专利名称:交直变换器的控制装置的制作方法
本发明是关于交流变直流或直流变交流的交直变换器控制装置。而交直变换器是通过直流回路相互连接而构成的，此控制装置能适用于直流馈电设备或者频率变换设备。
交直变换器通过直流回路相互连接构成的直流馈电设备(或频率变换设备)的一般结构如第2图所示。图中11，12是交流系统;21、22是变压器;31，32分别是交流变直流，直流变交流的交直变换器;40是直流馈电线等直流回路(电路);50是对直流馈电设备工作状态发出指令的运行指令电路;61，62分别是前述交直变换器31，32的控制装置，电可以从交流系统11经过变压器21、交直变换器31、32和变压器22送到交流系统12。反之，也可以从交流系统12向交流系统11输送。
第3图是对应于交直变换器的直流电流Id和直流电压Vd的特性。(以下称为电压电流特性)交流变直流的正变换器和直流变交流的逆变换器，分别设置有如第3图所示特性的定电流控制电路。如图所示，正变换器的定电流控制电路的电流设定值IP。逆变换器的电流设定值为IP1。通常，正变换器是用定电流控制。逆变换器是采用相补角(即控制角)控制。此时的动作点是0点。由此，电流被控制在IP值。
在这种情况下，如果直流馈电线上发生接地时，直流馈电线电压下降，正变换器和逆变换器上流过的电流分别为设定的定电流值IP，IP1，此即定电流控制。由于接地，使直流馈电线电压下降至零，在此情况下，为第3图所示，动作点为O′和O″两点。所以在接地点流过的电流是正变换器和逆变换器的电流设定值之差△I(称为电流差值)。一般，△I取为额定电流值Ip的10%。这样，接地点流过的电流△I虽然很小，可是正变换器，逆变换器中无功功率却增加了。
交换器上必需的无功功率Q由下式确定Q=3e2·23Id ·sin ψ ……(1)]]>其中e2变换器的外施电压Id流过变换器的电流，对于正变换器为IP，逆变换器为Ip1。
Sinψ变换器的电抗率。
由于在接地时、短路时，直流回路的电压几乎趋于零，功率因数角ψ或者控制角α大致为90℃，因此Sinψ＝1。另一方面，e2和Id大体上保持不变，从(1)式明显看出，由于Sinψ增加，无功功率Q也增加。通常可取Sinψ＝0.53。由于无功功率Q的增加，便出现了使得交流系统的电压稳定性，暂态稳定性下降的问题。
因此，为了使接地时的无功功率Q减小，提出使(1)式中的电流Id减小的方案。根据这一方案，在直流电压Vd较低的时候，正变换器的电流设定值从Ip变化到I1，这时形成的正变换器的电压电流特性为第4图所示。如采用这种方案时，在直流馈电线40上发生接地或短路情况下，由于正变换器一侧的电流减小至I1，逆变换器侧电流减小为I2，由(1)式看出，把(1)式中的Id用I1和I2代入后各变换器必需的无功功率Q值大为改善。但是，在这种电压电流特性情况下，当直流电压Vd在规定值V1以下时，由于直流电流Id阶跃地急剧下降，无功功率也急剧下降，在交流系统上连接的交流滤波器和调相器(电容元件上)贮备的相位超前的无功功率，有时会使交流系统上发生过电压等问题。另外，由于轻度的直流回路的短路、接地，直流电压尚未下降到V1以下时，接地点上流过的是正变换器和逆变换器的设定电流值之差△I′，此△I′值是比较大的，这很不适当。关于第4图的特性，请参看文献〔Multiterminal Hvoc Control Techniques For Future Integrated AC-DC Networks〕，载CIGRE Study Comittee 14-01。1982.9。
本发明的目的是在于消除上述技术中的缺点，提供一种在接地时直流电压即使下降，变换器无功功率也不会很大，而且交流系统不受外界干扰的交直变换器控制装置。
在本发明中，为了防止由于直流电压下降时交直变换器的电流减小而引起的电流和无功功率的急剧变化，当直流电压在规定值以下时，随着直流电压的减小，使该交直流变换器控制装置的直流电流指令值(设定值)亦随之减小。另外，由于轻度的直流短路、接地使直流电压下降为了防止此电压在规定值V1以上时流过事故点的电流过大，使正变换器和逆变换器的电流设定值之差△I尽可能保持在较小的值。
第1图是本发明控制装置的一个应用实例;
第2图是作为本发明的应用对象的直流馈电设备的一个系统图;
第3图和第4图是第2图中的交直变换器的电压-电流特性图;
第5图是在第1图画出的函数发生器的输入输出特性图;
第6图是本发明的交直变换器的电压-电流特性图;
第7图是本发明的另一种应用实例的交直变换器的电压-电流特性图;
第8图是与第7图有关的函数发生器的输入输出特性图;
第9图是为了说明第8图的特性用的图;
第10图是为了说明本发明的其它应用实例用的图;
第11图是本发明进一步的应用实例的方框图;
第12图是第11图电路的交直变换器的电压电流特性图;
第13图是本发明的又一个应用实例的方框图;
本发明的交直变换器的电压-电流特性之一例如第6图所示。在此例中，当直流电压Vd在规定值V1以下时，使正变换器和逆变换器的电流设定值与Vd成比例地相应减小。正变换器在额定状态下的电流设定值为Ip，当直流电压降到0时，电流为Io，此时在逆变换器上的电流则是只比Io小△I的设定电流即(Io-△I)值。另外，规定值V1通常是比接地等事故时的电压要大得多的电压，可以在提供的定电流特性范围内进行选择。比较理想的规定值一般取为额定直流电压的50%。
具有这样的电压电流特性的控制装置的一个实例如第1图所示，图中和第2图上编号相同的表示具有相同的功能。这里，交直变换器31是交流变直流的正变换器，交直流变换器32是直流变交流的逆变换器。611是测量交直变换器31的直流输出电压Vdr用的电压互感器，612是当直流电压测量值小于规定值V1时，输出与此测量值成比例信号的函数发生器，613是把较正用电流设定值Io′和函数发生器612的输出值相减，从而得到修正信号的加法器，614是前述运行指令回路50的电流设定值Ip′和加法器613输出的修正信号值相加的加法器，615是测量流过正变换器31的直流电流Idr用的电流互感器，616是计算正变换器电流指令值Ip和电流互感器615的输出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构成了定电流控制回路，618是脉冲移相器，它能对应于放大器617的输出值大小，输出相应的相位控制脉冲，从而控制正变换器31的直流输出电流Idr。电流互感器615、加法器616、放大器617、脉冲移相器618构成了反馈控制回路以上就是正变换器31的控制装置。下面说明一下逆变换器32的控制装置。621是前述正变换器31的电流指令值Ip和电流差值△I(通常选定为额定电流的10%左右)相减的加法器。在直流馈电时，当两个变换器31，32相距较远时，两者之间通过通信设备或电缆相连接，输送电流指令值Ip，加法器621的输出是Ip和△I的差值，这个输出值就是前述逆变换器32的电流指令值。622是测量流过逆变换器32的电流Idi用的电流互感器;623是加法器，它的作用是计算逆变换器32的电流指令值(Ip-△I)和电流互感器622的输出Idi之差;624是把加法器623的输出进行放大的放大器;加法器623和放大器624构成了定电流控制回路。625是为使逆变换器稳定运行的定相补角控制回路，它输出相当于必需的相补角的控制角;626是最小值选择回路，它能在前述定电流控制回路624的输出和定相补角控制回路625的输出中，选择最合适的信号;在逆变换器32中，通常是选择定相补角控制回路的输出;627是脉冲移相器，它对应于最小值选择回路626的输出值输出相位控制脉冲，从而控制逆变换器32的直流电流Idi。这里，当正变换器31的直流输出电压Vdr大于规定值V1时，函数发生器612的输出等于加法器613的校正电流I0′;反之，当Vdr＜V1时，612的输出为 (I0')/(V1) Vdr;此时，函数发生器612的输入输出特性如第5图所示。如果设直流输出电压Vdr为零时的直流电流为I0。则校正用电流设定值I0′设定为Ip-I0较合适。这种情况下交直变换器31、32的电压电流特性如第6图所示。
