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CN101855806B - 用于调节高压直流输电设备的装置 - Google Patents

用于调节高压直流输电设备的装置 Download PDF

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CN101855806B CN200780101478.1A CN200780101478A CN101855806B CN 101855806 B CN101855806 B CN 101855806B CN 200780101478 A CN200780101478 A CN 200780101478A CN 101855806 B CN101855806 B CN 101855806B
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Abstract

为了提供一种用于调节高压直流输电设备的装置(15)，其具有至少一个由分别具有可控的功率半导体的整流管组(4)组成的串联电路(3)，其中该装置(15)具有用于采集通过串联电路(3)流动的整流管组电流IdHV、IdN的至少一个电流传感器(23，24)和与该至少一个电流传感器相连并且用于借助控制信号调整整流管组电流IdHV、IdN的至少一个电流调节单元(16)，该装置提供小的调节延迟和提高的调节稳定性，本发明提出，对于每个整流管组(4)设置一个电流调节单元(16)，其为了控制与其对应的整流管组(4)的功率半导体而与该整流管组相连，其中，串联电路(3)的每个电流调节单元(16)与平衡单元(25)相连，该平衡单元用于互相均衡与其相连的电流调节单元(16)的控制信号。

Description

用于调节高压直流输电设备的装置
技术领域
本发明涉及一种用于调节具有至少一个由分别具有可控的功率半导体的整流管组(Ventilgruppe)组成的串联电路的高压直流输电设备的装置，其中，该装置具有用于采集通过串联电路流动的整流管组电流的至少一个电流传感器和与该至少一个电流传感器相连并且用于借助控制信号调整整流管组电流的至少一个电流调节单元。
本发明还涉及一种具有这样的装置的高压直流输电设备。
背景技术
这样的装置和这样的高压直流输电设备在现有技术中是公知的。在电能传输和分配领域中通常的实践是，将交流电流通过变流器转换为直流电流并且传输到另一个变流器，该变流器将直流电流又转换为交流电流。为此采用的变流器通常包括一个由可控功率半导体组成的整流管组。在此，每个整流管组的功率半导体互相连接成六脉冲或十二脉冲桥。通常仅设置一个整流管组用于电能传输。然而在一些应用中会需要互相串联多个这样的整流管组。可选地，借助电流调节单元、伽马调节单元或电压调节单元进行变流器的控制。在调节中特别具有优势的是，调节单元尽可能靠近控制的功率半导体设置。
如果整流管组互相串联，则分别通过整流管组的功率半导体流动的整流管组电流对于每个整流管组来说是相同的。由于测量精度和调节公差，每个整流管组不是对应于一个自身的电流调节单元，这二者都调节一个共同的参数，即，串联电流。因此，按照现有技术两个整流管组在所谓的极层面(Polebene)对应于一个共同的电流调节单元，其中该共同的电流调节单元与每个整流管组相连并且将各个合适的控制信号传输到功率半导体上。
按照现有技术的该解决方案具有如下缺点：在两个整流管组所共有的电流调节单元和另一个保留在组级别(Gruppenlevel)上的调节单元之间需要快速的数据通信连接。尽管该快速通信连接，然而按照现有技术却会发生不期望的延迟，在该延迟的情况下造成数据通信具有增加的调节惯性和降低的调节稳定性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种本文开头提到种类的装置，该装置提供小的调节延迟和增加的调节稳定性。
本发明通过如下解决上述技术问题：对于每个整流管组设置一个电流调节单元，该电流调节单元为了控制与其对应的整流管组的功率半导体而与该整流管组相连，其中，串联电路的每个电流调节单元与平衡单元相连，该平衡单元被用于与其相连的电流调节单元的控制信号的互相均衡。
按照本发明，在各个整流管组的层面进行电流调节。由此每个整流管组具有其自身的电流调节单元。为了避免在控制信号中的不期望的时间偏移，设置了平衡单元，其与对应的串联电路的每个整流管组相连。该平衡单元产生输出信号，该输出信号被传输到分别相连的电流调节单元并且这样应用于电流调节，使得电流调节单元的控制信号被互相均衡。在本发明的范围中“互相均衡”的概念例如被理解为：由电流调节单元产生同步的触发角，在每个整流管组上降落相同的电压、通过每个整流管组的电流相同，等等。为了能够产生相应的输出信号，在平衡单元在输入侧与分别对应于一个整流管组的整流管组传感器相连。整流管组传感器的测量信号被传输到平衡单元，该平衡单元根据内部逻辑基于整流管组传感器采集的测量值产生一个或多个输出信号。以这种方式可以实现局部的(ortsnahe)电流调节，其中，单个整流管组的电流调节单元的控制信号互相同步。在整流管组上例如降落超过200kV的高压。
按照本发明的一种优选实施方式，平衡单元与分别对应于一个整流管组并且用于确定在对应的整流管组上降落的整流管组电压的整流管组电压单元相连。整流管组电压单元例如是电压传感器。该电压传感器测量在整流管组上降落的电压例如以获得整流管组电压测量值，这些整流管组电压测量值被传输到平衡单元，平衡单元将不同的整流管组的整流管组电压测量值互相比较，并且根据该比较产生输出信号，该输出信号被传输到与整流管组相应地对应的电流调节单元，从而这些输出信号用于同步，或者换言之，用于整流管组的控制信号的均衡。
按照本发明的一种不同的实施方式，每个整流管组电压单元与两个电压传感器相连，其中，电压传感器在与整流管组电压单元对应的整流管组的两侧设置，并且其中，电压传感器分别采集相对于地电势降落的、电压整流管组的各个接线柱的电压。将以这种方式获得的电压值互相相减，其中最后差是在整流管组上降落的整流管组电压，即，整流管组端口电压。
按照本发明的另一种实施方式，每个串联电路具有两个整流管组和两个整流管组电压单元，其中平衡单元具有一个减法器，该减法器用于形成与其相连的整流管组电压单元的整流管组电压的差。按照该优选扩展，输出单元的输出信号的均衡通过整流管组电压的简单的相减来进行，从而按照本发明的调节方法特别简单和清楚。
合适地，平衡单元包括平衡调节器，其在输入侧与减法器相连并且在输出侧与电流调节单元相连。电流调节单元将输出单元的输出信号取决于符号地应用到调节的电流调节参数或主导参数(
Figure GPA00001136309600031
)。例如如果一个整流管组电压大于另一个，并且如果较大的整流管电压通过平衡单元的减法器被减去较小的整流管组电压，则产生平衡单元的负的输出信号，其中负的平衡信号被应用于在其上降落较高的整流管组电压的那个电流调节单元。相反地，与具有较小的整流管组电压的整流管组对应的电流调节单元，将平衡单元的负的输出信号施加于所述电流调节单元的调节参数。由此将整流管组电压互相匹配。
合适地，功率半导体是不可关断的晶闸管。晶闸管作为特别是在大功率的情况下的功率半导体在市场上常见。与此不同地，功率半导体包括可关断的功率半导体，诸如IGBT、GTO等等，其例如并联一个续流二极管。
附图说明
本发明的其它合适的实施方式和优点是以下借助附图对本发明的实施例的描述的内容，其中，相同的组件使用相同的附图标记，并且其中
图1示意性示出了高压直流输电的、具有多个串联电路和多个整流管组的变流器，并且
图2示出了按照本发明的装置的实施例。
具体实施方式
图1示出了变流器1，其通过直流电路2与另一个未示出的变流器相连。变流器1具有两个由整流管组4组成的串联电路3，这些整流管组分别可以通过直流电压开关5跨接。整流管组4被构造为所谓的十二脉冲桥式电路，也就是包括两个互相串联连接的六脉冲桥4a和4b，其分别与高压直流输电变压器7相连。此外，高压直流输电变压器7具有一个与交流电网8相连的初级绕组9。要指出的是，交流电网是三相的，然而在图1中为清楚起见仅示出一相。高压直流输电变压器的次级相绕组6互相不同地连接，从而提供一个相差。
变流器1可以借助交流电压开关10与交流电网8分离。由半导体整流管4和对应的组件、诸如高压直流输电变压器、交流电压开关和直流电压开关，组成的每个串联电路3也被作为极11表示。而可以与一个整流管组4对应的组件形成组单元12。
为了平滑直流电路的直流电压，设置两个平衡扼流圈13。此外，在示出的实施例中示出电极导线14，其用于变流器1与未图形示出的地电极的连接。由于该接地，在直流电路2的一个导线故障的情况下允许通过地的电流，从而尽管所述导线的故障，却还能够继续电能传输。
图2示出按照本发明的装置15的实施例，其用于调节在图1中示出的高压直流输电设备1。装置15包括电流调节单元16、电压调节单元17以及伽马调节单元18。所述调节单元与PI调节器19相连，该PI调节器与对应的整流管组4的在图2中未示出的晶闸管整流管相连。PI调节器19根据其输入端参数提供触发角αOrd，作为用于功率半导体的控制信号。此外，公开了选择开关20，利用该选择开关可以接入或去除相应的调节单元。作为第四输入信号，提供了整流器/逆变器信号导线21，利用其确定变流器1是作为逆变器还是作为整流器工作。在图2中示出的实施例中，每个电流调节单元16、每个电压调节单元17以及每个伽马调节单元18分别包括一个减法器22，利用该减法器分别从额定值减去测量的实际值，或者反之。
通过分别对应于一个整流管组4的合适的测量传感器进行实际值采集。例如通过串联电路3流动的电流，被作为高压直流测量值IdHV利用测量传感器23采集，以及被作为低压直流测量值IdN利用电流传感器24采集。高压直流测量值IdHV以及低压直流测量值IdN分别作为实际值被传输到与整流管组4对应的电流调节单元16，其中，差单元22计算与预先给出的额定值Iref的差。在极的三个测量位置，作为低压整流管组电压UdN、中压整流管组电压UdMed和作为高压整流管组电压UdHV采集电压。
对于所述电压测量所需的测量传感器与平衡单元25相连，该平衡单元具有内部逻辑，用于从测量的电压值中通过合适的相减来计算在各个整流管组4上降落的整流管组电压UdGR1以及UdGR2。此外，选择单元25具有减法器22，其从整流管组电压中形成差。最后平衡单元25如伽马调节单元那样，包括可变的放大单元26，其导致具有合适的非线性反应的调节。在输出侧，平衡单元25与第一整流管组4的加法器27以及与第二整流管组4的减法器28相连。如果在第二整流管组上降落的电压UdGR2大于在第一整流管组上降落的电压UdGR1，则产生触发单元25的正的输出信号。由此该正的输出信号应用于第一电流调节单元16的调节参数。由此随着电压升高UdGR1导致电流的增加。然而利用减法器28从第二整流管组4的电流调节单元的调节参数中减去平衡单元25的正的输出信号。因此，功率半导体的调节的目的在于，减小第二整流管组的整流管组电压。
由此在极调节的层面设置的平衡单元用于触发角的互相均衡，并且由此与其相连的电流调节单元的同步。

Claims (9)

1.一种用于调节具有至少一个由分别具有可控的功率半导体的整流管组(4)组成的串联电路(3)的高压直流输电设备的装置(15)，其中，该装置(15)具有用于采集通过串联电路(3)流动的整流管组电流IdHV、IdN的至少一个电流传感器(23，24)和与该至少一个电流传感器相连并且用于借助控制信号调整整流管组电流IdHV、IdN的至少一个电流调节单元(16)，
其特征在于，
对于每个整流管组(4)设置一个电流调节单元(16)，该电流调节单元为了控制与其对应的整流管组(4)的功率半导体而与该整流管组相连，其中，所述串联电路(3)的每个电流调节单元(16)与平衡单元(25)相连，该平衡单元用于与其相连的电流调节单元(16)的控制信号的互相均衡，并且该平衡单元产生输出信号，该输出信号被传输到分别相连的电流调节单元并且这样应用于电流调节，使得电流调节单元的控制信号被同步。
2.根据权利要求1所述的装置(15)，其特征在于，所述平衡单元(25)与整流管组电压单元相连，这些整流管组电压单元分别对应于一个整流管组(4)并且用于确定在对应的整流管组(4)上降落的整流管组电压。
3.根据权利要求2所述的装置(15)，其特征在于，所述整流管组电压单元是电压传感器。
4.根据权利要求2所述的装置(15)，其特征在于，每个整流管组电压单元与两个电压传感器相连，其中，这些电压传感器被设置在与整流管组电压单元对应的整流管组的两侧，并且其中，所述电压传感器分别采集相对于地电势降落的电压。
5.根据权利要求2所述的装置(15)，其特征在于，每个串联电路(3)具有两个整流管组(4)和两个整流管组电压单元，其中，所述平衡单元(25)具有一个减法器(23)，该减法器用于形成与其相连的整流管组电压单元的整流管组电压UdGR1、UdGR2的差。
6.根据权利要求5所述的装置(15)，其特征在于，所述平衡单元(25)包括平衡调节器(26)，其在输入侧与所述减法器(22)相连并且在输出侧与电流调节单元(16)相连。
7.根据权利要求6所述的装置(15)，其特征在于，每个电流调节单元(16)将所述平衡单元(25)的输出信号取决于符号地应用到电流调节参数。
8.根据上述权利要求中任一项所述的装置(15)，其特征在于，所述功率半导体是不可关断的晶闸管。
9.一种具有通过直流电压中间电路(2)相连的变流器(1)的高压直流输电设备，其中，每个变流器(1)具有至少一个由具有可控的功率半导体的整流管组(4)组成的串联电路(3)，其中，为了调节所述功率半导体提供了按照上述权利要求中任一项所述的装置(15)。
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