CN103633734B - 电源设备 - Google Patents
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Abstract
提出一种电源设备，包括：其第一端布置为接地的耦合电容器；包括初级绕组和次级绕组的变压器；与该次级绕组并联连接的第一整流桥；以及负载被布置为与之相连接的能量存储器。该初级绕组在其第一端连接到该耦合电容器的第二端，且该初级绕组的第二端布置为连接到高压输电线路。该能量存储器布置为通过流经该第一整流桥的电流充电。而且该电源设备还包括旁路装置。还提出相应的三相设备。
Description
本案为分案申请，其母案申请号为：200880014296.5。
技术领域
本发明一般涉及电源设备，且更具体地涉及用于位于对地高电势上的负载的电源。
背景技术
在输电网中，装置通常连接到对地高电势。例如，当设置有与高压输电线路串联的电容器时使用平台。
存在用于保护、控制和监控目的的典型的平台上装置。例如，电流测量系统可用于将模拟测量数据转换成数字形式且通过经由光纤的数据传输将其传输到地面。其他装置用于当线路电流由于输电系统中的短路而变得太高时旁路电容器组。用于致动器或类似装置的辅助电力被要求。
用于仅要求几分之一瓦的测量系统的辅助电力可以通过光纤从接地电势上的激光器供给。然而，包括用于保护目的的快速动作致动器的装置必须需要存储在高电势的相当数量的能量。如果必须在合适的时间(分钟)执行能量存储器的充电，必须提供相当的电力(成百上千瓦)。
因此，需要改善对地高电势的平台上的负载供电的方式。
发明内容
本发明的一个目的是简化对地高电势平台上负载的电源。
根据本发明，提供一种电源设备，包括：耦合电容器，布置为在其第一端接地；变压器，包括初级绕组和次级绕组；第一整流桥，与该次级绕组并联连接；以及能量存储器，负载被布置为与该能量存储器相连接。初级绕组在其第一端连接到耦合电容器的第二端，且初级绕组的第二端布置为连接到高压输电线路。能量存储器布置为通过流经第一整流桥的电流充电。而且，电源设备包括旁路装置。
通过这种布置，对地高电势平台上的辅助设备能够通过对地电压差供电。旁路装置防止辅助设备从变压器提供的相对刚性的电流源过度供电。
电源设备可以布置为与线路间具有110kV至765kVrms的额定线路电压的高压输电线路相连接。
耦合电容器可以布置为直接连接到地。
能量存储器可以与第一整流桥并联连接。
旁路装置可以包括所述变压器，当以饱和模式操作时，所述变压器限制对所述变压器的次级绕组的供电。因此，相对简单的构造保护了任意相连接的辅助设备。
旁路装置可以包括布置为双向旁路电路的受控半导体组件。例如，旁路装置可以包括：与初级绕组并联连接的第二整流桥；集电极和发射极与第二整流桥并联连接的第一晶体管；以及控制器。半导体组件允许使用简单或高级控制结构实现旁路的逻辑控制。例如，离散逻辑元件或中央处理单元(CPU)可用作控制器。
控制器可以布置为连续地控制第一晶体管。换句话说，旁路装置可以在每半个周期期间接通和关断。
控制器可以布置为使用占空比接入和断开第一晶体管，该占空比是电网频率的若干周期。
控制器可以位于次级绕组侧，且命令信号可以经由光耦合器从控制器传送到第一晶体管。
光耦合器提供次级绕组侧和初级绕组侧之间的隔离。
电源设备可以包括过压限制装置，该装置与至第一晶体管的命令信号无关。该第二限制允许附加的安全性措施。
过压限制装置可包括齐纳二极管。
电源设备还可以包括多个变压器。该多个变压器其中每一个可以包括：包括初级绕组、第二整流桥和第一晶体管的初级绕组电路；以及包括次级绕组、第一整流桥和能量存储器的次级绕组电路。该多个变压器的所有初级绕组可以以串联连接的方式连接。
电源设备还可以包括：与初级绕组的串联连接并联连接的电容器；与电容器的并联连接和初级绕组的串联连接串联连接的电阻器；以及并联连接在电阻器的串联连接与电容器的并联连接和初级绕组的串联连接之间的变阻器。变阻器可以连接到耦合电容器，并且变阻器可以布置为连接到高压输电线路。
电阻器可以布置为连接到高压输电线路且电容器可以连接到耦合电容器。
电阻器可以连接到耦合电容器且电容器可以布置为连接到高压输电线路。电源设备还可以包括：一个初级绕组电路，包括初级绕组、第二整流桥和第一晶体管；以及多个次级绕组电路，其中每个次级绕组电路包括次级绕组、第一整流桥和能量存储器。第一初级绕组电路可以耦合到变压器中的所有的次级绕组电路。
旁路装置可以包括：集电极和发射极与第一整流桥并联连接的第二晶体管；以及连接在第二晶体管和能量存储器之间的二极管。
电源设备还可以包括第二耦合电容器，且所述两个耦合电容器均可以经由第二变压器连接到地且经由第三变压器连接到初级绕组。
本发明的第二方面是一种设备，其包括：根据第一方面的电源设备，其中耦合电容器的第一端连接到地且初级绕组的第二端连接到高压输电线路。
本发明的第三方面是一种三相电源设备，其包括：三个根据第一方面的电源设备，其中三个电源设备的每一个布置为连接到三相中相应一个的输电线路。
应当注意，只要合适，第一方面、第二方面或第三方面的任意特征可应用于任意其他方面。
应当注意，除非明确指定，此处术语“连接”将被理解为电流地连接(galvanicallyconnected)。
一般地，除非此处明确限定，权利要求中使用的所有术语根据它们在技术领域中的普通意义解释。除非明确声明，对于“一/一个/元件、设备、组件、装置、步骤等”的所有引用将开放地理解为引用元件、设备、组件、装置、步骤等其中至少一个实例。除非明确声明，此处公开的任意方法步骤不必以公开的确切顺序执行。
附图说明
现在参考附图以示例的方式描述本发明，附图中：
图1是说明可以实施本发明的典型环境的示意图，
图2是说明本发明的实施例的示意图，
图3是说明本发明的第二实施例的示意图，
图4是说明本发明的第三实施例的示意图，
图5a和图5b是说明本发明的第四和第五实施例的示意图，
图6是说明本发明的实施例的保护电路的示意图，以及
图7是说明可以应用本发明的实施例的环境的示意图。
具体实施方式
此后参考附图更充分地描述本发明，附图中示出了本发明的某些实施例。不过，本发明可以以任意不同形式实施且不应被理解为限制于此处提及的实施例；而是，以示例的方式提供这些实施例，使得本公开将透彻和完整且将完全向本领域技术人员表达本发明的范围。贯穿说明书，相同的标号表示相同的元件。
在图1中，插入与输电线路10串联连接的串联电容器17。主电容器组17物理地位于连接到电容器组17的一端的平台18(每相一个)上。平台18是绝缘的，用于可应用于线路10的完整基本绝缘水平(BIL)。输电线路10的额定线路电压范围为线路间110kV至765kVrms。
一些平台18上装置用于保护、控制和监控目的。典型地，电流测量系统用于将模拟测量的数据转换成数字形式且通过经由光纤的数据传输将其传输到地面。其他装置用于当线路电流由于输电系统中的短路而太高时旁路电容器组17。这要求用于致动器和类似设备的辅助电力。
只要线路被激励，在平台18和地0之间存在高电势差。如果耦合电容器2连接在平台18和地0之间，正比于电力系统的相对地电压的电流将经过。根据本发明，该电流用作辅助电源1中的电流源。
耦合电容器2是用于电压从130kV到最高电压电平800kV的所有正常输电线路的商业可用组件。其满足输电系统的制定的绝缘要求。电容是毫微法范围的。典型地，正常电压处的电流小于1安培。
图2-图4、图5a及图5b说明了根据本发明的电源的各个实施例。
本发明的实施例的原理是让经过耦合电容器2的刚性电流馈入高电势的辅助电源23。为此，电流可以经过变压器5的初级绕组15，该变压器5具有对整流桥6供电的次级绕组16，该整流桥6为诸如电容器、超电容或电池这样的电能存储器7充电。因为变压器5的初级绕组15从电流源馈电，因而电力控制将通过在下面部分描述的某种旁路控制实施。
可以预见很多不同的旁路装置的实施。一些案例在图2-图4中示出。
在图2中，变压器5被设计为使得它在已经到达存储设备中的所需电压水平时变得饱和。在这种情况下，旁路装置或旁路元件是变压器激磁电感。
在图3中，提供与变压器的初级绕组15并联的双向受控旁路分支。旁路可以被控制，使得它连续受控(在每半个周期期间开/关)或者使得它使用占空比接入/断开，该占空比是电网频率的若干周期。双向旁路分支包括整流桥11和晶体管12。
用于晶体管12的控制器可以位于辅助负载侧，且至旁路设备的命令信号可以经由提供隔离的光耦合器传送。
旁路设备可以通过使用齐纳二极管打开旁路实施与命令无关的过压限制。
图4说明结构类似于图3所示实施例的实施例，但是其中旁路装置位于次级绕组侧。此处，受控旁路分支与次级绕组并联布置，如上所述地连续或间歇地受控。于是，提供与整流桥6并联的晶体管13。而且，在晶体管13和能量存储器7之间提供二极管。
图5a-图5b示出了若干相互隔离的负载被供电的两个实施例。依赖于电力要求和可用的初级电流，变压器的初级绕组可以串联或并联连接。
在图5a所示的串联连接中，电流源19是当激励时流经耦合电容器2的电流的符号表示。此处包括晶体管12a、12b和整流桥11a、11b的旁路装置位于初级侧，与相应变压器5a、5b的初级绕组15a、15b并联。存在具有整流桥6a、6b和用于每个相应电源的能量存储器7a和7b的次级绕组16a、16b。通过使用串联连接，准许对于不同负载的输出电压的独立控制。
图5b说明公共初级绕组15和若干次级绕组16a、16b的实施例。并联连接假设所有的负载通过公共旁路设备控制。应当注意，旁路装置可以如图所示位于初级侧或位于任意次级绕组中。
图6示出本发明的实施例中的瞬时保护电路高频保护器。当电力线路被激励时，耦合电容器上的电压突变。流经电容器2的电流则包括极高的毛刺和高频成分。为了保护变压器和旁路设备，可以使用如图6所示的电路。
变压器的初级绕组上的电压通过与串联连接的变压器绕组23的链并联的变阻器21得以限制。变阻器21的膝电压被选择为使其高于在稳定状态出现的电压。
电阻器20限制流经旁路元件的电流。而且，保护电容器22限制旁路设备和变压器上派生的电压。
应当注意，电阻器20与保护电容器22和变压器绕组23的并联连接可以转换位置。换句话说，电阻器可以与图6所示等同地连接到下面的耦合电容器2，且保护电容器22(与变压器绕组23并联)可以连接到电力线路。
图7是说明可以应用本发明的实施例的环境的示意图。瑞典专利0203374-4(公开号525006)描述了一种辅助电力系统，该辅助电力系统基于通过耦合电容器从地到高压平台的高频电源。
在这种情况下，使用两个耦合电容器31、32。它们通过接地变压器30、33在每一端相连接，承载50或60Hz的电流到公共中间点。该电流可以以上述相同的方式使用。图7说明连接的示例。
不同类型的半导体器件可以代替此处示出的晶体管。例如，可以使用包括半导体晶闸管、可关断晶闸管或绝缘栅双极晶体管的双向旁路开关。
上面主要参考一些实施例描述了本发明。然而，本领域技术人员容易意识到，不同于上面公开的实施例的其他实施例同样可以处于如所附专利权利要求书所限定的本发明的范围内。
Claims (18)
1.一种电源设备(1)，包括：
第一耦合电容器(2)，布置为在其第一端接地；
变压器(5)，包括初级绕组(15)和次级绕组(16)；
第一整流桥(6)，与所述次级绕组(16)并联连接；以及
能量存储器(7)，负载被布置为与所述能量存储器(7)相连接；
其中所述初级绕组(15)被布置为连接在所述第一耦合电容器(2)的第二端和高压输电线路(10)之间，使得在所述第一耦合电容器(2)的所述第二端和所述高压输电线路(10)之间的所有的电流都流经所述初级绕组；
所述能量存储器(7)布置为通过流经所述第一整流桥(6)的电流充电；以及
所述电源设备(1)还包括旁路装置，用于防止所述负载被过度供电，
其中所述旁路装置包括：
布置为双向旁路电路的受控半导体组件，所述受控半导体组件包括：
与所述初级绕组(15)并联连接的第二整流桥(11)；
集电极和发射极与所述第二整流桥(11)并联连接的第一晶体管(12)；以及
控制器。
2.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述电源设备布置为与线路间具有110kV至800kVrms的额定线路电压的高压输电线路(10)相连接。
3.根据权利要求1或2所述的电源设备，其中所述第一耦合电容器(2)布置为电连接到地。
4.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述能量存储器(7)与所述第一整流桥(6)并联连接。
5.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述控制器布置为连续地控制所述第一晶体管(12)。
6.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述控制器布置为使用占空比接入和断开所述第一晶体管(12)，所述占空比是电网频率的若干周期。
7.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述控制器位于次级绕组侧，且命令信号经由光耦合器从所述控制器传送到所述第一晶体管。
8.根据权利要求1所述的电源设备，还包括过压限制装置，所述过压限制装置与至所述第一晶体管(12)的命令信号无关。
9.根据权利要求8所述的电源设备，其中所述过压限制装置包括齐纳二极管。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的电源设备，还包括：
多个所述变压器(5a，5b)；
其中所述多个变压器(5a，5b)的每一个包括：
初级绕组电路，包括所述初级绕组(15a，15b)、所述第二整流桥(11a，11b)和所述第一晶体管(12a，12b)；以及
次级绕组电路，包括所述次级绕组(16a，16b)、所述第一整流桥(6a，6b)和所述能量存储器(7a，7b)；并且
所述多个变压器(5a，5b)的所有初级绕组(15a，15b)以串联连接的方式连接。
11.根据权利要求10所述的电源设备，还包括：
与以串联连接的方式连接的初级绕组并联连接的保护电容器(22)；
与以并联连接的方式连接的所述保护电容器(22)和以串联连接的方式连接的所述初级绕组串联连接的电阻器(20)；以及
并联连接在所述电阻器(20)和所述保护电容器(22)的串联连接之间的变阻器(21)，且所述保护电容器(22)与以串联连接的方式连接的初级绕组并联连接，
其中所述变阻器连接到所述第一耦合电容器(2)且所述变阻器布置为连接到所述高压输电线路(10)。
12.根据权利要求11所述的电源设备，其中所述电阻器(20)布置为连接到所述高压输电线路(10)且所述保护电容器(22)连接到所述第一耦合电容器(2)。
13.根据权利要求11所述的电源设备，其中所述电阻器(20)连接到所述第一耦合电容器(2)且所述保护电容器(22)布置为连接到所述高压输电线路(10)。
14.根据权利要求1所述的电源设备，还包括：
一个初级绕组电路，包括所述初级绕组(15)、所述第二整流桥(11)和所述第一晶体管(12)；以及
多个次级绕组电路，其中每个次级绕组电路包括所述次级绕组(16a，16b)、所述第一整流桥(6a，6b)和所述能量存储器(7a，7b)；
其中所述初级绕组电路耦合到所述变压器(5’)中的所有所述次级绕组电路。
15.根据权利要求1所述的电源设备，其中所述旁路装置包括：
第二晶体管(13)，其集电极和发射极与所述第一整流桥(6)并联连接；以及
二极管(14)，连接在所述第二晶体管(13)和所述能量存储器(7)之间。
16.根据权利要求1所述的电源设备，还包括第二耦合电容器，且所述第一和第二耦合电容器均经由第二变压器连接到地且经由第三变压器连接到所述初级绕组。
17.根据权利要求1-2,4-9和11-16中任一项所述的电源设备，
其中所述第一耦合电容器的所述第一端连接到地，且所述初级绕组的第二端连接到高压输电线路。
18.一种三相电源设备，包括三个根据权利要求1至17其中任一项所述的电源设备，其中所述三个电源设备的每一个布置为连接到三相中相应一个的输电线路。
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