔ)Vv。更具體而言，如圖3所示，中性點(diǎn)電壓控制器61從中性點(diǎn)電壓Vmd中減去直流電壓Vpnd的一半電壓，求出中性點(diǎn)電壓的偏差A(yù)Vmd，將對(duì)該偏差A(yù)Vmd乘以調(diào)節(jié)增益K1后的值作為V相電壓校正指令值A(chǔ)Vv。另外， 也可以構(gòu)成為，對(duì)偏差Δ Vmd進(jìn)行PI (比例積分)放大，作為V相電壓校正指令值A(chǔ)Vv。關(guān)于中性點(diǎn)電壓控制器61，還將作為非接地相的U相的電壓校正指令值八火和同樣作為非接地相的W相的電壓校正指令值Δ Vw視為0，將三相電壓校正指令(AVu、AVv、 Δ Vw)設(shè)為三相電壓校正指令(0、AVv、0)而輸出。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器62在對(duì)中性點(diǎn)電壓控制器61輸出的三相電壓校正指令(0、AVv、0)進(jìn)行α-β轉(zhuǎn)換后，進(jìn)而根據(jù)相位檢測(cè)器70輸出的電源的相位θ進(jìn)行d-q轉(zhuǎn)換。其結(jié)果，三相電壓校正指令(0、AVv、0)被轉(zhuǎn)換為d-q軸上的電壓校正指令(AVd、AVq).q軸電流控制器(ACRq) 63被輸入q軸電流指令值Iffrf與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器60輸出的反饋電流值I,之間的偏差，q軸電流控制器63通過(guò)PI控制對(duì)q軸電壓進(jìn)行控制。q軸電流控制器63的輸出經(jīng)由限幅器65，作為q軸電壓指令值V,輸出。q軸電壓指令值\通過(guò)與電壓校正指令相加而得到校正，成為校正后的q軸電壓指令值Vql。d軸電流控制器(ACRd) 64被輸入d軸電流指令值Idref與坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器60輸出的反饋電流值Id之間的偏差，d軸電流控制器64通過(guò)PI控制對(duì)d軸電壓進(jìn)行控制。d軸電流控制器64的輸出經(jīng)由限幅器66，作為d軸電壓指令值Vd輸出。d軸電壓指令值Vd通過(guò)與電壓校正指令A(yù)Vd相加而得到校正，成為校正后的d軸電壓指令值Vdl。這里，關(guān)于q軸電流指令值和d軸電流指令值，根據(jù)應(yīng)用本實(shí)施方式的三電平逆變器10的用途，存在各種確定方法。例如，如本實(shí)施方式所示，在將三電平逆變器10應(yīng)用于向系統(tǒng)提供從太陽(yáng)能電池面板15輸出的電力的功率調(diào)節(jié)器的情況下，可根據(jù)直流電壓 Vpnd來(lái)確定q軸電流指令值和d軸電流指令值。具體而言，使用未圖示的設(shè)定器等，針對(duì)控制部陽(yáng)設(shè)定直流電壓Vde的值(例如100 600V)，將所設(shè)定的值轉(zhuǎn)換為這樣的設(shè)定值，該設(shè)定值是將直流電壓Vpnd與尺度(scale)相結(jié)合后的設(shè)定值。例如，如果Vpnd是使600V成為10000這一數(shù)字值的尺度數(shù)值，則通過(guò)比例計(jì)算對(duì)數(shù)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，使得在設(shè)定了 600V時(shí)， 10000成為設(shè)定值。該Vd。的設(shè)定值與作為反饋值的直流電壓Vpnd之間的偏差被輸入PI放大器(Proportional-htegral amplifier)，設(shè)PI放大器的輸出為q軸電流指令值Iffef，設(shè) d軸電流指令值Idref為零。其結(jié)果，以直流電壓Vd。的變動(dòng)不會(huì)過(guò)大的程度，抑制了針對(duì)電力系統(tǒng)的供電的過(guò)大或不足。另外，如上所述，q軸電流指令值和d軸電流指令值的確定方法不限于本方法。指令運(yùn)算器67根據(jù)1)校正后的q軸電壓指令值Vql、2)校正后的d軸電壓指令值 Vdl、以及3)電壓指令的相位Q1，生成并輸出針對(duì)PWM信號(hào)生成部56的PWM指令。