功率变换器的控制方法和功率变换系统技术方案

本发明专利技术的目的是当分布地安装多个变换器时打算抑制流出到电源线的谐波。为此目的，在通过包含与命令值和谐波分量相对应的基波分量的分离的ＰＷＭ信号用来控制与该电源线相连接的多个功率变换器的功率变换器的控制方法中，该电源线的一个源电压相位被检测，包含在ＰＷＭ信号中的谐波分量与所检测的源电压相位同步，并且使包含在ＰＷＭ信号中的谐波分量的相位互不相同。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
在一个例如钢生产(过程)流水线的工厂，可以同时使用多个功率变换器。在这种情况下，通过各自的(交流变直流)功率变换器(在下文称作变换器)将交流功率(线路功率)一次变换为直流功率，并且反相器的负载通过使用直流功率来驱动。每个变换器单独地被控制，并且每个变换器将进行直流装置的控制和输入电流的控制。当该变换器由PWM控制(脉冲宽度调制控制)所驱动时，则谐波电流流向该线路。根据现有技术抑制该谐波电流，引述如下(1)变换器电压同步脉冲宽度调制(PWM)是通过使用与变换器输入电压(用于该变换器的输入电压命令值)同步的三角形的载波来进行的，以便为减少该谐波而去控制各自变换器。(2)源电压同步脉冲宽度调制(PWM)是通过使用与该电源同步的三角形的载波而进行的，以便驱动各自的变换器，并为减少这些谐波而改变各自三角形的载波的相位。(3)为减少这些谐波附加了一个谐波滤除器。该变换器同步PWM是一个适合于抑制在具有低载频的功率变换器中的谐波的PWM系统。因为包含其相位的三角形载波与该变换器的输入电压命令同步，所以所生成的谐波的蕴含因子(inclusion factor)可以保持在大致恒定的低量级。但在实际使用中，会遇到下述问题。为了获得变换器电压同步PWM，就需要像PLL(锁相环)那样的电路。此外，由于依据负载条件而定，给该变换器的输入电压变化很大，因此，在采用PLL以便起动同步之前存在一个延时，而且，当多个变换器具有独立的负载时，依据各自变换器的工作状态而定，所产生的谐波相位(对该线路功率的相位)将发生变化，这样使得在接收端的谐波可以彼此抵消或重叠，并依据各自的负载条件而增加，从而，该谐波内容将发生很大的变化。因此，难以掌握将要生成的谐波，并且在接收端难以抑制该谐波。该功率同步PWM从该电源产生一个同步信号，并一个公共的同步信号发送到各自的变换器以便进行PWM控制。在这种情况下，由于包含该相位的三角形载波与线路功率同步，因此，接收端的谐波可以通过改变各自的三角形载波的相位(对该线路功率)而被抑制。特别地，抑制靠近该载频fc的偶次倍频谐波(2fc，4fc，…)的谐波是有效的。但是，当给该变换器的输入电压的相位发生变化时(当该变换器的负载发生变化时)，该谐波内容将变化很大。(在这种情况下，不是该谐波的相位而是幅度变化)。因此，该谐波生成的数量的变化取决于该变换器的负载条件。这一趋势在具有低载频的大功率装置中特别地显著。该源电压同步PWM将一个公共同步信号施加给多个变换器，并改变各自三角形载波的相位，这样就需要一个用于协同操作的同步信号。如在JP-A-6351106中所披露的那样，当多个变换器被连接到一个变压器时，该公共同步信号可能容易获得，但当几个变换器像在滚轧厂中那样被分布地安装，则难以获得协同操作。当大的电源滤波器被连接到各自的变换器时，将导致该装置尺寸增大以及输出功率减小。在大功率变换器中，由于所产生的谐波频率低，因此，在设计一个滤波器时必须充分注意反谐波振，而该滤波器设计本身是很难获得的。本专利技术的一个目的是提供一种用于功率变换器和功率变换系统的控制方法，当多个变换器分布式地被安装时，该控制方法允许抑制流到电源线的谐波。以上目的通过检测每个变换器的电源线的源电压相位、使包含在PWM信号中的谐波分量与被检测的源电压相位同步以及使该谐波分量的相位彼此具有不同值而达到。此外，以上目的也可以通过检测每个变换器的电源线的源电压相位，在该检测值基础上与该源电压相位同步、生成具有不同相位组的三角形载波，以及通过使用三角形载波控制变换器的PWM来达到。因此，流出的谐波可以减小。由于在变换器之间不需要产生协同操作的信号以及不要求用于谐波的滤波器，因此，可以实现装置尺寸的减小和容量的增加。