ES2693612T3 - Procedimiento para la limitación de daños de un convertidor de corriente que presenta semiconductores de potencia en caso de un cortocircuito en el circuito intermedio de tensión continua - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la limitación de daños de un convertidor de corriente (2) que presenta semiconductores de potencia (8, 9) y que a través de un circuito intermedio de tensión continua (4) afectado por un cortocircuito está unido a al menos un convertidor de corriente o al menos una máquina, en el cual una unidad de excitación es alimentada de energía por un acumulador de energía (5, 13) del convertidor de corriente (2) o del circuito intermedio de tensión continua (4), la unidad de excitación detecta un cortocircuito y a continuación excita al menos un medio de protección de semiconductor (16) conectado en paralelo a un semiconductor de potencia (8, 9), de manera que una corriente de cortocircuito fluye tanto a través del medio de protección de semiconductor (10) como a través del semiconductor de potencia (8, 9) conectado en paralelo a ello, siendo cargado cada acumulador de energía (5, 13) antes de la unión del convertidor de corriente (2) al circuito intermedio de tensión continua (4), caracterizado por que cada semiconductor de potencia (8, 9) se une al circuito intermedio de tensión continua (4) por medio de un conmutador de tensión continua (15), cada conmutador de tensión continua (15) se abre antes de la unión del convertidor de corriente (2) a una red de suministro (11), el convertidor de corriente (2) se une a una red de suministro (2) por medio de un conmutador de tensión alterna (16), y para la unión del convertidor de corriente (2) al circuito intermedio de tensión continua (4), en primer lugar, se abren todos los conmutadores de tensión alterna (16) y todos los conmutadores de tensión continua (15), y a continuación, para la carga del o de los acumuladores de energía (5, 13) se cierra el conmutador de tensión alterna (16), se abre cada conmutador de tensión alterna (16) después de la carga de los acumuladores de energía (5, 13), siendo cerrado el conmutador de tensión continua (15) para la unión del convertidor de corriente (2) al circuito intermedio de tensión continua y siendo cerrado finalmente cada conmutador de tensión alterna para la unión del convertidor de corriente (2) a la red de suministro (11), si previamente no se pudo detectar ningún cortocircuito de corriente continua.
Description
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DESCRIPCION
Procedimiento para la limitacion de danos de un convertidor de corriente que presenta semiconductores de potencia en caso de un cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua.
La invencion se refiere a un procedimiento para la limitacion de danos de un convertidor de corriente que presenta semiconductores de potencia y que a traves de un circuito intermedio de tension continua afectado por un cortocircuito esta unido a al menos un convertidor de corriente adicional o al menos una maquina electrica.
El dispositivo para convertir una corriente electrica es conocido ya por el documento DE10323220A1. En este se da a conocer un llamado convertidor de corriente multiterminal para la conexion a una red de suministro trifasica que alimenta energia. El convertidor de corriente conocido dispone de modulos de fase, cuyo numero corresponde al numero de las fases de la red de suministro que han de ser conectadas. Cada modulo de fase presenta una conexion de tension alterna y dos conexiones de tension continua, estando conectadas las conexiones de tension continua de los modulos de fase a un circuito intermedio de tension continua. Entre cada conexion de tension alterna y cada conexion de tension continua se extienden derivaciones de modulo de fase, estando constituida cada derivacion de modulo de fase por una conexion en serie de submodulos. Cada submodulo dispone de un acumulador de energia propio que esta conectado en paralelo con un circuito de semiconductores de potencia. El circuito de semiconductores de potencia dispone de semiconductores de potencia desconectables tales como IGBT, GTO o similares, con los que esta conectado de forma antiparalela respectivamente un diodo de marcha libre. Si en el circuito de tension continua existe un cortocircuito, se produce la descarga de los acumuladores de energia del submodulo correspondiente. Para evitar la destruccion de los semiconductores de potencia de los submodulos, a cada semiconductor de potencia amenazado por un cortocircuito en el circuito de tension continua esta conectado en paralelo por ejemplo un tiristor que se enciende en caso de un cortocircuito y a continuacion lleva una gran parte de la corriente de cortocircuito. Esta solucion conocida tiene la desventaja de que la unidad de encendido que enciende el tiristor por el que el acumulador de energia de los submodulos es alimentado de energia. Esto hace prescindible un suministro de energia separado de las unidades de encendido. Sin embargo, durante la union del convertidor de corriente a la red de corriente trifasica, los acumuladores de energia de los submodulos aun no estan cargados, de manera que es imposible un encendido de los tiristores. Por lo tanto, al conectarse la red de suministro no puede excluir una destruccion del semiconductor de potencia del convertidor de corriente conocido, si en el circuito de tension continua existe un cortocircuito.
