專利名稱：功率轉換系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種功率轉換系統，且更具體地說是涉及一種由多路復用配置的電壓源型自換向轉換器構成的功率轉換系統和當這些電壓源型自換向轉換器被用于諸如直流傳輸系統、燃料電池、電池能量存儲系統、以及無功功率補償系統的系統時這些電壓源型自換向轉換器的控制系統。
以下結合

圖14和15，描述由傳統的多路復用配置的電壓源型自換向轉換器構成的功率轉換系統以及這些電壓源型自換向轉換器的控制系統。在圖14中，1是一個交流系統，2是用于測量交流系統1的交流系統電壓的變壓器，3是一個變流器，且4A、4B是用于連接電壓源型自換向轉換器5A、5B和交流系統1的轉換變換器。6是由直流電容器、電池等組成的一個直流電源；7是一個直流電壓檢測器；且8是一個有功/無功功率檢測器，用于通過輸入變壓器2和變流器3的檢測值，來檢測從轉換器5A、5B輸出的有功和無功功率；9是一個直流電壓控制器，用于輸入一個直流電壓基準值51與由直流電壓檢測器7檢測到的一個直流電壓檢測值52之間的差，并控制該DC電壓以使該差為零。10是一個無功功率控制器，用于輸入一個無功功率基準值53與由有功/無功功率檢測器8檢測到的一個無功功率檢測值54之差，并控制該無功功率以使該差為零。11是一個交流電流控制器，用于通過輸入直流電壓控制器9的輸出、無功功率控制器10的輸出、由變流器3檢測到的交流電流檢測值55以及變壓器2檢測到的交流電壓檢測值56，而把交流電流控制到一個基準值。12是一個脈寬調制電路，用于根據交流電流控制器11的輸出來確定構成各個自換向轉換器5A、5B的自關斷器件的脈沖形式。
在圖15中，13A-13L是自關斷器件，諸如柵極關斷可控硅(以下稱為GTO)，且14A-14L是二極管。另外，1A、1B和1C分別表示交流系統1的A相、B相和C相。與交流系統1相連的電壓源型自換向轉換器5A、5B的有功/無功功率的控制原理，公布在標題為《半導體功率轉換電路》(“Semiconductor Power Conversion Circuit”)(由日本電氣工程師研究院(The Institute of Electrical Engineers of Japan)出版，P.215-220)的出版物等之中，且在此省略了對其的詳細描述。另外，實現恒定電流控制電路的方法和原理被公布在日本專利公開(Kokai)No.Hei1-77110中，因而在此省略了對其的詳細描述。
在圖15中，轉換變換器4A、4B的交流系統側繞組是串聯的，其DC側繞組分別與各個轉換器5A、5B相連，且電壓源型自換向轉換器5A、5B的DC輸出端彼此并聯。在此配置中，關于交流系統的輸出電壓，轉換器5A和5B的輸出通過轉換變換器4A、4B的交流繞組而相加，且其高次諧波被消掉了。另外，由于轉換變換器4A、4B的交流繞組串聯，轉換器5A、5B的電流值是相同的。另外，由于轉換器5A、5B的DC側是并聯的，轉換器5A、5B的DC電壓變得相等。在圖14所示的配置中，交流系統輸出電壓中較高的諧波被轉換器5A、5B所減小，且在轉換器5A、5B之間不產生未平衡的電流和電壓。
圖14所示的傳統電壓源型自換向轉換器的多路復用配置，當考慮將其應用于諸如DC傳輸系統以長距離地傳輸DC電力時，具有以下的問題。即，由于轉換器的DC輸出端是并聯的，如果轉換器的數目增大以獲得大的容量則DC電流也相應增大。在直流傳輸系統的情況下，DC線路很長，且DC傳輸線路的電阻很大。如果DC電流增大，則DC傳輸線路的電阻造成的功率損耗與DC電流的平方成正比地增大，且系統的效率下降。因此，當把傳統的功率轉換系統應用于諸如直流傳輸系統時，在增大系統容量的情況下，從減小損耗的角度看，最好是增大DC電壓而不是增大DC電流。
作為增大DC電壓的一種方法，也可以考慮增大轉換器的額定DC電壓，從而使額定的DC電流減小。然而，在具有大容量的自換向轉換器的情況下，由于從減小切換損耗的角度看不能增大轉換器的切換頻率，轉換器的多路復用對于減小高次諧波變得不可缺少。
如上所述，為了代替?zhèn)鹘y的使轉換器的DC側并聯的多路復用配置，需要一種功率轉換系統及其控制系統，該系統具有轉換器的多路復用配置且不增大DC電流。
因此，本發(fā)明的一個目的，是提供一種功率轉換系統—它由多路復用配置中的電壓源型自換向轉換器構成，以及這些電壓源型自換向轉換器的一個控制系統，該控制系統不增大這些電壓源型自換向轉換器的DC電流。
