專利名稱：在饋電設(shè)備中產(chǎn)生任意n階m相電流系統(tǒng)的方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在變流器饋電設(shè)備中產(chǎn)生任意n階m相電流系統(tǒng)的方法以及實(shí)施該方法的裝置。
在電力裝置，如感應(yīng)式電機(jī)或三相電力網(wǎng)的變流器饋電中，電流中除出現(xiàn)理想的1階順序系統(tǒng)外，還出現(xiàn)不理想的n階電流系統(tǒng)，例如它會(huì)產(chǎn)生附加損耗。
要抑制n階電流系統(tǒng)，必須產(chǎn)生相應(yīng)的電壓系統(tǒng)，這一電壓系統(tǒng)作為調(diào)節(jié)參數(shù)的預(yù)控制被輸入到變流器饋電設(shè)備中。
在W.Meusl和H.Waldmann發(fā)表的“西門子研究與開發(fā)”雜志題為“用于補(bǔ)償和平衡三相電力網(wǎng)的多變量坐標(biāo)變換”文章中，介紹了一種控制系統(tǒng)，又稱多變量控制系統(tǒng)。(見卷6，1977第1期，3-12頁)。該系統(tǒng)用于交流電弧爐的靜態(tài)無功功率補(bǔ)償器。該控制系統(tǒng)的任務(wù)是控制靜態(tài)補(bǔ)償器的晶體閘流管，盡量保持電網(wǎng)的無功電流為最小最穩(wěn)定。以便使整個(gè)電網(wǎng)負(fù)荷盡可能達(dá)到對(duì)稱。以對(duì)稱分量為示例，該任務(wù)的定義如下電網(wǎng)輸出的電流中，順序系統(tǒng)的無功部分應(yīng)盡可能小而且穩(wěn)定不變。同時(shí)，其逆序系統(tǒng)應(yīng)盡可能小。
由于這種排列中不存在Mp聯(lián)接，零序系統(tǒng)永遠(yuǎn)等于零。
文章開始首先介紹了幾個(gè)多分量系統(tǒng)的相互關(guān)系并在表1中用矩陣表示出。在將相位電流((R，S，T)分量)換算為對(duì)稱分量((0，1，2)分量)時(shí)，也可以依照表1應(yīng)用(0，α，β)一系統(tǒng)。直接換算需要通過較高的裝置成本來實(shí)現(xiàn)。
在上述用于靜態(tài)補(bǔ)償器的多變量系統(tǒng)中，通過對(duì)電弧爐電流進(jìn)行分析，得出順序系統(tǒng)的有功電流分量和無功電流分量(用下標(biāo)1表示)，同時(shí)也得出其逆序系統(tǒng)的有功電流分量和無功電流分量(用下標(biāo)2表示)。系統(tǒng)不繼續(xù)處理順序系統(tǒng)中的有功電流分量。順序系統(tǒng)中的無功電流分量和其逆序系統(tǒng)中的兩種分量通過補(bǔ)償裝置予以保留。這些分量將作為控制系統(tǒng)的主導(dǎo)參數(shù)被應(yīng)用。用與求主導(dǎo)參數(shù)同樣的方法可以從補(bǔ)償裝置的電源內(nèi)電流中確定調(diào)節(jié)量。由于該控制系統(tǒng)主要用于處理主導(dǎo)參數(shù)的變化，因此使用預(yù)控制。順序系統(tǒng)無功電流分量的輸出值及其逆序系統(tǒng)有功電流分量和無功電流分量的輸出值被轉(zhuǎn)換為相位量，然后又轉(zhuǎn)換為用于補(bǔ)償裝置晶閘管的控制信號(hào)。借助該控制系統(tǒng)可以為補(bǔ)償裝置中的每個(gè)相位產(chǎn)生控制信號(hào)，由此獲得電源側(cè)順序系統(tǒng)及其逆序系統(tǒng)的確定值。
這一控制系統(tǒng)僅僅影響1階電流系統(tǒng)中順序系統(tǒng)及其逆序系統(tǒng)的分量。而不影響n階電流系統(tǒng)中的分量。
在開路直接整流器中。如果負(fù)荷(通常為電動(dòng)機(jī))產(chǎn)生的反電勢(shì)與正弦波形不一致的話，盡管對(duì)線電壓進(jìn)行正弦波形調(diào)整，仍然會(huì)出現(xiàn)諧波。專用的同步電機(jī)產(chǎn)生會(huì)含有大量3次諧波的反電勢(shì)。在常用的凸極電機(jī)中，盡管可以通過相應(yīng)的氣隙構(gòu)型達(dá)到空轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生理想的正弦波的電勢(shì)，但在負(fù)載時(shí)，由于磁軸偏離旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)軸而產(chǎn)生場(chǎng)畸變，這導(dǎo)致所產(chǎn)生的反電勢(shì)的諧波。
本發(fā)明的目的是給出一種產(chǎn)生一個(gè)任意n階m相位電流系統(tǒng)的方法及裝置。
本發(fā)明的目的將借助如權(quán)利要求1(方法)和權(quán)利要求6(裝置)中的特征來完成。
