CN206461530U - 换向电路，电力转换器，和具有电力转换器的布置 - Google Patents

换向电路，电力转换器，和具有电力转换器的布置 Download PDF

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Abstract

本实用新型涉及一种换向电路，电力转换器，和具有电力转换器的布置，具有：第一开关装置(207)，借助其能够将电力转换器电桥接；以及电路部分(217)，用于限制在第一开关装置(207)上出现的电压的相对于时间的电压改变的大小。

Description

换向电路，电力转换器，和具有电力转换器的布置
技术领域
本实用新型涉及一种用于电力转换器的换向电路。
背景技术
对于对电力转换器进行维修的情况，经常设置低欧姆的旁路电流路径(桥接电流路径)。该旁路电流路径用于桥接停止运行的电力转换器并且传导运行电流。因此，能够对电力转换器进行维修，并且电力转换器被置入其中的其余设施继续保持运行。这在电力转换器串联电连接于其中的设施中、例如在HVDC系统(HVDC＝High Voltage Direct Current(高压直流))特别有利。
当要将停止运行的电力转换器在设施运行期间再次接入时，则需要将运行电流再次从桥接电流路径换向回电力转换器中(即电力转换器路径上)。为此，在HVDC应用中，已知一种被称为MRTB(Metallic Return Transfer Breaker，金属回路转换断路器)的专门的换向电路。这种专门的换向电路包含一个振荡回路，其产生逐渐增加的电流振荡。这种逐渐增加的电流振荡使得在SF6开关中产生人为的电流过零点。这种专门的换向电路在技术上非常复杂并且昂贵。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是，提供一种换向电路，利用其，能够简单并且可靠地将运行电流从桥接电流路径换向到电力转换器中。
根据本实用新型，上述技术问题通过根据本实用新型的换向电路来解决。给出了换向电路的有利构造。
公开了一种用于电力转换器的换向电路，具有：第一开关装置，借助其能够将电力转换器电桥接；以及电路部分，用于限制在第一开关装置上(特别是在断开第一开关装置时)出现的电压的相对于时间的电压改变的大小。在此，通过该电路部分，以有利的方式限制相对于时间的电压改变(电压的上升速度、电压的时间上的上升速率)。由此，使在切断电流时可能在第一开关装置中出现的电弧熄灭，由此在第一开关装置中确保电流过零点的出现。
换向电路可以被设计为，电路部分具有能量存储器、特别是电容器。能量存储器、特别是电容器是特别简单的用于限制相对于时间的电压改变的大小的可能性。
换向电路还可以被设计为，电路部分具有过电压放电器，其保护能量存储器、特别是电容器免受过电压。过电压放电器限制施加在能量存储器上的电压、特别是施加在电容器上的电压。由此可以使用具有相对低的耐压强度的能量存储器或电容器，其能够以低成本获得并且具有小的结构尺寸。
换向电路可以被设计为，电力转换器是整流器、特别是三相整流器。例如整流器可以是二极管整流器。由此，该换向电路可以有利地在HVDC系统中使用。
换向电路还可以被设计为，第一开关装置与电力转换器的第一直流电压接线端并且与电力转换器的第二直流电压接线端连接。由此借助第一开关装置将电力转换器桥接。
换向电路可以被实现为，第一开关装置和电路部分形成并联电路。由此能够以特别简单的方式实现电流从第一开关装置到电路部分中的换向。
换向电路还可以被设计为，与所述并联电路电串联地布置有第二开关装置。第二开关装置与该并联电路的串联连接提高了整个电路的耐压强度。
换向电路还可以被设计为，第一开关装置和/或第二开关装置具有机械开关、特别是真空开关(例如真空开关管)。借助机械开关，能够简单地以低成本构造换向电路。特别是，使用真空开关是有利的，因为真空开关在实现电流过零点之后，具有非常良好的介电再固化性能(dielektrische Wiederverfestigungseigenschaften)。
换向电路还可以被构造为，第二开关装置具有由多个机械开关构成的串联电路。由此，再次使整个电路的耐压强度增大。
换向电路可以被构造为，第一开关装置与电力转换器的第一直流电压接线端连接，并且第二开关装置与电力转换器的第二直流电压接线端连接。这使得能够将电力转换器电桥接。
还公开了一种电力转换器，具有根据前面描述的变形方案中的任一项所述的换向电路。
同样公开了一种布置，具有多个电力转换器，其分别具有根据前面描述的变形方案中的任一项所述的换向电路，并且其中，电力转换器串联电连接。
换向到电路部分中的电流对能量存储器、特别是电容器充电，并且
基于随着时间增大的能量存储器的电压，特别是基于随着时间增大的电容器电压，将电流从电路部分换向到电力转换器中。电容器电压在此用作换向电压，其将电流驱动到电力转换器路径中(也就是说，通过电力转换器)。
能量存储器的电压(即在能量存储器上出现的电压)的大小、特别是电容器电压的大小被限制到电压最大值。由此，能够以有利的方式使用具有相对低的耐压强度的能量存储器、特别是电容器。这样的能量存储器或电容器能够以低廉的价格获得并且具有小的结构形状。在此，电压最大值大于将电流从电路部分换向到电力转换器中所需的换向电压。特别是可以借助过电压放电器限制该电压的大小。
电流首先流过由闭合的第一开关装置和闭合的第二开关装置构成的串联电路，并且
在将电流换向到电力转换器中之后，将第二开关装置断开。由于该串联电路，可以实现整个电路的特别高的耐压强度。
附图说明
下面，根据实施例详细说明本实用新型。为此，
在图1中示意性地示出了由分别具有换向电路的多个电力转换器构成的串联电路的实施例，
在图2中详细示出了具有换向电路的电力转换器的实施例，
在图3中详细示出了具有换向电路的电力转换器的另一个实施例，以及
在图4中详细示出了具有换向电路的电力转换器的另一个实施例。
具体实施方式
在图1中示例性地示出了电气设施1中的一部分，其例如用于借助高压直流传输将风电场连接到能量传输网络。该电气设施1包括具有交流电压接线端5、第一直流电压接线端6和第二直流电压接线端7的第一电力转换器3。第一换向电路8与第一电力转换器3并联电连接。第一直流电压接线端6与第一连接点9电连接；第二直流电压接线端7与第二连接点10电连接。由此，呈现具有第一电力转换器3和第一换向电路8的电力转换器模块。
在图1中示出了由第一电力转换器3、第二电力转换器13和第三电力转换器23构成的串联电路。与第一电力转换器3相同，第二电力转换器13具有交流电压接线端15、第一直流电压接线端16和第二直流电压接线端17。第二换向电路18与第二电力转换器13并联电连接。第一直流电压接线端16与第二连接点10电连接，第二直流电压接线端17与第三连接点20电连接。
以相同的方式，第三电力转换器23具有交流电压接线端15、第一直流电压接线端26和第二直流电压接线端27。第三换向电路28与第三电力转换器23并联电连接。第三电力转换器23的第一直流电压接线端26与第三连接点20电连接，第三电力转换器23的第二直流电压接线端27与第四连接点30电连接。
具有另外的换向电路的另外的电力转换器还可以与所示出的电力转换器串联电连接。第一电力转换器3、第二电力转换器13和第三电力转换器23在本实施例中是整流器、例如是二极管整流器。这些整流器由经由各个交流电压接线端5,15,25馈送的三相交流电流产生直流电流。该直流电流输出到第一直流电压接线端6,16,26和第二直流电压接线端7,17,27。电力转换器可以分别具有与在图2至4中相同地布置的平滑电抗器。然而，这些平滑电抗器在图1中未示出。
在图2中示出了第一电力转换器3和第一换向电路8。在此，在第一直流电压接线端6处布置有第一平滑电抗器201；在第二直流电压接线端7处布置有第二平滑电抗器203。第一电力转换器3可借助第一换向电路8电桥接。第一换向电路8具有第一开关装置207、电容器210和过电压放电器213。在此，电容器210是能量存储器。第一开关装置207形成用于第一电力转换器3的低欧姆旁路电流路径(桥接电流路径)。第一开关装置207、电容器210和过电压放电器213并联电连接。电容器210和过电压放电器213形成电路部件217，其限制在第一开关装置207处出现的电压的相对于时间的电压改变的大小(电压的改变速度、电压的时间上的改变速率)。特别是，在断开第一开关装置207时，在该第一开关装置207处出现这样的时间上的电压改变。
第一开关装置207例如可以被设计为真空开关207(例如设计为真空开关管207)。
换向电路8有利地被构造为，在第一开关装置207和电容器210之间存在尽可能小的杂散电感。可以通过结构上的措施来减小该寄生杂散电感的电感值。在需要时，将电容器210的电容选择为如此之大，使得杂散电感的影响可忽略不计。
在图3中示出了具有第二换向电路18的第二电力转换器13。第二换向电路18与第一换向电路8的不同之处仅在于，第二开关装置303与由第一开关装置207、电容器210和过电压放电器213构成的并联电路串联电连接。第二开关装置303可以被设计为机械开关，例如设计为真空开关或者具有或没有耐电弧强度的气体绝缘开关或者其它机械开关(例如断路器)。第一开关装置207和第二开关装置303形成用于第二电力转换器13的低欧姆旁路电流路径(桥接电流路径)。对于第一开关装置207、电容器210和过电压放电器213这里也适用在图2中所述的内容。
