專利名稱:直流輸電系統(tǒng)的制作方法
本發(fā)明涉及連接于兩個交流系統(tǒng)間的直流輸電系統(tǒng)。
在一個直流輸電系統(tǒng)中，作為整流器工作的第一外部轉(zhuǎn)換的變換器和作為逆變器工作的第二外部變換的變換器通過直流電抗器和直流傳輸線在它們的直流端是相互連接的。每個變換器通過變換器和斷路器從其交流端連到交流系統(tǒng)。
控制變換器的控制系統(tǒng)在第一變換器處有一互換功率控制系統(tǒng)而在第二變換器處有一限制角控制系統(tǒng)。
互換功率控制系統(tǒng)控制作為整流器工作的第一變換器的直流輸出電流，以使在第一變換器的交流系統(tǒng)處測出的有功互換功率具有一定值。在另一方面，限制角控制系統(tǒng)控制第二變換器的控制導(dǎo)前角使之具有一足以防止第二變換器轉(zhuǎn)換失效的限制角。限制角控制器在例如日本專利公報46956/1983中所述，是眾所熟知的。
限制角控制系統(tǒng)在互換功率控制系統(tǒng)控制直流電流時保持第二變換器的正常限制角，并確定直流傳輸線的直流電壓。因此，直流輸電系統(tǒng)能持續(xù)穩(wěn)定工作，如此的控制系統(tǒng)是已知的技術(shù)，例如在日本公開專利申請第107443/1975號中已有描述。
用于在二個交流系統(tǒng)間互相連接的和用作為逆變器的外部變換器，從交流系統(tǒng)中可以看出，是一個延遲負(fù)載，這樣，它接受來自交流系統(tǒng)的必須的無功功率。通常地，在這樣的情況下，控制變換器無功功率的技術(shù)概念還沒有被用上。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一個直流輸電系統(tǒng)，該系統(tǒng)在控制變換器和兩交流系統(tǒng)間的互換功率所需的無功功率時，能夠以穩(wěn)定的狀態(tài)工作。
根據(jù)本發(fā)明的觀點，為達(dá)到上述目的，使用一個能進(jìn)行脈寬調(diào)制控制的電流型自變換變換器作為逆變器工作的變換器，其中，變換器無功功率通過控制其交流系統(tǒng)的電壓和電流來調(diào)整，直流電壓通過脈寬調(diào)制控制變換器來調(diào)整，直流電流通過控制另一個作為整流器工作的變換器來調(diào)整。
使用電流型自換變換器作為逆變器工作的變換器，并用控制裝置控制其無功功率，故能使直流輸電系統(tǒng)在控制變換器無功率時以穩(wěn)定的狀態(tài)工作，而不影響控制系統(tǒng)中電壓和電流的能力。
在附圖中;
圖1是根據(jù)本發(fā)明所述的直流輸電系統(tǒng)的第一個實施例的方框圖圖2是如圖1所示的第一個變換器的電路圖;
圖3是如圖1所示的第二個變換器的電路圖;
圖4和圖5是分別說明不同連接形式的互換功率控制電路的方框圖;
圖6是說明直流電流控制電路的方框圖;
圖7，圖8和圖9是分別說明不同連接形式的直流電壓控制電路的方框圖;
圖10是說明無功功率控制電路的方框圖;
圖11是說明在脈寬調(diào)制控制下的電流型自變換變換器在各相位處和各支路中的電流導(dǎo)通的定時圖;
圖12是說明電流型自變換變換器的工作范圍的示意圖;
圖13是說明使功率通量反向的控制電路的方框圖;
圖14是說明根據(jù)本發(fā)明所述的直流輸電系統(tǒng)的第二個實施例的方框圖;
圖15是如圖14中所示的相位差角控制電路的方框圖;
實施例一;
根據(jù)本發(fā)明第一個實施例構(gòu)成的直流輸電系統(tǒng)的基本電路和控制系統(tǒng)的方框圖如圖1所示，圖1所示的基本電路中，在A端的作為整流器工作變換器5可以是電流型自變換變換器或者外部變換的變換器。為了下述方便，變換器5假定為外部變換的變換器。作為逆變器工作的變換器6，在B端用一個電流型自變換變換器。變換器5由六個可控硅5U，5V，5W，5X，5Y和5Z以三相橋式連接構(gòu)成，如圖2所示。變換器6由六個門斷開的(gate-turn-off)可控硅6U，6V，6W，6X，6Y和6Z以三相橋式連接構(gòu)成，如圖3所示，直流電抗器4A和4B連接在變換器5和6的直流端。變換器、直流電抗器和直流傳輸線構(gòu)成一閉合回路。變換器5A和5B的交流端分別通過變壓器3A和3B以及斷路器2A和2B連到交流系統(tǒng)1A和1B。
控制外部變換的變換器5的互換功率控制系統(tǒng)設(shè)有互換功率控制電路(APC)41，該電路41輸出參考直流電流Idp通過它使有功互換功率Pd等于由互換功率置定裝置31置定的參考互換功率Pdp，其中有功互換功率Pd是通過有功功率檢測器22檢測的，該有功功率檢測器22輸入由設(shè)置在變換器6的變壓器3B端的電壓變換器13和電流變換器14所檢測的電壓和電流來供給。直流輸電線8的實際直流電流是通過直流電流變壓器11A和直流電流檢測器21A檢測的。為使該實際直流電流等于上述參考直流電流Idp，變換器5由直流電流控制電路(ACC)42，相位控制電路(PHS)43A和脈沖放大電路(PA)44A控制。
互換功率控制電路41的特別連接方式如圖4所示，在圖4所示的互換功率控制電路41中，由有功功率檢測器22檢測的有功互換功率Pd和由互換功率置定裝置31置定的參考互換功率Pdp一起由加法器412相加，以獲得其差值，該差值由互換功率調(diào)整器(APR)411放大以得到控制互換功率的參考直流電流Idp，由于在該型式的直流輸電系統(tǒng)中的直流電壓基本保持恒定，可用如圖5所示的另一個互換功率控制電路41A，其中由互換功率置定裝置31置定的參考互換功率Pdp，通過除法器413，被在正常工作時的由直流電壓置定裝置31置定的參考直流電壓Edp相除，Pdp/Edp通過加法器414計算與互換功率調(diào)整器411的輸出相加，以得到參考直流電流Idp。
直流電流控制電路42的特殊電路連接如圖6所示，從圖中可以看出，在該控制電路中，由直流電流檢測器21A檢測的直流電流Id和來自互換功率控制電路41的參考直流電流Idp通過加法器422相加在一起以得到一差值，接著該差值通過直流電流調(diào)整器(ACR)421放大，并送到相位控制電路43A。
相位控制電路43A，根據(jù)直流電流控制電路42的輸出，確定外部變換變換器5的滯后角通過脈沖放大電路44A如前述方式控制觸發(fā)變換器。
現(xiàn)在回復(fù)到圖1，自變換變換器6的控制系數(shù)a2以及交流電壓和電流的相位差角θ2，分別由直流電壓控制電路(AVC)51和無功功率控制電路52(AQC)控制，其中直流電壓控制電路51輸入了由直流電壓置定裝置32置定的參考電壓Edp，無功功率控制電路52輸入了由無功功率置定裝置33置定的參考值Q2dp?？刂葡禂?shù)a2和相位差角θ2輸入到脈寬相位控制電路53中以進(jìn)一步處理，接著通過開關(guān)脈沖放大電路54提供給變換器。
例如在圖7所示的直流電壓控制電路51中，由直流電壓置定裝置32置定的參考直流電壓Edp和由直流電壓檢測器24檢測的直流電壓Ed通過加法器512相加，得到一個差值，接著供給直流電壓調(diào)整器511，以得到控制系數(shù)a2。該控制系數(shù)a2決定了來自變換器6的輸出信號的脈沖寬度。
在如圖10所示的無功功率控制電路52中，電流型自變換變換器6的無功功率是控制的，由無功功率置定裝置33置定的參考無功功率和變換器所消耗的以及由無功功率檢測器23所檢測的無功功率通過加法器522相加，得到一個差值，然后輸入到無功功率調(diào)整器(AQR)521和限制器523，以得到相位差角信號θ2，限制器523用于使交流電壓和電流間的相位差角限制在90°到270°或-90°到90°之間。在本實施例中，該角限制在90°到270°之間。
脈寬相位控制電路53輸入來自直流電壓控制電路51的控制系數(shù)a2和來自無功功率控制電路52的相位差角θ2，并輸出確定變換器輸出的脈沖寬度和相位差角，通過開關(guān)脈沖放大電路54控制變換器的多個可控硅元件的開或關(guān)。
現(xiàn)有許多脈寬控制的方法，在本實施例中，電流型自變換變換器的交流電流波形典型地如圖11所示。其中，在每個導(dǎo)通支路(導(dǎo)通的可控硅)的瞬時波形U到Z對應(yīng)于如圖3中6U到6W所示的每個可控硅的波形，具有120°電角度的矩形波形的交流電流在外部變換的變換器中流動，重迭角可予不計，但是，在電流型自變換的變換器的情況時，由于脈沖寬度控制，將出現(xiàn)無電流部分φa，如圖11所示。該無電流部分φa由控制系數(shù)a2控制，控制系數(shù)a2和電流型自變換變換器6的基波電壓和電流間的相位差角θ2(對應(yīng)于外部變換的變換器的控制滯后角a)由脈寬相位控制電路53控制。
來自和送到由上述控制的電流型自變換變換器的交流系統(tǒng)的無功和有功功率P和Q，由下列已知的等式給出，其工作區(qū)域如圖12所示。
P＝a2·Edo·Id·cosθ2Q＝a2·Edo·Id·sinθ2式中，Edo被稱為電流型自變換變換器6空載時的直流電壓，表示為EAc3]]>/π(EAc是交流電壓)。Id是通過變換器6流到直流端的直流電流。
根據(jù)本發(fā)明的控制系統(tǒng)，當(dāng)互換功率由控制電路41和直流電流控制電路42按下述方式，即隨著由互換功率置定裝置31置定參考互換功率Pdp來控制互換功率時，直流電流Id在交流系統(tǒng)1A處控制變換器5的控制角。
變換器6的直流電壓Ed如式Ed＝a2Edo·cosθ2所示，假定變換器6的來自和送到交流系統(tǒng)的無功功率是根據(jù)參考無功功率Q2dp由無功功率控制電路52來控制的，則相位差角θ2相應(yīng)地被控制。如果參考直流電壓Edp增加，則如圖7所示的直流電壓控制電路51中的加法器512的輸出信號也增加。所以直流電壓調(diào)整器511使控制系數(shù)a2增加以控制直流電壓跟著參考直流電壓Edp。相反地，如果參考直流電壓Edp下降，則工作情況與上述的相反，這樣，直流電壓Ed要加以控制以隨著參考直流電壓Edp。
直流電壓如前已述，由直流電壓控制電路51通過控制控制系數(shù)a2來調(diào)整。在這樣的連接情況下，將討論無功功率控制電路52的工作情況，在此假定電流型自變換變換器6的工作是接受來自交流系統(tǒng)的延遲無功功率。在該情況下，如果參考無功功率Q2dp增加，如圖10所示的無功功率控制電路52中的加法器522的輸出信號減小。因此，無功功率調(diào)整器521工作以減小其相位差角，并控制無功功率以隨著參考無功功率Q2dp而增加。相反地，如果參考無功功率Q2dp減小，工作情況則上述工作情況相反，控制無功功率以隨著參考無功功率而減小。
說明至此，當(dāng)直流電流控制電路42控制直流電流以隨著參考直流電流時，互換功率控制電路41控制參考直流電流以得到與直流電壓控制電路51控制的直流電壓有關(guān)的為控制互換功率所需的電流。此外，電流型自變換變換器6的無功功率由無功功率控制電路52控制。
根據(jù)上述的實施例，不僅直流輸電系統(tǒng)的互換功率被控制，而且電流型自變換變換器本身的無功功率也被控制，作為結(jié)果，通過利用無功功率能穩(wěn)定地控制接到電流型自變換變換器的交流系統(tǒng)。
