專利名稱：用于調(diào)節(jié)高壓直流輸電設(shè)備的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)具有至少一個(gè)由分別具有可控的功率半導(dǎo)體的整流管 組(Ventilgruppe)組成的串聯(lián)電路的高壓直流輸電設(shè)備的裝置，其中，該裝置具有用于采 集通過串聯(lián)電路流動(dòng)的整流管組電流的至少一個(gè)電流傳感器和與該至少一個(gè)電流傳感器 相連并且用于借助控制信號(hào)調(diào)整整流管組電流的至少一個(gè)電流調(diào)節(jié)單元。本發(fā)明還涉及一種具有這樣的裝置的高壓直流輸電設(shè)備。
背景技術(shù)：
這樣的裝置和這樣的高壓直流輸電設(shè)備在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的。在電能傳輸和 分配領(lǐng)域中通常的實(shí)踐是，將交流電流通過變流器轉(zhuǎn)換為直流電流并且傳輸?shù)搅硪粋€(gè)變流 器，該變流器將直流電流又轉(zhuǎn)換為交流電流。為此采用的變流器通常包括一個(gè)由可控功率 半導(dǎo)體組成的整流管組。在此，每個(gè)整流管組的功率半導(dǎo)體互相連接成六脈沖或十二脈沖 橋。通常僅設(shè)置一個(gè)整流管組用于電能傳輸。然而在一些應(yīng)用中會(huì)需要互相串聯(lián)多個(gè)這樣 的整流管組。可選地，借助電流調(diào)節(jié)單元、伽馬調(diào)節(jié)單元或電壓調(diào)節(jié)單元進(jìn)行變流器的控 制。在調(diào)節(jié)中特別具有優(yōu)勢(shì)的是，調(diào)節(jié)單元盡可能靠近控制的功率半導(dǎo)體設(shè)置。如果整流管組互相串聯(lián)，則分別通過整流管組的功率半導(dǎo)體流動(dòng)的整流管組電流 對(duì)于每個(gè)整流管組來(lái)說是相同的。由于測(cè)量精度和調(diào)節(jié)公差，每個(gè)整流管組不是對(duì)應(yīng)于一 個(gè)自身的電流調(diào)節(jié)單元，這二者都調(diào)節(jié)一個(gè)共同的參數(shù)，即，串聯(lián)電流。因此，按照現(xiàn)有技術(shù) 兩個(gè)整流管組在所謂的極層面(Polebene)對(duì)應(yīng)于一個(gè)共同的電流調(diào)節(jié)單元，其中該共同 的電流調(diào)節(jié)單元與每個(gè)整流管組相連并且將各個(gè)合適的控制信號(hào)傳輸?shù)焦β拾雽?dǎo)體上。按照現(xiàn)有技術(shù)的該解決方案具有如下缺點(diǎn)在兩個(gè)整流管組所共有的電流調(diào)節(jié)單 元和另一個(gè)保留在組級(jí)別(Gruppenlevel)上的調(diào)節(jié)單元之間需要快速的數(shù)據(jù)通信連接。 盡管該快速通信連接，然而按照現(xiàn)有技術(shù)卻會(huì)發(fā)生不期望的延遲，在該延遲的情況下造成 數(shù)據(jù)通信具有增加的調(diào)節(jié)慣性和降低的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種本文開頭提到種類的裝置，該裝置提供小 的調(diào)節(jié)延遲和增加的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性。本發(fā)明通過如下解決上述技術(shù)問題對(duì)于每個(gè)整流管組設(shè)置一個(gè)電流調(diào)節(jié)單元， 該電流調(diào)節(jié)單元為了控制與其對(duì)應(yīng)的整流管組的功率半導(dǎo)體而與該整流管組相連，其中， 串聯(lián)電路的每個(gè)電流調(diào)節(jié)單元與平衡單元相連，該平衡單元被用于與其相連的電流調(diào)節(jié)單 元的控制信號(hào)的互相均衡。按照本發(fā)明，在各個(gè)整流管組的層面進(jìn)行電流調(diào)節(jié)。