CN1206233A

CN1206233A - 电力变换装置的控制装置

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Publication number: CN1206233A
Application number: CN98116606A
Authority: CN
Inventors: 森川竜一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1998-07-22
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: CA2243630C; CN1084955C; JPH1141814A; CA2243630A1; JP3583586B2; KR100326103B1; US6069469A; KR19990014077A

Abstract

本发明的电力变换装置的控制装置,其特征在于,包含一种手段,该手段在将变压器串联接于交流系统,并用逆变器将电压经该变压器串联接入所述交流系统时,求得该变压器阻抗产生的电压降,并控制所述逆变器的输出,以补偿该电压降。

Description

电力变换装置的控制装置

本发明涉及经与交流系统串联的变压器提供交流输出并改变该交流系统电压、电流或功率的电力变换装置的控制装置。

交流系统是一个巨大的电路网，其输电线可看作分布参数电路。该输电线越长，阻抗压降越大，电流相位延迟也越大，故可输送的电力减少。

为此，人们采用一种设有与已设交流系统串联的电压源的电力调整装置，改变该电压源加给交流系统的电压大小和相位，控制交流系统的有功和无功功率，以便按负载要求增强交流系统输送的电力。

图1为含有上述电力调整装置的交流系统的构成图。

该图将一般交流系统进行了简化，输电线2连接于输电端1，采用电压型逆变器3的电力调整装置4连接于该输电线2。

这里，输电端1的电压和相位为E₁、θ₁，受电端5的电压和相位为E₂、θ₂。

说明无电力调整装置4的情况。这时，馈给交流系统的电力P，按相位超前到滞后的方向输送，可用下式表示。δ为相差角。

P=(E₁·E₂／X)sinδ …(1)

δ=θ₁-θ₂，X为交流系统的阻抗

在无上述电力调整装置中的交流系统中，受电端5要求大的有功功率或迟后无功功率时，输电线2的电压降就加大。在上述式(1)中，若受电端5的电压E₂小，则延迟相位θ₂，加大相差角δ，以便维持输送电力。

然而，为了稳定供电，相差角δ必须在90°以内，实际上，需要相差角90°具有余量地进行运转，这意味着输送电力受到限制。

当在输电端1侧有负载而受电端5侧有发电设备的情况下，往往调整在连接输电端1与受电端5的输电线2上输送的电力，进行功率交换。此时在输电端1和受电端5的各个发电设备必须边调整电压和相位，取得协调，边工作，要想正确输送所需电力是极困难的。

但是，上述电力调整装置4具有调整交流系统的有功和无功功率的功能，即用逆变器3将直流电源6控制的直流电容器7的电压变换为交流，该交流电压经串联于输电线2的串联变换器8施加给输电线2，由此，与交流系统相互收授有功功率及无功功率。

下面作具体说明。若在以与受电端5的电压E₂同相位的坐标为d轴、90°超前相位为q轴的旋转坐标系上对受电端5的电压E₂及母线电流I_a进行变换后成为d、q轴电压E_2d、E_2q及d、q轴电流I_ad、I_aq，则q轴电压E_2q为零。此时受电端5的有功功率P与无功功率Q以下式表示。

P=E_2d·I_ad …(2)

Q=-E_2d·I_aq …(3)

从上述式(2)及(3)可见，有功功率P与d轴电流I_ad成正比，无功功率Q与q轴电流I_aq成正比，以便控制使交流系统的电压变化不那么大。总之，若控制母线电流，就能控制电流系统的有功功率P与无功功率Q。

交流系统的阻抗X几乎为电感分量，若调整电力调整装置4输出电压VC的d轴分量VC_d，就能控制母线电流的q轴电流I_aq，若调整输出电压VC的q轴分量VC_q，就能控制母线的d轴电流I_ad。

按照上述情况，功率检测部9检测输电线2所输送电力中的有功功率P和无功功率Q，并分别输出给有功功率控制部10、无功功率控制部11。

这些有功功率控制部10、无功功率控制部11由比例积分控制器等构成，输出串联补偿电压VC的d、q轴分量的指令值VC^* _d、VC^* _q，使功率检测部9检测到的有功功率P、无功功率Q分别接近指令值。

另一方面，相位信息检测部12检测母线电流I_a的相位信息，并将该相位信息输出给坐标逆变换部13。

该坐标逆变换器13用相位信息检测部12检测到的相位信息，对串联补偿电压VC的dq轴分量的指令值VC^* _d、VC^* _q进行与母线电流同步的交流逆变换，变换为逆变器3要输出的3相电压指令，并将该3相电压指令加给门控制部14。

该门控制部14根据坐标变换部13来的逆变器3的电压指令，对构成逆变器3的开关元件的栅极进行通／断控制。

串联变压器8存在阻抗，因而在串联补偿电压VC的d、q轴分量的指令值VC^* _d、VC^* _q与实际dq轴分量VC_d、VC_q之间存在误差，但可借助有功功率控制部10及无功功率控制部11的作用，仍可对交流系统的有功功率P和无功功率Q进行控制。

但是，为了充分控制交流系统中有功功率P或无功功率Q，需要容量非常大的电力调整装置。大容量的电力调整装置价格极高，同时用现有技术制作本身是困难的。

在连接于交流系统中的电力调整装置中，除了要求控制交流系统的有功功率P或无功功率Q外，还希望有交流系统晃动时进行稳定的功能。

这种稳定功能有可能要求电力调整装置的容量小于有效控制交流系统有功功率P或无功功率Q时所需容量。为此，需要以限定的电力调整装置容量控制使交流系统稳定的功能和交流系统中的有功功率P或无功功率Q。

若用容量相对于交流系统输电容量小的电力调整装置控制上述交流系统的有功功率P或无功功率Q，则可进行该控制的幅度范围非常小。在可进行该控制的范围内，要将交流系统的有功功率P或无功功率Q的指令授与电力调整装置是非常困难的。

为此，本发明的目的在于提供一种以有限的容量可高效稳定地调整有功功率或无功功率的电力变换装置的控制装置。

因此，本发明的目的是提供一种电力变换装置的控制装置，该装置以变压器连接于交流系统，经该变压器向交流系统提供逆变器的交流输出，并改变该交流系统的电压、电流或功率，其特征在于，

所述控制装置备有求出变压器阻抗引起的电压降，并控制逆变器输出，以补偿该电压降的反馈控制手段。

本发明的上述目的是通过提供一种电力变换装置的控制装置来实现的，该电力变换装置的控制装置中，馈控制手段包括：

从交流系统的母线电压或母线电流检测相位信息的相位信息检测手段；

根据交流系统的电流、变压器的阻抗，以及相位信息检测手段检测到的相位信息，求出变压器阻抗引起的电压降的阻抗压降补偿部；

输入对应于经变压器供给交流系统的电压中的与交流系统母线电压同相位的第一电压分量及对应于超前上述相位规定相位的第二电压分量的各指令电压，从这些指令电压减去由阻抗压降补偿部求得的电压降，并将减后所得值作为逆变器的电压指令加以输出的加法器；

根据相位信息检测手段检测到的相位信息将所述加法器输出的逆变器电压指令送回给交流系统各相，控制逆变器工作的逆变器控制手段。

本发明上述目的可通过提供一种电力变换装置的控制装置来实现，该电力变换装置的控制装置中，进一步包含：

对经变压器向交流系统提供的电压进行坐标变换，输出与交流系统母线电压同相位的第一电压分量及比该相位超前规定相位的第二电压分量的坐标变换部；

求出所述坐标变换部输出的第一及第二电压分量分别与其指令电压的偏差，将使这些偏差小的各电压作为各指令电压输送给加法器的电压控制部。

本发明上述目的还可通过提供一种电力变换装置的控制装置来实现，该电力变换装置的控制装置中，进一步包含：

将母线电流与预先设定的门限值进行比较，当母线电流小于门限值时将母线电压加给相位信息检测手段且当母线电流大于门限值时将母线电流加给相位信息检测手段的信号切换部。

检测母线电流振幅，根据该振幅的大小将母线电压或母线电流加给相位信息检测手段，且在振幅变化不偏离规定区域的情况下将与过去使用的信号同一种类的信号加给相位信息检测手段的信号切换部。

本发明上述目的还可通过提供一种电力变换装置的控制装置来实现，该电力变换装置的控制装置中，所述相位信息检测手段包含：

检测母线电压的相位信息的第一相位检测器；

检测母线电流的相位信息的第二相位检测器；

根据母线电流大小输出相位选择信号的相位选择部；

获得母线电压相位或母线电流相位至少与加给阻抗压降补偿部的相位信息的差或一阶延迟特性输出的滤波手段；

根据相位选择部输出的相位选择信号选择滤波手段输出的相位切换部。

根据经变压器向交流系统提供的电压中与交流系统母线电压同相位的第一电压分量和母线电压，运算出对应于第一电压分量相位超前规定相位的第二电压分量的各指令电压，并将这些指令电压加给电压控制部的第二电压分量运算部。

根据母线电流和母线电压的相位信息及变压器阻抗的指令，算出经变压器供给交流系统的电压中第一及第二电压分量，将这些第一及第二电压分量加给电压控制部的电压指令运算部。

下面结合附图对本发明进行详细描述，由此可获得对本发明更完整的理解和其众多的优点。

图1为含有已有技术电力调整装置的交流系统的构成图；

图2为表示本发明电力变换装置的控制装置的第一实施形态的构成图；

图3为表示本发明电力变换装置的控制装置的第二实施形态的构成图；

图4为表示本发明电力变换装置的控制装置的第三实施形态的构成图；

图5为表示本发明电力变换装置的控制装置的第四实施形态的构成图；

图6为表示本发明电力变换装置的控制装置的第五实施形态的构成图；

图7为表示适用于本发明电力变换装置的控制装置的相位信息检测手段的第六实施形态的构成图；

图8为表示本发明电力变换装置的控制装置的第七实施形态的构成图；

图9为以母线电压为基准描述串联变压器两母线电压和串联补偿电压VC的矢量图；

图10为表示本发明电力变换装置的控制装置的第八实施形态的构成图；

图11为表示含有电抗和电阻的阻抗的3相交流母线图。

(1)下面参看附图，尤其是图2来描述本发明一实施形态，在所有附图中，相同参考号表示相同或相应的部分。且与图1相同部分赋予同一参考号，并省略其详细说明。图2为电力变换装置的控制装置的结构图。

在该电力变换装置的控制装置中，备有求出串联变压器8的阻抗引起的电压降，并控制逆变器3输出，以补偿该电压降的反馈控制手段20。

也即，相位信息检测部21具有从交流系统(下面以输电线2进行说明)的母线电压E2检测相位信息Q的功能。

坐标变换部22的功能是，对通过与输电线2串联的变压器8串联接入的串联补偿电压VC进行3相坐标变换，并输出与输电线2母线电压E₂同相位的d轴分量VC_d(第一电压分量)和比该d轴分量VC_d相位超前90°的q轴分量VC_q(第二电压分量)。

电压控制部23的功能是，将坐标变换部22输出的串联这补偿电压VC的d轴分量VC_d及q轴分量VC_q与这些指令电压VC^* _d、VC^* _q进行比较分别求出其偏差，并按照这些偏差小的要求，输出各偏差比例积分的结果作为指令电压V_1d、V_1q，分别输送给加法器24、25。

此外，阻抗压降补偿部26的功能是，根据输电线2的母线电流I_B、串联变压器8的阻抗及相位信息检测部21检测到的相位信息θ，求出串联变换器8阻抗引起的电压降，也即，具有运算下式(4)右边的功能。

即，取串联变压器8的绕线比为1，用电阻R和电感L等效表达，则逆变器3的输出电压VI与串联补偿电压VC间存在下式关系。

其中，s为微分算子，I_B为母线电流，VI、VC、I_B的下标d、q与上述一样，表示与各电压、电流母线电压E₂同相的d轴分量，超前90°的q轴分量。

从上式(4)可见，仅产生由包含在串联变压器8中的阻抗的差和流过该阻抗的电流I_B引起的电压降的差。为了从母线电流I_B算出dq轴电流I_Bd、I_Bq，阻抗压降补偿部26使用相位信息θ。

上述各加法器24、25的功能是，分别输入电压控制部23输出的各指令电压V_1d、V_1q，从这些指令电压V_1d、V_1q减去阻抗压降补偿部26求得的电压降后，分别输出给坐标逆变换部13作为逆变器3电压指令的d轴分量和q轴分量。

下面，说明如上述构成的装置的作用。

相位信息检测部21从输电线2的母线电压E₂检测相位信息θ，该相位信息θ输出给坐标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13。

其中，坐标变换部22对串联变压器8供给输电线2的串联补偿电压VC进行3相坐标变换，输出与母线电压E₂同相位的d轴分量VC_d，和比该d轴分量VCd相位超前90°的q轴分量Vc_q。

电压控制部23将坐标变换部22输出的串联补偿电压VC的d轴分量VC_d及q轴分量VC_q与这些指令电压VC^* _d、VC^* _q进行比较，分别求出其偏差，并按照这些偏差小的要求，输出各偏差比例积分的结果作为指令电压V_1d、V_1q。

另外，阻抗压降补偿部26根据输电线2的母线电流I_B、串联变压器8的阻抗及相位信息检测部21检测到的相位信息θ，求出串联变压器8阻抗产生的电压降，该电压降输出给各加法器24、25。

这些加法器24、25分别从电压控制部23输出的各指令电压V_1d、V_1q中减去阻抗压降补偿部26求得的电压降，并输出给各个坐标逆变换部13作为逆变器3的电压指令的d轴分量和q轴分量。

该坐标逆变换部13利用相位信息检测部21检测到的相位信息θ，对串联补偿电压VC的dq轴分量的指令值VC^* _d、VC^* _q进行与母线电流同步的交流逆变换，变换为逆变器3输出的3相电压指令，加给门控制部14。

该门控制部14按照坐标变换部13输出的逆变器3的电压指令，对构成逆变器3的开关元件的栅极进行通、断控制。

在上述第一实施形态中，由于求得串联变压器8阻抗产生的电压降，控制逆变器3的输出电压对该电压降进行补偿，故能独立、高速、稳定地控制经串联变压器8串联接入输电线2的串联补偿电压VC的dq轴分量VC_d、VC_q，也即能以有限的容量有效稳定地调整交流系统的有功功率P或无功功率Q。

由于要准确获知串联变压器8的电阻R及电感L是困难的，故实际中使用设计串联变压器时获得的电阻R及电感L，或边调整装置边求得电阻R及电感L。即使使用这样获得的电阻R及电感L的值，也不脱离本发明范围。

上述(4)右边虽含有对母线电流I_B微分项，但将该项省略或简化后构成控制装置，实用上也没有大的问题时，可以将母线电流I_b的微分项省略或简化。

(2)下面参照附图说明本发明第二实施形态。与图2相同部分赋予同一标号，并省略其详细说明。

图3为电力变换装置的控制装置的结构图。

各加法器24、25的功能是，分别输入串联接入输电线2的串联补偿电压VC的d、q轴分量VC_d、VC_q的各指令电压VC^* _d、VC^* _q，从这些指令电压VC^* _d、VC^* _q中减去阻抗压降补偿部26求得的电压降，并作为逆变器3电压指令加以输出。

下面说明上述结构装置的作用。

相位信息检测部21从母线电压E₂检测相位信息θ，该相位信息送给阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13。

其中，阻抗压降补偿部26根据输电线2的母线电流I_B、串联变压器8的阻抗及相位信息检测部21检测到的相位信息θ，求出串联变压器8阻抗产生的电压降，加给各加法器24、25。

这些加法器24、25分别输入串联接入输电线2的串联补偿电压VC的d、q轴分量VC_d、VC_q的各指令电压VC^* _d、VC^* _q，从这些指令电压VC^* _d、VC^* _q中减去阻抗压降补偿部26求得的电压降，并作为逆变器3电压指令输出给坐标逆变换部13。

该坐标逆变部13利用相位信息检测部12检测到的相位信息θ对串联补偿电压VC的dq轴分量的指令值VC^* _d、VC^* _q进行与母线电流同步的交流逆变换，变换为逆变器3输出的3相电压指令，加给门控制部14。

该门控制部14按照坐标变换部13来的逆变器3的电压指令，对构成逆变器3的开关元件进行通、断控制。

在上述第二实施形态中，与上述第一实施形态一样，也能独立、高速、稳定地控制串联接入输电线2的串联补偿电压VC的dq轴分量VC_d、VC_q，也即，能以有限的容量有效稳定地调整交流系统的有功功率P或无功功率Q。

(3)下面参照附图说明本发明第三实施形态。与图2相同部分赋予相同标号，并省略其详细说明。

图4为电力变换装置的控制装置的结构图；

相位信息检测部27的功能是，从输电线2的母线电流I_B检测相位信息θ，并输出给坐标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13。

下面说明上述结构装置的作用。

相位信息检测部27从输电线2的母线电流I_B检测相位信息θ，并将该信息θ输出给坐标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13。

其中，坐标变换部22对供给输电线2的串联补偿电压VC进行坐标变换，并输出与母线电压E₂同相位的d轴分量VC_d及q轴分量VC_q，电压控制部23按照这些d轴分量Vc_d及q轴分量VC_q与这些指令电压VC^* _d、VC^* _q的偏差小的要求，输出各偏差比例积分的结果作为指令电压V_1d、V_1q。

另外，阻抗压降补偿部26根据输电线2的母线电流I_B、串联变压器8的阻抗及相位信息检测部检测到的相位信息θ，求出串联变压器8阻抗产生的电压降，并加给各加法器24、25。

这些加法器24、25分别从电压控制部23输出的各指令电压V_1d、V_1q减去阻抗压降补偿部26求得的电压降后，输出给坐标逆变换部13作为逆变器3电压指令的d轴分量和q轴分量。

该坐标逆变换部13利用相位信息检测部12检测到的相位信息θ对串联补偿电压VC的dq轴分量的指令值VC^* _d、VC^* _q进行与母线电流同步的交流逆变换，变换为逆变器3输出的3相电压指令，加给门控制部14，该门控制部14按照这些3相电压指令对构成逆变器3的开关元件进行通、断控制。

按照上述第三实施形态，从母线电流I_b求得相位信息θ，用该相位信息θ求得串联变压器8阻抗产生的电压降，并控制逆变器3的输出电压，以补偿该电压降，故能独立、高速、稳定地控制与输电线2串联接入的串联补偿电压VC中与母线电流I_B同相的分量VC_d和超前90°的分量Vc_q，也即，能以有限容量有效稳定地调整交流系统的有功功率P或无功功率Q。

(4)参照附图，说明本发明的第4实施形态。又，与图2相同的部分，附加相同符号并省略其详细说明。

图5是电力变换装置的控制装置构成图。

信号切换部28具有下述功能：比较母线电流I_B与预先设定的门限值，当母线电流I_B比门限值小时，向相位信息检测部29提供母线电压E₂，而当母线电流I_B比门限值大时，向相位信息检测部29提供母线电流I_B。

相位信息检测部29具有下述功能：通过信号切换部28的切换动作，输入母线电流I_B或母线电压E₂，由这些母线电流I_B或母线电压E₂，检测相位信息θ，然后向坐标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13传送。

下面，对如上所述构成的装置的作用加以说明。

信号切换部28比较母线电流I_B与预先设定的门限值，当母线电流I_B比门限值小时，向相位信息检测部29提供母线电压E₂，而在母线电流I_B比门限值大时，向相位信息检测部29提供母线电流I_B。

一旦母线电流I_B变小，由于母线电流I_B检测器的误差及电磁干扰等，难于得到正确的母线电流I_B的相位信息θ。在不能得到正确的母线电流I_B的相位信息θ时，不可能独立且稳定地控制串联插入交流系统的串联补偿电压VC与母线电流I_B同相的分量VC_d及超前90°的分量Vc_q。

在交流系统中，根据负荷状态，母线电流I_B的大小会显著变化，与之相反，母线电压E₂大致保持恒定。

因此，通过信号切换部28，在母线电流I_B比门限值小时，向相位信息检测部29提供母线电压E₂，由此，能防止在母线电流I_B小的状态，串联插入交流系统的串联补偿电压VC变得不稳定。

因而，相位信息检测部29，通过信号切换部28的切换动作，输入母线电流I_B或母线电压E₂，由此检测相位信息θ，并传送至坐标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13。

然后。与上述第1实施形态的动作相同，坐标变换部22对串联补偿电压VC进行3相坐标变换，输出d轴分量VC_d及q轴分量Vc_q，电压控制部23按照d轴分量VC_d及q轴分量VC_q与指令电压VC^* _d、VC^* _q的偏差小的要求，输出各偏差比例积分的结果作为指令电压V_1d、V_1q。

另一方面，阻抗压降补偿部26，根据输电线2的母线电流I_B、串联变压器8的阻抗及相位信息θ，求出串联变压器8的阻抗产生的电压下降部分，向各加法器24、25传送。

加法器24、25，从上述各指令电压V_1d、V_1q减去阻抗压降补偿部26求得的电压下降部分，作为逆变器3的电压指令的d轴分量和q轴分量，分别传送至坐标逆变换部13。

坐标逆变换部13，采用相位信息θ，把串联补偿电压VC的d、q轴分量的指令值VC^* _d、VC^* _q，逆变换成与母线电流同步的交流电压，作为3相电压指令向门控制部14提供，门控制部14根据3相电压指令，控制构成逆变器3的开关元件的栅极通、断。

根据上述第4实施形态，与上述第1实施形态相同，能独立稳定且快速地控制串联插入输电线2的串联补偿电压VC中与母线电流I_B同相的分量VC_d及超前90°的分量VC_q，能用有限的容量稳定有效地调整交流系统的有功功率P或无功功率Q，而且，通过信号切换部28，在母线电流I_B比门限值小时，向相位信息检测部29提供母线电压E₂，由此，可防止在母线电流I_B小的状态下，串联插入交流系统的串联补偿电压VC变得不稳定。

(5)参照附图，说明本发明的第5实施形态。又，与图1相同的部分附加相同符号并省略其详细说明。

图6是电力变换装置的控制装置构成图。

信号切换部30具有下述功能：由母线电流I_B检测振幅IBM，根据振幅IBM的大小，向相位信息检测部31提供母线电压E₂或母线电流I_B，当振幅IBM的变化不偏离规定区域时，向相位信息检测部31提供与过去使用的信号同一种类的信号。

具体地说，信号切换部30具有下述功能：从母线电流I_B检测振幅IBM，在该振幅IBM位于比第1门限值R1小的区域时，向相位信息检测部31提供母线电压E₂，而在振幅IBM位于比第2门限值R2(＞R1)大的区域时，向相位信息检测部31提供母线电流I_B。

又，信号切换部30还具有下述功能：振幅IBM从比第1门限值R1小的状态向大的状态变化时，向相位信息检测部31持续提供母线电压E₂，而在振幅IBM从比第2门限值R2大的状态向小的状态变化时，向相位信息检测部31持续提供母线电流I_B，进而，振幅IBM的变化不偏离比第1门限值R1大、比第2门限值R2小的区域时，向相位信息检测部31持续提供与过去使用的信号同一种类的信号。

对上述构成的装置的作用加以说明。

上述信号切换部30，由母线电压I_B检测振幅IBM，当振幅IBM位于比第1门限值R1小的区域时，向相位信息检测部31提供母线电压E₂，在振幅IBM位于比第2门限值R2(＞R1)大的区域时，向相位信息检测部31提供母电流I_B。

又，信号切换部30，在振幅IBM自比第1门限值R1小的状态向比R1大的状态变化时，向相位信息检测部31持续提供母线电压E₂，在振幅IBM自比第2门限值R2大的状态向小的状态变化时，向相位信息检测部31持续提供母线电流I_B，进而，当振幅IBM的变化不偏离比第1门限值R1大且比第2门限值R2小的区域时，向相位信息检测部31持续提供与过去使用的信号同一种类的信号。

这样，若根据母线电流I_B的振幅IBM的大小，切换母线电压E₂或母线电流I_B并向相位信息检测部31提供，则该相位信息检测部31由切换的母线电压E₂或母线电流I_B，检测相位信息θ，并向坐标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13传送该相位信息θ。

然后，与上述第1实施形态的动作相同，坐标变换部22对串联补偿电压VC进行坐标变换，输出d轴分量VC_d及q轴分量VC_q，电压控制部23按照这些分量与指令电压VC^* _d及VC^* _q的偏差小的要求，将各偏差比例积分的结果作为指令电压V_1d、V_1q输出。

另一方面，阻抗压降补偿部26根据输电线2的母线电流I_B、串联变压器8的阻抗及相位信息θ，求出串联变压器8的阻抗产生的电压降部分并送往加法器24、25。

加法器24、25，从上述各指令电压V_1d、V_1q减去阻抗压降补偿部26求得的电压降部分，分别作为逆变器3的电压指令的d轴分量和q轴分量，送往坐标逆变换部13。

坐标逆变换部13用相位信息θ，把串联补偿电压VC的d、q轴分量的指令值VC^* _d及VC^* _q逆变换成与母线电流同步的交流电压，作为3相电压指令向门控制部14提供，门控制部14根据该3相电压指令，控制构成逆变器3的开关元件的栅极通、断。

不言而喻，根据上述第5实施形态，可取得与上述第1实施形态相同的效果。例如，在母线电流I_B位于某个门限值附近，产生母线电流I_B的大小与门限值的比较结果在短时间中多次变化的振荡现象时，由母线电路I_B检测振幅IBM，根据振幅IBM的大小，向相位信息检测部31提供母线电压E₂或母线电流I_B，而在振幅IBM的变化不偏离规定区域时，向相位信息检测部31提供与过去使用的信号同一种类的信号，由此，使之保持滞后特性，因而能抑制母线电流I_B的大小与门限值的比较结果在短时间内多次变化的振荡现象，能稳定控制插入交流系统的串联补偿电压VC。

(6)参照附图说明本发明的第6实施形态。与图1相同的部分附加相同符号且省略其详细说明。

图7是用于电力变换装置的控制装置的相位信息检测手段的构成图，该相位信息检测手段例如可用于替代上述第4实施形态的信号切换部28及相位信息检测部29。

在上述第4实施形态中，用母线电流I_B或母线电压E₂的相位信息θ，控制串联插入交流系统的串联补偿电压VC，当母线电流I_B或母线电压E₂的相位相差大时，在切换使用的相位信息θ时会产生大的过渡(瞬态)现象，串联补偿电压VC变化大，从而对串联补偿电压VC的稳定性及交流系统的电流产生瞬变影响。

采用示于图7的相位信息检测手段可减轻瞬变影响。

第1相位检测器40具有检测母线电压E₂的相位信息θV的功能，第2相位检测器41具有检测母线电流I_B的相位信息θC的功能。

相位选择部42具有下述功能：与母线电流I_B的大小相应的相位选择信号SEL相对于例如母线电流I_B预先设定的值为小时，该相位选择信号SEL输出“1”，在比预定值大时，输出“0”。

由相位选择部42输出的相位选择信号SEL向第1一阶延迟滤波电路43及相位切换部44传送，同时经反相部45向第2一阶延迟滤波电路46传送。

第1减法器具有下述功能：求第1相位检测部40输出的母线电压E₂的相位θV与相位信息检测手段的输出(即，相位信号θI)的差，并向第1一阶延迟滤波电路43传送。

第2减法器48具有求出第2相位检测部41输出的母线电流I_B的相位θC与相位信息检测手段的输出(即，相位信号θI)的差，并向第2一阶延迟滤波电路46传送的功能。

第1一阶延迟滤波器电路43具有下述功能：在相位选择信号SEL为“0”时，输出第1减法器47的输出，即输出第1相位检测部40的母线电压E₂的相位θV与相位信号θI的差，而若相位选择信号SEL为“1”，使输出以母线电压E₂的相位θV与相位信号θI的差为初始值、零为终值的一阶延迟特性变化。

第2一阶延迟滤波电路46具有下述功能：在相位选择信号SEL为“0”时，输出第2减法器48的输出，即输出第2相位检测部41的母线电流I_B的相位θC与相位信号θI的差，而当相位选择信号SEL为“1”时，使输出以母线电流I_B的相位θC与相位信号θI的差为初始值、零为终值的一阶延迟特性变化。

第3减法器49具有求出第1相位检测部40的母线电压E₂的相位θV与第1一阶延迟滤波电路43的输出之差θIV并向相位切换部44传送的功能。

第4减法器50具有求出第2相位检测部41的母线电流I_B的相位θC与第2一阶延迟滤波电路46的输出之差θIC并向相位切换部44传送的功能。

相位切换部44具有下述功能：当相位选择信号SEL为“1”时，把第3减法器49输出的差值θIV作为相位信号θI输出；当相位选择信号SEL为“0”时，把第4减法器50输出的差值θIC作为相位信号θI输出。

相位切换部44输出的相位信号θI向座标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13传送。

下面，对上述构成的装置的作用加以说明。

相位选择部42判断母线电流I_B相对于门限值的大小，在母线电流I_B比门限值小时，相位选择信号SEL输出“1”，在大时则输出“0”。

母线电流I_B相对于门限值小时，第1一阶延迟滤波电路43，通过输入相位选择信号SEL“1”，使输出以母线电压E₂的相位θV与相位信号θI的差为初始值、零为终值的一阶延迟特性变化，第3减法器49求第1相位检测部40的母线电压E₂的相位θV与第1一阶延迟滤波电路43的输出的差θIV，并向相位切换部44传送。

与此同时，第2一阶延迟滤波电路46，经反相部45输入相位选择信号“0”，由此，输出第2减法器47的输出，即输出第2相位检测部41的母线电流I_B的相位θC与相位信号θI的差。

因而，相位切换部44输出的相位信号θI，从母线电流I_B的相位θC，以第2一阶延迟滤波电路46的时间常数，向母线电压E₂的相位θV逐渐变化。

另一方面，母线电流I_B相对于门限值变大时，第1一阶延迟滤波电路43，通过输入相位选择信号SEL“0”，输出第1相位检测部40的母线电压E₂的相位θV与相位信号θI的差，同时，第2一阶延迟滤波电路46，在相位选择信号SEL为“0”时，输出第2相位检测部40的母线电流I_B的相位θC与相位信号θI的差。

因而，相位切换部44输出的相位信号θI，从母线电压E₂的相位θV，以第1一阶延迟滤波电路43的时间常数，向母线电流I_B的相位θC逐渐变化。

相位信号θI向坐标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13传送。

根据上述第6实施形态，不言而喻，可取得与上述第1实施形态同样的效果，能使用于串联补偿电压VC控制的相位信息θ不急剧变化，减轻用于串联补偿电压VC控制的相位信息θ切换时，对串联补偿电压VC的稳定性和交流系统电流的瞬变影响。

(7)参照附图，说明本发明的第7实施形态。与图1相同的部分附加相同符合并省略其详细说明。

图8是电力变换装置的控制装置构成图。

d轴指令(第2电压分量)运算部51，运算对经串联变压器8向输电线2提供的串联补偿电压VC中d轴分量VC_d及q轴分量VC_q的各指令电压VC^* _d及VC^* _q然后把指令VC^* _d、VC^* _q提供给电压控制部23。

图9是以母线电压E₂为基准(d轴)，描述串联变压器8两端母线电压E₂、E₃与串联补偿电压VC的矢量图。

其中，使母线电压E₂的大小E_2m与母线电压E₃的大小E_3m相等的关系式，用下式表示。

V C_{d} = \sqrt{E_{2 m}^{2} - V C_{q}^{2}} - E_{2 m}

如式(5)所示，若能把串联补偿电压VC的d轴分量VC_d控制成由母线电压E₂的大小E_2m和串联补偿电压VC的q轴分量VC_q计算所得的值，则可使母线电压E₂的大小E_2m与母线电压E₃的大小E_3m相等。然后，由下式(6)及(7)计算d轴指令值VC^* _d，由此，可使串联变压器8两端的母线电压大小相等。

V C_{d}^{*} = \sqrt{E_{2 m}^{2} - V C_{q}^{2}} - E_{2 m} . . . . . (6)

V C_{d}^{*} = \sqrt{E_{2 m}^{2} - V C_{q}^{* 2}} - E_{2 m} . . . . . (7)

上式(6)是由母线电压E₂的大小E_2m及串联补偿电压VC的q轴分量VC_q的检测值，计算串联补偿电压VC的d轴指令值VC^* _d的算式。式(7)是由母线电压E₂的大小E_2m检测值及串联补偿电压VC的q轴分量VC_q的指令值计算VC^* _d的算式。

然而，d轴指令运算部51具有由上述(7)式计算求出d轴指令值VC^* _d的功能。但也可以输入串联补偿电压VC的q轴分量VC_q代替作为d轴指令运算部51一个输入量的q轴指令值VC^* _q，由式(6)计算d轴指令值VC^* _d。

下面，对如上所述构成的装置的作用加以说明。

相位信息检测部21由母线电压E₂检测相位信息θ，然后向座标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13传送。

坐标变换部22对串联变压器8加至输电线2的串联补偿电压VC作坐标变换后，输出d轴分量VC_d及q轴分量Vc_q。

d轴指令运算部51运算对串联补偿电压VC的d轴分量VC_d及q轴分量VC_q的各指令电压VC^* _d、VC^* _q，向电压控制部23提供这些指令电压VC^* _d、VC^* _q。

电压控制部23把串联补偿电压VC的d轴分量VC_d及q轴分量Vc_q与指令电压VC^* _d、VC^* _q比较，求出各偏差，按照这些偏差小的要求，把各偏差比例积分的结果作为指令电压V_1d、V_1q输出。

然后，与上述第1实施形态的动作相同，阻抗压降补偿部26根据输电线2的母线电流I_B、串联变压器8的阻抗及相位信息θ，求出串联变压器8的阻抗产生的电压降部分并送往加法器24、25。

如上所述，根据上述第7实施形态，不言而喻，可取得与上述第1实施形态同样的效果，能使串联变压器8两端的母线电压的大小相等，减少因串联补偿电压VC串联插入交流系统而引起的母线电压的变动。

(8)参照附图说明本发明的第8实施形态。与图1相同的部分附加相同的符号并省略其详细说明。

图10是电力变换装置的控制装置的构成图。

电压指令运算部52具有下述功能：根据母线电流I_B与母线电压E₂的相位信息θ、串联变压器8的阻抗补偿指令值R^*、L^*，运算经串联变压器8向输电线2提供的串联补偿电压VC的d、q轴分量的指令值VC^* _d、VC^* _q，并把这些指令值向电压控制部23提供。

图11表示含由电感L及电阻R组成的阻抗的3相交流母线。

母线电流I_B与阻抗产生的压降VL间，存在下述关系。

式中，S是微分算子，ω是交流母线的频率。

因而，若把与式(8)计算的压降VL相等的电压串联插入交流母线，则能等效变换交流系统的阻抗。

电压指令运算部52具有下述功能：用由相位信息检测部21得到的母线电压E₂的相位信息θ，提取母线电流I_B的d、q轴分量I_Bd、I_Bq，根据电阻补偿指令值R^*、L^*，用下式运算串联补偿电压指令值VC^* _d、VC^* _q。

考虑到上式(9)中所含的过渡项SL^*，会使交流系统不稳定，也可予以省略。

下面，对上述构成的装置的作用加以说明。

相位信息检测部21由母线电压E₂检测相位信息θ，然后向坐标变换部22、阻抗压降补偿部26及坐标逆变换部13传送。坐标变换部22对由串联变压器8向输电线2提供的串联补偿电压VC作坐标变换后，输出d轴分量Vc_d及q轴分量VC_q。

电压指令运算部52采用由相位信息检测部21得到的母线电压E₂的相位信息θ，提取母线电流I_B的d、q轴分量I_Bd、I_Bq，由阻抗补偿指令值R^*、L^*，运算求其串联补偿电压指令VC^* _d、VC^* _q，向电压控制部23传送。

电压控制部23比较串联补偿电压VC的d轴分量Vc_d、q轴分量VC_q与串联补偿电压指令VC^* _d、VC^* _q，求出各偏差，按照这些偏差小的要求，把对各偏差进行比例积分的结果作为指令电压V_1d、V_1q输出。

然后，与上述第1实施形态相同，阻抗压降补偿部26根据输电线2的母线电流I_B、串联变压器8的阻抗及相位信息θ，求出串联变压器8的阻抗产生的电压降部分并送往加法器24、25。

这里，输入电压指令运算部52的阻抗补偿指令值R^*、L^*为负值，可使交流母线阻抗等效降低；R^*、L^*为正值，可使交流系统的阻抗等效升高。

不言而喻，根据上述第8实施形态，可取得与上述第1实施形态相同的效果，而且阻抗补偿指令值R^*、L^*为负值，可使交流母线阻抗等效降低，R^*、L^*为正值，可使交流系统阻抗等效升高，从而可改善交流母线的电流调整和输电极限。

如上所述，根据本发明，可提供用有限容量能有效稳定调整交流系统有功功率或无功功率的电力变换装置的控制装置。

又，根据本发明，可提供能防止母线电流小时，串联插入交流系统的串联补偿电压不稳定的电力变换装置的控制装置。

又，根据本发明，可提供一种电力变换装置的控制装置，它能抑制母线电流的大小与门限值的比较结果在短时间内多次变化的振荡现象，能稳定控制插入交流系统的串联补偿电压。

又，根据本发明，可提供一种电力变换装置的控制装置，它能减轻切换串联补偿电压控制中所使用的相位信息时，对串联补偿电压稳定性和交流系统电流的瞬变影响。

又，根据本发明，可提供一种电力变换装置的控制装置，它能使串联变压器两端的母线电压大小相等，能减小因把串联补偿电压串联插入交流系统而引起的母线电压变动。

又，根据本发明，可提供一种电力变换装置的控制装置，它能使交流母线的阻抗等效降低或等效升高，能改善交流母线的电流调整和输电极限。

显然，根据上述教导，可对本发明作出各种修改和变换。因而，应该理解本发明不限于上述具体描述，而在所附权利要求的范围内均能实施。

Claims

1．一种电力变换装置的控制装置，该装置以变压器连接于交流系统，经该变压器向所述交流系统提供逆变器的交流输出，并改变该交流系统的电压、电流或功率，其特征在于，

所述控制装置备有求出变压器阻抗引起的电压降，并控制所述逆变器输出，以补偿该电压降的反馈控制手段。

2．如权利要求1所述的电力变换装置的控制装置，其特征在于，所述馈控制手段包括：

从所述交流系统的母线电压或母线电流检测相位信息的相位信息检测手段；

根据所述交流系统的电流、所述变压器的阻抗，以及相位信息检测手段检测到的相位信息，求出所述变压器阻抗引起的电压降的阻抗压降补偿部；

输入对应于经所述变压器供给交流系统的电压中的与所述交流系统母线电压同相位的第一电压分量及对应于超前上述相位规定相位的第二电压分量的各指令电压，从这些指令电压减去由所述阻抗压降补偿部求得的电压降，并将减后所得值作为所述逆变器的电压指令加以输出的加法器；

根据所述相位信息检测手段检测到的相位信息将所述加法器输出的逆变器电压指令送回给所述交流系统各相，控制逆变器工作的逆变器控制手段。

3．如权利要求2所述的电力变换装置的控制装置，其特征在于，进一步包含：

对经所述变压器向所述交流系统提供的电压进行坐标变换，输出与所述交流系统母线电压同相位的第一电压分量及比该相位超前规定相位的第二电压分量的坐标变换部；

求出所述坐标变换部输出的第一及第二电压分量分别与其指令电压的偏差，将使这些偏差小的各电压作为所述各指令电压输送给所述加法器的电压控制部。

4．如权利要求2所述的电力变换装置的控制装置，其特征在于，进一步包含：

将所述母线电流与预先设定的门限值进行比较，当所述母线电流小于门限值时将所述母线电压加给相位信息检测手段且当所述母线电流大于门限值时将所述母线电流加给相位信息检测手段的信号切换部。

5．如权利要求2所述的电力变换装置的控制装置，其特征在于，进一步包含：

检测所述母线电流振幅，根据该振幅的大小将所述母线电压或所述母线电流加给所述相位信息检测手段，且在所述振幅变化不偏离规定区域的情况下将与过去使用的信号同一种类的信号加给所述相位信息检测手段的信号切换部。

6．如权利要求2所述的电力变换装置的控制装置，其特征在于，所述相位信息检测手段包含：

检测所述母线电压的相位信息的第一相位检测器；

检测母线电流的相位信息的第二相位检测器；

根据所述母线电流大小输出相位选择信号的相位选择部；

获得所述母线电压相位或所述母线电流相位至少与加给所述阻抗压降补偿部的相位信息的差或一阶延迟特性输出的滤波手段；

根据所述相位选择部输出的相位选择信号选择所述滤波手段输出的相位切换部。

7．如权利要求12所述的电力变换装置的控制装置，其特征在于，进一步包含：

根据经所述变压器向所述交流系统提供的电压中与所述交流系统母线电压同相位的第一电压分量和所述母线电压，运算出对应于比所述第一电压分量相位超前规定相位的第二电压分量的各指令电压，并将这些指令电压加给所述电压控制部的第二电压分量运算部。

8．如权利要求2所述的电力变换装置的控制装置，其特征在于，进一步包含：

根据所述母线电流和所述母线电压的相位信息及所述变压器阻抗的指令，算出经所述变压器供给所述交流系统的电压中所述第一及第二电压分量，将这些第一及第二电压分量加给所述电压控制部的电压指令运算部。