這里，電壓指令的相位Q1是如下得到的從相位檢測(cè)器70檢測(cè)到的三相電力系統(tǒng)的相位θ中減去對(duì)輸出電壓的相位進(jìn)行調(diào)整的相位調(diào)整器71的輸出，然后加上d-q坐標(biāo)軸上的相位，由此得到所述電壓指令的相位θ10關(guān)于相位調(diào)整器71，作為一例，在三相電力系統(tǒng)的R相的電壓為正的最大值的情況下，以使減法結(jié)果為包括0°在內(nèi)的360°的整數(shù)倍的方式，確定從三相電力系統(tǒng)的相位θ減去的值(相位調(diào)整器71的輸出值)，對(duì)輸出電壓的相位進(jìn)行調(diào)整。指令運(yùn)算器67具有第1運(yùn)算部67a、第2運(yùn)算部67b以及第3運(yùn)算部67c。
第1運(yùn)算部67a根據(jù)校正后的q軸電壓指令值Vql和校正后的d軸電壓指令值Vdl， 運(yùn)算出電壓指令的大小。第2運(yùn)算部67b根據(jù)校正后的q軸電壓指令值Vtll和校正后的d 軸電壓指令值Vdl，運(yùn)算出電壓指令在d-q坐標(biāo)軸上的相位(以d軸為基準(zhǔn)的相位)。第3 運(yùn)算部67c根據(jù)由電壓指令的大小和電壓指令的相位θ工決定的電壓指令矢量VMf，生成電力轉(zhuǎn)換部50的第1 4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43的接通、斷開(kāi)模式即PWM信號(hào)。作為PWM 信號(hào)的生成方法的一例，存在如下方法以在PWM的載波的一個(gè)周期T的期間內(nèi)平均地施加電壓指令矢量的方式，確定第1 4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43接通的時(shí)間。使用圖4說(shuō)明其具體方法。 在圖4中，電壓矢量U+、U_、V+、V_、W+、W_分別具有彼此相差60°的相位差。如果第1平滑電容器35和第2平滑電容器36中不存在電壓變動(dòng)，則電壓矢量U+、U_、V+、V_、ff\ W—的大小與升壓斬波器11的輸出電壓的二分之一相等。矢量0是原點(diǎn)上的大小為零的零電壓矢量。這些矢量是由第1 4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43輸出的7個(gè)電壓矢量。與表示各個(gè)矢量的記號(hào)一起示出的例如(P，0)這樣的標(biāo)記，表示第1 4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，這里，稱(chēng)為開(kāi)關(guān)狀態(tài)標(biāo)記。關(guān)于開(kāi)關(guān)狀態(tài)標(biāo)記，由逗號(hào)隔開(kāi)的2個(gè)記號(hào)中前側(cè) (逗號(hào)左側(cè))的記號(hào)表示U相臂37的第1 4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，后側(cè) (逗號(hào)右側(cè))的記號(hào)表示W(wǎng)相臂38的第1 4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40 43的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。記號(hào) P對(duì)應(yīng)于從臂輸出正電壓的狀態(tài)，表示第1和第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40、41接通、第3和第4 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件42、43斷開(kāi)的狀態(tài)。記號(hào)0對(duì)應(yīng)于從臂輸出零電壓的狀態(tài)，表示第2和第3 半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件41、42接通、第1和第4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40、43斷開(kāi)的狀態(tài)。