用来对无变压器无功串联补偿器进行去耦合控制的控制器制造技术

一种产生一调制信号ｍ的控制器，调制信号发生装置（１３，１４）用来产生ｍ＝ｍ＃－［ｑ］ｃｏｓ（ωｔ）－ｍ＃－［ｄ］ｓｉｎ（ωｔ）形式的调制信号ｍ。该控制器包括具有一电流控制器（２０）的电流控制环（１８，２１，２２），输出调制信号ｍ的调制系数ｍ＃－［ｑ］。设置包括一ＤＣ电压控制器（１６）的电压控制环，它输出调制信号ｍ的调制系数ｍｄ’。电流控制环和电压控制环分别用来输出调制系数ｍ＃－［ｑ］＃＋［，］、ｍ＃－［ｄ］＃＋［，］。该控制器包括一去耦合控制装置（２５），以使线电流（ｉ）与ＤＣ控制器（１６）的输出无关，且使电容电压（ｕ＃－［Ｄｃ］）与电流控制器（２０）的输出无关。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用来对无变压器无功串联补偿器进行去耦合控制的控制器，该补偿器串接到输电线中。通常，在这样一种无变压器无功串联补偿器中，进行逆变器控制以便控制线电流和/或从该补偿器施加到输电线上的电压。该电压/电流控制使得能够控制从输电线一端到另一端的电力潮流，并且能够实现进入补偿器逆变器中的电力潮流以便对提供所施加电压的电容进行充电。通常，如以下将更详细描述的那样，采用电流反馈控制环和电压反馈控制环以便分别控制线电流的无功部分和有功部分。为了这么做，进行逆变器的PWM控制所基于的调制信号是一个特定相位的正弦信号。调整该调整信号的幅值和相位能够进行功率控制。但是，由于该线上电流与电压的耦合，电流反馈控制环和电压反馈控制环相互之间并不是无关的，即，电压控制器的输出控制信号影响所测量的电流。类似地，电流控制器输出的电流控制值影响所测量的电压。本专利技术的控制器尤其用来便于能够进行电流和电压之间的独立控制，即，电流反馈控制环中的信号与电压反馈控制环中的信号相互之间并不影响。近来，已在研究柔性交流输电系统(flexible AC power transmission systems)(FACTS)的功率电子设备并且将其用到实际的系统中。无变压器无功串联补偿器是这些设备中的一种，它对进行如上所述的电力潮流控制很有效。由于无变压器无功潮流补偿器不包括变压器，所以其尺寸小，利于使用。图1a和1b分别示出一种输电系统的典型结构，该系统包括通过具有各自电感LAC和电阻RAC的输电线2a、2b相互耦合的两个AC电力系统1a、1b。如图1a和1b所示，该输电系统可以是单相系统或三相系统。当在单相系统中只需提供一个串联补偿器3时，如图1b所示，在三相系统中要分别串接多个串联补偿器3。参考数字3a、3b分别表示各个串联补偿器串接处的端头。如图2所示，典型的串联补偿器3包括起动开关4、滤波器12、逆变器7、DC电容器CDC、控制装置C、锯齿波发生器10和调制信号发生装置11。逆变器7包括分别由控制装置C输出的PWM控制信号SW5a、SW5b、SW5c、SW5d所控制的四个晶闸管5a、5b、5c、5d。当表达方式“晶闸管”通常是其关断不可控的器件时，图2中，由于一PWM用于逆变器，所以采用控制极可关断式晶闸管。由于GTO(控制极可关断晶闸管)、GCT(控制极整流(commutated)晶闸管)和IGBT(绝缘栅极双极晶体管)也通常可以用来作为图2中的那类开关功率器件工作，所以下文假定表达方式“晶闸管”包括所有的这类开关功率器件。每个晶闸管反向并联到二极管6a、6b、6c、6d上。滤波器12包括两个电抗器9b、9a和用来滤除逆变器7的PWM控制所产生的高次谐波的电容器8。滤波端接至晶闸管5a、5b与二极管6a、6b和晶闸管5c、5d与二极管6c、6d的各个互连端。DC电容器CDC接在这些晶闸管和二极管的其他端。串断偿器3的电路结构是传统结构，例如在同一申请人的欧洲专利申请EP98116096.3和EP98106780.4中有所描述。这两个专利申请特别描述了串联补偿器的起动控制和停止控制。逆变器7的PWM控制主要如图3所示进行。图2中的调制信号发生装置产生一个正弦调制信号m，锯齿波发生器10输出两个锯齿波载波信号cs1、cs2。通过对调制信号m与各个载波信号cs1、cs2进行比较，产生PWM控制信号SW5a、SW5d。也就是说，若调制信号幅值大于载波信号cs1幅值，则PWM开关信号SW5a工作，若调制信号幅值小，则它不工作。类似地，若调制信号的幅值大于逆变载波信号cs2幅值，则另一个PWM开关信号SW5d从工作转为不工作。PWM信号SW5a、SW5d用来触发晶闸管5a、5d。应指出的是，类似的控制当然也用于这里为简单起见没有描述的晶闸管5b、5c。假定将DC电容器CDC充电至uDC，连接端3a、3d上的输出电压uC会具有如图3底部图线所示的波形。可知，通过改变调制信号和/或载波信号各自的幅值，和/或通过改变调制信号和/或载波信号的相位，可以实现不同波形的输出电压(下文也称逆变端电压或补偿器输出电压)。将图3和图2进行比较，可知，输出电压uC基本上是施加给两端3a、3b的电压。虽然从图3中仅显示出似乎端电压uC因逆变器7的PWM控制而改变，不过当然线电流i也会因为通过因线阻抗LAC而导致的耦合效应联合电流和电压而改变。现在将描述作用于线电压和线电流的PWM控制的同时效应。图4a示出必需用来解释电流和电压控制的图2中基本部分的简图。图4b示出图4a的矢量原理图。如图1a中情况那样，图4a中补偿器3也串接输电线2a、2b之间，输电线2a、2b接至AC电力系统1a、1b。为了就电流和电压的相位关系描述电流和电压控制，不必明确地考虑线阻抗RAC，不过应理解的是，线阻抗RAC当然也存在于图4a中。用已附有参考数字7的方框示意性地说明逆变器控制。施加调制信号m以便进行PWM控制。uL是由于有线阻抗LAC而出现的电压，i是线电流，iDC是流过DC电容器CDC的电流，uDC是DC电容器CDC两端的电压，uC是串联补偿器3的输出电压。此外，uX是作为AC电源之间差值电压的架空电压(overhead voltage)。为简单起见，对相位关系来说，不必考虑可能包括开关损耗、电容器的漏电损耗和/或DC滤波器的损耗的DC侧的漏电导(基本上是DC电容器CDC的并联电阻)。图4b示出一矢量原理图，参照图4a说明的电压示于其中。补偿器3可以用DC电容器电压uDC输出具有有限幅值的任意相位输出电压uC。图5(a)、5(b)和图5(c)分别示出控制线电流i时没有补偿、容性工作和感性工作的情况。也就是说，若补偿器3把零电压uC接入该线中，则电感电压uL与架空电压uX(图5(a)相同。这种情况下，线电流i流过该输电线，相对于电感电压uL有90°相位滞后。若补偿器3接入比线电流i超前90°的容性电压uC，则电感电压uL增大，因此线电流i也增大(图5(b))。另一方面，若补偿器3把一感性电压接至该线上(uC与uL同相)，则电感电压uL减小，因此线电流i也减小(图5(c))。这样，补偿器3的第一目的在于可以用补偿器3输出的电压(通过补偿器输出电压uC的幅值和相位)控制线电流i(增大/减小)。此外，当然本领域的普通技术人员可知，上述用于单相系统的内容可以以相同的方式执行于三相系统。当然，由于另外不可能将电压接入该线，所以如果已将DC电容器CDC充电至预定电压uDC，那么只可以执行图5中的控制。不用电池或另外的电源，有利的是，还控制补偿器3以使从该线流至DC电容器CDC的功率受到影响。参照图6和图7说明从该线流到电容器的这种充电或有功功率。如前所述，对DC电容器CDC的充电需要通过逆变器7从输电线2a、2b流至DC电容器CDC的有功功率。为了从电力系统1a、1b得到有功功率，补偿器3必须将所加AC电压uC的有功分量馈送给DC电容器CDC。在稳态条件下，如已参照图5(c)解释且如图6(a)所示的那样，补偿器3输出一个无功电压uC，该无功电压uC与线电流i有90°的相位差。这种情况出现在如图6(a)和6(c)所示的充电控制初始状态和最终状态。当为接收有功功率补偿器3在短期内本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来控制接入输电线中的无功串联补偿器的控制器，包括： ａ）线电流检测装置，用来检测流入输电线的线电流（ｉ）； ｂ）ＤＣ电压检测装置，用来检测接至无功串联补偿器的逆变器调节器的电容（Ｃ↓［ＤＣ］）ＤＣ电压（ｕ↓［ＤＣ］）； ｃ）调制信号发生装置，用来产生ｍ＝ｍ↓［ｄ］ｃｏｓ（ωｔ）－ｍ↓［ｑ］ｓｉｎ（ωｔ）形式的逆变器调制信号（ｍ），ω＝作为调制信号供给补偿器调制器的线频率； ｄ）电流控制环，用来将线电流（ｉ）控制到一参考值（ｉ↓［ｄ］ｒｅｆ），所述电流控制环的电流控制器输出调制信号（ｍ）调制系数ｍ↓［ｑ］’；和 ｅ）电压控制环，用来将ＤＣ电容器（Ｃ↓［ＤＣ］）的ＤＣ电压（ｕ↓［ＤＣ］）控制到一预定参考电压（ｕ↓［ＤＣ］ｒｅｆ），所述电压控制环的ＤＣ电压控制器输出所述调制信号（ｍ）的调制系数ｍ↓［ｄ］’； ｆ）、去耦合控制装置，从电流控制器接收调制系数ｍ↓［ｑ］’，而从ＤＣ电压控制器接收调制系数ｍ↓［ｄ］’，并且把新调制系数ｍ↓［ｑ］和ｍ↓［ｄ］输出给调制信号发生装置，以使线电流（ｉ）独立于ＤＣ电压控制器的输出ｍ↓［ｄ］’，并且使ＤＣ电容电压（ｕ↓［ＤＣ］）独立于电流控制器的输出ｍ↓［ｑ］’，其中ＡＣ电流幅值（ｉ↓［ｄ］）和ＤＣ电容电压（Ｃ↓［ＤＣ］）可以独立受控。...

【技术特征摘要】
EP 1999-12-15 99124851.91．一种用来控制接入输电线中的无功串联补偿器的控制器，包括a)线电流检测装置，用来检测流入输电线的线电流(i)；b)DC电压检测装置，用来检测接至无功串联补偿器的逆变器调节器的电容(CDC)DC电压(uDC)；c)调制信号发生装置，用来产生m=mdcos(ωt)-mqsin(ωt)形式的逆变器调制信号(m)，ω=作为调制信号供给补偿器调制器的线频率；d)电流控制环，用来将线电流(i)控制到一参考值(idref)，所述电流控制环的电流控制器输出调制信号(m)调制系数mq’；和e)电压控制环，用来将DC电容器(CDC)的DC电压(uDC)控制到一预定参考电压(uDCref)，所述电压控制环的DC电压控制器输出所述调制信号(m)的调制系数md’；f)去耦合控制装置，从电流控制器接收调制系数mq’，而从DC电压控制器接收调制系数md’，并且把新调制系数mq和md输出给调制信号发生装置，以使线电流(i)独立于DC电压控制器的输出md’，并且使DC电容电压(uDC)独立于电流控制器的输出mq’，其中AC电流幅值(id)和DC电容电压(CDC)可以独立受控。2．根据权利要求1的控制器，其中所述电流控制环包括一电流减法器，该电流减法器用来从所述参考值(idref)中减去线电流(i)的有功电流幅值(id)，并且用来将结果输出给电流控制器。3．根据权利要求2的控制器，其中所述电压控制环包括一电压减法器，该电压减法器用来从所述预定参考电压(uDCref)中减去所述电容器(CDC)的电容DC电压(uDC)，并且用来将结果输出给DC电压控制器。4．根据权利要求3的控制器，其中所述调制信号发生装置包括一坐标变换装置，该坐标变换装置接收第一参考信号(sin(ωt))和第二参考信号(Cos(ωt))以及电流控制器的输出mq’和电压控制器的输出md’，所述调制信号发生装置用来输出调制信号(m)。5．根据权利要求4的控制器，其中输电线是三相系统，其中所述补偿器、所述DC电压控制器、所述去耦合装置、所述坐标变换装置和所述调制信号m为每一相设置共三次，所述电流控制器设置一次。6．根据权利要求5的控制器，还包括电压检测器，用来检测每一相的线电压；电压PLL检测单元，用来从电压检测器接收线电压，并且用来输出第三参考信号sinωt和第四参考信号cosωt，每一个信号都与线电压和线频率(ω)的相位同步；相位旋转装置，用来接收所述第三和第四参考信号以及相位信号(φ)，并且用来产生要供给所述坐标变换装置的所述第一和第二参考信号；和三相极变换单元，用来接收每一相的线电流(i)，并且用来把有功电流幅值(id)输出给所述电流减法器和所述去耦合装置，把相位信号(φ)输出给所述相位旋转装置。7．根据权利要求5的控制器，还包括电流PLL检测单元，用来从线电流检测装置接收线电流(i)，并且用来把每一个都与线电流和线频率(ω)的相位同步的所述第一参考信号sinωt和所述第二参考信号cosωt，输出给所述去耦合装置；和分量补偿器，用来接收线电流(i)，并且用来把有功电流幅值(id)输出给所述电流减法器和所述去耦合装置，把无功电流幅值(iq)输出给所述去耦合装置。8．根据权利要求4的控制器，其中输电线是单相系统，其中所述补偿器、所述DC电压控制器、所述去耦合装置和所述坐标变换装置以及所述电流控制器设置一次。9．根据权利要求8的控制器，还包括电流PLL检测单元，用来从线电流检测装置接收线电流(i...

【专利技术属性】
技术研发人员：藤井俊行，安德列斯比尔，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]