專利名稱:交直變換器的控制裝置的制作方法
本發(fā)明是關(guān)于交流變直流或直流變交流的交直變換器控制裝置。而交直變換器是通過直流回路相互連接而構(gòu)成的，此控制裝置能適用于直流饋電設(shè)備或者頻率變換設(shè)備。
交直變換器通過直流回路相互連接構(gòu)成的直流饋電設(shè)備(或頻率變換設(shè)備)的一般結(jié)構(gòu)如第2圖所示。圖中11，12是交流系統(tǒng);21、22是變壓器;31，32分別是交流變直流，直流變交流的交直變換器;40是直流饋電線等直流回路(電路);50是對直流饋電設(shè)備工作狀態(tài)發(fā)出指令的運行指令電路;61，62分別是前述交直變換器31，32的控制裝置，電可以從交流系統(tǒng)11經(jīng)過變壓器21、交直變換器31、32和變壓器22送到交流系統(tǒng)12。反之，也可以從交流系統(tǒng)12向交流系統(tǒng)11輸送。
第3圖是對應(yīng)于交直變換器的直流電流Id和直流電壓Vd的特性。(以下稱為電壓電流特性)交流變直流的正變換器和直流變交流的逆變換器，分別設(shè)置有如第3圖所示特性的定電流控制電路。如圖所示，正變換器的定電流控制電路的電流設(shè)定值IP。逆變換器的電流設(shè)定值為IP1。通常，正變換器是用定電流控制。逆變換器是采用相補角(即控制角)控制。此時的動作點是0點。由此，電流被控制在IP值。
在這種情況下，如果直流饋電線上發(fā)生接地時，直流饋電線電壓下降，正變換器和逆變換器上流過的電流分別為設(shè)定的定電流值IP，IP1，此即定電流控制。由于接地，使直流饋電線電壓下降至零，在此情況下，為第3圖所示，動作點為O′和O″兩點。所以在接地點流過的電流是正變換器和逆變換器的電流設(shè)定值之差△I(稱為電流差值)。一般，△I取為額定電流值Ip的10%。這樣，接地點流過的電流△I雖然很小，可是正變換器，逆變換器中無功功率卻增加了。
交換器上必需的無功功率Q由下式確定Q=3e2·23Id ·sin ψ ……(1)]]>其中e2變換器的外施電壓Id流過變換器的電流，對于正變換器為IP，逆變換器為Ip1。
Sinψ變換器的電抗率。
由于在接地時、短路時，直流回路的電壓幾乎趨于零，功率因數(shù)角ψ或者控制角α大致為90℃，因此Sinψ＝1。另一方面，e2和Id大體上保持不變，從(1)式明顯看出，由于Sinψ增加，無功功率Q也增加。通?？扇inψ＝0.53。由于無功功率Q的增加，便出現(xiàn)了使得交流系統(tǒng)的電壓穩(wěn)定性，暫態(tài)穩(wěn)定性下降的問題。
因此，為了使接地時的無功功率Q減小，提出使(1)式中的電流Id減小的方案。根據(jù)這一方案，在直流電壓Vd較低的時候，正變換器的電流設(shè)定值從Ip變化到I1，這時形成的正變換器的電壓電流特性為第4圖所示。如采用這種方案時，在直流饋電線40上發(fā)生接地或短路情況下，由于正變換器一側(cè)的電流減小至I1，逆變換器側(cè)電流減小為I2，由(1)式看出，把(1)式中的Id用I1和I2代入后各變換器必需的無功功率Q值大為改善。但是，在這種電壓電流特性情況下，當(dāng)直流電壓Vd在規(guī)定值V1以下時，由于直流電流Id階躍地急劇下降，無功功率也急劇下降，在交流系統(tǒng)上連接的交流濾波器和調(diào)相器(電容元件上)貯備的相位超前的無功功率，有時會使交流系統(tǒng)上發(fā)生過電壓等問題。另外，由于輕度的直流回路的短路、接地，直流電壓尚未下降到V1以下時，接地點上流過的是正變換器和逆變換器的設(shè)定電流值之差△I′，此△I′值是比較大的，這很不適當(dāng)。關(guān)于第4圖的特性，請參看文獻〔Multiterminal Hvoc Control Techniques For Future Integrated AC-DC Networks〕，載CIGRE Study Comittee 14-01。1982.9。
本發(fā)明的目的是在于消除上述技術(shù)中的缺點，提供一種在接地時直流電壓即使下降，變換器無功功率也不會很大，而且交流系統(tǒng)不受外界干擾的交直變換器控制裝置。
在本發(fā)明中，為了防止由于直流電壓下降時交直變換器的電流減小而引起的電流和無功功率的急劇變化，當(dāng)直流電壓在規(guī)定值以下時，隨著直流電壓的減小，使該交直流變換器控制裝置的直流電流指令值(設(shè)定值)亦隨之減小。另外，由于輕度的直流短路、接地使直流電壓下降為了防止此電壓在規(guī)定值V1以上時流過事故點的電流過大，使正變換器和逆變換器的電流設(shè)定值之差△I盡可能保持在較小的值。
第1圖是本發(fā)明控制裝置的一個應(yīng)用實例;
第2圖是作為本發(fā)明的應(yīng)用對象的直流饋電設(shè)備的一個系統(tǒng)圖;
第3圖和第4圖是第2圖中的交直變換器的電壓-電流特性圖;
第5圖是在第1圖畫出的函數(shù)發(fā)生器的輸入輸出特性圖;
第6圖是本發(fā)明的交直變換器的電壓-電流特性圖;
第7圖是本發(fā)明的另一種應(yīng)用實例的交直變換器的電壓-電流特性圖;
第8圖是與第7圖有關(guān)的函數(shù)發(fā)生器的輸入輸出特性圖;
第9圖是為了說明第8圖的特性用的圖;
第10圖是為了說明本發(fā)明的其它應(yīng)用實例用的圖;
第11圖是本發(fā)明進一步的應(yīng)用實例的方框圖;
第12圖是第11圖電路的交直變換器的電壓電流特性圖;
第13圖是本發(fā)明的又一個應(yīng)用實例的方框圖;
本發(fā)明的交直變換器的電壓-電流特性之一例如第6圖所示。在此例中，當(dāng)直流電壓Vd在規(guī)定值V1以下時，使正變換器和逆變換器的電流設(shè)定值與Vd成比例地相應(yīng)減小。正變換器在額定狀態(tài)下的電流設(shè)定值為Ip，當(dāng)直流電壓降到0時，電流為Io，此時在逆變換器上的電流則是只比Io小△I的設(shè)定電流即(Io-△I)值。另外，規(guī)定值V1通常是比接地等事故時的電壓要大得多的電壓，可以在提供的定電流特性范圍內(nèi)進行選擇。比較理想的規(guī)定值一般取為額定直流電壓的50%。
具有這樣的電壓電流特性的控制裝置的一個實例如第1圖所示，圖中和第2圖上編號相同的表示具有相同的功能。這里，交直變換器31是交流變直流的正變換器，交直流變換器32是直流變交流的逆變換器。611是測量交直變換器31的直流輸出電壓Vdr用的電壓互感器，612是當(dāng)直流電壓測量值小于規(guī)定值V1時，輸出與此測量值成比例信號的函數(shù)發(fā)生器，613是把較正用電流設(shè)定值Io′和函數(shù)發(fā)生器612的輸出值相減，從而得到修正信號的加法器，614是前述運行指令回路50的電流設(shè)定值Ip′和加法器613輸出的修正信號值相加的加法器，615是測量流過正變換器31的直流電流Idr用的電流互感器，616是計算正變換器電流指令值Ip和電流互感器615的輸出Idr之偏差用的加法器，617是比偏差的放大器。加法器616和放大器617構(gòu)成了定電流控制回路，618是脈沖移相器，它能對應(yīng)于放大器617的輸出值大小，輸出相應(yīng)的相位控制脈沖，從而控制正變換器31的直流輸出電流Idr。電流互感器615、加法器616、放大器617、脈沖移相器618構(gòu)成了反饋控制回路以上就是正變換器31的控制裝置。下面說明一下逆變換器32的控制裝置。621是前述正變換器31的電流指令值Ip和電流差值△I(通常選定為額定電流的10%左右)相減的加法器。在直流饋電時，當(dāng)兩個變換器31，32相距較遠時，兩者之間通過通信設(shè)備或電纜相連接，輸送電流指令值Ip，加法器621的輸出是Ip和△I的差值，這個輸出值就是前述逆變換器32的電流指令值。622是測量流過逆變換器32的電流Idi用的電流互感器;623是加法器，它的作用是計算逆變換器32的電流指令值(Ip-△I)和電流互感器622的輸出Idi之差;624是把加法器623的輸出進行放大的放大器;加法器623和放大器624構(gòu)成了定電流控制回路。625是為使逆變換器穩(wěn)定運行的定相補角控制回路，它輸出相當(dāng)于必需的相補角的控制角;626是最小值選擇回路，它能在前述定電流控制回路624的輸出和定相補角控制回路625的輸出中，選擇最合適的信號;在逆變換器32中，通常是選擇定相補角控制回路的輸出;627是脈沖移相器，它對應(yīng)于最小值選擇回路626的輸出值輸出相位控制脈沖，從而控制逆變換器32的直流電流Idi。這里，當(dāng)正變換器31的直流輸出電壓Vdr大于規(guī)定值V1時，函數(shù)發(fā)生器612的輸出等于加法器613的校正電流I0′;反之，當(dāng)Vdr＜V1時，612的輸出為 (I0')/(V1) Vdr;此時，函數(shù)發(fā)生器612的輸入輸出特性如第5圖所示。如果設(shè)直流輸出電壓Vdr為零時的直流電流為I0。則校正用電流設(shè)定值I0′設(shè)定為Ip-I0較合適。這種情況下交直變換器31、32的電壓電流特性如第6圖所示。
因而，采用這種控制裝置的話，當(dāng)直流饋電線40上發(fā)生接地、短路事故使直流電壓下降到規(guī)定值V1以下時，由于和直流電壓Vdr的下降成比例的交直變換器31、32的電流設(shè)定值也隨之減小，所以就不會產(chǎn)生直流電壓下降時交直變換器無功功率急劇變化的問題。同時，由于直流電壓下降引起事故點上流過過大電流的情況也不會發(fā)生。
依照第6圖所表示的電壓電流特性，不但能夠避免交直變換器所需的無功功率的急劇變化，更令人滿意的是這個無功功率不管直流電壓下降的程度如何，大體上保持在所要求的一定值上。
第7圖是滿足這種要求的另一實施例的交直變換器的電壓電流特性。當(dāng)交直變換器的直流輸出電壓達到V1以下時，交直變換器的無功功率Q保持一定，并以此控制電流指令值。這時，第1圖中的函數(shù)發(fā)生器612的輸入輸出特性如第8圖所示，由圖可見，保持無功功率為一定值是可以實現(xiàn)的。也就是說，當(dāng)交直變換器31的直流輸出電壓Vd在規(guī)定值V1以上時，函數(shù)發(fā)生器612的輸出電壓為I0′;而當(dāng)Vd在V1以下時，612的輸出電壓是直流輸出電壓Vd的函數(shù)I(Vdr)。下面來求這個函數(shù)。
由(1)式可得交直變換器31的直流電流IdId=Q/(3e2·23sin ψ )……(2)]]>其中ψ =Cos-1Vd/ (32πe2)……(3)]]>π為園周率由(3)式得Sin2ψ=cos2ψ=1- (V2d)/(C1) ……(4)C1=(32πe2)2=常數(shù)]]>
把(4)式代入(1)式Q2＝
·I2d·Sin2ψ＝C2I2d(1- (Vd2)/(C1) )……(5)C2=(3e223)2=常數(shù)。]]>將(5)式變形得V2d＝C1(1- (Q2)/(C2I2d) )……(6)設(shè)Q為定值，把(6)式的關(guān)系在Id-Vd平面上表示出來就是如第9圖那樣的拋物線。圖中在Q＝Q1的曲線上，如果利用0≤Vd≤V1的范圍(粗線部分)，在規(guī)定值V1以下范圍的電壓電流特性就成為第7圖那樣。因為第7圖的直流電流Id和電流指令值IP相等，所以函數(shù)發(fā)生器612的輸入輸出特性可以理解為第8圖所示的那樣。再者，當(dāng)Vd＝0時的直流電流I1，從(2)式中把Sinψ＝1代入得I1=Q1/(3e2·23)……(7)]]>從以上的說明，很容易求得第8圖所示的特性，因此，具有這種特性的函數(shù)發(fā)生器也就容易做出來，結(jié)果，能夠?qū)崿F(xiàn)具有第7圖特性的交直變換器是顯而易見的。使用具有這樣特性的交直變換器，即使直流電壓下降，無功功率可維持一定，與此同時，直流電流被減小，因無功功率的急劇變化而引起的不適當(dāng)?shù)膯栴}也就不存在了。
在以上的實例中，直流電壓達到規(guī)定值以下時，和直流電壓相關(guān)的交直變換器的電流指令值IP也改變了。當(dāng)電流指令值Ip過小時，直流電流Id會含有紋波成分，因此象第10圖所示那樣，產(chǎn)生斷續(xù)的直流電流。這是所不希望的。所以應(yīng)使電流指令值Ip不小于所規(guī)定的值，這樣的實例如第11圖所示。第11圖大體上同第1圖，因此只對不同部分加以說明。其中619是最大值選擇電路，它的輸入量是前述正變換器31的電流指令值IP和使正變換器31的電流不間斷的最小的運行電流設(shè)定值Idmin。(一般是額定電流的10%左右)而輸出值是其中較大的一個。把這個電路附加在具有第6圖表示的交直變換的特性的控制裝置上，此時的交直變換器的電壓電流特性在第12圖上表示。就是說，直流電壓Vd在規(guī)定值V1以下，與Vd有關(guān)的電流指令值Ip不小于Idmin時最大值選擇電路619動作，防止出現(xiàn)正變換器電流設(shè)定值小于Idmin值的情況。
