RU2449460C1 - Voltage source converter and control method for this converter - Google Patents
Voltage source converter and control method for this converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2449460C1 RU2449460C1 RU2010134896/07A RU2010134896A RU2449460C1 RU 2449460 C1 RU2449460 C1 RU 2449460C1 RU 2010134896/07 A RU2010134896/07 A RU 2010134896/07A RU 2010134896 A RU2010134896 A RU 2010134896A RU 2449460 C1 RU2449460 C1 RU 2449460C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- valve
- semiconductor device
- voltage
- semiconductor devices
- converter
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к преобразователю источника напряжения (VSC) для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение и наоборот, у которого есть, по меньшей мере, одна фазная ветвь, сконфигурированная для соединения с противоположными полюсами на стороне постоянного напряжения преобразователя и содержащая последовательное соединение, по меньшей мере, двух вентилей тока, причем вентили содержат, по меньшей мере, одно полупроводниковое устройство запирающего типа и один выпрямляющий элемент, соединенный с ним встречно-параллельно, причем средняя точка последовательного соединения вентилей, формирующих выход фазы, сконфигурирована для соединения со стороной переменного напряжения преобразователя, при этом преобразователь дополнительно содержит компоновку, сконфигурированную для управления полупроводниковыми устройствами вентилей, чтобы формировать серию импульсов на выходе фазы с определенными амплитудами согласно образцу широтно-импульсной модуляции (PWM), а также к способу управления преобразователем источника напряжения (VSC) согласно преамбуле приложенного независимого пункта формулы изобретения о способе. The present invention relates to a voltage source converter (VSC) for converting direct voltage to alternating voltage and vice versa, which has at least one phase branch configured to connect to opposite poles on the direct voltage side of the converter and comprising a series connection of at least at least two current valves, and the valves contain at least one semiconductor device of the locking type and one rectifying element connected to it in in parallel with the midpoint of the series connection of the valves forming the phase output, configured to connect to the AC side of the converter, the converter further comprising an arrangement configured to control the semiconductor devices of the valves to form a series of pulses at the phase output with certain amplitudes according to the sample pulse width modulation (PWM), as well as to a method for controlling a voltage source converter (VSC) according to the preamble of the attached independent claim on the method.
Предшествующий уровень техникиState of the art
У преобразователя, предназначенного для управления, может быть любое количество фазных ветвей, но обычно у него три такие фазные ветви для трехфазного переменного напряжения на стороне переменного напряжения.A control converter can have any number of phase branches, but usually it has three such phase branches for a three-phase AC voltage on the AC side.
Преобразователь источника напряжения этого типа может использоваться в любых ситуациях, в которых постоянное напряжение должно преобразовываться в переменное напряжение или наоборот, в которых примеры такого использования находятся на станциях HVDC-установок (высоковольтные установки постоянного тока), в которых постоянное напряжение обычно преобразуется в трехфазное переменное напряжение или наоборот, или в так называемых станциях обратной нагрузки, в которых переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное напряжение, и затем преобразуется в переменное напряжение, а также как SVCs (статический компенсатор реактивной мощности), в котором сторона постоянного напряжения состоит из одного или более свободно подвешенных конденсаторов. Однако настоящее изобретение не ограничено этими применениями, другие применения являются также возможными, такими как в различных типах систем управления для машин, транспортных средств и т.д. A voltage source converter of this type can be used in any situations in which a direct voltage must be converted to an alternating voltage or vice versa, in which examples of such use are located at stations of HVDC plants (high-voltage direct current installations), in which a direct voltage is usually converted into a three-phase alternating current voltage, or vice versa, or in the so-called reverse load stations, in which the alternating voltage is first converted to direct voltage, and for thereby converts to alternating voltage, as well as SVCs (static reactive power compensation), in which the constant voltage side consists of one or more freely suspended capacitors. However, the present invention is not limited to these applications, other applications are also possible, such as in various types of control systems for machines, vehicles, etc.
Такой преобразователь источника напряжения может иметь больше чем два вентиля тока на фазную ветвь и затем поставлять импульс больше чем двух различных амплитуд или уровней на выход фазы, как в преобразователе NPC-типа (нулевой фиксированной точки). У каждого такого вентиля может также быть множество мощных полупроводниковых устройств запирающего типа, соединенных последовательно для того, чтобы вместе иметь возможность заблокировать напряжение, которое будет заблокировано в блокирующем состоянии вентиля. IGBTs (биполярные транзисторы с изолированным затвором) обычно используются в таких преобразователях в качестве полупроводниковых устройств запирающего типа, но любое такое полупроводниковое устройство, такое как IGCTs (тиристоры с интегрированным управлением), находится в рамках настоящего изобретения. Such a voltage source converter can have more than two current valves per phase branch and then deliver a pulse of more than two different amplitudes or levels to the phase output, as in an NPC type converter (zero fixed point). Each such valve may also have a plurality of powerful locking type semiconductor devices connected in series in order to together be able to block the voltage that will be blocked in the blocking state of the valve. IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) are commonly used in these converters as gate-type semiconductors, but any such semiconductor device, such as IGCTs (Integrated Control Thyristors), is within the scope of the present invention.
