專利名稱：用于控制串聯(lián)補(bǔ)償變換站的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于控制以逆變器操作的串聯(lián)補(bǔ)償變換站的方法，所述變換站被包括在用于高壓直流傳輸?shù)脑O(shè)備中，還涉及一種執(zhí)行所述方法的裝置。
串聯(lián)補(bǔ)償變換站指的是這樣一種變換站，在這一連接中，它的變換橋通過串聯(lián)電容器，可能還有中間變壓器和交流電網(wǎng)連接。
在兩個(gè)交流電壓網(wǎng)絡(luò)之間用來進(jìn)行高壓直流傳輸?shù)脑O(shè)備包括兩個(gè)變換站，每個(gè)變換站的交流側(cè)和一個(gè)單獨(dú)的交流電壓網(wǎng)絡(luò)相連，還包括公共的直流連接。直流連接可以架空線與/或電纜的形式，也可以在某部分中由地或水構(gòu)成代替金屬導(dǎo)體。在某些情況下，變換器彼此直接相鄰的設(shè)置，稱為背對(duì)背地安裝，從而直流連接由短母線構(gòu)成。每個(gè)變換站包括變換器，通常具有至少一個(gè)變換器變壓器，用來把變換器連接于交流電壓網(wǎng)絡(luò)，以及并聯(lián)濾波器，用來產(chǎn)生無功功率并濾除諧波。變換器一般為線路換向的電流源變換器，由此可以理解，變換器開關(guān)元件之間的電流換向借助于交流電壓網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)的電壓來實(shí)現(xiàn)，并且，從變換器的觀點(diǎn)看來，直流連接以剛性電流源的形式出現(xiàn)。為了減少由變換器產(chǎn)生的諧波，尤其是五次諧波和7次諧波，每個(gè)變換器通常包括兩個(gè)互相串聯(lián)的6脈沖橋，其中每個(gè)通過變換站的變壓器的單獨(dú)的二次繞組連接于交流電壓網(wǎng)絡(luò)，變壓器被這樣連接，使其二次繞組之間具有30°的相位移。
在正常操作期間，一個(gè)變換器，以后稱作整流器，以整流方式操作，另一個(gè)變換器，以后稱為逆變器，以逆變方式操作。用于各個(gè)變換器的控制設(shè)備產(chǎn)生相應(yīng)于為變換器的開關(guān)元件施加觸發(fā)脈沖的控制角α的控制信號(hào)。為了使變換器的無功消耗為最小，并減少變換站包括的元件的應(yīng)力，最好以盡量小的控制角α控制整流器，并用能引起盡量小的熄滅角γ(換向裕度)的控制角控制逆變器，而不危及受控的操作。因此，設(shè)備的控制系統(tǒng)通常這樣設(shè)計(jì)，即考慮到關(guān)于換向錯(cuò)誤的安全裕度、交流電網(wǎng)的電壓畸變、以及其它可能發(fā)生的偏離正常狀態(tài)的操作，使逆變器被控制于對(duì)于設(shè)備操作條件下的最大的合適的直流電壓。整流器以電流控制進(jìn)行控制，其參考值取決于電流指令，它又根據(jù)功率指令以及直流電壓以這樣的方式形成，使得直流電流因而傳輸?shù)挠泄β示S持在所需值上。
為了保證開關(guān)元件在觸發(fā)時(shí)刻具有足夠的觸發(fā)電壓，即在阻斷狀態(tài)中的正向電壓，整流器的控制設(shè)備還包括對(duì)控制角較低的限制，使得其最小值不低于預(yù)定的最低值。這限制通常通過用測(cè)量裝置測(cè)量開關(guān)元件兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)，從而使開關(guān)元件的觸發(fā)脈沖只當(dāng)檢測(cè)的電壓超過一預(yù)定值時(shí)才產(chǎn)生。
通常，用于整流器和逆變器的控制設(shè)備設(shè)計(jì)成相同的，從而在整流器中，電流控制器被啟動(dòng)，并在逆變器控制設(shè)備中，啟動(dòng)以維持熄滅角為不小于預(yù)定的最低值為目標(biāo)的控制。
關(guān)于高壓直流傳輸技術(shù)的一般的說明，請(qǐng)參考Erich UhlmannPower Transmission by Direct Current，Springer Verlag，Berlin Hcidel berg New York 1975，第125-136頁。
控制角α、熄滅角γ以及重迭角U之角，已知的關(guān)系為α+U+γ＝180°。這樣，需要如此確定逆變器的控制角，使得熄滅角(換向裕度)維持在預(yù)定的最低值。
