CN1529930A - 功率变换装置,功率变换系统,及岛操作检测方法 - Google Patents

功率变换装置,功率变换系统,及岛操作检测方法 Download PDF

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Abstract

当将在用于把直流功率变换成交流功率并向系统电源输出该交流功率的功率变换装置内检测岛操作时，安排了多个用于按照不同的方案执行其中来自该系统电源的供电被停止的岛操作的检测的变更生成装置，并且由选择装置从多个变更生成装置中选择至少一个变更生成装置并运作。

Description

功率变换装置，功率变换系统， 及岛操作检测方法
技术领域
本发明涉及功率变换装置，功率变换系统，以及岛(islanding)操作检测方法，并且更具体地，涉及把DC功率变换成AC功率并把该AC功率输出到系统电源的功率变换装置，具有多个功率变换装置的功率变换系统，以及该装置或系统内的岛操作检测方法。
背景技术
近年来，由于利用矿物燃料引起的二氧化碳散发所造成的全球变暖问题以及核电站事件和放射性废物造成的放射性污染已经变得日益严重，对全球环境及能源的关注增多。在这些环境下，使用太阳光作为用之不竭的、清洁的能源的太阳能发电，使用地热能的地热发电，以及使用风力的风能发电等等已经在全世界实施。
通过被称作逆变器的功率变换装置把由这样的自然能源生成的DC功率变换成AC功率并输出到，例如工业电力系统。
图5是表示太阳能发电系统的一般配置的方框图。参见图5，参考数字1表示太阳能电池；10，系统互连逆变器装置(在下文中也被简称为逆变器)；3，断路器；4，AC系统；以及5，负载。
逆变器10主要由功率变换装置21，拆除装置22，控制装置25，以及有源(active)方案执行装置103构成。功率变换装置21用公知的变换器电路和逆变器电路构成以把从太阳能电池1输出的直流功率转换成交流功率并把该交流功率输出给系统4。拆除装置22按照从控制装置25输出的拆除信号而把逆变器10从系统4拆除。控制装置25控制整个逆变器10。
有源方案执行装置103具有装置231(下文中也被简称为执行装置或变更生成装置)用于检测来自系统的供电被停止，并且岛操作按照向输出电流、频率、相位等等做出小的变更的有源方案而启动。通过执行装置231，逆变器10执行有功功率变更方案。
作为有源方案，输出在输出电流上叠加具有预定周期的波动成分的功率指令值(下文中被称为波动指令值)以便在来自逆变器10的输出电流中产生具有关于输出电压的预定周期的变更的有功功率变更方案，输出通过以预定周期把相位差Δφ加到相位信号上而得到的信号(下文中被称为相移信号)以便在每个预定周期在来自逆变器10的输出电流中生成该预定的相位差Δφ的无功功率变更方案，以及输出相移信号以用于按照被检测输出的频率而超前或滞后设置相位以便改变逆变器10的输出频率的无功功率变更方案都是公知的。在例如，日本专利公开Nos.8-70534，9-98539，以及7-245876中分别描述了这些方案。
图12是表示太阳能发电系统的另一种配置的方框图。参见图12，参考数字1表示太阳能电池；8，系统互连逆变器；3，断路器；4，AC系统；以及5，负载。与图5所示太阳能发电系统中相同的参考数字在图12中表示相同的部件。
逆变器8主要由功率变换装置21，拆除装置22，控制装置26，以及无源(passive)方案执行装置83构成。功率变换装置21用公知的变换器电路和逆变器电路构成以把从太阳能电池1输出的直流功率转换成交流电并把该交流功率输出给系统4。拆除装置22在接收到从控制装置26输出的拆除信号时把逆变器8从系统4拆除。控制装置26控制整个逆变器8。
无源方案执行装置83具有装置331(下文中被称为电源故障检测装置331)用于执行岛操作检测方案的作为无源方案的电压相位跃变检测方案，通过检测电源故障而检测岛操作。逆变器8通过该电源故障检测装置331来执行电压相位跃变检测方案。
作为无源方案，检测在输出电压的瞬时相位中的跃变，从而确定该系统中的电源故障的电压相位跃变检测方案，检测在逆变器输出电压的第三谐波失真中的突然增大，其出现在电源故障时刻，从而确定该系统中的电源故障的第三谐波电压失真突增检测方案，以及检测在逆变器输出电压的频率中的突变，其出现在电源故障时刻，从而确定该系统中的电源故障的频率变化速率检测方案都是公知的。例如，在日本专利公开Nos.2001-169565，9-84251，以及10-336903中分别描述了这些方案。
据报告，在具有单一的一个上述无源或有源方案的逆变器中，当在几乎平衡该逆变器的输出功率与负载功率损耗的情形下，执行同一模型的多个逆变器的并行操作(下文中称为多逆变器并行操作)时，连续地发生岛操作。
为了防止这样的岛操作，在执行系统互连逆变器的多逆变器并行操作中，用主-从电缆12来连接主逆变器10’与剩余的逆变器10以执行逆变器的同步操作，如图6所示，为了消除用于检测岛操作的有源方案的相互干扰，如在例如，日本专利公开Nos.2001-169565或日本专利No.3028205中公开的。
然而，对于执行基于如上所述的主-从连接的多逆变器并行操作，主-从连接电缆是必需的。这就在安装中增加了费用，使安装操作复杂，并且减少了自由度。
另一方面，如Kitamura等在Power & Energy Society of theInstitute of Electrical Engineers of Japan(2000)第32页所报导，当使用不同类型的多个逆变器来执行并行操作时，除非出现相互干扰否则岛操作的持续时间缩短，这是由于逆变器具有对于有源方案或无源方案的不同死区，而且，与同一模型的多个逆变器的并行操作不同，发电条件受到限制。
