矩陣變換器、風力發(fā)電系統(tǒng)以及矩陣變換器的控制方法
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明設及矩陣變換器、風力發(fā)電系統(tǒng)W及矩陣變換器的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 矩陣變換器能夠?qū)崿F(xiàn)高次諧波電流的抑制、再生電力的有效利用，故作為新式的 電力轉(zhuǎn)換裝置而受到關注。在該樣的矩陣變換器中存在具備將交流電源的各相與旋轉(zhuǎn)電機 的各相連接的多個雙向開關并控制該些雙向開關來進行電力轉(zhuǎn)換的矩陣變換器。
[0003] 在該種矩陣變換器中，已知在交流電源因某種原因而成低電壓時停止電力轉(zhuǎn)換動 作的技術(shù)。例如，存在W下的技術(shù)，即，在利用雙向開關控制交流電源的各相電壓來驅(qū)動發(fā) 動機的狀態(tài)下，在交流電源成低電壓時，停止向發(fā)動機的電力供給（例如，參考專利文獻 1)。
[0004]【現(xiàn)有技術(shù)文獻】
[000引【專利文獻】
[0006]【專利文獻1】；日本特開2005-287200號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]【發(fā)明所要解決的課題】
[000引但是，在將旋轉(zhuǎn)電機作為負載的矩陣變換器中，即便在交流電源成低電壓時，也期 望不停止而繼續(xù)進行電力轉(zhuǎn)換動作，此時還期望控制旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩。
[0009] 本發(fā)明就是鑒于上述的狀況而作出的，其目的在于提供W下的一種矩陣變換器、 風力發(fā)電系統(tǒng)W及矩陣變換器的控制方法，即，即便在交流電源成低電壓時，也能夠繼續(xù)進 行電力轉(zhuǎn)換動作且控制旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩。
[0010] 【用于解決課題的方式】
[0011] 實施方式的一方式所設及的矩陣變換器具備電力轉(zhuǎn)換部和驅(qū)動控制部。所述電力 轉(zhuǎn)換部包括連接交流電源的各相與旋轉(zhuǎn)電機的各相的多個雙向開關。在所述交流電源的電 壓為規(guī)定值W下時，所述驅(qū)動控制部控制所述電力轉(zhuǎn)換部，從所述電力轉(zhuǎn)換部向所述交流 電源供給無功功率且控制所述旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩?！景l(fā)明效果】
[0012] 根據(jù)實施方式的一方式，實現(xiàn)了W下的效果，即，可W提供W下的一種矩陣變換 器、風力發(fā)電系統(tǒng)W及矩陣變換器的控制方法，即，即便在交流電源成低電壓時，也能夠繼 續(xù)進行電力轉(zhuǎn)換動作且控制旋轉(zhuǎn)電機的轉(zhuǎn)矩。
【附圖說明】
[0013] 圖1是表示第一實施方式所設及的風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0014] 圖2是表示圖1所示的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0015] 圖3是表示圖2所示的雙向開關的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0016] 圖4是表示圖2所示的控制部的控制例的流程圖。
[0017] 圖5是表示圖2所示的第二驅(qū)動控制部的具體結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[001引圖6是表示系統(tǒng)無功電流指令和系統(tǒng)電壓值的關系的一例的圖。
[0019] 圖7是表示電流型逆變器模型的圖。
[0020] 圖8是表示發(fā)電機相位和開關驅(qū)動信號的關系的圖。
[0021] 圖9是表示系統(tǒng)修正相位和開關驅(qū)動信號的關系的圖。
[0022] 圖10A是表示基于開關驅(qū)動信號的開關元件的狀態(tài)的圖（之一）。
[0023] 圖10B是表示基于開關驅(qū)動信號的開關元件的狀態(tài)的圖（之二）。
[0024] 圖10C是表示基于開關驅(qū)動信號的開關元件的狀態(tài)的圖（之S)。
[0025] 圖11是表示圖7所示的電流型逆變器模型的變換器中的空間矢量的一例的圖。
[0026] 圖12是表示圖11所示的空間矢量的局部中的電流矢量和占空比的關系的圖。
[0027] 圖13是表示與電流矢量對應的開關模式的一例的空間矢量圖。
[002引圖14是表示系統(tǒng)脈沖模式生成器的開關模式的圖。
[0029] 圖15是表示電力轉(zhuǎn)換部的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0030] 圖16是表示第二實施方式所設及的矩陣變換器的結(jié)構(gòu)例的圖。
[0031] 附圖標記說明
[00對 1風力發(fā)電系統(tǒng)
[003引 2發(fā)電部
[0034] 3、3A矩陣變換器
[0035] 4電力系統(tǒng)
[0036]5 葉片
[0037] 6 轉(zhuǎn)子
[00%] 7 軸
[0039]8旋轉(zhuǎn)電機
[0040]9位置檢測器
[0041]10U0A電力轉(zhuǎn)換部
[0042]11LC濾波器
[00創(chuàng) 12電流檢測部
[0044] 13電壓檢測部
[0045] 14停電檢測部
[0046] 15、15A控制部
[0047] 20、20A切換部
[0048] 2U21A第一驅(qū)動控制部
[0049]22、22A第二驅(qū)動控制部
[0化0] 24、25單向開關元件
[0051]26、27二極管
[0052]31有功電流補償部
[0053]32無功電流補償部
[0054]33發(fā)電機速度補償部
[0化5] 34脈沖模式生成部
[0056] 41PQ轉(zhuǎn)換器
[0化7] 80電流型逆變器模型
[0化引 81 逆變器
[0059] 82變換器
[0060] S1~S21 :開關驅(qū)動信號
[0061] Sd;停電檢測信號
[0062] Swl~Swl2 ;雙向開關
【具體實施方式】
[0063] W下，參考附圖對本申請所公開的矩陣變換器、風力發(fā)電系統(tǒng)W及矩陣變換器的 控制方法的實施方式進行詳細的說明。另外，并不是通過W下所示的實施方式來對本發(fā)明 加W限定。另外，在W下的實施方式中，W利用矩陣變換器對作為S相交流發(fā)電機（ACG)的 旋轉(zhuǎn)電機的發(fā)電功率進行轉(zhuǎn)換并向交流電源供給為例來進行說明，但旋轉(zhuǎn)電機不局限于交 流發(fā)電機，例如也可W為交流電動機。另外，作為交流電源相交流的電力系統(tǒng)（Grid) 為例來進行說明，但交流電源不局限于此。
[0064] [1.第一實施方式]
[00化]圖1是表示第一實施方式所設及的風力發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖1所示，第 一實施方式所設及的風力發(fā)電系統(tǒng)1具備發(fā)電部2和矩陣變換器3。矩陣變換器3連接在 發(fā)電部2與電力系統(tǒng)4之間，對利用發(fā)電部2發(fā)出的電力進行轉(zhuǎn)換并向電力系統(tǒng)4輸出。
[0066] 發(fā)電部2具備多個葉片5、轉(zhuǎn)子6、軸7、旋轉(zhuǎn)電機8、位置檢測器9。多個葉片5安 裝在設于軸7的前端的轉(zhuǎn)子6,接收風力而使轉(zhuǎn)子6W及軸7旋轉(zhuǎn)。軸7安裝在旋轉(zhuǎn)電機 8,旋轉(zhuǎn)電機8能夠產(chǎn)生與轉(zhuǎn)子6W及軸7的旋轉(zhuǎn)力相應的電力。
[0067] 旋轉(zhuǎn)電機8為交流發(fā)電機，例如為永磁鐵型旋轉(zhuǎn)電機。位置檢測器9例如通過對 軸7的旋轉(zhuǎn)位置進行檢測從而對旋轉(zhuǎn)電機8的輸出軸的旋轉(zhuǎn)位置0。進行檢測。
[0068] [1. 1.矩陣變換器3]
[0069] 圖2是表示矩陣變換器3的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖2所示，矩陣變換器3具備；系統(tǒng)側(cè) 端子Tr、Ts、Tt;發(fā)電機側(cè)端子化、Tv、Tw;電力轉(zhuǎn)換部10 ;LC濾波器11 ;電流檢測部12 ;電 壓檢測部13 ;停電檢測部14 ;控制部15。電力系統(tǒng)4的R相、S相W及T相與系統(tǒng)側(cè)端子 Tr、Ts、Tt連接，旋轉(zhuǎn)電機8的U相、V相W及W相與發(fā)電機側(cè)端子化、Tv、Tw連接。
[0070] 電力轉(zhuǎn)換部10具備將電力系統(tǒng)4的R相、S相W及T相的各相與旋轉(zhuǎn)電機8的U 相、V相W及W相的各相連接的多個雙向開關Swl~Sw9。雙向開關Swl~Sw3為將電力系 統(tǒng)4的R相、S相、T相與旋轉(zhuǎn)電機8的U相分別連接的雙向開關。