因而，采用这种控制装置的话，当直流馈电线40上发生接地、短路事故使直流电压下降到规定值V1以下时，由于和直流电压Vdr的下降成比例的交直变换器31、32的电流设定值也随之减小，所以就不会产生直流电压下降时交直变换器无功功率急剧变化的问题。同时，由于直流电压下降引起事故点上流过过大电流的情况也不会发生。
依照第6图所表示的电压电流特性，不但能够避免交直变换器所需的无功功率的急剧变化，更令人满意的是这个无功功率不管直流电压下降的程度如何，大体上保持在所要求的一定值上。
第7图是满足这种要求的另一实施例的交直变换器的电压电流特性。当交直变换器的直流输出电压达到V1以下时，交直变换器的无功功率Q保持一定，并以此控制电流指令值。这时，第1图中的函数发生器612的输入输出特性如第8图所示，由图可见，保持无功功率为一定值是可以实现的。也就是说，当交直变换器31的直流输出电压Vd在规定值V1以上时，函数发生器612的输出电压为I0′;而当Vd在V1以下时，612的输出电压是直流输出电压Vd的函数I(Vdr)。下面来求这个函数。
由(1)式可得交直变换器31的直流电流IdId=Q/(3e2·23sin ψ )……(2)]]>其中ψ =Cos-1Vd/ (32πe2)……(3)]]>π为园周率由(3)式得Sin2ψ=cos2ψ=1- (V2d)/(C1) ……(4)C1=(32πe2)2=常数]]>
把(4)式代入(1)式Q2＝
·I2d·Sin2ψ＝C2I2d(1- (Vd2)/(C1) )……(5)C2=(3e223)2=常数。]]>将(5)式变形得V2d＝C1(1- (Q2)/(C2I2d) )……(6)设Q为定值，把(6)式的关系在Id-Vd平面上表示出来就是如第9图那样的抛物线。图中在Q＝Q1的曲线上，如果利用0≤Vd≤V1的范围(粗线部分)，在规定值V1以下范围的电压电流特性就成为第7图那样。因为第7图的直流电流Id和电流指令值IP相等，所以函数发生器612的输入输出特性可以理解为第8图所示的那样。再者，当Vd＝0时的直流电流I1，从(2)式中把Sinψ＝1代入得I1=Q1/(3e2·23)……(7)]]>从以上的说明，很容易求得第8图所示的特性，因此，具有这种特性的函数发生器也就容易做出来，结果，能够实现具有第7图特性的交直变换器是显而易见的。使用具有这样特性的交直变换器，即使直流电压下降，无功功率可维持一定，与此同时，直流电流被减小，因无功功率的急剧变化而引起的不适当的问题也就不存在了。
在以上的实例中，直流电压达到规定值以下时，和直流电压相关的交直变换器的电流指令值IP也改变了。当电流指令值Ip过小时，直流电流Id会含有纹波成分，因此象第10图所示那样，产生断续的直流电流。这是所不希望的。所以应使电流指令值Ip不小于所规定的值，这样的实例如第11图所示。第11图大体上同第1图，因此只对不同部分加以说明。其中619是最大值选择电路，它的输入量是前述正变换器31的电流指令值IP和使正变换器31的电流不间断的最小的运行电流设定值Idmin。(一般是额定电流的10%左右)而输出值是其中较大的一个。把这个电路附加在具有第6图表示的交直变换的特性的控制装置上，此时的交直变换器的电压电流特性在第12图上表示。就是说，直流电压Vd在规定值V1以下，与Vd有关的电流指令值Ip不小于Idmin时最大值选择电路619动作，防止出现正变换器电流设定值小于Idmin值的情况。
