使用高压直流电流的电力传输装置的制作方法

专利名称：使用高压直流电流的电力传输装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用高压直流电流的电力传输装置，这种装置包括两个由相位角控制的换流器，每个换流器连接到交流电压网上，两个换流器之间通过直流连线互相连接，以及控制元件，用来控制其中的一个换流器作为整流器来使用，并控制另一个换流器作为逆变器来使用，并且控制其中的一个换流器，即电流控制换流器，以便控制流入直流连线的直流电流，以及控制另一个换流器，即电压控制换流器，以便控制直流连线中的直流电压。
背景技术：
上述类型的装置是以前所熟知并且被详尽说明了的，例如，Erich Uhlmann的“直流电力传输”(“Power Transmission byDirect Current”)，斯普林格-维纳格柏林-海德堡-纽约(Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-NewYork)1975，Ake Ekstrom的“高功率电子学，HVDC和SVC”(“High PowerElectronics，HVDC and SVC”)，斯德哥尔摩，皇家技术学院(TheRoyal Institute of Technology，Stockholm)，1990，J.Arrilage的“高电压直流传输”(“High Voltage Direct CurrentTransmission”)，伦敦，彼德，彼里利勒斯有限公司(Peter PeregrinusLtd.，London)，1983.
在以上类型的装置中，两个换流器中的每一个一般都被安置在它自己的换流器站上，这些站的位置彼此相隔一定的距离，相互之间通过直流电缆和(或)架空线相连。在某些情况下(一种称为背靠背连接的方式)，两个换流器可能被安置在同一个换流器站上，直流连线则由站上的直流总线组成。
一般情况下，换流器是12脉冲换流器，每个换流器由两个串连在一起的6脉冲电桥及其相关变压器以及控制和保护设备组成。
这里涉及的这种装置可以是单极性的，就是只有一根直流线，直流电流通过大地返回；也可以是双极性的，即每个站上有两个换流器，两根直流线，其中一根相对于地携带正电压，另一根相对于地携带负电压。
在上述类型的装置中，两个换流器中的一个作为整流器来使用，另一个换流器作为逆变器来使用。换流器是受到控制的，使得其中一个为电流控制，另一个为电压控制。一般来说，整流器是电流控制的，就是说，整流器工作在多少有些降低的直流电压下，工作时有一个受电流控制器影响的控制角α使直流电流被控制到一个电流参考值上。而逆变器则是电压控制换流器。它的控制角维持在一个值上，使换流器工作在熄火角γ的最小值上。这样，逆变器就决定了传输中的直流电压，这个直流电压可以是借助逆变器上变压器的抽头变换开关来控制的，致使直流电压(比如说在整流器中)被维持在一个电压参考值上。
在这些已知的装置中，整流器的控制角有一个额定值，比如说15°，而且整流器上变压器的抽头变换开关也是受控制的，使整流器的控制角维持在一个预定区间内。这就确定了，比如当控制角在其额定值和变化区间的上下限之间发生变化时，由控制角变化引起的直流电压变化是抽头变换开关的±1档。在如上所述的控制角额定值15°下，控制角变化区间的典型限定值为12.5°和17.5°。一个抽头变换开关档典型地与额定工作电压1.25％的电压变化相对应。
换流器的无功功率损耗随控制角迅速增长，并且几乎与Sinα成正比。所以，在这些已知的装置中，整流器的无功功率是比较高的。
因此，人们期望能在较小的整流器控制角下工作，但在大多数情况下，出于各种不同的原因，在以前这实际上是不可能的。但是，某些类型的换流器被证明是可以在低控制角下工作的(控制角假定与线电压有关)。尤其是在被称为串联补偿HVDC换流器的情况下就被证明是这样的，这种换流器通过串联电容器连接在它们的交流电网上。这种换流器(比如整流器)可能会在非常低甚至负的控制角下工作。这样，无功功率可以保持在低的水平。
然而，在串联补偿换流器中，点火和熄火的电压跳变是比较高的，并随控制角而增长，该电压跳变是指在点火和熄火时换流器件上电压的突然变化。因此在这种换流器中，维持低控制角是十分重要的。
然而整流器在低控制角下工作存在一个明显的缺点。在

图1中用图解的方式对这个缺点进行了说明，该图显示的是整流器在某一电流值和两个不同的控制角α1和α2下，视在功率S、有效功率P(P＝cosα)和无功功率Q(Q＝Ssinα)之间的关系。整流器的直流电压Ud与有效功率P成正比，并和P在同一个坐标轴上显示。如上所述，控制角需要在一个相当大的范围内变化，以至于会引起某一给定直流电压的变化ΔUd，ΔUd的大小是由抽头变换开关档的大小决定的。在较高的控制角α2和视在功率S2下，为了达到电压变化ΔUd要求具有控制角变化Δα2。这个控制角的变化会引起无功功率的变化ΔQ2。而在较低的控制角α1和视在功率S1下，为了达到同样的电压变化ΔUd要求具有明显大得多的控制角变化Δα1，这个电压变化会引起明显大得多的无功功率变化ΔQ1。在更低的控制角下，或者在直流电压具有最大值的控制角数值附近，所要求的控制角变化及相应的无功功率变化就会变得很大。工作在低控制角下会引起大的无功功率变化，这在某些电力网的布局情况下可能是不利的。尽管这些无功功率的变化，或至少是其一部分，可以借助引入晶闸管开关的旁路电容器来抵消，但这从经济角度来看又是不利的。在理论上，控制角变化及相应的无功功率变化可以通过减少抽头变换开关各档的数值大小来降低。然而这种数值大小的减少会相应地增加抽头变换开关的开关频度，从而引起相当大的抽头变换开关磨损的增加，而这在大多数情况下是不可接受的。
以上关于把换流器作为整流器使用的描述，在作必要的改变后对于把换流器作为逆变器使用是同样适合的。对于这样的换流器，比如通过串联补偿的方式，在低熄火角(以线电压为参考)下工作是可能的，而且在这种情况下，上面提到的巨大的无功功率变化将随控制角的变化而增加。
发明概述本发明的目的是提供一种在以上介绍中所描述的装置，这种装置能明显地减少上述在低控制角(或熄火角)下工作时的无功功率变化。本发明的目的就是在不需要增加元件(比如晶闸管开关的旁路电容器)的情况下，只借助一种新的控制方法来使在较低的控制角和较低的无功功率变化下的工作成为可能，在此情况下的控制角的和无功功率变化比迄今已知可行的控制角和无功功率变化要明显地小得多，相应的，换流器的无功功率损耗以及点火和熄火电压跳变的大小相比于现有技术的控制方法都会明显的减少。
本发明装置的特征将在后附的权利要求中有清楚的阐述。
当调整比如整流器的抽头变换开关的档位或当整流器交流电网的电压发生变换时，整流器会变换它的控制角来维持额定的直流电流。在本发明装置中，传输的直流电压会发生变化，使整流器控制角的变化及相应的无功功率变化受到了限制。
附图简述下面将参考附图1-7而对本发明进行更加详尽的解释说明。如上所述，图1显示的是工作在两种不同控制角下各种功率之间的关系。图2a所示为本发明装置的总体图，其中通过给逆变器控制角一个控制角增量而使整流器控制角的变化受到限制。图2b所示为一种可选实施方案的相应总体图，其中逆变器有一个电压控制器，通过给这个电压控制器的参考电压一个增量而使整流器的控制角变化受到限制。图3-7更加详尽地显示了图2中装置各个不同单元的实施方案示例。图3显示的是图2a和图2b所示装置中整流器的控制角发生器。图4a显示的是图2a所示装置中整流器的参考值发生器控制单元。图4b和图4c显示的是图2b所示装置中整流器的参考值发生器的两种可选实施方案。图5a显示的是图2a所示装置中整流器抽头变换开关的控制设备，而图5b显示的是图2b所示装置中的相同控制设备。图6a显示的是图2a所示装置中逆变器的控制角发生器，而图6b显示的是图2b所示装置中的控制角发生器。图7a和图7b则分别对应图2a和图2b所示装置中逆变器抽头变换开关的控制单元。
优选实施方案说明图1已在上面说明过。
图2a显示了本发明HVDC装置的一个例子。该装置是为了在两个三相电力网NI和NII之间进行电力传输而安置的。换流器SRI通过它的换流器变压器TRI与电力网NI相连接，而换流器SRII则通过它的换流器变压器TRII与电力网NII相连接。变压器具有抽头变换开关，而控制信号tcI和tcII则加到这些开关上。本发明尤其在使用串联补偿换流器时是有利的，因为如上所述在这种情况下可能在非常低的控制角下工作。因此图中显示这些换流器通过串联电容器CI和CII连接在交流电网上。如图所示串联电容器放置在换流器变压器和换流器之间是比较可取的，但是在本发明装置中它们是可以任选地放置在换流器变压器的电力网一侧的。
各换流器之间是通过高压线L连接的，L可以由一根电缆和(或)一根架空线组成，高压线有电阻RL。流过高压线和换流器的直流电流命名为Id。换流器具有直流测量元件INI和INII，而且为了简单起见从测量元件流出的被测信号与实际直流电流一样使用命名Id。
除非另外声明，在这里说明的例子中都假定是最常见的工作状态，即SRI作为整流器使用，SRII作为逆变器使用，SRI为电流控制，SRII为电压控制，并且显示出来的只是那些与这种工作状态有关的装置的部分控制设备。然而在一般情况下，假定换流器及其控制设备相互之间都是对等的，也就是说任何一个换流器都可以作为整流器使用(于是另一个就作为逆变器使用)，任何一个换流器都可以是电流控制的(于是另一个就是电压控制的)。
每一个换流器的控制设备包括一个控制角发生器，CFCrect和CFCinv；一个参考值发生器，VARCreet和VARCinv；一个抽头变换开关控制设备TCCrect和TCCinv。另外，还有一个附加的控制单元SC，它向换流器提供一种电流指令IO。控制设备的各个不同部分在图上是作为模拟功能单元来显示的，但是这些部分在技术上既可以设计成模拟的，也可以设计成数字的。
向这两个换流器站或者在它们之间传输所必需的控制、参考和测量信号(比如说Udref、IO)是借助于通信线路通过一种已知的方法进行的(未详细示出)。
在图2a所示的装置中，控制角的变化受到了限制，其方法是给逆变器加上一个或正或负的控制角增量，下面将有更详尽的说明。
图2b显示的是本发明装置的一种可选实施方案，其中逆变器有一个电压控制器，通过给这个电压控制器的参考电压一个或正或负的增量而使整流器的控制角变化受到限制。除了该装置中某些控制单元和它们之间交换信号的组合之外，该装置与图2a所示的装置相对应。
图3显示的是图2a和图2b所示装置中整流器SRI的控制角发生器CFCrect。电流指令IO和电流测量值Id加给加法器SU1，形成电流偏差ΔIrect。这个偏差加给电流控制器CCArect，而该电流控制器则接下来给出信号αrect。这个信号加给换流器并控制那里的控制角。控制角αrect上下双边被限定在值αmax rect和αmin rect之间。角αmax rect是允许范围内最大的控制角，对应于允许范围内最小的整流余量。在逆变器中最大控制角αmax inv也是同样定义的，由图6a中的电路UAL所确定(见下面图6a的说明)。限定值αmin rect确保了开关器件具有足够的点火电压以及控制角不会降低到获得最大直流电压的点以下。
在其它条件恒定的情况下，整流器的控制角αrect将会受到某些影向，这些影响来自于电力网NI的电压以及整流器抽头变换开关的动作。线电压的增长或相应的抽头变换开关动作会使整流器的直流电压上升，从而引起直流电流的增长。整流器的电流控制器就会增加控制角以试图把直流电流维持在电流参考值上。相应的，线电压的减少或相应的抽头变换开关动作将会导致整流器控制角的降低。
图4a显示的是图2a所示装置中整流器的参考值发生器VARCrect。整流器的控制角αrect加给该发生器，而该发生器则通过逆变器的参考值发生器VARCinv把信号αmaxCCA传导给控制角发生器CFCinv和逆变器的抽头变换开关控制设备TCCinv。在加法器SU2和SU3中，αrect与上限αmax nom rect和下限αmin nom rect相比较，而这两个限定值则确定了在稳态条件下期望控制角能保持的区间。
参考值αmax nom rect是指一种控制角，这种控制角给出一个直流电压Ud，而Ud则是在控制角αnom rect下对应于低于额定直流电压0.5个抽头变换开关档的电压下降。相应的，参考值αmin nom rect也是一种控制角，该控制角同样给出一个直流电压Ud，而这个Ud则是在控制角αnom rect下对应于高于额定直流电压0.5个抽头变换开关档的电压增长。
加法器的输出信号加给积分器IA1和IA2，积分器的输出信号则与值αnom inv一起加给加法器SU6，αnom inv表示的是逆变器的额定控制角(控制角αnom inv的定义请见下面图6a中说明)。
积分器IA1的输出信号上限为一个由加法器SU4输出信号决定的数值，下限为数值0。而积分器IA2的输出信号上限为数值0，下限则为一个由加法器SU5输出信号决定的数值。
加给加法器SU4的量一个是αmax inv，另一个是αnom inv，其中αmax inv表示的是逆变器动态工作范围的上限值。于是积分器IA1输出信号的上限等同于控制角上限值αmax inv和额定控制角αnom inv之间的差值。
加给加法器SU5的量一个是αmin nov inv，另一个是αnom inv，其中αmin nov inv表示的是逆变器稳态工作范围的下限值。于是积分器IA2输出信号的下限等同于控制角下限值αmax inv和额定控制角αnom inv之间的差值。
量αnom inv、αmin inv和αmax inv从逆变器的控制角发生器CFCinv加给了整流器的参考值发生器。
一般来说，整流器的控制角应该在由数值αmax nom rect和αmin nom rect决定的额定范围内。加法器SU2的输出信号是负的，SU3的输出信号是正的，积分器的输出信号为0，并且参考值发生器的输出信号αmaxCCA具有额定值αnom inv。如果整流器的控制角增长，其原因比如说是电力网NI的电压变化或者是抽头变换开关的动作，以至于它超过了额定范围的上限，积分器IA1的输出信号就会变成正的，并且不断增长。这个信号给信号αmaxCCA提供了一个增量，该增量(如下参考图6a所示)导致逆变器控制角的增长和传输中直流电压的增长，而且还导致了对整流器控制角变化的限制。相应的，如果整流器的控制角超过了额定范围的下限，积分器IA2的输出信号就会变成负的，并且不断增长，从而导致逆变器控制角的负增量和传输中直流电压的降低，而且还导致了对整流器控制角变化的限制。
在这里说明的方法中，整流器控制角将维持在预定的额定范围内，除了在动态情况下。
图4b显示的是参考值发生器VARCrect在图2b中所示装置中是怎样设计的。整流器的控制角αrect加给了该发生器，而该发生器则经过逆变器参考值发生器VARCinv把一个直流电压参考值Udref传送给安置在逆变器控制角发生器CFCinv中的电压控制器。原则上说，该发生器与参考图4a所说明的发生器以相同的方式组成和工作。但是，加给加法器SU6的数值是Udref nom，它构成了整流器端的额定传输直流电压的参考值。
积分器的输出信号限定在数值0和±ΔUdmax之间。根据以上给出的参考值αmax nom rect和αmin nom rect的定义，限定值ΔUdmax应该设定在某一个数值上，该数值构成了对应于0.5个抽头变换开关档的直流电压变化。
在一般情况下，即整流器的控制角不超出它的额定范围，积分器的输出信号为0，输出信号Udref的值是Udref nom，并且传输电压通过逆变器的电压控制器控制来达到这个数值。与以上说明相同的是，如果整流器的控制角趋向于超出额定范围，其中一个积分器就会给数值Udref nom提供一个增量(正的或者负的)。这将导致传输直流电压这样的变化，即整流器的控制角将受到限制，并且控制角的稳态数值将会维持在额定范围内。
图4c显示的是图2b所示装置中整流器的参考值发生器VARCrect的一种可选实施方案。与图4b所示电路相似，整流器控制角αrect加给了该发生器，而该发生器则送出直流电压参考值Udref。整流器控制角αrect与一个恒定角Δα一起加给加法器SU7和SU8，其中Δα对应于一个小角度，典型地可能是对应于一个1°角。在加法器中产生限定值αmax nom rect-Δα和αmin nom rect+Δα，这些限定值在电平双稳态多谐振荡器NV1和NV2中与αrect相比较。如果αrect高于限定值的上限或低于限定值的下限，就会产生一个控制信号，该信号通过或电路OG1传导到开关SW，而这个开关把参考值发生器的输出与计算电路BC的输出信号连接起来，其中计算电路BC的输出信号在限定电路FB2中被限定。当αrect在两个限定值之间时，开关SW就位于如图所示的位置，这时Udref＝Idref nom。
在限制器FB1中，整流器的控制角αrect被限定在稳态额定控制角区间内，上下限是αmax nom rect和αmin nom rect。被限定的控制角加给计算电路BC。另外，加给计算电路的还有整流器最大无负载电压Udio和直流电流Id。根据已知的整流器主要电路公式Ud＝f(Udio，Id，αrect)该电路计算的是加给电路以后，在电流工作条件下(Udio，Id)与控制角(αrect)相对应的直流电压值。计算电路的输出信号命名为Udref comp，加给了限定电路FB2，在FB2中该信号被限定在上限值Udref nom+ΔUd max和下限值Udref nom-ΔUd max之间(这些量的定义请见以上图4b说明)。
图4c所示参考值发生器的功能基本上与上面参考图4b说明的功能相对应。如果整流器的控制角αrect达到了加法器SU7和SU8所确定区间的任一个限定值，开关SW就会启动。计算电路计算出直流电压数值，该电压对应于从限制器FB1得到受限定控制角，并且作为电压参考值Udref由开关向前传输。这就意味着传输直流电压的变化Ud达到某一个数值，在该数值下控制角既没有超过数值αmax nom rect也不低于数值αminnom rect。一旦控制角αrect返回到加法器SU7和SU8所确定的区间内，开关SW就会复位，并且电压参考值Udref返回到数值Udref nom。
图4c所示的参考值发生器比图4b中的发生器少一个反馈回路，但是它要求对换流器主要电路公式的求解具有较高的计算能力。
图5a显示的是图2a所示装置中抽头变换开关的控制设备TCCrect。整流器控制角αrect、信号αmaxCCA、αmax inv和αmin nom inv加给了该控制设备。在电平双稳态多谐振荡器NV3和NV4中，控制角αrect与限定值αmax nom rect和αmin nom rect分别进行比较，目的是得到期望能在稳态条件下维持控制角的区间。如果αrect上升至数值αmax nom rect，电路NV3将产生一个正的输出信号，而如果αrect下降至数值αmin nom rect，电路NV4将产生一个正的输出信号。在电路EC1和EC2中，信号αmaxCCA与控制限定值αmax inv和αmin nom inv进行比较，这两个限定值是与额定直流电压±0.5个抽头变换开关档相对应的。
如果以下两式同时成立αmaxCCA＝αmax inv及αrect≥αmax nom rect则与电路AG1将把一个电压减小信号tcdI传导到变压器TRI的抽头变换开关，于是该抽头变换开关向下调一档。
如果以下两式同时成立αmaxCCA＝αmin nom invαrect≤αmin nom rect则与电路AG2将把一个电压增大信号tcuI传导到变压器TRI的抽头变换开关，于是该抽头变换开关向上调一档。
在图2a和图5a中，加给抽头变换开关的两个控制信号统一命名为信号tcI。
抽头变换开关的档数是这样调整的，每一档给出一个适当大小的电压变化。每一档的典型电压变化为额定电压的1.25％。
抽头变换开关控制设备的功能是在逆变器控制角的变化范围全部被利用的条件下当控制角超过了预定的区间时，要求调整开关的档位。
图5b显示的是图2b所示装置中抽头变换开关的控制设备TCCrect。整流器控制角αrect和电压参考值Udref加给了该控制设备。在电平双稳态多谐振荡器NV3和NV4中，αrect与限定值αmaxnom rect和αmin nom rect分别进行比较，目的是得到期望能在稳态条件下维持控制角的区间。如果αrect上升至数值αmax nom rect，电路NV3将产生一个正的输出信号，而如果αrect下降至数值αminnom rect，电路NV4将产生一个正的输出信号。在电路EC1和EC2中，电压参考值Udref与数值Udref nom±ΔUdmax进行比较，这个数值是与额定直流电压±0.5个抽头变换开关档相对应的。
如果以下两式同时成立Udref＝Udref nom+ΔUd maxαrect≥αmax nom rect则与电路AG1将把一个电压减小信号tcdI传导到变压器TRI的抽头变换开关，于是该抽头变换开关向下调一档。
如果以下两式同时成立Udref＝Udref nom-ΔUdmax及αrect≤αmin nom rect则与电路AG2将把一个电压增大信号tcuI传导到变压器TRI的抽头变换开关，于是该抽头变换开关向上调一档。
在图2b和图5b中，加给抽头变换开关的两个控制信号统一命名为信号tcI。
抽头变换开关的挡数是这样调整的，每一档给出一个适当大小的电压变化。每一档的典型电压变化为额定电压的1.25％。
抽头变换开关控制设备的功能是在逆变器控制角的变化范围全部被利用的条件下当控制角超过了预定的区间时，要求调整开关的档位。
图6a显示的是图2a所示的实施方案中逆变器控制角发生器CFCinv的实施方案，在图2a的实施方案中逆变器的控制角被给予一个增量来改变直流电压。控制角发生器具有一个电流控制器CCAinv，一个加法器SU9和一个电平双稳态多谐振荡器NV5。
电流指令IO加给了加法器SU9，在这个加法器中通过一种已知的方法从电流指令中减去了电流余量ΔI。因此只要整流器是电流控制的，实际的电流Id就会大于合成电流指令IO-ΔI，而且电流控制器的输出信号αinv将达到它的上限值。这是由从参考值发生器VARCrect得到的信号αmaxCCA所控制的。电流控制器的输出信号向下被限定在数值αmin inv以上，该数值在典型情况下刚好大于90°，这是为了防止逆变器动态地转变为整流器工作。
电流控制器的输出信号αinv加给了逆变器SRII，并且决定它的控制角。
只要整流器是电流控制的并由此αinv达到上限值αmaxCCA，电平双稳态多谐振荡器NV5的输出信号ICC就为”0”。如果逆变器临时变为电流控制，它的控制角αinv一般就会落到上限值αmaxCCA以下，并且信号ICC会变为”1”，这就表明逆变器是电流控制的。
量αmax inv、αmin nom inv和αnom inv是由电路UAL给出的。
电路UAL根据两个准则决定逆变器控制角的上限值αmax inv。一方面，在已知情况下，这个逆变器控制角在具有某个预定的整流余量时是绝对不允许被超过的。而另一方面，当逆变器的(负)直流电压不再随控制角的上升而上升时，该控制角也是不应该被超过的，因为否则的话，控制电压就会有两个可能的工作点。
下限值αmin nom inv是这样一个控制角，它给出相应于一个抽头变换开关档的逆变器直流电压的减小，这个抽头变换开关档是与当αinv＝αmax inv时得到的直流电压有关的。
逆变器的额定工作点是控制角αnom inv，在这个工作点上得到一个比αmin＝αmax inv时的电压低0.5个抽头变换开关档的逆变器电压。
图6b显示的是在存在一个电压控制器而且传输直流电压受控制器参考电压控制影响的情况下的逆变器控制角发生器CFCinv。加给电压控制器vCAinv的是来自整流器参考值发生器VARrect的参考电压Udref和整流器直流电压的测量值Udrect。该电压控制器把输出信号αVCA传输给电流控制器CCAinv和逆变器变压器抽头变换开关的控制设备TCCinv。
当整流器为电流控制时，电流控制器的输出信号αinv被驱动到它的上限值。该信号由电压控制器VCAinv控制到数值αVCA。电压控制器的输出信号向上被限定在数值αmax inv，向下被限定在数值αmin nom inv。如上参考图6a所述，这些限定值是由电路UAL得到的。
如上所述，电压控制器的输入信号一方面由参考电压Udref组成，另一方面由传输直流电压Udrect的测量值组成。这个参考电压和测量值都是与传输的整流器端电压有关，并都是通过通信线路而从那里传输过来的。测量值也能可选地由逆变器的控制设备把直流电流和已知的线路电阻的乘积加上逆变器直流电压而形成。
图7a显示的是在给逆变器控制角一个增量来改变直流电压的实施方案中逆变器抽头变换开关的控制单元TCCinv。加给电平双稳态多谐振荡器NV6和NV7的是传输直流电压Udrect以及参考数值Udmax a和Udmin a，其中的参考数值是与额定直流电压±1.0个抽头变换开关档相对应的。如果Udrect＞Udmax a则从NV6得到一个信号来向下调整抽头变换开关的档位，而如果Udrect＜Udmax a则从NV7得到一个信号来向上调整抽头变换开关的档位。
这些信号通过与电路AG3和AG4加给抽头变换开关，另外档位下调信号还通过或电路OG2加给抽头变换开关。合成档位下调信号命名为tcdII，合成档位上调信号命名为tcuII，而且这两个信号用共同的命名tcII来表示。
如果逆变器临时变为电流控制，信号ICC将变为”1”，与电路AG3和AG4切断抽头变换开关的工作。在这种工作状态中，为了确保逆变器不会工作在过低的控制角下，需要借助电平双稳态多谐振荡器NV8或者当αinv＜αmin nom inv时借助与电路OG2再给出一个无条件档位下调信号。
图7b显示的是在逆变器具有电压控制器而且传输直流电压受控制器参考电压控制影响的实施方案中逆变器抽头变换开关的控制单元TCCinv。
由于上面说明的借助参考电压Udref的直流电压控制将在Udmin b和Udmax b之间的区间内改变直流电压，其中Udmin b和Udmax b与额定电压±0.5个抽头变换开关档相对应，所以设备必须能够区分整流器引起的这些电压变化和逆变器交流电压网电压变化引起的电压变化。这个功能是借助上述的比较电路EC3和EC4、电平双稳态多谐振荡器NV8以及门电路AG3、AG4和OG2来实现的。
电路EC3和EC4当量αVCA达到限定值αmax inv或αmin nom inv中的任一个时分别给出信号”1”。如果逆变器是电流控制的，逆变器的控制角就会与量αVCA相等。这就意味着只要信号αVCA及控制角在上述限定值之间，逆变器电压控制器VCAinv就会单独抵销直流电压的偏差。只有当不存在电压控制器的控制可能性时(这将由电路EC3和EC4中的一个产生信号”1”来表示)才会送出一个工作信号给抽头变换开关。
前面说明了一些本发明的实施方案，但是，本发明当然不会只局限于这些实施方案。
本发明的控制方法结果是，在整流器或逆变器的Udio的变化高达±1个抽头变换开关档时， 整流器的控制角会维持在限定值αmax nom rect和αmin nom rect之间。而且，逆变器的控制角会维持在限定值αmax inv和αmin nom inv之间。在这两种情况下都给出了一个相应于±0.5个抽头变换开关档的最大控制角变化。这种对控制角变化的限制是通过用上述方法控制传输的直流电压来实现的。于是这个最大控制角变化相比于现有技术装置和控制方法来说几乎只有一半。这就导致了整流器和逆变器两者的无功功率损耗变化的相应降低。无功功率损耗的变化在整流器和逆变器之间是对等分配的。
整流器Udio的变化比相应于±1个抽头变换开关档的变化更大时，这将引起整流器的控制角超出预定范围之外和引起抽头变换开关的动作，并因此使控制角和直流电压恢复到额定数值。
为了防止抽头变换开关控制可能出现的不稳定性，使抽头变换开关的换档在两个传输站(换流器)之间进行同步可能是有利的，也就是当一个站要求换档时，使另一个站的换档延迟到前一个站的换档完成为止。
实现上面所说明的线电压变化最大幅度近乎减少一半时，抽头变换开关档的大小没有改变，并且所有的工作频度和抽头变换开关磨损也没有丝毫增加。
以上说明是关于为了在两个交流电压网之间进行电力传输而安置的装置。然而，本发明也可以应用于所谓多站点传输，即三个或三个以上的交流电压网通过换流器和公共直流电压连线互相连接在一起的装置。
另外，可以选择整流器是电压控制的，而逆变器是电流控制的。同样在这种情况下，根据本发明，电流控制的换流器(在这里是逆变器)的控制角变化减少了，这是通过使电压控制换流器以上述控制角变化被抵销的同样方法来改变直流电压而实现的。
在上面说明的实施方案中，控制设备的限定值是这样选择的，它们使控制角的变化以及无功功率的变化在电流控制换流器和电压控制换流器之间对等分配。如果两个电力网的强度几乎是平均的，则上述分配可能是合理的。如果其中一个电力网强而另一个弱，前者就会对电压变化的某一给定程度承受较高的无功功率变化。这样，就应该控制传输，使比较强的电力网分配控制角变化的较大部分，比较弱的电力网分配控制角变化的较小部分，这可以通过在控制设备中选择合适的限定值来实现。
权利要求
1.一种使用高压直流电流的电力传输装置，这种装置包括两个相位角控制的换流器(SRI，SRII)，每个换流器连接到交流电压网(NI，NII)上，两个换流器之间通过直流连线(L)互相连接，以及控制单元(SC，CFCrect，CFCinv)，用来控制其中一个的换流器(SRI)作为整流器来使用，控制另一个换流器(SRII)作为逆变器来使用，并且控制其中一个的换流器，即电流控制换流器(SRI)，以便控制流入直流连线的直流电流(Id)，以及控制另一个换流器，即电压控制换流器(SRII)，以便控制直流连线中的直流电压(Ud)，其特征在于控制单元包括单元(VARCrect)，用来读出电流换流器(SRI)的控制角(αrect)，以及当发生下述这样一个变化时，即该变化达到了预定区间的一个限定值(αmax nom rect-αmin nom rect)时，用电压控制换流器来使该变化被限定的方法来控制传输的直流电压(Ud)。
2.根据权利要求1的装置，其特征在于控制单元包括用来为电压控制换流器(SRII)的控制角(αinv)产生控制信号(αmaxCCA)的单元(VARCrect)，该控制信号依赖于电流控制换流器(SRI)的控制角(αrect)，以及单元(CCAinv)，它按照控制信号来控制电压控制换流器(SRII)的控制角(αinv)。
3.根据权利要求2的装置，其中电压控制换流器(SRII)通过带有抽头变换开关的变压器(TRII)连接到交流电压网(NII)上，其特征在于，控制单元包括单元(SU4，SU5)，用于把电压控制换流器的控制角(αinv)限定到一个对应于某个电压区间的控制角范围(αmax inv-αmin nom inv)，这个电压区间比抽头变换开关的两个抽头变换开关档所对应的电压变化要小。
4.根据权利要求1的装置，其特征在于控制单元包括根据电流控制换流器的控制角(αrect)来为传输的直流电压产生参考电压(Udref)的单元，以及控制角决定单元(VCAinv)，它被供以该参考电压、并且能影响电压控制换流器(SRII)的控制角(αinv)，以按照参考数值来控制传输的直流电压(Ud)。
5.根据权利要求4的装置，其特征在于，控制单元包括单元(BC，SW)，用于当控制角(αrect)达到所说的预定区间的一个限定值时，在第一个换流器(SRI)的主电路公式的基础上计算对应于区间限定值上的控制角的直流电压值(Udref comp)，以及用来把这个直流电压值作为参考电压(Udref)提供给控制角决定单元(VCAinv)。
6.根据权利要求4的装置，其中电压控制换流器(SRII)通过带有抽头变换开关的变压器(TRII)连接到交流电网(NII)上，其特征在于，控制单元包括单元(UAL，VCAinv)，用于把电压控制换流器的控制角(αinv)限定到一个对应于某个电压区间的控制角范围(αmax inv-αmin nom inv)，这个电压区间比抽头变换开关两个抽头变换开关档所对应的电压变化要小。
7.根据权利要求6的装置，其特征在于控制单元包括单元(EC3，EC4)，用于当只要电压控制换流器(SRII)的控制角在所说的控制角范围之内时就防止抽头变换开关的操作。
8.根据权利要求1的装置，其中电压控制换流器(SRI)通过带有抽头变换开关的变压器(TRI)连接到交流电网(NI)上，其特征在于，所说的预定控制角区间(αmax nom rect-αmin nom rect)是这样选择的，使在区间中点和一个区间限定值之间的电压控制换流器的控制角的变化对应于换流器的这样一个直流电压变化，该直流电压变化比由抽头变换开关变化一个档引起的直流电压变化要小。
9.根据权利要求8的装置，其特征在于，控制单元包括单元(VARCrect)，该单元根据电流控制换流器的控制角(αrect)来控制在控制范围(αmax inv-αmin nom inv； Udrefnom±ΔUdmax)内的一个电压控制换流器的变量(αmax CCA，Ud)，该控制范围是由一个上限值和一个下限值确定的，另外还有单元(EC1，EC2，AG1，AG2)，只要这个变量在控制范围内，这些单元就能用来防止抽头变换开关的操作。
10.根据以前任一个权利要求的装置，其特征在于，至少一个换流器是通过串联电容器(CI，CII)连接在交流电压网上的。
全文摘要
一种使用高压直流电流的电力传输装置，具有两个换流器(SRI，SRII)，其中每个换流器连接到交流电网(NI，NII)上，两个换流器之间通过直流连线(L)互相连接。一个换流器(SRI)被控制成为整流器，另一个换流器(SRII)被控制成为逆变器。一个换流器(SRI)为电流控制。另一个换流器(SRII)为电压控制。这个装置具有这样单元(VARCrect)，当电流控制换流器(SRI)的控制角(α rect)达到预定区间(α max nom vect-α min nom rect)的一个限定值，即在控制角的这种变化时，该单元通过电压控制换流器(SRII)来控制传输直流电压(Ud)，使这个所说的变化受到限制。
文档编号H02J3/18GK1146830SQ9619009
公开日1997年4月2日 申请日期1996年1月30日 优先权日1995年2月10日
发明者P·E·比约隆德, T·扬森, L·E·尤林 申请人:瑞典通用电器勃朗勃威力公司