CN1074864C - 电力变换装置 - Google Patents

Abstract

伴随着直流系统30的长距离化和电压型电力变换器101的电容器电容量的减少，直流电压控制特性变坏，对交流系统也产生不良影响。为解决上述课题，本发明的电力变换装置具有：输出电压型电力变换器101的第一有效电功率指令的电功率控制装置120；输出电压型电力变换器101的第二有效电功率指令的直流电压控制装置110；和根据第一及第二有效电功率指令对电压型电力变换器101的元件进行的门控电路108。

Description

电力变换装置

本发明涉及这样的电力变换装置，在提高在直流线路中连接有多个电压型电力变换器的直流多端子送电系统的稳定性的同时，当由于电压型电力变换器或系统故障发生端子脱落时也能够靠余下的端子继续运转。

图9是例如“特开平1-238430号”公报所示的一种现有的电力变换装置的构成图。图9中表示直流线路里接有多台电力变换装置中的1个电力变换装置。图中300是从交流到直流或从直流到交流进行电力变换的电力变换装置。20是交流系统，30是直流系统。301是电压型电力变换器，302是交流电抗器或者是变压器，303是电容器，304是检测交流系统20电压用的电压检测器，305是检测交流系统20电流用的电流检测器，306是检测直流系统30电压用的电压检测器，307则是根据交流电压检测器304和交流电流检测器305测出的电压和电流检测电功率用的电功率检测电路。308是门控电路，310是直流电压控制电路，320是电功率控制电路。311，321是减法器，312，322是补偿器，330是选择器。

下面对图9所示的现有电力变换装置的动作加以说明。

在电功率检测电路307中，由电压检测器测出的各相交流电压Vu，Vv，Vw，以及电流检测器测出的各相交流电流Iu，Iv，Iw，输出交流有效电功率P＝Vu*Iu+Vv*Iv+Vw*Iw(式中*表示乘法)。

在这里交流有效电功率P，与电压型电力变换装置301从交流变换成直流的电功率大体上相等。把检测出的有效电功率P输入到电功率控制电路320中，经减法器321计算出与电功率指令值Pref之间的电功率偏差，补偿器322根据其电功率偏差的大小，对电压型电力变换装置301的电功率进行调节。该补偿器322当电功率检测电路307所测出的交流有效电功率P比电功率指令值Pref小时，就使电压型电力变换装置301变换出来的电功率增大；反之，交流有效电功率P比电功率指令值Pref大时，就使电压型电力变换装置301变换出来的电功率减小，其动作使交流有效电功率P与电功率指令值Pref保持一致。

另外，由直流电压检测器306检测出的直流电压Vd，由减法器311计算出与直流电压指令值Vdref之间的偏差，补偿器312根据其偏差的大小，对电压型电力变换装置301的电功率进行调节。由于电压型电力变换装置301的电功率是双向可调的，所以补偿器312在直流电压降低时，增加从交流方面向直流方面的电功率，并给电容器充电，而当直流电压上升时，又反过来增加从直流方面向交流方面的电功率，使电力电容器303放电，其动作使直流电压Vd与直流电压指令值Vdref保持一致。这样，补偿器312，322两者共同对电压型电力变换装置301的电功率作如上的调节，而这些补偿器312，322的输出，由选择器330挑选，把其中最小值挑选出来，该结构使直流电压控制电路310，或是电功率控制电路320的某一方面进行动作。

门控电路308根据为电压型电力变换装置而设的有功功率指令Pac及无功功率指令Qac，使电压型电力变换装置301内的元件点弧。

图10是电压型电力变换装置经过交流电抗器连接到交流电源时的构成图。此时交流电源的电压为Vs，电力变换装置的调制度(率)为k，交流电抗器的感抗为X，电压型电力变换装置的交流电压与交流电源电压的相位差为时，则众所周知有功功率和无功功率，将分别是：

门控电路308根据(1)式及(2)式，随着调制度K、相角差，来确定电压型电力变换装置301的元件的ON-OFF时间，使元件触发。由此动作，根据选择器330所选定的补偿器312或补偿器322的输出，对电压型电力变换装置301的电功率进行调节。

图11是表示对图9所示的电力变换装置的动作的说明图。在图11中，横轴表示电压型电力变换装置301的交流有功功率P，从交流向直流变换的电功率规定为正方向。纵轴则是电压型电力变换装置301的直流电压Vd。在图11中，P＜Pref的领域里，电压呈现恒定的直线特性。这时电功率检测电路307所检测出的交流有功功率P比电功率指令值Pref要小，补偿器322由于其放大功能，使补偿器322的输出变成大的数值，一直到达输出的限制值为止。而直流电压Vd在直流电压指令值Vdref的附近，因为补偿器312对输出限制值以内的值进行输出，所以只选最小值的选择器330选择补偿器312的输出，而使直流电压控制进行动作，电压型电力变换装置131的直流电压被直流电压指令值Vdref所控制。而交流有功功率P比电功率指令Pref附近的值要大的时候，那末补偿器322反过来输出小的数值，而另一方面，补偿器312由于直流电压Vd比直流电压指令值Vdref要小而输出较大的值。这时选择器330选择补偿器322的输出，使电功率控制电路320进行动作。

在图11中，在Vd＜Vdref所示的领域内，Pref形成恒定的直线就显示出该特性。所以按图9的现有例，其结构是在直流电压的关系方面，在某个领域里直流电压控制电路310动作，而在另外的领域中则电功率控制电路320进行动作。

