用于在欠电压期间控制负载换向转换器的装置和方法

摘要

负载换向转换器（10）将AC电力网（18）与AC负载（20）互连，并且包括电网侧转换器（12）、DC链路（14）和负载侧转换器（16）。用于控制负载换向转换器（10）的方法包括：确定用于电网侧转换器（12）的电网侧触发角（or）；确定用于负载侧转换器（16）的负载侧触发角（β）；确定AC电力网（18）的电网电压（UL）；基于电网电压（UL）来修改电网侧触发角（or）和/或负载侧触发角（β），使得当发生在AC电力网（18）中的欠电压条件时，负载换向转换器（10）的操作适应于电网电压（UL）中的变化；以及将电网侧触发角（or）应用于电网侧转换器（12）并且将负载侧触发角（β）应用于负载侧转换器（16）。

权利要求

1.一种用于控制将AC电力网（18）与AC负载（20）互连的负载换向转换器（10）的方法，所述负载换向转换器（10）包括电网侧转换器（12）、DC链路（14）和负载侧转换器（16），所述方法包括：确定用于所述电网侧转换器（12）的电网侧触发角（α）；

确定用于所述负载侧转换器（16）的负载侧触发角（β）；

确定所述AC电力网（18）的电网电压（UL）；

基于所述电网电压（UL）来修改所述电网侧触发角（α）和/或所述负载侧触发角（β），使得当发生所述AC电力网（18）中的欠电压条件时，所述负载换向转换器（10）的操作适应于所述电网电压（UL）中的变化；

将所述电网侧触发角（α）应用于所述电网侧转换器（12）并且将所述负载侧触发角（β）应用于所述负载侧转换器（16）。

2.如权利要求1所述的方法，

其中所述电网侧触发角（α）被修改，使得在所述AC电力网（18）中的从所述欠电压条件回到正常电压条件的变化期间，所述DC链路电流（iDC）保持低于上限。

3.如权利要求1或2所述的方法，

其中基于所述电网电压（UL）来确定用于所述电网侧触发角（α）的下限（αlim），并且当所述电网侧触发角（α）低于所述下限（αlim）时，将所述电网侧触发角（α）改变成所述下限（αlim）。

4.如权利要求3所述的方法，

其中基于DC链路电流（iDC）与用于所述DC链路（14）的最大电流之间的差来确定用于所述电网侧触发角（α）的所述下限（αlim）；和/或其中基于所述DC链路（14）的电感来确定用于所述电网侧触发角（α）的所述下限（αlim）；

和/或

其中基于切换延迟来确定用于所述电网侧触发角（α）的所述下限（αlim），在所述切换延迟后，所述电网侧转换器（12）的下一切换是可能的。

5.如权利要求1-2中的任一项所述的方法，

其中基于从电流参考（idw）和/或转矩参考（ Tref）确定的电网侧DC链路电压（UDC,CLS）来确定被修改成要被应用于所述电网侧转换器（12）的所述电网侧触发角（α）的未修改的电网侧触发角（αold）。

6.如权利要求1-2中的任一项所述的方法，

其中基于在所述DC链路电流（iDC）与电流参考（idw）之间的差来确定所述电网侧触发角（α）和/或所述负载侧触发角（β）；

其中基于所述电网电压（UL）来修改所述电流参考（idw），使得所述负载（20）的功率消耗适应于在所述欠电压条件期间由所述电力网（18）提供的功率；和/或其中基于用于所述负载（20）的转矩参考（Tref）来确定所述电流参考（idw），并且基于所述电网电压（UL）来修改所述转矩参考（Tref），使得所述负载（20）的功率消耗适应于在所述欠电压条件期间由所述电力网（18）提供的功率。

7.如权利要求6所述的方法，

其中基于所述电网电压（UL）来确定用于所述电流参考（idw）和/或所述转矩参考（Tref）的上限，并且当所述电流参考（idw）和/或转矩参考（Tref）高于所述上限时，将所述电流参考（idw）和/或转矩参考（Tref）改变成所述上限。

