專利名稱：電壓源型電力變流裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在多相交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)之間進行電力變流的電壓源型電力變流裝置。
首先說明電力變流裝置使用形態(tài)的一個例子。在輸電配電系統(tǒng)中，將電力變流裝置設(shè)置在例如3.3～500Kv的變電所或轉(zhuǎn)換站內(nèi)，使電力變流裝置以后文所述的無功電流供給方式或無功電流消耗方式運行，用于提高瞬態(tài)穩(wěn)定性、動態(tài)穩(wěn)定性、靜態(tài)穩(wěn)定性等，或?qū)⑾到y(tǒng)電壓保持在恒定的電壓上。
另外，在直流輸電或在交流系統(tǒng)間的直流連接中，設(shè)置多組自激式電力變流裝置，用于控制功率互換或電力潮流、提高系統(tǒng)的可靠性、防止事故擴大以及降低系統(tǒng)無功功率消耗。
在工廠或電氣鐵路等的受電變電設(shè)備中設(shè)置電力變流裝置，使電力變流裝置以后文所述的無功電流供給方式或無功電流消耗方式運行，用于控制無功功率或使電壓穩(wěn)定。
在鐵路中，電力變流裝置還能用于使電氣列車以電機驅(qū)動、再生制動各種方式運行，也可在直線電機傳動鐵道的各種控制中使用。
此外，在一般工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)，電力變流裝置還能在穩(wěn)壓穩(wěn)頻(CVCF)電源裝置中使用，以確保例如計算機運行所需要的電源質(zhì)量。
以下，參照


減少在這種電力變流裝置中成為問題的高次諧波的現(xiàn)有技術(shù)例。圖18(a)、(b)分別表示現(xiàn)有的電壓源型電力變流裝置(以下將″電壓源型″省略而只寫″電力變流裝置″)，在該圖中，(1a)～(1n)是電壓源型電力變流單元(以下將″電壓源型″省略而只寫″電力變流單元″)，(2a)～(2n)是具有與交流系統(tǒng)側(cè)端子R、S、T連接的移相一次繞組W1a～W1n和與電力變流單元(1a)～(1n)連接的二次繞組的移相變壓器，(31)～(3n)是直流電容器，P、N是直流端子，Ed是直流電壓，ua～wn是電力變流單元(1a)～(1n)的交流端子。
電力變流單元(1a)～(1n)典型的有如圖19(a)、(b)所示的2級逆變器(變流器)或3級逆變器(變流器)。在該典型的變流器的圖中，3P、3N是與直流端子P、N串聯(lián)的直流電容器。(4)、(4a)～(4d)是靜態(tài)開關(guān)，其更為詳細的例子示于圖19(c)。該開關(guān)是至少在一個方向具有有源開關(guān)功能(自關(guān)斷開關(guān)功能)的開關(guān)元件、即有源開關(guān)元件(4″)而在另一方向為無源二極管(4’)。至少在一個方向具有有源開關(guān)功能的開關(guān)元件的典型例子是門極可關(guān)斷晶閘管類(GTO、MCT、EST)或晶體管類(BJT、IGBT、FET)。(4e)、(4f)是中性點嵌位二極管。由于在該圖19中示出的結(jié)構(gòu)是眾所周知的，所以其詳細說明省略。
在圖18(b)中，(1aR)～(1nT)是單相橋式2級逆變器(變流器)或3級逆變器(變流器)，例如是去掉圖19中的一相后的電路。在圖18中，(2aR)～(2nT)是與交流側(cè)一次繞組串聯(lián)的單相變壓裝置。
作為電壓源型電力變流器的其它例子還有強制換向閘流管式的電壓型電力變流器。
下面，以DC→3相AC間的電力變流裝置為例說明圖18(a)、(b)所示的動作。
在圖18(a)中，說明了在直流端子N、P上施加直流電壓Ed而在交流系統(tǒng)端子R、S、T上得到三相交流時的操作。如以一臺電力變換單元1a構(gòu)成，則必然產(chǎn)生6n±1次的高次諧波，例如，以相位相互錯開60°/n的n臺電力變流單元1a～1n按6階梯波進行控制，并使移相變壓器2a～2n的一次繞組W1a～W1n上的相位移動，使只對基波的相位一致，則因低于6n±1次的高次諧波被抵消，所以就減少了高次諧波。
同樣，在圖18(b)中，說明了在直流端子N、P上施加直流電壓Ed而在各逆變器1aR～1nR、1aS～1nS、1aT～1nT上產(chǎn)生經(jīng)脈寬調(diào)制(PWM)后的單相交流電壓時的操作。在本例中，分別使第a～n個逆變單元在上述脈寬調(diào)制時的三角形載波的相位移動，其輸出電壓由與變壓器2aR～2nR、2aS～2nS、2aT～2nT的各相串聯(lián)的繞組合成，使在上述載波相位下切換而產(chǎn)生的高次諧波的相位也被移動，所以就減少了由各個脈沖調(diào)制產(chǎn)生的高次諧波。
如上所述，在圖18(a)的現(xiàn)有例中，為了將具有相位差的各電力變流單元1a～1n的交流電壓串聯(lián)合成而減少合成一次電壓的高次諧波，將各一次繞組串聯(lián)連接。但是，因該端子R、S、T連接于交流系統(tǒng)側(cè)，所以考慮了絕緣的導(dǎo)線(例如絕緣套管)和考慮了絕緣的一次繞組的串聯(lián)結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜了。尤其是交流系統(tǒng)如象電力系統(tǒng)那樣使用較高的電壓時，應(yīng)提高絕緣等級，因而更為復(fù)雜且不經(jīng)濟。
直率地說，每個一次繞組(W1a)～(W1n)需幾百KV的絕緣時，僅其絕緣套管的尺寸結(jié)構(gòu)就是很大的。為解決這一問題，如全部裝在同一個絕緣容器(SF6容器或絕緣油箱)內(nèi)，則考慮到尺寸、重量和運輸性，其結(jié)構(gòu)裝配是復(fù)雜的。為此，以往將R、S、T端子的電壓限制在幾KV～幾十KV，而對一百幾十KV以上的絕緣變壓器(主變壓器)則需另外設(shè)置。換句話說，將移相變壓器(用于變流器的變壓器)(2a)～(2n)連接在電力系統(tǒng)是不經(jīng)濟的。即，存在著絕緣變壓器(主變壓器)需另外設(shè)置的這種并不經(jīng)濟的方法被當(dāng)做是經(jīng)濟的方法這種難以解決的矛盾，而這種不經(jīng)濟的方法正在這種矛盾的現(xiàn)實下被實際應(yīng)用著。也就是說，由于這種矛盾難以解決，所以存在著明知其不經(jīng)濟還要付諸應(yīng)用的這種強制性的要求。因此，可以理解這里存在一個應(yīng)解決的重要課題。
在圖18(b)中示出的現(xiàn)有例，是考慮到綜合經(jīng)濟性或?qū)Σ黄胶馊噍旊娤到y(tǒng)的適應(yīng)性，而利用單相電力變流單元2aR～2nR、2aS～2nS、2aT～2nT對三相交流系統(tǒng)可進行各相獨立的控制。在這種情況下，在應(yīng)付各相的高次諧波的對策上，使各單相電力變流單元2aR～2nR、2aS～2nS、2aT～2nT的PWM定時(例如PWM用載波)(相位)移動，省略變壓器的移相，并將各相R、S、T的變壓器裝在同一個絕緣容器內(nèi)。這時，雖然還另外需要絕緣變壓器(主變壓器)，但可將變流器用變壓器(2a)～(2n)裝在與各相對應(yīng)的3個絕緣容器和鐵心結(jié)構(gòu)體中，因繞組及其接線具有能夠統(tǒng)一的優(yōu)點，所以具有總體的改進效果。但是，因交流系統(tǒng)側(cè)的一次繞組是串聯(lián)的，所以對應(yīng)的是相同的電流，在應(yīng)付高次諧波的對策上，由于使各單相電力變流單元的PWM定時(例如PWM用載波)的相位移動，所以基波電壓的相位移動，因而各單相電力變流單元的有功功率(進而是直流側(cè)的線路電流)不平衡。因此，只能采用將直流側(cè)端子P、N并聯(lián)的方法，而不能將直流側(cè)端子P、N串聯(lián)。此外，由于這種限制，使例如直流電壓不能提高，線路電壓不要說幾百KV就是幾十KV也是困難的。即，雖然期望著用電壓源型電力變流器進行DC輸電以作為應(yīng)付無功功率的對策，但因不得不極大地降低總的直流電壓，所以為輸送同樣功率所必需的總的直流電流就變得特別大(即，長距離輸電線路的導(dǎo)體過粗或電阻損失過大)，情況與期望的相反而完全不能使用。
在現(xiàn)有的電壓源型電力變流裝置及采用該裝置的電力系統(tǒng)控制裝置中，為減少由多路傳輸變壓器產(chǎn)生的高次諧波，將與多相交流系統(tǒng)連接的變流器用變壓器與電力變流器相反一側(cè)的繞組(一次繞組)串聯(lián)。因此，存在變流器用變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜的問題。
另外，在現(xiàn)有的電壓源型電力變流裝置中，當(dāng)想要簡化變流器用變壓器時，電力變流單元的功率變得不平衡，所以直流聯(lián)接側(cè)不能串聯(lián)，很難提高總的直流電壓。因此，存在著不僅不適用于直流輸電，而且在直流聯(lián)接式系統(tǒng)、無功功率補償或電力系統(tǒng)控制中成為阻礙增大容量的主要因素的問題。
在與電力變流器相反一側(cè)的繞組(串聯(lián)的一次繞組)連接于高電壓電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)控制裝置中，必須重視該繞組對高電壓的絕緣，因而存在需要另外設(shè)置用于高電壓絕緣的絕緣變壓器(主變壓器)的問題。
本發(fā)明是為解決如上所述的問題而推出的，目的是提供一種無須將一次繞組與交流系統(tǒng)串聯(lián)，而且能減輕高次諧波對交流系統(tǒng)的損害的電壓源型電力變流裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種即使在與交流系統(tǒng)的線路串聯(lián)時也無須將一次繞組與之串聯(lián)，而且能減輕高次諧波對交流系統(tǒng)的損害的電壓源型電力變流裝置。
本發(fā)明的另一目的是實現(xiàn)一種在包含非PWM的定比脈寬條件下通過相位控制能簡易地控制電流、電壓、功率等基本電氣參數(shù)的電壓源型電力變流裝置。
本發(fā)明的另一目的是提供一種控制方法，能夠在將一組電力變換單元的各直流端串聯(lián)以獲得高的直流電壓時，抑制主要因電力變流單元的偏差造成的各電力變流單元的電壓不平衡，而且還能控制總的直流電壓或平均直流電壓。
本發(fā)明的另一目的是提供一種控制方法，能夠在將一組電力變流單元的各直流端并聯(lián)時，抑制主要因上述電力變流單元的偏差造成的各電力變流單元的直流電流不平衡，而且還能控制總的直流電壓或平均直流電流。
本發(fā)明的另一目的是提供一種控制方法，能夠在將一組電力變流單元的各直流端串聯(lián)時，抑制主要因上述電力變流單元的偏差造成的各電力變流單元的直流電流的瞬態(tài)不平衡從而抑制造成電壓不平衡的因素，同時還能控制總的直流電流或平均直流電流。
本發(fā)明的另一目的是提供一種控制方法，在控制電力變流器的直流電壓時，既能考慮到直流連接側(cè)電容的影響而改善電壓控制特性又能保持優(yōu)良的電流控制特性。
本發(fā)明的另一目的是在進行上述相位控制的情況下選擇任意基準相位的過程中，提供一種選擇適用于控制上述基本電氣變量的基準相位的方法。
本發(fā)明的另一目的是在進行上述相位控制的情況下選擇任意基準相位的過程中，提供一種選擇適用于控制上述基本電氣變量的基準相位的方法，同時提供一種不易受發(fā)生故障瞬時斷電或電壓下降等擾動的不良影響及噪聲干擾的基準相位信號生成方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種基準相位信號生成方法，在多臺電力變流單元按規(guī)定相位差運行并進行上述相位控制的情況下，用于設(shè)定上述電力變流單元之間的相位差或能對上述相位的加減進行順利的相位加減，而且還可輸出能夠有效利用于其它觀測控制或坐標(biāo)變換等的單位矢量。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在多臺電力變流單元按規(guī)定相位差運行并進行上述相位控制的情況下，用于設(shè)定上述電力變流單元之間的相位差或能對上述相位的加減進行順利的相位加減的基準相位信號生成方法。
本發(fā)明的另一目的是提供另外一種在多臺電力變流單元按規(guī)定相位差運行并進行上述相位控制的情況下，用于設(shè)定上述電力變流單元之間的相位差或能對上述相位的加減進行順利的相位加減的基準相位信號生成方法。
本發(fā)明的另一目的是提供用于在多臺電力變流單元按規(guī)定相位差運行并進行上述相位控制的情況下，生成供給各電力變流單元的基準相位信號的一種方法。
本發(fā)明的另一目的是提供用于在多臺電力變流單元按規(guī)定相位差運行并進行上述相位控制的情況下，生成供給各電力變流單元的基準相位信號的另外一種方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種適用于本發(fā)明且高次諧波減輕效果顯著的變壓器。
根據(jù)本發(fā)明第1方面的電壓源型電力變流裝置備有多臺電壓源型電力變流器、電容器和移相變壓器，該電壓源型電力變流器由在正向具有自關(guān)斷功能在反向備有通電器件的開關(guān)元件構(gòu)成；電容器連接于上述電壓源型電力變流器的直流側(cè)；移相變壓器的公用多相一次繞組或一組互相并聯(lián)的多相一次繞組與多相交流系統(tǒng)連接而且其一組彼此具有相位差的二次繞組分別與對應(yīng)的上述電壓源型電力變流器連接，通過使上述電壓源型電力變流單元以與上述相位差對應(yīng)的相位差運行，在上述交流系統(tǒng)和直流側(cè)之間進行電力變流。
根據(jù)本發(fā)明第2方面的電壓源型電力變流裝置備有多臺電壓源型電力變流器、電容器和移相變壓器，該電壓源型電力變流器由在正向具有自關(guān)斷功能在反向備有通電器件的開關(guān)元件構(gòu)成；電容器連接于上述電壓源型電力變流器的直流側(cè)；移相變壓器的公用多相一次繞組或一組互相并聯(lián)的多相一次繞組與多相交流系統(tǒng)的線路串聯(lián)而且一組彼此具有相位差的二次繞組分別與上述電壓源型電力變流器連接，通過具有與上述相位差對應(yīng)的相位差的上電壓源型電力變流器的運行，在上述交流系統(tǒng)和直流側(cè)之間進行電力變流。
根據(jù)本發(fā)明第3方面的電壓源型電力變流裝置，是在第1方面或第2方面的裝置中還備有基準相位信號生成裝置、控制裝置和相位加減裝置，基準相位信號生成裝置用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流器的基準相位信號；控制裝置用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述電壓源型電力變流器的切換相位；相位加減裝置用于加減上述各電壓源型電力變流器的切換相位并控制電壓、電流或功率。
根據(jù)本發(fā)明第4方面的電壓源型電力變流裝置，是在第1方面或第2方面的裝置中還備有基準相位信號生成裝置及控制裝置，該基準相位信號生成裝置用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流器的基準相位信號；控制裝置用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述電壓源型電力變流器的切換相位，還備有相位加減裝置，該裝置與上述各電壓源型電力變流器相互串聯(lián)，同時加減上述各電壓源型電力變流器的切換相位，使上述各電壓源型電力變流器的直流電壓之和達到所要求的指令值，并使上述各電壓源型電力變流器的直流電壓均勻。
根據(jù)本發(fā)明第5方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第1方面或第2方面的裝置中還備有基準相位信號生成裝置、控制裝置和相位加減裝置，該基準相位信號生成裝置用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流器的基準相位信號；控制裝置用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述電壓源型電力變流器的切換相位；相位加減裝置與上述各電壓源型電力變流器相互并聯(lián)，同時加減上述各電壓源型電力變流器的切換相位，使上述各電壓源型電力變流器的直流電流之和達到所要求的指令值，并使上述各電壓源型電力變流器的直流電流均勻。
根據(jù)本發(fā)明第6方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第1方面或第2方面的裝置中還備有基準相位信號生成裝置、控制裝置和相位加減裝置，該基準相位信號生成裝置用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流器的基準相位信號；控制裝置用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述電壓源型電力變流器的切換相位；相位加減裝置與上述各電壓源型電力變流器相互串聯(lián)，同時加減上述各電壓源型電力變流器的切換相位，使上述各電壓源型電力變流器的直流電流之和達到所要求的指令值，并使上述各電壓源型電力變流器的直流電流均勻。
根據(jù)本發(fā)明第7方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第1方面或第2方面的裝置中還備有基準相位信號生成裝置、控制裝置、電流控制裝置和電壓控制裝置，該基準相位信號生成裝置用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流器的基準相位信號；控制裝置用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述電壓源型電力變流器的切換相位；電流控制裝置通過加減上述各電壓源型電力變流器的切換相位，控制上述各電壓源型電力變流器的直流電流；電壓控制裝置用于控制直流電壓，將上述電壓控制裝置的輸出加到上述電流控制裝置的輸入端。
根據(jù)本發(fā)明第8方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第3方面至第7方面的裝置中的任何一個裝置中，將移相變壓器的電壓或電流作為基準相位信息。
根據(jù)本發(fā)明第9方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第3方面至第7方面的裝置中的任何一個裝置中，還備有計算響應(yīng)移相變壓器電壓的磁通鏈數(shù)的裝置，并將上述磁通鏈數(shù)作為基準相位信息。
根據(jù)本發(fā)明第10方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第8方面或第9方面的裝置中，根據(jù)作為基準相位信息求出的電壓、電流或磁通鏈數(shù)的矢量計算出單位矢量，并將該單位矢量作為基準相位信號。
根據(jù)本發(fā)明第11方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第8方面或第9方面的裝置中，還備有將作為基準相位信息求出的電壓、電流或磁通鏈數(shù)作為輸入的鎖相環(huán)路，并將該鎖相環(huán)路的輸出作為基準相位信號。
根據(jù)本發(fā)明第12方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第11方面的裝置中，鎖相環(huán)路由坐標(biāo)變換裝置、積分裝置、可變頻率信號發(fā)生裝置和計數(shù)裝置構(gòu)成，該坐標(biāo)變換裝置用于將輸入矢量變換為在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的矢量；積分裝置設(shè)在該坐標(biāo)變換裝置的輸出級；可變頻率信號發(fā)生裝置用于產(chǎn)生其頻率與該積分裝置的輸出相對應(yīng)的脈沖；計數(shù)裝置用于對該可變頻率信號發(fā)生裝置的輸出脈沖進行計數(shù)并將其輸出作為變換量輸入到上述坐標(biāo)變換裝置。
根據(jù)本發(fā)明第13方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第3方面至第12方面的任何一個裝置中，基準相位生成裝置根據(jù)從交流系統(tǒng)得到的單一基準信息，對與各電壓源型電力變流器對應(yīng)的相位差進行加減運算，從而生成各電壓源型電力變流器的基準相位信號。
根據(jù)本發(fā)明第14方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第3方面至第12方面的任何一個裝置中，基準相位生成裝置從移相變壓器的各二次繞組得到基準相位信息，并根據(jù)各該基準相位信息生成各電壓源型電力變換器的基準相位信號。
根據(jù)本發(fā)明第15方面的電壓源型電力變流裝置，是在本發(fā)明第1方面至第14方面的任何一個裝置中，當(dāng)將移相變壓器具有的公用一次繞組及多個二次繞組裝在鐵心窗孔內(nèi)時，使上述各二次繞組間的磁耦合為弱耦合。
在本發(fā)明的電壓源型電力變流裝置中，將公用的多相一次繞組或一組并聯(lián)的多相一次繞組與多相交流系統(tǒng)連接，而且，將相對于一次繞組具有相位差的各二次繞組連接于″帶相位差運行的各電力變流器的交流端″。即，不是象以往那樣將分配給帶相位差運行的每臺電力變流器的一次繞組串聯(lián)并將各電力變流器的電壓分量串聯(lián)合成。因此，一次繞組不需要復(fù)雜的迂回連接。另一方面，由于一次繞組不是串聯(lián)連接，所以因各個電力變流器的輸出電壓的高次諧波而在二次繞組側(cè)流過高次諧波電流，但該高次諧波電流的相位差是基波相位差的高次諧波次數(shù)倍，而且，因移相變壓器的移相變流作用，規(guī)定次數(shù)的高次諧波在一次繞組內(nèi)被抵消，使得在交流系統(tǒng)中出現(xiàn)的高次諧波電流及高次諧波電壓大幅度地減少。這時，被抵消的高次諧波電流通過二次繞組在電力變流器之間循環(huán)，所以不會在公用多相一次繞組時出現(xiàn)于一次繞組內(nèi)。此外，在電力變流器之間循環(huán)的高次諧波電流被二次繞組間的漏抗所抑制。
在本發(fā)明的電壓源型電力變流裝置中，將公用的多相一次繞組或一組并聯(lián)的多相一次繞組與多相交流系統(tǒng)的線路串聯(lián)，而且，將相對于一次繞組具有相位差的各二次繞組連接于″帶相位差運行的各電力變流器的交流端″。即，不是將分配給各電力變流器的一次繞組串聯(lián)。因此，一次繞組不需要復(fù)雜的連接。而且將規(guī)定次數(shù)的高次諧波抵消的作用與上述相同。此外，對沒有被抵消的高次諧波，由上述交流系統(tǒng)的雙線路串聯(lián)電抗抑制高次諧波電流。在長距離大功率輸電中，對基波的線路電抗達百分之幾十～一百幾十，對高次諧波的電抗要高出相當(dāng)于其次數(shù)倍，所以對高次諧波電流的減弱作用(效果)明顯增強。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，根據(jù)考慮了與上述交流系統(tǒng)或上述一次繞組有關(guān)的基準相位及移相變壓器的相位差的基準相位信號，控制各電力變流器的運行相位，同時，還加減上述電力變流器的切換相位。其結(jié)果是，用與交流電流同步整流的機理(Idc＝k Iac cosα)來控制直流電流。在并聯(lián)方式中，根據(jù)交流系統(tǒng)電壓與電力變流器電壓的基波相位差，以P＝(VsVc/X)sinδ的形式控制功率。而在串聯(lián)方式中，交流系統(tǒng)的反向電壓V’s用輸電端電壓Vs與受電端電壓Vr的矢量差表示，即[V’s＝Vs-Vr]，并將其施加到一次繞組。
因此，能以同樣形式P＝(VsVc/X)sinδ控制功率。在并聯(lián)方式、串聯(lián)方式中都能根據(jù)交流系統(tǒng)電壓與電力變流器電壓的基波相位差，以P＝(VsVc/X)sinδ的形式控制功率。并且，作為上述直流電流或功率被存儲在直流耦合電容器的結(jié)果，直流電壓乃至與其成比例的電力變流器的交流電壓進行相關(guān)控制。因此，可以通過上述對切換相位進行加減的這種簡單裝置控制電力變流器的電壓、直流電流或功率，進而可控制交流側(cè)的電壓、電流及功率。即，能用簡單的方法控制基本的電氣變量。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，備有基準相位信號生成裝置，用于生成考慮了來自上述交流系統(tǒng)的基準相位信息及上述相位差的基準相位信號，根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電力變流器的切換相位，同時還備有加減上述切換相位的相位加減裝置，在將直流聯(lián)接側(cè)的直流端串聯(lián)以獲得高的直流電壓時，還備有上述各電力變流器直流側(cè)的直流電壓之和的控制裝置及不平衡分量的控制裝置，并以上述直流電壓之和控制裝置的輸出與不平衡分量控制裝置的輸出的合成值來加減上述各電力變流器的切換相位。在這種情況下，主要由上述電力變流器的偏差造成的各電力變換器的電壓不平衡就能被抑制，而且，還兼有控制總的直流電壓或平均直流電壓的作用。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，備有基準相位信號生成裝置，用于生成考慮了來自上述交流系統(tǒng)的基準相位信息及上述相位差的基準相位信號，根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電力變流器的切換相位，同時還備有加減上述切換相位的相位加減裝置，在將直流聯(lián)接側(cè)的直流端并聯(lián)以提高直流電流容量時，還備有上述各電力變流器直流側(cè)的直流電流之和的控制裝置及不平衡分量的控制裝置，并以上述直流電流之和控制裝置的輸出與不平衡分量控制裝置的輸出的合成值來加減上述各電力變流器的切換相位。在這種情況下，主要由上述電力變流器的偏差造成的各電力變換器的電壓不平衡就能被抑制，而且，還能控制總的直流電流或平均直流電流。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，備有基準相位信號生成裝置，用于生成考慮了來自上述交流系統(tǒng)的基準相位信息及上述相位差的基準相位信號，根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電力變流器的切換相位，同時還備有加減上述切換相位的相位加減裝置，在將直流聯(lián)接側(cè)的直流端串聯(lián)以謀求提高總的直流電壓時，還備有上述各電力變流器直流側(cè)的直流電流之和的控制裝置及不平衡分量的控制裝置，并以上述直流電流之和控制裝置的輸出與不平衡分量控制裝置的輸出的合成值來加減上述各電力變流器的切換相位。在這種情況下，主要由上述電力變流器的偏差造成的各電力變流器的電壓不平衡就能被抑制，而電壓不平衡的因素也被抑制，同時，還能控制總的直流電流或平均直流電流。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，備有基準相位信號生成裝置，用于生成考慮了來自上述交流系統(tǒng)的基準相位信息及上述相位差的基準相位信號，根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電力變流器的切換相位，同時還備有加減上述切換相位的相位加減裝置及通過上述切換相位的加減而控制上述電力變流器直流側(cè)直流電流的電流控制裝置，還備有控制上述電力變流器電壓的電壓控制裝置。在這種情況下，當(dāng)控制直流電壓及與其成比例的交流電壓時，既能改善考慮直流聯(lián)接側(cè)電容器響應(yīng)直流電流的時間積分值的性質(zhì)的電壓控制特性又能保持優(yōu)良的電流控制特性。即，由于內(nèi)控回路具有電流控制系統(tǒng)，所以可提高電流控制的響應(yīng)速度，限流作用也增強了。而且，由于相對于外控回路即電壓控制回路設(shè)有以高響應(yīng)速度控制電容器電壓的微分值即電流的電流控制系統(tǒng)，所以內(nèi)回路的電流控制系統(tǒng)對外回路的電壓控制系統(tǒng)也起到阻尼作用(穩(wěn)定作用)。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，將上述移相變壓器的電壓或電流作為基準相位信息，所以可利用上述電氣變量的控制關(guān)系實現(xiàn)與用途對應(yīng)的控制。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，將響應(yīng)上述移相變壓器電壓的磁通鏈數(shù)作為基準相位信息。在這種情況下，因磁通鏈數(shù)是電壓的時間積分值，所以即使有發(fā)生事故時瞬時斷電或電壓下降等的擾動，也不會急劇變化，在系統(tǒng)或設(shè)備的電路中具有長時間保持的性質(zhì)。因此，不易受這些不良影響或噪聲干擾。此外，相對于電壓通常具有90°的相位差，如預(yù)先考慮到這種相位差，則作為以電壓相位為基準的代替方案是最好的。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，備有根據(jù)來自上述交流系統(tǒng)的電壓矢量、電流矢量或磁通鏈數(shù)矢量計算單位矢量的裝置，并將該單位矢量作為基準相位信號。在這種情況下，因基準信號成為單位矢量，所以可以用作坐標(biāo)的基準軸(矢量)。例如，有效地應(yīng)用于坐標(biāo)變換等其它觀測控制目的、檢測目的等。此外，可以用″積和運算的矢量旋轉(zhuǎn)″實現(xiàn)相位差設(shè)定或切換相位的加減，向切換信號的變換可用符號判定。因此，對相位差設(shè)定或切換相位的加減可以說是適用的裝置。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，備有將來自上述交流系統(tǒng)的電流、電壓或響應(yīng)電壓的磁通鏈數(shù)的相位作為基準的鎖相環(huán)路，并將該鎖相環(huán)路的輸出作為基準相位信號。在這種情況下，可根據(jù)鎖相環(huán)路的輸出(計數(shù)器的輸出)方向設(shè)定電力變流器間的規(guī)定相位差，而且，通過與可變頻率脈沖序列同序列的脈沖中斷(例如升降計數(shù)器輸入的加減)，也可以進行各電力變流器的公用切換相位的加減。因此，對相位差設(shè)定或切換相位的加減可以說是適用的裝置。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，上述鎖相環(huán)路備有將輸入矢量變換為在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的矢量的坐標(biāo)變換裝置、積分裝置、可變頻率信號發(fā)生裝置和計數(shù)裝置，響應(yīng)該計數(shù)裝置的計數(shù)值進行上述坐標(biāo)變換。在這種情況下，除上述作用外，還可得到能在可應(yīng)用于其它觀測控制目的或檢測目的的坐標(biāo)變換等中有效利用的單位矢量。因此，對相位差設(shè)定或切換相位的加減可以說是更為適用的裝置。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，求出來自上述交流系統(tǒng)的電壓、電流或磁通鏈數(shù)的單一基準移相信息，將與各電力變流器對應(yīng)的相位差對該基準移相信息的相位進行加減運算，并將結(jié)果作為對各電力變流器的基準相位信號。因此，用單一的裝置就足以從交流系統(tǒng)得到基準相位信息，在經(jīng)濟上是有利的。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，從移相變壓器的各二次繞組求得基準相位信息并根據(jù)這些信息生成用于各電力變流器的基準相位信號。因此，在移相變壓器的各二次繞組之間已設(shè)定的相位差，能在各電力變流器之間可靠地產(chǎn)生，從而實現(xiàn)了所要求的電力變流動作。
在本發(fā)明的另一種電壓源型電力變流裝置中，使具有公用一次繞組的移相變壓器的多個二次繞組間的磁耦合為弱耦合。因此，使二次繞組間的漏電感乃至漏抗變大。從而抑制了通過二次繞組在電力變流器之間流過的高次諧波電流的環(huán)流。
圖1是表示本發(fā)明第1實施例的電壓源型電力變流裝置的圖。
圖2是說明本發(fā)明操作的矢量圖。
圖3是說明采用2級3相電力變流器的本發(fā)明操作的波形圖。
圖4是說明采用3級3相電力變流器的本發(fā)明操作的波形圖。
圖5是表示本發(fā)明第2實施例的電壓源型電力變流裝置主要部分的圖。
圖6是表示本發(fā)明第3實施例的電壓源型電力變流裝置主要部分的圖。
圖7是表示本發(fā)明第4實施例的電壓源型電力變流裝置主要部分的圖。
圖8是表示本發(fā)明第5實施例的電壓源型電力變流裝置的圖。
圖9是表示本發(fā)明第6實施例的電壓源型電力變流裝置主要部分的圖。
圖10是表示本發(fā)明第7實施例的電壓源型電力變流裝置的圖。
圖11是表示本發(fā)明第8實施例的電壓源型電力變流裝置的圖。
圖12是表示本發(fā)明第9實施例中的移相變壓器的線圈配置的圖。
圖13是表示本發(fā)明第10實施例中的基準相位生成裝置的圖。
圖14是表示本發(fā)明實施例中的矢量旋轉(zhuǎn)裝置的圖。
圖15是表示本發(fā)明第11實施例中的基準相位生成裝置的圖。
圖16是表示本發(fā)明實施例中的脈沖加減裝置的圖。
圖17是表示本發(fā)明實施例中的基準相位生成裝置的圖。
圖18是表示現(xiàn)有的電壓源型電力變流裝置的圖。
圖19是表示現(xiàn)有的電壓源型電力變流器的圖。
符號說明1-電力變流器(單元)、2-移相變壓器、3-(直流耦合)電容器、4-開關(guān)元件(包含整流元件)、5-控制裝置(電壓控制裝置；與電流控制裝置合在一起代替功率控制裝置)、6-相位加減裝置、7-基準相位信號生成裝置、8-檢測裝置、9-直流電壓或交流電壓檢測裝置、10控制裝置(電流控制裝置；與電壓控制裝置合在一起代替功率控制裝置)、11-直流電流檢測裝置、78-運算裝置(積分裝置)、79-可變頻率脈沖發(fā)生裝置、80-計數(shù)裝置、81a-坐標(biāo)變換裝置、R、S、T-交流系統(tǒng)的端子或線路、e-單位矢量、W1-一次繞組、W2-二次繞組。
第1實施例首先，說明能夠減少高次諧波的基本結(jié)構(gòu)及其工作原理。圖1表示本發(fā)明的一個實施例，在該圖中的變流器用移相變壓器(2)具有并聯(lián)的一次繞組W1a、W1b或公用的一次繞組W1，一次繞組端子上的相位是同相的。用實線表示兩組3相變壓器(2a)、(2b)的情況，用虛線表示具有公用的一次繞組W1的情況。兩組3相變壓器還可用6臺單相變壓器構(gòu)成。在具有公用的一次繞組W1時，可由一組3相變壓器或3臺單相變壓器構(gòu)成。在連接于電力變流單元(1a)、(1b)的交流端ua～wa、ub～wb的二次繞組W2a、W2b之間具有適當(dāng)?shù)南辔徊?，在采?臺電力變流單元的實施例中具有30°的相位差。在采用N臺變流單元時，依次具有60°/N的相位差。該相位差可以根據(jù)一次二次兩個繞組的匝數(shù)比或連接方式任意取得。例如，30°的相位差可利用Δ形連接與Y形連接的差別來實現(xiàn)。另一方面，電力變流單元(1a)、(1b)也以與上述相位差一致的相位差運行。
首先說明到以上為止的基本構(gòu)成部分的基本操作情況。
在圖19(a)(b)所示的2級式、3級式的情況下，典型的3相電力變流單元產(chǎn)生的高次諧波電壓由下式表示，式中假定高次諧波的次數(shù)為n，2級6階梯波式時，vn＝(2/nπ)Vdc ...(1)式中，n＝6m±1，m＝1、2、3、...3級12階梯波式時，VN=[(6+2/2nπ)]Vdc...(2a)]]>式中，n＝24m+1、24m+23VN=-[(6+2)/2nπ]Vdc...(2b)]]>式中，n＝24m+11、24m+13VN=[(6-2)/2nπ]Vdc...(2c)]]>式中，n＝24m+5、24m+19VN=-[(6+2)/2nπ]Vdc...(2a)]]>式中，n＝24m+7、24m+17在各式中，m＝0、1、2...。
3級12階梯波形的高次諧波的次數(shù)較小，但在任何一種情況下都將產(chǎn)生6m±1次的高次諧波電壓。這里如假定交流系統(tǒng)側(cè)的基波電抗為X，則由上述高次諧波電壓vn產(chǎn)生的高次諧波電流由下式給出。
in＝vn/nX ...(3)當(dāng)該高次諧波電壓、電流的相位差設(shè)定為相對于基波的相位差φ運行時，在上述電壓相互間、電流相互間分別產(chǎn)生與n次高次諧波有關(guān)的相位差(nφ)。
一方面，當(dāng)移相變壓器的基波相位差為φ時，對于正相(正相旋轉(zhuǎn))的n次諧波在一次至二次間具有附加相位差φ的作用，對于正相(正相旋轉(zhuǎn))的n次諧波在二次至一次間具有僅使相位差返回同一角度φ的作用。這時，正相高次諧波為(6m+1)次。
另一方面，移相變壓器對于反相(反相旋轉(zhuǎn))的n次諧波在一次至二次間具有使相位差φ反向旋轉(zhuǎn)的作用，對于反相(反相旋轉(zhuǎn))的n次諧波在二次至一次間具有僅使相位差返回同一角度φ的作用。這時，反相高次諧波為(6m-1)次。此外，3m、6m次高次諧波為零相位，在3相平衡系統(tǒng)中不發(fā)生。
即，移相變壓器的移相作用決定在相位旋轉(zhuǎn)方向上移相的極性，角度不增大諧波次數(shù)倍。
當(dāng)φ＝30°時，在電力變流單元(1a)、(1b)及二次繞組W2a、W2b內(nèi)流過由(3)式給出的高次諧波電流，相對于基波使b單元側(cè)比a單元側(cè)延遲30°運行時，b單元側(cè)的n次高次諧波對a單元側(cè)的n次高次諧波具有下式給出的相位延遲。(相位延遲側(cè)取正值表示)正相高次諧波n＝(6m+1)次時，ψU＝(6m+1)φ＝(180m+30)°...(4a)反相高次諧波n＝(6m-1)次時，ψU＝(6m-1)φ＝(180m-30)°...(4b)由變壓器產(chǎn)生的二次至一次間相位延遲、即移相作用部分由下式給出。
正相高次諧波n＝(6m+1)次時，ψT＝-φ＝-30° ...(5a)反相高次諧波n＝(6m-1)次時，ψT＝+φ＝+30° ...(5a)由以上結(jié)果可知，m為奇數(shù)即5、7、17、19、...次的高次諧波在一次側(cè)為反相關(guān)系，因此被抵消而消失。另一方面，m為偶數(shù)即11、13、23、25、...次的高次諧波在一次側(cè)為同相，按(3)式表示的n次高次諧波電流的比例殘存下來。
同樣，當(dāng)采用具有(60/N)°的整數(shù)倍相位差的移相變壓器及以相同相位差角運行的N臺電力變流單元時，殘存(6Nm±1)次高次諧波，其它高次諧波消失。在二次側(cè)流過但在一次側(cè)消失的高次諧波電流，最后只在二次繞組之間以及在電力變流單元之間循環(huán)，當(dāng)然就不會在公用一次繞組或交流系統(tǒng)中出現(xiàn)。這時，二次繞組間的漏電感在減弱上述循環(huán)的高次諧波電流上起著有效的作用。此外，當(dāng)采用公用一次繞組時，與在一次繞組中消失了的高次諧波電流次數(shù)相同的高次諧波電壓當(dāng)然也不會在一次繞組上出現(xiàn)。當(dāng)一次繞組并聯(lián)時，上述高次諧波在合成后的點(相對于R、S、T之間或R、S、T系統(tǒng))上消失。
同樣，當(dāng)采用M臺單相電力變流單元時，可以由附加(180/M)°的整數(shù)倍移相差的移相變壓器以及電力變流單元構(gòu)成。
在上述基本結(jié)構(gòu)中，不必象現(xiàn)有技術(shù)那樣將一次繞組串聯(lián)以便對各電力變流單元的交流電壓進行矢量合成而抵消高次諧波電壓。因此，由于繞組及其接線簡單，經(jīng)濟性得到了提高。特別是當(dāng)為以往的串聯(lián)而需要絕緣導(dǎo)線和連接的一次繞組連接于高電壓系統(tǒng)(例如電力系統(tǒng))時，其效果更顯著。
另外，由于使各電力變流單元按移相變壓器二次繞組的基波相位運行，所以各電力變流單元的功率、電流及電壓是平衡的。因此，直流聯(lián)接側(cè)端子的串聯(lián)變得容易了，因而能實現(xiàn)直流聯(lián)接電壓的高電壓化。這一點與上述交流系統(tǒng)側(cè)的變壓器一次繞組的易于高電壓化合在一起，可適用于與直流聯(lián)接式系統(tǒng)有關(guān)的系統(tǒng)裝置以及直流輸電裝置。即，能夠?qū)⒆兞髌饔米儔浩髋c高電壓絕緣用主變壓器合并成一體。
以下，參照圖1說明有關(guān)基本的電氣變量即電流、電壓、功率的控制。為控制這些基本的電氣變量，以上述電力變流單元間的相位差為基礎(chǔ)對電力變流器的切換相位進行加減運算。即，雖然電壓源型電力變流器的常規(guī)控制方式是PWM控制，但在本發(fā)明的實施例中，將以如下的例子說明采用規(guī)定相位控制方式，減少切換次數(shù)并提高效率。而在本發(fā)明中，也不排除PWM控制的使用。
首先，將電壓、電流、電壓的時間積分值即磁通鏈數(shù)用作上述交流系統(tǒng)的相位基準。因此，在圖1的實施例中，將交流系統(tǒng)的電壓、電流、或磁通鏈數(shù)的相位選作基準相位并備有檢測這些基準相位的裝置[電流檢測裝置、電壓檢測裝置或磁通鏈數(shù)檢測裝置](8a)、(8b)，還備有根據(jù)這些基準相位生成基準相位信號θea、θeb的裝置(7a)、(7b)。在該基準相位信號θea、θeb中存在著與上述變壓器二次繞組的相位差相等的相位差?？刹捎蒙鲜鲭妷菏噶?、電流矢量、磁通鏈數(shù)矢量等的單位矢量ea、eb(在圖中，該e的一部分用粗筆劃的符號表示)代替上述基準相位信號θea、θeb，關(guān)鍵是具有相位信息即可。
