CN1028942C - 电力变换器的并联运行控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明的电力变换器并联运行控制装置包括：电压固定期确定电路17，依据作为相电压指令值的3支路调制控制信号，在3个相中确定一个电压电平在特定期间内固定为规定的直流电压电平的相，并确定多台电力变换器的电压固定期；2支路调制控制信号发生电路9B、11A，产生由上述电路17所确定的相的固定电压指令值，同时，将余下2个相对应的3支路调制控制信号修正为2支路调制控制信号，输出给PWM调制装置。

Description

本发明涉明电力变换器的并联运行控制装置，它将多单元逆变器，即电力变换器，并联后进行电流平衡控制，使其并联运行。

图4是将2单元逆变器并联的原有的电力变换器并联运行控制装置的结构图。图中，1是提供电压型逆变器输入电压的直流电压源，2、3是构成电压型逆变器的第1、2单元逆变器，将输入直流电压源1的电压，变换成交流电压后输出。在第1单元逆变器2中，21T-26T是三相桥式连接的晶体管，21D-26D是与各晶体管21T-26T并联的换流二极管。第2单元逆变器3中，31T-36T是与上述同样的晶体管，31D-36D是与上述同样的换流二极管。

21C-23C是连接第1单元逆变器2各相输出的电流互感器，31C-33C是连接第2单元逆变器3各相输出的电流互感器，4、5、6是连接在单元逆变器2、3相同相输出之间的电抗器。

下面，说明图4所示电力变换器的并联控制装置的大致动作。

首先，第1、2单元逆变器2、3分别连接共用的直流电压源1，它们的输出通过相间电抗器4、5、6并联连接。在第1单元逆变器2和第2单元逆变器3的输出侧设置为使各单元逆变器输出电流取得平衡所必需的用于检测逆变器输出电流的电流互感器21C-23C和31C-33C。

参照图5，对上述构成的电力变换器并联运行控制装置的电流平衡控制进行说明。图5是具体的电路图，示出原有的电流平衡控制型电力变换装置并联运行控制装置一相的结构，该装置登载在 “系统用高性能逆变器驱动系列的机种扩充”（安川电机第2号，1987年，105至112页）中。其中，与图4相同的符号表示相同或相当的部分。图中，28是控制晶体管21T、22T开和关的基极驱动电路，38是控制晶体管31T、32T开和关的基极驱动电路。

7是从外部输入的电流基准指令，8是减法器，取出电流基准指令7和设在第1单元逆变器2输出端的电流互感器21C所输出的变流器输出电流之差。9是电流控制器，它改变3个支路调制控制信号输出，使逆变器输出电流跟随电流基准指令7。

10是同样的减法器，取出电流基准指令7与设在第2单元逆变器3输出端的电流互感器31C所输出的逆变器输出电流之差。11是同样的电流控制器，它改变3支路调制控制信号输出，使逆变器输出电流跟随电流基准指令7。

13、15都是减法器，分别求出三角波发生器输出的三角波信号电平与各电流控制器9、11输出的3支路调制控制信号的电平差。14、16都是比较器，分别根据各减法器13、15所求出的偏差，产生PWM指令，输出给各基极驱动电路28、38。

下面，根据上述结构说明电流平衡控制的细节。首先，用减法器8取得外部输入的电流基准指令7与由设在单元逆变器输出侧的变流器21C检测到的逆变器输出电流的偏差，将该偏差输入电流控制器9。电流控制器9改变3支路调制控制信号输出，使3个输出电流跟随电流基准指令7。

电流控制器9的输出与锯齿波发生器12输出的锯齿波信号一起输入减法器13，求出各输出电平间的偏差。该偏差输入后续的比较器14，从而得出该基极驱动电路28的PWM指令。基极驱动电路28根据上述比较器14输出的PWM指令，使第1单元逆变器2的晶体管21T、22T作开关动作。

对于第2单元逆变器3，进行与第1单元逆变器2相同的控制。 这样，在电流平衡控制下，第1单元逆变器2与第2单元逆变器3的输出电流跟随电流基准指令7，因而，两个单元逆变器的输出电流取得了平衡。

下面，参照图6、图7，说明在第1单元逆变器2中采用2支路调制方式的例子。至于第2单元逆变器3，因为动作相同，所以省略其说明。图6是电路图，示出采用2支路调制方式时调制电路的细节。图7是图6所示调制电路各部位的信号波形图。图6中，9A是2支路调制控制信号发生器，其中的9a-9c是产生各相2支路调制控制信号的信号发生部。14a-14c是比较器，比较三角波发生器12所输出的三角波信号和2支路调制控制信号Su、Sv、Sw。2支路调制控制信号发生器9A取入图5所示电流控制器9、11输出的3支路调制控制信号，对2支路调制控制信号Su、Sv、Sw修正后，产生信号。

