專利名稱：A/d轉(zhuǎn)換器的控制操作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一個(gè)控制系統(tǒng)的A/D轉(zhuǎn)換器，該控制系統(tǒng)可以方便地根據(jù)與轉(zhuǎn)換器連接的交流電源系統(tǒng)中產(chǎn)生的諧波控制轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行。
轉(zhuǎn)換器可以是6脈沖型或12脈沖型，它包括6個(gè)或12個(gè)閘流晶體管或者串聯(lián)連接的閘流晶體管組，該閘流晶體管或閘流晶體管組通過一個(gè)變壓器與三相交流電母線相連結(jié)，而該母線通過一個(gè)負(fù)載與一個(gè)交流電源連接。
一般而言在連接到母線的旁路中具有至少一個(gè)諧波濾波器，從而濾出由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的特征諧波電流。例如對(duì)于一個(gè)12脈沖轉(zhuǎn)換器，諧波電流可以為11、13、23、25級(jí)等。
在正常運(yùn)行中，首先假定有一個(gè)極平衡的三相交流電系統(tǒng)，并在轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)的內(nèi)部部件也具有極佳的平衡性(如變壓器的漏電感)，例如有一個(gè)12脈沖轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的交流側(cè)諧波為交流電系統(tǒng)頻率的11倍、13倍、23倍、25倍……，直流側(cè)諧波為12次、24次、36次……。
在實(shí)際中不可能保證具有如此好的平衡性能，例如由于在交流電系統(tǒng)的三相之間通常存在不平衡的線路阻抗和不均勻的負(fù)載，交流電母線電壓可能會(huì)包含一個(gè)逆序基本分量?？梢钥吹皆谵D(zhuǎn)換器的直流側(cè)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)二次諧波電壓分量。這將在直流側(cè)導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)二次諧波電流，由此又會(huì)影響由轉(zhuǎn)換器從交流電系統(tǒng)中得到的交流電流，這樣它們就會(huì)包含三次諧波分量。后者的作用既會(huì)在轉(zhuǎn)換器母線本地引起三次諧波電壓，也會(huì)在交流電系統(tǒng)的遠(yuǎn)程部分引起三次諧波電壓。這些電壓的振幅可達(dá)額定轉(zhuǎn)換器電流的3％，并會(huì)對(duì)交流電系統(tǒng)中的其他設(shè)備產(chǎn)生不能接受的干擾。
一種能減小此種干擾的公知方法是在交流電母線上設(shè)置一個(gè)調(diào)諧到三次諧波的無源濾波器。然而特別是應(yīng)將相對(duì)較低的頻率(三次諧波)過濾掉，因此這樣使得成本較高。
本發(fā)明總的目的在于提供一種具有一個(gè)輔助控制系統(tǒng)的閘流晶體管型A/D轉(zhuǎn)換器，以及一種當(dāng)在與A/D轉(zhuǎn)換器相連接的交流電系統(tǒng)中出現(xiàn)非平衡狀態(tài)并不使用與非特征分量相對(duì)應(yīng)的濾波器時(shí)，將交流電系統(tǒng)內(nèi)的電流或電壓的非特征分量衰減或抑制為零或較低的值方法。
本發(fā)明的具體目的在于提供一種具有一個(gè)輔助控制系統(tǒng)的閘流晶體管型A/D轉(zhuǎn)換器及控制該系統(tǒng)的方法，在交流電系統(tǒng)為非平衡狀態(tài)并不使用三次諧波濾波器時(shí)，它能將交流電系統(tǒng)內(nèi)的三次諧波電流和電壓減小到零或較小值。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種輔助控制裝置，該裝置也能減少其它低次的交流電流，例如對(duì)于一個(gè)12脈沖型轉(zhuǎn)換器的4、5、6、7次諧波。
本發(fā)明提供了一種與一個(gè)交流電源系統(tǒng)相連接的閘流晶體管型A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)主控制系統(tǒng)和一個(gè)輔助控制系統(tǒng)，該主控制系統(tǒng)用于給轉(zhuǎn)換器內(nèi)的多個(gè)閘流晶體管提供起始脈沖，該輔助控制系統(tǒng)通過求和節(jié)點(diǎn)與主控制系統(tǒng)相連接，由此對(duì)來自主控制系統(tǒng)的起始脈沖的定時(shí)進(jìn)行修改；這樣就能抑制在交流電系統(tǒng)中由于A/D轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行引起的基頻的一個(gè)非特征nth諧波分量，連接的輔助控制系統(tǒng)接收一個(gè)表示所述諧波分量的三相輸入信號(hào)并向求和節(jié)點(diǎn)輸出一個(gè)包含調(diào)制的rth諧波信號(hào)的輸出信號(hào)，輔助控制裝置包括一個(gè)兩軸積分交流電伺服控制裝置。
具體地說，輔助控制系統(tǒng)最好包括一個(gè)三相至兩相的轉(zhuǎn)換裝置，該裝置用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)包含基頻和nth諧波分量的信號(hào)，解調(diào)裝置，該裝置用于將來自轉(zhuǎn)換裝置的兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)從而產(chǎn)生兩個(gè)直流信號(hào)，這兩個(gè)直流信號(hào)分別與nth諧波分量的直軸和正交軸分量成正比，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換裝置，該裝置用于將來自解調(diào)裝置的兩個(gè)直流信號(hào)的相位旋轉(zhuǎn)一個(gè)相位角λ，積分裝置，該裝置用于將來自信號(hào)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換裝置的相位旋轉(zhuǎn)信號(hào)進(jìn)行積分由此產(chǎn)生兩個(gè)積分直流信號(hào)分量，和調(diào)制裝置，該裝置用于調(diào)制和合并來自信號(hào)積分裝置的兩個(gè)積分直流信號(hào)分量，從而形成來自輔助控制系統(tǒng)的rth諧波輸出信號(hào)。
A/D轉(zhuǎn)換器可包括一個(gè)6脈沖或12脈沖轉(zhuǎn)換器。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，非特征nth諧波為三次諧波，調(diào)制rth諧波為二次諧波。輔助控制裝置具有可手工調(diào)整的增益和相位角設(shè)定。
可選擇的是，輔助控制裝置具有增益和相位角設(shè)定，該增益和相位角設(shè)定可根據(jù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)測(cè)量的值按照預(yù)定的關(guān)系進(jìn)行調(diào)節(jié)。測(cè)量的量可包括轉(zhuǎn)換器直流電壓和轉(zhuǎn)換器直流電流。
輔助控制裝置可具有增益和相位角設(shè)定，通過一個(gè)基于自動(dòng)二級(jí)測(cè)試方法的自適應(yīng)控制系統(tǒng)來調(diào)整該增益和相位角設(shè)定，在一個(gè)開環(huán)模式中利用輔助控制裝置來實(shí)現(xiàn)該自動(dòng)二級(jí)測(cè)試方法，從而能修改增益和相位角使其達(dá)到最優(yōu)值。如果要求的話，所述輔助控制系統(tǒng)的增益和相位角設(shè)定可被設(shè)定為與一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總環(huán)路增益的一個(gè)測(cè)量的綜合值互為倒數(shù)，該網(wǎng)絡(luò)包括所述主控制系統(tǒng)、A/D轉(zhuǎn)換器、交流電系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)的至少一部分。通過檢測(cè)A/D轉(zhuǎn)換器運(yùn)行中的大量干擾，可以對(duì)增益和相位角的測(cè)試和修改重復(fù)地進(jìn)行。
輔助控制裝置可具有增益和相位角設(shè)定，通過一個(gè)基于單級(jí)測(cè)試方法的自適應(yīng)控制系統(tǒng)來調(diào)整該增益和相位角設(shè)定，在一個(gè)閉環(huán)控制模式中利用輔助控制裝置通過對(duì)輔助控制裝置的輸入和輸出信號(hào)的相位進(jìn)行比較來實(shí)現(xiàn)該單級(jí)測(cè)試方法，從而能修改增益和相位角，然后將從該比較中得到的一個(gè)角度傳送給輔助控制裝置并成為其工作角。相位比較和角度傳送可在輔助控制裝置的首次接通和/或在A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程中對(duì)干擾的探測(cè)時(shí)進(jìn)行初始化。
下面參考附圖并通過舉例的方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述

圖1展示了一個(gè)電路裝置，該電路裝置包括一個(gè)交流電源系統(tǒng)、一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)主控制系統(tǒng)和根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)輔助控制裝置；圖2是表示圖1中的輔助控制裝置的簡(jiǎn)圖；圖3是表示圖2中輔助控制裝置中3相/2相轉(zhuǎn)換裝置和解調(diào)器的簡(jiǎn)圖；圖4是表示圖2中的輔助控制裝置的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換裝置的簡(jiǎn)圖；圖5是表示圖2的輔助控制裝置中的積分器和一個(gè)解調(diào)器的簡(jiǎn)圖；圖6是表示作為對(duì)圖5積分器的改進(jìn)的積分器的簡(jiǎn)圖；圖7是表示與圖6的積分器結(jié)合使用的一個(gè)鎖定角控制的簡(jiǎn)圖；圖8為表示測(cè)量圖7中鎖定角的簡(jiǎn)圖。
在下面的描述中相同的附圖標(biāo)記表示相同的部件、操作或現(xiàn)象。
參考附圖1，利用單線簡(jiǎn)圖形式表示了一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器裝置。轉(zhuǎn)換器1本身可為6脈沖或12脈沖型，它相應(yīng)包括6個(gè)或12個(gè)閘流晶體管或串聯(lián)連接的閘流晶體管組，并通過一個(gè)變壓器2與三相交流電母線3相連接。三相交流電系統(tǒng)的每相用一個(gè)阻抗5之后的Thevenin Source e.m.f4表示。圖示的一個(gè)諧波濾波器6在一個(gè)旁路中與交流電母線3相連結(jié)，主要濾去由轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的特征諧波電流(例如一個(gè)12脈沖轉(zhuǎn)換器的11次、13次、23次、25次......)。
在直流電側(cè)轉(zhuǎn)換器1通過一個(gè)可選擇的直流平滑感應(yīng)器9給一個(gè)負(fù)載8提供直流電流7。負(fù)載在圖中沒有詳細(xì)示出，但它可為一個(gè)工業(yè)負(fù)載如一個(gè)電動(dòng)機(jī)或與一個(gè)第二交流電系統(tǒng)相連接的另一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器；對(duì)于后面的一種情況，直流系統(tǒng)可以被直接連到第二轉(zhuǎn)換器(具有或沒有一個(gè)直流感應(yīng)器9)上，即一種“背對(duì)背”的布置，或者包括一個(gè)高架的直流電線和/或一個(gè)直流電纜。上面提及的具有兩個(gè)轉(zhuǎn)換器的裝置一般用在高壓直流電(HVDC)源中，額定功率的范圍可典型地從100MW到1000MW或更多，直流電壓的范圍可典型地從100kV到500kV或更多，交流電壓可到400kV或更高。
轉(zhuǎn)換器1中的閘流晶體管由一個(gè)主控制系統(tǒng)11發(fā)出的起始脈沖10進(jìn)行控制。后者在圖中沒有詳細(xì)地示出，但可以是一種公知的型式，例如一個(gè)相位鎖定振蕩器控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)一般通過一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)進(jìn)行連接。
作為一個(gè)例子，圖示的控制系統(tǒng)11可作為一個(gè)直流電流控制系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中通過一個(gè)求和節(jié)點(diǎn)15使得電流指令信號(hào)12與正比于測(cè)量的轉(zhuǎn)換器直流電流(通過一個(gè)直流電流變壓器14得到)的信號(hào)13相連接。圖示的求和節(jié)點(diǎn)15具有一個(gè)來自一個(gè)輔助控制系統(tǒng)17的第三輸入16。
簡(jiǎn)單地說，本發(fā)明涉及利用輔助控制系統(tǒng)17對(duì)電壓或電流的一個(gè)非特征諧波分量進(jìn)行衰減或抑制，該非特征諧波分量是當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換器與交流電源系統(tǒng)相連接時(shí)由于A/D轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行而在交流電源系統(tǒng)中產(chǎn)生的。通過求和節(jié)點(diǎn)15將輔助控制系統(tǒng)17與A/D轉(zhuǎn)換器的主控制系統(tǒng)11相連接，輔助控制系統(tǒng)17對(duì)一個(gè)來自非特征諧波分量的測(cè)量值的輸入信號(hào)19進(jìn)行作用并產(chǎn)生一個(gè)輸出信號(hào)16，該輸出信號(hào)16被輸出到求和節(jié)點(diǎn)上以便將非特征諧波分量的振幅降低到零或一個(gè)小的值。
輔助控制系統(tǒng)17是作為一個(gè)“兩軸”積分交流電伺服控制并且其為解調(diào)器/積分器/調(diào)制器的形式。
詳細(xì)地說，圖1中所示的輔助控制系統(tǒng)17的主反饋信號(hào)是通過一個(gè)三相電壓變壓器18來供應(yīng)主交流電母線3的電壓19。這些信號(hào)是三相的并且通常包含額定的高基頻電壓、少量的11次以上(假定為12脈沖轉(zhuǎn)換器1)的“特征諧波”以及不需要的三次諧波電壓。三次諧波分量是輔助控制系統(tǒng)17的信號(hào)反饋量，基頻分量在下面描述的二次和三次諧波中用于產(chǎn)生參考信號(hào)。
如圖2所示的輔助控制系統(tǒng)17的主信號(hào)功能塊是三相至兩相轉(zhuǎn)換裝置20；解調(diào)器21；坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)裝置22；積分器23；調(diào)制器24；三次諧波參考信號(hào)發(fā)生器25；二次諧波參考信號(hào)發(fā)生器26；和鎖定角λ控制器34；該控制器由具有一些用虛線表示的輸入和輸出的功能塊示出，這些將在下面進(jìn)行說明，這些并不是在本發(fā)明的所有的實(shí)施例中都需要。
圖3展示了三相至兩相轉(zhuǎn)換裝置20，該轉(zhuǎn)換裝置20發(fā)送包含基頻和三次諧波分量的輸出信號(hào)VAA和VBB，兩個(gè)輸出信號(hào)的相位相差90度。在圖中沒有詳細(xì)地示出該轉(zhuǎn)換裝置20，僅示出了加法器和增益功能，它能解決已知的三相至兩相的轉(zhuǎn)換。
