Способ ограничения напряжения высоковольтного тиристорного вентиля Советский патент 1984 года по МПК H02M1/18 

. Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в высоковольтных тиристорных вентилях (ВТВ) для передач постоянного тока (ППТ).

Известен способ ограничения напряжения ВТВ, состоящего из четырех тиристоровS защитных RС -цепочек и дросселей.

Одним из элементов защиты является конденсатор, шунтирукщий часть -сопротивлений .в РС-цепочках двух средних тиристоров при возникновении опасной волны перенапряжения. При этом большая часть импульсного напряжения прикладывается к двум крайним тиристорам матриць, которые при дбстижении напряжением предельного уровня включаются по цепи, содержащей дроссели. Напряжение с крутым фронтом, выделяющееся на дросселях j складьгоается с импульсным напряжением, существовавшим На двух крайних тиристорах, в результате чего происходит переключение последних вследствие превьшения критичес™ кой скорости нарастания напряжения Число тиристоров в вентиле, составленном из последовательно соединенных матриц постоянного тока, соответствует равномерному распределению импульсного напрялсения ,

Результатом действия защиты от импульсных воздействий является включение всего ВТВ. Однако несвоевременное включение БТВ приводит к нарушению норма1льной коммутации преобразовательного моста и, следовательно S к снижению надежности передачи

Известен также способ ограничения напряжения, который реализуется устройством защиты последовательно соединенных тиристоров, содержащим на каждый тиристор цепочку из двух встречно включенных лавинных диодов перенапряжения на тиристорах ограничиваются лавинными диодами f 2J.

Однако если один или несколько тиристоров не получают импульсов управления (что достаточно вероятно при большом числе последовательно соединенньк тиристоров), то через лавинные диоды невключившихся тиристоров будет протекать силовой ток всего вентиля. Естественно, это приведет к пробою лавинньк диодов, их перегреву и, в конечном счете, може

вызвать возгорание вентиля. Для защиты лавинных диодов в этом случае можно включить потерявшие управление тиристоры лавинным током этих

диодов. Однако тогда число тиристоров, соответствуюпдее равномерному распределению, должно быть увеличено, во-первых, на число, необходимое для отстройки от включения всего

вентиля при приложении импульсного напряжения, и, во-вторых, на число, учитьшающее разброс уровней срабатывания лавинных диодов.

Известен способ ограничения напряжения ВТБ, состоящий из последовательно соединенных тиристоров,. разделенных на группы, заключающийся в том, что напряжение на каждой группе тиристоров ограничивают величиной, большей напряжения переключения одного тиристора этой группы и меньшей произведения напряжения переключения одного тиристора на число тиристоров группы СзХ

Недостаток этого способа состоит в том, что при импульсных воздействиях на высоковольтный вентиль, состоящий из нескольких сотен последовательно соединенных тиристоров, имеет место резкая неравномерность деления воздействующего напряжения между тиристорами. На части тиристоров, близких к месту приложения воздействия, напряжение превышает допустимые значения, на других частях меньше допустимого значения. Сумма напряжений на тиристорах группы в момент ограничения напряжения на ней лавинным диодом может быть больше величины, при которой напряжения на наиболее нагруженных тиристорах не превьпиают допустимых. При подключении к группе из N тиристоров ограничителя с уровнем (огр- 0,9

пер./иоль удовлетворяющего соотношению Uorp ,, напряжение на наиболее загруженном тиристоре

и,....

сА,

где степень неравномерности деления.

Если d 1,2, и , т.е больше допустимого значения, может произойти выход тиристора из строя. В этом случае необходимо увеличивать число тиристоров в группе при сохранении того же уровня ограничения или же снижать последний. С другой стороны, ограничение напряжения на наиболее нагруженных тиристорах доп тимыми значениями при произвольном числе тиристоров в группе предполагает защитный уровень вентиля, равный суммарному уровню ограничения диодов вентиля. Обычно при проектировании высоковольтных вентилей их защитный ЗФовень принимается равным предельной амплитуде воздействующей импульсной волны. Если суммарный уровень ограничения диодов превьшает его, то это автоматически приво- дит к повышению-высоковольтности вентиля и соответственно его стоимости, если он меньше, то это может оказаться недопустимым, например, п условиям отстройки от напряжений на вентиле в длительных эксплуатационных режимах о Цель изобретения - уменьшение чи ла последовательно соединенных ти.ристоров при сохранении надежности. Цель достигается тем, что в спо- собе ограничения напряжения ВТВ, состоящего из последовательно соеди ненных тиристоров, разделенньгх на группы, заключающемся в том, что напряжение на каждой группе тиристо ров ограничивают величиной,большей напряжения переключения одного тири тору этой группы и меньшей произведения напряжения переключения одного тиристора на число тиристоров группы, определяют напряжение на тиристоре, первом от места приложения волны перенапряжения, и на последующих тиристорах группы в момент достижения напряжения на указанном тиристоре заданной величины и после довательно определяют сумму напряже ний на тиристорах, считая от указан ного первого, и их количество до достижения этой суммы напряжений уровня, равного отношению амплитуды волны перенапряжения к общему числу тиристоров вентиля, умноженному на полученное число тиристоров груп пы, и ограничивают напряжение на полученной группе тиристоров указан ным уровнем. На фиг. 1 представлены стилизова ные кривые импульсной волны и напря жений на тиристорах-, на фиг. 2 функциональная схема, представляюща пример простейшей реализации предлагаемого способа-, на фиг. 3 - один из возможных алгоритмов вычислительного блока схемы по фиг. 2; фиг. фиг. 4 иллюстрирует распределение импульсной волны по группам тиристоров ВТВ. Воздействующее на вентиль напряжение в большинстве случаев может быть представлено с некоторым приближением волной с известными амплитудой Е и длительностью косоугольного фронта Т(кривая я на фиг. 1). Кривая (/изображает напряжение на группе из N тиристоров, кривые в, г,д ,... М - напряжения на тиристорах группы. В момент 0 дост11жения на наиболее нагруженном тиристоре (кривая в) установленной величины напряжения Цдоп считьгоается сумма напряжений на тиристорах, считая от первого. Если f то ограничивают напряжение на группе из N тиристоров. Уровень ограничения равен амплитуде- волны, деленной на число групп (тг). При таком способе ограничения исклю- N чается случай Ц - М , при котором напряжение на наиболее загруженном тиристоре превьш1ает допустимое значение. Кроме того, суммарный уровень ограничителей гарантирует защитный уровень вентиля, равный амплитуде импульсной волны. Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа применительно . к вентилю для передачи постоянного тока (см. фиг. 2). Вентиль содержит h последовательно соединенньгх тиристоров 1 ,к каждому из которых параллельно подключена демпфирующая RC цепочка 2-3. Последовательно с вентилем включен анодный реактор 4. Параллельно цепи из вентиля и реактора, являющейся плечом преобразовательного моста передачи, включен нелинейный разрядник 5, ограничивающий амплитуду напряжения на уровне 840 кВ. Параллельно вентилю подключен разрядник, в простейшем случае состоящий из п ограничителей. Уровень срабатывания каждого из ограничителей выбирается равным /п. Выходы ограничителей поступают на (п - О входов коммутирующего блока 6, которьй в общем случае может иметь ( п - 1) выходов. Согласно изобретению число тиристоров в группе и уровень ограничения на ней напряжения могут быть определены следующим образом. Датчики 7 измеряют напряжения на каждом из тиристоров 1, образующих группу из N тиристорово Сигналы от всех датчиков поступают на блок 8, коммутирующий при достижении на. наиболее нагруженном тиристоре 1 напряжения установленной величины (например, повторяющегося напряжения) выходы датчиков 7, на входы вычисли ,тельного блока 9, один из возможных алгоритмов которого показан на фиг, 3 о Вычислительный блок последовательно подсчитывает число N тиристоров и определяет сумму S напряжений на них и величину , производя их сравнение. При равенстве этих величин прекращается изменение управляющей переменной и вырабатьюает ся сигнал, пропорциональный получен ному числу тиристоров N. Этот сигнал поступает на блок 9, которьй соединяет выходы групп из N огранич телей с выходами групп из N тиристо ров. Реализация датчиков 7, блоков 6, 8, 9 может быть осуществлена известными техническими средствами. Указанным способом можно разбить вентиль на jU групп. Фиго 4 иллюстри рует распределение импульсной волны по группам при ее приложении со сто роны, противоположной реактору 4 (фиг в 2). Вследствие удаленности реактора 4 (фиг„ 2) его влияние на распределение незначительно. Импульсное напряжение представлено косоугольной волной с амплитудой Е и длительностью фронта , В интервале времени О- 1 напряжение на нескольких группах, например 1 и U, s достигает уровня ограничения g /Л1. На фиг о 4 показано, что в моменты времени i и -tj сработали первые два ограничителя 9 (фиг. 2)„ Длительность их работы составляет несколько долей от фронта волны i; . Напряжение на других удаленных группах, например и„ в интервале 0 С не достигает уровня ограничения. Начиная с момента времени , напря р жения и , Un спадают ниже уровня- , im которьш будет снова достигнут в интервалеi - i . При отсутствии ограничителей 9 напряжение на группах изменилось бы по кривым, показанным на фиг. 4 пунктирными линиями. Б момент С напряжения U , Ll2 превьшзали бы уровень ограничения. Компенсировать это превьппение можно увеличив число тиристоров в вентиле. Подключение одного ограничителя с уровнем Е параллельно всему ВТВ не приводит к снижению значения U , U2. Он только снимает повышение напряжение на вентиле, которое происходит за счет явления перерегулирования в контуре L - RC . Меньший, чем Е уровень ограничения, недопустим по условию отстройки от напряжений в длительных режимах.

СПОСОБ ОГРАНИЧЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ ш«:оковольтного ТИРИСТОРНОГО ВЕНТИЛЯ, состоящего из последовательно соединенных тиристоров, разделенных на группы, заключающийся в том, что напряжение на каждой группе тиристоров ограничивают величиной, большей напряжения переключения одного тиристора этой группы и меньшей произведения напряжения переключения одного тиристора на число тиристоров группы, отличающийся тем, что, с целью уменьшения числа последовательно соединенных тиристоров при сохранении надежности, определяют напряжение на тиристоре, первом от места приложения волны перенапряжения, и на последующих тиристорах группы в момент достижения напряжения на указанном тиристоре заданной величины и последовательно определяют, сумму напряжений на тиристорах, считая от указанного первого, и их количество до достижения этой п напряжений уровня, равного с отношению амплитуды волны перенапряжения к общему числу тиристоров вентиля, умноженному на полученное число тиристоров группы, и ограничивают напряжение на полученной группе тиристоров указанным уровнем.

ннвЕд I I ga 4a- 4sa:yt4Ea HSHjCjМЩ4&1 :нАсз44с

UlrJW-J-U

Ф

I t

г ;L

I

I I 1 I t

l.fL

S Ui/cm

/i/ N-t-1

S-Uozp

ормироЬанив ci/iHOfia пропорционального N

Фи1.3

Htm

Г