8.如权利要求7所述的方法，

其中基于所述电网侧触发角（α）的下限来确定用于所述电流参考（idw）和/或所述转矩参考（Tref）的所述上限。

9.如权利要求1-2中的任一项所述的方法，

其中修改所述负载侧触发角（β），使得在所述欠电压条件期间，负载侧DC链路电压适应于电网侧DC链路电压（UDC,CLS）。

10.如权利要求1-2中的任一项所述的方法，

其中基于所修改的电网侧触发角（α）的函数来修改所述负载侧触发角（β）。

11.如权利要求1-2中的任一项所述的方法，

其中基于查找表（34）来确定被修改成要应用于所述负载侧转换器（16）的所述负载侧触发角（β）的未修改的负载侧触发角（βold）。

12.一种在其上存储有用于控制负载换向转换器的计算机程序的计算机可读介质，所述计算机程序当由处理器运行时适应于执行前面权利要求中的一个所述的方法的步骤。

13.一种适应于控制负载换向转换器的控制器（24），其适应于执行如权利要求1到11中的一个所述的方法。

14.一种负载换向转换器(10)，包括：

电网侧转换器（12），用于将来自电功率电网（18）的电网侧AC电流转换成DC电流（iDc）；

负载侧转换器（16），用于将所述DC电流（iDC）转换成要供应到负载（20）的负载侧AC电流；

DC链路（14），将所述电网侧转换器（12）和包括至少一个电感的所述负载侧转换器（16）互连；

根据权利要求13所述的控制器（24），用于控制所述电网侧转换器（12）和所述负载侧转换器（16）。

说明书

用于在欠电压期间控制负载换向转换器的装置和方法

技术领域

[0001] 本发明涉及用于控制负载换向转换器的方法、计算机程序、计算机可读媒介和控制器。此外，本发明涉及负载换向转换器。

背景技术

[0002] 中电压转换器通常用来将固定频率的AC功率变换成变化频率的AC功率，或反之亦然。固定频率的AC功率由电气网提供，而变化频率的AC功率被用来供应负载，例如AC电机（例如异步机、同步机或双馈机）。

[0003] 在大多数配置中，在两步方案中执行频率变换：首先，将固定频率的AC功率整流成DC功率，并且随后将DC功率逆变成预期频率的AC功率。在发电模式中，功率流是反转的，并且负载的变化频率AC功率被整流成DC功率，并且随后被逆变成电网的固定频率AC功率。

[0004] 一种类型的中电压转换器是负载换向转换器，也称为线路换向逆变器、固态频率转换器或静态频率转换器。虽然是成熟的技术，但由于负载换向转换器的高效率、简单性、已证实的可靠性以及宽速度和功率范围，负载换向转换器在高功率应用中是很好的选择。

[0005] 负载换向转换器被诸如采矿、金属或石油和天然气工业的各种工业采用。负载换向转换器经常在其中电网条件可能远离理想的偏远位置处被采用。用来发电的长电缆可导致弱电网，即电网电压可对电网电流具有相对高的依赖性。在负载换向转换器附近的其它大功率用户的消耗模式以及天气条件、线路中断可导致在下面也被称为欠电压条件的灯火管制（brownout）、电网电压下降、电压突降或临时功率损耗。

[0006] 由负载换向转换器供电的过程可对驱动转矩的损失相当敏感。例如，负载换向转换器被用来驱动石油和天然气工业中的资产，例如天然气管道压缩机。电压突降可引起设备（plant）的所有压缩机跳闸，这是特别糟糕的，因为过程需要完全停止并且然后重新启动。

[0007] 存在处理电网欠电压条件的多个方案。US 4475150描述了作为防止电网欠电压的保护措施，其中在欠电压条件期间禁止线路侧转换器的触发。在US 4642546中，禁止正常触发直到DC链路电流已经衰退。US 4272816描述用于在检测的过电流的情况下中断功率线路的规程的硬件实现。在US 4427934中，描述了一种转矩参考限制器（其因此限制电流参考），其对于高定子磁链幅值变得有效。在US 4237531中，描述了防止在机器侧转换器半导体处的过电压的保护系统，其禁止机器侧转换器的触发，并且适应线路侧转换器的触发。

[0008] US 4420719公开一种用于控制将AC电力网与马达互连的负载换向转换器的方法。更具体的，US 4'420'719使用DC电流中的阈值来改变系统的行为。

[0009] GB 2034940 A示出使用负载换向转换器以及对其的操作方法对感应加热和熔解炉的控制。

发明内容

[0010] 通常，在处理电网中的欠电压条件的一种方案中，在欠电压条件的情况下，可以继续负载换向转换器的正常操作。如果在标称电网电压返回（return）时AC或DC电流太大，则可使驱动跳闸以防止电损坏。

[0011] 利用该方案，只可适应与标称电网电压的小偏差。更大的偏差通常导致DC链路电感的耗尽，因为机器侧转换器消耗比在普遍电网条件下由线路侧转换器能够提供的能量更多的能量。在电网电压返回时的过电流跳闸也是可能的。

