RU2451386C1 - Voltage converter - Google Patents
Voltage converter Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451386C1 RU2451386C1 RU2010154446/07A RU2010154446A RU2451386C1 RU 2451386 C1 RU2451386 C1 RU 2451386C1 RU 2010154446/07 A RU2010154446/07 A RU 2010154446/07A RU 2010154446 A RU2010154446 A RU 2010154446A RU 2451386 C1 RU2451386 C1 RU 2451386C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- converter
- switching
- phase
- switching cells
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/60—Arrangements for transfer of electric power between AC networks or generators via a high voltage DC link [HVCD]
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относится к преобразователю напряжения, имеющему, по меньшей мере, одну фазную ветвь, соединенную с противоположными полюсами стороны постоянного напряжения преобразователя и содержащую последовательное соединение переключающих ячеек, причем каждая из переключающих ячеек имеет, с одной стороны, по меньшей мере, две полупроводниковых сборки, соединенных последовательно, каждая из которых имеет полупроводниковое устройство запираемого типа и обратный диод, включенный с ним параллельно, и, с другой стороны, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор, причем фазный вывод преобразователя сконфигурирован с возможностью подключения к стороне переменного напряжения преобразователя, сформированной вдоль последовательного соединения переключающих ячеек, причем каждая из переключающих ячеек сконфигурирована с возможностью получения двух переключающих состояний путем управления полупроводниковыми устройствами каждой переключающей ячейки, а именно первого переключающего состояния и второго переключающего состояния, в которых напряжение на, по меньшей мере, одном накапливающем энергию конденсаторе, и нулевое напряжение, соответственно, подаются на контакты переключающей ячейки для получения определенного значения напряжения переменного тока на фазном выводе.The present invention relates to a voltage converter having at least one phase branch connected to opposite poles of the DC side of the converter and comprising a series connection of the switching cells, each of the switching cells having, on the one hand, at least two semiconductor assemblies connected in series, each of which has a lockable semiconductor device and a reverse diode connected in parallel with it, and, on the other hand, at least at least one energy-storage capacitor, the phase output of the converter being configured to connect to the alternating voltage side of the converter formed along the series connection of the switching cells, each of the switching cells being configured to receive two switching states by controlling the semiconductor devices of each switching cell, and namely the first switching state and the second switching state in which the voltage on of the at least one energy accumulator capacitor and a zero voltage, respectively, supplied to the contacts of the switch cell to obtain a particular value of AC voltage at the output-phase.
Такие преобразователи с любым числом указанных фазовых ветвей входят в объем данного изобретения, но обычно они имеют три такие фазные ветви для получения трехфазного переменного напряжения на их стороне переменного напряжения.Such converters with any number of said phase branches are included in the scope of the present invention, but usually they have three such phase branches to produce a three-phase alternating voltage on their alternating voltage side.
Преобразователь напряжения этого типа может быть применен во всех ситуациях, в которых постоянное напряжение нужно преобразовать в переменное, и наоборот, причем примерами такого применения служат использование в станциях установок ПТВН (постоянного тока высокого напряжения), в которых постоянное напряжение обычно преобразуется в трехфазное переменное напряжение, или наоборот, или в так называемых станциях возврата энергии в сеть, в которых переменное напряжение сначала преобразуется в постоянное напряжение, а оно затем преобразуется в переменное напряжение, также как и в РСКРМ (регулируемом статическом компенсаторе реактивной мощности), в котором сторона постоянного напряжения состоит из конденсаторов, подключенных свободно. Тем не менее, данное изобретение не ограничивается этими областями применения, а другие области применения также возможны, такие, как в системах управления различного типа для механизмов, транспортных средств и т.д.A voltage converter of this type can be used in all situations in which a direct voltage needs to be converted to alternating voltage, and vice versa, and examples of such applications are the use of PTVN (high voltage direct current) installations in stations, in which a direct voltage is usually converted into a three-phase alternating voltage or vice versa, or in the so-called energy return stations to the network, in which the alternating voltage is first converted to constant voltage, and then it is converted into alternating voltage, as well as in RSKRM (regulated static VAR compensator), where the DC voltage side consists of capacitors connected freely. However, the present invention is not limited to these fields of application, and other fields of application are also possible, such as in various types of control systems for mechanisms, vehicles, etc.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Преобразователь напряжения этого типа известен, например, из DE 10103031A1 и WO 2007/023064A1, и, в соответствии с описанием, обычно называется преобразователем с большим количеством ячеек или M2LC. Ссылки сделаны на эти публикации для описания принципа работы преобразователя этого типа. Указанные переключающие ячейки преобразователя могут иметь другой вид, отличный от приведенных в указанных публикациях, и, например, возможно, чтобы каждая переключающая ячейка имела более одного накапливающего энергию конденсатора, притом, что возможно управлять переключающей ячейкой для переключения между двумя состояниями, указанными ранее.A voltage converter of this type is known, for example, from DE 10103031A1 and WO 2007 / 023064A1, and, as described, is usually referred to as a converter with a large number of cells or M2LC. References are made to these publications to describe the operating principle of this type of converter. Said converter switching cells may have a different form than those indicated in the indicated publications, and, for example, it is possible for each switching cell to have more than one energy storage capacitor, while it is possible to control the switching cell to switch between the two states indicated above.
