CN110168884A

CN110168884A - 线路换向转换器中的或与其有关的改进

Info

Publication number: CN110168884A
Application number: CN201780075838.9A
Authority: CN
Inventors: X.佘; C.D.巴克; C.C.戴维森
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2016-12-07
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-08-23
Also published as: WO2018104434A1; US20200067420A1; EP3334023A1

Abstract

在高压直流（HVDC）功率传输领域中，线路换向转换器（10）包含在第一与第二DC端子（16、18）之间延伸的多个转换器分支（12A、12B、12C）。每个转换器分支（12A、12B、12C）包含由AC端子（26）分开的第一和第二分支部分（22、24）。第一分支部分（22）一起定义第一分支部分群组（28），并且第二分支部分（24）一起定义第二分支部分群组（30）。每个分支部分（22、24）包含采用闭锁装置（34）形式的至少一个开关元件（32）。每个闭锁装置（34）配置成在它被正向偏置并且它接收接通信号时接通并且传导电流，在它被反向偏置并且流过它的电流下降到零时自然关断并且不再传导电流，以及在它接收关断信号时主动关断并且阻止电流流过它。线路换向转换器（10）还包含被编程成控制闭锁装置（34）的开关的控制单元（38）。控制单元（38）在正常操作条件期间，连续向在第一分支部分群组（28）或第二分支部分群组（30）之一中相应一对第一和第二闭锁装置（34）中的第一闭锁装置（34）发送接通信号，借此第一闭锁装置（34）接通并且开始传导电流，同时流过第二闭锁装置（34）的电流开始下降到零，并且第二闭锁装置准备自然关断。如果发生异常操作条件，控制单元（38）便向经历流过其的异常电流的该或每个闭锁装置（34）发送关断信号，以主动将它关断并且阻止电流流过它。

Description

线路换向转换器中的或与其有关的改进

本发明涉及线路换向转换器。

常规线路换向转换器使用只能够由控制信号接通（不关断）的开关元件。此类线路换向转换器因此依赖转换器在使用中被连接到的AC网络的线路电压以实现从一个开关元件到其邻居的换向。更具体地说，开关元件在反向偏置它们并且促使流过它们的电流下降到零的关联AC网络的影响下自然换向，即自然关断并且不再传导电流。

根据本发明的一方面，提供一种在高压DC功率传输中使用的线路换向转换器，包括：

在第一与第二DC端子之间延伸的多个转换器分支，每个转换器分支包含由AC端子分开的第一和第二分支部分，第一分支部分一起定义第一分支部分群组，并且第二分支部分一起定义第二分支部分群组，每个分支部分包含采用闭锁装置形式的至少一个开关元件，每个闭锁装置配置成在它被正向偏置并且它接收接通信号时接通和传导电流，在它被反向偏置并且流过它的电流下降到零时自然关断并且不再传导电流，以及在它接收关断信号时主动关断并且阻止电流流过它；以及

控制单元，被编程成控制闭锁装置的开关，控制单元在正常操作条件期间，连续向在第一分支部分群组或第二分支部分群组之一中相应一对第一和第二闭锁装置中的第一闭锁装置发送接通信号，借此第一闭锁装置接通并且开始传导电流，同时流过第二闭锁装置的所述电流开始下降到零，并且第二闭锁装置准备自然关断，以及如果发生异常操作条件，控制单元便向经历流过其的异常电流的该或每个闭锁装置发送关断信号，以主动将它关断并且阻止电流流过它。

允许每个第二闭锁装置在正常操作条件期间在连续操作循环期间自然关断，这允许在本发明的线路换向转换器在使用中关联到的AC网络的固有电感中存储的能量类似地自然消散。

同时，在异常操作条件发生以及给定闭锁装置经历流过其的异常电流时主动关断所述给定闭锁装置并且由此阻止电流流过它的能力保护了第二闭锁装置免受高且潜在破坏性的峰值电流。