[0012] 根据第二方案，如果电网电压幅值落到某个阈值（例如，80%的标称电网电压）下，则跳闸可被激活，从而停止转换器的操作。此种阈值可与时间条件组合，即电网电压幅值必须在某个时间跨度内落到低于阈值。使驱动跳闸可以不是必需的，但可以是用来避免包含在电压突降结束时的突入电流的困难操作条件的预防措施。

[0013] 此外，根据第三方案，如果电网电压幅值落到某个阈值下，则电网侧转换器和/或负载侧转换器可临时被停止以免触发它们的晶闸管。在电网电压已经返回后，转换器可以再次开始操作，并且DC链路电流以及因此驱动转矩可被缓慢地斜升。

[0014] 利用该方案，可防止负载换向转换器跳闸，但代价是在欠电压条件期间不提供驱动转矩。为避免驱动轴振荡，在欠电压条件后的转矩斜变通常相当缓慢，使得在更长时间内未向过程提供请求的驱动转矩。

[0015] 本发明的目的是在欠电压条件期间维持负载换向转换器和所连接的负载的操作。本发明的另外的目的是在欠电压条件期间增大负载换向转换器防止跳闸的弹性。

[0016] 这些目的通过独立权利要求的主题来实现。根据从属权利要求和下面的描述，另外的示范的实施例是明白的。

[0017] 本发明的方面涉及用于控制负载换向转换器的方法。负载换向转换器可以包括具有电感的DC链路。此外，负载换向转换器可以是电流控制的转换器。具体而言，负载换向转换器可以是中电压转换器，适应于高于 的换向电压。

[0018] 通常，负载换向转换器可以将AC电力网与AC负载互连，和/或可包括电网侧转换器、DC链路和负载侧转换器。负载可以是电马达或另一电力网。

[0019] DC链路可以包括一个或更多电感器。可以有可能的是DC链路包括长电缆（即电网侧转换器和负载侧转换器彼此远离和/或可以分隔至少1km或更远）。

[0020] 根据本发明的实施例，方法包括：例如基于DC链路的DC链路电流来确定用于电网侧转换器的电网侧触发角；例如基于DC链路电流来确定用于负载侧转换器的负载侧触发角；确定AC电力网的电网电压；基于电网电压来修改电网侧触发角和/或负载侧触发角，使得当发生在AC电力网中的欠电压条件时，负载换向转换器的操作适应于电网电压中的变化；以及将电网侧触发角应用于电网侧转换器并且将负载侧触发角应用于负载侧转换器。

[0021] 方法可由负载换向转换器的控制器执行。控制器可以确定未修改的电网侧和负载侧触发角，并且当检测到欠电压时可以修改这些触发角中的至少一个触发角。

[0022] 触发角可以指示电网或负载的相位在哪个时刻可以经由电网侧或负载侧转换器与DC链路互连。触发角可以是当相位与DC链路互连时在相应的相位的零交叉后的角度。

[0023] 在AC电网中的欠电压或欠电压条件（也称为电压突降或灯火管制）可以由低于电网中标称电压的电压来定义。保持请求的驱动转矩所需的确切电网电压（即用于欠电压的阈值）可以取决于负载的操作点，例如，取决于旋转速度、DC链路电流和/或取决于请求的转矩本身。因此，恒定（固定）电网电压阈值可引起次佳结果。

[0024] 电网侧和/或负载侧触发角的修改可以基于电网电压的幅值或幅度。修改基于电网电压的一个或更多相位的最大电压和/或一个或更多相位电压的曲线形式也可以是可能的。

[0025] 考虑到欠电压条件的持续时间、欠电压条件的深度、电网电压的下落和上升时间以及受影响的相位的数量，欠电压条件的特性可以大不相同。方法可以不限于特定形式的欠电压，但可在各种形式的欠电压下维持负载换向转换器的操作。

[0026] 在该情况下，例如可以由控制器测量的电网电压指示有欠电压存在，控制器可确定用于电网侧和/或负载侧触发角的备选值，以便在欠电压条件期间维持操作和/或在回到正常电压条件的变化期间避免过电流。负载换向逆变器可以在欠电压的情况下继续它的操作。

[0027] 最终，将触发角应用于转换器，即控制器确定用于电网侧和负载侧转换器的晶闸管的时刻和切换模式，并且生成用于切换晶闸管的对应栅极信号。

[0028] 在轻微欠电压的情况下，负载换向转换器可以利用本方法来继续它的操作以提供请求的驱动转矩。在更严重的欠电压的情况下，负载换向转换器可以提供与在普遍电网条件下可保持的一样多的驱动转矩。

