CN111357186B - 电力变换系统 - Google Patents

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Abstract

电力变换系统具有两台由能够控制直流电压的变换器(21)和逆变器(22)构成的电力变换装置(2)，将所述两台逆变器(22A、22B)的输出并联连接来驱动交流电动机(4)，该电力变换系统，根据由检测所述两台逆变器(22A、22B)各自的输出电流的两台电流检测器(6A、6B)检测出的检测电流的差量，控制任一方的变换器的输出电压来抑制流过所述两台逆变器(22A、22B)的横流。

Description

电力变换系统
技术领域
本发明涉及由输出被并联连接的至少两台电力变换装置构成的电力变换系统。
背景技术
作为使电力变换装置的容量增大的方法，已知有将多台电力变换装置的输出并联连接的方法。例如，在利用两台电力变换装置驱动交流电动机的电力变换系统中，经由耦合电抗器将两台电力变换装置的交流输出连接。在这样的并联多重的电力变换系统中，由于两台电力变换装置的输出电压等的差、耦合电抗器、布线电缆的阻抗的差，各装置的输出电流产生不平衡，在装置间产生被称为横流的循环电流。作为抑制该横流的方法，已知有设置如下横流控制部的对策：检测电力变换装置的两台PWM逆变器间的横流，作为与各PWM逆变器的共用的电压指令值相同的单位的横流补偿值而求出，根据横流的值将该横流补偿值与一个PWM逆变器的电压指令值相加，并从另一个PWM逆变器的电压指令值减去(例如参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-244674号公报(第9页、图1及图3)
发明内容
发明所要解决的技术问题
专利文献1所示的横流控制部，将基本上对电力变换装置的输出进行掌握的PWM逆变器的输出电压作为操作量进行控制。在这样的控制中，在应该控制的横流某种程度较大的情况下，有时两台逆变器的输出波形成为不同的状态，无法预料的高次谐波电流流过耦合电抗器。因此，需要考虑这样的现象来决定耦合电抗器的规格。
本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于提供一种在并联运转的两台电力变换装置的横流控制中不流过非预期的高次谐波电流的电力变换系统。
用于解决技术问题的手段
为了实现上述目的，本发明的电力变换系统，具有由能够控制直流电压的第一变换器和第一逆变器构成的第一电力变换装置；由能够控制直流电压的第二变换器和第二逆变器构成的第二电力变换装置，该电力变换系统将所述第一逆变器的输出和所述第二逆变器的输出经由耦合电抗器并联连接来驱动交流电动机，该电力变换系统的特征在于，根据由检测所述第一逆变器的输出电流的第一电流检测器检测出的第一检测电流与由检测所述第二逆变器的输出电流的第二电流检测器检测出的第二检测电流的差量，控制所述第一变换器和所述第二变换器中的任一方的直流输出电压来抑制在所述第一逆变器与所述第二逆变器之间流动的横流。
发明效果
根据本发明，能够提供在并联运转的两台电力变换装置的横流控制中不流过非预期的高次谐波电流的电力变换系统。
附图说明
图1是本发明的实施例1的电力变换系统的电路构成图。
图2是本发明的实施例1的横流控制的说明图。
图3是本发明的实施例2的电力变换系统的电路构成图。
图4是本发明的实施例3的电力变换系统的模块构成图。
图5是本发明的实施例4的电力变换系统的电路构成图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。
实施例1
图1是本发明的实施例1的电力变换系统的电路构成图。商用三相交流电源1分别经由电流检测器5A、5B与电力变换器2A、2B的变换器21A、21B连接。电力变换器2A、2B分别由变换器21A、21B、直流电容器23A、23B以及逆变器22A、22B构成。变换器21A、21B的直流输出分别被直流电容器23A、23B平滑化并被输入到逆变器22A、22B。逆变器22A、22B的交流输出分别经由电流检测器6A、6B与设置于相间的耦合电抗器3的一方以及另一方的端子连接。耦合电抗器3的中点的三相输出与交流电动机4连接。通过以上的构成，电力变换器2A、2B对交流电动机4进行并联驱动。在此，逆变器22A和逆变器22B被同步控制，其基波输出为同相。