本专利技术的另一目的是提供功率变换器和功变换系统的控制方法，该方法允许将谐波减小到一个预定的级别或更低的级别。上述目的通过在命令值的基础上，估算在从正峰值到负峰值的一个周期内和在从该负峰值在该正峰值的周期内的命令值的平均值(这些周期是三角形载波的半周期)以及通过使用被估算的值补偿该命令值来达到。在这种情况下，由于通过电压命令补偿该谐波的幅度保持基本恒定，因此减少对负载条件的依赖性，并使该谐波可以减小到该预定的程度或更低的程度。本专利技术的再一个目的是提供功率变换器和功率变换系统的控制方法，该方法能将流到该电源线的谐波尽量减少。上述目的通过检测至各自功率变换器的输入电流，在被检测的输入电流值的基础上确定三角形载波的载波相位的设定以及根据该载波相位设定和源电压相位输出与该源电压相位同步的三角形载波来达到。在这种情况下，在变换器之间的动态协同操作被获得以便尽量减少流向电源线的谐波。图1表示一种根据本专利技术的一个实施例的功率变换系统的配置。图2表示一种当在本专利技术中提供二个变换器时的配置。图3表示一个说明源电压、变换器输入电压和三角形载波之间的关系的曲线图。图4表示一个说明该变换器输入电压的矢量图。图5表示一种根据本专利技术的另一实施例的功率变换系统的配置图。图6A表示现有技术系统中的命令值和三角形载波之间的关系。图6B表示在图5的实施例中的命令值和三角形载波之间的关系。图7表示在本专利技术和现有技术中谐波产生的数量的比较。图8表示一种根据本专利技术的另一实施例的功率变换系统的配置。图9表示在图8的实施例中一种谐波抑制装置的操作的算法。图10表示变换器的负载条件和第17谐波产生的数量。图11表示变换器的负载条件和第5谐波产生的数量。现在参照附图说明本专利技术的实施例。图1表示一种根据本专利技术的一个实施例的功率变换系统的配置。在图1中，数码1代表电源线，数码2代表本系统的接收端，数码3代表一组功率变换器，数码4代表应用变换器输入电压命令的命令值发生器，数码52代表产生三角形载波的三角形载波发生器，数码51代表用来将命令发生器4的输出与三角形载波进行比较的比较器(PWM控制装置)，数码6代表设定三角形载波的相位的载波相位调节器，数码7代表包含变换器71和变压器72的变换装置，数码8代表用来检测源电压相位Qe的源电压相位检测器，数码9代表用来根据源电压相位Qe和载波设定φs1～φsn计算三角形载波的相位Qs的相位命令发生器，以及数码10代表一个反相器或诸如交流电动机的变换器的负载设备。现在来说明图1的工作。命令值发生器4计算并输出电压命令以便给负载设备10供给必要的功率，并使变换器71的功率因数一致。另一方面，源电压相位Qe通过源电压相位检测器8被检测并在相位命令发生器9中三角形载波与源电压相位Qe同步，源电压供电相位Qe和φS1～φsn(此处n为变换器71的组的序号)是载波相位调节器6的输出，它们分别被附加以便计算和输出三角形载波的相位Qs。此处，源电压相位Qe可以通过电源线直接检测。该载波相位设定值φS1～φsn由180°/n来确定。例如，当提供两组变换器71时，它们为0°和90°，而当提供四组时，它们为0°，45°，90°和135°。三角形载波发生器52根据相位命令Qs输出三角形载波。比较器51将命令值发生器4的输出信号与三角形载波发生器52的三角形载波进行比较以便产生PWM脉冲。变换器71的开关设备将根据PWM脉冲进行转换。PWM脉冲包含与命令值和谐波相对应的基波分量，并且每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来通过包含与命令值和谐波分量相对应的基波分量的分离的ＰＷＭ信号控制与电源线相连接的多个功率变换器的功率变换器的控制方法，其特征在于：所述电源线的电源电压相位被检测，所述谐波分量基本上与所检测的电源电压相位同步，并且使谐波分量的相位彼此不相同。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：岩路善尚，奥山俊昭，伊君高志，飞世正博，
申请(专利权)人：株式会社日立制作所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]