本發(fā)明的這些和其他的目的，能夠通過提供包括多個轉換變換器的功率轉換系統而實現。這些轉換變換器的交流側繞組被串聯連接，以連接到一個交流電力系統。該功率轉換系統進一步包括多個串聯連接的電壓源型自換向轉換器，用于將交流功率轉換成DC功率或將DC功率轉換成交流功率。每一個電壓源型自換向轉換器分別與轉換變換器的DC側繞組之一相連。功率轉換系統進一步包括多個直流電源。電壓源型自換向轉換器的各個DC輸出側分別與這些直流電源之一相連。該功率轉換系統進一步包括一個控制系統，該控制系統用于控制這些電壓源型自換向轉換器，使電壓源型自換向轉換器的各個DC電壓分別跟隨這些電壓源型自換向轉換器的直流電壓基準值之一。
根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種功率轉換系統，它包括多個轉換變換器。轉換變換器的交流側繞組串聯連接，以與一個交流電力系統相連接。該功率轉換系統進一步包括多個串聯連接的電壓源型自換向轉換器，用于將交流功率轉換成DC功率或把DC功率轉換成交流功率。各個電壓源型自換向轉換器分別與轉換變換器的DC側繞組之一相連。該功率轉換器進一步包括多個直流電源。電壓源型自換向轉換器的各個DC輸出側分別與直流電源之一相連。該功率轉換器進一步包括與串聯連接的電壓源型自換向轉換器相并聯的一個直流電源，以及一個控制系統—該控制系統用于控制電壓源型自換向轉換器，使除了一個電壓源型自換向轉換器以外的電壓源型自換向轉換器的各個DC電壓分別跟隨電壓源型自換向轉換器的直流電壓基準值之一。
根據本發(fā)明的另一個方面，提供了一種功率轉換系統，它包括多個轉換變換器。這些轉換變換器的交流側繞組串聯連接，以連接到一個交流電力系統。該功率轉換系統進一步包括多個串聯連接的電壓源型自換向轉換器，用于將交流功率轉換成DC功率或將DC功率轉換成交流功率。各個電壓源型自換向轉換器分別與轉換變換器的DC側繞組之一相連。該功率轉換系統進一步包括多個直流電源。電壓源型自換向轉換器的各個DC輸出側分別與直流電源之一相連。該功率轉換系統進一步包括用于檢測功率轉換系統的DC電壓的直流電壓檢測器，以及一個控制系統，該控制系統用于控制電壓源型自換向轉換器，使除了一個電壓源型自換向轉換器之外的電壓源型自換向轉換器的各個DC電壓分別跟隨電壓源型自換向轉換器的直流電壓基準值之一，且功率轉換系統的DC電壓跟隨該功率轉換系統的一個直流電壓基準值。
從以下結合附圖的詳細描述，可以容易地獲得對本發(fā)明及其優(yōu)點的的更為完整的理解。
圖1顯示了根據本發(fā)明的實施例的功率轉換系統的結構。
圖2顯示了根據本發(fā)明的第一實施例的一種修正的功率轉換系統的結構。
圖3顯示了根據本發(fā)明的第二實施例的功率轉換系統的結構。
圖4顯示了根據本發(fā)明的第三實施例的功率轉換系統的結構。
圖5顯示了根據本發(fā)明的第四實施例的功率轉換系統的結構。
圖6顯示了根據本發(fā)明的第五實施例的功率轉換系統的結構。
圖7顯示了根據本發(fā)明的第五實施例的一種修正的功率轉換系統的結構。
圖8顯示了根據本發(fā)明的第六實施例的功率轉換系統的結構。
圖9顯示了根據本發(fā)明的第六實施例的一種修正的功率轉換系統的結構圖10顯示了根據本發(fā)明的第七實施例的功率轉換系統的一部分的結構。
圖11顯示了根據本發(fā)明的第八實施例的功率轉換系統的一部分的結構。
圖12顯示了根據本發(fā)明的第九實施例的功率轉換系統的一部分的結構。
圖13顯示了根據本發(fā)明的第十實施例的功率轉換系統的一部分的結構。
圖14顯示了傳統的功率轉換系統的一個例子的結構。
圖15顯示了圖14所示的傳統功率轉換系統的一部分的一個例子的結構。
以下結合附圖來描述本發(fā)明的實施例，其中在附圖中相同的標號表示相同或對應的部分。
圖1顯示了根據本發(fā)明的第一實施例的功率轉換系統。在圖1中，與圖14和15中相同的部分用相同的標號表示，并省略了對這些部分的描述。
在圖1中，電壓源型自換向轉換器5A、5B與諸如DC電容器6A、6B的直流電源相連，自換向轉換器5A的DC輸出端的負端與自換向轉換器5B的DC輸出端的正端相連，因而自換向轉換器5A和5B串聯連接。
在上述的配置中，可以提供一種功率轉換系統，它與具有相同容量但DC側彼此并聯的單位轉換器(轉換器5A、5B)的傳統多路復用配置相比，DC電壓為2倍且DC電流為1/2倍。
