(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流（ＤＣ）電力を受け取るためのＤＣバスと、
前記ＤＣバスに結合され、前記ＤＣバス上の前記ＤＣ電力を交流（ＡＣ）電力に変換するためのライン側コンバータと、
前記ライン側コンバータによる前記ＡＣ電力の調節を可能にするために制御信号を前記ライン側コンバータに与えるための電圧源コントローラであって、
前記ライン側コンバータに対する前記制御信号を、少なくとも部分的に電力コマンド信号と電力フィードバック信号とに基づいて生成する信号発生器と、
前記電力コマンド信号と前記電力フィードバック信号とに基づいて内部周波数コマンド信号を生成することと、前記内部周波数コマンド信号を積分することによって位相角コマンド信号を生成することと、を行なうための有効電力レギュレータと、
過渡事象の間に、前記位相角コマンド信号を少なくとも部分的に電流閾値に基づいて調整する電流リミッタと、
前記過渡事象の間に、前記位相角コマンド信号を、少なくとも部分的にＤＣバス電圧フィードバック信号とＤＣ限界電圧閾値とに基づいて調整するための電圧リミッタと、
を含む電圧源コントローラと、
を含み、
前記電圧源コントローラは、前記制御信号を生成するときに、前記信号発生器に入力される電流リミッタおよび電圧リミッタにより調整された前記位相角コマンド信号を用いるように構成されている、
電力変換システム。
【請求項２】
前記電力変換システムはさらに、ＭＰＰＴ電力基準信号を生成するための最大電力点追従（ＭＰＰＴ）装置を含み、前記電圧源コントローラはさらに、前記ＭＰＰＴ電力基準信号に従って前記電力コマンド信号を制約するように構成された電力コマンド調整ユニットを含む請求項１に記載の電力変換システム。
【請求項３】
前記電圧源コントローラはさらに、前記電力変換システムが前記過渡事象に入っているのかまたは前記過渡事象から復帰しているのかを、前記ライン側コンバータの出力においてフィードバック電圧を検出することによって判定することと、前記有効電力レギュレータの１または複数の積分要素を、前記電力変換システムが前記過渡事象から復帰されていると判定されるまで凍結させるために用いられるステータス信号を生成することと、を行なうための凍結ユニットを含む請求項１または２に記載の電力変換システム。
【請求項４】
前記電流リミッタは、最大許容電圧降下を、少なくとも部分的に前記電流閾値と前記ライン側コンバータの出力端子における送電網インピーダンスとに基づいて計算することと、さらに前記位相角コマンド信号に対する位相角制限信号を、少なくとも部分的に前記計算された最大許容電圧降下とフィードバック送電網電圧とに基づいて計算することと、を行なうように構成されている、請求項１から３のいずれかに記載の電力変換システム。
【請求項５】
前記電力変換システムはさらに、送電網電圧の周波数基準信号または位相角基準信号を生成するための位相同期回路（ＰＬＬ）回路を含み、前記有効電力レギュレータはさらに、前記位相角コマンド信号を、前記周波数基準信号に従って前記内部周波数コマンド信号を調整することまたは前記位相角基準信号に従って前記位相角コマンド信号を調整することによって生成するように構成されている、請求項１から４のいずれかに記載の電力変換システム。
【請求項６】
前記電圧リミッタはさらに、前記内部周波数コマンド信号に対する周波数補正信号を、前記ＤＣバス電圧フィードバック信号と前記ＤＣ限界電圧閾値とに基づいて与えるように構成されている請求項１から５のいずれかに記載の電力変換システム。
【請求項７】
前記電圧源コントローラはさらに、無効電力コマンド信号と前記ライン側コンバータからのＡＣ電力出力を測定することによって得られる無効電力フィードバック信号とに基づいて電圧振幅コマンド信号を生成するための無効電力レギュレータを含み、前記電圧源コントローラは、前記ライン側コンバータに与えられる前記制御信号を生成するときに前記電圧振幅コマンド信号を用いるように構成されている、請求項１から６のいずれかに記載の電力変換システム。
【請求項８】
前記電圧源コントローラはさらに、前記電力変換システムが前記過渡事象に入っているのかまたは前記過渡事象から復帰しているのかを、前記ライン側コンバータの出力におけるフィードバック電圧を受け取ることによって判定することと、前記無効電力レギュレータの１または複数の積分要素を、前記電力変換システムが前記過渡事象から復帰されていると判定されるまで凍結させるステータス信号を生成することと、を行なうための凍結ユニットを含む、請求項７に記載の電力変換システム。
【請求項９】
前記電流リミッタは、最大許容電圧降下を、少なくとも部分的に前記電流閾値と前記ライン側コンバータの出力端子における送電網インピーダンスとに基づいて計算することと、さらに前記電圧振幅コマンド信号に対する電圧振幅制限を、少なくとも部分的に前記計算された最大許容電圧降下とフィードバック送電網電圧とに基づいて計算することと、を行なうように構成されている、請求項７または８に記載の電力変換システム。
【請求項１０】
前記電流リミッタは、最大許容電圧降下を、少なくとも部分的に前記電流閾値と前記ライン側コンバータの出力端子における送電網インピーダンスとに基づいて計算することと、位相角制限を、少なくとも部分的に前記最大許容電圧降下とフィードバック送電網電圧とに基づいて計算することと、前記電圧振幅コマンド信号に対する電圧振幅制限を、少なくとも部分的に前記位相角制限、前記フィードバック送電網電圧に基づいて計算することと、を行なうように構成されている、請求項７または８に記載の電力変換システム。
【請求項１１】
電力変換システム内のライン側コンバータを動作させる方法であって、
前記ライン側コンバータに対する制御信号を、少なくとも部分的に電力コマンド信号と電力フィードバック信号とに基づいて生成するステップを含み、該生成するステップが、
前記電力コマンド信号と前記電力フィードバック信号とに基づいて内部周波数コマンド信号を生成するステップと、
前記内部周波数コマンド信号を積分して、前記制御信号を生成するときに用いるための位相角コマンド信号を生成するステップと、
過渡事象の間に、前記位相角コマンド信号を、少なくとも部分的に電流閾値とＤＣ限界電圧閾値とに基づいて制限するステップと、
制限された前記位相角コマンド信号に基づいて、前記制御信号を生成するステップと、
前記制御信号を前記ライン側コンバータに加えるステップと、
を含む、方法。
【請求項１２】
前記電力変換システムの１または複数の積分要素を、前記電力変換システムが前記過渡事象を受けていると判定されたら凍結させるステップと、
前記電力変換システムの前記１または複数の積分要素を、前記電力変換システムが復帰したと判定されたときにリセットするステップと、
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
最大許容電圧降下を、少なくとも部分的に前記電流閾値と前記ライン側コンバータの出力端子における送電網インピーダンスとに基づいて計算するステップと、
位相角制限信号を、少なくとも部分的に前記計算された最大許容電圧降下とフィードバック送電網電圧とに基づいて計算するステップと、
前記位相角コマンド信号を、前記位相角制限信号を用いて制限するステップと、
をさらに含む、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
送電網電圧の周波数基準信号または位相角基準信号を生成するための位相同期回路（ＰＬＬ）回路を用いるステップと、
前記周波数基準信号に従って前記内部周波数コマンド信号を調整するかまたは前記位相角基準信号に従って前記位相角コマンド信号を調整するステップと、
をさらに含む、請求項１１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
無効電力コマンド信号と前記ライン側コンバータからのＡＣ電力出力を測定することによって得られるフィードバック無効電力信号とに基づいて電圧振幅コマンド信号を生成するステップと、
前記制御信号を生成するときに前記電圧振幅コマンド信号を用いるステップと、