在本实施例中，变换器21A、21B以及逆变器22A、22B是电压型的PWM变换器。构成变换器21A、21B的功率器件通过分别从控制部8A、8B提供的门信号进行导通截止控制。除了基于电流检测器5A、5B的输入电流信号之外，检测施加于直流电容器23A、23B的直流电压的电压检测器24A、24B的输出也分别被提供给控制部8A、8B。
由电流检测器6A、6B检测出的输出电流分别被提供给差电流控制部7的减法器71的加法输入以及减法输入。然后，减法器71的输出、即逆变器22A与逆变器22B的输出电流的差量例如被提供给作为PI控制器的差电流控制器72。差电流控制器72以使该差量成为最小的方式进行控制，将其输出作为直流电压基准校正量提供给减法器73的减法输入。对减法器73的加法输入赋予预先设定的直流电压基准。并且，减法器73的输出作为校正后的直流电压基准被提供给控制部8A。另外，对控制部8B赋予直流电压基准本身。在此，例如考虑逆变器22A的输出电流比逆变器22B的输出电流小的情况，则差电流控制器72的输出为负，因此，减法器73的输出即校正后的直流电压基准成为比所设定的直流电压基准大的值。通过该动作，逆变器22A的输出电压及输出电流增加，作为结果，上述差量接近零。
以下，对控制部8A的内部构成进行说明。由电压检测器24A检测出的电力变换器2A的直流电压作为直流电压反馈与从差电流控制部7的减法器73提供的校正后的直流电压基准通过减法器81A进行比较，其差量例如被提供给作为PI控制器的电压控制器82A。电压控制器82A以使该差量成为最小的方式进行控制，并输出输入电流基准。该输入电流基准在减法器83A中与由电流检测器5A检测出的输入电流进行比较，其差量例如被提供给作为PI控制器的电流控制器84A。电流控制器84A作为局部回路控制器进行动作，以使该差量成为最小的方式进行控制，并输出三相的电压指令。该三相的电压指令被提供给PWM控制器85A。PWM控制器85A对变换器21A的各功率器件供给脉冲宽度调制后的门信号，以使变换器21A的各相的输入电压成为该三相的电压指令。
接着，虽然是控制部8B的内部构成，但对减法器81B的加法输入所赋予的信号不是校正后的直流电压基准，而是所设定的直流电压基准本身，除了这一点之外，与控制部8A的内部构成相同，因此省略其说明。
关于通过以上的构成逆变器22A的输出电压波形由于差动电流控制部7以及控制部8A的动作而如何变化，参照图2进行说明。图2的(a)表示在实施例1中在进行基于差电流控制部7的横流抑制控制之前和之后的逆变器22A的输出电压波形。该控制是逆变器22A的输出电流小的情况下的控制例。如图所示，进行使直流电压增加的控制，因此PWM调制后的输出电压波形的脉冲宽度在控制前和控制后相同，因此，其高次谐波分量也只是峰值不同。关于基波电压，与控制前相比控制后峰值增加，但不包含非预期的高次谐波分量。
图2的(b)表示通过逆变器22A的PWM脉冲的调制进行了相同的横流控制的情况下的逆变器22A的输出电压波形的推移。如图所示，在该情况下，通过横流抑制控制进行了PWM调制的输出电压波形的峰值不变，但输出电压波形的脉冲宽度大幅变化，高次谐波的频率分量在控制前和控制后也有很大不同。因此，在该情况下，有可能在耦合电抗器3中流过非预期的高次谐波电流。
电力变换器2A是“第一电力变换装置”的一例，电力变换器2B是“第二电力变换装置”的一例。另外，变换器21A是“第一变换器”的一例，变换器21B是“第二变换器”的一例。另外，逆变器22A是“第一逆变器”的一例，逆变器22B是“第二逆变器”的一例。另外，电流检测器6A是“第一电流检测器”的一例，电流变换器6B是“第二电流检测器”的一例。另外，控制部8A是“第一控制部”的一例，控制部8B是“第二控制部”的一例。
实施例2
图3是本发明的实施例2的电力变换系统的电路构成图。关于该实施例2的各部，对于与图1的本发明的实施例1的电力变换系统的各部相同的部分用相同的附图标记表示，并省略其说明。该实施例2与实施例1的不同点在于，在差电流控制部7A中，采用减法器74运算差电流控制器72的输出即直流电压反馈校正量与由电压检测器24A检测出的直流电压的差量，并将该输出作为校正后的直流电压反馈提供给控制部8C的减法器86的减法输入的构成的点、以及采用对减法器86的加法输入提供直流电压基准并将该直流电压基准与减法器74的输出的差量提供给电压控制器82A。
在实施例1中，通过减法器73对直流电压基准进行校正，并将校正后的直流电压基准提供给减法器81A。与此相对，在该实施例2中，如上所述，直流电压基准不变，通过减法器74对直流电压反馈进行校正，并将校正后的直流电压反馈提供给减法器86。即，在实施例1和实施例2间，差异仅仅是为了横流抑制控制而校正直流电压基准还是校正直流电压反馈，基本的作用效果相同。
实施例3
图4是本发明的实施例3的电力变换系统的模块构成图。交流电源1对输入变压器1A的初级绕组赋予交流电压。输入变压器1A为次级多绕组变压器，在该实施例中具有6个次级绕组。从这些二次绕组的每一个向电力变换装置2C、2D、2E、2F、2G以及2H的各变换器供给三相或者单相的二次电压。电力变换装置2C、2D、2E、2F、2G以及2H的各逆变器是输出为单相的逆变器，电力变换装置2C与2D、2E与2F、2G和2H分别成组，逆变器的输出分别经由耦合电抗器3A、3B、3C而并联连接。并且，耦合电抗器3A、3B、3C各自的中点分别与电动机4的U相、V相以及W相的输入端子连接。
即使在该图4所示的构成的电力变换系统中，也能够应用在实施例1或者实施例2中说明的横流抑制控制。即，根据成组的逆变器的输出电流的差量来校正一方的电力变换装置的直流电压基准或直流电压反馈，并以使该差量成为最小的方式控制一方的电力变换装置的变换器即可。
实施例4
图5是本发明的实施例4的电力变换系统的电路构成图。对于该实施例4的各部分，与图1的本发明的实施例1的电力变换系统的各部相同的部分用相同的附图标记表示，并省略其说明。该实施例4与实施例1的不同点在于，由控制变换器21A的控制部8C进行无功电力控制。因此，设置检测变换器21A的输入电压的电压检测器9A，并对控制部8C内的相位同步电路86A赋予其输出。
以下，对控制部8C的内部构成进行说明。由电流检测器5A检测出的三相的电流被输入到三相-两相变换器87A。三相-二相变换器87A基于由相位同步电路86A输出的基准相位φ将该三相电流变换为q轴电流和与其正交的d轴电流。如果适当选择基准相位φ，则q轴电流能够设为流入变换器21A的有功电流，d轴电流能够设为无功电流。减法器83C运算电压控制器82A的输出即有功电流基准与上述q轴电流的差量，并提供给q轴电流控制器84C。q轴电流控制器84C作为局部回路控制器进行动作，以所输入的差量成为最小的方式进行控制而输出q轴电压指令，并将其提供给两相-三相变换器88A。另一方面，d轴电流被提供给减法器83D，与从外部提供的无功电流基准的差量通过减法器83D来运算后，其被提供给d轴电流控制器84D。d轴电流控制器84D以使所输入的差量成为最小的方式进行控制而输出d轴电压指令，并将其提供给两相-三相变换器88A。两相-三相变换器88A基于基准相位φ将上述q轴电压指令和d轴电压指令变换为三相的电压指令并提供给PWM控制器85A。
另外，在图5中，控制变换器21B的控制部8D也设为进行无功电力控制，因此将电压检测器9B的信号提供给控制部8D。虽然是控制部8B的内部构成，但直流电压基准不是校正后的直流电压基准，而是所设定的直流电压基准本身，除了这一点之外，与控制部8C的内部构成相同，因此省略其说明。
根据以上的构成，通过对变换器21A应用无功电力控制，能够通过有功电流控制进行直流电压恒定控制以及逆变器侧的横流抑制控制，通过无功电流控制将例如向电力系统的无功电力控制为期望的值。
以上，对本发明的实施例进行了说明，但这是作为例子而提示的，并不意图限定发明的范围。该新的实施例能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施例及其变形包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。
例如在各实施例中，变换器21采用使用了所谓自灭弧型元件的自激的变换器，但在不控制无功电力的变换器的情况下，只要能够对直流输出进行可变控制，则也可以是他激变换器等。
另外，在实施例3中，记载了由两台单相输出的电力变换装置的多组构成的电力变换系统的例子，但显然即使使用通常的三相输出的电力变换装置的电力变换系统也能够应用本申请。例如，也可以是使用2组图1所示的两台电力变换装置，并将各组的输出彼此经由耦合电抗器驱动交流电动机的电力变换系统。
另外，在实施例4中，记载了两台电力变换装置的变换器都进行无功电力控制，但也可以构成为仅任意一方进行无功电力控制。
附图标记说明
1交流电源
1A输入变压器
2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H电力变换器
21A、21B变换器
22A、22B逆变器
23A、23B直流电容器
24A、24B电压检测器
3、3A、3B、3C耦合电抗器
5A、5B电流检测器
6A、6B电流检测器
7、7A差电流控制部
71减法器
72差电流控制器
73、74减法器
8A、8B、8C、8D控制部
81A、81B减法器
82A、82B电压控制器
83A、83B、83C、83D减法器
84A、84B、84C、84D电流控制器
85A、85B PWM控制器
86A相位同步电路
87A三相-两相变换器
88A两相-三相变换器
9A、9B电压检测器

Claims (5)

1.一种电力变换系统，具有：
第一电力变换装置，由能够控制直流电压的第一变换器和第一逆变器构成；以及
第二电力变换装置，由能够控制直流电压的第二变换器和第二逆变器构成，
所述电力变换系统将所述第一逆变器的输出和所述第二逆变器的输出经由耦合电抗器并联连接来驱动交流电动机，
所述电力变换系统的特征在于，
根据由检测所述第一逆变器的输出电流的第一电流检测器检测出的第一检测电流与由检测所述第二逆变器的输出电流的第二电流检测器检测出的第二检测电流的差量，控制所述第一变换器和所述第二变换器中的任一方的直流输出电压，而抑制在所述第一逆变器与所述第二逆变器之间流动的横流。
2.根据权利要求1所述的电力变换系统，其特征在于，
还具备：
控制所述第一变换器的第一控制部；
控制所述第二变换器的第二控制部；以及
差电流控制部，根据所述第一检测电流与所述第二检测电流的差量，向所述第一控制部输出所述差量成为最小的校正信号，
所述第二控制部进行控制，以使所述第二变换器的直流输出电压成为规定的直流电压基准，
所述第一控制部进行控制，以使所述第一变换器的直流输出电压成为将所述规定的直流电压基准利用所述校正信号进行校正后的值。
3.根据权利要求1所述的电力变换系统，其特征在于，
还具备：
控制所述第一变换器的第一控制部；
控制所述第二变换器的第二控制部；以及
差电流控制部，根据所述第一检测电流与所述第二检测电流的差量，向所述第一控制部输出所述差量成为最小的校正信号，
所述第二控制部进行控制，以使所述第二变换器的直流输出电压成为规定的直流电压基准，
所述第一控制部进行控制，以使将所述第一变换器的直流输出电压的反馈利用所述校正信号进行校正后的值成为所述规定的直流电压基准。
4.根据权利要求2或3所述的电力变换系统，其特征在于，所述第一控制部和所述第二控制部中的至少一个进行无功电流控制，
将在所述第一变换器或所述第二变换器中流动的无功电流控制作为局部回路，进行所述第一变换器或所述第二变换器的直流输出电压控制。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的电力变换系统，其特征在于，
具备多组由所述第一电力变换装置和所述第二电力变换装置构成的组，将多组所述逆变器的输出进行合成来驱动所述交流电动机。
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