單位矢量的特點是可應(yīng)用于觀測目的、控制目的等，例如應(yīng)用于坐標(biāo)變換。如對電壓檢測輸出進行積分可以得到磁通鏈數(shù)，如考慮到磁通鏈數(shù)對電壓具有90°的相位差，則可代替電壓。而且，由于磁通鏈數(shù)是電壓的積分值，所以其優(yōu)點是對發(fā)生故障等時的電壓波動、雷電沖擊以及噪聲反應(yīng)不敏感因而穩(wěn)定。
為了以上述基準相位信號θea、θeb為基準對電力變流器的切換相位進行加減運算，備有相位加減裝置6a、6b。Δθa、Δθb為加減的相位。各電力變流單元分別用基準信號θea、θeb與加減相位信號Δθa、Δθb的合成值進行控制。當(dāng)基準相位信號為單位向量ea、eb時，單位矢量用[sinθ，cosθ]T表示，即為2個正交分量(具有90°相位差的分量)被絕對值除得的值。
因此，該運算可在生成基準相位信號的裝置(7a)、(7b)內(nèi)執(zhí)行。為了對單位矢量加減相位，可從左邊乘下式的變換矩陣。矢量僅旋轉(zhuǎn)Δθ(相位超前)。Δθ如為負值，則反向旋轉(zhuǎn)(相位延遲)。cosΔθ-sinΔθsinΔθcosΔθ...(6)]]>上述相位加減裝置可應(yīng)用于基本電氣變量的控制，以下進行說明。
首先，說明控制直流聯(lián)接電壓的情況。在這種情況下，備有直流聯(lián)接電壓檢測裝置(9a)、(9b)[或具有比例關(guān)系的交流電壓檢測裝置(9’a)、(9’b)]及將其輸出va、vb[或v’a、v’b]與指令值v*dc[或v*ac]進行比較和控制的電壓控制裝置(5)[(5a)、(5’a)，(5b)、(5’b)]。電壓控制裝置可采用具有適當(dāng)傳遞函數(shù)的PI(比例、積分)調(diào)節(jié)器或PID(比例、積分、微分)調(diào)節(jié)器。
其次，在圖2(a)～(d)中示出用于說明相位加減與基本電氣變量的關(guān)系的矢量圖，在圖3、圖4中示出典型的2級3相電力變流器及3級3相電力變流器的工作波形。
在圖2中，Vs為交流系統(tǒng)側(cè)的反向電壓矢量，Vc為電力變流器的交流端電壓矢量，Vx為在從包含變壓器電抗的電力變流器觀察交流系統(tǒng)側(cè)所得系統(tǒng)電抗上施加的電抗電壓矢量，Iac為從交流系統(tǒng)流入電力變流器的交流電流矢量，δ為Vc對Vs的相位延遲角，α為Vc對交流電流Iac的相位延遲角。這里，Vc與電力變流器的切換相位(后文將說明的符號函數(shù)的相位)一致。
在該圖(a)中，示出了電力變流器側(cè)的相位延遲的情況，電力從交流系統(tǒng)流入直流系統(tǒng)，如圖1所示直流耦合電容3a、3b被充電，或者是向圖中未示出的其它后面的直流系統(tǒng)供電的順變流模式(整流模式)。該圖(b)示出電力變流器側(cè)的相位超前的情況，電力從直流系統(tǒng)流入交流系統(tǒng)，直流耦合電容3a、3b放電，或者是從圖中未示出的其它后置直流系統(tǒng)向交流系統(tǒng)供電的逆變流模式。該圖c中電壓同相，示出電力變流器側(cè)的電壓比交流系統(tǒng)反向電壓高的情況，這是流入電力變流器側(cè)的電流具有超前相位的無功電流供給模式(電容模式)、即提高系統(tǒng)電壓的模式。該圖d中電壓同相，示出電力變流器側(cè)的電壓比交流系統(tǒng)反向電壓低的情況，這是流入電力變換器側(cè)的電流具有延遲相位的無功電流消耗模式(電感模式)、即降低系統(tǒng)電壓的模式。在無功電流供給模式及無功電流消耗模式中，不需要從直流聯(lián)接側(cè)的端子Na、Pb供給直流功率，而以直流耦合電容3a、3b的充電放電電壓工作。
如圖(c)所示為提高電力變流器側(cè)的電壓，可暫時使電力變流器側(cè)的相位延遲并使直流耦合電容器充電，相反，如圖(d)所示為降低電力變流器側(cè)的電壓，可暫時使電力變流器側(cè)的相位超前并使直流耦合電容器放電。即，電壓控制通過加減電壓基準相位δ(或加減電流基準相位α)即可控制和改變有功功率(有功電流)。通過改變有功功率(有功電流)使電壓變化，即可對無功功率(無功電流)進行相關(guān)控制。上述加減相位信號Δθa、Δθb不外乎是加減電壓基準相位δ或加減電流基準相位α。
以下，說明2級3相電力變流器的工作特性。工作波形在圖3示出，iu表示u相交流電流，Su表示u相切換特性的符號函數(shù)，如乘以直流電壓(Vdc/2)可得交流端電壓(與相電壓成比例且同相)，idcu是作為對u相交流電流切換結(jié)果流過的直流線路電流，idcu＝iuSu，idc是由各相電流的同步整流結(jié)果得到的直流電流，并用下式表示。式中，K1為比例常數(shù)，Ip為交流電流峰值，Idc為直流電流平均值。
idc＝(iuSu+ivSv+iwSw)/2 ...(7)Idc＝K1 Ip cosα ...(8)即，直流電流與交流電流和控制角α的余弦之積成比例，并可按相對于交流電流的控制相位角α進行控制，從工作波形可以看出也能以交流電流的相位為基準進行控制。
當(dāng)忽略損失時，直流功率與交流功率相等，所以假定直流電壓與交流電壓的比例系數(shù)為Kv，則有下式的關(guān)系。
P＝(VcVs/X)sinδ＝(KvVdcVs/X)sinδ＝IdcVdc ...(9)∴Idc＝(KvVs/X)sinδ ...(10)即，直流電流與交流系統(tǒng)的反向電壓Vs和與其對應(yīng)的電力變流器的切換相位延遲角(負荷角)δ的正弦之積成比例，并可按電力變流器相對于交流系統(tǒng)的切換相位δ進行控制，當(dāng)然也能以交流電流的相位為基準進行控制。
以下，說明3級3相電力變流器的工作特性。在3級3相電力變流器中，交流端的電位除正負極性外還取中間的″0″電位。因此，對應(yīng)于工作波形圖即圖4的相電流，開關(guān)函數(shù)Su3如該圖(b)所示。此外，開關(guān)函數(shù)Su3用該圖(c)、(d)所示的符號函數(shù)Su1與Su2之和的1/2表示，θ0是中間電位側(cè)的開關(guān)導(dǎo)通的時間。Su3的中間時刻與相電流的零點之間的相位差就是切換相位(電力變流器的相電壓相位)相對于交流電流的延遲角α。該圖(e)中的iuSu3是由u相電流產(chǎn)生的正負直流線路電流。
因此，3相合成直流電流瞬時值idc由下式表示。
idc＝(1/2)∑ijSj3＝(1/2)(iuSu+ivSv+iwSw)＝(1/4){iu(Su1+Su2)+iv(Sv1+Sv2)+iw(Sw1+Sw2)}＝(1/4)(∑ijSj1+∑ijSj2) ...(11)這里的∑ijSj1及∑ijSj2具有與上述圖3(d)相同的波形，其控制相位角如圖4(f)、(g)所示與各(α±θ0/2)的情況相當(dāng)。如該圖(h)所示，用上列的和式表示的直流電流瞬時值呈脈動振幅交替變化的波形。
其結(jié)果是直流電流平均值由下式給出。
Idc＝(1/2)(∑ijSj1/2+∑ijSj2/2)＝(1/2)K1Ip{cos(α-θ0/2)+cos(α+θ0/2)}＝K1Ip cos(θ0/2)cosα ...(12)即，由于形成中間電位的期間θ0的影響，直流電流平均值Idc減小cos(θ0/2)倍。但是，直流電流平均值Idc與交流電流和控制角α的余弦之積成比例，可按相對于交流電流的控制相位角α進行控制，這一點是相同的。
當(dāng)忽略損失時，直流功率與交流功率相等，所以如假定直流電壓與交流電壓的比例系數(shù)為Kv，則有(9)、(10)式的關(guān)系，這一點也是相同的。但由于中間電位期間θ0的影響，Kv要比2級式小cos(θ0/2)。
從以上說明可知，以電壓、電流及可替代電壓的磁通鏈數(shù)等為基準，通過加減切換相位可以控制直流電流、直流電壓及交流電壓、直流功率及交流功率。通過電力變流器的交流電壓控制和切換相位的加減可以控制無功電流及無功功率，所以能夠自由地控制基本的電氣變量。
第2實施例在本第2實施例中，使基準相位信號θea、θeb為公用的，同時，控制電力變流單元1a、1b使其不平衡。
圖5是表示電壓控制的改進例的圖，是以圖1的變更部分為中心提取后的圖。在該圖中的(6c)是將單元1a側(cè)的基準相位信號θea與單元1b側(cè)公用的相位加減裝置，僅加減兩電力變流單元間的相位差φ。(6d)、(6e)是相位加減裝置，(5’c)～(5’e)是電壓加減裝置，(5c)是電壓之和或平均值的控制裝置，它按照直流聯(lián)接側(cè)端子Na、Pa及Nb、Pb的直流電壓之和或平均值與指令值v*之間的偏差，對兩個單元1a、1b加減等量的相位并進行控制使其跟蹤指令值v*。(5d)是單元1a、1b的直流電壓不平衡分量(兩者之間的差或與平均值之差)的控制裝置，它根據(jù)電壓差對兩個單元1a、1b加減極性相反的相位并進行控制以抑制兩單元1a、1b的電壓差。主電路部分與上述圖1相同。此外，由于直流側(cè)和交流側(cè)兩個電壓成比例，所以也可采用圖1所示的交流電壓檢測裝置(9’a)、(9’b)代替交流電壓檢測裝置(9a)、(9b)。
按照以上結(jié)構(gòu)，用和的電壓控制誤差與不平衡電壓的控制誤差的合成值來加減兩個電力變流單元1a、1b的相位。其結(jié)果是，和的電壓與不平衡電壓分別進行控制。因此，能使各自的控制響應(yīng)特性符合各自要求的特性，同時，其優(yōu)點是能夠抑制因兩個電力變換器的偏差造成的特性偏差或電壓偏差。
例如，可提高相當(dāng)于總電壓的和電壓的響應(yīng)速度，而對不平衡電壓則將平衡精度放在比響應(yīng)速度優(yōu)先考慮的位置。在這種情況下，可采取對和的控制用PID調(diào)節(jié)器、而對不平衡控制用PI調(diào)節(jié)器進行控制等策略。
第3實施例在本實施例中，與圖1不同之處在于直流側(cè)端子N、P并聯(lián)連接，同時，電力變流單元(1a)、(1b)的直流電流的變化響應(yīng)速度。圖6示出除電壓控制外還同時設(shè)有電流控制的例子，是以圖1的變更部分為中心提取后的圖。在該圖中，(10a)、(10’a)、(10b)、(10’b)是電流控制裝置，(11a)、(11b)是電流檢測裝置，(6f)、(6g)是為使公用的基準相位信號θe在a、b兩個電力變流單元中共同使用的相位加減裝置，用來在兩個電力變流單元之間僅加減規(guī)定的相位差±φ/2。主電路部分與上述圖1相同。而v*是直流電壓或交流電壓的指令值。