从图7可见，在2支路调制方式下，2支路调制控制信号的一个周期被6等分，在各个区间，由2支路调制控制信号发生器9A产生2支路调制控制信号，使构成电压型逆变器的单元逆变器3个支路中任一支路固定在直流电源任一极性上，由比较器14a-14c比较该2支路调制控制信号与三角波发生器12产生的三角波信号，从而得到PWM指令Pu、Pv、Pw。即，在1个载波（三角波）周期内，将3支路中任一支路固定在直流电源的任一极性上，其它两个支路分别各切换一次上支路和下支路，总共切换两次，从而得到所要的输出电压。

亦即，所谓2支路调制方式，简单讲是在1个周期中的特定期间（例如60°之间）固定（饱和）1个支路的电压，只调制其它两个支路。可以说是一种在扭曲各相电位的同时控制线电压达到所需波形的方式。

该2支路调制方式与采用同一载波频率的3支路调制方式相 比，具有切换次数降低为原次数的2/3的特性。

社团法人电气学会1987年3月发行的“半导体电力变换电路”一书第110、111、125等页中，对2支路调制方式作了解说。

原有的电力变换器并联运行控制装置如上述构成，因此，若各单元逆变器中采用2支路调制方式，则各单元逆变器单独设定电平固定的特定期间，使一个支路的电平饱和。因而，各单元逆变器中使电平饱和的特定期间各不相同，结果在各单元逆变器之间产生大的输出电压差，各单元逆变器的各相之间有很大的循环电流流动，导致了逆变器损坏，或者为抑制循环电流所需相间电抗器增大等问题。

本发明为解决上述问题而作，目的在于提供一种电力变换器的并联运行控制装置，它能减小相间电抗器，同时，能进行稳定的逆变器并联运行控制。

本发明的电力变换器并联运行控制装置包括：电压固定期确定电路，它根据作为上述多个电力变换器每一相的电压指令值的3支路调制控制信号，在3个相中确定电平在特定期间内固定为规定的直流电平的一个相，并确定上述多个电力变换器的电压固定期;2支路调制控制信号发生电路，在生成由电压固定期确定电路所规定的一相的固定电压指令值的同时，将对应于余下两个相的3支路调制控制信号修正成2支路调制控制信号，输出给PWM调制装置。

本发明的电力变换器并联运行控制装置当电压固定期确定电路确定特定相的电平固定期后，就作出指令，将对应于各电力变换器而设的各2支路调制控制信号发生电路所取入的3支路调制控制信号修正成2支路调制控制信号，从而能使各单元电力变换器特定相电压固定的特定期间同步。

图1是电路图，示出本发明的电力变换器并联运行控制装置中2支路调制方式调制电路的一个实施例。

图2是流程图，说明该实施例中电压固定期确定电路的动作。

图3是流程图，说明该实施例中2支路调制控制信号发生电路的动作。

图4是电路图，显示两台并联连接的电力变换器的电路结构。

图5是方框图，显示原有的电力变换器并联运转控制装置的结构。

图6是电路图，显示原有的2支路调制控制信号电路。

图7是波形图，显示原有的2支路调制控制信号电路各部位的波形。

图1是电路图，示出在构成本发明的电力变换器的三相电压型逆变器中，采用2支路调制方式的调制电路的一个实施例。图中，9₁，9₂，9₃是对应于图中未示出的第1单元逆变器2而设的电流控制器，如原有技术的图5所示，根据从外部输入的电流基准指令与从单元逆变器输出侧检测到的逆变器输出电流的偏差，输出3支路调制控制信号Vu1、Vv1、Vw1，使单元逆变器的输出电流跟随电流基准指令。

9B是2支路调制控制信号发生器，与3支路调制控制信号Vu1、Vv1、Vw1的信号发生部9a₁、9a₂、9a₃相对应，将3支路调制控制信号Vu₁、Vv₁、Vw₁变换成2支路调制控制信号Su₁、Sv₁、Sw₁。

14a-14c是比较器，比较三角波发生器12输出的三角波信号和2支路调制控制信号Su₁、Sv₁、Sw₁，输出PWM信号Pu₁、Pv₁、Pw₁。

11₁、11₂、11₃是对应于图中未示出的第2单元逆变器3所设的电流控制器，输出3支路调制控制信号Vu₂、Vv₂、Vw₂。

11A是2支路调制控制信号发生器，包括对应于各3支路调制控制信号Vu₂、Vv₂、Vw₂的信号发生部11a₁、11a₂、11a\-3，它们将各3支路调制控制信号Vu₂、Vv₂、Vw₂变换成2支路调制控制信号 Su₂、Sv₂、Sw₂。

16a-16c是比较器，比较从三角波发生器12输出的三角波信号和2支路调制控制信号Su₂、Sv₂、Sw₂，输出PWM信号Pu₂、Pv₂、Pw₂。

17是电压固定期确定电路，确定使对应于各单元逆变器2、3所设的2支路调制控制信号发生器9B、11A一个支路的电压固定的特定期间。

下面，参照图2、3的流程图，说明本实施例的动作。图2是说明电压固定期确定电路17的动作的流程图，图3是说明本实施例的2支路调制控制信号发生器9B动作的流程图。

首先，电压固定期确定电路17取入2支路调制控制信号Vu₁、Vv₁、Vw₁，计算各信号的绝对值（步骤S11）。接着，比较绝对值｜Vu₁｜、｜Vv₁｜、｜Vw₁｜的大小（步骤S12）。比较的结果是，向2支路调制控制信号发生电路9B发出指示，确定将输出绝对值最大的3支路调制控制信号的相所对应的支路电压电平固定（步骤S13）。

接着，根据电压固定期确定电路17的决定，由单元逆变器2的2支路调制控制信号发生器9B产生各相的2支路调制控制信号Su₁、Sv₁、Sw₁。另外，根据由电压固定期确定电路17依据单元逆变器2的3支路调制控制信号Vu₁、Vv₁、Vw₁所确定的电压固定期，由单元逆变器3的支路调制控制信号发生器11A产生单元逆变器3的2支路调制控制信号，使单元逆变器3的电压固定期与单元逆变器2同步。

再详细说明电压固定期确定电路17的动作。电压固定期确定电路17以比3支路调制控制信号频率小得多的周期反复执行图2的流程。其时，若从第1个周期到第N个周期间，U相的2支路调制控制信号Vu₁的绝对值持续保持最大，则确定在此持续期间内，将对应于U相的支路电压电平固定在直流电源1的一个极性上。

下面根据图3的流程图，说明从电压固定期确定电路17接收电压固定指示的2支路调制控制信号发生电路9B的动作。根据电压固定期确定电路17的决定，例如将U相对应的支路电压固定时，2支路调制控制信号发生电路9B对于U相的2支路调制控制信号Su₁，设定固定电压指令值，将对应支路的电压固定在直流电源1一个极性的电平上（步骤S21）。即，如图7所示，在电压固定期内，固定在三角波信号电平之上。

若固定U相的2支路调制控制信号Su₁的电压电平，则算出该2支路调制控制信号Su₁与3支路调制控制信号Vu₁的差值δ（步骤S22）。接着，将余下的3支路调制控制信号Vv₁、Vw₁加上上述差值δ，算出V相、W相的2支路调制控制信号Sv₁、Sw₁（步骤S23）。

因而，一个支路的电压电平固定，其它2相的控制信号修正成线电压与原有的3支路调制控制信号相同，三相电压型逆变器仅由2个支路作PWM调制。第2单元逆变器3对应的2支路调制控制信号发生器11A的动作与上述2支路调制控制信号发生器9B的动作相同。

在上述实施例中，对采用晶体管的三相电压型逆变器作了说明，但本实施例也能适用于晶体管变流器。另外，即使有3台以上单元逆变器并联运行，只要用电抗器将各单元逆变器的各相输出连在一起，本实施例也能适用。

如上所述，本发明包括：电压固定期确定电路，依据多台电力变换器各相电压指令值的3支路调制控制信号，在3个相中确定一个电压电平在特定期间固定为规定的直流电压电平的相，确定上述多台电力变换器的电压固定期;2支路调制控制信号发生电路，产生由电压固定期确定电路所确定的相的固定电压指令值，同时，将余下2相对应的3支路调制控制信号修正成2支路调制控制信号，输出给PWM调制装置，本发明从而能在各电力变换器之间实现特 定相电压固定期的同步。因而，各电力变换器各相间的输出电压差消失，抑制了循环电流，从而能减少相间电抗器，获得装置整体便宜且能小型化的效果。

Claims (1)

1、一种电力变换器并联运行控制装置，包含：将多台电力变换器并联连接于直流电源且通过电抗器将上述各电力变换器的输出并联连接运行的电力变换器；根据从控制上述各电力变换器的输出电流的外部输入的各电力变换器同一电流基准指令与从各电力变换器的输出侧检测出的输出电流的偏差、各电力变换器输出电流跟踪电流基准指令，这样将3支路调制控制信号输给各电力变换器的电流控制电路；其特征在于，还包括：依据作为上述多台电力变换器各相的电压指令值的3支路调制控制信号在3个相中确定一个相、其电压电平在特定期间内固定为规定的直流电压电平并确定上述多台电力变换器的电压固定期的电压固定期确定电路；产生上述电压固定期确定电路所确定的相的固定电压指令值、同时将余下2个相对应的3支路调制控制信号修正成2支路调制控制信号输出给PWM调制装置的2支路调制控制信号发生电路。

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