產(chǎn)生任意n階電流系統(tǒng)，需要相應(yīng)的n階電壓系統(tǒng)。對(duì)于固定工作點(diǎn)，這種n階電壓系統(tǒng)可以借助一個(gè)憑經(jīng)驗(yàn)獲得的電壓相量用下列方式產(chǎn)生將此憑經(jīng)驗(yàn)獲得的靜態(tài)電壓相量從一個(gè)n階基頻旋轉(zhuǎn)參考系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為固定參考系統(tǒng)。通過坐標(biāo)變換將該n階基頻旋轉(zhuǎn)電壓向量轉(zhuǎn)換為電壓預(yù)控信號(hào)。通過一個(gè)角獲得將靜態(tài)電壓向量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)電壓相量的變換參數(shù)。該角的值隨基頻而變，其相位可任意選擇。對(duì)于變流器饋電的感應(yīng)式電機(jī)，該角可以是磁方位角φ或轉(zhuǎn)子方位角λ。由此角求出隨n階基頻變化的坐標(biāo)變換參數(shù)。選擇坐標(biāo)變換的重要依據(jù)是應(yīng)產(chǎn)生何種n階電流系統(tǒng)(順序系統(tǒng)，逆序系統(tǒng)或零序系統(tǒng))。此外還要考慮，給定的方法應(yīng)以直角坐標(biāo)系方式(模擬實(shí)現(xiàn))還是以極坐標(biāo)系方式(數(shù)字實(shí)現(xiàn))來實(shí)現(xiàn)。另外還要考慮三相電流系統(tǒng)的相數(shù)。依照上述邊界條件，在順序系統(tǒng)及逆序系統(tǒng)中分別設(shè)定2/m變換器和p/m變換器，在此，m等于多類型電流系統(tǒng)的相數(shù)。在零序系統(tǒng)中只需要參考相位信號(hào)，該信號(hào)作為控制信號(hào)被分配給各個(gè)相位。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，靜態(tài)電流不是憑經(jīng)驗(yàn)獲得的，而是由所測(cè)的相電流實(shí)際值根據(jù)預(yù)定的額定值分量產(chǎn)生的。為此目的，相電流實(shí)際值被轉(zhuǎn)換為(0，α，β)系統(tǒng)中的分量。(0，α，β)系統(tǒng)中的這些分量分別包含所有n階電流系統(tǒng)的信息。根據(jù)順序系統(tǒng)，逆序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)預(yù)定的額定值分量及計(jì)算出的(0，α，β)系統(tǒng)中的分量分別組成順序系統(tǒng)、逆序系統(tǒng)及零序系統(tǒng)的調(diào)差電流分量，并利用n倍工作頻率的角函數(shù)正弦、余弦對(duì)這些分量進(jìn)行矢量旋轉(zhuǎn)。由此分別得出順序系統(tǒng)，逆序系統(tǒng)及零序系統(tǒng)的兩種信號(hào)。這兩種信號(hào)依據(jù)相互的相位具有等同部分。接著對(duì)每個(gè)系統(tǒng)分別將這些信號(hào)累積分，由此分別獲得順序系統(tǒng)、逆序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)的靜態(tài)電壓相量的直角坐標(biāo)系分量。
通過上述優(yōu)選實(shí)施例，可以分別獲得順序系統(tǒng)、逆序系統(tǒng)及零序系統(tǒng)的一個(gè)靜態(tài)電壓向量，這些向量能獨(dú)立輸給變流器饋電設(shè)備中的一個(gè)變化工作點(diǎn)。工作點(diǎn)改變時(shí)，n階電流系統(tǒng)的值和相位也隨之改變，靜態(tài)電壓向量中的各分量也相應(yīng)改變。
在另一個(gè)只處理n階電流零序系統(tǒng)的有利方法中，靜態(tài)電壓向量不是憑經(jīng)驗(yàn)給定的，而是由測(cè)量的相電流實(shí)際值產(chǎn)生的。將相電流實(shí)際值累加，得到累加信號(hào)，該信號(hào)包含了全部電流零序系統(tǒng)的累加值信息。利用n階工作頻率的正弦、余弦角函數(shù)對(duì)此累加信號(hào)進(jìn)行矢量旋轉(zhuǎn)，得出累加電流信號(hào)的直角坐標(biāo)系分量，這些分量依據(jù)相互的相位具有等同部分。接著對(duì)每個(gè)分量分別進(jìn)行累積分，分別得出零序系統(tǒng)靜態(tài)電壓相量的直角坐標(biāo)系分量。
在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，對(duì)由乘積產(chǎn)生的子系統(tǒng)(順序系統(tǒng)、逆序系統(tǒng)、零序系統(tǒng))信號(hào)不進(jìn)行累積分，而是分別進(jìn)行延遲，由此分別形成每個(gè)子系統(tǒng)的一個(gè)靜態(tài)電壓向量。由此可獲得一個(gè)最佳方案，來解決變流器饋電設(shè)備中超過限制量時(shí)出現(xiàn)的附加問題。在此既要注意達(dá)到變流器設(shè)置極限時(shí)的限制量，又要注意控制系統(tǒng)中電壓向量的有效限制量。通過乘積信號(hào)的延遲在穩(wěn)定狀態(tài)下不得不出現(xiàn)剩余調(diào)整誤差，但是沒有積分器出現(xiàn)的漂移，該漂移會(huì)使計(jì)算靜態(tài)電壓向量產(chǎn)生差錯(cuò)。