Por el documento WO2007/023064A1 se conoce un dispositivo para la conversion de una corriente electrica con al menos un modulo de fase, que presenta una conexion de tension alterna y al menos una conexion de tension continua unida a un circuito intermedio de tension continua, estando realizada entre cada conexion de tension continua y cada conexion de tension alterna una derivacion de modulo de fase y disponiendo cada derivacion de modulo de fase de una conexion en serie de submodulos que presentan respectivamente semiconductores de potencia y un acumulador de energia, estando dispuestos medios de proteccion de semiconductor en conexion paralela con uno de los semiconductores de potencia de cada submodulo.
En el documento DE19736903A1 se describe una disposicion de un ondulador con un conmutador de tension continua electronico dispuesto en un circuito intermedio de tension continua del ondulador.
Por lo tanto, la invencion tiene el objetivo de dar a conocer un procedimiento del tipo mencionado al principio, en el que se evite eficazmente un dano a causa de un cortocircuito existente en el lado de tension continua, incluso en caso de conectarse la red de suministro.
La invencion consigue este objetivo mediante un procedimiento para la limitacion de danos de un convertidor de corriente que presenta semiconductores de potencia y que a traves de un circuito intermedio de tension continua afectado por un cortocircuito esta unido a otros convertidores de corriente u otro tipo de maquinas electricas, en el cual una unidad de excitacion es alimentada de energia por un acumulador de energia del convertidor de corriente o del circuito intermedio de tension continua, la unidad de excitacion detecta un cortocircuito y a continuacion excita al menos un medio de proteccion de semiconductor conectado en paralelo a un semiconductor de potencia, de manera que una corriente de cortocircuito fluye tanto a traves del medio de proteccion de semiconductor como a traves del semiconductor de potencia conectado en paralelo a ello, siendo cargado cada acumulador de energia antes de la union del convertidor de corriente al circuito intermedio de tension continua.
Segun la invencion, cada acumulador de energia del dispositivo en primer lugar se carga antes de encenderse o conectarse la red de tension alterna, y solo despues de la carga, el acumulador de energia se une al circuito intermedio de tension continua.
Para evitar el flujo de corriente en caso de cortocircuito, el dispositivo convenientemente dispone de un conmutador de tension continua, a traves del que una conexion de tension continua de cada modulo de fase esta unida al circuito de tension continua. El conmutador de tension continua dispone de una posicion de separacion en la que se impide
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un flujo de corriente a traves del conmutador de tension continua, y de una posicion de contacto en la que es posible un flujo de corriente a traves del conmutador de tension continua. Por lo tanto, cuando el conmutador de tension continua se encuentra en su posicion de separacion, cada acumulador de energia del circuito intermedio de tension continua o cada acumulador de energia de cada submodulo puede cargarse en primer lugar. Despues de la carga de los acumuladores de energia, la red de tension alterna se vuelve a separar del convertidor de corriente. Solo entonces, por el traspaso del conmutador de tension continua a su posicion de contacto se produce la conexion del circuito intermedio de tension continua, y en caso de un cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua y tras la reconexion de la red de tension alterna, los acumuladores de energia cargados proporcionan la energia necesaria para el encendido del o de los medios de semiconductor de potencia. De manera ventajosa, el conmutador de tension continua es un seccionador mecanico.