[0029] 根据本发明的实施例，电网侧触发角被修改，使得在AC电力网中的从欠电压条件回到正常电压条件的变化期间，DC链路电流保持低于上限。在欠电压条件之后或结束时电网电压返回的情况下，可干扰负载换向转换器的操作。电网电压的变化能够激励负载换向转换器的电网侧上的滤波器组，导致振荡电压瞬变和电压过冲。利用本方法，可以处理电网电压的返回而无高突入电流。

[0030] 当电网侧电压在欠电压条件后返回时，在DC链路中可存在过电流的风险。原因是在切换中可存在限制控制器反应的速度的固有的延迟（即存在致动器延迟）。致动器延迟可以不是恒定的，但是可以取决于（未修改的）电网侧触发角（控制输入）。改变晶闸管桥的触发角不会导致DC侧电压和AC侧电流的立即变化，因为晶闸管桥拥有不对称角度相关切换延迟。

[0031] 晶闸管能够在任何时间被接通，但不能在任何时间被关闭。为关闭晶闸管，流过晶闸管的电流通常必须被降到零。这通常通过在晶闸管上应用负电压来完成。在电网侧（并且也在负载侧）转换器中，触发角的减小能够因此通过触发晶闸管而立即发生，而触发角的增大通过与触发一起等待直至AC侧相位到相位电压已相应降低来实现。

[0032] 根据本发明的实施例，基于电网电压来确定用于电网侧触发角的下限，并且当未修改的电网侧触发角低于下限时，将电网侧触发角改变成下限。

[0033] 换而言之，控制器可定义关于线路侧触发角的下限，并且可以确保线路侧转换器触发角保持高于此下限。下限可取决于当应用到晶闸管的电压为零时才可以关闭晶闸管的事实，这取决于电网侧电压的实际相位。

[0034] 此外，控制器可将下限作为电网电压的函数计算。

[0035] 根据本发明的实施例，基于DC链路电流与用于DC链路的最大电流之间的差来确定用于电网侧触发角的下限，和/或基于DC链路的电感来确定用于电网侧触发角的下限。如下面将示出的，电网侧触发角的余弦取决于该差和电感的积。

[0036] 根据本发明的实施例，基于切换延迟来确定用于电网侧触发角的下限，在其后电网侧转换器的下一切换是可能的。如上所述，切换延迟基于晶闸管当它的阳极与阴极之间的电压具有正确的符号时通常不能被触发，和/或晶闸管当它的阳极与阴极之间的电流为零时关闭的事实。

[0037] 根据本发明的实施例，基于从电流参考和/或转矩参考确定的电网侧DC链路电压来确定被修改成要应用于电网侧转换器的电网侧触发角的未修改的电网侧触发角。未修改的切换角是将在无如本文中所描述方法的措施情况下由控制器来确定的切换角。

[0038] 根据本发明的实施例，基于在DC链路电流与电流参考之间的差来确定电网侧触发角和/或负载侧触发角。电流参考可以由速度控制层提供，所述速度控制层基于由负载换向转换器供应的电马达/电机的速度设置点和速度参考来确定电流参考。

[0039] 根据本发明的实施例，基于电网电压来修改电流参考，使得负载的功率消耗适应于在欠电压期间由电网提供的功率。控制器可以具有每当检测到欠电压条件时降低DC电流的电流限制器。以此种方法，由负载消耗的功率可以被降低，使得负载可以甚至在欠电压条件期间保持可操作。

[0040] 根据本发明的实施例，基于用于负载的参考转矩来确定电流参考，并且基于电网电压来修改转矩参考，使得负载的功率消耗适应于在欠电压期间由电网提供的功率。类似于电流限制器，控制器可以具有转矩限制器，其降低转矩参考的，使得负载可以甚至在欠电压条件期间保持可操作。如果在欠电压条件下请求的转矩不是可保持的，则可降低转矩参考。

[0041] 通过基于电力网的电压幅值来适应电流参考和/或转矩参考，可以间接修改线路侧和/或机器侧触发角。触发角适应于负载的降低的功率消耗。

[0042] 当来自电网的功率受到限制时，由机器输送的最大转矩也可受到限制。假定理想的电压源，在欠电压条件期间通过增加电流可以保持来自电网的恒定功率取出（power outtake）。然而，DC链路电流不能是任意大。因此，也可以调整电流和/或转矩参考。调整电流和/或转矩参考也可以有助于避免电流控制器中的饱和（windup）和限制周期（其中振荡转矩的被输送到负载）的发生。

[0043] 根据本发明的实施例，基于电网电压来确定用于电流参考和/或转矩参考的上限，并且当未修改的电流参考和/或转矩参考高于上限时，将电流参考和/或转矩参考改变成上限。每当对应的值变得比该界限更高时，用于限制消耗的功率的电流和/或转矩参考的限制可以以被应用的上限来实现。控制器可计算关于转矩和/或电流参考的上限，并且可以确保转矩和/或电流参考保持低于该上限。