在如圖1所示的多路復用配置中，對于交流系統輸出電壓，轉換器5A和5B的輸出通過轉換變換器4A、4B的交流繞組而相加，且高次諧波因而被消除。另外，由于轉換變換器4A、4B的交流繞組串聯，使轉換器5A、5B的電流值變得相等。然而，由于轉換器5A、5B的DC側串聯，轉換器5A、5B的DC電壓，由于諸如信號傳輸中的延遲、切換的變化、主要電路常數(諸如DC電容6A、6B)的變化等因素，而可能是不平衡的。
所以，在圖1中，通過把直流電壓檢測器7A檢測到的轉換器5A的DC電壓與直流電壓基準51A之差輸入到直流電壓控制器9A中，轉換器5A的DC電壓得到了控制，從而使它變成符合轉換器5A的直流電壓基準51A。類似地，通過把直流電壓檢測器7B檢測到的轉換器5B的DC電壓輸入直流電壓控制器9B，轉換器5B的DC電壓得到控制，從而使其變成符合轉換器5B的直流電壓基準51B。
由于無功功率不直接與DC電壓相關，電路在無功功率方面可與圖14所示的傳統多路復用配置中的相同。
每一個轉換器都帶有一個交流電流控制器。在圖1中，轉換變換器4A的DC繞組側的電流由轉換變換器3A檢測，用作交流電流檢測值55A，并由一個交流電流控制器11A通過輸入來自變壓器2的一個交流電壓檢測值56來進行控制，從而使交流電流檢測值55A變成與來自直流電壓控制器9A和無功功率控制器10的指令值一致。類似地，在轉換變換器4B的DC繞組側處的電流由變流器3B檢測，用作交流電流檢測值55B，并由一個交流電流控制器11通過輸入交流電壓檢測值56而進行控制，從而使交流電流檢測值55B與來自直流電壓控制器9B和無功功率控制器10的指令值相一致。脈寬調制電路12A、12B分別根據交流電流控制器11A、11B的輸出來決定構成各個自換向轉換器5A、5B的自關斷器件的脈沖圖案。
在圖1所示的多路復用配置中，如果直流電壓檢測器7A檢測到的轉換器5A的DC電壓高于直流電壓基準51A，則直流電壓控制器9A輸出降低轉換器5A的DC電壓的一個電流指令，且交流電流控制器11A控制轉換器5A的輸出電壓指令值以使其跟隨電流指令值。其結果，轉換器5A的DC電壓變得與直流電壓基準51A一致。類似地，使轉換器5B的DC電壓與直流電壓基準51B相一致。因此，解決了兩個轉換器5A、5B之間的電壓不平衡問題。
圖2顯示了圖1所示的第一實施例的一個修正。與圖1、14和15中相同的部件被用相同的標號表示，并省略了對它們的描述。15是一個有功功率控制器，它通過輸入一個有功功率基準值57與有功/無功功率檢測器8檢測到的一個有功功率檢測值58之間的差，來控制有功功率，從而使該差為零。
在圖2中，提供了交流電流控制器11，而不是圖1中的交流電流控制器11A、11B。在圖2中，交流電流由交流電流控制器11通過控制變流器3檢測到的交流系統電流55而得到控制。交流電流控制器11通過輸入交流電壓檢測值56而控制交流系統電流55，從而使它與有功功率控制器15輸出的有功電流脂令值59和無功功率控制器10輸出的一個無功電流指令值60相一致。此時，轉換器5A的直流電壓控制器9A的輸出61A和轉換器5B的直流電壓控制器9B的輸出61B也分別被輸入到交流電流控制器11，以校正交流電流控制器11至脈寬調制電路12A、12B的輸出，從而解決兩個轉換器5A、5B之間的電壓不平衡的問題。
在圖2中，由于兩個轉換器5A、5B的DC電壓是通過由一個交流電流控制器11來控制交流系統電流和校正輸出到脈寬調制電路12A的輸出電壓指令值而得到調節(jié)的，因而在交流電流控制系統與DC電壓控制系統之間沒有干擾，且功率轉換系統能夠得到穩(wěn)定的控制。
圖3顯示了根據本發(fā)明的第二實施例的功率轉換系統。在圖3中，已經在圖1、2、14、15中顯示的部件用相同的標號表示，并省略了對它們的描述。16是諸如燃料電池、二次電池、電壓源型轉換器等的大容量直流電源。在圖3中，包括自換向轉換器5A、5B的DC電壓的整個DC電壓值，都是由這種大容量直流電源16確定的。即使當各個轉換器5A、5B具有DC電壓基準值并嘗試控制其DC電壓時，如果各個DC電壓基準之和與大容量直流電源16的輸出電壓不一致，則各個轉換器5A、5B也不能控制其DC電壓，且直流電壓控制器因而飽和。所以，如圖3所示，一個自換向轉換器5B不控制其DC電壓，且另一自換向轉換器5A控制其DC電壓，從而使直流電壓檢測器7A檢測到的轉換器5A的DC電壓變得與直流電壓基準51A一致。當DC電壓如圖3所示地受到控制時，由于其DC電壓主要由大容量直流電源16的電壓減去轉換器5A的DC電壓的值確定，轉換器5B不需要控制其DC電壓。其結果，直流電壓控制器9A不飽和，且可以控制所希望的有功功率。
雖然圖3中所描述的功率轉換系統采用了兩個轉換器，但在其中兩個以上的轉換器相串聯的多路復用配置中，當除了一個轉換器之外的各個其余轉換器控制其DC電壓從而使之與各個轉換器的DC電壓基準一致時，功率轉換系統能夠在不擴大轉換器之間的不平衡DC電壓和不使直流電壓控制器飽和的情況下得到穩(wěn)定的控制。
圖4顯示了根據本發(fā)明的第三實施例的功率轉換系統。在圖4中，與在已經描述的附圖中相同的部件被用相同的標號表示，且在此省略了對它們的描述。7是一個直流電壓檢測器，用于檢測大容量直流電源16的DC電壓，且17A、17B是運算放大器，用于分別以固定的倍數KA、KB來放大直流電壓檢測器7所檢測的DC電壓。諸如燃料電池、二次電池等等的大容量直流電源16的輸出DC電壓，按照電池的放電狀態(tài)和DC電流值，而通常有約±(20-30)％的漲落。
在圖4所示的配置中，轉換器5A、5B的DC電壓基準51A、51B是不固定的，且通過把DC電壓放大固定倍數KA、KB而獲得的值分別被用作轉換器5A、5B的直流電壓基準51A、51B，且轉換器5A、5B分別控制它們的輸出電壓以使之分別跟隨直流電壓基準51A、51B。其結果，即使當大容量直流電源16的DC電壓漲落時，也不會產生轉換器5A、5B的DC電壓之間的不平衡。
另外，用于直流電壓基準51A、51B的固定倍數KA、KB是如此確定的使得所有轉換器5A、5B的倍數KA、KB之和為1。雖然圖4中描述的功率轉換系統采用了兩個轉換器，但在兩個以上轉換器相串聯的多路復用配置中，如果各個轉換器的DC電壓基準是通過將檢測到的DC電壓值乘上一個固定因子而確定的，且各個轉換器的DC電壓得到控制從而跟隨DC電壓基準，則即使當諸如燃料電池、二次電池等等的大容量直流電源的電壓漲落時，功率轉換系統也能夠在轉換器之間不產生不平衡DC電壓的情況下運行。
圖5顯示了根據本發(fā)明的第四實施例的功率轉換系統。在圖5中，與已經說明的附圖中相同的部件被用相同的標號表示，且省略了對它們的描述。在圖5中，DC電壓控制是對轉換器5A而不是對轉換器5B進行的，這與圖3所示的實施例中相同。
在圖5中，包括自換向轉換器5A和5B的DC電壓的整個DC電壓值，是由大容量直流電源16確定的。由于直流電壓基準51A是通過將直流電壓檢測器7檢測到的DC電壓乘以固定因子KA而得到的，所有轉換器5A、5B的DC電壓之和不會不同于大容量直流電源16的輸出電壓。
然而，如果存在轉換器的直流電壓檢測器的誤差等，則這些誤差得到聚積且DC控制器可能飽和。因此，在圖5所示的實施例中，一個自換向轉換器5B只進行有功功率控制而不執(zhí)行直流電壓控制。另一個自換向轉換器5A控制其DC電壓，從而使直流電壓檢測器7A檢測到的DC電壓與通過將整個DC電壓檢測值乘以固定因子KA而得到的直流電壓基準51A相一致。
當功率轉換系統如圖5所示地得到控制時，轉換器5B的DC電壓主要由大容量直流電源16的電壓減轉換器5A的DC電壓來確定。因此，即使當檢測器有誤差時，控制器也不飽和，且功率轉換系統能夠得到穩(wěn)定的控制。
另外，雖然在圖5中采用了兩個轉換器，但在其中兩個以上的轉換器串聯連接的多路復用配置中，如果DC電壓得到控制而使除了一個轉換器以外的各個轉換器的DC電壓與各個轉換器的DC電壓基準—它是通過將整個DC電壓基準乘以一個固定因子而確定的一相一致，則即使在大容量直流電源16的DC電壓漲落時，功率轉換系統也能夠被穩(wěn)定地控制，而不擴大轉換器之間的不平衡DC電壓和不產生直流電壓控制器的飽和。
圖6顯示了根據本發(fā)明的第五實施例的功率轉換系統。在圖6中與已經描述的附圖中相同的部件被用相同的標號表示，并省略了對它們的描述。在圖6中，轉換器5A、5B的相加的輸出的DC電壓，即功率轉換系統的DC輸出電壓，由直流電壓檢測器7檢測。功率轉換系統的DC電壓由直流電壓控制器9控制，從而使直流電壓檢測器7檢測的DC電壓與功率轉換系統的直流電壓基準51相一致。
另一方面，轉換器5A、5B的DC電壓由直流電壓控制器9A、9B控制，使它們分別與直流電壓基準51A、51B一致。在這種配置中，直流電壓控制器9用于控制整個DC電壓，且當另一功率轉換系統經過一條DC總線而與該功率轉換系統相連并要求把整個DC電壓保持在恒定電平時，整個DC電壓容易得到控制。