图12是现有的把3个电力变换装置接入直流系统时的构成图。这里，300，400，500是电力变换装置，电力变换装置400及500与电力变换装置300构成相同。即与具有图9所示结构的电力变换装置300的构成相同。

在图12中，201，211，221是交流电源，各自经交流系统20，21，22与电力变换装置300，400，500相连接。

图13与图11所示的说明图相同，是表示图12所示结构的电力变换装置的动作的说明图。在图13中，实线a是电力变换装置300，虚线b是电力变换装置400，而点划线c则是电力变换装置500的特性曲线。在这里，对电力变换装置300，400，500的直流电压指令值Vdref1，Vdref2，Vdref3按Vdref1＞Vdref2＞Vdref3的关系进行设置。而电功率指令值Pref1，Pref2，Pref3则按Pref1＜Pref2＜Pref3的关系进行设置。

如图12所示，3个电力变换装置300，400，500与直流系统30连接着，在其工作中电功率的总和必须等于0。例如假设直流电压在直流电压指令值Vdref1附近时，在电力变换装置400与500中的动作使电压产生下降趋势，使从交流向直流变换的电功率减小。于是直流电压降低，电力变换装置300的电功率控制电路320就进行工作。

同样地，假设直流电压在直流电压指令值Vdref2附近，此时电力变换装置500使从交流向直流变换的电功率减小，其动作使直流电压下降，电力变换装置400按照电功率控制电路120的控制而进行工作。

这样，当具有图12所示的3个电力变换装置连接在直流系统上的结构的电力变换装置具有图13所示的特性时，电力变换装置500产生动作使直流电压值保持在直流电压指令值Vdref3上，而余下的电力变换装置300和400，则由电功率控制电路120的动作使各自的电功率值分别保持在Pref1及Pref2上。从而电力变换装置300和400从交流向直流变换电功率；而电力变换装置500把电功率与电力变换装置300和400的电功率总和(Pref1+pref2)相等的电功率从直流向交流进行变换。电力变换装置300，400和500的动作点在图13中分别为a’，b’，c’。

具有图12所示构成的电力变换装置，可以考虑具有图13所示特性的情况。例如假设电力变换装置500停止工作了，由于从直流向交流的变换不能进行了，这时直流电压上升，电力变换装置400进行动作以使直流电压与直流电压Vdref2指令值保持一致。这时电力变换装置300和400的动作点分别移到a”和b”。电力变换装置300的电功率控制电路120动作，同时电力变换装置400的直流电压控制电路110动作，把等于电力变换装置300的电功率指令值Pref1的电功率从直流向交流变换来继续运转。

这样，在现有的电力变换装置中，直流系统30中接有多个的电力变换装置时，在某一个电力变换装置中直流电压控制电路110发生动作，而余下的电力变换装置中电功率控制电路120发生动作。这时考虑从直流向交流进行电力变换的电力变换装置是因电功率控制电路120而动作的情况。当直流系统30的电压发生下降时，为保持电功率的恒定使电流流过使直流电压进一步降低的方向，而反之直流系统30的电压上升时，其动作会使直流电压进一步上升。

图14表示对现有的电力变换装置的上述动作进行说明的电路图。在图14中，使各电力变换装置A，B，C的构成，与图9中所示的电力变换装置的构成相同。

图14所示电力变换装置A，B，C当中，在电力变换装置B直流电压控制电路110产生动作而成为电压源，而电力变换装置A和C的电功率控制电路120动作而成为电流源。假设电力变换装置A的交流有功功率P＜0保持恒定，则其直流电流是P/Vd。而假设直流系统30的电压Ed由于电力变换装置C停止工作等原因而下降时，电力变换装置B则发生动作，调节电功率来对其补偿，以保持电压的恒定。但在电力变换装置A，对直流电压的下降，其动作进一步使电容器Ca向放电的方向(由于P＜0是从直流向交流的方向)流出电流，这样，电力变换装置B就必须向电容器Ca供出充电电流。

然而在直流系统很长等的情况下，电力变换装置B以和电力变换装置A的电容器不同的电压(B的电容器电压)来进行调节，会出现直流电压的控制性能变坏的情况。特别是直流系统的感抗成分与各电力变换装置的电容器的谐振，会出现容易产生大的迟相，具有减振性能很差的电压控制特性的情况。由于这种现象，随着直流系统距离的加长，必须充电的电容器电压与直流电压控制电路110所调节的电压之间差距就增大，该控制系统的稳定性受到损坏。另外由于随电力电容器C的容量的减少放电时间减短，虽然与此相应地必须由直流电压控制电路110供给充电电流，但是必须充电的电容器电压，与直流电压控制电路110所调节的电压之间的差距更进一步加大，同样会出现控制特性恶化和稳定性的降低。

因为现有的电力变换装置是按上述那样构成的，所以在多个电力变换装置中只有一个作直流电压控制，其余的电力变换装置则对各自的电功率进行控制。因此在从直流系统30向交流系统进行电力变换的电力变换装置中，一旦直流系统30的电压下降，那末流过的电流会促使直流电压更加下降；反之直流系统30的电压上升时，其动作会更促使直流电压的上升。其结果是出现了这样的课题，即随直流系统的长距离化，及电压型电力变换装置301的电容器电容量的减少，直流电压控制特性变坏，特别对直流系统30的谐振造成的直流电压的波动不能充分抑制，对交流系统也产生恶劣影响，等。

