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CN109463035A - 电力转换装置和用于电力转换装置的控制方法 - Google Patents

电力转换装置和用于电力转换装置的控制方法 Download PDF

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CN109463035A
CN109463035A CN201780040185.0A CN201780040185A CN109463035A CN 109463035 A CN109463035 A CN 109463035A CN 201780040185 A CN201780040185 A CN 201780040185A CN 109463035 A CN109463035 A CN 109463035A
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power
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Abstract

一种电力转换装置包括：电力转换单元(20)，被设置在DC电源(2)和AC电气路径(3)之间并且被配置成执行DC/AC电力转换；和控制单元(14)，被配置成控制电力转换单元(20)。控制单元(14)包括：确定单元(25)，被配置成确定启动电流是否已经流过AC电气路径(3)；和调节单元(26)，被配置成基于确定单元(25)的确定结果调节由电力转换单元(20)产生的AC电压。

Description

电力转换装置和用于电力转换装置的控制方法
技术领域
本发明涉及一种电力转换装置和用于电力转换装置的控制方法。
本申请要求于2016年7月15日提交的日本专利申请No.2016-140442的优先权，其全部内容通过引用被合并在此。
背景技术
安装在普通家庭等中的二次电池系统或光伏系统包括用于执行DC到AC电力转换的电力转换装置(参见例如专利文献1)。
引用列表
[专利文献]
专利文献1：日本特开专利公开No.2000-316282
发明内容
根据一个实施例的电力转换装置包括：电力转换单元，被设置在DC电源和AC电气路径之间，并且被配置成执行DC/AC电力转换；和控制单元，被配置成控制电力转换单元，其中控制单元包括：确定单元，被配置成确定启动电流是否已经流过AC电气路径；和调节单元，被配置成基于确定单元的确定结果调节由电力转换单元产生的AC电压。
根据一个实施例的用于电力转换装置的控制方法是用于下述电力转换装置的控制方法，该电力转换装置包括电力转换单元，被设置在DC电源和AC电气路径之间并且被配置成执行DC/AC电力转换，该控制方法包括：确定启动电流是否已经流过AC电气路径的确定步骤；和基于确定步骤中的确定结果调节由电力转换单元产生的AC电压的调节步骤。
在一个实施例中，除了上述电力转换装置和用于电力转换装置的上述控制方法之外，还能够实现作为由计算机执行的计算机程序。
附图说明
图1示出电力转换装置的电路图的示例。
图2是示意性地示出(水平描绘)最小切换转换方法中的DC/DC转换器和逆变器的操作的特征的波形图。
图3是示意性地示出(垂直描绘)最小切换转换方法中的DC/DC转换器和逆变器的操作的特征的波形图。
图4是示出控制单元的功能的框图。
图5是示出其中输出电压控制单元控制从电力转换单元输出的AC电压的有效值的方式的控制框图。
图6是示出由控制单元的确定单元和调节单元执行的用于启动电流的抑制过程的流程图，并且示出用于检测启动电流的发生和开始对启动电流的抑制过程的过程。
图7是示出由控制单元的确定单元和调节单元执行的对启动电流的抑制过程的流程图，并且示出从执行启动电流抑制过程直到其结束的过程。
图8是示出在验证中流过电力转换装置的启动电流的测量结果的曲线图。
图9是示出当图8中所示的启动电流流动时从电力转换单元输出的AC电压和流过AC电气路径的电流的曲线图的示例。
图10示出图9中的开始定时Ts附近的放大曲线图。
图11示出图9中的时段ΔT的中心部分的放大曲线图。
图12示出图9中的完成定时Tf附近的放大曲线图。
具体实施方式
[本公开要解决的问题]
例如，当诸如电动机的负载连接到AC电源时，此时，比在执行负载的额定操作的情况大几到十倍的电流，即，所谓的启动电流，能够流动。
在独立地执行向负载供应电力的自主操作而没有将电力转换装置的AC输出与诸如电网的外部AC电源互连的情况下，启动电流也从电力转换装置流动。
在这方面，为了将电力转换装置配置成具有能够允许启动电流的流动的这样的规格，不得不为半导体器件、电缆等选择具有超过必要的过度质量的部件，从而导致成本增加。
因此，期望一种用于抑制启动电流的方法。
因此，目的是为了提供能够抑制启动电流的技术。
[本公开的效果]
根据本公开，能够抑制启动电流。
在下文中，将参考附图描述优选实施例。
[实施例的概要]
(1)根据一个实施例的电力转换装置，包括：电力转换单元，该电力转换单元被设置在DC电源和AC电气路径之间并且被配置成执行DC/AC电力转换；和控制单元，该控制单元被配置成控制电力转换单元，其中控制单元包括：确定单元，该确定单元被配置成确定启动电流是否已经流过AC电气路径；和调节单元，该调节单元被配置成基于确定单元的确定结果调节由电力转换单元产生的AC电压。
在如上所述配置的电力转换装置中，如果确定启动电流已经流过AC电气路径，则能够调节由电力转换单元产生的AC电压以使其减小，从而能够抑制启动电流。
(2)在上述电力转换装置中，优选地，电力转换单元包括DC/DC转换器，该DC/DC转换器设置在DC电源和DC母线之间，并且被配置成将DC电源的DC电压升高到预定的中间电压；和逆变器，该逆变器被连接在DC母线和AC电气路径之间并且被配置成将中间电压转换成AC电压波形，并且调节单元基于确定单元的确定结果调节由DC/DC转换器产生的DC母线的电压和AC电压。
在这种情况下，能够调节AC电压使得在没有不必要地升高DC电压情况下抑制启动电流。
(3)在上述电力转换装置中，控制单元可以控制电力转换单元，使得为了从DC电压产生AC电压，DC/DC转换器升高DC电压并且逆变器执行极性非反转通过和极性反转通过中的一个的时段和DC/DC转换器被停止并且逆变器执行降压操作并且极性非反转通过和极性反转通过中的一个的时段在一个AC周期中交替地出现。
同样在这种情况下，能够调节AC电压使得在没有不必要地升高DC电压的情况下抑制启动电流。
(4)优选地，调节单元控制电力转换单元，使得AC电压在零交叉附近被调节。
在这种情况下，能够抑制由于调节AC电压而引起的电压变化。
(5)在上述电力转换装置中，确定单元可以基于在电力转换单元和AC电气路径之间流动的电流来确定启动电流是否已经流动，并且调节单元可以基于确定单元的确定结果和电流与预定过电流保护阈值之间的比较结果调节由电力转换单元产生的AC电压。
在这种情况下，能够在考虑过电流时抑制启动电流。
(6)根据一个实施例的用于电力转换装置的控制方法是用于下述电力转换装置的控制方法，该电力转换装置包括电力转换单元，该电力转换单元被设置在DC电源和AC电气路径之间并且被配置成执行DC/AC电力转换，该控制方法包括：确定启动电流是否已经流过AC电气路径的确定步骤；和基于确定步骤中的确定结果调节由电力转换单元产生的AC电压的调节步骤。
如上所述配置的电力转换装置的确定方法能够抑制启动电流。
用于电力转换装置的上述控制方法可以通过由提供给电力转换装置的计算机执行计算机程序来实现。
也就是说，计算机程序是用于使计算机执行电力转换装置的控制的计算机程序，该电力转换装置包括电力转换单元，该电力转换单元被设置在DC电源和AC电气路径之间并且被配置成执行DC/AC电力转换，计算机程序使计算机执行：确定启动电流是否已经流过AC电气路径的确定步骤；和基于确定步骤中的确定结果调节由电力转换单元输出的AC电压的调节步骤。
[实施例的细节]
在下文中，将参考附图描述优选实施例。
注意，下面描述的实施例的至少部分可以可选地彼此组合。
[电力转换装置的配置]
图1示出电力转换装置的电路图的示例。在图1中，电源转换装置1设置在DC电源2和AC电气路径3之间，并且在DC电源2的DC电压低于AC电气路径3的AC电压的峰值(波峰值)的状态下执行DC/AC电力转换。例如，电力转换装置1能够将基于DC电源2产生的AC电力作为自主输出提供给连接到AC电气路径3的负载4。
电力转换装置1包括DC侧电容器5、电力转换单元20、中间电容器9和滤波电路11作为主电路配置元件。
电力转换单元20包括DC/DC转换器6和逆变器10。
DC/DC转换器6包括DC电抗器7、高侧开关元件Q1和低侧开关元件Q2，以形成DC斩波电路。作为开关元件Q1，Q2，例如，可以使用MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。作为MOSFET的开关元件Q1、Q2分别具有二极管(体二极管)d1、d2。开关元件Q1、Q2由控制单元14控制。
DC/DC转换器6的高压侧连接到DC母线8。连接在DC母线8的两条线之间的中间电容器9具有小电容(100μF或更小，例如，几十个μF)并且对以高频(例如，20kHz)切换的电压施加平滑功能，但是对于大约是商业频率的两倍的频率(100Hz或120Hz)处变化的电压不会施加平滑功能。
连接到DC母线8的逆变器10包括形成全桥电路的开关元件Q3到Q6。开关元件Q3至Q6例如是MOSFET。在MOSFET的情况下，开关元件Q3至Q6分别具有二极管(体二极管)d3至d6。开关元件Q3至Q6由控制单元14控制。
滤波电路11设置在逆变器10和AC电气路径3之间。滤波电路11包括AC电抗器12，以及相对于AC电抗器12被设置在负载4侧(图中的右侧)上的AC侧电容器13。滤波电路11防止逆变器10中出现的高频噪声通过并泄漏到AC电气路径3侧。
作为用于测量的电路元件，电压传感器15和电流传感器16被设置在DC/DC转换器6的低压侧(图中的左侧)。电压传感器15被并联地连接到DC电源2并且检测DC电源2的两端之间的电压。关于检测到的电压的信息被提供给控制单元14。电流传感器16检测流过DC/DC转换器6的电流。关于检测到的电流的信息被提供给控制单元14。
另外，电压传感器21设置在DC/DC转换器6的高压侧(图中的右侧)。电压传感器21检测DC母线8的电压。关于检测到的电压的信息被提供给控制单元14。
在AC侧上，提供用于检测流过AC电抗器12的电流的电流传感器17。关于由电流传感器17检测到的电流的信息被提供给控制单元14。电压传感器18与AC侧电容器13并行设置。电流传感器19设置在连接负载4和电力转换装置1的电气路径。将关于由电压传感器18检测到的电压的信息和关于由电流传感器19检测到的电流的信息被提供给控制单元14。
在DC电源2是光伏面板的情况下，电力转换装置1仅执行DC到AC转换。在DC电源2是蓄电池的情况下，电力转换装置1不仅能够执行DC到AC转换，还能够执行AC到DC转换以对蓄电池充电。也就是说，逆变器10和DC/DC转换器6能够操作以在两个方向上传送电力。
[最小切换转换方法]
接下来，将描述由电力转换装置1执行的最小切换方法中的操作概要。
图2和图3是示意性地示出最小切换转换方法中的DC/DC转换器6和逆变器10的操作的特征的波形图。图2和图3示出相同的内容，但是特别地，图2以容易理解的方式示出从DC输入到AC输出的幅度的关系，并且特别地，图3以容易理解的方式示出控制的定时。图2中的上阶段和图3中的左列是示出不基于最小切换转换方法的传统切换控制的波形图，用于进行比较。图2中的下阶段和图3中的右列是示出最小切换转换方法中的操作的波形图。
首先，在图2中的上阶段(或图3中的左列)处，在传统的开关控制中，响应于输入的DC电压在DC/DC转换器中的一对开关元件和DC电抗器当中的相互连接点处的输出是脉冲串，其具有比DC电压更高的值并且以规则的间隔排列。此输出由中间电容器平滑，并且然后作为DC母线的电压产生。另一方面，逆变器在PWM(脉冲宽度调制)控制下执行切换，同时每半个周期反转极性。结果，通过最终平滑获得正弦AC电压。
接下来，在图2中的下阶段(或图3中的右列)处的最小切换转换方法中，DC/DC转换器6和逆变器10根据AC波形的电压目标值Vac *的瞬时值的绝对值与作为输入的DC电压Vdc之间的比较结果进行操作。这里，Vac *是逆变器10的AC侧输出端处的电压目标值，其中考虑滤波电路11对电流和电压的影响。Vdc是通过考虑DC电抗器7相对于DC电源2的两端之间的电压的电压降而获得的值。当电压目标值Vac *的绝对值满足|Vac *|<Vdc(或者|Vac *|≤Vdc)时，DC/DC转换器6被停止(附图中的“ST”)，并且当电压目标值Vac *的绝对值满足|Vac *|≥Vdc(或者|Vac *|>Vdc)时，DC/DC转换器6执行升压操作(图中的“OP”)。DC/DC转换器6的输出由中间电容器9平滑，并且然后作为DC母线8上的电压Vbus产生，如附图中所示。
这里，中间电容器9具有小电容。因此，在没有平滑的情况下，如原样保持在AC波形的绝对值的峰值附近的部分波形。也就是说，中间电容器9具有这样小的电容使得，当平滑作用到通过DC/DC转换器6消除高频开关的痕迹的程度时，具有大约是商业频率的两倍的频率的低频波无法被平滑。
另一方面，对于逆变器10，根据电压目标值Vac *的绝对值与DC电压Vdc之间的比较结果，当||Vac *|<Vdc(或者|Vac *|≤Vdc)被满足时，执行高频切换(图中的“OP”)，并且当满足|Vac *|≥Vdc(或者|Vac *|>Vdc)时，停止高频切换(图中的“ST”)。当逆变器10停止高频切换时，逆变器10选择其中开关元件Q3、Q6导通并且开关元件Q4、Q5截止的状态(非反转)，或者其中开关元件Q3、Q6截止并且开关元件Q4、Q5导通的状态(反转)，从而仅执行必要的极性反转。通过AC电抗器12和AC侧电容器13平滑逆变器10的输出，从而获得期望的AC输出。
这里，如图3中的右列中所示，DC/DC转换器6和逆变器10交替地执行高频切换。当DC/DC转换器6执行升压操作时，逆变器10停止高频切换并且仅对DC母线8的电压执行必要的极性反转。另一方面，当逆变器10执行高频切换操作时，DC/DC转换器6被停止，并且DC侧电容器5的两端之间的电压经由DC电抗器7和二极管d1在DC母线8上产生。
如上所述，执行DC/DC转换器6和逆变器10在最小切换转换方法中的操作。在这样的电力转换装置1中，因为在开关元件Q1至Q6的高频开关中出现停止时段，所以能够减少高频开关的总次数。因此，能够大大改进电力转换的效率。
[对于AC电压的控制]
图4是示出控制单元14的功能的框图。
控制单元14控制开关元件Q1至Q6，从而控制电力转换单元20(DC/DC转换器6和逆变器10)。
控制单元14控制电力转换单元20，使得通过最小切换方法执行电力转换。
例如，控制单元14能够由包括CPU(中央处理单元)或存储单元的计算机配置而成。在这种情况下，计算机执行计算机程序以实现控制单元14具有的稍后描述的功能。计算机程序存储在存储单元中。可替选地，控制单元14能够由仅使用不包括例如计算机的硬件的电路配置而成。
控制单元14包括确定单元25、调节单元26和输出电压控制单元27，作为通过执行上述计算机程序实现的功能单元。
确定单元25具有基于从电流传感器17和电流传感器19中的至少一个给出的电流信息确定启动电流是否已经流过AC电气路径3(图1)的功能。确定单元25根据该电流信息计算流过AC电气路径3的电流的测量值(测量电流值)。确定单元25将计算的测量电流值与预定的启动电流阈值进行比较，从而确定启动电流是否已经流过AC电气路径3。
确定单元25基于从电压传感器18给出的电压信息计算从电力转换单元20(电力转换装置1)输出的AC电压的测量值(测量电压值)。此外，确定单元25计算测量电压值的有效值(测量有效值)。
确定单元25将测量有效值用于稍后描述的启动电流抑制过程。
