本发明涉及一种直流电源连接系统的控制装置，它利用电压源型自激功率转换器在交流电力系统之间进行功率交换。 常规的装置有以下缺陷。假定两个功率转换器通过一个直流电路而相互连接，并且其中一个用于调节直流连接电路的直流电压的转换器由于，如故障，而停止工作。在这种情况下，另一个用于调节有功功率的转换器，尽管在其本身和一个与其连接的交流系统之间仍可以进行无功功率交换，则也必须停止工作。请注意即使另一个用于调节有功功率的转换器停止了工作，用于调节直流电压的转换器在直流连接电路中的直流电流被置于零的一个工作点仍可以继续工作，并且在转换器和与其相连的交流系统之间仍可以进行无功功率交换。
因此，本发明的一个目的是提供一种直流电源连接系统控制装置，其中功率转换器通过一个直流端子或直流线路而相互连接，从而在转换器之间进行有功功率交换，并且，即使其中一个转换器突然停止工作，其余地转换器仍可以继续稳定地工作。
为了达到上述目的，采用了下面的结构。
一个连接系统，其中功率转换器通过一个直流电路（一个直流端子或直流线路）相互连接从而在转换器之间进行有功功率交换，它包括一个用于控制在每个转换器与其交流系统之间交换的有功功率的控制装置。控制装置包括一个用于调节在转换器与交流系统之间交换的有功功率使之达到一个预定的有功功率基准值的自动有功功率调节器，和一个用于调节直流电路的直流电压使之达到一个预定的直流电压基准值的自动直流电压调节器，当用于进行连接操作的来自每一个转换器的自动有功功率调节器的，输出信号（PAPR）被作为自动直流电压调节器的输出信号的上限值输入时，使一个转换器（110）的直流电压基准值（Edp1）设定为等于或大于其余转换器（210）的直流电压基准值（Edp2）（Edp1≥Edp2）并且调节有功功率和直流电压。当用于进行连接操作的、来自每一个转换器的自动有功功率调节器的输出信号（PAPR）被作为自动直流电压调节器输出信号的下限值输入时，使一个功率转换器（110）的直流电压基准值（Edp1）设定为等于或小于其余功率转换器（210）的直流电压基准值（Edp2）（Edp1≤Edp2），从而进行上述两个控制操作。
图1是一个电路图，表示一个根据本发明的实施例的直流电源连接系统的控制装置，该控制装置具有一个电路结构，其中一个自动有功功率调节器（APR）的一个输出限定一个自动直流电压调节器（AVR）的上限（或下限）值;
图2是一个当一个转换器（110）的直流基准电压（Edp1）高于另一个转换器（210）的直流基准电压（Edp2）时，说明图1（或图14）中装置的工作情况的示意图;
图3是一个当一个转换器（110）的直流基准电压（Edp1）低于另一个转换器（210）的直流基准电压（Edp2）时，说明图1（或图13）中装置的工作情况的示意图;
图4表示根据本发明另一个实施例的直流电源连接系统的控制装置，其中三个功率转换器的直流电路相互并联连接;
图5A至图5C表示对图4的修改;
图6表明当第一个转换器（110）的直流基准电压（Edp1）高于第二个转换器（210）的直流基准电压（Edp2），且第二个转换器（210）的直流基准电压（Edp2）高于第三个转换器（310）的直流基准电压（Edp3）时，图4中装置的工作情况;
图7是一个电路图，说明一种电压源型自激功率转换器;
图8是一个电路图，表示构成图7所示转换器的一种逆变器主电路的电路结构;
图9是一个电路图，表示根据本发明另一个实施例的直流电源连接系统的控制装置，该装置具有一个电路结构，用来手动控制自动直流电压调节器（AVR）的上限和/或下限值;
图10表示在某种情况下，在图1实施例的另一个电路结构中的自动直流电压调节器（AVR）由模拟电路构成;
图11表示在某种情况下，在图1实施例的另一个电路结构中，自动直流电压调节器（AVR）由计算机控制电路构成;
图12是一个流程图，表示图11所示计算机控制电路执行的控制程序;以及
图13是一个电路图，表示一个根据本发明另外一个实施例的直流电源连接系统的控制装置，其中，自动有功功率调节器（APR）和自动直流电压调节器（AVR）的输出被转换并且选出。
本发明的最佳实施例将参照附图进行描述。在下面的描述中，同样的或功能相同的部件用同样的或类似标号表示，从而简化描述。
图7是一个电路图，说明一种电压源型自激功率转换器（以下简称转换器），图8是一个电路图，表明构成该转换器的一种逆变器主电路的电路结构。