De manera ventajosa, cada conexion de tension continua esta conectada a una red de suministro a traves de un conmutador de tension alterna. Mediante el conmutador de tension alterna es posible una conexion especialmente facil de la red de suministro, presentando el conmutador de tension alterna igualmente dos posiciones de conmutacion, en concreto, una posicion de separacion y una posicion de contacto. Mediante el traspaso del conmutador de tension alterna de su posicion de separacion a su posicion de contacto, la red de suministro esta conectada al convertidor de corriente, de manera que estando “abierto” el conmutador de tension continua se carga o cargan el o los acumuladores de energia. El conmutador de tension alterna convenientemente es un conmutador de potencia mecanico.
Convenientemente, los medios de proteccion de semiconductor comprenden al menos un tiristor. Los tiristores se pueden adquirir de forma economica y presentan una resistencia suficientemente alta a la sobrecorriente momentanea, de manera que el tiristor afectado no queda destruido ni siquiera en caso de corrientes de cortocircuito altas que suben rapidamente y que se producen en caso de la conexion de la red de tension alterna a un cortocircuito en el circuito de tension continua, hasta la reapertura del conmutador de tension alterna por la corriente de cortocircuito originada.
Convenientemente, cada submodulo comprende un semiconductor de potencia desconectable con un diodo de marcha libre conectado en sentido contrario a este, estando dispuesto cada acumulador de energia en el circuito intermedio de tension continua. Convertidores de corriente con un acumulador de energia central de este tipo se emplean en el ambito de la transmision y la distribucion de energia. Sin embargo, generalmente en el acumulador de energia central esta acumulada una gran cantidad de energia que se libera en el caso de cortocircuito mencionado. En el marco de la invencion, la disposicion o conexion del acumulador de energia central con respecto al conmutador de tension continua estan previstas de tal forma que una carga o descarga del acumulador de energia son posibles tambien cuando esta abierto el conmutador de tension continua. Por lo tanto, visto desde las conexiones de tension continua de los modulos de fase, el conmutador de tension continua esta postconectado al borne de conexion del acumulador de energia. Dicho de otra manera, el acumulador de energia central esta conectado entre las conexiones de tension continua de los modulos de fase y el conmutador de tension continua paralelamente a los modulos de fase en el circuito intermedio de tension continua.
A diferencia de ello, cada submodulo presenta un acumulador de energia y un circuito de semiconductor de potencia conectado en paralelo al acumulador de energia. Un dispositivo de este tipo se denomina tambien convertidor de corriente multinivel, porque en lugar de un acumulador de energia central grande estan previstos varios acumuladores de energia conectados en serie entre si que estan conectados en paralelo respectivamente a un circuito de semiconductor de potencia.
Segun una variante conveniente a este respecto, el circuito de semiconductor de potencia es un circuito de puente integral. Con la ayuda del circuito de puente integral es posible imponer a los dos bornes de conexion de los submodulos bipolares conectados en serie la tension de condensador, una llamada tension nula o la tension de condensador invertida.
A diferencia de ello, el circuito de semiconductor de potencia comprende dos semiconductores de potencia desconectables conectados en serie entre si, a los que estan conectado en paralelo en sentido contrario respectivamente un diodo de marcha libre. Un circuito de semiconductor de potencia de este tipo se denomina tambien como llamado circuito Marquardt que se da a conocer en el documento DE10103031A1 y que por esta referencia forma parte de la presente descripcion. Al contrario del circuito de puente integral, el circuito de semiconductor de potencia segun Marquardt dispone solo de dos semiconductores de potencia conectados en serie entre si, que esta conectado en serie con el acumulador de energia del submodulo correspondiente, de tal forma que cae en los dos bornes de conexion del submodulo o bien la tension que cae en el acumulador de energia del submodulo correspondiente, o bien, una tension nula. Una inversion en los bornes de submodulo de la tension que cae en el acumulador de energia no es posible con el circuito Marquardt. Sin embargo, el circuito Marquardt es mas economico que el circuito de puente integral.