記號(hào)N對(duì)應(yīng)于從臂輸出負(fù)電壓的狀態(tài)，表示第3和第4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件42、43接通、第1和第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件40、41斷開(kāi)的狀態(tài)。圖4所示的7個(gè)矢量通過(guò)開(kāi)關(guān)狀態(tài)來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述開(kāi)關(guān)狀態(tài)是由與各矢量的記號(hào)一起示出的開(kāi)關(guān)狀態(tài)標(biāo)記指定的。并且，圖4所示的矢量平面按照6個(gè)矢量 U+、r、V+、r、W+、『而劃分為 6 個(gè)區(qū)域 Al、Bi、Cl、Dl、El、Fl。如之前例示的那樣，在三相電力系統(tǒng)的R相的電壓為正的最大值的情況下，相位調(diào)整器71將相位檢測(cè)器70檢測(cè)到的三相電力系統(tǒng)的相位θ調(diào)整為包括0°在內(nèi)的360° 的整數(shù)倍的值，此時(shí)，電壓指令的相位參照?qǐng)D2)為向與R相連接的U相輸出正的最大電壓的矢量U+與電壓指令矢量Vref所成的角。因此，根據(jù)相位Q1的值，容易判定電壓指令矢量位于6個(gè)區(qū)域Al、Bi、Cl、Dl、El、Fl中的哪個(gè)區(qū)域。在第3運(yùn)算部67c中設(shè)有環(huán)形計(jì)數(shù)器(ring counter)(未圖示)，該環(huán)形計(jì)數(shù)器每當(dāng)計(jì)數(shù)值成為360°時(shí)復(fù)位為0°。 電壓指令的相位θ工被輸入該環(huán)形計(jì)數(shù)器，從該環(huán)形計(jì)數(shù)器輸出9la。并且，如果相位ela 大于等于0°且小于60°，則判定為電壓指令矢量位于區(qū)域Al中，如果相位eia大于等于60°且小于120°，則判定為電壓指令矢量位于區(qū)域Bl中，如果相位eia大于等于120°且小于180°，則判定為電壓指令矢量位于區(qū)域Cl中，如果相位eia大于等于180°且小于，則判定為電壓指令矢量V,#位于區(qū)域Dl中，如果相位eia大于等于對(duì)0°且小于300°，則判定為電壓指令矢量Vref位于區(qū)域El中，如果相位ela大于等于 300°且小于360°，則判定為電壓指令矢量Vref位于區(qū)域Fl中。各區(qū)域Al Fl為三角形狀的區(qū)域，但是，關(guān)于位于各個(gè)區(qū)域Al Fl中的矢量， 在PWM載波的一個(gè)周期T的期間內(nèi)，以一定的時(shí)間寬度，依次輸出終點(diǎn)位于該區(qū)域的三個(gè)頂點(diǎn)的3個(gè)矢量，由此，能夠作為PWM載波的一個(gè)周期T的期間的時(shí)間平均而生成位于各個(gè)區(qū)域Al Fl中的矢量。在圖4中示出了電壓指令矢量VMf位于區(qū)域Bl中的瞬間。在圖4 所示的狀態(tài)中，使用了矢量0、W_、V+這3個(gè)矢量。設(shè)輸出矢量0的時(shí)間為T(mén)1、輸出矢量W—的時(shí)間為T(mén)2、輸出矢量V+的時(shí)間為T(mén)3，這樣，設(shè)作為PWM載波的一個(gè)周期T的期間的時(shí)間平均而生成的電壓矢量為Vm_，根據(jù)電壓矢量Vm_與電壓指令矢量—致的條件，求出I\、T2、 T30電壓矢量中的與電壓指令矢量VMf平行的分量為電壓指令矢量的大小|ν%·τ|， 電壓矢量中的與電壓指令矢量Vref垂直的分量為零，所以，下式⑴ (3)成立。(Vpnd/2) T2Cos θ ref+(Vpnd/2) T3Cos (60° - θ ref) = Vref · Τ| …式(1)"(Vpnd/2) T2Sin θ ref+(Vpnd/2) T3sin (60° - θ ref) = 0…式 Q)I\+T2+T3 = T...式(3)這里，在區(qū)域Bl中被求取為0la-6O° (參照?qǐng)D4)。