CN101395555B - 混合有载抽头变换器和操作该抽头变换器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于高压交流电力传输的混合有载抽头变换器(70)，包括选择器(72)和具有分别限定各自的电流通路的两条支路(80，82)的分流器(74)。每条支路(80，82)包括一对(P1，P2)相对的第一和第二半导体开关(84，86)。该混合有载抽头变换器(70)还包括控制器(76)，配置成在该交流电周期的预定点导通指定支路(80，82)的第一或第二半导体开关(84，86)中的一个，从而断开另一条支路(80，82)中的预期的半导体开关(84，86)。

Description

混合有载抽头变换器和操作该抽头变换器的方法
技术领域
本发明特别但不是排他地涉及一种用于高压交流电力传输的混合有载抽头变换器(hybrid on-load tap changer)，以及一种操作这种抽头变换器的方法。
背景技术
电力传输的特点是，超过200kV的交流(AC)电压电平并伴有高电平的浪涌和瞬时电压以及电流。这些工作条件对用于这种传输的部件的绝缘需求有特别的要求。
抽头变换器是一种适用于变压器以将变压器的输出电压调节到所需水平的设备。这种调节通常是通过选择性连接到该变压器的特定抽头从而控制初级或次级绕组的有效部分的匝数来实现的。
有载抽头变换器用于在传导电流时工作，并且要求在抽头变换期间不发生电流中断。
图1中示出了一种常规抽头变换器的简化示意图。该常规抽头变换器10包括与变压器16的初级绕组14串联连接的第一选择器12和第一分流器18。该第一选择器12和第一分流器18依靠油绝缘来达到最高功率变压器电压所需的接触-接触绝缘水平。
该第一分流器18具有两个支路(leg)20、22，每条都限定了相应的电流通路，以及第一机电开关24。该第一机电开关24选择性地将一个支路20或另一支路22连接到初级绕组以将由选择器选择的指定抽头选择性连接到初级绕组14，从而将变压器的输出电压调节到所需水平。
为了避免在抽头变换期间经过初级绕组14的电流发生中断，该第一机电开关24具有一个“先接后断(make before break)”操作，从而使得该开关短暂桥接两个支路20、22，如图1所示。当这种桥接连接或断开时会发生高水平的电弧放电。
电弧放电会导致其中放置有第一分流器18的绝缘油的绝缘特性下降。这就导致需要将用于第一分流器的油与用于主变压器的油隔离，并且还需要定期替换该分流器油。
这种布置的一个变体使用一种机械操作的真空开关以抑制该电弧放电并进而减少维护需要。然而，包含机械操作的真空开关会增加复杂性，这将相应地增加这种仪器的资本成本。此外，还需要定期替换机械操作的真空开关。
在每个上述布置中，每次抽头变换所需的时间是大约5秒，其中第一分流器18的操作占了大约150毫秒。因此，常规的抽头变换器10将花费例如超过2分15秒在-12到+12的抽头范围内完成步进式变换。
半导体开关的性能是很吸引人的，它可以在明确的电子指令后迅速工作并且断开(commutate off)即切断而不会产生电弧。
电力传输系统中的功率损失和浪涌电流水平意味着，希望在稳定状态工作期间使用例如机电开关将这种半导体开关与这种系统隔离。
因此，已知可以将半导体开关与机电开关组合以形成所谓的“混合”有载抽头变换器，如图2所示。这种已知的混合有载抽头变换器30例如在EP1619698中记载。它包括被布置成与例如变压器16的初级绕组14串联的第二选择器32和第二分流器34(用虚线表示)。该已知的混合抽头变换器30还包括用于控制该第二分流器34的工作的第一控制器36。
该第二选择器32包括多个抽头38，在所示例子中是3个，以及用于选择一个特定抽头38的开关S1、S2、S3。该第二选择器32还可以包括用于选择性隔离该第二分流器34的给定支路的两个第二机电开关S4、S5，从而在其中旁通该半导体设备。
该第二分流器34具有两个支路40、42，每条限定各自的电流通路。每个支路40、42包括一对相对的第一和第二半导体开关44、46。该半导体开关44、46被布置成选择性地在该第二分流器34的指定支路40、42中建立一条电流通路。
一种预期类型的半导体开关是晶闸管(thyristor)48、50。这种设备具有较高的电压和电流性能、高可靠性，并且能够在超过150℃的结温度下工作。此外，它们可以通过脉冲变压器切换，从而不需要使用单独的辅助电源。而且，可使用光触发晶闸管，其可以由通过光纤电缆传导的来自激光二极管的脉冲切换。
然而，尽管具有前述优点，晶闸管的缺点在于它会持续传导直到阳极电流被去除。这就造成了断开这种设备的困难。
一种断开晶闸管的方法是使用所谓的“自然整流”。在自然整流期间，作为例如AC周期期间的波动(其中阳极电流穿越零点，也就是被去除)的结果而自然去除阳极电流。因此，能够在导通另一个支路42、40中的晶闸管之前使得一个支路40、42中的晶闸管恢复到不导电状态。
然而，晶闸管将会缓慢恢复，从而导致延迟，在该延迟期间，任一支路40、42都不能提供电流通路。因此，需要利用庞大而昂贵的无源组件来桥接该支路以提供必要的连续电流，即避免电流中断。该恢复的时间(大约0.6ms)使得这些无源组件必须足够大(因而庞大而昂贵)以分流该电流和将该电压维持在该晶闸管的额定值之内的水平。
第二种断开晶闸管的方法使用了所谓的“共振强迫整流”。共振强迫整流包括采取措施去除或分流该阳极电流以使得该晶闸管恢复到不导电状态。
然而，这种方法也需要利用庞大而昂贵的无源组件来桥接该支路40、42以提供连续电流.
在上述每种方法中所需要的大量桥接组件造成了安装困难。另外，它们的高成本使得这种混合抽头变换器的总成本增加到了一个商业上不可接受的水平。
另一种有载抽头变换器是所谓的固态有载抽头变换器60，如图3所示。该固态抽头变换器60在切换布置中仅包括晶闸管62以形成各个抽头连接。该晶闸管62被布置在相对的对64、66、68中。这些抽头变换器不适用于电力传输应用，因为给定晶闸管的物理限制限制了它所能承受的电压和电流变化。
结合上述布置，提出了一种整流方法，包括导通一个不导电对66中的晶闸管62从而引发由抽头电压驱动的循环电流CC。在理论上，当该循环电流与流经导电晶闸管62(也即流经被导通的导电对68中的晶闸管62)的负载电流LC幅度相等但方向相反时，该相对应的电流CC、LC应该彼此抵消以使得该导电晶闸管62能够断开。该负载电流LC的传导将被该最初的不导电对66中被导通的晶闸管62保持。
然而，图3所示的布置完全不适用于电力传输。
在电力传输应用中，抽头变换器与变压器的初级绕组相配合。这是因为以这种方式布置该抽头变换器连接会形成更少的绝缘困难。此外，这种布置降低了电流水平，从而使得已有的机电开关运行更容易一些。
以前述方式布置的图3所示类型的固态抽头变换器将使得每个晶闸管62处于超过40kV的电压下。这样的电压超过了任何已知晶闸管的实际工作规格。
发明内容
因此，本发明的总的目的是提供一种有载抽头变换器，其允许使用半导体开关而不会遇到与运行适当的半导体开关相关的固有困难。
根据本发明的第一方面，提供一种用于高压交流电力传输的混合有载抽头变换器，包括：
选择器；
分流器，其具有分别限定各自的电流通路的两个支路，每个支路包括一对相对的第一和第二半导体开关；和
控制器，用于在该交流电周期的预定点选择性地导通指定支路的第一或第二半导体开关中的一个，从而按照预期断开另一支路中的半导体开关。
前述布置消除了对于庞大和昂贵的无源桥接组件的需要，从而将该有载抽头变换器的资本成本降低到了一个商业可接受的水平。
该有载抽头变换器在便于使用半导体开关的同时提供了这种优点，从而提高了该抽头变换器的工作速度。
可选地，每个支路还包括布置成与该半导体开关对电连通的至少一个保护元件。这就使得该半导体开关能够在它们的正常工作限制内工作。
优选地，该保护元件是或者包括与每一第一和第二半导体开关对平行布置的缓冲器(snubber)。这就限制了变换抽头时该被断开的半导体开关两端电压的变化率，同时向负功率因子负载(negative power factorload)供电。
可选地，该保护元件是或者包括布置成串联在该第一和第二半导体开关对与该选择器之间的电感器。包括该电感器有助于限制当进行抽头变换时流经指定的第一和第二半导体开关对的电流升高。
有利地，每个支路还包括布置成与对应的该选择器的机电隔离开关成平行关系的电容器。每个电容器限制对应的半导体开关对两端电压的变化率，从而帮助确保每个半导体开关在预期的工作条件下工作。
在本发明的一个优选实施例中，每个支路还包括布置成与对应的该 选择器的机电隔离开关成平行关系的电压浪涌放电器(voltage surgearrestor)。包括该相应浪涌放电器可以保护对应的第一和第二半导体开关对在例如闪电时不会受电压浪涌的影响。
可选地，该选择器包括两个机电隔离开关，用于选择性地隔离该分流器的相应支路以旁通其中的半导体开关。
在本发明的另一优选实施例中，该选择器的每个机电隔离开关包括布置成与其串联的电感器。该电感器限制了流经相应半导体开关对的电流变化率，从而有助于确保所述半导体开关在预期的工作条件下工作。
根据本发明的第二方面，提供一种在高压交流电力传输期间操作混合有载抽头变换器的方法，包括步骤：
(i)提供选择器；
(ii)提供具有两个支路的分流器，每个限定相应的电流通路；
(iii)为每个支路提供一对相对的第一和第二半导体开关；和
(iv)在该交流电周期的预定点选择性地导通指定支路的第一或第二半导体开关中的一个，从而按照预期断开另一支路中的半导体开关。
可选地，步骤(iii)包括提供布置成与该第一和第二半导体开关对电连通的至少一个保护元件。
优选地，步骤(iii)包括提供布置成与每一第一和第二半导体开关对平行的缓冲器。
可选地，步骤(iii)包括提供布置成串联在该第一和第二半导体开关对与该选择器之间的电感器。
有利地，该方法还包括提供布置成与对应的该选择器的机电隔离开关成平行关系的电容器的步骤。
本发明的一个优选方法还包括提供布置成与对应的该选择器的机电隔离开关成平行关系的电压浪涌放电器的步骤。每个浪涌放电器可以保护对应的第一和第二半导体开关对在例如闪电时不会受电压浪涌的影响。
本发明的另一优选方法还包括为选择器的每个机电隔离开关提供布置成与其串联的电感器的步骤。
本发明的方法也具有与本发明的设备的特性相对应的优点
附图说明
现在将以非限制示例的方式参照附图对本发明的优选实施例进行 简要说明，其中：
图1示出了常规有载抽头变换器的示意图；
图2示出了一种已知混合有载抽头变换器的示意图；
图3示出了一种已知的固态抽头变换器；
图4示出了根据本发明的一个实施例的混合有载抽头变换器的示意图；
图5(a)(i)-5(e)(ii)示出了可能的整流条件；
图6(a)示出了一种抽头降压变换(tap down change)的Lissajous图；
图6(b)示出了一种抽头升压变换(tap up change)的Lissajous图；
图7(a)和7(b)示出了负载电流和循环电流的各自的组合效应；
图8示出了用于高功率因子负载的Lissajous图；和
图9示出了在Lissajous图上改变导通特定的不导电半导体开关的时间的效应。
具体实施方式
根据本发明的第一实施例的混合有载抽头变换器被整体表示为参考数字70，如图4所示。
该混合抽头变换器70包括第三选择器72、第三分流器74和第二控制器76。该混合抽头变换器具有与已知的混合抽头变换器30相同的一些特征。这些特征使用相同的参考数字表示。
该第三选择器72具有多个抽头78和相应的用于选择特定抽头78的开关S1、S2、S3。在所示例子中，包括三个抽头。本发明的其他实施例可以包括更多或更少的抽头78。
该第三选择器72还包括两个第二机电开关S4、S5用于选择性地隔离该第三分流器74的指定支路，以隔离其中的半导体设备。
该第三分流器74具有两个支路80、82，每个分别限定一条电流通路。每个支路80、82包括一对P1、P2相对的第一和第二晶闸管84、86。该晶闸管84、86被布置成选择性地在第三分流器74的指定支路80、82中建立电流通路。在本发明的其他实施例中，可以使用不同类型的半导体开关。
第三分流器74的每个支路80、82包括布置成与第一和第二晶闸管84、86对P1、P2平行的缓冲器88。每个缓冲器88包括布置成互相串联的缓冲器电阻90和缓冲器电容92。在使用中，每个缓冲器88限制相应第一和第二晶闸管84、86对P1、P2两端的电压变化率。
第三分流器74的每个支路80、82还包括布置成串联在第一和第二晶闸管84、86对P1、P2与第三选择器72之间的电抗电感器94。在使用中，每个电抗电感器94限制流经相应第一和第二晶闸管84、86对P1、P2的电流变化率。
此外，每个支路80、82包括布置成与第三选择器72的对应第二机电隔离开关S4、S5平行的限制电容器96。在使用中，每个限制电容器96协助进一步限制相应第一和第二晶闸管84、86对P1、P2两端的电压变化率。
所示实施例的混合有载抽头变换器72的每个支路80、82还包括布置成与对应的第二机电隔离开关S4、S5平行的电压浪涌放电器98。在使用中，每个电压浪涌放电器98保护相应第一和第二晶闸管84、86对P1、P2在例如闪电期间不受电压浪涌的影响。
每个第二机电隔离开关S4、S5包括布置成与其串联的选择电感器100。在使用中，每个选择电感器100协助进一步限制流经相应第一和第二晶闸管84、86对P1、P2的电流变化率。
在使用中，该第二控制器76在该交流电周期中的预定点选择性导通指定支路80、82中的指定不导电对P1、P2的第一或第二晶闸管84、86中的一个，从而断开另一支路80、82中的另一对P1、P2的预期的导电晶闸管84、86。
这种切换能够按照需要增加或减少初级绕组14上的匝数，而不会中断负载电流LC。
在所示第三分流器74电路中，增加初级绕组上的匝数会执行抽头降压变换，而减少该匝数则执行抽头升压变换。
在指定AC周期的一半期间，例如当供给电压为正时，在图4所示的第三分流器74电路中会产生四个不同的抽头电压和负载电流LC状态。该四个状态是：(i)抽头电压和负载电流LC均为正；(ii)抽头电压为负，负载电流LC为正；(iii)抽头电压和负载电流LC均为负；和(iv)抽头电压为正，负载电流LC为负。
由于AC周期的两半(即供给电压分别为正和负时)是对称的，所以第二负半周期的另四个抽头电压和负载电流LC状态基本上是前四个状态的复制。
此外，当发生回生(back generation)时，即当该负载再生功率时，会出现另外四个抽头电压和负载电流LC状态。这些中的每个对应于上面列举的四个不同抽头电压和负载电流LC状态之一。
图5(a)(i)示出了第一抽头电压和负载电流LC状态。第二对86P2的第二晶闸管最初是导电即导通的，负载电流LC是有源的即来自变压器初级绕组14并且因而被认为是正的。
该供给电压是正的，所以通过该第二对86P2的第二晶闸管连接的第一抽头绕组15相对于其希望切换到的第二抽头绕组17是正的。因此，在这种状态下，该抽头电压被认为是正的。
图5(a)(ii)示出了图5(a)(i)所示状态的简化图。
图5(b)(i)和图5(b)(ii)示出了第二状态。负载电流LC被再生，即流入到初级绕组14中，从而被认为是负的。第一抽头绕组15相对于其希望切换到的第二抽头绕组17是正的。因此，该抽头电压被认为是正的。
图5(c)(i)和图5(c)(ii)示出了第三状态。负载电流LC源自于初级绕组14，从而被认为是正的。第二抽头绕组17相对于其希望切换到的第一抽头绕组15是负的。因此，该抽头电压被认为是负的。
图5(d)(i)和图5(d)(ii)示出了第四状态。负载电流LC被再生，从而被认为是负的。第二抽头绕组17相对于其希望切换到的第一抽头绕组15是负的，因此该抽头电压也是负的。
可以在Lissajous图上表示电力传输系统的指定AC周期中任何特定时刻的抽头电压和负载电流LC之间的关系。
每个Lissajous图包括对应于各抽头电压和负载电流LC状态的第一、第二、第三和第四象限102、104、106、108。
该第一到第四状态的每一个中的抽头电压和负载电流LC状态分别对应于象限102、104、106、108中的。因此，能够将第一到第四状态的每个反应在Lissajous图上。
第一Lissajous图112(图6(a))是关于抽头降压变换的，即通过切换抽头连接来减小变压器次级绕组中的电压从而增加初级绕组14中的匝数。
对于电感负载(如图所示)，抽头电压和负载电流LC之间的关系随着时间沿该第一Lissajous图112的轨迹逆时针方向变化。
电容负载(未示出)将使得抽头电压和负载电流LC之间的关系随着时间沿该第一Lissajous图112的轨迹顺时针方向变化。
第二Lissajous图114(图6(b))示出了当执行抽头升压变换时，即当减少初级绕组14中的匝数时，第三分流器电路74中的抽头电压和负载电流LC之间的关系。
第二Lissajous图114是第一Lissajous图112关于垂直的零抽头电压轴的镜像图像。
对于电感负载(如图所示)，抽头电压和负载电流之间的关系随着时间沿该第二Lissajous图114顺时针方向变化。
电容负载(未示出)将使得抽头电压和负载电流LC之间的关系随着时间沿该第二Lissajous图114逆时针方向变化。
每个Lissajous图112、114的轨迹穿过每个象限，而不论该抽头变换是降压还是升压。该抽头变换的性质仅仅决定了每个Lissajous图112、114的轨迹保持在特定象限中的时间量。
由于该第一和第二状态(图5(a)和5(b))是关于抽头降压变换的，所以它们对应于第一Lissajous图112。
在第一状态中，负载电流和抽头电压都为正，所以它对应于第一Lissajous图112的第一象限102。在第二状态中，负载电流为负而抽头电压为正，所以它对应于第一Lissajous图112的第四象限108。
由于该第三和第四状态(图5(c)和5(d))是关于抽头升压变换的，所以它们对应于第二Lissajous图114。
在第三状态中，负载电流为正而抽头电压为负，所以它对应于第二Lissajous图114的第二象限104。在第四状态中，负载电流和抽头电压均为负，所以它对应于第二Lissajous图114的第三象限106。
每个图5(a)-5(d)中的初级绕组14的电压极性由在被考虑的半周期期间为正的供给电压设定。
在每个图5(a)和5(b)中，该第二对P2中的一个晶闸管84P2、86P2最初是导电的，而第一对P1中的其它晶闸管84P1、86P1的每一个可以被导通以导电，即它最初是不导电的。因此该抽头电压是正的。它与负载电流LC是有源的还是再生的(也即是正的还是负的)相结合，决定整流是否可能。
例如，对于图5(a)(i)和(ii)所示的状态(即负载电流为正，抽头电压 为正)，导通该第一对P1中的第一不导电晶闸管84P1会使得被初级绕组14的电压极性驱动的循环电流CC在电路中流动。
该循环电流CC增强了负载电流LC以得到总体增加的组合电流，如图7(a)所示。
对于图5(b)(i)和(ii)所示的状态，导通该第一对P1中的第一不导电晶闸管84P1会使得被初级绕组14的电压极性驱动的循环电流CC在电路中流动。
该循环电流CC抵消了负载电流LC，如图7(b)所示，从而使得该导电晶闸管(在这种情况下为第二对P2的第一导电晶闸管84P2)被断开。
同时，该新导通的晶闸管(第一对P1中的第一晶闸管84P1)能够传导主负载电流，即该第一对P1中的第一晶闸管84P1限定了该负载电流的新流通路径，如图5(b)(i)中的虚线LC′所示。以这种方式来保持负载电流流动，同时增加了初级绕组14上的匝数，即同时进行抽头变换。
在每个图5(c)和5(d)中，该第一对P1中的一个晶闸管84P1、86P1最初是导电的，而第二对P2中的其它晶闸管84P2、86P2的每一个可以被导通以导电，即它最初是不导电的。因此该抽头电压是负的。它与负载电流LC是有源的还是再生的(也即是正的还是负的)相结合，以决定整流是否可能。
例如，对于图5(c)(i)和(ii)所示的状态，导通该第二对P2中的第二不导电晶闸管86P2会使得被初级绕组14的电压极性驱动的循环电流CC在电路中流动。
该循环电流CC抵消了负载电流LC，从而使得该导电晶闸管(在这种情况下为第一对P1的第二导电晶闸管86P1)被断开。
对于图5(d)(i)和(ii)所示的状态，导通该第二对P2中的第二不导电晶闸管86P2会使得被初级绕组14的电压极性驱动的循环电流CC在电路中流动。
该循环电流CC增强了负载电流LC以得到总体增加的组合电流。
因此，为了断开所希望的导电晶闸管84P2、86P1，需要在抽头电压和负载状态对应于特定状态即该第一Lissajous图112的第四象限108中的状态以及第二Lissajous图114的第二象限104中的状态时，导通特定的不导电晶闸管84P1、86P2。
从而，需要控制在AC周期期间何时导通特定的不导电晶闸管84P1、86P2。这是为了确保有足够的时间来断开特定的导电晶闸管84P2、86P1，同时该电力传输系统的负载电流和抽头电压对应于第二或第四象限104、108中的状态。
每个第二或第四象限104、108中导通该特定的不导电晶闸管84P1、86P2的特定时刻被选择，以最小化被每对晶闸管P1、P2经受的电流和电压变化率。
例如，希望导通该特定的不导电晶闸管84P1、86P2，同时该抽头电压较低以限制由各晶闸管对P1、P2经受的电流增加。
在第一Lissajous图112(图6(a))的轨迹上显示了当执行抽头降压变换时(图5(a)和5(b))，希望断开特定的导电晶闸管84P2的第一时间周期122。
该周期被选择以限制在整流期间由每对晶闸管P1、P2经受的电流变化率。
限制整流期间的电流变化率可以减小所需的电抗电感器94的尺寸，从而减少这种电感器的成本。较低的电流变化率发生在零抽头电压轴附近。
因此，通过在AC周期与零抽头电压轴邻近时导通该第一对P1的第二不导电晶闸管86P1，能够仅仅使用适当尺寸和不昂贵的电抗电感器94，将由每对晶闸管P1、P2经受的电流变化率限制到每个晶闸管84P1、86P1、84P2、86P2的物理工作参数内。
如图6(b)的第二Lissajous图114的轨迹所示，当执行抽头升压变换时(图5(c)和5(d))，希望在第二时间周期124期间断开导电晶闸管86P1。
为了限制在整流期间由每对晶闸管P1、P2经受的电流变化率，希望在抽头电压较低即邻近零抽头电压轴时进行整流。然而，为了在预期的象限内进行整流，例如该第二Lissajous图114的第二象限104，必须在抽头电压到达零伏之前进行。
因此，在每对晶闸管P1、P2两端的电压变化率较高。
为了限制每对晶闸管P1、P2经受该电压变化率的程度，希望包括与每对晶闸管P1、P2平行的缓冲器88。
该AC周期的每一半的对称意味着，当进行抽头降压变换时，也能 够在第二半负周期的期间断开导电晶闸管86P2，如图5(e)(i)和(ii)所示。
在该周期期间的负载电流和抽头电压状态对应于第一Lissajous图112的第二象限104(图6(a))。在第一Lissajous图112的轨迹上显示了希望断开该导电晶闸管86P2的第三时间周期123。
类似地，当进行抽头升压变换时，也能够在第二半负周期期间断开该导电晶闸管。
在该周期期间的负载电流和抽头电压状态对应于第二Lissajous图114的第四象限108的(图6(b))。
因此，能够在每个半周期期间断开对应的导电晶闸管(即在该第二和第四象限104、108的每个中的一个导电晶闸管)。这意味着第三分流器的切换在每个AC周期期间会发生两次。
因此，根据第三选择器72的选择性能，即选择特定抽头所需的时间，能够在每个AC周期期间执行两次抽头变换。
当如上所述导通不导电晶闸管时，需要将该电力传输系统的负载电流和抽头电压状态保持在预定象限104、108内达到足够的时间以进行整流。预定象限104、108所需的最小时间由指定的导电晶闸管断开即恢复到不导电状态所花费的时间决定。通常大约650μs。
这就对该负载电流和抽头电压之间的相位关系或者该系统的所谓“功率因子”进行了限制。
图8示出了第四到第六Lissajous图126、128、130。
该第四和第五Lissajous图126、128是关于负载电流和抽头电压之间的+0.98和-0.98的相位关系。“+”和“-”分别指抽头降压和抽头升压变换。
例如该第四Lissajous图126处于第二象限104中的轨迹的时间周期，用第四时间周期132表示，是650μs。因此，+/-0.98的功率因子负载是使得整流完全在预定象限104、108内发生的最高功率因子。
负载电流和抽头电压之间的更大相位关系即更高的功率因子，会导致更窄的Lissajous图，其在预定象限104、108中花费少于650μs的时间，如第六Lissajous图130所示，其是单位，即+1.0的功率因子负载。
可以通过在越过零抽头电压轴之前和进入第三象限106之前，导通该不导电晶闸管(即启动整流)来克服对该相位关系的限制，如第五时间周期134所示。
优选地，这种切换发生在越过该零抽头电压轴之前的大约半个晶闸管恢复时间即325μs时。
在这种工作模式期间，该电抗电感器94，当供给电压反转时该变压器的自感和该初级绕组14的电压极性(即该抽头电压)的切换，都有助于限制所形成的短路导致的电流增加。
当执行抽头降压变换时，越过零抽头电压轴时抽头电压的切换形成了图5(e)中所示的状态。这就生成了循环电流CC以抵消负载电流LC，从而使得该导电晶闸管86P2断开。
在越过该零抽头电压轴之前导通不导电晶闸管86P1会调节该Lissajous图(如图9所示)以改变其轨迹进入预定象限104、108(在此情况下为第四象限108)的点，从而在该预定象限108内提供足够的时间来进行整流。

Claims (13)

1.一种用于高压交流电力传输中的混合有载抽头变换器，包括：
选择器(72)；
分流器(74)，其具有限定相应电流通路的两个支路(80，82)，每个支路包括相对的第一和第二半导体开关(84，86)对；和
控制器(76)，配置成在该交流电周期内的预定点导通指定支路的第一或第二半导体开关中的一个，从而断开另一支路中的预期的半导体开关，
其特征在于，它包括与每个第一和第二半导体开关对平行布置的缓冲器(88)。
2.如权利要求1所述的混合有载抽头变换器，其中每个支路还包括布置成与该半导体开关对电连通的至少一个保护元件。
3.如权利要求2所述的混合有载抽头变换器，其中该保护元件包括布置成串联在每个第一和第二半导体开关对与该选择器之间的电感器。
4.如前面任何一项权利要求所述的混合有载抽头变换器，其中每个支路还包括布置成与对应的该选择器的机电隔离开关平行的电容器。
5.如权利要求1-3中任一项所述的混合有载抽头变换器，其中每个支路还包括布置成与对应的该选择器的机电隔离开关平行的电压浪涌放电器。
6.如权利要求1-3中任一项所述的混合有载抽头变换器，其中该选择器包括两个机电隔离开关，用于选择性地隔离该分流器的相应支路以旁通其中的半导体开关。
7.如权利要求6所述的混合有载抽头变换器，其中该选择器的每个机电隔离开关包括布置成与其串联的电感器。
8.一种在高压交流电力传输期间操作混合有载抽头变换器的方法，包括步骤：
(i)提供选择器(72)；
(ii)提供具有两个支路(80，82)的分流器(74)，每个限定相应的电流通路；
(iii)为每个支路提供相对的第一和第二半导体开关(84，86)对(P1，P2)；
其特征在于，所述方法还包括以下步骤：
(iv)在该交流电周期内的预定点选择性地导通指定支路的第一或第二半导体开关中的一个，从而断开另一支路中的预期的半导体开关，
以及，操作该半导体开关(84，86)的预定点是恰好在该抽头终端两端出现零电压之前。
9.如权利要求8所述的操作混合有载抽头变换器的方法，其中步骤(iii)还包括提供布置成与该第一和第二半导体开关对电连通的至少一个保护元件。
10.如权利要求8或9所述的操作混合有载抽头变换器的方法，其中步骤(iii)包括提供布置成串联在每个第一和第二半导体开关对与该选择器之间的电感器。
11.如权利要求8或9所述的操作混合有载抽头变换器的方法，还包括提供布置成与对应的该选择器的机电隔离开关平行的电容器的步骤。
12.如权利要求8或9所述的操作混合有载抽头变换器的方法，还包括提供布置成与对应的该选择器的机电隔离开关平行的电压浪涌放电器的步骤。
13.如权利要求8或9所述的操作混合有载抽头变换器的方法，还包括为选择器的每个机电隔离开关提供布置成与其串联的电感器的步骤。
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