在以上實施例中，為了說明的方便，位于交流系統(tǒng)1A處的變換器以外部轉(zhuǎn)換變換器來描述的。然而，變換器5同樣可以是電流型自變換變換器，在該情況下，為替換掉相位控制電路43和脈沖放大器電路44，可用脈寬相位控制電路(在圖1中用標(biāo)號53表示)和開關(guān)脈沖放大電路(在圖1中用54表示的)取代，其中在變換器5處的交流電壓和電流之間的相位差角由直流電流控制電路42控制。
進(jìn)一步;如果變換器5在整流器工作形式時是用于接受來自交流系統(tǒng)的延遲無功功率，則相位差角限制在0°到90°角內(nèi)，如果它用作于給交流系統(tǒng)提供延遲無功功率，則相位差角限制在-90°到0°之間，如圖12可以看出。
在直流輸電系統(tǒng)中，這點是常見的，即互換功率不僅從交流系統(tǒng)1A傳輸給交流系統(tǒng)1B，而且也從交流系統(tǒng)1B傳輸?shù)浇涣飨到y(tǒng)1A。如果需要這樣的控制的話，在兩個變換器處供有直流電流控制電路421和422，限制角控制電路451和452，自動選擇較小延遲控制角的選擇電路461和462，以及電流范圍置定裝置341和342，其中，在作為逆變器工作的變換器處的開關(guān)482或481是閉合的以提供電流范圍△Idpm。在以上描述中，為方便起見，假定變換器5作為整流器工作，同時，通過在無功功率控制電路52中的限制器523限定相位差角在90°到270°間使變換器6作為逆變器而工作。但是如果限制器523把相位差角限制在-90°到90°間時，變換器6可作為整流器工作。此外，不考慮變換器5的型式，即不考慮是外部變換器或電流型自變換變換器，則變換器5在直流電流控制電路42的控制下自動作為逆變器而工作。這樣，顯然本發(fā)明也可適用于互換功率從交流系統(tǒng)1B傳輸?shù)浇涣飨到y(tǒng)1A的情況。
在上述實施例中，盡管互換功率在電流型自變換變換器交流系統(tǒng)中被檢測，但該檢測同樣也可在直流功率傳輸系統(tǒng)或在其它電路部分進(jìn)行。
在以上說明中，使用如圖7所示的控制電路作為直流電壓控制電路51，其中參考直流電壓Edp和檢測得到的直流電壓的差值被放大并控制直流電壓以隨著參考直流電壓。但是，電路連接形式可以是如圖8或圖9的形式。
在圖8所示的直流電壓控制電路51A中，控制系數(shù)a2通過參考直流電壓Edp，空載電壓Edo和相位差角θ2，根據(jù)直流電壓可用a2·Edo·cosθ2的來計算的事實而加以計算。參考直流電壓Edp由直流電壓置定裝置32置定。假定電流型自變換變換器6的交流電壓是恒定的，則空載電壓Edo也恒定，或者通過檢測交流電壓得到一個值。相位差角θ2可以用加到脈寬相位控制電路53的一個值。
圖9所示的直流電壓控制電路51B是通過連接圖7和圖8所示的電路而構(gòu)成的，其中電流型自變換變換器6的控制系數(shù)a2加以控制以使直流電壓Ed隨著參考直流電壓Edp。
實施例二在本實施版例中，控制電流型自變換變換器的無功功率和直流輸電系統(tǒng)的互換功率以保證穩(wěn)定的工作狀態(tài)。參照附圖14對本實施例進(jìn)行描述。
在如圖14所示的系統(tǒng)中，其特點在于設(shè)有相位差角制電路55取代如圖1所示的無功功率控制電路52。相位差角控制電路55由如圖15所示的加法器552，無功功率調(diào)整器551，運算器554和限制器553構(gòu)成。加法器552把電流型自變換變換器6消耗的和由無功功率置定裝置33置定的參考無功功率Q2dp與由變換器6所消耗的并由無功功率檢測器33檢測的無功功率Q2dp相加。無功功率調(diào)整器551把來自加法器552的輸出差值信號放大。運算器554把來自無功功率調(diào)整器551的輸出信號Q2dpc和參考互換功率Q2d作為運算數(shù)來進(jìn)行tan-1計算，限制器553限制來自運算器554輸出的相位差角在90°到270°(或-90°到90°)之間，為了說明方便，假定限制器553限制的相位差角在90°到270°之間。其它情況與圖1所示的相同。
