矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)及電力變換方法
【技術領域】
[0001] 所公開的實施方式涉及矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)及電力變換方法。
【背景技術】
[0002] 矩陣變換器具有連接各輸入相與各輸出相的多個雙向開關，通過控制這些雙向開 關而直接對各輸入相的電壓進行切換，來向輸出相輸出任意的電壓/頻率。在矩陣變換器 被連接在電力系統(tǒng)與發(fā)電裝置之間的情況下，輸入相例如是電力系統(tǒng)的R相、S相及T相， 輸出相例如是發(fā)電裝置的U相、V相及W相。
[0003] 該矩陣變換器在利用雙向開關來切換與輸出相連接的輸入相時，例如進行如下這 樣的換流控制：以規(guī)定的順序單獨地對構成雙向開關的多個開關元件各自進行接通/斷開 控制。通過該換流控制，防止了輸入相間的短路及輸出相的開路等，但是在輸出電壓中產生 了誤差。因此，提出了對輸出電壓誤差進行補償?shù)募夹g（例如，參照專利文獻1、2)。
[0004] 專利文獻1 :日本特開2004-7929號公報
[0005] 專利文獻2 :日本特開2007-82286號公報
[0006] 但是，存在對換流控制所引起的輸出電壓誤差實施了過補償?shù)那闆r，如果產生該 過補償，則輸出特性可能下降。

【發(fā)明內容】

[0007] 實施方式中的一個方式是鑒于上述情況而完成的，目的在于提供能夠抑制輸出特 性的下降的矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)及電力變換方法。
[0008] 實施方式中的一個方式的矩陣變換器具備電力變換部、換流控制部、誤差補償部、 以及補償量調整部。所述電力變換部具有各自包含多個開關元件的多個雙向開關，所述多 個雙向開關被設于多個輸入相中的各個輸入相與多個輸出相中的各個輸出相之間。在經由 所述電力變換部對與所述輸出相連接的所述輸入相進行切換的情況下，所述換流控制部進 行換流控制，所述換流控制是按照具有多個步驟的換流模式來控制所述雙向開關的所述開 關元件。所述誤差補償部運算出降低因所述換流控制引起的輸出電壓誤差的補償量。所述 補償量調整部根據(jù)所述輸出相的電壓來降低所述補償量。
[0009] 根據(jù)實施方式中的一個方式，能夠提供可抑制輸出特性的下降的矩陣變換器、發(fā) 電系統(tǒng)及電力變換方法。
【附圖說明】
[0010] 圖1是示出實施方式的矩陣變換器的結構例的圖。
[0011] 圖2是示出圖1所示的雙向開關的結構例的圖。
[0012] 圖3是示出圖1所示的控制部的結構例的圖。
[0013] 圖4是示出在Io > 0的情況下，基于4步驟電流換流法的開關元件的接通/斷開 的轉變的圖。
[0014] 圖5是示出在Io > 0的情況下，基于4步驟電流換流法的PffM控制指令、輸出相 電壓以及載波的關系的圖。
[0015] 圖6是示出在Io < 0的情況下，基于4步驟電流換流法的開關元件的接通/斷開 的轉變的圖。
[0016] 圖7是示出在Io < 0的情況下，基于4步驟電流換流法的PffM控制指令、輸出相 電壓以及載波的關系的圖。
[0017] 圖8是示出輸出電壓空間矢量的一例的圖。
[0018] 圖9是示出輸出電壓指令與空間矢量的對應例的圖。
[0019] 圖10是示出降低補償量的范圍的圖。
[0020] 圖11是示出補償量調整部的結構例的圖。
[0021] 圖12是示出中間輸出相電壓與調整增益的關系的圖。
[0022] 圖13是示出圖1所示的控制部的其他結構例的圖。
[0023] 圖14是示出控制部的電力變換處理的一例的流程圖。
[0024] 標號說明
[0025] 1 :矩陣變換器；2 :交流電源；3 :交流裝置；10 :電力變換部；11 :LC濾波器；12 : 輸入電壓檢測部；13 :輸出電流檢測部；20 :控制部；21 :指令輸出部；22、22A :PWM運算部； 23 :換流控制部；31 :電流指令生成部；41 :占空比運算部；24、42 :誤差補償部；43 :占空比 調整部；44、61 :補償量運算部；45、62 :補償量調整部；51 :乘法器；63 :指令校正部；Swl~ Sw9 :雙向開關；Swa、Swb :開關元件。
【具體實施方式】
[0026] 以下，參照附圖對本申請公開的矩陣變換器、發(fā)電系統(tǒng)及電力變換方法的實施方 式進行詳細的說明。另外，本發(fā)明不被以下所示的實施方式所限定。
[0027] [1.矩陣變換器的結構]
[0028] 圖1是示出實施方式的矩陣變換器的結構例的圖。如圖1所示，實施方式的矩陣 變換器1設于3相交流電源2 (以下，記作交流電源2)的R相、S相及T相（多個輸入相的 一例）與交流裝置3的U相、V相及W相（多個輸出相的一例）之間。交流電源2例如是 電力系統(tǒng)，交流裝置3例如是交流電動機或交流發(fā)電機等旋轉電機。
[0029] 例如，在交流電源2是電力系統(tǒng)，并且交流裝置3是交流發(fā)電機（發(fā)電裝置的一 例）的情況下，矩陣變換器1將由交流裝置3發(fā)出的電力輸出到交流電源2。這種情況下， 由矩陣變換器1及交流裝置3構成了發(fā)電系統(tǒng)。此外，例如，在交流電源2是電力系統(tǒng)，并 且交流裝置3是交流電動機的情況下，矩陣變換器1根據(jù)從交流電源2供給的電力來控制 交流裝置3。
[0030] 矩陣變換器1具備：輸入端子Tr，Ts，Tt、輸出端子Tu，Tv，Tw、電力變換部10、LC 濾波器11、輸入電壓檢測部12、輸出電流檢測部13、控制部20 (控制裝置的一例）。矩陣變 換器1將從交流電源2經由輸入端子Tr、Ts、Tt供給的3相交流電壓變換為任意的電壓及 頻率并從輸出端子Tu、Tv、Tw向交流裝置3輸出。
[0031] 電力變換部10具備連接交流電源2的各相與交流裝置3的各相的多個雙向開關 Swl~Sw9(以下，有時總稱為雙向開關Sw)。
[0032] 雙向開關Swl~Sw3分別將交流電源2的R相、S相、T相與交流裝置3的U相連 接。雙向開關Sw4~Sw6分別將交流電源2的R相、S相、T相與交流裝置3的V相連接。 雙向開關Sw7~Sw9分別將交流電源2的R相、S相、T相與交流裝置3的W相連接。
[0033] 圖2是示出雙向開關Sw的結構例的圖。如圖2所示，雙向開關Sw具有開關元件 Swa與二極管Da的串聯(lián)連接電路、以及開關元件Swb與二極管Db的串聯(lián)連接電路，這些串 聯(lián)連接電路被反向并聯(lián)連接。在圖2中，將輸入相電壓記作Vi，將輸出相電壓記作Vo。
[0034] 另外，雙向開關Sw只要是具有多個開關元件并且能夠控制導通方向的結構即可， 不限于圖2所示的結構。例如，雖然在圖2所示的例子中，二極管Da、Db的陰極彼此連接， 但是，雙向開關Sw也可以是二極管Da、Db的陰極彼此不連接的結構。
[0035] 此外，開關元件Swa、Swb (以下，有時總稱為開關元件Swab)例如是MOSFET (Meta 1-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)或 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等半導體開關元件。此外，開關元件Swa、Swb也可以是下一代半導體開關元 件SiC、GaN。另外，在開關元件Swa、Swb是反向器件IGBT的情況下，也可以不設置二極管 Da、Db0
[0036] 返回到圖1，繼續(xù)矩陣變換器1的說明。LC濾波器11設于交流電源2的R相、S相 及T相與電力變換部10之間。該LC濾波器11包含3個電抗器Lr、Ls、Lt及3個電容器 Crs、Cst、Ctr，去除由雙向開關Sw的開關動作引起的高頻成分。
[0037] 輸入電壓檢測部12檢測交流電源2的R相、S相、T相的各相電壓。例如，輸入電 壓檢測部12檢測交流電源2的R相、S相、T相的各相電壓的瞬時值Er、Es、Et (以下，記作 輸入相電壓Er、Es、Et)。
[0038] 輸出電流檢測部13檢測流過電力變換部10與交流裝置3之間的電流。例如，輸 出電流檢測部13檢測流過電力變換部10與交流裝置3的U相、V相、W相各自之間的電流 的瞬時值Iu、Iv、Iw(以下，記作輸出相電流Iu、Iv、Iw)。另外，以下，有時將輸出相電流Iu、 Iv、Iw總稱地記作輸出相電流1〇。
[0039] 控制部20根據(jù)輸入相電壓Er、Es、Et及輸出相電流Iu、Iv、Iw等，生成驅動信號 Sla~S9a、Slb~S9b (以下，有時總稱為驅動信號Sg)，控制電力變換部10的雙向開關 Swl ~Sw9〇
[0040] 例如，雙向開關Swl~Sw9的開關元件Swa被驅動信號Sla~S9a驅動，雙向開關 Swl~Sw9的開關元件Swb被驅動信號Slb~S9b驅動。
[0041] [2.控制部20的結構]
[0042] 圖3是示出控制部20的結構例的圖。如圖3所示，控制部20具備指令輸出部21、 PWM運算部22、換流控制