参照图7和图8，标号10表示一个逆变器;20表示一个直流电容器;30表示一个连接电抗器;40表示一个耦合变压器。这些电路构成了转换器1000。标号50表示一个直流电源;100表示一个交流电源系统（以下简称系统）。
在图8中，参考符号GU，GV，GW，GX，GY和GZ表示门关断闸流晶体管（以下简称GTOS），其中每一个是一种可控整流元件：DU，DV，DW，DX，DY，DZ表示二极管。参考符号PT和NT表示直流端子;R·S和T表示交流端子。
在图7中，通过连接电抗器30和耦合变压器40将包括逆变器10和直流电容器20的逆变器主电路连接到系统100来控制功率的工作原理已在日本电力工程研究所，半导体功率转换系统技术研究委员会所著《半导体功率转换器》一书（1987年3月31日第一版）第216-220页中公开。因此，该原理的说明恕不赘述。
图1表示根据本发明的一个实施例的一种电路结构。
参照图1，同样的标号表明与图7中功能相同的部件。标号60表示一个直流电抗器;71表示一个变流器;72表示一个直流电压检测器;73表示一个有功功率检测器;81表示一个门控制器;82表示一个无功功率基准值设定电路。标号91表示误差信号放大器;94表示一个减法器;96表示一个有功功率基准值设定电路。上述电路91，94和96构成了自动有功功率调节器910（以下简称APR）。标号92表示一个误差信号放大器，95表示一个减法器;97表示一个直流电压基准值设定电路。上述电路92，95和97构成了自动直流电压调节器920（以下简称AVR）。标号100和200表示交流系统;110和210表示转换器。标号90表示有功功率控制器。
下面描述APR的输出信号（PAPR）被用作AVR的输出信号（Pref）的上限值的情况。
转换器110和210分别具有有功功率控制器90，用于实现同样的功能。每一个有功功率控制器90均由APR910和AVR920构成。
APR910输出有功功率指令PAPR作为AVR920输出信号（Pref）的上限值，从而控制有功功率检测器73的有功功率P，使之与有功功率基准值Pdp相等。
当使直流电压检测器72的直流电压Ed与直流基准电压Edp进行比较的误差信号值e95小于有功功率指令PAPR时，AVR920将误差信号值e95输出至门控制器81作为有功功率指令Pref。当误差信号值e95大于有功功率指令PAPR，AVR920输出有功功率指令PAPR至门控制器81，作为有功功率指令Pref。
门控制电路81响应于有功功率指令Pref以及无功功率基准值设定电路82中的无功功率指令Qref，输出门信号e81以决定逆变器10导通时间的长短。
在转换器110和210中，有功功率基准值Pdp、直流基准电压Edp、无功功率基准值Qref以及有功功率指令Pref通常是互不相同的。为此，我们假定转换器110中的信号Pdp，Edp，Qref和Pref分别为Pdp1，Edp1，Qref1和Pref1，转换器210中的信号Pdp，Edp，Qref和Pref分别为Pdp2，Edp2，Qref2和Pref2。
尽管直流基准电压Edp1可以较小，但是，在这里假定设定的直流基准电压Edp1大于直流基准电压Edp2时，下面将参照图2对图1实施例的功能进行描述。在这种情况下，设定同样的正值作为有功功率基准值Pdp1和Pdp2。
在图2中，纵坐标表示直流电压Ed，横坐标表示由转换器110流向转换器210的正向直流电流Id。实线和虚线β分别表示转换器110和210的工作状态。
下面描述表示转换器110工作状态的实线。当直流电流Id由一个负值变为一个正值时，转换器110的一个工作点通过点Z1由点a直线移至点b。这时，转换器110的APR910中，有功功率基准值Pdp1为正值。为此，有功功率指令PAPR由APR910输出作为AVR920输出信号的上限值，从而一条由直流电压Ed与电流Id之积所代表的并且通过点b，X和C的曲线即作为有功功率基准值Pdp1。
当图2中的工作点刚要通过点Z1由点a到达点b之前，设定有功功率P等于或小于有功功率基准值Pdp1，因此，转换器110中减法器94输出的误差信号e94为正值。所以，通过放大器91的放大功能，误差信号放大器91输出一个值（有功功率指令值PAPR）。该值大于通过由AVR920控制直流电压Ed使之等于直流基准电压Edp1所获得的一个值。更确切地说，通过控制直流电压Ed使之等于直流基准电压Edp1所获得的误差信号e95的值小于AVR920输出信号的上限值。因此，误差信号e95的值输出到门控制器81作为信号Pref1。
