專利名稱：功率變換裝置和電源裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及功率變換裝置和使用它的電源裝置，該功率變換裝置具有與直流電源連接的具有n相交流(n是≥2的整數(shù))輸出的功率變換器、和設(shè)在上述直流電源和上述功率變換器之間的平滑單元。

背景技術(shù)：
近年來，太陽光發(fā)電系統(tǒng)等的系統(tǒng)連系的(system-tied)分散型電源普及起來。
在這樣的電源裝置中，從直流電源輸出的直流功率輸入到作為功率變換器的反相器中，轉(zhuǎn)換成交流功率輸出到作為負(fù)載的系統(tǒng)中。另外，在反相器的輸入部上連接平滑單元，以實(shí)現(xiàn)直流電源的電壓、電流的穩(wěn)定化。作為該平滑單元，與反相器的輸入部并聯(lián)連接平滑電容器的平滑單元是一般的。
由于單相反相器的瞬時(shí)功率以輸出交流的兩倍的頻率變化，在來自直流電源的直流功率和輸出功率之間產(chǎn)生輸出頻率的兩倍的功率變化，吸收較低頻率的變化的平滑電容器必須是大電容的。因此，作為平滑電容器，一般選擇鋁電解電容器，其具有單位靜電電容的尺寸和質(zhì)量小且成本也低的特征(例如，參照日本特開平1-107661號(hào)公報(bào))。
另外，已公知三相輸出的反相器中平滑電容器的靜電電容小(例如，參照特開昭58-33976號(hào)公報(bào))。
但是，如果作為平滑單元使用的平滑電容器的靜電電容進(jìn)一步減小，可以更加小型化、輕質(zhì)化和低成本化，所以期望平滑單元的小電容化。
另外，已公知一般地，鋁電解電容器因周圍溫度的上升和自發(fā)熱而壽命顯著縮短。在考慮電源裝置的長(zhǎng)壽命化時(shí)，鋁電解電容器的壽命成為問題。雖然也考慮過使用薄膜電容器和疊層陶瓷電容器等的可期望更長(zhǎng)壽命的所謂固體電容器，但尺寸和質(zhì)量的增大和成本的上升成為問題。
另一方面，在三相輸出的反相器中，實(shí)際上現(xiàn)狀是只有三相輸出時(shí)靜電電容不能足夠減小。
而且，不僅是平滑電容器，用來實(shí)現(xiàn)直流電源的電壓、電流的穩(wěn)定化的平滑電抗器和有源功率濾波器等的其它平滑單元也同樣期望小電容化。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于使在直流電源、和與該直流電源連接的具有n相交流(n是≥2的整數(shù))輸出的功率變換器之間設(shè)置的平滑單元小電容化。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種功率變換裝置，具有與直流電源連接的具有n相交流輸出的功率變換器、和在上述直流電源和上述功率變換器之間設(shè)置的平滑單元，上述n是≥2的整數(shù)，其特征在于上述功率變換器具有控制成各相的功率波形的相位差都與把功率波形的周期n等分后的值一致，且各相的功率值都相同的控制單元。
本發(fā)明有以下優(yōu)選方式 上述控制單元檢測(cè)各相的輸出電壓，控制成使相電流和輸出電壓成反比。
上述平滑單元具有在上述直流電源和上述功率變換裝置之間與直流電源并聯(lián)連接的第一蓄電部；一個(gè)端子與第一蓄電部并聯(lián)連接的雙向功率變換器；與該雙向功率變換器的另一個(gè)端子連接的第二蓄電部； 以及控制雙向功率變換器的功率通量使上述第一蓄電部的波動(dòng)減小的平滑控制單元。
上述平滑控制單元檢測(cè)上述第一蓄電部的波動(dòng)，控制上述雙向功率變換器的功率通量使檢測(cè)波動(dòng)減小。
上述平滑控制單元檢測(cè)上述功率變換器的輸出電壓和/或輸出電流的低次高諧波，并根據(jù)上述低次高諧波控制上述雙向功率變換器使上述第一蓄電部的波動(dòng)減小。
上述功率變換器輸出各相的電壓和電流相位相差90度的兩相的交流。
上述控制單元控制成上述功率變換器的各相的輸出電壓和輸出電流的相位差都相同。
上述功率變換器的輸出各相與和上述功率變換器的相數(shù)相同的n相交流系統(tǒng)的各相連接，系統(tǒng)連系輸出。
上述直流電源是太陽能電池或燃料電池。
上述直流電源由太陽能電池或燃料電池、和把來自太陽能電池或燃料電池的直流輸出電壓變換后輸出的DC/DC變換器構(gòu)成。
本發(fā)明還提供一種電源裝置，其特征在于包括直流電源、和與該直流電源連接的如上所述的任一種功率變換裝置。
本發(fā)明中，雖然輸出n相交流，通過控制成使n相各相的功率波形的相位差與把功率波形的周期n等分后得到的值都一致，且各相的功率值全部相同，即使各相的負(fù)載阻抗和系統(tǒng)電壓不同，到各相的瞬時(shí)功率的總值基本上一定，即功率變換器的瞬時(shí)輸入功率如果除去切換(switching)成分基本上一定，輸入功率和輸出功率的瞬時(shí)功率差的和大致為零，使應(yīng)處理的能量相小化，由此可以使平滑單元小電容化。
另外，作為本發(fā)明的另一形態(tài)，提供一種功率變換裝置，具有與直流電源連接的輸出三相交流的功率變換器、和在上述直流電源和上述功率變換器之間設(shè)置的平滑單元，其特征在于具有 檢測(cè)三相的第1相、第2相、第3相的電壓的電壓檢測(cè)單元；和 控制單元，該控制單元以三相中的第1相為基準(zhǔn)，根據(jù)第2相的相電壓增加/減小調(diào)整第2相的線電流的第2相成分，在第1相的線電流和第3相的線電流上分配與上述第2相成分的調(diào)整量符號(hào)相反的量，進(jìn)行減少/增加調(diào)整，且以三相中的第1相為基準(zhǔn)，根據(jù)第3相的相電壓增加/減小調(diào)整第3相的線電流的第3相成分，在第1相的線電流和第2相的線電流上分配與上述第3相成分的調(diào)整量符號(hào)相反的量，進(jìn)行減少/增加調(diào)整，同時(shí)， 使三相的瞬時(shí)功率的合計(jì)值psum(t)滿足下式 d(psum)dt≈0 其中，psum(t)＝第1相的相電壓·第1相的線電流+第2相的相電壓·第2相的線電流+第3相的相電壓·第3相的線電流。
優(yōu)選地，上述本發(fā)明的另一形態(tài)具有如下控制單元，該控制單元使三相的瞬時(shí)的線電流的合計(jì)值isum(t)滿足下式 isum(t)＝0 其中，isum(t)＝第1相的線電流+第2相的線電流+第3相的線電流。
優(yōu)選地，第1相的電壓v1、第2相的電壓v2、第3相的電壓v3用下式表示時(shí)， v1＝V1·sin(θ) v2＝V2·sin(θ+2π/3) v3＝V3·sin(θ+4π/3) 以第1相為基準(zhǔn)， Ga＝V2/V1 Gb＝V3/V1 控制成第1相的電流i1、第2相的電流i2、第3相的電流i3滿足下式 i1＝I0·(sin(θ)+I12·sin(θ+2π/3)+I13·sin(θ+4π/3) i2＝I0·((1-2·Ka)·sin(θ+2π/3)+I23·sin(θ+4π/3)) i3＝I0·(I32·sin(θ+2π/3)+(1-2·Kb)·sin(θ+4π/3)) I12+I32＝2·Ka I13+I23＝2·Kb (I0是任意的數(shù)) 其中， Ka＝(V2-V1)/(2·V2+V1)＝(Ga-1)/(2·Ga+1) Kb＝(V3-V1)/(2·V3+V1)＝(Gb-1)/(2·Gb+1)。