同樣，θ M在區(qū)域Al中被求取為9la-0°、在區(qū)域Cl中被求取為eia-120°、在區(qū)域Dl中被求取為eia-180°、在區(qū)域EI中被求取為、在區(qū)域FI中被求取為ela-300°。對(duì)上式(1) 式(3)進(jìn)行求解，求出I\、T2、T3，由此，第3運(yùn)算部67c運(yùn)算出PWM信號(hào)的脈寬，針對(duì)PWM信號(hào)生成部56輸出PWM指令。接著，對(duì)控制本實(shí)施方式的三電平逆變器10的中性點(diǎn)電壓V。的方法進(jìn)行說(shuō)明。直流電壓Vpnd和中性點(diǎn)電壓Vmd被分別輸入到中性點(diǎn)電壓控制器61，中性點(diǎn)電壓控制器61根據(jù)這些電壓值，基于下式(4) (6)，求出三相電壓校正指令(八1八\、八￥」。AVu = 0···(式 4)Δ Vv = K1 (Vcnd_l/2*Vpnd)...(式 5)AVw = 0···(式 6)這里，如上所述，K1是調(diào)節(jié)增益。中性點(diǎn)電壓控制器61運(yùn)算出的三相電壓校正指令(Δ Vu、Δ\、Δ Vw)被坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器62進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換(α-β轉(zhuǎn)換和d_q轉(zhuǎn)換)，被轉(zhuǎn)換為d_q軸上的電壓校正指令(AVd、 AVq)。轉(zhuǎn)換得到的電壓校正指令(AVd、AVti)分別與d軸電壓指令值Vd和q軸電壓指令值V,相加，發(fā)揮抑制中性點(diǎn)電壓V。的變動(dòng)的作用。其結(jié)果，抑制了疊加到輸出電流中的直流分量。在上述實(shí)施方式中，q軸電壓指令值\和d軸電壓指令值Vd分別在限幅器65、66 的后級(jí)通過(guò)電壓校正指令& \、AVd進(jìn)行了校正。但是，q軸電壓指令值Vtl也可以在q軸電流控制器63與限幅器65之間通過(guò)電壓校正指令A(yù)Vtl進(jìn)行校正。d軸電壓指令值Vd也可以在d軸電流控制器64與限幅器66之間通過(guò)電壓校正指令A(yù)Vd進(jìn)行校正。此外，也可以采用輸出直流電力的其他任意的發(fā)電裝置、或者發(fā)電裝置與整流裝置的組合，來(lái)代替太陽(yáng)能電池面板15。作為發(fā)電裝置的例子，可舉出風(fēng)力發(fā)電裝置、燃料電池發(fā)電裝置。并且，升壓斬波器11也可以組裝在發(fā)電裝置內(nèi)。 另外，表示三相中的各個(gè)相的U相、V相、W相、R相、S相和T相的名稱(chēng)只不過(guò)是按照慣例進(jìn)行的記載，不限于這些名稱(chēng)。通過(guò)發(fā)電裝置、升壓器和三電平逆變器10，構(gòu)成具有這些部件的發(fā)電系統(tǒng)。并且， 通過(guò)升壓器和三電平逆變器，構(gòu)成具有這些部件的功率調(diào)節(jié)器。顯然，基于上述教示，可對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種變形和變更。因此，本發(fā)明可以在不脫離所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)，以這里記載的方式以外的各種方式來(lái)實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種三電平逆變器，該三電平逆變器包括第1電容器，其一個(gè)端子與直流電源的正極側(cè)連接；第2電容器，其一個(gè)端子與所述直流電源的負(fù)極側(cè)連接；電容器串聯(lián)連接體，在該電容器串聯(lián)連接體中，所述第1電容器的另一個(gè)端子與第2電容器的另一個(gè)端子彼此連接，將該第1電容器與第2電容器的連接點(diǎn)作為中性點(diǎn)，該中性點(diǎn)與有一相接地的三相電力系統(tǒng)的接地相連接；第1臂和第2臂，它們彼此并聯(lián)地連接在所述直流電源的輸出的正極側(cè)與負(fù)極側(cè)之間， 