圖7顯示了圖6所示的第五實施例的一個修正。在圖7中，與已經描述的附圖中相同的部件被用相同的標號表示，并省略對它們的描述。在圖7中，通過使直流電壓檢測器7檢測的整個DC電壓乘以固定倍數KA、KB而獲得的值分別被用作轉換器5A、5B的直流電壓基準51A、51B。在圖7中顯示的配置中，即使當整個DC電壓由于系統故障、干擾等等而發(fā)生瞬態(tài)漲落時，轉換器5A、5B的DC電壓控制系統也分別控制著它們的電壓，從而使整個DC電壓保持平衡。因此，能夠防止過電壓被加到轉換器5A、5B中的任何一個上。
以下結合圖6進一步描述本實施例的操作。在圖6中，提供了三個直流電壓控制器直流電壓控制器9，用于控制功率轉換系統的整個DC電壓；直流電壓控制器9A，用于控制轉換器5A的DC電壓；以及，直流電壓控制器9B，用于控制轉換器5B的DC電壓。
另一方面，對于DC電壓，轉換器5A的DC電壓和轉換器5B的DC電壓分別是獨立的，同時功率轉換系統的整個DC電壓主要是通過將轉換器5A的DC電壓加到轉換器5B的DC電壓上而確定的。因此，有三個控制器被用于兩個獨立變量，且如果它們被給予相同的響應速度，DC電壓就不能得到穩(wěn)定的控制。
所以，在直流電壓控制器9中整個DC電壓以較低的速度得到控制。至于轉換器5A、5B的DC電壓，為了使轉換器5A、5B之間的DC電壓平衡，它們分別在直流電壓控制器9A、9B中得到了高速控制。因此，諸DC電壓能夠通過分別改變三個直流電壓控制器9、9A、9B的響應而得到穩(wěn)定控制。
雖然采用兩個轉換器的配置說明了圖6和圖7，在采用兩個以上轉換器的多路復用配置的情況下，當提供了用于各個轉換器的整個DC電壓控制器和直流電壓控制器時，也可以獲得相同的效果。
圖8顯示了根據本發(fā)明的第六實施例的功率轉換系統。在圖7中，與在已經描述的附圖中相同的部件被用相同的標號表示，且省略了對它們的描述。
在圖8中，加有轉換器5A、5B的輸出的整個DC電壓，即功率轉換系統的DC輸出電壓，由直流電壓檢測器7檢測。由直流電壓檢測器7檢測的功率轉換系統的DC電壓受到直流電壓控制器9的控制，從而使它變得與功率轉換系統的直流電壓基準51相一致。另一方面，轉換器5A的DC電壓受到直流電壓控制器9A的控制，從而使它變得與直流電壓基準51A相一致。
在這種配置下，提供了直流電壓控制器9以控制整個DC電壓，且當另一功率轉換系統經過一條DC總線與本功率轉換系統相連時，整個DC電壓容易得到控制，且需要把整個DC電壓保持在一個恒定電平。另外，由于轉換器5B的DC電壓沒有被控制，直流電壓控制器9對于整個DC電壓的響應能夠與轉換器5A的直流電壓控制器9A的DC電壓響應相獨立地得到確定。因此，這種配置特別適合于系統要求快速控制整個DC電壓的情況。
圖9顯示了圖8所示的第六實施例的一種修正。在圖9中，與已經說明的附圖中相同的部件被用相同的標號表示，并省略了對它們的描述。在圖9中，通過用直流電壓檢測器7檢測到的整個DC電壓乘以一個固定因子KA而獲得的一個值，被用作轉換器5A的直流電壓基準51A。
在圖9所示的配置中，即使當整個DC電壓由于系統故障、干擾等而發(fā)生瞬態(tài)漲落時，轉換器5A的DC電壓控制系統也控制著其DC電壓，從而獲得相對于整個DC電壓的平衡。因此，能夠防止過電壓被加到轉換器5A、5B的任何一個上。
雖然圖8和圖9是利用兩個轉換器的配置說明的，但在兩個以上的轉換器的多路復用配置的情況下，當提供了整個DC電壓控制器和除了一個轉換器以外的各個轉換器的直流電壓控制器時，也可以獲得相同的效果。
圖10顯示了本發(fā)明的第七實施例的功率轉換系統的一部分。圖10顯示了圖9所示的交流電流控制器11的結構的一個例子。在圖10中，18是一個相位檢測器，用于從交流系統電壓檢測值56檢測交流系統電壓的相位。19A是一個坐標轉換器，用于從相位檢測器18檢測到的交流系統電壓相位檢測值62和交流系統電壓檢測值56，將該交流系統電壓變換成正交雙軸分量；且19B是一個坐標轉換器，用于利用交流系統電壓相位檢測值62將交流電流檢測值55轉換成一個交流電流分量63和一個無功電流分量64。19C是一個坐標轉換器，用于計算將要給予轉換器5A的脈寬調制電路12A的輸出電壓指令值；且19D是一個坐標轉換器，用于計算將要給予轉換器5B的脈寬調制電路12B的輸出電壓指令值。