本发明是为解决上述那样的课题而做出的，其目的是得到这样的电力变换装置，它改善连接有多个电压型电力变换器的电力变换装置的特性，抑制直流系统的谐振以能够稳定地送电和受电。

此外，本发明把得到这样的电力变换装置作为目的，即既使当一个或多个电力变换装置停止工作时靠余下的电力变换装置也能够继续运转。

此外，本发明的目的是得到这样的电力变换装置，当一个或多个电力变换装置停止工作而靠余下的电力变换装置继续运转时能够设置各电力变换装置的电功率互换程度。

此外，本发明的目的是得到这样的电力变换装置，它能够减小一个或多个电力控制装置刚一停止工作后的电功率波动。

此外，本发明的目的是得到这样的电力变换装置，它能够在各个电力变换装置设定当一个或多个电力控制装置刚一停止工作后的过渡性电功率互换程度。

此外，本发明的目的是得到这样的电力变换装置，它能够根据连接在各电力变换装置上的交流系统的能力设定当一个或多个电力控制装置停止工作时的电功率互换程度。

此外，本发明的目的是得到这样的电力变换装置，它能够根据连接在各电力变换装置上的交流系统的能力设定当一个或多个电力控制装置停止工作时的过渡性电功率互换程度。

此外，本发明的目的是得到这样的电力变换装置，当一个或多个电力控制装置停止工作而靠余下的电力变换装置继续运转时能够设置各电力变换装置的电功率互换程度。

本发明的电力变换装置具有：对应各电压型电力变换器，根据电功率的指令和电功率检测装置的检测值输出电压型电力变换器的第一有效电功率指令的电功率控制装置，根据直流电压的指令值和直流电压检测装置的检测值输出电压型电力变换装置的第二有效电功率指令的直流电压控制装置，和根据第一有效电功率指令和第二有效电功率指令对电压型电力变换器的元件进行触发的门控装置。

本发明的电力变换装置，在从电功率控制装置输出的第一有效电功率指令中设置有输出限制值。

本发明的电力变换装置，在各电压型电力变换器中把输出限制值设定为不同的值。

本发明的电力变换装置，在各电压型电力变换器的直流电压控制装置中设置有变化率抑制装置。

本发明的电力变换装置，在各电压型电力变换器中把变化率抑制装置的设定值设定为不同的值。

本发明的电力变换装置，是根据连接在各电压型电力变换器的交流系统的互换能力设定输出限制值的。

本发明的电力变换装置，是根据连接在各电压型电力变换器的交流系统的互换能力设定变化率抑制装置的设定值的。

本发明的电力变换装置，在各电压型电力变换器中把直流电压控制装置的直流放大率设定为不同的值。

图1是表示本发明实施例1的电力变换装置的构成图。

图2是表示实施例1的电力变换装置内的电压型电力变换器的动作的等价电路图。

图3是图2所示的电压型电力变换器的等价框图。

图4是表示本发明实施例2及3的电力变换装置的构成图。

图5是表示本发明实施例4的电力变换装置的构成图。

图6是表示实施例4的电力变换装置的特性之一例的说明图。

图7是表示本发明实施例6的电力变换装置的连接的构成图。

图8是表示本发明实施例7的电力变换装置的连接的构成图。

图9是表示现有的电力变换装置的构成图。

图10是表示接在交流系统中的现有的电力变换装置的构成图。

图11是表示现有的电力变换装置的特性的说明图。

图12是表示现有的3个电力变换装置被接入直流系统的情况的构成图。

图13是表示现有的电力变换装置的特性的说明图。

图14是表示现有的电力变换装置的动作的说明图。

下面，对本发明的实施例(实施形态)进行说明。实施例1

在下述的各实施例(实施形态)中，都是以使用控制电路来实现电力变换的装置为代表而加以说明的，但是本发明却不受此限。例如在把处理器与软件程序的组合用在电力变换装置上的情况下，也可以与以下的实施例同样地来实现本发明的电力变换装置。

图1是表示本发明的实施例1的电力变换装置的构成图。特别是在图1中，表示接在直流线路里的多台电力变换装置中的1个电力变换装置。在图中，10是从交流向直流，或从直流向交流进行电力变换的电力变换装置，20是交流系统，30是直流系统(直流线路)。101是电压型电力变换器，102是交流电抗器或变压器，103是电容器，104是检测交流系统20的电压用的电压检测器，105是检测交流系统20的电流用的电流检测器，106是检测直流系统30的电压用的电压检测器(直流电压检测装置)，107是根据用电压检测器104及交流电流检测器105所检测出的电压和电流检测电功率用的电功率检测电路(电功率检测装置)，108是对电压型电力变换器101的元件触发用的门控电路(门控装置)，110是根据直流电压的指令值Vdref与直流电压检测器106的检测值，输出电压型电力变换装置101的第二有效电功率指令的直流电压控制电路(直流电压控制装置)，120是根据电功率的指令值Pref与电功率检测电路的检测值，输出电压型电力变换装置101的第一有效电功率指令的电功率控制电路(电功率控制装置)。111，121是减法器，112，122是补偿器，131是加法器。

下面就实施例1的电力变换装置的动作进行说明。

在图1所示的实施例1的电力变换装置内的电功率检测电路107中，根据电压检测器104所检测出的各相交流电压Vu，Vv，Vw与电流检测器105所检测出的各相交流电流Iu，Iv，Iw，输出有效电功率P＝Vu*Iu+Vv*Iv+Vw*Iw(这里，*表示乘法)。这里的交流有效电功率P，与电压型电力变换器101从交流到直流所变换的电功率大体上相等。检测出来的交流有效电功率P被输入到电功率控制电路120，由减法器121求出与电功率指令值Pref之间的电功率偏差，经放大作为电压型电力变换器101的有效功率指令值(第一有效电功率指令)Pac而输出。由于这个动作，交流有效电功率P被调节到与电功率指令值Pref相一致。下面再来说明对电压型电力变换器101的直流电压的调节动作。由于电压型电力变换器101的有效电功率P与直流电功率大体上相等(一般电功率变换器的损失很小，这个假定是妥当的)，因此，从电压型电力变换器101向电容器103流出的电流为Pac/Vd(这里Vd是直流系统的电压)。因此，当有效功率指令值Pac在正的方向增加时，向电容器103流过充电电流而电压上升；反之，当有效功率指令值Pac向负的方向增加时，电容器103放电而电压降低。补偿器112的作用是根据直流电压指令值Vdref，当直流电压检测器106检测出的直流电压Vd比该直流电压指令值小的时候使电压型电力变换器101的有效功率指令值Pac增大；反之，当直流电压Vd比该直流电压指令值Vdref大的时候使有效功率Pac指令值减小，这样的动作使直流电压Vd与直流电压指令值Vdref趋于一致(第二有效电功率指令)。

图2是表示电压型电力变换器101动作的等价电路图，图3是其等价的框图。图3(a)是电压型电力变换器101的从有效功率指令值Pac到直流线路的Id的框图。有效功率指令值Pac是电压型电力变换器101的交流侧的输入电功率，当从交流向直流变换时(正向变换动作)为正值；而从直流向交流变换时(反向变换动作)为负值。当无视电压型电力变换器101的损失时，电压型电力变换器101的交流侧与直流侧电功率相等，则电压型电力变换器101的直流电流就具有Ic＝Pac/Vd的关系(在图3(a)中的参考符号“÷”所表示的除法运算方框)。

方框1/Cs，表示因电压型电力变换器101的直流电流Ic与直流系统30的电流Id之差对电容器103进行充或放电时电压Vd变化的情况。其后的方框1/Lds和方框Rd则表示电力电容器103的电压Vd与其它的端子间(即直流系统上连接的其它电力变换装置的端子)的电压Ed之差加到直流系统30的感抗和电阻之上时直流电流Id的流动。

为了评价图3(a)所示的等价框图的稳定性，采用除法的泰勒展开在动作点附近线形化以后，便成为图3(b)所示的等价框图。但使动作点为(Vd0，Ic0，Id0，Ed0，Pac0)，微量变化为(ΔVd，ΔIc，ΔId，ΔEd，ΔPac)，则Vd＝Vd0+ΔVd，Ic＝Ic0+ΔIc，Id＝Id0+ΔId，Ed＝Ed0+ΔEd，Pac＝Pac0+ΔPac。

从图3(b)的等价框图中可以看出：从电力电容器电压ΔVd，向电力电容器103的电流(即1/Cs框图的输入)，存在以Ic0/Vd0为系数的闭环。

在无视电压型电力变换器101损失的条件下，由于Ic0＝Pac0/Vdc0，就有Ic0/Vd0＝Pac0/(Vd0*Vd0)的关系。于是，这个系数会随着电压型电力变换器101所变换的电功率的方向而改变其符号。在正变换动作时为正值，而反变换动作时为负值。

例如：直流电压为正Vd0＞0，电压型电力变换器101进行反变换动作时，(Ic0/Vd0)＜0。当电压型电力变换器101的直流电压(等于电容器的电压)下降时，变化ΔVd＜0，即取负值，则(Ic0/Vd0)*ΔVd＞0，其作用是使电容器的电流减小，进而使电压型电力变换器101的直流电压下降。反之，电压上升时，由于ΔVd＞0故(Ic0/Vd0)*ΔVd＜0，其作用是使电容器的电流加大，进而使电压型电力变换器101的直流电压上升。也就是说，电压型电力变换器101在进行反变换动作时，系统中产生正反馈，对此怎样补偿决定图2系统的稳定性。

在图9所示的现有的电力变换装置里，当电功率控制电路120正在动作中时，如图3(c)所示的等价框图那样，等价于在该系统中接入了补偿器Gp(s)的情况。在其它的端子(即连接于直流系统中的其它电力变换装置)上，电压控制电路120动作以保持电压Ed的恒定。在现有的电力变换装置里，电功率控制电路120与能成为正反馈的闭环是独立构成的，因而与系统的稳定性无关。因此，对系统的稳定化有用的是其它端子的直流电压控制电路110。然而，其它端子的直流电压控制电路110，仅检测自端的电压(图3(c)内的Ed所表示的电压)，其动作也只是对此电压进行调节。因此，就必须有这样的过程，即ΔVd的变化使直流线路电流ΔId变化，进而在其它端子的电压发生变化之后直流电压控制电路110才工作以抑制其ΔEd的变化。由于这个过程，动作被延迟。

反之，既使其它端子的直流电压控制电路110发生动作，给其端子的电容器进行了充、放电时，那也要在直流线路电流变化后，ΔVd才变化，所以产生延迟。特别当直流系统30变长，电感Ld变大时，延迟量也变大，其影响就更显著。就这样，由于在现有例里，正反馈闭环的补偿是间接进行的，很难确保充分的稳定性。

与此相对照，图1所示的实施例1的电力变换装置的框图，如图3(d)所示。在实施1的电力变换装置中，即使是把电功率调节为恒定的端子，也设有直流电压控制电路110，其动作使电压Vd与指令值相一致。

在稳定状态下，电压指令Vd*是恒定的，故ΔVd*＝0。这时假设电压Vd下降了，由于ΔVd＜0，则ΔVd*-ΔVd＞0，由补偿器Gv(s)所放大，其动作使ΔIc＞0的电流流过，给电容器103充电。由此在反向变换动作时，则可以直接补偿从Vd经图3(c)所示的方框(Ic0/Vd0)反馈和放电的正反馈闭环中的电流。

当电压Vd上升时，ΔVd*-Vd＜0的条件得到满足，电流ΔIc按进行放电流通，同样可以对正反馈闭环的电流直接进行补偿。因此，具有图1的构成的电力变换装置可以对正反馈闭环直接补偿，并且可以确保系统的稳定性。

如上所述，采用本实施例1，则直流电压控制电路110的动作使连接在直流系统30上的多个电力变换装置10的各自的直流电压成为恒定，抑制起因于进行从直流向交流变换的电力变换装置10的特性的不稳定性，并能够稳定地进行电力输送。

实施例2

图4是本发明实施例2的电力变换装置的构成图。在图中，电功率控制电路120里，在补偿器122设有输出限制。其上限值设定为Pmax，下限值为Pmin。

此外在实施例2的电力变换装置中与实施例1的电力变换装置里的构成要素相同的附有相同的符号，对于这些均省略说明。

下面将对实施例2的电力变换装置的动作加以说明。

在图4所示的实施例2的电力变换装置中，由于电功率控制电路120的补偿器122具有输出限制，当电功率指令值Pref与交流有效电功率P之间产生偏差时，可在输出限制值以内的有效电功率进行调节。假设补偿器122要输出超越输出限制的信号，则该输出与上限值Pmax或者下限值Pmin相比较，而受到限制。这里直流电压控制电路110的动作优先，而使交流有效电功率P与电功率指令值Pref之间存在偏差。特别在Pmax＝Pmin时，电力变换装置10的动作使电压经常保持恒定。

其次，在接有多个端子的情况，对由于故障或事故造成某个端子脱落时，实施例2的电力变换装置的动作进行说明。

现在假设连接有n个端子，其各自的电功率为Pi，由于没有来自各端子之外的其它电功率，所以

∑Pi＝0                                     (3)是成立的。这里，假设第n号的端子脱落了，则直流电压和电功率将产生偏差。

假设端子脱落前直流电压的偏差等于0，电功率被调节成恒定的。而当端子脱落后，假定直流电压的偏差为ΔVd，相对于电功率控制电路120的输出端子在脱落前的值Pi的偏差为ΔPi时，在稳定情况下端子脱落后的有效电功率P_i’将是：

P_i’＝(Pi+ΔPi)+Kvi*ΔVd                          (4)

式中Kvi是直流电压控制电路110的补偿器112的直流放大倍率，而Kvi*ΔVd则是直流电压控制电路110的输出。

由于端子脱落后的电功率也必须保持平衡，因此关于P_i’余下的n-1个端子的总和也是0。即：

∑P_i’＝-Pn+∑ΔPi+ΔVd*∑Kvi＝0                 (5)是成立的。由(5)式求出ΔVd而代入(4)式，则有：

P_i’＝Pi+ΔPi+Kvi*(Pn-∑ΔPk)/(∑Kvk)            (6)

例如，假定各端子的直流电压控制电路110的补偿器112的直流放大率相等，即Kvi*Kv，又假定其极限值被设定得使直流电压控制电路110的补偿器112的输出偏差也相对于端子脱落前的值在增加、减少方向上相等，即ΔPimax＝±ΔPmax。

即在图1所示的电力变换装置里的电功率控制电路的限制值是：Pmax＝Pi+ΔPmax以及Pmin＝Pi-ΔPmax。

假定正向变换端子脱落而且直流电压比端子脱落前降低，直流电压控制电路110将与偏差ΔVd成比例地，在正方向(正向变换的方向)来加大电功率。因此，虽然直流电压控制电路110的动作反过来使电功率减小，但是由于受极限值的限制就成为ΔPi＝-ΔPmax。

反之，假定反向变换端子脱落而且直流电压上升，直流电压控制电路110的动作使电功率减小，电功率控制电路120受极限值的限制就成为ΔPi＝+ΔPmax。

因此，就有

P′i＝Pi+Pn/(n-1)                      (7)于是，即使某个端子脱落，也能够由各端子来分担进行电力互换，自动地移到新的动作点而继续维持运转。在这里为了简化说明，就Kvi和ΔPi的大小相等时的情况进行了说明，但是这些数值即使不同也同样可以移到新的动作点。另外多个端子脱落时，也同样可以继续运转。

如上所述，采用实施例2的电力变换装置时，由于设定了电功率控制电路120的输出限制值，即使某一个电力变换装置10停止工作靠余下的电力变换装置10也可以继续运转，并且自动地向新的动作点转移。

实施例3

在本实施例3的电力变换装置中，在具有图4所示结构的实施例2的电力变换装置内的电力控制电路120中的限制值，对每个端子被设定为不同的值。关于直流电压的稳定性，和实施例1具有相同的构成和动作。因此实施例3的电力变换装置与实施例1和实施例2的电力变换装置的构成要素相同，故这里省去说明。