根據(jù)預(yù)先給定的放大系數(shù)可以改變剩余調(diào)整誤差的值，使其趨近于零。
用于實(shí)施該方法及該優(yōu)選實(shí)施例的裝置主要由向量旋轉(zhuǎn)器和坐標(biāo)變換器組成，它們?cè)谝源艌?chǎng)定向控制技術(shù)中已充分公知。借助微處理器可以有利地實(shí)現(xiàn)這種組件，在有利方法的實(shí)施時(shí)可利用軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)附加的積分器。
在一個(gè)最佳裝置中，用1階延遲元件取代了積分器，在該裝置的數(shù)值信道中增設(shè)了一個(gè)帶后接限制器的P-控制器。這一裝置保證了在達(dá)到m相位變流器的調(diào)節(jié)極限時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過度的漂移，從而獲得理想的控制結(jié)果。
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，附圖中

圖1是用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明方法的裝置的一個(gè)有利實(shí)施形式的電路方塊圖；圖2是用極坐標(biāo)分量實(shí)施一個(gè)有利方法的裝置的有利實(shí)施方式的電路方塊圖；圖3是相電壓實(shí)際值相對(duì)時(shí)間t變化的波形圖；圖4是對(duì)應(yīng)的相電流實(shí)值值相對(duì)時(shí)間t變化的波形圖；圖5是以相對(duì)時(shí)間t變化的波形圖形式表示的圖2中積分器輸出端的信號(hào)曲線；圖6是用于實(shí)施根據(jù)本發(fā)明方法的裝置的一個(gè)特別有利的實(shí)施方式的電路方塊圖。
圖1展示了一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的電路圖，該方案用于在三相電流系統(tǒng)中實(shí)施根據(jù)本發(fā)明方法的裝置。此裝置由以下部分組成，裝置2用于形成n級(jí)調(diào)差電流分量i1αe，i1βe，i2αe，i2βe及i0e；裝置4、6和8分別用于形成順序系統(tǒng)i1m，逆序系統(tǒng)i2m，和零序系統(tǒng)i0m的靜態(tài)電壓向量U11，U12；U21，U22；和U01，U02。變換裝置10，12和14分別用于每個(gè)子系統(tǒng)i1m，i2m，i0m，。16，18和20是變換裝置的后置坐標(biāo)變換器，裝置2的每個(gè)子系統(tǒng)i1m，i2m，和i0m的兩個(gè)輸出端與一個(gè)裝置4，6和8聯(lián)接。變換裝置10，12和14的輸入端與裝置4，6和8的輸出端相聯(lián)。裝置4，6，8和變換裝置10，12，14以及坐標(biāo)變換器16，18，20的串聯(lián)電路組成了該裝置的順序系統(tǒng)i1m，逆序系統(tǒng)i2m及零序系統(tǒng)i0m的可調(diào)信道22，24及26。
裝置2用于在順序系統(tǒng)i1m、逆序系統(tǒng)i2m和零序系統(tǒng)i0m中形成n階調(diào)差電流分量i1αe，i1βe和i2αe，i2βe及i0e，0，裝置2由下列部分組成換算裝置28；每個(gè)系統(tǒng)i1m，i2m，i0m分別有兩個(gè)比較器36，38和40，42及44，46；在變流器饋電設(shè)備中測(cè)出的實(shí)際電流值iR，iS，iT，...，im被輸入到換算裝置28中。利用換算裝置28將這些實(shí)際電流值iR，iS，iT，...，im轉(zhuǎn)換為電流分量iα，iβ和i0。電流分量iα，iβ，i0形成了一個(gè)新的電流系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由相量iR，iS，iT，...，im借助實(shí)系數(shù)形成的。在非對(duì)稱狀態(tài)下，電流分量(向量)iα，iβ不再相等，相差也不再為π/2。例如(α，β)系統(tǒng)中的α和β分量組成定子定向的分量利用上述文章中的變換公式(12)可以確定定子定向分量，利用實(shí)系數(shù)可以確定相電流iR，iS和iT的瞬間值(這不僅僅適于向量)。因此，文章中的公式(11)和(12)既適用于相電流iR，iS和iT的瞬間值，也適用于向量和旋轉(zhuǎn)矢量。例如換算裝置28可以實(shí)現(xiàn)前述W.Meusl和H.Waldmann文章中公式(12)的距陣。求出的(0，α，β)系統(tǒng)中的n階分量iα和iβ分別被輸入到比較器36，38和40，42的反轉(zhuǎn)輸入端，分量i0則被輸入到比較器44。預(yù)定的額定值組件i1α*，i1β*，i2α*，i2β*和i0*分別位于比較器36，38，40，42和44的非反轉(zhuǎn)輸入端。比較器36，38和40，42及44，46的輸出端與裝置4，6和8的輸入端相聯(lián)，用于形成靜態(tài)電壓相量U11，U12和U21，U22及U01，U02。
裝置4，6和8分別用于形成一個(gè)靜態(tài)電壓向量U11，U12，U21，U22和U01，U02，它們的結(jié)構(gòu)幾乎相同。在此，僅對(duì)順序系統(tǒng)中的裝置4進(jìn)行詳細(xì)說明。裝置4由矢量旋轉(zhuǎn)器48和兩個(gè)積分器50，52組成。順序系統(tǒng)的調(diào)節(jié)信道22與逆序系統(tǒng)調(diào)節(jié)信道24的區(qū)別在于，順序系統(tǒng)中矢量旋轉(zhuǎn)器48和56的轉(zhuǎn)角符號(hào)與逆序系統(tǒng)中矢量旋轉(zhuǎn)器48和56的轉(zhuǎn)角符號(hào)相反。調(diào)差電流分量i1αe和i1βe位于矢量旋轉(zhuǎn)器48的信號(hào)輸入端。矢量旋轉(zhuǎn)器48的變換輸入端與形成變換參數(shù)cos nφ和sin nφ的裝置54的輸出端以導(dǎo)電線連結(jié)。矢量旋轉(zhuǎn)器48的輸出端分別與積分器50和52以導(dǎo)電線連結(jié)。兩個(gè)組件i1αe和i1βe含有全部n級(jí)電流順序系統(tǒng)和逆序系統(tǒng)的累加值信息(扣除額定值部分)。通過以兩個(gè)電流分量i1αe和i1βe為特征的旋轉(zhuǎn)矢量的符號(hào)，在旋轉(zhuǎn)矢量48的輸出端得出電流分量i11和i12，它們的相同部分決定n階順序系統(tǒng)的差值。在封閉的控制電路中將這些相等部分累積分，得出一個(gè)向量，其數(shù)值和角度與所求的靜態(tài)電壓向量U11，U12恰好一致。
借助已求出的靜態(tài)電壓向量U11和U12可以產(chǎn)生一個(gè)n階電壓系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中利用矢量旋轉(zhuǎn)器56將電壓向量U11和U12從一個(gè)以n倍角速度ωs旋轉(zhuǎn)的參照系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)固定參照系統(tǒng)。預(yù)先給定任意相位的n倍基頻旋轉(zhuǎn)直角坐標(biāo)系統(tǒng)1/2作為該循環(huán)參照系統(tǒng)，并預(yù)先給定定子定向的直角坐標(biāo)系統(tǒng)α/β作為固定參照系統(tǒng)。通過坐標(biāo)變換得到一個(gè)n倍工作頻率的旋轉(zhuǎn)電壓向量，該向量包含直角坐標(biāo)系分量U1α和U1β。利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器16將分量U1α和U1β轉(zhuǎn)換為電壓預(yù)控信號(hào)UV11，...，m。m是系統(tǒng)的相數(shù)，對(duì)于該示例中的三相系統(tǒng)，設(shè)定了一個(gè)2/3轉(zhuǎn)換器作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器16。三個(gè)電壓預(yù)控信號(hào)UV1，UV2和UV3位于轉(zhuǎn)換器的輸出端。在預(yù)控零序系統(tǒng)時(shí)，只需要參照相位的電壓預(yù)控信號(hào)。
變換參數(shù)cos nφ和sin nφ隨n倍基頻ωs變化。裝置54用于形成變換參數(shù)cos nφ和sin nφ，利用該裝置由一個(gè)角φ(磁方位角)和一個(gè)數(shù)n形成變換參數(shù)cos nφ和sin nφ，角φ隨瞬時(shí)頻率變化。相應(yīng)地可以采用磁方位角φ和轉(zhuǎn)子方位角λ。在多數(shù)實(shí)際情況下，角φ和角λ位于變流器饋電設(shè)備的控制系統(tǒng)中。利用角函數(shù)發(fā)生器60將角φ與角函數(shù)余弦和正弦相乘，并在裝置54中繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行處理。角函數(shù)發(fā)生器60也可以是裝置54的組成部分，利用角函數(shù)發(fā)生器60由角φ得到以ωs為工作頻率的旋轉(zhuǎn)變換參數(shù)cosφ和sinφ。再利用裝置54和數(shù)n將cosφ和sinφ轉(zhuǎn)換為以n倍基頻ωs為旋轉(zhuǎn)的變換參數(shù)cos nφ和sin nφ。例如，可以給定n個(gè)串聯(lián)矢量旋轉(zhuǎn)器作為裝置54。其中，角函數(shù)發(fā)生器60的輸出信號(hào)位于每個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)器的變換參數(shù)輸入端。
