MX2012009019A - Modulo de conmutacion para limitar y/o interrumpir la corriente de una linea de energia electrica. - Google Patents

Abstract

Un módulo de conmutación (38) destinado para ser utilizado en un disyuntor DC de voltaje alto o medio o un limitador de corriente DC comprende al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía (1, 2), una unidad de compuerta (31) acomodada para encender y apagar, respectivamente, al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía, de acuerdo con una señal de control de conmutación, y un condensador de almacenamiento de energía (25) acomodado para proporcionar energía a una entrada de suministro de energía (29) de la unidad de compuerta; el módulo de conmutación comprende además medios de transformación de energía (20) acomodados para recibir una señal de energía óptica, transformar la señal de energía óptica en una señal de energía eléctrica y proporcionar la señal de energía eléctrica al condensador de almacenamiento de energía (25).

Description

MODULO DE CONMUTACION PARA LIMITAR Y/O INTERRUMPIR LA CORRIENTE DE UNA LINEA DE ENERGIA ELECTRICA CAMPO DE LA INVENCION La invención se refiere a un módulo de conmutación que está acomodado para ser utilizado en un dispositivo con el objetivo de. limitar y/o interrumpir una corriente eléctrica que fluye a través de una transmisión de energía o línea de distribución, donde el módulo de conmutación comprende al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía, una unidad de compuerta acomodada para encender y apagar al menos un interruptor de semiconductor de energía, respectivamente, de acuerdo con una señal de control de conmutación, y un condensador de almacenamiento de energía acomodado para proporcionar energía a una entrada de suministro de energía de la unidad de compuerta .

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La invención originalmente surge del campo de los disyuntores y limitadores de corriente, es decir, de dispositivos de conmutación que pueden limitar y/o interrumpir una corriente directa que fluye a través de una línea de transmisión de energía, donde la línea está a un nivel de voltaje por arriba de 50 kV. Sin embargo, la invención también aplica a disyuntores para distribución de energía DC de voltaje medio, es decir, para un rango de voltaje DC de entre aproximadamente 1 kV y 50 kV, y modalidades bidireccionales de la invención incluso son aplicables a disyuntores para transmisión y distribución de energía AC a cualquier nivel de voltaje.

En EP 0867998 Bl se describe un disyuntor DC en estado sólido que comprende una conexión paralela de al menos un interruptor de semiconductor de energía principal y de una resistencia no lineal que funciona como un disipador de sobrevoltaj es . Cuando el disyuntor DC es operado para interrumpir una corriente DC en una transmisión DC o línea de distribución, al menos un interruptor de semiconductor de energía principal conmuta la corriente DC en la resistencia no lineal la cual entonces reduce la corriente DC disipando la energía almacenada en la línea DC. En PCT/EP2009/065233 se presenta otro disyuntor DC en estado sólido el cual en paralelo a la conexión paralela del interruptor de semiconductor de energía principal y el disipador de sobrevoltaj es contiene una conexión en serie de un interruptor de alta velocidad mecánico y de al menos un interruptor de semiconductor de energía auxiliar.

En la práctica, dichos disyuntores DC en estado sólido, a fin de ser aplicables para el nivel de voltaje de los sistemas de transmisión o distribución de energía DC, necesitan contener un número considerable de interruptores de semiconductor de energía principales debido a que un solo interruptor de semiconductor de energía tiene un voltaje con clasificación comparativamente baja. El número de interruptores de semiconductor de energía principales conectados en serie fácilmente puede alcanzar varios cientos en caso de un nivel de voltaje HVDC de varios cientos de kV.

Con respecto a la presente invención, tanto los interruptores de semiconductor de energía principales como posiblemente los interruptores de semiconductor de energía auxiliares de un disyuntor DC o limitador de corriente DC representan, cada uno, un módulo de conmutación, es decir, comprenden, además de uno o varios elementos de conmutación de semiconductor de energía, una unidad de compuerta y un condensador de almacenamiento de energía. Dichos módulos de conmutación se describen, por ejemplo, a detalle en EP 0 868 014 Bl, donde el condensador de almacenamiento de energía está conectado a través de un convertidor DC/DC a la entrada de suministro de energía de la unidad de compuerta. La energía almacenada en el condensador es transformada a través del convertidor DC/DC en el voltaje de suministro DC requerido por la unidad de compuerta para su operación usual de encender y apagar al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía. El condensador de almacenamiento de energía en sí mismo está conectado al denominado circuito primario de alto voltaje, es decir, está conectado al mismo circuito y, por lo tanto, al mismo nivel de alto voltaje como al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía de ese módulo de conmutación particular. Siempre que al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía esté en el estado de conmutación bloqueado, es decir, no conduciendo, el condensador de almacenamiento de energía está cargado.

Con respecto a disyuntores DC y limitadores de corriente DC que contienen interruptores de semiconductor de energía principales y/o auxiliares, esta forma conocida de abastecer a las unidades de compuerta de los elementos de conmutación parece ser problemática, ya que bajo condiciones operativas normales se asume que el disyuntor DC o limitador de corriente DC está conduciendo por un periodo de tiempo largo, de preferencia un año o incluso más, sin la necesidad de una operación de conmutación. Por consiguiente, al menos una parte de sus elementos de conmutación de semiconductor de energía está conduciendo de manera permanente, no ofreciendo así un estado de bloqueo que permitiría la carga o recarga requerida de los condensadores de almacenamiento de energía correspondientes. Esto hace difícil asegurar que suficiente energía pueda ser suministrada a la unidad de compuerta en caso que los elementos de conmutación de semiconductor de energía vayan a ser operados. Además, la puesta en operación de un disyuntor DC usualmente significa que la línea de transmisión o distribución de energía correspondiente es desconectada posteriormente de la rejilla DC, dejando así el circuito primario a un voltaje cero. Por consiguiente, una carga o recarga de los condensadores de almacenamiento de energía de los módulos de conmutación de un disyuntor DC solamente es posible durante los periodos de tiempo raros y cortos cuando el disyuntor está abierto. Si no se repite y se puede asegurar una carga regular de los condensadores de almacenamiento de energía, la conflabilidad del disyuntor DC o limitador de corriente DC correspondiente se reduce de manera considerable.

Una solución diferente para proporcionar energía a las unidades de compuerta de interruptores de semiconductor de energía se conoce a partir de aplicaciones de convertidor de voltaje medio, donde se utiliza un suministro de energía remoto a través de transformadores de impulso, es decir, el suministro de energía funciona independientemente del circuito primario. Sin embargo, esta solución es inaplicable a niveles de alto voltaje a causa de motivos de costo y diseño debido a que el aislamiento de cada transformador de impulso necesita soportar al menos el voltaje DC nominal, lo cual para aplicaciones de alto voltaje significa varios cientos de kV. En caso de disyuntores DC de alto voltaje, la tensión por sobrevoltaje durante una acción de abertura requiere incluso un nivel de aislamiento de casi dos veces el voltaje DC.

SUMARIO DE IA INVENCION Un objetivo de la presente invención es presentar una solución para un módulo de conmutación para uso en un disyuntor DC o limitador de corriente DC, en particular para aplicaciones HVDC, con las cuales se incrementa la conflabilidad del módulo de conmutación y de esta manera del disyuntor DC o el limitador de corriente DC.

Este objetivo se logra a través de un módulo de conmutación el cual además comprende medios de transformación de energía acomodados para recibir energía a través de una señal de energía óptica, para transformar la señal de energía óptica en una señal de energía eléctrica y para proporcionar la señal de energía eléctrica al condensador de almacenamiento de energía.

De acuerdo con la invención, el suministro de energía de la unidad de compuerta se realiza independiente de las condiciones de voltaje en el circuito primario proporcionando un suministro de energía óptica al condensador de almacenamiento de energía. De esta manera, la carga y recarga del condensador de almacenamiento de energía puede ocurrir regularmente a intervalos de tiempo predeterminados, de manera que siempre se puede asegurar que suficiente energía esté disponible para que la unidad de compuerta opere el elemento o elementos de conmutación de semiconductor de energía correspondientes siempre que se requiera. La operabilidad y conflabilidad del disyuntor DC o limitador de corriente DC que contiene dicho módulo de conmutación entonces se incrementan considerablemente. Debido a que una señal de energía óptica, es decir, luz, de preferencia luz láser, transmitida a través de un cable de fibra óptica, es utilizada para una señal de energía eléctrica, el problema del aislamiento de la solución de transformador de impulso antes descrito queda superado.

En una modalidad preferida de la invención, la señal de energía eléctrica es una señal de baja energía de menos de 1 vatio. Debido a que el equipo de baja energía generalmente incluye una conflabilidad más grande en comparación con el equipo para niveles de energía superior, el uso de un suministro de energía óptica de baja energía ayuda a incrementar la conflabilidad del módulo de conmutación aún más.

Si se utiliza un suministro de energía óptica de baja energía, se deben tomar ciertas medidas para mantener la demanda de energía interna de la unidad de compuerta a un bajo nivel. Una forma preferida de lograr esto es reducir el número de funciones ejecutadas por la unidad de compuerta a un nivel mínimo.

Tal como se mencionó en la introducción, los disyuntores DC o limitadores de corriente DC de la actualidad que aplican a los niveles de voltaje medio y alto de sistemas de distribución y transmisión de energía DC, necesitan contener un número considerable de módulos de conmutación conectados en serie. En las conexiones en serie, la cuestión de una distribución de voltaje igual durante procesos dinámicos y transitorios es importante para evitar un sobrevoltaje no deseado en algunos de los módulos de conmutación debido a las diferentes características de conmutación de los elementos de conmutación de semiconductor de energía de diferentes módulos de conmutación.

Una de las funciones gue ejecutan las unidades de compuerta conocidas en válvulas de convertidor de alto voltaje, donde en las válvulas están conectados en serie varios interruptores de semiconductor de energía y cada interruptor de semiconductor de energía está equipado con su propia unidad de compuerta, es asegurar una distribución de igual voltaje entre los interruptores conectados en serie durante procesos dinámicos y transitorios.

Esta función es de acuerdo a una modalidad preferida de la invención no ejecutada por la unidad de compuerta sino por un circuito de amortiguador RCD, el cual está contenido en el módulo de conmutación y está conectado en paralelo al menos a un elemento de conmutación de semiconductor de energía. El circuito de amortiguador RCD comprende al menos una resistencia, al menos un condensador y al menos un diodo. Los amortiguadores RCD son conocidos en la técnica y se divulgan por ejemplo en WO 96/27230. El amortiguador RCD puede estar acomodado para módulos de conmutación unidireccionales y bidireccionales (ver a continuación) , donde el amortiguador RCD unidireccional comprende una conexión en serie de un diodo y un condensador para una dirección de corriente, con una resistencia en paralelo con el diodo, y el amortiguador RCD bidireccional comprende además una conexión en serie de un diodo y un condensador para la otra dirección de corriente, nuevamente con una resistencia en paralelo con el diodo.

Durante el apagado del elemento de conmutación de semiconductor de energía, la corriente a través del elemento de conmutación se conmuta a través de uno de los diodos de amortiguador, el cual corresponde a la dirección de la corriente, en al menos un condensador de amortiguador. Tal como se describe en la introducción anterior, un disyuntor DC típicamente contiene un grupo de varios módulos de conmutación conectados en serie que están conectados juntos en paralelo con una resistencia no lineal que funciona como un disipador de sobrevoltaj e . Un limitador de corriente DC contiene varios de esos grupos. Cuando un disyuntor DC o un limitador de corriente DC es operado, los módulos de conmutación de estos grupos son apagados simultáneamente. Por consiguiente, la misma conmutación de la corriente en el circuito de amortiguador ocurre para todos los módulos de conmutación conectados en serie por grupo. Como resultado, los condensadores de amortiguador de cada grupo son cargados hasta que la suma de los voltajes de los condensadores de amortiguador por grupo es lo suficientemente alta para que el disipador de ese grupo tome la corriente. Cuando los grupos de módulos de conmutación son encendidos otra vez, los condensadores del amortiguador son descargados a través de las resistencias correspondientes del amortiguador. Esto conduce a ciertas pérdidas las cuales, no obstante, no son de relevancia en aplicaciones de disyuntor DC y limitador de corriente DC debido a la rara ocasión de una acción operativa .

Aparte de la distribución de voltaje dinámico igual, el amortiguador RCD tiene algunas ventajas adicionales. Debido a la presencia de al menos un condensador en el amortiguador RCD, la velocidad de incremento del voltaje a través del elemento de conmutación de semiconductor de energía correspondiente es limitada. Como resultado, características de conmutación individuales, tal como por ejemplo retardos de apagado individuales de los elementos de conmutación de semiconductor de energía, gue pueden diferir entre los módulos de conmutación conectados en serie, ya no son una preocupación.

Además, la velocidad limitada de incremento del voltaje muestra su ventaja en conexión con la siguiente conexión paralela descrita de módulos IGBT o BIGT, debido a que una vez más, diferentes retardos de conmutación ya no son de gran preocupación, eliminando así el riesgo de dañar oscilaciones de alta frecuencia entre los módulos. En general, se puede decir que debido al amortiguador RCD, se vuelve posible conectar los módulos IGBT o BIGT en serie y/o en paralelo entre sí, sin que al mismo tiempo existe la necesidad de proporcionar una unidad de compuerta compleja y que demande energía para que se encargue de una distribución de voltaje uniforme y de posibles oscilaciones de alta frecuencia .

Una ventaja adicional del amortiguador RCD es que, cuando el elemento de semiconductor de energía es apagado, el condensador del amortiguador ocasiona que el voltaje inicie en cero, es decir, la conmutación se ejecuta a voltaje cero. Como resultado, menos pérdidas instantáneas son generadas durante el apagado y, por lo tanto, durante la operación del disyuntor DC o limitador de corriente DC. Las pérdidas reducidas permiten corrientes de apagado superiores y/o un mayor número de eventos de conmutación repetitivos antes que se alcance un límite térmico del elemento de conmutación de semiconductor de energía.

En una modalidad adicional de la invención, la unidad de compuerta está conectada a la compuerta del elemento de conmutación de semiconductor de energía a través de un puente H que produce y emite el voltaje DC bipolar requerido para impulsar la compuerta de al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía, donde el puente H es abastecido por un voltaje DC unipolar y emite un voltaje DC bipolar simétrico, por ejemplo + 15V. De acuerdo con esta modalidad, la unidad de compuerta puede operar internamente con un voltaje DC unipolar, opuesto a la unidad de compuerta conocido de EP 0 868 014 Bl que opera internamente con voltajes DC bipolares y, por lo tanto, dos suministros de energía internos. El uso del voltaje DC operativo unipolar reduce la demanda de energía interna de la unidad de compuerta incluso aún más y lo hace aún más conveniente para que sea utilizado con un bajo nivel de suministro de energía. Cuando se utilizan dos suministros de energía internos en lugar de un puente H, voltajes DC asimétricos pueden ser producidos por la unidad de compuerta, por ejemplo +18V y -5V.

En otra modalidad de la invención, el módulo de conmutación además comprende un detector de señal de control que está acomodado para separar de la señal de energía eléctrica recibida una señal de control eléctrica y para proporcionar la señal de control eléctrica a la unidad de compuerta. En otras palabras, una señal de control que en particular comprende la señal de control de conmutación para iniciar la unidad de compuerta para encender o apagar al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía, es incorporada en la misma señal óptica que también contiene la señal de energía y sigue estando contenida en la señal de energía eléctrica después de la transformación de señal a través del medio de transformación de energía. De esta manera, se elimina la necesidad de un cable de fibra óptica adicional .

De acuerdo . con una modalidad adicional de la invención, la unidad de compuerta del módulo de conmutación está acomodada para generar la información de estatus sobre la funcionalidad de al menos uno de los elementos del módulo de conmutación, y el módulo de conmutación además comprende medios de transformación de señal acomodados para transformar la información de estatus en una señal de información óptica y para enviar la señal de información óptica a una unidad de control central. El hecho de que la información de estatus sea enviada de manera óptica se debe a que los módulos de conmutación están en una aplicación de disyuntor DC o limitador de corriente DC acomodado a un nivel de voltaje alto de hasta varios cientos de kV. El uso de la comunicación óptica simplifica el diseño y aumenta la conflabilidad del sistema de comunicación.

Al proporcionar información de estatus a una unidad de control central, se vuelve posible que la unidad de control central se encargue de cada módulo de conmutación conectado individualmente, por ejemplo, enviando de regreso una señal de control para iniciar una rutina de prueba especifica en caso que se reporte un estatus sospechoso el cual requiera investigación adicional. La unidad de control central al mismo tiempo puede generar la señal de control antes mencionada, misma que inicia el encendido y apagado de al menos un dispositivo de conmutación de semiconductor de energía. En aplicaciones de disyuntor DC y limitador de corriente DC, la conmutación de los módulos de conmutación puede ser retardada hasta décimas de microsegundos hasta que un número suficiente de módulos de conmutación está listo para conmutación, debido a que la operación real del disyuntor DC o limitador de corriente DC necesita ocurrir de manera menos instantánea de lo que se requiere, por ejemplo, en una aplicación de convertidor. Como resultado, se puede asegurar que los módulos de conmutación son encendidos o apagados de la manera más simultánea posible. En otras palabras, al intercambiar la información de estatus con la unidad de control central, se vuelve posible implementar un protocolo de intercambio (Handshake) entre la unidad de control central y todos los módulos de conmutación del disyuntor DC o limitador de corriente DC, donde el protocolo de intercambio arma y sincroniza las unidades de compuerta y envía la señal de control de encendido o apagado real solamente cuando todos o, en caso de redundancia, módulos de conmutación suficientes están listos.

Al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía del módulo de conmutación puede ser de diferente tipo y diseño, dependiendo de los requerimientos operativos y de costo del disyuntor DC o limitador de corriente DC en donde se va a utilizar el módulo de conmutación. En lo sucesivo se describen brevemente algunos tipos preferidos, los cuales son convenientes para que sean utilizados ya sea en un disyuntor DC o limitador de corriente DC unidireccional o bidireccional . Para que aplique a un disyuntor DC o limitador de corriente DC bidireccional, los elementos de conmutación de semiconductor de energía unidireccionales necesitan ser duplicados y el duplicado necesita ser acomodado para la dirección de corriente opuesta, es decir, en dirección anti-paralelo o anti-serial al elemento de conmutación de semiconductor de energía original.

En un tipo unidireccional de al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía, el elemento de conmutación comprende un primer módulo que contiene un primer IGBT o una primera conexión paralela de varios IGBT así como un primer diodo o una primera conexión paralela de varios diodos, donde el diodo o diodos están conectados en antiparalelo con el IGBT o conexión paralela del IGBT. Si se utiliza uno o varios IGBT conectados en paralelo y diodos, depende del nivel de corriente que se va a lograr con el elemento de conmutación de semiconductor de energía, es decir, mientras mayor es el número de IGBT conectados en paralelo y diodos, mayor es la corriente clasificada, donde todos los IGBT conectados en paralelo son controlados a través de la misma unidad de compuerta.

Un elemento de conmutación de semiconductor de energía bidireccional se puede lograr conectando un número conveniente de los módulos anteriores en conexión antiparalela o anti-serial, donde una conexión anti-paralela es posible en caso que el IGBT tenga capacidad de bloqueo inverso. En otras palabras, el módulo de conmutación entonces además comprende al menos un segundo módulo conectado en anti-paralelo o anti-serial con el primer módulo, el segundo módulo contiene un segundo IGBT o una segunda conexión paralela de varios IGBT y un segundo diodo o una segunda conexión paralela de varios diodos, donde el diodo o diodos una vez más están conectados en anti-paralelo con el IGBT o conexión paralela de IGBT.

El primer y segundo módulos pueden, en la práctica, estar basados en diferentes conceptos de paquete físico de los chips del IGBT y diodos. Ya sea que cada módulo corresponda a un solo paquete que contiene una integración de IGBT y diodos anti-paralelo correspondientes, o, todos los IGBT conectados en paralelo de la misma dirección de corriente estén integrados en un paquete y todos los diodos conectados en paralelo de la misma dirección de corriente estén integrados en otro paquete. Este último diseño superaría un problema que puede ocurrir en conexión con el primer diseño. En el primer diseño, los diodos de diferentes paquetes pueden surgir de diferentes ciclos de producción, y por lo tanto pueden diferir ligeramente en sus características, tal como la caída de voltaje hacia delante. Debido a que los diodos tienen un coeficiente de temperatura negativo, diferentes caídas de voltaje hacia delante pueden conducir a un flujo de corriente indeseado entre los diodos lo cual podría resultar en una denominada fuga térmica de los chips del diodo, es decir, un incremento en la temperatura debido al flujo de corriente, lo cual incrementa el flujo de corriente incluso aún más. Cuando todos los diodos paralelos de la misma dirección de corriente del elemento de conmutación de semiconductor de energía están integrados en el mismo paquete, tal como se propone en el segundo diseño, se asegura que sus características coincidan lo más posible entre sí, minimizando así el riesgo de fuga térmica.

En una modalidad especial del tipo antes descrito del elemento de conmutación de semiconductor de energía, los diodos son diodos de línea conmutada. Por lo general se utilizan los denominados diodos de rápida recuperación como los diodos anti-paralelo para IGBT, debido a que son especialmente convenientes para las aplicaciones de rápida conmutación para las cuales normalmente están destinados los IGBT. Sin embargo, en el caso de disyuntores DC y limitadores de corriente DC, no se requieren acciones de rápida conmutación, de manera que los diodos de linea conmutada se pueden entonces utilizar, tal como se conoce a partir de las aplicaciones de rectificador de 50 Hz estándar. Debido a que los diodos de linea conmutada tienen una caída de voltaje inferior en comparación con los diodos de rápida recuperación, se pueden reducir las pérdidas de los primeros y segundos módulos antes descritos. Además, los diodos de línea conmutada son menos costosos.

En un tipo unidireccional alterno del elemento de conmutación de semiconductor de energía, el elemento de conmutación comprende un primer módulo que contiene un primer IGBT de conducción inversa o una primera conexión paralela de varios IGBT de conducción inversa. En un IGBT de conducción inversa, el IGBT y la función de diodo anti-paralelo están directamente integrados en un chip común. El IGBT de conducción inversa se describen, por ejemplo, en la solicitud de patente Europea 09159009.1 y también son denominados Transistor de Compuerta aislada Bi-modo (BIGT) . Tal como se mencionó anteriormente, una conexión paralela de varios de dichos BIGT proporciona una corriente de clasificación superior del elemento de conmutación de semiconductor de energía .

Un elemento de conmutación de semiconductor de energía bidireccional se puede lograr conectando dos o más módulos BIGT en conexión anti-serial. Por consiguiente, se sugiere que el elemento de conmutación de semiconductor de energía anterior además comprenda un segundo módulo conectado en conexión anti-serial con el primer módulo, el segundo módulo contiene un segundo IGBT de conducción inversa o una segunda conexión paralela de varios IGBT de conducción inversa .

El uso de BIGT en lugar de IGBT separados y diodos anti-paralelos implica varias ventajas.

Una ventaja es que la caída de voltaje hacia delante del diodo integrado muestra un coeficiente de temperatura positivo, de manera que se evita el problema de una posible fuga térmica.

En caso de una modalidad especial de un disyuntor DC bidireccional basado en BIGT, los elementos de conmutación de semiconductor de energía comprenderían, cada uno, una conexión anti-serial de dos BIGT, donde los dos BIGT están verticalmente integrados en uno y el mismo paquete. En una aplicación de disyuntor DC bidireccional típica, la corriente fluye en una y la misma dirección durante un periodo de tiempo considerablemente prolongado, lo cual en caso de IGBT comunes con diodo separado significa que el área del silicio de los elementos de conmutación de semiconductor de energía del disyuntor DC bidireccional solo es parcialmente utilizada. Opuesto a esto, debido a la integración vertical, el área de silicio de los paquetes BIGT bidireccionales puede ser completamente utilizada teniendo como resultado ya sea un número menor de chips para la misma clasificación de corriente o un incremento de la capacidad de corriente para un número determinado de chips por paquete.

Una tercera ventaja es que la funcionalidad del diodo puede ser monitoreada de forma más fácil en caso de un BIGT que en caso de IGBT y diodo separados.

En general, una ventaja es proporcionar el módulo de conmutación con un medio de monitoreo de diodo adicional que esté acomodado para realizar una prueba de la funcionalidad de bloqueo del diodo o diodos anti-paralelos y que, de esta manera, pueda indicar si el IGBT correspondiente en el elemento de conmutación de semiconductor de energía está o no disponible para operación normal. Esto se recomienda debido a que, en raras ocasiones, puede ocurrir que el diodo anti-paralelo, o diodos, se descompongan cuando el IGBT correspondiente está en el estado de apagado o de no conducción, lo cual puede tener serias consecuencias. En aplicaciones de rápida conmutación, es posible probar la funcionalidad de bloqueo de los diodos frecuentemente cuando el IGBT correspondiente está en el estado de no conducción y ninguna corriente principal está fluyendo a través del diodo.

Sin embargo, en un disyuntor DC o limitador de corriente DC, donde al menos parte del IGBT está encendida continuamente, esto no es en la misma forma posible para los diodos correspondientes. No obstante, es importante obtener información sobre diodos defectuosos antes de abrir un disyuntor DC o de poner en operación un limitador de corriente DC, debido a que dichos diodos defectuosos podrían tener como resultado un daño fatal.

Por lo tanto, para módulos de conmutación que contienen IGBT y diodos separados, se sugiere proporcionar un medio de monitoreo de diodo el cual esté adaptado para monitorear la funcionalidad de bloqueo del diodo o diodos siempre que los IGBT correspondientes estén apagados y ninguna corriente principal esté fluyendo a través del diodo o diodos que se van a monitorear. En otras palabras, se ejecuta una prueba con tanta frecuencia como sea posible, donde para algunas configuraciones de disyuntor DC, esto puede significar que una prueba solamente puede ser ejecutada durante el mantenimiento, mientras que para otras configuraciones, tal como el disyuntor DC descrito en PCT/EP2009/065233, la prueba puede ser ejecutada continuamente para esos módulos de conmutación que no están llevando la corriente primaria. La prueba incluye simplemente aplicar un voltaje de prueba positivo menor en la dirección de avance del IGBT apagado y verificar si este voltaje es mantenido o si éste disminuye y posiblemente incluso descomposturas a causa de una falla del diodo. Si ocurre esto último, información de falla puede ser generada, por ejemplo por la unidad de compuerta, y enviada como una señal de información óptica a una unidad de control central. En conexión con el amortiguador RCD antes descrito, se vuelve posible una forma adicional de probar la funcionalidad de los diodos anti-paralelos : en un disyuntor DC o limitador de corriente DC que contiene varios módulos de conmutación en conexión en serie, esta prueba adicional es ejecutada cuando el disyuntor DC o limitador de corriente DC está encendido y la corriente fluye en dirección hacia delante a través del IGBT conectado en serie. Para probar la funcionalidad de los diodos, uno o varios de los IGBT conectados en serie ahora pueden ser apagados activamente por un periodo de tiempo muy corto, de preferencia un par de microsegundos , hasta que la corriente que fluye a través del IGBT apagado ha comenzado a comunicarse con el circuito de amortiguador RCD correspondiente y hasta que el voltaje a través del amortiguador RCD ha comenzado a subir ligeramente. Tan pronto como se detecta el incremento de voltaje, uno o varios IGBT son encendidos nuevamente, donde el incremento de voltaje puede ser detectado en una forma simple revisando si se ha excedido un limite de voltaje predefinido, donde el limite de voltaje yace a un nivel de voltaje comparativamente bajo de preferencia un par de cientos de V hasta unos cuantos kV solamente. Si no se puede detectar un incremento de voltaje, se genera una información de falla. De esta manera, la prueba de los diodos en los módulos de conmutación se vuelve posible sin interferir con la operación del disyuntor DC o limitador de corriente DC.

Tal como resulta aparente a partir de lo anterior, generalmente es difícil generar información confiable sobre la capacidad de bloqueo de los diodos para la configuración del módulo de conmutación con IGBT y diodos separados. Opuesto a esto, es posible detectar la falla de la función del diodo integrado en un BIGT durante el estado de encendido y apagado del IGBT correspondiente. La posible detección de una falla o función fallida del diodo en un BIGT durante prácticamente todos los estados operativos del BIGT en aplicaciones de disyuntor DC, se debe al hecho de que una función defectuosa del diodo integrado puede ser observada por un claro deterioro o incluso descompostura del voltaje de compuerta-emisor del IGBT correspondiente. Por lo tanto, una corriente de fuga incrementada de compuerta-emisor puede ser utilizada como una indicación o monitoreo de un daño irreversible ya sea de la función del diodo o el IGBT del BIGT. Por consiguiente, el medio de monitoreo de diodo sugerido para un módulo de conmutación que contiene BIGT está adaptado para monitorear la funcionalidad de bloqueo de la función de diodo o funciones de diodo del IGBT de conducción inversa generando una información de falla en caso que se descomponga el voltaje de compuerta-emisor a través del IGBT de conducción inversa encendido o apagado. Debido a la posibilidad de ejecutar la prueba tanto en el estado de encendido como de apagado del BIGT, existen muchas más oportunidades de derivar una información sobre la capacidad de bloqueo de la función del diodo en el BIGT en comparación a la solución con IGBT y diodo separados, incrementando asi considerablemente la conflabilidad del disyuntor DC o limitador de corriente DC.

Además de la distribución dinámica del voltaje analizada anteriormente en relación con el amortiguador RCD, también es conveniente si la distribución del voltaje de estado constante de los módulos de conmutación conectados en serie se mantiene lo más igual posible a fin de evitar un sobrevoltaje incrementado en algunos de los módulos. De acuerdo con una modalidad adicional de la invención, por lo tanto se sugiere que una resistencia no lineal, de limitación de voltaje esté conectada en paralelo con al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía. Dicha resistencia no lineal, de limitación de voltaje no solo asegura una distribución pareja del voltaje de estado constante, sino que además limita los sobrevoltajes cuando el disipador de un grupo de módulos de conmutación conectados en serie toma la corriente de los circuitos de amortiguador de ese grupo. El disipador de un grupo de módulos de conmutación conectados en serie en lo sucesivo también se denominará el disipador principal. Ventajas adicionales de la resistencia no lineal, de limitación de voltaje en un módulo de conmutación son que éste permite una reducción en tamaño del condensador del amortiguador de ese módulo, que permite tolerancias más grandes del condensador entre diferentes módulos y que simplifica el diseño mecánico de la trayectoria de comunicación de corriente para el disipador principal.

BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS La invención y su modalidad ahora se explicarán con referencia a los dibujos anexos en los cuales: La figura 1 muestra un primer elemento base que contiene elementos de conmutación de semiconductor de energía acomodados para aplicaciones unidireccionales; La figura 2 muestra un segundo elemento base que contiene elementos de conmutación de semiconductor de energía acomodados para aplicaciones bidireccionales ; La figura 3 muestra un tercer elemento base que contiene elementos de conmutación de semiconductor de energía acomodados para aplicaciones bidireccionales; La figura 4 muestra un cuarto elemento base que contiene elementos de conmutación de semiconductor de energía acomodados para aplicaciones bidireccionales; La figura 5 muestra un primer ejemplo para un disyuntor DC; La figura 6 muestra un segundo ejemplo para un disyuntor DC; La figura 7 muestra un ejemplo para un limitador de corriente DC; La figura 8 muestra una primera modalidad de un módulo de conmutación; La figura 9 muestra una segunda modalidad de un módulo de conmutación; La figura 10 muestra una tercera modalidad de un módulo de conmutación; La figura 11 muestra una cuarta modalidad de un módulo de conmutación; La figura 12 muestra un arreglo de una unidad de control central y los módulos de conmutación de un disyuntor DC; La figura 13 muestra un arreglo de elementos de conmutación de semiconductor de energía de un módulo de conmutació .

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION La figura 1 muestra un primer elemento base 6a que contiene elementos de conmutación de semiconductor de energía acomodados para aplicaciones unidireccionales. Los elementos de conmutación de semiconductor de energía son un IGBT 1 de una primera dirección de corriente 4 y un diodo de libre orientación 2 conectado en anti-paralelo al IGBT 1.

En la figura 2 se puede observar un segundo elemento base 6b el cual comprende una conexión paralela del IGBT 1 de la primera dirección de corriente 4 y de un IGBT 3 de una segunda dirección de corriente opuesta 5. Por consiguiente, el segundo elemento base 6b es conveniente para aplicaciones bidireccionales .

En la figura 3 se muestra un tercer elemento base 6c que comprende una conexión en serie del IGBT 1 de la primera dirección de corriente y el IGBT 3 de la segunda dirección de corriente opuesta, la cual es, en otras palabras, una conexión anti-serial de dos IGBT. Cada IGBT tiene un diodo de libre orientación 2 y 7, respectivamente, conectado en anti-paralelo. El elemento base 6c es conveniente para aplicaciones bidireccionales.

En la figura 4 se muestra un cuarto elemento base 6d. Este comprende como elementos de conmutación de semiconductor de energía un IGBT de conducción inversa de la primera dirección de corriente, el cual también se denomina BIGT 8 (Transistor de Compuerta aislada Bi-modo) , y en serie con el BIGT 8 un IGBT de conducción inversa de la segunda dirección de corriente, denominado BIGT 9. Los BIGT 8 y 9 por consiguiente están conectados en una manera anti-serial, lo que significa que también el cuarto elemento . base 6d es conveniente para aplicaciones bidireccionales .

Los elementos base 6a-6d pueden ser utilizados en un disyuntor DC 14 de acuerdo con el ejemplo mostrado en la figura 5. El disyuntor DC 14 es conveniente para aplicaciones de voltaje medio o alto, y está conectado en serie con una distribución de energía DC o línea de transmisión 13. En caso que la corriente primaria en la línea 13 necesite ser interrumpida en una dirección solamente, se pueden utilizar los elementos base 6a, mientras que en el caso en que la corriente primaria en la línea 13 necesite ser interrumpida en ambas direcciones posibles, se van a utilizar los elementos base 6b o 6c o 6d. El disyuntor DC 14 comprende un disyuntor principal 10 que contiene una conexión en serie de varias décimas hasta varios cientos de elementos base 6, dependiendo del nivel de voltaje, así como una resistencia no lineal, la cual también es denominada un disipador principal 11 y que está conectado en paralelo con el disyuntor principal 10. En serie con el disyuntor DC 14, un reactor 12 está acomodado para limitar la velocidad de la corriente en la linea 13. Bajo condiciones operativas normales de la linea 13, todos los IGBT o BIGT en los elementos base 6 son encendidos, es decir, el disyuntor DC 14 está conduciendo la corriente primaria de la linea 13. En caso que la corriente primaria vaya a ser interrumpida, por ejemplo en caso que haya ocurrido una falla en la linea 13, todos los IGBT o BIGT van a ser apagados simultáneamente, a fin de que la corriente primaria se conmute al disipador principal 11 el cual entonces reducirá la corriente a cero.

En la figura 6 se muestra otro ejemplo para un disyuntor DC 17, para el cual se pueden utilizar los elementos base 6a-6d. Además del disyuntor principal 10 y el disipador principal 11, se proporciona una conexión en serie de un interruptor de alta velocidad 15 y un disyuntor auxiliar 16 conectado en paralelo al disyuntor principal 10 y el disipador principal 11. El disyuntor auxiliar 16 contiene solo un elemento base 6. El interruptor de alta velocidad 15 es un interruptor mecánico. En serie con el disyuntor principal 17, nuevamente un reactor 12 es colocado para limitación de velocidad de corriente.

Resulta interesante observar que en caso de que los elementos base 6 utilizados en las configuraciones del disyuntor DC de las figuras 5 y 6 sean elementos base bidireccionales de cualquier tipo 6b, 6c o 6d, las mismas configuraciones también son convenientes para ser utilizadas como disyuntores AC para lineas de transmisión o distribución de energía AC.

En la figura 7 se muestra un ejemplo para un limitador de corriente DC 18, donde el limitador de corriente DC 18 comprende una conexión en serie de múltiples disyuntores DC 14. En otras palabras, el limitador de corriente DC 18 contiene múltiples grupos de elementos base conectados en serie 6, donde cada grupo comprende en paralelo con los elementos base 6 un disipador principal 11. El limitador de corriente DC 18 está conectado en serie con un reactor de limitación de velocidad de corriente 12 y con una línea de transmisión o distribución de energía AC 13. En caso que la corriente primaria en la línea 13 vaya a ser limitada o reducida, se abre un número conveniente de disyuntores DC 14, de manera que las resistencias no lineales correspondientes pueden disipar la cantidad no deseada de energía eléctrica. En su forma más reducida, un limitador de corriente DC debiera contener dos disyuntores 14, en lo sucesivo denominados un primer y un segundo disyuntores. El nivel de protección del disipador principal del primer disyuntor corresponde al nivel de voltaje DC nominal de la linea 13. Cuando la corriente a través de la linea 13 va a ser limitada o reducida, se abriría el primer disyuntor. El nivel de protección del disipador principal del segundo disyuntor se puede establecer a un valor por debajo del nivel de voltaje DC nominal de la línea 13, por ejemplo, 50% de éste. Después que se abre el primer disyuntor, se puede entonces utilizar el segundo disyuntor para interrumpir la corriente en la línea 13 abriendo el segundo disyuntor también .

La invención se explicará ahora adicionalmente con respecto a las figuras 8 a 12. A fin de que los elementos base 6 en un disyuntor DC o un limitador de corriente DC sean operados, se requieren las denominadas unidades de compuerta, lo cual ocasiona que el IGBT o BIGT correspondiente sea encendido o apagado, de acuerdo con una señal de control generada por una unidad de control central que depende del estatus de la línea 13. Por consiguiente, los elementos base 6 de los disyuntores DC 14 o 17 o del limitador de corriente DC 18 en realidad contienen más que solo los elementos de conmutación de semiconductor de energía. De hecho, cada elemento base 6 puede ser reemplazado por un módulo de conmutación 38, donde el módulo de conmutación 38 comprende entre otras cosas una unidad de compuerta 31. ñhora se describirán diferentes modalidades del módulo de conmutación 38, donde para cada modalidad, los elementos de conmutación de semiconductor de energía mostrados pueden ser reemplazados por los elementos de conmutación de semiconductor de energía pertenecientes a otro elemento conveniente de los elementos base 6a-6d y también por combinaciones adicionales de éstos tal como se explica a continuación.

En la figura 8 se muestra una primera modalidad 38a del módulo de conmutación, y éste comprende además de un IGBT 1 y un diodo anti-paralelo 2 una primera modalidad 30a de un módulo de accionamiento de compuerta conectado a la compuerta del IGBT 1. El módulo de accionamiento de compuerta 30a comprende medios de trans ormación de energía en forma de un fotodiodo 20, un convertidor DC/DC 22, un condensador de almacenamiento de energía 25 y una unidad de compuerta 31. El fotodiodo 20 está acomodado para recibir una señal de energía óptica, transformar la señal de energía óptica en una señal de energía eléctrica y proporcionar la señal de energía eléctrica a través del convertidor DC/DC 22 al condensador de almacenamiento de energía 25, cargando y recargando así el condensador de almacenamiento de energía 25 desde una fuente de energía gue es independiente del estatus o condición de conmutación del circuito, también denominado circuito primario, donde el IGBT 1 y el diodo 2 son una parte del mismo. La señal de energía óptica es aquí una señal de baja energía de menos de 1 vatio.

El condensador de almacenamiento de energía 25 está conectado a una entrada de suministro de energía 29 de la unidad de compuerta 31 para suministrar a un módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28 la energía requerida para accionar la compuerta del IGBT 1. La unidad de compuerta contiene además del módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28 un módulo de control de unidad de compuerta 27. El módulo de control de unidad de compuerta 27 recibe una señal de control eléctrica desde un detector de señal de control 23, donde el detector de señal de control 23 está acomodado para separar la señal de control eléctrica de la señal de energía eléctrica que es emitida por el fotodiodo 20. Por consiguiente, la señal de energía óptica recibida por el fotodiodo 20 también contiene una señal de información óptica que sigue estando presente aún después de la transformación en una señal eléctrica. El fotodiodo 20 está conectado a través de un primer cable de fibra óptica 51 a una unidad de control central 50 (ver figura 12).

El módulo de control de unidad de compuerta 27 procesa la señal de control eléctrica y emite una señal de instrucción de encendido o apagado resultante al módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28, lo cual por consiguiente ocasiona que el IGBT 1 se encienda o apague. El módulo de control de unidad de compuerta 27 además recibe diferente información, tal como información entregada por el módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28 sobre el estatus del IGBT 1 e información suministrada por una unidad de supervisión de energía 26 sobre el estatus de los elementos involucrados en el suministro de energía del módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28, es decir, información sobre el estatus del condensador de almacenamiento de energía 25 y del convertidor DC/DC 22. La diferente información es procesada por el módulo de control de unidad de compuerta 27 y después proporcionada como información de estatus a través de un módulo de transmisión de señal 24 a un medio de transformación de señal, el cual en este ejemplo es un diodo de emisión de luz 21. El diodo de emisión de luz 21 está conectado a través de un segundo cable de fibra óptica 52 a la unidad de control central 50 (ver figura 12) , el cual en reacción a la información de estatus recibida puede adaptar la señal de control enviada a través de la señal de energía óptica al fotodiodo 20.

En la figura 9 se muestra una segunda modalidad 38b del módulo de conmutación, donde la segunda modalidad 38b contiene el mismo módulo de accionamiento de compuerta 30a que la primera modalidad 38a. Aquí se muestra un detalle del módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28 el cual no se muestra en la figura 8. A partir de la figura 9, se puede observar que el módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28 y, por lo tanto, la unidad de compuerta 31 está conectado a través de un puente H a la compuerta de al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía, el cual aquí es un IGBT 1 con un diodo anti-paralelo 2, donde el puente H es abastecido por un voltaje DC unipolar de 15 V y emite un voltaje DC bipolar de +15 V. Por consiguiente, la demanda de energía interna de la unidad de compuerta 31 se reduce a cierta extensión.

Además de la primera modalidad 38a, la segunda modalidad 38b del módulo de conmutación contiene una resistencia de limitación de voltaje no lineal 32 en paralelo con al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía así como un circuito de amortiguador RCD que consiste de una conexión en serie de un diodo 33 y un condensador 34 así como una resistencia 35 en paralelo con el diodo 33, donde el circuito de amortiguador RCD en sí mismo también está conectado en paralelo con al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía. La orientación del diodo 33 es la misma que la orientación del IGBT 1. El circuito de amortiguador RCD es responsable principalmente de una distribución uniforme del voltaje dinámico en una conexión en serie de varios módulos de conmutación 38, tal como seria aplicable por ejemplo a los disyuntores DC 14 y 17 o el limitador de corriente DC 18, cuando los elementos base 6 son reemplazados con módulos de conmutación 38. La resistencia de limitación de voltaje, no lineal 32 asegura principalmente una distribución igual del voltaje de estado constante en una conexión en serie de módulos de conmutación 38.

En la tercera modalidad 38c del módulo de conmutación de acuerdo con la figura 10, además de un IGBT 1 y un diodo 2 de la primera y segunda modalidades, 38a y 38b, respectivamente, que juntos forman un primer módulo referido por la letra a, un segundo módulo, referido por la letra b, que contiene un segundo IGBT 1 y un segundo diodo antiparalelo 2 está conectado en conexión anti-serial con el primer módulo. Por consiguiente, el módulo de conmutación 38c se puede aplicar a un disyuntor DC bidireccional o un limitador de corriente DC bidireccional.

Tal como ya se describió, son posibles combinaciones adicionales y alternativas de IGBT y diodos. Un ejemplo se muestra en la figura 13, donde tanto el primer módulo como el segundo módulo comprenden, cada uno, no solamente uno sino dos IGBT la o Ib conectados en paralelo y diodos anti-paralelos correspondientes 2a o 2b, respectivamente. El paquete físico de los dos módulos puede ser en la forma de un paquete para cada par de IGBT y diodo correspondiente, o en la forma de un primer paquete con todos los IGBT la de la primera dirección de corriente, un segundo paquete con todos los IGBT Ib de la segunda dirección de corriente, y un tercer y cuarto paquetes con todos los diodos 2a y 2b, respectivamente, también de acuerdo con su dirección de corriente. Este último tipo de paquete, el cual proporciona una reducción considerable del riesgo de fuga térmica, tal como se describió anteriormente, se muestra en la figura 13 a través de líneas punteadas.

La tercera modalidad 38c del módulo de conmutación comprende además del primer y segundo módulos de IGBT y diodos, una segunda modalidad 30b del módulo de accionamiento de compuerta, donde esta segunda modalidad 30b comprende dos unidades adicionales no contenidas en la primera modalidad 30a. Una de las unidades adicionales es un medio de monitoreo de diodo 37, cuya tarea es monitorear la funcionalidad de bloqueo de los diodos 2 en el primer módulo. El monitoreo se realiza aplicando un voltaje de prueba positivo en la dirección de avance al IGBT la o Ib, respectivamente, siempre que son apagados y cuando ninguna corriente principal está fluyendo a través de los diodos correspondientes. Al revisar si este voltaje de prueba es mantenido o no, se puede reconocer una falla o diodo fallido 2a o 2b, respectivamente. Tomando el ejemplo del disyuntor DC 17, el monitoreo del diodo se puede ejecutar para los diodos en el disyuntor principal 10 durante la operación normal, debido a los flujos de corriente principales o primarios durante ese tiempo a través del disyuntor auxiliar 16 y el interruptor de alta velocidad 15.

La otra unidad adicional de la segunda modalidad 30b de la unidad de accionamiento de compuerta es un circuito de recarga auxiliar 36 el cual, además del suministro de energía óptica, proporciona energía al condensador de almacenamiento de energía 25 siempre que es posible y que toma su energía del circuito primario donde el IGBT 1 y los diodos 2 se conectan al mismo. Sin embargo, tal como se describió anteriormente, las ocasiones para recargar desde el circuito primario, es decir, las ocasiones cuando los IGBT 1 son apagados en una aplicación de disyuntor DC o limitador de corriente DC por lo general son muy raras. Tanto el monitoreo como la recarga auxiliar son iniciados por una señal de inicio correspondiente enviada desde el módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28 a los medios de monitoreo de diodo 37 y al circuito de recarga auxiliar 36, respectivamente. Estas señales de inicio pueden ser generadas internamente en el módulo de conmutación, por el módulo de control de unidad de compuerta 27 o por el circuito de recarga auxiliar 36 en si mismo en caso que sea lo suficientemente inteligente para adaptarse a las condiciones en el circuito primario, o pueden ser enviadas en la forma de una señal de control correspondiente a través del primer cable de fibra óptica 51 desde la unidad de control central 50 (ver figura 12) al módulo de conmutación y después transmitidas a través del detector de señal de control 23, el módulo de control de unidad de compuerta 27 y el módulo de supervisión y accionamiento de compuerta 28 al medio de monitoreo de diodo 37 y el circuito de recarga auxiliar 36, respectivamente .

En la figura 11 se muestra una cuarta modalidad 38d del módulo de conmutación. Aquí, al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía es una conexión antiserial de dos IGBT de conducción inversa de acuerdo con el cuarto elemento base 6d, o en otras palabras, una conexión en serie de un BIGT 8 de una primera dirección de corriente y de un BIGT 9 de una segunda dirección de corriente. Como resultado, el módulo de conmutación es conveniente para aplicaciones bidireccionales . En paralelo con los BIGT 8 y 9 anti-seriales , una vez más una resistencia de limitación de voltaje, no lineal 32 está acomodado y en paralelo con esta resistencia 32, un circuito de amortiguador RCD bidireccional está conectado. El circuito de amortiguador RCD bidireccional contiene una primera conexión paralela de un primer diodo 42 y una primera resistencia 40, donde el primer diodo 42 es de la primera dirección de corriente, una segunda conexión paralela de un segundo diodo 45 y una segunda resistencia 41, donde el segundo diodo 45 es de la segunda dirección de corriente, un condensador común 46 conectado en serie con y entre la primera y segunda conexiones paralelas, un tercer diodo 44 conectado entre y que tiene la dirección desde el cátodo del segundo diodo 45 al cátodo del primer diodo 42 y un cuarto diodo 43 conectado entre y que tiene la dirección desde el ánodo del segundo diodo 45 al ánodo del primer diodo 42. El módulo de accionamiento de compuerta de la cuarta modalidad 38d del módulo de conmutación es de una tercera modalidad 30c, que básicamente contiene los mismos elementos que la segunda modalidad 30b, pero donde la función del medio de monitoreo de diodo difiere del medio de monitoreo de diodo 37 de la figura 10 en que la funcionalidad de bloque de las funciones de diodo integradas de los BIGT 8 y 9 es monitoreada junto con el monitoreo de la funcionalidad del IGBT de los BIGT 8 y 9, respectivamente. El monitoreo es ejecutado durante el estado de encendido y apagado del IGBT del BIGT respectivo, independientemente de la corriente primaria o principal. Si el voltaje de compuerta-emisor a través del IGBT de conducción inversa encendido o apagado se deteriora o interrumpe, lo cual es detectado mediante la detección de una corriente de fuga incrementada de compuerta-emisor, se genera una información de falla.

El arreglo de una unidad de control central 50 y varios módulos de conmutación de un disyuntor DC, donde los módulos de conmutación consisten de. una unidad de accionamiento de compuerta 30, un IGBT 1 y un diodo antiparalelo 2, ya se ha referido anteriormente. El disyuntor DC además comprende un disipador principal 11. Los módulos de conmutación del disyuntor DC en realidad pueden ser de cualquiera de los cuatro tipos, 38a-38d, tal como se describió anteriormente, o de cualquier otra combinación de las posibles modalidades de los elementos principales de un módulo de conmutación, donde los elementos principales son al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía, la unidad de accionamiento de compuerta, el circuito de amortiguador RCD opcional y la resistencia de limitación de voltaje, no lineal. Tal como se puede observar en la figura 12, entre la unidad de control central 50 y cada unidad de accionamiento de compuerta 30, están acomodados dos cables de fibra óptica 51 y 52, donde el primer cable de fibra óptica 51 es utilizado para transmitir una señal de energía óptica desde la unidad de control central 50 a la unidad de accionamiento de compuerta respectiva 30 y donde la señal de energía óptica además contiene una o varias señales de control. El segundo cable de fibra óptica 52 es utilizado para la transmisión de información de estatus en la forma de una señal de información óptica desde la unidad de accionamiento de compuerta 30 a la unidad de control central 50.

Claims (17)

NOVEDAD DE LA INVENCION Habiendo descrito el presente invento, se considera como una novedad y, por lo tanto, se reclama como prioridad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1.- Un dispositivo (14, 17, 18) para limitar y/o interrumpir una corriente eléctrica que fluye a través de una linea de transmisión o distribución de energía (13), el dispositivo comprende al menos un módulo de conmutación, que comprende : al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía (1, 2; 8, 9); una unidad de compuerta (31) acomodada para encender y apagar al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía, respectivamente, de acuerdo con una señal de control de conmutación, y - un condensador de almacenamiento de energía (259 acomodado para proporcionar energía a una entrada de suministro de energía (29) de la unidad de compuerta; medios de transformación de energía (20) acomodados para recibir una señal de energía óptica, para transformar la señal de energía óptica en una señal de energía eléctrica y para proporcionar la señal de energía eléctrica al condensador de almacenamiento de energía, en donde - el módulo de conmutación está acomodado para separar de la señal de energía óptica una señal de control eléctrica y para proporcionar la señal de control eléctrica a la unidad de compuerta (31), en donde la señal de control eléctrica comprende dicha señal de control de conmutación.

2. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la señal de energía óptica es una señal de baja energía de menos de 1 vatio.

3. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la unidad de compuerta está acomodada para generar la información de estatus sobre la funcionalidad de al menos uno de los elementos del módulo de conmutación, y donde el módulo de conmutación además comprende medios de transformación de señal (21) acomodados para transformar la información de estatus en una señal de información óptica y para enviar la señal de información óptica a una unidad de control central (50).

4. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende como al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía un primer módulo que contiene un primer IGBT (1) o una primera conexión paralela de varios IGBT (la) y un primer diodo (2) o una primera conexión paralela (Ib) de varios diodos, donde el diodo o diodos están conectados en antiparalelo con el IGBT o conexión paralela del IGBT.

5. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el módulo de conmutación además comprende un segundo módulo conectado en conexión anti-paralela o anti-serial con el primer módulo, el segundo módulo contiene un segundo IGBT o una segunda conexión paralela (Ib) de varios IGBT y un segundo diodo o una segunda conexión paralela (2b) de varios diodos, donde el diodo o diodos están conectados en anti-paralelo con el IGBT o con la conexión paralela 81b) de IGBT.

6. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque los diodos son diodos de linea conmutada.

7. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-3, que además comprende como al menos el elemento de conmutación de semiconductor de energía un primer módulo que contiene un primer IGBT de conducción inversa (8) o una primera conexión paralela de varios IGBT de conducción inversa.

8. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 7, que además comprende un segundo módulo conectado en conexión anti-serial con el primer módulo, el segundo módulo contiene un segundo IGBT de conducción inversa (9) o una segunda conexión paralela de varios IGBT de conducción inversa.

9. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el primer y segundo módulos están integrados en un solo paquete de semiconductor, y donde el paquete es proporcionado con una terminal de compuerta común y con una terminal de emisor común, las terminales están conectadas a las compuertas y emisores, respectivamente, de todos los IGBT de conducción inversa (8) en el paquete.

10. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado porque el módulo de conmutación además comprende una resistencia de limitación de voltaje, no lineal (32) en paralelo con al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía.

11. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-10, caracterizado porque el módulo de conmutación además comprende un circuito de recarga auxiliar (36) adaptado para recibir energía eléctrica desde el circuito primario donde al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía está conectado al mismo y para proporcionar la energía eléctrica al condensador de almacenamiento de energía (25) .

12. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-11, que además comprende un circuito de amortiguador RCD conectado en paralelo al menos a un elemento de conmutación de semiconductor de energía, donde el circuito de amortiguador RCD comprende al menos una resistencia (35; 40, 41), al menos un condensador (34, 46) y al menos un diodo (33; 42, 45), con el diodo y el condensador conectados en serie entre sí y la resistencia está conectada en paralelo con el diodo.

13. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-12, caracterizado porque la unidad de compuerta (31) está conectada a la compuerta de al menos un elemento de conmutación de semiconductor de energía (1, 2; 8, 9) a través de un puente H, donde el puente H es abastecido por un voltaje DC unipolar y el cual emite un voltaje DC bipolar.

14. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 2-13, caracterizado porque el módulo de conmutación además está acomodado para separar de la señal de energía óptica una señal de control eléctrica y para proporcionar la señal de control eléctrica a la unidad de compuerta ( 31 ) .

15. - El dispositivo de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1-14, que además comprende un medio de monitoreo de diodo (37) adaptado para monitorear la funcionalidad de bloqueo de los diodos o función de diodo, respectivamente, en el primer y/o segundo módulos.

16. - El dispositivo de conformidad con la reivindicación 15 y cualquiera de las reivindicación 7-9, caracterizado porque el medio de monitoreo de diodo (37) está adaptado para monitorear la funcionalidad de bloqueo de la función de diodo o funciones de diodo del IGBT de conducción inversa (8, 9) junto con el monitoreo de la funcionalidad del IGBT correspondiente en si mismo generando una información de falla en caso que el voltaje de compuerta-emisor a través del IGBT de conducción inversa encendido o apagado se deteriore o interrumpa .

17. - El módulo de conmutación (38) de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque el deterioro o interrupción del voltaje de compuerta-emisor es detectado mediante la detección de una corriente de fuga incrementada de la compuerta-emisor del IGBT de conducción inversa (8, 9) .