调节单元26具有基于确定单元25的确定结果调节由电力转换单元20产生的AC电压的有效值的功能。
输出电压控制单元27基于要输出的AC电压的命令值来控制从电力转换单元20输出的AC电压的有效值。
图5是示出其中输出电压控制单元27控制从电力转换单元20输出的AC电压的有效值的方式的控制框图。
输出电压控制单元27包括第一加法器28、补偿器29和第二加法器30，作为用于控制电力转换单元20的功能单元。
输出电压控制单元27将AC电压的电压命令值和从电力转换单元20输出的AC电压的测量有效值提供给第一加法器28。
当给出电压命令值和作为反馈值的测量有效值时，第一加法器28计算作为它们之间的差的误差量。注意，电压命令值是用于AC电压的有效值的命令值。
第一加法器28将电压命令值和测量有效值之间的误差量提供给补偿器29。
补偿器29基于误差量输出电力转换单元20的控制指令。当提供误差量时，补偿器29输出控制指令，使得误差量被收敛，并且从电力转换装置1输出的AC电压的有效值能够变为电压命令值。
补偿器29将控制指令提供给第二加法器30。
干扰补偿值与控制指令一起被提供给第二加法器30。干扰补偿值是用于事先补偿由于电力转换单元20的控制中的干扰而在控制指令中发生的错误的值。
第二加法器30输出已经添加干扰补偿值的控制指令。
输出电压控制单元27将从第二加法器30输出的控制指令提供给电力转换单元20，从而控制从电力转换单元20输出的AC电压的有效值。
返回到图4，调节单元26根据需要向输出电压控制单元27提供电压命令值，从而调节由电力转换单元20产生的AC电压。
当从调节单元26提供电压命令值时，输出电压控制单元27采用给定的电压命令值代替当前在控制中使用的电压命令值，从而控制从电力转换单元20输出的AC电压的有效值。
关于从输出电压控制单元27提供给电力转换单元20的控制指令，控制指令被分别提供给DC/DC转换器6和逆变器10。
DC/DC转换器6基于给定的控制指令输出DC母线的电压。逆变器10基于给定的控制指令输出AC电压。
因此，当调节单元26向输出电压控制单元27提供电压命令值时，来自输出电压控制单元27的控制指令分别被提供给DC/DC转换器6和逆变器10。
因此，调节单元26调节由DC/DC转换器6产生的DC母线的电压和由逆变器10产生的AC电压。
图6和图7是示出由控制单元14的确定单元25和调节单元26执行的用于启动电流的抑制过程的流程图。
图6示出用于检测启动电流的发生和开始启动电流的抑制过程的过程。
首先，在步骤S1中，控制单元14确定指示正在执行启动电流的抑制过程的标志是否为OFF(步骤S1)。该标志是指示确定单元25和调节单元26是否正在执行启动电流抑制过程的信息，并且被存储在控制单元14中。
在标志被设置在ON处的情况下，该标志指示正在执行启动电流抑制过程。在标志被设置在OFF处的情况下，该标志指示没有执行启动电流抑制过程。
如果在步骤S1中确定标志不是OFF(标志为ON)，则控制单元14返回到步骤S1。因此，在正在执行启动电流抑制过程的情况下，控制单元14重复步骤S1直到标志被设置为ON并且启动电流抑制过程被结束。
如果在步骤S1中确定标志为OFF，则控制单元14的确定单元25将流过AC电气路径3的电流的测量电流值与启动电流阈值进行比较，从而确定测量电流值是否等于或大于启动电流阈值(步骤S2)。
注意，启动电流阈值是用于确定启动电流是否流过AC电气路径3的阈值，并且被设置为能够确定启动电流正在流过该AC电气路径的值。因此，确定单元25能够确定启动电流是否已经流过AC电气路径3。
具体地，例如，将启动电流阈值设置为等于或大于额定电流值的两倍。在本实施例中，如果电力转换装置1的额定电流为10安培，则将启动电流阈值被设置在23安培处。
如果在步骤S2中确定测量电流值不等于或大于启动电流阈值，则确定单元25返回到步骤S1。因此，在标志被设置在OFF处的情况下，确定单元25重复关于测量电流值是否等于或大于启动电流阈值的确定，直到确定测量电流值等于或大于启动电流阈值为止。
在标志被设置在OFF处的情况下，如上所述，电力转换装置1处于其中不执行启动电流抑制过程的正常操作状态下。在这种情况下，输出电压控制单元27使用电压命令值的初始值来控制从电力转换单元20输出的AC电压的有效值。在本实施例中，例如，电压命令值的初始值被设置在101伏特处。
如果在步骤S2中确定测量电流值等于或大于启动电流阈值，则调节单元26将低于初始值的第一设定值作为电压命令值提供给输出电压控制单元27(步骤S3)。因此，输出电压控制单元27将用于控制的电压命令值从初始值变成第一设定值，从而执行控制，使得从电力转换单元20输出的AC电压的有效值变为第一设定值。以这种方式，电力转换装置1能够执行调节使得降低从电力转换单元20输出的AC电压的有效值，并且因此能够抑制刚刚已经发生的启动电流。
注意，第一设定值被设置在低于初始值并且允许当启动电流流动时有效地抑制启动电流的值。在本实施例中，第一设定值例如被设置在80伏特处。
在调节单元26将第一设定值作为电压命令值提供给输出电压控制单元27之后，控制单元14进入步骤S4以将标志设置为ON(步骤S4)，并且然后返回到步骤S1。在标志被设置为ON之后，重复步骤S1中的确定，直到标志被设置为OFF为止。
如上所述，如果在步骤S2中确定流过AC电气路径3的电流的测量电流值等于或大于启动电流阈值，则控制单元14通过改变电压命令值来降低AC电压，并且立即启动启动电流抑制过程。
图6中所示的流程图是用于检测启动电流的发生并开始启动电流的抑制过程的过程。因此，需要以相对高的频率执行该过程以便于立即检测启动电流的发生。例如，图6中所示的过程以20kHz(0.05毫秒的周期)被执行。
图7是示出从执行启动电流抑制过程直到其结束的过程的流程图。
在步骤S10中，控制单元14确定标志是否为ON(步骤S10)。
如果标志不是ON(标志为OFF)，则不执行启动电流抑制过程，并且因此控制单元14返回到步骤S10而不执行步骤S11和后续步骤。
如果标志为ON，则正在执行启动电流抑制过程，并且因此控制单元14的确定单元25前进到步骤S11以将流过AC电气路径3的电流的测量电流值与过电流保护阈值进行比较，因此确定测量电流值是否等于或大于过电流保护阈值(步骤S11)。
注意，过电流保护阈值是用于确定是否已经流过大于电力转换装置1的额定值的电流的阈值，并且被设置在稍微大于电力转换装置1的额定电流值的值处。在本实施例中，如果如上所述电力转换装置1的额定值是10安培，则将启动电流阈值设置在12安培处。
如果在步骤S11中确定测量电流值等于或大于过电流保护阈值，则确定单元25确定其中测量电流值是否被确定为等于或大于过电流保护阈值的状态已经持续一定的时段(步骤S12)。
在步骤S11中，基于已经连续地确定测量电流值已经等于或大于过电流保护阈值的连续确定的次数，确定单元25确定其中测量电流值被确定为等于或大于过电流保护阈值的状态是否已经持续一定的时段。
如果连续确定的次数小于预定次数，则确定单元25确定上述状态尚未持续一定的时段，并且返回到步骤S1。
如果连续确定的次数等于或大于预定次数，则确定单元25确定上述状态已经持续一定的时间段，并且进入步骤S13。
注意，预定次数被设置为能够确保能够稳定地获得测量电流值的这样的时段的次数。
如果在步骤S12中确定单元25确定其中测量电流值被确定为等于或大于过电流保护阈值的状态已经持续确定时段并且进入步骤S13，则确定单元25确定从电力转换单元20(电力转换装置1)输出的AC电压的测量有效值是否等于或小于预定下限值(步骤S13)。
如果在步骤S13中确定测量有效值等于或小于下限值，则在没有向输出电压控制单元27提供电压命令值的情况下调节单元26返回到步骤S1(步骤S15)。因此，在没有变化的情况下，为了控制，输出电压控制单元27使用被用于当前控制的电压命令值。因此，电压命令值如原样保持，并且从电力转换单元20输出的AC电压的有效值也如原样保持(步骤S15)。
如果在步骤S13中确定测量有效值不等于或小于下限值(测量有效值大于下限值)，则调节单元26向输出电压控制单元27提供通过从被提供给输出电压控制单元27的当前电压命令值将电压值减少1个步长而获得的电压命令值，并且然后返回到步骤S1(步骤S14)。因此，输出电压控制单元27使用具有比迄今为止用于控制的电压命令值低1个步长的电压值电压命令值用于控制，该电压命令值。以这种方式，电压命令值在电压值中被减少1个步长，并且还调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值以在电压值中降低1个步长(步骤S14)。
如上所述，在测量电流值等于或大于过电流保护阈值的情况下，控制单元14执行控制使得基于1个步长减小电压命令值，直到测量有效值变为等于或小于下限值为止(步骤S11至S15)。
注意，继续减少电压命令值可能对连接到AC电气路径3的负载4造成一些影响，例如，输入电压不足，并且因此不是优选的。因此，为测量有效值提供下限值，从而执行控制使得测量有效值没有变为等于或小于下限值。
因此，下限值被设置在不影响负载4的电压值。在本实施例中，下限值被设置在75伏特。
另外，例如，将作为用于调节电压命令值的电压值的调节宽度的1个步长被设置在2伏特处。因此，在步骤S14中，调节单元26基于2伏特减小电压命令值。
就在确定启动电流已经流过AC电气路径3之后，调节单元26将第一设定值作为电压命令值提供给输出电压控制单元27，从而将输出电压控制单元27的电压命令值从初始值变成第一设定值。
在从第一设定值进一步减小电压命令值的情况下，调节单元26执行控制使得如上所述基于1个步长减少电压命令值。
在步骤S14中调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值的情况下，调节单元26控制电力转换单元20，使得在AC电压的AC波形的零交叉附近调节AC电压的有效值。
因此，能够抑制由于AC电压的调节引起的电压变化。
注意，零交叉附近指的是时段，其在包括AC电压的AC波形中的零交叉定时的零交叉定时附近并且在其间AC电压能够被视为是0伏特。
如果在步骤S11中确定流过AC电气路径3的电流的测量电流值不等于或大于过电流保护阈值(测量电流值小于过电流保护阈值)，则确定单元25确定其中测量电流值被确定为不等于或大于过电流保护阈值的状态是否已经持续一定的时段(步骤S16)。
在步骤S11中，基于已经连续地确定测量电流值不等于或大于过电流保护阈值的连续确定的次数，确定单元25确定其中测量电流值被确定为不等于或者大于过电流保护阈值的状态是否已经持续一定的时段。
如果连续确定的次数小于预定次数，则确定单元25确定上述状态尚未持续一定的时段，并且返回到步骤S1。
如果连续确定的次数等于或大于预定次数，则确定单元25确定上述状态已经持续一定的时段，并且进入步骤S17。
注意，预定次数与步骤S12中的相同，并且被设置为能够确保能够稳定地获得测量电流值的这样时段的次数。
如果在步骤S16中确定其中测量电流值被确定为不等于或大于过电流保护阈值的状态已经持续一定的时段并且过程进入步骤S17，则调节单元26向输出电压控制单元27提供通过从被提供给输出电压控制单元27的当前电压命令值将电压值增加1个步长而获得的电压命令值(步骤S17)。因此，输出电压控制单元27使用具有比迄今为止用于控制的电压命令值高1个步长的电压值的电压命令值用于控制。以这种方式，电压命令值在电压值被增加1个步长，并且还调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值以在电压值中增加1个步长(步骤S17)。
另外，在步骤S17中调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值的情况下，调节单元26控制电力转换单元20，使得在AC电压的AC波形的零交叉附近调节AC电压的有效值，如在步骤S14中一样。
在步骤S17中将电压值增加1个步长的电压命令值提供给输出电压控制单元27之后，确定单元25进入步骤S18以确定提供给输出电压控制单元27的电压命令值是否等于或大于初始值(步骤S18)。
如果在步骤S18中确定单元25确定提供给输出电压控制单元27的电压命令值不等于或大于初始值(电压命令值小于初始值)，则确定单元25返回到步骤S1。
如果在步骤S18中确定单元25确定提供给输出电压控制单元27的电压命令值等于或大于初始值，则控制单元14进入步骤S19以将标志设置为OFF，并且然后返回到步骤S1。
如上所述，在测量电流值不等于或大于过电流保护阈值的情况下，控制单元14控制电压命令值使得基于1个步长被增加直到电压命令值变为等于或大于初始值(步骤S11、S16至S19)。
以这种方式，如果确定启动电流已经流过AC电气路径3，则控制单元14执行调节使得减小从电力转换单元20输出的AC电压的有效值。此外，在步骤中S11，控制单元14将测量电流值与过电流保护阈值进行比较，并且通过步骤S11至S19，控制单元14执行控制使得没有使测量电流值超过过电流保护阈值，并且使得保持AC电压的有效值尽可能高。
在测量电流值不等于或大于过电流保护阈值(步骤S11)并且电压命令值等于或大于初始值(步骤S18)的情况下，能够确定启动电流不再流过AC电气路径3。因此，如果在步骤S18中确定提供给输出电压控制单元27的电压命令值等于或大于初始值，则控制单元14进入步骤S19以将标志设置为OFF，从而完成启动电流抑制过程(步骤S19)。
当启动电流抑制过程结束时，调节单元26使输出电压控制单元27使用电压命令值的初始值来控制从电力转换单元20输出的AC电压的有效值。
如上所述，当确定启动电流已经流过AC电气路径3时，调节单元26执行调节使得减小从电力转换单元20输出的AC电压的有效值，并且此外，在步骤S11中，将测量电流值与过电流保护阈值进行比较，并基于比较结果，确定是否执行调节使得减小从电力转换单元20输出的AC电压的有效值或者执行调节使得增加有效值。
以这种方式，电力转换装置1能够在考虑流过装置的过电流时抑制启动电流。
图7中所示的流程图是从执行启动电流抑制过程直到其完成的过程。也就是说，该过程是在通过图6所示的过程检测到启动电流发生之后的过程。因此，没有必要以与图6中所示的流程图一样高的频率执行过程。因此，图7中所示的过程以50Hz(0.02秒的周期)被执行。
在如上所述配置的电力转换装置1中，如果确定启动电流已经流过AC电气路径3，则调节单元26将第一设定值作为电压命令值提供给输出电压控制单元27，从而将输出电压控制单元27的电压命令值从初始值变成第一设定值。因此，调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值以被减小，从而能够抑制启动电流。
在上述实施例中，调节单元26调节由DC/DC转换器6产生的用于DC母线的电压和由逆变器10产生的AC电压。因此，能够调节AC电压使得在没有不必要地升高DC电压的情况下抑制启动电流。
上述实施例的电力转换装置1采用最小切换转换方法。因此，能够调节AC电压使得在没有不必要地升高DC电压的情况下抑制启动电流。
在上述实施例中，已经示出基于确定单元25的确定结果来调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值以被减小的情况作为示例。然而，例如，在响应于确定单元25确定启动电流正在流过AC电气路径3而降低从电力转换单元20输出的AC电压的有效值之后，如果启动电流没有流过AC电气路径3的确定已经持续一定的时段或更长，则调节单元26可以执行调节以增加从电力转换单元20输出的AC电压的有效值。在这种情况下，一定的时段被设置为足够长，使得一旦引起的启动电流消失。
[验证测试]
接下来，将描述关于电力转换装置1的启动电流抑制效果的验证结果。
作为示例装置，使用上述电力转换装置1，并且当启动电流流动时通过监控测量电压值和测量电流值来执行估计。
图8是示出验证中在电力转换装置1中流动的启动电流的测量结果的曲线图。在图8中，横轴指示时间，并且纵轴指示电流。