Другой преобразователь напряжения этого типа известен из US 5642275, используется в регулируемом статическом компенсаторе реактивной мощности, в котором переключающие ячейки имеют другой вид в форме, так называемых, полных мостов, таких как H-мосты.Another voltage converter of this type, known from US 5642275, is used in an adjustable static reactive power compensator, in which the switching cells have a different form in the form of so-called full bridges, such as H-bridges.
Настоящее изобретение в первую очередь, но не только, направлено на такие преобразователи напряжения, сконфигурированные с возможностью передачи больших мощностей, и вопрос передачи больших мощностей по этой причине будет в основном обсуждаться здесь и далее для раскрытия, но ни коим образом не ограничивая этим изобретение. Когда такой преобразователь напряжения используется для передачи больших мощностей, это также означает, что работают с высокими напряжениями, а напряжение стороны постоянного напряжения преобразователя определяется напряжениями на накапливающих энергию конденсаторах переключающих ячеек. Это значит, что сравнительно большое число таких переключающих ячеек нужно соединить последовательно для большого числа полупроводниковых устройств, т.е. полупроводниковые сборки нужно соединять последовательно в каждой из переключающих ячеек, а преобразователь напряжения такого типа представляет практический интерес, когда число переключающих ячеек в фазной ветке сравнительно велико. Большое число таких переключающих ячеек, соединенных последовательно означает, что можно управлять этими переключающими ячейками, чтобы переключаться между первым и вторым переключающими состояниями, и с помощью этого уже на фазном выводе получать переменное напряжение, очень близкое к синусоидальному напряжению. Это может быть достигнуто уже путем довольно низких частот переключений, которые обычно используются в известных преобразователях напряжения, относящихся к типу, изображенному на фиг.1 в DE 10103031A1, имеющему переключающие ячейки с, по меньшей мере, одним полупроводниковым устройством запираемого типа и, по меньшей мере, одним обратным диодом, соединенным с ним встречно-параллельно. Это делает возможным получение значительно более низких потерь и также относительного уменьшения проблем фильтрации и гармонических токов и радиопомех, таким образом, что оборудование для этого может быть менее дорогостоящим.The present invention is primarily, but not limited to, directed to such voltage converters configured to transmit high powers, and the issue of transmitting high powers for this reason will be mainly discussed hereinafter for disclosure, but in no way limiting the invention. When such a voltage converter is used to transmit large powers, this also means that they operate with high voltages, and the voltage of the DC side of the converter is determined by the voltages on the energy-storage capacitors of the switching cells. This means that a relatively large number of such switching cells must be connected in series for a large number of semiconductor devices, i.e. semiconductor assemblies need to be connected in series in each of the switching cells, and a voltage converter of this type is of practical interest when the number of switching cells in the phase branch is relatively large. A large number of such switching cells connected in series means that it is possible to control these switching cells in order to switch between the first and second switching states, and by means of this, to obtain an alternating voltage very close to the sinusoidal voltage already at the phase output. This can be achieved already by means of rather low switching frequencies, which are commonly used in known voltage converters of the type shown in FIG. 1 in DE 10103031A1, having switching cells with at least one lockable semiconductor device and at least at least one reverse diode connected to it counter-parallel. This makes it possible to obtain significantly lower losses and also a relative reduction in filtering problems and harmonic currents and radio noise, so that the equipment for this can be less expensive.
Также известно, что преобразователь напряжения этого типа также принимает симметричное состояние, что означает, что два полюса его стороны постоянного напряжения имеют одно и то же напряжение относительно земли, а напряжение переменного тока находится между. Тем не менее, в некоторых случаях может представлять интерес работа без трансформаторов между фазным выводом преобразователя и сетью или линией переменного напряжения, соединенной с фазным выводом, и если переменное напряжение преобразователя совпадает с переменным напряжением сети, обычно нет особых проблем с соединением напрямую с сетью.It is also known that a voltage converter of this type also takes a symmetrical state, which means that the two poles of its DC voltage side have the same voltage relative to earth, and the AC voltage is between. However, in some cases it may be interesting to work without transformers between the phase output of the converter and the mains or AC line connected to the phase output, and if the alternating voltage of the converter matches the alternating voltage of the network, there is usually no particular problem connecting directly to the network.
Тем не менее, известные преобразователи типа M2LC не допускают однополярную работу вообще без трансформатора или только с использованием автотрансформатора, так что трансформатор значительной стоимости, связанной с ним, необходимо использовать, несмотря на тот факт, что уровни напряжения на стороне постоянного напряжения и стороне переменного напряжения преобразователя по существу не требуют наличия какого-либо трансформатора. However, the known M2LC type converters do not allow unipolar operation without a transformer at all or only using an autotransformer, so a significant cost transformer associated with it must be used, despite the fact that the voltage levels on the DC side and the AC side the converter essentially does not require any transformer.
Краткое изложение существа изобретенияSummary of the invention
Задача данного изобретения заключается в предоставлении преобразователя напряжения, имеющего тип, определенный во введении, допускающего однополярную работу без необходимости в трансформаторе.The objective of the invention is to provide a voltage converter having the type defined in the introduction, allowing unipolar operation without the need for a transformer.