下面描述图2中通过点X由点上移至点c的工作状态。当转换器110向转换器210提供的直流电流等于或大于在点b的直流电流时，在转换器110中由AVR920控制器的值Pref1将大于作为APR910输出信号的有功功率指令PAPR，它被输入作为值Pref1的上限值。更确切地说，当作为上限值的有功功率指令PAPR被输出至门控制器81作为有功功率指令Pref1时，工作从点b移至点c进行（自动有功功率调节）。在这种情况下，使直流电压Ed与直流基准电压Edp1相等的自动直流电压调节不工作。
如上所述，当直流电流Iφ由一个负值增加为一个正值时，转换器110工作，使得图2中工作点通过Z1由点a达到点b，并且通过点X从点b到点c。
下面描述代表转换器210工作的虚线β。
在图2中，从转换器110向210提供的直流电流Id为正值。这表示转换器110将系统100的有功功率P提供给转换器210的工作状态也设定为正值。这也表示转换器将交流电源变为直流电源的工作，也即所谓正向转换工作。相反地，转换器将直流电源变为交流电源的工作称作反向转换。当转换器110进行反向转换时，直流电流Id为负值。
当转换器110进行正向转换时，转换器210进行反向转换，当转换器110进行反向转换时，转换器210进行正向转换。换句话说，在转换器110和210中，正向转换和反向转换交替进行。因此在图2中，假定在转换器210中的直流电流Id从转换器210至110的方向为正向，转换器210的工作状态在图2中由虚线β表示。
转换器210中的一个直流基准电压值为Edp2。因此，当转换器210中的直流电流Id由一个负值增至为一个正值时，转换器210的工作点通过转换器210中AVR920的作用经点Z2由点a1移至点b1。当直流电流Id进一步增加时，转换器210的工作点通过转换器210中APR910的作用在一条曲线（功率调节曲线）上由点b1移至点c1，其中，直流电压Ed与电流Id之积等于有功功率Pdp2。
尽管转换器110和210的工作状况已参照图2进行了描述，但它们相互连接进行有功功率交换。
当转换器110和210分别进行图2所示的实线和虚线β所代表的工作时，则在图2中点X（线α与β交叉点）处进行工作。由于转换器110试图将直流电压Ed增至基准电压值Edp1，转换器210试图将直流电压Ed减至基准电压值Edp2，则转换器110和210试图增加转换器110向210提供的直流电流Id。然而，由于转换器110的有功功率设定值Pref1为正值，转换器210将其工作点移至直流电压Ed被减至基准电压值Edp2的点X。所以，转换器210在点X通过AVR910的功能被驱动。在这种状态下，直流电压Ed作为基准电压值Edp2，有功功率从转换器110向210提供。
即使转换器110和210在图2点X被驱动时转换器110停止工作，由于转换器110的直流电流Id被置零，转换器210仍可将其工作点移至点Z2以继续工作。即使转换器210停止工作，由于向转换器210提供的电流被置零，转换器110仍可将其工作点移至点Z1以继续工作。
这代表了一种效果：即使两个相互连接的转换器之一停止了工作，另一个转换器仍可在转换器与一个系统（图1中100或200）之间交换无功功率。
图1中的虚线用来说明当APR910的一个输出被输入作为AVR920输出信号的下限值时，一个实施例的电路结构，图3说明该实施例的工作情况。
在这种情况下，假定设定转换器210的直流基准电压Edp2大于转换器110的直流基准电压Edp1。为了描述方便起见，转换器110和210的有功功率Pdp1和Pdp2均为负值。在图3中，实线＊代表转换器110的工作，虚线β＊代表转换器210的工作。
在图3中，当两个转换器110和210均被驱动时，点y作为一个工作点。当转换器210损坏时，转换器110可在点Z1被驱动。当转换器110损坏时，转换器210可在点Z2被驱动。在这种情况下，即使两个相互连接的转换器之一停止了工作，另一个转换器可在其与系统之间交换无功功率。
图4是表示另一个实施例的一个电路图，该电路图表示一个包括三个转换器的连接系统。该三个转换器通过T1至T3的端子而相互并联，进行有功功率交换。图6说明图4中转换器的工作状态。
