矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)以及功率因數(shù)控制方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)以及功率因數(shù)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]以往，作為電力轉(zhuǎn)換裝置，已知有將交流電源(例如，電力系統(tǒng))的電壓直接轉(zhuǎn)換為任意頻率、電壓的矩陣變換器。這樣的矩陣變換器例如能夠抑制高次諧波電流、有效利用再生電力，因而作為新式電力轉(zhuǎn)換裝置而受到關(guān)注(例如，參照專利文獻1)。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本特開2002-354815號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]發(fā)明所要解決的問題
[0007]但是，矩陣變換器有時很難適當?shù)乜刂齐娏ο到y(tǒng)側(cè)的功率因數(shù)。例如，在轉(zhuǎn)換電力系統(tǒng)的電壓并向發(fā)電機輸出、從而將發(fā)電機的功率提供給電力系統(tǒng)的矩陣變換器中，當在電力系統(tǒng)側(cè)設置濾波器時，有時很難通過構(gòu)成濾波器的電容器的超前電流來將電力系統(tǒng)側(cè)的功率因數(shù)保持為1。
[0008]本發(fā)明實施方式的一種方式就是鑒于上述狀況而作出的，其目的在于提供一種能夠適當?shù)乜刂齐娏ο到y(tǒng)側(cè)的功率因數(shù)的矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)以及功率因數(shù)控制方法。
[0009]用于解決問題的技術(shù)方案
[0010]實施方式的一種方式所涉及的矩陣變換器具備電力轉(zhuǎn)換部和控制部。所述電力轉(zhuǎn)換部具有多個雙向開關(guān)，且設置在電力系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)電機之間。所述控制部控制從所述電力轉(zhuǎn)換部流向所述旋轉(zhuǎn)電機的勵磁電流，以控制所述電力系統(tǒng)側(cè)的功率因數(shù)。
[0011]發(fā)明效果
[0012]根據(jù)實施方式的一種方式，提供了一種能適當?shù)乜刂齐娏ο到y(tǒng)側(cè)的功率因數(shù)的矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)以及功率因數(shù)控制方法。
【附圖說明】
[0013]圖1是表示實施方式涉及的發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0014]圖2是表不雙向開關(guān)的一例的圖。
[0015]圖3是表示已調(diào)整功率因數(shù)角時的轉(zhuǎn)速、有功功率、無功功率以及系統(tǒng)側(cè)功率因數(shù)的關(guān)系例的圖。
[0016]圖4是表示基于勵磁電流的系統(tǒng)側(cè)功率因數(shù)的控制的說明圖。
[0017]圖5是表示矩陣變換器的控制部結(jié)構(gòu)的一例的圖。
[0018]圖6是表示切換向旋轉(zhuǎn)電機輸出的電壓的一例的圖。
[0019]圖7是表示控制部的處理流程的一例的流程圖。
[0020]圖8是表示矩陣變換器的控制部結(jié)構(gòu)的其他例的圖。
[0021]附圖標記說明
[0022]1矩陣變換器
[0023]2旋轉(zhuǎn)電機
[0024]3電力系統(tǒng)
[0025]4位置檢測器
[0026]10電力轉(zhuǎn)換部
[0027]11濾波器
[0028]12、13電流檢測部
[0029]14電壓檢測部
[0030]15控制部
[0031]20相位檢測器
[0032]21 dq坐標轉(zhuǎn)換器
[0033]22 q軸電流指令生成器
[0034]23 d軸電流指令生成器
[0035]24、25、34、41 減法器
[0036]26 q軸電流控制器
[0037]27 d軸電流控制器
[0038]28坐標轉(zhuǎn)換器
[0039]29驅(qū)動控制器
[0040]30功率因數(shù)指令生成器
[0041]31限制器
[0042]32無功電流指令輸出器
[0043]33無功電流抽出器
[0044]35、42PI 控制器
[0045]51轉(zhuǎn)速檢測器
[0046]52判定器
[0047]53 d軸電流指令生成器
[0048]100發(fā)電系統(tǒng)
【具體實施方式】