在該圖中，對各電力變流單元的直流電流進行反饋控制。直流電流由式(10)給出，由漏電感引起的簡略的一次滯后具有積分特性的性質(zhì)。因此，電流控制裝置可采用P(比例)調(diào)節(jié)器或PI(比例、積分)調(diào)節(jié)器。通過在內(nèi)回路設(shè)置的電流控制可以實現(xiàn)要求過電流限制等高速響應(yīng)的控制特性。并且將設(shè)在外回路的電壓控制裝置(5)、(5’)的輸出作為上述電流控制裝置的指令輸入。由于電容器(3a)、(3b)的電流積分值構(gòu)成直流聯(lián)接電壓，又因該電壓的微分值即電流反饋值設(shè)在內(nèi)回路，所以其優(yōu)點是電流控制回路對外側(cè)的電壓控制回路起著穩(wěn)定作用(阻尼作用)。
第4實施例在本實施例中，以檢測電流為主體進行控制，使電力變流單元1a、1b為不平衡狀態(tài)。圖7中將電壓控制裝置設(shè)在外回路，將帶電流不平衡控制的電流控制裝置設(shè)在內(nèi)回路，是以圖1的變更部分為中心提取后的圖。在該圖中，(6h)、(6i)是相位加減裝置，(10c)、(10’c)、(10’e)是電流之和或平均值控制裝置，(10d)、(10’d)是電流之差或不平衡分量控制裝置。
直流聯(lián)接端子N、P也可如圖中虛線所示串聯(lián)連接。在這種情況下，將電壓控制裝置的輸出作為電流之和或平均值的指令值。因此，電壓控制協(xié)調(diào)進行，而電流之和的控制則從屬于電壓控制，瞬態(tài)的電流不平衡也被抑制和控制。因此，其效果是主要因電力變流單元1a、1b的偏差造成的電流不平衡及因電流不平衡引起的電壓不平衡(直流聯(lián)接端子串聯(lián)時)也能被抑制。
第5實施例以下說明的本實施例與圖1所示的第1實施例不同之處在于移相變壓器(2)的公用一次繞組W1插入串聯(lián)于交流系統(tǒng)的線路。圖8是本發(fā)明第5實施例的框圖。在這種情況下，也將電壓、電流、或磁通鏈數(shù)等的相位選作基準相位。但是，當(dāng)在象電力系統(tǒng)的干線中那樣經(jīng)常流過可檢測的大電流時或線路電流受本裝置以外系統(tǒng)支配的因素很強時，采用了以線路電流iTL或與其成比例的二次繞組電流(電力變流器的電流)iac為基準控制電流的切換相位角α的方法，但也可適當(dāng)?shù)乜刂浦绷麟娏髂酥林绷麟妷骸⒔涣麟妷杭肮β?有功和無功兩者)。特別是當(dāng)在交流系統(tǒng)中插入電壓用以補償電力系統(tǒng)或使其達到穩(wěn)定時，直流電壓或交流電壓的操作是重要的。因此，為控制該電壓，利用上述切換相位角α來控制由式(8)、(12)表示的直流電流是有效的。
另外，對于交流系統(tǒng)的電抗電壓補償或由此而使系統(tǒng)穩(wěn)定化，最好是只穩(wěn)定地供給無功功率，并為此而調(diào)整與交流電流正交的電壓。因此，僅在電壓瞬態(tài)變化時產(chǎn)生直流電流并控制電壓是有利的。即，為控制該電壓而利用上述切換相位角α來控制由式(8)、(12)表示的直流電流是有效的。所以，當(dāng)在直流聯(lián)接端子上只連接電容器因而直流電流不持續(xù)流過時，如果改變電壓指令v*，則在達到目標(biāo)值的點直流電流為零即有效功率收斂到零。因此，有效功率也收斂到零，不產(chǎn)生有效功率的正交補償電壓(正交插入電壓)被控制。即，與線路電流正交的電抗～電容電壓被控制，這種控制特性可用于穩(wěn)定交流系統(tǒng)，并能提供極為有益的電力系統(tǒng)裝置。
當(dāng)進行這樣的電力系統(tǒng)補償時，不需要敷設(shè)直流輸電線路，也沒有必要將直流電壓提高到相當(dāng)高的電壓，所以也可如該圖中直流側(cè)的虛線所示，將直流聯(lián)接端子并聯(lián)。此外，在該圖交流側(cè)用虛線示出的部分表示基準相位信息源的種類，因與前述實施例中的情況相同，所以其各自的說明省略。
此外，如圖6、圖7的情況一樣，在圖8中，當(dāng)在電壓控制裝置(5)與相位加減點(6)之間設(shè)置電流控制裝置時，可以達到電流控制的高速響應(yīng)及電壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定化效果。交流電壓檢測裝置(9’)也可代替直流電壓檢測裝置(9)就無須再說了。
第6實施例本實施例與圖5說明的第2實施例相對應(yīng)，圖9是表示以圖8所示的控制部為中心提取后的改進例的圖，進行的是電壓之和及平均值的控制以及不平衡分量的控制。其作用效果與上述圖5相同。此外，如圖6、圖7的情況一樣，在圖9中，當(dāng)在電壓控制裝置的輸出合成點(6e)、(6d)與相位加減點(6a)、(6b)之間設(shè)置電流控制裝置時，可以達到電流控制的高速響應(yīng)及電壓控制系統(tǒng)的穩(wěn)定化效果。
如上所述，通過將本發(fā)明第1至第6實施例說明的電壓源型電力變流裝置應(yīng)用于電力系統(tǒng)設(shè)備，可極大地發(fā)揮其性能。以下，說明應(yīng)用于電力系統(tǒng)設(shè)備時的特點。
在電力系統(tǒng)設(shè)備中，一個交流系統(tǒng)是電力系統(tǒng)，將多相一次繞組與上述電力系統(tǒng)的線路并聯(lián)或串聯(lián)，并對電力變流器的電壓、直流電流或功率進行控制。其結(jié)果是通過上述操作能夠控制上述一次繞組的交流電壓、交流電流或交流功率。這時，在與電力系統(tǒng)之間可得到下述的控制作用。
1.圖1所示的并聯(lián)連接時1-1.通過改變與系統(tǒng)電壓同相的電壓分量，使施加在系統(tǒng)電抗上的同相分電壓改變，所以正交電流變化，從而控制無功電流、無功功率。
1-2.通過改變與系統(tǒng)電壓正交的電壓分量，使施加在系統(tǒng)電抗上的正交分電壓改變，所以與正交電壓正交的電流即同相電流變化，從而控制有功電流、有功功率。這種關(guān)系可用于控制直流電壓乃至交流電壓、進而控制上述無功電流、無功功率。
1-3.通過無功電流或無功功率的控制，可以控制電力系統(tǒng)的電壓。
1-4.當(dāng)用本裝置加減并聯(lián)的輸電線路中間點的電壓時，由于供電端與中間點之間的線路電抗電壓及受電端與中間點之間的線路電抗電壓同時被控制，所以兩側(cè)的線路電流被控制，從而能夠控制供電端與受電端之間的電力潮流。此外，通過這種操作能使電力系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定的控制。
2.圖8所示的串聯(lián)連接時2-1.當(dāng)通過控制線路電流的切換相位而使與直流電壓成比例的一次繞組的交流電壓改變時，可改變線路電抗電壓并能控制線路電流，進而能控制供電端與受電端之間的電力潮流。此外，通過這種操作能使電力系統(tǒng)實現(xiàn)穩(wěn)定的控制。
2-2.當(dāng)通過控制線路電流的切換相位而使與直流電壓成比例的一次繞組的交流電壓改變時，可改變線路電抗電壓。換句話說，能補償線路電抗電壓。因此也能使電力系統(tǒng)穩(wěn)定。
2-3.當(dāng)改變上述補償電壓對線路電流的比值時，可以控制可變電感，從而能使電力系統(tǒng)穩(wěn)定。
2-4.在插入本裝置的一次繞組之后，受電端的電壓按上述2-1～2-3進行調(diào)整。即，可以控制受電側(cè)的電壓。如設(shè)在供電端與發(fā)電機之間，則可調(diào)整供電端電壓如上所述，有效地利用本發(fā)明實施例的電力變流裝置的優(yōu)點可提供具有各種作用的有益且適用的應(yīng)用裝置。
第7實施例圖10是表示本發(fā)明第7實施例的圖，是通過增加電力變流單元的設(shè)置臺數(shù)進一步減少高次諧波的例子。(1a)～(1d)是電力變流單元，W1a是移相變壓器(2a)的一次繞組，W1b是移相變壓器(2b)的一次繞組，W2a、W2b是移相變壓器(2a)的二次繞組，W2c、W2d是移相變壓器(2b)的二次繞組，該圖(a)示出直流聯(lián)接端子并聯(lián)的例子，該圖(b)示出直流聯(lián)接端子串聯(lián)的例子，該圖(b)的虛線表示直流聯(lián)接端子串并聯(lián)的例子。
在圖10中，一次繞組W1a、W1b相互并聯(lián)連接，但設(shè)有使其具有±7.5°相位差(相對相位差為15°)的部分移相繞組或移相抽頭。因此，即使是Δ形連接，對線間電壓的相電壓也移相±7.5°。另一方面，二次繞組通過Y-Δ形連接在同一變壓器內(nèi)具有30°的相位差。由此可知，從交流系統(tǒng)到二次繞組的相位差以15°的步距變化，變成4種相位。配合這些相位，電力變流單元也各以15°的相位差運行。帶相位差運行的方法與上述圖1的實施例相同，因此，只剩下(24m±1)次的高次諧波，(6m±1)次及(12m±1)次的高次諧波將不會在交流系統(tǒng)中出現(xiàn)。另外，可使一次繞組公用而設(shè)置4個二次繞組，也可僅使二次繞組各具有15°的相位差。二次繞組各具有15°相位差的接線方法在后文所述的圖11的二次繞組中示出。
此外，移相可采用各種不同的方法進行，可采用整數(shù)臺的3相電力變流單元構(gòu)成，或可采用整數(shù)臺的單相電力變流單元構(gòu)成。
第8實施例圖11是表示本發(fā)明第8實施例的圖，在本實施例中，將電力變換單元與電力系統(tǒng)串聯(lián)，同時與圖10相同，通過增加電力變流單元的設(shè)置臺數(shù)進一步減少高次諧波。在該圖示出的例子中，各具有2組二次繞組的2臺移相變壓器(2a)、(2b)的一次繞組W1a、W1b互相串聯(lián)，并與交流系統(tǒng)的線路串聯(lián)連接。在這種情況下，一次繞組的相電壓為同相因而簡單化，僅二次繞組按規(guī)定相位差連接。即，以Δ形連接為基礎(chǔ)移相±7.5°，以Y形連接為基礎(chǔ)移相±7.5°，構(gòu)成0°±7.5°的組及-30°±7.5°的組，各具有15°的相位差。
在這種情況下，因一次繞組同相，可以公用一次繞組。即，不需要在各變壓器外部進行一次繞組的并聯(lián)連接。但是，如變壓器容量變大時，有時會發(fā)生因運輸限制等原因最好是將其分開的情況。這些移相變壓器適用于與交流系統(tǒng)并聯(lián)的情況。
