Область техники, к которой относится изобретение

Область техники, к которой относится изобретение - это силовая электротехника и, в частности, изобретение относится к схемам демпфирования токов короткого замыкания.

Уровень техники.

Вышеописанный метод, способствующий преобразованию источника напряжения, представляет собой новый метод преобразования, основанный на использовании биполярного транзистора с изолированным затвором (БТИЗ) и метода широтно-импульсной модуляции (ШИМ). В низковольтном направлении широко применяется двухуровневый преобразователь, состоящий из БТИЗ. Для решения высокочастотного перехода выходного напряжения преобразователя могут возникать такие проблемы, как высокое напряжение, большие системные потери, высокая скорость нарастания шума и суровая электромагнитная среда. Поэтому предлагается трехуровневый преобразователь напряжения, который расширяет диапазон применения преобразователя источника напряжения с точки зрения уровня напряжения и мощности.

С появлением модульного многоуровневого преобразователя (ММП) такой многоуровневый преобразователь успешно применяется в области VSC-HVDC (постоянный ток высокого напряжения с использованием преобразователей с питанием от источника напряжения), где уровень напряжения достигает сотен киловольт, а мощность достигает нескольких киловатт.

Тем не менее, все преобразователи источника напряжения имеют неотъемлемый дефект, при котором нельзя эффективно реагировать на короткое замыкание постоянного тока. Когда короткое замыкание происходит по постоянному току, даже если преобразователь заблокирован, источник переменного тока все еще может подавать ток в точку короткого замыкания через обратный диод БТИЗ, чтобы сформировать канал свободного хода, так что устранение неисправностей становится затруднительным. Таким образом, решение или устранение проблемы неисправности постоянного тока преобразователя источника напряжения становится ключевым техническим фактором для решения проблем, связанных с подключением постоянного тока. В связи с этим авторы настоящего изобретения предложили средство демпфирования токов замыкания постоянного тока преобразователя источника напряжения, что и привело к настоящей заявке.

Краткое изложение изобретения

Целью настоящего изобретения является создание схемы демпфирования токов короткого замыкания, а также сам способ и отдельно преобразователь для него. Настоящее изобретение применяется к преобразователю источника напряжения и может уменьшить напряжение тока силового полупроводникового переключателя в преобразователе с использованием демпфирующего резистора, когда возникает неисправность на стороне постоянного тока преобразователя, тем самым защищая устройство БТИЗ и повышая эффективность как в экономическом, так и в техническом плане.

Для достижения вышеуказанной цели решением настоящего изобретения является: схема демпфирования токов короткого замыкания, включающая в себя:

первый переключающий модуль,

второй переключающий модуль,

отдельный диод D3,

накопительный конденсатор С1,

демпфирующий резистор R1,

разрядник DL,

байпасный переключатель K1,

систему электропитания и

систему управления, причем

положительный электрод первого переключающего модуля соединен с ведущей клеммой х2 схемы топологии демпфирования токов короткого замыкания

отрицательный электрод первого переключающего модуля, подключен к отрицательному электроду второго переключающего модуля;

положительный электрод второго переключающего модуля соединен с ведущей клеммой х1 схемы топологии демпфирования токов короткого замыкания;

первый переключающий модуль включает в себя силовой полупроводниковый прибор Т1 и диод свободного хода D1 в противопараллельном исполнении с силовым полупроводниковым прибором Т1;

второй коммутационный модуль включает в себя силовой полупроводниковый прибор Т2 и диод свободного хода D2 в противопараллельном исполнении с силовым полупроводниковым прибором Т2;

положительный электрод силового полупроводникового прибора Т1 является положительным электродом первого переключающего модуля,

отрицательный электрод силового полупроводникового прибора Т1 является отрицательным электродом первого переключающего модуля,

положительный электрод силового полупроводникового прибора Т2 является положительным электродом второго переключающего модуля и

отрицательный электрод силового полупроводникового прибора Т2 переключатель является отрицательным электродом второго переключающего модуля;

анод отдельного диода соединен с положительным электродом второго коммутационного модуля,

катод отдельного диода соединен с одним концом накопительного конденсатора энергии, а другой конец накопительного конденсатора энергии соединен с отрицательным электродом первого коммутационного модуля;

демпфирующий резистор R1 соединен параллельно с разрядником DL и затем соединен параллельно между положительным электродом и отрицательным электродом первого переключающего модуля;

байпасный переключатель K1 подключается параллельно между клеммой х1 и клеммой х2 схемы демпфирования токов короткого замыкания;

система электропитания получает энергию от накопителя энергии С1 и подает питание на систему управления;

система управления управляет рабочим состоянием схемы демпфирования токов короткого замыкания, посылая управляющий сигнал байпасному переключателю K1, первому переключающему модулю и второму переключающему модулю.

Кроме того, рабочее состояние схемы демпфирования токов короткого замыкания может представлять собой:

- состояние зарядки в прямом состоянии активации,

- состояние потока двунаправленного тока,

- состояние подзарядки прямого тока,

- состояние демпфирования тока короткого замыкания или

- состояние байпаса:

(1) состояние зарядки в прямом состоянии активации: система управления не посылает управляющий сигнал, байпасный выключатель K1 выключен, а силовой полупроводниковый прибор Т1 и силовой полупроводниковый прибор Т2 также отключены; и прямой ток протекает через диод D2 свободного хода, конденсатор С1 для хранения энергии и диод D1 свободного хода, так что конденсатор С1 для хранения энергии заряжается через отдельный диод D3 и диод свободного хода D1;

(2) состояние потока двунаправленного тока, система управления управляет силовым полупроводниковым прибором Т1 и силовым полупроводниковым прибором Т2 для включения, так что токи могут протекать в двух направлениях; и прямой ток протекает через силовой полупроводниковый прибор Т2 и диод свободного хода D1, а обратный ток протекает через силовой полупроводниковый прибор Т1 и диод свободного хода D2;

(3) состояние подзарядки прямого тока: система управления управляет силовым полупроводниковым прибором Т1, которая должна быть включена, а силовой полупроводниковый прибор Т2 должна быть отключена при прямом токе, так что прямой ток заряжает конденсатор С1 для хранения энергии через отдельный диод D3 и диод свободного хода D1;

(4) состояние демпфирования тока короткого замыкания: в случае внешней неисправности схемы демпфирования токов короткого замыкания система управления управляет силовым полупроводниковым прибором Т1 и силовым полупроводниковым прибором Т2, который отключается, а ток неисправности протекает через диод свободного хода D2 и демпфирующий резистор R1 для подавления тока повреждения; и

(5) состояние байпаса: в случае внутренней неисправности схемы демпфирования токов короткого замыкания система управления управляет переключателем байпаса K1, который должен быть включен, чтобы отключить схему демпфирования токов короткого замыкания, подавляющую ток.

Кроме того, каждый из силовых полупроводниковых приборов Т1 и Т2 может представлять собой БТИЗ или запираемый тиристор с интегрированным блоком управления или запираемый тиристор или полевые транзисторы, выполненные по технологии МОП.

Кроме того, второй коммутационный модуль может представлять собой двунаправленный тиристор.

Кроме того, байпасный переключатель K1 может иметь механическую функцию удерживания после закрытия и может сохранять замкнутое состояние после выключения питания.

Вторым техническим решением в этом изобретении является способ управления схемой демпфирования токов короткого замыкания, подавляющей ток, как описано выше, при этом система управления посылает управляющий сигнал, чтобы активировать (включить) схему демпфирования токов короткого замыкания, подающую ток, для работы в одном из пяти рабочих состояний ниже:

Первое состояние прямого тока активации: система управления не посылает управляющий сигнал, выключатель байпаса K1 выключен, а также выключен силовой полупроводниковый прибор Т1 и силовой полупроводниковый прибор Т2; и прямой ток протекает через диод D2 свободного хода, конденсатор С1 для хранения энергии и диод D1 свободного хода, так что конденсатор С1 для хранения энергии заряжается отдельным диодом D3 и диодом свободного хода D1;

Второе состояние - двунаправленное текущее состояние потока: система управления управляет силовым полупроводниковым прибором Т1 и силовым полупроводниковым прибором Т2 для включения, так что токи могут протекать в двух направлениях; прямой ток протекает через коммутационную трубку Т2 и диод свободного хода D1, а обратный ток протекает через силовой полупроводниковый прибор Т1 и диод свободного хода D2;

Третье состояние подзарядки прямого тока - система управления управляет силовым полупроводниковым прибором Т1, которая должна быть включена, а силовой полупроводниковый прибор Т2 должна быть отключена при прямом токе, так что прямой ток заряжает конденсатор С1 для хранения энергии через отдельный диод D3 и диод свободного хода D1;

Четвертое состояние демпфирования тока: в случае внешней неисправности схемы демпфирования токов короткого замыкания система управления управляет силовым полупроводниковым прибором Т1 и силовым полупроводниковым прибором Т2, которая отключается, а ток неисправности протекает через диод свободного хода D2 и демпфирующий резистор R1 для подавления тока повреждения;

Пятое состояние байпаса: в случае внутренней неисправности схемы демпфирования токов короткого замыкания система управления управляет переключателем байпаса K1, который должен быть включен, чтобы отключить схему топологии демпфера тока, подавляющую ток.

Третьим техническим решением настоящего изобретения является: модульный многоуровневый преобразователь плеч моста, включающий в себя верхнее плечо моста и нижнее плечо моста, в котором верхнее плечо моста и нижнее плечо моста включают в себя, по меньшей мере, одну топологию демпфирования токов короткого замыкания как описано выше. Кроме того, верхнее плечо моста и нижнее плечо моста включают в себя, по меньшей мере, два модуля с половинным мостом, соединенные между собой модулями преобразователя, каскадированные друг с другом; части модуля преобразователя в верхнем плече моста соединены в одном и том же направлении, и части модуля преобразователя в нижнем плече моста также соединены в одном и том же направлении; первый вывод первого модуля преобразователя в верхнем плече моста представляет собой положительный полюс Р модульного многоуровневого преобразователя, а второй выводной вывод последнего модуля преобразователя в нижнем плече моста является отрицательным полюсом N модульного многоуровневого преобразователя; положительный полюс Р и отрицательный полюс N оба используются для доступа к сети постоянного тока; второй выводной вывод последнего модуля преобразователя в верхнем плече моста и первый выводной вывод первого модуля преобразователя в нижнем плече моста соединены друг с другом, а точка соединения является конечной точкой переменного тока модульного многоуровневого преобразователя и используется для доступа к сети переменного тока.

Кроме того, схема демпфирования токов короткого замыкания, может быть выполнена модульного типа и быть совместима со структурой модуля преобразователя. Такие модули схемы демпфирования токов короткого замыкания могут быть установлены в ячейки модуля преобразователя.

Четвертым техническим решением настоящего изобретения является: двухуровневый преобразователь демпфирующего типа, включающий в себя фазовый блок, имеющий в своем строении каскадные коммутационные модули, причем двухуровневый преобразователь демпфирующего типа дополнительно включает в себя: по меньшей мере один демпфер, защищающий от короткого замыкания, согласно топологии, описанной выше, соединенный последовательно с коммутационными модулями.

Кроме того, схема ток демпфирования токов короткого замыкания также последовательно соединена между конденсатором постоянного тока и модулем переключателя.

Пятое техническое решение настоящего изобретения представляет собой: многоуровневый преобразователь демпфирующего типа, включающий в себя фазовый блок, имеющий в себе, по меньшей мере, одну схему демпфирования токов короткого замыкания, описанную выше, которая каскадирована.

Шестое техническое решение настоящего изобретения представляет собой способ защиты модульного многоуровневого преобразователя, описанного выше, включает этапы:

(1) обнаружение и определение того, возникает ли ошибка короткого замыкания на стороне постоянного тока;

(2) если это так, применяется сигнал выключения для всех коммутационных модулей, соединенных последовательно в модульном многоуровневом преобразователе;

(3) восстановление работы системы после завершения распада тока повреждения.

По сравнению с предшествующим уровнем техники полезными эффектами настоящего изобретения являются то, что:

(1) схема демпфирования токов короткого замыкания согласно данному изобретению ограничивает пиковое значение тока короткого замыкания и эффективно защищает устройство коммутационного модуля и конденсатора, в случае ошибки постоянного тока в преобразователе напряжения;

(2) схема демпфирования токов короткого замыкания обеспечивает быструю задержку тока замыкания на постоянный ток, облегчая быстрое устранение неисправностей и восстановление работы преобразователя;

(3) схема демпфирования токов короткого замыкания может быстро и эффективно подавлять ток короткого замыкания постоянного тока и подавлять колебание тока в многоконтактной системе постоянного тока, состоящей из модульных многоуровневых преобразователей, так что устройство защищено и время затухания тока короткого замыкания и, следовательно, время простоя постоянного тока значительно сокращаются, а экономические потери и риск нестабильности системы, вызванной отключением, далее снижаются до максимальной степени;

(4) схема демпфирования токов короткого замыкания имеет функцию автономного питания, может быть соединена последовательно в любом положении преобразователя, имеет простое управление и хорошую независимость, не ставит под угрозу надежность исходной системы и имеет практическую ценность.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 показана структура схемы демпфирования токов короткого замыкания, соответствующей данному изобретению;

На фигуре 2 показано рабочее состояние предварительной зарядки схемы демпфирования токов короткого замыкания согласно данному изобретению;

На фигуре 3 показано рабочее состояние нормального сквозного потока схемы демпфирования токов короткого замыкания согласно данному изобретению;

На фигуре 4 показано рабочее состояние использования демпфирующего резистора схемы демпфирования токов короткого замыкания согласно данному изобретению;

На фигуре 5 показано рабочее состояние подзарядки схемы демпфирования токов короткого замыкания согласно данному изобретению;

На фигуре 6 показано рабочее байпасное состояние схемы демпфирования токов короткого замыкания соответствующей данному изобретению;

На фигуре 7 показан еще один вариант работы данного изобретения;

На фигуре 8 показано еще один вариант работы данного изобретения;

На фигуре 9 показан еще один вариант работы данного изобретения.

Подробное описание изобретения

Технические решения настоящего изобретения подробно описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Вариант работы 1

Как показано на фиг. 1, топология схемы демпфирования токов короткого замыкания включает в себя