CN105027402B - 用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统和方法 - Google Patents
用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及用于对基于晶闸管的阀(19)进行控制的门极驱动单元的能量传输系统和方法。该系统包括位于所述阀的主电流路径中的至少一个电流变换器(22)。
Description
技术领域
本发明涉及用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统和方法，尤其涉及FACTS(《柔性交流输电系统》)。本发明的领域是与基于晶闸管的阀设计有关的电力电子领域。
背景技术
在该领域中，HVDC(高压直流输电)和FACTS都使用电力电子变换器进行电力变换和电力品质控制。数十年来，大功率晶闸管一直用作HVDC和FACTS变换器中的主要部件，并且目前仍然在被进一步开发以用于更高的额定功率。与专门设计的辅助机械系统和电子系统一起串行连接的晶闸管构成了所谓的晶闸管阀，该晶闸管阀形成HVDC和FACTS变换器。
FACTS晶闸管阀为工业市场和公用事业市场服务。这种应用可能需要两种不同的分支拓扑结构：TCR(晶闸管受控电抗器)和TSC(晶闸管开关电容器)。基于开关(打开和关闭)原理，针对每个晶闸管级上的门极驱动单元中的每个单元，TCR和TSC拓扑结构可能需要不同的能量传输系统。以下是将能量或电源提供给门极驱动单元的关键方法。
·来自主电源电路：
a.利用缓冲拾取方法论使用在晶闸管关断状态期间穿过阻尼/分级电路的电压的方法；
b.使用经由暴露于双向AC电流波形的电流变换器的主电源电路中的电流的方法；
·来自地面：
a.经由如图1所示的高压隔离变压器而磁性实现的方法；
b.经由激光和光纤的光学方法。
如图1所示，由已知的地面电源供给方法论示出的能量传输系统包括以下组件：
-晶闸管10，具有门极驱动单元11，
-两个感应线圈14，
-基于地面的逆变器13(《地面电源供给》或者GLPS)，
-高压隔离变压器12。
最后这两个组件12和13具有以下缺陷：
-它们体积非常庞大，因此增加了阀的总尺寸，且迫使阀厅的尺寸也要大。基于地面的逆变器庞大、复杂并且设计有必然的电压不可靠方案。生产这样的设备昂贵且阀厅内需要有大量的地产空间。此外，地面电源供给系统通常位于与晶闸管阀极为靠近的地板平面上。任何重大的冷却液泄漏都将导致特定的晶闸管分支关断。
-它们是整体上反映SVC(静态无功补偿器)系统的可靠性和可用性的关键组件。为了实现期望的可靠性和长寿性，它们被设计成具有高水平的额定裕度(rating margins)。这个事实直接反映在它们非常高的生产成本上，并且需要维护。
-逆变器13作为直接影响系统可靠性的有源装置，被设计成具有非常昂贵的磁性组件，因此进一步抬高了整个系统的成本。
因此，这种用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的电流能量传输系统是昂贵的，难以维护且难以测试。
本发明的目的是提供一种能够消除上述缺陷的、用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统。
发明内容
本发明涉及一种用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统，其特征在于，所述能量传输系统包括位于所述阀的主电流路径中的至少一个电流变换器。
有利地，所述基于晶闸管的阀包括一堆组件，该一堆组件为：
-层叠的散热器，
-晶闸管，以及
-电流变换器线圈，
该一堆组件被布置在支承结构中，并且配有馈送线。
在一优选实施例中，所述基于晶闸管的阀为FACTS阀。
有利地，每个电流变换器线圈均合并在改进的晶闸管散热器中。
有利地，晶闸管阀级上的每个晶闸管都被指定了单独的电流变换器线圈。
本发明还涉及一种用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输方法，其特征在于，从位于所述阀的主电流路径中的至少一个电流变换器来完成能量收集。
有利地，还使用缓冲拾取能量传输方法。
有利地，本发明的能量传输方法被积极地用在晶闸管阀的两种操作状态中：
-耐压：所述晶闸管处于与导通状态相反的关断状态，并且没有电流流经所述阀的主电路和所述晶闸管时，使用所述缓冲拾取能量传输方法。
-导通的晶闸管：所述晶闸管处于导通状态，电流流经所述晶闸管和整个所述阀时，放置在所述主电流中的所述电流变换器产生能量，该能量被提供给所述门极驱动单元。
本发明系统具有以下优势：
无源电流变换器线圈没有耐高压需求。该无源电流变换器线圈位于与晶闸管阴极电位靠近的位置。与当前的地面电源设计不同，本发明系统不需要任何相关的地面设备。此外，本发明系统便宜、易于制造且非常可靠。
此外，作为无源装置的电流变换器线圈给系统带来了非常高的可靠性和可用性。本发明方法不需要额外的地面处的设备，继而淘汰了非常昂贵的高压变压器和地面电源。与当前使用的方法相比，本发明系统的生产成本微不足道。