[0044] 根据本发明的实施例，基于电网侧触发角的下限来确定用于电流参考和/或转矩参考的上限。因为在电网侧（电压幅值乘以DC电流乘以触发角）和负载侧（速度乘以转矩）上的功率必须相等，电网侧触发角可以与转矩（或相应地与电流）有关。在用于转矩和/或参考电流的上限满足相对于用于触发角的下限的该条件的情况下，由负载消耗的功率小于或等于供应到DC链路的功率。因此，控制器可以将该上限作为电网电压的函数计算。

[0045] 根据本发明的实施例，修改（例如，降低）负载侧触发角，使得在欠电压条件期间，负载侧DC链路电压适应于电网侧DC链路电压。在欠电压条件的情况下，由电网提供的电气功率（electric power）被降低，但不必需为零。只适应电网侧转换器的电网侧触发角可能不足以保持DC链路电流和因此请求或甚至降低的转矩。适应负载侧触发角可以有助于降低由负载消耗的功率，这例如可从管控DC链路电感的动态的微分等式看出。机器侧触发角可被降低以确保负载侧转换器的DC电压不大于由电网侧转换器提供的电网侧DC电压。如果电网侧转换器触发角饱和（即到达下限），则控制器可改变负载侧触发角。

[0046] 根据本发明的实施例，基于修改的电网侧触发角的函数来修改负载侧触发角。在DC链路的两侧上的电压应相等的条件下，电网侧触发角可与负载侧触发角有关。

[0047] 根据本发明的实施例，基于查找表来确定被修改成要被应用于负载侧转换器的负载侧触发角的未修改的负载侧触发角。

[0048] 本发明的另外的方面涉及用于控制负载换向转换器的计算机程序以及在其中存储了此种计算机程序的计算机可读媒介，所述计算机程序在由处理器运行时适应于执行如上所述和在下文中所述的方法的步骤。计算机可读媒介可以是软盘、硬盘、USB（通用串行总线）存储装置、RAM（随机存取存储器）、ROM（只读存储器）、EPROM（可擦除可编程只读存储器）或FLASH存储器。计算机可读媒介也可以是允许下载程序代码的数据通信网络，例如因特网。通常，计算机可读媒介可以是非暂时或暂时媒介。

[0049] 本发明的另外的方面涉及适应于控制负载换向转换器的控制器，其适应于执行如上所述和在下文中所述的的方法。必须理解的是，此种控制器可以包括适应于执行方法的至少一些步骤的处理器。例如，电网侧触发角、负载侧触发角的修改和/或转矩和/或电流参考的修改可以由软件例程执行，而诸如例如用于提供转矩和/或电流参考的速度控制层的方法的其它步骤可以在硬件中实现。

[0050] 本发明的另外的方面涉及负载换向转换器，所述负载换向转换器包括用于将来自电功率电网的电网侧AC电流转换成DC电流的电网侧转换器、用于将DC电流转换成要供应到负载的负载侧AC电流的负载侧转换器、将电网测转换器和包括至少一个电感的负载侧转换器互连的DC链路以及如在上文中和在下文中所描述的控制器。电网侧和/或负载侧转换器可以包括一个或多个半桥，所述一个或多个半桥包括其切换由相应的触发角控制的半导体开关，例如晶闸管。

[0051] 必须理解的是，如在上文中和在下文中所描述的方法的特征可以是计算机程序、计算机可读媒介、控制器和负载换向转换器的特征，并且反之亦然。

[0052] 根据下文所描述的实施例将明白本发明的这些和其它方面，并且将参照下文所描述的实施例来阐明本发明的这些和其它方面。

附图说明

[0053] 参照在附图中图示的示范实施例，将在下文中更详细解释本发明的主题。

[0054] 图1示意性地示出了根据本发明的实施例的负载换向转换器。

[0055] 图2示出根据本发明的一个实施例的用于控制负载换向转换器的方法的流程图。

[0056] 图3示意性地示出了根据本发明的实施例的用于控制负载换向转换器的控制器。

[0057] 图4示意性地示出了图3的控制器的方面。

[0058] 图5示意性地示出了图3的控制器的方面。

[0059] 图6示意性地示出了图3的控制器的方面。

[0060] 附图中所使用的参考符号以及它们的含意在参考符号列表中以摘要形式列出。大体上，在附图中为相同的部分提供相同的参考符号。

具体实施方式

[0061] 图1示出负载换向转换器10，其包括电网侧转换器12、电感DC链路14和负载侧转换器16。此外，图1示出由负载换向转换器10互连的AC电网18和AC负载20，例如同步机。

[0062] 电网侧转换器12和负载侧转换器14通常包括多个6脉冲晶闸管转换器桥22。在一侧上，线路侧转换器12可以依靠变压器和/或多个滤波器连接到三相AC电网18以减轻电网电流谐波。在另一侧上，线路侧转换器12被电连接到DC链路14，其又被电连接到负载侧转换器16。负载侧转换器16以及因此负载换向转换器10连接到AC负载20。

[0063] 电网侧转换器12可以被称为整流器，而负载侧转换器16可以被称为逆变器。然而，该命名惯例忽略了功率流也可以使反转的，使得线路侧转换器12作为逆变器来操作，并且负载侧转换器16作为整流器来操作。

[0064] 描绘的拓扑只是一个可能变体。具体而言，在描述的元件之间的连接确实变化。例如，可以使用双三相或多个三相（多相）连接，代替单个三相连接。电网侧转换器12和机器侧转换器16可以包括多个6脉冲晶闸管桥。DC链路14可作为双端口网络被连接，或者在其它配置中被连接。并行配置也是可能的，其中每个实体包括它自己的电网侧转换器12、DC链路14和负载侧转换器16。

[0065] 此外，在负载换向转换器10与电网18之间的连接可以包括变压器、电路断路器、绝缘体和/或不同滤波器。在负载换向转换器10与负载20之间的连接可包括一个或多个滤波器、变压器和/或电路断路器。两种连接都可以是长电缆，其可以引起系统的附加的动态。

[0066] 负载换向转换器10包括控制器24，其适应于执行用于在欠电压条件期间控制转换器10的方法。

[0067] 图2示出了用于此种方法的流程图。将相对于图3到6解释方法的细节。

[0068] 在步骤S10中，控制器24基于DC链路14的DC链路电流iD（C 并且可能基于另外的量）来确定用于电网侧转换器10的电网侧触发角α。

[0069] 在步骤S12中，控制器24也基于DC链路电流iD（C 并且可能基于另外的量）来确定用于负载侧转换器16的负载侧触发角β。

[0070] 在步骤S14中，控制器24确定AC电力网18的电网电压幅值UL。例如，可以在电网18与转换器10之间的连接中测量电网电压幅值UL。

[0071] 在步骤S16中，控制器24基于电网电压幅值UL来修改电网侧触发角α和/或负载侧触发角β，使得当发生在AC电力网18中的欠电压条件时，负载换向转换器10的操作适应于电网电压幅值UL中的变化。

[0072] 在步骤S18中，控制器24将电网侧触发角α应用于电网侧转换器12，并且将负载侧触发角β应用于负载侧转换器16。在这里，控制器24确定用于晶闸管桥22的晶闸管的对应栅极信号。

[0073] 图3示出控制器24的组件，其包括速度控制层（或外部环路）26和电流控制层（或内部环路）28。

[0074] 速度控制层26包括速度控制器30（通常为PI控制器），其取决于速度设置点nw和速度估计nx来生成DC链路电流参考idw或转矩参考Tref。

[0075] 此外，层26可以包括用于补偿致动器饱和的抗饱和（anti-windup）控制器。抗饱和控制器可以在其中内部控制环路28不能经由转矩参考Tref提供通过外部控制环路26需求的转矩的情况中。

[0076] 在该情况中，DC链路电流参考idw未被直接生成，转矩控制器32从转矩参考Tref确定DC链路电流参考idw。

[0077] DC链路电流iDC是驱动转矩的近似，但可测量的量度，并且可以在DC链路14中直接被测量。在内部电流控制层中，将实际DC链路电流iDC与参考idw比较，并且相应地适应电网侧触发角α。电流控制器36（通常为PI控制器）的输出是电网侧转换器12的DC侧电压UDC,CLS，其与cos α成比例。

[0078] 使用电网侧转换器（12）的平均模型

[0079]

[0080] 其中UL是电网电压幅值或幅度，并且k是常数，电网侧触发角能够被计算为[0081]

[0082] 如图3中所指示的，根据电压UDC,CLS，利用电网侧角度控制器37，确定用于电网侧转换器12的未修改的触发角αold。

[0083] 基于DC链路电流iDC，从查找表34给出未修改的负载侧触发角βold。查找表34配置成确保负载侧转换器16的可靠操作，并且接近定子绕组中的单位功率因数，这取决于负载20的状态。