をさらに含む、請求項１１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
最大許容電圧降下を、少なくとも部分的に前記電流閾値と前記ライン側コンバータの出力端子における送電網インピーダンスとに基づいて計算するステップと、
電圧振幅制限を、少なくとも部分的に前記計算された最大許容電圧降下とフィードバック送電網電圧とに基づいて計算するステップと、
前記電圧振幅コマンド信号を、前記電圧振幅制限を用いて制限するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
最大許容電圧降下を、少なくとも部分的に前記電流閾値と前記ライン側コンバータの出力端子における送電網インピーダンスとに基づいて計算するステップと、
位相角制限を、少なくとも部分的に前記最大許容電圧降下とフィードバック送電網電圧とに基づいて計算するステップと、
電圧振幅制限を、少なくとも部分的に前記位相角制限に基づいて計算するステップと、
前記電圧振幅コマンド信号を、前記電圧振幅制限を用いて制限するステップと、
をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
太陽光電力変換システムであって、
直流（ＤＣ）電力を出力するための光起電力（ＰＶ）電源と、
前記ＰＶ電源から前記ＤＣ電力を受け取るためのＤＣバスと、
前記ＤＣバスに電気的に結合され、前記ＤＣバス上の前記ＤＣ電力を交流（ＡＣ）電力に変換するためのライン側コンバータと、
電圧源コントローラであって、
位相角コマンド信号を、少なくとも部分的に電力コマンド信号と電力フィードバック信号とに基づいて生成することと、
過渡事象の間に、前記位相角コマンド信号を少なくとも部分的に電流閾値とＤＣ限界電圧閾値とに基づいて制限することと、
制限された前記位相角コマンド信号に基づいて、制御信号を生成することと、
前記太陽光電力変換システムが前記過渡事象を受けているときに、前記制御信号を前記ライン側コンバータに加えて、前記ライン側コンバータの電流を制限することと、
を行なうように構成された電圧源コントローラと、
を含む、太陽光電力変換システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示内容の実施形態は一般的に、電力を変換および提供して電気システムに供給するための電力変換システムおよび方法に関し、より詳細には、過渡事象中のライド・スルー能力が向上した電力変換システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
再生可能電力、たとえば太陽光発電システムから生成される太陽光電力は、世界全体を通してより大きいエネルギー源になりつつある。典型的な太陽光発電システムには、複数の相互接続された太陽電池を有する１または複数の光起電力アレイ（ＰＶアレイ）が含まれている。ＰＶアレイの太陽電池によって、太陽エネルギーがＤＣ電力に変換される。ＰＶアレイの出力を電力網に結びつけるために、通常、太陽光電力コンバータを用いてＰＶアレイからのＤＣ電力をＡＣ電力に変えて、電力網に供給している。
【０００３】
種々の太陽光電力コンバータ構成が、ＰＶアレイからのＤＣ電力出力をＡＣ電力に変換するために存在している。太陽光電力コンバータのある実施では、ＤＣ−ＤＣコンバータ段とＤＣ−ＡＣコンバータ段とを含む２段階がある。ＤＣ−ＤＣコンバータは、ＰＶアレイからＤＣバス上へのＤＣ電力の流れを制御する。ＤＣ−ＡＣコンバータは、ＤＣバスに供給されたＤＣ電力を、電力網に出力可能なＡＣ電力に変換する。既存の太陽光電力コンバータではさらに、電力コンバータ・コントローラを用いてＤＣ−ＤＣコンバータおよびＤＣ−ＡＣコンバータを調節して、種々のシステム変数（たとえばＤＣバス電圧ならびにＡＣ送電網電圧および周波数）を補う。
【０００４】
送電網に接続された太陽光発電システムの急成長に伴い、太陽光電力が電力網に入ると、送電網電圧および周波数に著しい影響を与える場合がある。太陽光発電システムは通常、過渡事象が起きている間でも、電力網に接続された状態でいることが要求される。特定の過渡事象に付随する問題の１つは、ＤＣ−ＡＣコンバータを通って流れる電流がそのハードウェア制限を超えると、ＤＣ−ＡＣコンバータが損傷を受ける場合があることである。過渡事象に付随する別の問題は、送電網電圧および周波数の変化が原因で送電網の出力電力が著しく変化すると、電力不均衡がＤＣバスに生じる場合があることである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、前述した問題に対処するシステムおよび方法を提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書において開示される一実施形態によれば、電力変換システムが提供される。電力変換システムは、直流（ＤＣ）電力を受け取るためのＤＣバスと、ＤＣバスに結合され、ＤＣバス上のＤＣ電力を交流（ＡＣ）電力に変換するためのライン側コンバータと、ライン側コンバータによるＡＣ電力の調節を可能にするために制御信号をライン側コンバータに与えるように構成された電圧源コントローラと、を含んでいる。電圧源コントローラは、ライン側コンバータに対する制御信号を、少なくとも部分的に電力コマンド信号と電力フィードバック信号とに基づいて生成する信号発生器を含んでいる。電圧源コントローラさらに、過渡事象の間に、制御信号を、少なくとも部分的に電流閾値に基づいて制限する電流リミッタを含んでいる。電圧源コントローラさらに、過渡事象の間に、制御信号を、少なくとも部分的にＤＣバス電圧フィードバック信号とＤＣ限界電圧閾値とに基づいて制限する電圧リミッタを含んでいる。
【０００７】
本明細書において開示される別の実施形態によれば、電力変換システムを動作させる方法が提供される。本方法は、ライン側コントローラによって、制御信号を少なくとも部分的に電力コマンド信号と電力フィードバック信号とに基づいて生成することと、過渡事象の間に、制御信号を少なくとも部分的に電流閾値またはＤＣバス限界電圧閾値に基づいて制限することと、制限された制御信号をライン側コンバータに加えることと、を含んでいる。
【０００８】
本明細書において開示されるさらに別の実施形態によれば、太陽光電力変換システムが提供される。太陽光電力変換システムは、光起電力（ＰＶ）電源から直流（ＤＣ）電力を受け取るためのＤＣバスと、ＤＣバスに結合され、ＤＣバス上のＤＣ電力を交流（ＡＣ）電力に変換するためのライン側コンバータと、電圧源コントローラであって、制御信号を、少なくとも部分的に電力コマンド信号と電力フィードバック信号とに基づいて生成することと、過渡事象の間に、制御信号を少なくとも部分的に電流閾値とＤＣ限界電圧制限とに基づいて制限することと、電力変換システムが過渡事象を受けているときに、制限された制御信号をライン側コンバータに加えて、ライン側コンバータの電流を制限することと、を行なうように構成された電圧源コントローラと、を含んでいる。
【０００９】
本開示のこれらおよび他の特徴、態様、および優位性は、以下の詳細な説明を添付図面を参照して読むことでより良好に理解される。なお図面の全体に渡って同様の文字は同様の部品を表わしている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本開示の典型的な実施形態による太陽光電力変換システムの概略的なブロック図である。
【図２】本開示の典型的な実施形態による図１に示すライン側コントローラによって実施される制御図である。
【図３】本開示の典型的な実施形態による図２に示す有効電力レギュレータの詳細な制御図である。
【図４】本開示の典型的な実施形態による図３に示す有効電力レギュレータの電力レギュレータの詳細な制御図である。
【図５】本開示の別の典型的な実施形態による図２に示す有効電力レギュレータの詳細な制御図である。
【図６】本開示の典型的な実施形態による図５に示す有効電力コマンド調整ユニットの詳細な制御図である。
【図７】本開示の別の典型的な実施形態による図２に示す有効電力レギュレータの詳細な制御図である。
【図８】本開示の典型的な実施形態による図７に示す位相角発生器の詳細な制御図である。
