CN104956559A

CN104956559A - 对失衡模式下的三相电压转换器的控制

Info

Publication number: CN104956559A
Application number: CN201480006142.7A
Authority: CN
Inventors: 纪尧姆·得·普雷维尔
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2014-02-13
Publication date: 2015-09-30
Also published as: US20150372582A1; WO2014125015A2; EP2768104A1; CA2900813A1; WO2014125015A3

Abstract

一种用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：依照转换器的电流容量(Ilim)和正向平衡电流(Id*)来确定(E1)正向电流的设定点极限值(Idlim*)；依照所确定的正向电流的设定点极限值(Idlim*)来确定(E2)反向电流的最大值(Iimax)，以致各相电流最大；以及，依照反向电流的最大值(Iimax)和反向平衡电流(Ii*)来确定(E3)反向电流的设定点极限值(Iilim*)。

Description

对失衡模式下的三相电压转换器的控制

技术领域

本发明通常涉及三相电压转换器。本发明尤其涉及是对工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的控制。

例如，相关设备包括具有失衡负载的三相电源，高压沿海连接HVSC(HighVoltage Shore Connection)。

背景技术

用于中间电压电路的电压源转换器，即VSC(Voltage Source Converter)，被控制以限制电流。

电流限制通常在极限圆内完成，该极限圆由转换器的电流容量决定并且被限定在复平面内。

然而，发明人发现，当转换器工作在失衡模式下时，将电流限制在极限圆内并不是最理想的。

实际上，在此情况下，转换器的相电流并未达到它们各自的极限。这导致不能充分利用设备的全部容量。发明人通过实验发现，在失衡状态下，性能损失可达8％至10％。该损失通过每相位的电流容量与限制期间获得的峰值电流之差来测量。

在恒定性能下，需要增大转换器的尺寸以补偿该性能损失。

文件WO 2012/062327涉及当发生电网故障或失衡事件时，耦合至电网上的发电系统的工作。

文件US 2005/063205与电压转换器的控制有关。

文件US 2009/244937涉及当输入电压失衡时，对PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)型交流/直流转换器的控制。

发明内容

本发明旨在通过提供一种用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制方法来解决现有技术中的问题，其特征在于，该方法包括以下步骤：

依照转换器的电流容量和正向平衡电流来确定正向电流的设定点极限值；

依照所确定的正向电流的设定点极限值和各相的最大电流来确定反向电流的最大值；以及

依照反向电流的最大值和反向平衡电流来确定反向电流的设定点极限值。

借由本发明，为工作在失衡模式下的三相电压转换器来限定新的电流限制条件，从而允许最大限度地利用转换器的电流容量。

根据本发明，电流在失衡模式下的极限轨迹不是由转换器的电流容量限定的圆。

对电流进行逐相限制，以致充分利用转换器的电流能力。

首先确定正向电流的设定点极限值是恰当的。

根据优选特征，如果正向平衡电流的值大于转换器的电流容量，正向电流的设定点极限值被确定为等于转换器的电流容量，否则正向电流的设定点极限值等于正向平衡电流。

一旦确定了正向电流的设定点极限值，则对反向电流施加动作。

根据另一个优选特征，反向电流的最大值被确定为依照正向电流的设定点极限值分别确定的各相电流的最大值中的最小值。

根据另一个优选特征，如果反向平衡电流的值大于反向电流的最大值，反向电流的设定点极限值被确定为等于反向电流的最大值，否则反向电流的设定点极限值等于反向平衡电流。

根据另一个优选特征，本发明的控制方法进一步包括依照正向电流的设定点极限值与反向电流的设定点极限值来确定转换器的设定相电流值的步骤。

本发明还提供了一种用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制设备，其特征在于，该设备包括：

依照转换器的电流容量和正向平衡电流来确定正向电流的设定点极限值的装置；

依照所确定的正向电流的设定点极限值和各相的最大电流来确定反向电流的最大值的装置；以及

所述极限值作为依照反向电流的最大值和反向平衡电流来确定反向电流的设定点极限值的装置。

本发明还提供了一种三相电压转换器，其特征在于，该三相电压转换器包括前述控制装置。

控制装置与转换器具有与前述类似的优点。

在特定实施例中，根据本发明的方法的步骤由计算机程序指令执行。

因此，本发明还旨在一种在数据介质上的计算机程序，该程序适于在计算机上运行，该程序包括用于执行上述方法的各个步骤的指令。

该程序能够使用任何程序语言，并且可以采用源代码、目标代码或源代码和目标代码之间的代码这些形式，例如以部分编译形式或任何其他所希望的形式。

本发明还旨在一种计算机可读的数据介质，该数据介质包括适于执行上文所述方法的各步骤的计算机程序指令。

数据介质可以是任何能够储存程序的实体或装置。举例来说，数据介质可以包括存储装置，诸如只读存储器(ROM)，例如CD ROM(光盘只读存储器)，或微电子ROM，或甚至磁记录装置，例如软盘或硬盘。

此外，数据介质可以是可对诸如电信号或光信号进行传送的介质，该信号可经由电缆或光缆以无线或其他方式来传输。特别地，本发明的程序可在因特网类型的网络上进行下载。

替代性地，数据介质可以是包含有程序的集成电路，所述电路适于执行根据本发明的方法或者用于根据本发明的方法的执行中。

附图说明

通过阅读由非限制示例并参考附图给出的优选实施例，其他特征或优点变得明显，在附图中：

图1示出了根据本发明的一个用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制设备；

图2示出了根据本发明的装置的一个实施例；以及

图3示出了根据本发明的用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制方法的一个实施例。

具体实施方式

首先，想到与系统的各相位相关的幅值与一空间矢量等价，该空间矢量为复数。

空间矢量包含原始三相系统的所有信息。

当三相系统平衡时，空间矢量描绘在复平面内的一个圆。尤其是诸如失衡之类的干扰引起了空间矢量变形，并且圆因此变形，圆的变形在复平面内可见。

在下文中特别关注失衡三相系统中的相电流，并且因此关注电流空间矢量。失衡三相系统由两个平衡三相系统组成，其中一个是正向的，另一个是反向的。

将三相电压转换器的参考或设定点相电流I1*、I2*和I3*考虑在内。根据上文，这些参考相电流可以使用如下所示的关系式被表达为正向平衡电流Id*和反向平衡电流Ii*的函数：

I1*(t)＝Id*.cos(w.t)+Ii*.cos(w.t-phi)

I2*(t)＝Id*.cos(w.t-2.π/3)+Ii*.cos(w.t-phi+2.π/3)

I3*(t)＝Id*.cos(w.t-4.π/3)+Ii*.cos(w.t-phi+4.π/3)

其中，phi是反向电流相对于正向电流的相移。

根据图1所示的实施例，用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制设备包括用于确定正向电流的设定点极限值Idlim*的模块1。模块1包括适于接收正向平衡电流Id*的值的输入接口。

模块1以如下方式使用正向平衡电流Id*的值：

如果正向平衡电流Id*的值大于转换器的电流容量Ilim的值，则正向电流的设定点极限值Idlim*等于转换器的电流容量Ilim的值。

如果正向平衡电流Id*的值小于转换器的电流容量Ilim的值，则正向电流的设定点极限值Idlim*等于正向平衡电流Id*的值。

换言之，正向电流的设定点极限值Idlim*等于转换器的电流容量Ilim的值和正向平衡电流Id*的值中的较小值。

模块1包括输出接口，该输出接口首先被连接到模块2的输入接口上，模块2被用于确定反向电流的最大值Iimax。模块2包括第二输入接口，该第二输入接口适于接收正向电流与反向电流之间的相移phi。

模块1将其确定的正向电流的设定点极限值Idlim*传输至模块2。

模块2以下述方式来使用正向电流的设定点极限值Idlim*和相移phi的值：

模块2首先针对各相位来计算最大反向电流值Iimax1、Iimax2和Iimax3，根据下述公式，以标幺制(即，per unit，每单位)表达：

I i \max 1 = - I d \lim * . \cos (p h i) + \sqrt{1 - {(I d \lim * . \sin (p h i))}^{2}}

I i \max 2 = - I d \lim * . \cos (p h i + 4. Π / 3) + \sqrt{1 - {(I d \lim * . \sin (p h i + 4. Π / 3))}^{2}}

I i \max 3 = - I d \lim * . \cos (p h i + 2. Π / 3) + \sqrt{1 - {(I d \lim * . \sin (p h i + 2. Π / 3))}^{2}}

模块2随后确定三个计算值Iimax1、Iimax2和Iimax3中的最小值。该最小值是反向电流的最大值Iimax。

模块2包括输出接口，该输出接口被连接到模块3的输入接口上，模块3被用于依照反向电流的最大值Iimax和反向平衡电流Ii*的值来确定反向电流的设定点极限值Iilim*。模块2为模块3提供反向电流的最大值Iimax。

模块3包括第二输入接口，该第二输入接口能够接收反向平衡电流Ii*的值。

模块3以如下方式来使用反向电流的最大值Iimax以及反向平衡电流Ii*：

如果反向平衡电流Ii*的值大于反向电流的最大值Iimax，则反向电流的设定点极限值Iilim*等于反向电流的最大值Iimax。

如果反向平衡电流Ii*的值小于反向电流的最大值Iimax，则反向电流的设定点极限值Iilim*等于反向平衡电流Ii*的值。

换言之，反向电流的设定点极限值Iilim*等于反向电流的最大值Iimax和反向平衡电流值Ii*的值中较小的一个。

模块3包括输出接口，该输出接口被连接到模块4的输入接口上，模块4被用于依照正向电流的设定点极限值Idlim*和反向电流的设定点极限值Iilim*来确定转换器的设定点相电流。模块3将反向电流的设定点极限值Iilim*传递到模块4。

模块1包括输出接口，该输出接口被连接到模块4的输入端口上。模块1将正向电流的设定点极限值Idlim*传递到模块4。

为了确定设定点相电流I1*(t)、I2*(t)和I3*(t)的值，模块4使用该模块所接收到的值以实现下述计算：

I1*(t)＝Idlim*.cos(w.t)+Iilim*.cos(w.t-phi)

I2*(t)＝Idlim*.cos(w.t-2.π/3)+Iilim*.cos(w.t-phi+2.π/3)

I3*(t)＝Idlim*.cos(w.t-4.π/3)+Iilim*.cos(w.t-phi+4.π/3)

模块4包括输出接口，该输出接口被连接到电压转换器5的输入接口上。模块4的设定点相电流I1*(t)、I2*(t)和I3*(t)的值传递到转换器5。该转换器常规的转换器并且在此不再详述。

主要包括模块1、2、3和4的控制装置可以被集成到转换器5中，或相反地，是与转换器5相联合的外部装置。

图2显示了根据本发明的装置的一个实施例。

装置10具有计算机的一般结构。该装置尤其包括处理器100、存储器101、输入接口102和输出接口103，该处理器执行计算机程序来实现本发明的方法，输出接口被用于将所确定的值用作转换器的设定值。

所述不同元件通常由总线连接。

输入接口102用于接收正向平衡电流Id*、反向平衡电流Ii*以及反向电流相对于正向电流的相移phi的值。

处理器100执行以上参考图1所述的处理。该处理以计算机程序的代码指令的形式实现，该代码指令在由处理器100执行之前被存储在存储器101中。

存储器101还可以储存所进行的处理的结果。

输出接口103被连接至转换器以将所确定的值作为设定点值施加到转换器上。

参照图3，由上文所述装置完成的、根据本发明的用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制方法包括步骤E1至E4。

步骤E1为依照正向平衡电流Id*的值和转换器的电流容量Ilim的值来确定正向电流的设定点极限值Idlim*。

正向电流的设定点极限值Idlim*等于转换器的电流容量Ilim的值和正向平衡电流Id*的值中的较小值。

随后的步骤E2包括依照正向电流的设定点极限值Idlim*和相移phi来确定反向电流的最大值Iimax。

该步骤包括根据以下方程式来计算每个相的最大反向电流值Iimax1、Iimax2和Iimax3：

I i \max 1 = - I d \lim * . \cos (p h i) + \sqrt{1 - {(I d \lim * . \sin (p h i))}^{2}}

I i \max 2 = - I d \lim * . \cos (p h i + 4. Π / 3) + \sqrt{1 - {(I d \lim * . \sin (p h i + 4. Π / 3))}^{2}}

I i \max 3 = - I d \lim * . \cos (p h i + 2. Π / 3) + \sqrt{1 - {(I d \lim * . \sin (p h i + 2. Π / 3))}^{2}}

该步骤之后包括确定三个计算值Iimax1、Iimax2和Iimax3中的最小值。该最小值是反向电流的最大值Iimax。

下一步骤E3为依照反向电流的最大值Iimax和反向平衡电流Ii*的值来确定反向电流的设定点极限值Iilim*。

反向电流的设定点极限值Iilim*等于转换器的反向电流的最大值Iimax和反向平衡电流Ii*的值中的较小值。

下一步骤E4为依照正向电流的设定点极限值Idlim*和反向电流的设定点极限值Iilim*来确定转换器的设定点相电流I1*(t)、I2*(t)和I3*(t)的值。

这些值根据下述公式确定：

I1*(t)＝Idlim*.cos(w.t)+Iilim*.cos(w.t-phi)

I2*(t)＝Idlim*.cos(w.t-2.π/3)+Iilim*.cos(w.t-phi+2.π/3)

I3*(t)＝Idlim*.cos(w.t-4.π/3)+Iilim*.cos(w.t-phi+4.π/3)

这些设定点电流值之后被施加到转换器。

Claims

1.一种用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

依照所述转换器的电流容量(Ilim)和正向平衡电流(Id*)来确定(E1)正向电流的设定点极限值(Idlim*)；

依照所述正向电流的设定点极限值(Idlim*)和各相的最大电流来确定(E2)反向电流的最大值(Iimax)；以及

依照所述反向电流的最大值(Iimax)和反向平衡电流(Ii*)来确定(E3)反向电流的设定点极限值(Iilim*)。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，当所述正向平衡电流(Id*)的值大于所述转换器的所述电流容量(Ilim)时，所述正向电流的设定点极限值(Idlim*)被确定为等于所述转换器的所述电流容量(Ilim)；否则，所述正向电流的设定点极限值被确定为等于所述正向平衡电流(Id*)。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，所述反向电流的最大值(Iimax)依照所述直流电流的设定点极限值(Idlim*)被确定为针对各个相分别确定的最大电流值中的最小值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其特征在于，当所述反向平衡电流(Ii*)的值大于所述反向电流的最大值(Iimax)时，所述反向电流的设定点极限值(Iilim*)被确定为等于所述反向电流的最大值(Iimax)；否则，所述反向电流的设定点极限值被确定为等于所述反向平衡电流(Ii*)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的控制方法，其特征在于，所述方法进一步包括：依照所述正向电流的设定点极限值(Idlim*)和所述反向电流的设定点极限值(Iilim*)来确定所述转换器的设定点相电流值的步骤(E4)。

6.一种用于工作在电流失衡模式下的三相电压转换器的电流控制设备，其特征在于，所述设备包括：

用于依照所述转换器的电流容量(Ilim)和正向平衡电流(Id*)来确定正向电流的设定点极限值(Idlim*)的装置(1)；

用于依照所确定的正向电流的设定点极限值(Idlim*)和各相的最大电流来确定反向电流的最大值(Iimax)的装置(2)；以及

用于依照所述反向电流的最大值(Iimax)和反向平衡电流(Ii*)来确定反向电流的设定点极限值(Iilim*)的装置(3)。

7.一种三相电压转换器，其特征在于，所述三相电压转换器包括根据权利要求6所述的控制设备。

8.一种计算机程序，所述计算机程序包括指令，当所述程序由计算机执行时，所述指令被用于执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。

9.一种计算机可读记录介质，所述计算机可读记录介质上记录有计算机程序，所述计算机程序包括指令，所述指令被用于执行根据权利要求1至4中任一项所述的方法的步骤。