[0084] 通过调制器根据触发角α、β来确定晶闸管的电网侧和负载侧切换实例。

[0085] 在稳定状态期间，这简化了控制，并且由于负载20（例如同步机）的低无功功率消耗而给出最高驱动效率。然而，在欠电压条件期间，机器侧电感器电压未被降低到足以维持DC链路电流iDC并且因此维持驱动转矩。

[0086] 此外，控制器可以包括用于同步机20的激励控制环路。在用于同步机的控制的典型设置中，激励控制环路是附加的控制环路。

[0087] 为处理欠电压条件，控制器24另外包括转矩限制器38、角度限制器40和角度控制器42。

[0088] 注意，控制器24不需要包括所有三个子控制器38、40、42（其可以作为软件例程来实现）。然而，欠电压条件可以通过两个或所有三个子控制器38、40、42的组合被更有效地处理。

[0089] 用于电网侧触发角α的下限

[0090] 相对于图4，描述用于在欠电压条件的情况下适应电网侧触发角α的方法（例如，由软件例程实现）。当线路侧电压在欠电压条件之后返回时，在DC链路14中可存在过电流的风险。原因是在切换中存在限制控制器24的反应的速度的固有的延迟（即存在致动器延迟）。致动器延迟可以不是恒定的，而可取决于触发角α（控制输入）。方法可通过限制电网侧触发角α的值来处理延迟。

[0091] 在该情况下，可以假设线路电压幅值UL已经降到UL < 1的水平，并且控制系统已稳定，并且正在分别地应用电网侧转换器和机器侧转换器触发角α°、β°，并且DC链路电流为。此外，可以假设在时间t0，利用阶跃 ，电压幅度瞬间返回到标称值。如果电网侧转换器触发角的控制具有Td的延迟，则DC链路电流将根据以下等式增长：

[0092]

[0093] 其中， 是与稳定状态 的偏差。因此，当控制器24能够反应（在时间 ）时，DC链路电流处在值 。为不违反电流限制iDC,lim，我们因此强加限制

[0094]

[0095] 如上所提及的，延迟Td值是时变的。在提议的实施例中，我们考虑是60°的切换延迟的最差情况。在线路频率为50 Hz情况下，这对应于0.02*1/6   3 ms。

[0096] 注意，关于电网侧转换器触发角α的提出的限制是保守的。基于电网电压UL的关于电网侧触发角α的其它界限，或电网侧触发角α的适应是可能的。

[0097] 电网侧触发角α的欠电压适应因此能够被陈述为

[0098]

[0099]

[0100] 其中αlim是关于源于上面的观察的触发角的限制，αold是未修改的触发角，以及α是适应的触发角。

[0101] 如示出子控制器40的组件的图4中所指示的，在块34中，使用等式（5），从电网电压幅值UL和DC链路电流iDC，计算关于触发角的限制αlim。在块46中，将该限制与被控制器36、37选择的未修改的电网侧转换器触发角αold比较，并且可能适应于新的电网侧触发角α。

[0102] 转矩参考Tref的适应

[0103] 当线路电压下降时，我们如上面所描述地那样适应电网侧触发角α的下限。当触发角α受限时，这也限制能够从电网18获取的功率并且因此负载20能够输送的最大转矩。假设理想的电压源，通过增大电流，在欠电压条件期间能够保持恒定功率取出（power outtake）。然而，DC链路电流iDC不能是任意大。因此，每当调整触发角α，可以调整转矩参考Tref。调整转矩参考Tref 可以有助于避免控制器中的饱和（windup）和限制周期（其中振荡转矩的被输送到同步机）的发生。

[0104] 转矩的调整可以基于功率平衡考虑。在电网侧上和在负载侧上的功率必须相等，[0105]

[0106] 其中，k是常数，Tref是转矩参考，并且ωr是转子速度。如果触发角限制是这样的以至于 （其中，αmin是关于电网侧转换器触发角的下限，并且iDC,lim是关于电流的上限），则我们降低转矩参考，以便能够利用满足上限的DC电流，满足功率平衡。
我们将以下算法应用于转矩参考，

[0107]

[0108]

[0109] 在这里，关于转矩参考的限制通过Tref,lim表示，未修改的转矩参考通过Tref,old表示，并且修改的转矩参考表示为Tref。

[0110] 如在示出子控制器40的组件的图5中所指示的，在块48中，使用等式（8），从电网电压幅值UL、关于DC链路电流iDC的上限、关于电网侧转换器触发角的下限αlim以及转子速度ωr，计算关于转矩参考的上限Tref,lim。接着将此界限与来自块50中的速度PI控制器的转矩参考Tref,old比较，并且将更小的值作为修改的转矩参考Tref。