利用轉(zhuǎn)換裝置20的原因是簡(jiǎn)化后續(xù)裝置，使每一個(gè)裝置由三個(gè)通道減至兩個(gè)通道。
圖3還展示了解調(diào)器裝置21，它包含四個(gè)倍增器和兩個(gè)求和節(jié)點(diǎn)。解調(diào)器21的兩個(gè)輸出是直流信號(hào)VD1和VQ1，這兩個(gè)信號(hào)分別與交流電母線電壓中的三次諧波的“d軸”和“q軸”分量成正比，這些在兩軸理論中均有定義。這些信號(hào)也包含偽交流分量且主要在二次和四次諧波中。如圖2所示，解調(diào)器21需要在交流電系統(tǒng)頻率中的三次諧波的兩個(gè)相位相差90度的參考信號(hào)27和28。這些信號(hào)可通過三次諧波參考信號(hào)發(fā)生器25采用公知的方式產(chǎn)生使用三相至兩相轉(zhuǎn)換裝置20輸出的信號(hào)VAA和VBB作為輸入。前面所述的d軸為縱軸，而q軸為正交軸。
兩個(gè)電壓VD1和VQ1通過一個(gè)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)裝置22(圖4所示，在下文中進(jìn)行討論)被加到圖5所示的積分器塊23中的兩個(gè)積分器上。積分器輸出的直流分量被定義為VD3和VQ3，后者被加至包含兩個(gè)倍增器和一個(gè)求和節(jié)點(diǎn)的調(diào)制器塊24上。如圖2所示，在交流系統(tǒng)頻率的二次諧波中需要兩個(gè)相位差為90度的參考信號(hào)29、30。這些信號(hào)可通過二次諧波參考信號(hào)發(fā)生器26采用公知的方式產(chǎn)生使用三相至兩相轉(zhuǎn)換裝置20輸出的信號(hào)VAA和VBB作為輸入。最后輔助控制系統(tǒng)17的一個(gè)末級(jí)輸出16是一個(gè)在二次諧波上的單一交流信號(hào)并將該末級(jí)輸出應(yīng)用到控制系統(tǒng)11的主控制環(huán)路中的求和節(jié)點(diǎn)15上。
本發(fā)明沒有對(duì)用于在二次和三次諧波中產(chǎn)生正弦參考波形的裝置進(jìn)行詳細(xì)的描述，但是可以基于公知的方法，例如鎖定到基本交流電系統(tǒng)頻率的相位鎖定振蕩器上并產(chǎn)生適當(dāng)?shù)谋对觥Ｃ恳粋€(gè)二次和三次諧波參考信號(hào)發(fā)生器都需要相位相差90度的兩個(gè)信號(hào)。
在運(yùn)行中，假定在旋轉(zhuǎn)裝置22中有一個(gè)合適的相對(duì)相位旋轉(zhuǎn)，我們發(fā)現(xiàn)交流電系統(tǒng)電壓的逆序不平衡可導(dǎo)致在轉(zhuǎn)換器1的電流中產(chǎn)生一個(gè)三次諧波，因此導(dǎo)致了在交流電母線3上產(chǎn)生三次諧波電壓。解調(diào)器21可在其兩個(gè)輸出上臨時(shí)產(chǎn)生一個(gè)限定直流電壓，它可引起積分器23的兩個(gè)輸出產(chǎn)生變化。然后這些信號(hào)在調(diào)制器24的每一個(gè)倍增器的輸出上被轉(zhuǎn)換成二次諧波信號(hào)，該二次諧波信號(hào)相混合并在解調(diào)器輸出上形成了一個(gè)單二次諧波信號(hào)，最后將其作為末級(jí)調(diào)制信號(hào)16傳送給主控制環(huán)路11中的求和節(jié)點(diǎn)15上。
如果末級(jí)調(diào)制器信號(hào)16的相位和增益合適，則效果是使得主轉(zhuǎn)換器1起動(dòng)時(shí)間模式產(chǎn)生變化如減小三次諧波電流，然后在主交流電母線3上的電壓在三個(gè)相上減至零。然后系統(tǒng)趨向一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，在該穩(wěn)定狀態(tài)中積分器23的平均輸入為零，并且它們的輸出是有限定的，其值為可實(shí)現(xiàn)所需的適當(dāng)?shù)哪┘?jí)二次諧波調(diào)制。鎖定角度和增益調(diào)整實(shí)際上在各種情況下都具有相位移，特別是在主轉(zhuǎn)換器1及其主控制系統(tǒng)11和交流母線3上的轉(zhuǎn)換器的阻抗中(交流系統(tǒng)阻抗5和主交流濾波器6)。這些效果根據(jù)轉(zhuǎn)換器1的特定工作條件(例如平均起動(dòng)角度、功率電平和直流負(fù)載阻抗)和交流系統(tǒng)阻抗而有所不同。
輔助控制系統(tǒng)17的輸出16總是具有一個(gè)最優(yōu)的相位，它可使得三次諧波電壓具有最佳的穩(wěn)定性和最快的穩(wěn)定時(shí)間。如果輔助控制系統(tǒng)17的相位與這個(gè)有稍微的差別，則其性能就會(huì)惡化(具有較慢的穩(wěn)定時(shí)間)，如果相位與最佳值相差超過±90度，輔助控制系統(tǒng)會(huì)變得不穩(wěn)定。
通過如圖4所示的公知方法，坐標(biāo)變換裝置或旋轉(zhuǎn)裝置22提供了一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng)角度變化效果。它具有一個(gè)能供應(yīng)正弦和余弦裝置(圖4)的“鎖定角度”輸入λ。與圖4中的倍增器和加法器一起通過求解下面的方程組得到末級(jí)輔助控制輸出信號(hào)16旋轉(zhuǎn)角度λVD2＝VD1cosλ+VQ1sinλ，和VQ2＝-VD1sjnλ+VQ1cosλ.
通過在零和360°之間調(diào)整信號(hào)λ(31)就可以找到一個(gè)最優(yōu)或接近最優(yōu)的角度，使得輔助控制系統(tǒng)17具有一個(gè)穩(wěn)定時(shí)間。此即被定義為鎖定角度。
在輔助控制系統(tǒng)的任何方便的位置可通過引進(jìn)一個(gè)可調(diào)節(jié)的增益裝置G(圖1)來調(diào)節(jié)輔助控制系統(tǒng)17的環(huán)路增益，例如在輸出16處。如在任何閉環(huán)控制系統(tǒng)中具有一個(gè)最佳增益，該最佳增益是位于在增益較低時(shí)的很慢的反應(yīng)和較高增益時(shí)的不穩(wěn)定性之間的一個(gè)折衷。
設(shè)定鎖定角度λ和控制增益的第一種方法為通過一個(gè)手動(dòng)調(diào)節(jié)增益設(shè)備G和鎖定角度控制34(圖2)的固定手動(dòng)設(shè)定。當(dāng)主轉(zhuǎn)換器的操作條件相對(duì)穩(wěn)定時(shí)該方法較為合適。
對(duì)于操作條件的一個(gè)適中范圍，第二種方法是通過一個(gè)開環(huán)控制裝置(圖中未示出)布置鎖定角和增益使其自動(dòng)變化，該開環(huán)控制裝置依據(jù)主要系統(tǒng)的變量，如利用與來自作為直流量的信號(hào)成預(yù)定相對(duì)比例的主轉(zhuǎn)換器直流電流和直流電壓從而使得鎖定角度和增益自動(dòng)變化。自適應(yīng)鎖定角度控制調(diào)解鎖定角和增益的第三種方法可通過基于一個(gè)引入一個(gè)測(cè)試信號(hào)的自動(dòng)開環(huán)測(cè)試主電源系統(tǒng)的一個(gè)自適應(yīng)增益/相位控制來實(shí)現(xiàn)，在本申請(qǐng)人自己的申請(qǐng)日為2001年2月13日的未審查歐洲專利申請(qǐng)第EP01301295.0(參看該申請(qǐng)說明書第12頁(yè)第29行至第16頁(yè)第14行)中，已經(jīng)描述了與在兩個(gè)耦合的轉(zhuǎn)換器之間的二次和十二次諧波交叉調(diào)制的控制器相連接。這樣輔助控制系統(tǒng)17可具有通過一個(gè)自適應(yīng)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整的增益和相位角度設(shè)定，該自適應(yīng)控制系統(tǒng)是基于一個(gè)自動(dòng)二級(jí)測(cè)試方法來修改增益和相位的設(shè)定使其達(dá)到最優(yōu)值，該自動(dòng)二級(jí)測(cè)試方法是由輔助控制系統(tǒng)在一個(gè)開環(huán)模式中來實(shí)現(xiàn)的。所述輔助控制系統(tǒng)的增益和相位角設(shè)定可被設(shè)置為與一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總環(huán)路增益的一個(gè)測(cè)量的綜合值互為倒數(shù)，該網(wǎng)絡(luò)包括所述主控制系統(tǒng)11，A/D轉(zhuǎn)換器，交流電系統(tǒng)3、4、5、6和輔助控制系統(tǒng)17的至少一部分。自適應(yīng)鎖定角控制的另一種方法如圖2中的虛線所示的調(diào)整鎖定角λ的第四種方法是在正常的閉環(huán)操作中通過使用在輔助控制系統(tǒng)17上執(zhí)行的某種測(cè)量。
對(duì)輔助控制系統(tǒng)17進(jìn)行的修改如下所示a)用一個(gè)改進(jìn)的積分器塊23A(圖6)來代替積分器塊23(圖2和圖5)，該改進(jìn)的積分器塊23A的改進(jìn)在于將一個(gè)復(fù)位信號(hào)33引入到積分器中和增加了一個(gè)限制器塊32。
b)其輸入信號(hào)VD2和VQ2用于來通過如下的表達(dá)式計(jì)算它們的量V2，相等的兩軸相量分量V2=VD22+VQ22]]>V2是直流值，它與交流母線3上的三次諧波電壓的量成正例。
c)將V2施加到一個(gè)比較器上，其具有一個(gè)較小的固定參考電壓Vmax，例如1％的Vmax為額定交流系統(tǒng)電壓的交流母線3上的等量三次諧波電壓。
d)如果V2大于該設(shè)定值，則電壓VD2和VQ2就直接連接到相應(yīng)的積分器的輸入上，整個(gè)操作作為一個(gè)正常的閉環(huán)控制，其作用是減少三次諧波電壓和V2。
e)如果V2小于Vmax，則積分器輸入端與VD1和VQ1分開并設(shè)為零，將積分器的輸出VD3和VQ3保持為其最后的值。