优选的是，闭锁装置的一个或多个是或者包含气体管。

现代气体管能在适当条件下自然关断，但也能例如在异常操作条件发生时的紧急情况下在接收关断信息时主动关断。

一个或多个闭锁装置经历的异常电流可以是电流的意外增大。

在本发明的优选实施例中，异常电流是由跨另外的闭锁装置发生的短路故障造成的。

在本发明的另一优选实施例中，异常电流是由在第一与第二DC端子之间的短路故障造成的。

可选的是，一个或多个闭锁装置经历的异常电流是通常电流不应流动时电流的流动。

在本发明的又一优选实施例中，异常电流是由经历所述异常电流的该或每个闭锁装置中的换向失败造成的，借此它未能适当地自然关断。

控制单元响应于上面提及类型的短路故障或换向失败，控制经历流过其的异常电流的一个或多个闭锁装置的主动关断的能力期望地允许本发明的线路换向转换器来处理结果异常操作条件，并且之后恢复正常操作，例如不需要操作保护性电路断路器以隔离转换器和这将要求的功率传递的伴随中断。

可选地，在经历流过其的异常电流的该或每个闭锁装置的随后操作循环期间，控制单元被编程成允许另一尝试自然关断该或每个所述闭锁装置。

控制单元的此类编程通过一定程度的备份操作，提供了阻止该或每个所述闭锁装置重复暴露到高峰值电流和紧张的电压尖峰以及限制该或每个所述闭锁装置的温度增大的程度的机会。

优选的是，每个分支部分包含电流检测器以识别异常电流。

此类特征期望地帮助控制单元确定何时异常操作条件已发生，并且一个或多个闭锁装置因此经历流过其的异常电流。

在本发明的又一优选实施例中，一个或多个分支部分另外包含跨其中的该或每个开关元件并联电连接的电涌放电器。

此类电涌放电器的包含提供了在控制单元必须发送关断信号到给定闭锁装置，并且电流被阻止流过其的情况下（例如在紧急情况下）消散在关联AC网络的固有电感中存储的任何能量的方便且可靠的方式。在此方面，电涌放电器具有杰出的瞬态能量吸收能力，其能消散用于单发事件的能量，诸如本文中提及的异常电流。然而，电涌放电器不是很适合持续吸收和消散能量，并且因此将不能处理在转换器的每个操作循环期间吸收和消散能量，例如以便管理其中存储的能量。

现在下面是作为非限制性示例，参照以下附图的本发明的优选实施例的简要描述，其中：

图1示出根据本发明的实施例的线路换向转换器的示意视图；

图2（a）和2（b）图示了在正常操作条件期间在图1中示出的线路换向转换器的操作；

图3（a）和3（b）图示了在由于跨所述转换器内闭锁装置发生的短路故障而发生异常电流的情况下在图1中示出的线路换向转换器的操作；以及

图3（c）示出结合图3（a）和3（b）提及的闭锁装置能以其它方式另外被重复暴露到的高峰值电流、紧张的电压尖峰和增大的温度。

根据本发明的第一实施例的线路换向转换器一般由附图标记10指示，如图1中所示出的。

线路换向转换器10包含三个转换器分支12A、12B、12C，每个分支对应于转换器10在使用中与其操作性地连接的AC网络14的相应相A、B、C。本发明的其它实施例可根据在关联AC网络中包含的相称数量的相，包含少于或多于三个的转换器分支。

每个转换器分支12A、12B、12C在第一与第二DC端子16、18之间延伸，DC端子在使用中与DC网络20操作性地连接。每个转换器分支12A、12B、12C也包含由对应AC端子26分开的第一和第二分支部分22、24。第一分支部分22一起定义第一分支部分群组28，并且第二分支部分24一起定义第二分支部分群组30。

在示出的实施例中，每个分支部分22、24包含采用闭锁装置34形式的单个开关元件32，尽管更多开关元件可以可选地被包括在每个分支部分22、24中。每个闭锁装置34是气体管36，尽管诸如集成栅极换向晶闸管（IGCT）之类的其它闭锁装置也可被使用。以前述方式，转换器10包含第一、第二、第三、第四、第五和第六气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶。

每个闭锁装置34（即每个气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）配置成：

（i）在它被正向偏置并且它接收接通信号时接通并且传导电流；

（ii）在它被反向偏置并且流过它的电流下降到零时自然关断并且不再传导电流，以及

（iii）在它接收关断信号时主动关断并且阻止电流流过它。

除前面所述外，转换器10包含被编程成控制闭锁装置34（即，气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）的开关的控制单元38。

此外，每个分支部分22、24包含能进行识别何时电流在流过对应第一或第二分支部分22、24以及确立流过其的电流的电平两者的电流检测器40。

每个分支部分22、24进一步包含电涌放电器42，其跨对应开关元件32（即对应气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）被并联连接。