[0111] 类似地，可修改DC链路电流参考idw或等效量。

[0112] 负载侧触发角β的适应

[0113] 最后，相对于图6描述第三方法，其如果电网侧触发角α饱和，适应负载侧触发角β。

[0114] 可实现反馈控制，而不是从查找表34选择用于负载侧触发角的恒定值βold。例如，负载侧触发角β可以作为电网电压UL的函数，或者作为在电流参考idw与实际电流iDC之间的偏差的函数，控制成被减小。

[0115] 参照图1，在DC链路电感上应用DC链路电压UDC。该DC链路电压UDC是电网侧转换器的DC侧电压UDC,CLS与负载侧转换器的DC侧电压UDC,CMS的差。

[0116] 当电流PI控制器需要比可行的电压更高的DC侧电压UDC,CLS,ref - 无论是由于欠电压条件还是由于关于电网侧转换器触发角α的随后强加的下限时-方法可以相应地降低负载侧转换器的DC侧电压UDC,CMS，以保持在DC链路电感上应用的电压不受饱和影响。因此，PI控制器继续控制DC链路电流iDC，但依靠负载侧转换器16。降低负载侧转换器16的DC侧电压UD,CMS可以降低供应到负载20的功率。然而，消耗的功率的此降低确保DC链路电流iDC未消失，像如果机器侧转换器的DC侧电压UDC,CMS保持恒定则将发生的。因为DC链路电流iDC对于生成驱动转矩可以是必要的，方法可以确保驱动能够在欠电压条件期间输送至少一些请求的转矩。

[0117] 从电网侧转换器侧上的请求电压的与实际的（饱和）电压之间的差，能够计算机器侧转换器的适应的DC侧电压UDC,CMS,new，

[0118]

[0119] 插入用于电网侧转换器12和负载侧转换器16的电压的平均模型，

[0120]

[0121] 产生了用于负载侧转换器触发角的更新公式

[0122]

[0123] 从查找表34的未修改的负载侧触发角由βold表示，并且修改的触发角由β表示。如上面的，我们也具有来自电流PI控制器的电网侧触发角αold和修改的电网侧触发角α。

[0124] 如在示出子控制器40的组件的图5中所指示的，在块52中，从电网电压幅值UL、机器（负载）电压幅值UM、通过电流PI控制器请求的电网侧转换器角αold、从查找表34的修改的电网侧触发角α和修改的负载侧触发角βold ，计算适应的负载侧触发角β。

[0125] 虽然本发明已在附图和前面描述中详细图上和描述，但此种说明和描述要认为是说明性或示范性并且不是限制性的；本发明不限于公开的实施例。从研究附图、公开和随附权利要求，本领域熟练的并且实践所要求的发明的技术人员能够理解和实现公开实施例的其它变化。在权利要求中，词语“包括”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多数量。单个处理器或控制器或其它单元可满足权利要求所叙述的若干项的功能。某些措施在相互不同的从属权利要求中叙述的单纯的事实不指示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何参考符号不应当视为限制范围。

[0126] 参考符号列表

[0127] 10               负载换向转换器

[0128] 12               电网侧转换器

[0129] 14               DC链路

[0130] 16               负载侧转换器

[0131] 18               电力网

[0132] 20               负载

[0133] 22               晶闸管转换器桥

[0134] 24               控制器

[0135] α                电网侧触发角

[0136] α                负载侧触发角

[0137] iDC               DC链路电流

[0138] UL               电网电压幅值

[0139] UDC              DC链路电压

[0140] UDC,CLS        电网侧转换器的DC侧电压

[0141] UDC,CLS         负载侧转换器的DC侧电压

[0142] 26               速度控制层

[0143] 28               电流控制层

[0144] 30               速度控制器

[0145] 32               转矩控制器

[0146] 34               查找表

[0147] 36               电流控制器

[0148] 37               电网侧角控制器

[0149] 38               转矩限制器

[0150] 40               电网侧角限制器

[0151] 42               负载侧角控制器

[0152] αold              未修改的电网侧触发角

[0153] βold              未修改的负载侧触发角

[0154] nw               速度设置点

[0155] nx               速度估计

[0156] Tref              转矩参考

[0157] idw               DC链路电流参考

[0158] αlim              用于电网侧触发角的下限

[0159] Tref,old           未修改的转矩参考

[0160] Tref,lim           用于转矩参考的上限

[0161] 44               控制器组件

[0162] 46               控制器组件

[0163] 48               控制器组件

[0164] 50               控制器组件

[0165] 52               控制器组件

[0166] UM   机器电压幅值。