在验证中，通过激活作为负载连接到电力转换装置1的电动机(额定为大约365W)来产生流过电力转换装置1的启动电流。
在图8中，启动电流在时段ΔT期间流动。周期ΔT约为3.2秒。在时段ΔT流逝之后，电动机处于额定操作状态并且大约4安培的电流流动。
在其中启动电流流动的时段ΔT期间，具有峰值电流为25安培的电流流动。
图9是示出当图8中所示的启动电流流动时从电力转换单元20输出的AC电压和流过AC电气路径3的电流的曲线图的示例。
在图9中，从电力转换单元20输出的AC电压在上阶段处被示出，并且流过AC电气路径3的电流在下阶段处被示出。横轴指示时间，并且示出AC电压的曲线图和示出电流的曲线图在时间方向上相互对应地示出。
示出AC电压的曲线图指示从电力转换单元20输出的AC电压的测量电压值。基于从如上所述的电压传感器18提供的电压信息获得测量电压值。
示出电流的曲线图指示流过AC电气路径3的电流的测量电流值。基于从如上所述的电流传感器17和电流传感器19中的至少一个提供的电流信息获得测量电流值。
从图9中的示出电流的曲线图中，发现启动电流在时段ΔT期间正在流动。即，在时段ΔT的开始定时Ts处，开始启动电流的流动，并且在时段ΔT的结束定时Tf处，结束启动电流的流动。
如果确定测量电流值等于或大于启动电流阈值(图6中的步骤S2)，则电力转换装置1将电压命令值从初始值，即，101伏特，减小到第一设定值，即，80伏特(步骤S3)，以开始启动电流抑制过程。
此后，电力转换装置1根据测量电流值调节电压命令值，从而调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值。因此，随着启动电流的电流值逐渐减小，还调节AC电压的有效值以逐渐地增加。
因此，如图9中的示出AC电压的曲线图中所示，发现AC电压在开始定时Ts处急剧减小。其后，还发现，AC电压保持在一定的电压处，并且在完成定时Tf之前的时段中，AC电压随着电流(测量电流值)减小而逐渐增加。
在结束定时Tf处，AC电压具有与开始定时Ts之前几乎相同的值。
图10示出图9中的开始定时Ts附近的放大曲线图。在图10中，图9中的示出AC电压的曲线图和示出电流的曲线图的整体在上阶段处被示出，并且示出上阶段处的整个曲线图的矩形部分C1附近(在开始定时Ts附近)的放大的曲线图在下阶段处被示出。
在图10中，示出AC电压的曲线图中所示的每个电压值指示被用于由输出电压控制单元27进行的控制的电压命令值。
在图10中示出电流的曲线图中，发现启动电流的流动在开始定时Ts开始。注意，此时的电压命令值是100伏特，如图10中所示。
其后，在示出AC电压的曲线图中，电压命令值在定时T1处从100伏特减小到80伏特。
这是因为，在开始定时Ts之后，电力转换装置1确定测量电流值等于或大于启动电流阈值(图6中的步骤S2)，将电压命令值从100伏特减小到第一设定值，即，在定时T1处的80伏特(图6中的步骤S3)，并开始启动电流抑制过程。
在定时T1之后，电压命令值在定时T2附近从80伏特减小到78伏特，该定时T2是当示出AC电压的曲线图从负变为正的零交叉定时。
类似地，电压命令值在作为零交叉定时的定时T3附近从78伏特减小到76伏特，并且然后电压命令值在作为零交叉定时的定时T4附近从76伏特减小到74伏特。
这是因为，如果测量电流值等于或大于过电流保护阈值(图7中的步骤S11)，则电力转换装置1调节电压命令值使得基于1个步长被减小直到测量电流值变得小于过电流保护阈值(图7中的步骤S14)。
通过如上所述减小电压命令值，电力转换装置1执行调节使得减小从电力转换单元20输出的AC电压的有效值，从而抑制启动电流。
电力转换装置1被配置成使得在零交叉定时附近调节AC电压的有效值。因此，如图10中所示，可以确认，在示出AC电压的曲线图中的当电压命令值被减小了2伏特的每个定时处，波形中不出现干扰等，并且因此不会发生电压变化。
图11示出图9中的时段ΔT的中心部分的放大曲线图。在图11中，图9中的示出AC电压的曲线图和示出电流的曲线图的整体在上阶段处被示出，并且在上阶段处的整个曲线图的矩形部分C2的附近(时段ΔT的中心部分)的放大曲线图在下阶段处被示出。
在图11中，示出AC电压的曲线图的有效值是75伏特。另外，示出电流的曲线图的峰值是12安培。
如果测量电流值等于或大于过电流保护阈值(12安培)(图7中的步骤S11)，则电力转换装置1执行调节使得减小电压命令值(图7中的步骤S14)，并且如果测量电流值小于过电流保护阈值(12安培)(图7中的步骤S11)，则电力转换装置1执行调节使得增加电压命令值(图7中的步骤S17)。
因此，如图11中所示，在其中启动电流流动的时段期间，电力转换装置1调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值，使得测量电流值在过电流保护阈值(12安培)处变得恒定。
如果测量有效值等于或小于下限值(75伏特)(图7中的步骤S13)，则电力转换装置1保持此时的电压命令值而不改变电压命令值(在图7中的步骤S15)。
在图11中，能够确认，与24安培的启动电流的电流值相比，流过AC电气路径3的电流值被抑制到12安培。
注意，在此验证测试中，当AC电压的有效值是下限值，即，75伏特时，测量电流值变为过电流保护阈值(12安培)。
如上所述，即使启动电流流过AC电气路径3，电力转换装置1执行行调节使得降低从电力转换单元20输出的AC电压的有效值，从而抑制启动电流。
此后，电力转换装置1进一步调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值，使得测量电流值在12安培处变成恒定。因此，能够连续地抑制启动电流。
图12示出图9中的完成定时Tf附近的放大曲线图。在图12中，图9中的示出AC电压的曲线图和示出电流的曲线图的整体在上阶段处被示出，并且在上阶段处的整个曲线图的矩形部分C2附近(完成定时Tf附近)的放大曲线图在下阶段处被示出。
在图12中，示出AC电压的曲线图中所示的每个电压值指示被用于通过输出电压控制单元27进行的控制的电压命令值。
在图12中，当示出AC电压的曲线图从负变为正时，电压命令值在零交叉定时附近的定时T10处从86伏特增加到88伏特。
电压命令值在作为零交叉定时的定时T11处被保持在88伏特，并且电压命令值在作为零交叉定时的定时T12附近从88伏特增加到90伏特。
这是因为，如果测量电流值小于过电流保护阈值(图7中的步骤S11)，则电力转换装置1执行调节使得基于1个步长(2伏特)增加电压命令值(图7中的步骤S17)。
因此，随着测量电流值(启动电流的电流值)逐渐减小，电力转换装置1执行调节，使得AC电压的有效值也根据测量电流值的减小而逐渐增加，如图12中所示。
另外，电力转换装置1调节零交叉定时附近的AC电压的有效值。因此，在图12中的示出AC电压的曲线图中，能够确认，在当电压命令值被增加了2伏特的每个定时处，波形中不出现干扰等，并且因此不会发生电压变化。
根据以上验证测试结果，能够确认，即使启动电流流过AC电气路径3，电力转换装置1执行调节使得减小从电力转换单元20输出的AC电压的有效值，因此抑制启动电流。
此后，电力转换装置1还调节从电力转换单元20输出的AC电压的有效值，使得测量电流值在过电流保护阈值(12安培)处变为恒定。因此，还能够确认电力转换装置1能够连续地抑制启动电流。
注意，这里公开的实施例在所有方面仅仅是说明性的，并且不应该被认为是限制性的。本发明的范围由权利要求的范围而不是上述含义限定，并且旨在包括与权利要求的范围等同的含义以及在该范围内的所有修改。
参考符号列表
1 电力转换装置
2 DC电源
3 AC电气路径
4 负载
5 DC侧电容器
6 DC/DC转换器
7 DC电抗器
8 DC母线
9 中间电容器
10 逆变器
11 滤波电路
12 AC电抗器
13 AC侧电容器
14 控制单元
15 电压传感器
16 电流传感器
17 电流传感器
18 电压传感器
19 电流传感器
20 电力转换单元
24 电流值
25 确定单元
26 调节单元
27 输出电压控制单元
28 第一加法器
29 补偿器
30 第二加法器
d1 二极管
Q1至Q6 开关元件

Claims (6)

1.一种电力转换装置，包括：
电力转换单元，所述电力转换单元被设置在DC电源和AC电气路径之间，并且被配置成执行DC/AC电力转换；和
控制单元，所述控制单元被配置成控制所述电力转换单元，其中
所述控制单元包括
确定单元，所述确定单元被配置成确定启动电流是否已经流过所述AC电气路径，和
调节单元，所述调节单元被配置成基于所述确定单元的确定结果，调节由所述电力转换单元产生的AC电压。
2.根据权利要求1所述的电力转换装置，其中
所述电力转换单元包括
DC/DC转换器，所述DC/DC转换器被设置在所述DC电源和DC母线之间，并且被配置成将所述DC电源的DC电压升高到预定的中间电压，和
逆变器，所述逆变器被连接在所述DC母线和所述AC电气路径之间，并且被配置成将所述中间电压转换成AC电压波形，并且
所述调节单元基于所述确定单元的确定结果，调节所述AC电压和由所述DC/DC转换器产生的用于所述DC母线的电压。
3.根据权利要求2所述的电力转换装置，其中
所述控制单元控制所述电力转换单元，使得为了从所述DC电压产生所述AC电压，所述DC/DC转换器升高所述DC电压并且所述逆变器执行极性非反转通过和极性反转通过之一的时段和所述DC/DC转换器被停止并且所述逆变器执行降压操作以及极性非反转通过和极性反转通过之一的时段交替地出现在一个AC周期中。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的电力转换装置，其中
所述调节单元控制所述电力转换单元，使得在零交叉附近调节所述AC电压。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的电力转换装置，其中
所述确定单元基于在所述电力转换单元和所述AC电气路径之间流动的电流，确定所述启动电流是否已经流动，并且
所述调节单元基于所述确定单元的确定结果和所述电流与预定的过电流保护阈值之间的比较结果，调节由所述电力转换单元产生的所述AC电压。
6.一种用于电力转换装置的控制方法，所述电力转换装置包括电力转换单元，所述电力转换单元被设置在DC电源和AC电气路径之间，并且被配置成执行DC/AC电力转换，所述控制方法包括：
确定启动电流是否已经流过所述AC电气路径的确定步骤；和
基于所述确定步骤中的确定结果，调节由所述电力转换单元产生的AC电压的调节步骤。
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