優(yōu)選地，第1相的電壓v1、第2相的電壓v2、第3相的電壓v3用下式表示時(shí)， v1＝V1·sin(θ) v2＝V2·sin(θ+2π/3) v3＝V3·sin(θ+4π/3) 以第1相為基準(zhǔn)， Ga＝V2/V1 Gb＝V3/V1 控制成第1相的電流i1、第2相的電流i2、第3相的電流i3滿足下式 i1＝I0·(sin(θ)+I12·sin(θ+2π/3)+I13·sin(θ+4π/3) i2＝I0·((1-2·Ka)·sin(θ+2π/3)+I23·sin(θ+4π/3)) i3＝I0·(I32·sin(θ+2π/3)+(1-2·Kb)·sin(θ+4π/3)) I12+I32＝2·Ka I13+I23＝2·Kb (I0是任意的數(shù)) 其中， Ka＝(V2-V1)/(3·V2)＝(Ga-1)/(3·Ga) Kb＝(V3-V1)/(3·V3)＝(Gb-1)/(3·Gb)。
16.如權(quán)利要求14所述的功率變換裝置，其特征在于 I12＝I32＝Ka I13＝I23＝Kb，且 控制成第1相的電流i1、第2相的電流i2、第3相的電流i3滿足下式 i1＝I0·(sin(θ)+Ka·sin(θ+2π/3)+Kb·sin(θ+4π/3) i2＝I0·((1-2·Ka)·sin(θ+2π/3)+Kb·sin(θ+4π/3)) i3＝I0·(Ka·sin(θ+2π/3)+(1-2·Kb)·sin(θ+4π/3))。
優(yōu)選地，把第1相的電流i1、第2相的電流i2、第3相的電流i3控制成 I12＝2·Ka·(V3/(V1+V3))、I32＝2·Ka·(V1/(V1+V3)) I13＝2·Kb·(V2/(V1+V2))、I23＝2·Kb·(V1/(V1+V2))。
優(yōu)選地，還以相同的相位對(duì)各相電流進(jìn)行進(jìn)相或遲相的電流控制。
作為基準(zhǔn)的第1相選擇三相中的相電壓的大小為第2大的相。
本發(fā)明還提供一種電源裝置，其特征在于包括直流電源、和與該直流電源連接的如上所述的本發(fā)明的另一形態(tài)的功率變換裝置。
根據(jù)本發(fā)明，即使各相的負(fù)載阻抗和系統(tǒng)電壓不同，到各相的瞬時(shí)功率的總值基本上一定，即功率變換器的瞬時(shí)輸入功率如果除去切換成分基本上一定，輸入功率和輸出功率的瞬時(shí)功率差的和大致為零，使應(yīng)處理的能量相小化，由此可以使平滑單元小電容化。
通過以下的結(jié)合附圖的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見。



圖1是展示本發(fā)明的第1基本構(gòu)成例的圖。
圖2是展示本發(fā)明的第2基本構(gòu)成例的圖。
圖3是展示本發(fā)明的第3基本構(gòu)成例的圖。
圖4是展示本發(fā)明的第4基本構(gòu)成例的圖。
圖5是展示本發(fā)明的第1具體構(gòu)成例的圖。
圖6是展示本發(fā)明的第2具體構(gòu)成例的圖。
圖7是展示本發(fā)明的第3具體構(gòu)成例的圖。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的電源裝置的其它具體構(gòu)成例的圖。
圖9是根據(jù)本發(fā)明的電源裝置的其它具體構(gòu)成例的圖。

具體實(shí)施例方式 首先，基于圖1-4，說明本發(fā)明的基本構(gòu)成例。另外，圖1-4中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
圖1中，電源裝置100由直流電源1和與其連接的功率變換裝置200構(gòu)成。功率變換裝置200由輸入來自直流電源1的直流功率并變換成多相交流功率后輸出到多相負(fù)載4的功率變換器3、和設(shè)在上述直流電源與上述功率變換器3之間的平滑單元2構(gòu)成。
對(duì)直流電源1的種類無特別限制，可以采用輸出直流功率的直流發(fā)電機(jī)和電池等。但是，本發(fā)明對(duì)輸出阻抗大的直流電源更有效，從這點(diǎn)出發(fā)，例如太陽能電池、燃料電池、熱電發(fā)電等是優(yōu)選的。另外，直流電源1也可以是通過DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)上述直流功率進(jìn)行電壓變換向平滑單元2輸出直流功率的構(gòu)成。作為DC/DC轉(zhuǎn)換器，可適當(dāng)使用斷路器方式、回掃方式、推挽方式等的電路方式、絕緣方式、非絕緣方式的絕緣型等，但沒有限制。
功率變換器3包括把直流功率變換成n相(n是≥2的整數(shù))的交流功率的變換主電路5、和以n相中各相的功率波形的相位差都與把功率波形的周期n等分得到的值一致且各相的功率值都相同的方式控制變換主電路5的控制單元9。
變換主電路5只要是能把來自直流電源1的直流功率變換成n相交流功率的就可以。例如，有三相橋反相器電路、或把多個(gè)單相橋反相器電路輸出到n相的各相的(例如把兩臺(tái)單相橋反相器電路輸出到兩相的各相)構(gòu)成，可以是使用公知公用的電路方式的各種構(gòu)成。
控制單元9根據(jù)需要具有適當(dāng)?shù)母飨嗟碾妷骸㈦娏?、功率的一部分或全部的檢測(cè)單元，同時(shí)具有以使各相的功率波形的相位差都與把功率波形的周期n等分得到的值一致且各相的功率值都相同的方式進(jìn)行調(diào)整的調(diào)整單元。
調(diào)整單元可由具有RAM、ROM、I/O等的CPU或DSP，模擬處理電路，數(shù)字處理電路等適當(dāng)構(gòu)成。用調(diào)整單元對(duì)各相的功率值進(jìn)行調(diào)整可以實(shí)現(xiàn)例如，以使檢測(cè)的各相的功率一致的方式調(diào)整各相的輸出，以使檢測(cè)的各相的電壓和電流的積即表象功率一致的方式調(diào)整到各相的輸出的大小，調(diào)整成使與各相的電壓對(duì)應(yīng)的各相的電流值成反比的關(guān)系。在以使與各相的電壓對(duì)應(yīng)的各相的電流值成反比關(guān)系的方式進(jìn)行的調(diào)整中，由于可以只進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)算，具有控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。另外，調(diào)整單元對(duì)各相的功率波形的相位差的調(diào)整，可以用例如在內(nèi)部具有基準(zhǔn)的振蕩單元，通過使用預(yù)定時(shí)鐘差的分周信號(hào)生成n相的基準(zhǔn)頻率信號(hào)，基于上述基準(zhǔn)頻率信號(hào)進(jìn)行交流功率等的各種構(gòu)成來實(shí)現(xiàn)。
如圖2所示，分別具有變換主電路5a、5b和控制單元9a、9b的、把n相輸出的多個(gè)功率變換器3a、3b的輸入和輸出并聯(lián)連接的構(gòu)成也是可以的。此時(shí)，通過使多個(gè)功率變換器3a、3b的切換定時(shí)移位(例如三角波等的通過比較載波信號(hào)和調(diào)制信號(hào)而生成PWM信號(hào)時(shí)，使載波信號(hào)的相位移位)，可以減少切換動(dòng)作和由此導(dǎo)致的波動(dòng)，因此，通過本發(fā)明可以在小電容化的切換波動(dòng)的影響相對(duì)較高的情況下進(jìn)一步提高其小電容化的效果。
另外，如圖3所示，分別具有變換主電路5a、5b和控制單元9a、9b，把n相輸出的多個(gè)功率變換器3a、3b的輸入并聯(lián)連接，把各輸出分別輸出到n相負(fù)載4a、4b那樣的構(gòu)成也可以。此時(shí)，從功率變換器3a到負(fù)載4a的輸出功率和從功率變換器3b到負(fù)載4b的輸出功率的大小、相位、頻率不一定非要相同。控制單元9a、9b可以共用其一部分或全部，具有小型化且成本低的優(yōu)點(diǎn)。
而且，如圖4所示，作為功率變換器3c，具有輸出單相的多個(gè)變換主電路6a、6b和控制各變換主電路6a、6b的控制單元9，變換主電路6a、6b的單相交流功率分別向單相負(fù)載7a、7b輸出的構(gòu)成也是可以的。圖4的控制單元9也與圖1中說明的相同，所以可以與上述同樣地控制單相輸出的變換主電路6a、6b的輸出功率的相位和功率的大小。
在圖1-4中的任一個(gè)中，功率變換器3、3a、3b、3c中的控制單元9、9a、9b控制的n相交流功率的相位是把n相交流功率的周期n等分得到的，例如如果是三相交流功率則各相位差控制成120度。這意味著在電壓和電流的周期中各相的電壓相位差和電流相位差控制成120度。另外，如果是兩相交流功率，則相對(duì)于交流功率周期，各相的電壓相位差和電流相位差控制成180度。這意味著在電壓和電流的周期中各相的電壓相位差點(diǎn)和電流相位差控制成90度。此外，四相以上也是同樣。另外，在n不是質(zhì)數(shù)時(shí)，也可以理解為把因數(shù)分解得到的多個(gè)質(zhì)數(shù)的多相系統(tǒng)組合起來。
在圖1-4中的任一個(gè)中，作為平滑單元2、與功率變換器3、3a、3b、3c的構(gòu)成相應(yīng)地，如果是電壓形則采用把直流電源1的輸出并聯(lián)連接的電容性單元，如果是電流形則采用串聯(lián)在直流電源1和功率變換器3之間的電感性單元。
作為上述電容性單元，可舉出例如電容器。只要對(duì)使用電壓、波動(dòng)電壓、波動(dòng)電流、等價(jià)串聯(lián)電阻ESR、允許損失、使用環(huán)境等的使用條件適合，對(duì)電容器的種類沒有特別限定，例如可以使用薄膜電容器、疊層陶瓷電容器、鉭電解電容器、鋁電解電容器等、以及它們的組合。作為平滑單元2使用電容器時(shí)，如果使同種類的電容器小電容化，等價(jià)串聯(lián)電阻ESR高，所以介質(zhì)衰耗因數(shù)小、相同靜電電容下的等價(jià)串聯(lián)電阻ESR小的種類是優(yōu)選的。尤其是介質(zhì)衰耗因數(shù)小的薄膜電容器、層疊陶瓷電容器等是合適的。
作為電感性單元，可舉出線圈，只要對(duì)使用電壓、波動(dòng)電壓、波動(dòng)電流、等價(jià)串聯(lián)電阻ESR、允許損失、使用環(huán)境等的使用條件適合，對(duì)磁性材料的種類和形狀、卷線的結(jié)構(gòu)等沒有特別的限制，但在例如小型化時(shí)優(yōu)選地選擇飽和磁力線密度高的磁性材料。
另外，也可以是電容性單元和電感性單元組合而成的L型、π型、T型等的構(gòu)成。
另外，作為電容性單元，也可以采用包括與直流電源1的輸出并聯(lián)連接的第一蓄電單元、一個(gè)端子與第一蓄電單元并聯(lián)連接的雙向功率變換器、與該雙向功率變換器的另一個(gè)端子并聯(lián)連接的第二蓄電單元、和控制功率通量的平滑控制單元的構(gòu)成。通過提高第二蓄電單元的電壓利用率，可以使第一蓄電單元大幅度地小電容化，作為整體也可以小電容化。另外，也可以共用平滑控制單元和控制單元而構(gòu)成，具有小型化和成本低的優(yōu)點(diǎn)。另外，由于容易使雙向功率變換器和變換主電路5的切換定時(shí)同步，具有可使修整(beet)降低和與第一蓄電單元的切換動(dòng)作伴隨的波動(dòng)降低的優(yōu)點(diǎn)。
上述的設(shè)置一種有源濾波器的場(chǎng)合可以進(jìn)一步降低波動(dòng)。另外，與對(duì)于現(xiàn)有的反相器使用有源濾波器的構(gòu)成相比，由于本發(fā)明的構(gòu)成中應(yīng)處理的能量少，雙向功率變換器的瞬時(shí)處理電容和蓄電單元的電容可以大幅度小電容化，所以可以小型化和低成本化。另外，由于對(duì)于整個(gè)電源裝置的功率由雙向功率變換器處理的功率與現(xiàn)有構(gòu)成相比非常小，具有提高轉(zhuǎn)換效率的優(yōu)點(diǎn)。另外，如果檢測(cè)第一蓄電部的波動(dòng)，尤其是第一蓄電部的波動(dòng)電壓，控制上述雙向功率變換器的功率通量使得檢測(cè)的波動(dòng)電壓減小，就可以簡(jiǎn)單且可靠地由第二蓄電單元吸收功率的脈動(dòng)，具有可以使第一蓄電部小電容化的優(yōu)點(diǎn)。而且，檢測(cè)出功率變換器的輸出電壓和/或輸出電流的低次高諧波，如果控制雙向功率變換器使得與由上述低次高諧波產(chǎn)生的高諧波功率成分對(duì)應(yīng)的第一蓄電部的波動(dòng)減小，可以在第二蓄電單元有效地吸收特定的波動(dòng)，由此可使第一蓄電部小電容化。低次高諧波的次數(shù)越低，波動(dòng)的抑制效果越大，作為低次高諧波，優(yōu)選為10次以下，5次以下的低次高諧波特別有效果。
作為多相負(fù)載4和單相負(fù)載7a、7b，可以適用各種電阻負(fù)載、馬達(dá)負(fù)載、系統(tǒng)或其組合等。在多相負(fù)載4的場(chǎng)合，各相的阻抗或電壓無須相同，也可以不同。另外，即使各相的功率不同也能獲得本發(fā)明的效果，但如果各相的功率接近則更優(yōu)選，各相的功率相同則最優(yōu)選。在負(fù)載是系統(tǒng)時(shí)，優(yōu)選地控制成各相的電壓和電流的相位差總是相同。
下面，說明本發(fā)明的具體構(gòu)成例。
(第一具體構(gòu)成例) 圖5是展示本發(fā)明的第一具體構(gòu)成例的圖。
電源裝置101由太陽能電池11、和與該太陽能電池11連接的功率變換裝置201構(gòu)成。功率變換裝置201具有與太陽能電池11的輸出的輸出并聯(lián)直接的平滑電容器12、把由太陽能電池11發(fā)電的直流功率變換成三相交流功率的切換電路13、使電流平滑的連系電抗器16和中性線電抗器16b，通過開閉單元17把三相交流功率輸出到三相四線式的三相系統(tǒng)14。這是由太陽能電池和系統(tǒng)連系反相器構(gòu)成的所謂系統(tǒng)連系太陽光發(fā)電系統(tǒng)。另外，具有檢測(cè)各相電流Ia、Ib、Ic的電流檢測(cè)單元15、系統(tǒng)的各線間電壓Vab、Vbc、Vca的電壓檢測(cè)單元18，各檢測(cè)信號(hào)波輸出到控制單元19。
控制單元19監(jiān)視系統(tǒng)的各線間電壓Vab、Vbc、Vca的大小和頻率，在出了預(yù)定范圍時(shí)停止切換電路13，同時(shí)關(guān)閉開閉單元17。通常時(shí)，進(jìn)行電流控制，使各相電流Ia、Ib、Ic成為所期望的大小，調(diào)整到切換電路13的PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比(duty)。進(jìn)行這樣的電流控制，控制性強(qiáng)、適合系統(tǒng)連系(system-tie)反相器。
開閉單元17使用在一般的系統(tǒng)連系系統(tǒng)中使用的具有機(jī)械的接點(diǎn)的開閉單元，使用例如磁鐵觸點(diǎn)和中繼器等。
電壓檢測(cè)單元18只要能檢測(cè)出作為系統(tǒng)連系反相器一般要求的電壓的大小和頻率(或相位)即可，除此之外沒有限制。也可以把電壓大小和頻率(或相位)分別檢測(cè)的。此時(shí)，可以兼用檢測(cè)單元。
電流檢測(cè)單元15可以適用系統(tǒng)連系反相器中通常使用的霍爾傳感器方式或分流電阻方式等，對(duì)此沒有限制。在這樣的系統(tǒng)連系反相器中，通常通過MPPT控制，生成使太陽能電池11的輸出最大的輸出指令值。
在上述構(gòu)成中，控制單元19從系統(tǒng)的線間電壓Vab、Vbc、Vca通過Δ-Y變換求相電壓。通常時(shí)候，生成輸出與各相電壓同相位的電流的各相的電流基準(zhǔn)信號(hào)。另外，通過對(duì)輸出指令值附加與各相的電壓大小成反比的系數(shù)，算出各相的電流指令值的大小。并且，通過使電流基準(zhǔn)信號(hào)和各相的電流指令值相乘來生成各相的電流目標(biāo)波形。
通過上述的構(gòu)成，在各相相同的功率以功率1輸出。由此，可以控制成三相中各相的功率波形的相位差都與把功率波形的周期三等分得到的120度一致，且各相的功率值都相同，即使在系統(tǒng)電壓不平衡市場(chǎng)合到各相的瞬時(shí)功率的合計(jì)值也基本上一定。通過使輸入功率和輸出功率的瞬時(shí)功率差大致為零，使應(yīng)處理的能量極小化，可使平滑電容器12的靜電電容小電容化。
另外，只要控制成生成使各相的電壓和電流的相位差相同的電流基準(zhǔn)信號(hào)，且表相功率相同，就能獲得同樣的效果。因此，在進(jìn)行進(jìn)相無效功率控制時(shí)也可以進(jìn)行上述的控制。
另外，相電壓的檢測(cè)不受上述限定，例如，各相的線與電容器Y(星形)連接，檢測(cè)從電容器的中間連接點(diǎn)到各相的電容器兩端的電壓的構(gòu)成也是可以的。
(第二具體構(gòu)成例) 圖6是展示本發(fā)明的第二具體構(gòu)成例的圖，與圖5所示的第一具體構(gòu)成例大多是相同的構(gòu)成，標(biāo)以相同標(biāo)號(hào)的表示相同的部件。該第二具體構(gòu)成例在在太陽能電池11和平滑電容器12之間有DC/DC變換器21這一點(diǎn)上與第一具體構(gòu)成例不同。202是功率變換裝置、102是電源裝置。
如圖6所示，DC/DC變換器21構(gòu)成在與太陽能電池11和平滑電容器22并聯(lián)連接接受太陽能電池11的直流功率的同時(shí)，通過升壓用的線圈23、切換單元24、逆流防止用的二極管25使直流電壓升壓的所謂升壓斷路電路，把直流電壓升壓成所希望的電壓，輸出到平滑電容器12。由于平滑電容器12只要負(fù)擔(dān)與DC/DC變換器21的切換動(dòng)作伴隨的高頻成分即可，所以可以選擇小電容的電容器。
這樣，通過插入DC/DC變換器21，在太陽能電池11的電壓低時(shí)，也由DC/DC變換器21獲得系統(tǒng)連系反相器所必需的電壓，所以具有適用范圍寬的優(yōu)點(diǎn)。
另外，也可以把DC/DC變換器21的切換控制與控制單元19分別設(shè)置來構(gòu)成，此時(shí)，具有可以在分離的場(chǎng)所設(shè)置DC/DC變換器21和控制單元19的優(yōu)點(diǎn)。另外，如果使DC/DC變換器21的切換控制和控制單元19其用，容易小型化和低成本化，而且，容易使DC/DC變換器21和切換電路13的切換定時(shí)同步，所以具有可以使修整降低和與平滑電容器12的切換動(dòng)作伴隨的波動(dòng)降低的優(yōu)點(diǎn)。
(第三具體構(gòu)成例) 圖7是展示本發(fā)明的第三具體構(gòu)成例的圖，與圖5相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。203是功率變換裝置。
本例的電源裝置103與第一具體構(gòu)成例最大的不同點(diǎn)在于，具有兩個(gè)單相反相器，分別輸出到單相的電阻負(fù)載34d、34e。各單相反相器的輸入利用相同的平滑電容器12，由單相橋33d、33e分別變換成單相交流，分別向電阻負(fù)載34d、34e輸出經(jīng)連系電抗器16平滑后的電流。由電流檢測(cè)單元15檢測(cè)各單相反相器的輸出電流Id、Ie，由電壓檢測(cè)單元18檢測(cè)施加在各電阻負(fù)載34d、34e上的輸出電壓Vd、Ve，輸出到控制單元39。
控制單元39在內(nèi)部以90度的相位差生成正弦波形狀的第一基準(zhǔn)信號(hào)和第二基準(zhǔn)信號(hào)。各單相反相器通過在基準(zhǔn)信號(hào)上乘上輸出指令值計(jì)算調(diào)制信號(hào)，通過將其與作為載波信號(hào)的三角波信號(hào)相比生成PWM信號(hào)，驅(qū)動(dòng)單相橋33。構(gòu)成為第一基準(zhǔn)信號(hào)在單相橋33d、第二基準(zhǔn)信號(hào)在單相橋33e的驅(qū)動(dòng)中使用。在此，從各相的輸出電流Id、Ie和輸出電壓Vd、Ve計(jì)算各相的輸出功率。而且，以使各相的輸出功率的功率值一致的方式，以輸出功率大的輸出指令值小的方式，以輸出功率小的輸出指令值大的方式，調(diào)整各相的輸出指令值。
通過這樣的構(gòu)成，向兩個(gè)電阻負(fù)載34d、34e供給相位差90度的正率波的電壓和電流。此時(shí)，各電阻負(fù)載34d、34e的功率是電壓和電流的兩倍的頻率的交流成分，但各電阻負(fù)載34d、34e的功率的相位差是把該功率的周期二等分得到的180度。另外，由于控制成各電阻負(fù)載34d、34e的功率相同，兩個(gè)電阻負(fù)載34d、34e的瞬時(shí)功率的合計(jì)值是(sinθ)2+(cosθ)2＝1的關(guān)系那樣的一定的值，各單相反相器的輸出功率的合計(jì)值如果除去切換成分，也是一定的。由此，由于在輸入功率和輸出功率之間瞬時(shí)功率的差幾乎沒有，所以可以充分地減小平滑電容器12的靜電電容。
另外，在本例中，構(gòu)成為輸出功率的功率值一致，但也可以作為與輸出電壓、輸出電流等的動(dòng)作條件對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)預(yù)先具有各單相反相器的變換效率，用成為動(dòng)作條件的變換效率數(shù)據(jù)除算輸出功率，運(yùn)算各單相反相器的輸入功率，而取代輸出功率，控制成它們一致，即使在使用不同的電阻負(fù)載的場(chǎng)合，也可以大致修正因變換效率不同導(dǎo)致的功率誤差，各單相反相器的輸入功率的合計(jì)值除去切換成分以外也是一定的。由于在電路方式和構(gòu)成部件不同的場(chǎng)合，使用變換效率數(shù)據(jù)的修正也可以減小功率的誤差，得到了更優(yōu)選的效果。
另外，不檢測(cè)輸出功率，而是檢測(cè)各單相橋的輸入功率，使它們一致的構(gòu)成也可以，例如可以構(gòu)成為分別檢測(cè)各單相橋的輸入部的電路，使各輸入電流的平均值一致。
