Топология схемы демпфирования токов короткого замыкания, метод и преобразователь на ее основе

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Предложена топология схемы демпфирования токов короткого замыкания, метод и преобразователь на ее основе. 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 соединен параллельно с разрядником, а затем с первым переключающим модулем; байпасный переключатель соединен параллельно между клеммой х1 и клеммой х2 схемы демпфирования токов короткого замыкания; система питания получает энергию от накопителя энергии и подает питание на систему управления; а система управления руководит рабочим состоянием схемы демпфирования токов короткого замыкания путем управления переключателем байпаса, первым переключающим модулем и вторым модулем переключателя. Схема демпфирования токов короткого замыкания применяется к преобразователям источника напряжения. В случае сбоя постоянного тока, напряжение, возникающее в результате короткого замыкания, уменьшается за счет использования демпфирующего резистора, что позволяет избежать повреждения устройства и обеспечить самопитание, модуляцию и независимое управление. Схема демпфирования токов короткого замыкания может быть применена к различным типам преобразователей источника напряжения и обладает выдающейся экономической эффективностью и техничностью. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

 

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

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.

В качестве предпочтительного варианта осуществления - рабочее состояние схемы демпфирования токов короткого замыкания представляет 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.

Как показано на фиг. 1, топология схемы демпфирования токов короткого замыкания включает в себя два переключающих модуля, один отдельный диод D3, один конденсатор С1 для хранения энергии, один демпфирующий резистор R1, один разрядник DL, один байпасный переключатель K1, одну систему электропитания и одну систему управления. 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.

Вариант работы 2.

Настоящий вариант осуществления обеспечивает способ управления схемой демпфирования токов короткого замыкания. Схема демпфирования токов короткого замыкания и сглаживающая его, такая же, как и в варианте 1, и поэтому не описывается подробно. Система управления отправляет управляющий сигнал, чтобы заставить схему демпфирования токов короткого замыкания работать в одном из пяти рабочих состояний ниже:

(1) состояние зарядки в прямом состоянии активации: (см. фиг. 2) 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: (см. фиг. 3) 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: (см. фиг. 4) 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: (см. фиг. 5) 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: (см. фиг. 6) 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.

Вариант работы 3.

Как показано на фиг. 7, 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. Схема демпфирования токов короткого замыкания, и сглаживающая его, такая же, как и в варианте 1, и поэтому не описывается подробно.

В качестве предпочтительного варианта осуществления - 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.

Количество переключателей, входящих в верхнее и нижнее плечи моста, может быть одинаковым или различным, а конкретные схемы соответствующих переключателей могут быть одинаковыми или различными, где SM1-SMN являются переключателями, а X - схема демпфирования токов короткого замыкания. Когда на стороне постоянного тока возникает ошибка короткого замыкания, подающий сигнал подается на модули коммутации всех схем топологии помехоустойчивости, соединенных последовательно в преобразователе, и ток короткого замыкания быстро разрушается. Операция системы восстанавливается после завершения распада тока повреждения.

Вариант работы 4.

Как показано на фиг. 8, 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.

Схема токоограничения, сглаживающая ток, такая же, как и в варианте работы 1, и поэтому не описывается подробно. В качестве предпочтительного варианта осуществления схема токовой топологии с подавлением тока, также соединена последовательно между конденсатором постоянного тока и переключателем. Схема демпфирования токов короткого замыкания может быть каскадирована в мост или контур конденсатора постоянного тока

X - схема топологии заслонки. Когда на стороне постоянного тока возникает ошибка короткого замыкания, подающий сигнал подается на модули коммутации всех схем топологии помехоустойчивости, соединенных последовательно в преобразователе, и ток короткого замыкания быстро разрушается. Операция системы восстанавливается после завершения распада тока повреждения.

Вариант работы 5.

Как показано на фиг. 9, многоуровневый преобразователь демпфирующего типа включает в себя фазовый блок, включающий в себя, по меньшей мере, одну схему демпфирования токов короткого замыкания, подаваемую на каскад. Схема демпфирования токов короткого замыкания такая же, как и в варианте 1, и поэтому не описывается подробно. Схема демпфирования токов короткого замыкания может быть каскадирована в фазовое устройство X - схема топологии заслонки. Когда на стороне постоянного тока возникает ошибка короткого замыкания, сигнал подается на переключатели всех схем топологии помехоустойчивости, соединенных последовательно в преобразователе, и ток короткого замыкания быстро разрушается. Операция системы восстанавливается после завершения распада тока повреждения.

Вариант работы 6.

Способ защиты модульного многоуровневого преобразователя включает в себя следующие этапы: (1) обнаружение и определение того, происходит ли короткое замыкание на стороне постоянного тока; (2) если это так, применяется сигнал выключения для всех переключателей, соединенных последовательно в модульном многоуровневом преобразователе; (3) восстановление работы системы после завершения распада тока повреждения. Способ защиты модульного многоуровневого преобразователя такой же, как и в варианте 5, и поэтому не описывается подробно.

Вышеприведенные варианты являются просто иллюстрацией технических идей настоящего изобретения и не предназначены для ограничения объема защиты настоящего изобретения, а различные модификации технических решений на основе технических идей настоящего изобретения, относятся к объему защиты настоящего изобретения.

1. Схема демпфирования токов короткого замыкания, содержащая:

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 T2 является положительным электродом второго переключающего модуля и

отрицательный электрод силового полупроводникового прибора T2 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.

2. Схема по п. 1, отличающаяся тем, что рабочее состояние схемы топологии заслонки представляет 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 T2 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 должен быть отключен 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.

3. Схема по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что 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.

4. Схема по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что второй коммутационный модуль может представлять собой двунаправленный тиристор.

5. Схема по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что байпасный переключатель K1 может иметь механическую функцию удерживания после закрытия и может сохранять замкнутое состояние после выключения питания.

6. Способ управления схемой демпфирования токов короткого замыкания по любому из пп. 1-5, отличающийся тем, что с помощью системы управления отправляют управляющий сигнал, чтобы запустить схему демпфирования токов короткого замыкания, для работы в одном из пяти рабочих состояний, приведенных ниже:

(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 T2 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 T2 для включения, так что токи могут протекать в двух направлениях; и прямой ток протекает через силовой полупроводниковый прибор T2 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 T2 должен быть отключен 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 T2, 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.

7. 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, по любому из пп. 1-5.

8. Модульный многоуровневый преобразователь по п. 7, отличающий тем, что 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.

9. Модульный многоуровневый преобразователь по п. 7 или 8, отличающий тем, что схема демпфирования токов короткого замыкания может быть выполнена модульного типа и быть совместима со структурой модуля преобразователя.

10. Двухуровневый преобразователь демпфирующего типа, включающий в себя фазовый блок, содержащий каскадные коммутационные модули, двухуровневый преобразователь демпфирования, дополнительно содержащий: по меньшей мере одну схему демпфирования токов короткого замыкания, по любому из пп. 1-5 последовательно с коммутационными модулями.

11. Двухуровневый преобразователь по п. 10, отличающийся тем, что схема демпфирования токов короткого замыкания по любому из пп. 1-5 также последовательно соединена между конденсатором постоянного тока и модулем переключателя.

12. Многоуровневый преобразователь демпфирующего типа, содержащий фазовый блок, содержащий, по меньшей мере, одну схему демпфирования токов короткого замыкания по любому из пп. 1-5, которая каскадирована.

13. Способ защиты модульного многоуровневого преобразователя по п. 10 или 11, содержащий этапы, на которых:

(1) обнаруживают и определяют, возникает ли ошибка короткого замыкания на стороне постоянного тока;

(2) если это так, применяют сигнал выключения для всех переключателей, соединенных последовательно в модульном многоуровневом преобразователе; и

(3) производят восстановление работы системы после завершения короткого замыкания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники. Демпфер (1) включает в себя резонансный контур (11), демпфирующий конденсаторный модуль (CD) и переключающую схему (12).

Группа изобретений относится к электронной схеме постоянного тока для подачи питания на нагрузку и способу ее работы. Технический результат – обеспечение защиты электронной схемы за счет ограничения входного тока и защиты от чрезмерных напряжений.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство для получения высоковольтного импульсного напряжения содержит высоковольтный источник (1) постоянного напряжения, индуктивную нагрузку (9), два управляемых ключа (7) и (12) управляемый переключатель (41), а также последовательно соединенные между собой конденсатор (31), диод (30) и дополнительный управляемый переключатель (47), управляемый преобразователем (52) длительности импульсов, поступающих от генератора (21) импульсов прямоугольной формы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроэнергетике. Техническим результатом является устранение нарушения коммутации и обеспечение стабильности передачи постоянного тока при наличии переходной помехи.

Использование - в области электротехники. Технический результат - предотвращение скачкообразных изменений тока трехпроводной сети, симметризация подаваемого в нагрузку напряжения.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в многоуровневом инверторе. Техническим результатом является исключение разрушения суб-модулей при возникновении тока короткого замыкания в нагрузке.

Изобретение относится к области электротехники, радиоэлектроники и может быть использовано в источниках вторичного электропитания в качестве преобразователя постоянного напряжения в постоянное.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования мощности, передаваемой в нагрузку (или нагрузки). Техническим результатом является снижение уровня коммутационных потерь и тем самым повышение надежности работы силовых транзисторов и устройства в целом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для формирования преобразователя. Техническим результатом является уменьшение потерь мощности при коммутации за счет генерирования отрицательных напряжения для двухполярного тока.

Использование – в области электротехники. Технический результат – повышение качества балансировки напряжений между подмодулями.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство ограничения напряжения для последовательно соединенных силовых переключателей состоит из последовательно подключенного ряда силовых переключателей (Q1-Qn). Силовой переключатель укомплектован разъемом управления, верхним разъемом (SD) и нижним разъемом (WD). В цепи последовательно подключенных силовых переключателей последовательное подключение силовых переключателей (Q1-Qn) представляет собой поочередное последовательное подключение верхнего разъема (SD) одного силового переключателя к нижнему разъему (WD) другого силового переключателя. Подключен ряд контуров временного сохранения энергии (K1-Kn). Контур временного сохранения энергии параллельно подключается к разъемам каждого силового переключателя для сохранения энергии тока нагрузки временного потока при несинхронизированном включении/отключении силового переключателя. Для ограничения напряжения последовательно подключенных силовых переключателей используется главный контур ограничения напряжения (H). 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к электроэнергетике, может быть использовано в качестве устройства компенсации гармонических искажений токов трехфазной сети. Технический результат, на достижение которого направлено заявленное изобретение, заключается в создании активного фильтра высших гармоник токов трехфазной сети, компенсирующего несинусоидальность токов нелинейной нагрузки и реактивную мощность, имеющего малые массогабаритные показатели. Активный фильтр высших гармоник токов трехфазной сети имеет трехфазный мостовой инвертор напряжения на IGBT-транзисторах 1-6 со встречно-параллельными диодами 7-12, дроссели входного фильтра 15-17, конденсатор на стороне постоянного тока 13, датчики напряжения для измерения мгновенных значений сетевого напряжения 20-22, датчики тока нагрузки 23-25, датчики тока активного фильтра 26-28, датчик напряжения на конденсаторе в цепи постоянного тока 18, генератор пилообразного напряжения 31, блоки системы управления 32-34. Благодаря введению конденсатора 14, датчика напряжения 19, датчика тока 29, а также реализации блоков системы управления согласно принципам комбинированного управления получен активный фильтр высших гармоник токов, компенсирующий несинусоидальность токов нелинейной нагрузки и ее реактивную мощность при малой массе и габаритах, кроме того с возможностью использования в качестве выпрямителя со стабилизированным напряжением для собственного потребителя. В качестве собственного потребителя могут выступать аккумуляторная батарея, элементы релейной защиты и информационная электроника. 1 ил.

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Предложена топология схемы демпфирования токов короткого замыкания, метод и преобразователь на ее основе. 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 соединен параллельно с разрядником, а затем с первым переключающим модулем; байпасный переключатель соединен параллельно между клеммой х1 и клеммой х2 схемы демпфирования токов короткого замыкания; система питания получает энергию от накопителя энергии и подает питание на систему управления; а система управления руководит рабочим состоянием схемы демпфирования токов короткого замыкания путем управления переключателем байпаса, первым переключающим модулем и вторым модулем переключателя. Схема демпфирования токов короткого замыкания применяется к преобразователям источника напряжения. В случае сбоя постоянного тока, напряжение, возникающее в результате короткого замыкания, уменьшается за счет использования демпфирующего резистора, что позволяет избежать повреждения устройства и обеспечить самопитание, модуляцию и независимое управление. Схема демпфирования токов короткого замыкания может быть применена к различным типам преобразователей источника напряжения и обладает выдающейся экономической эффективностью и техничностью. 6 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.

Наверх