如前面所述的，變換器6的直流電壓如式Ed＝a2·Edo·cosθ2給出。同樣，相位差角用有功和無功功率P和Q即θ2＝tan-1(Q/P)給出?？紤]到直流電壓控制電路51，假定變換器6的相位差角θ2由相位差角控制電路55控制。如果參考直流電壓Edp增大，如圖7所示的直流電壓控制電路51中的加法器512的輸出信號增大，這樣，調(diào)整器511的直流電壓工作以增大控制系數(shù)，并控制直流電壓Ed以跟隨參考直流電壓Edp，相反，如果參考直流電壓Edp下降，工作情況與上述的相反，這樣控制直流電壓Ed使之隨著參考直流電壓Edp。
如剛才所述的，通過直流電壓控制電路51控制了控制系數(shù)a2來調(diào)整直流電壓。下面討論相位差角控制電路55的工作情況，在此假定變換器6是以接受來自交流系統(tǒng)的延遲無功功率而工作的。如果參考無功功率Q2dp增加，如圖15所示的相位差角控制電路55中的加法器552的輸出信號增加，這樣來自無功功率調(diào)整器551的輸出信號Q2dpc也增加。由于輸入到運算器554另一個輸入端的參考互換功率Pdp是恒定的，因此由運算計算的相位差角θ2＝tan-1(Q2dpc/Pdp)增大以控制無功功率使之跟隨參考無功功率。相反地，如果參考無功功率減小，工作情況與上述的相反，這樣控制無功功率以跟隨參考無功功率。
描述至此，當(dāng)直流電流控制電路42控制直流電流使之跟隨參考直流電流控制直流電流時，互換功率控制電路41控制參考直流電流以獲得控制互換功率所需的并與直流電壓控制電路51控制的直流電壓有關(guān)的電流。此外，電流型自變換變換器6的無功功率由相位差角控制電路55控制。
由上述可知，同樣在圖14所示的實施例中，不僅兩交流系統(tǒng)間的互換功率被控制，而且電流型自變換變換器本身的無功功率也被控制。此外，通過控制參考無功功率，使接到電流型自變換變換器的交流系統(tǒng)能以無功功率來加以控制和穩(wěn)定。
第一實施例提出的多種改進(jìn)對于第二實施例也同樣適用。
在至此描述的第二實施例中，參考無功功率Q2dp可直接加到位于如圖15所示的相位差角控制電路中的無功功率調(diào)整器551輸出端的加法器上。這樣做后，參考無功功率的變化直接輸入到加法器554上，而不是加到無功功率調(diào)整器551上，這樣，有可能實現(xiàn)對于參考無功功率變化的快速響應(yīng)。
此外，在相位差角控制電路55中不用無功功率調(diào)整器551，參考無功功率可直接輸入至運算器554中，可得到上述同樣的優(yōu)點。另外，明顯地可相似地使用檢測得的值Pd取代加到運算器554的第二輸入端的參考互換功率Pdp?？傊豢紤]電流型自變換變換器的相位差角是參考值還是檢測值，根據(jù)電流型自變換變換器的無功功率與交流系統(tǒng)間的互換功率的比值進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明，通過用無功功率控制電路或者相位差控制電路控制相位差角來控制電流型自變換變換器的無功功率，通過用直流電壓控制電路控制電流型自變換變換器的控制系數(shù)以控制直流輸電系統(tǒng)的直流電壓，以及通過使用直流電流控制電路通過其它變換器控制流過直流輸電系統(tǒng)的直流電流，可以實現(xiàn)在交流系統(tǒng)間的互換功率進(jìn)行穩(wěn)定地互換的直流輸電系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.