第9實施例這里，圖示說明適用于本發(fā)明的實施例的移相變壓器的一個例子。圖12(a)、(b)分別為表示在本發(fā)明的實施例中采用的移相變壓器線圈結(jié)構(gòu)的斷面圖，在該圖中，COR是磁芯，W1是一次繞組，W2a、W2b是二次繞組。在圖(a)中，也可將一次繞組W1配置在內(nèi)側(cè)，二次繞組W2a、W2b配置在外側(cè)。
圖12a是典型的同心繞組配置，二次繞組纏繞成筒形，在磁芯方向(長度方向)上分隔開，一邊分配給二次繞組W2a，另一邊分配給二次繞組W2b。因此，二次繞組之間有距離間隔，該繞組之間的漏電感乃至漏抗變大。即，兩繞組間的磁耦合為弱耦合。因此，抑制了通過上述二次繞組在電力變流單元之間流過的高次諧波電流的環(huán)流。前面說過，在大容量的電力變流器中，相對于基波上述二次繞組間的的漏抗可在百分之幾十以上。因此，不僅對(6m±1)次高次諧波呈現(xiàn)極大的電抗，而且高次諧波電壓本身也減小到其次數(shù)分之一，所以能夠顯著地減小高次諧波電流。
另一方面，在連接后的二次繞組端子上對基波具有相位差，但從單位變壓器的每一相看則是同相的，而且VA值相同。因此，兩個二次繞組對基波按同一方式操作。所以，兩個二次繞組的安匝數(shù)相等，而且，要和與一次繞組的安匝數(shù)一致。從考慮電線截面分布的電流分布來看，可知電流分布與以往沒有什么變化。因此，在一次和二次繞組之間對基波的漏電感可以象以往一樣小。因而可以獲得只抑制高次諧波電流的良好效果。
該圖(b)是典型的交叉繞組配置，圖中示出纏繞成螺旋形的線圈組串聯(lián)使用時的線圈斷面配置。對高次諧波的效果與上述(a)相同。
第10實施例以下，參照圖13詳細說明與本發(fā)明的實施例有關(guān)的基準相位信號生成裝置。在該圖中，i、v、λ、e及θe分別為電流矢量、電壓矢量、磁通鏈數(shù)矢量、單位矢量及基準相位，(71)是3相-2相變流裝置、(72)是絕對值輸出裝置，(73)是除法裝置、(74)是反三角函數(shù)輸出裝置，這些裝置可通過數(shù)字、模擬、S/W(計算機軟件)的運算及引用其他數(shù)值表的方法實現(xiàn)。上述各矢量i、v、λ、e在該圖中其一部分用粗筆劃符號表示。
3相-2相變流裝置(71)例如對下式所示的變換矩陣從左進行乘法運算，電流、電壓、磁通鏈數(shù)的運算也相同。
2/3,-1/3,-1/30,1-13,1/3...(13)]]>絕對值輸出裝置(72)例如進行平方和的開方運算，當(dāng)用除法裝置(73)以絕對值除2相輸入xα、xβ2，可得單位矢量e。因單位向量e具有[sinθe，cosθe]T的值，所以當(dāng)用反三角函數(shù)輸出裝置(74)計算這些反三角函數(shù)時，可得基準相位θe。
圖13(b)、(c)是分別表示磁通鏈數(shù)λ計算方法的圖，該圖(b)表示從電壓矢量減去電阻壓降Ri后進行積分求得λ的情況。該圖(c)表示因電阻壓降Ri通常極小所以也可將其忽略而對電壓矢量進行積分的情況。
由于這些磁通鏈數(shù)是電壓的積分值，是一種不易受由故障和雷擊等引起的電壓波動及噪聲影響的量，因此，對這些外部干擾具有優(yōu)良的耐受能力，具有控制的可靠性高的優(yōu)點。
電力變流器的切換相位可以由具有這些相位信息的基準相位信號決定。為向多臺電力變流單元或多個開關(guān)元件進行展開(分配)，可采用角度的加減運算、或矢量的旋轉(zhuǎn)運算即相移運算(相當(dāng)于角度的加減)。矢量的旋轉(zhuǎn)運算例如可從任意矢量的左邊乘以下式(14)所示的變換矩陣進行。這也稱之為相位調(diào)制運算。在圖14中示出該矢量旋轉(zhuǎn)裝置(81)的框圖。cosφ,-sinφsinφ,cosφ...(14)]]>式中，φ是任意的應(yīng)加減的角度或應(yīng)移動的相位。在這種運算之后，如進行比較(符號運算)，則可簡單地得到開關(guān)信號。當(dāng)采用相位信息θ本身時，在適當(dāng)?shù)募訙p后進行數(shù)值比較或大小判斷即可。
如以單位矢量用作基準相位信息，則該單位矢量可用于坐標(biāo)變換，具有可在各種檢測或控制中應(yīng)用的優(yōu)點。例如，由于用直流二進制值表示多相交流的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)對控制或檢測非常方便，所以各個量可變換為同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)值，或適用于將同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)值恢復(fù)為固定坐標(biāo)值(多相交流)。
第11實施例參照圖15詳細說明與本發(fā)明的另一實施例有關(guān)的基準相位信號生成裝置。在該圖中，與圖13、圖14相同的符號表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠郑?75)是比較裝置、(76)是反向裝置、(77)是相位比較裝置、(78)是作為具有適當(dāng)傳遞函數(shù)G1的積分裝置的運算裝置、(79)是可變頻率脈沖發(fā)生裝置，其脈沖累積值n(θe)與相位θe對應(yīng)。例如，輸出n(θe)可通過與電力變流裝置的總相數(shù)[每周期的階梯數(shù)或橋臂數(shù)]一致的環(huán)形計數(shù)器變換為能在開關(guān)信號中使用的信號群。(80)是分頻裝置或計數(shù)裝置，其計數(shù)值與相位θe對應(yīng)，在環(huán)形計數(shù)器的情況下，其輸出群P(θe)為具有各規(guī)定相位差及公用相位的基準相位信號群或可在開關(guān)信號中使用的信號群。如使上述傳遞函數(shù)為積分或積分加一階滯后[K/s(Ts+1)]，則將對相位比較裝置的輸出進行濾波，同時控制可變頻率脈沖發(fā)生裝置的輸入及輸出頻率，使計數(shù)裝置(80)的輸出與比較裝置(75)的輸出的相位差為零。即，構(gòu)成鎖相環(huán)路(通稱PLL)。
另外，當(dāng)設(shè)有脈沖序列加減裝置(82)、(83)時，可這樣進行相移或相位加減，即，使其與以對應(yīng)于一個周期除以分頻值的分解角為單位進行加減的脈沖累計數(shù)m(ψ)成比例。圖16示出其部分詳圖，(82)可構(gòu)成與計數(shù)器的UP(升)輸入有關(guān)的脈沖加法裝置(例如″或″元件)，(83)可構(gòu)成與計數(shù)器的DOW(降)輸入有關(guān)的脈沖減法裝置″例如或元件″。
如采用上述PLL，則不僅能生成基準相位信號而且能生成多臺電力變流單元用的多相信號群或脈沖序列，還具有能夠加減相位的優(yōu)點。
第12實施例參照圖17說明與本發(fā)明的另一實施例有關(guān)的基準相位信號生成裝置。在該圖中，與圖13～圖16相同的符號表示相同或相當(dāng)?shù)牟糠郑?81a)是基于單位矢量的坐標(biāo)變換裝置或基于相位θe的矢量旋轉(zhuǎn)裝置(兩者都從固定坐標(biāo)值變換為旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)值，并使相同相位的加減裝置(6)動作，輸出單位矢量ea、eb)，(81b)是基于Δθa、Δθb的矢量旋轉(zhuǎn)裝置，(84)是數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置(D/A轉(zhuǎn)換器)，(80)是數(shù)字輸出式計數(shù)裝置。
在圖17中，是采用坐標(biāo)變流裝置(81a)代替上述PLL系統(tǒng)的相位比較裝置(77)，以電流矢量i、電壓矢量v、磁通鏈數(shù)矢量λ中的任何一個為基準輸出單位矢量e。即，當(dāng)與作為PLL時的相位一致時，坐標(biāo)變換裝置(81a)的q軸輸出e’q變?yōu)榱?，否則就成為利用求得與相位差的正弦成比例的輸出的點的PLL了。這時，由于利用帶三角函數(shù)表的D/A轉(zhuǎn)換裝置根據(jù)相位角θe輸出單位矢量e，所以計數(shù)裝置也是數(shù)字式的。在這種情況下，因坐標(biāo)變換裝置(81a)的輸出e’q及e’b具有與單位矢量大致相同的相位信息，所以可用其來代替單位矢量。而且，相位信息也可采用該圖中數(shù)字信號θe、多相脈沖P(θe)或脈沖序列n(θe)中的任何一個。此外，與圖13、圖15相同，也能夠生成可以用作電力變流單元的切換信號的信號群就無須再說了。
圖17示出的實施例除了與上述圖15相同的特點外還能求得單位矢量，所以可兼有上述圖13的優(yōu)點。即，由于能輸出單位矢量，所以其優(yōu)點是能夠應(yīng)用于在坐標(biāo)變換中使用該單位矢量的各種檢測或控制。此外，由于構(gòu)成上述PLL系統(tǒng)，所以不僅能生成基準相位信號而且能生成多臺電力變流單元用的多相信號群或脈沖序列，還具有能夠加減相位的優(yōu)點。
按照本發(fā)明，不需要將多個移相變壓器的一次繞組與圖18所示的現(xiàn)有的交流系統(tǒng)串聯(lián)，而且能減輕高次諧波對交流系統(tǒng)的損害，所以可經(jīng)濟地構(gòu)成電壓源型電力變流裝置。
此外，即使是在與交流系統(tǒng)的線路串聯(lián)時也不需要將一次繞組串聯(lián)，而且，因串聯(lián)插入的線路串聯(lián)電抗可起到抑制高次諧波電流的作用，所以減輕高次諧波障礙的效果提高，且可經(jīng)濟地構(gòu)成電壓源型電力變流裝置。
本發(fā)明還能夠在包含非PWM的定比脈寬條件下通過相位控制簡易地控制電流、電壓、功率等基本電氣變量，所以可經(jīng)濟地構(gòu)成電壓源型電力變流裝置。
本發(fā)明還能提供一種控制方法，能夠在將上述一組電力變流器的各直流端串聯(lián)以獲得高的直流電壓時，抑制主要因電力變流器的偏差造成的各電力變流單元的電壓不平衡，而且還能控制總的直流電壓或平均直流電壓。
本發(fā)明還能提供另一種控制方法，能夠在上述一組電力變流單元的各直流端并聯(lián)時，抑制主要因上述電力變流單元的偏差造成的各電力變流單元的直流電流不平衡，而且還能控制總的直流電流或平均直流電流。
本發(fā)明還能提供另一種控制方法，能夠在上述一組電力變流單元的各直流端串聯(lián)時，抑制主要因上述電力變流器的偏差造成的各電力變流器的直流電流不平衡，從而抑制電壓不平衡的造成因素，同時還能控制總的直流電流或平均直流電流。
本發(fā)明還能提供另一種控制方法，在控制電力變流器的直流電壓時，既能考慮到直流聯(lián)接側(cè)電容影響而改善電壓控制特性又能保持優(yōu)良的電流控制特性。