由此每個(gè)整流管組具有其自 身的電流調(diào)節(jié)單元。為了避免在控制信號(hào)中的不期望的時(shí)間偏移，設(shè)置了平衡單元，其與 對(duì)應(yīng)的串聯(lián)電路的每個(gè)整流管組相連。該平衡單元產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)被傳輸?shù)椒?別相連的電流調(diào)節(jié)單元并且這樣應(yīng)用于電流調(diào)節(jié)，使得電流調(diào)節(jié)單元的控制信號(hào)被互相均衡。在本發(fā)明的范圍中“互相均衡”的概念例如被理解為由電流調(diào)節(jié)單元產(chǎn)生同步的觸發(fā) 角，在每個(gè)整流管組上降落相同的電壓、通過每個(gè)整流管組的電流相同，等等。為了能夠產(chǎn) 生相應(yīng)的輸出信號(hào)，在平衡單元在輸入側(cè)與分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)整流管組的整流管組傳感器相 連。整流管組傳感器的測(cè)量信號(hào)被傳輸?shù)狡胶鈫卧?，該平衡單元根?jù)內(nèi)部邏輯基于整流管 組傳感器采集的測(cè)量值產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)輸出信號(hào)。以這種方式可以實(shí)現(xiàn)局部的(ortsnahe) 電流調(diào)節(jié)，其中，單個(gè)整流管組的電流調(diào)節(jié)單元的控制信號(hào)互相同步。在整流管組上例如降 落超過200kV的高壓。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選實(shí)施方式，平衡單元與分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)整流管組并且用于 確定在對(duì)應(yīng)的整流管組上降落的整流管組電壓的整流管組電壓?jiǎn)卧噙B。整流管組電壓?jiǎn)?元例如是電壓傳感器。該電壓傳感器測(cè)量在整流管組上降落的電壓例如以獲得整流管組電 壓測(cè)量值，這些整流管組電壓測(cè)量值被傳輸?shù)狡胶鈫卧?，平衡單元將不同的整流管組的整 流管組電壓測(cè)量值互相比較，并且根據(jù)該比較產(chǎn)生輸出信號(hào)，該輸出信號(hào)被傳輸?shù)脚c整流 管組相應(yīng)地對(duì)應(yīng)的電流調(diào)節(jié)單元，從而這些輸出信號(hào)用于同步，或者換言之，用于整流管組 的控制信號(hào)的均衡。按照本發(fā)明的一種不同的實(shí)施方式，每個(gè)整流管組電壓?jiǎn)卧c兩個(gè)電壓傳感器相 連，其中，電壓傳感器在與整流管組電壓?jiǎn)卧獙?duì)應(yīng)的整流管組的兩側(cè)設(shè)置，并且其中，電壓 傳感器分別采集相對(duì)于地電勢(shì)降落的、電壓整流管組的各個(gè)接線柱的電壓。將以這種方式 獲得的電壓值互相相減，其中最后差是在整流管組上降落的整流管組電壓，即，整流管組端 口電壓。按照本發(fā)明的另一種實(shí)施方式，每個(gè)串聯(lián)電路具有兩個(gè)整流管組和兩個(gè)整流管組 電壓?jiǎn)卧渲衅胶鈫卧哂幸粋€(gè)減法器，該減法器用于形成與其相連的整流管組電壓?jiǎn)?元的整流管組電壓的差。按照該優(yōu)選擴(kuò)展，輸出單元的輸出信號(hào)的均衡通過整流管組電壓 的簡(jiǎn)單的相減來(lái)進(jìn)行，從而按照本發(fā)明的調(diào)節(jié)方法特別簡(jiǎn)單和清楚。合適地，平衡單元包括平衡調(diào)節(jié)器，其在輸入側(cè)與減法器相連并且在輸出側(cè)與電 流調(diào)節(jié)單元相連。電流調(diào)節(jié)單元將輸出單元的輸出信號(hào)取決于符號(hào)地應(yīng)用到調(diào)節(jié)的電流調(diào) 節(jié)參數(shù)或主導(dǎo)參數(shù)(FtihrungsgreMk )。例如如果一個(gè)整流管組電壓大于另一個(gè)，并且如