然而，对于通过直接参照上述报导来执行多个逆变器的并行操作，必须准备多个不同类型的逆变器。这就大大增加了劳动力和费用。
另外，例如，当通过在邻近的房屋中安装家用太阳能发电系统来执行并行操作时，实际上不可能掌握各个房屋逆变器的岛操作方案。甚至不同类型的逆变器都难以准备。特别是，如果对电力公司不要求预先应用的系统互连系统变为普及，并且例如，如果诸如AC模块的、要被插到壁上插座内的系统大为渗透，那么将变得更难于掌握邻近房屋中系统互连系统的岛操作检测方案。
另一方面，可以把多个不同方案的执行装置安排在一个单独的逆变器内并同时运作以减少死区。然而，为了同时处理多种类型的方案，控制部件必须具有更先进的处理能力。由于要使用的CPU或微处理器变得更为昂贵，因此逆变器的费用加大。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种功率变换装置，该装置不需要费力准备多种逆变器并且即使对于多个逆变器的并行操作也不需要主-从电缆，廉价，并且在安装中具有良好的可操作性以及高自由度。
本发明的另一个目的是提供一种功率变换系统，该系统不需要费力准备多种逆变器并且即使对于多个逆变器的并行操作也不需要主-从电缆，廉价，并且在安装中具有良好的可操作性以及高自由度。
本发明的又一个目的是提供一种实现功率变换装置的岛操作检测方法，该装置不需要费力准备多种逆变器并且即使对于多个逆变器的并行操作也不需要主-从电缆，廉价，并且在安装中具有良好的可操作性以及高自由度。
为了实现上述目的，本发明的功率变换装置是一种用于把直流功率变换成交流功率并向系统电源输出该交流功率的功率变换装置，其特征在于包含：
具有多个不同方案的岛操作检测装置，其检测其中来自该系统电源的供电被停止的岛操作状态；以及
选择装置，用于从该多个方案中选择至少一个要被运行的方案。
另外，实现另一个目的的本发明功率变换系统是包含多组上述功率变换装置以及被与功率变换装置相一致安排并提供直流功率的直流电源的功率变换系统，其特征在于
在该系统内基本上等数量的方案被选择。
此外，通过对应于本发明的功率变换装置与功率变换系统的岛操作检测方法还实现了还一个目的。
更具体地，在本发明中，当岛操作将被在用于把直流功率变换成交流功率变向系统电源输出该交流功率的功率变换装置内检测时，安排了具有多个检测其中来自该系统电源的供电被停止的岛操作状态的不同方案的岛操作检测装置，并且至少一个方案被从多个执行装置中选出并运作。
用上述安排，在执行使用多个功率变换装置多逆变器并行操作中，要被运行在各自的功率变换装置内的岛操作检测方案的很均衡组合被选定。由于不需要主-从电缆，因此整个费用降低，安装中的可操作性增大，并且安装中的自由度增大。另外，在多逆变器并行操作中，不必准备用于按照不同的有源方案或无源方案检测岛操作的功率变换装置。此外，在相同模型的功率变换装置的大规模生产中，能够实现更加低廉的功率变换装置。
该多个方案既可以是有源方案，又可以是无源方案，或者是包括有源方案与无源方案。
本发明的其它特征以及优点将从下面结合附图的描述中变得明显，其中相同的参考符号标明整个附图中的相同或类似部件。
附图说明
附图构成说明书的一部分的并说明了本发明的实施例，并与说明书的描述一起用于解释本发明的原理。
图1是表示本发明的太阳能发电系统的配置的方框图；
图2是表示本发明的系统互连逆变器的多逆变器并行操作的视图；
图3是表示第一实施例的太阳能发电系统的配置的方框图；
图4是表示第三实施例的太阳能发电系统的配置的方框图；
图5是表示传统的太阳能发电系统的配置的方框图；
图6是表示传统的系统互连逆变器的多逆变器并行操作的视图；
图7是表示本发明的太阳能发电系统的另一种配置的方框图；
图8是表示第四实施例的太阳能发电系统的配置的方框图；
图9是表示第五实施例的太阳能发电系统的配置的方框图；
图10是表示第六实施例的太阳能发电系统的配置的方框图；
图11是表示作为第六实施例的一个比较例子的传统太阳能发电系统的配置的方框图；
图12是表示传统的太阳能发电系统的另一种配置的方框图。
具体实施方式
现在将依照附图详细描述本发明的较佳实施例。
[概要]
将首先描述本发明太阳能发电系统的配置，它对于以下实施例来说是共同的。
(第一模式)
图1是表示本发明的太阳能发电系统的配置的方框图。图1所示太阳能电池1是使用非晶硅，微晶硅，多晶硅，单晶硅，上述的组合，化合物半导体，等等的各种太阳能电池模块中的一种。通常，把多个太阳能电池模块串联或是并联组合以组成阵列结构以便得到希望的电压和电流。在本发明中，太阳能电池模块的类型，配置，以及数量并不限于特定的一种。
参见图1，断路器3，AC系统4，以及负载5与图5所述现有技术中的那些部件相同，因此这里将省略对它们的描述。在以下描述中，与现有技术中相同的参考数字表示相同的部件，并省略其描述。
系统互连逆变器装置(下文中也被简称为逆变器)2主要由功率变换装置21，拆除装置22，有源方案执行装置23，选择装置24，以及控制装置25构成。在并行操作中，来自逆变器的输出在接点A彼此互连。
有源方案执行装置23是一个用于执行对于岛操作检测的通用有源方案的装置，并且具有依据不同有源方案来执行岛操作检测的执行装置231-23X。选择装置24是用于从上述执行装置中选择一个或多个要被运作的装置的装置。把选定的执行装置连接到控制装置25。控制装置25是用于整个逆变器2的控制装置。控制装置25向功率变换装置21输出驱动信号，以及向拆除装置22输出拆除信号。逆变器2的岛操作检测方案具有多个不同的有源方案。通过检测响应于电源故障的系统内干扰，该干扰由该多个有源方案引起，通过各种系统保护功能(系统异常检测功能)或诸如此类来检测独立操作。