在图4中示出了具有第三换向电路28的第三电力转换器23。第三换向电路28与第二换向电路18的不同之处仅在于，第二开关装置303被设计为由3个开关装置构成的串联电路：在图4的实施例中，第二开关装置303作为由开关装置403、开关装置405和开关装置407构成的串联电路来实现。开关装置403,405和407可以分别(像图3的第二开关装置303一样)被设计为机械开关，例如设计为具有或没有耐电弧强度的气体绝缘开关或者真空开关(例如真空开关管)。第一开关装置207、开关装置403、开关装置405和开关装置407形成用于第三电力转换器23的低欧姆旁路电流路径(桥接电流路径)。
在图2,3和4的实施例中，过电压放电器213分别是任选的，其也可以省去。
下面，根据图3，说明对电流的换向。在电气设施1正常运行时，第一开关装置207和第二开关装置303断开(关断)，运行电流从第三连接点20经由第二平滑电抗器203、第二电力转换器13和第一平滑电抗器201流向第二连接点10。当此时要对第二电力转换器13进行维修时，则将第二开关装置303和第一开关装置207闭合。由此将第二电力转换器13电桥接。电气设施1的运行电流进一步流动，现在其由串联电连接的其它电力转换器(也就是说，这里由第一电力转换器3和第三电力转换器23)产生。该运行电流于是从第三连接点20经由第二开关装置303和第一开关装置207流向第二连接点10。
当此时要将第二电力转换器13再次投入运行时，则必须将经由第二开关装置303和第一开关装置207流动的运行电流换向到第二电力转换器13中。为此，将第一开关装置207断开。由于流动的(大)运行电流，在第一开关装置的开关触点之间形成电弧。第一开关装置207这里被设计为真空开关(例如设计为真空开关管)。真空开关中的电弧的电弧电压由电弧的基点电压(其基本上与电流无关)和欧姆电压部分(其与电流有关)相加构成。
该电弧电压使得电流从第一开关装置207的路径换向到电容器210的电流路径上。电容器上相对于时间的电压改变由电容器的电容值的大小来限制。电容器的电容在此选择为，在电容器被充电到大于第一开关装置207的电弧电压的电压之前，能够将电流完全换向到电容器的路径中。如果保证这一点，则开关装置207中的电弧熄灭。
当第一开关装置207中的电弧熄灭时，则运行电流完全换向到电容器210的电流路径中。由此进一步对该电容器充电并且电容器电压增大。该电容器电压用作换向电压，并且保证运行电流从电容器210的路径换向到第二电力转换器13的电流路径上。一旦运行电流完全换向到第二电力转换器13中，则断开第二开关装置303。因为这在没有电流的状态下进行，因此在理想情况下第二开关装置303不需要是耐电弧的，但是当然也可以使用具有耐电弧强度的开关作为第二开关装置303。由此运行电流从第一开关装置207到第二电力转换器13的换向过程结束。现在可以再次接通第二电力转换器13。然后，第二电力转换器13开始建立电压。
电容器210的充电电压被过电压放电器213限制到预先给定的值。由此能够限制所需的绝缘强度并且因此限制电容器210的设计。然而，该电路在没有过电压放电器213的情况下也能够工作。然后，电容器210必须被设计为具有对于出现的电压足够的耐压强度。
在图3的实施例中，第二开关装置303仅使电绝缘强度/耐压强度增大。当第二电力转换器13在其运行时产生的直流电压大于第一开关装置207的绝缘强度时，这特别有利。然而，该电路在没有第二开关装置303的情况下也能够工作，然后呈现根据图2的电路。在这种情况下，第一开关装置207必须被设计为还能够承受在运行时由第二电力转换器13产生的直流电压。
利用所描述的换向电路，能够将例如高达几kA的直流电流换向到电力转换器中。换向电路(特别是电容器的大小和耐压强度)在此依据流过电力转换器的电流和平滑电抗器的大小来设计。
所提出的解决方案可以特别有利地用于离岸风力发电设施、例如离岸风电场借助高压直流传输与陆地侧的能量供给网络的连接。在此，特别有利的是，通过使用第一开关装置和第二开关装置(如在图3中所示出的)，能够提供大的绝缘强度，而不需要将电容器根据全DC标称电压来设计。通过仅需要借助换向电路提供换向电压，能够实现这一点。这意味着电容器210仅需要充电到电容器电压超过换向电压。
有利的是，在最简单的情况下，换向电路仅由第一开关装置与并联连接的电容器构成。任选地，例如可以有利地借助过电压放电器对电容器电压进行限制。第二开关装置(其在需要时又可以由多个开关装置的串联电路构成)的使用以有利的方式使换向电路的绝缘强度增大，而不需要将电容器根据出现的全电压来设计。
描述了一种换向电路，利用其，能够简单并且可靠地将电流从将电力转换器桥接的电流路径换向回电力转换器中。