而且所述第1臂和第2臂分別具有交流輸出端子，這些交流輸出端子分別與所述三相電力系統(tǒng)的非接地相連接，輸出所述直流電源的正極側(cè)的電壓、負(fù)極側(cè)的電壓以及所述中性點(diǎn)的電壓這三種電平的電壓；以及控制部，在該控制器中設(shè)有根據(jù)所述中性點(diǎn)的電壓和所述直流電源的電壓求出三相電壓校正指令的中性點(diǎn)電壓控制器、以及將該三相電壓校正指令轉(zhuǎn)換為d-q軸上的電壓校正指令的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，并且，該控制部根據(jù)該d-q軸上的該電壓校正指令對(duì)該d-q軸上的電壓指令進(jìn)行校正，抑制所述中性點(diǎn)的電壓的變動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平逆變器，其中，所述第1臂和所述第2臂分別具有串聯(lián)連接的第1半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件、第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件、第3半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和第4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件；第1 二極管，其連接在所述第1半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和所述第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)與所述中性點(diǎn)之間；以及第2 二極管，其連接在所述第3半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和所述第4半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)與所述中性點(diǎn)之間，將所述第2半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件和所述第3半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的連接點(diǎn)作為所述交流輸出端子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三電平逆變器，其中，設(shè)所述三相電壓校正指令的所述非接地相的分量為0，根據(jù)所述中性點(diǎn)的電壓和所述直流電源的電壓來(lái)確定所述接地相的分量。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三電平逆變器，其中，根據(jù)所述直流電源輸出的直流電壓和所述中性點(diǎn)的電壓求出中性點(diǎn)的電壓的偏差，對(duì)該偏差乘以調(diào)節(jié)增益K1,由此來(lái)確定所述三相電壓校正指令的所述接地相的分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三電平逆變器，其中，根據(jù)所述直流電源輸出的直流電壓和所述中性點(diǎn)的電壓求出中性點(diǎn)的電壓的偏差，對(duì)該偏差進(jìn)行PI放大，由此來(lái)確定所述三相電壓校正指令的所述接地相的分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的三電平逆變器，其中，根據(jù)所述直流電源輸出的直流電壓的二分之一與所述中性點(diǎn)的電壓之間的偏差，確定所述三相電壓校正指令的所述接地相的分量。