如果已求出的靜態(tài)電壓向量U11和U12的各分量為極坐標(biāo)量(數(shù)值U，角φ)，在順序系統(tǒng)中產(chǎn)生n階電壓系統(tǒng)的步驟可明顯簡(jiǎn)化。圖2的電路方塊圖描述了零序系統(tǒng)中的控制信道26。與之相應(yīng)，在順序系統(tǒng)的控制信道22中、裝置54和發(fā)生器60只需要一個(gè)乘法器62和加法器64，不再需要矢量旋轉(zhuǎn)器56。角φ和λ及數(shù)n位于乘法器62的輸入端。乘法器62的輸出端與加法器64的一個(gè)輸入端相連，靜態(tài)電壓向量U11和U12的極坐標(biāo)分量α位于加法器的另一個(gè)輸入端。加法器64的輸出端與一個(gè)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器66的一輸入端連接。靜態(tài)電壓向量U11和U12的未改變值分量U，即第二個(gè)極坐標(biāo)分量位于坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器66的另一輸入端。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器66根據(jù)極坐標(biāo)分量U和α+nφ產(chǎn)生m個(gè)電壓預(yù)控信號(hào)UV1，...m。在三相系統(tǒng)中，一個(gè)P/3轉(zhuǎn)換器可以作為坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器66，電壓預(yù)控信號(hào)UV11，UV12和UV13位于轉(zhuǎn)換器的輸出端。對(duì)零序系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)控時(shí)，只需要參考相位的電壓預(yù)控信號(hào)。這樣，在零序系統(tǒng)的控制信道26中可以設(shè)定一個(gè)P/1轉(zhuǎn)換器來代替坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器66。
圖2是零序系統(tǒng)中控制信道26的電路方塊圖。如果只需影響一個(gè)n階零序系統(tǒng)，則不需要順序系統(tǒng)和逆序系統(tǒng)的控制信道22和24。同樣也不需要裝置2，因?yàn)榭梢杂酶?jiǎn)單的方法來得到電流分量i0αe。電流分量i0βe等于零。利用一個(gè)此處不詳述的加法器，根據(jù)已測(cè)出的變流器饋電設(shè)備中的電流實(shí)際值iR，iS和iT確定電流分量i0αe。該加法信號(hào)i0包含了全部n階電流零序系統(tǒng)的和值。在實(shí)踐中，某一確定階數(shù)為零序系統(tǒng)的主導(dǎo)部分，而零序系統(tǒng)的其它階數(shù)可予以忽略。如開始提到，在開路式直接變流器中加入正弦波形進(jìn)行調(diào)制時(shí)，相電流中會(huì)出現(xiàn)3級(jí)諧波。這些3級(jí)諧波形成一個(gè)3級(jí)零序系統(tǒng)。
如果電流系統(tǒng)的和值信號(hào)i0只含有一個(gè)n階零序系統(tǒng)，則這個(gè)和值信號(hào)i0的曲線為正弦曲線。它有固定的n級(jí)工作頻率，其相位暫時(shí)是未知數(shù)。利用矢量48將n階零序系統(tǒng)與一個(gè)正弦、余弦函數(shù)連接，得到兩個(gè)雙倍頻率信號(hào)i01和i02，它們根據(jù)相互的相位含有等同部分。信號(hào)i01和i02的等同部分確定n階零序系統(tǒng)。在封閉的控制電路中將這些相同部分累積分。得出一個(gè)向量，其數(shù)值和角度與所求的靜態(tài)電壓向量U01和U02恰好一致。
電流零序系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下被完全清除，相應(yīng)地兩個(gè)積分器50和52的輸入信號(hào)也為零。如果電流零序系統(tǒng)的和值信號(hào)由多個(gè)子系統(tǒng)組成，可以按以上方式組成各個(gè)子系統(tǒng)。未被抑制的任意階數(shù)零序系統(tǒng)的影響僅限于積分器輸入端的瞬時(shí)值可能不等于零。然而在一個(gè)適當(dāng)?shù)闹芷诶锲渲虚g值卻等于零。根據(jù)這個(gè)邊界條件及所希望的動(dòng)態(tài)量來設(shè)定積分器50和52。