11-1是一個交流電流控制器，用于通過輸入一個由圖9顯示的直流電壓控制器9輸出的有功電流指令值59與一個由交流電流檢測值55的坐標轉換而獲得的有功電流分量63之差，來控制交流電流，并使該差為零。11-2是一個交流電流控制器，用于通過輸入一個由圖9顯示的無功功率控制器10輸出的無功電流指令值60與一個由交流電流檢測值55的坐標轉換而獲得的無功電流分量64之差，而控制交流電流，并使該差為零。
關于圖10所示的交流電流控制器11的操作，有一種通過坐標轉換將三相交流電壓和電流轉換成直流量并控制它們的方法，它作為電壓源型自換向轉換器的一種交流電流控制方法，是眾所周知的一種方法，因而在此省略了對它的描述。
圖10中顯示的一種有功電流校正值61A，是直流電壓控制器9A的輸出，其中該控制器9A進行操作以根據通過在運算放大器17A中使總直流電壓檢測值52乘上固定因子KA而獲得的值來控制轉換器5A的直流電壓檢測值52A，以平衡轉換器5A和5B之間的DC電壓。在坐標轉換之前的、被輸入坐標轉換器19C的、用于轉換器5A的輸出電壓指令值，借助有功電流校正值61A進行校正。
在圖10所示的配置中，由于轉換器5A的輸出電壓指令值，是在在獨立地控制交流系統電流的有功電流分量和無功電流分量之后借助DC電壓控制系統在坐標轉換之前校正的，所以圖9中顯示的交流電流控制器11和直流電壓控制器9A能夠在它們之間的干擾較小的情況下得到控制。
圖11顯示了根據本發(fā)明的第八實施例的功率轉換系統的一部分。在圖11中，顯示了已經在圖7中說明的電流控制器11的結構的一個例子。在圖11中，與已經在圖10中描述的部件相同的部件被用相同的標號表示，并省略了對它們的描述。在圖11中，交流電流受到交流電流控制器11-1的控制，從而使圖7顯示的功率轉換系統的直流電壓控制器9輸出的有功電流指令值59變得與有功電流分量63相一致。另外，交流電流由交流電流控制器11-2控制，從而使圖7顯示的無功功率控制器10輸出的無功電流指令值60變得與無功電流分量64相一致。用于各個轉換器5A、5B的輸出電壓指令值，在進行坐標轉換之前，分別借助電壓控制器9A輸出的有功電流校正值61而得到了校正以控制轉換器5A的DC電壓和借助直流電壓控制器9B輸出的有功電流校正值61B而得到控制以控制轉換器5B的DC電壓。
在圖11顯示的配置中，由于轉換器5A、5B的輸出電壓指令值，在獨立控制交流系統電流的有功電流分量和無功電流分量之后，在DC電壓系統進行的坐標轉換之前得到了校正，所以圖7所示的交流電流控制器11和直流電壓控制器9A、9B能夠在它們之間的干擾較小的情況下得到控制。
雖然圖10和11是利用兩個轉換器的配置說明的，但在兩個以上轉換器的多路復用配置下，通過借助各個轉換器的直流電壓控制器的輸出來校正各個轉換器的輸出電壓指令值，也能夠獲得相同的效果。
另外，圖10和11所示的校正方法分別是相對于圖9和圖7中顯示的功率轉換系統說明的。類似的校正方法也適用于圖2、3、4、5、6和8顯示的功率轉換系統。
圖12顯示了根據本發(fā)明的第九實施例的功率轉換系統的一部分。圖12顯示了已經在圖9中說明的電流控制器11的結構的一個例子。在圖12中，與已經在附圖中說明的相同的部件被用相同的標號表示，并省略了對它們的描述。在圖12中，20是是用于判定有功電流分量63的極性的極性判定裝置，21是一個開關—它由極性判定裝置20的輸出切換，且22是用于切換有功電流校正值61A的極性的倒相器。
在圖9中，由于轉換變換器4A、4B的交流側繞組是串聯連接的，轉換器5A、5B的輸出電流的波形變得相同，除非在轉換變換器4A、4B中有直流磁化等等。因此，當轉換器5A、5B的DC電容器6A、6B的DC電壓不平衡且所希望的是通過改變轉換器5A、5B的有功功率來調節(jié)不平衡的DC電壓時，就需要分別改變轉換器5A、5B的電壓波形。
一般地，如果電流波形是相同的，則有功功率能夠通過分別改變輸出電壓的幅度而得到改變。這里，電流的方向、輸出電壓的幅度和直流電容的電壓之間的關系得到了考慮。
現在，假定從交流系統至轉換器的電流方向為向前的方向。當作為整流器運行時，轉換器輸出電流和轉換器輸出電壓具有相同極性的波形。當輸出電壓的幅度增大時，沿著整流器方向的有功功率增大，且當輸出電壓的幅度減小時，沿著整流器方向的有功功率減小。
當考慮直流電容的DC電壓時，帶有較低DC電壓直流電容器的一個轉換器，通過使其輸出電壓的幅度增大，而增大了沿著整流器方向的有功功率，從而更多地對直流電容器充電。帶有較高DC電壓的直流電容器的一個轉換器，通過減小輸出電壓的幅度，而減小了沿著整流器方向的有功功率，從而抑制了直流電容器的充電。
以下考慮倒相器的操作。在倒相器操作中，轉換器輸出電流和轉換器輸出電壓具有相反極性的波形。當輸出電壓的幅度增大時，沿著倒相器方向的有功功率增大，且當輸出電壓的幅度減小時，沿著倒相器方向的有功功率減小。
當考慮直流電容器的DC電壓時，帶有較低DC電壓的直流電容器的轉換器，通過減小其輸出電壓的幅度，減小了沿著倒相器方向的有功功率，并因而減小了直流電容器的放電。帶有具有較高DC電壓的直流電容器的轉換器，通過增大其DC電壓的幅度，增大了沿著倒相器方向的有功功率，從而增大了直流電容器的放電。
直流電容器的DC電壓的幅度與整流器中的輸出電壓的幅度和倒相器操作之間的關系在下表中得到了概括。
(表)
一般地，在整流器操作中有功電流從交流系統流向轉換器，而在倒相器操作中，有功電流從轉換器流向交流系統。
從表中可見，需要根據有功電流的方向來改變輸出電壓的幅度的校正極性。
在圖12中，有功電流分量63的極性由極性判定裝置20判定。開關21由極性判定裝置20的輸出切換。其結果，校正方向通過改變由倒相器22倒相的倒相有功電流校正值61AA和沒有被倒相的有功電流校正值61A而得到改變。在圖12所示的配置中，即使當有功電流的方向改變時，也可以通過在坐標轉換之前適當校正輸出電壓指令值，在使直流電容器電壓平衡的同時，使功率轉換系統連續(xù)地運行。
圖13顯示了根據本發(fā)明的第十實施例的功率轉換系統的一部分。圖13顯示了已經在圖7中說明的電流控制器11的結構的一個例子。在圖13中，與已經在附圖中說明的部件相同的部件被用相同的標號表示，并省略了對它們的描述。在圖13中，20是用于判定有功電流分量63的極性的極性判定裝置。21A、21B是由極性判定裝置20的輸出切換的開關，且22A、22B分別是用于切換有功電流校正值61A、61B的極性的倒相器。在圖13顯示的配置中，與圖12中顯示的實施例類似，即使當有功電流的方向改變時，也可以通過在坐標轉換之前適當校正輸出電壓指令值，在使直流電容電壓平衡的同時，使功率轉換系統連續(xù)地運行。
雖然圖12和13是利用兩個轉換器的配置進行說明的，但在兩個以上轉換器的多路復用配置的情況下，當各個轉換器的直流電壓控制器的校正值的極性是根據有功電流分量的極性而得到切換時，可以獲得相同的效果。
另外，圖12和13中顯示的校正方法分別是相對于圖9和7中顯示的功率轉換系統而說明的。類似的校正方法也可以應用于圖2、3、4、5、6和8中的功率轉換系統。
在上述實施例中，直流電壓控制是通過采用直流電容器作為直流電源而進行的。如果假定采用例如燃料電池、電池等等作為直流電源，則通過用控制由有功/無功功率檢測器8檢測的有功功率的有功功率控制器來代替直流電壓控制器，本發(fā)明也能夠應用于這種功率轉換系統。
另外，雖然無功功率控制器10被用在上述實施例中，但無功功率控制器10也可用控制交流系統1的交流電壓的交流電壓控制器來代替。
另外，本發(fā)明還應用于一種功率轉換系統，其中在前述實施例中描述的電壓源型自換向轉換器可由三個單相橋單元組成—這些單元是由自關斷器件和二極管而不是由圖15中顯示的三相電壓源型自換向轉換器組成。
如上所述，根據本發(fā)明，由于即使在功率轉換系統的容量與帶有并聯轉換器的多路復用配置相同時也可以增大DC電壓和減小DC電流，所以即使對于在長距離直流傳輸中其直流線路電阻增大的系統，也能夠提供能夠減小功率損耗的經濟功率轉換系統。
顯然，在上述技術的教導下，可以實施本發(fā)明的眾多修正和變形。因而應該理解的是，在所附權利要求書的范圍之內，可以以不同于在此具體描述的方式實施本發(fā)明。
權利要求
1.一種功率轉換系統，包括多個轉換變換器；上述轉換變換器的交流側繞組，它們使串聯以連接到一個交流電力系統；多個串聯連接的電壓源型自換向轉換器，用于將交流功率轉換成DC功率或者將DC功率轉換成交流功率；所述各個電壓源型自換向轉換器分別與所述轉換變換器的DC側繞組之一相連；多個直流電壓源；所述電壓源型自換向轉換器的各個DC輸出側分別與所述直流電壓源之一相連；以及控制裝置，用于控制所述電壓源型自換向轉換器，使所述電壓源型自換向轉換器的各個DC電壓分別跟隨所述電壓源型自換向轉換器的直流電壓基準值之一。