[0071] 雙向開關Sw4~Sw6為將電力系統(tǒng)4的R相、S相W及T相與旋轉(zhuǎn)電機8的V相 分別連接的雙向開關。雙向開關Sw7~Sw9為將電力系統(tǒng)4的R相、S相W及T相與旋轉(zhuǎn) 電機8的W相分別連接的雙向開關。
[0072] 雙向開關Swl~Sw9例如具有圖3所示那樣的結(jié)構(gòu)。圖3是表示各雙向開關Swl~ Sw9的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖3所示，各雙向開關Swl~Sw9通過由單向開關元件24與二極管 26形成的串聯(lián)連接體和由單向開關元件25與二極管27形成的串聯(lián)連接體呈反向并聯(lián)連接 而構(gòu)成。
[007引 單向開關元件 24、25 例如為MOS陽T(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor;金屬氧化物半導體場效應晶體管）或IGBT(InsulatedGateBipolar Transistor;絕緣柵雙極型晶體管）等的半導體開關元件。另外，單向開關元件24、25也可 W為下一代半導體開關元件的SiC、GaN。
[0074] 另外，雙向開關Swl~Sw9不局限于圖3所示的結(jié)構(gòu)。例如，在圖3所示的示例中， 二極管26、27的陰極彼此并不連接，但雙向開關Swl~Sw9也可W為二極管26、27的陰極 彼此連接的結(jié)構(gòu)。另外，在單向開關元件24、25為逆元件IGBT時，也可W不設置二極管26、 27。
[0075] 返回圖2繼續(xù)矩陣變換器3的說明。LC濾波器11設置在電力系統(tǒng)4的R相、S相 W及T相與電力轉(zhuǎn)換部10之間，對從電力轉(zhuǎn)換部10向電力系統(tǒng)4的噪聲的影響進行抑制。 具體而言，LC濾波器11包括S個電抗器和S個電容器，對由構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換部10的雙向開 關Swl~Sw9的開關所引起的開關噪聲進行除去。另外，LC濾波器11不局限于圖2所示 的結(jié)構(gòu)，也可W為其他的結(jié)構(gòu)。
[0076] 電流檢測部12設置在電力系統(tǒng)4與LC濾波器11之間，對在矩陣變換器3與電力 系統(tǒng)4的R相、S相、T相的各相之間流動的電流的瞬時值Ir、Is、It(W下記為系統(tǒng)相電流 值Ir、Is、It)進行檢測。另外，電流檢測部12例如利用作為磁電轉(zhuǎn)換元件的霍爾元件來檢 測電流。
[0077] 電壓檢測部13設置在電力系統(tǒng)4與電力轉(zhuǎn)換部10之間，對電力系統(tǒng)4的R相、S 相、T相的各相的電壓值化、Vs、Vt(W下記為系統(tǒng)相電壓值化、Vs、Vt)進行檢測。
[0078] 停電檢測部14對系統(tǒng)電壓的電壓值Va(W下記為系統(tǒng)電壓值Va)是否為電壓值 VIW下進行檢測。在系統(tǒng)電壓值Va為電壓值VIW下時，停電檢測部14判定為電力系統(tǒng)4 已停電而輸出高電平的停電檢測信號Sd。另一方面，在系統(tǒng)電壓值Va超過電壓值VI時，停 電檢測部14判定為電力系統(tǒng)4未停電而輸出低電平的停電檢測信號Sd。
[0079] 停電檢測部14例如將系統(tǒng)相電壓值化、Vs、Vt向固定坐標上的正交的2軸的a0 成分轉(zhuǎn)換，從而求出a軸方向的系統(tǒng)電壓值V。與P軸方向的系統(tǒng)電壓值Vp。然后，停電 檢測部14運算系統(tǒng)電壓值V。、Vp的平方和的平方根（=V(Va2+Vp2))，并將運算結(jié)果設 為系統(tǒng)電壓值Va。
[0080] 控制部15生成與停電檢測信號Sd相應的開關驅(qū)動信號S1~S18,并利用所述開 關驅(qū)動信號S1~S18來控制電力轉(zhuǎn)換部10的雙向開關Swl~Sw9。
[0081] 圖4是表示控制部15的控制例的流程圖。如圖4所示，控制部15對停電檢測信 號Sd是否為高電平進行判定（步驟10)。在判定為停電檢測信號Sd為高電平時（步驟10 ; 是），控制部15根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機8的旋轉(zhuǎn)位置目e來生成制動用轉(zhuǎn)矩指令Ibra(步驟11)。
[0082] 例如，控制部15根據(jù)旋轉(zhuǎn)電機8的旋轉(zhuǎn)位置0e來判定旋轉(zhuǎn)電機8