Эта задача в соответствии с изобретением достигается путем предоставления такого преобразователя, в котором один из противоположных полюсов является полюсом высокого потенциала, соединенным с высоким потенциалом на стороне постоянного напряжения, а другой из противоположных полюсов является полюсом нейтрального потенциала, соединенным с нейтральным потенциалом на стороне постоянного напряжения, и последовательное соединение переключающих ячеек имеет первый конец, сконфигурированный с возможностью соединения с полюсом высокого потенциала, и второй конец, сконфигурированный с возможностью соединения с фазным выводом, и преобразователь дополнительно содержит компоновку, сконфигурированную с возможностью соединения фазного вывода с полюсом нейтрального потенциала и передачи импульсов напряжения на фазный вывод, который является как положительным, так и отрицательным относительно нейтрального потенциала.This task in accordance with the invention is achieved by providing such a converter in which one of the opposite poles is a high potential pole connected to a high potential on the DC voltage side, and the other of the opposite poles is a neutral potential pole connected to a neutral potential on the DC voltage side , and the series connection of the switching cells has a first end configured to be connected to a high potential of, and a second end configured to be connected to a phase terminal, and the converter further comprising an arrangement configured to be connected to the phase output with a pole neutral potential and transmit voltage pulses to the phase output which is either positive or negative relative to the neutral potential.
Имея часть преобразователя, которая подключается между высоким потенциалом на стороне постоянного напряжения и фазным выводом преобразователя в виде так называемой вентильной ветви преобразователя M2LC, и имея часть преобразователя, которая соединяет фазный вывод с другим полюсом, состоящую из компоновки, сконфигурированной с возможностью соединения с нейтральным потенциалом, и обеспечивающей как положительные, так и отрицательные импульсы напряжения, передаваемые им в фазный выход, однополярная работа преобразователя этого типа может быть осуществлена без необходимости в трансформаторе, так что могут быть сэкономлены затраты. Таким образом, с помощью этого будет возможно проводить ток из компоновки в фазный вывод также, как и в противоположном направлении.Having a part of the converter that connects between the high potential on the DC side and the phase output of the converter in the form of the so-called gate branch of the M2LC converter, and having a part of the converter that connects the phase output to the other pole, consisting of an arrangement configured to be connected with neutral potential , and providing both positive and negative voltage pulses transmitted to them in the phase output, unipolar operation of this type of converter can t be carried out without the need for a transformer, so that costs can be saved. Thus, with this, it will be possible to conduct current from the arrangement to the phase terminal as well as in the opposite direction.
Обращается внимание на то, что переменное напряжение, приложенное на фазном выводе преобразователя, формируется разностью потенциалов импульсов напряжения одного знака, приложенных от полюса высокого потенциала и импульсов напряжения, приложенных компоновкой, причем импульсы напряжения, приложенные от полюса высокого потенциала только положительные или только отрицательные, и импульсы напряжения, приложенные компоновкой, могут быть положительными или отрицательными.Attention is drawn to the fact that the alternating voltage applied to the phase output of the converter is formed by the potential difference of voltage pulses of the same sign applied from the high potential pole and voltage pulses applied by the arrangement, and the voltage pulses applied from the high potential pole are only positive or only negative, and voltage pulses applied by the arrangement may be positive or negative.
Кроме того, обращается внимание на то, что, хотя преобразователь в соответствии с данным изобретением делает возможной однополярную работу без необходимости в трансформаторе, трансформатор, такой как автотрансформатор, может быть подключен между фазным выводом и сетью или линией переменного напряжения.In addition, attention is drawn to the fact that although the converter in accordance with this invention enables unipolar operation without the need for a transformer, a transformer, such as an autotransformer, can be connected between the phase output and the mains or AC line.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения компоновка является симметричной относительно нейтрального потенциала путем конфигурирования для передачи импульсов напряжения с одинаковой максимальной амплитудой с обеих сторон, положительной и отрицательной, нейтрального потенциала. Это подходит для простой и надежной работы преобразователя.According to an embodiment of the invention, the arrangement is symmetrical with respect to the neutral potential by configuring to transmit voltage pulses with the same maximum amplitude on both sides, positive and negative, neutral potential. It is suitable for simple and reliable operation of the converter.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения компоновка сконфигурирована с возможностью соединения фазного вывода с полюсом нейтрального потенциала путем соединения с землей. Это является подходящим способом для того, чтобы определить нейтральный потенциал.According to another embodiment of the invention, the arrangement is configured to connect the phase output to a pole of neutral potential by connecting to ground. This is a suitable way to determine the neutral potential.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения преобразователь содержит блок управления, выполненный с возможностью управления преобразователем для получения определенного переменного напряжения на фазном выводе, имеющим максимальное значение напряжения, равное от 1/3 до 2/3, предпочтительно порядка 1/2 от высокого потенциала полюса высокого потенциала относительно земли. Оказалось, что отношение порядка 1/2 для максимального значения переменного напряжения к напряжению высокого потенциала относительно земли приводит к наименьшим возможным затратам для такого преобразователя для установленного значения его номинальной мощности.In accordance with another embodiment of the invention, the converter comprises a control unit adapted to control the converter to obtain a specific alternating voltage at the phase terminal having a maximum voltage value of from 1/3 to 2/3, preferably of the order of 1/2 of the high pole potential high potential relative to land. It turned out that a ratio of the order of 1/2 for the maximum value of the alternating voltage to the voltage of a high potential relative to the ground leads to the lowest possible costs for such a converter for a set value of its rated power.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения компоновка сконфигурирована с возможностью передачи импульсов напряжения на фазный вывод, изменяя максимальные значения относительно нейтрального потенциала, по существу, соответствующие максимальному значению переменного напряжения, которое нужно передать преобразователем на фазный вывод. Эта конфигурация компоновки предпочтительна, особенно когда преобладает соотношение, приведенное выше, так как это делает удобным получение переменного напряжения, предназначенного для фазного вывода путем добавления импульсов напряжения или потенциалов с двух вентильных ветвей преобразователя, что приводит к импульсам напряжения для получения требуемого переменного напряжения.According to another embodiment of the invention, the arrangement is configured to transmit voltage pulses to the phase output, changing the maximum values with respect to the neutral potential, essentially corresponding to the maximum value of the alternating voltage to be transmitted by the converter to the phase output. This arrangement configuration is preferred, especially when the ratio above prevails, since it makes it convenient to obtain an alternating voltage intended for phase output by adding voltage pulses or potentials from two valve branches of the converter, which leads to voltage pulses to obtain the desired alternating voltage.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения компоновка содержит, по меньшей мере, один H-мост, содержащий два переключающих элемента, соединенных параллельно, и каждый из которых имеет, по меньшей мере, две полупроводниковых сборки, соединенные последовательно и каждая имеющая полупроводниковое устройство запираемого типа и обратный диод, соединенный параллельно с ним, причем Н-мост также имеет, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор, соединенный параллельно с переключающими элементами, и средняя точка между полупроводниковыми сборками первого из переключающих элементов соединена с нейтральным потенциалом, а средняя точка между полупроводниковыми сборками второго переключающего элемента соединена с фазным выводом. Компоновка с признаками, необходимыми для осуществления данного изобретения, может путем простых и надежных средств быть получена использованием такого Н-моста, что позволит импульсам напряжения, передаваемым по нему на фазный вывод, быть как положительными, так и отрицательными.According to another embodiment of the invention, the arrangement comprises at least one H-bridge containing two switching elements connected in parallel, and each of which has at least two semiconductor assemblies connected in series and each having a lockable semiconductor device and a reverse diode connected in parallel with it, and the H-bridge also has at least one energy storage capacitor connected in parallel with the switching elements, and a midpoint ezhdu first semiconductor assemblies of the switching elements is connected to the neutral potential, and the middle point between semiconductor assemblies of a second switching element connected to a phase terminal. The arrangement with the features necessary for the implementation of the present invention can be obtained by simple and reliable means using such an H-bridge, which allows the voltage pulses transmitted through it to the phase output to be both positive and negative.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения преобразователь содержит множество Н-мостов, соединенных последовательно, и средняя точка первого переключающего элемента на одном конце последовательного соединения Н-мостов сконфигурирована с возможностью соединения с нейтральным потенциалом, а средняя точка второго переключающего элемента на противоположном конце последовательного соединения Н-мостов сконфигурирована с возможностью соединения с фазным выводом. Именно с помощью этого можно выбирать желаемое число таких Н-мостов для обеспечения подходящего выбора уровней напряжения импульсов напряжения, подаваемых с помощью него на фазный вывод для уменьшения потерь преобразователя и получения переменного напряжения желаемой формы.According to another embodiment of the invention, the converter comprises a plurality of H-bridges connected in series, and the midpoint of the first switching element at one end of the serial connection of H-bridges is configured to be connected with neutral potential, and the midpoint of the second switching element at the opposite end of the serial connection H-bridges are configured to connect to a phase output. It is with this help that you can select the desired number of such H-bridges to provide a suitable choice of voltage levels of the voltage pulses supplied with it to the phase output to reduce converter losses and obtain an alternating voltage of the desired shape.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения компоновка содержит, по меньшей мере, две переключающие ячейки, соединенные последовательно. Может быть преимущественным использование таких переключающих ячеек для получения различных уровней импульсов напряжения.According to another embodiment of the invention, the arrangement comprises at least two switching cells connected in series. It may be advantageous to use such switching cells to obtain different levels of voltage pulses.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения последовательное соединение переключающих ячеек в компоновке содержит переключающие ячейки, которые направлены противоположно относительно напряжения, обеспечиваемого его накапливающим энергию конденсатором. Это делает возможным использование такого последовательного соединения переключающих ячеек для получения компоновки, позволяющей импульсам напряжения, передаваемым через нее, быть как положительными, так и отрицательными. Кроме того, предпочтительно, чтобы компоновка имела последовательное соединение переключающих ячеек с половиной переключающих ячеек, направленных в одном направлении, и другой их половиной, направленной в противоположном направлении относительно напряжения, обеспечиваемого его накапливающим энергию конденсатором.According to another embodiment of the invention, the series connection of the switching cells in the arrangement comprises switching cells that are oppositely directed with respect to the voltage provided by its energy storage capacitor. This makes it possible to use such a serial connection of the switching cells to obtain an arrangement that allows the voltage pulses transmitted through it to be both positive and negative. In addition, it is preferable that the arrangement has a series connection of the switching cells with half of the switching cells directed in one direction and the other half directed in the opposite direction relative to the voltage provided by its energy storage capacitor.
Хотя можно иметь только последовательное соединение переключающих ячеек без Н-мостов в компоновке, есть возможность совмещать такие переключающие ячейки и Н-мосты, и в другом варианте осуществления изобретения компоновка содержит последовательное соединение одного или более Н-мостов и одной или более переключающих ячеек, и один конец этого последовательного соединения сконфигурирован с возможностью соединения с нейтральным потенциалом, а другой его конец сконфигурирован с возможностью соединения с фазным выводом.Although it is possible to have only a series connection of switching cells without H-bridges in the arrangement, it is possible to combine such switching cells and H-bridges, and in another embodiment of the invention, the arrangement comprises a series connection of one or more H-bridges and one or more switching cells, and one end of this series connection is configured to connect with neutral potential, and the other end is configured to connect to a phase terminal.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения число переключающих ячеек последовательного соединения переключающих ячеек между полюсом высокого потенциала и фазным выводом фазной ветви равно ≥4, ≥12, ≥30 или ≥50. Преобразователь этого типа представляет, как уже упоминалось выше, особенный интерес, когда число переключающих ячеек в последовательном соединении довольно велико, что приводит к большому числу возможных уровней импульсов напряжения, подаваемых на фазный вывод.According to another embodiment of the invention, the number of switching cells in series connecting the switching cells between the high potential pole and the phase terminal of the phase branch is ≥4, ≥12, ≥30 or ≥50. A converter of this type is, as mentioned above, of particular interest when the number of switching cells in a series connection is quite large, which leads to a large number of possible levels of voltage pulses supplied to the phase output.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения полупроводниковые устройства полупроводниковых компоновок являются БТИЗ (биполярными транзисторами с изолированным затвором), КЗЗТ (коммутируемыми по затвору запираемыми тиристорами) или ЗТ (запираемыми тиристорами). Это подходящие полупроводниковые устройства для таких преобразователей, хотя другие полупроводниковые устройства запираемого типа также возможны.In accordance with another embodiment of the invention, the semiconductor devices of the semiconductor arrangements are IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), KZZT (Gate Switched Switchable Thyristors), or CT (Lockable Thyristors). These are suitable semiconductor devices for such converters, although other lockable semiconductors are also possible.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения преобразователь сконфигурирован с возможностью иметь сторону постоянного напряжения, соединенную с сетью постоянного напряжения для передачи постоянного тока высокого напряжения (ПТВН), и сторону переменного напряжения, соединенную с фазной линией переменного напряжения, включенной в сеть переменного напряжения. Это приводит к большому числу полупроводниковых сборок, требуемых для него в практически интересной области применения преобразователя этого типа.According to another embodiment of the invention, the converter is configured to have a constant voltage side connected to a constant voltage network for transmitting high voltage direct current (PTVN) and an alternating voltage side connected to an alternating voltage phase line connected to the alternating voltage network. This leads to the large number of semiconductor assemblies required for it in the practically interesting field of application of this type of converter.
В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения преобразователь сконфигурирован с возможностью иметь постоянное напряжение на двух полюсах, имеющее значение между 1 и 1200 кВ, или между 10 и 1200 кВ, или между 100 и 1200 кВ. Изобретение представляет тем больший интерес, чем больше постоянное напряжение.According to another embodiment of the invention, the converter is configured to have a constant voltage at two poles having a value between 1 and 1200 kV, or between 10 and 1200 kV, or between 100 and 1200 kV. The invention is of greater interest, the greater the constant voltage.
Изобретение также относится к установке для передачи электрической энергии в соответствии с приложенной формулой изобретения. Станции такой установки могут иметь привлекательные размеры и высокую надежность при сравнительно низкой стоимости.The invention also relates to an apparatus for transmitting electrical energy in accordance with the attached claims. Stations of such an installation can have attractive sizes and high reliability at a relatively low cost.
Дополнительные преимущества, также как и выгодные особенности, изобретения будут понятны из следующего описания. Further advantages, as well as advantageous features, of the invention will be apparent from the following description.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения изобретения со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых: The invention is further explained in the description of the preferred embodiments of the invention with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг.1 изображает очень упрощенный вид преобразователя напряжения, относящегося к типу, соответствующему данному изобретению;Figure 1 depicts a very simplified view of a voltage converter of the type corresponding to this invention;
Фиг.2 и 3 изображают две различные известные переключающие ячейки, которые могут являться частью преобразователя напряжения в соответствии с изобретением;Figures 2 and 3 depict two different known switching cells, which may be part of a voltage converter in accordance with the invention;
Фиг.4 изображает упрощенный вид известного преобразователя напряжения, относящегося к типу, соответствующему данному изобретению;Figure 4 depicts a simplified view of a known voltage transducer of the type corresponding to this invention;
Фиг.5 изображает вид, аналогичный фиг.4, известного преобразователя напряжения, относящегося к типу, соответствующему данному изобретению, не имеющему трансформатора;Figure 5 depicts a view similar to figure 4, a known voltage Converter, related to the type corresponding to this invention, without a transformer;
Фиг.6 изображает вид, аналогичный фиг.5, преобразователя напряжения в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения;Fig.6 depicts a view similar to Fig.5, a voltage Converter in accordance with the first embodiment of the invention;
Фиг.7 изображает диаграмму напряжений, приложенных к фазному выводу преобразователя в соответствии с фиг.6 в зависимости от времени;Fig.7 depicts a diagram of the voltages applied to the phase output of the Converter in accordance with Fig.6 versus time;
Фиг.8 и 9 изображают виды, соответствующие фиг.6 преобразователей, в соответствии со вторым и третьим вариантами осуществления изобретения, соответственно.Figs. 8 and 9 depict views corresponding to Fig. 6 transducers, in accordance with the second and third embodiments of the invention, respectively.
Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретенияDescription of preferred embodiments of the invention
Фиг.1 изображает очень схематично основную конструкцию преобразователя 1 напряжения типа, к которому относится данное изобретение. Этот преобразователь имеет три фазные ветви 2-4, соединенные с противоположными полюсами 5, 6 стороны постоянного напряжения преобразователя, такой как сеть постоянного напряжения, для передачи постоянного тока высокого напряжения. Каждая фазная ветвь включает последовательное соединение переключающих ячеек 7, обозначенных прямоугольниками, в этом случае в количестве 16 шт., и это последовательное соединение разделено на две равные части: верхнюю вентильную ветвь 8 и нижнюю вентильную ветвь 9, разделенные средней точкой 10-12, формирующей фазный вывод, сконфигурированный с возможностью соединения со стороной переменного напряжения преобразователя. Фазные выводы 10-12 могут, как вариант, через трансформатор соединяться с трехфазной сетью переменного напряжения, нагрузкой и т.д. Фильтрующее оборудование также устанавливается на стороне переменного напряжения для улучшения формы переменного напряжения на стороне переменного напряжения.Figure 1 depicts very schematically the basic structure of the
Блок 13 управления устанавливается для управления переключающими ячейками 7, и с помощью этого преобразователем для преобразования постоянного напряжения в переменное напряжение, и наоборот.The
Преобразователь напряжения имеет переключающие ячейки 7, относящиеся к типу, имеющему, с одной стороны, по меньшей мере, две полупроводниковых сборки, каждая с полупроводниковым устройством запираемого типа и возвратным диодом, соединенным параллельно с ним, и, с другой стороны, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор, и два примера 7, 7' таких переключающих ячеек изображены на фиг.2 и 3. Контакты 14, 15 переключающих ячеек выполнены с возможностью соединения с прилегающими переключающими ячейками в последовательное соединение переключающих ячеек, формирующее фазную ветвь. Полупроводниковые устройства 16, 17 в этом случае являются БТИЗ, соединенными параллельно с диодами 18, 19. Хотя изображены только одно полупроводниковое устройство и один диод на сборку, может быть установлено определенное число полупроводниковых устройств и диодов, соответственно, соединенных параллельно для разделения тока, проходящего через сборку. Накапливающий энергию конденсатор 20 включен параллельно соответствующему последовательному соединению диодов и полупроводниковых устройств. Один контакт 14 соединен со средней точкой между двумя полупроводниковыми устройствами также, как и со средней точкой между двумя диодами. Другой контакт 15 соединен с накапливающим энергию конденсатором 20, в варианте осуществления с фиг.2, к одной его стороне, а в варианте осуществления, соответствующем фиг.3, к другой его стороне. Обращается внимание на то, что каждое полупроводниковое устройство и каждый диод, как изображено на фиг.2 и 3, могут быть соединены последовательно в количестве, большим одного, для того чтобы можно было работать с напряжениями, с которыми нужно работать, и полупроводниковые устройства, соединенные таким образом последовательно, могут управляться совместно, таким образом, чтобы выступать в роли одного единого полупроводникового устройства.The voltage converter has switching
Переключающие ячейки, изображенные на фиг.2 и 3, могут управляться для получения одного из а) первого переключающего состояния и b) второго переключающего состояния, где для а) напряжение на конденсаторе 20 и для b) нулевое напряжение подается на контакты 14, 15. Для получения первого состояния на фиг.2 полупроводниковое устройство 16 включается и полупроводниковое устройство 17 выключается, а в варианте осуществления в соответствии с фиг.3 полупроводниковое устройство 17 включается, а полупроводниковое устройство 16 выключается. Переключающие ячейки переключаются во второе состояние путем изменения состояния полупроводниковых устройств, таким образом, чтобы в варианте осуществления в соответствии с фиг.2 полупроводниковое устройство 16 было выключено, а 17 включено, а на фиг.3 полупроводниковое устройство 17 было выключено, а 16 включено.The switching cells shown in figures 2 and 3 can be controlled to obtain one of a) the first switching state and b) the second switching state, where for a) the voltage across the
Фиг.4 изображает немного более подробно то, как фазная ветвь 2 преобразователя в соответствии с фиг.1 формируется переключающими ячейками, типа изображенного на фиг.3, на которой всего десять переключающих ячеек были исключены для упрощения чертежа. Блок 13 управления выполнен с возможностью управления переключающими ячейками путем управления их полупроводниковыми устройствами, таким образом, что они будут подавать либо нулевое напряжение, либо напряжение на конденсаторе для добавления к напряжениям других переключающих ячеек в последовательном соединении. Трансформатор 21 и фильтрующее оборудование 22 также обозначены. Изображено, как каждая вентильная ветвь через фазный реактор 50, 51 соединена с фазным выводом 10, причем такие фазные реакторы также должны быть на фиг.1 для фазных выводов 10, 11, и 12, но были исключены для упрощения изображения.FIG. 4 depicts in slightly more detail how the
Фиг.5 изображает схематически преобразователь напряжения, типа изображенного на фиг.1, сконфигурированного с возможностью находиться в симметричных состояниях, т.е. два полюса 5, 6 имеют одинаковый потенциал, а переменное напряжение находится между. Эта схема делает возможным соединение фазного вывода 10 с сетью 60 переменного напряжения без какого-либо трансформатора, так как возможна двухполярная работа. Тем не менее, однополярная работа, которая может быть необходима или желательна в случае аварии, невозможна.FIG. 5 schematically shows a voltage converter, such as that shown in FIG. 1, configured to be in symmetrical states, i.e. the two