其作用是在閉環(huán)穩(wěn)定狀態(tài)操作下為VD1和VQ1提供規(guī)定最小值，這樣會(huì)采用下文所述的方法對(duì)它們的等量的角度進(jìn)行測(cè)量。通過選擇合適的鎖定角度設(shè)定，在交流母線3上的三次諧波電壓可以達(dá)到能接受的程度，但不必為零。鎖定角度控制如圖2和圖7所示增加了一個(gè)鎖定角度控制塊34。它包含兩個(gè)子塊鎖定角度測(cè)量塊35和鎖定角度控制邏輯塊36。鎖定角度測(cè)量塊35如圖8所示為鎖定角度測(cè)量塊35的具體結(jié)構(gòu)。其輸入為解調(diào)器21輸出(圖3)的直流電壓VD1和VQ1以及解調(diào)器24的輸入端上的直流電壓VD3和VQ3，直流電壓VD1和VQ1代表在交流電系統(tǒng)上的三次諧波的一個(gè)兩軸測(cè)量值，而直流電壓VD3和VQ3則代表供給主直流轉(zhuǎn)換器控制器11的調(diào)制信號(hào)16的兩軸值。
這四個(gè)信號(hào)分別施加到取樣和保持電路39、40、41和42上，由此到達(dá)求和節(jié)點(diǎn)43、44、45、46。每個(gè)求和節(jié)點(diǎn)43、44、45、46在取樣和保持電路39、40、41、42之前也具有一個(gè)來自信號(hào)值的輸入(符號(hào)相反)，這樣它們的輸出與它們相應(yīng)的輸入變化相一致，其相應(yīng)的輸入根據(jù)上次引入到所有取樣和保持電路中的取樣脈沖38的操作得到。
如圖8所示將被定義為ΔVD1和ΔVQ1的輸出引入到一個(gè)反正切(arctangent)電路47中，該電路47的輸出49表示等量相量(ΔVD1+jΔVQ1)的相位角。本發(fā)明也提供了對(duì)于輸出ΔVD3和ΔVQ3的一個(gè)相似的裝置并通過反正切(arctangent)塊48得到相位角50。
求和節(jié)點(diǎn)51輸出的信號(hào)37為兩個(gè)角信號(hào)49和50之差，該信號(hào)37被定義為L(zhǎng)A。鎖定角度控制邏輯塊36邏輯塊36包含可通過公知方法制成的鎖定角控制邏輯塊，例如數(shù)字微處理器設(shè)備。
當(dāng)主轉(zhuǎn)換器1被進(jìn)行程序分塊時(shí)或其交流電源處于接通時(shí)，允許用一較短的時(shí)間(如為0.5秒)使其調(diào)整到穩(wěn)定狀態(tài)。直到此時(shí)積分器(圖6)的輸出被控制為零。然后發(fā)出一個(gè)短的取樣脈沖SP(38)，該取樣脈沖可導(dǎo)致測(cè)量塊35中的取樣和保持電路39、40、41、42在此時(shí)存儲(chǔ)電壓值VD1、VQ1、VD3和VQ3(圖6的電壓值VD3和VQ3在此例中為零，即處于接通狀態(tài)，因?yàn)檫@些是積分器的輸出)。通過坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)裝置22在主控制路徑中將相位角λ初始化為一個(gè)絕對(duì)角度λ0。然后通過斷開輔助控制系統(tǒng)17的積分器將其接通，先前輔助控制系統(tǒng)17的輸出保持為零。
然后積分器的輸出(圖6)一般會(huì)開始變化并產(chǎn)生一個(gè)限定的二次諧波輸出16。角度測(cè)量塊35將產(chǎn)生一個(gè)通常會(huì)變化的輸出角信號(hào)LA。在此階段，控制系統(tǒng)11可處于穩(wěn)定狀態(tài)或非穩(wěn)定狀態(tài)。然而在此過程的早期階段，測(cè)量的角度LA在任一情況下都趨向于一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的值。它是通過在一個(gè)限定時(shí)間段內(nèi)測(cè)量其變化率來進(jìn)行探測(cè)的。當(dāng)LA的值足夠低時(shí)，它就會(huì)接近于該系統(tǒng)的最優(yōu)鎖定角度。然后LA值會(huì)被存儲(chǔ)下來，工作控制角度就會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)樵撝怠?br> 然后該系統(tǒng)通常會(huì)開始趨向于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，此時(shí)在交流電母線3上具有較低的三次諧波電壓。當(dāng)其降低到與Vmax相應(yīng)的值之下時(shí)，如上所述積分器(圖6)就會(huì)“凍結(jié)”，而該系統(tǒng)在此條件下保持穩(wěn)定狀態(tài)。
對(duì)于任何后面的干擾如交流系統(tǒng)或直流系統(tǒng)電壓的臨時(shí)損失或在主轉(zhuǎn)換器1內(nèi)的突變或漸變，均可通過中繼測(cè)量主交流或直流電壓或電源或者在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)超過Vmax的一個(gè)V3的值來進(jìn)行檢測(cè)。然后輔助控制系統(tǒng)17的再啟動(dòng)時(shí)如上進(jìn)行初始化，但使用在前設(shè)定的鎖定角λ作為啟動(dòng)角。
除了控制系統(tǒng)11配備有長(zhǎng)的穩(wěn)定時(shí)間的濾波器以外，調(diào)整λ的第四種方法比第三種方法具有更快的穩(wěn)定時(shí)間。