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Segun una variante conveniente del procedimiento segun la invencion, cada semiconductor de potencia se une al circuito intermedio de tension continua por medio de un conmutador de tension continua. De esta manera, mediante conmutadores de potencia mecanicos, seccionadores o similares, o bien mediante conmutadores electronicos con semiconductor de potencia como por ejemplo tiristores, IGBT o similares, es posible separar el circuito intermedio de tension continua del convertidor de corriente. Lo esencial es aqui que todos los acumuladores de energia estan unidos al circuito intermedio de tension continua a traves del conmutador de tension continua.
De manera ventajosa, el convertidor de corriente, el acumulador de energia y el conmutador de tension continua estan dispuestos dentro de una carcasa comun.
Convenientemente, cada conmutador de tension continua se abre antes de la union del convertidor de corriente a la red de suministro. Estando abierto el conmutador de tension continua se pueden cargar los acumuladores de energia para proporcionar la energia necesaria para el encendido de los medios de proteccion de semiconductor.
De manera ventajosa, el convertidor de corriente se une a una red de suministro por medio de un conmutador de tension alterna. Como ya se ha explicado, esta variante de la invencion ofrece la mayor flexibilidad posible en la carga de los acumuladores de energia, proporcionandose al mismo tiempo una solucion economica con la ayuda de un conmutador mecanico. Sin embargo, tambien aqui, en lugar de un conmutador mecanico puede estar previsto un conmutador electronico con semiconductores de potencia.
*Convenientemente, para la union del convertidor de corriente al circuito intermedio de tension continua, en primer lugar, se abren todos los conmutadores de tension alterna y todos los conmutadores de tension continua, a continuacion, para la carga de los acumuladores de energia se cierra el conmutador de tension alterna, finalmente se abre cada conmutador de tension alterna despues de la carga de los acumuladores de energia, siendo cerrado el conmutador de tension continua para la union del convertidor de corriente al circuito intermedio de tension continua y siendo cerrado finalmente cada conmutador de tension alterna para la union del convertidor de corriente a la red de tension alterna, si previamente no se pudo detectar ningun cortocircuito de corriente continua. Sobre la base de esta sencilla secuencia de conmutacion se proporciona una posibilidad economica de cargar los acumuladores de energia del dispositivo antes de que una alta corriente de cortocircuito fluya por los semiconductores de potencia del dispositivo como consecuencia de un cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua e impulsada por la red de tension alterna, de manera que se proporciona una energia necesaria para excitar los medios de proteccion de semiconductor.
Otras formas de realizacion y ventajas convenientes de la invencion son objeto de la siguiente descripcion de ejemplos de realizacion de la invencion haciendo referencia a las figuras adjuntas del dibujo, remitiendo los signos de referencia identicos a componentes de accion identica y mostrando
la figura 1 un dispositivo segun el estado de la tecnica,
la figura 2 otro dispositivo segun el estado de la tecnica,
la figura 3 un ejemplo de realizacion de un dispositivo para convertir una corriente electrica,
la figura 4 otro ejemplo de realizacion de un dispositivo para la conversion una corriente electrica,
la figura 5 el dispositivo segun la figura 3 en otra posicion de conmutacion,
la figura 6 el dispositivo segun la figura 4 en otra posicion de conmutacion,
la figura 7 el dispositivo segun las figuras 3 y 5 en otra posicion de conmutacion,
la figura 8 el dispositivo segun las figuras 4 y 6 en otra posicion de conmutacion,
la figura 9 un dispositivo segun las figuras 4, 6 y 8 en otra posicion de conmutacion.