与图1中相同的图4中的标号表示功能相同的部件。标号300表示第三个交流系统：310表示一个转换器。转换器310可以与图1中转换器110或210具有相同的电路结构。设定有功功率基准值Pdp为Pdp3，直流基准电压Edp为Edp3，无功功率基准值Qref为Qref3。
图6表示一种状态，其中在转换器110，210和310中每一个APR（910）的一个输出信号被输入作为每一个AVR（920）输出信号（Pref）的一个上限值，设定直流基准电压为Edp1＞Edp2＞Edp3，并且设定有功功率基准值Pdp1，Pdp2和Pdp3均为正值。
在图6中，实践＊＊表示转换器110的工作状态，虚线β＊＊表示转换器210的工作状态，单点划线r＊＊表示转换器310的工作。如图2同样的方式，在转换器310中，直流基准电压Edp设定为最小值，直流电流Id的方向与转换器110和210中的直流电流Id的方向相反。
当转换器110，210和310相互连接并被驱动时，转换器110的一个工作点是点X1，并且进行正向转换以提供直流电流Id1。转换器210的一个工作点是点X2，并且进行正向转换以提供直流电流Id2。转换器310保持直流电压Ed值为Edp3，并进行反向转换以获得直流电流Id3，Id3为Id1和Id2之和。直流线路中的有功功率由直流电流乘以直流电压表示。更确切地说，通过下面公式得出从转换器310向系统300提供的有功功率P为提供的。
P＝（Id1+Id2）×Edp3……（1）
即使转换器110在驱动状态下损坏，转换器210和310在点X2仍可继续工作。即使转换器210停止了工作，转换器110和310仍可在点X1被驱动。如果转换器310停止工作，转换器110和210的工作情况如图2所示。因此，图2中的点X即作为一个工作点。
例如，如果转换器310停止其工作，转换器210的工作状态则由正向转换变为反向转换。为防止这种变化，采用了一些方法。一种方法是将转换器110和210的直流基准电压Edp设定为Edp1。因此，即使转换器310停止工作，两个转换器110和210均工作，通过转换器110和210的AVRs（920）的作用将直流电压Ed设定为Edp1。转换器之间不交换有功功率P，但仍可在转换器110与系统100之间或转换器210与系统200之间继续交换无功功率。
图5A至5C表示图4所示实施例的修改，图5A所表示的情况是图4中的交流系统200由负载200A，如一个三相马达所取代。图5B所表示的情况是图4中的转换器310被直流/直流转换器310B代替，并且负载300B，如一个直流马达，与其相连接。在图5C中，用于驱动负载200C，如一个直流马达，的直流/直流转换器210C取代了图4中的转换器210，并且直流电源系统300C，如一个电池，取代了转换器310。
图9表示一个实施例，其中连接系统的操作者可以在通过有功功率监测器130监测交流系统100（或200）的有功功率时，手动设定AVR92上限值LX或下限值LN。
在图9所示的实施例中，在正常方式下，如图1所示实施例，设定电路92X或92N被伺服控制，跟踪由监测器130监测的有功功率指令值PAPR，并且上限值LX或下限值LN可以自动设定。图9所示实施例可以由操作者手动设定操作，然而，该实施例还可以表示一种特殊的上限值LX或下限值LN的设定操作，该上限值或下限值由自动设定的上限值LX或下限值LN变化而来。
图10表示AVR92的一个详细电路结构。AVR92具有一个比例和积分型转换功能（KP+KI/s）（其中s是一个Laplace算子）。AVR92具有可以外部确定其输出Pref的上限值LX或下限值LX的功能。AVR92对减法器95的输出信号e95的值EPR进行比例和积分运算以输出在上限值LX和下限值LN之间的有功功率指令Pref。
当图10中AVR92加在图1的电路上时，响应于APR的输出信号PAPR，控制比例和积分运算的上限值LX。在这种情况下，LX＝PAPR，并且比例和积分运算的下限值LN被固定在一个预定值。另一方面，当比例和积分运算的下限值LN响应于APR的输出信号PAPR而被控制时，LN＝PAPR，并且比例和积分运算的上限值被固定在一个预定值。
图11表示由采用一个计算机构成图10中的AVR92时的硬件。图12中的流程图表示图11中由CPU执行的软件程序的电路结构。
直流电压检测器72的模拟输出Ed通过A/D转换器121输入至CPU120，模拟直流基准电压Edp通过A/D转换器122输入至CPU120，并且一个APR的模拟输出PAPR通过A/D转换器123输入至CPU120。CPU120执行图12所示的软件程序。执行软件程序的中间结果和最终结果（数字数据Pref）被储存在存储器125中，并且最终结果通过D/A转换器124转换成为模拟有功功率指令Pref。
CPU120按计时器126所给定的每一个工作周期Ts来执行软件程序。
更确切地说，当由计时器126进行启动操作时，CPU120分别从A/D转换器121至123（ST10）取出三个数据Ed，Edp和PAPR。如果当时计时器126所进行的启动操作的次数为n，则（EPRn＝Edp-Ed）由CPU120计算（ST12），表示当时直流电压控制的误差。
然后，由CPU120用一个差分方程进行下面的计算：
Pref·n＝Pref·n-1+Kp·（ERRn-ERRn-1）
+KI·Ts·ERRn……（2）
其中，Pref·n为当时的Pref，Pref-n-1为先前计算的Pref，KP和KI分别为比例加积分运算中的比例常数和积分常数，Ts为CPU120的运算周期。
图1中的实施例作为例子时，比例加积分运算的下限值LN预先确定，并且在ST10取出的数据PAPR作为比例和积分运算（ST16）的上限值LX。
如此获得的三个值中（预先确定的下限值LN，ST14计算的值Pref·n，以及ST16中所用的值PAPR），具有中间值的一个值被用作新值Pref·n（ST18）。
然后，该新值Pref·n＝Pref（ST20），Pref·n＝Pref·n-1（ST22），并且当时的一个误差ERRn＝ERRn-1（ST24）。然后在ST20所获得的数据Pref被输出（ST26）。
图13表示本发明的另一个实施例。图13中与图1相同的标号表示功能相同的部件。
下面描述选择器93设定选择输入（PAPR，PAVR）的一个最小值的情况。
转换器110和210分别包括具有同样功能的有功功率控制装置90。每一个该控制装置90均由自动有功功率调节器（APR）910，自动直流电压调节器（AVR）920和选择器93构成。APR910输出有功功率检测器73的有功功率P，使之与有功功率基准值Pdp相等。AVR920输出PAVR至选择器93，并且控制来自直流电压检测器72的直流电压Ed，使之与直流基准电压Edp相等。
选择器93比较PAPR与PAVR，并且选择一个具有最小值的指令，将该选择的指令输出至门控制器81作为有功功率指令Pref。
门控制器81输出一个用于确定逆变器10的激励周期宽度的门信号，响应于有功功率指令Pref和来自无功功率基准值设定电路82的无功功率指令Qref。
在转换器110中，数据Pdp，Edp，Qref，和Pref分别称为Pdp1，Edp1，Qref1和Pref1，在转换器210中，数据Pdp，Edp，Qref和Pref分别被设定为Pdp2，Edp2，Qref2和Pref2。
尽管直流基准电压Edp1或Edp2可以较小，但是，在本实施例中假定直流基准电压Edp2设定为大于直流基准电压Edp2。在这种情况下，有功功率基准值Pdp1和Pdp2具有相同的正值。
图13中实施例的工作示于图2。
下面参照图3描述图13中选择器93设定选择一个最大值时的工作情况。在这种情况下，假定转换器210的直流基准电压Edp2设定大于转换器110的直流基准电压Edp1。为了便于描述，设定转换器110和210的有功功率基准Pdp1和Pdp2均为负。
在图3中，实线＊表示转换器110的工作状态，虚线β＊表示转换器210的工作状态。在图3中，当两个转换器110和210同时被驱动时，点y作为工作点。转换器110在转换器210损坏时仍可在点Z1被驱动，并且转换器210在转换器110损坏时仍可在点Z2被驱动。同样，在这种情况下，即使两个相互连接的转换器之一损坏时，其余的一个仍可被驱动，在其与系统之间交换无功功率。
如上所述，根据本发明，即使一个进行连接操作的转换器由于，如故障，而停止工作，另一个转换器仍可无间断地被驱动。
尽管进行连接操作的两个转换器之一损坏的情况已经在上面描述，即使只有一个转换器可以运行，该转换器的工作仍可继续。