2.一種功率轉換系統，包括多個轉換變換器；上述轉換變換器的交流側繞組，它們被串聯以連接到一個交流電力系統；多個串聯連接的電壓源型自換向轉換器，用于將交流功率轉換成DC功率或者將DC功率轉換成交流功率；所述各個電壓源型自換向轉換器分別與所述轉換變換器的DC側繞組之一相連；多個直流電壓源；所述電壓源型自換向轉換器的各個DC輸出側分別與所述直流電壓源之一相連；一個與所述串聯連接電壓源型自換向轉換器相并聯的直流電壓源；以及控制裝置，用于控制所述電壓源型自換向轉換器，使除了所述電壓源型自換向轉換器之一以外的所述電壓源型自換向轉換器的各個DC電壓分別跟隨所述電壓源型自換向轉換器的直流電壓基準值之一。
3.根據權利要求1所述的功率轉換系統，進一步包括一個與所述串聯連接電壓源型自換向轉換器相并聯的直流電壓源；以及一個直流電壓檢測器，用于檢測所述功率轉換系統的DC電壓；其中所述控制裝置進一步包括確定裝置，該確定裝置根據所述功率轉換系統的所述DC電壓來確定所述電壓源型自換向轉換器的所述直流電壓基準值，從而使用于所述電壓源型自換向轉換器的各個所述直流電壓基準值分別以一個預定的比值分享所述功率轉換系統的所述DC電壓。
4.根據權利要求2所述的功率轉換系統，進一步包括一個直流電壓檢測器，用于檢測所述功率轉換系統的DC電壓；其中所述控制裝置包括確定裝置，該確定裝置根據所述功率轉換系統的所述DC電壓來確定除了一個所述電壓源型自換向轉換器之外的所述電壓源型自換向轉換器的所述直流電壓基準值，從而使除了一個所述電壓源型自換向轉換器之外的各個所述電壓源型自換向轉換器的所述直流電壓基準值分別以一個預定的比值分享所述功率轉換系統的所述DC電壓。
5.根據權利要求1所述的功率轉換系統，進一步包括一個直流電壓檢測器，用于檢測所述功率轉換系統的DC電壓；其中所述控制裝置進一步包括用于控制所述電壓源型自換向轉換器從而使所述功率轉換系統的所述DC電壓跟隨所述功率轉換系統的一個直流電壓基準值的裝置。
6.根據權利要求5所述的功率轉換系統，其中所述控制裝置進一步包括確定裝置，該確定裝置根據所述功率轉換系統的所述DC電壓來確定所述電壓源型自換向轉換器的所述直流電壓基準值，從而使用于所述電壓源型自換向轉換器的各個所述直流電壓基準值分別以一個預定的比值分享所述功率轉換系統的所述DC電壓。
7.根據權利要求6所述的功率轉換系統，其中在所述控制裝置中，對所述電壓源型自換向轉換器的直流電壓控制的響應被確定得比對所述功率轉換系統的直流電壓控制的響應快。
8.一種功率轉換系統，包括多個轉換變換器；一些所述轉換變換器的交流側繞組，它們被串聯以連接到一個交流電力系統；多個串聯連接的電壓源型自換向轉換器，用于將交流功率轉換成DC功率或者將DC功率轉換成交流功率；所述各個電壓源型自換向轉換器分別與所述轉換變換器的DC側繞組之一相連；多個直流電壓源；所述電壓源型自換向轉換器的各個DC輸出側分別與所述直流電壓源之一相連；一個直流電壓檢測器，用于檢測所述功率轉換系統的DC電壓；以及控制裝置，用于控制所述電壓源型自換向轉換器從，除了所述電壓源型自換向轉換器之一以外的所述電壓源型自換向轉換器的各個DC電壓分別跟隨所述電壓源型自換向轉換器的直流電壓基準值之一，并使所述功率轉換系統的所述DC電壓跟隨所述功率轉換系統的一個直流電壓基準值。
9.根據權利要求8所述的功率轉換系統，其中所述控制裝置包括確定裝置，該確定裝置根據所述功率轉換系統的所述DC電壓來確定除了一個所述電壓源型自換向轉換器之外的所述電壓源型自換向轉換器的所述直流電壓基準值，使除了一個所述電壓源型自換向轉換器之外的各個所述電壓源型自換向轉換器的所述直流電壓基準值分別以一個預定的比值分享所述功率轉換系統的所述DC電壓。
10.根據權利要求9所述的功率轉換系統，其中在所述控制裝置中，對所述電壓源型自換向轉換器的直流電壓控制的響應被確定得比對所述功率轉換系統的直流電壓控制的響應快。
全文摘要
一種功率轉換系統,包括:多個轉換變換器,其交流側繞組相互串聯以連接到一個交流電力系統;多個串聯連接的電壓源型自換向轉換器,用于將交流功率轉換成DC功率或者將DC功率轉換成交流功率,各個所述電壓源型自換向轉換器分別與所述轉換變換器的DC側繞組之一相連;多個直流電壓源,所述電壓源型自換向轉換器的各個DC輸出側分別與所述直流電壓源之一相連;以及,一個控制系統,用于控制所述電壓源型自換向轉換器。
文檔編號H02M7/12GK1188343SQ9712061
公開日1998年7月22日 申請日期1997年10月17日 優(yōu)先權日1996年10月18日
發(fā)明者鈴木宏和, 鈴木健一, 川上紀子, 色川彰一 申請人:株式會社東芝