【図９】本開示の別の典型的な実施形態による図２に示す有効電力レギュレータの詳細な制御図である。
【図１０】本開示の典型的な実施形態による図９に示すＤＣ限界電圧制御ユニットの詳細な制御図である。
【図１１】本開示の典型的な実施形態による図９に示す位相角発生器の詳細な制御図である。
【図１２】本開示の別の典型的な実施形態による図９に示すＤＣ限界電圧レギュレータの詳細な制御図である。
【図１３】本開示の典型的な実施形態による図９に示すＤＣ限界電圧レギュレータの詳細な制御図である。
【図１４】本開示の典型的な実施形態による図２に示す無効電力レギュレータの詳細な制御図である。
【図１５】本開示の典型的な実施形態による図２に示す無効電力レギュレータの詳細な制御図である。
【図１６】本開示の典型的な実施形態による送電網と関連するライン側コンバータの単純化した回路モデルである。
【図１７】本開示の典型的な実施形態によるフェーザ電流リミッタの実施を表わすフェーザ図である。
【図１８】本開示の典型的な実施形態によるフェーザ電流リミッタの詳細な制御図である。
【図１９】本開示の別の典型的な実施形態によるフェーザ電流リミッタの詳細な制御図である。
【図２０】本開示の別の典型的な実施形態による図１に示すライン側コントローラによって実施される制御図である。
【図２１】本開示の別の典型的な実施形態による図３に示す有効電力レギュレータの電力レギュレータの詳細な制御図である。
【図２２】本開示の典型的な実施形態による過渡事象および復帰プロセスの間に１または複数の積分要素を凍結およびリセットするための方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書において開示される実施形態は一般的に、ライド・スルー能力が向上した電力変換システムを動作させることに関する。本明細書で用いる場合、「ライド・スルー能力」は、電力変換システムが、その通常動作を維持することができること、または過渡事象もしくは故障状態が起きた場合に復帰して通常動作に戻ることができることを指す。本明細書で用いる「過渡事象」および「故障状態」の用語は、電源たとえばＰＶ電源などにおいて起こる１もしくは複数の電源側事象もしくは状態を指す場合もあるし、または負荷たとえば電力網などにおいて起こる１もしくは複数の負荷側事象もしくは状態を指す場合もある。より詳細には、本明細書で説明する電力変換システムのライド・スルー能力を実施することは、電圧源制御構造または方式に基づいている。本明細書で用いる場合、「電圧源制御構造または方式」が指す制御実施形態は、主な制御パラメータのうちの１つが、電力変換システムの電圧振幅コマンドおよび位相角コマンドを含むＡＣ電圧であるものである。いくつかの実施形態においては、過渡事象たとえば低電圧ライド・スルー（ＬＶＲＴ）事象またはゼロ電圧ライド・スルー（ＺＶＲＴ）事象の間に、電流リミッタ・アルゴリズムまたはより具体的にはフェーザ電流リミッタを、電力変換システムがさらに用いて、電力変換システムの出力における電流を制限する。さらに、ＬＶＲＴ過渡事象の間に、電圧リミッタまたはＤＣバス電圧限界アルゴリズムを、ライン側コントローラ内で実施して、ＤＣバスにおけるＤＣバス電圧を所定の限界内に制限しても良い。また、いくつかの他の実施形態においては、アンチ・ワインドアップ特徴部を電力変換システム内に設けることを、電力変換システムが過渡事象に入っているかまたは過渡事象から復帰していると判定されるときに行なっても良い。本明細書で用いる場合、「アンチ・ワインドアップ」は、過渡事象に入った後または復帰プロセスの間に１または複数の積分要素を凍結させること、および復帰プロセスの後にリセットすることを指す。加えて、いくつかの実施形態においては、過渡事象の間に位相角コマンド信号を生成する際に、電力コマンド信号を、電源側電力基準信号（たとえば、ＭＰＰＴ回路からの最大電力点追従（ＭＰＰＴ）電力基準信号など）を用いて制限しても良い。
【００１２】
以下、本開示の１または複数の特定の実施形態について説明する。これらの実施形態を簡潔に説明するために、本明細書では実際の実施のすべての特徴については説明しない場合がある。当然のことながら、任意のこのような実際の実施を起こす際には、任意のエンジニアリングまたはデザイン・プロジェクトの場合と同様に、開発者の具体的な目標たとえばシステム関連およびビジネス関連の制約に適合することを実現するために、実施に固有の多くの決定を行なわなければならない。具体的な目標は実施ごとに違う場合がある。また当然のことながら、このような開発努力は、複雑で時間のかかる場合があるが、それでも、本開示の利益を受ける当業者にとってはデザイン、作製、および製造の日常的な取り組みであろう。
【００１３】
別に定義がない限り、本明細書で用いる技術および科学用語の意味は、本開示が属する分野の当業者が広く理解しているものと同じである。用語「第１」、「第２」などは、本明細書で用いる場合、何ら順番、数量、または重要性を示すものではなく、むしろ１つの要素を別のものから区別するために用いている。また用語「ａ」および「ａｎ」は、数量の限定を示すものではなく、むしろ参照した物品の少なくとも１つの存在を示すものである。用語「または」は包括的であることが意図されており、列記した物品のいずれかまたはすべてを意味している。本明細書において「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」または「有する（ｈａｖｉｎｇ）」およびそれらの変形を用いることは、その後に列記される物品とその均等物だけでなく、付加的な物品を包含することが意図されている。用語「接続される」および「結合される」は、物理的または機械的な接続または結合に限定されず、電気的接続または結合を、直接的であろうと間接的であろうと、含むことができる。さらに、用語「回路」および「回路構成」および「コントローラ」には、単一のコンポーネントが含まれていても良いし、複数のコンポーネントが含まれていても良い。これらは、能動的および／または受動的であり、互いに接続されているかまたは別の方法で結合されていて（たとえば、１または複数の集積回路チップとして）、記載した機能を実現している。
【００１４】
図１に、本開示の典型的な実施形態による電力変換システム１０のブロック図を例示する。以下、本開示のベスト・モードの理解をより良好にするために、電力変換システム１０を太陽光電力変換システムとして例示し説明する。しかし、当業者であれば容易に分かるように、本明細書で説明した１または複数の実施形態は太陽光応用に限定すべきではなく、開示内容の特定の態様を同様の方法で他の電力変換システム（たとえば燃料電池システム、風力発電システム、および潮流発電システムなど）に適用することができる。
【００１５】
一般的に、太陽光電力変換システム１０は、太陽光電力コンバータ１４を含んでいる。太陽光電力コンバータ１４は、太陽光電力源１２と電力網１８との間を結びつけるように構成されている。より具体的には、太陽光電力コンバータ１４は、太陽光電力源１２から生成された直流（ＤＣ）電圧または電流の形態の電力（以下、ＤＣ電力と言う）を、電力網１８として示す電気システムに供給するのに適した交流（ＡＣ）電圧または電流の形態の電力（以下、ＡＣ電力と言う）に変換するように構成されている。一実施形態においては、太陽光電力源１２は１または複数の光起電力アレイ（ＰＶアレイ）を含んでいても良い。光起電力アレイは、複数の相互接続された太陽電池を有しており、太陽電池は太陽エネルギーをＤＣ電力に光起電力効果を通して変換することができる。一実施形態においては、電気システム１８はＡＣ電力網を含んでいても良く、太陽光電力変換システムは、公称上固定周波数の三相ＡＣ電力を送出するように構成されている。
【００１６】