Двухуровневый преобразователь этого типа очень схематично показан на Фиг. 1 для того, чтобы раскрыть настоящее изобретение, но ни в коем случае не ограничить его. У этого преобразователя 1 VSC есть три фазные ветви 2, 3, 4 с двумя вентилями 5-10 тока каждый, причем каждый состоит из, по меньшей мере, одного полупроводникового устройства запирающего типа, такого как IGBT 11, и выпрямляющего элемента в форме диода 12, соединенного с ним встречно-параллельно. Средняя точка каждой фазной ветви формирует выходы 13, 14, 15 фазы для соединения через реакторы 16, 17, 18 фазы с трехфазной сетью 19 переменного напряжения. Противоположные концы каждой фазной ветви соединены с противоположными полюсами 20, 21 на стороне постоянного напряжения преобразователя, такими как положительный и отрицательный полюса сети 22 постоянного напряжения.A two-level converter of this type is shown very schematically in FIG. 1 in order to disclose the present invention, but in no case limit it. This VSC converter 1 has three
Преобразователь содержит схему 23, сконфигурированную для управления полупроводниковыми устройствами 11 вентилей для формирования серии импульсов с определенными амплитудами согласно образцу широтно-импульсной модуляции (PWM) на соответствующем выходе фазы для создания переменного напряжения на соответствующей линии сети 19 переменного напряжения. Тогда когда, например, полупроводниковое устройство вентиля 7 включается, положительный импульс появится на выходе фазы 15, и если вместо этого будет включаться полупроводниковое устройство вентиля 10, отрицательный импульс с той же амплитудой появится на выходе 15 фазы. Во время положительного полупериода переменного напряжения, который будет сформирован на выходе 15 фазы, полупроводниковое устройство вентиля 7 будет поочередно включаться и выключаться для того, чтобы формировать серию положительных импульсов, и во время отрицательного полупериода переменного напряжения полупроводниковое устройство вентиля 10 будет поочередно включаться и выключаться. Число импульсов, то есть число импульсов, сформированных в результате этой широтно-импульсной модуляции во время периода переменного напряжения, полученного этим управлением, обычно бывает столь же высоким, как 15-25 для того, чтобы получить приемлемую форму кривой на стороне переменного напряжения, сохранив затраты на фильтрующее оборудование на приемлемом уровне.The converter comprises a
Не принимаемые во внимание потери формируются в полупроводниковых устройствах вентилей. Эти потери бывают двух типов, а именно потери проводимости, приводящие к состоянию проводимости полупроводниковых устройств, и потери при переключении, происходящие, когда полупроводниковое устройство включается или выключается. Проблема высоких потерь при переключении бесспорно становится более важной при более высокой частоте переключения, то есть количестве импульсов. У полупроводниковых устройств с характеристикой блокировки напряжения низкого уровня значительно более низкие потери переключения, чем у таких полупроводниковых устройств с подобной характеристикой более высокого уровня, так чтобы более высокое количество таких полупроводниковых устройств с характеристикой блокировки напряжения более низкого уровня могло быть соединено последовательно вместо одного или нескольких таких полупроводниковых устройств с характеристикой более высокого уровня для, таким образом, значительного сокращения потерь при переключении рассматриваемого вентиля. Однако затем это приведет к более высоким потерям проводимости вентиля, так как у полупроводниковых устройств, имеющих характеристику блокировки напряжения более высокого уровня, будут значительно более низкие потери проводимости. Это может быть упомянуто в качестве примера, для которого для количества импульсов 23 потери при переключении пяти 1200 В IGBTs, соединенных последовательно, были бы 1300 мкВт по сравнению с 12000 мкВт для 6500 В IGBT1, тогда как потери проводимости для последовательного соединения 8000 мкВт и для одного 6500 В IGBT составят 3200 мкВт. Соответственно, для каждого применения, предназначенного для такого преобразователя VSC, есть оптимальное соотношение между потерями проводимости и потерями при переключении, при определении количества таких полупроводниковых устройств запирающего типа, которые будут соединены последовательно в каждом вентиле преобразователя.Neglected losses are generated in semiconductor valve devices. These losses are of two types, namely, conductivity losses leading to the conductivity state of semiconductor devices and switching losses that occur when the semiconductor device turns on or off. The problem of high switching losses undoubtedly becomes more important with a higher switching frequency, i.e. the number of pulses. Semiconductor devices with a low voltage blocking characteristic have significantly lower switching losses than such semiconductor devices with a similar higher level characteristic, so that a higher number of such semiconductor devices with a lower voltage blocking characteristic can be connected in series instead of one or more such semiconductor devices with a higher level characteristic for, therefore, significantly reduced losses when switching the valve in question. However, then this will lead to higher losses of conductivity of the valve, since semiconductor devices having a voltage blocking characteristic of a higher level will have significantly lower conductivity losses. This can be mentioned as an example for which, for the number of
Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention
Задача настоящего изобретения состоит в создании преобразователя определенного во введении типа, в котором устранены недостатки, упомянутые выше, касающиеся потерь, созданных в вентилях преобразователя, чтобы обеспечить уменьшение общих потерь, созданных в таких вентилях, по сравнению с известными преобразователями.An object of the present invention is to provide a converter of a type defined in the introduction that eliminates the drawbacks mentioned above regarding losses created in converter valves in order to reduce the overall losses created in such valves compared to known converters.
Эта задача согласно изобретению достигается путем обеспечения преобразователя определенного во введении типа, который характеризуется тем, что каждый вентиль содержит одно первое полупроводниковое устройство запирающего типа с характеристикой блокировки напряжения первого, высокого, уровня и соединенное с ним параллельно последовательное соединение множества вторых полупроводниковых устройств запирающего типа с характеристикой блокировки напряжения второго, более низкого, уровня, при этом схема управления сконфигурирована для переключения вентиля в проводящее состояние, начиная с прямосмещенного непроводящего состояния вентиля, путем управления второго полупроводникового устройства, которое будет включено, и затем первым полупроводниковым устройством, которое будет включено с задержкой, достаточной для падения напряжения на вентиле до менее чем 10% напряжения на вентиле в прямосмещенном непроводящем состоянии вентиля, и в конце проводящего состояния, чтобы выключить первое полупроводниковое устройство, достаточно заранее перед выключением вторых полупроводниковых устройств дать возможность обеспечить большинство перекомбинаций носителей заряда в первом полупроводниковом устройстве перед выключением вторых полупроводниковых устройств.This task according to the invention is achieved by providing a converter of a type defined in the introduction, which is characterized in that each valve comprises one first locking type semiconductor device with a voltage blocking characteristic of the first, high, level and a series connection of a plurality of second locking type semiconductor devices connected to it in parallel with voltage blocking characteristic of the second, lower level, while the control circuit is configured for switching the valve into a conductive state, starting with the forward biased non-conducting state of the valve, by controlling the second semiconductor device that will be turned on and then the first semiconductor device that will be turned on with a delay sufficient to drop the voltage on the valve to less than 10% of the voltage on the valve in forward biased non-conductive state of the valve, and at the end of the conductive state, to turn off the first semiconductor device, it is sufficient in advance before turning off the second semiconductor single-device devices make it possible to provide most recombination of charge carriers in the first semiconductor device before turning off the second semiconductor devices.
Соответственно, первое полупроводниковое устройство с характеристикой блокировки напряжения высокого уровня будет включено и выключено, когда напряжение на вентиле будет низким, чтобы потери при переключении были определены конфигурацией вторых полупроводниковых устройств, имеющих характеристику блокировки напряжения более низкого уровня, тогда как ток во время проводящего состояния будет протекать через вентиль первого полупроводникового устройства, которое определит потери проводимости вентиля. Это означает, что низкие потери проводимости полупроводниковых устройств с характеристикой блокировки напряжения высокого уровня могут быть объединены с низкими потерями переключения полупроводниковых устройств с характеристикой блокировки напряжения более низкого уровня, чтобы потери вентиля могли быть уменьшены значительно, без потери хороших рабочих характеристик преобразователя.Accordingly, the first semiconductor device with a high voltage blocking characteristic will be turned on and off when the voltage on the valve is low so that switching losses are determined by the configuration of the second semiconductor devices having a lower voltage blocking characteristic, while the current during the conducting state will be flow through the valve of the first semiconductor device, which determines the loss of conductivity of the valve. This means that low conductivity losses of semiconductor devices with high voltage blocking characteristics can be combined with low switching losses of semiconductor devices with lower voltage blocking characteristics so that valve losses can be reduced significantly without losing good transmitter performance.
Согласно варианту осуществления изобретения количество вторых полупроводниковых устройств, соединенных последовательно и параллельно с одним первым полупроводниковым устройством ≥3, от 3 до 10 или от 4 до 7. Это является подходящим количеством таких вторых полупроводниковых устройств для первого полупроводникового устройства, но указано, что количество первых полупроводниковых устройств может, конечно, быть сравнительно высоким, например 20, когда количество вторых полупроводниковых устройств в вентиле может быть равным приблизительно 100. Отношение первый высокий уровень/второй низкий уровень тогда приблизительно равно количеству вторых полупроводниковых устройств, соединенных параллельно с первым полупроводниковым устройством для полного использования свойств каждого такого полупроводникового устройства, также относительно их затрат.According to an embodiment of the invention, the number of second semiconductor devices connected in series and in parallel with one first semiconductor device ≥3 is from 3 to 10 or from 4 to 7. This is a suitable number of such second semiconductor devices for the first semiconductor device, but it is indicated that the number of first semiconductor devices can, of course, be relatively high, for example 20, when the number of second semiconductor devices in the valve can be approximately equal 100. The ratio of the first high level / low level a second time approximately equal to the number of second semiconductor devices connected in parallel with the first semiconductor device to fully utilize the properties of each of the semiconductor devices, also as to their costs.
Согласно другому варианту осуществления изобретения схема управления сконфигурирована для управления вентилями, чтобы обеспечить образец широтно-импульсной модуляции с коэффициентом импульса p≥10, от 13 до 40 или от 15 до 25, в котором коэффициент импульса определяется как количество импульсов, следующих из образца широтно-импульсной модуляции во время периода переменного напряжения, полученного управлением на выходе фазы. Изобретение особенно интересно, когда число p импульсов сравнительно высоко, чтобы потери при переключении полупроводниковых устройств с характеристикой блокировки напряжения высокого уровня были значительными относительно потерь проводимости таких полупроводниковых устройств.According to another embodiment of the invention, the control circuit is configured to control the valves to provide a pulse width modulation sample with a pulse ratio of p≥10, 13 to 40 or 15 to 25, in which the pulse coefficient is defined as the number of pulses from the pulse width model pulse modulation during a period of alternating voltage obtained by the control at the output of the phase. The invention is especially interesting when the number p of pulses is relatively high, so that the switching loss of semiconductor devices with a high voltage blocking characteristic is significant relative to the conductivity loss of such semiconductor devices.
