JP2016514946A - 電子式変換装置の回路システム及び制御方法 - Google Patents

電子式変換装置の回路システム及び制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 電子式変換装置の回路システム及び制御方法を提供することを課題とする。【解決手段】 本発明は、電子式変換装置の回路システム及び制御方法を開示する。前記電子式変換装置の回路システムには、デジタル制御チップを中心に構築したハードウェア回路とソフトウェアを結合したデジタル制御プラットフォームであり、シングルエンド方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式及びフルブリッジ方式等の各種制御モードを内蔵し、簡単な設置を通じて回路システムが対応の方式に従い動作させることができる。該電子式変換装置の回路システムは、電界効果トランジスタ及びＩＧＢＴの制御を主とし、制御過程の制御コマンドはソフトウェアの制御プラットフォームを通じて各モジュールに対しトータル分析診断して出力し、変換過程中の回路動作が安定し、変換効率が高い。このほかに、電子式変換装置の回路システムを制御する過程において、更に回路システム周辺の動作環境の温度、湿度、海抜高度、電磁界強度等の環境パラメータについても検出し、各種環境要因のバランスをとり、回路システム全体の動作が安全な範囲内にあるよう確保する。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子式変換装置に関し、特に、電子式変換装置が直流を交流に変換（ＤＣ ｔｏ ＡＣ）、交流を交流に変換（ＡＣ ｔｏ ＡＣ）、交流を直流に変換（ＡＣ ｔｏ ＤＣ）或いは直流を直流に変換（ＤＣ ｔｏ ＤＣ）等の変換過程に運用される回路システム及び制御方法に関する。
現代の電子式変換装置及びその制御技術は多種多様で、異なるタイプによって分類すると、主要方式は次の幾つかがある。
（１）変換装置の逆変換部の出力する交流電力の周波数によれば、工業用周波数逆変換装置、中周波逆変換装置及び高周波逆変換装置に分かれることができる。工業用周波数逆変換装置は、一般的に５０〜６０Ｈｚのインバーターを指し、中周波逆変換装置の周波数が一般的に４００Ｈｚ〜数１０ＫＨｚとし、高周波逆変換装置の周波数が一般的に数１０ＫＨｚ〜ＭＨｚとする。
（２）変換装置の逆変換部の入力する相数により、単相逆変換装置、３相逆変換装置及び多相逆変換装置に分けることができる。
（３）変換装置の逆変換部の出力エネルギーの行き先によれば、逆潮流ありの逆変換装置と逆潮流なしの逆変換装置に分ける。
（４）変換装置の逆変換部の主回路方式によれば、シングルエンド方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式及びフルブリッジ方式の逆変換装置に分けることができる。
（５）変換装置の逆変換部の主開閉器タイプによれば、サイリスタ逆変換装置、トランジスタ逆変換装置、電界効果トランジスタ逆変換装置、ＩＧＢＴ逆変換装置に分けることができる。
（６）変換装置の逆変換部の出力する安定なバラメータによれば、電圧型逆変換装置と電流型逆変換装置に分けることができる。
（７）変換装置の逆変換部の出力する電圧或いは電流の波形によれば、正弦波出力の逆変換装置と非正弦波出力の逆変換装置に分けることができる。
（８）変換装置の逆変換部の制御方式によれば、パルス周波数変調式（ＰＦＭ）逆変換装置とパルス幅変調式（ＰＷＭ）逆変換装置に分けることができる。
（９）変換装置の逆変換部のスイッチング回路動作方式によれば、共振式逆変換装置、一定周波数ハードスイッチング式逆変換装置と一定周波数ソフトスイッチング式逆変換装置に分けることができる。
電子式変換装置のデジタル制御は、現在の技術発展の傾向で、現代の逆変換技術発展の傾向でもある。デジタル制御は極大的にハードウェア回路を簡素化し、システムの安定性、信頼性及び制御精度を高めているが、実際に使用する時に以下の問題点が存在している。
（ａ）従来のアナログ制御方式において、電子式変換装置の電力は比較的小さい。
（ｂ）回路システム内の制御信号源は、アナログデバイスのパラメータ変化の影響を受け、例えば温湿度、海抜、電磁界、エネルギー源及び負荷が変化した場合、変換装置全体の性能もこれに伴って変化することで、システム全体の性能が不安定になる。
（ｃ）アナログ制御方式において、電子式変換装置はクローズドループフィードバック方式で制御し、回路全体中にパラメータのシフト状況が現れ、システムフィードバックの重畳や増幅を通じて、極めて容易にシステムのブレークダウンが生じ、特にコアの開閉器の電流又は電圧が指数関数的に増加することで電子なだれ現象になる。
（ｄ）電子式変換装置の電力の増大により、電力網へ生じる電磁両立性の影響も益々大きくなり、受動的に若干の力率調整回路を用い、若干の逆潮流なしのフィルタ回路を増加するだけで、システムの変換効率を下げるしかできない。
（ｅ）現在の電子式変換装置は、負荷に対する制御能力が比較的弱く、特に高周波変換過程において、容易に不要な電磁エネルギーが生じて周辺の使用環境に電磁スモッグを発生し、負荷変化の過程中、変換装置の内部応答が鈍く、容易にシステムの故障が生じる。
そこで、本発明はこれに鑑み、前記背景技術中に存在する少なくとも１つの問題点を解決するため、電子式変換装置の回路システムを提供することを目的とする。
電子式変換装置の回路システムであって、前記回路システムは、電源入力モジュールとフィルタモジュールと力率調整モジュールと整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールと変換装置の逆変換モジュールと開閉器の駆動モジュールとデジタル制御システムモジュールと制御システムの給電モジュールとを含む。
前記電源入力モジュールは給電用の電源と接続して回路システムの入力側とし、例えば単相入力、三相入力及び多相入力といった各種電源入力モデルに適応できる。
前記フィルタモジュールは電源入力モジュールと接続し、逆潮流ありのフィルタ又は逆潮流なしのフィルタモジュールで、電源入力モジュールの出力信号をフィルタ処理するために用いられる。
前記力率調整モジュールはフィルタモジュールと接続し、フィルタモジュールの出力信号を処理することで、システムの力率を調整並びに引き上げるために用いられる。
前記整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールは力率調整モジュールと接続し、力率調整モジュールの出力信号を整流・フィルタリング処理した後、変換装置の逆変換モジュールに送り、同時に電気的パラメータ（整流・フィルタリング処理を経た後の電圧、電流及び電圧のさざ波等の電気的パラメータを含む）を検出し、また対応のセンサーを通じてデジタル制御システムモジュールにフィードバックする。
前記変換装置の逆変換モジュールの入力側は整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールと接続し、変換装置の逆変換モジュールの出力側が負荷と接続し、変換装置の逆変換モジュールの主回路タイプはシングルエンド方式とプッシュプル方式とハーフブリッジ方式とフルブリッジ方式とを含む。
前記負荷は、電力網或いは固定負荷とすることができ、負荷と変換装置の逆変換モジュールの間に負荷の周波数特性、磁気飽和状態及び負荷の温度を検出するための負荷検出モジュールを更に設ける。
前記開閉器の駆動モジュールはデジタル制御システムモジュールと変換装置の逆変換モジュールの間に接続し、デジタル制御システムモジュールで生成したスイッチング信号を受信することで変換装置の逆変換モジュールの動作状態を制御するために用いられる。
前記制御システムの給電モジュールはデジタル制御システムモジュールと接続し、デジタル制御システムモジュールに給電するために用いられる。
前記デジタル制御システムモジュールは、制御センターモジュールと、制御センターモジュールと接続するパラメータの受信及び制御イネーブルモジュールと、入力モジュールと表示モジュールとを含む。制御センターモジュールは、電子式変換装置の回路システム全体の制御コアー、データ集約点及び演算センターで、システム演算コアモジュールと、システム演算コアモジュールと接続するデータ収集モジュールと、データ駆動出力モジュールと、入力と表示するデータ処理モジュールと、データメモリモジュールとを含む。
前記電源入力モジュールには、パラメータ検出モジュールを設け、前記パラメータ検出モジュールが電流検出サブモジュールと電圧検出サブモジュールと温度検出サブモジュールと欠相検出サブモジュールとを含み、各サブモジュールに対応するセンサーを設けており、対応するパラメータをデジタル制御システムモジュールのパラメータ受信及び制御イネーブルモジュールに伝送するために用いることが好適である。
前記力率調整モジュールには電気的信号パラメータを収集する信号パラメータ収集モジュールを設けており、前記信号パラメータ収集モジュールが収集して得られた電気的信号パラメータをデジタル制御システムモジュールのパラメータ受信及び制御イネーブルモジュールに伝送することが好適である。
前記電気的信号パラメータは、力率調整モジュール入力側の交流電圧信号ＶＡＣと交流電流信号ＩＡＣと力率調整モジュール出力側の直流電圧信号ＶＤＣと接地信号ＧＮＤと力率調整モジュール中のスイッチング回路内の第１スイッチング回路の電流パラメータＩＱ１と第２スイッチング回路の電流パラメータＩＱ２とを含むことが好適である。
前記制御システムの給電モジュールは、順次に接続する整流ユニットと高周波変換ユニットとグループ結合の出力ユニットとを含み、前記整流ユニットが整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの入力側と接続し、前記グループ結合の出力ユニットがデジタル制御システムモジュールと接続し、グループ結合の出力ユニットも更に開閉器の駆動モジュールと接続して、デジタル制御システムモジュールと開閉器の駆動モジュールに給電するために用いられ、前記開閉器の駆動モジュールが入力側の開閉器を駆動するための駆動信号を電気的に分離してから開閉器の動作を駆動させることが好ましい。
前記電子式変換装置の回路システムには、非常停止用の電源コントローラを更に設けており、非常事態において電子式変換装置の回路システムの電源を強制的に切断するために用られる。前記非常停止用の電源コントローラは、力率調整モジュールと整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの間を直列接続する。
前記電子式変換装置の回路システムには、デジタル制御システムモジュールと接続する環境パラメータ取得モジュールを更に設けており、前記環境パラメータ取得モジュールが少なくとも温湿度計、高度計或いはガウスメーターのうちの一種類のテスターを含み、各々温度、湿度、海抜高度及び電磁界強度等の環境パラメータを検出するために用いる。
別の面において、本発明は上記電子式変換装置の回路システムに基づく制御方法を更に提供し、前記方法が、
デジタル制御システムモジュール内に電子式変換装置の回路システムを保護するため閾値パラメータを設けるステップ１と、
各モジュール及び負荷の電気的パラメータを検出し、前記電気的パラメータをデジタル制御システムモジュールに伝送し、前記各モジュールは電源入力モジュールとフィルタモジュールと力率調整モジュールと整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールと変換装置の逆変換モジュールと開閉器の駆動モジュールのうちの一種類又は多種類を含むステップ２と、
デジタル制御システムモジュールは前記電気的パラメータを受信並びに検出するステップ３と、
安定性要求を満たす制御コマンドを出力することで、電子式変換装置の回路システムの動作が安定状態にあることを確保するステップ４と、
電子式変換装置の回路システムが始動され、ステップ送りが既定値Ｘより小さい電力で漸進的に負荷に必要な電力に達するステップ５と、
電子式変換装置の回路システムの各パラメータに異常があるかどうかをリアルタイムで検出並びに判断し、異常だった場合、電子式変換装置の回路システムを保護し、各パラメータが正常になってから電子式変換装置の回路システムが継続して動作するステップ６と、
電子式変換装置の回路システムが終了状態に進んだ時、ステップ送りが既定値Ｘより小さい電力で漸進的に０まで下がるステップ７と、
電子式変換装置の回路システムの動作過程中に非常事態が生じた場合、非常停止用の電源コントローラの制御を通じて、電子式変換装置の回路システムの電源を強制的に切断させることができるステップ８と、
を含む。
前記制御方法は、ステップ１の前に電子式変換装置の回路システムが環境パラメータを取得並びに検出し、電子式変換装置の回路システムの動作が安全な範囲内にあるかどうかを判断し、範囲内にある場合、次のステップに進み、範囲外の場合、ユーザに電子式変換装置の回路システムの動作が不安全な環境にあると注意を促し、またステップａを繰り返すステップａを更に含む。
ステップ１に記載の閾値パラメータは、変換装置の逆変換モジュールの変換過程におけるピーク電圧とピーク電流と各モジュールの最高動作温度と回路システムの非正常状態時の検出パラメータとを含み、前記回路システムの非正常状態時の検出パラメータは欠相検出パラメータと低電圧検出パラメータと出力短路検出パラメータ中の一種類又は多種類とを含むことが好ましい。
ステップ２に記載各モジュール及び負荷の電気的パラメータは、以下のパラメータのうちの一種類又は多種類を含む。
電源入力モジュールの入力電圧のさざ波、出力電圧の相順。
フィルタモジュールのサージパラメータ、電磁障害の信号。
力率調整モジュールの力率。
整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの電圧、電流、電圧のさざ波。
変換装置の逆変換モジュールの逆変換周波数、位相、パルス幅。
開閉器の駆動モジュールの電圧、電流、位相、温度。
負荷の周波数特性、磁気飽和状態と温度等。
好ましくは、ステップ４の前記電子式変換装置の回路システムの動作が安定状態にあるのは、電子式変換装置の回路システムの動作が設定した閾値パラメータ範囲内にあるようにする。ステップ５とステップ７内の前記既定値Ｘは３０Ｗ、前記環境パラメータが電子式変換装置の回路システムが所在する環境の湿度、温度、海抜高度及び電磁界強度のうちの一種類又は多種類を含む。
本発明の電子式変換装置の回路システムのデジタル制御システムモジュールは、デジタル制御チップを中心に構築したハードウェア回路とソフトウェアを結合したデジタル制御プラットフォームであり、シングルエンド方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式及びフルブリッジ方式等の各種制御モードを内蔵し、簡単な設置を通じて対応の方式に従い動作できる。該電子式変換装置の回路システムは、電界効果トランジスタ及びＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）の制御を主とし、制御過程のコマンドは制御プラットフォームを通じて各モジュールに対しトータル分析診断して出力し、変換過程中の回路動作が安定し、変換効率が高く、且つ電磁両立の影響が基準範囲内になるよう制御でき、環境保全だけでなく省エネでもある。
電子式変換装置の回路システムを制御する過程において、回路システムに対しトータル測定を行うだけでなく、各種回路保護パラメータを設け、更に回路システム周辺の動作環境の温度、湿度、海抜高度、電磁界強度等の環境パラメータについても検出し、各種環境要因のバランスをとり、回路システム全体の動作が安全な範囲内にあるよう確保する。
本発明の電子式変換装置の回路システム及びその制御方法は、適応性が強く、各種異なる周波数帯の変換要求を満たすことができ、入力相数の制限を受けず、特に大電力、多組の電子式変換装置の組み合わせ及び被制御回路の一致性が高くない環境に運用されることに適する。
本発明の実施例における電子式変換装置の回路システムの回路ブロック図である。 本発明の実施例における制御方法のフローチャートである。 本発明の実施例におけるデジタル制御システムモジュールの回路ブロック図である。 図３中の制御センターモジュールの回路ブロック図である。 本発明の実施例における力率調整モジュールの回路ブロック図である。 本発明の実施例における制御システムの給電モジュールの回路ブロック図である。 本発明の実施例における回路システム中の開閉器メークブレーク時に生じる瞬時短絡・過電圧状態を示す模式図である。 本発明の実施例における負荷が急に変動し、誘導電流のオーバーシュートが現れた時開閉器の電流、電圧状態を示す模式図である。 本発明の実施例における開閉器の駆動モジュールが電気分離の処理を行ってから開閉器の動作を駆動する様子を示す模式図である。 本発明の実施例における冷却システムの動作フローチャートである。
以下、当業者に理解してもらうため、添付図面を組み合わせて本発明を更に説明する。
図１に示すように、電子式変換装置の回路システムであって、前記回路システムは、電源入力モジュールとフィルタモジュールと力率調整モジュールと整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールと非常停止用の電源コントローラと変換装置の逆変換モジュールと開閉器の駆動モジュールとデジタル制御システムモジュールと制御システムの給電モジュールと環境パラメータ取得モジュールとを含む。記述の便宜のため、特別に説明しない限り、本発明中に記載されている回路システムは、均しく前記電子式変換装置の回路システムを指す。
前記電源入力モジュールは給電用の電源と接続して回路システムの入力側とし、例えば単相入力、三相入力及び多相入力といった各種電源入力モデルに適応できる。
前記フィルタモジュールは電源入力モジュールと接続し、電源入力モジュールの出力信号をフィルタ処理するために用いられる。前記フィルタモジュールは逆潮流ありのフィルタ又は逆潮流なしのフィルタモジュールで、コモンモード抑制回路とディファレンシャルモード抑制回路とランダムノイズ抑制回路とを備える。具体的に電磁両立の基準要求に基づいて配置し、回路システムの電磁両立影響を基準内に制御させることができる。
前記力率調整モジュールはフィルタモジュールと接続し、フィルタモジュールの出力信号を処理することで、システムの力率を調整並びに引き上げるために用いられる。
前記整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールは力率調整モジュールと接続し、力率調整モジュールの出力信号を整流・フィルタリング処理した後、変換装置の逆変換モジュールに送り、同時に電気的パラメータ（整流・フィルタリング処理を経た後の電圧、電流及び電圧のさざ波等の電気的パラメータを含む）を検出し、また対応のセンサーを通じてデジタル制御システムモジュールにフィードバックする。
前記変換装置の逆変換モジュールの入力側は整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールと接続し、変換装置の逆変換モジュールの出力側が負荷と接続し、負荷が電力網或いは固定負荷とすることができる。電子式変換装置の負荷に対する制御能力を増強し、回路システムが高周波変換の動作過程中に不要な電磁エネルギーが生じて周辺の使用環境に電磁スモッグを発生させるのを避けるため、負荷と変換装置の逆変換モジュールの間に負荷の周波数特性、磁気飽和状態及び負荷の温度を検出する負荷検出モジュールを更に設ける。該負荷検出モジュールは検出した周波数特性、磁気飽和状態及び負荷の温度を対応のセンサー或いは信号伝送回路によってデジタル制御モジュールまでにフィードバックする。前記周波数特性とは、負荷のリアクタンスパラメータをいい、例えば負荷表現が容量性リアクタンスか、又は誘導性リアクタンスかとする。磁気飽和状態の検出は、変圧器特性を有する負荷に向け、例えば負荷の磁界強度及び入力負荷の電流値との関係を検出する。負荷が磁気飽和状態になったことを検出した後、変圧器特性を有する負荷の上昇温度が比較的高いため、大幅に磁気飽和状態から逸脱した時回路システムの変換効率が比較的低くなり、この場合デジタル制御システムモジュールは対応の制御信号を出力して回路システムの若干の動作パラメータの割合を調整することで、回路システムを好ましい動作状態に動作させ、回路システムの変換効率と動作効率をアップする。負荷が急に変動し、誘導電流のオーバーシュートを検出した時、回路システム中の開閉器の通過電流、電圧も異常（図８）が生じ、この種の異常は回路システムが許容できず、なぜなら回路システム動作の信頼性に悪影響を与えるためである。この種の異常を検出した時、デジタル制御システムモジュールは対応の制御信号を出力し、回路システムが強制的に負荷の電源電圧を下げ、エネルギー消費ルート（例えば負荷の直流成分消費、変換回路中のコンデンサ吸収回路）を開き、回路システムの動作周波数等を調整することで、速やかにこの種の異常状態を除去するよう確保する。
変換装置の逆変換モジュールは、受けた直流を交流に変換する機能モジュールで、入力側の整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの直流信号を受け、またデジタル制御システムモジュールから発せられた制御コマンド（例えば変換周波数、変換時点、変換時間幅等の制御コマンド）に基づいて出力側の負荷に信号を出力し、同時に変換過程中の各回路の電流、電圧信号をリアルタイムでデジタル制御システムモジュールに返し、変換過程全体の制御可能を確保するために用いられる。
前記開閉器の駆動モジュールはデジタル制御システムモジュールと変換装置の逆変換モジュールの間に接続し、デジタル制御システムモジュールで生成したスイッチング信号を受信することで変換装置の逆変換モジュールの動作状態を制御するために用いられる。回路システム動作の安定性と信頼性を保証するため、図９に示すように、前記開閉器の駆動モジュールが入力側の開閉器を駆動するための駆動信号を電気的に分離してから開閉器の動作を駆動させる。デジタル制御システムモジュールも駆動モジュールの電圧、電流、位相、温度等のパラメータを検出し、これらパラメータが電子式変換装置の回路システムの動作にとって非常に重要である。某パラメータの変更が某閾値を超えたと検出した時、デジタル制御システムモジュールは対応の制御信号を出力して回路システムを安全、高効率の動作状態中にさせる。
前記デジタル制御システムモジュールは、デジタル制御チップを中心に構築したハードウェア回路とソフトウェアを結合したデジタル制御プラットフォームであり、シングルエンド方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式及びフルブリッジ方式等の各種制御モードを内蔵し、簡単な設置を通じて対応の方式に従い動作できる。図３に示すように、該デジタル制御システムモジュールは、制御センターモジュールと、制御センターモジュールと接続するパラメータの受信及び制御イネーブルモジュールと、入力モジュールと表示モジュールとを含む。制御センターモジュールは、電子式変換装置の回路システム全体の制御コアー、データ集約点及び演算センターで、ＭＣＵ又はＤＳＰを主なデジタル制御チップとして構成されたハードウェア回路及びソフトウェア制御システムで、図４に示すように、システム演算コアモジュールと、システム演算コアモジュールと接続するデータ収集モジュールと、データ駆動出力モジュールと、入力と表示するデータ処理モジュールと、データメモリモジュールとを含む。システム演算コアモジュールは、データ集約点及び演算センターとなり、データ収集モジュールは各パラメータ信号を受信するために用いられ、例えば各モジュール及び負荷のパラメータ信号とする。データ駆動出力モジュールは、変換装置の逆変換モジュール、開閉器の駆動モジュール等を制御する回路モジュールの動作信号を生成するために用いられる。入力と表示するデータ処理モジュールは主に入力モジュール及び表示モジュールのデータ信号を処理するために用いられる。データメモリモジュールは、主に制御モード（例えばシングルエンド方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式とフルブリッジ方式等の各種制御モード）及び閾値パラメータのデータを保存するために用いられる。
前記電源入力モジュールには、パラメータ検出モジュールを設け、前記パラメータ検出モジュールが電流検出サブモジュールと電圧検出サブモジュールと温度検出サブモジュールと欠相検出サブモジュールとを含み、各サブモジュールに対応するセンサーを設けており、対応するパラメータ（例えば電源入力モジュールの電流、電圧、主線路の温度、電源入力に欠相の有無等のパラメータ）をデジタル制御システムモジュールのパラメータ受信及び制御イネーブルモジュールに伝送するために用いる。本実施において、前記パラメータ検出モジュールで検出するパラメータは、電源入力モジュールの入力電圧／電流のさざ波と出力電圧の相順と出力電圧の位相点と変化率と周波数とさざ波とサージと電源入力モジュールの温度等とを含む。
大電力の電子式変換装置の回路システムは給電の電力網に対して生じる電磁両立の影響が大きく、且つ回路システムの変換効率等の問題を解決するため、前記力率調整モジュールには電気的信号パラメータを収集する信号パラメータ収集モジュールを設けており、前記信号パラメータ収集モジュールが収集して得られた電気的信号パラメータをデジタル制御システムモジュールのパラメータ受信及び制御イネーブルモジュールに伝送する。
前記電気的信号パラメータは、力率調整モジュール入力側の交流電圧信号ＶＡＣと交流電流信号ＩＡＣと力率調整モジュール出力側の直流電圧信号ＶＤＣと接地信号ＧＮＤと力率調整モジュール中のスイッチング回路内の第１スイッチング回路の電流パラメータＩＱ１と第２スイッチング回路の電流パラメータＩＱ２とを含む。図５に示すように、前記第１スイッチング回路の電流パラメータＩＱ１は、力率調整モジュール中の第１スイッチ管Ｑ１を流れる電流パラメータで、前記第２スイッチング回路の電流パラメータＩＱ２が力率調整モジュール中の第２スイッチ管Ｑ２を流れる電流パラメータとする。
前記制御システムの給電モジュールは、デジタル制御システムモジュールと接続し、デジタル制御システムモジュールに給電するために用いれる。本実施例において、前記制御システムの給電モジュールは、更に開閉器の駆動モジュールと接続し、開閉器の駆動モジュールに給電するために用いられる。前記制御システムの給電モジュールは、順次に接続する整流ユニットと高周波変換ユニットとグループ結合の出力ユニットとを含む。グループ結合の出力ユニットが出力する直流電圧はマルチグループで、図６に示すように本実施例において出力する直流電圧は＋３．３Ｖ、＋５Ｖ、＋１２Ｖと＋２４Ｖ等の４グループがある。当然需要に応じてその他の電圧出力を設けることができ、ここでは説明を省略する。前記整流ユニットは、整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの入力側と接続し、交流電圧を受けるために用いられる。グループ結合の出力ユニットは、デジタル制御システムモジュール及び開閉器の駆動モジュールと接続し、為デジタル制御システムモジュールと開閉器の駆動モジュールに給電するために用いられる。
前記非常停止用の電源コントローラは、力率調整モジュールと整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの間に直列接続し、非常事態において電子式変換装置の回路システムの電源を強制的に切断するために用られることが好適である。非常停止用の電源コントローラを構成する主な部品は、交流接触器で、その制御側が弱電流の制御方式で、非常事態において交流接触器によって電子式変換装置の回路システムの電源を強制的に切断できる。
回路システム中のアナログデバイスの制御信号源は例えば温湿度、海抜、周辺の電磁界、エネルギー源及び負荷の変化といった環境パラメータの影響を受けるため、回路システム全体の性能が変化する。よって本電子式変換装置の回路システムには、環境パラメータ取得モジュールを設けて環境パラメータを検出する。前記環境パラメータ取得モジュールは、デジタル制御システムモジュールと接続する。環境パラメータ取得モジュールは、温湿度計と高度計とガウスメーターとを含み、各々温度、湿度，海抜高度及び電磁界強度等の環境パラメータを検出するために用いられる。前記温湿度計、高度計及びガウスメーター等の計器は、通信インターフェースを備え、デジタル制御モジュールと通信接続を行い、検出して得られたデータをデジタル制御システムモジュールのパラメータ受信及び制御イネーブルモジュールまでに伝送するために用いられる。
特に、実際の応用において環境パラメータ取得モジュール中の環境パラメータの検出は、具体的需要に応じてうちの一種類又は多種類を選んで検出でき、例えば温度、湿度、電磁界強度のうちの一種類のみを検出でき、又は同時に数種類を検出でき、対応のテスターも実際の需要に応じて具体的に配置する。同じ道理で、負荷検出モジュール、電源入力モジュール中のパラメータ検出モジュール、力率調整モジュール中の信号パラメータ収集モジュール等で検出する各パラメータも同様とする。
本発明で提供する電子式変換装置の回路システムは、環境パラメータ取得モジュールや負荷検出モジュールを増設し、電源入力モジュールにパラメータ検出モジュールを設け、力率調整モジュールに信号パラメータ収集モジュール等のハードウェア回路モジュールを設けることにより、従来技術内の回路システムが環境パラメータ、負荷の変化、給電の電力網システム自体の電気的パラメータの異常等の要因の影響を受けて回路システムに現れる性能上の不安定、低変換効率等の問題をよく解決し、同時に負荷への制御能力を増強し、回路システムが高周波変換の動作過程中に不要な電磁エネルギーが生じて周辺の使用環境に電磁スモッグが発生するのを効果的に避ける。
このほかに、回路システムを更に保護するため、回路システムのために冷却システムを設ける。前記冷却システムは、電子式変換装置の回路システムに合わせる外部設備とする。該冷却システムは、通信ネットワークインターフェースを備え、電子式変換装置の回路システムとデータ交換を行うことができる。例えば、冷却システムの冷凍能力制御可能、内外部温度の検出、冷却担体の流量制御等のパラメータを電子式変換装置のデジタル制御システムと行うことができる。前記冷却システムは、風冷式（例えば冷却ファンの採用）、液冷却式（直接冷却又は間接冷却を含む）或いは冷凍式の放熱冷却方法（つまり高温熱源に低温熱源を提供し、その温度が制御され、ここでは主に冷媒で冷凍する）等を採用した冷却システムとすることができる。
図１０に示すように、冷却システムの動作原理の流れは、
Ｓ１：冷却対象は冷却時の温度設定を行う。
Ｓ２：冷却対象の温度が冷却に要する設定温度に到達する。
Ｓ３：冷却システムの動作が開始し、冷凍需要量と冷凍能力により冷凍モードを確認し、同時に電子式変換装置の回路システムとリアルタイムの通信とデータをフィードバックする。
Ｓ４：電子式変換装置の回路システムの冷却要求を満たした場合、冷凍が終了する。電子式変換装置の回路システムの冷却要求を満たすことができない場合、予告警報を発する。
図２に示すように、本発明の上記電子式変換装置の回路システムに基づく制御方法は、環境パラメータを取得並びに検出し、電子式変換装置の回路システムの動作が安全な範囲内にあるかどうかを判断し、範囲内にある場合、次のステップに進み、範囲外の場合、ユーザに電子式変換装置の回路システムの動作が不安全な環境にあると注意を促し、またステップａを繰り返すステップａを更に含む。回路システム中のアナログデバイスの制御信号源は例えば温湿度、海抜、周辺の電磁界、エネルギー源及び負荷の変化といった環境パラメータの影響を受けるため、回路システム全体の性能が変化する。よって環境パラメータについて検出を行う必要がある。環境パラメータは、電子式変換装置の回路システムが所在する環境の湿度と温度と海抜高度と電磁界強度等とを含む。そのデータは、専用テストセンサーで完成され、例えばデジタル温湿度計、高度計、ガウスメーター等の通信インターフェース付き計器で、検出して得られたデータをデジタル制御システムモジュールに伝送し、デジタル制御システムモジュール内部のアルゴリズムで演算する。
ステップ１：デジタル制御システムモジュール内に電子式変換装置の回路システムを保護するため閾値パラメータを設ける。前記閾値パラメータは、変換装置の逆変換モジュールの変換過程におけるピーク電圧とピーク電流と各モジュールの最高動作温度と回路システムの非正常状態時の検出パラメータとを含み、前記回路システムの非正常状態時の検出パラメータは欠相検出パラメータと低電圧検出パラメータと出力短路検出パラメータとを含む。例えば、１個の２０ＫＷの電子式変換装置の回路システムの最大電流閾値は４０Ａで、最高電圧閾値が６５０Ｖで、回路メモリ能力の閾値為１２０００Ｑで、各重要な保護デバイスの温度保護閾値が４０〜１１０℃で、入出力回路のエネルギー受信閾値が３５ＫＷとする。各閾値パラメータは、異なる回路制御モード（例えばシングルエンド方式、プッシュプル方式、ハーフブリッジ方式及びフルブリッジ方式等の各種制御モード）により設けると共にデジタル制御システムモジュールのデータメモリモジュール内に保存する。次に、例えば、回路システム中の電源入力モジュールの電圧上限を４２０Ｖに設定し、電圧下限を２０８Ｖに設定する。電源入力モジュールの電圧値が設定した上下限値から逸脱したと検出した時、回路システムの保護状態に入り、動作を停止し、点検修理の注意を促すことで、今後の回路安全を確保、或いは、回路システムの某回路モジュールの温度上限を８０℃に設定し、回路システムは該回路モジュールの温度が予め設定した温度上限８０℃に近くと検出した時、冷却システムを駆動して該回路モジュールの温度を下げ、温度が下げることができない場合、回路システムは動作を停止し、対応の予告警報を発する。
前記的冷却システムは、回路システムに設ける外部設備で、通信ネットワークインターフェースを備え、回路システムと通信及びデータのフィードバックを行うことができ、その動作の流れは図１０に示す通りとする。まず冷却システム上において各モジュールに対して冷却温度を設定し、某回路モジュールに設定した温度が８０℃になると、駆動システムを起動し、冷却システムは冷凍の需要量と冷凍能力によってそれを冷却し、同時に回路システムとリアルタイムな通信とデータのフィードバックを行う。回路システムの冷却要求を満たした場合、冷凍が終了して冷却システムをオフにする。回路システムの冷却要求を満たすことができず、該回路モジュールの温度を下げることができない場合、予告警報を発すると共に回路システムも動作を停止する。
ステップ２：各モジュール及び負荷の電気的パラメータを検出し、前記電気的パラメータをデジタル制御システムモジュールに伝送する。具体的に各モジュール及び負荷の電気的パラメータは、以下の一種類又は多種類を含む。
電源入力モジュール的入力電圧のさざ波、出力電圧の相順、出力電圧の位相点、変化率、周波数、さざ波、サージ等。
フィルタモジュールのサージパラメータ、電磁障害の信号。
力率調整モジュールの力率。
整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの電圧、電流、電圧のさざ波。
変換装置の逆変換モジュールの逆変換周波数、位相、パルス幅。
開閉器の駆動モジュールの電圧、電流、位相、温度及び負荷の周波数特性、磁気飽和状態と温度。
これら電気的パラメータが電子式変換装置の回路システムの動作にとって非常に重要で、少なくとも各モジュールと負荷の一種類の電気的パラメータをデジタル制御システムモジュールに伝送して検出分析を行う。例えば、検出した負荷の周波数特性、磁気飽和状態及び負荷の温度等のパラメータをデジタル制御システムモジュールに伝送する。このほかに、負荷が異なる動作周波数の下で、デジタル制御システムモジュールは更に負荷の周波数特性数値の変化傾向を予測する。検出した負荷の磁気飽和状態及び負荷の温度のパラメータをデジタル制御システムモジュールに伝送することで、デジタル制御システムモジュールがこれをもって対応する制御コマンドを出力する。負荷が磁気飽和状態になったことを検出した後、変圧器特性を有する負荷の上昇温度が比較的高いため、大幅に磁気飽和状態から逸脱した時回路システムの変換効率が比較的低くなり、この場合デジタル制御システムモジュールは対応の制御信号を出力して回路システムの若干の動作パラメータの割合を調整することで、回路システムを好ましい動作状態に動作させ、回路システムの変換効率と動作効率をアップする。
ステップ３：デジタル制御システムモジュールは前記電気的パラメータを受信並びに検出する。全てのパラメータを受信した後、デジタル制御システムモジュールがハードウェア回路とマッチする演算モデル（演算モデルは対応のソフトウェアアルゴリズムで実現できる）を選定した場合において、デジタル制御システムモジュールは受信したデータによって対応の制御コマンドを出力できる。例えばブリッジ方式回路において、自動的に結果を演算すると共に対応の制御コマンドを出力し、上下アームが同時にオンすることがないようにする。シングルエンド方式直列共振回路において、電圧が高すぎる時、デジタル制御システムモジュールがリアルタイムで負荷を制御して出力電力を増大することで、逆変換電圧の高すぎるリスクを解消する。
ステップ４：安定性要求を満たす制御コマンドを出力することで、電子式変換装置の回路システムの動作が安定状態にあるよう確保する。前記安定状態は、電子式変換装置の回路システムが設定した閾値パラメータ範囲内で動作させることにある。
ステップ５：電子式変換装置の回路システムが始動され、ステップ送りが既定値Ｘより小さい電力で漸進的に負荷に必要な電力に達する。ここの既定値Ｘは、１０Ｗ〜５０Ｗを取ることができ、好ましくはここの既定値Ｘが３０Ｗを取る。
ステップ６：電子式変換装置の回路システムの各パラメータに異常があるかどうかをリアルタイムで検出並びに判断し、異常だった場合、電子式変換装置の回路システムを保護し、各パラメータが正常になってから電子式変換装置の回路システムが継続して動作する
ステップ７：電子式変換装置の回路システムが終了状態に進んだ時、ステップ送りが既定値Ｘより小さい電力で漸進的に０まで下がる。ここの既定値Ｘは３０Ｗを取り、漸進的に変換強度を減らし、上下流の回路に対して電磁両立の問題を発生しないようにする。
ステップ８：電子式変換装置の回路システムの動作過程中に非常事態が生じた場合、非常停止用の電源コントローラの制御を通じて、電子式変換装置の回路システムの電源を強制的に切断させることができる。
前記ステップ６において、回路システムのパラメータに現れる異常状態は通常２種類があり、一種類が常に現れる異常又は回路システムが許容できない異常で、リアルタイムスキャン方式で検出する。もう一種類は累積的な異常或いはシステムの許容範囲が広い異常で、トリガー応答方式で検出する。回路システムが異常となった時、まずコア素子・デバイス（例えば開閉器、フリーホイールダイオード、エネルギー蓄積コンデンサ、エネルギー蓄積インダクタ等）を保護し、パラメータが正常になってから動作を加速して全体が影響を受けないように確保する。
図７は、回路システム中の開閉器メークブレーク時に生じる瞬時短絡・過電圧状態を示す模式図である。これは、累積的な異常或いはシステムの許容範囲が広い異常に属し、回路システム中の電圧、電流センサーが関連信号を取得すると共にデジタル制御システムモジュールにフィードバックした時、デジタル制御システムモジュールはオン又はオフの時点を調整し、柔軟的に制御することで強制的な切断を避ける。
図８は、負荷が急に変動し、誘導電流のオーバーシュートが現れた時開閉器の電流、電圧状態を示す模式図である。これは常に現れる異常又は回路システムが許容できない異常に属する。この種の異常となった時、回路システムは強制的に負荷の電源電圧を下げ、エネルギー消費ルート（例えば負荷の直流成分消費、変換回路中のコンデンサ吸収回路）を開き、回路システムの動作周波数を調整することで、次の周期内に速やかにこの種の異常状態を除去するよう確保する。
本発明で提供する電子式変換装置の回路システム及びその制御方法は、回路システム中の各回路モジュールにパラメータの監視ポイントを設け、各変換の機能の環節は制御でき、且つデジタル制御システムモジュール中のソフトウェア演算結果を通じて制御し、従来技術においてハードウェアを通じてフィードバックすることと異なる。本発明の実現可能性がより一層強くなり、回路がより一層簡素化する。
本発明の有益な効果は、次の各号を含む。
１、アナログデバイスの使用が少なく、ハードウェア回路が簡単で、故障率が低く、回路システムの安定性が高く、保守が便利である。
２、各種状態下のパラメータを十分検出と演算し、危険なタイムスライスを避けて素子・デバイスの寿命を確保する。
３、回路システムの変換能力及び変換効率をアップし、完全に過去アナログシステムに現れる可能性のあるシステムブレークダウンの状況を避ける。
４、変換過程において漸進的な変化を用い、高調波及びサージ状況を発生せず、回路システムの電磁両立パラメータを改善し、同時にも負荷に対して安定した出力パフォーマンスを提供し、不要な電磁輻射が発生しない。
５、適応性が広く、特に大電力、多組の変換装置の組み合わせ及び被制御回路の一致性が高くない環境に適する。
発明の詳細な説明の項においてなされた好ましい実施形態は、あくまでも本発明の技術内容を明らかにするものであって、そのような具体例にのみ限定して狭義に解釈されるべきものではなく、本発明の精神と範囲から逸脱することなく、行う種々の改良変更をなし得ることは本発明の保護範囲内に含めるものであるのが勿論である。

Claims (17)

  1. 電子式変換装置の回路システムであって、前記回路システムは、電源入力モジュールとフィルタモジュールと力率調整モジュールと整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールと変換装置の逆変換モジュールと開閉器の駆動モジュールとデジタル制御システムモジュールと制御システムの給電モジュールとを含み、
    前記電源入力モジュールは給電用の電源と接続して回路システムの入力側とし、
    前記フィルタモジュールは前記電源入力モジュールと接続し、前記電源入力モジュールの出力信号をフィルタ処理するために用いられ、
    前記力率調整モジュールは前記フィルタモジュールと接続し、前記フィルタモジュールの出力信号を処理することで、システムの力率を調整並びに引き上げるために用いられ、
    前記整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールは前記力率調整モジュールと接続し、前記力率調整モジュールの出力信号を整流・フィルタリング処理した後、前記変換装置の逆変換モジュールに送り、同時に電気的パラメータを検出し、また対応のセンサーを通じて前記デジタル制御システムモジュールにフィードバックし、
    前記変換装置の逆変換モジュールの入力側は前記整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールと接続し、前記変換装置の逆変換モジュールの出力側が負荷と接続し、
    前記開閉器の駆動モジュールは前記デジタル制御システムモジュールと前記変換装置の逆変換モジュールの間に接続し、前記デジタル制御システムモジュールで生成したスイッチング信号を受信することで前記変換装置の逆変換モジュールの動作状態を制御するために用いられ、
    前記制御システムの給電モジュールはデジタル制御システムモジュールと接続し、前記デジタル制御システムモジュールに給電するために用いられることを特徴とする電子式変換装置の回路システム。
  2. 前記負荷と前記変換装置の逆変換モジュールの間に負荷の周波数特性、磁気飽和状態及び／或いは負荷の温度を検出するための負荷検出モジュールを更に設けることを特徴とする請求項１に記載の電子式変換装置の回路システム。
  3. 前記電子式変換装置の回路システムには、デジタル制御システムモジュールと接続する環境パラメータ取得モジュールを更に設けており、前記環境パラメータ取得モジュールが少なくとも温湿度計、高度計或いはガウスメーターのうちの一種類のテスターを含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の電子式変換装置の回路システム。
  4. 前記電源入力モジュールには、パラメータ検出モジュールを設け、前記パラメータ検出モジュールが電流検出サブモジュールと電圧検出サブモジュールと温度検出サブモジュールと欠相検出サブモジュールとを含み、各サブモジュールに対応するセンサーを設けており、対応するパラメータを前記デジタル制御システムモジュールのパラメータ受信及び制御イネーブルモジュールに伝送するために用いることを特徴とする請求項３に記載の電子式変換装置の回路システム。
  5. 前記力率調整モジュールには電気的信号パラメータを収集する信号パラメータ収集モジュールを設けており、前記信号パラメータ収集モジュールが収集して得られた電気的信号パラメータを前記デジタル制御システムモジュールのパラメータ受信及び制御イネーブルモジュールに伝送することを特徴とする請求項４に記載の電子式変換装置の回路システム。
  6. 前記電気的信号パラメータは、前記力率調整モジュール入力側の交流電圧信号ＶＡＣと交流電流信号ＩＡＣと前記力率調整モジュール出力側の直流電圧信号ＶＤＣと接地信号ＧＮＤと前記力率調整モジュール中のスイッチング回路内の第１スイッチング回路の電流パラメータＩＱ１と第２スイッチング回路の電流パラメータＩＱ２とを含むことを特徴とする請求項５に記載の電子式変換装置の回路システム。
  7. 前記電子式変換装置の回路システムには、非常停止用の電源コントローラを更に設けており、非常事態において電子式変換装置の回路システムの電源を強制的に切断するために用られることを特徴とする請求項５に記載の電子式変換装置の回路システム。
  8. 前記非常停止用の電源コントローラは、前記力率調整モジュールと前記整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの間を直列接続し、前記負荷が電力網或いは固定負荷とすることを特徴とする請求項７に記載の電子式変換装置の回路システム。
  9. 前記デジタル制御システムモジュールは、制御センターモジュールと、制御センターモジュールと接続するパラメータの受信及び制御イネーブルモジュールと、入力モジュールと表示モジュールとを含むことを特徴とする請求項５に記載の電子式変換装置の回路システム。
  10. 前記開閉器の駆動モジュールが入力側の開閉器を駆動するための駆動信号を電気的に分離してから開閉器の動作を駆動させることことを特徴とする請求項５に記載の電子式変換装置の回路システム。
  11. 前記制御システムの給電モジュールは、順次に接続する整流ユニットと高周波変換ユニットとグループ結合の出力ユニットとを含み、前記整流ユニットが前記整流・フィルタリング及びパラメータ検出モジュールの入力側と接続し、前記グループ結合の出力ユニットが前記デジタル制御システムモジュールと接続し、前記グループ結合の出力ユニットも更に前記開閉器の駆動モジュールと接続して、前記デジタル制御システムモジュールと前記開閉器の駆動モジュールに給電するために用いられることを特徴とする請求項１０に記載の電子式変換装置の回路システム。
  12. 請求項４〜１１のいずれか一項に記載の電子式変換装置の回路システム中に運用される電子式変換装置の回路システムの制御方法であって、
    デジタル制御システムモジュール内に電子式変換装置の回路システムを保護するため閾値パラメータを設けるステップ１と、
    各モジュール及び負荷の電気的パラメータを検出し、前記電気的パラメータをデジタル制御システムモジュールに伝送するステップ２と、
    デジタル制御システムモジュールは前記電気的パラメータを受信並びに検出するステップ３と、
    安定性要求を満たす制御コマンドを出力することで、電子式変換装置の回路システムの動作が安定状態にあることを確保するステップ４と、
    電子式変換装置の回路システムが始動され、ステップ送りが既定値Ｘより小さい電力で漸進的に負荷に必要な電力に達するステップ５と、
    電子式変換装置の回路システムの各パラメータに異常があるかどうかをリアルタイムで検出並びに判断し、異常だった場合、電子式変換装置の回路システムを保護し、各パラメータが正常になってから電子式変換装置の回路システムが継続して動作するステップ６と、
    電子式変換装置の回路システムが終了状態に進んだ時、ステップ送りが既定値Ｘより小さい電力で漸進的に０まで下がるステップ７と、
    を含むことを特徴とする制御方法。
  13. ステップ１の前に電子式変換装置の回路システムが環境パラメータを取得並びに検出し、電子式変換装置の回路システムの動作が安全な範囲内にあるかどうかを判断し、範囲内にある場合、次のステップに進み、範囲外の場合、ユーザに電子式変換装置の回路システムの動作が不安全な環境にあると注意を促し、またステップａを繰り返すステップａを更に含むことを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
  14. 電子式変換装置の回路システムの動作過程中に非常事態が生じた場合、非常停止用の電源コントローラの制御を通じて、電子式変換装置の回路システムの電源を強制的に切断させるこステップ８を更に含むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の制御方法。
  15. ステップ１の前記閾値パラメータは、変換装置の逆変換モジュールの変換過程におけるピーク電圧とピーク電流と各モジュールの最高動作温度と回路システムの非正常状態時の検出パラメータとを含むことを特徴とする請求項１２に記載の制御方法。
  16. 前記回路システムの非正常状態時の検出パラメータは、欠相検出パラメータと低電圧検出パラメータと出力短路検出パラメータ中の一種類又は多種類とを含むことを特徴とする請求項１５に記載の制御方法。
  17. ステップ５とステップ７内の前記既定値Ｘは３０Ｗで、ステップａに記載の環境パラメータが電子式変換装置の回路システムが所在する環境の湿度、温度、海抜高度及び電磁界強度のうちの一種類又は多種類を含むことを特徴とする請求項１３に記載の制御方法。
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