ある実施においては、図１に示す電力コンバータ１４は、ＰＶ側コンバータ１４２とライン側コンバータ１４４とを含む２段階構造に基づいている。ＰＶ側コンバータ１４２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（たとえばＤＣ−ＤＣ昇圧コンバータ）を含んでいても良い。ＤＣ−ＤＣコンバータは、電源１２から受け取ったＤＣ電圧を上げて、より高いＤＣ電圧をＤＣバス１４６上に出力するものである。ＤＣバス１４６は、一定のＤＣ電圧レベルをＤＣバス１４６において維持するための１または複数のコンデンサを含んでいても良く、その結果、ＤＣバス１４６から電力網１８へのエネルギー流れを管理することができる。ライン側コンバータ１４４は、ＤＣ−ＡＣインバータを含んでいても良い。ＤＣ−ＡＣインバータは、ＤＣバス１４６上のＤＣ電圧を、ＡＣ電力網１８に供給するのに適したＡＣ電圧に変換するものである。他の実施においては、電力コンバータ１４は、ＤＣ−ＡＣコンバータを含む１段コンバータ構造に基づいていても良い。ＤＣ−ＡＣコンバータは、ＤＣバスにおけるＤＣ電圧を、電力網１８に供給するのに好適な周波数および電圧振幅を伴うＡＣ電圧に変換するためものである。
【００１７】
ある実施においては、図１に示す電力変換システム１０はさらに、電力コンバータ・コントローラ１６を含んでいる。電力コンバータ・コントローラ１６は、太陽光電力源１２からのＰＶ電力出力を調節するとともに、ライン側コンバータ１４４の出力における有効電力または無効電力を調節するように構成されている。ある実施においては、電力コンバータ・コントローラ１６は、ＰＶ側コントローラ１６２とライン側コントローラ１６４とを有するように構成されている。ＰＶ側コントローラ１６２は、ＰＶ側制御信号１６６をＰＶ側コンバータ１４２に送って、太陽光電力源１２からのＰＶ電力出力を、種々のコマンド信号およびフィードバック信号に従って調節するように構成されている。ライン側コントローラ１６４は、ライン側制御信号１６８をライン側コンバータ１４４に送って、ライン側コンバータ１４４からの有効電力または無効電力出力を、種々のコマンド信号およびフィードバック信号に従って調節するように構成されている。特に、図１に示すように、過渡事象に対処するために、ライン側コントローラ１６４を、電流リミッタ（ＣＬ）アルゴリズム２３０を実施してライン側コンバータ１４４の出力における電流を制限するように構成しても良い。ライン側コントローラ１６４をさらに、ＤＣバスにおけるＤＣバス電圧を所定の限界内に制限する電圧リミッタ（ＶＬ）アルゴリズム２９０を実施するように構成しても良い。ＰＶ側コンバータ１６２は、任意のタイプのコンバータ・トポロジ、たとえばハーフ・ブリッジ・コンバータ、フル・ブリッジ・コンバータ、またはプッシュ・プル・コンバータを含んでいても良い。ライン側コンバータ１４４は、任意のタイプのＤＣ−ＡＣコンバータ・トポロジ、たとえば２−レベル・コンバータまたは３−レベル・コンバータを含んでいても良い。ＰＶ側コンバータ１４２およびライン側コンバータ１４４は、複数の半導体スイッチング素子（図示せず）を含んでいても良い。たとえば、限定することなく、集積ゲート整流サイリスタ（ＩＧＣＴ）および絶縁ゲート型バイポーラ・トランジスタ（ＩＧＢＴ）である。スイッチング素子のスイッチ・オンおよびオフは、ＰＶ側制御信号１６６およびライン側制御信号１６８にそれぞれ応答して行なう。２つのコントローラ１６２、１６４を例示しているが、他の実施形態においては、単一のコントローラを用いてＰＶ側コンバータ１４２およびライン側コンバータ１４４の両方を制御しても良い。
【００１８】
ある実施においては、図１に示す電力変換システム１０はさらに、１または複数の容量性および誘導要素を有するＰＶ側フィルタ２２を含んでいても良い。ＰＶ側フィルタ２２は、太陽光電力源１２からのＤＣ電力出力のリップル成分を取り除いて、リップル信号がＰＶ側コンバータ１４２から太陽光電力源１２に送信されることを妨げるためのものである。電力変換システム１０はさらに、１または複数の誘導要素または容量性要素（図示せず）を有するライン側フィルタ２４を含んでいても良い。ライン側フィルタ２４は、ライン側コンバータ１４４からの三相ＡＣ電力出力の各位相に対して高調波信号を取り除くためのものである。
【００１９】
ある実施においては、図１に示す電力変換システム１０はさらに、最大電力点追従（ＭＰＰＴ）回路２６を含んでいても良い。説明を目的として、ＭＰＰＴ回路２６は、図示では、電力コンバータ・コントローラ１６の外部に配置されている。その代わりに、ＭＰＰＴ回路２６は、電力コンバータ・コントローラ１６内に構成しても良いし、またはより具体的には、ＰＶ側コントローラ１６２内に構成しても良い。一実施形態においては、ＭＰＰＴ回路２６は、太陽光電力源１２から最大電力を取り出すための摂動観測（Ｐ＆Ｏ）アルゴリズムを実施しても良い。ある実施においては、ＭＰＰＴ回路２６は、フィードバックＤＣ電流信号１１２およびフィードバックＤＣ電圧信号１１４を受け取る。フィードバックＤＣ電流信号１１２およびフィードバックＤＣ電圧信号１１４は、太陽光電力源１２の出力に配置された電流センサ２８および電圧センサ３２によって測定される。ＭＰＰＴ回路２６は、現時点で太陽光電力源１２から得られる実際の電力の計算を、ＤＣ電流信号１１２とＤＣ電圧信号１１４とを乗じることによって行なう。ＭＰＰＴ回路２６はさらに、計算した現時点で得られる実際の電力を、以前に計算および記憶したものと比べて、電力変動を観測する。電力変動がゼロよりも大きい場合には、続いて行なう推奨される摂動を同じ方向で行ない、そうでない場合には反転させる。ＭＰＰＴ回路２６は次に、電圧または電流基準信号１５８をＰＶ側コントローラ１６２に送る。ＰＶ側コントローラ１６２では、制御信号１６６を相応に調整する。このプロセスを、太陽光電力源１２の最大電力動作点または最大電力動作点に近い点が見つかるまで繰り返す。他の実施形態においては、他のアルゴリズム（たとえば、増分コンダクタンス・アルゴリズムなど）を実施して、太陽光電力源１２から最大電力を取り出しても良い。
【００２０】
図１に示すように、ＭＰＰＴ回路２６はさらに、ライン側コントローラ１６４と電気通信するように構成されている。ＭＰＰＴアルゴリズムを実施する際、ＭＰＰＴ電力基準信号１５９をＭＰＰＴ回路２６から生成して、ライン側コントローラ１６４に供給しても良い。一実施形態においては、ＭＰＰＴ電力基準信号１５９を、電力コマンド信号を制限するために用いる。電力コマンド信号は、ライン側コンバータ１４４に対するライン側制御信号１６８を生成するために用いられる。こうして、太陽光電力源１２から与えられる電力と電力コンバータ１４から出力される電力とを、調整しても良いしまたはバランスさせても良い。
【００２１】
さらに図１を参照して、通常動作において、電力変換システム１０または特にＰＶ側コントローラ１６２は、ＤＣバス１４６に現れるＤＣ電圧の制御を担っている。より具体的には、ＰＶ側コントローラ１６２は、ＤＣ電圧フィードバック信号１５６を受け取る。ＤＣ電圧フィードバック信号１５６は、ＤＣバス１４６の出力に配置されたＤＣ電圧センサによって測定される。ＰＶ側コントローラ１６２はさらに、ＤＣ電圧コマンド信号２９２を受け取る。ＰＶ側コントローラ１６２は、ＰＶ側制御信号１６６を、ＤＣ電圧フィードバック信号１５６およびＤＣ電圧コマンド信号２９２に従って調整して、ＤＣバス１４６に現れるＤＣ電圧を一定の電圧レベルに維持する。代替的な実施形態においては、ライン側コントローラ１６４が、ＤＣバス１４６に現れるＤＣ電圧の制御を担っても良い。
【００２２】
続けて図１を参照して、電力変換システム１０またはライン側コントローラ１６４はさらに、過渡事象ライド・スルー制御の能力を伴うように構成しても良い。たとえば、送電網の過渡事象または故障状態の間に、ライン側コントローラ１６４は、電流制限アルゴリズムを実施してライン側コンバータ１４４からの出力電流を制限して、ライン側コンバータ１４４内に存在する半導体デバイスを過電流問題から保護できるようにすることができる。さらに、送電網の過渡事象または故障状態の間に、ライン側コントローラ１６４は、電圧制限アルゴリズムを実施して、ＤＣバス１４６におけるＤＣ電圧を上限および下限内に制限することができる。こうして、ＤＣバス１４６を、過電圧および崩壊の問題から保護することができる。電流制限アルゴリズムおよび電圧制限アルゴリズムのより詳細については後述する。
【００２３】
図２に、本開示の典型的な実施形態によるライン側コントローラ１６４の全体制御図の少なくとも一部を例示する。図２に例示した機能ブロックは、ハードウェアまたはソフトウェアまたはそれらの組み合わせで実施することができる。実際の応用では、ライン側コントローラ１６４は、マイクロ・コントローラまたはデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）によって実施しても良い。一般的に、図２に示すように、典型的な実施形態においては、ライン側コントローラ１６４は、以下のものを含んでいる。電力コマンドおよび電力フィードバック信号２１２、２１４を受け取って、位相角コマンド信号２１６を生成するための有効電力レギュレータ２１０と、無効電力コマンドおよび無効電力フィードバック信号２２２、２２４を受け取って、電圧振幅コマンド信号２２６を生成するための無効電力レギュレータ２２０と、フィードバック電流信号１５４、フィードバック電圧信号２２８、最大値許容電流閾値信号２３１、およびインピーダンス値２３３のうちの１または複数に従って、位相角コマンド信号２１６および電圧振幅コマンド信号２２６を制限するための電流リミッタ２３０と、制限された位相角コマンド信号２３２と制限された電圧振幅コマンド信号２３４とに従って制御信号１６８を生成するための信号発生器２４０と、である。
【００２４】
図２の例示した実施形態においては、有効電力レギュレータ２１０は、電力コマンド信号２１２および電力フィードバック信号２１４を受け取って、位相角コマンド信号２１６を、少なくとも電力コマンド信号２１２および電力フィードバック信号２１４に基づいて生成する。電力コマンド信号２１２は、ライン側コンバータ１４４（図１を参照）の出力端子と送電網１８との間で送出される所望の電力を表わしており、送電網運用者によって指示されても良い。電力フィードバック信号２１４は、ライン側コンバータ１４４の出力端子と送電網１８との間で送出される実際の測定電力である。電力フィードバック信号２１４は、フィードバック電流信号１５４とフィードバック電圧信号１５２とを乗じることによって得ても良い。フィードバック電流信号１５４とフィードバック電圧信号１５２とは、ライン側コンバータ１４４と送電網１８との間に配置された電流センサ３４と電圧センサ３６とから得ても良い。本明細書において参照する位相角コマンド２１６にはいくつかの変形があっても良いことに特に注意されたい。一実施形態においては、有効電力レギュレータ２１０から生成される位相角コマンド信号２１６が表わしているのは、送電網１８またはその近傍の電圧とライン側コンバータ１４４のＡＣ電圧との間の所望の位相角変位または差である。別の実施形態においては、位相角コマンド信号２１６は、ライン側コンバータ１４４のＡＣ電圧の所望の位相角を表わしている。ライン側コンバータ１４４のＡＣ電圧の所望の位相角は、送電網電圧の位相角を位相角変位と組み合わせることによって得ることができる。本明細書で説明したように、ライン側コンバータ１４４のＡＣ電圧は、ライン側コンバータ１４４の出力端子におけるＡＣ電圧であっても良い。その代わりに、ライン側コンバータ１４４のＡＣ電圧は、ライン側コンバータ１４４の内部インピーダンスを考慮することによって、ライン側コンバータ１４４の内部電圧を含んでいても良い。さらに、いくつかの他の実施形態においては、ＡＣ電圧の測定を、さらにライン側コンバータ１４４からのラインに沿って行なっても良い。
【００２５】
図３に、本開示の一実施形態による図２に示す有効電力レギュレータ２１０のより詳細な制御図を例示する。例示した実施形態においては、有効電力レギュレータ２１０は、加算要素２５０、電力レギュレータ２６０、および位相角発生器２７０を含んでいる。加算要素２５０は、電力フィードバック信号２１４を電力コマンド信号２１２から差し引いて、電力コマンド信号２１２と電力フィードバック信号２１４との間の差を表わす電力誤差信号２５２を与える。電力誤差信号２５２は電力レギュレータ２６０に供給される。電力レギュレータ２６０は、周波数コマンド信号２６２を、電力誤差信号２５２に従って生成する。周波数コマンド信号２６２は位相角発生器２７０に供給される。位相角発生器２７０は、位相角コマンド信号２１６を、周波数コマンド信号２６２に従って生成する。
【００２６】
図４に、本開示の典型的な実施形態による図３に示す電力レギュレータ２６０のより詳細な制御図を例示する。例示した実施形態においては、電力レギュレータ２６０はＰＩコントローラ２６４を含んでいる。ＰＩコントローラ２６４は、周波数コマンド信号２６２を電力誤差信号２５２に従って生成するように構成されている。一実施形態においては、周波数コマンド信号２６２は、比例要素２６３からの出力と積分要素２６５からの出力とを加算要素２６７を通して組み合わせることによって生成する。例示した実施形態においては、電力レギュレータ２６０は任意的に、補償ユニット２６６を含んでいても良い。一般的に、補償ユニット２６６は、電力変換システム１０の安定性を確実にする働きをする。例示した実施形態においては、補償ユニット２６６は、比例要素２６９と加算要素２６８とを含んでいる。比例要素２６９は減衰係数を周波数誤差信号２７２に、因子Ｄによって与える。比例要素２６９からの出力を電力誤差信号２５２から、加算要素２６１によって差し引く。加算要素２６１は、別の電力誤差信号を積分要素２６５に与えて、さらに周波数コマンド信号２６２を計算することを図る。周波数誤差信号２７２は、基本周波数信号２７１を周波数コマンド信号２６２から、加算要素２６８において差し引くことによって得られる。基本周波数信号２７１が表わしているのは、電力網１８に送出されるＡＣ電圧の公称上の角速度、または位相ロック・ループ（ＰＬＬ）回路（図８を参照）から得られる測定された角速度である。
【００２７】
図５に、本開示の別の実施形態による図２に示す有効電力レギュレータ２１０の詳細な制御図を例示する。図５に例示する制御図は、図３に示した制御図と同様である。違いの１つは、図５では有効電力コマンド調整ユニット２８９がさらに設けられていることである。有効電力コマンド調整ユニット２８９は、電力コマンド信号２１２と電力制限信号２１９とを受け取って、制限された電力コマンド信号２１８を生成するように構成されている。一実施形態においては、電力制限信号２１９は、ＭＰＰＴ回路２６（図１に示す）から出力されるＭＰＰＴ電力基準信号１５９である。送電網の過渡現象の間に電力コマンド信号２１２を制限することによって、電力レギュレータ２６０および位相角発生器２７０内の積分要素にかかる積分ストレスを軽減することができる。別の実施形態においては、電力制限信号２１９を有効電力コマンド調整ユニット２８９に、電力変換システム１０のハードウェア制限に基づいて供給しても良い。
【００２８】
図６に、本開示の典型的な実施形態による図５に示す有効電力コマンド調整ユニット２８９の詳細な制御図を例示する。例示した実施形態においては、有効電力コマンド調整ユニット２８９は、制限要素２７４、加算要素２７６、および積分要素２７７を含んでいる。制限要素２７４は、電力コマンド信号２１２を受け取って、電力コマンド信号２１２を、位相角制限信号２３２とランプ速度制御信号２７８とに従って制約するように構成されている。制限要素２７４から生成された制限された電力コマンド信号２７５を、加算要素２７６に供給する。加算要素２７６は、制限された電力信号２７５とフィードバック電力信号２１４との間の差を表わす電力誤差信号２７９を与える。電力誤差信号２７９を積分要素２７７内で積分して、制限された電力コマンド信号２１８を生成する。制限された電力コマンド信号２１８を、図５に示す加算要素２５０に供給する、位相角コマンド信号２１６の生成を図る。
【００２９】
図７に、本開示のさらに別の実施形態による図２に示す有効電力レギュレータ２１０の詳細な制御図を例示する。図７に例示する制御図は、図３および図５に示した制御図と同様である。違いの１つは、図７では位相ロック・ループ（ＰＬＬ）回路２８０がさらに設けられていることである。ＰＬＬ回路２８０は、フィードバック電圧信号１５２を送電網１８から受け取って、周波数基準信号２８２と位相角基準信号２８４とをフィードバック電圧信号１５２に従って生成するように構成されている。周波数基準信号２８２を用いて周波数コマンド信号２６２を調整する。位相角基準信号２８４を用いて、位相角コマンド信号２１６を調整する。位相角コマンド信号２１６については、以下でより詳細に説明する。
【００３０】
図８に、本開示の典型的な実施形態によるＰＬＬ回路２８０と関連する図７に示す位相角発生器２７０の詳細な制御図を例示する。例示した実施形態においては、位相角発生器２７０は、加算要素２８６、積分要素２８３、および加算要素２４９を含んでいる。加算要素２８６は、周波数基準信号２８２を、電力レギュレータ２６０から受け取った周波数コマンド信号２６２から差し引いて、周波数基準信号２８２と周波数コマンド信号２６２との間の差を表わす周波数誤差信号２８１を与える。周波数誤差信号２８１を積分要素２８３によって積分して、位相角変位信号２８５を積分要素２８３から生成する。位相角変位信号２８５をさらに、上側位相角閾値と下側位相角閾値（図８には示さず）との間に制限しても良い（図８には示さず）。上側位相角閾値と下側位相角閾値とは、電力変換システムが過渡事象を確実にライド・スルーできるように、事前規定または計算されている。上側および下側位相角閾値を計算する一実施形態については、後に図１８および図１９を参照して説明する。制限された位相角変位信号２８５を位相角基準信号２８４と、加算要素２４９内で組み合わせる。加算要素２４９からは出力が位相角コマンド信号２１６として出される。
【００３１】
図９に、本開示のさらに他の実施形態による図２に示す有効電力レギュレータ２１０の詳細な制御図を例示する。図９に例示する制御図は、図３、図５、および図７に示す制御図と同様である。違いの１つは、図９では電圧リミッタまたはＤＣ限界電圧レギュレータ２９０がさらに設けられていることである。例示した実施形態においては、ＤＣ限界電圧レギュレータ２９０は、ＤＣ電圧コマンド信号２９２とＤＣ電圧フィードバック信号１５６とを受け取って、位相角補正信号２９６を生成するように、構成されている。位相角補正信号２９６が位相角発生器２７０に供給される。位相角発生器２７０では、位相角補正信号２９６を用いて位相角コマンド信号２１６を補正する。
【００３２】
図１０に、本開示の典型的な実施形態による図９に示すＤＣ限界電圧レギュレータ２９０のより詳細な制御図を例示する。例示した実施形態においては、ＤＣ限界電圧レギュレータ２９０は、電圧リミッタ３１０、加算要素３２０、第１の論理素子３４０、電圧レギュレータ３６０、および第２の論理素子３８０を含んでいる。電圧リミッタ３１０を上限電圧値および下限電圧値を用いて設定して、入力ＤＣ電圧フィードバック信号１５６を制限することを図り、上限電圧値および下限電圧値によって規定される電圧範囲内にある制限されたＤＣ電圧信号３１２を与えることを図る。加算要素３２０は、ＤＣ電圧フィードバック信号１５６を制限されたＤＣ電圧信号３１２から差し引いて、ＤＣ電圧誤差信号３２２を与える。通常動作では、ＤＣバス１４６に現れるＤＣ電圧は上限電圧値および下限電圧値内に位置して、加算要素３２０から与えられるＤＣ電圧誤差信号３２２がゼロになるようになっている。この場合、第１の論理回路要素３４０と第２の論理回路要素３８０とはスイッチ・オフされており、そのため、図９に示す位相角発生器２７０には位相角補正信号２９６は供給されない。送電網の過渡事象たとえば低電圧ライド・スルー事象が起こると、ＤＣバス１４６に現れるＤＣ電圧は、電力不均衡が原因で、一時的に、下限を下回る値まで下がるかまたは上限よりも高い値まで駆動される場合がある。この場合、加算要素３２０から与えられるＤＣ電圧誤差信号３２２は非ゼロであり、第１の論理回路要素３４０と第２の論理回路要素３８０とがスイッチ・オンされて、電圧レギュレータ３６０から位相角補正信号２９６が位相角発生器２７０に与えられるようになる。これについては、図１１を参照して以下でより詳細に説明する。
【００３３】
図１１に、本開示の典型的な実施形態によるＰＬＬ回路２８０と関連する図９に示す位相角発生器２７０の詳細な制御図を例示する。図１１に示す制御図は、図８を参照して前述した制御図と同様である。違いの１つは、一実施形態において、別の加算要素２８７が位相角発生器２７０内にさらに設けられていることであるる。加算要素２８７は、位相角補正信号２９６と位相角変位信号２８５とを組み合わせて、組み合わされた位相角信号２８９を生成する。一実施形態においては、組み合わせられた位相角信号２８９を加算要素２６２に直接供給して、位相コマンド信号２１６の生成を図る。別の実施形態においては、組み合わせられた位相角信号２８９をリミッタ２８８に供給しても良い。リミッタ２８８は、組み合わせられた位相角信号２８９を上側位相角制限と下側位相角制限との間に制約するように構成されている。位相角信号２８９を制限する目的の１つは、電力変換システム１０が確実に過渡事象をライド・スルーできるようにすることである。リミッタ２８８からの出力を、加算要素２６２内で位相角基準信号２８４と組み合わせて、位相角コマンド信号２１６の発生を図る。
【００３４】
図１２に、本開示のさらに別の実施形態による図２に示す有効電力レギュレータ２１０の詳細な制御図を例示する。図１２の制御図は図９の制御図と同様である。１つの違いは、ＤＣ限界電圧レギュレータ２９０が、周波数補正信号２９８を、位相角補正信号ではなくＤＣコマンド信号２９２とＤＣフィードバック信号１５６とに従って生成することである。図１１を再び参照して、周波数補正信号２９８を加算要素２８６に供給して、周波数誤差信号２８１の生成とさらに周波数コマンド信号２６２および位相角コマンド信号２１６の生成とを図っても良い。
【００３５】
図１３に、本開示のさらに他の実施形態による図２に示す有効電力レギュレータ２１０の詳細な制御図を例示する。図１３の制御図は図９および図１２の制御図と同様である。１つの違いは、ＤＣ限界電圧レギュレータ２９０が、電力補正信号２９９を、ＤＣコマンド信号２９２とＤＣフィードバック信号１５６とに従って生成することである。電力補正信号２９９を加算要素２５０に供給して、電力誤差信号２５２の生成とさらに周波数コマンド信号２６２および位相角コマンド信号２１６の生成とを図る。
【００３６】
図２を再び参照して、ライン側コントローラ１６４の無効電力レギュレータ２２０は、無効電力コマンド信号２２２とフィードバック無効電力信号２２４とを受け取って、電圧振幅信号２２６を、少なくとも無効電力コマンド信号２２２とフィードバック無効電力信号２２４とに基づいて生成する。無効電力コマンド信号２２２は、ライン側コンバータ１４４（図１を参照）の出力と送電網１８との間で送出される所望の無効電力を表わしており、送電網運用者によって指示されても良い。無効電力フィードバック信号２２４は、ライン側コンバータ１４４の出力と送電網１８との間で送出される実際の測定された無効電力である。無効電力フィードバック信号２２４は、フィードバック電流信号１５４とフィードバック電圧信号１５２とを乗じることによって得ても良い。電圧振幅コマンド信号２２６は、ライン側コンバータ１４４のＡＣ電圧の所望の電圧振幅を表わしている。ライン側コンバータ１４４のＡＣ電圧は、ライン側コンバータ１４４の出力端子におけるＡＣ電圧であっても良い。その代わりに、ＡＣ電圧は、ライン側コンバータ１４４の内部インピーダンスを考慮することによって、ライン側コンバータ１４４の内部電圧であっても良い。
【００３７】
図１４に、典型的な実施形態による図２の無効電力レギュレータ２２０の詳細な制御図を例示する。例示した実施形態においては、無効電力レギュレータ２２０は、第１の加算要素６１０、ＶＡＲレギュレータ６２０、第２の加算要素６３０、および電圧レギュレータ６４０を含んでいる。第１の加算要素６１０は、無効電力フィードバック信号２２４を無効電力コマンド２２２から差し引いて、無効電力誤差信号６１２を生成する。ＶＡＲレギュレータ６２０は、送電網電圧コマンド信号６２２を、無効電力誤差信号３１２に従って生成する。送電網電圧コマンド信号６２２は、送電網１８またはその近傍で達成すべき所望の電圧を表わしている。第２の加算要素３３０は、送電網電圧フィードバック信号２１４を送電網電圧コマンド信号６２２から差し引いて、電圧誤差信号６３２を生成する。電圧レギュレータ６４０は、電圧振幅コマンド信号２２６を、電圧誤差信号６３２に従って生成する。
【００３８】
図１５に、別の典型的な実施形態による図２に示す無効電力レギュレータ２２０の詳細な制御図を例示する。制御図は、図１４に示す制御図と同様である。代替的な実施形態として、図１５ではさらに無効電力コマンド調整ユニット６５０を設けている。無効電力コマンド調整ユニット６５０は、無効電力コマンド信号２２２を無効電力制限信号６５４に従って制限し、制限された無効電力コマンド信号６５２を相応に生成するように構成されている。制限された無効電力コマンド信号６５２を用いて、図１４を参照して前述した調節に追従するようにし、電圧振幅コマンド信号２２６を生成する。無効電力コマンド調整ユニット６５０を含む目的の１つは、過渡事象の間に電力変換システム１０が所望の無効電流を確実に送電網１８に送れるようにすることである。
【００３９】
図２を再び参照して、一実施形態においては、電流リミッタ２３０は、フェーザ電流リミッタを含み、図３〜１３に示したような有効電力レギュレータ２１０から生成される位相角コマンド信号２１６に制限を与えるように構成されている。またフェーザ電流リミッタ２３０は、図１４〜１５に示したような無効電力レギュレータ２２０から生成される電圧振幅コマンド信号２２６に制限を与えるように構成されている。過渡事象が電力網１８に起きたら、位相角コマンド信号２１６および電圧振幅コマンド信号２２６のいずれか一方または両方を、フェーザ電流リミッタ２３０によって、種々のコマンドおよび信号に従って（たとえば、電流閾値信号２３１などによって）制限する。フェーザ電流リミッタ２３０から生成される、結果として生じる制限された位相角コマンド信号２３２または制限された電圧振幅コマンド信号２３４を次に、信号発生器２４０によって用いて、ライン側制御信号１６８（図１に示す）を調整する。こうして、過渡事象の間に、ライン側コントローラ１４４から流れる電流を、ライン側コントローラ１４４に付随するＡＣ電圧を調整することによって間接的に制御する。言い換えれば、電力変換システム１０が過渡事象をライド・スルーすることが、ライン側コンバータ１４４に存在する半導体デバイスが過電流問題のために損傷を受ける可能性を小さくするかまたはなくすことによって、可能である。
【００４０】
以下、図１６〜１８を参照して、どのようにフェーザ電流リミッタ２３０を実施して、位相角コマンド信号２１６と電圧振幅コマンド信号２２６とに制限を与えるかについて、詳細に説明する。
【００４１】
図１６に、送電網１８と関連するライン側コンバータ１４４の単純化した回路モデルを例示する。ライン側コンバータ１４４は単純化して、内部電圧源６７と内部インピーダンス６８とを含むとしている。電圧源６７は、内部電圧３６２を、電圧源６７と内部インピーダンス６８とが接続される点において出力する。内部電圧源６７は、端子電圧３６４を、内部インピーダンス６８と送電網インピーダンス７２とが接続される点において出力する。送電網インピーダンス７２と送電網１８とが接続される点は送電網電圧３６８である。当然のことながら、ライン側コンバータ１４４の端子電圧３６４を、送電網電圧３６８と送電網インピーダンス７２に渡る電圧降下３６５とに基づいて導き出すことができる。送電網インピーダンスに渡る電圧降下３６５を、送電網インピーダンス７２を通って流れる電流３６７と送電網インピーダンス７２とから導き出すことができる。一実施形態においては、送電網インピーダンス７２を通って流れる電流３６７を、ライン側コンバータ１４４の端子電圧３６４を制御することによって管理することができる。さらに、内部インピーダンス６８を考慮して、ライン側コンバータ１４４の内部電圧３６２を、送電網電圧３６８と、内部インピーダンス６８および送電網インピーダンス７２に渡る電圧降下３６９とに基づいて、導き出すことができる。一例では、内部インピーダンス６８と送電網インピーダンス７２とを通って流れる電流３６７を、ライン側コンバータ１４４の内部電圧３６２を制御することによって管理することができる。
【００４２】
図１７に、端子電圧３６４と、送電網電圧３６８と、送電網インピーダンス７２に渡る電圧降下３６７とのフェーザ図を例示する。図１７では、電圧能力曲線５０２を波線円として例示している。能力曲線５０２の中心は、送電網電圧３６８の端点によって規定される。能力曲線５０２の半径は、送電網インピーダンス７２に渡る最大許容電圧降下によって規定される。最大許容電圧降下は、最大許容電流と送電網インピーダンス７２とから導き出すことができる。端子電圧３６４を制御して、その端点が、波線円５０２上にまたは波線円５０２に囲まれた円形領域５０８内に位置するようにしなければならない。したがって、端子電圧３６４と送電網電圧３６８との間の位相角差を、最大位相角３７１および最小位相角３７２内に制御しなければならない。最大位相角３７１は、原点から延びて能力曲線５０２の上部に接する破線５０４によって規定される。最小位相角３７２は、原点から延びて能力曲線５０２の下部に接する破線５０６によって規定される。さらに、ライン側コンバータ１４４の端子電圧３６４の大きさを、最大電圧閾値および最小電圧閾値内に制御しなければならない。最小電圧閾値は、原点から、水平軸Ｘが能力曲線５０２の左側部分を横切る点まで延びる破線５１２によって規定される。最大電圧閾値は、原点から、水平軸Ｘが能力曲線５０２の右側部分を横切る点まで延びる破線５１４によって規定される。
【００４３】
図１８に、典型的な実施形態による図２に示すフェーザ電流リミッタ２３０の詳細なブロック図を例示する。例示した実施形態においては、フェーザ電流リミッタ２３０は、第１の計算ユニット４１０、第２の計算ユニット４２０、および第３の計算ユニット４３０を含んでいる。第１の計算ユニット４１０は、送電網インピーダンス７２に渡る最大電圧降下４１２を、最大許容電流信号２３１と送電網インピーダンス７２のインピーダンス値２３３とに従って計算するように構成されている。最大許容電流信号２３１は、ライン側コンバータ１４４の定格電流に従って得ても良い。インピーダンス値２３３は、ＰＩコントローラを通る電流誤差信号を用いることによって得ても良い。計算した最大許容電圧降下４１２を、第２の計算ユニット４２０と第３の計算ユニット４３０とに供給する。第２の計算ユニット４２０は、最大位相角制限信号４２２と最小位相角制限信号４２４とを、最大許容電圧降下４１２と送電網電圧フィードバック信号２２８とに従って計算する。第３の計算ユニット４３０は、最大電圧振幅信号４３２と最小電圧振幅信号４３４とを、最大許容電圧降下４１２と送電網電圧フィードバック信号２２８とに従って計算する。
【００４４】
図１９に、図２に示すフェーザ電流リミッタ２３０の別の典型的な実施形態を例示する。例示した実施形態においては、第２の計算ユニット４２０から生成された最大位相角制限信号４２２と最小位相角制限信号４２４とをさらに用いて、最大電圧振幅信号４３２と最小電圧振幅信号４３４とを第３の計算ユニット４３０によって計算することを図る。理解されるように、位相角が最大位相角および最小位相角内に制限されているために、端子電圧３６４の電圧振幅閾値をより容易に計算することができる。
【００４５】
図１８〜１９を参照してすでに述べたように、フェーザ電流リミッタ２３０から導き出された最大位相角制限信号４２２と最小位相角制限信号４２４とを用いて、有効電力レギュレータ２１０から生成された位相角コマンド信号２１６（図２を参照）を制限し、制限された位相角コマンド信号２３２（図２を参照）を生成する。加えて、最大電圧振幅信号４３２と最小電圧振幅信号４３４とを用いて電圧振幅コマンド信号２２６（図２を参照）を制限し、制限された電圧振幅コマンド信号２３４（図２を参照）を生成する。制限された位相角コマンド信号２３２と制限された電圧振幅コマンド信号２３４とを信号発生器２４０に供給する。信号発生器２４０からは、ライン側コンバータ１４４に対するライン側制御信号１６８が生成される。ある実施においては、信号発生器２４０は、ライン側制御信号１６８に対するＰＷＭパターン信号を生成するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）信号発生器であっても良い。ライン側制御信号１６８は、少なくとも部分的に最大許容電流に基づいて生成されているために、ライン側コンバータ１４４から流れる電流を、このように管理することができる。その結果、電力変換システム１０は過渡事象をライド・スルーすることができる。
