CN103828218B - 打开高压直流网络的分路开关的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种打开承载电流的分路开关的方法，该开关与高压DC网络的至少一个晶闸管并联，流经该开关的电流的中断在流经该开关的电流的电流零点的时刻被发起。该方法的特征在于，其包括基于由用于测量流经该开关的电流的装置实施的测量，调整该晶闸管的控制角以在一区域中定位出电流零点的步骤，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
Description
技术领域
本发明涉及一种打开高压直流（DC）网络的分路开关的方法。
背景技术
文档WO2007/084041公开了现有技术中高压DC网络的一个示例。那种网络如图1所示。它包括由连接到高压的部分1a和连接到零电位的部分1b组成的双线传输线1。第一变流器2连接到部分1a和部分1b之间的线1的第一端。在与第一端相对的线1的第二端，第二变流器3同样的连接到部分1a和部分1b之间。第一变流器2包括两个串联的晶闸管块4和5，每一个晶闸管块包括三个并联的晶闸管。同样地，第二变流器3包括两个串联的晶闸管块6和7，每一个晶闸管块包括三个并联的晶闸管。具有三个晶闸管的块4、5、6和7的每一个晶闸管与一个不同的相位相关联。每一个晶闸管块有一个与之并联的分路开关，即：
开关8与晶闸管块4并联；
开关9与晶闸管块5并联；
开关10与晶闸管块6并联；以及
开关11与晶闸管块7并联。
变流器2连接到交流（AC）发电网络12而变流器3连接到AC消耗网络13。第一变流器2是一个AC到DC的变流器（整流器）而第二变流器3是一个DC到AC的变流器。
晶闸管块4和5，以及开关8和9，被各自的控制单元14和15控制。晶闸管块6和7，以及开关10和11，被各自的控制单元16和17控制。控制装置18和19控制控制单元14、15、16和17。
倘若系统失效，将晶闸管块（例如，晶闸管块4）短路可被证明是必要的。通过闭合分路开关8，块4的所有晶闸管于是被短路。块6的晶闸管也必须通过闭合分路开关10而同时被短路。这样减少在线1上传输的功率，但是该系统仍然继续在降级模式中操作。当该系统已经被修复时，分路开关8和10需要再次被打开以使得电流流入晶闸管块4和6。
图2和图3描述了打开现有技术的分路开关的现象。图3以更大的尺寸示出了图2的局部。图2和图3的曲线C1示出了流经开关的电流I作为时间的函数，而曲线C2示出了在开关的末端处的电压V作为时间的函数。曲线C1在时刻t0处以及在时刻t0之前的时间具有零值，而曲线C2在在时刻t0处以及在时刻t0之后的时间具有零值。
在打开分路开关的时候，流入开关的电流I被调整到具有零均值。该具有零均值的电流对应于大体上等于90°的晶闸管控制角。如本领域技术人员所知，按照定义，晶闸管控制角的定义是：在施加到晶闸管的势差让其潜在地能够导电（如果被命令这样做的话）的时刻与导通命令在实际上被发给晶闸管的时刻之间的相位差。
对于在时刻ta处给出的开关打开命令，电流在迟于时刻ta的、对应于电流的零交叉点的时刻t0处被中断。在图2和图3中，电流在电流曲线的上升沿被中断。然而该电流也可以在电流曲线的下降沿被中断。
从图2和图3可明显看出，当流经开关的电流被中断时，在很短的一段时间内该开关的端子处会产生高过电压。这是一个问题。开关的端子处的高过电压容易导致损坏硬件（通过刺穿介电件）的电弧的发生（开关击穿）。
本发明可以解决这一问题。
发明内容
本发明提供一种打开承载电流的分路开关的方法，该开关与高压DC网络的至少一个晶闸管并联，流经该开关的电流的中断在流经该开关的电流的电流零点的时刻被发起，该方法的特征在于，其包括基于由用于测量流经该开关的电流的装置实施的测量，调整该晶闸管的控制角以在一区域中定位出电流零点步骤，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
根据本发明的一个附加特征，在打开该开关之前的时段，电流未包括电流零点且具有保持大于开关的截断电流的值的绝对值，打开命令在第一时刻被施加到该开关，以及发起同时调整控制角的步骤以使电流的峰值更接近于零，使得在迟于该第一时刻的第二时刻，该开关的触点被分离至使得该开关能承受恢复电压的大体上预定的距离。
根据本发明的另一个附加特征，在第一时刻发起测量开关的触点之间的距离的步骤，以及在第二时刻发起额外的调整控制角的步骤以定位区域中的电流，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
根据本发明进一步的附加特征，依靠定时器装置发起第二时刻，以及在该第二时刻发起控制角的额外调整的步骤以定位区域中的电流，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
根据本发明进一步的附加特征，当触点之间的距离达到大体上预定的距离时，依靠位置超过指示器发起第二时刻，并且在该第二时刻发起控制角的额外调整的步骤以定位区域中的电流，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
附图说明
根据以下参照附图的描述，本发明的其他特征和优点变得明显，其中：
图1，已经被描述，其示出了现有技术高压DC网络的一个示例；
图2和图3，已经被描述，其示出了打开现有技术的分路开关的现象；
图4示出了本发明的高压DC网络的一个示例；
图5，6以及7A-7C示出了本发明用于打开分路开关的方法；
图8和图9示出了对用于打开分路开关的本发明的方法的一种改进。
在所有附图中，相同的参考标记指代相同的元素。
具体实施方式
图4示出了本发明的高压DC网络的一个示例。
除了图1中示出的元素，本发明的高压DC网络包括测量流经开关8、9、10和11每一者的电流I的电流测量装置M。本发明的高压DC网络进一步包括用于确定所测量的电流的时间导数的装置。在本发明的第一个实现，用于确定所测量的电流的时间导数的装置是根据电流测量结果计算电流的时间导数的控制单元14、15、16和17的计算装置。在本发明的第二个实现，用于确定所测量的电流的时间导数的装置包括所测量的电流流经的罗戈夫斯基线圈(Rogowski coils)。通过感应，罗戈夫斯基线圈产生与电流相对于时间的变化成比例的电压。这些测量结果然后被发送到控制单元14、15、16和17。
图5、图6和图7A-7C示出了本发明用于打开承载电流的分路开关的方法。图6以更大的尺寸示出了图5的局部。图5、图6和图7A-7C的曲线C3示出了流经开关的电流I作为时间的函数，而图5和图6的曲线C4示出了在开关的端子处的电压V作为时间的函数。
流经开关的电流在流经开关的电流的零交叉点处被中断。但是，根据本发明，这里的流经开关的电流的均值不是零。
流经开关的电流I通过测量装置M而被测量，并且电流I的测量被发送到相应的控制单元。基于电流测量信息以及与电流的时间导数相关的信息，控制单元递送修改晶闸管控制角的信号，直到电流在所测量的电流的时间导数是连续函数的区域穿过零且电流的峰值Im的绝对值大体上达到或者略微超过电流零点的测量误差的绝对值。作为时间的函数的电流的变化在零交叉点处设定为可能达到的最低值中的一个值，并且在开关端子处的恢复电压也为低。
图7A-7C示出了调整区域，在该调整区域流经开关的电流被用来根据本发明中断电流。图7A对应于电流测量中没有误差的理想情景，而图7B-7C对应于有测量误差的两种真实情景。
在理想情景下（图7A），电流的峰值Im是零，而零交叉点处的电流的导数在时刻t1处也是零。电流在时刻t1处被中断。
在真实情景下，其中，瞬时电流以±ΔI的精度而被测量，上面提到的关于电流的条件反映了最小电流Im大体上小于-ΔI（见图7B）或略微小于-ΔI（见图7C）的事实。然后，能够确定电流穿过零，而开关在伴随开关末端处的低过电压被打开。
在图5、图6和图7A-7C中，流经开关的电流具有正平均值，而最小电流Im具有大体上等于-ΔI的负值。本发明也涉及流经开关的电流以相反的方向流动并具有负平均值、最大电流IM具有大体上等于+ΔI的正值的情形（未在图中示出）。
图8及图9示出了对用于打开分路开关的本发明的方法的一种改进。图8的曲线C5示出了流经分路开关的电流I作为时间的函数。图9的曲线C6示出了分路开关的触点之间的距离d作为时间的函数。
在给出打开开关的命令之前，流经开关的电流的瞬时值不会穿过零，并且它的绝对值始终保持大于开关的截断电流。打开命令在时刻ta处给出。一旦给出打开命令，开关的触点之间的距离d增加，并且控制角同时被修改以使电流曲线的最小值更接近零。在时刻ta后的时刻tb处，开关的触点之间的距离达到值d0（一个先验值），值d0被认为能够承受电流被中断之后的恢复电压。在时刻tb处，控制角被修改从而使得电流I的绝对值达到小于截断电流的值，从而具有电流的零交叉点，而电流的最小值Im大体上等于或略微少于测量装置M的测量精度-ΔI。开关的打开方法就基本上如上所述而进行。
用于执行对本发明的改进的装置包括距离传感器，或位置超过指示器，或定时器机制。在第一个实施例中（距离传感器），该距离传感器测量开关的触点之间的距离，且时刻tb是所测量的距离到达值d0的时刻，d0在本实施例中是一个预定值。在第二个实施例中（位置超过指示器），在触点分离时移动的部分在触点之间的距离到达值d0的时刻tb处给出信号。在第三个实施例中（定时器机制），时间tb通过由定时器机制应用的时间延迟而定义。在这一实施例中，时间tb是预定的，而值d0是当到达时刻tb时开关的触点之间的距离。值d0在初步测试后被确定以确保触点之间一直有足够的距离。根据对本发明的改进，随后即可顺利地进行打开开关，而无发生电流无意义中断的可能性，而电流无意义中断期间又易发生击穿（击穿总是会牺牲系统正确操作）。
如前所述（见图5和图6），图8所示的对本发明的改进用于电流的平均值是正数而电流最小值是负数且具有大体上等于电流零点测量的精度的振幅。对本发明的改进同样关于这样的情形，在这一情形下电流具有负平均值而电流的最大值是正数且具有大体上等于电流零点测量的误差的振幅。
因此，总的来说，流经开关的电流的零交叉点被定位从而超过零电流的电流峰值大体上等于电流零点测量结果的误差（±ΔI）。
Claims (5)
1.一种打开承载电流的分路开关（8，9，10，11）的方法，该开关与高压DC网络的至少一个晶闸管（4，5，6，7）并联，流经该开关的电流的中断在流经该开关的电流的电流零点的时刻被发起，该方法的特征在于，其包括：
基于由用于测量流经该开关的电流的装置（M）实施的测量，调整该晶闸管的控制角以在一区域中定位出电流零点的步骤，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在打开该开关之前的时段，电流未包括电流零点且具有保持大于开关的截断电流的值的绝对值，打开命令在第一时刻（ta）被施加到该开关，以及发起同时调整控制角的步骤以使电流的峰值更接近于零，使得在迟于该第一时刻的第二时刻（tb），该开关的触点被分离至使得该开关能承受恢复电压的大体上预定的距离（d0）。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，在第一时刻（ta）发起测量开关的触点之间的距离（d）的步骤，以及在第二时刻（tb）发起额外的调整控制角的步骤以定位区域中的电流，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，依靠定时器装置发起第二时刻（tb），以及在该第二时刻（tb）发起控制角的额外调整的步骤以定位区域中的电流，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，当触点之间的距离达到大体上预定的距离（d0）时，依靠位置超过指示器发起第二时刻（tb），并且在该第二时刻（tb）发起控制角的额外调整的步骤以定位区域中的电流，在该区域中所测量的电流的时间导数是连续函数且所测量的电流的峰值的绝对值大体上等于电流零点的测量误差的绝对值。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170215 |