在使用中，在正常操作条件期间，控制单元38连续向在第一分支部分群组28或第二分支部分群组30之一中相应一对第一和第二闭锁装置34（即相应一对第一和第二气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）中的第一闭锁装置34（即，第一气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）发送接通信号，借此第一闭锁装置34（即第一气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）接通并且开始传导电流，同时流过第二闭锁装置34（即第二气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）的电流开始下降到零，并且第二闭锁装置34（即，第二气体管36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）准备自然关断。

此类控制通过示例，相对于图2（a）和2（b）中的第一和第三气体管36¹、36³被图示。

最初第一分支部分群组28中的第一气体管36¹和第二分支部分群组30中的第二气体管36²串联连接AC网络14的相A、C的两个与DC端子16、18，如图2（a）中所示出的。

相应地，第一气体管气体管36¹能够被视为在第一分支部分群组28中相应一对44第一和第二闭锁装置34中的第二闭锁装置34，其中第三气体管36³在此示例中被视为在所述对44内的第一闭锁装置34。

控制单元38随后向第三气体管气体管36³发送接通信号，借此第三气体管36³接通并且开始传导电流，同时流过第二闭锁装置34（即第一气体管36¹）的电流开始下降到零，并且第一气体管36¹准备自然关断，如图2（b）中所示出的。

此类步骤在继续的正常操作条件期间被重复进行，例如以将经由在第二分支部分群组30中的第二气体管36²的连接转变到其中的第四气体管36⁴等等。

如果发生异常操作条件，控制单元38被编程成向经历流过其的异常电流的该或每个闭锁装置34发送关断信号，以主动将它关断并且阻止电流流过它。

作为示例，图3（a）图示了在异常电流是由跨另外的闭锁装置34（例如跨在第一分支部分群组28中的第一气体管36¹）发生的短路故障46造成时的情况。

作为发生此类短路故障46的结果，相同第一分支部分群组28内当时在传导电流的闭锁装置34（例如第三气体管36³）经历电流的意外急剧增大形式的异常电流。在示出的实施例中，电流的此意外增大例如因为流动的电流的幅值超过过电流阈值而由在对应分支部分22内的电流检测器40识别，并且被报告给控制单元38。

在本发明的其它实施例中，通过气体管的电流的意外增大可转而由在监视AC和DC网络中电流的相应电平的差分保护方案识别。它也可例如由其中的电流检测器从在意外位置中（即在其中上面提及的短路已发生的分支部分内）的电流的流动的识别来推断。

控制单元38由此知道异常操作条件已发生，并且第三气体管36³正经历流过其的异常电流（即流过其的电流的意外增大），并且因此控制单元38发送关断信号到第三气体管36³以主动将它关断48并且阻止电流流过它。

此类步骤将否则将继续流过第三气体管36³的故障电流转移进与第三气体管36³在相同第一分支部分22内的对应电涌放电器42，该电涌放电器吸收50并且由此停止故障电流，如图3（b）中所示出的。

这样，第三气体管36³被保护免于它否则将已被暴露到的高并且潜在破坏性的峰值电流52，也如图3（b）中所示出的。

通过一定程度的另外的备份保护，控制单元38被编程成允许在第三气体管36³（即经历流过其的电流的异常流动的闭锁装置34）的随后操作循环期间，允许另一尝试54自然关断第三气体管36³。这提供了阻止第三气体管36³重复暴露到高峰值电流52和紧张的电压尖峰56以及限制第三气体管36³的温度58增大的程度（可能以其它方式发生的问题，如通过图3（c）中的示例所示出）的机会。

控制单元38也可被编程成如果转换器10的总体控制不能对短路故障46的发生足够快地作出反应，使得第五气体管36⁵未被阻止接通，并且因此在它确实接通时经历与第三气体管36³相同的电流的意外增大，则发送关断信号到第五气体管36⁵。

在转换器10的第一与第二DC端子16、18之间发生短路故障的情况下（例如因为关联DC功率传输线已经历故障），若干闭锁装置34也可经历电流的意外增大形式的异常电流。

例如，在第一与第二DC端子16、18之间发生短路故障的情况下，例如如图2（a）中所示出的第一和第二气体管36¹、36²或如图2（b）中所示出的第一、第二和第三气体管36¹、36²、36³的在当时传导电流的两个闭锁装置34的每个经历电流的意外增大。