在直流輸電系統(tǒng)中兩交流系統(tǒng)由第一變換器，直流傳輸線和第二變換器加以連接，以通過直流傳輸線把功率從一交流系統(tǒng)轉(zhuǎn)輸?shù)降诙涣飨到y(tǒng)，所述直流輸電系統(tǒng)中第一和第二變換器至少有一個是能由脈沖寬度所控制的電流型自變換變換器，其特征在于包括能控制所述電流型自變換變換器的交流電壓和電流間的相位差角的以使所述電流型自變換變換器的無功功率具有一預(yù)定值的無功功率控制裝置；能對所述電流型自變換變換器的脈寬控制系數(shù)進(jìn)行控制的使所述直流傳輸線的直流電壓具有一預(yù)定值的直流電壓控制裝置；以及能對第一和第二變換器中一個作為整流器工作的變換器進(jìn)行控制，以使流過直流傳輸線的電流具有一預(yù)定值的直流電流控制裝置。
2.在直流輸電系統(tǒng)中兩交流系統(tǒng)由第一變換器，直流傳輸線和第二變換器加以連接，通過直流傳輸線把功率從第一交流系統(tǒng)傳輸?shù)降诙涣飨到y(tǒng)，所述的直流輸電系統(tǒng)中第一和第二變換器至少有一個是能被脈寬控制的電流型自變換變換器。其特征在于，包括能對電流型自變換變換器的交流電壓和電流間的相位差角進(jìn)行控制以使所述電流型自變換變換器的無功功率與交流系統(tǒng)間的互換功率的比值為一預(yù)定值的相位差角控制裝置;能對所述電流型自變換變換器脈寬控制的控制系數(shù)進(jìn)行控制的以使所述直流傳輸線的直流電壓具有一預(yù)定值的直流電壓控制裝置，以及能對第一和第二變換器中有一個作為整流器工作的變換器進(jìn)行控制的，以使流過直流傳輸線的直流電流具有一預(yù)定值的直流電流控制裝置。
3.如權(quán)利要求
1或2所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于其中所述的第一變換器是外部變換的變換器，第二變換器是電流型自變換變換器。
4.如權(quán)利要求
1或2所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于其中所述的第一和第二變換器中每個都是電流型自變換變換器。
5.如權(quán)利要求
1或2所述的直流輸電系統(tǒng)，其特征在于其中第一和第二變換器中的每個都包括直流電流控制裝置，限制角控制裝置，自動選擇較小控制延遲角的選擇裝置，電流范圍置定裝置，在變換器作為整流器工作時斷開所述電流范圍的置定裝置以及在變換器作為逆變器工作時接通所述電流范圍置值裝置的開關(guān)裝置。
專利摘要
在直流輸電系統(tǒng)中，兩交流系統(tǒng)通過第一變換器，直流傳輸線和第二變換器連接，通過直流傳輸線把功率從一個交流系統(tǒng)傳輸?shù)搅硪唤涣飨到y(tǒng)。直流輸電系統(tǒng)中的第一和第二變換器中作為逆變器工作的至少有一個變換器是能由脈寬控制的電流型自變換變換器。電流型自變換變換器的無功功率是通過控制其交流電壓和電流間的相位差角來調(diào)整的，直流電壓是通過脈寬控制電流型自變換變換器來調(diào)整的，直流電流是通過作為整流器工作的變換器來調(diào)整的。
文檔編號H02J3/36GK87101909SQ87101909
公開日1987年9月23日 申請日期1987年3月13日
發(fā)明者井野口晴久 申請人:株式會社東芝導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan