电源变换系统的控制系统技术方案

一种由多个电源变换器组成的电源变换系统的控制系统，各电源变换器分别连接在多个交流电源系统之一与直流线路之间，以在它们之间交换电源。控制系统由多个控制单元组成，每个控制系统包括检测在交流电源系统与电源变换器之间流动的交流电流、交流电源系统的交流电压和电源变换器的直流电压的单元，以及检测在电源变换器与交流电源系统之间交换的有功功率和无功功率的单元，每个控制单元还包括产生有功电流指令以使直流电压随有功功率和直流电压之一的增加而降低的有功功率控制单元、设定无功功率基准的单元、比较无功功率基准与无功功率以获得无功功率差值，并产生无功电流指令以使无功功率差值接近零的无功功率控制单元、产生多个输出电压指令以使交流电流与有功和无功电流指令一致的电流控制单元，以及根据输出电压指令转换电源变换器内的半导体开关器件的门控制单元。（*该技术在2016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电源变换系统的控制系统，尤其涉用一种用于诸如互连系统的、由多个把交流电源变换成直流电源或者把直流电源变换成交流电源的电源变换器组成的、连接在多个交流电源系统与直流线路之间用于在交流电源系统与直流线路之间改变电源的电源变换系统的控制系统。附图说明图18是传统的电压源型自整流电源变换系统(下文称为电源变换系统)的主电路的一个例子的示意框图。电源变换系统100由电源变换器10、直流电容器20、连接电抗器30和变换变压器40组成，它连接在含有直流电源50的直流线路与含有交流系统电源60的交流系统之间。如图18所示的由电源变换器10、直流电容器20、连接电抗器30与变换变压器40组成的、连接在直流线路与交流电源系统之间在它们之间改变电源的电源变换系统100的工作原理是众所周知的。例如，在“半导体电源变换电路”第216至220页中有所描述(日本电气工程师协会半导体电源变换系统研究专门委员会编辑，1987年3月31日第一版发行)。图19示出了电源变换器10的主电路的一个例子。该电路由多个例如门断路闸流管GU，GV，GW，GX，GY和GZ的桥接自断路器件(此处为6个)和与这些闸流管反向并联的二极管DU，DV，DW，DX，DY和DZ组成，并且设置有直流端PT和NT以及交流端R，S和T。图20示出了电源变换系统100的传统的控制系统的一个例子，与图18和19中相同的部分赋予了相同的参考号，对它们的描述就省略了。变流器45检测在变换变压器40与交流系统电源60之间流动的交流电流i。电压变压器46检测施加在变换变压器40与交流系统电源60之间的交流电压v。功率检测器(PQ检测)70通过变流器45检测到的交流电流i和电压变压器46检测到的交流电压v检测有功功率Pd和无功功率Qd。电源控制系统80由有功功率基准设定器71、无功功率基准设定器72、有功功率控制器(APR)73、无功功率控制器(AQR)74、电压相位检测器(PLL)、恒电流控制电路(ACR)76和比较器77、78组成。比较器77把有功功率基准设定器71设定的有功功率基准Pdp与功率检测器70检测到的有功功率检测值Pd比较，得到它们之间的差值。有功功率控制器73从比较器77输入有功功率基准Pdp与有功功率检测值Pd之间的差值，并输出有功电流指令值Ipref，以使该差值最小。比较器78把无功功率基准设定器72设定的无功功率基准Qdp与功率检测器70检测到的无功功率检测值Qd比较，得到它们之间的差值。无功功率控制器74从比较器78输入无功功率基准Qdp与无功功率检测值Qd之间的差值，并输出电流指令值Iqref，以使该差值最上。恒电流控制电路(ACR)76接收变流器45检测到的交流电流i，电压变压器46检测到的交流电压v、电压相位检测器75检测到的系统相位θ，它起到用电压相位检测器75检测到的系统相位信号θ和系统电压信号v使系统电流检测值i与有功功率控制器73输出的有功功率指令值Ipref和无功功率控制器74输出的无功电流指令值Iqref一致的作用，并输出输出电压指令值Vuc，Vvc和Vwc。恒电流控制电路76的原理在日本专利公开(Kakai)No.Hei 1-77110中有揭示。在Shun-ichi Hirose等人著的(刊载于1988年12月8日PCIMProceeding上)名称为“在公用线上的静态感应闸流管的数字瞬时电流控制的应用”的文章中揭示了恒电流控制电路76的例子，在此不再详细解释。门控制电路900根据恒电流控制电路76输出的输出电压指令值Vuc、Vvc和Vwc决定电源变换器10的每个器件的开启模式(通/断定时)。图21示出了电源变换系统的控制系统的一个例子，其中，图20中的直流电源50由几乎与电压源型自断路型变换系统100的结构相同的电压源型自断路电源变换系统100B构成，对与图20相同的部分赋予带有A或B后缀的相同的参考号，对它们的解释就省略了。在电源变换系统100B中，比较器84得到直流电压基准设定器79设定的直流电压基准Edp与直流电压检测器21检测到的直流电压检测值Ed之间的差值。直流电压控制器(AVR)81从比较器84输入直流电压基准Edp与直流电压检测值Ed之间的差值，并输出有功电流指令值Ipref，以使该差值最小。当电源变换系统100A和100B的构成如上所述，它有可能根据要求通过在电源变换系统100B内设定和控制直流电压基准Edp和直流电压Ed以及在电源变换系统100A内设定和控制有功功率基准Pdp和有功功率Pd，在交流系统电源60A与交流系统电源60B之间交换电源。在图21所示的结构中，如果控制直流电压Ed的电源变换系统100出现故障而停止工作，或者如果交流系统电源60B产生如接地故障的问题而使电源变换系统100B停止工作，则不再可能维持直流电压Ed。如果停止工作的电压变换器100B系做为整流器而工作的，则它不可能提供电力，并产生直流欠电压。而且，如果电源变换系统100B作为逆变器而工作的，它不可能消耗电力，并产生直流过电压。如上所述，根据传统的现有技术，存在着一些缺点，当把电源变换系统的直流侧连接成在两交流电源系统之间互换时，如果一个电源变换系统由于电源变换系统的故障或者由于电源系统的接地故障而停止工作，就会产生直流过电压或者直流欠电压，结果另一个正常的电源变换系统也停止工作。尤其是，当电源由连接有三个以上的电源变换系统的直流侧的三个以上电源变换系统进行互换时，存在这样一个缺点，当一个电源变换系统停止工作时，虽然有可能由两个正常的电源变换系统互换电源，但因为直流过电压或者直流欠电压，不可能在正常的电源变换系统也停止工作时互换电源。在图21所示实际使用的系统中，还考虑到电源变换系统100A控制直流电压和电源变换系统100B控制有功功率的的情况，虽然在图21中没有图示，但在电源变换系统100A中设置了直流电压基准设定器79A、比较器84A和直流电压控制器81A，在电源变换系统100B中设置了有功功率基准设定器71B、比较器77B和有功功率控制器73B。因此，本专利技术的一个目的是提供一种电源变换系统的控制系统，它由多个连接在多个交流电源系统与直流线路之间以在交流电源系统与直流线之间改变电源的电源变换器组成，它能连续地使剩余正常的电源变换器工作，即使在由于系统事故或者电源变换器的故障而电源变换器中的一个停止工作。本专利技术的这些和其它目的可以通过提供一个电源变换系统的控制系统来实现，这变换系统由多个电源变换器组成，每个电源变换器由多个半导体开关器件组成，它把交流电转换成直流电或者把直流电转换成交流电，它分别连接在多个交流电源系统中的一个与直流线路之间，以在交流电源系统中的一个与直流线路之间分别地交换电源。控制系统由多个控制单元组成，每个控制单元分别用于一个电源变换器。每个控制单元包括检测在交流电源系统与电源变换器之间流动的交流电流的单元、检测交流电源系统的交流电压的单元、检测电源变换器直流电压的单元以及根据交流电流与交流电压检测电源变换器与交流电源系统之间交换的有功功率与无功功率的单元。每个控制单元进一步包括产生有功功率电流指令使直流电压随着有功功率与直流线路与电源变换器之间流动的直流电流之一的增加而下降的有功功率本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由多个电源变换器组成的电源变换系统的控制系统，每个电源变换器由多个半导体器件组成，把交流电变换成直流电或者把直流电变换成交流电，它们分别连接在多个交流电源系统之一与直流线路之间，以在所述交流电源系统之一与所述直流线路之间交换电源，所述控制系统由多个控制装置组成，各控制装置分别提供给所述电源变换器之一，其特征在于，所述每个控制装置包含： 检测所述交流电源系统与所述电源变换器之间流动的交流电流的装置； 检测所述交流电源系统的交流电压的装置； 检测所述电源变换器的直流电压的装置； 根据所述交流电流与所述交流电压检测所述电源变换器与所述交流电源系统之间交换的有功功率与无功功率的装置； 有功功率控制装置，产生有功电流指令，使所述直流电压随所述有功功率和在所述直流线和所述电源变换器之间流动的直流电流之一的增加而降低； 设定无功功率基准的装置，在所述电源变换器与所述交流电源系统之间进行交换； 无功功率控制装置，比较所述无功差值，产生无功电流指令，使所述无功功率差值接近零； 电流控制装置，用于产生多条输出电压指令，以根据所述交流电流、所述交流电压、所述有功电流指令和所述无功电流指令使所述交流电流与所述有功电流指令和无功电流指令一致；和 门控制装置，用于根据所述输出电压指令转换所述电源变换器内的所述半导体开关器件。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：井野口晴久，川上纪子，铃木宏和，铃木健一，坂本幸治，
申请(专利权)人：东芝株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]