果較大的整流管電壓通過平衡單元的減法器被減去較小的整流管組電壓，則產(chǎn)生平衡單元 的負(fù)的輸出信號(hào)，其中負(fù)的平衡信號(hào)被應(yīng)用于在其上降落較高的整流管組電壓的那個(gè)電流 調(diào)節(jié)單元。相反地，與具有較小的整流管組電壓的整流管組對(duì)應(yīng)的電流調(diào)節(jié)單元，將平衡單 元的負(fù)的輸出信號(hào)施加于所述電流調(diào)節(jié)單元的調(diào)節(jié)參數(shù)。由此將整流管組電壓互相匹配。合適地，功率半導(dǎo)體是不可關(guān)斷的晶閘管。晶閘管作為特別是在大功率的情況 下的功率半導(dǎo)體在市場(chǎng)上常見。與此不同地，功率半導(dǎo)體包括可關(guān)斷的功率半導(dǎo)體，諸如 IGBT、GT0等等，其例如并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管。
本發(fā)明的其它合適的實(shí)施方式和優(yōu)點(diǎn)是以下借助附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例的描述 的內(nèi)容，其中，相同的組件使用相同的附圖標(biāo)記，并且其中圖1示意性示出了高壓直流輸電的、具有多個(gè)串聯(lián)電路和多個(gè)整流管組的變流 器，并且
圖2示出了按照本發(fā)明的裝置的實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式圖1示出了變流器1，其通過直流電路2與另一個(gè)未示出的變流器相連。變流器1 具有兩個(gè)由整流管組4組成的串聯(lián)電路3，這些整流管組分別可以通過直流電壓開關(guān)5跨 接。整流管組4被構(gòu)造為所謂的十二脈沖橋式電路，也就是包括兩個(gè)互相串聯(lián)連接的六脈 沖橋4a和4b，其分別與高壓直流輸電變壓器7相連。此外，高壓直流輸電變壓器7具有一 個(gè)與交流電網(wǎng)8相連的初級(jí)繞組9。要指出的是，交流電網(wǎng)是三相的，然而在圖1中為清楚 起見僅示出一相。高壓直流輸電變壓器的次級(jí)相繞組6互相不同地連接，從而提供一個(gè)相 差。變流器1可以借助交流電壓開關(guān)10與交流電網(wǎng)8分離。由半導(dǎo)體整流管4和對(duì) 應(yīng)的組件、諸如高壓直流輸電變壓器、交流電壓開關(guān)和直流電壓開關(guān)，組成的每個(gè)串聯(lián)電路 3也被作為極11表示。而可以與一個(gè)整流管組4對(duì)應(yīng)的組件形成組單元12。為了平滑直流電路的直流電壓，設(shè)置兩個(gè)平衡扼流圈13。此外，在示出的實(shí)施例中 示出電極導(dǎo)線14，其用于變流器1與未圖形示出的地電極的連接。由于該接地，在直流電路 2的一個(gè)導(dǎo)線故障的情況下允許通過地的電流，從而盡管所述導(dǎo)線的故障，卻還能夠繼續(xù)電 能傳輸。圖2示出按照本發(fā)明的裝置15的實(shí)施例，其用于調(diào)節(jié)在圖1中示出的高壓直流輸 電設(shè)備1。裝置15包括電流調(diào)節(jié)單元16、電壓調(diào)節(jié)單元17以及伽馬調(diào)節(jié)單元18。所述調(diào) 節(jié)單元與PI調(diào)節(jié)器19相連，該P(yáng)I調(diào)節(jié)器與對(duì)應(yīng)的整流管組4的在圖2中未示出的晶閘管 整流管相連。PI調(diào)節(jié)器19根據(jù)其輸入端參數(shù)提供觸發(fā)角a M，作為用于功率半導(dǎo)體的控 制信號(hào)。此外，公開了選擇開關(guān)20，利用該選擇開關(guān)可以接入或去除相應(yīng)的調(diào)節(jié)單元。作為 第四輸入信號(hào)，提供了整流器/逆變器信號(hào)導(dǎo)線21，利用其確定變流器1是作為逆變器還是 作為整流器工作。在圖2中示出的實(shí)施例中，每個(gè)電流調(diào)節(jié)單元16、每個(gè)電壓調(diào)節(jié)單元17 以及每個(gè)伽馬調(diào)節(jié)單元18分別包括一個(gè)減法器22，利用該減法器分別從額定值減去測(cè)量 的實(shí)際值，或者反之。通過分別對(duì)應(yīng)于一個(gè)整流管組4的合適的測(cè)量傳感器進(jìn)行實(shí)際值采集。例如通過 串聯(lián)電路3流動(dòng)的電流，被作為高壓直流測(cè)量值IdHV利用測(cè)量傳感器23采集，以及被作為 低壓直流測(cè)量值IdN利用電流傳感器24采集。高壓直流測(cè)量值IdHV以及低壓直流測(cè)量值 IdN分別作為實(shí)際值被傳輸?shù)脚c整流管組4對(duì)應(yīng)的電流調(diào)節(jié)單元16，其中，差單元22計(jì)算 與預(yù)先給出的額定值的差。在極的三個(gè)測(cè)量位置，作為低壓整流管組電壓UdN、中壓整 流管組電壓UdM6d和作為高壓整流管組電壓UdHV采集電壓。對(duì)于所述電壓測(cè)量所需的測(cè)量傳感器與平衡單元25相連，該平衡單元具有內(nèi)部 邏輯，用于從測(cè)量的電壓值中通過合適的相減來(lái)計(jì)算在各個(gè)整流管組4上降落的整流管組 電壓UdGRl以及UdGR2。此外，選擇單元25具有減法器22，其從整流管組電壓中形成差。最 后平衡單元25如伽馬調(diào)節(jié)單元那樣，包括可變的放大單元26，其導(dǎo)致具有合適的非線性反 應(yīng)的調(diào)節(jié)。在輸出側(cè)，平衡單元25與第一整流管組4的加法器27以及與第二整流管組4 的減法器28相連。如果在第二整流管組上降落的電壓UdGR2大于在第一整流管組上降落 的電壓UdGRl，則產(chǎn)生觸發(fā)單元25的正的輸出信號(hào)。由此該正的輸出信號(hào)應(yīng)用于第一電流調(diào)節(jié)單元16的調(diào)節(jié)參數(shù)。由此隨著電壓升高UdGRl導(dǎo)致電流的增加。然而利用減法器28 從第二整流管組4的電流調(diào)節(jié)單元的調(diào)節(jié)參數(shù)中減去平衡單元25的正的輸出信號(hào)。因此， 功率半導(dǎo)體的調(diào)節(jié)的目的在于，減小第二整流管組的整流管組電壓。
由此在極調(diào)節(jié)的層面設(shè)置的平衡單元用于觸發(fā)角的互相均衡，并且由此與其相連 的電流調(diào)節(jié)單元的同步。
權(quán)利要求
一種用于調(diào)節(jié)具有至少一個(gè)由分別具有可控的功率半導(dǎo)體的整流管組(4)組成的串聯(lián)電路(3)的高壓直流輸電設(shè)備的裝置(15)，其中，該裝置(15)具有用于采集通過串聯(lián)電路(3)流動(dòng)的整流管組電流IdHV、IdN的至少一個(gè)電流傳感器(23，24)和與該至少一個(gè)電流傳感器相連并且用于借助控制信號(hào)調(diào)整整流管組電流IdHV、IdN的至少一個(gè)電流調(diào)節(jié)單元(16)，其特征在于，對(duì)于每個(gè)整流管組(4)設(shè)置一個(gè)電流調(diào)節(jié)單元(16)，該電流調(diào)節(jié)單元為了控制與其對(duì)應(yīng)的整流管組(4)的功率半導(dǎo)體而與該整流管組相連，其中，所述串聯(lián)電路(3)的每個(gè)電流調(diào)節(jié)單元(16)與平衡單元(25)相連，該平衡單元用于與其相連的電流調(diào)節(jié)單元(16)的控制信號(hào)的互相均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置(15)，其特征在于，所述平衡單元(25)與整流管組電壓 單元相連，這些整流管組電壓?jiǎn)卧謩e對(duì)應(yīng)于一個(gè)整流管組(4)并且用于確定在對(duì)應(yīng)的整 流管組(4)上降落的整流管組電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(15)，其特征在于，所述整流管組電壓?jiǎn)卧请妷簜鞲衞
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(15)，其特征在于，每個(gè)整流管組電壓?jiǎn)卧c兩個(gè)電壓 傳感器相連，其中，這些電壓傳感器被設(shè)置在與整流管組電壓?jiǎn)卧獙?duì)應(yīng)的整流管組的兩側(cè)， 并且其中，所述電壓傳感器分別采集相對(duì)于地電勢(shì)降落的電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置(15)，其特征在于，每個(gè)串聯(lián)電路(3)具有兩個(gè)整流管 組(4)和兩個(gè)整流管組電壓?jiǎn)卧?，其中，所述平衡單?25)具有一個(gè)減法器(23)，該減法器 用于形成與其相連的整流管組電壓?jiǎn)卧恼鞴芙M電壓UdGRl、UdGR2的差。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置(15)，其特征在于，所述平衡單元(25)包括平衡調(diào)節(jié)器 (26)，其在輸入側(cè)與所述減法器(22)相連并且在輸出側(cè)與電流調(diào)節(jié)單元(16)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置(15)，其特征在于，每個(gè)電流調(diào)節(jié)單元(16)將所述平衡 單元(25)的輸出信號(hào)取決于符號(hào)地應(yīng)用到電流調(diào)節(jié)參數(shù)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(15)，其特征在于，所述功率半導(dǎo)體是不可 關(guān)斷的晶閘管。
9.一種具有通過直流電壓中間電路(2)相連的變流器(1)的高壓直流輸電設(shè)備，其中， 每個(gè)變流器(1)具有至少一個(gè)由具有可控的功率半導(dǎo)體的整流管組(4)組成的串聯(lián)電路 (3)，其中，為了調(diào)節(jié)所述功率半導(dǎo)體提供了按照上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置(15)。
全文摘要
為了提供一種用于調(diào)節(jié)高壓直流輸電設(shè)備的裝置(15)，其具有至少一個(gè)由分別具有可控的功率半導(dǎo)體的整流管組(4)組成的串聯(lián)電路(3)，其中該裝置(15)具有用于采集通過串聯(lián)電路(3)流動(dòng)的整流管組電流IdHV、IdN的至少一個(gè)電流傳感器(23，24)和與該至少一個(gè)電流傳感器相連并且用于借助控制信號(hào)調(diào)整整流管組電流IdHV、IdN的至少一個(gè)電流調(diào)節(jié)單元(16)，該裝置提供小的調(diào)節(jié)延遲和提高的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性，本發(fā)明提出，對(duì)于每個(gè)整流管組(4)設(shè)置一個(gè)電流調(diào)節(jié)單元(16)，其為了控制與其對(duì)應(yīng)的整流管組(4)的功率半導(dǎo)體而與該整流管組相連，其中，串聯(lián)電路(3)的每個(gè)電流調(diào)節(jié)單元(16)與平衡單元(25)相連，該平衡單元用于互相均衡與其相連的電流調(diào)節(jié)單元(16)的控制信號(hào)。
文檔編號(hào)H02J3/36GK101855806SQ200780101478
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2007年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月9日
發(fā)明者丹尼斯·布蘭特, 托斯滕·普里布, 約翰·梅斯納 申請(qǐng)人:西門子公司