本發(fā)明還能在進行上述相位控制的情況下選擇任意基準相位的過程中，提供一種選擇適用于控制上述基本電氣變量的形式多樣的基準相位的方案。
本發(fā)明還能在進行上述相位控制的情況下選擇任意基準相位的過程中，提供一種選擇適用于控制上述基本電氣參數(shù)的基準相位的方案，同時提供一種不受發(fā)生故障時瞬時斷電或電壓下降等擾動的不良影響及噪聲干擾的基準相位信號生成方法。
本發(fā)明還能提供一種基準相位信號生成方法，在多臺電力變流器按規(guī)定相位差運行并進行上述相位控制的情況下，能夠設(shè)定上述一組電力變流器之間的相位差或能對上述相位的加減進行順利的相位加減，而且還能獲得能應(yīng)用于坐標(biāo)變換的單位矢量。
本發(fā)明還能提供一種基準相位信號生成方法，在多臺電力變流器按規(guī)定相位差運行并進行上述相位控制的情況下，能夠設(shè)定上述一組電力變流器之間的相位差或能對上述相位的加減進行順利的相位加減。
本發(fā)明還能提供一種基準相位信號生成方法，在多臺電力變流器按規(guī)定相位差運行并進行上述相位控制的情況下，能夠設(shè)定上述一組電力變流器之間的相位差或能對上述相位的加減進行順利的相位加減，而且還能獲得能應(yīng)用于坐標(biāo)變換的單位矢量。
本發(fā)明還能提供一種在向多臺電力變流器供給基準相位信號時只根據(jù)單一的基準相位信息就已足夠的經(jīng)濟的基準相位信號生成方法。
本發(fā)明還能提供在根據(jù)從移相變壓器的各二次繞組求得的基準相位信息向各電力變流器供給基準相位信號的情況下，能可靠地生成具有規(guī)定相位差的基準相位信號的方法。
本發(fā)明還能提供一種適用于本發(fā)明且高次諧波電流的減輕效果顯著的變壓器。
權(quán)利要求
1.一種電壓源型電力變流裝置，用于在交流系統(tǒng)和直流系統(tǒng)之間進行電力變流，其特征在于包括多臺電壓源型電力變流單元，由在正向具有自關(guān)斷功能而在反向備有通電器件的開關(guān)元件構(gòu)成；電容器，與上述電壓源型電力變流單元的直流側(cè)連接；及移相變壓器，其公用多相一次繞組或一組互相并聯(lián)的多相一次繞組與多相交流系統(tǒng)連接而且其一組相互具有相位差的二次繞組分別與對應(yīng)的上述電壓源型電力變流器連接，通過使上述電壓源型電力變流單元以與上述相位差對應(yīng)的相位差運行，在上述交流系統(tǒng)和直流側(cè)之間進行電力變流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于上述移相變壓器的公用多相一次繞組或一組互相并聯(lián)的多相一次繞組與多相交流系統(tǒng)的線路并聯(lián)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于上述移相變壓器的公用多相一次繞組或一組互相并聯(lián)的多相一次繞組與多相交流系統(tǒng)的線路串聯(lián)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于還包括基準相位信號生成裝置，用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流單元的基準相位信號；控制裝置，用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電壓源型電力變流單元的切換相位；及相位加減裝置，用于加減上述各電壓源型電力變流器的切換相位并控制電壓、電流或功率。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于包括基準相位生成裝置，用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流單元的基準相位信號；及控制裝置，用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電壓源型電力變流單元的切換相位，相位加減裝置，它與上述各電壓源型電力變流器相互串聯(lián)，同時加減上述各電壓源型電力變流單元的切換相位，使上述各電壓源型電力變流單元的直流電壓之和成為所要求的指令值并使上述各電壓源型電力變流單元的直流電壓均勻。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于包括基準相位信號生成裝置，用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流單元的基準相位信號；及控制裝置，用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電壓源型電力變流單元的切換相位，相位加減裝置，它與上述各電壓源型電力變流器相互并聯(lián)，同時加減上述各電壓源型電力變流單元的切換相位，使上述各電壓源型電力變流單元的直流電流之和成為所要求的指令值并使上述各電壓源型電力變流單元的直流電流均勻。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于包括基準相位信號生成裝置，用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流單元的基準相位信號；及控制裝置，用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電壓源型電力變流單元的切換相位，相位加減裝置，它與上述各電壓源型電力變流器相互串聯(lián)，同時加減上述各電壓源型電力變流單元的切換相位，使上述各電壓源型電力變流單元的直流電流之和成為所要求的指令值并使上述各電壓源型電力變流單元的直流電流均勻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于包括基準相位信號生成裝置，用于從交流系統(tǒng)求得基準相位信息并根據(jù)該基準相位信息生成各電壓源型電力變流單元的基準相位信號；及控制裝置，用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電壓源型電力變流單元的切換相位；電流控制裝置，它通過加減上述各電壓源型電力變流單元的切換相位控制上述各電壓源型電力變流單元的直流電流；電壓控制裝置，用于控制直流電壓，其中上述電壓控制裝置的輸出被加到上述電流控制裝置的輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于還包括基準相位信號生成裝置，用于生成各電壓源型電力變流單元的基準相位信號；控制裝置，用于根據(jù)上述基準相位信號控制上述各電壓源型電力變流單元的切換相位；及相位加減裝置，用于加減上述各電壓源型電力變流單元的切換相位。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于上述基準相位信號生成裝置的基準相位信息將上述移相變壓器的電壓或電流作為基準相位信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于備有計算響應(yīng)移相變壓器電壓的磁通鏈數(shù)的裝置，并將上述磁通鏈數(shù)作為基準相位信息。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于根據(jù)作為基準相位信息求出的電壓、電流或磁通鏈數(shù)的矢量計算出單位矢量，并將該單位矢量作為基準相位信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于還包括以作為基準相位信息求出的電壓、電流或磁通鏈數(shù)為輸入的鎖相環(huán)路，并將該鎖相環(huán)路的輸出作為基準相位信號。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于鎖相環(huán)路由以下裝置構(gòu)成坐標(biāo)變流裝置，用于將輸入矢量變換為在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)上的矢量；積分裝置，設(shè)在該坐標(biāo)變換裝置的輸出級；可變頻率信號發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生其頻率與該積分裝置的輸出相對應(yīng)的脈沖；及計數(shù)裝置，用于對該可變頻率信號發(fā)生裝置的輸出脈沖進行計數(shù)并將其輸出作為變換量輸入到上述坐標(biāo)變換裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于基準相位信號生成裝置根據(jù)從交流系統(tǒng)得到的單一基準信息對與各電壓源型電力變流單元對應(yīng)的相位差進行加減運算，從而生成上述各電壓源型電力變流單元的基準相位信號。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于基準相位信號生成裝置從移相變壓器的各二次繞組得到基準相位信息并根據(jù)各該基準相位信息生成各電壓源型電力變流單元的基準相位信號。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電壓源型電力變流裝置，其特征在于當(dāng)將移相變壓器具有的公用一次繞組及多個二次繞組裝在鐵心窗孔內(nèi)時，使上述各二次繞組間的磁耦合為弱耦合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無須將連接于交流系統(tǒng)的一次繞組串聯(lián)且能減輕高次諧波對交流系統(tǒng)損害的經(jīng)濟的電壓源型電力變流裝置。本發(fā)明的電壓源型電力變流裝置備有移相變壓器，該移相變壓器的公用多相一次繞組或一組并聯(lián)的多相一次繞組與多相交流系統(tǒng)并聯(lián)或串聯(lián)、而且其相互間具有相位差的多相二次繞組分別連接于對應(yīng)的電壓源型電力變流器，該電壓源型電力變流器以與上述相位差對應(yīng)的相位差運行。
文檔編號H02M7/72GK1138242SQ9610315
公開日1996年12月18日 申請日期1996年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月27日
發(fā)明者赤松昌彥, 玉井伸三, 中村文則, 村上升太郎, 有塚智彥, 朝枝健明 申請人:三菱電機株式會社