CN1725592A - 控制电路 - Google Patents

Abstract

一种用于控制输电线中的功率通量的装置，包括控制电路(1)和第二旁路通路(6)，控制电路(1)包括并联连接的第一电感器(2)和半导体开关元件(3)以及包括有电涌放电器(5)的第一旁路通路(4)，第二旁路通路(6)包括闭合开关(7)。

Description

控制电路

技术领域

本发明涉及一种用于在输电线中控制的功率通量的设备以及方法。更具体地，本发明涉及一种用于保护输电线的控制电路的方法以及装置。该电路包括至少一个包含有电感器和半导体元件的单元。本文中的半导体元件应该广义理解为包括所有具有半导体特性的器件并因此包括二极管以及半导体开关元件如晶闸管或IGBT。本文中的电感器应该理解为包括一个或多个包含有电感特性的单元。因此电感器也包括元件的组合，它们之中有些具有半导体特性，其形成了一个表现出电感特性的单元。

背景技术

用于控制输电***中的功率通量的电路通常包含有半导体元件。在有些情况下这些电路还包括电感器元件。这种元件必须被保护以免受到传输线中出现故障而导致的电流突然冲击。故障状态下电流在大约几毫秒之内增加到很高的电平。通常故障状态因断路器而终止，断路器在大约50-150ms之内断开电路。

包括有彼此并联连接的电感器和半导体元件的电路被用于控制传输线中的功率通量。这种电路的元件通常被保护以免遭受由与电路并联连接的电涌放电器引起的过电压。该元件还被保护以免遭受由形成为一个或多个电路的旁路的闭合开关引起的异常电流。该闭合开关可以远远快于断路器的动作。故障电流衰减或者断路器将主电路断开之后，闭合开关将恢复到正常的打开位置。

为了保护电感器，半导体元件和电涌放电器，闭合开关必须在第一次电流峰值之前闭合以形成旁路。这需要闭合开关具有小于四分之一基波频率谐波周期的工作时间。因此控制电路将在电流达到过零点之前被旁路。

只要有电流流入电感器，电感器中就将建立起磁能。交流电路中磁能将随着电流的变化而改变，并且因此当电流过零时将没有磁能存储在电感器中。当流入电流因例如旁路连接而改变方向时所存储的磁能将引起旁路电路中的电流。这将有直流电流，其存在一直到因电路中的阻抗效应而被衰减。因此当电路中的阻抗很低时电流将持续一段相当长的时间。

当包括有电感器的电路遭受故障状态下电流的突然冲击时电路中的直流电流会因此“被阻断(trapped)”。由于该电流将持续流动所以电感器本身或者电路中的其它元件(如半导体元件)可能会受损。阻断电流还会阻止旁路中闭合开关断开直到电流减小到零。在这段时间内旁路控制将被阻止。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于控制电路的保护装置，通过该保护装置将降低阻断电流的有害影响。本发明的次要目的在于保护输电***中含有电感器的控制电路中的元件。

本发明的目的通过独立权利要求1特征部分的特征以及独立权利要求6所要求保护的方法来实现。从属权利要求记载了优选实施例。

在包括有并联连接的电感器和半导体元件并且遭受电流的突然冲击的电路中，所采取的第一动作是使该电流旁路通过所述电路。因此引入与该电路并联连接的闭合开关。闭合开关的动作时间越短，电路中元件就越受到保护。目的在于，在四分之一的基波频率的谐波周期之内提供旁路。

即使在四分之一周期之内实现旁路，当电流在该四分之一周期之内迅速增加时也可能出现状况。如果电感器中电流迅速增加到正常电流的好几倍并且然后由于旁路的引入突然中断，那么将在电感器中建立起阻断磁能。因此故障电流(其为交流电流)将被电路旁路，而由于电感器中的磁能所引起的直流电流将仍然在控制电路中流动。该直流电流将损坏电路中的电感器或半导体元件。