7.—種功率調(diào)節(jié)器，該功率調(diào)節(jié)器包括對(duì)直流電壓進(jìn)行升壓的升壓器；以及三電平逆變器，所述三電平逆變器具有1)電容器串聯(lián)連接體，其具有一個(gè)端子與所述升壓器的輸出的正極側(cè)連接的第1電容器、以及一個(gè)端子與所述升壓器的所述輸出的負(fù)極側(cè)連接的第2電容器，并且在該電容器串聯(lián)連接體中，所述第1電容器的另一個(gè)端子與第2電容器的另一個(gè)端子彼此連接，將該第 1電容器和第2電容器的連接點(diǎn)作為中性點(diǎn)，該中性點(diǎn)與有一相接地的三相電力系統(tǒng)的接地相連接；2)第1臂和第2臂，它們彼此并聯(lián)地連接在所述升壓器的輸出的正極側(cè)與負(fù)極側(cè)之間， 而且所述第1臂和第2臂分別具有交流輸出端子，這些交流輸出端子分別與所述三相電力系統(tǒng)的非接地相連接，輸出該輸出的正極側(cè)的電壓、負(fù)極側(cè)的電壓以及所述中性點(diǎn)的電壓這三種電平的電壓；以及3)控制部，在該控制部中，設(shè)有根據(jù)所述中性點(diǎn)的電壓的偏差量求出三相電壓校正指令的中性點(diǎn)電壓控制器、以及將該三相電壓校正指令轉(zhuǎn)換為d-q軸上的電壓校正指令的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，并且，所述控制部根據(jù)該d-q軸上的該電壓校正指令對(duì)該d-q軸上的電壓指令進(jìn)行校正，抑制所述中性點(diǎn)的電壓的變動(dòng)。
8. 一種發(fā)電系統(tǒng)，該發(fā)電系統(tǒng)包括輸出直流電壓的發(fā)電裝置；對(duì)所述直流電壓進(jìn)行升壓的升壓器；以及三電平逆變器，所述三電平逆變器具有1)電容器串聯(lián)連接體，其具有一個(gè)端子與所述升壓器的輸出的正極側(cè)連接的第1電容器、以及一個(gè)端子與所述升壓器的所述輸出的負(fù)極側(cè)連接的第2電容器，并且在該電容器串聯(lián)連接體中，所述第1電容器的另一個(gè)端子與第2電容器的另一個(gè)端子彼此連接，將該第 1電容器和第2電容器的連接點(diǎn)作為中性點(diǎn)，該中性點(diǎn)與有一相接地的三相電力系統(tǒng)的接地相連接；2)第1臂和第2臂，它們彼此并聯(lián)地連接在所述升壓器的輸出的正極側(cè)與負(fù)極側(cè)之間， 而且所述第1臂和第2臂分別具有交流輸出端子，這些交流輸出端子分別與所述三相電力系統(tǒng)的非接地相連接，輸出該輸出的正極側(cè)的電壓、負(fù)極側(cè)的電壓以及所述中性點(diǎn)的電壓這三種電平的電壓；以及3)控制部，在該控制部中，設(shè)有根據(jù)所述中性點(diǎn)的電壓的偏差量求出三相電壓校正指令的中性點(diǎn)電壓控制器、以及將該三相電壓校正指令轉(zhuǎn)換為d-q軸上的電壓校正指令的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，并且，所述控制部根據(jù)該d-q軸上的該電壓校正指令對(duì)該d-q軸上的電壓指令進(jìn)行校正，抑制所述中性點(diǎn)的電壓的變動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明提供三電平逆變器、功率調(diào)節(jié)器以及發(fā)電系統(tǒng)，三電平逆變器具有電容器串聯(lián)連接體，其與直流電源并聯(lián)連接；第1臂和第2臂，它們彼此并聯(lián)地連接在直流電源的輸出的正極側(cè)與負(fù)極側(cè)之間，且分別具有交流輸出端子；以及控制部，在該控制部中，設(shè)有根據(jù)中性點(diǎn)的電壓和直流電源的電壓求出三相電壓校正指令的中性點(diǎn)電壓控制器、以及將三相電壓校正指令轉(zhuǎn)換為d-q軸上的電壓校正指令的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器，控制部根據(jù)d-q軸上的電壓校正指令對(duì)d-q軸上的電壓指令進(jìn)行校正，抑制中性點(diǎn)的電壓的變動(dòng)，中性點(diǎn)與有一相接地的三相電力系統(tǒng)的接地相連接，交流輸出端子分別與三相電力系統(tǒng)的非接地相連接。此外，所述功率調(diào)節(jié)器具有該三電平逆變器，所述發(fā)電系統(tǒng)具有該功率調(diào)節(jié)器。
文檔編號(hào)H02M7/487GK102315789SQ20111009522
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者久保山宗 申請(qǐng)人:株式會(huì)社安川電機(jī)