La figura 1 muestra un dispositivo 1 segun el estado de la tecnica. El dispositivo 1 conocido comprende un convertidor de corriente 2 que se compone de tres modulos de fase 3a, 3b y 3c. Cada modulo de fase 3a, 3b y 3c dispone de una conexion de tension alterna 31, 32 o 33 y dos conexiones de tension continua que estan designadas respectivamente por p y n. Las conexiones de tension continua p o n forman los polos del circuito intermedio de tension continua 4, extendiendose un condensador 5 central como acumulador de energia entre los dos polos p y n en conexion paralela. Entre cada conexion de tension continua 31, 32 y 33 y cada conexion de tension continua p o n de un modulo de fase 3a, 3b o 3c se extienden derivaciones de modulo de fase 6ap, 6bp, 6cp o 6an, 6bn y 6cn. Cada una de las derivaciones de modulo de fase se compone de un circuito en serie de submodulos 7 estructurados
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de forma identica. Cada submodulo 7 presenta en el ejemplo de realizacion representado en la figura 1 un semiconductor de potencia 8 desconectable, por ejemplo un IGBT, un GTO o similar, asf como un diodo de marcha libre 9 conectado en paralelo a este en sentido contrario. Ademas, esta conectado en paralelo en sentido contrario un tiristor 10 del diodo de marcha libre 9, que puede ser excitado en caso de un cortocircuito. En caso de existir un cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua 4, se produce la formacion de la corriente de cortocircuito indicada con lmeas discontinuas. Se puede ver que la corriente de cortocircuito es alimentada desde una red de suministro 11 indicada solo esquematicamente, a traves de un transformador 12, para la union del dispositivo 11 segun la invencion a la red de suministro 11. En el ejemplo de realizacion representado, la corriente de cortocircuito fluye a traves de los diodos de marcha libre 9, de los submodulos asf como a traves del medio de proteccion de semiconductor 10 conectado en paralelo al diodo de marcha libre 9, es decir, el tiristor encendido. Para el encendido del tiristor, sin embargo, es necesaria una energfa de encendido que es proporcionada por el condensador 5 central. El condensador 5 central es cargado por la red de suministro 11. Si ya antes de la primera conexion de la red de suministro 11 existe un cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua 4, el tiristor 10 no puede traspasarse a su posicion de paso tal como esta representado en la figura 1, de manera que la corriente de cortocircuito originada se distribuye tanto al diodo de marcha libre 9 como al tiristor 10. Entonces, mas bien, el diodo de marcha libre 9 solo lleva la corriente de cortocircuito, de manera que se puede producir la destruccion de los submodulos 7 y posiblemente del convertidor de corriente 2 completo.
La figura 2 muestra un dispositivo 1 segun el estado de la tecnica, en el que, sin embargo, el convertidor de corriente 2 esta realizado como llamado convertidor de corriente multinivel. Al contrario del dispositivo segun la figura 1, el dispositivo segun la figura 2 ya no presenta un acumulador de energfa central en el circuito intermedio de tension continua 4. Mas bien, cada submodulo 7 comprende un acumulador de energfa 13 propio en forma de un condensador unipolar. El condensador 13 esta conectado en paralelo a un circuito de semiconductor de potencia 14 que en este caso se compone de dos semiconductores de potencia 8 desconectables, conectados en serie entre sf, como por ejemplo IGBT, GTOs o similares. En paralelo a cada uno de estos semiconductores de potencia 8 desconectables esta conectado en sentido contrario un diodo de marcha libre 9. Si en el circuito intermedio de tension continua 4 existe un cortocircuito, fluye una corriente de cortocircuito alimentada por la red de suministro 11, cuyo circuito esta representado en la figura 2 con lmeas discontinuas. Se puede ver la corriente de cortocircuito fluye a traves de uno de los diodos de marcha libre 9 del circuito de semiconductor de potencia. Solo a este diodo de marcha libre 9 esta conectado en paralelo un medio de proteccion de semiconductor en forma de un tiristor 10. Por el encendido del tiristor 10, la corriente de cortocircuito fluye tanto por el tiristor 10 como por el diodo de marcha libre 9 mencionado, estando dimensionados el tiristor 10 y el diodo de marcha libre 9 de tal forma que se proporciona una capacidad de soporte de corriente suficientemente alta para resistir las corrientes de cortocircuito originadas. Sin embargo, tambien aquf resulta desventajoso que la electronica de encendido no representada en las figuras es alimentada por el condensador 13 de cada submodulo 7 con energfa para el encendido del tiristor 10. Antes de la conexion de la red de suministro 11, sin embargo, el condensador 13 no esta cargado, de manera que durante la conexion de la red de suministro 11 no se puede encender el tiristor 10. Por lo tanto, si durante la conexion de la red de suministro 11 existe un cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua 4, este solo fluye por uno de los diodos de marcha libre 9 de los submodulos 7, de manera que se puede producir la destruccion de dicho diodo de marcha libre 9. Sin embargo, este generalmente esta reunido con el semiconductor de potencia 8 desconectable formando un solo componente, de manera que esto conduce a la destruccion del circuito de semiconductor de potencia 14 completo.
La figura 3 muestra un dispositivo 14 segun la invencion que esta estructurado conforme a la figura 1, estando constituido cada submodulo 7 por un semiconductor de potencia 8 desconectable y un diodo de marcha libre 9 conectado en paralelo en sentido contrario a este. En paralelo a cada diodo de marcha libre 9 esta conectado en el mismo sentido un tiristor 10. El circuito intermedio de tension continua 4 dispone a su vez de un condensador 5 central entre el polo positivo p y el polo negativo n del circuito intermedio de tension continua 4. Al contrario del dispositivo conocido segun la figura 1, el ejemplo de realizacion segun la invencion segun la figura 3 dispone de un conmutador de tension continua asf como de un conmutador de tension alterna 16 que esta dispuesto entre la red de suministro 11 y el transformador 12. Ademas es esencial que el borne de conexion, conectado al polo positivo del circuito intermedio de tension continua 4, del condensador 5 esta dispuesto entre las conexiones de tension continua p de los modulos de fase 3a, 3b y 3c y el conmutador de tension continua 15. El conmutador de tension continua 15, el condensador 5 y los modulos de fase 3a, 3b y 3c estan dispuestos en una sala de valvulas 17 que es habitual en la construccion de una llamada instalacion de transmision de corriente continua de alta tension.
En la figura 3, el conmutador de tension continua 15 esta en su posicion de separacion en la que se impide el flujo de corriente por el conmutador de tension continua 15. El conmutador de tension alterna 16, en cambio, esta en su posicion de contacto, de manera que la red de suministro 11 esta unida electricamente al convertidor de corriente 2 dispuesto en la sala de valvulas 17. Sin embargo, por el conmutador de tension continua 15 abierto se impide el flujo de corriente por el circuito intermedio de tension continua 4 afectado por el cortocircuito. El condensador 5 central, sin embargo, puede cargarse cuando esta conectada la red de suministro 11. El circuito de corriente para cargar el condensador 5 esta representado en la figura 3 con lmeas discontinuas. Se puede ver que la corriente de carga fluye por los diodos de marcha libre 9 de los submodulos 7.
La figura 4 muestra a su vez un llamado convertidor de corriente multinivel 14, cuya estructura corresponde al convertidor de corriente segun la figura 2. El ejemplo de realizacion segun la invencion comprende sin embargo igualmente un conmutador de tension continua 15, a traves del que las conexiones de tension continua p de los modulos de fase 3a, 3b o 3c estan unidas al circuito intermedio de tension continua 4. Ademas, la red de suministro 5 11 esta unida de nuevo, a traves de un conmutador de tension alterna 16, al transformador y por tanto al convertidor
de corriente 2. Como en la figura 3, el conmutador de tension continua 15 esta en su posicion de separacion, encontrandose el conmutador de tension alterna 16 en su posicion de contacto. Como en la figura 3, tambien en un convertidor de corriente multinivel 14 segun la figura 4, en esta posicion del conmutador se produce la carga de los condensadores 13 de cada submodulo 7, estando representado el circuito de corriente de carga a su vez con lineas 10 discontinuas. Se puede ver que la corriente de carga fluye a traves del diodo de marcha libre 9 al que no esta conectado en paralelo ningun tiristor 10.
La figura 5 muestra el dispositivo segun la figura 3, en el que, sin embargo, el conmutador de tension alterna 16 esta traspasado a su posicion de separacion. Esto se produce por ejemplo cuando el condensador 5 se ha cargado con energia tanto que es posible un encendido del tiristor 10 en caso de error, es decir en caso de un cortocircuito en el 15 circuito intermedio de tension continua 4.