【００４６】
図２０に、別の典型的な実施形態による図１に示すライン側コントローラ１６４の詳細な制御図を例示する。図２０に示す制御図は、図２に示す制御図と同様である。違いの１つは、さらに凍結およびリセット・ユニット２４４がライン側コントローラ１６４内に設けられていることである。一般的に、凍結およびリセット・ユニット２４４は、電力変換システム１０が過渡事象から復帰している間に、ライン側コントローラ１６４に関連する１または複数の積分要素を凍結させるように構成されている。凍結およびリセット・ユニット２４４はさらに、復帰後にこれらの積分器をリセットするように構成されている。一実施形態においては、図２０に示すように、凍結およびリセット・ユニット２４４は、有効電力レギュレータ２１０と無効電力レギュレータ２２０とに結合されている。凍結およびリセット・ユニット２４４は、送電網電圧フィードバック信号２２８を受け取って、凍結信号２４６、２４８を生成する。凍結信号２４６、２４８を用いて、有効電力レギュレータ２１０および無効電力レギュレータ２２０に関連する１または複数の積分要素を凍結させる。
【００４７】
図２１に、アンチ・ワインドアップ特徴部が含まれる有効電力レギュレータ２１０の電力レギュレータ２６０の詳細な制御図を例示する。図２１に示す制御図は、図４に示す制御図と同様である。違いの１つは、２つのスイッチング素子３３６、３３８が、電力レギュレータ２６０のＰＩコントローラ２６４内に含まれていることである。スイッチング素子３３６、３３８のスイッチ・オフは、電力変換システム１０が過渡事象から復帰していることを示す凍結信号２４６に応答して行なうことができる。過渡事象がまったくないか、特定の過渡事象が終了したときには、スイッチング素子３３６、３３８をスイッチ・オンして、ＰＩコントローラ２６４が通常動作を実行できるようにすることができる。
【００４８】
図２２に、典型的な実施形態による電力変換システムを凍結およびリセットするための方法のフローチャートを例示する。方法３０００を、コンピュータ読取可能媒体内に記憶したソフトウェア命令を用いてプログラムしても良い。ソフトウェア命令は、プロセッサによって実行されると、方法３０００の種々のステップを行なうものである。コンピュータ読取可能媒体には、任意の方法または技術で実施される揮発性および不揮発性の取り外し可能および取り外し不可能の媒体が含まれていても良い。コンピュータ読取可能媒体には、限定することなく、以下のものが含まれる。ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュ・メモリもしく他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）もしくは他の光記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置もしくは他の磁気記憶装置、または任意の他の非一時的媒体であって、所望の情報を記憶するために使用でき、命令実行システムからアクセスできるものである。
【００４９】
ある実施においては、方法３０００はブロック３００２で始まっても良い。ブロック３００２において、電力コンバータの出力端子と電力網との間の点における電圧のステータスを検出する。検出した電圧ステータスには、高電圧ステータス、公称電圧ステータス、および低電圧ステータスが含まれていても良い。より具体的には、非限定的な例として、高電圧ステータスは、送電網電圧が定格電圧よりも１．１倍大きいことを表わしていても良い。公称電圧ステータスは、送電網電圧が定格電圧の０．９倍よりも大きく定格電圧の１．１倍よりも小さいことを表していても良い。低電圧ステータスは、送電網電圧が時間定格電圧の０．９倍よりも小さいことを表していても良い。
【００５０】
ブロック３００４において、第１の判定が、検出電圧が下側電圧値よりも小さい値まで低下するかまたは上側電圧値よりも大きい値まで増加するかについて行なわれる。一実施形態においては、下側電圧値は定格電圧の０．９倍であっても良く、上側電圧値は定格電圧の１．１倍であっても良い。判定が肯定的である場合、電力変換システムが過渡事象に入っているかまたは故障状態を受けていることを意味する。肯定的な判定に続いて、手順はブロック３００６に進む。判定が否定的である場合、電力変換システムが正常に動作していることを意味しており、手順はブロック３００２に戻って、電圧ステータスの検出を続けることを図る。
【００５１】
ブロック３００６において、凍結信号の送信が、電力変換システムが過渡事象に入っているかまたは故障状態を受けていると判定されたら、行なわれる。一実施形態においては、図２０に示すように、凍結信号２４６および２４８が、凍結およびリセット・ユニット２４４から送信されて、有効電力レギュレータ２１０と無効電力レギュレータ２２０とに付随する１または複数の積分要素を凍結させる。
【００５２】
ブロック３００８において、第２の判定が、検出した電圧ステータスが高電圧ステータスから公称電圧ステータスに移っているかまたは低電圧ステータスから公称電圧ステータスに移っているかについて行なわれる。そうである場合には、手順はブロック３０１０に進み、そうでない場合には、手順はブロック３００８に戻る。
【００５３】
ブロック３０１０において、公称電圧ステータスに達したらすぐに、第１のフラッグ信号が送られる。第１のフラッグ信号は、送電網電圧が公称電圧に戻ったことを示している。
【００５４】
ブロック３０１２において、送電網電圧が公称電圧レベルに留まっていた時間を表わす時間分を記録する。
【００５５】
ブロック３０１４において、第３の判定が、送電網電圧が公称電圧レベルに留まっていた時間分が事前設定時間値に達しているか否かについてなされる。一実施形態においては、非限定的な例として、事前設定時間値は１０ミリ秒であっても良い。送電網電圧が公称電圧レベルに留まっていた時間分が事前設定時間値に達したと判定された場合には、手順はブロック３０１６に進み、そうでない場合には、手順はブロック３００８に戻って、復帰がまだ進行中であるか否かを検証する。
【００５６】
ブロック３０１６において、第２のフラッグ信号が送られる。第２のフラッグ信号は、送電網電圧が公称電圧に事前設定時間値の間留まっていたことを示す。この場合、電力変換システムは過渡事象または故障状態から真に復帰していると判定することができる。第１のフラッグ信号がブロック３０１０において送られ、第２のフラッグ信号がブロック３０１６において送られたら、ブロック３００６において凍結された電力変換システムの積分要素をリセットして通常の積分動作を行なうことができる。
【００５７】
ブロック３０１８において、復帰プロセス後に、第１のフラッグ信号をリセットし、記録した時間分をクリアして、電力変換システムが復帰したという判定に追従するようにする。ブロック３０１８の後に、手順はブロック３００２に戻って、さらに電圧ステータスを判定することを図る。
【００５８】
本発明を典型的な実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば分かるように、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形を施しても良く、また本発明の要素に対して均等物を代用しても良い。加えて、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるために、多くの変更を施しても良い。したがって本発明は、本発明を行なうために考えられるベスト・モードとして開示された特定の実施形態には限定されず、本発明には、添付の請求項の範囲に含まれるすべての実施形態が含まれることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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