Фиг.6 схематически изображает преобразователь напряжения в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, делающий возможным однополярную работу без необходимости в каком-либо трансформаторе для соединения фазного вывода 10 с сетью 60 переменного напряжения. Этот преобразователь имеет последовательное соединение переключающих ячеек 7, типа изображенного на фиг.3, с одним первым их концом 61, сконфигурированным с возможностью соединения с полюсом 5 высокого потенциала на стороне постоянного напряжения преобразователя, и другим противоположным вторым концом 62, сконфигурированным с возможностью соединения с фазным выводом 10. Преобразователь дополнительно содержит компоновку 70, сконфигурированную с возможностью соединения фазного вывода 10 с другим полюсом 6 с нейтральным потенциалом, здесь потенциалом земли, полученным заземлением в 71, на стороне постоянного напряжения преобразователя, и преобразования, и передачи импульсов напряжения на фазный вывод, которые могут быть как положительными, так и отрицательными относительно нейтрального потенциала (земли). Компоновка 70 содержит здесь Н-мост или полный мост, содержащий два переключающих элемента 72, 73, соединенных параллельно, и каждый из которых имеет две полупроводниковых сборки 74-77, соединенных последовательно и имеющих каждая полупроводниковое устройство 16, 17 запираемого типа и возвратный диод 18, 19, включенный параллельно с ним. Н-мост также имеет, по меньшей мере, один накапливающий энергию конденсатор 78, подключенный параллельно с переключающими элементами.6 schematically depicts a voltage converter in accordance with a first embodiment of the invention, making unipolar operation possible without the need for any transformer to connect the
Средняя точка 79 между полупроводниковыми сборками первого 72 из переключающих элементов соединена с землей 71, а средняя точка 80 между полупроводниковыми блоками другого, второго переключающего элемента 73, соединена с фазным выводом 10.The
Теперь ссылка делается также на фиг.7. Блок 90 управления (см. фиг.6) сконфигурирован с возможностью управления полупроводниковыми устройствами переключающих ячеек 7 верхней вентильной ветви и полупроводниковыми устройствами Н-моста таким образом, чтобы получать переменное напряжение, направленное на один фазный вывод 10. На фиг.7 очень схематично изображено то, как импульсы напряжения А, поданные верхней вентильной ветвью, могут меняться между 0 и максимальным значением высокого потенциала (-2UD), равным здесь примерно двойному максимальному значению переменного напряжения на фазном выводе 10, и, таким образом, в сети 60 переменного напряжения. Кривая В схематически изображает напряжение, передаваемое от Н-моста на фазный вывод 10 и то, как оно может быть как положительным (UD), так и отрицательным (-UD). Разница между этими двумя кривыми сформирует переменное напряжение в сети 60 переменного напряжения, и оно здесь будет соответствовать кривой В.Now reference is also made to Fig.7. The control unit 90 (see FIG. 6) is configured to control the semiconductor devices of the
Соответственно преобразователь в соответствии с фиг.6 делает возможным однополярную работу и проводит ток в обоих направлениях в его полюсе 6 нейтрального потенциала без необходимости в каком-либо трансформаторе между преобразователем и сетью 60 переменного тока.Accordingly, the converter in accordance with FIG. 6 enables unipolar operation and conducts current in both directions at its neutral
Моделирование однополярной работы преобразователя, изображенного на фиг.6, было проведено, и оказалось, что его накапливающие энергию конденсаторы остаются устойчивыми в процессе такой работы.Simulation of the unipolar operation of the converter depicted in Fig.6 was carried out, and it turned out that its energy-accumulating capacitors remain stable during such work.
Кроме того, было вычислено, что стоимость преобразователя в соответствии с фиг.6 для определенной номинальной мощности будет минимальной, когда блок 90 управления сконфигурирован с возможностью управления преобразователем для получения переменного напряжения на фазном выводе, имеющим значение максимального напряжения, равное порядка 1/2 от значения высокого потенциала на полюсе 5.In addition, it was calculated that the cost of the converter in accordance with FIG. 6 for a certain rated power will be minimal when the
Фиг.8 изображает очень схематически преобразователь напряжения в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, где компоновка 70 содержит последовательное соединение переключающих ячеек, из которых половина 7' переключающих ячеек направлена в одном направлении, а другая их половина 7 в другом направлении относительно напряжения, подаваемого накапливающим энергию конденсатором. Такая компоновка также позволяет импульсам напряжения, которые нужно подавать на фазный выход 10, быть как положительными, так и отрицательными.Fig. 8 is a very schematic illustration of a voltage converter in accordance with a second embodiment of the invention, where the
Фиг.9 изображает схематически преобразователь напряжения в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения, где компоновка 70 содержит последовательное соединение двух Н-мостов 81, 82, где один конец 79 этого последовательного соединения сконфигурирован с возможностью соединения с землей 71, а другой его конец 80 сконфигурирован с возможностью соединения с фазным выводом 10. Этот вариант осуществления делает возможным получать большие уровни напряжения по сравнению с вариантом осуществления, изображенным на фиг.6, и, благодаря этому, лучшую форму кривой переменного напряжения в сети переменного напряжения.Fig.9 depicts schematically a voltage converter in accordance with a third embodiment of the invention, where the
Обращается внимание на то, что преобразователи также связаны с фильтрующим оборудованием и другими средствами, не имеющими ничего общего с данным изобретением и по этой причине исключенными с фигур.Attention is drawn to the fact that the converters are also associated with filtering equipment and other means that have nothing to do with this invention and for this reason are excluded from the figures.
Данное изобретение, естественно, не является каким-либо образом ограниченным вариантами осуществления, здесь описанными, а многие возможности для его модификаций, не выходящие за рамки объема изобретения, определенные в приложенной формуле изобретения, станут ясны специалисту в данной области техники.This invention, of course, is not in any way limited by the embodiments described herein, and many possibilities for its modifications, not beyond the scope of the invention defined in the attached claims, will become clear to a person skilled in the art.
Например, возможно иметь различное число Н-мостов или переключающих ячеек, соединенных последовательно, отличное от изображенного на фиг.8 и 9, и также возможно совмещение одной или более таких переключающих ячеек с одним или более Н-мостом в компоновке в преобразователе в соответствии с изобретением.For example, it is possible to have a different number of H-bridges or switching cells connected in series, different from that shown in Figs. 8 and 9, and it is also possible to combine one or more of such switching cells with one or more H-bridges in the arrangement in the converter in accordance with invention.
Число переключающих ячеек, соединенных последовательно в вентильной ветви, соединяющей полюс высокого потенциала и фазный вывод, может также быть любым другим, отличным от изображенного на чертежах.The number of switching cells connected in series in the valve branch connecting the high potential pole and the phase output may also be any other than that shown in the drawings.
В соответствии с вариантом осуществления изобретения фазный вывод сконфигурирован с возможностью напрямую соединяться с сетью переменного напряжения, и в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения фазный вывод сконфигурирован с возможностью соединения с автотрансформатором, соединяющим с сетью переменного напряжения.According to an embodiment of the invention, the phase output is configured to be directly connected to the AC voltage network, and in accordance with another embodiment of the invention, the phase output is configured to connect to an autotransformer connecting to the AC voltage network.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010154446/07A RU2451386C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Voltage converter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010154446/07A RU2451386C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Voltage converter |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2451386C1 true RU2451386C1 (en) | 2012-05-20 |
Family
ID=46230901
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010154446/07A RU2451386C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Voltage converter |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2451386C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10103031A1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-07-25 | Rainer Marquardt | Current rectification circuit for voltage source inverters with separate energy stores replaces phase blocks with energy storing capacitors |
| RU2259628C2 (en) * | 2002-05-13 | 2005-08-27 | Коломейцев Владимир Леонидович | Multilayer voltage inverter and its control process |
| WO2007028349A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for electron energy transfer |
-
2008
- 2008-06-09 RU RU2010154446/07A patent/RU2451386C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10103031A1 (en) * | 2001-01-24 | 2002-07-25 | Rainer Marquardt | Current rectification circuit for voltage source inverters with separate energy stores replaces phase blocks with energy storing capacitors |
| RU2259628C2 (en) * | 2002-05-13 | 2005-08-27 | Коломейцев Владимир Леонидович | Multilayer voltage inverter and its control process |
| WO2007028349A1 (en) * | 2005-09-09 | 2007-03-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Device for electron energy transfer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8422257B2 (en) | Voltage source converter | |
| US6519169B1 (en) | Multiphase inverter with series of connected phase legs | |
| EP2380255B1 (en) | A method of upgrading a plant for transmitting electric power and such a plant | |
| US6259616B1 (en) | VSC-converter | |
| US6144567A (en) | Plant for transmitting electric power, including VSC-converter and DC/DC-converter | |
| US20130170255A1 (en) | Apparatus for controlling the electric power transmission in a hvdc power transmission system | |
| US9344010B2 (en) | Power electronic converter | |
| US20120113699A1 (en) | Converter | |
| KR20120025531A (en) | An arrangement for testing a switching cell | |
| WO2012037964A1 (en) | Series - connected dc / dc converter for controlling the power flow in a hvdc power transmission system | |
| WO2013185825A1 (en) | Multiline hvdc station with mmc and csc inputs | |
| WO2013149633A1 (en) | A power converter | |
| US20180241321A1 (en) | Voltage source converter and control thereof | |
| US20140177292A1 (en) | Multilevel valve for voltage sourced converter transmission | |
| WO2012037965A1 (en) | An apparatus for controlling the electric power transmission in a hvdc power transmission system | |
| US10530272B2 (en) | Voltage source converter with improved operation | |
| WO2014154265A1 (en) | Hybrid power converter with modular multilevel strings (m2lc) in neutral point clamping topology | |
| KR20210004589A (en) | Multi-level converter | |
| WO2018091065A1 (en) | A modular multilevel converter for use in a high voltage traction system | |
| RU2451386C1 (en) | Voltage converter | |
| US8422260B2 (en) | Arrangement for voltage conversion | |
| CN201877833U (en) | Novel high-frequency multilevel static reactive power generator |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20180809 |
|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20220311 |