而且，并不限定于上述，在電壓相位相差90度的兩相的系統(tǒng)中連系輸出的場(chǎng)合下也可以適用本發(fā)明。此時(shí)，也可以通過斯科特接線(Scott connection)變壓器或伍德橋接線(Woodbridge connection)變壓器等把上述兩相輸出到三相系統(tǒng)中。
(第四具體構(gòu)成例) 在此，展示第四具體構(gòu)成例。采用了與展示第一具體構(gòu)成例的圖5相同的構(gòu)成，但控制單元19的電流控制方法，更具地說就是有關(guān)電流指令值的生成的構(gòu)成不同。
首先，考慮三相中只有一相的相電壓不同的場(chǎng)合。
三相(A相、B相、C相)的相電壓中C相的電壓與另兩相不同時(shí)，各相電壓的瞬時(shí)值va、vb、vc由下式表示 va＝Vo·sin(θ) vb＝Vo·sin(θ+2π/3) vc＝Vo·k1·sin(θ+4π/3) 其中，θ＝2π·f·t(f是三相系統(tǒng)的頻率，t是時(shí)刻)。
Vo是作為基準(zhǔn)的相電壓va、vb的振幅(在此為常數(shù))，k1是用來用上述Vo表示相電壓vc的振幅的系數(shù)，用以下表示 k1＝(C相電壓振幅值)/(A相電壓振幅值Vo) 在此，控制調(diào)整C相成分電流，使各相線電流的瞬時(shí)值ia、ib、ic用系數(shù)k2(k2＝(k1-1)/(2×k1+1))表示如下 ia＝Io·(sin(θ)+k2·sin(θ+4π/3)) ib＝Io·(sin(θ+2π/3)+k2·sin(θ+4π/3)) ic＝Io·((1-2·k2)·sin(θ+4π/3)) 即，以從C相線電流按約2·k2的比例減少C相成分的方式進(jìn)行調(diào)整，但C相成分的上述調(diào)整量2·k2是在另兩個(gè)線電流上均勻地分配，A相線電流和B相線電流被增加約k2的C相成分。
三相的瞬時(shí)功率pa、pb、pc為 pa＝va·ia pb＝vb·ib pc＝vc·ic 所以三相的瞬時(shí)功率的合計(jì)值psam為 psum＝pa+pb+pc ＝va·ia+vb·ib+vc·ic 如果把各相電壓和各相線電流代入上式，則導(dǎo)出下式 psum＝3/2·Vo·Io+Vo·Io·sin2(θ+4π/3)·[-k2·(2·k1+1)+k1-1] 其中，上式的第一項(xiàng)是常數(shù)。第二項(xiàng)中，由于k2＝(k1-1)/(2×k1+1)，[-k2·(2·k1+1)+k1-1]＝0。因此，上式的第二項(xiàng)為0，三相的瞬時(shí)功率的合計(jì)值psum為 psum＝3/2·Vo·Io(恒定值)， 不發(fā)生輸出功率的脈動(dòng)。由此，輸入功率和輸出功率的瞬時(shí)功率差大致為零，使應(yīng)處理的能量極小化，從而可以使平滑電容器12的靜電電容小電容化。
作為一例，計(jì)算三相的相電壓分別為115V、115V、117V時(shí)的輸出功率的脈動(dòng)。
現(xiàn)在把輸出功率波動(dòng)率用下式定義 輸出功率波動(dòng)率＝(psum的峰到峰值)/(psum的平均值)。
在現(xiàn)有的三相的線電流相同大小且流過相同功率的電流時(shí)，如果計(jì)算輸出功率波動(dòng)率，為1.327％。與此相對(duì)，基于本構(gòu)成例，在調(diào)整控制到 k1＝117/115＝1.01739、k2＝0.00537、(1-2·k2)＝0.98854時(shí)，輸出功率波動(dòng)率為0.000％。這樣，在一相的相電壓不同時(shí)，通過調(diào)整和基準(zhǔn)相有效功率相同的作為調(diào)整對(duì)象的相的電流，同時(shí)在基準(zhǔn)相和其它相的電流上分配與調(diào)整電流符號(hào)相反的電流以抵銷無效功率，可以很好地抑制瞬時(shí)輸出功率的合計(jì)值psum的時(shí)間變動(dòng)，抑制輸入功率的脈動(dòng)。在上述的電流分配中，也考慮電流分配導(dǎo)致的電流分配之前的有效功率的變動(dòng)，進(jìn)行電流調(diào)整。由此，通過使應(yīng)處理的能量極小化，使平滑電容器12的靜電電容小電容化。
下面，考慮三相(A相、B相、C相)的相電壓中的任一個(gè)都不同的場(chǎng)合。各相電壓的瞬時(shí)值va、vb、vc由下式表示 va＝Vo·sin(θ) vb＝Vo·k1b·sin(θ+2π/3) vc＝Vo·k1c·sin(θ+4π/3) 其中，θ＝2π·f·t(f是三相系統(tǒng)的頻率，t是時(shí)刻)。
Vo是作為基準(zhǔn)的相電壓va的振幅(在此為常數(shù))，k1b和k1c是用來用上述Vo表示相電壓vb和vc的振幅的系數(shù)，用以下表示 k1b＝(B相電壓振幅值)/(A相電壓振幅值Vo) k1c＝(C相電壓振幅值)/(A相電壓振幅值Vo)。
在此，控制調(diào)整B相成分電流和C相成分電流，使各相線電流的瞬時(shí)值ia、ib、ic用系數(shù)k2b、k2c(k2b＝(k1b-1)/(2×k1b+1)，k2c＝(k1c-1)/(2×k1c+1))表示如下 ia＝Io·(sin(θ)+k2b·sin(θ+2π/3)+k2c·sin(θ+4π/3)) ib＝Io·((1-2·kb2)·sin(θ+2π/3)+k2c·sin(θ+4π/3)) ic＝Io·(k2b·sin(θ+2π/3)+(1-2·kc2)·sin(θ+4π/3) 即，以從B相線電流按約2·k2b的比例減少B相成分的方式進(jìn)行調(diào)整，但B相成分的上述調(diào)整量2·k2b是在另兩個(gè)線電流上均勻地分配，A相線電流和C相線電流被增加約k2b的B相成分。另外，以從C相線電流按約2·k2c的比例減少C相成分的方式進(jìn)行調(diào)整，但C相成分的上述調(diào)整量2·k2c是在另兩個(gè)線電流上均勻地分配，A相線電流和B相線電流被增加約k2c的C相成分。
作為一例，計(jì)算三相的相電壓分別為117V、115V、119V時(shí)的輸出功率的脈動(dòng)。
現(xiàn)在把輸出功率波動(dòng)率用下式定義 輸出功率波動(dòng)率＝(psum的峰到峰值)/(psum的平均值) 在現(xiàn)有的三相的線電流相同大小且流過相同功率的電流時(shí)，如果計(jì)算輸出功率波動(dòng)率，為1.974％。與此相對(duì)，基于本構(gòu)成例，在調(diào)整控制到 k1b＝115/117＝0.98291、k2b＝-0.00576、(1-2·k2b)＝1.01153 k1c＝119/117＝1.01709、k2c＝0.00563、(1-2·k2c)＝0.98873時(shí)，輸出功率波動(dòng)率為0.013％。這樣，在三相的相電壓都不同時(shí)，通過對(duì)兩相調(diào)整和基準(zhǔn)相有效功率相同的作為調(diào)整對(duì)象的相的電流，同時(shí)在基準(zhǔn)相和其它相的電流上分配與調(diào)整電流符號(hào)相反的電流以抵銷無效功率，可以很好地抑制瞬時(shí)輸出功率的合計(jì)值psum的時(shí)間變動(dòng)，抑制輸入功率的脈動(dòng)。在上述的電流分配中，也考慮電流分配導(dǎo)致的電流分配之前的有效功率的變動(dòng)，進(jìn)行電流調(diào)整。由此，通過使應(yīng)處理的能量極小化，使平滑電容器12的靜電電容小電容化。