需要指出用于變換的角φ的相位可以是任意的。由于裝置8的輸出信號(hào)為直角坐標(biāo)系分量U01和U02，而圖2中的電路處理極坐標(biāo)系信號(hào)，所以在接口處設(shè)置了一個(gè)K/P一轉(zhuǎn)換器68。此外還設(shè)置了一個(gè)角函數(shù)發(fā)生器60，該發(fā)生器將形成的角nφ轉(zhuǎn)換為變換參數(shù)cos nφ和sin nφ。此外還設(shè)置了一個(gè)P/1轉(zhuǎn)換器66來代替P/m坐標(biāo)轉(zhuǎn)換器20，因?yàn)樵谝种苙階零序系統(tǒng)時(shí)需要將預(yù)控信號(hào)UV0輸出給各個(gè)相。如圖1所示，在矢量旋轉(zhuǎn)器48的輸入端產(chǎn)生調(diào)差電流分量i1αe,i1βe及i2αe，i2βe和i0e。這些分量分別位于順序系統(tǒng)的控制信道22、逆序系統(tǒng)的控制信道24及零序系統(tǒng)的控制信道26。由此，從固定參照系統(tǒng)(α/β)中獲取給定的調(diào)差電流分量。如果要在一個(gè)旋轉(zhuǎn)參照系統(tǒng)中產(chǎn)生調(diào)差電流分量，需要將順序系統(tǒng)、逆序系統(tǒng)及零系統(tǒng)的矢量旋轉(zhuǎn)器48的一個(gè)輸出端分別接上比較器36，38和40，42及44。其中輸出端分別與比較器36，38和40，42及44的反相輸入端相連。在此結(jié)構(gòu)中，預(yù)先給定額定值分量為相等參數(shù)。
通過模擬方法可檢驗(yàn)上述電路結(jié)構(gòu)的功能(圖3-5)。在同步電機(jī)饋電中，設(shè)置了一個(gè)級(jí)數(shù)n＝3的電壓零序系統(tǒng)。由此得到的電流零序系統(tǒng)階數(shù)也為n＝3。由于在模擬的特定條件下設(shè)置了相電流控制器，在釋放積分器50和52之前，變壓器電壓UA，UB和UC(圖3)就含有一個(gè)階數(shù)n＝3的零序系統(tǒng)，在時(shí)刻t1時(shí)，釋放積分器50和52，這時(shí)，才設(shè)定了這一電壓零序系統(tǒng)的正確值和正確相，經(jīng)過電流平衡過程(圖4)又可得到一個(gè)純一階順序系統(tǒng)。圖5描繪了零序系統(tǒng)中控制信道26的積分器輸出信號(hào)U01和U02的曲線。
圖6描繪了一個(gè)裝置的特別有利的實(shí)施方案。該裝置用于實(shí)施抑制n階電流零序系統(tǒng)的方法。這個(gè)裝置與圖2所示裝置的區(qū)別為設(shè)置了延遲部件70和72，取代裝置8中的積分器50和52。裝置8用于形成靜態(tài)電壓向量U01和U02。此外，在數(shù)值信道74中設(shè)置了一個(gè)后接限制器78的P-控制器76。
在圖2的結(jié)構(gòu)中，積分器50和52在越過限制量時(shí)會(huì)產(chǎn)生漂移。在此既要注意達(dá)到變壓器饋電設(shè)備中設(shè)置邊界時(shí)的限制量，又要注意控制系統(tǒng)中電壓向量的有效限制量。為解決這一問題，設(shè)定了一級(jí)延遲部件70和72來取代積分器50和52。盡管在穩(wěn)定狀態(tài)下也會(huì)出現(xiàn)剩余調(diào)整誤差，但通過數(shù)值信道74中的P-控制器76的放大系數(shù)K可以對(duì)其施加影響。如果超過電壓向量值KU的限制量，并不影響角分量α。這意味著，在對(duì)電壓向量值KU進(jìn)行有效限制時(shí)，仍然可以利用電路獲得理想的角度值α+nφ。利用圖6所示的裝置，根據(jù)給定的邊界條件，可獲得理想的控制結(jié)果。此外還保證了在變壓器饋電設(shè)備中達(dá)到設(shè)置邊界時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過度漂移。
利用上述方法和實(shí)施該方法的裝置可以在以下程度改變對(duì)開路式直接變流器的控制；可采用正弦調(diào)制波來控制開路式直接變流器避免出現(xiàn)3級(jí)諧波。這種諧波不對(duì)負(fù)荷電的有效功作出貢獻(xiàn)，卻能導(dǎo)致變流器出現(xiàn)不必要的附加負(fù)載。由此開路式直接變流器與該發(fā)明方法相結(jié)合可以達(dá)到一個(gè)與級(jí)聯(lián)電路相當(dāng)?shù)挠行л敵龉β?，這一方法既不需要提高變壓器的供給電壓，也不需要扼流圈。
權(quán)利要求