Согласно другому варианту осуществления изобретения задержка составляет менее чем 10% от средней продолжительности проводящего состояния вентиля, что означает, что ток может быть преобразован так, чтобы протекать через первое полупроводниковое устройство во время основной части проводящего состояния. Эта задержка будет для определенного преобразователя фиксированной задержкой, которая обычно может составлять примерно мкс.According to another embodiment of the invention, the delay is less than 10% of the average duration of the conductive state of the valve, which means that the current can be converted to flow through the first semiconductor device during the main part of the conductive state. This delay will be a fixed delay for a given converter, which can usually be about microseconds.
Согласно другому варианту осуществления изобретения выключение заранее управляется так, чтобы произойти в такое время, чтобы быть достаточным для того, чтобы уменьшить ток, протекающий через первое полупроводниковое устройство, до меньше чем 10% тока, протекающего через него, в проводящем состоянии вентиля, что означает, что вентиль может быть переведен в прямосмещенное непроводящее состояние, когда, по существу, весь ток будет протекать через вторые полупроводниковые устройства, которые тогда будут определять потери, созданные при переключении. Схема управления предпочтительно сконфигурирована для управления вентилем второго полупроводникового устройства, чтобы включить и выключить, когда пилообразное напряжение, используемое для ШИМ, пересекает опорное переменное напряжение, и управления первым полупроводниковым устройством во время определенной задержки или перед управлением вторыми полупроводниковыми устройствами.According to another embodiment of the invention, the shutdown is pre-controlled so as to occur at such a time as to be sufficient to reduce the current flowing through the first semiconductor device to less than 10% of the current flowing through it in the conductive state of the valve, which means that the valve can be brought into a directly biased non-conducting state when, essentially, all the current will flow through the second semiconductor devices, which then will determine the losses created by for prison. The control circuit is preferably configured to control the valve of the second semiconductor device to turn on and off when the sawtooth voltage used for the PWM crosses the reference AC voltage, and control the first semiconductor device during a certain delay or before controlling the second semiconductor devices.
Согласно другим вариантам осуществления изобретения первые и вторые полупроводниковые устройства представляют собой IGBTs (биполярные транзисторы с изолированным затвором) и IGCTs (тиристоры с интегрированным управлением) соответственно.According to other embodiments of the invention, the first and second semiconductor devices are IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and IGCTs (Integrated Control Thyristors), respectively.
Согласно другому варианту осуществления изобретения первое полупроводниковое устройство имеет первый, высокий, уровень ≥3 кВ, ≥5 кВ, ≥10 кВ или от 5 кВ до 30 кВ. Это является подходящими уровнями для характеристики блокировки напряжения первого полупроводникового устройства, в котором соответствующий уровень будет обычно составлять для вторых полупроводниковых устройств от 1/3 до 1/7 от них.According to another embodiment of the invention, the first semiconductor device has a first, high level of ≥3 kV, ≥5 kV, ≥10 kV, or from 5 kV to 30 kV. These are suitable levels for characterizing the voltage blocking of the first semiconductor device, in which the corresponding level will typically be 1/3 to 1/7 of them for the second semiconductor devices.
Согласно другому варианту осуществления изобретения каждый вентиль содержит последовательное соединение множества блоков, имеющих с одной стороны одно первое полупроводниковое устройство и с другой стороны последовательное соединение вторых полупроводниковых устройств, соединенных параллельно с ними, и компоновка управления сконфигурирована для управления всеми первыми полупроводниковыми устройствами вентиля, по существу, одновременно и всеми вторыми полупроводниковыми устройствами вентиля, по существу, одновременно.According to another embodiment of the invention, each valve comprises a series connection of a plurality of units having, on the one hand, one first semiconductor device and, on the other hand, a series connection of second semiconductor devices connected in parallel with them, and the control arrangement is configured to control all of the first semiconductor devices of the valve, essentially , simultaneously and all second semiconductor devices of the valve, essentially simultaneously.
Согласно другому варианту осуществления изобретения количество первых полупроводниковых устройств в вентиле выполнено с возможностью их одновременного управления ≥3, ≥5, ≥10, ≥20, от 20 до 130 или от 40 до 80. Более высокие числа обычно должны использоваться для применения преобразователя согласно изобретению на HVDC-установках, в которых напряжение для управления вполне может составлять около 400 кВ - 800 кВ.According to another embodiment of the invention, the number of first semiconductor devices in the valve is arranged to simultaneously control them ≥3, ≥5, ≥10, ≥20, from 20 to 130 or from 40 to 80. Higher numbers should usually be used to use the converter according to the invention on HVDC installations in which the voltage for control may well be about 400 kV - 800 kV.
Согласно другому варианту осуществления изобретения схема управления сконфигурирована для управления вентилями так, чтобы генерировать переменное напряжение на выходе фазы, с частотой 40 Гц - 70 Гц, 50 Гц или 60 Гц. Это является подходящими частотами для переменного напряжения, которое будет сгенерировано на выходе фазы преобразователя.According to another embodiment of the invention, the control circuit is configured to control the valves so as to generate an alternating voltage at the output of the phase, with a frequency of 40 Hz to 70 Hz, 50 Hz or 60 Hz. These are suitable frequencies for the alternating voltage that will be generated at the phase output of the converter.
Согласно другому варианту осуществления изобретения у вентиля есть первый выпрямляющий элемент с характеристикой блокировки напряжения третьего, высокого, уровня, соединенного встречно-параллельно с первым полупроводниковым устройством, и множество вторых выпрямляющих элементов с характеристикой блокировки напряжения четвертого, более низкого, уровня, соединенного последовательно и встречно-параллельно с последовательно соединенными вторыми полупроводниковыми устройствами, которые являются подходящими для хорошей работы каждого вентиля и преобразователя, и согласно дополнительному развитию этого варианта осуществления вентиль содержит третье полупроводниковое устройство запирающего типа, соединенное последовательно с первым выпрямляющим элементом и параллельно с первым полупроводниковым устройством, и схема управления конфигурируется, когда вентиль находится в состоянии, при котором ток протекает через его выпрямляющие элементы для управления третьим полупроводниковым устройством для выключения до основной коммутации тока, чтобы протекать через вентиль с другой стороны от средней точки, нежели чем вентиль, имеющий коммутируемый ток во вторых выпрямляющих элементах перед этой основной коммутацией. Это означает, что потери, созданные в вентиле, могут быть уменьшены даже больше, поскольку первые выпрямляющие элементы будут иметь более низкое напряжение в открытом состоянии, чем напряжение в открытом состоянии последовательного соединения вторых выпрямляющих элементов, так чтобы ток протекал через первый выпрямляющий элемент, когда он будет протекать через выпрямляющие элементы такого вентиля, но это означает, что тогда при основной коммутации будут иметь место сравнительно высокие потери, полученные в этом первом выпрямляющем элементе. С помощью коммутируемого тока во вторых выпрямляющих элементах перед основной коммутацией тока, протекающего через вентиль с другой стороны средней точки, потери будут определяться посредством свойств вторых выпрямляющих элементов и таким образом станут значительно ниже.According to another embodiment of the invention, the valve has a first rectifying element with a voltage blocking characteristic of a third, high level connected in parallel with the first semiconductor device, and a plurality of second rectifying elements with a voltage blocking characteristic of a fourth, lower level connected in series and counterclockwise - in parallel with the second semiconductor devices connected in series, which are suitable for each about the valve and the converter, and according to a further development of this embodiment, the valve comprises a third locking type semiconductor device connected in series with the first rectifier element and in parallel with the first semiconductor device, and the control circuit is configured when the valve is in a state in which current flows through it rectifier elements to control a third semiconductor device to turn off prior to main current switching to flow through the vent il on the other side of the midpoint, rather than a valve having a switched current in the second rectifying elements before this main switching. This means that the losses created in the valve can be reduced even more since the first rectifier elements will have a lower open voltage than the open voltage of the series connection of the second rectifier elements so that current flows through the first rectifier element when it will flow through the rectifying elements of such a valve, but this means that then, during the main switching, there will be relatively high losses received in this first rectifying ele mente. Using the switched current in the second rectifying elements before the main switching of the current flowing through the valve on the other side of the midpoint, the losses will be determined by the properties of the second rectifying elements and thus become much lower.
Согласно другому варианту осуществления изобретения третье полупроводниковое устройство представляет собой транзистор MOS (металл-оксид-полупроводник). Это является преимущественным, поскольку такой транзистор может иметь напряжение в открытом состоянии, которым можно пренебречь при номинальном токе в отличие от прямого падения напряжения первого выпрямляющего элемента с характеристикой блокировки напряжения высокого уровня, так чтобы это третье полупроводниковое устройство только способствовало минимальным потерям в открытом состоянии преобразователя.According to another embodiment of the invention, the third semiconductor device is a MOS (metal oxide semiconductor) transistor. This is advantageous since such a transistor can have an open state voltage that can be neglected at the rated current as opposed to a direct voltage drop of the first rectifier element with a high voltage blocking characteristic, so that this third semiconductor device only contributes to the minimum open state loss of the converter .
Согласно другому варианту осуществления изобретения количество вторых выпрямляющих элементов будет таким же, как количество вторых полупроводниковых устройств, и один второй выпрямляющий элемент соединен встречно-параллельно с каждым полупроводниковым устройством. Выпрямляющие элементы предпочтительно являются выпрямляющими диодами.According to another embodiment of the invention, the number of second rectifying elements will be the same as the number of second semiconductor devices, and one second rectifying element is connected counter-parallel to each semiconductor device. The rectifier elements are preferably rectifier diodes.
Согласно другому варианту осуществления изобретения преобразователь сконфигурирован так, чтобы иметь сторону постоянного напряжения, соединенную с сетью постоянного напряжения для передачи высоковольтного постоянного тока (HVDC), и сторону переменного напряжения, соединенную с линией фазы переменного напряжения, принадлежащей сети переменного напряжения.According to another embodiment of the invention, the converter is configured to have a constant voltage side connected to a direct voltage network for transmitting high voltage direct current (HVDC) and an alternating voltage side connected to an alternating voltage phase line belonging to an alternating voltage network.
Согласно дополнительному варианту осуществления изобретения преобразователь представляет собой часть SVC (регулируемый статический компенсатор реактивной мощности) со стороной постоянного напряжения, сформированной свободно подвешенными конденсаторами, и выходом фазы переменного напряжения, соединенным с сетью переменного напряжения.According to a further embodiment of the invention, the converter is a part of an SVC (Adjustable Static Reactive Power Compensator) with a constant voltage side formed by freely suspended capacitors and an alternating voltage phase output connected to the alternating voltage network.
Согласно другому варианту осуществления изобретения преобразователь сконфигурирован для постоянного напряжения на двух полюсах, равного от 1 кВ до 1200 кВ, от 10 кВ до 1200 кВ или от 100 кВ до 1200 кВ.According to another embodiment of the invention, the converter is configured for a two-pole constant voltage of 1 kV to 1200 kV, 10 kV to 1200 kV, or 100 kV to 1200 kV.
Изобретение также относится к способу управления преобразователем источника напряжения согласно приложенному независимому пункту формулы о способе. Преимущества и выгодные особенности этого способа и вариантов осуществления, определенных в приложенных зависимых пунктах способа, становятся ясными из нижеследующего описания преобразователя согласно настоящему изобретению.The invention also relates to a method for controlling a voltage source converter according to the attached independent claim on the method. The advantages and advantageous features of this method and the embodiments defined in the attached dependent points of the method become apparent from the following description of the converter according to the present invention.
Изобретение также относится к установке передачи электроэнергии согласно дополнительному пункту формулы.The invention also relates to a power transmission installation according to an additional claim.
Изобретение дополнительно относится к компьютерной программе и к считываемому компьютером носителю согласно соответствующим дополнительным пунктам формулы изобретения. Легко понять, что способ согласно изобретению, определенному в приложенных дополнительных пунктах формулы изобретения о способе, хорошо подходит для выполнения через инструкции программы из процессора, который может управляться компьютерной программой, обеспеченной рассматриваемыми шагами программы. The invention further relates to a computer program and to a computer-readable medium according to the corresponding additional claims. It is easy to understand that the method according to the invention, defined in the attached additional claims on the method, is well suited for execution through program instructions from a processor that can be controlled by a computer program provided by the steps in the program.
Дальнейшие преимущества, так же как выгодные особенности изобретения, станут ясны из следующего описания. Further advantages, as well as advantageous features of the invention, will become apparent from the following description.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых: The invention is further explained in the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 представляет собой схематическую диаграмму, иллюстрирующую общую структуру известного преобразователя VSC;FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the general structure of a known VSC;
Фиг. 2 представляет собой схематический вид вентиля преобразователя источника напряжения согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения; FIG. 2 is a schematic view of a valve of a voltage source converter according to a first embodiment of the present invention;
Фиг. 3 и Фиг. 4 являются диаграммами напряжений и токов соответственно в зависимости от времени для полупроводниковых устройств запирающего типа на Фиг. 2, во время переключения этого вентиля в прямосмещенное состояние этого вентиля;FIG. 3 and FIG. 4 are diagrams of voltages and currents, respectively, versus time for the semiconductor devices of the locking type in FIG. 2, during the switching of this valve to the forward-biased state of this valve;
Фиг. 5 представляет собой вид, соответствующий Фиг. 2 вентиля в преобразователе, согласно второму варианту осуществления изобретения; FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 2 valves in a converter according to a second embodiment of the invention;
Фиг. 6 и 7 являются диаграммами напряжений и токов соответственно в зависимости от времени для выпрямляющих элементов вентиля согласно Фиг. 5, когда направление тока через этот вентиль лежит через выпрямляющие элементы.FIG. 6 and 7 are diagrams of voltages and currents, respectively, versus time for the valve rectifiers according to FIG. 5, when the direction of the current through this valve lies through the rectifying elements.
Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретенияDESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS
На Фиг. 2 очень схематично показан вентиль в преобразователе источника напряжения согласно изобретению, в котором преобразователь может быть преобразователем двухуровневого типа или любым другим преобразователем источника напряжения известного типа. У этого вентиля есть одно первое полупроводниковое устройство 24 запирающего типа с характеристикой блокировки напряжения первого, высокого, уровня, в данном случае 6,5 кВ, и соединенное с ним параллельно последовательное соединение пяти вторых полупроводниковых устройств 25-29 запирающего типа с характеристикой блокировки напряжения второго, более низкого, уровня, в данном случае 1,2 кВ. Первое полупроводниковое устройство и вторые полупроводниковые устройства являются в данном случае IGBTs. Выпрямляющий диод 30 с характеристикой блокировки напряжения третьего, высокого, уровня, такого порядка как у IGBT 24, встречно-параллельно соединенный с IGBT 24, и множество вторых выпрямляющих диодов 31-35 с характеристикой блокировки напряжения четвертого, более низкого, уровня, такого порядка как у IGBT 25-29, соединенных последовательно и встречно-параллельно с последовательным соединением вторых IGBT 25-29. In FIG. 2 shows in very schematic form a valve in a voltage source converter according to the invention, in which the converter can be a two-level type converter or any other voltage source converter of a known type. This valve has one first locking
Схема 23 управления сконфигурирована для переключения такого вентиля в проводящее состояние, начиная с прямосмещенного состояния блокировки вентиля, с помощью управления вторыми полупроводниковыми устройствами 25-29 для включения и затем первым полупроводниковым устройством 24 для включения с задержкой, достаточной для того, чтобы напряжение на вентиле упало до меньше чем 10% от напряжения на вентиле в прямосмещенном непроводящем состоянии. Эта схема 23 управления также сконфигурирована для выключения в конце проводящего состояния первого полупроводникового устройства 24, достаточно заранее перед выключением вторых полупроводниковых устройств 25-29 для того, чтобы обеспечить большинство перекомбинаций носителей заряда в первом полупроводниковом устройстве 24 до выключения вторых полупроводниковых устройств 25-29. Это означает, что высокое напряжение IGBT 24 будет включено при низком напряжении на них и выключено перед тем, как напряжение на них повысится до высокого уровня, так чтобы потери при переключении полупроводниковых устройств запирающего типа вентиля определялись потерями при переключении во вторых полупроводниковых устройствах 25-29, тогда как потери проводимости полупроводникового устройства запирающего типа будут прежде всего определяться потерями проводимости высокого напряжения IGBT 24. Для случая, описанного во введении, подразумевается, что общие суммарные потери в блоке 50, показанном на Фиг. 2, составляют 4500 мкВт по сравнению с 9300 мкВт и 15200 мкВт при использовании только 1,2 кВ IGBT и 6,5 кВ IGBT соответственно.The
Были выполнены моделирования напряжений и токов в вентиле, показанные на Фиг. 2, и их результат показан на Фиг. 3 и Фиг. 4. Фиг. 3 показывает напряжение на высоковольтном IGBT 24 (пунктирная линия) и на низковольтных IGBT 25-29 (сплошная линия), в зависимости от времени t, и Фиг. 4 показывает ток, протекающий через высоковольтный IGBT 24 (пунктирная линия), и ток, протекающий через низковольтные IGBT 25-29 (сплошная линия) в зависимости от времени. Низковольтные IGBT 25-29 включены во время t0 и высоковольтный IGBT 24 - во время t1, когда напряжение на них низкое. Высоковольтный IGBT, имеющий более низкое напряжение в открытом состоянии, тогда будет пропускать ток, протекающий через вентиль до момента времени t2, в котором выключен IGBT 24, и ток коммутирован низковольтными IGBT 25-29, которые выключаются во время t3.The simulations of the voltages and currents in the valve shown in FIG. 2, and their result is shown in FIG. 3 and FIG. 4. FIG. 3 shows the voltage on the high voltage IGBT 24 (dashed line) and on the low voltage IGBT 25-29 (solid line), depending on time t, and FIG. 4 shows the current flowing through the high voltage IGBT 24 (dashed line) and the current flowing through the low voltage IGBT 25-29 (solid line) versus time. Low voltage IGBTs 25-29 are turned on at time t 0 and
На Фиг. 5 схематично показан вентиль преобразователя согласно другому варианту осуществления изобретения, в котором используются те же номера ссылок, как и на Фиг. 2, для обозначения соответствующих элементов. Этот вариант осуществления отличается от предыдущего тем, что третье полупроводниковое устройство 40 запирающего типа соединено последовательно с выпрямляющим элементом 30 и параллельно с первым полупроводниковым устройством 24. Это третье полупроводниковое устройство в данном случае является MOS-транзистором, имеющим низкое напряжение в открытом состоянии, равное приблизительно 0,1 В, которое должно сравниваться с прямым падением напряжения диода 30, которое является приблизительно 3,5 В. In FIG. 5 schematically shows a converter valve according to another embodiment of the invention, using the same reference numbers as in FIG. 2, to indicate the corresponding elements. This embodiment differs from the previous one in that the third locking
Кроме того, количество вторых полупроводниковых устройств и вторых выпрямляющих диодов соответствует в данном случае шести, что обозначено числовыми ссылками 36 и 37. In addition, the number of second semiconductor devices and second rectifying diodes corresponds in this case to six, which is indicated by
Схема 23 управления сконфигурирована так, чтобы в то время, когда вентиль находится в состоянии, в котором ток протекает через его выпрямляющие диоды, он будет протекать через первый выпрямляющий диод 30 для управления MOS-транзистором 40, чтобы выключить его перед основной коммутацией тока, протекающего через вентиль (его IGBT) с другой стороны средней точки, чем вентиль, для того чтобы иметь ток, коммутируемый вторыми выпрямляющими диодами 31-36 перед такой основной коммутацией. Напряжение, необходимое для коммутации тока, для протекания через диоды 31-36 вместо диода 30 будет приблизительно 20 В. Основная коммутация будет тогда происходить при протекании тока через низковольтные диоды 31-36, а не через высоковольтный диод 30, существенно уменьшая потери, созданные при коммутации. The
Результаты моделирований, выполненных для вентиля согласно Фиг. 5, показаны на Фиг. 6 и Фиг. 7, где Фиг. 6 показывает напряжение на высоковольтном диоде 30 (пунктирная линия), и напряжение на низковольтном диоде 31-36 (сплошная линия) в зависимости от времени t, тогда как Фиг. 7 показывает ток, проходящий через высоковольтный диод 30 (пунктирная линия), и ток, проходящий через низковольтные диоды 31-36 (сплошная линия), в зависимости от времени t. Показано, как включается MOS-транзистор 40 во время t0 и ток тогда протекает через диоды 31-36, после чего выполняется основное переключение в t1. The results of simulations performed for the valve of FIG. 5 are shown in FIG. 6 and FIG. 7, where FIG. 6 shows the voltage across the high voltage diode 30 (dashed line) and the voltage across the low voltage diode 31-36 (solid line) versus time t, while FIG. 7 shows the current passing through the high voltage diode 30 (dashed line) and the current passing through the low voltage diodes 31-36 (solid line), depending on the time t. It is shown how the
Изобретение ни в коем случае не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше, но множество возможностей для его модификации будут очевидны для специалиста, не отступая от основной идеи изобретения, определенной в приложенных пунктах формулы изобретения.The invention is by no means limited to the embodiments described above, but many possibilities for its modification will be obvious to a person skilled in the art without departing from the main idea of the invention defined in the attached claims.
Токовый вентиль преобразователя согласно изобретению может, конечно, быть составлен из нескольких блоков 50, 60, показанных на Фиг. 2 или Фиг. 5, соединенных последовательно, и все их первые полупроводниковые устройства тогда предназначены для одновременного управления, а также все вторые полупроводниковые устройства предназначены для одновременного управления.The converter drive valve according to the invention can, of course, be composed of
Claims (25)
последовательное соединение, по меньшей мере, двух вентилей тока (5-10), причем вентили имеют характеристики в соответствии с вентилем по любому из предыдущих пунктов, при этом
средняя точка последовательного соединения вентилей образует выход фазы (13-15), который сконфигурирован для соединения со стороной переменного напряжения преобразователя,
при этом преобразователь дополнительно содержит схему (23) управления, сконфигурированную для управления полупроводниковыми устройствами вентилей для генерирования серии импульсов с определенными амплитудами, в соответствии с образцом широтно-импульсной модуляции (PWM) на выходе фазы, при этом схема (23) управления имеет дополнительные характеристики в соответствии с устройством управления по любому из предыдущих пунктов.16. A voltage source converter (VSC) for converting direct voltage to alternating voltage and vice versa, which has at least one phase branch (2-4) configured to connect with opposite poles (20, 21) on the constant voltage side of the converter, and containing
the series connection of at least two current valves (5-10), and the valves have characteristics in accordance with the valve according to any one of the preceding paragraphs, while
the midpoint of the series connection of the valves forms a phase output (13-15), which is configured to connect to the AC side of the converter,
the converter further comprises a control circuit (23) configured to control the semiconductor gate devices to generate a series of pulses with specific amplitudes, in accordance with a pulse width modulation (PWM) sample at the phase output, while the control circuit (23) has additional characteristics in accordance with the control device according to any one of the preceding paragraphs.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010134896/07A RU2449460C1 (en) | 2008-01-21 | 2008-01-21 | Voltage source converter and control method for this converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010134896/07A RU2449460C1 (en) | 2008-01-21 | 2008-01-21 | Voltage source converter and control method for this converter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010134896A RU2010134896A (en) | 2012-02-27 |
| RU2449460C1 true RU2449460C1 (en) | 2012-04-27 |
Family
ID=45851738
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010134896/07A RU2449460C1 (en) | 2008-01-21 | 2008-01-21 | Voltage source converter and control method for this converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2449460C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU192844U1 (en) * | 2018-07-18 | 2019-10-03 | Сергей Иосифович Вольский | Three-phase AC to DC converter with high power factor |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0502715A1 (en) * | 1991-03-04 | 1992-09-09 | Cooperheat International Ltd. | Power converter |
| EP0620645A3 (en) * | 1993-04-16 | 1995-07-19 | Marconi Gec Ltd | A power control switch. |
| RU2307441C1 (en) * | 2006-01-10 | 2007-09-27 | Андрей Витальевич Шепелин | Method for reducing dynamic losses in electric energy transformers |
-
2008
- 2008-01-21 RU RU2010134896/07A patent/RU2449460C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0502715A1 (en) * | 1991-03-04 | 1992-09-09 | Cooperheat International Ltd. | Power converter |
| EP0620645A3 (en) * | 1993-04-16 | 1995-07-19 | Marconi Gec Ltd | A power control switch. |
| RU2307441C1 (en) * | 2006-01-10 | 2007-09-27 | Андрей Витальевич Шепелин | Method for reducing dynamic losses in electric energy transformers |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU192844U1 (en) * | 2018-07-18 | 2019-10-03 | Сергей Иосифович Вольский | Three-phase AC to DC converter with high power factor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010134896A (en) | 2012-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6519169B1 (en) | Multiphase inverter with series of connected phase legs | |
| KR101183507B1 (en) | A voltage source converter | |
| US8830711B2 (en) | Hybrid switch for resonant power converters | |
| US8716893B2 (en) | Voltage in a voltage source converter, a voltage source converter and a method for control thereof | |
| US9344004B2 (en) | Power conversion system | |
| US10608522B2 (en) | Electrical circuit with auxiliary voltage source for zero-voltage switching in DC-DC converter under all load conditions | |
| US9806601B2 (en) | Boost converter and method | |
| US7206211B2 (en) | Converter and a method for controlling a converter | |
| US20190157987A1 (en) | Efficient Switching for Converter Circuit | |
| CA2219343C (en) | A high voltage converter circuit | |
| US20090080225A1 (en) | Voltage source converter and method of controlling a voltage source converter | |
| WO2012037964A1 (en) | Series - connected dc / dc converter for controlling the power flow in a hvdc power transmission system | |
| US9178443B2 (en) | Electrical frequency converter for coupling an electrical power supply grid with an electrical drive | |
| US20150357901A1 (en) | Voltage source converter | |
| CA2727367A1 (en) | A plant for transmitting electric power | |
| WO2012037965A1 (en) | An apparatus for controlling the electric power transmission in a hvdc power transmission system | |
| Sahan et al. | Combining the benefits of SiC T-MOSFET and Si IGBT in a novel ANPC power module for highly compact 1500-V grid-tied inverters | |
| US20230299690A1 (en) | Neutral point clamped inverter and photovoltaic power supply system | |
| Voss et al. | Adapted auxiliary-resonant commutated pole in the dual-active bridge | |
| RU2449460C1 (en) | Voltage source converter and control method for this converter | |
| CN108604877B (en) | Sub-module of chain-link converter | |
| CN109075718B (en) | Power conditioning and UPS module | |
| US20040057261A1 (en) | Converter and a method for the control thereof | |
| Pulgamkar et al. | Application of Power Electronics to Power System | |
| Sant et al. | Review of power converters |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180122 |