CN1188343A - 功率转换系统 - Google Patents

Abstract

一种功率转换系统,包括:多个转换变换器,其交流侧绕组相互串联以连接到一个交流电力系统;多个串联连接的电压源型自换向转换器,用于将交流功率转换成DC功率或者将DC功率转换成交流功率,各个所述电压源型自换向转换器分别与所述转换变换器的DC侧绕组之一相连;多个直流电压源,所述电压源型自换向转换器的各个DC输出侧分别与所述直流电压源之一相连;以及,一个控制系统,用于控制所述电压源型自换向转换器。

Description

功率转换系统

本发明涉及一种功率转换系统，且更具体地说是涉及一种由多路复用配置的电压源型自换向转换器构成的功率转换系统和当这些电压源型自换向转换器被用于诸如直流传输系统、燃料电池、电池能量存储系统、以及无功功率补偿系统的系统时这些电压源型自换向转换器的控制系统。

以下结合图14和15，描述由传统的多路复用配置的电压源型自换向转换器构成的功率转换系统以及这些电压源型自换向转换器的控制系统。在图14中，1是一个交流系统，2是用于测量交流系统1的交流系统电压的变压器，3是一个变流器，且4A、4B是用于连接电压源型自换向转换器5A、5B和交流系统1的转换变换器。6是由直流电容器、电池等组成的一个直流电源；7是一个直流电压检测器；且8是一个有功/无功功率检测器，用于通过输入变压器2和变流器3的检测值，来检测从转换器5A、5B输出的有功和无功功率；9是一个直流电压控制器，用于输入一个直流电压基准值51与由直流电压检测器7检测到的一个直流电压检测值52之间的差，并控制该DC电压以使该差为零。10是一个无功功率控制器，用于输入一个无功功率基准值53与由有功/无功功率检测器8检测到的一个无功功率检测值54之差，并控制该无功功率以使该差为零。11是一个交流电流控制器，用于通过输入直流电压控制器9的输出、无功功率控制器10的输出、由变流器3检测到的交流电流检测值55以及变压器2检测到的交流电压检测值56，而把交流电流控制到一个基准值。12是一个脉宽调制电路，用于根据交流电流控制器11的输出来确定构成各个自换向转换器5A、5B的自关断器件的脉冲形式。

在图15中，13A-13L是自关断器件，诸如栅极关断可控硅(以下称为GTO)，且14A-14L是二极管。另外，1A、1B和1C分别表示交流系统1的A相、B相和C相。与交流系统1相连的电压源型自换向转换器5A、5B的有功/无功功率的控制原理，公布在标题为《半导体功率转换电路》(“Semiconductor Power Conversion Circuit”)(由日本电气工程师研究院(The Institute of Electrical Engineers of Japan)出版，P.215-220)的出版物等之中，且在此省略了对其的详细描述。另外，实现恒定电流控制电路的方法和原理被公布在日本专利公开(Kokai)No.Hei1-77110中，因而在此省略了对其的详细描述。

在图15中，转换变换器4A、4B的交流系统侧绕组是串联的，其DC侧绕组分别与各个转换器5A、5B相连，且电压源型自换向转换器5A、5B的DC输出端彼此并联。在此配置中，关于交流系统的输出电压，转换器5A和5B的输出通过转换变换器4A、4B的交流绕组而相加，且其高次谐波被消掉了。另外，由于转换变换器4A、4B的交流绕组串联，转换器5A、5B的电流值是相同的。另外，由于转换器5A、5B的DC侧是并联的，转换器5A、5B的DC电压变得相等。在图14所示的配置中，交流系统输出电压中较高的谐波被转换器5A、5B所减小，且在转换器5A、5B之间不产生未平衡的电流和电压。

图14所示的传统电压源型自换向转换器的多路复用配置，当考虑将其应用于诸如DC传输系统以长距离地传输DC电力时，具有以下的问题。即，由于转换器的DC输出端是并联的，如果转换器的数目增大以获得大的容量则DC电流也相应增大。在直流传输系统的情况下，DC线路很长，且DC传输线路的电阻很大。如果DC电流增大，则DC传输线路的电阻造成的功率损耗与DC电流的平方成正比地增大，且系统的效率下降。因此，当把传统的功率转换系统应用于诸如直流传输系统时，在增大系统容量的情况下，从减小损耗的角度看，最好是增大DC电压而不是增大DC电流。

作为增大DC电压的一种方法，也可以考虑增大转换器的额定DC电压，从而使额定的DC电流减小。然而，在具有大容量的自换向转换器的情况下，由于从减小切换损耗的角度看不能增大转换器的切换频率，转换器的多路复用对于减小高次谐波变得不可缺少。

如上所述，为了代替传统的使转换器的DC侧并联的多路复用配置，需要一种功率转换系统及其控制系统，该系统具有转换器的多路复用配置且不增大DC电流。

因此，本发明的一个目的，是提供一种功率转换系统—它由多路复用配置中的电压源型自换向转换器构成，以及这些电压源型自换向转换器的一个控制系统，该控制系统不增大这些电压源型自换向转换器的DC电流。

本发明的这些和其他的目的，能够通过提供包括多个转换变换器的功率转换系统而实现。这些转换变换器的交流侧绕组被串联连接，以连接到一个交流电力系统。该功率转换系统进一步包括多个串联连接的电压源型自换向转换器，用于将交流功率转换成DC功率或将DC功率转换成交流功率。每一个电压源型自换向转换器分别与转换变换器的DC侧绕组之一相连。功率转换系统进一步包括多个直流电源。电压源型自换向转换器的各个DC输出侧分别与这些直流电源之一相连。该功率转换系统进一步包括一个控制系统，该控制系统用于控制这些电压源型自换向转换器，使电压源型自换向转换器的各个DC电压分别跟随这些电压源型自换向转换器的直流电压基准值之一。

根据本发明的一个方面，提供了一种功率转换系统，它包括多个转换变换器。转换变换器的交流侧绕组串联连接，以与一个交流电力系统相连接。该功率转换系统进一步包括多个串联连接的电压源型自换向转换器，用于将交流功率转换成DC功率或把DC功率转换成交流功率。各个电压源型自换向转换器分别与转换变换器的DC侧绕组之一相连。该功率转换器进一步包括多个直流电源。电压源型自换向转换器的各个DC输出侧分别与直流电源之一相连。该功率转换器进一步包括与串联连接的电压源型自换向转换器相并联的一个直流电源，以及一个控制系统—该控制系统用于控制电压源型自换向转换器，使除了一个电压源型自换向转换器以外的电压源型自换向转换器的各个DC电压分别跟随电压源型自换向转换器的直流电压基准值之一。

根据本发明的另一个方面，提供了一种功率转换系统，它包括多个转换变换器。这些转换变换器的交流侧绕组串联连接，以连接到一个交流电力系统。该功率转换系统进一步包括多个串联连接的电压源型自换向转换器，用于将交流功率转换成DC功率或将DC功率转换成交流功率。各个电压源型自换向转换器分别与转换变换器的DC侧绕组之一相连。该功率转换系统进一步包括多个直流电源。电压源型自换向转换器的各个DC输出侧分别与直流电源之一相连。该功率转换系统进一步包括用于检测功率转换系统的DC电压的直流电压检测器，以及一个控制系统，该控制系统用于控制电压源型自换向转换器，使除了一个电压源型自换向转换器之外的电压源型自换向转换器的各个DC电压分别跟随电压源型自换向转换器的直流电压基准值之一，且功率转换系统的DC电压跟随该功率转换系统的一个直流电压基准值。

从以下结合附图的详细描述，可以容易地获得对本发明及其优点的的更为完整的理解。

图1显示了根据本发明的实施例的功率转换系统的结构。

图2显示了根据本发明的第一实施例的一种修正的功率转换系统的结构。

图3显示了根据本发明的第二实施例的功率转换系统的结构。

图4显示了根据本发明的第三实施例的功率转换系统的结构。

图5显示了根据本发明的第四实施例的功率转换系统的结构。

图6显示了根据本发明的第五实施例的功率转换系统的结构。

图7显示了根据本发明的第五实施例的一种修正的功率转换系统的结构。

图8显示了根据本发明的第六实施例的功率转换系统的结构。

图9显示了根据本发明的第六实施例的一种修正的功率转换系统的结构

图10显示了根据本发明的第七实施例的功率转换系统的一部分的结构。

图11显示了根据本发明的第八实施例的功率转换系统的一部分的结构。

图12显示了根据本发明的第九实施例的功率转换系统的一部分的结构。

图13显示了根据本发明的第十实施例的功率转换系统的一部分的结构。

图14显示了传统的功率转换系统的一个例子的结构。

图15显示了图14所示的传统功率转换系统的一部分的一个例子的结构。

以下结合附图来描述本发明的实施例，其中在附图中相同的标号表示相同或对应的部分。

图1显示了根据本发明的第一实施例的功率转换系统。在图1中，与图14和15中相同的部分用相同的标号表示，并省略了对这些部分的描述。

在图1中，电压源型自换向转换器5A、5B与诸如DC电容器6A、6B的直流电源相连，自换向转换器5A的DC输出端的负端与自换向转换器5B的DC输出端的正端相连，因而自换向转换器5A和5B串联连接。

在上述的配置中，可以提供一种功率转换系统，它与具有相同容量但DC侧彼此并联的单位转换器(转换器5A、5B)的传统多路复用配置相比，DC电压为2倍且DC电流为1/2倍。

在如图1所示的多路复用配置中，对于交流系统输出电压，转换器5A和5B的输出通过转换变换器4A、4B的交流绕组而相加，且高次谐波因而被消除。另外，由于转换变换器4A、4B的交流绕组串联，使转换器5A、5B的电流值变得相等。然而，由于转换器5A、5B的DC侧串联，转换器5A、5B的DC电压，由于诸如信号传输中的延迟、切换的变化、主要电路常数(诸如DC电容6A、6B)的变化等因素，而可能是不平衡的。

所以，在图1中，通过把直流电压检测器7A检测到的转换器5A的DC电压与直流电压基准51A之差输入到直流电压控制器9A中，转换器5A的DC电压得到了控制，从而使它变成符合转换器5A的直流电压基准51A。类似地，通过把直流电压检测器7B检测到的转换器5B的DC电压输入直流电压控制器9B，转换器5B的DC电压得到控制，从而使其变成符合转换器5B的直流电压基准51B。

由于无功功率不直接与DC电压相关，电路在无功功率方面可与图14所示的传统多路复用配置中的相同。

每一个转换器都带有一个交流电流控制器。在图1中，转换变换器4A的DC绕组侧的电流由转换变换器3A检测，用作交流电流检测值55A，并由一个交流电流控制器11A通过输入来自变压器2的一个交流电压检测值56来进行控制，从而使交流电流检测值55A变成与来自直流电压控制器9A和无功功率控制器10的指令值一致。类似地，在转换变换器4B的DC绕组侧处的电流由变流器3B检测，用作交流电流检测值55B，并由一个交流电流控制器11通过输入交流电压检测值56而进行控制，从而使交流电流检测值55B与来自直流电压控制器9B和无功功率控制器10的指令值相一致。脉宽调制电路12A、12B分别根据交流电流控制器11A、11B的输出来决定构成各个自换向转换器5A、5B的自关断器件的脉冲图案。

在图1所示的多路复用配置中，如果直流电压检测器7A检测到的转换器5A的DC电压高于直流电压基准51A，则直流电压控制器9A输出降低转换器5A的DC电压的一个电流指令，且交流电流控制器11A控制转换器5A的输出电压指令值以使其跟随电流指令值。其结果，转换器5A的DC电压变得与直流电压基准51A一致。类似地，使转换器5B的DC电压与直流电压基准51B相一致。因此，解决了两个转换器5A、5B之间的电压不平衡问题。

图2显示了图1所示的第一实施例的一个修正。与图1、14和15中相同的部件被用相同的标号表示，并省略了对它们的描述。15是一个有功功率控制器，它通过输入一个有功功率基准值57与有功/无功功率检测器8检测到的一个有功功率检测值58之间的差，来控制有功功率，从而使该差为零。

在图2中，提供了交流电流控制器11，而不是图1中的交流电流控制器11A、11B。在图2中，交流电流由交流电流控制器11通过控制变流器3检测到的交流系统电流55而得到控制。交流电流控制器11通过输入交流电压检测值56而控制交流系统电流55，从而使它与有功功率控制器15输出的有功电流脂令值59和无功功率控制器10输出的一个无功电流指令值60相一致。此时，转换器5A的直流电压控制器9A的输出61A和转换器5B的直流电压控制器9B的输出61B也分别被输入到交流电流控制器11，以校正交流电流控制器11至脉宽调制电路12A、12B的输出，从而解决两个转换器5A、5B之间的电压不平衡的问题。

在图2中，由于两个转换器5A、5B的DC电压是通过由一个交流电流控制器11来控制交流系统电流和校正输出到脉宽调制电路12A的输出电压指令值而得到调节的，因而在交流电流控制系统与DC电压控制系统之间没有干扰，且功率转换系统能够得到稳定的控制。

图3显示了根据本发明的第二实施例的功率转换系统。在图3中，已经在图1、2、14、15中显示的部件用相同的标号表示，并省略了对它们的描述。16是诸如燃料电池、二次电池、电压源型转换器等的大容量直流电源。在图3中，包括自换向转换器5A、5B的DC电压的整个DC电压值，都是由这种大容量直流电源16确定的。即使当各个转换器5A、5B具有DC电压基准值并尝试控制其DC电压时，如果各个DC电压基准之和与大容量直流电源16的输出电压不一致，则各个转换器5A、5B也不能控制其DC电压，且直流电压控制器因而饱和。所以，如图3所示，一个自换向转换器5B不控制其DC电压，且另一自换向转换器5A控制其DC电压，从而使直流电压检测器7A检测到的转换器5A的DC电压变得与直流电压基准51A一致。当DC电压如图3所示地受到控制时，由于其DC电压主要由大容量直流电源16的电压减去转换器5A的DC电压的值确定，转换器5B不需要控制其DC电压。其结果，直流电压控制器9A不饱和，且可以控制所希望的有功功率。

虽然图3中所描述的功率转换系统采用了两个转换器，但在其中两个以上的转换器相串联的多路复用配置中，当除了一个转换器之外的各个其余转换器控制其DC电压从而使之与各个转换器的DC电压基准一致时，功率转换系统能够在不扩大转换器之间的不平衡DC电压和不使直流电压控制器饱和的情况下得到稳定的控制。

图4显示了根据本发明的第三实施例的功率转换系统。在图4中，与在已经描述的附图中相同的部件被用相同的标号表示，且在此省略了对它们的描述。7是一个直流电压检测器，用于检测大容量直流电源16的DC电压，且17A、17B是运算放大器，用于分别以固定的倍数KA、KB来放大直流电压检测器7所检测的DC电压。诸如燃料电池、二次电池等等的大容量直流电源16的输出DC电压，按照电池的放电状态和DC电流值，而通常有约±(20-30)％的涨落。

在图4所示的配置中，转换器5A、5B的DC电压基准51A、51B是不固定的，且通过把DC电压放大固定倍数KA、KB而获得的值分别被用作转换器5A、5B的直流电压基准51A、51B，且转换器5A、5B分别控制它们的输出电压以使之分别跟随直流电压基准51A、51B。其结果，即使当大容量直流电源16的DC电压涨落时，也不会产生转换器5A、5B的DC电压之间的不平衡。

另外，用于直流电压基准51A、51B的固定倍数KA、KB是如此确定的：使得所有转换器5A、5B的倍数KA、KB之和为1。虽然图4中描述的功率转换系统采用了两个转换器，但在两个以上转换器相串联的多路复用配置中，如果各个转换器的DC电压基准是通过将检测到的DC电压值乘上一个固定因子而确定的，且各个转换器的DC电压得到控制从而跟随DC电压基准，则即使当诸如燃料电池、二次电池等等的大容量直流电源的电压涨落时，功率转换系统也能够在转换器之间不产生不平衡DC电压的情况下运行。

图5显示了根据本发明的第四实施例的功率转换系统。在图5中，与已经说明的附图中相同的部件被用相同的标号表示，且省略了对它们的描述。在图5中，DC电压控制是对转换器5A而不是对转换器5B进行的，这与图3所示的实施例中相同。

在图5中，包括自换向转换器5A和5B的DC电压的整个DC电压值，是由大容量直流电源16确定的。由于直流电压基准51A是通过将直流电压检测器7检测到的DC电压乘以固定因子KA而得到的，所有转换器5A、5B的DC电压之和不会不同于大容量直流电源16的输出电压。

然而，如果存在转换器的直流电压检测器的误差等，则这些误差得到聚积且DC控制器可能饱和。因此，在图5所示的实施例中，一个自换向转换器5B只进行有功功率控制而不执行直流电压控制。另一个自换向转换器5A控制其DC电压，从而使直流电压检测器7A检测到的DC电压与通过将整个DC电压检测值乘以固定因子KA而得到的直流电压基准51A相一致。

当功率转换系统如图5所示地得到控制时，转换器5B的DC电压主要由大容量直流电源16的电压减转换器5A的DC电压来确定。因此，即使当检测器有误差时，控制器也不饱和，且功率转换系统能够得到稳定的控制。

另外，虽然在图5中采用了两个转换器，但在其中两个以上的转换器串联连接的多路复用配置中，如果DC电压得到控制而使除了一个转换器以外的各个转换器的DC电压与各个转换器的DC电压基准—它是通过将整个DC电压基准乘以一个固定因子而确定的一相一致，则即使在大容量直流电源16的DC电压涨落时，功率转换系统也能够被稳定地控制，而不扩大转换器之间的不平衡DC电压和不产生直流电压控制器的饱和。

图6显示了根据本发明的第五实施例的功率转换系统。在图6中与已经描述的附图中相同的部件被用相同的标号表示，并省略了对它们的描述。在图6中，转换器5A、5B的相加的输出的DC电压，即功率转换系统的DC输出电压，由直流电压检测器7检测。功率转换系统的DC电压由直流电压控制器9控制，从而使直流电压检测器7检测的DC电压与功率转换系统的直流电压基准51相一致。

另一方面，转换器5A、5B的DC电压由直流电压控制器9A、9B控制，使它们分别与直流电压基准51A、51B一致。在这种配置中，直流电压控制器9用于控制整个DC电压，且当另一功率转换系统经过一条DC总线而与该功率转换系统相连并要求把整个DC电压保持在恒定电平时，整个DC电压容易得到控制。

图7显示了图6所示的第五实施例的一个修正。在图7中，与已经描述的附图中相同的部件被用相同的标号表示，并省略对它们的描述。在图7中，通过使直流电压检测器7检测的整个DC电压乘以固定倍数KA、KB而获得的值分别被用作转换器5A、5B的直流电压基准51A、51B。在图7中显示的配置中，即使当整个DC电压由于系统故障、干扰等等而发生瞬态涨落时，转换器5A、5B的DC电压控制系统也分别控制着它们的电压，从而使整个DC电压保持平衡。因此，能够防止过电压被加到转换器5A、5B中的任何一个上。

以下结合图6进一步描述本实施例的操作。在图6中，提供了三个直流电压控制器：直流电压控制器9，用于控制功率转换系统的整个DC电压；直流电压控制器9A，用于控制转换器5A的DC电压；以及，直流电压控制器9B，用于控制转换器5B的DC电压。

另一方面，对于DC电压，转换器5A的DC电压和转换器5B的DC电压分别是独立的，同时功率转换系统的整个DC电压主要是通过将转换器5A的DC电压加到转换器5B的DC电压上而确定的。因此，有三个控制器被用于两个独立变量，且如果它们被给予相同的响应速度，DC电压就不能得到稳定的控制。

所以，在直流电压控制器9中整个DC电压以较低的速度得到控制。至于转换器5A、5B的DC电压，为了使转换器5A、5B之间的DC电压平衡，它们分别在直流电压控制器9A、9B中得到了高速控制。因此，诸DC电压能够通过分别改变三个直流电压控制器9、9A、9B的响应而得到稳定控制。

虽然采用两个转换器的配置说明了图6和图7，在采用两个以上转换器的多路复用配置的情况下，当提供了用于各个转换器的整个DC电压控制器和直流电压控制器时，也可以获得相同的效果。

图8显示了根据本发明的第六实施例的功率转换系统。在图7中，与在已经描述的附图中相同的部件被用相同的标号表示，且省略了对它们的描述。

在图8中，加有转换器5A、5B的输出的整个DC电压，即功率转换系统的DC输出电压，由直流电压检测器7检测。由直流电压检测器7检测的功率转换系统的DC电压受到直流电压控制器9的控制，从而使它变得与功率转换系统的直流电压基准51相一致。另一方面，转换器5A的DC电压受到直流电压控制器9A的控制，从而使它变得与直流电压基准51A相一致。

在这种配置下，提供了直流电压控制器9以控制整个DC电压，且当另一功率转换系统经过一条DC总线与本功率转换系统相连时，整个DC电压容易得到控制，且需要把整个DC电压保持在一个恒定电平。另外，由于转换器5B的DC电压没有被控制，直流电压控制器9对于整个DC电压的响应能够与转换器5A的直流电压控制器9A的DC电压响应相独立地得到确定。因此，这种配置特别适合于系统要求快速控制整个DC电压的情况。

图9显示了图8所示的第六实施例的一种修正。在图9中，与已经说明的附图中相同的部件被用相同的标号表示，并省略了对它们的描述。在图9中，通过用直流电压检测器7检测到的整个DC电压乘以一个固定因子KA而获得的一个值，被用作转换器5A的直流电压基准51A。

在图9所示的配置中，即使当整个DC电压由于系统故障、干扰等而发生瞬态涨落时，转换器5A的DC电压控制系统也控制着其DC电压，从而获得相对于整个DC电压的平衡。因此，能够防止过电压被加到转换器5A、5B的任何一个上。

虽然图8和图9是利用两个转换器的配置说明的，但在两个以上的转换器的多路复用配置的情况下，当提供了整个DC电压控制器和除了一个转换器以外的各个转换器的直流电压控制器时，也可以获得相同的效果。

图10显示了本发明的第七实施例的功率转换系统的一部分。图10显示了图9所示的交流电流控制器11的结构的一个例子。在图10中，18是一个相位检测器，用于从交流系统电压检测值56检测交流系统电压的相位。19A是一个坐标转换器，用于从相位检测器18检测到的交流系统电压相位检测值62和交流系统电压检测值56，将该交流系统电压变换成正交双轴分量；且19B是一个坐标转换器，用于利用交流系统电压相位检测值62将交流电流检测值55转换成一个交流电流分量63和一个无功电流分量64。19C是一个坐标转换器，用于计算将要给予转换器5A的脉宽调制电路12A的输出电压指令值；且19D是一个坐标转换器，用于计算将要给予转换器5B的脉宽调制电路12B的输出电压指令值。

11-1是一个交流电流控制器，用于通过输入一个由图9显示的直流电压控制器9输出的有功电流指令值59与一个由交流电流检测值55的坐标转换而获得的有功电流分量63之差，来控制交流电流，并使该差为零。11-2是一个交流电流控制器，用于通过输入一个由图9显示的无功功率控制器10输出的无功电流指令值60与一个由交流电流检测值55的坐标转换而获得的无功电流分量64之差，而控制交流电流，并使该差为零。

关于图10所示的交流电流控制器11的操作，有一种通过坐标转换将三相交流电压和电流转换成直流量并控制它们的方法，它作为电压源型自换向转换器的一种交流电流控制方法，是众所周知的一种方法，因而在此省略了对它的描述。

图10中显示的一种有功电流校正值61A，是直流电压控制器9A的输出，其中该控制器9A进行操作以根据通过在运算放大器17A中使总直流电压检测值52乘上固定因子KA而获得的值来控制转换器5A的直流电压检测值52A，以平衡转换器5A和5B之间的DC电压。在坐标转换之前的、被输入坐标转换器19C的、用于转换器5A的输出电压指令值，借助有功电流校正值61A进行校正。

在图10所示的配置中，由于转换器5A的输出电压指令值，是在在独立地控制交流系统电流的有功电流分量和无功电流分量之后借助DC电压控制系统在坐标转换之前校正的，所以图9中显示的交流电流控制器11和直流电压控制器9A能够在它们之间的干扰较小的情况下得到控制。

图11显示了根据本发明的第八实施例的功率转换系统的一部分。在图11中，显示了已经在图7中说明的电流控制器11的结构的一个例子。在图11中，与已经在图10中描述的部件相同的部件被用相同的标号表示，并省略了对它们的描述。在图11中，交流电流受到交流电流控制器11-1的控制，从而使图7显示的功率转换系统的直流电压控制器9输出的有功电流指令值59变得与有功电流分量63相一致。另外，交流电流由交流电流控制器11-2控制，从而使图7显示的无功功率控制器10输出的无功电流指令值60变得与无功电流分量64相一致。用于各个转换器5A、5B的输出电压指令值，在进行坐标转换之前，分别借助电压控制器9A输出的有功电流校正值61而得到了校正以控制转换器5A的DC电压和借助直流电压控制器9B输出的有功电流校正值61B而得到控制以控制转换器5B的DC电压。

在图11显示的配置中，由于转换器5A、5B的输出电压指令值，在独立控制交流系统电流的有功电流分量和无功电流分量之后，在DC电压系统进行的坐标转换之前得到了校正，所以图7所示的交流电流控制器11和直流电压控制器9A、9B能够在它们之间的干扰较小的情况下得到控制。

虽然图10和11是利用两个转换器的配置说明的，但在两个以上转换器的多路复用配置下，通过借助各个转换器的直流电压控制器的输出来校正各个转换器的输出电压指令值，也能够获得相同的效果。

另外，图10和11所示的校正方法分别是相对于图9和图7中显示的功率转换系统说明的。类似的校正方法也适用于图2、3、4、5、6和8显示的功率转换系统。

图12显示了根据本发明的第九实施例的功率转换系统的一部分。图12显示了已经在图9中说明的电流控制器11的结构的一个例子。在图12中，与已经在附图中说明的相同的部件被用相同的标号表示，并省略了对它们的描述。在图12中，20是是用于判定有功电流分量63的极性的极性判定装置，21是一个开关—它由极性判定装置20的输出切换，且22是用于切换有功电流校正值61A的极性的倒相器。

在图9中，由于转换变换器4A、4B的交流侧绕组是串联连接的，转换器5A、5B的输出电流的波形变得相同，除非在转换变换器4A、4B中有直流磁化等等。因此，当转换器5A、5B的DC电容器6A、6B的DC电压不平衡且所希望的是通过改变转换器5A、5B的有功功率来调节不平衡的DC电压时，就需要分别改变转换器5A、5B的电压波形。

一般地，如果电流波形是相同的，则有功功率能够通过分别改变输出电压的幅度而得到改变。这里，电流的方向、输出电压的幅度和直流电容的电压之间的关系得到了考虑。

现在，假定从交流系统至转换器的电流方向为向前的方向。当作为整流器运行时，转换器输出电流和转换器输出电压具有相同极性的波形。当输出电压的幅度增大时，沿着整流器方向的有功功率增大，且当输出电压的幅度减小时，沿着整流器方向的有功功率减小。

当考虑直流电容的DC电压时，带有较低DC电压直流电容器的一个转换器，通过使其输出电压的幅度增大，而增大了沿着整流器方向的有功功率，从而更多地对直流电容器充电。带有较高DC电压的直流电容器的一个转换器，通过减小输出电压的幅度，而减小了沿着整流器方向的有功功率，从而抑制了直流电容器的充电。

以下考虑倒相器的操作。在倒相器操作中，转换器输出电流和转换器输出电压具有相反极性的波形。当输出电压的幅度增大时，沿着倒相器方向的有功功率增大，且当输出电压的幅度减小时，沿着倒相器方向的有功功率减小。

当考虑直流电容器的DC电压时，带有较低DC电压的直流电容器的转换器，通过减小其输出电压的幅度，减小了沿着倒相器方向的有功功率，并因而减小了直流电容器的放电。带有具有较高DC电压的直流电容器的转换器，通过增大其DC电压的幅度，增大了沿着倒相器方向的有功功率，从而增大了直流电容器的放电。

直流电容器的DC电压的幅度与整流器中的输出电压的幅度和倒相器操作之间的关系在下表中得到了概括。

(表)

	在整流器操作中	在倒相器操作中
			DC电容器电压：高	输出电压辐度：低	输出电压辐度：高
DC电容器电压：低	输出电压辐度：高	输出电压辐度：低

一般地，在整流器操作中有功电流从交流系统流向转换器，而在倒相器操作中，有功电流从转换器流向交流系统。

从表中可见，需要根据有功电流的方向来改变输出电压的幅度的校正极性。

在图12中，有功电流分量63的极性由极性判定装置20判定。开关21由极性判定装置20的输出切换。其结果，校正方向通过改变由倒相器22倒相的倒相有功电流校正值61AA和没有被倒相的有功电流校正值61A而得到改变。在图12所示的配置中，即使当有功电流的方向改变时，也可以通过在坐标转换之前适当校正输出电压指令值，在使直流电容器电压平衡的同时，使功率转换系统连续地运行。

图13显示了根据本发明的第十实施例的功率转换系统的一部分。图13显示了已经在图7中说明的电流控制器11的结构的一个例子。在图13中，与已经在附图中说明的部件相同的部件被用相同的标号表示，并省略了对它们的描述。在图13中，20是用于判定有功电流分量63的极性的极性判定装置。21A、21B是由极性判定装置20的输出切换的开关，且22A、22B分别是用于切换有功电流校正值61A、61B的极性的倒相器。在图13显示的配置中，与图12中显示的实施例类似，即使当有功电流的方向改变时，也可以通过在坐标转换之前适当校正输出电压指令值，在使直流电容电压平衡的同时，使功率转换系统连续地运行。

虽然图12和13是利用两个转换器的配置进行说明的，但在两个以上转换器的多路复用配置的情况下，当各个转换器的直流电压控制器的校正值的极性是根据有功电流分量的极性而得到切换时，可以获得相同的效果。

另外，图12和13中显示的校正方法分别是相对于图9和7中显示的功率转换系统而说明的。类似的校正方法也可以应用于图2、3、4、5、6和8中的功率转换系统。

在上述实施例中，直流电压控制是通过采用直流电容器作为直流电源而进行的。如果假定采用例如燃料电池、电池等等作为直流电源，则通过用控制由有功/无功功率检测器8检测的有功功率的有功功率控制器来代替直流电压控制器，本发明也能够应用于这种功率转换系统。

另外，虽然无功功率控制器10被用在上述实施例中，但无功功率控制器10也可用控制交流系统1的交流电压的交流电压控制器来代替。

另外，本发明还应用于一种功率转换系统，其中在前述实施例中描述的电压源型自换向转换器可由三个单相桥单元组成—这些单元是由自关断器件和二极管而不是由图15中显示的三相电压源型自换向转换器组成。

如上所述，根据本发明，由于即使在功率转换系统的容量与带有并联转换器的多路复用配置相同时也可以增大DC电压和减小DC电流，所以即使对于在长距离直流传输中其直流线路电阻增大的系统，也能够提供能够减小功率损耗的经济功率转换系统。

显然，在上述技术的教导下，可以实施本发明的众多修正和变形。因而应该理解的是，在所附权利要求书的范围之内，可以以不同于在此具体描述的方式实施本发明。

Claims (10)

1.一种功率转换系统，包括：

多个转换变换器；

上述转换变换器的交流侧绕组，它们使串联以连接到一个交流电力系统；

多个串联连接的电压源型自换向转换器，用于将交流功率转换成DC功率或者将DC功率转换成交流功率；

所述各个电压源型自换向转换器分别与所述转换变换器的DC侧绕组之一相连；

多个直流电压源；

所述电压源型自换向转换器的各个DC输出侧分别与所述直流电压源之一相连；以及

控制装置，用于控制所述电压源型自换向转换器，使所述电压源型自换向转换器的各个DC电压分别跟随所述电压源型自换向转换器的直流电压基准值之一。

2.一种功率转换系统，包括：

多个转换变换器；

上述转换变换器的交流侧绕组，它们被串联以连接到一个交流电力系统；

多个串联连接的电压源型自换向转换器，用于将交流功率转换成DC功率或者将DC功率转换成交流功率；

所述各个电压源型自换向转换器分别与所述转换变换器的DC侧绕组之一相连；

多个直流电压源；

所述电压源型自换向转换器的各个DC输出侧分别与所述直流电压源之一相连；

一个与所述串联连接电压源型自换向转换器相并联的直流电压源；以及

控制装置，用于控制所述电压源型自换向转换器，使除了所述电压源型自换向转换器之一以外的所述电压源型自换向转换器的各个DC电压分别跟随所述电压源型自换向转换器的直流电压基准值之一。

3.根据权利要求1所述的功率转换系统，进一步包括：

一个与所述串联连接电压源型自换向转换器相并联的直流电压源；以及

一个直流电压检测器，用于检测所述功率转换系统的DC电压；

其中所述控制装置进一步包括确定装置，该确定装置根据所述功率转换系统的所述DC电压来确定所述电压源型自换向转换器的所述直流电压基准值，从而使用于所述电压源型自换向转换器的各个所述直流电压基准值分别以一个预定的比值分享所述功率转换系统的所述DC电压。

4.根据权利要求2所述的功率转换系统，进一步包括：

一个直流电压检测器，用于检测所述功率转换系统的DC电压；

其中所述控制装置包括确定装置，该确定装置根据所述功率转换系统的所述DC电压来确定除了一个所述电压源型自换向转换器之外的所述电压源型自换向转换器的所述直流电压基准值，从而使除了一个所述电压源型自换向转换器之外的各个所述电压源型自换向转换器的所述直流电压基准值分别以一个预定的比值分享所述功率转换系统的所述DC电压。

5.根据权利要求1所述的功率转换系统，进一步包括：

一个直流电压检测器，用于检测所述功率转换系统的DC电压；

其中所述控制装置进一步包括用于控制所述电压源型自换向转换器从而使所述功率转换系统的所述DC电压跟随所述功率转换系统的一个直流电压基准值的装置。

6.根据权利要求5所述的功率转换系统，

其中所述控制装置进一步包括确定装置，该确定装置根据所述功率转换系统的所述DC电压来确定所述电压源型自换向转换器的所述直流电压基准值，从而使用于所述电压源型自换向转换器的各个所述直流电压基准值分别以一个预定的比值分享所述功率转换系统的所述DC电压。

7.根据权利要求6所述的功率转换系统，其中：

在所述控制装置中，对所述电压源型自换向转换器的直流电压控制的响应被确定得比对所述功率转换系统的直流电压控制的响应快。

8.一种功率转换系统，包括：

多个转换变换器；

一些所述转换变换器的交流侧绕组，它们被串联以连接到一个交流电力系统；

多个串联连接的电压源型自换向转换器，用于将交流功率转换成DC功率或者将DC功率转换成交流功率；

所述各个电压源型自换向转换器分别与所述转换变换器的DC侧绕组之一相连；

多个直流电压源；

所述电压源型自换向转换器的各个DC输出侧分别与所述直流电压源之一相连；

一个直流电压检测器，用于检测所述功率转换系统的DC电压；以及

控制装置，用于控制所述电压源型自换向转换器从，除了所述电压源型自换向转换器之一以外的所述电压源型自换向转换器的各个DC电压分别跟随所述电压源型自换向转换器的直流电压基准值之一，并使所述功率转换系统的所述DC电压跟随所述功率转换系统的一个直流电压基准值。

9.根据权利要求8所述的功率转换系统，

其中所述控制装置包括确定装置，该确定装置根据所述功率转换系统的所述DC电压来确定除了一个所述电压源型自换向转换器之外的所述电压源型自换向转换器的所述直流电压基准值，使除了一个所述电压源型自换向转换器之外的各个所述电压源型自换向转换器的所述直流电压基准值分别以一个预定的比值分享所述功率转换系统的所述DC电压。

10.根据权利要求9所述的功率转换系统，其中：

在所述控制装置中，对所述电压源型自换向转换器的直流电压控制的响应被确定得比对所述功率转换系统的直流电压控制的响应快。

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