本发明加强了基于晶闸管的阀的供应。由于可靠性提高、无需维护以及性价比非常高，能量传输系统阀在FACTS市场上变得更加具有竞争力。根据对单向电流变换器线圈拾取的使用的初步概念性测试，本发明方法用在最终产品阀中是完全可行的。
附图说明
图1示出了现有技术装置。
图2示出了本发明系统。
图3A和图3B示出了电流变换器。
具体实施方式
在电力工程和电力输送领域,SVC(静态无功补偿器)用于工业和公共设施应用中以增加配电线和输送线上的电力品质因数。这种装置的关键部件是晶闸管阀，该晶闸管阀由以下部件组成：
-一堆层叠的散热器和晶闸管集合，包含：
·晶闸管，其为硅器件，使得流经所述晶闸管阀的电流能够得以控制，
·散热器，其为机械装置，使得所述晶闸管上的热量能够得以去除，由传导和切换损耗来驱动，因此能够在大范围的电压和电流内来操作所述晶闸管阀，
-作为缓冲电路的辅助电路、门极驱动、门极驱动能量传输系统使得能够在具体的应用范围内可靠地控制所述晶闸管阀。
因此，所述晶闸管阀由层叠的一堆晶闸管和散热器构建而成，该晶闸管封装在冰球(或者碟)式的封装体中。在堆组装件(stack assembly)中可以使用以这种形状因数封装的任何其他的硅器件，例如：整流二极管、双向晶闸管、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、三端双向可控硅器件。
如图2所示，本发明系统包括晶闸管阀19，该晶闸管阀19特别具有一堆组件，该一堆组件为：
-层叠的散热器20，
-晶闸管21，
-以及电流变换器22，
该一堆组件被布置在支承结构23中，并且配有馈送线24。
本发明提出了一种基于放置在主电路电流的路径中的如图3A和图3B所示的无源电流变换器线圈22的线圈方法论。
本发明在于，当晶闸管处于导通状态的时候，通过收集来自主电流路径的能量来对当前使用的缓冲拾取能量传输系统进行优化。根据基本的晶闸管阀操作原理，在阀处于操作状态时，一直有一个情况存在：电压穿过晶闸管级或者电流通过晶闸管级。
下文描述在经典的缓冲拾取的协助下使用电流变换器拾取线圈的基本原理。基于晶闸管装置来设计晶闸管阀。本发明被积极地用于所述晶闸管的两种操作状态中：
1、耐压：所述晶闸管处于与导通状态相反的关断状态，没有电流流经所述晶闸管和所述阀的主电路，然而，在每个晶闸管级的两端存在电压，这是能够使用经典的缓冲拾取方法时的状态。
2、导通的晶闸管：所述晶闸管为开启状态，即导通状态。电流流经所述晶闸管和整个所述阀。然而，在这种状态下，所述晶闸管的两端没有明显的电压存在。在级的两端没有明显电压的情况下，经典的缓冲拾取不能产生用于门极驱动系统的能量。然而，放置在所述主电流中的电流变换器产生能量，该能量可以提供给门极驱动单元。
在操作过程中，所述基于晶闸管的阀可以仅处于两种状态：以级的两端存在电压进行的阻断，以及以流经晶闸管和关联结构的电流进行的导通。在电流的路径中添加无源的线圈电流变换器给晶闸管级上的门极驱动提供了单独的能量源。可以将电流变换器线圈合并到改良的晶闸管散热器中。可以为晶闸管阀级上的每个晶闸管指定单独的电流变换器线圈。
图2示出了将所采用的本发明电流变换器线圈拾取应用到当前使用和制造的晶闸管阀堆组装件。电流变换器拾取线圈放置在晶闸管阴极电位处的散热器上的每级上。电流变换器线圈仅包括两个主要部件：磁芯和缆芯线，例如铜线，该电流变换器线圈呈现了非常可靠、免维护且价格划算的方案。放置在晶闸管阴极电位上的电流变换器线圈完全消除了对非常昂贵的高压隔离材料的需求。
本发明是可供选择的一种既可从主电流路径也可从晶闸管级两端的电压取得能量的方式。本发明的关键要素是在主电路中应用电流变换器，但只暴露于单向的电流波形。并且，这也是创新，因为电流变换器线圈通常用在全波形交流电路中。
Claims (9)
1.一种用于对基于晶闸管的阀(19)进行控制的门极驱动单元的能量传输系统，其中，所述基于晶闸管的阀包括一堆组件，所述一堆组件位于所述阀的主流路径中，并且所述一堆组件被布置在支承结构(23)中，并且配有馈送线(24)，每一层组件包括：
一层散热器，设置在一晶闸管和一电流变换器之间，其中，所述晶闸管封装在冰球式的封装体中，以及所述电流变换器线圈放置在所述晶闸管阴极电位处。
2.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，所述基于晶闸管的阀为FACTS阀。
3.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，每个电流变换器线圈均合并在改进的晶闸管散热器中。
4.根据权利要求1所述的能量传输系统，其中，晶闸管阀级上的每个晶闸管都被指定了单独的电流变换器线圈。
5.一种能量传输方法，用于操作根据权利要求1所述的用于对基于晶闸管的阀进行控制的门极驱动单元的能量传输系统，其中，从位于所述阀的主电流路径中的至少一个电流变换器来完成能量收集。
6.根据权利要求5所述的能量传输方法，其中，还使用缓冲拾取能量传输方法。
7.根据权利要求6所述的能量传输方法，所述能量传输方法被积极地用在晶闸管阀的两种操作状态中。
8.根据权利要求7所述的能量传输方法，其中，当所述晶闸管处于与导通状态相反的关断状态，并且没有电流流经所述阀的主电路和所述晶闸管时，使用所述缓冲拾取能量传输方法。
9.根据权利要求7所述的能量传输方法，其中，当所述晶闸管处于导通状态，电流流经所述晶闸管和整个所述阀时，放置在所述主电流中的所述电流变换器产生能量，所述能量被提供给所述门极驱动单元。
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| EP3931959B1 (en) * | 2019-02-27 | 2023-04-05 | Hitachi Energy Switzerland AG | Buck-boost converter cell for modilar multilevel converter |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3928775A (en) * | 1974-06-20 | 1975-12-23 | Gen Electric | Turn-off circuit for gate turn-off thyristors and transistors using snubber energy |
| US4274135A (en) * | 1979-01-26 | 1981-06-16 | Westinghouse Electric Corp. | Gating circuit for high voltage thyristor strings |
| WO1998011767A1 (en) * | 1996-09-16 | 1998-03-19 | Abb Power T & D Company Inc. | Solid state switching device arrangement for silicon transfer switch |
| CN102612799A (zh) * | 2009-10-05 | 2012-07-25 | 阿尔斯通电网有限公司 | 转换电感性负载 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4434376A (en) | 1979-07-23 | 1984-02-28 | Electric Power Research Institute, Inc. | Method and means for damping subsynchronous oscillations and DC offset in an AC power system |
| DE3123034A1 (de) * | 1981-06-10 | 1983-01-05 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Ansteuerschaltung fuer einen thyristor |
| US4451777A (en) | 1981-09-10 | 1984-05-29 | Westinghouse Electric Corp. | Static VAR generation for transmission line compensation |
| US6442051B1 (en) * | 2000-10-31 | 2002-08-27 | General Electric Company | Full thyristor bridge circuit with free wheeling diode for de-excitation control and stability sensing |
-
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3928775A (en) * | 1974-06-20 | 1975-12-23 | Gen Electric | Turn-off circuit for gate turn-off thyristors and transistors using snubber energy |
| US4274135A (en) * | 1979-01-26 | 1981-06-16 | Westinghouse Electric Corp. | Gating circuit for high voltage thyristor strings |
| WO1998011767A1 (en) * | 1996-09-16 | 1998-03-19 | Abb Power T & D Company Inc. | Solid state switching device arrangement for silicon transfer switch |
| CN102612799A (zh) * | 2009-10-05 | 2012-07-25 | 阿尔斯通电网有限公司 | 转换电感性负载 |
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