根據(jù)這個電路，與直流電壓下降有關(guān)的交直變換器的電流指令值即使減小，也能夠防止交直變換器電流斷續(xù)的毛病，上述的防止電流斷續(xù)的電路，顯然也可以附加在具有第7圖所示特性的控制裝置上。
另外，上述的當(dāng)直流電壓下降時電流也減小的這種控制裝置。在交直變換器的起動或停止的過渡過程中，具有妨礙其正常動作的作用。我們希望的是在過渡過程中不動作，使起動、停止動作準(zhǔn)確地進行。這樣的附加電路如第13圖所示。第13圖只畫出了附加在第1圖上的個別變動的地方。與第1圖編號相同的表示的內(nèi)容也相同，其它地方與第1圖相同。其中620是開關(guān)電路，它根據(jù)前述運行指令電路50來的起動、停止指令C來接通或斷開加法器613的輸出。起動時，620先關(guān)斷，電流設(shè)定值從0變化到Ip′，之后，電路開啟，確保正常起動。停止時，開關(guān)電路620先開啟，電流設(shè)定值從IP變化到0。
如上所述，對于本發(fā)明來說，由于接地等事故使直流電壓下降時，與此電壓相關(guān)的直流維持在某一個較小的電流值上，接地點的電流有所抑制的同時，能夠避免由于直流電流Id和交直變換器所需的無功功率Q的急劇變化而帶來的不良后果。另外，使無功功率Q保持在一定值而設(shè)定電流指令值的實例中。對交流系統(tǒng)的惡劣影響也得到很好的改善。
權(quán)利要求
1.把交流變直流或把直流變交流的兩個交直變換器，用直流電路相連接。在交直變換器的直流電壓-直流電流特性中進行定電流控制的交直變換器控制裝置。前述檢測直流電路中直流電壓的方法如下在發(fā)生接地等事故時，每個交直變換器中流過的直流電流，做到充分的小。利用上述方式測出的電壓比在接地事故時的電壓大得多，并且比已給出的定電源特性范圍內(nèi)的某一規(guī)定的直流電壓低的時候，由于電壓下降到規(guī)定值以下，前述兩個在直流電流也隨之減小，而兩電流的差值大體上保持不變。為了給出這樣的電壓-電流特性，本發(fā)明中具有產(chǎn)生直流電流指令信號的手段。根據(jù)各指令信號的直流電流，對各交直變換器進行控制。上述各種手段，就是交直變換器控制裝置的特征。
2.根據(jù)權(quán)項1，本交直變換器控制裝置還有以下特征具有為設(shè)定直流電流而輸出設(shè)定信號的運行指令電路。此電路是產(chǎn)生指令信號的手段。為了給出前述的電壓-電流特性，根據(jù)用前述檢測手段測出的電壓可以產(chǎn)生修正信號，此修正信號和運行指令電路輸出的設(shè)定信號相加，得到直流電流的指令信號，并把它輸出。
3.根據(jù)權(quán)項2，本交直變換器控制裝置的另一特征是具有函數(shù)發(fā)生器，此函數(shù)發(fā)生器以產(chǎn)生修正設(shè)定信號用的修正信號，以獲得當(dāng)交直變換器所需的無功功率大體一定時的直流電流指令信號。
4.根據(jù)權(quán)項2或3的交直變換器控制裝置，該控制裝置具有開關(guān)手段，其作用是當(dāng)裝置處于起動和停止動作時，在指令信號輸出中，不供給修正信號。這又是一個特點。
5.根據(jù)權(quán)項1-4的任一個的交直變換器控制裝置，為了使直流電流不產(chǎn)生斷續(xù)現(xiàn)象，前述直流電流指令信號不能減少到予先給定值以下，具有控制這種減少的方法，是本裝置的又一特征。
專利摘要
本發(fā)明是把交流變直流或直流變交流的交直變換器，用直流回路相互連接而構(gòu)成的直流饋電設(shè)備或頻率變換設(shè)備的交直變換器控制裝置。每個交直變換器的控制裝置，至少都設(shè)有電流控制回路。由于接地等事故使該交直變換器的直流電壓低于規(guī)定值以下時，在直流電壓下降的同時，電流控制回路向各交直變換器給出的電流指令值逐漸減少，但兩電流的差值大體上保持不變。
文檔編號H02J3/36GK85106414SQ85106414
公開日1987年3月18日 申請日期1985年8月26日
發(fā)明者小西博雄 申請人:株式會社日立制作所導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan