專利名稱：帶有分布儲能器的多相變流器的控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對變流器進(jìn)行控制的方法，所述變流器具有至少兩個相 位模塊，所述相位模塊均具有上闊臂和下閥臂，所述上閥臂和下閥臂均具有 至少兩個彼此串聯(lián)的兩極子系統(tǒng)，其中，每次對一個相位模塊中數(shù)量可任意 選擇且保持不變的子系統(tǒng)進(jìn)行控制，使得這些子系統(tǒng)的端電壓均等于相應(yīng)子 系統(tǒng)中儲能電容器上的電容器電壓，并對這個相位模塊中的其余子系統(tǒng)進(jìn)行 控制，使得這些子系統(tǒng)的端電壓等于零。
背景技術(shù)：
DE 101 03 031 Al中公開過一種多相變流器。圖1顯示的是這種變流器 的電路布置圖。如該電路布置圖所示，這種已知的變流電路具有三個都用100 表示的相位模塊。這些相位模塊100的直流電壓端分別通過接點P和N與正 極直流電壓母線P。和負(fù)極直流電壓母線N。導(dǎo)電相連。這兩根直流電壓母線 P。和N。之間存在一個直流電壓Ud。每個相位模塊100均具有一個上閥臂Tl、 T3、 T5和一個下閥臂T2、 T4、 T6。這些閥臂T1-T6中的任何一個都具有一 定數(shù)量的彼此導(dǎo)電串聯(lián)的兩極子系統(tǒng)11。這個等效電路圖顯示了每個閥臂Tl.....T6中的四個子系統(tǒng)11。也可用兩極子系統(tǒng)12 (圖3)代替兩極子系統(tǒng)11 (圖2)來導(dǎo)電串聯(lián)。 一個相位模塊100的兩個閥臂T1和T2、 T3和 T4、T5和T6之間的各連接點都構(gòu)成這個相位模塊100的交流電壓端接點Ll、 L2、 L3。由于這個示意圖中的變流器具有三個相位模塊100,因而可在這些 相位模塊100的交流電壓端接點Ll、 L2和L3 (又稱"負(fù)載端子")上連接三 相負(fù)載，例如三相電動才幾。圖2對已知的兩極子系統(tǒng)11的一種實施方式進(jìn)行了詳細(xì)圖示。圖3所 示的電路布置圖是一種就功能而言完全等效的變形實施方案，同樣也是DE 101 03 031 Al中所公開的實施方案。這些已知的兩極子系統(tǒng)11和12都具 有兩個可斷開半導(dǎo)體開關(guān)1和3、 5和7，兩個二才及管2和4、 6和8以及一 個單極儲能電容器9、 10。兩個可斷開半導(dǎo)體開關(guān)1和3、 5和7彼此導(dǎo)電串 聯(lián)，這一串聯(lián)連接又與儲能電容器9或10導(dǎo)電并聯(lián)。每個可斷開半導(dǎo)體開 關(guān)1和3、 5和7分別與兩個二極管2和4、 6和8中的一個導(dǎo)電并聯(lián)，且其 連接方式使得二極管與對應(yīng)的可斷開半導(dǎo)體開關(guān)1或3、 5或7反向?qū)щ姴?聯(lián)。子系統(tǒng)ll、 12的單極儲能電容器9、 10或者由一個電容器構(gòu)成，或者 由包括多個這種電容器的一個總電容為C。的電容器組構(gòu)成。可斷開半導(dǎo)體開 關(guān)1、 5的發(fā)射極與二極管2、 6的正極之間的連接點構(gòu)成子系統(tǒng)11、 12的 接線端子XI。兩個可斷開半導(dǎo)體開關(guān)1和3之間的連接點與兩個二極管2 和4之間的連接點構(gòu)成子系統(tǒng)11的第二接線端子X2。可斷開半導(dǎo)體開關(guān)5 的集電極與二極管6的負(fù)極之間的連接點構(gòu)成子系統(tǒng)12的第二接線端子X2。在附圖所示的兩個子系統(tǒng)11和12的實施方式中，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)1、 3和5、 7用的都是如圖2和圖3所示的絕緣柵雙極晶體管(IGBT)。也可使 用M0S場效應(yīng)晶體管(也稱為"M0SFET，，)。此外還可將4冊^l可關(guān)斷晶閘管(GT0 晶閘管)或集成柵極換流晶閘管(IGCT)用作可斷開半導(dǎo)體開關(guān)1、 3和5、 7。根據(jù)DE 101 03 031 Al所述，可將圖1所示多相變流器的任何一個相 位模塊100的子系統(tǒng)11、 12控制在操作狀態(tài)I、 II和III。處于操作狀態(tài)I 時，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)l、 5導(dǎo)通，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)3、 7斷開。在此情況 下，子系統(tǒng)ll、 12的接線端子Xl和X2上的端電壓Um等于零。處于操作狀 態(tài)II時，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)l、 5斷開，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)3、 7導(dǎo)通。在此 情況下，端電壓Um等于儲能電容器9、 10上的電容器電壓U。。處于操作狀 態(tài)III時，兩個可斷開半導(dǎo)體開關(guān)l、 3或5、 7均斷開，儲能電容器9、 10上的電容器電壓Uc恒定不變。圖4對子系統(tǒng)14的另一種實施方式的電路布置進(jìn)行了詳細(xì)圖示。這種兩極子系統(tǒng)14公開在官方文件號為2005P12105 DE的在先國家專利申請中， 具有四個可斷開半導(dǎo)體開關(guān)21、 23、 25和27,四個二極管22、 24、 26和 28,兩個單極電容器29和30以及一個電子設(shè)備32 (下稱"電子模塊32")。 四個可斷開半導(dǎo)體開關(guān)21、 23、 25和27彼此導(dǎo)電串聯(lián)。每個可斷開半導(dǎo)體 開關(guān)21、 23、 25和27分別與一個二極管22、 24、 26和28反向并聯(lián)。每兩 個相關(guān)的可斷開半導(dǎo)體開關(guān)21和23、 25和27分別與一個單極電容器29、 30導(dǎo)電并聯(lián)。這個子系統(tǒng)14的單極電容器29、 30或者由一個電容器構(gòu)成， 或者由包括多個這種電容器的一個總電容為C。的電容器組構(gòu)成。兩個可斷開 半導(dǎo)體開關(guān)21和23之間的連接點與兩個二極管22和24之間的連接點構(gòu)成 子系統(tǒng)14的第二接線端子X2。兩個可斷開半導(dǎo)體開關(guān)25和27之間的連接 點與兩個二極管26和28之間的連接點構(gòu)成子系統(tǒng)14的第一接線端子XI。 可斷開半導(dǎo)體開關(guān)23的發(fā)射極、可斷開半導(dǎo)體開關(guān)25的集電極、二極管24 的正極、二極管26的負(fù)極、單極電容器29的負(fù)極端子與單極電容器30的 正極端子之間的連接點構(gòu)成一個公共電位P。m,這個公共電位與電子模塊32 的參考接地電位端子M導(dǎo)電相連。這個電子模塊32與一個此處未詳細(xì)圖示 的上級變流器控制系統(tǒng)之間存在可以傳輸信號的連接，這種連接通過兩個光 波導(dǎo)34和36而實現(xiàn)。公共電位P。m用作電子模塊32的參考接地電位。這種子系統(tǒng)14可在四種操作狀態(tài)I 、 II 、 ni和iv之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。處于 操作狀態(tài)I時，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)21和25導(dǎo)通，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)23和 27斷開。在此情況下，子系統(tǒng)14的接線端子XI和X2上的端電壓U^等于 電容器29上的電容器電壓U"處于操作狀態(tài)II時，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)21和 27導(dǎo)通，而可斷開半導(dǎo)體開關(guān)23和25斷開。在此情況下，子系統(tǒng)14的端 電壓Uxn相當(dāng)于單極電容器29和30上的電容器電壓仏的總和。處于操作狀 態(tài)III時，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)23和25導(dǎo)通，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)21和27斷開。在此情況下，子系統(tǒng)14的端電壓Um等于零。處于操作狀態(tài)IV時，可斷開半導(dǎo)體開關(guān)23和27導(dǎo)通，而可斷開半導(dǎo)體開關(guān)21和25斷開。在此情況下， 子系統(tǒng)14的端電壓U^從位勢級"零，，變?yōu)閱螛O電容器30上的位勢級"電 容器電壓IV，。處于操作狀態(tài)I或IV時，儲能器29或30根據(jù)具體的端電流 方向吸收或釋放能量。處于操作狀態(tài)II時，電容器29和30根據(jù)具體的端電 流方向吸收或釋放能量。當(dāng)子系統(tǒng)14處于操作狀態(tài)III ("零")時，電容器 29和30中的能量保持恒定不變。因此，就功能方面而言，這種子系統(tǒng)14 相當(dāng)于已知子系統(tǒng)11與已知子系統(tǒng)12的串聯(lián)連接。在圖1所示的多相變流器的每個相位模塊100中，實際可串聯(lián)在正極端 子P和交流電壓端接點Lx (x = 1，2,3)之間的儲能器9、 IO的最大數(shù)量被 稱為串聯(lián)數(shù)n。如果將閥臂T1、 T3或T5的所有子系統(tǒng)11、 12和/或所有子 系統(tǒng)14都轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)n (Un = n . Uc、 U21 = n . Uc、 U31 = n . Uc)， 就能達(dá)到實際串聯(lián)在正極端子P和交流電壓端接點Lx (x = 1,2， 3)之間的 儲能器9、 10的最大數(shù)量。在每個相位模塊100的交流電壓端接點Lx和負(fù) 極端子N之間實現(xiàn)相同的串聯(lián)數(shù)n是有利的，但不一定必須采取這一措施。 圖2和圖3所示的子系統(tǒng)11和12分別具有一個儲能電容器9、 10,而圖4 所示的子系統(tǒng)14則包含兩個儲能電容器29和30。因此，如果每個相位模塊 100的正極端子P和交流電壓端接點Lx之間都可導(dǎo)電串聯(lián)四個子系統(tǒng)11、 12,就可為圖1所示的多相變流器實現(xiàn)n = 4的串聯(lián)數(shù)。但如果在每個相位 模塊100的正極端子P和交流電壓端接點Lx之間串聯(lián)四個如圖4所示的子 系統(tǒng)14，就能實現(xiàn)11 = 8的串聯(lián)數(shù)，因為在此情況下可導(dǎo)電串聯(lián)八個儲能器 29和30。在配電技術(shù)領(lǐng)域，這種帶有分布儲能器的多相變流器的每個相位 模塊100均具有至少二十個彼此導(dǎo)電串聯(lián)的儲能電容器9、 10或29、 30。這 種變流器應(yīng)用于高壓直流輸電系統(tǒng)(HVDC系統(tǒng))或柔性交流輸電系統(tǒng)(即所 謂的FACTS )。下述說明基于如下假定圖1所示的多相變流器的每個相位模塊100的每個閥臂T1、 T2或T3、 T4或T5、 T6中的子系統(tǒng)11、 12或14的所有儲能 器的電容器電壓Uc都相同。在這種變流器的工作過程中初步實現(xiàn)和保持這一 狀態(tài)的方法可從DE 101 03 031 Al獲知。圖5顯示的是圖l所示的多相變流器的等效電路圖。這個等效電路圖將閥臂T1.....T6中每個子系統(tǒng)的等效電路元部件概括為一個閥臂T1.....T6的等效電路。一般情況下將多相變流器設(shè)計為在平均時間內(nèi)每個相位模塊100中總是 有相應(yīng)數(shù)量的子系統(tǒng)ll、 12和/或14受到控制，使得這些子系統(tǒng)的端電壓 的總和為S UX21 = n Uc(操作狀態(tài)II)，這樣是有利的。這正好相當(dāng)于串 聯(lián)子系統(tǒng)ll、 12和/或14中所存儲的一半能量，且能引起Um Uc的平 均中間電路電壓。這相當(dāng)于0. 5的直流電壓端端電壓比b，其中，端電壓比 b為實際中間電路電壓Ud與最大中間電路電壓Ud隨之比。計算這個端電壓比 的方程式為Udmax 2 n Uc ( 1 )因此，每個閥臂T1.....T6在平均時間內(nèi)有效的等效電容的值為C/m，其中，m = n/2。為避免帶有分布儲能器的多相變流器的各相位模塊100之 間有較高的非可控均壓電流從直流電壓母線P。和N。上流過，通常需要為每個 相位模塊100的端子P和N之間的電壓Un、 1112或1121、 1122或1131、 1132預(yù)先設(shè)定相同的標(biāo)定值。即U + U12 = U21 + U22 = U31 + U32 = Ud ( 2 )在對稱模式下搡作有分布儲能器的多相變流器的所有相位模塊的可斷開半導(dǎo)體開關(guān)l、 3或5、 7或21、 23、 25、 27時，由于對稱原因，閥臂電流ill、 il2、 土21、 22、 土31 和"的算數(shù)平均值為<formula>formula see original document page 8</formula>在對稱模式控制相位和負(fù)載相位的情況下，這些值會在多相變流器的相 位模塊100的有效阻抗的影響下被動產(chǎn)生。因此，閥臂電流iu(t)、 i12(t)、i21(t)、 i22(t)、 L(t)和132(0的時間特性符合下列方程式<formula>formula see original document page 9</formula>從這些方程式中可以看出，閥臂電流i (t) 、 i12 (t) 、 i21 (t) 、 i22 (t) 、 i31 (t) 和Ut)就其基本特性而言包括一個直流分量1/3 Id和一個交流分量，其中， 交流分量相當(dāng)于一半的輸出電流iu(t)。這種組合源于對稱控制以及對稱控 制所造成的所有閥臂T1.....T6的阻抗都相同(圖5)。為確保這些閥臂電流i (t)、 i12(t)、 i21(t)、 i22(t)、 i"t)和b(t)的 被動設(shè)置，對各子系統(tǒng)11、 12或14的可斷開半導(dǎo)體開關(guān)1、 3或5、 7或21、 23、 25、 27進(jìn)行控制時，必須注意這樣一點在相位模塊100內(nèi)部，在任何時候，子系統(tǒng)ll、 12和/或14中都應(yīng)有 數(shù)量恒定的儲能器彼此串聯(lián)。其結(jié)果是當(dāng)相位模塊100的上閥臂T1、 T3、 T5或下閥臂T2、 T4、 T6 中的任意一個子系統(tǒng)11或12從操作狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)II ，或者任意一 個子系統(tǒng)14從操作狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)II 、從操作狀態(tài)IV轉(zhuǎn)換到操作狀 態(tài)II、從操作狀態(tài)III轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)IV或從操作狀態(tài)III轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I ， 或者任意一個子系統(tǒng)11或12 /人:操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I ，或者任意一 個子系統(tǒng)14從操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I 、從操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)iv、從操作狀態(tài)iv轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)ni或從操作狀態(tài)i轉(zhuǎn)換到操作狀m時，下閥臂T2、 T4、 T6或上閥臂T1、 T3、 T5中的任意一個子系統(tǒng)11或12也會相應(yīng)地從操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I ,或者任意一個子系統(tǒng)14從操作狀態(tài)n轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)i 、從操作狀態(tài)n轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)iv、從操作狀態(tài)iv轉(zhuǎn) 換到操作狀態(tài)in或從操作狀態(tài)i轉(zhuǎn)換到操作狀ni，或者任意一個子系統(tǒng)ii或l2從操作狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)II,或者任意一個子系統(tǒng)14從操作狀態(tài)i轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)n、從操作狀態(tài)iv轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)n、從操作狀態(tài)in轉(zhuǎn)換 到操作狀態(tài)iv或從操作狀態(tài)in轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)i 。當(dāng)直流電壓端端電壓比b為0. 5時，這意味著，相位模塊11的子系統(tǒng)11、 12和/或14總是要轉(zhuǎn)換， 使得子系統(tǒng)11 、 12和/或14中正好有且僅有n個儲能器實際彼此串聯(lián)(Ud = n Uc)。如果這一條件得不到滿足，圖l所示的帶有分布儲能器的多相變流器的 相位模塊IOO之間就會出現(xiàn)非期望、非可控的均壓電流。這些均壓電流由電 壓-時間面積△ Uph引起，這一電壓-時間面積可用下列方程式計算△ Uph = k UcAT(5)其中，AT是操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換時所產(chǎn)生的時間間隔差。這個時間間隔差A(yù)T 遠(yuǎn)小于l jus。因子k為一常數(shù)，表示的是子系統(tǒng)ll、 12和/或14中實際串 聯(lián)的儲能器數(shù)量與串聯(lián)數(shù)n之差。當(dāng)直流電壓端端電壓比b為0. 5時，-n《 k《n。由這個電壓-時間面積AUph引起的均壓電流可根據(jù)圖5所示的等效 電路圖計算出來。為避免較大的電壓-時間面積AUph引起較大的均壓電流，應(yīng)對帶有分布儲能器的多相變流器進(jìn)行控制，使得閥臂T1.....T6中只有一個或只有少數(shù)幾個子系統(tǒng)11、 12和/或14可在任一時刻轉(zhuǎn)換操作狀態(tài)。 通過這一措施可將常數(shù)k限制在較小的值上。圖6和圖7分別用時間曲線圖對帶有分布儲能器的多相變流器的相位模 塊100的上閥臂Tl、 T3或T5和相應(yīng)下閥臂T2、 T4或T6的閥臂電壓1^和 Ux2 (其中x = 1,2)的基本特性進(jìn)行了示范性圖示。圖8中的時間曲線圖顯 示的是兩個閥臂電壓l和比2的總和相對于時間t的特性。在采用上文所述的控制方法的情況下，兩個閥臂電壓Uu和Ux2的總和總是恒定不變，且等于 中間電路電壓Ud。為了能對閥臂電壓l和Ux2的所示特性進(jìn)行調(diào)節(jié)，有必要采取圖6和圖7所示的開關(guān)操作。對相位模塊100的這些閥臂電壓IL和Ux2 的控制通過 一 個高級控制系統(tǒng)而實現(xiàn)。根據(jù)已知的控制方法，當(dāng)上閥臂T1、 T3或T5中實際串聯(lián)的儲能器的數(shù) 量發(fā)生變化時，下閥臂T2、 T4或T6中會有相應(yīng)數(shù)量的子系統(tǒng)ll、 12和/或 14的操作狀態(tài)發(fā)生變化，使得當(dāng)直流電壓端端電壓比b為0. 5時，每個相位 模塊100的子系統(tǒng)11、 12和/或14中仍有恒定數(shù)量n的儲能器保持串聯(lián)狀 態(tài)。這會引起一個恒定直流電壓Ud = nUc。如果將這種已知方法應(yīng)用在帶有分布儲能器的多相變流器的所有并聯(lián) 相位模塊100上，這些相位模塊100之間通常就不會出現(xiàn)均壓電流形式的明 顯對稱過程。但這也依賴于與圖5所示的阻抗關(guān)系。因此，本發(fā)明的基本思路是影響閥臂電 流iu、 iu、 i21、 i卩2、 i〗i 和i32具 有區(qū)別于被動產(chǎn)生的特性。原則上可在一段時間內(nèi)在每個閥臂Tl、 T2或T3、 T4或T5、 T6中分別 為閥臂電流iu(t)、 i"t)、 i"t)、 i"t)、 L(t)和132(0任意設(shè)定附加閥 臂電流iZxy(t)，并對其進(jìn)行控制。根據(jù)方程式系統(tǒng)(4)，通過這些附加閥臂 電流i Zxy (t)可產(chǎn)生以下閥臂電流時間特性111(t)=1/3■ Ia +1/2 i"t)+izn(t)，1 12(t)=1/3 Id +1/2 i"t)+izu(t),1 21(t)=1/3 Id +1/2 -i"t)+iz21 (t),(6)1 22(t)=1/3 Id +1/2 i"(t)+iZ22 (t)，i3(t)=1/3 Id +1/2 iL3(t)+""t),1 32(t)=1/3 Id +1/2 iL3(t)+"32 (t)為使輸出電流kx(t)保持不變，需對附加閥臂電流izxy(O進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得每個相位模塊100都具有相同的附加閥臂電流iZxy (t)。即 izn(t) = izi2(t),<formula>formula see original document page 12</formula>發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是對帶有分布儲能器的多相變流器的已知控制方法進(jìn)行 改進(jìn)，從而產(chǎn)生預(yù)定的附加閥臂電流。根據(jù)本發(fā)明，這個目的通過權(quán)利要求1或權(quán)利要求5所述的特征而達(dá)成。通過在相位模塊的閥臂電壓中將附加電壓-時間面積用作可以影響閥臂 電流的調(diào)節(jié)變量，可以目的明確地對閥臂電流施加影響。根據(jù)本發(fā)明，這種電壓-時間面積的產(chǎn)生方式是使帶有分布儲能器的多 相變流器的每個相位模塊的兩個閥臂中的開關(guān)操作不再同步進(jìn)行，而是彼此 間相隔一個可自由選^^的時間間隔。根據(jù)本發(fā)明，這種電壓-時間面積的另 一種產(chǎn)生方式是在同步實施的開 關(guān)操作之間插入至少 一次其他開關(guān)操作。這些其他開關(guān)操作可在帶有分布儲能器的多相變流器的每個相位模塊 的上閥臂和/或下閥臂中進(jìn)行。這引起在帶有分布儲能器的多相變流器的每 個相位模塊的上閥臂和/或下閥臂中實施附加開關(guān)操作時的對稱控制。在一種優(yōu)選方案中，相位模塊上閥臂的開關(guān)操作相對于這個相位模塊的 下閥臂的開關(guān)操作而言延時和/或提前實施。借此可在相位模塊的閥臂電壓 的 一個周期內(nèi)對預(yù)定的附加電壓-時間面積進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的方法的另 一種優(yōu)選方案是將用于產(chǎn)生附加電壓-時間面積的兩 種方法結(jié)合起來。借此可在任意期望的時間點產(chǎn)生所要求的預(yù)定電壓-時間 面積。根據(jù)附加電壓-時間面積并聯(lián)系帶有分布儲能器的多相變流器的閥臂等效電路圖可分別計算出閥臂電流。如果帶有分布儲能器的多相變流器的各相 位模塊的閥臂電流是通過測量可得，就可隨時確定附加電壓-時間面積，確 ?，F(xiàn)有的閥臂電流發(fā)生變化，使得帶有分布儲能器的多相變流器的相位模塊 之間不再有均壓電流流動。通過本發(fā)明的控制方法可對帶有分布儲能器的多相變流器的閥臂電流進(jìn)行動態(tài)控制。其中，采用本發(fā)明的控制方法可產(chǎn)生一系列優(yōu)點 -阻尼(例如)由下列因素引起的電流振蕩- 瞬時負(fù)荷變化過程- 故障情況，例如供電系統(tǒng)或機器內(nèi)的不對稱、接地故障、雷擊、 操作過電壓等……- 電容性網(wǎng)絡(luò)未經(jīng)設(shè)計所提供的電感和歐姆電阻的充分阻尼。 -更好地處理故障。-對不良工作點的控制，例如- 輸出頻率較小時的工作點。-在電容器投入和功率半導(dǎo)體需要量方面對子系統(tǒng)和多相變流器的設(shè) 計進(jìn)行優(yōu)化的能力。-確保所有可斷開半導(dǎo)體開關(guān)都受到均勻的負(fù)荷。-故障性斷路后使各個變流器元部件極不對稱的電壓變得對稱。


下面借助附圖所示的多種實施方式對本發(fā)明的控制帶有分布儲能器的 多相變流器的方法作進(jìn)一步說明，其中圖1為已知的帶有分布儲能器的變流器的電路布置圖； 圖2至圖4均為已知子系統(tǒng)的實施方式的電路布置圖； 圖5為圖1所示的變流器的閥臂的等效電路圖；圖6和圖7分別為圖l所示的已知變流器的相位模塊的上閥臂和下閥臂的閥臂電壓相對于時間t的曲線圖；圖8為圖6和圖7所示的兩個閥臂電壓的總電壓相對于時間t的曲線圖； 圖9和圖10為采用本發(fā)明方法的第一實施方式時圖1所示的變流器的相位模塊的閥臂電壓相對于時間t的曲線圖；圖11為圖9和圖IO所示的兩個閥臂電壓的總電壓相對于時間t的曲線圖；圖12和圖13為采用本發(fā)明方法的第二實施方式時圖l所示的變流器的 相位模塊的閥臂電壓相對于時間t的曲線圖；圖14為相應(yīng)的總電壓相對于時間t的曲線圖；圖15和圖16為對本發(fā)明的方法的兩種實施方式進(jìn)行結(jié)合使用時圖l所 示的變流器的相位模塊中所產(chǎn)生的閥臂電壓相對于時間t的曲線圖；以及 圖17為相應(yīng)的總電壓相對于時間t的曲線圖。
具體實施方式
圖9顯示的是圖1所示的變流器的相位模塊100的上閥臂Tl、 T3或T5 的閥臂電壓Ud相對于時間t的時間特性曲線圖。圖IO則對這個相位;漠塊IOO 的下闊臂T2、 T4或T6的閥臂電壓IL的時間特性進(jìn)行了詳細(xì)圖示。圖ll顯示的是圖1所示的變流器的相位模塊100的這兩個閥臂電壓1^和Ux2的總電壓相對于時間t的曲線圖。將這個總電壓與圖8所示的總電壓進(jìn)行對比時可以發(fā)現(xiàn)，圖11所示的總電壓具有附加電壓-時間面積AU,..... AUph4。當(dāng)相位模塊100的上閥臂和相應(yīng)的下閥臂T1和T2、 T3和T4、 T5和T6中的開關(guān)操作不再在時間上同步時，就會產(chǎn)生這些附加電壓-時間面積△ Uphl.....△ Uph4。在時間點tl，相對于相位模塊100的上閥臂T1、 T3、 T5中的飪意一 個子系統(tǒng)11或12從操作狀態(tài)n轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I ，或者任意一個子系統(tǒng)14 從操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I 、從操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)IV、從操作狀態(tài)iv轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)m或從操作狀態(tài)i轉(zhuǎn)換到操作狀in而言，這個相位模塊100的下閥臂T2、 T4、 T6中的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換(即這個相位模塊100的下 閥臂T2、 T4、 T6中的任意一個子系統(tǒng)11或12從操作狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到操作狀 態(tài)II ，或者任意一個子系統(tǒng)14從操作狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)II 、從操作狀態(tài)iv轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)n 、從操作狀態(tài)in轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)iv或從操作狀態(tài)in轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I )延遲時間間隔AL。由此產(chǎn)生的附加電壓-時間面積AU, 可根據(jù)下列方程式進(jìn)行計算△ Uph = k UcATz(8)其中，因子k表示的是在時間間隔ATz中實際串聯(lián)并通電的儲能器(在 子系統(tǒng)11、 12中處于操作狀態(tài)II ，在子系統(tǒng)14中處于操作狀態(tài)I或II或IV) 的數(shù)量與串聯(lián)數(shù)n之差。這個實施例中的串聯(lián)數(shù)n = 4。由此得出適用于時 間間隔AL的因子k = - 1。在時間點t4,相對于下閥臂T2、 T4、 T6中的 任意一個子系統(tǒng)11或12從操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I ,或者任意一個子 系統(tǒng)14從操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I 、從操作狀態(tài)II轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)IV、 從操作狀態(tài)IV轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)III或從操作狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到操作狀m而言，上閥 臂T1、 T3、 T5中的操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換(即上閥臂T1、 T3、 T5中的任意一個子系 統(tǒng)11或12從操作狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)II ，或者任意一個子系統(tǒng)14從操 作狀態(tài)I轉(zhuǎn)換到操J^犬態(tài)II 、從操作狀態(tài)IV轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)II、從操作狀態(tài) III轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)IV或從操作狀態(tài)in轉(zhuǎn)換到操作狀態(tài)I )提前時間間隔AL。因此，在時間間隔AL中，因子1^ = +1。附加電壓-時間面積AlU.....△Uph,的大小可取決于可自由選擇的時間間隔ATz。附加電壓-時間面積AUph的 數(shù)學(xué)符號取決于因子k，因此，附加閥臂電流izxy(t)的數(shù)學(xué)符號也取決于因 子k。通過產(chǎn)生復(fù)數(shù)個分布在上閥臂T1、 T3、 T5或下閥臂T2、 T4、 T6的閥 臂電壓Uxl或Ux2的基波頻率周期內(nèi)的附加電壓-時間面積△ Uph，可對附加閥臂 電流i(t)進(jìn)行可變調(diào)節(jié)。通過本發(fā)明的這種對圖1所示的帶有分布儲能器 的多相變流器進(jìn)行控制的方法，可對閥臂電流ixy(t)進(jìn)行動態(tài)控制。圖9顯示的是圖1所示的變流器的相位模塊100的上閥臂Tl、 T3或T5 的閥臂電壓Uxl的曲線圖。圖13顯示的是這個相位模塊10 0中的對應(yīng)閥臂T2 、 T4或T6的閥臂電壓仏2相對于時間t的時間特性曲線。圖14則對這兩個閥 臂電壓l和Ux2的總電壓相對于時間t的時間特性曲線進(jìn)行了圖示。這兩個閥臂電壓Uw和Ux2與圖6和圖7中所示的兩個閥臂電壓l和Uw之間的區(qū)別在于，除時間上同步的開關(guān)操作外，還實施了附加開關(guān)操作。在時間段t2 tl內(nèi)，在閥臂電壓IL的曲線中插入兩次開關(guān)操作，這使得相位模塊100的 上閥臂Tl、 T3或T5中的其他子系統(tǒng)11或12或者子系統(tǒng)14的其他儲能器 被導(dǎo)通時間間隔AL。在時間段t5 t4內(nèi)也實施這種其他開關(guān)操作，其時 間間隔為AL。在時間段t8 t7內(nèi)，在閥臂電壓U,2的曲線中插入兩次開 關(guān)操作。通過這些開關(guān)操作將相位模塊100的下閥臂T2、 T4或T6中的兩個 子系統(tǒng)11或12或者子系統(tǒng)14的任意兩個儲能器斷開時間間隔AT3。在時間 段tll t10內(nèi)繼續(xù)在上閥臂Tl、 T3、 T5和下閥臂T2、 T4、 T6中分別實 施開關(guān)操作。通過這些開關(guān)操作將相位模塊100的上閥臂T1、 T3或T5中的 一個子系統(tǒng)11或12或者子系統(tǒng)14的一個儲能器斷開時間間隔AT4，同樣在 這個時間間隔AT4內(nèi)，使下閥臂T2、 T4或T6中的一個子系統(tǒng)11或12或者 子系統(tǒng)14的一個儲能器斷開。通過在上閥臂T1、 T3、 T5和/或下閥臂T2、T4、 T6中繼續(xù)實施這些開關(guān)操作，可產(chǎn)生附加電壓-時間面積AIU..... △Uph4，這些附加電壓-時間面積可在圖1所示的變流器的相位模塊100的相應(yīng) 閥臂T1、 T2或T3、 T4或T5、 T6中分別生成附加閥臂電流iZxy (t)。根據(jù)兩 個閥臂電壓1^和Ux2的總電壓可以求出這些附加電壓-時間面積AU,、…、△ Uph4。這些附加電壓-時間面積AIU.....厶Uph4的大小取決于每個相位模塊100的閥臂T1、 T2或T3、 T4或T5、 T6中需要哪些附加閥臂電流iZxy (t)。利用方程式(7)可以算出這些附加電壓-時間面積AIU..... AUpM。在實施附加插入的開關(guān)操作時，也能將由此得出的附加電壓-時間面積△ Uphl.....△ UPM按時間分布在閥臂電壓Uxl或Ux2的基波頻率周期內(nèi)。通過將延時和/或提前實施的開關(guān)操作與附加開關(guān)操作結(jié)合起來來產(chǎn)生附加電壓-時間面積AUph！..... AIU4的方法可使圖l所示的變流器的相位模塊100的上、下閥臂T1、 T2或T3、 T4或T5、 T6的閥臂電壓l和1^具有上 述特性。圖15和圖16以曲線圖的形式對這些閥臂電壓IL和Ux2相對于時間 t的曲線進(jìn)行了圖示。圖17則顯示了這些闊臂電壓l^和Ux2的總電壓相對于 時間t的時間特性曲線。
權(quán)利要求
1.一種控制多相變流器的方法，所述多相變流器具有至少兩個相位模塊(100)，所述相位模塊具有一個上閥臂和一個下閥臂(T1，T2；T3，T4；T5，T6)，所述上閥臂和下閥臂均具有至少兩個串聯(lián)的兩極子系統(tǒng)(11，12，14)，該方法包括相隔一個可自由選擇的時間間隔(ΔTZ)，實施每個相位模塊(100)的上閥臂(T1，T3，T5)中的開關(guān)操作和下閥臂(T2，T4，T6)中對應(yīng)的開關(guān)操作。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個相位模塊(100)上閥臂(T1, T3， T5)的開關(guān)操作相對于下閥臂 (T2， T4, T6)的開關(guān)操作延時進(jìn)行。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，每個相位模塊(100)上閥臂(Tl, T3, T5)的開關(guān)操作相對于下閥臂 (T2, T4， T6)的開關(guān)操作提前進(jìn)行。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于， 延遲或提前一個預(yù)定的時間間隔(ATZ)實施相位模塊(100)的開關(guān)操作，從而產(chǎn)生預(yù)定的附加電壓-時間面積(AUph)。
5. —種控制多相變流器的方法，所述多相變流器具有至少兩個相位模 塊(IOO)，所述相位模塊均具有一個上閥臂和一個下閥臂(Tl， ...， T6)， 所述上閥臂和下閥臂均具有至少兩個串聯(lián)的兩極子系統(tǒng)(11， 12， 14)，該 方法包括在每個相位模塊(100)的上閥臂和/或下閥臂(Tl， T3， T5; T2， T4, T6)中，在每個相位模塊(100)的上閥臂和下閥臂(Tl， T3, T5; T2， T4， T6)中的時間同步開關(guān)操作之間實施至少兩次其他開關(guān)操作，所述至少 兩次其他開關(guān)操作彼此之間相隔一個預(yù)定的時間間隔(ATz)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1至3和5中任一項權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，實施相位模塊(100)的開關(guān)操作，使得產(chǎn)生預(yù)定的附加電壓-時間面積<formula>formula see original document page 3</formula>
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于， 使用下列方程式計算所述附加電壓-時間面積(AUph):<formula>formula see original document page 3</formula>， 其中，因子(k)可以是負(fù)數(shù)或正數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對變流器進(jìn)行控制的方法，所述變流器具有至少兩個相位模塊，所述相位模塊均具有上閥臂和下閥臂，所述上閥臂和下閥臂均具有至少兩個串聯(lián)的兩極子系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明，帶有分布儲能器的多相變流器的每個相位模塊(100)的兩個閥臂(T1，T2；T3，T4；T5，T6)中的開關(guān)操作不再同步進(jìn)行，而是彼此間相隔一個可自由選擇的時間間隔(ΔT_Z)。因此，本發(fā)明的用于帶有分布儲能器的多相變流器的控制方法可對閥臂電流(i₁₁、i₁₂、i₂₁、i₃₁、i₃₂)進(jìn)行動態(tài)調(diào)節(jié)。
文檔編號H02M7/48GK101268607SQ200680034943
公開日2008年9月17日 申請日期2006年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月21日
發(fā)明者馬克·希勒 申請人:西門子公司