上面已經(jīng)對(duì)在輔助控制系統(tǒng)17的內(nèi)部沒有濾波器的情況進(jìn)行了說明，但控制技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的熟練技術(shù)人員可以意識(shí)到為防止偽信號(hào)干擾系統(tǒng)的操作，在不同的場(chǎng)合下會(huì)要求使用濾波器。這對(duì)于由進(jìn)入到解調(diào)器內(nèi)的大基頻信號(hào)引起的解調(diào)器21的輸出是真實(shí)的，其中二次和四次諧波的大信號(hào)繼續(xù)存在。
雖然上面僅描述了用于衰減三次諧波的方法，但是也可將本發(fā)明應(yīng)用到其它不需要的具有相對(duì)低級(jí)次的諧波上。對(duì)于這樣的改進(jìn)是微不足道的，主要在于修改參考信號(hào)的頻率。例如假定對(duì)于一個(gè)12脈沖轉(zhuǎn)換器，這樣的諧波可為4次、5次、6次、7次。這些都是由轉(zhuǎn)換器1產(chǎn)生的非特征諧波，通常是由在轉(zhuǎn)換器內(nèi)的一些不平衡因素或與其連接的交流電系統(tǒng)引起的。然而級(jí)次為11、13、......23、25、......的特征諧波不會(huì)被控制操作濾去。
上面的描述是對(duì)來自交流電母線3電壓(在描述中的三次諧波)的測(cè)量分量的一個(gè)反饋的描述。測(cè)量的信號(hào)以及由此被輔助控制系統(tǒng)17衰減的量可以選擇地成為轉(zhuǎn)換器1的交流電流內(nèi)的諧波分量，其中該電流通過變流器得到。這種情況下的優(yōu)點(diǎn)在于交流電系統(tǒng)阻抗相對(duì)較低，并且在交流電系統(tǒng)具有在被衰減的諧波中的一個(gè)預(yù)存e.m.f分量，因?yàn)樗梢允罐D(zhuǎn)換器主控制系統(tǒng)11避免超速傳動(dòng)及由此產(chǎn)生的失真放大。
在圖1中所示塊8是第二轉(zhuǎn)換器，可將本發(fā)明應(yīng)用為兩個(gè)轉(zhuǎn)換器，使用分離的輔助控制系統(tǒng)17和信號(hào)源。在此實(shí)例中，如果與轉(zhuǎn)換器相聯(lián)系的兩個(gè)交流電系統(tǒng)具有不同的頻率，則在直流電線路電流中存在兩個(gè)具有相應(yīng)不同頻率二次諧波以及由此在每一個(gè)交流電系統(tǒng)中的兩個(gè)三次諧波分量，同樣該兩個(gè)三次諧波分量具有不同的頻率。在每一個(gè)輔助控制系統(tǒng)17中，也需要提供一個(gè)適當(dāng)?shù)目刂葡到y(tǒng)濾波器來防止來自每一個(gè)實(shí)例中的“遠(yuǎn)程”轉(zhuǎn)換器的有害的效果。
權(quán)利要求
1.一種用于連接到一個(gè)交流電系統(tǒng)(3)的閘流晶體管型A/D轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)主控制系統(tǒng)(11)和一個(gè)輔助控制系統(tǒng)(17)，該主控制系統(tǒng)用于為轉(zhuǎn)換器(1)內(nèi)的多個(gè)閘流晶體管提供起始脈沖，該輔助控制系統(tǒng)通過一個(gè)求和節(jié)點(diǎn)(15)與主控制系統(tǒng)相連接并用于定時(shí)修改來自主控制系統(tǒng)的起始脈沖；這樣可以抑制在交流電源系統(tǒng)中由A/D轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行引起的一個(gè)基頻的非特征諧波分量，連接的輔助控制系統(tǒng)(17)接收一個(gè)表示所述諧波分量的三相輸入信號(hào)(19)并向求和節(jié)點(diǎn)(15)輸出一個(gè)輸出信號(hào)(16)，該輸出信號(hào)包括一個(gè)調(diào)制的rth諧波信號(hào)，輔助控制裝置包括一個(gè)兩軸積分交流電伺服控制裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的A/D轉(zhuǎn)換器，其中輔助控制系統(tǒng)(17)包括一個(gè)三相至兩相的轉(zhuǎn)換裝置(20)，該裝置用于將輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換成兩個(gè)包含基頻和nth諧波分量的信號(hào)(VAA、VBB)，解調(diào)裝置(21)，該裝置用于將來自轉(zhuǎn)換裝置(20)的兩個(gè)信號(hào)(VAA、VBB)進(jìn)行解調(diào)從而產(chǎn)生兩個(gè)直流信號(hào)(VD1、VQ1)，這兩個(gè)直流信號(hào)分別與nth諧波分量的直軸和正交軸分量成正比。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換裝置(22)，該裝置用于將來自解調(diào)裝置(21)的兩個(gè)直流信號(hào)(VD1、VQ1)的相位旋轉(zhuǎn)一個(gè)相位角λ，積分裝置(23)，該裝置用于將來自信號(hào)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換裝置(22)的相位旋轉(zhuǎn)信號(hào)(VD2、VQ2)進(jìn)行積分由此產(chǎn)生兩個(gè)積分直流信號(hào)分量(VD3、VQ3)，和調(diào)制裝置(24)，該裝置用于調(diào)制和合并來自信號(hào)積分裝置(23)的兩個(gè)積分直流信號(hào)分量(VD3、VQ3)，從而形成來自輔助控制系統(tǒng)的rth諧波輸出信號(hào)(16)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的A/D轉(zhuǎn)換器，它包括一個(gè)6脈沖或12脈沖轉(zhuǎn)換器。
4.如上述任一權(quán)利要求所述的A/D轉(zhuǎn)換器，其中非特征nth諧波為三次諧波，調(diào)制rth諧波為二次諧波。
5.如上述任一權(quán)利要求所述的A/D轉(zhuǎn)換器，其中輔助控制裝置具有一個(gè)可調(diào)整的增益設(shè)備，該設(shè)備用于將一個(gè)最佳增益應(yīng)用到輸出信號(hào)中。
6.如權(quán)利要求2所述的A/D轉(zhuǎn)換器，其中輔助控制系統(tǒng)具有一個(gè)可調(diào)整的相位角控制設(shè)備，該設(shè)備用于將一個(gè)最佳的相位角通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換裝置應(yīng)用到輸出信號(hào)中。
7.如權(quán)利要求5或6所述的A/D轉(zhuǎn)換器，其中輔助控制系統(tǒng)具有一個(gè)用于手動(dòng)調(diào)整可調(diào)整設(shè)備的裝置。
8.如權(quán)利要求5或6所述的A/D轉(zhuǎn)換器，其中輔助控制系統(tǒng)具有用于根據(jù)轉(zhuǎn)換器內(nèi)的直流電量自動(dòng)調(diào)整可調(diào)整設(shè)備的裝置。
9.一種能自動(dòng)將一個(gè)最佳相位角λ應(yīng)用到權(quán)利要求6所述的A/D轉(zhuǎn)換器的一個(gè)輔助控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)上的方法，它包括根據(jù)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的總開環(huán)增益的綜合測(cè)量值的倒數(shù)來調(diào)整相位角度控制設(shè)備的步驟，其中該網(wǎng)絡(luò)包括A/D轉(zhuǎn)換器、主控制系統(tǒng)、輔助控制系統(tǒng)的至少一部分。
10.一種能自動(dòng)將一個(gè)最佳相位角λ應(yīng)用到權(quán)利要求6所述的A/D轉(zhuǎn)換器的一個(gè)輔助控制系統(tǒng)的輸出信號(hào)上的方法，包括如下步驟使輔助控制裝置按照閉環(huán)控制模式運(yùn)行，比較輔助控制系統(tǒng)的輸入和輸出信號(hào)的相位從而由此得到一個(gè)相位角，將得到的相位角輸入到相位角控制設(shè)備由此可調(diào)整輸出信號(hào)的相位角。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述輔助控制裝置首次接通時(shí)對(duì)相位比較和相位角調(diào)整進(jìn)行初始化。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其中在A/D轉(zhuǎn)換器的工作過程中對(duì)干擾的探測(cè)時(shí)進(jìn)行相位比較和相位角調(diào)整的初始化。
全文摘要
一種A/D轉(zhuǎn)換器具有一個(gè)輔助控制系統(tǒng),轉(zhuǎn)換器還包括閘流晶體管并通過變壓器與交流電源系統(tǒng)相連接,該交流電源系統(tǒng)包括一個(gè)交流電源、一個(gè)阻抗和母線。輔助控制系統(tǒng)與A/D轉(zhuǎn)換器的一個(gè)主控制系統(tǒng)相連接。在交流電源系統(tǒng)中的包括不必要的諧波分量的輸入信號(hào)輸入到輔助控制系統(tǒng),該輔助控制系統(tǒng)輸出一個(gè)輸出信號(hào),該輸出信號(hào)與一個(gè)閘流晶體管的起始控制信號(hào)在主控制系統(tǒng)的一個(gè)求和節(jié)點(diǎn)處疊加,由此衰減轉(zhuǎn)換器的直流輸出內(nèi)的非特征諧波分量,從而衰減了在交流電源系統(tǒng)中的諧波分量。
文檔編號(hào)H02M7/12GK1335670SQ0111968
公開日2002年2月13日 申請(qǐng)日期2001年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月13日
發(fā)明者J·D·埃恩斯沃斯, L·博塔奇爾里, R·S·懷特豪澤 申請(qǐng)人:阿爾斯通公司