La figura 6 muestra el ejemplo de realizacion segun la figura 2, en el que el conmutador de tension alterna 16 igualmente esta traspasado a su posicion de separacion. Tambien aqui, el conmutador de tension alterna 16 solo se traspasa a su posicion de separacion cuando los condensadores 13 de los submodulos 7 se han cargado suficientemente para poder encender el tiristor 10 correspondiente como medio de proteccion de semiconductor.
20 La figura 7 muestra el dispositivo segun la figura 5, en el que, sin embargo, el conmutador de tension continua 15 esta traspasado a su posicion de contacto. A causa del cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua 4 se descarga el condensador 5 central conectado en paralelo en el circuito intermedio de tension continua 4. Tambien aqui fluyen altas corrientes de cortocircuito que por una medicion adecuada de la corriente permiten deducir la existencia de un cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua 4. Dicho de otra manera, el cortocircuito 25 en el circuito intermedio de tension continua 4 se detecta por las altas corrientes de descarga del condensador 5, de manera que se pueden tomar medidas adecuadas.
En la topologia multinivel segun la figura 8, con la misma posicion de conmutacion que en la figura 7, es decir, con el conmutador de tension continua 15 cerrado y el conmutador de tension alterna 16 abierto, no se produce la descarga de los condensadores 13, ya que los diodos de marcha libre 9 de los submodulos 7 impiden su descarga.
30 La figura 9 muestra el ejemplo de realizacion segun la figura 8, estando traspasado sin embargo el conmutador de tension alterna 16 a su posicion de contacto. A causa del cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua 4 fluye una corriente de cortocircuito alimentada por la red de suministro 11, que en un plazo de pocos microsegundos ha sido detectada por una electronica de comprobacion adecuada, u otro tipo de equipo de comprobacion, que a continuacion enciende el tiristor 10. La energia de encendido necesaria es proporcionada por los condensadores 13 35 previamente cargados de los submodulos 7. La corriente de cortocircuito que de nuevo esta representada con las lineas discontinuas en la figura 10 pasa por tanto por el diodo de marcha libre 9 y al mismo por el tiristor 10 conectado en paralelo. El tiristor 10 presenta una capacidad de soporte de sobrecorriente momentanea suficientemente alta para resistir el alto golpe de corriente (di/dt). Ademas, la capacidad de soporte de corriente del diodo de marcha libre 9 y del tiristor 10 conectado en paralelo es tan alta que las corrientes de cortocircuito 40 esperadas no conducen a la destruccion de los semiconductores de potencia.
A continuacion, se describe un ejemplo de realizacion del procedimiento segun la invencion. En primer lugar, el dispositivo 1 completo se separa de la red de suministro 11. Tanto el conmutador de tension alterna 16 como el conmutador de tension continua 15 estan traspasados a sus posiciones de separacion. Siguiendo abierto el conmutador de tension continua 15 se cierra el conmutador de tension alterna 16. Por el conmutador de tension 45 continua 15 abierto, un posible cortocircuito en el circuito intermedio de tension continua 4 no conduce a una corriente de cortocircuito en el convertidor de corriente 2, alimentada por la red de suministro 11. Por el conmutador de tension alterna 16 cerrado, los acumuladores de energia en el convertidor de corriente o en el circuito intermedio de tension continua 4 sin embargo son cargados por la red de suministro 11. De esta manera, es posible la excitacion de los medios de proteccion de semiconductor, es decir, de los tiristores 10, durante cierta duracion de 50 tiempo. En la practica, esta duracion de tiempo es del orden de minutos, ya que la descarga de los condensadores esta sujeta a una constante de tiempo correspondiente. Despues de la carga de los acumuladores de energia 5, 13 por la red de suministro 11 se vuelve a abrir el conmutador de tension alterna 16 y el convertidor de corriente se separa por tanto de la red de suministro 11. Estando cargados los acumuladores de energia 5, 13 y abierto el conmutador de tension alterna 16, se cierra el conmutador de tension continua 15. En caso de un cortocircuito, en un 55 condensador de circuito intermedio 5 central, este se descarga a traves del conmutador de tension continua 15, por lo que se puede detectar el error. Por las altas corrientes de descarga queda danado o destruido el conmutador de tension continua 15, si de manera ventajosa esta realizado como seccionador. Con una topologia de convertidor de corriente multinivel con capacidades distribuidas entre los submodulos 7, en caso de la conexion del circuito intermedio de tension continua 4 se mantiene la carga en los condensadores, ya que los diodos de marcha libre 9 no
permiten ninguna descarga. El conmutador de tension continua 15 conmuta por tanto a un estado sin tension y sin corriente, de modo que se evita un dano del conmutador de tension continua 15. Finalmente, se cierre al conmutador de tension alterna 16. En un circuito de tension intermedio 4 afectado por un cortocircuito, las corrientes de cortocircuito impulsadas por la red de suministro 11 fluyen por los submodulos 7. Por una medicion de corriente 5 adecuada, estas se detectan rapidamente, es decir, en un orden de microsegundos, despues de lo que se emite una senal de encendido para el encendido de los medios de proteccion de semiconductor, es decir, de los tiristores 10. Por los acumuladores de energia 5, 13 precargados, la excitacion puede disparar un encendido de los tiristores 10 y por tanto proteger los semiconductores de potencia 8, 9 paralelos.
Convenientemente, el conmutador de tension continua 15 es un simple seccionador. El conmutador de tension 10 alterna 16, sin embargo, es un conmutador de potencia. Los conmutadores de potencia pueden traspasarse a su posicion de separacion tambien con corrientes impulsadas por una tension, extinguiendose un arco voltaico originado. Dicho de otra manera, los conmutadores de potencia son capaces de conmutar muy eficazmente incluso altas potencias. Los seccionadores, en cambio, estan previstos para la apertura sin corriente, evitandose la formacion de arco voltaico. Por lo tanto, los seccionadores pueden adquirirse de manera mucho mas economica.
15
Claims (1)
- REIVINDICACIONES1. Procedimiento para la limitacion de danos de un convertidor de corriente (2) que presenta semiconductores de potencia (8, 9) y que a traves de un circuito intermedio de tension continua (4) afectado por un cortocircuito esta unido a al menos un convertidor de corriente o al menos una maquina, en el cual una unidad de excitacion es 5 alimentada de energia por un acumulador de energia (5, 13) del convertidor de corriente (2) o del circuito intermediode tension continua (4), la unidad de excitacion detecta un cortocircuito y a continuacion excita al menos un mediode proteccion de semiconductor (16) conectado en paralelo a un semiconductor de potencia (8, 9), de manera que una corriente de cortocircuito fluye tanto a traves del medio de proteccion de semiconductor (10) como a traves del semiconductor de potencia (8, 9) conectado en paralelo a ello, siendo cargado cada acumulador de energia (5, 13) 10 antes de la union del convertidor de corriente (2) al circuito intermedio de tension continua (4), caracterizado por que cada semiconductor de potencia (8, 9) se une al circuito intermedio de tension continua (4) por medio de un conmutador de tension continua (15), cada conmutador de tension continua (15) se abre antes de la union del convertidor de corriente (2) a una red de suministro (11), el convertidor de corriente (2) se une a una red de suministro (2) por medio de un conmutador de tension alterna (16), y para la union del convertidor de corriente (2) al 15 circuito intermedio de tension continua (4), en primer lugar, se abren todos los conmutadores de tension alterna (16)y todos los conmutadores de tension continua (15), y a continuacion, para la carga del o de los acumuladores deenergia (5, 13) se cierra el conmutador de tension alterna (16), se abre cada conmutador de tension alterna (16) despues de la carga de los acumuladores de energia (5, 13), siendo cerrado el conmutador de tension continua (15) para la union del convertidor de corriente (2) al circuito intermedio de tension continua y siendo cerrado finalmente 20 cada conmutador de tension alterna para la union del convertidor de corriente (2) a la red de suministro (11), si previamente no se pudo detectar ningun cortocircuito de corriente continua.
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