一般在系统互连逆变器中所定制的功能，即升压控制，输出波形控制，激活/停止控制，MPPT(最大功率点跟踪)控制，互连保护，逆变器保护(用于监测系统电压异常或系统频率异常的功能)等等与本发明无关，并将省略其中的详细描述。出于如上所述的相同原因，也将省略用于执行这些功能的各种检测器及传感器的描述。
将把本发明的逆变器2与参照图5所描述的传统逆变器10进行比较。有源方案执行装置23的配置与有源方案执行装置103的配置不同。该逆变器2具有选择装置24。除了上述这一点外，逆变器10的基本配置与逆变器2中的相同。另外，有源方案执行装置23内的执行装置的数量与有源方案执行装置103内的不同。
本发明不限于上述配置。所必要的仅仅是一个系统互连逆变器装置具有有着多种有源方案的岛操作检测装置，能够从该多个方案中选择一个或多个方案，并且该选定的方案能够被用作为有源方案。
如图2所示，这种系统互连逆变器2的多逆变器并行操作被执行。在此情形中，在逆变器2之间不存在主-从差别。另外，为了相互补偿各个有源方案的死区以及防止有源方案之间的任何非平衡操作，所装配的有源方案的类型数量最好多些。
(第二模式)
图7是表示本发明太阳能发电系统的另一种配置的方框图。与上述参考数字相同的参考数字表示图7中的相同部件，并将省略其描述。
图7所示的逆变器101主要由功率变换装置21，拆除装置22，有源方案执行装置23’，选择装置24，以及控制装置26构成。
有源方案执行装置23’是用于执行对于岛操作检测的通用有源方案的装置，并且具有依据不同有源方案来检测岛操作(电源故障)的电源故障检测装置331-33X。选择装置24是用于选择上述电源故障检测装置之中的一个并向该选定的电源故障检测装置输出互连信号241(稍后描述)。该选定的电源故障检测装置根据收到的互连信号而开始确定系统中的电源故障。一旦确定电源故障，该电源故障检测装置就向控制装置26输出表示该电源故障的电源故障信号。注意，逆变器101的该岛操作检测装置具有多个不同的无源方案并使用由选择装置24选定的方案来检测岛操作(电源故障)。
控制装置26是用于逆变器101的控制装置。控制装置26向功率变换装置21输出驱动信号，并且，一旦检测到停止信号，就停止逆变器101的功率变换操作以及向拆除装置22输出拆除信号。在系统互连期间，控制装置26向选择装置24输出互连信号241。
将把本发明的逆变器101与参照图12描述的传统逆变器8进行比较。无源方案执行装置23’的配置与无源方案执行装置83的配置不同。该逆变器101具有选择装置24。除了上述这一点外，逆变器101的基本配置与逆变器8中的相同。包含在无源方案执行装置23’内的电源故障检测装置的数量与无源方案执行装置83内的不同。
本发明不限于上述配置。所必要的仅仅是一个系统互连逆变器装置具有多个不同方案的无源方案，从该多个方案中能够选出一个或多个方案，并且该选定的方案能够被用作为无源方案。
在执行多逆变器并行操作中，为了相互补偿各个无源方案的死区以及防止无源方案之间的任何非平衡操作，所装配的无源方案的类型数量最好多些。
最好用微处理器来实现图7所示的无源方案执行装置23’。例如，可以把该X个电源故障检测装置231-23X作为程序存入微处理器的内部存储器，可以执行由选择装置24选定的程序，可以依据互连信号241来检测电源故障状态是否已经被设置。不仅是无源方案执行装置23’，而且所有选择装置24和控制装置26都可以用一个微处理器实现。
[第一实施例]
接下来将参照附图描述具有上述配置的太阳能发电系统的第一
实施例。
图3是表示该实施例的太阳能发电系统的配置的方框图。在该实施例的逆变器2中，有源方案执行装置23具有3个执行装置231-133，并能够执行3个有源方案。也就是说，该逆变器的岛操作检测装置具有3个不同的有源方案。在该实施例中，把具有这一配置的两个逆变器2内连到一个单独的系统4上，并执行多逆变器并行操作。在接点A上把逆变器的输出彼此并联。太阳能电池1与逆变器2一对一对应连接。
参见图3，控制装置25是驱动功率变换装置21的功能块。功率检测部件251从太阳能电池1的输出计算输入功率值并把该功率值输出到功率指令部件254。功率指令部件254从收到的该输入功率值计算功率指令值301并把该功率指令值输出到电流指令部件256。电流指令部件256从收到的该功率指令值301计算逆变器2的电流指令值并把该电流指令值输出到PWM部件255。另一方面，相位检测部件253按输出电压与输出电流之间的相位差计算相位信号302，并把该相位信号输出到相位指令部件257。相位指令部件257从收到的相位信号302中把用于实现功率因数1的电流相位指令值输出到PWM部件255。PWM部件255从收到的电流指令值及电流相位指令值中把用于输出功率因数1上的希望输出电流的PWM信号输出到驱动电路252。驱动电路252从收到的PWM信号中生成驱动信号，从而驱动功率变换装置21的逆变器部件的开关元件。
图3所示有源方案执行装置23具有三个执行装置231-233。第一执行装置231是一个用于执行有源方案的有源功率变换方案的装置，并接收功率指令值301。该执行装置231向电流指令部件256输出在输出电流上叠加具有预定周期的波动分量的功率指令值301(下文中称为波动指令值)。电流指令部件256优先于功率指令值接收波动指令值，生成电流指令值，并把它输出到PWM部件255。于是，逆变器2的输出电流获得相对于输出电压的具有预定周期的变化量。因此，有功功率变更方案被实现。
第二执行装置232是一个用于执行有源方案的无功功率变更方案的装置，并接收相位信号302。第二执行装置232向相位指令部件257输出通过按预定周期把相位差Δφ加到相位信号上而获得的信号(下文中称为相移信号)。相位指令部件257优先于相位信号接收相移信号，生成电流相位指令值，并把它输出到PWM部件255。于是，逆变器2的输出电流在每个预定周期获得该预定相位差Δφ。因此，无功功率变更方案被实现。
第三执行装置233是用于执行有源方案的移频方案的装置，并接收相位信号302。第三执行装置233接收由频率检测部件(未示出)检测的输出的频率。当该频率升高超过额定频率时，把相移信号设置到超前相位上。反之，当频率下降，把相移信号设置到滞后相位上。该相移信号输出到相位指令部件257。如同在第二执行装置232内，执行从该点的处理。当逆变器2的输出频率升高超过额定频率时，该逆变器的输出频率进一步升高。反之，当输出频率下降到低于额定频率时，该逆变器的输出频率进一步下降。于是，无功功率变更方案被实现。
选择装置24是软件实现的装置。通过人工操作在逆变器2的设置面板上(未示出)操作该软件。在各个逆变器上设置该方案(执行装置)以便在该实施例所使用的两个逆变器中不选择同一执行装置。
在该实施例中，如同太阳能电池1一样，采用了用于在标准阳光(阳光强度为1kW/m2)下输出120W的a-Si太阳能电池模块。如同断路器3一样，采用了机械开关。系统4是具有60Hz频率的单相双线商业电源系统。逆变器2的输出电气方案也与系统4中的一样。额定输出为100W。如同负载5一样，采用了电阻负载设备以及用作为转子负载的磨床。如同控制装置25的开关元件一样，采用了MOSFET。不过，开关元件能够具有任何类型或结构。
下面将描述该实施例的逆变器的操作的验证试验。
为了验证该实施例的操作，使用了含有相同数量的逆变器并具有如上所述的相同系统结构的对比例子。该对比例子的配置与上述结合现有技术所描述的图5中所示的配置相同。逆变器10的控制装置25的配置与逆变器2的控制装置25内的配置相同。执行装置231接收电流指令值并向电流指令部件256输出波动指令值，如同逆变器2中的。另外，经由执行装置231的有源方案的操作以及效果也与逆变器2中的那些一样。
首先，太阳能电池1受阳光照射以使本发明的两个逆变器2的输出功率几乎等于额定输出。接着，伪负载的功耗被调整到几乎使流过断路器3的电流为零。当保持这一状态时，断路器3断开。在两个逆变器2中，在断路器3断开后，系统保护功能(异常电压的增大，异常电压的减小，异常频率的增大，以及异常频率的减小)运作约一秒，并且控制装置25向拆除装置22输出拆除信号。逆变器2被除去和停止操作。
采用该对比例子的逆变器10来作相同的试验。结果，两个逆变器的有源方案被彼此取消，并且这两个逆变器都继续操作。
如上所述，根据该实施例，一个逆变器具有有着用于岛操作检测的多种有源方案的岛操作检测装置，并且能够选择和应用一个或多个有源方案。因为这些原因，即使当多个逆变器的并行操作将被执行，主-从电缆也不是必需的，并且能够实现具有良好安装可操作性以及安装中的高度自由的廉价系统。另外，在多逆变器并行操作中，岛操作能够由单一模式的逆变器有效地检测到。不需要准备多种模式的逆变器。此外，相同模式逆变器的大规模生产效应也是巨大的。因此，能够实现更加低廉的逆变器。
除了该实施例逆变器2内所选定的方案外，也能够采用其它有源方案的组合而不存在任何问题。也就是说，在多逆变器并行操作中，所必需的仅仅是能够把大量类型的有源方案应用于补偿各个有源方案的死区以及防止有源方案之间的任何非平衡操作。另外，选择装置24能够用软件或是硬件来实现，并且其配置不受限制。也就是说，所必需的仅仅是能够从多种有源方案中选出一个或多个方案，并且该选定的方案能够被用作为有源方案。此外，在电源故障状态下当检测系统内的干扰时停止该逆变器，该故障状态由在该系统互连逆变器的岛操作检测装置中不具有无源方案的有源方案、上述各种系统保护功能(系统异常检测功能)所引起，如同该实施例内的。不过，对于用于检测岛操作的执行装置的选择的目标是该多个有源方案。
[第二实施例]
下面将描述本发明太阳能发电系统的第二个实施例。与第一实施例相同的部件的描述将省略。将主要描述该实施例的特有部件。
在该实施例的配置中，使用了7个第一实施例的逆变器2。该7个逆变器2中的每一个都具有与第一实施例中所描述的同样的配置。把这些逆变器互连到一个单独的系统4，并执行多逆变器并行操作。对比例子也具有如上所述相同数量的逆变器以及相同的系统结构。
另外，为了使逆变器2尽可能地选择有源方案的各方面协调的组合，进行设置以使，该7个逆变器的，3个逆变器选择执行装置231，2个逆变器选择执行装置232，以及2个逆变器选择执行装置233使用选择装置24。
下面将描述该实施例的逆变器操作的验证试验。
在如第一实施例的相同条件下使用具有7个逆变器2的该实施例以及具有7个逆变器10的对比例子来实施验证试验。结果，在该实施例中，逆变器2停止操作，与第一实施例内的相同。另外，由于通过附加上一种有源方案而使得总共有三种有源方案被使用，以及被操作的逆变器数量增加，因此即使是在第一实施例的岛操作范围内，该岛操作的持续时间也减少。另一方面，该对比例子的逆变器10继续岛操作，如第一实施例中的。
如上所述，根据该实施例，一个逆变器具有多种用于岛操作检测的有源方案，并且能够选择和应用一个或多个有源方案。因为这些原因，即使当多个逆变器的并行操作将被执行，主-从电缆也不是必需的，并且能够实现具有良好安装可操作性以及安装中的高度自由的廉价系统。另外，在多逆变器并行操作中，岛操作能够由单一模式的逆变器有效地检测到。不需要准备多种模式的逆变器。此外，相同模式逆变器的大规模生产效应也是巨大的。因此，能够实现更加低廉的逆变器。
[第三实施例]
下面将描述本发明太阳能发电系统的第三个实施例。与第一实施例相同的部件的描述将省略。将主要描述该实施例的特有部件。
图4是表示该实施例的配置的方框图。第三实施例与第一实施例的不同之处在于系统互连逆变器装置6(下文称为逆变器6)具有时间设置装置66和随机选择装置67以及该装置具有取代选择装置24的选择装置64。
在该实施例中，把十个逆变器6互连到一个单独的系统4上，并执行多逆变器并行操作。太阳能电池1与逆变器2一对一对应连接。对比例子也具有如上所述相同数量的逆变器以及相同的系统结构。
图4是表示该实施例的太阳能发电系统的配置的方框图。时间设置装置66输出使随机选择装置67(稍后描述)开始随机选择的一个起始信号661。在该实施例中，设置成在一天中第一次激活该逆变器时输出该起始信号661。
随机选择装置67是用于随机地选择将要由选择装置64选择的执行装置231-233的装置，并且从时间设置装置66接收到起始信号661就开始随机选择。把结果(下文称为选择结果信号671)输出到选择装置64。一接收到该选择结果信号671，选择装置64就根据该结果信号选择执行装置。
用上述操作，逆变器6的有源方案在一天的第一次激活时被随机选择，并把所选定的方案设置成岛操作检测方案。随机选择方法并不限于上述方法。例如，可以在每个逆变器激活时刻启动随机选择。另一方面，可以在任意时间执行随机选择。即使是在安装逆变器的时候也可以执行随机选择。也就是说，所必需的仅仅是选择有源方案的各方面协调的组合。
下面将描述该实施例的逆变器操作的验证试验。
当太阳能电池的输出正常地为零时，在日本下午11点在图4所示的配置中连接逆变器6。第二天早晨当太阳升起，并且太阳能电池1的输出满足激活条件时，在上午7点钟，激活逆变器6。逆变器6在其激活后几秒钟开始输出AC电流，同时执行随机选择。于是，3个执行装置231，4个执行装置232，以及3个执行装置23被自动地设置。
如上所述，根据该实施例，一个逆变器具有有着用于岛操作检测的多种有源方案的岛操作检测装置，并且能够选择和应用一个或多个有源方案。因为这些原因，即使当多个逆变器的并行操作将被执行，主-从电缆也不是必需的，并且能够实现具有良好安装可操作性以及安装中的高度自由的廉价系统。另外，在多逆变器并行操作中，岛操作能够由单一模式的逆变器有效地检测到。不需要准备多种模式的逆变器。此外，相同模式逆变器的大规模生产效应也是巨大的。因此，能够实现更加低廉的逆变器。
另外，在该实施例中，由于自动选择以及随机设置有源方案，因此能够大大减少在设置有源方案中的劳动。随着逆变器的数量增加，这一效果变得更为显著。
[第四实施例]
下面将描述本发明太阳能发电系统的第四个实施例。与第一实施例相同的部件的描述将省略。将主要描述该实施例的特有部件。
图8是表示该实施例的太阳能发电系统的配置的方框图。在该实施例中，把5个逆变器101互连到一个单独的系统4，并执行多逆变器并行操作。在接点A上把逆变器的输出相互并联连接。太阳能电池1与逆变器101一对一对应连接，如同图2中的。
作为特有特征，该实施例的逆变器101具有能够执行3个无源方案的无源方案执行装置23’以及选择装置24。也就是说，该逆变器的岛操作装置具有3个不同的无源方案。下面将主要描述与这些元件有关的该实施例的逆变器101。
图8所示的控制装置26是用于驱动功率变换装置21的控制装置的功能块。控制装置26具有功率检测部件251，功率指令部件254，电流指令部件256，相位检测部件253，相位指令部件257，PWM部件255，以及驱动电路252，与图3所示第一实施例中的控制装置26类似。
图8所示无源方案执行装置23’具有3个电源故障检测装置331-333。第一电源故障检测装置331执行检测在逆变器101的输出电压的瞬时相位中的跃变的作为无源方案的电压相位跃变检测方案，该跃变发生在电源故障的时候，从而确定该系统中的电源故障。第二电源故障检测装置332执行检测在逆变器101的输出电压的第三谐波失真中的突增的作为无源方案的第三谐波电压失真突增检测方案，该突增发生在电源故障的时候，从而确定该系统中的电源故障。第三电源故障检测装置333执行检测在逆变器101的输出电压的频率中的突变的作为无源方案的频率变化速率检测方案，该突变发生在电源故障的时候，从而确定该系统中的电源故障。
选择装置24从控制装置26接收互连信号241，选择3个电源故障检测装置中的一个，并输出该互连信号241。一旦接收到该互连信号241并从输出电压中确定该系统中的电源故障，由该选择装置24选定的电源故障检测装置就向安排在控制装置26内的电流指令部件256输出停止信号H(高)。把未被选中的电源故障检测装置的输出固定在L(低)。
无源方案执行装置23’与选择装置24是软件实现的装置。通过在逆变器101的设置面板(未示出)上的人工操作来操作该软件。进行设置以使得在该实施例所使用的5个逆变器中，2个逆变器选择电源故障检测装置331，3个逆变器选择电源故障检测装置332。各个逆变器内的未被选中的电源故障检测装置的程序不被执行。
在该实施例中，太阳能电池1，断路器3，系统4，以及负载5与第一实施例中的相同。逆变器101的输出的电气方案也与系统3中的相同。额定输出为100W。作为控制装置25的开关元件，采用了MOSFET。不过，该开关元件能够具有任何类型和结构。
下面将描述该实施例的逆变器的操作的验证试验。
为了验证该实施例的操作，采用了含有相同数量的逆变器并具有如上所述相同系统结构的对比例子。该对比例子的配置与图12所示的相同。逆变器8的控制装置26的配置与逆变器101的控制装置26的配置相同。经由电源故障检测装置331的操作以及该无源方案的效果也与逆变器101中的相同。
首先，太阳能电池1受阳光照射以使得本发明的五个逆变器101的输出功率几乎等于额定输出。接着，调整负载5的功耗以使，对于从系统4流到负载5的电流，有效电流变为0.04A，功率因数变为约-0.5。当保持这一状态时，断开断路器3。在五个逆变器101中，电源故障检测装置331或332在断路器3断开后大约0.5秒检测该系统内的电源故障。输出停止信号，并且该五个逆变器101停止操作。
采用该对比例子的逆变器8来实施同样的试验。结果，由于该五个逆变器具有相同的无源方案以及相同的死区，因此该五个逆变器全都继续操作。
如上所述，根据该实施例，一个逆变器具有有着用于岛操作检测的多种有源方案的岛操作检测装置，并且能够选择和应用一个或多个有源方案。因为这些原因，即使当多个逆变器的并行操作将被执行，岛操作也能够由单一模式的逆变器有效地检测到。因此，不需要准备多种模式的逆变器。此外，相同模式逆变器的大规模生产效应也是巨大的。因此，能够实现更加低廉的逆变器。
除了该实施例逆变器101内所选定的方案外，也能够采用其它无源方案的组合而不存在任何问题。也就是说，在多逆变器并行操作中，所必需的仅仅是能够把大量类型的无源方案应用于补偿各个无源方案的死区以及防止无源方案之间的任何非平衡操作。另外，选择装置24能够用软件或是硬件来实现，并且其安排不受限制。也就是说，所必需的仅仅是能够从岛操作检测功能的多个无源方案中选出一个。
当在同一区域内多个逆变器被系统-互连时，该实施例的逆变器是有效的。例如，当在同一区域内该实施例的逆变器被系统-互连时，岛操作的发生能够得到有效抑制。另外，即使当传统的逆变器与该实施例的逆变器被系统-互连时，
通过选择该实施例的逆变器的无源方案以使传统逆变器的无源方案的死区得到补偿也能够有效抑制岛操作的发生。
[第五实施例]
下面将描述本发明的太阳能发电系统的第五个实施例。与上述实施例相同的部件的描述将省略。将主要描述该实施例的特有部件。
图9是表示该实施例的太阳能发电系统的配置的方框图。在该实施例中，把10个逆变器6互连到一个单独的系统4，并执行多逆变器并行操作。太阳能电池1与逆变器101一对一对应连接。
该实施例的系统互连逆变器装置6(下文称为逆变器6)与第四实施例的逆变器101的不同之处在于逆变器6具有一时间设置装置66和随机选择装置67以及该装置具有一个取代选择装置24的选择装置64。下面将主要结合与第四实施例不同的这些部件来描述该实施例。
时间设置装置66输出使随机选择装置67(稍后描述)开始随机选择的第一起始信号661。该时间设置装置66还接收互连信号241。在该实施例中，设置成在一天中第一次激活该逆变器时，即，当在这一天的开始，该互连信号被输入到时间设置装置66内时，输出该第一起始信号661。
随机选择装置67是用于随机地选择将要由选择装置64选择的电源故障检测装置331-333中的一个的装置，并且一接收到第一起始信号661就开始随机选择。把结果(下文称为第一选择结果信号671)输出到选择装置64。一接收到该第一选择结果信号671，选择装置64就根据该结果信号选择电源故障检测装置331-333中的一个。
用上述操作，逆变器6的无源方案在一天的第一次激活时被随机选择，并且把所选定的方案设置为岛操作检测方案。随机选择方法并不限于上述方法。例如，可以在每次逆变器激活时刻启动随机选择。另一方面，可以随机设置启动定时。即使在安装逆变器时也可以执行随机选择。也就是说，所必需的仅仅是在多个逆变器中防止无源方案的非平衡操作。
下面将描述该实施例的逆变器操作的验证试验。
当太阳能电池的输出正常地为零时，在日本下午11点把图9所示的逆变器6连接到一试验电路上。第二天早晨当太阳升起，并且太阳能电池1的输出满足激活条件时，在上午7点钟，激活逆变器6。之后几秒钟逆变器6开始输出电流。在互连开始后，同时执行随机选择。于是，3个电源故障检测装置331，4个电源故障检测装置332，以及3个电源故障检测装置333被自动设置。
另外，在与第四实施例中的条件相同的条件下使用该实施例的逆变器6与仅仅用相同配置的同一无源方案实现的对比例子中的逆变器8来实施验证试验。
结果，该实施例的逆变器6停止操作，如同第四实施例中的。另外，由于所运行的逆变器的数量增多，因此即使是在第四实施例中的岛操作范围内，岛操作的持续时间也减少。另一方面，该对比例子的逆变器8继续岛操作，如同第四实施例中的。
如上所述，根据该实施例，一个逆变器具有有着岛操作检测功能的多种无源方案的一岛操作检测装置，并且能够选择和应用一个或多个无源方案。因为这些原因，即使当多个逆变器的并行操作将被执行，岛操作也能够由单一模式的逆变器有效地检测到。因此，不需要准备多种模式的逆变器。此外，相同模式逆变器的大规模生产效应也是巨大的。因此，能够实现更加低廉的逆变器。
另外，在该实施例中，由于自动选择以及随机设置无源方案，因此能够大大减少在设置无源方案中的劳动。在逆变器的数量增加时这一效果变得更为显著。
另外，如果对电力公司不要求预先应用的系统互连系统变为普及，并且例如，
如果诸如AC模块的、要被插到壁上插座内的系统大为渗透，那么将变得更难于掌握邻近房屋中系统互连系统的岛操作检测方案。在此情形下，其中，如上所述，岛操作检测方案被随机选择的本发明的效果特别大。
[第六实施例]
下面将描述本发明的太阳能发电系统的第六个实施例。与上述实施例相同的部件的描述将省略。将主要描述该实施例的特有部件。
作为该实施例的特有特征，将有源方案与无源方案组合并作为岛操作检测功能执行。也就是说，逆变器的该岛操作检测装置既包含有源方案，又包含无源方案。无源方案的操作及选择与第三或第五实施例中的相同，并且这里将省略其中的描述。
该实施例的系统互连逆变器装置(下文称为逆变器7)与第五实施例的逆变器6的不同之处在于该逆变器具有无源方案执行装置73，选择装置74，时间设置装置76，以及随机选择装置77，以及在于该逆变器具有取代控制装置26的控制装置75。下面将主要结合与第五实施例不同的这些部件来描述该实施例。
图10是表示该实施例的太阳能发电系统的配置的方框图。在该实施例中，把10个逆变器6互连到一个单独的系统4，并执行多逆变器并行操作。太阳能电池1与逆变器2一对一对应连接。
图10所示的有源方案执行装置73具有三个变更生成装置731-733。
第一变更生成装置731是用于执行有源方案的有功功率变更方案的装置并且具有与第一实施例的变更生成装置231相同的配置。第二变更生成装置732是用于执行有源方案的无功功率变更方案的装置并且具有与第一实施例的变更生成装置232相同的配置。第三变更生成装置733是用于执行有源方案的无功功率变更方案的装置并且具有与第一实施例的变更生成装置233相同的配置。
时间设置装置76基本上具有与第五实施例的时间设置装置66同样的配置并输出第二起始信号761用于由随机选择装置77启动随机选择(稍后描述)。时间设置装置76还接收互连信号241。在该实施例中，同样设置成在一天中的第一次逆变器互连时输出该第二起始信号761，如同第五实施例中的。
随机选择装置77是用于选择，随机地，将要由选择装置74选择的变更生成装置731-733中的一个的装置，并且一接收到第二起始信号761就开始随机选择。把结果(下文称为第二选择结果信号771)输出到选择装置74。一接收到该第二选择结果信号771，选择装置74就根据该结果信号771选择一个变更生成装置。
用上述操作，逆变器6的有源方案在一天的第一次激活时被随机选择，并且把所选定的方案设置为岛操作检测方案。随机选择方法并不限于上述方法。例如，可以在每次逆变器激活时刻启动随机选择。另一方面，可以随机设置启动时机。即使在安装逆变器时也可以执行随机选择。也就是说，所必需的仅仅是在多个逆变器中防止有源方案的非平衡操作。
下面将描述该实施例的逆变器操作的验证试验。
如同第五实施例中的，在下午11点把图10所示的逆变器7连接到一试验电路上。在第二天的大约上午7点钟，激活逆变器7。逆变器7在其激活后的几分钟开始输出电流。在互连开始后，同时执行随机选择。于是，3个电源故障检测装置331，3个电源故障检测装置332，4个电源故障检测装置333，4个变更生成装置731，3个变更生成装置732，以及3个变更生成装置733被自动设置。
另外，在与第五实施例中的条件相同的条件下使用该实施例的逆变器7与作为对比例子的具有图11所示配置的逆变器9来实施验证试验。图11所示逆变器9与逆变器7的不同之处在于逆变器9具有取代有源方案执行装置73与无源方案执行装置23’的有源方案执行装置93与无源方案执行装置83，以及在于逆变器9没有选择装置74与选择装置64，没有时间设置装置76与时间设置装置66，以及没有随机选择装置77与随机选择装置67。逆变器9的有源方案执行装置93与无源方案执行装置83仅仅分别具有一个变更生成装置731与一个电源故障检测装置331。结果，本发明的逆变器7停止操作，如同第五实施例中的。另外，由于有源方案是新近增加的，因此第五实施例中岛操作范围内的岛操作的持续时间也减少。另一方面，由于也把该有源方案新加到该对比例子的逆变器9上，因此岛操作范围变得比第五实施例中更窄。不过，该逆变器仅仅具有同一类型的有源方案与无源方案。因此，即使在该实施例的逆变器所停止的范围内，岛操作也不时继续。
如上所述，根据该实施例，每个逆变器都具有有着岛操作检测功能的多种无源方案与有源方案的一岛操作检测装置，并且能够选择和应用一个无源方案与一个有源方案。因为这些原因，即使当多个逆变器的并行操作将被执行，该实施例的逆变器也能够用单一模式作出足够的岛操作检测。因此，不需要准备使用不同岛操作检测方案的多种模式的逆变器。此外，相同模式逆变器的大规模生产效应也是巨大的。因此，能够实现更加低廉的逆变器。
另外，在该实施例中，由于自动选择以及随机设置无源方案与有源方案，因此能够大大减少在设置各个方案中的劳动。在逆变器的数量增加时这一效果变得更为显著。
[其它实施例]
即使在单个无源方案或无源方案中，通过改变检测参数诸如检测时间，检测周期，或检测宽度，或者是改变变更参数诸如变更时间，变更周期，或变更宽度也能够减少伪无源方案或伪有源方案的种类的数量。另外，象以上实施例中的随机选择，用于随机选择这些参数的装置也能够被优先采用。
这样，当伪无源方案或伪有源方案的种数减少，并且随机选择方案时，岛操作检测灵敏度进一步减小。注意，所选择的参数必须是不会由于有源方案间的干扰而降低检测能力。另外，当在许多传统逆变器被互连的那一区域内互连本发明的逆变器时，该实施例的逆变器几乎不可能选择与传统逆变器中同样的方案，并且岛操作的发生能够得到有效抑制。因此，本发明所得到的效果能够说是很大的。
在各个方案中能够获得与以上所述相同的效果而无需组合无源方案与有源方案。
本发明能够应用于包含有多个设备(例如，主计算机，接口，阅读机，打印机)的系统，或是含有一个单独设备(例如，逆变器)的装置。
此外，通过向计算机系统或装置(例如，个人计算机)提供存有用于执行上述处理的程序代码的存储介质，由该计算机系统或装置的CPU或MPU读取该程序代码，然后执行该程序也能够实现本发明的目标。
在此情形中，从该存储介质读取的程序代码实现这些实施例的功能，并且该存有程序代码的存储介质构成本发明。
此外，诸如软盘，硬盘，光盘，磁光盘，CD-ROM，CD-R，磁带，非易失型存储卡，以及ROM的存储介质能够被用于提供该程序代码。
此外，除了通过执行由计算机读取的程序代码来实现的本发明的上述功能外，本发明还包括一个盒，其上的OS(操作系统)或是工作在计算机上的类似物按照该程序代码的指定执行部分或全部处理并实现上述实施例的功能。
此外，本发明还包括一个盒，其上，在把从存储介质读取的程序代码写入插到计算机内的功能扩展卡或是写入与该计算机相连的功能扩展单元所提供的存储器后，CPU或是包含在该功能扩展卡或单元内的类似物按照该程序代码的指定执行部分或全部处理并实现上述
实施例的功能。
由于是显而易见的，因此能够作出本发明的许多不同实施例而不脱离本发明的精神和范围，所以需要理解本发明除了如附带的权利要求书所定义的外并不限于其中的特定实施例。
工业可应用性
本发明能够应用于功率变换装置诸如把直流功率变换成交流功率并把它输出到系统电源的逆变器，以及具有多个功率变换装置的功率变换系统。在使用多个功率变换装置执行多逆变器并行操作时，选择用于检测岛式的方案的很均衡组合，其将在各自的功率变换装置内被运行。由于主-从电缆不是必需的，因此整个费用降低，安装中的可操作性增大，并且安装自由度增大。另外，在多逆变器并行操作中，不必准备用于根据不同的有源方案或无源方案检测岛操作的功率变换装置。此外，在相同模式的功率变换装置的大规模生产中，能够实现更加低廉的功率变换装置。

Claims (28)

1.一种功率变换装置，用于把直流功率变换成交流功率并向系统电源输出该交流功率，其特征在于包含：
具有多个不同方案的岛操作检测装置，这些方案检测其中来自该系统电源的供电被停止的岛操作状态；以及
选择装置，用于从该多个方案中选择至少一个要被运行的方案。
2.根据权利要求1的功率变换装置，其特征在于该多个方案是有源方案。
3.根据权利要求2的功率变换装置，其特征在于该多个方案包括有功功率变更方案、无功功率变更方案、以及频率偏移方案中的至少一个。
4.根据权利要求1的功率变换装置，其特征在于该多个方案是无源方案。
5.根据权利要求4的功率变换装置，其特征在于该多个方案包括电压相位跃变检测方案、第三谐波电压失真突增检测方案、以及频率变化速率检测方案中的至少一个。
6.根据权利要求1的功率变换装置，其特征在于该多个方案包括有源方案和无源方案。
7.根据权利要求1的功率变换装置，其特征在于所述选择装置按照用户输入选择至少一个方案。
8.根据权利要求1的功率变换装置，其特征在于所述选择装置随机选择至少一个方案。
9.根据权利要求8的功率变换装置，其特征在于进一步包含时间设置装置，用于确定所述选择装置的选择时机。
10.根据权利要求8的功率变换装置，其特征在于所述选择装置以基本上相同的概率选择该多个方案。
11.根据权利要求9的功率变换装置，其特征在于当该功率变换装置被激活时所述时间设置装置使所述选择装置执行选择。
12.根据权利要求9的功率变换装置，其特征在于在预定时间，所述时间设置装置使所述选择装置执行选择。
13.根据权利要求1的功率变换装置，其特征在于该直流功率是从直流电源供给的。
14.根据权利要求13的功率变换装置，其特征在于该直流电源是太阳能电池。
15.一种功率变换系统，包含多组权利要求1的功率变换装置，以及被与功率变换装置相一致安排并提供直流功率的直流电源，其特征在于
在该系统内以基本上相等的数量选择方案。
16.根据权利要求15的功率变换系统，其特征在于该直流电源是太阳能电池。
17.一种岛操作检测方法，用于把直流功率变换成交流功率并向系统电源输出该交流功率的功率变换装置，其特征在于包括：
设置岛操作检测装置，该装置具有多个检测其中来自该系统电源的供电被停止的岛操作状态的不同方案；以及
从该多个方案中选择至少一个方案并运行该方案。
18.根据权利要求17的岛操作检测方法，其特征在于该多个方案是有源方案。
19.根据权利要求18的岛式岛操作检测方法，其特征在于该多个方案包括有功功率变更方案、无功功率变更方案、以及频率偏移方案中的至少一个。
20.根据权利要求17的岛操作检测方法，其特征在于该多个方案是无源方案。
21.权利要求20的岛操作检测方法，其特征在于该多个方案包括电压相位跃变检测方案、第三谐波电压失真突增检测方案、以及频率变化速率检测方案中的至少一个。
22.根据权利要求17的岛操作检测方法，其特征在于该多个方案包括有源方案和无源方案。
23.一种岛操作检测方法，用于一种功率变换系统，该系统包括把直流功率变换成交流功率并向系统电源输出该交流功率的多组功率变换装置以及被与该功率变换装置相对应地设置并提供该直流功率的直流电源，其特征在于包括：
在每个功率变换装置内，安排具有多个检测其中来自该系统电源的供电被停止的岛操作状态的不同方案的岛操作检测装置；以及
在每个功率变换装置内选择方案以使得以基本相等的数量选择将在系统中运行的方案。
24.根据权利要求23的岛操作检测方法，其特征在于该多个方案是有源方案。
25.根据权利要求24的岛式岛操作检测方法，其特征在于该多个方案包括有功功率变更方案、无功功率变更方案、以及频率偏移方案中的至少一个。
26.根据权利要求23的岛操作检测方法，其特征在于该多个方案是无源方案。
27.根据权利要求26的岛操作检测方法，其特征在于该多个方案包括电压相位跃变检测方案、第三谐波电压失真突增检测方案、以及频率变化速率检测方案中的至少一个。
28.根据权利要求233的岛操作检测方法，其特征在于该多个方案包括有源方案和无源方案。
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