以下对连接有多个端子的情况下某个端子由于故障或事故脱落了时的动作加以说明。

电功率控制电路120，是为了使交流有效电功率P与电功率指令值Pref相一致而动作的。但其能力由限制值Pmax与Pmin所限制。

为此，限制值大的端子其电功率控制电路120的能力就大；与限制值小的端子相比较，其交流有效电功率P与电功率指令值Pref之间的偏差则小。

因此限制值大的端子，发生端子脱落后的电功率与脱落前的电功率相比变化较小，故能够减小对交流系统20的影响。

例如(6)式中，假定各端子的直流放大的倍率Kvk相等，则由于：

∑Kvk＝(n-1)Kv，Kvi＝Kv所以：

P_i’＝Pi+ΔPi+(Pn-∑ΔPk)*1/(n-1)

假定ΔP的平均值为ΔPdv＝∑ΔPk/n-1，并定义ΔPi＝ΔPav+ΔPdi，则有：

P_i’＝Pi+(ΔPav+ΔPdi)+Pn/(n-1)-ΔPav＝Pi+ΔPdi+Pn/(n-1)

                                                        (8)

假定反向变换端子脱落了，则Pn＜0，由于直流电压上升，直流电压控制电路110使电功率减小，并由于电功率控制电路120的动作使电功率增加，所以ΔPi是正方向的。

因此，当电功率控制电路的极限值被设置为

ΔPi＞-Pn/(n-1)                                     (9)的时候，电功率控制电路120不饱和，其端子的电功率被控制在与端子脱落以前相等的水平。

即使在电功率控制装置120饱和而被限制的情况下，ΔPdi大、上限的极限值大的端子，其互换的电力功率变小。而电功率控制电路120的上限的极限值小的端子，相反移动到互换电功率变大的动作点。

正向变换端子脱落了的时候有Pn＞0，由于直流电压降低所以直流电压控制电路110发生动作以使电功率增加，而电功率控制电路120发生动作以使电功率降低，所以ΔPi为负的方向。因此，当各端子的电功率控制电路120的极限值被设置为

ΔPdi＜-Pn/(n-1)                              (10)的时候，电功率控制电路120不饱和，被保持在脱落前的电功率。而即使当电功率控制电路120饱和时，下限的极限值小(在负的方向大)的端子所互换的电功率小；而下限的极限值大的端子移动到电功率互换大的动作点。

如上所述，采用实施例3的电力变换装置时，由于电功率控制电路120的输出限制值在不同的电力变换装置10中设置为各不相同的值，故当1个或多个电力变换装置停止运转而由余下的电力变换装置10继续运转时，就能够设置使电功率变化小的端子，和设置电功率互换(能力)大的端子。

实施例4

图5是表示本发明的实施例4的电力变换装置的构成图。在图5中，113是变化率抑制电路(变化率抑制装置)，它被设置在直流电压控制电路110中，对关于输入信号的时间的变化率进行抑制。另外在实施例4的电力变换装置中，与实施例1及实施例2的电力变换装置的构成部件相同的构成部件被附有相同符号，对这些则省略说明。

下面就实施例4的电力变换装置的动作进行说明。

在实施例4的电力变换装置中，抑制直流系统的谐振所引起的波动的直流电压控制电路110，被设定得对于端子脱落了的情况等急剧的直流电压波动也能够响应。

在直流电压控制电路110的补偿器112，对直流电压指令值Vdref与直流电压Vd之间的偏差进行放大，当直流电压Vd急剧变化时，其输出也随之变化。

变化率抑制电路113，当补偿器112的输出变化率超过了予置的最大变化率时，其动作把变化抑制在最大变化率的水平上。当补偿器112的输出变化率小于设定的最大变化率时，就原样输出；这时与补偿器112的输出相等的信号就成为有效电功率指令。因此在稳定状态下，直流电压控制电路110的直流电压波动抑制效果并不降低，可以抑制过渡性的波动。

与此相对照，虽然即使把补偿器做成具有滤波器效果的结构也能够抑制过渡性的波动，但对直流控制系统的常态稳定性却有损坏的可能。

图6是表示变化率抑制电路动作的信号波形的例子。横轴为时间，纵轴是信号的振幅。

图6(a)是输入信号(实线)具有超过最大变化率的变化率的情形，输出如虚线所示，变化率已被抑制。而图6(b)是输入信号的变化率比最大变化率小的情况，输出信号与输入信号相一致。从而有效地抑制了有效电功率的急剧波动，能够减小直流系统30的过渡性的波动对交流系统20的影响。

另外，由于电功率控制电路120的动作对电压控制系统的稳定性没有任何关连，因此对于在电功率控制电路120中的有效电功率的急剧波动，在补偿器122内装进滤波器，使补偿器122具有滤波的效果是没有问题的。

如上所述，采用实施例4的电力变换装置，用在直流电压控制电路110中设置的变化率抑制电路113可以抑制有效电功率的过渡性的波动。

实施例5

在本实施例5的电力变换装置中，图5的直流电压控制电路110的变化率抑制电路113的设定值，对每个端子被设定为不同的值。因此实施例5的电力变换装置与实施例4的电力变换装置的构成部件相同，这里省略对它们的说明。

在实施例5的电力变换装置中，当某个端子脱落，直流电压急剧变化时，变化率抑制电路113的最大变化率的设定值大的电力变换装置10优先工作，其动作使过渡性的直流电压的波动得到抑制。

反之，在那些最大变化率的设定值小的端子，即其它电力变换装置10中，对过渡性的电压变化的响应已被抑制，为维持直流电压稳定所必要的过渡性的电功率互换量小，于是对交流系统的影响小。

如上所述，当采用实施例5的电力变换装置时，通过把变化率抑制电路113的设定值，在各端子里设定为不同的值，对当1个或多个端子脱落时等情况下产生的直流电压波动，能够设置对该电压波动优先地进行抑制的端子。

实施例6

图7是表示本发明的实施例6的电力变换装置的构成图。图中，10，11，12分别是电力变换装置，它具有例如图4所示的电力变换装置的构成。另外，20，21，22是交流系统，40是设定各电力变换装置10，11，12中的电功率控制电路120里的补偿器122的限制值用的限制值设定电路。201，211，221是交流电源。

下面对实施例6的电力变换装置的动作加以说明。

在图4所示的电功率控制电路120中的补偿器122中设定有输出限制值。在该实施例6的构成的限制值设定电路40中，与各个电力变换装置10，11，12里所连接的交流系统20，21，22获得能容许的电功率范围PACmax和PACmin，而输出各电力变换装置10，11，12的电功率控制电路120的补偿器122的限制值Pmax和Pmin。

在图4所示的实施例2的电力变换装置的结构中，包含具有小的输出限制值的补偿器122的电功率控制电路120的动作受到限制，而为了维持直流电压的稳定，电力变换装置产生动作以进行电功率互换。因此，限制值设定电路40对限制值Pmax和Pmin是这样设定的，即连接有电力变换装置10，11，12的交流系统20，21，22的电功率容许范围PACmax和PACmin大的，其限制值被设定得小。这样当某个电力变换装置停止工作时，电力变换装置的动作使得能够进行电力互换。

反之那些电力容许范围小的，就把限制值设置成大的，使电功率控制电路120能产生动作。由此交流有效电功率P与电功率指令值Pref相一致，电力的供给减少。

如上所述，当采用该实施例6的电力变换装置时，一个或多个电力变换装置停止后的电力互换，可以根据交流系统的能力来设定，故可以减少对交流系统的影响。在图7所示的构成中，只表示了3个电力变换装置10，11，12与直流系统30连接的情况，而本发明并不限于此，例如在2个以上的电力变换装置的情况下，具有同样的效果。

实施例7

图8是表示本发明按实施例7的电力变换装置的构成的构成图。在图中50是设定各个电力变换装置10，11，12的直流电压控制电路110内的最大变化率的最大变化率设定电路。

另外实施例7的构成部件中，与实施例6的电力变换装置的构成相同的部件采用了同一符号，对这些省略说明。

下面对具有实施例7的构成的电力变换装置的动作加以说明”

实施例7的构成中的各电力变换装置10，11，12的构造，与例如图5所示的实施例4的电力变换装置的构造相同。

在图5所示的实施例4的直流电压控制电路110里，装有变化率抑制电路113。

在最大变化率设定电路50中，与各电力变换装置10，11，12所连接的交流系统20，21，22获得可以容许的电功率范围PACmax及PACmin，并输出各个电力变换装置10，11，12的直流电压控制电路110的最大变化率DPDT。

在图5所示的实施例4的电力变换装置的构成中，最大变化率越小的电力变换装置，越能抑制过渡性的电力互换，而大的则进行电力互换。从而最大变化率DPDT，其接在电力变换装置上的交流系统的电功率容许范围PACmax与PACmin大的被设定得大，其动作使得当一个或多个电力变换装置停止工作时能够进行过渡性的电功率互换。

反之，电力容许范围小的，把最大变化率也设定得小，以抑制过渡性的电力互换。

如上所述，采用该实施例7的构成的电力变换装置，当一个或多个电力变换装置停止工作时，能根据交流系统的能力来设定过渡性的电力互换，因此可以减小对交流系统的影响。图8所示的构成，是三个电力变换装置10，11，12与直流系统30连接的情况，但本发明并不限于此，例如对2个以上的构成，也可发挥同等的效果。

实施例8

在该实施例8的构成的电力变换装置中，图4所示构成的电力变换装置内的直流电压控制电路110的补偿器直流放大倍率Kvi，在各个端子里被设定成各不相同的值。从而实施例8的构成的电力变换装置与实施例7的构成部件相同，故这里省略其说明。

下面，为了简化说明，认为直流电压控制电路110的ΔPi，在所有端子里都是相同的。

各端子的直流放大倍率Kvi的平均值以Kvav表示，定义Kvav＝∑Kvk/(n-1)，Kvi＝Kvav*Kvdi，则(6)式成为：

P_i’＝Pi+ΔPi+Kvav*Kvdi*(Pn-(n-1)ΔPi)/(n-1)Kvav

    ＝Pi+(1-Kvdi)ΔPi+Kvdi*Pn/(n-1)             (11)

当正向变换端子脱落时(Pn＞0)，由于ΔPi＜0，故当补偿器112的直流放大倍率比平均值大时(Kvdi＞1)，其动作使更多的电力进行互换。

反之，当直流放大倍率比平均值小时(Kvdi＜1)，互换电力向小的动作点移动。当反向变换端子(Pn＜0)脱落时，ΔPi＞0，其动作相同。

如上所述，当采用实施例8的构成的电力变换装置时，由于把直流电压控制电路110的补偿器112的直流放大倍率，在各个电力变换装置10，11，12里设定成各不相同的值，所以当一个或多个电力变换装置停止工作靠余下的电力变换装置继续运转时，能够设定使电力互换变小的端子和变大的端子。另外在实施例8的构成中，认为直流电压控制电路110的余裕量(ΔPi)在所有端子里都是相同的，但即使该值不同也可以获得同样的效果。

正如上述，当采用本发明时，由于其构成使直流电压控制装置经常处于动作状态，所以具有这样的效果，即能对各个电力变换装置的直流电压的变化进行抑制以保持其恒定，对于直流线路的长距离化及电容器的容量减少也能够稳定地输送在各电力变换装置相互间进行送电受电的电功率。

当采用本发明时，由于在电功率控制装置中具有设定输出限制值的构成，所以当一个或多个电力变换装置停止工作时，具有动作点能自动移动，靠余下的电力变换装置仍能继续运转的效果。

当采用本发明时，由于其构成把各电力变换装置的电功率控制装置的输出限制值设定为不同的值，所以当一个或多个电力变换装置停止工作使动作点移动，用余下的电力变换装置继续运转时，能够在各个电力变换装置设定电功率的互换程度。

采用本发明，由于各个电压型电力变换装置的直流电压控制装置中具有变化率抑制装置，在一个或多个电力变换装置刚一停止工作后，能够抑制余下的电力变换装置的交流电功率的波动。

采用本发明，由于各个电力变换装置的直流电压控制装置内的变化率抑制装置设置了各不相同的设定值，在一个或多个电力变换装置刚一停止工作后，能够对各电力变换装置设定过渡性的电功率互换程度。

采用本发明，由于各个电力变换装置中的电功率控制装置的输出限制值，是根据交流系统的互换能力设定的，因此当一个或多个电力变换装置停止工作后靠余下的电力变换装置继续运转时，能够减小对交流系统的影响。

采用本发明，由于各个电力变换装置的直流电压控制装置的最大变化率是根据交流系统的互换能力来设定的，因此在一个或多个电力变换装置刚一停止工作后的过渡性的电功率互换时能够减小对交流系统的影响。

采用本发明，由于把各个电力变换装置中的直流电压控制装置的直流放大倍率设定成不相同的值，因此当一个或多个电力变换装置停止工作使动作点移动，靠余下的电力变换装置继续运转时，能够对各电力变换装置设定电功率的互换程度。

Claims (11)

1.一种电力变换装置，是把多台从交流电力到直流电力或从直流电力到交流电力进行变换的电压型电力变换器连接在直流线路、相互间进行电力的送出或接受的电力变换装置，其特征在于：具有对应各个上述电压型电力变换器检测上述电压型电力变换器的直流电压的直流电压检测装置；检测上述电压型电力变换器从交流到直流或从直流到交流进行变换的电功率的电功率检测装置；根据电功率的指令值和上述电功率检测装置的检测值输出上述电压型电力变换器的第一有效电功率指令的电功率控制装置；根据直流电压的指令值和上述直流电压检测装置的检测值输出上述电压型电力变换装置的第二有效电功率指令的直流电压控制装置；和根据上述第一有效电功率指令和上述第二有效电功率指令对上述电压型电力变换器的元件进行触发的门控装置。

2.按照权利要求1所述的电力变换装置，其特征在于：

对于从上述电功率控制装置输出的第一有效电功率指令，设定规定的输出限制值。

3.按照权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于：

在上述电功率控制装置内设定的上述输出限制值，对于各个上述电力变换装置内的各个上述电压型电力变换器，设定为不同的值。

4.根据权利要求1至权利要求3之任一所述的电力变换装置，其特征在于：

在上述的各个电压型电力变换器中，上述直流电压控制装置中设有变化率抑制装置；上述变化率抑制装置进行控制以抑制从上述直流电压检测装置输出的信号的与时间相关的变化率。

5.按照权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于：

在上述变化率抑制装置中设定的设定值，在上述各个电压型电力变换装置中设定成不同的值。

6.按照权利要求3所述的电力变换装置，其特征在于：

在上述电功率控制装置里设定的上述输出限制值，是根据连接在上述电压型电力变换器上的各个交流系统的电功率互换能力而设定的。

7.按照权利要求5所述的电力变换装置，其特征在于：

在上述变化率抑制装置中设定的设定值，是根据连接在上述电压型电力变换器上的各个交流系统的电功率互换能力而设定的。

8.按照权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于：

在对于上述各个电压型电力变换器的直流电压控制装置里，设定各个不同的直流放大率。

9.按照权利要求2所述的电力变换装置，其特征在于：

上述的电功率控制装置是由减法器和补偿器构成的；上述减法器接收电功率指令值和上述电功率检测装置检测的检测值；上述输出限制值设在上述补偿器内；上述补偿器输入从减法器来的输出，输出上述第一有效电功率指令信号。

10.按照权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于：

上述的直流电压控制装置，是由减法器和补偿器构成的；上述减法器接收直流电压指令值和上述直流电压检测装置检测出的检测值；上述补偿器输入从减法器来的输出，输出第二有效电功率指令信号。

11.按照权利要求4所述的电力变换装置，其特征在于：

上述变化率抑制装置中所设定的设定值，是根据接在上述电压型电力变换器上的交流电力系统所能容许的最大变化率设定的。

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