Claims (12)

1.一种用于电力转换器(3,13,23)的换向电路(8,18,28)，其特征在于，具有
-第一开关装置(207)，借助其能够将电力转换器电桥接，以及
-电路部分(217)，用于限制在第一开关装置(207)上出现的电压的相对于时间的电压改变的大小。
2.根据权利要求1所述的换向电路，
其特征在于，
-电路部分(217)具有能量存储器、特别是电容器(210)。
3.根据权利要求1所述的换向电路，
其特征在于，
-电路部分(217)具有过电压放电器(213)，其保护能量存储器、特别是电容器(210)免受过电压。
4.根据前述权利要求1所述的换向电路，
其特征在于，
-电力转换器是整流器。
5.根据前述权利要求1所述的换向电路，
其特征在于，
-第一开关装置(207)与电力转换器(3)的第一直流电压接线端(6)和第二直流电压接线端(7)连接。
6.根据前述权利要求1所述的换向电路，
其特征在于，
-第一开关装置(207)和电路部分(217)形成并联电路。
7.根据权利要求6所述的换向电路，
其特征在于，
-与所述并联电路电串联地布置有第二开关装置(303)。
8.根据前述权利要求1所述的换向电路，
其特征在于，
-第一开关装置(207)和/或第二开关装置(303)具有机械开关、特别是真空开关。
9.根据权利要求7或8所述的换向电路，
其特征在于，
-第二开关装置(303)具有由多个机械开关(403,405,407)构成的串联电路。
10.根据权利要求7或8所述的换向电路，
其特征在于，
-第一开关装置(207)与电力转换器的第一直流电压接线端(16)连接，并且第二开关装置(303)与电力转换器(13)的第二直流电压接线端(17)连接。
11.一种电力转换器，其特征在于，具有根据权利要求1至10中任一项所述的换向电路。
12.一种具有多个根据权利要求11所述的电力转换器(3,13,23)的布置，其特征在于，电力转换器(3,13,23)串联电连接。
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