美國專利US4210956描述了一種控制高壓直流傳輸設(shè)備的方法。按照這種方法，對(duì)于設(shè)備中包括的每個(gè)變換器，變換器的控制角根據(jù)給定的電壓電流值進(jìn)行計(jì)算。這一計(jì)算借助于已知的電流、電壓換向電抗以及控制角之間的關(guān)系，考慮達(dá)到一種狀態(tài)，借以使設(shè)備整體上可以穩(wěn)定地運(yùn)行來進(jìn)行。最小的允許控制角，即最小的觸發(fā)電壓，以及最小的允許熄滅角，在這些計(jì)算中作為限制值。不被串聯(lián)補(bǔ)償?shù)哪孀兤骷捌淇刂品椒ㄋ坪趸旧吓c叫作多端系統(tǒng)的相同，其中有兩個(gè)以上的逆變站和公共的直流連接相連。
美國專利US 4264951描述了一種控制高壓直流傳輸?shù)脑O(shè)備，該設(shè)備包括，除了進(jìn)行恒流控制、恒壓控制和恒熄滅角的控制的裝置之外還包括一種裝置，它根據(jù)在變換器檢測(cè)到的交流電壓和交流電流的值，計(jì)算變換器控制角的限制值，在這一限制值下，變換器開關(guān)元件的阻尼電路中的損耗保持為某一值。來自所述裝置的輸出信號(hào)供給選擇器裝置，在選擇器裝置中，從所述控制裝置中選擇控制角信號(hào)，同時(shí)考慮不超過計(jì)算的限制值。
美國專利說明書US 4563732中，尤其是

圖1和圖2以及有關(guān)的說明中，描述了一種用于控制逆變器操作的一種裝置。電流控制器包括比例放大積分器件。比例放大器件被供給直流連接中的電流的參考值，它被減去這一電流的檢測(cè)值。積分器件也被供給直流連接中的電流的參考值，它被減去這一電流的檢測(cè)值，此外，還減去電流裕度。從比例放大器件和積分器件中輸出信號(hào)的和構(gòu)成由控制系統(tǒng)輸入給逆變器的控制脈沖裝置的控制角指令。在穩(wěn)定狀態(tài)下，比例放大器件的輸出信號(hào)等于或近于零，而積分器件的輸入信號(hào)構(gòu)成電流裕度。積分器件包括可控的限制輸入，借助于此，其輸出信號(hào)可被限制，并且由逆變器指令的控制角α的值由所述限制信號(hào)這樣確定。限制輸入被供給一限制信號(hào)，它由計(jì)算電路形成，并相當(dāng)于逆變器的控制信號(hào)，并根據(jù)變換站的主電路的一些關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，即控制角等于零時(shí)的變換器的理想直流電壓、相應(yīng)于電流控制器的參考值的直流電流，交流電壓網(wǎng)絡(luò)的阻抗、預(yù)定的熄滅角(換向裕度)和相應(yīng)的控制角之間的關(guān)系。上述的限制信號(hào)可以由緩慢作用的控制電路校正，它具有熄滅角的檢測(cè)值的負(fù)反饋，其中檢測(cè)值和熄滅角的參考值進(jìn)行比較。除去上述控制系統(tǒng)之外，還由一熄滅角控制電路產(chǎn)生控制脈沖，其根據(jù)的事實(shí)是，對(duì)于開關(guān)元件中包括的半導(dǎo)體元件，通常為可控硅元件，需要一個(gè)最小的電壓——時(shí)間面積，以便在換向失敗之后恢復(fù)其阻斷狀態(tài)。根據(jù)換向電壓的檢測(cè)值，同時(shí)假設(shè)其曲線為某一形狀，直到換向電壓過零時(shí)，連續(xù)計(jì)算電壓時(shí)間面積，并對(duì)于換向時(shí)間間隔的長(zhǎng)度進(jìn)行校正，換向間隔與直流電流有關(guān)。當(dāng)校正的電壓時(shí)間面積等于所需的最小電壓時(shí)間面積時(shí)，開始產(chǎn)生開關(guān)元件的觸發(fā)脈沖。觸發(fā)脈沖和電流控制器以及熄滅角控制電路有關(guān)，把觸發(fā)脈沖送到OR電路，使得第一個(gè)到達(dá)OR電路的觸發(fā)脈沖啟動(dòng)開關(guān)元件的觸發(fā)。
已經(jīng)證明，按照常規(guī)設(shè)計(jì)的逆變器的控制系統(tǒng)，對(duì)于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行中的干擾是敏感的。因?yàn)槟孀兤鞯目刂飘a(chǎn)生發(fā)生在逆變器中的電流/電壓特性，逆變器的交流電壓網(wǎng)絡(luò)的小的電壓減小可以導(dǎo)致電流的雪崩式的增長(zhǎng)。為了獲得電流的穩(wěn)定控制，整流器必須通過其電流控制，呈現(xiàn)出正的電流/電壓特性，從而補(bǔ)償逆變器控制系統(tǒng)中的負(fù)特性。當(dāng)以長(zhǎng)電纜形式進(jìn)行直流連接時(shí)，所發(fā)生的直流連接中的大的對(duì)地電容意味著整流器的電流控制和逆變器的控制系統(tǒng)的電流控制在某種程度上互相斷開了。例如在短路故障或多相或單相接地故障的情況下，出現(xiàn)的快速電壓減小可以導(dǎo)致逆變器的電壓中斷。為了使逆變器通過其控制角控制來消除這種情況，在常規(guī)情況下，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行期間，非串聯(lián)補(bǔ)償?shù)淖儞Q站的控制系統(tǒng)必須以大于相應(yīng)于關(guān)于換向故障的一般安全性的換向裕度運(yùn)行。然而，在另一方面，這需要在穩(wěn)定運(yùn)行期間增加無功功率消耗，結(jié)果帶來用于補(bǔ)償?shù)母叩馁M(fèi)用，及大的設(shè)備體積。
眾所周知，在變換站中包括的串聯(lián)補(bǔ)償變換站中，通過串聯(lián)電容器把變換橋和各自的交流電網(wǎng)電壓相連。這具有若干優(yōu)點(diǎn)。串聯(lián)電容器被通過它的電流周期地充電，并由此產(chǎn)生的電容器上的電壓提供加于換流器開關(guān)元件上的附加的換向電壓。該換向電壓對(duì)于交流電網(wǎng)電壓具有相位移，由于控制和熄滅角仍然和交流電網(wǎng)的電壓的相位有關(guān)，因而在整流器操作中的開關(guān)元件可以用小于零的控制角控制，在逆變操作中，用小于零的熄滅角控制(雖然相對(duì)于開關(guān)元件的換向電壓的換向裕度大于零)。這便能減少換流器的無功消耗。這減少了在并聯(lián)濾波器中所需要產(chǎn)生的無功功率，并且濾波器可根據(jù)濾除諧波的需要確定尺寸。電容器的充電電流，并因而其電壓正比于直流連線中的直流電流，并通過適當(dāng)大小的電容器，可以補(bǔ)償重迭角對(duì)直流電流的幅值的依賴性。這意味著，在快速電流瞬變的情況下，串聯(lián)補(bǔ)償可以維持開關(guān)元件的換向裕度。通過合適地選擇串聯(lián)電容器，換向裕度對(duì)交流電網(wǎng)電壓幅值的依賴性也以有利的方向被串聯(lián)補(bǔ)償所影響，使得上述的負(fù)的電流/電壓特性在換流器控制中沿穩(wěn)定方向受影響，也可以產(chǎn)生正的電流/電壓特性。
在John Reeve，John A.Baron.以及G.A.HanleyA TechnicalAssessment of Artificial Commutation of HVDC Converterswith Series Compensation(IEEE Trans.on Power Apparatusand Systems，Vol.PAS-87，Oct.1968，P1830-1840)中對(duì)換流站的操作方式進(jìn)行了一般的說明，在換流變壓器和6脈沖連接的換流器之間的交流連線中引入了串聯(lián)電容器。
因而，在許多情況下，需要上述的串聯(lián)補(bǔ)償變換站。
然而，變換站的串聯(lián)補(bǔ)償意味著開關(guān)元件的換向電壓依賴于各部串聯(lián)電容器的取決于電流的電壓的幅值和相位。因而，在串聯(lián)補(bǔ)償期間，開關(guān)元件的換向電壓不能直接從交流電網(wǎng)的檢測(cè)電壓中得出，而這在非串聯(lián)補(bǔ)償?shù)膿Q流站中是可能的。并且，上述的熄滅角的控制原理以及整流器的觸發(fā)電壓依賴于此。
對(duì)于串聯(lián)補(bǔ)償換流站的主電路，可以以已知的方式建立電流/電壓方程，其中具有控制角α(相對(duì)于交流電網(wǎng)的電壓)、直流電流Id、理想的空載直流電壓Udio以及換向裕度γm(在逆變器操作中)作為變量。如果在這些方程中，設(shè)定開關(guān)元件的換向裕度的一個(gè)恒定預(yù)先值γp，則控制角α可以用直流電流和空載直流電壓作為變量進(jìn)行計(jì)算。
然而，在串聯(lián)補(bǔ)償換流站中，電流/電壓方程變得比非串聯(lián)補(bǔ)償?shù)南喈?dāng)?shù)膹?fù)雜。并不能象美國專利US4563732中那樣簡(jiǎn)單地計(jì)算，使得能從方程中顯式地解出控制角。根據(jù)這些方程的控制角的計(jì)算必須用迭代法進(jìn)行，這對(duì)計(jì)算速度與/或計(jì)算能力提出了很高的要求。
逆變器的控制中計(jì)算電路適用于顯式的形式，并且計(jì)算從主電路的電流/電壓方程開始，信號(hào)相應(yīng)于所需的控制角，如上述US4563732中所述，成為串聯(lián)補(bǔ)檔逆變器的缺點(diǎn)。
熄滅角的直接測(cè)量由于串聯(lián)補(bǔ)償?shù)囊胱兊孟喈?dāng)復(fù)雜，必須對(duì)每部開關(guān)元件進(jìn)行測(cè)量，因而相當(dāng)復(fù)雜且昂貴。
本發(fā)明的目的在于提供一種在引言中所述的方法，它使得逆變器的控制從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)看來是簡(jiǎn)單的且滿意的，而不用檢測(cè)開關(guān)元件兩端的換向電壓，并提供一種執(zhí)行該方法的裝置。
用這種方式，可以利用串聯(lián)補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)，而不用進(jìn)行復(fù)雜用費(fèi)錢的換流器橋每個(gè)元件熄滅角的單個(gè)測(cè)試。
從所附的權(quán)利要求中可更清楚地看出本發(fā)明的方法和裝置的特征。
從以下的說明和權(quán)利要求中會(huì)清楚地看出本發(fā)明的改進(jìn)。
現(xiàn)在參照附圖更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中圖1是具有串聯(lián)補(bǔ)償?shù)淖儞Q站的高壓直流傳輸設(shè)備的示意圖；圖2是通過串聯(lián)補(bǔ)償電容器連接到交流電網(wǎng)的變換器橋；圖3是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中如圖1所示的變換站的控制設(shè)備的方塊圖；圖4是按照?qǐng)D3的控制設(shè)備的電流控制器的實(shí)施例的方框圖；以及圖5是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中如圖3所示的控制設(shè)備的逆變器操作中最大控制角的限制的方塊圖。
下面說明所述的方法和裝置，附圖可看作是裝置的信號(hào)流程圖和方塊圖，因此，“計(jì)算值”和“信號(hào)”是同一個(gè)意思。
下面假定在換向開始時(shí)控制角為α，換向結(jié)束時(shí)熄滅角為γ，它們以常規(guī)方式和交流電網(wǎng)電壓相聯(lián)系。關(guān)于變換橋中開關(guān)元件上的換向電壓的熄滅角由換向裕度γm表示。對(duì)于非串聯(lián)補(bǔ)償?shù)淖儞Q站，熄滅角γ等于換向裕度γm，而對(duì)于串聯(lián)補(bǔ)償變換站，熄滅角γ一般偏離換向裕度γm，并且也可取小于零的值。
圖1表示在兩個(gè)三相交流電網(wǎng)N1和N2之間的高壓直流傳輸設(shè)備，只是一個(gè)略圖。
變換器SR1通過串聯(lián)電容SC1和變壓器T1將其交流電壓端連于電網(wǎng)N1，變換器SR2通過串聯(lián)電容SC2和變壓器T2連于電網(wǎng)N2。每個(gè)變壓器分別具有抽頭變換器TC1、TC2，圖中用箭頭表示。直流連續(xù)L1、L2把變換器SR1的直流電壓端連接到變換器SR2上的相應(yīng)的直流電壓端。直流連線的阻抗為21、22。此外，用來產(chǎn)生無功功率并濾波的并聯(lián)濾波器(圖中未示出)連接于各自的交流電網(wǎng)。
為了說明本實(shí)施例，假定變換器SR1作為整流器運(yùn)行，而變換器SR2作為逆變器運(yùn)行。但兩個(gè)變換器可以以公知的方式作為整流器和逆變器。
變換器可用公知方式設(shè)計(jì)成兩個(gè)串聯(lián)的6脈沖橋的形式，以形成12個(gè)脈沖連接，因而每個(gè)變壓器包括兩個(gè)互差30°相位移的副繞組，例如一個(gè)副繞組為Y連接，另一個(gè)為△連接。圖2所示為6脈沖橋，包括6個(gè)相同的開關(guān)元件，圖中用可控硅表示，通過串聯(lián)電容器SC1R，SC1S，SC1T連接其交流側(cè)到三相電網(wǎng)上，電網(wǎng)包括三個(gè)電壓發(fā)生器GR，GS，GT，分別和三個(gè)電抗器LR，LS，LT串聯(lián)，這一網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成上述的變壓器、并聯(lián)濾波器和交流電網(wǎng)的等效電路。
例如，在從開關(guān)元件V1到V3的換向期間，換向電壓UKV＝US-UCS-UR+UCR。
6脈沖橋兩端的直流電壓用Udb表示，在變換器包括兩個(gè)串聯(lián)的6脈沖橋時(shí)，變換器的直流電壓等于兩倍的Udb，用Ud表示。
每個(gè)變換器分別具有一個(gè)控制設(shè)備CE1，CE2(圖1)。每個(gè)控制設(shè)備包括控制角單元CAC，用來產(chǎn)生控制角α指令值，該控制角裝置下面還要詳述，以公知方式設(shè)計(jì)的CFC單元，用來根據(jù)控制角α的指令值決定各個(gè)開關(guān)元件的觸發(fā)時(shí)刻，以及CPG，用來分別產(chǎn)生包括在變換器中的開關(guān)元件的觸發(fā)時(shí)刻的控制脈沖CP1和CP2?？刂平菃卧狢AC具有來自功率控制單元POC的有功功率的參考值，該參考值以公知方式形成?？刂平菃卧部梢越邮諄碜愿呒?jí)控制系統(tǒng)的參考值，圖中未示出，例如用于控制和交流電網(wǎng)之間無功功率的交換。
整流器的直流電壓Ud1和逆變器的直流電壓Ud2分別用電壓測(cè)量裝置UM1、UM2測(cè)量，它們分別輸出測(cè)量值UD1、UD2。通過直流連線的電流Id分別由電流測(cè)量裝置IM1、IM2測(cè)量，分別輸出測(cè)量值ID1、ID2。交流電網(wǎng)的電壓Un1、Un2分別由電壓測(cè)量裝置UMN1、UMN2測(cè)量，分別輸出測(cè)量值UN1、UN2。
變換器的每個(gè)控制設(shè)備被供給上述的設(shè)備參數(shù)運(yùn)行測(cè)量值，即，整流器的控制設(shè)備被供給交流電網(wǎng)電壓，整流器的直流電壓、直流連線中的直流電流的測(cè)量值，逆變器的控制設(shè)備被供給有關(guān)逆變器的相應(yīng)的測(cè)量值。此外，每個(gè)控制設(shè)備還被供給有關(guān)代表抽頭變換器的位置、功率方向信號(hào)RECT/INV的信息的輸入信號(hào)，后一信號(hào)分別代表整流運(yùn)行和逆變運(yùn)行，這根據(jù)設(shè)備操作員設(shè)定的功率方向確定(方式未在圖中示出，但是都為公知的)。
根據(jù)測(cè)量值和送到控制設(shè)備的輸入信號(hào)，整流器和逆變器的控制設(shè)備分別產(chǎn)生控制脈沖CP1和CP2，用于換流器的開關(guān)元件并將其供給各個(gè)開關(guān)元件。
兩件控制設(shè)備彼此之間的通信以公知的方式通過通信鏈路TL雙向傳輸換流器的運(yùn)行參數(shù)的信息。
各個(gè)控制設(shè)備也可以包括抽頭變換控制單元，在圖中沒有示出，但按公知方式設(shè)計(jì)，用來為抽頭變換器產(chǎn)生INCREASE/DECREASE脈沖，該脈沖被送到抽頭變換操作設(shè)備。
圖3所示為圖1的本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中的變換站控制設(shè)備的一部分，控制設(shè)備一般對(duì)整流器和逆變器設(shè)計(jì)成相同的，因此在圖3和圖4中，標(biāo)號(hào)1和2分別代表有關(guān)整流器的量，而逆變器沒有示出。
功率控制單元POC包括計(jì)算器件IOCAL，用來計(jì)算電流指令I(lǐng)O，它是在直流連線中傳輸?shù)挠泄β实墓β手噶頟O和在整流器中直流電壓Ud1的商。電流指令被送到限制器件1，根據(jù)直流電壓Ud1的測(cè)量值UD1限制電流指令，并被送到上述的限制器件。然后，從限制器件1的輸出信號(hào)IOL被送到包括在控制角單元CAC中的電流控制器CC，作為這一控制器的參考值。
電流控制器的輸出信號(hào)AO在限制器件2中借助于限制信號(hào)AMINL和AMAXL分別被限制于其最小值和最大值，這兩個(gè)限制信號(hào)都能起作用。從限制器件2輸出的輸出信號(hào)AOL，它是控制角α的指令值，被送到單元CFC，用來確定各開關(guān)元件的觸發(fā)時(shí)刻。
圖4所示為和US4563732中所述的電流控制器相似的一類電流控制器的實(shí)施例。第1加法器3形成直流電流Id的參考值IOL和這一電流的測(cè)量值ID之間的差作為輸出信號(hào)。該差值被送入增益為GP的比例放大器件4和加法器5。加法器5也被輸入整流和逆變器之間的預(yù)定的電流裕度IOM，并從而產(chǎn)生電流裕度和來自第一加法器3的輸出信號(hào)之間的差作為輸出信號(hào)。來自加法器5的輸出信號(hào)被送到積分時(shí)間常數(shù)為1/GI的積分器件6。該積分器件包括限制器件7，它根據(jù)限制信號(hào)AMAXL和AMINL把來自積分器件的輸出信號(hào)限制于它的最大值和最小值。來自比例放大器件4的積分器件7的輸出信號(hào)，經(jīng)過限制器件7的限制，被送到第三加法器8，它產(chǎn)生電流控制器的輸出信號(hào)AO作為輸出信號(hào)，該信號(hào)是來自積分器件的輸出信號(hào)和來自比例放大器件的輸出信號(hào)之間的差。
整流的和逆變器的電流指令和電流裕度通過通信鏈路TL同步。
電流裕度IOM對(duì)整流器通常等于零，對(duì)于逆變器，它被設(shè)定為和零的差值，其符號(hào)這樣確定，使得逆變器的控制設(shè)備盡量減少被整流器控制的直流電流。這樣，在逆變器穩(wěn)定運(yùn)行期間，對(duì)于積分器件6的輸入信號(hào)由電流裕度構(gòu)成，這意味著輸出信號(hào)將取其被限制信號(hào)AMAXL限制的最大值。在平衡狀態(tài)期間，來自比例放大器件的輸出信號(hào)等于零或近于零，因此，由逆變器指令的控制角α的值由上述的限制信號(hào)確定。
圖5表示在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中如何形成限制信號(hào)AMAXL。計(jì)算單元ALCAL按照某一關(guān)系M產(chǎn)生輸出信號(hào)AMARG作為控制角的計(jì)算值，對(duì)此下面將詳細(xì)說明。輸出信號(hào)AMARG被送到限制器件10，它通過限制信號(hào)AMAX和AMIN分別把輸出信號(hào)AMARG限制到其最大值和最小值。來自限制器件10的輸出信號(hào)構(gòu)成限制信號(hào)AMAXL，它被送到限制器件7，其被包括在電流控制器的積分器件中，還被送到控制角單元CAC的限制件2中。
對(duì)于以逆變器運(yùn)行的串聯(lián)補(bǔ)償變換器的主電路，可以以公知的方式建立電流/電壓方程，其中以控制角α(相對(duì)于交流電網(wǎng)電壓)、直流電流Id2、理想空載直流電壓Udi02、以及開關(guān)元件的換向裕度為變量。如果在這些方程中設(shè)定一個(gè)恒定的換向裕度預(yù)定值γp，則可以用迭代法以直流電流和理想空載直流電壓為變量計(jì)算控制角α。在公式中，可以這樣表示，使控制角在開關(guān)元件的換向裕度等于預(yù)定值γp時(shí)，為直流電流Id2和理想空載直流電壓Udi02的函數(shù)F0，即α＝F0(Id2，Udi02，γp)。
從整流器11中以公知的方式形成電壓值UDI02，作為輸出信號(hào)，整流器11對(duì)交流電網(wǎng)的電壓Un的測(cè)量值UN2進(jìn)行整流，此時(shí)考慮了電流互感器的交流比。
通過對(duì)計(jì)算單元ALCAL提供直流電流Id2的連續(xù)測(cè)量值ID2和逆變器的理想空載直流電壓的電壓值UDI02，它根據(jù)連續(xù)檢測(cè)的交流電網(wǎng)N2的檢測(cè)值產(chǎn)生，并且包括在計(jì)算單元中的計(jì)算器件被用來按照關(guān)系M0連續(xù)地計(jì)算控制角，據(jù)此關(guān)系，控制角為上述的函數(shù)F0，并對(duì)逆變器的各開關(guān)元件提供這一控制角的計(jì)算值，逆變器橋的開關(guān)元件將按等于預(yù)選值γp的恒定的換向補(bǔ)度，運(yùn)行于不同的直流電流和理想空載直流電壓下，而不用知道發(fā)生在各個(gè)開元元件上的換向電壓。
對(duì)典型設(shè)備的研究已經(jīng)表明，在串聯(lián)補(bǔ)償變換站中，滿意的換向裕度，即使在來自計(jì)算單元的輸出信號(hào)，按照近似模擬上述關(guān)系M0計(jì)算出時(shí)，也能在大的電流電壓范圍內(nèi)達(dá)到。用這種方式，對(duì)于指定控制角和直流電流及理想空載直流電壓的關(guān)系的簡(jiǎn)化的函數(shù)，在恒定換向裕度時(shí)可被采用。這意味著包括在計(jì)算單元中的計(jì)算器件可設(shè)計(jì)成較簡(jiǎn)單的并能進(jìn)行較快速的計(jì)算。
借助于選擇合適的串聯(lián)電容器，開關(guān)元件的換向裕度即使當(dāng)逆變器用恒控制角控制時(shí)也可以在大的直流電流范圍內(nèi)只略微改變，即計(jì)算單元根據(jù)關(guān)系M1計(jì)算控制角，此時(shí)控制角是函數(shù)M1＝常數(shù)＝A1。然而，一般地說，這種控制逆變器的方式導(dǎo)至開關(guān)元件的換向裕度隨電流的增加而增加。為了改善逆變器抵抗過電流的能力，尤其是直流連線為長(zhǎng)電纜時(shí)，隨著直流電流的增加使控制角增加來控制逆變器是有利的，至少對(duì)于大于額定電流的電流應(yīng)如此。某一設(shè)備的研究表明，在α＝163°的情況下，采用恒控制角的控制，在直流電流從0到額定(from 0 to 1 per unit)的范圍內(nèi)，所產(chǎn)生的換向裕度的偏差只有2至3°，此時(shí)的空載直流電壓為額定值。在超過額定電流時(shí)，換向裕度增加，在2倍額定值時(shí)，增加大約高于其最低值11°。
用電流相關(guān)的控制角進(jìn)行控制，即用計(jì)算單元計(jì)算控制角，此時(shí)根據(jù)函數(shù)α＝M2(Id2)＝A2+B2*Id2，其中Id2是直流額定電流，從而得到換向裕度，在直流電流為2倍額定值并理想空載直流電壓為額定值時(shí)，按上述表達(dá)式計(jì)算控制角，只比其最低值增加5°。在這種情況下，選擇函數(shù)M2＝157°+5.5*Id2，這樣把計(jì)算的值限制在最在值168°和最小值163°之間，即按照?qǐng)D5的AMAX和AMIN分別被設(shè)為168°和163°，對(duì)于超過額定電流的電流，控制角從最小值163°增加到最大值168°，此時(shí)直流電流Id2＝2倍額定值(2 per unit)。
然而，考慮到開關(guān)元件的換向裕度與電壓有關(guān)時(shí)，發(fā)現(xiàn)用按上述計(jì)算的控制角控制時(shí)，在大電流時(shí)換向裕度隨電壓的增加而減少一些，當(dāng)在Id2＝2倍額定值電壓從1倍增加到1.3倍額定值時(shí)，換向裕度改變大約5°。
采用控制角與電流、電壓有關(guān)來進(jìn)行控制，即按照函數(shù)α＝M3(Id2，Udi02)＝A3+B3*Id2/Udi02，其中Udi02是理想空載直流電壓，用標(biāo)么值表示，可以實(shí)現(xiàn)換向裕度對(duì)變換站的電流、電壓的依賴性的改善。其結(jié)果是，當(dāng)直流電流在理想空載直流電壓為標(biāo)么值1時(shí)從標(biāo)么值1增加到標(biāo)么值2時(shí)，換向裕度從其最低值僅增加大約3°，當(dāng)在直流電流為標(biāo)么值2而理想空載電壓從標(biāo)么值1增加到1.5小時(shí)，則減少2到3°。
在這種情況下，選擇函數(shù)M3＝158°+5*Id2/Udi02，并限制值A(chǔ)MAX和AMIN分別取168°和160°。達(dá)到了換向裕度對(duì)變換站的電流、電壓依賴性的改進(jìn)。在Udi02＝1(標(biāo)么值)時(shí)，當(dāng)直流電流Id2在Udi02等于標(biāo)么值1時(shí)被增加到標(biāo)么值2，換向裕度僅從其最低值增加3°，而在電流等于標(biāo)么值2電壓從1.0增加到1.5小時(shí)，換向裕度大約減少2至3°。
當(dāng)計(jì)算單元ALCAL被用來按照上述M0、M3中的任一函數(shù)計(jì)算控制角時(shí)，它被連續(xù)地供給直流電流Id2的測(cè)量值ID2和理想空載直流電壓Udi02的電壓值UDI02，并根據(jù)這些測(cè)量值和換向裕度的預(yù)定值γp計(jì)算控制角的值。當(dāng)計(jì)算電路用于按照上述的函數(shù)M2計(jì)算控制角時(shí)，對(duì)其輸入測(cè)量值ID2就足夠了，當(dāng)它根據(jù)上述函數(shù)M1計(jì)算控制角時(shí)，它不依賴于變換站的檢測(cè)的操作參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
以方塊圖表示的限制器件、計(jì)算單元和函數(shù)形成器件被設(shè)計(jì)成模塊形式，包括模擬的與/或數(shù)字的裝置，或被完全或局部地設(shè)計(jì)為計(jì)算裝置，借助于在硬件電路中的模擬與/或數(shù)字技術(shù)進(jìn)行計(jì)算或作為程序在微機(jī)中執(zhí)行。
在不同的運(yùn)行條件下，當(dāng)用不同的換向裕度操作設(shè)備時(shí)，預(yù)選的換向裕度γp可作為參數(shù)引入計(jì)算單元中的計(jì)算器件中，并把所需的值作為可由操作員影響的值供給計(jì)算單元。
雖然圖1-2表示連接于變換橋的串聯(lián)電容器，但本發(fā)明也包括這些情況，即變換橋連接于變壓器而串聯(lián)電容器連接在變壓器和電網(wǎng)之間。
雖然使用直流電流和理想空載直流電壓作為函數(shù)F0中的變量是有利的，但也可使用各個(gè)變換站的相應(yīng)的交流量，因?yàn)樵谥绷麟娏骱徒涣麟娏髦g以及在理想空載直流電壓和交流電網(wǎng)電壓之間，考慮變壓器變化和抽頭的位置之后，存在著已知的關(guān)系。在這些情況下，可以把上述交流量的檢測(cè)值供給計(jì)算單元。
權(quán)利要求
1.一種用來控制包括在用于高壓直流傳輸?shù)脑O(shè)備中的串聯(lián)補(bǔ)償變換站的逆變器運(yùn)行的方法，所述變換站包括變換器(SR2)，它被控制設(shè)備(CE2)控制，并被連接于三相交流電網(wǎng)(N2)上，控制設(shè)備根據(jù)能夠被影響的限制值(AMAXL)產(chǎn)生包括在變換器中的開關(guān)元件(V1-V6)的控制角(α)的指令值(AOL)，其特征在于，變換器控制角(α)的計(jì)算值(AMARG)按照預(yù)定的關(guān)系(M0，M1，M2，M3)被連續(xù)地計(jì)算，它至少近似地模擬一種關(guān)系，按照這種關(guān)系，當(dāng)開關(guān)元件的換向裕度(γm)等于預(yù)選值(γp)時(shí)，控制角是變換站中的電流(Id2)和電壓(Un2)的函數(shù)(F0)，并且根據(jù)所述控制角的計(jì)算值產(chǎn)生限制信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其特征在于，控制角的計(jì)算值按照一種預(yù)定的關(guān)系(M1)進(jìn)行計(jì)算，按照這種關(guān)系，控制角為一恒值(A1)。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，控制角的計(jì)算值根據(jù)在變換站連續(xù)檢測(cè)的電流(Id2)按照預(yù)定的一種關(guān)系(M2)進(jìn)行計(jì)算，按照這種關(guān)系，控制角是所述電流的線性函數(shù)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，控制角的計(jì)算值還根據(jù)在變換站連續(xù)檢測(cè)的電壓(Un2)，按照一種關(guān)系(M3)進(jìn)行計(jì)算，按照這種關(guān)系，控制角是所述電流(Id2)和所述電壓之間的商的線性函數(shù)。
5.如權(quán)利要求1-4任何之一的方法，其特征在于，控制角的計(jì)算值被這樣限制，使其不超最大值(AMAX)，并且不小于最小值(AMIN)。
6.一種用來控制包括在用于高壓直流傳輸?shù)脑O(shè)備中的串聯(lián)補(bǔ)償變換站的逆變運(yùn)行的裝置，所述變換站包括變換器(SR2)，它被控制設(shè)備(CE2)控制，并被連接到三相交流電網(wǎng)(N2)上，控制設(shè)備包括控制角單元(CAC)，用來對(duì)包括在變換器中的開關(guān)元件(V1-V6)根據(jù)能被影響的限制信號(hào)(AMAXL)產(chǎn)生控制角(α)的指令值(AOL)，其特征在于，所述控制設(shè)備包括，計(jì)算單元(ALCAL)，它連續(xù)地為變換器計(jì)算控制角(α)的值(AMARG)，所述計(jì)算這樣進(jìn)行按照一種預(yù)定的關(guān)系(M0，M1，M2，M3)，這種關(guān)系至少近似地模擬這樣一種關(guān)系，按照這種關(guān)系，在開關(guān)元件的換向裕度(γm)等于預(yù)定值(γp)時(shí)，控制角是變換站中的電流(Id2)和電壓(UM2)的函數(shù)(F0)，并根據(jù)所述控制角的計(jì)算值產(chǎn)生所述限制信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，計(jì)算單元按照一種預(yù)定的關(guān)系(M1)計(jì)算控制角，按照這種關(guān)系，控制角是一恒值(A1)。
8.如權(quán)利要求6的裝置，其特征在于，在變換站中連續(xù)檢測(cè)的電流(Id2)的測(cè)量值(Id2)被送給計(jì)算單元，它按照一種預(yù)定的關(guān)系(M2)計(jì)算控制角，按照這種關(guān)系，控制角是所述測(cè)量值的線性函數(shù)。
9.如權(quán)利要求8的裝置，其特征在于，根據(jù)在變換站中連續(xù)檢測(cè)的電壓(Un2)的測(cè)量值(UN2)產(chǎn)生的電壓值(UDI02)被送到計(jì)算單元，它按照一種預(yù)定的關(guān)系(M3)計(jì)算控制角，按照這種關(guān)系(M3)，控制角是所述在變換站中連續(xù)檢測(cè)的電流的測(cè)量值和所述電壓值之間的商的線性函數(shù)。
10.如權(quán)利要求6-9任何一個(gè)的權(quán)利要求，其特征在于，控制設(shè)備包括限制器件(10)，它這樣限制控制角的計(jì)算值，使其不超過最大值(AMAX)，并且不小于最小值(AMIN)。
全文摘要
控制設(shè)備(CE2)根據(jù)可被影響的限制信號(hào)(AMAXL)為包括在串聯(lián)補(bǔ)償變換站中的變換器產(chǎn)生控制角(α)的指令值(AOL)，控制角的計(jì)算值(AMAREG)按照一種預(yù)定關(guān)系(M0，M1，M2，M3)被連續(xù)地計(jì)算，這種關(guān)系至少近似地模擬一種這樣的關(guān)系，按照所述的關(guān)系，在換向裕度(γm)等于預(yù)選值(γp)時(shí)，所述控制角是變換站中的電流(Id2)和電壓(Un2)的函數(shù)(F0)，并且根據(jù)計(jì)算值產(chǎn)生所述限制信號(hào)。
文檔編號(hào)H02J3/36GK1136229SQ9511914
公開日1996年11月20日 申請(qǐng)日期1995年10月10日 優(yōu)先權(quán)日1994年10月13日
發(fā)明者P·-E·比約隆德, T·揚(yáng)森 申請(qǐng)人:瑞典通用電器勃朗勃威力公司