不管作為基準(zhǔn)的相電壓是哪一個(gè)相電壓，輸出功率的脈動(dòng)都更加降低。如果以三相的相電壓中的作為中間的電壓值的相電壓作為基準(zhǔn)Vo，則輸出功率的脈動(dòng)降低最多，是優(yōu)選的。
另外，在本構(gòu)成中，由于在中性線上流過的電流為0，成為圖8所示的輸出到三相三線式的三相系統(tǒng)14b的電源裝置104。也可以是圖9所示的把具有DC/DC變換器21的電源裝置105輸出到三相三線式的三相系統(tǒng)14b的構(gòu)成。另外，圖8中，204是功率變換裝置，136是切換電路，圖9中205是功率變換裝置。圖8和圖9中與圖5和圖6中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的部件。
(第五具體構(gòu)成例) 在此，展示第五具體構(gòu)成例。采用了與展示第一具體構(gòu)成例的圖5相同的構(gòu)成，但控制單元19的電流控制方法，更具地說就是有關(guān)電流指令值的生成的構(gòu)成不同。
考慮三相(A相、B相、C相)的相電壓中的任一個(gè)都不同的場(chǎng)合。各相電壓的瞬時(shí)值va、vb、vc由下式表示 va＝Vo·sin(θ) vb＝Vo·k1b·sin(θ+2π/3) vc＝Vo·k1c·sin(θ+4π/3) 其中，θ＝2π·f·t(f是三相系統(tǒng)的頻率，t是時(shí)刻)。
Vo是作為基準(zhǔn)的相電壓va的振幅(在此為常數(shù))，k1b和k1c是用來用上述Vo表示相電壓vb和vc的振幅的系數(shù)，用以下表示 k1b＝(B相電壓振幅值)/(A相電壓振幅值Vo) k1c＝(C相電壓振幅值)/(A相電壓振幅值Vo)。
在此，控制調(diào)整B相成分電流和C相成分電流，使各相線電流的瞬時(shí)值ia、ib、ic用系數(shù)k2b、k2c(k2b＝(k1b-1)/(2×k1b+1)，k2c＝(k1c-1)/(2×k1c+1))表示如下 ia＝Io·{sin(θ) +k2b·(k1c/(1+k1c))·sin(θ+2π/3) +k2c·(k1b/(1+k1b)·sin(θ+4π/3)} ib＝Io·{ (1-2·kb2)·sin(θ+2π/3) +k2c·(1/(1+k1b))·sin(θ+4π/3)} ic＝Io·{ (k2b·(1/(1+k1c))·sin(θ+2π/3) +(1-2·kc2)·sin(θ+4π/3)} 即，以從B相線電流按約2·k2b的比例減少B相成分的方式進(jìn)行調(diào)整，但B相成分的上述調(diào)整量2·k2b是在另兩個(gè)線電流上與相電壓成反比地分配，A相線電流上被增加約k2b·(k1c/(1+k1c))的B相成分，C相線電流上被增加約k2b·(1/(1+k1c))的B相成分。另外，以從C相線電流按約2·k2c的比例減少C相成分的方式進(jìn)行調(diào)整，但C相成分的上述調(diào)整量2·k2c是在在另兩個(gè)線電流上與相電壓成反比地分配，A相線電流上被增加約k2c·(k1b/(1+k1b)的C相成分，B相線電流上被增加約k2c·(1/(1+k1b)的C相成分。
作為一例，計(jì)算三相的相電壓分別為117V、115V、119V時(shí)的輸出功率的脈動(dòng)。
在現(xiàn)有的三相的線電流相同大小且流過相同功率的電流時(shí)，如果計(jì)算輸出功率波動(dòng)率，為1.974％。與此相對(duì)，基于本構(gòu)成例，在調(diào)整控制到 k1b＝115/117＝0.98291、k2b＝-0.00576、(1-2·k2b)＝1.01153 k1c＝119/117＝1.01709、k2c＝0.00563、(1-2·k2c)＝0.98873 k2b·(k1c/(1+k1c))＝-0.00571、k2b·(1/(1+k1c))＝-0.00581 k2c·(k1b/(1+k1b))＝0.00559、k2c·(1/(1+k1b))＝0.00568 時(shí)，輸出功率波動(dòng)率為0.003％。這樣，在三相的相電壓都不同時(shí)，通過對(duì)兩相調(diào)整和基準(zhǔn)相有效功率相同的作為調(diào)整對(duì)象的相的電流，同時(shí)在基準(zhǔn)相和其它相的電流上分配與調(diào)整電流符號(hào)相反的電流以抵銷無效功率，可以很好地抑制瞬時(shí)輸出功率的合計(jì)值psum的時(shí)間變動(dòng)，抑制輸入功率的脈動(dòng)。在上述的電流分配中，也考慮電流分配導(dǎo)致的電流分配之前的有效功率的變動(dòng)，進(jìn)行電流調(diào)整。由此，通過使應(yīng)處理的能量極小化，使平滑電容器12的靜電電容小電容化。另外，本具體構(gòu)成例雖然與第四具體構(gòu)成例相比計(jì)算量略有增加，但與第四具體構(gòu)成例相比輸出功率波動(dòng)率更小，且更加地抑制了輸出功率的脈動(dòng)，是優(yōu)選的。
不管作為基準(zhǔn)的相電壓是哪一個(gè)相電壓，輸出功率的脈動(dòng)都更加降低。如果以三相的相電壓中的作為中間的電壓值的相電壓作為基準(zhǔn)Vo，則輸出功率的脈動(dòng)降低最多，是優(yōu)選的。
另外，在本構(gòu)成中，由于在中性線上流過的電流為0，成為圖8所示的輸出到三相三線式的三相系統(tǒng)14b的電源裝置104。也可以是圖9所示的把具有DC/DC變換器21的電源裝置105輸出到三相三線式的三相系統(tǒng)14b的構(gòu)成。
(第六具體構(gòu)成例) 在此，展示第六具體構(gòu)成例。與第四、五具體構(gòu)成例同樣地，采用了與展示第一具體構(gòu)成例的圖5相同的構(gòu)成，但控制單元19的電流控制方法，更具地說就是有關(guān)電流指令值的生成的構(gòu)成不同。
考慮三相(A相、B相、C相)的相電壓中的任一個(gè)都不同的場(chǎng)合。各相電壓的瞬時(shí)值va、vb、vc由下式表示 va＝Vo·sin(θ) vb＝Vo·k1b·sin(θ+2π/3) vc＝Vo·k1c·sin(θ+4π/3) 其中，θ＝2π·f·t(f是三相系統(tǒng)的頻率，t是時(shí)刻)。
Vo是作為基準(zhǔn)的相電壓va的振幅(在此為常數(shù))，k1b和k1c是用來用上述Vo表示相電壓vb和vc的振幅的系數(shù)，用以下表示 k1b＝(B相電壓振幅值)/(A相電壓振幅值Vo) k1c＝(C相電壓振幅值)/(A相電壓振幅值Vo)。
在此，控制調(diào)整B相成分電流和C相成分電流，使各相線電流的瞬時(shí)值ia、ib、ic用系數(shù)k2b、k2c(k2b＝(k1b-1)/(3×k1b+1)＝(1-1/k1b)/3，k2c＝(k1c-1)/(3×k1c+1)＝(1-1/k1c)/3)表示如下 ia＝Io·{sin(θ) +k2b·(k1c/(1+k1c))·sin(θ+2π/3) +k2c·(k1b/(1+k1b)·sin(θ+4π/3)} ib＝Io·{ (1-2·kb2)·sin(θ+2π/3) +k2c·(1/(1+k1b))·sin(θ+4π/3)} ic＝Io·{ (k2b·(1/(1+k1c))·sin(θ+2π/3) +(1-2·kc2)·sin(θ+4π/3)} 即，以從B相線電流按約2·k2b的比例減少B相成分的方式進(jìn)行調(diào)整，但B相成分的上述調(diào)整量2·k2b是在另兩個(gè)線電流上與相電壓成反比地分配，A相線電流上被增加約k2b·(k1c/(1+k1c))的B相成分，C相線電流上被增加約k2b·(1/(1+k1c))的B相成分。另外，以從C相線電流按約2·k2c的比例減少C相成分的方式進(jìn)行調(diào)整，但C相成分的上述調(diào)整量2·k2c是在在另兩個(gè)線電流上與相電壓成反比地分配，A相線電流上被增加約k2c·(k1b/(1+k1b)的C相成分，B相線電流上被增加約k2c·(1/(1+k1b)的C相成分。即，雖然與第五具體構(gòu)成例的調(diào)整電流2·k2b的大小不同，但調(diào)整電流的不同符號(hào)部分的分配方法相同。
作為一例，計(jì)算三相的相電壓分別為117V、115V、119V時(shí)的輸出功率的脈動(dòng)。
在現(xiàn)有的三相的線電流相同大小且流過相同功率的電流時(shí)，如果計(jì)算輸出功率波動(dòng)率，為1.974％。與此相對(duì)，基于本構(gòu)成例，在調(diào)整控制到 k1b＝115/117＝0.98291、k2b＝-0.00580、(1-2·k2b)＝1.01159 k1c＝119/117＝1.01709、k2c＝0.00560、(1-2·k2c)＝0.98880 k2b·(k1c/(1+k1c))＝-0.00575、k2b·(1/(1+k1c))＝-0.00585 k2c·(k1b/(1+k1b))＝0.00555、k2c·(1/(1+k1b))＝0.00565時(shí)，輸出功率波動(dòng)率為0.010％。這樣，在三相的相電壓都不同時(shí)，通過對(duì)兩相調(diào)整和基準(zhǔn)相有效功率相同的作為調(diào)整對(duì)象的相的電流，同時(shí)在基準(zhǔn)相和其它相的電流上分配與調(diào)整電流符號(hào)相反的電流以抵銷無效功率，可以很好地抑制瞬時(shí)輸出功率的合計(jì)值psum的時(shí)間變動(dòng)，抑制輸入功率的脈動(dòng)。在上述的電流分配中，也考慮電流分配導(dǎo)致的電流分配之前的有效功率的變動(dòng)，進(jìn)行電流調(diào)整。由此，通過使應(yīng)處理的能量極小化，使平滑電容器12的靜電電容小電容化。另外，還充分地抑制了功率的脈沖，與第五具體構(gòu)成例相比，本具體構(gòu)成例由于可以減少計(jì)算量，可以構(gòu)成小型且低成本的控制單元，是優(yōu)選的。
另外，也可以象第五具體構(gòu)成例那樣在兩個(gè)相的線電流上均等地進(jìn)行電流分配，在這樣的構(gòu)成中可以更加減少計(jì)算量，構(gòu)成小型且低成本的控制單元，是優(yōu)選的。如果計(jì)算此時(shí)的功率波動(dòng)率，為0.019％，也可以充分地抑制功率的脈動(dòng)。
不管作為基準(zhǔn)的相電壓是哪一個(gè)相電壓，輸出功率的脈動(dòng)都更加降低。如果以三相的相電壓中的作為中間的電壓值的相電壓作為基準(zhǔn)Vo，則輸出功率的脈動(dòng)降低最多，是優(yōu)選的。
另外，在本構(gòu)成中，由于在中性線上流過的電流為0，成為圖8所示的輸出到三相三線式的三相系統(tǒng)14b的電源裝置104。也可以是圖9所示的把具有DC/DC變換器21的電源裝置105輸出到三相三線式的三相系統(tǒng)14b的構(gòu)成。
另外，對(duì)于第四、五、六具體構(gòu)成例的電流調(diào)整方法，即使再使相電流均等地進(jìn)行進(jìn)相或遲相的相位調(diào)整，三相的瞬時(shí)功率的合計(jì)值psam的交流成分的有效值也沒有變化。因此，通過統(tǒng)一調(diào)整電流相位和組合，可以確保輸出功率的脈動(dòng)抑制?？梢钥刂朴行Чβ实暮嫌?jì)值和無效功率的合計(jì)值。
另外，不限于上述情形，可以有各種變形。例如，可變形成通過Y-Δ變換把相電壓變換成線間電壓的方式。
也可以導(dǎo)出滿足三相的瞬時(shí)功率的合計(jì)psum的時(shí)間微分為0或近似為0的條件的電流式，基于它進(jìn)行電流控制，可以把輸出功率的脈動(dòng)抑制在0或近似為0附近。而且，在上述條件中導(dǎo)出滿足三相的線電流的瞬時(shí)值的合計(jì)值為0或近似為0的條件的電流式，基于它進(jìn)行電流控制，可以把輸出功率的脈動(dòng)抑制在0或近似為0附近，同時(shí)，可以把中性線的電流控制在0或近似為0附近。另外，作為三相的線電流的瞬時(shí)值的合計(jì)值為0的條件，在三相電流用下式表示時(shí)， i1＝I11·sin(θ)+I12·sin(θ+2π/3)+I13·sin(θ+4π/3) i2＝I21·sin(θ)+I22·sin(θ+2π/3)+I23·sin(θ+4π/3) i3＝I31·sin(θ)+I32·sin(θ+2π/3)+I33·sin(θ+4π/3) 其中，θ＝2π·f·t(f是三相系統(tǒng)的頻率、t是時(shí)刻)滿足下式 I11+I21+I31＝I12+I22+I32＝I13+I23+I33＝A (A是任意的常數(shù)) 的條件就可以。在以三相的線電流的瞬時(shí)值的合計(jì)值為0的條件為優(yōu)先，再進(jìn)行以三相的瞬時(shí)功率的合計(jì)Psnm的時(shí)間微分為0或近似為0作為條件的電流式控制的場(chǎng)合中，由于流過中性線的電流為0，也得到三相三線式。此時(shí)優(yōu)選的電流的條件為以下的附近?；谌嗟木€電流為三相交流和同相位的狀態(tài)，相對(duì)于三相中的基準(zhǔn)相，在剩余的兩個(gè)相中的一個(gè)相中，考慮一個(gè)相的線電流，使一個(gè)相與基準(zhǔn)相的相電壓和一個(gè)相與基準(zhǔn)相的線電流成反比。此時(shí)，三個(gè)相的各功率具有交流系統(tǒng)的兩倍的頻率，其交流成分大小相同且相位的間隔相等，三個(gè)相的功率的合計(jì)值在時(shí)間上為恒定的值。而且作為一個(gè)相的相電壓和同相位的電流成分的調(diào)整，以從基準(zhǔn)相的電流值的大小減去一個(gè)相的電流值的大小得到的值的1/3的大小作為第一調(diào)整值時(shí)，以在各相的線電流上加上與一個(gè)相的相電壓同相位且大小為第一調(diào)整值的電流的方式進(jìn)行調(diào)整。另外，其它相的相電壓和同相位的電流成分的調(diào)整也同樣地進(jìn)行。如果導(dǎo)出此時(shí)的瞬時(shí)功率的公式，由于相電壓的比大致在1左右，所以可以使瞬時(shí)功率的變化近似為0。例如，三相電壓中的兩個(gè)電壓的大小為V，剩下的電壓為V·(1+ΔV)(其中|ΔV|≤0.1時(shí))，psum的變動(dòng)成分為 psum的變動(dòng)成分＝V·A·(ΔV)2sin2θ/{3·(1+ΔV)} 由此，此時(shí)的功率波動(dòng)率是 功率波動(dòng)率＝2·(ΔV)2/{3·(HΔV)} ，由于|ΔV|≤0.1，功率波動(dòng)率為0.202％以下，可以很好地抑制瞬時(shí)功率的變動(dòng)。
另外，通過使三相的瞬時(shí)功率的合計(jì)值psum的時(shí)間微分值為0，對(duì)于平滑單元的小型化最好，但在實(shí)用上，優(yōu)選地，功率波動(dòng)率為使用本發(fā)明的控制前的1/2以下，平滑單元可以更加小型化。更優(yōu)選地，功率波動(dòng)率為使用本發(fā)明的控制前的1/10以下，平滑單元可以極為小型化。而且，在功率變換裝置或電源裝置的規(guī)格功率中功率波動(dòng)率為1％以下是優(yōu)選的。由此可以使平滑單元更小型化。更優(yōu)選地，功率波動(dòng)率為0.2％以下，可以使平滑單元極為小型化。
權(quán)利要求
1.一種功率變換裝置，具有與直流電源連接的輸出三相交流的功率變換器、和在上述直流電源和上述功率變換器之間設(shè)置的平滑單元，其特征在于具有
檢測(cè)三相的第1相、第2相、第3相的電壓的電壓檢測(cè)單元；和
控制單元，該控制單元以三相中的第1相為基準(zhǔn)，根據(jù)第2相的相電壓增加/減小調(diào)整第2相的線電流的第2相成分，在第1相的線電流和第3相的線電流上分配與上述第2相成分的調(diào)整量符號(hào)相反的量，進(jìn)行減少/增加調(diào)整，且以三相中的第1相為基準(zhǔn)，根據(jù)第3相的相電壓增加/減小調(diào)整第3相的線電流的第3相成分，在第1相的線電流和第2相的線電流上分配與上述第3相成分的調(diào)整量符號(hào)相反的量，進(jìn)行減少/增加調(diào)整，同時(shí)，
使三相的瞬時(shí)功率的合計(jì)值psum(t)滿足下式
d(psum)dt≈0
其中，psum(t)＝第1相的相電壓·第1相的線電流
+第2相的相電壓·第2相的線電流
+第3相的相電壓·第3相的線電流。
2.如權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于具有如下控制單元，該控制單元使三相的瞬時(shí)的線電流的合計(jì)值isum(t)滿足下式
isum(t)＝0
其中，isum(t)＝第1相的線電流+第2相的線電流+第3相的線電流。
3.如權(quán)利要求2所述的功率變換裝置，其特征在于
第1相的電壓v1、第2相的電壓v2、第3相的電壓v3用下式表示時(shí)，
v1＝V1·sin(θ)
v2＝V2·sin(θ+2π/3)
v3＝V3·sin(θ+4π/3)
以第1相為基準(zhǔn)，
Ga＝V2/V1
Gb＝V3/V1
控制成第1相的電流i1、第2相的電流i2、第3相的電流i3滿足下式
i1＝I0·(sin(θ)+I12·sin(θ+2π/3)+I13·sin(θ+4π/3)
i2＝I0·((1-2·Ka)·sin(θ+2π/3)+I23·sin(θ+4π/3))
i3＝I0·(I32·sin(θ+2π/3)+(1-2·Kb)·sin(θ+4π/3))
I12+I32＝2·Ka
I13+I23＝2·Kb
I0是任意的數(shù)，
其中，
Ka＝(V2-V1)/(2·V2+V1)＝(Ga-1)/(2·Ga+1)
Kb＝(V3-V1)/(2·V3+V1)＝(Gb-1)/(2·Gb+1)。
4.如權(quán)利要求2所述的功率變換裝置，其特征在于
第1相的電壓v1、第2相的電壓v2、第3相的電壓v3用下式表示時(shí)，
v1＝V1·sin(θ)
v2＝V2·sin(θ+2π/3)
v3＝V3·sin(θ+4π/3)
以第1相為基準(zhǔn)，
Ga＝V2/V1
Gb＝V3/V1
控制成第1相的電流i1、第2相的電流i2、第3相的電流i3滿足下式
i1＝I0·(sin(θ)+I12·sin(θ+2π/3)+I13·sin(θ+4π/3)
i2＝I0·((1-2·Ka)·sin(θ+2π/3)+I23·sin(θ+4π/3))
i3＝I0·(I32·sin(θ+2π/3)+(1-2·Kb)·sin(θ+4π/3))
I12+I32＝2·Ka
I13+I23＝2·Kb
I0是任意的數(shù)，
其中，
Ka＝(V2-V1)/(3·V2)＝(Ga-1)/(3·Ga)
Kb＝(V3-V1)/(3·V3)＝(Gb-1)/(3·Gb)。
5.如權(quán)利要求3所述的功率變換裝置，其特征在于
I12＝I32＝Ka
I13＝I23＝Kb，且
控制成第1相的電流i1、第2相的電流i2、第3相的電流i3滿足下式
i1＝I0·(sin(θ)+Ka·sin(θ+2π/3)+Kb·sin(θ+4π/3)
i2＝I0·((1-2·Ka)·sin(θ+2π/3)+Kb·sin(θ+4π/3))
i3＝I0·(Ka·sin(θ+2π/3)+(1-2·Kb)·sin(θ+4π/3))。
6.如權(quán)利要求3所述的功率變換裝置，其特征在于
把第1相的電流i1、第2相的電流i2、第3相的電流i3控制成
I12＝2·Ka·(V3/(V1+V3))、I32＝2·Ka·(V1/(V1+V3))
I13＝2·Kb·(V2/(V1+V2))、I23＝2·Kb·(V1/(V1+V2))。
7.如權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于還以相同的相位對(duì)各相電流進(jìn)行進(jìn)相或遲相的電流控制。
8.如權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于選擇三相中的相電壓的大小為第2大的相作為基準(zhǔn)的第1相。
9.如權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于，上述平滑單元具有
在上述直流電源和上述功率變換裝置之間與直流電源并聯(lián)連接的第一蓄電部；
一個(gè)端子與第一蓄電部并聯(lián)連接的雙向功率變換器；
與該雙向功率變換器的另一個(gè)端子連接的第二蓄電部；以及
控制雙向功率變換器的功率通量使上述第一蓄電部的波動(dòng)減小的平滑控制單元。
10.如權(quán)利要求9所述的功率變換裝置，其特征在于上述平滑控制單元檢測(cè)上述第一蓄電部的波動(dòng)，控制上述雙向功率變換器的功率通量使檢測(cè)波動(dòng)減小。
11.如權(quán)利要求9所述的功率變換裝置，其特征在于上述平滑控制單元檢測(cè)上述功率變換器的輸出電壓和/或輸出電流的低次高諧波，與上述低次高諧波相應(yīng)地控制上述雙向功率變換器使上述第一蓄電部的波動(dòng)減小。
12.如權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于上述直流電源是太陽能電池或燃料電池。
13.如權(quán)利要求1所述的功率變換裝置，其特征在于上述直流電源由太陽能電池或燃料電池、和把來自太陽能電池或燃料電池的直流輸出電壓變換后輸出的DC/DC變換器構(gòu)成。
14.一種電源裝置，其特征在于包括直流電源、和與該直流電源連接的如權(quán)利要求1所述的功率變換裝置。
全文摘要
提供一種功率變換裝置和電源裝置。該功率變換裝置，具有與直流電源(1)連接的具有n相(n是≥2的整數(shù))交流輸出的功率變換器(3)、和在上述直流電源和上述功率變換器之間設(shè)置的平滑單元(2)，其特征在于上述功率變換器(2)具有控制成各相的功率波形的相位差都與把功率波形的周期n等分后的值一致，且各相的功率值都相同的控制單元(9)。
文檔編號(hào)H02J3/38GK101355317SQ20081013114
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月7日
發(fā)明者黑神誠路, 竹原信善, 中西學(xué) 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社