1.一種在變流器饋電設(shè)備中產(chǎn)生任意n階m相電流系統(tǒng)的方法，由一個(gè)m相順序系統(tǒng)、逆序系統(tǒng)和零序系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)組成，對(duì)以上各個(gè)子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)以下列方式形成一個(gè)n階電壓系統(tǒng)(U1α，U1β；U2α，U2β；U0α，U0β)；分別將子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)中一個(gè)待求的與子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)中n階電流分量(i1αe，i1βe；i2αe，i2βe；i0e)相關(guān)的靜態(tài)電壓相量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)從一個(gè)n倍工作頻率旋轉(zhuǎn)參考系統(tǒng)(1/2)轉(zhuǎn)換為固定參考系統(tǒng)(α/β)，分別將由此得出的子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)的電壓系統(tǒng)(U1α，U1β；U2α，U2β；U0α，U0β)轉(zhuǎn)換為m個(gè)電壓預(yù)控信號(hào)(UV1，...，m；UV2，...，m；UV0)這些信號(hào)做為一個(gè)裝置的預(yù)控調(diào)節(jié)參數(shù)(U1，...，Um)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中根據(jù)在n階m相電流系統(tǒng)的子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)中測(cè)量的m個(gè)電流實(shí)際值(iR，is，iT，...im)和預(yù)定的額定值分量(i1α*，i1β*；i2α*，i2β*；i0*)求出靜態(tài)電壓向量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)的各個(gè)靜態(tài)電壓向量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)用以下方式確定a)利用在(0，α，β)系統(tǒng)中測(cè)出的特定電流分量(iα，iβ，i0)的相電流值(iR，iS，iT，...，im)和預(yù)定的額定值分量(i1α*，i1β*；i2α*，i2β*；i0*)組成正交調(diào)差分量(i1αe，i1βe；i2αe，i2βe；i0e)，b)利用n倍工作頻率的正弦和余弦函數(shù)對(duì)形成的n階調(diào)差分量(i1αe，i1βe；i2αe，i2βe；i0e)進(jìn)行矢量旋轉(zhuǎn)，c)將形成的乘法結(jié)果(i11，i12；i21，i22；i01，i02)累積分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中對(duì)形成的分別用于組成子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)中靜態(tài)電壓向量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)的乘積結(jié)果(i11，i12；i21，i22；i01，i02)不進(jìn)行累積分，而是分別將結(jié)果延遲。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中根據(jù)預(yù)定的放大系數(shù)(K)，改變子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)中每個(gè)靜態(tài)電壓向量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)的分量。
6.一種用于實(shí)施權(quán)利要求1所述方法的裝置，其中對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)設(shè)置了變換裝置(10，12，14)，這些裝置的輸出端分別與一個(gè)坐標(biāo)變換器(16，18，20)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中變換裝置(10，12，14)由裝置(54)、裝置(60)和裝置(56)組成。裝置(54)用于形成變換參數(shù)(cos nφ，sin nφ)，裝置(60)為一個(gè)角函數(shù)發(fā)生器，裝置(56)為一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)器，裝置(54)的角輸入端與角函數(shù)發(fā)生器(60)的輸出端相連，一個(gè)數(shù)(n)位于裝置(54)的另一輸入端，裝置(54)的輸出端與矢量旋轉(zhuǎn)器(56)的變換輸入端相連，已求出的子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)的靜態(tài)電壓向量的各分量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)分別位于矢量旋轉(zhuǎn)器的各信號(hào)輸入端，一個(gè)頻率為工作頻率任意相位的角(φ，λ)位于角函數(shù)發(fā)生器(60)的輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