SE465546B

SE465546B - PROCEDURAL AND ELECTRICAL CONVERTER EQUIPMENT FOR CONTROL OF A VOLTAGE STANDBASTER FREQUENCY COMMUTORATED ELECTRIC CONVERTER

Info

Publication number: SE465546B
Application number: SE9000374A
Authority: SE
Inventors: L Aengquist
Original assignee: Asea Brown Boveri
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1990-02-02
Publication date: 1991-09-23
Also published as: SE9000374D0; WO1991011847A1; SE9000374L; AU7229891A

Description

i4e5 546 strömriktare speciellt lämplig för användning vid hög effekt. Vid en sådan strömriktare är växelspänningens amplitud i princip helt bestämd av lik- spänningsamplituden och kan inte påverkas av strömriktarens styrorgan. Vid vissa grundfrekvenskommuterade strömriktare förekommer enstaka extrakom- muteringar per ledintervall hos strömriktarens ventiler i syfte att ned- bringa övertonshalten hos växelspänningen. Detta påverkar dock ej de karakteristiska egenskaperna hos denna typ av strömriktare. i4e5 546 converters especially suitable for high power use. At such converter, the amplitude of the AC voltage is in principle completely determined by the voltage amplitude and can not be affected by the control means of the inverter. At some basic frequency commutated converters have occasional extra mutations per hinge interval of the inverter valves in order to reduce bring the harmonic content of the AC voltage. However, this does not affect them characteristic features of this type of inverter.

En i och för sig känd koppling för huvudkretsarna hos en sådan ström- riktare visas i fig 2. Den har likspänningsanslutningar DT+ och DT- för anslutning till en styv likspänningskälla, dvs en likspänningskälla med låg inre impedans. Den har tre faser a, b, c. Varje fas, t ex fasen a innefattar två seriekopplade styrbara halvledarventiler Tau och Tan. Av dessa är den ena ventilen ledande under 1800 av varje växelspännings- period och den andrafventilen under de resterande 1800 av perioden. Varje ventil är antiparallellkopplad med en diod Dau resp Dan. De tre fasen- heterna arbetar sinsemellan 120° fasförskjutna. På växelriktarens växel- spänningsuttag AT erhålles på detta sätt ett trefasigt växelspännings- system. Strömriktarens ventiler kan som visas i fig 2 består av släckbara tyristorer men kan alternativt utgöras av konventionella tyristorer som är försedda med släckorgan, eller av transistorer. Tyristor och anti- parallellkopplad diod kan vara integrerade i en gemensam komponent.A per se known connection for the main circuits of such a current rectifier is shown in Fig. 2. It has DC connections DT + and DT- for connection to a rigid DC voltage source, ie a DC voltage source with low internal impedance. It has three phases a, b, c. Each phase, eg phase a includes two series-connected controllable semiconductor valves Tau and Tan. Of these are one valve conductive during 1800 of each AC voltage period and the second valve during the remaining 1800 of the period. Each valve is antiparallel-connected with a diode Dau resp Dan. The three phases- the units work with each other 120 ° phase-shifted. On the inverter of the inverter voltage outlet AT, a three-phase AC voltage is obtained in this way. system. The valves of the converter may, as shown in Fig. 2, consist of extinguishable thyristors but may alternatively be conventional thyristors which are provided with extinguishing means, or by transistors. Thyristors and anti- parallel-connected diode can be integrated in a common component.

Figur 1 visar en sådan strömriktare SR med sina likspänningsanslutningar kopplade till ett likspänningsnät DP, DN. En kondensator C är ansluten mellan strömriktarens likspänningsanslutningar för uppnående av den nödvändiga låga inre impedansen. Strömriktarens växelspänningsanslutningar AT är förbundna med ett växelspänningsnät N via induktiva element med resistansen r och reaktansen xL. Dessa element kan utgöras av separata induktorer eller av reaktansen hos en strömriktartransformator. Nätet N utgörs typiskt sett av ett trefasigt kraftnät eller av en roterande tre- fasmaskin. Skillnaden mellan momentanvärdena hos den i princip sinusfor- made nätspänningen och den fyrkantformade strömriktarspänningen upptas till större delen av reaktansen xL (spänningsfallet över resistansen r är normalt av mindre betydelse).Figure 1 shows such a converter SR with its DC connections connected to a direct voltage network DP, DN. A capacitor C is connected between the converter's DC voltage connections to achieve it necessary low internal impedance. Converter AC connections AT are connected to an alternating voltage network N via inductive elements with the resistance r and the reactance xL. These elements can consist of separate ones inductors or by the reactance of a converter transformer. The network N typically consists of a three-phase power grid or a rotating three-phase phase machine. The difference between the instantaneous values of the basically sinusoidal made the mains voltage and the square-shaped converter voltage is taken up for the most part of the reactance xL (the voltage drop across the resistance r is normally of minor importance).

En sinusformad växelspänning kan beskrivas med hjälp av en vektor som roterar i ett komplext talplan. Ett motsvarande flöde, definierat som spänningens tidsintegral, blir då en vektor som i samma talplan, under 3 4es_s46 förutsättning av konstant frekvens och amplitud hos växelspänningen rör sig på sådant sätt att dess spets med konstant hastighet följer en cirkel- bana. Växelspänning och ett motsvarande flöde hos en självkommuterad strömriktare kan på motsvarande sätt beskrivas med hjälp av vektorer i ett komplext talplan. Detta är känt exempelvis genom - V G Török: "Near-Optimum on-line Modulation of PWM Inverters" IFAC Control and Power Electronics and Electrical Drives, Luzern, Schweiz, 1985 - Lennart Ängquist: "Stator Flux Control of Asynchronous Motor in the Field-Weakening Region" Conference paper, "Evolution and Modern Aspects of Induction Machines", Torino, July 8-11, 1986 - M. Depenbrock: "Direkte Selbstregelung (DSR) für hochdynamische Dreh- feldantriebe mit Stromrichterspeisung" ETZ Archiv, band 7 (1985), häfte 7 - M. Depenbrock: "Drehmomenteinstellung im Feldschwächbereich bei strom- richtergespeisten Drehfeldantrieben mit Direkter Selbstreglung (DSR)" ETZ Archiv, band 9 (1987), häfte 1 - M. Depenbrock: "Direct Self-Control (DSC) of Inverter-Fed Induction Machine" IEEE Transactions on Power Eletronics, Volym 3, nr 4, oktober 1988 - USA-patentskriften 4.678.298.A sinusoidal AC voltage can be described using a vector such as rotates in a complex speech plane. A corresponding flow, defined as the time integral of the voltage, then becomes a vector as in the same number plane, below 3 4es_s46 assumption of constant frequency and amplitude of the AC voltage tube in such a way that its tip at a constant speed follows a circular path. Alternating voltage and a corresponding flow of a self-commutating converters can be similarly described using vectors in one complex number plan. This is known, for example, by - V G Török: "Near-Optimum on-line Modulation of PWM Inverters" IFAC Control and Power Electronics and Electrical Drives, Lucerne, Switzerland, 1985 - Lennart Ängquist: "Stator Flux Control of Asynchronous Motor in the Field-Weakening Region " Conference paper, "Evolution and Modern Aspects of Induction Machines ", Turin, July 8-11, 1986 - M. Depenbrock: "Direct self-regulation (DSR) for highly dynamic rotary field drives with power rectifier power supply " ETZ Archive, volume 7 (1985), issue 7 - M. Depenbrock: "Torque setting in the field weakness area at current- right-handed rotary field drives with direct self-regulation (DSR) " ETZ Archive, Volume 9 (1987), Issue 1 - M. Depenbrock: "Direct Self-Control (DSC) or Inverter-Fed Induction Machine " IEEE Transactions on Power Eletronics, Volume 3, No. 4, October 1988 U.S. Patent 4,678,298.

Genom den ovannämnda USA-patentskriften är en motordrift känd, vilken innefattar en strömriktare av ovan angivet slag. Med hjälp av en moment- regulator erhålles ett referensvärde för motorflödets amplitud. Flödes- amplitudreferensen påverkar i sin tur frekvensen hos strömriktarspänningen och därmed så småningom även fasläget hos denna spänning. En metod anvisas för att så snabbt som möjligt förändra flödesamplituden från ett värde till ett annat.From the above-mentioned U.S. patent a motor drive is known which includes a converter of the type indicated above. Using a torque controller, a reference value for the motor flow amplitude is obtained. Flow the amplitude reference in turn affects the frequency of the converter voltage and thus eventually also the phase position of this voltage. A method is indicated to change the flow amplitude from a value as quickly as possible to another.

Vid strömriktare av ovan angivet slag, vilka är anslutna till ett växel- spänningsnät, kan flödesvektorns bana av olika orsaker komma att avvika från den önskade banan, vilken vid en sexpulsströmriktare utgörs av en liksidig sexhörning med centrum i det komplexa talplanets origo. Orsaker till sådana störningar i flödesvektorns bana kan exempelvis vara: a) störningar i växelspänningsnätet, 465 546 b) ofullkomligheter i strömriktaren eller dess styrsystem, c) snabba ändringar i strömriktarens likspänning, t ex på grund av transienta förlopp vid uppstart eller återstart av strömriktaren.In the case of converters of the type indicated above, which are connected to a voltage network, the path of the flow vector may deviate for various reasons from the desired path, which in a six-pulse converter consists of a equilateral hexagon with center at the origin of the complex plane of speech. Causes to such disturbances in the path of the flow vector may be, for example: a) disturbances in the AC network, 465 546 b) imperfections in the converter or its control system; c) rapid changes in the DC DC voltage, eg due to transient processes at start-up or restart of the inverter.

En störning i flödesvektorns bana medför att banan icke längre kommer att vara centrerad i det komplexa talplanets origo. Detta innebär att ström- riktarens växelströmmar bildar ett osymmetriskt trefassystem med risk för överbelastning av enstaka ventiler och för driftavbrott på grund av ute- bliven kommutering. Vidare ger i allmänhet en störning av nu nämnt slag upphov till en fasändring av strömriktarens växelspänning. En sådan fas- ändring kommer att medföra en ändring av det aktiva effektflödet mellan nätet och strömriktaren, och därmed till en snabb upp- eller urladdning av kondensatorn på strömriktarens likspänningssida, vilket i sin tur medför en snabb och icke önskad ändring av strömriktarens likspänning. Speciellt allvarliga är dessa nackdelar vid sådana tillämpningar där det är av största vikt att strömriktarens funktion i möjligaste mån upprätthålles även under driftstörningar i växelspänningsnätet. Ett exempel på en sådan tillämpning är en strömriktare som används som statisk reaktiveffektkom- pensator. En sådan strömriktare är som visats i fig 1 kopplad till ett växelspänningsnät via induktiva element. Till strömriktarens likspänn- ingssida är ett kondensatorbatteri anslutet, vilket upprätthåller den för driften erforderliga likspänningen. \ REDOGÖRELSE FÖR UPPFlNNINGEN Uppfinningen avser att åstadkomma ett förfarande och en strömriktarutrust- ning av inledningsvis angivet slag, vilket ger: a) snabbast möjliga återhämtning efter en störning i flödesvektorns bana så att strömriktarens funktion kan upprätthållas även under störningar i t ex nätspänningen, b) en möjligast snabb symmetrering av strömriktarens växelspänning efter en störning, vilket ger lägsta möjliga strömbelastning på ventilerna _ och lägsta möjliga krav på ventilernas kommuteringsförmåga, c) möjlighet att upprätthålla en önskad grad av konstans hos strömrikta- rens likspänning även med måttliga värden hos denna kondensators kapacitans. -- 5 4esjs4e Dessa fördelaktiga egenskaper erhålles genom att enligt uppfinningen en flödesreferensvektor genereras i beroende av nätspänningen, strömriktarens flödesvektor bestämmes, samt strömriktarens kommuteringar styrs så att strömriktarens flödesvektor på snabbast möjliga sätt efter en störning bringas att övergå till en ny symmetrisk bana, varvid samtidigt det önska- de fasläget hos strömriktarspänningen relativt nätspänningen återställes.A disturbance in the path of the flow vector means that the path will no longer be be centered in the origin of the complex number plane. This means that the current the alternator currents form an asymmetric three-phase system with the risk of congestion of individual valves and for downtime due to external become commutation. Furthermore, it generally causes a disturbance of the kind just mentioned causes a phase change of the AC voltage of the inverter. Such a phase change will result in a change in the active power flow between the mains and the converter, and thus to a fast charging or discharging of the capacitor on the DC side of the converter, which in turn causes a rapid and undesired change in the DC DC voltage. Especially serious are these disadvantages in such applications where it is of utmost importance that the function of the converter is maintained as far as possible even during operational disturbances in the AC network. An example of such application is a converter used as a static reactive power com- pensator. Such a converter is, as shown in Fig. 1, connected to a AC mains via inductive elements. To the DC voltage of the converter side is a capacitor battery connected, which maintains it for operation required DC voltage. \ DESCRIPTION OF THE INVENTION The invention aims to provide a method and a converter equipment. of the kind initially indicated, which gives: a) the fastest possible recovery after a disturbance in the flow vector path so that the function of the inverter can be maintained even below disturbances in, for example, the mains voltage, b) as quickly as possible symmetry of the AC voltage after a disturbance, which gives the lowest possible current load on the valves _ and the lowest possible requirements for the commutation capacity of the valves, (c) the ability to maintain a desired degree of constancy of the current even DC with moderate values of this capacitor capacitance. - 5 4esjs4e These advantageous properties are obtained by according to the invention a flow reference vector is generated depending on the mains voltage, the converter flow vector is determined, and the commutator commutations are controlled so that the flow vector of the converter in the fastest possible way after a disturbance be transferred to a new symmetrical path, at the same time the desired the phase position of the converter voltage relative to the mains voltage is reset.

Eftersom på detta sätt icke önskade avvikelser i strömriktarspänningens fasläge kommer att återställas på snabbast möjliga sätt kommer icke önska- de upp- och urladdningar av likspänningssidans kondensator att hållas vid ett minimum.Because in this way undesired deviations in the converter voltage phase mode will be reset as soon as possible will not be desired the charging and discharging of the DC side capacitor to be maintained a minimum.

Vad som närmare kännetecknar ett förfarande och en strömriktarutrustning enligt uppfinningen framgår av bifogade patentkrav.What more specifically characterizes a method and a converter equipment according to the invention appears from the appended claims.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen skall i det följande närmare beskrivas i anslutning till bi- fogade figurer 1-6. Figur 1, vars huvudkretsar ovan har beskrivits, visar en till ett växelspänningsnät ansluten strömriktare av aktuellt slag.DESCRIPTION OF FIGURES The invention will be described in more detail below in connection with attached figures 1-6. Figure 1, whose main circuits have been described above, shows a current-type inverter connected to an AC network.

Figur 2, som har beskrivits ovan, visar ett exempel på uppbyggnaden av strömriktarens huvudkretsar. Figur 3 visar banan i det komplexa talplanet för strömriktarens flödesvektor. Figur 4 visar flödesvektorernas banor i det komplexa talplanet och illustrerar hur bestämningen av tidpunkten för nästa kommutering görs enligt uppfinningen. Figur 5 visar ett exempel på uppbyggnaden av den krets som används för bildandet av strömriktarens flödesvektor vid den i fig 1 visade utrustningen. Figur 6 visar funktionen hos det beräkningsorgan vid utrustningen enligt fig 1 som används för be- stämning av tidpunkten för nästa kommutering.Figure 2, which has been described above, shows an example of the structure of the main circuits of the inverter. Figure 3 shows the path in the complex number plane for the converter flow vector. Figure 4 shows the paths of the flow vectors in the complex plane of speech and illustrates how the determination of the time of the next commutation is made according to the invention. Figure 5 shows an example of the structure of the circuit used to form the converter flow vector in the equipment shown in Fig. 1. Figure 6 shows the function of the calculation means in the equipment according to Fig. 1 used for mood of the time of the next commutation.

BESKRIVNING AV UTFÖRlNGSEXEMPEL Figur 1, vars huvudkretsar ovan har beskrivits, visar en strömriktare som är spänningsstyv, självkommuterad och grundfrekvenskommuterad. Strömrikta- ren är ansluten till ett trefasigt växelspänningsnät N. Detta kan utgöras av ett trefasigt kraftnät och strömriktaren exempelvis vara avsedd för statisk reaktiveffektkompensering. I detta fall utgörs det till strömrik- tarens likspänningsuttag anslutna likspänningsnätet enbart av skenorna 465 546 DP och DN samt kondensatorbatteriet C. Med hjälp av en spänningstransfor- mator UM alstras signaler übus som avbildar nätväxelspänningen. Med hjälp av en strömtransformatorutrustning IM alstras en trefasig signal i som avbildar de mellan nätet och strömriktaren flytande växelströmmarna. Dessa signaler tillförs en beräkningskrets MC, vars funktion nedan skall beskrivas i anslutning till fig 5. Från beräkningskretsen erhålles en signal Üšonv som anger läget i det komplexa talplanet hos strömriktarens _ flödesvektor. Vidare alstrar beräkningskretsen en signal fbus som utgör ett mått på frekvensen hos nätväxelspänningen. Beräkningskretsen avger också en signal arg(?bus) som är ett mått på argumentet hos den mot den mot nätspänningen svarande flödesvektorn. Ett likspänningsmätdon DM, exempelvis en spänningsdelarkoppling, alstrar en mätsignal uD som utgör ett mått på strömriktarens likspänning. Denna signal tillförs dels en summator S2, dels en styrkrets FCC. Kretsen FCC avger styrsignaler SS till strömriktaren, vilka utlöser kommuteringar i strömriktaren. En referens- spänningsgenerator RS, som i sin enklaste form kan utgöras av en potentio- meter, avger en spänningsreferenssignal u som utgör ett mått på den önskade likspänningen på strömriktarens lïíššänningssida. Denna referens jämförs i summatorn S2 med den uppmätta spänningen uD, och skillnaden tillförs en spänningsregulator UR, vilken har PI-karakteristik. Regula- torns utsignal öref är i stationär drift den fasvinkel mellan nätets och strömriktarens flödesvektorer som erfordras för att kondensatorspänningen ' skall hållas konstant vid det av referensgeneratorn RS givna referens- värdet. Regulatorns utsignal adderas i en summator S1 till signalen arg(ﬁguS), och summan av dessa båda signaler utgör argumentet arg(f ref) för en referensflödesvektor.DESCRIPTION OF EXAMPLES Figure 1, whose main circuits have been described above, shows a converter which is voltage rigid, self-commutated and basic frequency commutated. Current-oriented reindeer is connected to a three-phase alternating voltage network N. This can be constituted of a three-phase power grid and the converter, for example, be intended for static reactive power compensation. In this case, it constitutes a the DC socket of the operator connected to the mains voltage only by the rails 465 546 DP and DN as well as the capacitor battery C. Using a voltage transformer feeds UM signals übus are generated which depict the mains AC voltage. With help of a current transformer equipment IM a three-phase signal is generated in which depicts the alternating currents flowing between the mains and the inverter. These signals are applied to a computing circuit MC, the function of which is to described in connection with Fig. 5. From the calculation circuit one is obtained signal Üšonv indicating the position in the complex speech plane of the inverter _ flow vector. Furthermore, the calculation circuit generates a signal fbus which constitutes a measure of the frequency of the mains AC voltage. The calculation circuit emits also a signal angry (? bus) which is a measure of the argument of the one against it against the mains voltage corresponding to the flow vector. A direct current measuring device DM, for example, a voltage divider connection, generates a measurement signal uD which constitutes a measure of the DC DC voltage. This signal is applied in part summator S2, partly a control circuit FCC. The FCC circuit emits control signals to the SS the inverter, which triggers commutations in the inverter. A reference- voltage generator RS, which in its simplest form can be a potential meters, emits a voltage reference signal u which is a measure of it desired DC voltage on the converter lïíššänning side. This reference is compared in the summator S2 with the measured voltage uD, and the difference is supplied with a voltage regulator UR, which has PI characteristics. Regular tower output öref is in stationary operation the phase angle between the network and converter flow vectors required for the capacitor voltage ' shall be kept constant at the reference signal given by the reference generator RS the value. The output signal of the controller is added in a summator S1 to the signal angry (ﬁ guS), and the sum of these two signals constitutes the argument angry (f ref) for a reference flow vector.

Figur 3 visar strömriktarens flödesvektor Üèonv samt dess bana i det komplexa talplanet. I stationärt och ostört tillstånd utgörs banan för flödsesvektorns spets av en symmetrisk sexhörning. Flödesvektorn ïëønv definieras formellt av följande ekvation: ï_ TC0nV= I Uwnvæ) (ﬂænš) 'OO där üconv är strömriktarens spänningsvektor och mn är nätspänningens vinkelfrekvens. Längden çconv av sexhörningens sida bestäms av villkoret att sexhörningens omkrets skall genomlöpas under en period av nätväxel- f i 46sa54§ spänningen vid den periferihastighet som bestäms av amplituden hos ström- riktarens växelspänning, dvs av dess likspänning uD. Sidlängden erhålles av följande ekvation; A ZIPUD “Yconv = 9'fbus Figur 4 åskådliggör principen för uppfinningen. Enligt uppfinningen be- Onv, vars spets vid en viss tidpunkt antas befinna sig i punkten A. Med ledning av det uppmätta stäms kontinuerligt strömriktarens flödesvektor~ïc värdet uD på strömriktarens likspänning görs en uppskattning av det likspänningsvärde som kommer att råda fram till den kommutering som ligger efter närmast följande kommutering. Denna uppskattning görs enligt'en lämplig algoritm. I sin enklaste form utgörs uppskattningen av antagan- det att likspänningen kommer att vara konstant lika med det uppmätta vär- det. Vidare görs enligt en lämplig algoritm en uppskattning av det värde på nätfrekvensen fbus som kommer att råda två kommuteringar framåt i tiden. I sin enklaste form utgörs även denna uppskattning av antagandet att frekvensen kommer att vara konstant lika med det för ögonblicket upp- mätta värdet. Med ledning av de sålunda estimerade värdena bestäms sid- längden.Yhex hos en i origo centrerad liksidig sexhörning, vilken utgör banan för en referensflödesvektoriïref, vilken vid aktuella värden på likspänning och nätfrekvens.och vid ostörd stationär drift skulle följa denna bana. Av denna sexhörning är i fig 4 den övre halvan HDEK visad.Figure 3 shows the converter's flow vector Üèonv and its path in it complex number plane. In a stationary and undisturbed state, the track is made up of the tip of the flow vector of a symmetrical hexagon. The flow vector ïëønv is formally defined by the following equation: ï_ TC0nV = I Uwnvæ) (ﬂ ænš) 'OO where üconv is the voltage vector of the converter and mn is that of the mains voltage angular frequency. The length çconv of the side of the hexagon is determined by the condition that the circumference of the hexagon is to be traversed during a period of f i 46sa54§ the voltage at the peripheral speed determined by the amplitude of the current the AC voltage of the rectifier, ie of its DC voltage uD. The page length is obtained of the following equation; A ZIPUD “Yconv = 9'fbus Figure 4 illustrates the principle of the invention. According to the invention, Onv, whose tip at a certain time is assumed to be in point A. Based on the measured the flow vector ~ ïc of the converter is continuously tuned the value uD of the DC voltage of the converter is estimated DC voltage value that will prevail until the commutation that lies after the next commutation. This estimate is made according to the appropriate algorithm. In its simplest form, the estimate consists of the that the direct voltage will be constant equal to the measured value the. Furthermore, according to an appropriate algorithm, an estimate of that value is made on the mains frequency fbus which will prevail two commutations forward in the time. In its simplest form, this estimate also consists of the assumption that the frequency will be constant equal to that currently measured the value. On the basis of the values thus estimated, the the length.Yhex of an originally centered equilateral hexagon, which constitutes the path of a reference flow vector, which at current values of DC voltage and mains frequency.and in case of uninterrupted stationary operation would follow this path. Of this hexagon, in Fig. 4 the upper half HDEK is shown.

Banans omkrets parametriseras med en parameter 0 till Zn för ett varv och vektorns belopp erhålls genom att man finner den punkt på banan vars parametervärde motsvarar argumentet arg(ïref) enligt figur 1. Referens- flödesvektorn antar det visade läget med sin spets i punkten B samtidigt som strömriktarens flödesvektor har sin spets i punkten A. Referensvektorn och strömriktarens flödesvektor kommer att röra sig parallellt i riktning mot punkterna D resp A1 och med samma hastighet, vilken är bestämd av det för tillfället uppmätta värdet på strömriktarens likspänning. Nästföljande kommutering antas äga rum när strömriktarens flödesvektor befinner sig i punkten A1. Flödesvektorn kommer därefter att röra sig utefter banan AIGC, medan referensflödesvektorn rör sig utefter banan B1DEC. Enligt uppfinn- ingen väljes kommuteringstidpunkten så att längden hos banan AIGC är lika stor som längden hos banan B1DEC. Eftersom flödesvektorernas periferi- hastigheter är lika kommer de därför att inträffa i punkten C samtidigt. 465 546 Referensflödesvektorn och strömriktarens flödesvektor kommer då att sam- manfalla, dvs strömriktarens flödesvektor har bringats anta det önskade läget i förhållande till nätets flödesvektor. En av en störning orsakad ändring av flödesvektorns läge i förhållande till referensflödesvektorn kommer på detta sätt att utregleras på minsta möjliga tid och helt utan översvängningar.The circumference of the web is parameterized with a parameter 0 to Zn for one revolution and the amount of the vector is obtained by finding the point on the path whose parameter value corresponds to the argument arg (ïref) according to Figure 1. Reference the flow vector assumes the displayed position with its tip at point B simultaneously which the flow vector of the converter has its peak at point A. The reference vector and the flow vector of the converter will move in parallel in the direction towards the points D and A1, respectively, and at the same speed, which is determined by it currently measured the value of the converter DC voltage. Next commutation is assumed to take place when the converter's flow vector is in point A1. The flow vector will then move along the AIGC path, while the reference flow vector moves along the path B1DEC. According to the invention no one selects the commutation time so that the length of the AIGC path is equal large as the length of the B1DEC lane. Since the peripherals of the flow vectors speeds are equal, they will therefore occur at point C at the same time. 465 546 The reference flow vector and the converter flow vector will then co-exist. fall, ie the flow vector of the converter has been made to assume the desired the position in relation to the network flow vector. One caused by a disturbance changing the position of the flow vector relative to the reference flow vector will be settled in this way in the least possible time and completely without overshoots.

Som framgår av figuren är sträckorna CE = CG och ED = GF, dvs DEC = FGC.As can be seen from the figure, the distances are CE = CG and ED = GF, ie DEC = FGC.

Om kommuteringen görs i det ögonblick då BID = AIF kommer därför det ovannämnda villkoret beträffande banlängdernas likhet att vara uppfyllt.Therefore, if the commutation is made at the moment when BID = AIF the above-mentioned condition regarding the similarity of the track lengths to be met.

Enligt uppfinningen bestäms fortlöpande under referensflödesvektorns genomlöpande av polygonsidan HD en eller flera gånger avståndet mellan vektorns spets B och polygonens nästföljande hörn D nämligen (1-¿)Yhex och det samtidiga avståndet mellan strömriktarflödesvektorns spets A och polygonsidan HD i en riktning som är parallell med nästföljande poly- gonsida DE (detta avstånd blir lika stort som A1F i figur 4). Avståndet i flödesplanet från referensflödesvektorns position vid mättillfället och dess position vid kommuteringstillfället ges av skillnaden mellan de mätvärden som beräknats ovan. Avståndet i flödesplanet kan räknas om till avstånd i tid eftersom förflyttningshastigheten i flödesplanet är känd estim. Den beräknade kommuteringstidpunkten tcom kan nu beräknas om tiden för mättillfället registrerats. Det blir då möjligt genom uppskattningen u att i en löpande klocka sätta den tid då utlösning av kommuteringen skall ske. Om avståndet till kommuteringen är tillräckligt stort kan flera beräkningar hinna genomföras och den satta tiden för kommutering kan därigenom hinna bli justerad flera gånger vid passage av en hexagonsida.According to the invention, it is determined continuously under the reference flow vector continuous of the polygon side HD one or more times the distance between the tip B of the vector and the next corner D of the polygon namely (1-¿) Yhex and the simultaneous distance between the converter A and the tip A and polygon side HD in a direction parallel to the next polygon gonside DE (this distance becomes as large as A1F in Figure 4). The distance in the flow plane from the position of the reference flow vector at the time of measurement and its position at the time of commutation is given by the difference between the measured values calculated above. The distance in the flow plane can be recalculated to distance in time because the velocity of travel in the flow plane is known estim. The estimated commutation time tcom can now calculated if the time for the measurement time has been registered. It will then be possible by the estimate u to set the time at which the commutation is to be triggered in a running clock happen. If the distance to the commutation is large enough, several can calculations have time to be carried out and the set time for commutation can thereby having time to be adjusted several times when passing a hexagon side.

Figur 5 visar uppbyggnaden av beräkningskretsen MC i fig 1. Från mätdonen IM och UM tillförs kretsen momentanvärdena hos de tre fasströmmarna ia, ib, ic och fasspänningarna ua, ub, uc. Referensaxeln för fas a antas sammanfalla med den positiva riktningen för det komplexa talplanets reella axel. Enligt kända samband bildas nu realdelen iRE och imaginärdelen iIM för den komplexa vektor som motsvarar den från strömriktaren till nätet flytande strömmen. Detta görs genom summering av fasströmmarnas momen- tanvärden i operationsförstärkarna Fl och F2 med de i operationsför- stärkarsymbolerna angivna proportionalitetskonstanterna. På motsvarande sätt bildas med hjälp av operationsförstärkarna F3 och FÅ realdelen URE och imaginärdelen uIM av den vektor som beskriver nätspänningen. Med 465.546 hjälp av integratorer IN1 och IN2 erhålles realdelen ïbusRE och imaginär- delen ¶buSIM hos den mot nätspänningen svarande flödesvektorn Vgus. Med hjälp av multiplikatorer MU1 och MU2 bildas storheterna iRE - xL och iIM - xL. Dessa storheter adderas med hjälp av summatorer S3 och S4 till nätflödesvektorns real- och imaginärdel. Utsignalerna från dessa summa- torer utgör realdelen ïconVRE resp imaginärdelen VcOnVIM av strömriktarens flödesvektor. Dessa signaler tillförs styrkretsen FCC på i fig 1 visat sätt. Nätväxelspänningen tillförs ett frekvensmätdon FM, vilket avger en signal fbus som utgör ett mått på nätväxelspänningens frekvens. En be- räkningskrets AR bildar argumentet för nätets flödesvektor enligt sam- bandet W argﬁbus) = arctgÄÅ-uslï-M- busRE Figur 6 åskådliggör funktionen hos styrkretsen FCC i fig 1. Kretsen kan exempelvis utgöras av en snabb processor anordnad att arbeta enligt det i fig 6 angivna flödesschemat. Kretsen bestämmer först storheten kH, vilken anger ordningsnumret för den sida i referenspolygonen på vilken referens- flödesvektorn för tillfället befinner sig. För exempelvis polygonsidan HD är kH = 0, för sidan DE är kH = 1 osv. Därefter bestäms en storhet A, vilken anger hur stor del av den aktuella polygonsidan som passerats.Figure 5 shows the structure of the calculation circuit MC in Figure 1. From the measuring devices IM and UM, the instantaneous values of the three phase currents ia are applied to the circuit. ib, ic and the phase voltages ua, ub, uc. The reference axis for phase a is assumed coincide with the positive direction of the real speech plane of the complex shoulder. According to known relationships, the real part iRE and the imaginary part iIM are now formed for the complex vector corresponding to that from the converter to the mains floating stream. This is done by summing the moment currents of the phase currents. values in the operational amplifiers F1 and F2 with those in the operational amplifiers. the amplifier symbols indicated the proportionality constants. On the equivalent method is formed using the operational amplifiers F3 and GET the real part URE and the imaginary part uIM of the vector describing the mains voltage. With 465,546 with the help of integrators IN1 and IN2, the real part ïbusRE and imaginary the ¶buSIM part of the Vgus flow vector corresponding to the mains voltage. With by means of multipliers MU1 and MU2 the quantities iRE - xL and iIM - xL. These quantities are added by means of summers S3 and S4 to the real and imaginary part of the mains flow vector. The output signals from these sums tors constitute the real part ïconVRE and the imaginary part VcOnVIM of the converter flow vector. These signals are applied to the control circuit FCC as shown in Fig. 1 way. The mains voltage is supplied to a frequency measuring device FM, which emits one signal fbus which is a measure of the frequency of the mains AC voltage. A be- arithmetic circuit AR forms the argument for the network flow vector according to the band W arg ﬁ bus) = arctgÄÅ-uslï-M- busRE Figure 6 illustrates the operation of the FCC control circuit of Figure 1. The circuit may for example, consists of a fast processor arranged to work according to it in Fig. 6 indicated the flow chart. The circuit first determines the quantity kH, which indicates the serial number of the page in the reference polygon on which the reference the flow vector is currently located. For example, the polygon side HD is kH = 0, for the side DE is kH = 1 and so on. Then a quantity A is determined, which indicates how much of the current polygon page has been passed.

Omedelbart efter varje kommutering är A = 0 och omedelbart före en kommutering är A = 1. Därefter bestäms referenspolygonens sidlängd Yhex enligt det angivna villkoret, där uD' estim är det uppskattningsvärde på likspänningen som används vid beräkningen och fbus, estim är det upp- skattade värde på nätfrekvensen som används vid beräkningen. Som ovan angivits kan som uppskattade värden på dessa storheter de för tillfället uppmätta värdena på storheterna användas. Härefter bildas den komplexa referensflödesvektorn ïref(t). I nästa funktionsblock bildas storheten Aïèom. Deng: storhet anger avståndet i flödesplanet från flödesvektorer- na aktuella lägen till kommuteringstidpunkten, dvs sträckorna BB1 = AA1 i fig 4. Återstående tid till kommutering Atcom erhålles genom division av sistnämnda storhet med flödesvektorernas hastighet utefter banan. Den återstående tiden adderas till tiden tmät vid mättillfället och man får en beräknad kommuteringstid tcom, vilken kan laddas i ett register i en systemklocka (Load tcom). När systemklockan (t) passerar den inladdade tidpunkten utlöses den närmast i tur stående kommuteringen (COM). Beräk- ningarna och uppdateringen av kommuteringstidpunkten kan göras en eller flera gånger per polygonsida beroende på behov av beräkningstid.Immediately after each commutation, A = 0 and immediately before one commutation is A = 1. Then the side length Yhex of the reference polygon is determined according to the specified condition, where the uD 'estimate is the estimated value of the DC voltage used in the calculation and fbus, estimation is the estimated value of the network frequency used in the calculation. As above stated as estimated values of these quantities they can at the moment measured values of the quantities are used. Then the complex is formed the reference flow vector ïref (t). In the next function block, the quantity is formed Aïèom. Deng: quantity indicates the distance in the flow plane from the flow vectors- the current positions to the commutation time, ie the distances BB1 = AA1 in Fig. 4. Remaining time for commutation Atcom is obtained by division of the latter quantity with the velocity of the flow vectors along the path. The the remaining time is added to the time tmät at the time of measurement and you get one estimated commutation time tcom, which can be loaded in a register in a system clock (Load tcom). When the system clock (t) passes the charged at the time, the next commutation (COM) is triggered. Calculation and the update of the commutation time can be made one or several times per polygon page depending on the need for calculation time.

Claims

465 546 w A method and a converter according to the invention have been described above in the case where the converter is used as a phase compensator. The described control may then be supplemented in a known manner with control means which control the amplitude of the inverter's alternating voltage so that the desired reactive power flow between the inverter and the mains is obtained. This can be done by influencing the DC voltage reference uDref in Fig. 1. However, the method and the converter equipment according to the invention can be used for purposes other than phase compensation. In the embodiments described above, the converter consists of a six-pulse converter. However, the invention can also be applied to other pulse numbers, for example to twelve-pulse converter connections, in which the path of the flow reference vector in the stationary state becomes an equilateral twelve-corner. The invention can also be applied when six-pulse bridges according to the invention are arranged to cooperate against a common network. PATENT REQUIREMENTS

Method for controlling a voltage rigid basic frequency commutated converter (SR) with alternating voltage socket (AT) for connection to an alternating voltage network (N) via inductive elements (r, xL) and with direct voltage socket (DT +, DT-) for connection to a direct voltage source (DP, DN, C), at which the converter's flow vector (ïëonv) is formed and used to control the commutator's commutation times, characterized in that a) the DC voltage (un) is measured, b) a polygon path (HDEK) for the converter's reference flow in a complex vector plane (re, im) is estimated on the basis of the measured direct voltage and a frequency reference (fbus), c) based on a phase angle reference arg (ïèef) a flow reference vector (ïref) is determined on this path, d) the following commutation is made at such a time that the flow reference vector and the converter flow vector will coincide at the intersection point (C) between the path of the flow vector (A1, GC) and one side (EK) of said polygon path, which side has a direction which deviates from the direction of the polygon side (HD) along which the flow reference vector moves immediately before the commutation. 11 '“465 546

Method according to claim 1, characterized in that the next commutation is made when the estimated remaining path lengths (B1DEC and A1FGC) for the flow reference vector and the converter flow vector, respectively, from the commutation time to the time when these vectors coincide.

Method according to claim 1 for controlling a six-pulse converter, characterized in that the estimated polygon path consists of an equilateral hexagon.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the side length (Whex) of the estimated polygon web is proportional to the measured direct voltage (uD).

5. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that the frequency (fbus) of the alternating voltage network is measured and constitutes said frequency reference.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the phase angle reference is determined in dependence on the difference between the measured direct voltage (uD) and a voltage reference (unref).

7. Converter equipment comprising a voltage-rigid fundamental frequency-commutated converter (SR) with alternating voltage socket (AT) for connection to an alternating voltage network (N) via inductive elements (r, xL), with direct voltage socket (DT +, DT-) for connection to a direct voltage source (DP, DN, C), as well as with means (MC) for forming the converter flow vector (ﬁ conv), characterized in that it comprises voltage measuring means (UM) for determining the direct voltage (un) of the direct voltage source. frequency reference forming means (MC) for forming a frequency reference (fbus) path determining means (FCC) arranged to determine, based on the measured DC voltage (un) and the frequency reference (fbus), characteristic data (Whex) of an estimated polygon path (HDEK) for a flow reference vector (ïref), 465 546 12) reference vector forming means (FCC) arranged to form from this a phase angle reference arg ﬁ ref) a flow path vector (Wref) following this path, commutation controlling means (FCC) arranged to trigger the next comm. mutation at such a time that the flow reference vector and the flow vector of the converter will coincide at the intersection point (C) between the path of the c flow vector (A1, GC) and a side (EK) of said polygon path, which side has a direction deviating from the direction of the polygon side (HD) along which the flow reference vector moves immediately before commutation.

Converter equipment according to claim 7, characterized in that the commutation controlling means are arranged to trigger the next commutation when the estimated remaining path lengths (BIDEC and A1FGC) for the flow reference vector and the converter flow vector, respectively, in the commutation time point said point of intersection, corresponds.

Converter equipment according to either of Claims 7 and 8, in which the converter is a six-pulse converter, characterized in that the path determining means are arranged to form characteristic data for an estimated polygon path in the form of an equilateral hexagon.

Converter equipment according to any one of claims 7-9, characterized in that the path determining means are arranged to form the estimated polygon path with a side length (? Hex) which is proportional to the measured direct voltage (un).

ll. Converter equipment according to any one of claims 7-10, characterized in that said frequency reference generating means are arranged to form frequency references by measuring the frequency (fbus) of the voltage in the alternating voltage network (N).

Converter equipment according to any one of claims 7-11, characterized in that it comprises a DC regulator (UR) arranged to form said phase angle reference arg (ïref) depending on the difference between the measured DC voltage (uu) and a voltage reference (unref) and of the argument (arg (ïguS)) of a flow vector corresponding to the mains AC voltage.