根据本发明，控制电路中的阻断能量将因在控制电路中引入能量吸收装置而停止。在电路中会有能够通过热转换吸收电能的电阻元件。

根据本发明的第一实施例，该装置包括与闭合开关串联连接的电阻器。故障状态下当闭合开关闭合时这将导致电阻器必须承载故障交流电流和阻断直流电流。因此电阻器必须承受很高的电流。

旁路通路中电阻器的阻值选择很精确。当采用较高阻值时很大一部分外部流入的故障电流将流过旁路电路。选择很高的阻值存在的潜在风险仍然是损坏控制电路中的元件。

本发明的另一实施例中，该装置包括滤波器装置。该滤波器这样构成使得交流电流在无电阻的情况下通过，而直流电流必须通过并联连接到滤波器的电阻器。

本实施例的第一装置中，滤波器与闭合开关串联连接并因此与控制电路并联连接。本实施例的第二装置中，滤波器与控制电路串联连接并因此与闭合开关并联连接。

本发明第二方面的目的通过在控制电路中引入能量吸收的方法来实现。

附图说明

结合附图，本领域技术人员将通过下面的详细描述更清楚地理解本发明的其它特征和优点，其中：

图1是本发明的电路，

图2是本发明一个实施例的电路，

图3是本发明另一实施例的电路，

图4是包括两个控制电路单元的本发明另一实施例的电路，以及

图5是变压器装置中本发明另一实施例的电路。

具体实施方式

图1所示为包括有用于控制输电线中的功率通量的控制电路1的装置。控制电路包括与半导体元件3并联连接的电感器2。在该实施例中，半导体元件包括双极性晶闸管或两个反并联晶闸管装置。通过控制晶闸管，流过电路的电流通过电感器或者由晶闸管旁路。控制电路还包括第一旁路通路4，其包含有用于过电压保护的电涌放电器5。保护控制电路以免遭受包括闭合开关7的第二旁路通路6的过电流。在与图1中的电路类似的电路中，包括电感而且需要将电路旁路以在短路电流(Isc)时进行保护，在这种情况下可能出现阻断电流。当旁路是由没有电流中断能力的设备产生时，通过闭合开关7或晶闸管3，电流将被阻断，直到得到正常电流零点。由于故障电流和作为直流电流的阻断电流加入，所以因阻断电流只是慢慢衰减而不可能立即出现正常电流零点。

旁路情况下电感器中存储的磁能将循环通过旁路通路，并且伴随着取决于电路损耗的指数衰减。

$I=\hat{I}{e}^{\frac{1}{\mathrm{\τ}}}$ $\mathrm{\τ}=\frac{L}{r}$

由于电力***设备中电路损耗一般很低，品质因素一般在200-500的范围内。阻断电流衰减的时间常数为0.6s-1.6s。

$q=\frac{\mathrm{\ωL}}{r}\⇒\mathrm{\τ}=\frac{q}{\mathrm{\ω}}$

阻断电流将导致两种有害结果：

1.晶闸管(TY)，电感器(L)和电路(X)的应力(stress)

2.装置X的损耗可控性

根据本发明，该问题的解决方案是在电路中设置电阻。该电阻必须以如下方式连接，使得在正常工作中不会引入损耗。电阻器也可以包括在正常工作中不会引入损耗的这种特性。图1的第一实施例中串联电阻器8被包括在包含有闭合开关的第二旁路6中。电阻器将缩短阻断电流的衰减时间常数。串联电阻器8必须根据相应于旁路间隔期间短路电流(Isc)的能量来计算。

在图2的本发明另一实施例中，串联滤波器9设置在第二旁路通路6中。串联滤波器包括串联连接的电容器10和第二电感器11以及与该电容器和第二电感器并联连接的电阻器8。串联滤波器设计为具有低或者零基波频率阻抗(XCf＝-XLf)和足够的直流阻抗以缩短阻断电流的衰减时间常数。图2的实施例中串联电阻器的能量额定值与图1的实施例相比被减少到与电感器中阻断能量相应的值。其它滤波器元件(Cf和Lf)应该根据旁路间隔期间的短路电流(Isc)来计算。

图3所示的另一实施例中，串联滤波器12与控制电路1串联设置。串联滤波器12包括串联连接的电容器10和第二电感器11以及与该电容器和第二电感器并联连接的电阻器8。串联滤波器12具有低基波频率阻抗和足够的直流阻抗以缩短阻断电流的衰减时间常数。借助这种装置，主电路(X)被将承载短路电流(Isc)的闭合开关7有效旁路。滤波电阻器8只需要根据第一电感器中的阻断能量进行计算。其它滤波器元件(Cf和Lf)应该根据正常负载电流来计算。

图4的实施例中，控制电路包括两个电路单元1a，1b，每个包括电感器2，半导体器件3和电涌放电器5。两个电路单元由包括闭合开关7的单个旁路6保护。根据本发明图4的控制电路还包括滤波器，该滤波器具有用于吸收直流能量的阻抗但是使交流电流通过的零阻抗。如前面实施例所示包含有滤波器9或滤波器12的旁路都与控制单元1串联连接。

本实施例中可能出现特殊情况。如果在故障时刻第一晶闸管元件3a闭合而第二晶闸管元件3b打开就将出现这种情况。闭合开关7将为主要的电流流动迅速形成旁路6。阻断电流将形成包括第一晶闸管3a，第二电感器2b和旁路6的第二通路。因此这种情况下阻断电流损坏的不仅仅是第二电感器还有第一晶闸管。

图5的另一实施例中控制电路通过变压器13连接到电力***。本实施例中控制单元包括串联连接的多个电路单元1a，1b，1c，1d和滤波器12。多个控制电路单元的每一个都包括电感器，晶闸管和电涌放电器。图5的实施例中控制电路包括一条包含有闭合开关7的旁路6，其旁路所有的多个电路单元和滤波器。

虽然本发明的优点并不限于形成所示实施例，但是对于本领域的技术人员来说其它实施例也包含在本发明的范围之内，其中设置电阻以吸收来自阻断电流的能量。因此包括有多个由电感器组成的串联连接电路单元组并且由包括有闭合开关的公共旁路通路保护的控制电路也是本发明的一部分。由并联晶闸管开关控制的具有串联电抗器的的功率通量控制装置典型地在保护旁路期间遭受阻断电流。用于优化晶闸管额定值的最重要的先决条件也是采用快速旁路开关作为给出的旁路延迟小于5ms的闭合开关7。

Claims (8)

1、用于控制输电***中的功率通量的装置，包括控制电路(1)和与其并联连接的第二旁路通路(6)，控制电路(1)包括并联连接的第一电感器(2)和半导体开关元件(3)以及包括有电涌放电器(5)的第一旁路通路(4)，第二旁路通路(6)包括闭合开关(7)，特征在于，该装置还包括电阻器(8)。

2、根据权利要求1的装置，其中电阻器(8)被包括在第二旁路通路(6)中。

3、根据权利要求1的装置，其中电阻器(8)与控制电路(1)串联连接。

4、根据权利要求2或3的装置，其中该装置包括与电阻器(8)并联连接的电容器(10)和第二电感器(11)，用于形成对基波频率具有低阻抗的滤波器(9，12)。

5、根据前述任一权利要求的装置，其中控制电路(1)包括多个电路单元(1a-1d)。

6、用于保护控制电路(1)不受阻断电流的方法，控制电路(1)包括第一电感器(2)，半导体开关元件(3)和包括有并联连接的电涌放电器(5)的第一旁路通路(4)，第二旁路通路(6)包括闭合开关(7)，特征在于，通过热传递吸收来自阻断电流的电能。

7、根据权利要求7的方法，其中吸收包括在交流电流被滤波器旁路的同时吸收直流电流。

8、根据权利要求1-5任一的装置或者根据权利要求6或7的方法在变压器连接中的应用，用于控制输电***中的功率通量。

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