，用于確定靜態(tài)電壓向量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)的裝置(4，6，8)分別預(yù)接到變換裝置(10，12，14)上，裝置(4，6，8)的輸入端與換算裝置(28)的輸出端相連，每個(gè)裝置(4，6，8)由一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)器(48)，兩個(gè)比較器和兩上積分器(50，52)組成，每個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)器(48)的變換輸入端與裝置(54)相連，裝置(54)用于形成變換參數(shù)(cos nφ，sin nφ)，其各輸出端分別通過比較器與一個(gè)積分器(50，52)相連，預(yù)定的額定值分量位于比較器的非反相輸入端，已測(cè)出的電流值(iR，iS，iT，...，im)位于換算裝置(28)的輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其中，用于確定靜態(tài)電壓向量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)的裝置(4，6，8)分別預(yù)接到變換裝置(10，12，14)上，裝置(4，6，8)的輸入端與裝置(2)的輸出端相連，裝置(2)用于形成子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)中的n階電流分量(i1αe，i1βe；i2αe，i2βe；i0e)，m個(gè)已測(cè)出的電流值(iR，iS，iT，...，im)和預(yù)定的額定值分量(i1α*，i1β*；i2α*，i2β*；i0*)分別位于裝置(2)的實(shí)際值輸入端和額定值輸入端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中用于確定靜態(tài)電壓向量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)的每個(gè)裝置(4，6，8)由一個(gè)矢量旋轉(zhuǎn)器(48)和兩個(gè)積分器(50，52)組成，矢量旋轉(zhuǎn)器(48)的變換輸入端與用于形成變換參數(shù)(cos nφ，sinnφ)的裝置(54)相連，其輸出端分別與一個(gè)積分器(50，52)相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中用于形成子系統(tǒng)(i1m；i2m；i0m)中n階電流分量(i1αe，i1βe；i2αe，i2βe；i0e)的裝置(2)由一個(gè)換算裝置(28)和多個(gè)比較器(36，38；40，42；44)組成，裝置(28)后接于裝置(2)的實(shí)際值輸入端，比較器的反相輸入端分別與換算裝置(28)的一個(gè)輸出端相連，其非反相輸入端分別于裝置(2)的額定值輸入端相連。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中在用于確定靜態(tài)電壓向量(U11，U12；U21，U22；U01，U02)的裝置(4，6，8)中用一階延遲部件(70，72)取代了積分器(50，52)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中在多分量信道(74)中，在坐標(biāo)變換器(68)和坐標(biāo)變換器(66)中設(shè)置了一個(gè)后接限制器(78)的P-控制器(76)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述，在開路式直接變流器中應(yīng)用該方法。
全文摘要
一種在變流器饋電設(shè)備中產(chǎn)生任意n階m相電流系統(tǒng)的方法與裝置。它以下列方式產(chǎn)生一個(gè)n階電壓系統(tǒng)將一個(gè)待求的與n階電流系統(tǒng)相關(guān)的靜態(tài)電壓向量從一個(gè)n倍基頻旋轉(zhuǎn)參照系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為一個(gè)固定參照系統(tǒng)，從上述旋轉(zhuǎn)電壓向量中產(chǎn)生至少m個(gè)電壓預(yù)控信號(hào)。利用該方法可以使變流器饋電設(shè)備的相電流中的任意n階電流系統(tǒng)受到補(bǔ)償或抑制。
文檔編號(hào)H02M1/12GK1163681SQ95196217
公開日1997年10月29日 申請(qǐng)日期1995年11月23日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月23日
發(fā)明者迪爾特·納赫鮑爾 申請(qǐng)人:西門子公司