在发生此类异常操作条件的情况下，控制单元38被编程成向每个受影响的闭锁装置34（即经历电流的意外增大的每个气体管36¹、36²、36³）发送关断信号，以主动将其关断并且由此快速抑制DC故障电流。

控制单元38也被编程成在其中它经历在电流通常不应是在流动时电流的流动形式的电流的异常流动的情况下（诸如由闭锁装置34中的换向失败造成，借此它未能适当地自然关断），发送关断信号到闭锁装置34。

如果第二闭锁装置34被反向偏置不够长的时间，则此类换向失败（即第二闭锁装置34不能保持正向阻断）可能发生。

更具体地说，并且作为示例简要参照图2（b），控制单元38已发送接通信号到第三气体管36³，借此第三气体管36³接通并且开始传导电流，同时在第一气体管36¹准备自然关断时，流过第一气体管36¹的电流开始下降到零。

然而，第一气体管36¹的换向失败（即第一气体管36¹未能自然关断）导致电流在它通常不应流过第一气体管36¹时流过第一气体管36¹。

此类异常电流由对应电流检测器40识别，并且被报告给控制单元38，其随后发送关断信号到第一气体管36¹以主动将它关断，并且阻止电流不想要地流过它。

Claims

1.一种在高压DC功率传输中使用的线路换向转换器（10），包括：

在第一与第二DC端子（16、18）之间延伸的多个转换器分支（12A、12B、12C），每个转换器分支（12A、12B、12C）包含由AC端子（26）分开的第一和第二分支部分（22、24），所述第一分支部分（22）一起定义第一分支部分群组（28），并且所述第二分支部分（24）一起定义第二分支部分群组（30），每个分支部分（22、24）包含采用闭锁装置（34）形式的至少一个开关元件（32），每个闭锁装置（34）配置成在它被正向偏置并且它接收接通信号时接通并且传导电流，在它被反向偏置并且流过它的电流下降到零时自然关断并且不再传导电流，以及在它接收关断信号时主动关断并且阻止电流流过它；以及

被编程成控制所述闭锁装置（34）的开关的控制单元（38），所述控制单元（38）在正常操作条件期间，连续向在所述第一分支部分群组（28）或所述第二分支部分群组（30）之一中相应一对第一和第二闭锁装置（34）中的第一闭锁装置（34）发送接通信号，借此所述第一闭锁装置（34）接通并且开始传导电流，同时流过所述第二闭锁装置（34）的所述电流开始下降到零，并且所述第二闭锁装置准备自然关断，以及如果发生异常操作条件，所述控制单元（38）便向经历流过其的异常电流的所述或每个闭锁装置（34）发送关断信号，以主动将它关断并且阻止电流流过它。

2.根据权利要求1所述的线路换向转换器（10），其中所述闭锁装置（34）的一个或多个是或者包含气体管（36¹、36²、36³、36⁴、36⁵、36⁶）。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的线路换向转换器（10），其中一个或多个闭锁装置（34）经历的所述异常电流是电流的意外增大。

4.根据权利要求3所述的线路换向转换器（10），其中所述异常电流是由跨另外的闭锁装置（34）发生的短路故障（46）造成的。

5.根据权利要求3所述的线路换向转换器（10），其中所述异常电流是由在所述第一与第二DC端子（16、18）之间的短路故障造成的。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的线路换向转换器（10），其中一个或多个闭锁装置（34）经历的所述异常电流是通常电流不应流动时电流的流动。

7.根据权利要求6所述的线路换向转换器（10），其中所述异常电流是由经历所述异常电流的所述或每个闭锁装置（34）中的换向失败造成的，借此它未能适当地自然关断。

8.根据前面权利要求任一项所述的线路换向转换器（10），其中在经历流过其的异常电流的所述或每个闭锁装置（34）的随后操作循环期间，所述控制单元（38）被编程成允许另一尝试自然关断所述或每个所述闭锁装置（34）。

9.根据前面权利要求任一项所述的线路换向转换器（10），其中每个分支部分（22、24）包含电流检测器（40）以识别异常电流。

10.根据前面权利要求任一项所述的线路换向转换器（10），其中一个或多个分支部分（22、24）另外包含跨其中的所述或每个开关元件（32）并联电连接的电涌放电器（42）。