[0049]下面，參照附圖詳細說明本發(fā)明公開的矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)以及功率因數(shù)控制方法的實施方式。此外，以下示出的實施方式并非限定本發(fā)明。
[0050][1.發(fā)電系統(tǒng)]
[0051]圖1是表示實施方式涉及的發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一例的圖。如圖1所示，實施方式涉及的發(fā)電系統(tǒng)100具備矩陣變換器1和旋轉(zhuǎn)電機2。矩陣變換器1設置在旋轉(zhuǎn)電機2和三相交流的電力系統(tǒng)3之間，進行旋轉(zhuǎn)電機2和電力系統(tǒng)3之間的電力轉(zhuǎn)換。
[0052]在以下的實施方式中，作為旋轉(zhuǎn)電機2的一例，例如說明同步電動機等交流發(fā)電機(ACG)。但旋轉(zhuǎn)電機2不限于交流發(fā)電機，例如也可以是交流電動機。另外，在旋轉(zhuǎn)電機2的旋轉(zhuǎn)軸Αχ上設置位置檢測器4，用于檢測表示旋轉(zhuǎn)電機2的轉(zhuǎn)子位置(機械角)的旋轉(zhuǎn)位置Θ,，由該位置檢測器4檢測出的旋轉(zhuǎn)位置Θ,被輸入到矩陣變換器1。
[0053][2.矩陣變換器1]
[0054]如圖1所示，矩陣變換器1具備:電力轉(zhuǎn)換部10 ;濾波器11 ;電流檢測部12、13 ;電壓檢測部14 ;控制部15滿子^^淑及端子!'。、!^!^旋轉(zhuǎn)電機2與端子接，電力系統(tǒng)3與端子TR、Ts、1\連接。
[0055]電力轉(zhuǎn)換部10具備將電力系統(tǒng)3的R相、S相以及T相的各相與旋轉(zhuǎn)電機2的U相、V相以及W相的各相連接的多個雙向開關(guān)Swl?Sw9。雙向開關(guān)Swl?Sw3是分別將電力系統(tǒng)3的R相、S相、T相與旋轉(zhuǎn)電機2的U相連接的雙向開關(guān)。
[0056]雙向開關(guān)Sw4?Sw6是將電力系統(tǒng)3的R相、S相、T相與旋轉(zhuǎn)電機2的V相分別連接的雙向開關(guān)。雙向開關(guān)Sw7?Sw9是將電力系統(tǒng)3的R相、S相、R相與旋轉(zhuǎn)電機2的W相分別連接的雙向開關(guān)。
[0057]雙向開關(guān)Swl?Sw9例如具有圖2所示那樣的結(jié)構(gòu)。圖2是表示各雙向開關(guān)Swl?Sw9的結(jié)構(gòu)例的圖。如圖2所示，各雙向開關(guān)Swl?Sw9是由開關(guān)元件16與二極管18形成的串聯(lián)連接體、和開關(guān)元件17與二極管19形成的串聯(lián)連接體呈反向并聯(lián)連接而構(gòu)成。
[0058]開關(guān)元件16、17 例如為 MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor:金屬氧化物半導體場效應晶體管)或IGBT (Insulated Gate BipolarTransistor:絕緣柵雙極型晶體管)等的半導體開關(guān)元件。另外，開關(guān)元件16、17也可以為下一代半導體開關(guān)元件的SiC、GaN。
[0059]另外，雙向開關(guān)Swl?Sw9不限于圖2所示的結(jié)構(gòu)。例如，在圖2所示的例子中，二極管18、19的陰極彼此并不連接，但雙向開關(guān)Swl?Sw9也可以為二極管18、19的陰極彼此連接的結(jié)構(gòu)。另外，開關(guān)元件16、17為反向阻斷IGBT時，也可以不設置二極管18、19。
[0060]返回圖2繼續(xù)矩陣變換器1的說明。濾波器11設置在電力系統(tǒng)3的R相、S相以及T相與電力轉(zhuǎn)換部10之間，抑制從電力轉(zhuǎn)換部10向電力系統(tǒng)3的噪聲的影響。具體而言，濾波器11包括三個電抗器和三個電容器，用于除去構(gòu)成電力轉(zhuǎn)換部10的雙向開關(guān)Swl?Sw9的開關(guān)所引起的開關(guān)噪聲。另外，濾波器11不局限于圖1所示的LC濾波器的結(jié)構(gòu)，也可以為其他的結(jié)構(gòu)。
[0061]電流檢測部12設置在電力系統(tǒng)3與濾波器11之間，對在矩陣變換器1與電力系統(tǒng)3的R相、S相、T相的各相之間流動的電流的瞬時值IR、Is、Ιτ(以下記為系統(tǒng)側(cè)電流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。
[0062]電流檢測部13設置在電力轉(zhuǎn)換部10與旋轉(zhuǎn)電機2之間，對在矩陣變換器1與電力系統(tǒng)2的U相、V相、W相的各相之間流動的電流的瞬時值I,、Iv、Iw(以下記為旋轉(zhuǎn)電機側(cè)電流I。、Iv、Iw)進行檢測。另外，電流