根据这个电路，与直流电压下降有关的交直变换器的电流指令值即使减小，也能够防止交直变换器电流断续的毛病，上述的防止电流断续的电路，显然也可以附加在具有第7图所示特性的控制装置上。
另外，上述的当直流电压下降时电流也减小的这种控制装置。在交直变换器的起动或停止的过渡过程中，具有妨碍其正常动作的作用。我们希望的是在过渡过程中不动作，使起动、停止动作准确地进行。这样的附加电路如第13图所示。第13图只画出了附加在第1图上的个别变动的地方。与第1图编号相同的表示的内容也相同，其它地方与第1图相同。其中620是开关电路，它根据前述运行指令电路50来的起动、停止指令C来接通或断开加法器613的输出。起动时，620先关断，电流设定值从0变化到Ip′，之后，电路开启，确保正常起动。停止时，开关电路620先开启，电流设定值从IP变化到0。
如上所述，对于本发明来说，由于接地等事故使直流电压下降时，与此电压相关的直流维持在某一个较小的电流值上，接地点的电流有所抑制的同时，能够避免由于直流电流Id和交直变换器所需的无功功率Q的急剧变化而带来的不良后果。另外，使无功功率Q保持在一定值而设定电流指令值的实例中。对交流系统的恶劣影响也得到很好的改善。
权利要求
1.把交流变直流或把直流变交流的两个交直变换器，用直流电路相连接。在交直变换器的直流电压-直流电流特性中进行定电流控制的交直变换器控制装置。前述检测直流电路中直流电压的方法如下在发生接地等事故时，每个交直变换器中流过的直流电流，做到充分的小。利用上述方式测出的电压比在接地事故时的电压大得多，并且比已给出的定电源特性范围内的某一规定的直流电压低的时候，由于电压下降到规定值以下，前述两个在直流电流也随之减小，而两电流的差值大体上保持不变。为了给出这样的电压-电流特性，本发明中具有产生直流电流指令信号的手段。根据各指令信号的直流电流，对各交直变换器进行控制。上述各种手段，就是交直变换器控制装置的特征。
2.根据权项1，本交直变换器控制装置还有以下特征具有为设定直流电流而输出设定信号的运行指令电路。此电路是产生指令信号的手段。为了给出前述的电压-电流特性，根据用前述检测手段测出的电压可以产生修正信号，此修正信号和运行指令电路输出的设定信号相加，得到直流电流的指令信号，并把它输出。
3.根据权项2，本交直变换器控制装置的另一特征是具有函数发生器，此函数发生器以产生修正设定信号用的修正信号，以获得当交直变换器所需的无功功率大体一定时的直流电流指令信号。
4.根据权项2或3的交直变换器控制装置，该控制装置具有开关手段，其作用是当装置处于起动和停止动作时，在指令信号输出中，不供给修正信号。这又是一个特点。
5.根据权项1-4的任一个的交直变换器控制装置，为了使直流电流不产生断续现象，前述直流电流指令信号不能减少到予先给定值以下，具有控制这种减少的方法，是本装置的又一特征。
专利摘要
本发明是把交流变直流或直流变交流的交直变换器，用直流回路相互连接而构成的直流馈电设备或频率变换设备的交直变换器控制装置。每个交直变换器的控制装置，至少都设有电流控制回路。由于接地等事故使该交直变换器的直流电压低于规定值以下时，在直流电压下降的同时，电流控制回路向各交直变换器给出的电流指令值逐渐减少，但两电流的差值大体上保持不变。
文档编号H02J3/36GK85106414SQ85106414
公开日1987年3月18日 申请日期1985年8月26日
发明者小西博雄 申请人:株式会社日立制作所导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan